パルス幅は、皮膚組織とデバイスの冷却機構との間の熱伝達のタイミングを決定します。 短いパルス（30ミリ秒以下）の場合、熱生成はリアルタイムの拡散には速すぎ、屈折率マッチングと積極的な予冷に頼る設計を余儀なくされます。逆に、長いパルス（100ミリ秒以上）は、照射中に熱が表面に移動する時間があるため、表皮を保護する上でサファイア窓の連続的なヒートシンク能力が主要な要因となります。
中心となるエンジニアリングの課題は同期です。短いパルスは照射前の予防的な熱管理を必要とし、長いパルスは照射中の大容量のアクティブ熱抽出を要求します。
異なるパルス幅に対応する冷却のエンジニアリング
レーザーエネルギーと冷却媒体との物理的な相互作用は、パルスの時間的な長さに応じて劇的に変化します。
短いパルスの課題（<30ms）
パルスが非常に短い（30ミリ秒以下）場合、エネルギーは熱が組織を拡散するよりも速く供給されます。パルス自体中に、熱はターゲット領域からサファイアヒートシンクに移動する時間がありません。
その結果、設計の焦点は準備に移ります。システムは、レーザーが発射される前に皮膚のベースライン温度を下げるために、長時間の予冷に依存する必要があります。さらに、効率的な光結合を確保し、侵入点での表面加熱を最小限に抑えるために、屈折率マッチングの最適化が重要になります。
長いパルスの利点（>100ms）
長いパルス幅は、熱拡散が照射と同時に発生するウィンドウを作成します。レーザーが発射されると、熱は皮膚からサファイア窓に移動し始めます。
このシナリオでは、リアルタイムのヒートシンク効果が最も重要です。冷却システムは、レーザーがアクティブである間、表皮から継続的に熱を引き出すように設計する必要があります。サファイア窓は動的な熱ブリッジとして機能し、より長い露出時間中に皮膚が過剰な熱を蓄積するのを防ぎます。
生物学的制約：熱緩和時間（TRT）
冷却戦略は、真空の中で設計することはできません。熱緩和時間（TRT）—ターゲットが熱の50％を失うのに必要な時間—という生物学的原則に従う必要があります。
パルスとターゲットの厚さを合わせる
パルス幅は、特定の毛包のTRTに合わせて調整する必要があります。厚い毛髪は、熱エネルギーが毛幹から毛包構造全体に十分に伝導するように、より長いパルス幅（例：30〜70ミリ秒）を必要とします。
より暗い肌のための表皮保護
肌の色がより暗い患者の場合、パルス幅の調整は安全メカニズムです。より長いパルス幅（3〜10ミリ秒の範囲またはそれ以上）により、表皮のメラニンが冷却表面への熱伝導によって熱を放散できるようになります。
これにより、毛包内に十分なエネルギーを閉じ込めて破壊を確実にする一方で、表皮が過熱するのを防ぎます。
トレードオフを理解する
柔軟性のための設計には、安全性と有効性のバランスをとることが含まれます。これらのパラメータのずれは、デバイスの故障や患者の傷害につながります。
局所的な過熱のリスク
一般的な設計上の落とし穴は、エネルギー密度（フルエンス）と正しいパルス幅を一致させられないことです。単一パルスを使用する高エネルギーデバイスは、パルスが選択されたエネルギーレベルに対して短すぎる場合、重大なリスクを伴います。
冷却システムが管理するには速すぎる速度でエネルギーが供給されると、局所的な過熱を引き起こします。これは、火傷、皮膚の一時的な機械的痕跡、または真皮血管損傷につながる可能性があります。
有効性対安全性
短いパルスはより高い瞬間的な熱影響を生み出し、これは細い毛または残存毛の除去に必要です。しかし、これは表面損傷を防ぐために予冷システムに負担をかけます。
より長いパルスは表皮にとってより安全であり、太い毛髪に必要ですが、冷却システムがリアルタイムでその熱を積極的に抽出していない場合、隣接組織に過剰な熱が拡散するリスクがあります。
目標に合わせた適切な選択
最適なレーザー設計には、患者の人口統計に必要な特定のパルス幅に適応する冷却戦略が必要です。
- 主な焦点が細い毛または残存毛の治療である場合： 高い熱影響のために短いパルス幅を優先し、システムが積極的な予冷と優れた光学結合を利用していることを確認してください。
- 主な焦点がより暗い肌タイプでの安全性である場合： より長いパルス幅を使用して表皮の熱放散を可能にし、サファイア窓がレーザー放射中に熱を抽出する高いリアルタイム容量を持っていることを確認してください。
成功は、毛包破壊を最大化しながら表面熱を中和するために、冷却方法とエネルギー供給速度を同期させることにあります。
概要表：
| パルス幅 | 熱特性 | 主要な冷却戦略 | 設計の焦点 |
|---|---|---|---|
| 短い（<30ms） | 急速な熱生成；拡散する時間がない | 積極的な予冷 | 屈折率マッチングとベースライン冷却 |
| 中程度（30-70ms） | バランスの取れた熱伝導 | 統合冷却 | 太い毛包のTRTとのマッチング |
| 長い（>100ms） | 照射中のリアルタイム熱拡散 | アクティブ熱抽出 | 動的な熱ブリッジとしてのサファイア窓 |
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参考文献
- Kurt G. Klavuhn, David Green. Importance of cutaneous cooling during photothermal epilation: Theoretical and practical considerations. DOI: 10.1002/lsm.10078
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Belislaser ナレッジベース .
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