Пикосекундный лазер для удаления тату и не только

Введение

Принцип селективного фототермолиза определяет способность лазерного излучения с конкретной длиной волны нагревать различные ткани-мишени за такое время импульса, которое короче, чем время необходимое для рассеивания тепла в окружающие ткани. Этот подход определил развитие лазеров с небольшой длительностью импульса, для эффективного воздействия на небольшие хромофоры.

В то время как многие клинические применения лазеров, например, удаление волос и лечение телеангиэктазии, нацелены на достаточно крупные структуры, воздействие на частицы меланина и пигмента татуировки требует более короткой длительности лазерного импульса.

Применяемые с 1990-х годов лазеры с модуляцией добротности (Q-switched) в настоящее время широко используются для удаления тату, многочисленные клинические исследования продемонстрировали их эффективность. Такие лазеры генерируют импульс в наносекундном диапазоне (от 5 до 50 нс), однако для удаления частиц пигмента со средним размером от 30 до 300 нм, эффективная длительность импульса должна располагаться в пикосекундном диапазоне (Ho, 2002; Hogsberg, 2011).

Эти ограничения приводят к менее оптимальным результатам в клинической практике: увеличивается вероятность возникновения побочных эффектов, число сеансов для достижения удовлетворительного результата. Полного удаления татуировки сложно достичь из-за сложности соблюдения пациентами длительного графика лечения и трудностей фрагментации небольших гранул пигмента (Jow, 2010).

Тату, статистика

Татуировки представляют собой скопления окрашенных инородных включений в различных слоях дермы, которые придают коже устойчивый неестественный цвет.

Татуировки можно разделить на травматические, медицинские, косметические и декоративные.

Травматические татуировки формируются в результате проникновения различных экзогенных частиц в кожу в результате травм, ссадин, взрывов. Медицинские используются для предупреждения медицинского персонала о хронических заболеваниях, наличии кардиостимулятора и др.

Косметические татуировки или перманентный макияж используют для имитации обычного макияжа, их, как правило, наносят на кожу губ, бровей, век. Часто используются красные, коричневые, белые или телесного цвета чернила, содержащие диоксид титана и оксид железа (Ortiz, 2012). Такой пигмент может представлять сложности при удалении, несмотря на небольшую глубину нанесения, из-за высокой вероятности их потемнения (окисления) после лазерного воздействия.

Наиболее распространены декоративные татуировки, которые можно разделить на профессиональные и любительские в зависимости от способа нанесения и качества красителя.

Профессиональные татуировки удалить сложнее всего, так как они наносятся на большую глубину и могут иметь большое количество цветов.

Популярность татуировок продолжает расти, процент взрослого населения с тату в США вырос с 16% в 2003 году до 29% в 2015 году. Около 31% женщин и 27% мужчин в США имеют татуировки (The Harris Poll, 2015).

В Германии около 9-12 % процентов населения имеет тату, среди молодого населения от 18 до 30 лет татуировки имеют более 25% (Pinto, 2016). В Италии около 13% населения имеют одну или более тату (Campisi, 2016).

Около 37% обладателей татуировок жалеют, что нанесли их (Aslam, 2013). Мотивацией для удаления татуировки обычно является поиск нового места работы, построение карьеры, смена образа жизни и социальных связей, негативные эмоции по отношению к старым татуировкам, изменение внешнего вида татуировки с течением времени (Armstrong, 2008). К сожалению, удаление татуировки обычно является более трудоёмким, длительным и дорогостоящим процессом, чем её нанесение.

По данным ASAPS в США в 2015 году было выполнено более 46000 процедур удаления тату, это на 39% больше чем в 2014 году, треть пациентов мужчины.

Механизм воздействия

Татуировки состоят из тысяч частиц пигмента, взвешенных в коже. В процессе заживления мелкие инородные частицы удаляются из кожи, но часть частиц слипается в более крупные и не может быть удалена естественным путём, поэтому они постоянно хранятся в ловушках-лизосомах фагоцитирующих клеток.

Быстрый нагрев мишени коротким лазерным импульсом приводит к фотомеханическому эффекту: изменению формы и фрагментации частиц пигмента. В специальном исследовании (Ho, 2002) с помощью компьютерного моделирования было показано, что фрагментация частиц пигмента происходит преимущественно за счёт фотоакустического эффекта, который усиливается при уменьшении длительности импульса и уменьшается с размером частицы.

