レーザー照射スポットサイズの変更は、エネルギーと組織の相互作用の仕方を根本的に変えます。 小さなスポットサイズ（例：8mm）から大きなスポットサイズ（例：12mm）に移行すると、同じ表面エネルギー設定（放射照度）が、より深い組織層で著しく強力になります。これは、大きなビームは端でのエネルギー損失が少なく、より多くの熱を真皮に直接伝達するため、怪我を防ぐためにエネルギー設定を下げる必要があるからです。
大きなスポットサイズは周辺散乱を最小限に抑え、皮下光学フルエンスを高め、皮膚の深部での熱蓄積を増加させます。したがって、安全なエネルギー閾値は静的なものではなく、熱エネルギーの送達が強化されることを考慮して、スポットサイズが増加するにつれて低くする必要があります。
散乱とフルエンスの物理学
周辺散乱損失の理解
レーザービームが皮膚に入射すると、光子はあらゆる方向に散乱します。
小さなスポットサイズ（例：8mm）では、これらの光子のかなりの割合がビームコラムの側面から散乱してしまいます。この現象は周辺散乱損失として知られており、深部ターゲットに到達する総エネルギーを自然に減少させます。
大きなスポットの効率
大きなスポットサイズ（例：12mm）は、ビームの体積とその周囲の比率がはるかに大きいため、異なるように機能します。
より広いビームでは、横方向に散乱した光子は、周囲の未処理組織に逃げるよりも、ビームコラム内の他の光子や組織に当たる可能性が高くなります。この「自己断熱」効果により、ビームは下方に移動するにつれて強度を維持します。
皮下光学フルエンス
ビームコラムからエネルギーが逃げる量が少ないため、大きなスポットはより高い皮下光学フルエンスを生成します。
これは、機械が画面上で同じエネルギー密度（ジュール/cm²）を表示していても、8mmスポットよりも12mmスポットの方が、深部組織を飽和させる実際の光エネルギー量は高いことを意味します。
熱蓄積と損傷閾値
深層熱蓄積
散乱損失の減少の主な結果は、熱保持の増加です。
12mmスポットは、より深く浸透する、より強力な熱コラムを供給します。これは深部ターゲットの治療に有益ですが、熱損傷に関するエラーマージンも低下します。
放射照度の不一致
一般的な安全上の誤りは、放射照度設定がスポットサイズ間で転送可能であると想定することです。
8mmスポットに使用するのと同じ放射照度を12mmスポットに適用すると、深部組織に効果的に過剰投与することになります。大きなスポットはより高い熱負荷を生成し、表面設定が控えめに見えても、皮膚の損傷閾値を超える可能性があります。
予測アルゴリズムの最適化
患者の安全を確保するために、予測アルゴリズムはスポットサイズジオメトリを考慮する必要があります。
正確な安全ガイダンスには、各構成に固有の損傷閾値をモデル化する必要があります。アルゴリズムは、8mmスポットと同じ生物学的効果（および潜在的な損傷）を達成するために、12mmスポットにはより少ない表面フルエンスが必要であることを計算する必要があります。
トレードオフの理解
深達度と安全性のトレードオフ
より大きなスポットサイズを選択することは、毛包や深部血管などの深部構造をターゲットにする最も効果的な方法です。
しかし、この深達度は表面の安全マージンを犠牲にします。より深い浸透は、小さなスポットを使用した場合に皮膚を保護する自然な冷却または放散の一部をバイパスします。
線形性の罠
スポットサイズの調整を線形と考えるのは危険です。
スポットの直径を2倍にしても、カバレッジが単純に2倍になるわけではありません。組織内のビームの光学プロファイルを根本的に変更します。深部組織フルエンスにおけるこの非線形増加を認識できないことは、予期せぬ有害事象の主な原因です。
目標に合わせた適切な選択
これらの原則を効果的に適用するには、選択したスポットサイズの物理学に基づいてアプローチを調整する必要があります。
- 深部浸透が主な焦点の場合（大スポット/12mm）： 散乱損失が少なく、ビームが皮膚の奥深くまで強度を維持するため、放射照度設定を下げる必要があります。
- 表層の安全性が主な焦点の場合（小スポット/8mm）： ターゲットに十分なエネルギーが到達するように、周辺散乱損失を補うために、より高い放射照度が必要になる場合があります。
- アルゴリズム開発が主な焦点の場合： 各スポットサイズに個別の損傷閾値をコード化し、それらを交換可能な変数ではなく、独自の光学システムとして扱う必要があります。
最終的に、真のレーザー安全性は、より大きなスポットサイズがより効率的な送達システムであり、同じ生理学的安全マージンを維持するためにエネルギー入力を削減する必要があることを認識することにかかっています。
概要表：
| スポットサイズ選択 | 散乱損失 | 皮下フルエンス | 浸透深度 | 安全なエネルギー調整 |
|---|---|---|---|---|
| 小（例：8mm） | 高（周辺） | 低 | 表層 | 表面フルエンスを高める必要がある場合がある |
| 大（例：12mm） | 低（自己断熱） | 高 | 深部 | 損傷を防ぐためにエネルギーを下げる必要がある |
| 効果 | エネルギーがビームから逃げる | エネルギーがビーム内に留まる | 深部毛包をターゲットにする | 熱負荷リスクが高い |
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参考文献
- Wim Verkruysse, J. Stuart Nelson. Infrared measurement of human skin temperature to predict the individual maximum safe radiant exposure (IMSRE). DOI: 10.1002/lsm.20581
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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