При быстром нагреве частицы в ней возникает акустическая волна давления, создающая зоны сжатия и разрежения. Растягивающее напряжение внутри частицы становится достаточно сильным, чтобы привести к разрушению материала.

Частицы с диаметром менее 10 нм очень сложно разрушить с помощью этого эффекта, однако они уже практически незаметны.

Температура гранул пигмента повышается до очень высоких температур (свыше 1000 ° С), вода в окружающих тканях быстро нагревается, формируются пузырьки газа (кавитационные пузырьки). Пар может попадать в трещины частиц и индуцировать пар-углеродные реакции, делающие частицу прозрачной (Chen, 1995).

Пикосекундные импульсы позволяют использовать меньшие флюенсы за счёт усиления фотоакустического эффекта, это приводит к уменьшению сопутствующего ущерба вследствие меньшего нагрева окружающих тканей и менее активного формирования кавитационных пузырьков.

Клетки, содержащие пигменты татуировки, такие как макрофаги, фибробласты и тучные клетки, а также меланоциты и кератиноциты, содержащие меланосомы, разрываются под действием фототермического напряжения. Частицы пигмента попадают в межклеточное пространство, откуда затем утилизируются через лимфатическую систему, либо заново захватываются фагоцитирующими клетками кожи (Ross, 1998).
Таким образом, на первом этапе происходит мгновенная фрагментация пигмента, изменяющая его светоотражающие свойства, их размер становится меньше либо равен длине волны видимого света. На втором запускается процесс утилизации частиц пигмента макрофагами, который занимает несколько недель и приводит к постепенному уменьшению количества пигмента в коже.

Результаты исследований

Первые исследования

Первое исследование, посвящённое сравнению эффективности пикосекундного и наносекундного лазера для удаления тату, было проведено ещё в 1998 году (Ross, 1998). Все параметры излучения, кроме длительности импульса были идентичными (флюенс, диаметр пучка). Было проведено по 4 процедуры для 16 татуировок. Для пикосекундного Nd:YAG лазера (35 пс) средний клиренс составил 6,7 по десятибалльной шкале против 3,1 для наносекундного Nd:YAG лазера (10 нс).

Дальнейшие исследования на животных также продемонстрировали преимущество пикосекундного лазера. В 1999 году сравнили эффективность 500 пс 798 нм титан-сапфирового лазера с 755 нм Q-switched при удалении татуировок у морских свинок (Herd, 1999). Пикосекундный лазер продемонстрировал больший клиренс без побочных эффектов.

Похожее исследование было проведено в 2010 году (Izikson, 2010). Сравнивался александритовый пикосекундный лазер 758 нм с александритовым Q-switched лазером 755 нм. Пикосекундный лазер показал лучший клиренс при всех комбинациях флюенса и диаметра пятна, без образования шрамов.

Пикосекундный александритовый лазер 755 нм

В 2012 году было опубликовано два исследования посвящённых пикосекундному александритовому лазеру 755 нм с длиной импульса 500-900 пс. В одном из исследований (Brauer, 2012) оценивалась эффективность удаления зелёных и синих татуировок (N=12). После 1-2 процедур клиренс составил от 75% до 100%. Уровень болевых ощущений по десятибалльной шкале с применением локальной анестезии составил 1,08. В 8% случаев отмечено формирование волдырей, в некоторых случаях наблюдалась временная диспигментация.

Во втором исследовании с аналогичным лазером (Saedi, 2012) участвовали 12 пациентов. Клиренс в 75% был достигнут в среднем после 4,25 процедур. Средний уровень болевых ощущений составил 4,5 по десятибалльной шкале, анестезия преимущественно не использовалась. У трёх пациентов (20%) в течение месяца после последней процедуры наблюдалась гипопигментация, у двух пациентов (13%) гиперпигментация. В некоторых случаях отмечены отёки и волдыри, которые разрешались в течение недели.

В 2013 году FDA США был одобрен первый пикосекундный лазер для удаления тату.

В 2015 году (Au, 2015) в специальном исследовании отмечено статистически значимое снижение образования волдырей (с 32% до 0 %) после воздействия пикосекундного лазера 755 нм за счёт предварительной обработки фракционным CO2 лазером. Предполагается, что микроскопические каналы, сформированные аблятивным лазером, ускоряют выпуск газа из кавитационных пузырьков, упрощают выход экссудата и предотвращают отёк тканей.

Пикосекундный Nd:YAG лазер 1064\532 нм

В 2015 году было опубликовано исследование, посвящённое пикосекундному Nd:YAG лазеру с длиной волны 1064\532 нм и длиной импульса 450\350 пс соответственно (Bernstein, 2015). В исследовании участвовали 21 пациент с 31 декоративным тату. Чёрный пигмент показал 92% клиренса после 6,5 процедур, красный 80% после четырёх процедур. На длине волны 532 нм тату с жёлтым пигментом показали клиренс в 85% после четырёх процедур. Предполагается, что частицы жёлтого пигмента более восприимчивы к фотоакустическому эффекту пикосекундных импульсов, за счёт большего размера.
Отдельное исследование (Alabdulrazzaq, 2015) показало высокую эффективность пикосекундного Nd:YAG лазера на удвоенной частоте 532 нм для удаления татуировок с жёлтым пигментом. Одна из шести татуировок была полностью удалена после одной процедуры, ещё пяти потребовалось от 2 до 4 процедур для достижения 75% клиренса. В трёх случая отмечено образование волдырей, в одном случае переходная гипопигментация. Образований шрамов и изменения текстуры кожи не отмечено. Уровень болевых ощущений составил 1,3 по десятибалльной шкале с топической или локальной анестезией.
В одном случае область с жёлтым пигментом была поделена на две зоны, одна обработана пикосекундным 755 лазером и не показала изменений, вторая половина, обработанная 532 нм пикосекундным лазером, показала высокий клиренс после одного сеанса.

В исследовании 2016 года (Pinto, 2016) сравнили пикосекундный Nd:YAG лазер 1064 нм 450 пс и наносекундный Nd:YAG лазер 5 нс для удаления 30 татуировок с чёрным пигментом. После двух сеансов процедур оба лазера показали средний клиренс в 37%. Средний уровень болевых ощущений для пикосекундного лазера составил 3,8 по десятибалльной шкале, для наносекундного 7,9, отмечено меньшее количество кровоподтёков для пикосекундного лазера.

В ещё не опубликованом исследовании 1064/532 нм Nd:YAG пикосекундного лазера (Kauvar, 2016) с участием 34 пациентов (39 тату), для 86% тату было достигнут клиренс более 50% после трёх сеансов.
Фотоакустический эффект пикосекундных лазеров может помочь при удалении резистентных тату, например, двойных или окисленных. Окисление тату возникает в виде потемнения цветного пигмента, содержащего оксид железа (красный, розовый, телесного цвета) после лазерного воздействия из-за химической реакции. Было продемонстрировано (Bae, 2016), что пикосекундный Nd:YAG способен эффективно воздействовать на тату с подобным парадоксальным потемнением.

Пикосекундные лазеры позволяют использовать более безопасный профиль лечения для пациентов с тёмным цветом кожи. В описании клинического случая (Friedman, 2016) пациент с VI типом кожи по Фицпатрику достиг 75% клиренса для чёрного и 90% клиренса для красного пигментов через 3 процедуры в течение 1,5 месяцев. Из побочных эффектов отмечены только временная эритема и эдема.

Пигментные поражения

Пигментные поражения, дисхромии, вызваны дисбалансом количества меланосом в коже. Гипопигментация возникает при недостатке меланосом, гиперпигментации при их избытке. Меланосомы, как правило, расположены в эпидермисе, но иногда могут прорываться через базальную мембрану и скапливаться в верхней части дермы, как при мелазме.

Меланосомы могут быть от жёлтого до чёрного цвета. Средний размер меланосом больше чем размер частиц пигмента тату, время термальной релаксации для них составляяет от 50 до 250 нс (Felton, 2014). Каждая меланосома содержит довольно большое количество частиц меланина (более 1000) размером от 10 до 15 нм в диаметре.

Преимущество пикосекундных лазеров для удаления татуировок (фотоакустический эффект позволяет использовать меньшие флюенсы) можно также использовать для лечения различных пигментных нарушений.
Эпидермальные поражения включают в себя солнечные лентиго, веснушки, кофейные пятна, себорейный кератоз. Дермальные поражения включают в себя голубой невус, невус Ота, невус Ито. К смешанные пигментным поражениям относят меланодермию, невус Беккера, пятнистый невус и поствоспалительную гиперпигментацию.

В ретроспективном исследовании (Levin, 2016) сравнивалась эффективность пикосекундного александритового лазера 755 нм 750-900 пс с Q-switched рубиновым и Nd:YAG лазерами для пациентов с тёмным цветом кожи (III-VI тип по Фицпатрику) для лечения различных пигментных нарушений (лентиго, невусы различного типа, ПВП и др.). Анализ показал схожую эффективность пикосекундного и наносекундного лазера, клиренс более 50% был достигнут после 4,12 и 5,46 (P = 0,68) для пикосекундного и наносекундных лазеров соответственно. При лечении наносекундными лазерами в 16% случаев было отмечено формирование постоянной диспигментации. Все побочные эффекты пикосекундного лазера были временными.

Недавние исследования (Chesnut, 2015) показали эффективность пикосекундного александритового лазера 755 нм при лечении невуса Ота на примере трёх пациентов. Во всех случаях отмечено заметное осветление пигмента, без последующего обратного потемнения и побочных эффектов.

На примере 13 пациентов азиатского типа (Chan, 2016) исследовалась эффективность пикосекундного 755 нм лазера при лечении различных пигментных поражений (невус Ота, невус Хори, лентиго, «кофейные пятна», невус Беккера, пятнистый невус). Во всех случаях отмечен как минимум 25% клиренса после 2,8 процедур без образования поствоспалительной гиперпигментации.

Пикосекундные лазеры также эффективны при лечении гиперпигментации индуцированной миноциклином. В серии клинических случаев с участием четырёх пациентов (Rodrigues, 2015; Moore, 2016) отмечена высокая эффективность пикосекундного 755 нм лазера перед Q-switched при лечении миноциклин-индуцированной пигментации.

В настоящее время проводятся исследования пикосекундных Nd:YAG лазеров 1063\532 нм для лечения пигментных поражений.

Длина волны 532 нм Nd:YAG лазеров эффективна для лечения пигментных эпидермальных поражений, так как гораздо сильнее поглощается меланином, чем излучение 1064 нм, которое предпочтительно для лечения глубоких дермальных поражений.

Фракционное омоложение

Светоиндуцированный оптический пробой (Light-induced optical breakdown, LIOB) возникает при воздействии сверхкоротких лазерных импульсов, которые при нелинейном поглощении приводят к генерации плазмы, многофотонной и лавинной ионизации. В коже это приводит к взрывному образованию пара (кавитационных пузырьков) и механическому повреждению дермы.

Фракционное сфокусированное воздействие за счёт LIOB позволяет формировать в дерме микрополости без повреждения эпидермиса размером 0,1-0,2 мм, что приводит к дальнейшему неоколлагенезу. Этот эффект был продемонстрирован ex vitro и in vivo (Habbema, 2012).

Физический принцип LIOB принципиально отличается от традиционного селективного фототермолиза, так как эпидермис остаётся неповреждённым, и травма возникает за счёт механического, а не теплового эффекта. Пикосекундные лазеры позволяют проводить фракционное омоложение, лечения рубцов, фотоомоложение с минимальным периодом восстановления.

В 2013 году было проведено исследование эффективности LIOB для улучшения состояния морщин (Habbema, 2013) на разных областях лица у пяти пациентов с помощью Nd:YAG 1064 нм лазера формирующего импульсы в пикосекундном диапазоне. У четырёх пациентов после 5 процедур отмечено статистически значимое улучшения состояние морщин и текстуры кожи, зафиксированное тремя независимыми экспертами. Результаты улучшались или сохранялись в течение трёх месяцев после последней процедуры. Болезненные ощущения при проведении процедуры либо отсутствовали, либо были минимальными, из побочных эффектов отмечена только временное покраснение.

В исследовании с участием 20 пациентов (Brauer, 2014) использовался фракционный 755 нм пикосекундный лазер для лечения рубцов после акне. С помощью массива линз излучение фокусировалось на 5-10 % обрабатываемой поверхности кожи. После шести процедур было зафиксировано улучшение состояния рубцов на 24,3 %. Результаты биопсии показали удлинение волокон эластина в дерме.

Подобный лазер использовался для омоложения кожи декольте (Wu, 2016). Через 4 процедуры в течение 3 месяцев было отмечено статистически значимые улучшения пигментации, текстуры, кератоза. После одного месяца после начала процедур было зафиксировано улучшение состояния морщин, но оно не имело долгосрочного эффекта и не было отмечено через 3 месяца. Болевые ощущения составили 3,6/10. Из побочных эффектов отмечено только временное покраснение, формирование шрамов не зафиксировано.

Авторы предполагают, что в ближайшем будущем методика омоложения с помощью пикосекундных лазеров позволит проводить процедуры с аналогичной традиционным лазерным методикам эффективностью, но с практически отсутствующим «социальным» периодом восстановления и без болезненных ощущений, что приведёт к сдвигу парадигмы лазерного омоложения.

Заключение

С увеличением количества пикосекундных лазеров на рынке и качественных клинических исследований применение пикосекундных лазеров будет расширяться. Короткие пикосекундные импульсы позволяют проводить более избирательное воздействие на хромофоры-мишени: пигмент татуировки и меланин.

Фотоакустический эффект пикосекундных импульсов позволяет удалять татуировки более эффективно и безопасно с меньшим значением флюенса. Процедуры становятся значительно комфортнее для пациента, повышая его удовлетворённость, что особенно важно из-за, как правило, длительного курса лечения. Также пикосекундные лазеры позволяют работать с такими сложными случаями, как удаление жёлтых и окисленных пигментов.

Лечение различных пигментных поражений с более безопасным профилем расширяет клинические показания к применению пикосекундных лазерных систем. Наконец фракционные насадки с использованием эффекта светоиндуцированного акустического пробоя открывают новую страницу в лазерном омоложении кожи, лечении рубцов, уменьшении морщин, признаков фотостарения кожи.

Пикосекундный лазер из системы для удаления тату превращается во многофункциональный инструмент эстетической косметологии с уникальным терапевтическим потенциалом.

Список литературы

• Alabdulrazzaq H, Brauer JA, Bae YS, Geronemus RG. Clearance of yellow tattoo ink with a novel 532-nm picosecond laser. Lasers Surg Med. 2015;47:285–8.
  Armstrong ML, Roberts AE, Koch JR et al. Motivation for contemporary tattoo removal: a shift in identity. Arch Dermatol. 2008 Jul;144(7):879-84.
• Aslam A, Owen CM. Fashions change but tattoos are forever: time to regret. Br J Dermatol. 2013 Dec;169(6):1364-6.
  Au S, Liolios AM, Goldman MP. Analysis of incidence of bulla formation after tattoo treatment using the combination of the picosecond Alexandrite laser and fractionated CO2 ablation. Dermatol Surg. 2015;41:242–5.
• Bae YC, Alabdulrazzaq H, Brauer J, Geronemus R. Successful treatment of paradoxical darkening. Lasers Surg Med 2016.
• Bernstein EF, Schomacker KT, Basilavecchio LD, et al. A novel dual-wavelength, Nd:YAG, picosecond-domain laser safely and effectively removes multicolor tattoos. Lasers Surg Med 2015.
• Brauer JA, Kazlouskaya V, Alabdulrazzaq H, Bae YS, Bernstein LJ, Anolik R, et al. Use of a picosecond pulse duration laser with specialized optic for treatment of facial acne scarring. JAMA Dermatol. 2015;151:278–84.
• Brauer JA, Reddy KK, Anolik R, et al. Successful and rapid treatment of blue and green tattoo pigment with a novel picosecond laser. Arch Dermatol. 2012;148:820–3.
• Chan JC, Shek SY, Kono T, et al. A retrospective analysis on the management of pigmented lesions using a picosecond 755-nm alexandrite laser in Asians. Lasers Surg Med. 2016;48:23–9.
• Chen H, Diebold G. Chemical Generation of Acoustic Waves. A Giant Photoacoustic Effect. Science 1995;270:963–966.
• Chesnut C, Diehl J, Lask G. Treatment of nevus of Ota with a picosecond 755-nm alexandrite laser. Dermatol Surg. 2015;41:508–10.
• Felton SJ, Al-Niami F, Ferguson JE, Madan V. Our perspective of the treatment of nevus of Ota with 1,064-, 755- and 532-nm wavelength lasers. Lasers Med Sci. 2014;29:1745–9.
• Friedman DJ. Successful Treatment of a Red and Black Professional Tattoo in Skin Type VI With a Picosecond Dual-Wavelength, Neodymium-Doped Yttrium Aluminium Garnet Laser. Dermatol Surg. 2016 Sep;42(9):1121-3.
• Habbema L, Verhagen R, Van Hal R, et al. Minimally invasive nonthermal laser technology using laser-induced optical breakdown for skin rejuvenation. J Biophotonics. 2012;5:194–9.
• Habbema L, Verhagen R, Van Hal R, Liu Y, Varghese B. Efficacy of minimally invasive nonthermal laser-induced optical breakdown technology for skin rejuvenation. Lasers Med Sci. 2013 May;28(3):935-40.
• Herd RM, Alora MB, Smoller B, Arndt KA, Dover JS. A clinical and histologic prospective controlled comparative study of the picosecond titanium:sapphire (795nm) laser versus the Q-switched alexandrite (752 nm) laser for removing tattoo pigment. J Am Acad Dermatol. 1999;40:603–6.
• Ho DD, London R, Zimmerman GB, Young DA. Laser-tattoo removal-a study of the mechanism and the optimal treatment strategy via computer simulations. Lasers Surg Med. 2002;30:389–97.
• Hogsberg T, Loeschner K, Loft D, Serup J. Tattoo inks in general usage contain nanoparticles. Br J Dermatol. 2011;165:1210–8.
• Izikson L, Farinelli W, Sakamoto F, Tannous Z, Anderson RR. Safety and effectiveness of black tattoo clearance in a pig model after a single treatment with a novel 758 nm 500 picosecond laser: a pilot study. Lasers Surg Med. 2010;42:640–6.
• Jow T, Brown A, Goldberg DJ. Patient compliance as a major determinant of laser tattoo removal success rates: a 10-year retrospective study. J Cosmet Laser Ther. 2010;12:166–9.
• Levin MK, Ng E, Bae YS et al. Treatment of pigmentary disorders in patients with skin of color with a novel 755 nm picosecond, Q-switched ruby, and Q-switched Nd:YAG nanosecond lasers: A retrospective photographic review. Lasers Surg Med. 2016 Feb;48(2):181-7.
• Mirko Campisi. Complications of tattoos and tattoos removal: state-of-the-art in Italy. Journal of Health and Social Sciences 2016; 1,2: 105-112.
• Moore M, Mishra V, Friedman DP, Goldman MP. Minocyclineinduced postsclerotherapy pigmentation successfully treated with a picosecond alexandrite laser. Dermatol Surg. 2016;42:133–4.
• Ortiz AE, Alster TS. Rising concern over cosmetic tattoos. Dermatol Surg. 2012 Mar;38(3):424-9.
• Pinto F, Große-Büning S, Karsai S et al. Nd:YAG (1064-nm) picosecond laser vs. Nd:YAG (1064-nm) nanosecond laser in tattoo removal: A randomized controlled single-blind clinical trial. Br J Dermatol. 2016 Aug 12.
• Rodrigues M, Bekhor P. Treatment of minocycline-induced cutaneous pigmentation with the picosecond alexandrite (755-nm) laser. Dermatol Surg. 2015;41:1179–82.
• Ross V, Naseef G, Lin G, et al. Comparison of responses of tattoos to picosecond and nanosecond Q-switched neodymium:YAG lasers. Arch Dermatol. 1998;134:167–71.
• Saedi N, Metelitsa A, Petrell K, Arndt KA, Dover JS. Treatment of tattoos with a picosecond alexandrite laser: a prospective trial. Arch Dermatol. 2012;148:1360–3.
• The Harris Poll. Tattoo Takeover: Three in Ten Americans Have Tattoos, and Most Don’t Stop at Just One. 2016.
• Wu DC, Fletcher L, Guiha I, Goldman MP. Evaluation of the safety and efficacy of the picosecond alexandrite laser with specialized lens array for treatment of the photoaging décolletage. Lasers Surg Med. 2016;48:188–92.