本發(fā)明大體涉及使用激光的皮膚處理，并且更特別地涉及用于執(zhí)行所述處理的非侵入性裝置和方法。

背景技術(shù)：

多年以來(lái)已經(jīng)在皮膚上使用各種形式的電磁輻射、特別是激光束用于各種各樣的處理，諸如毛發(fā)去除、皮膚年輕化以減少褶皺并且減少色斑，以及像痤瘡、光化性角化病、瘢痕、疤痕組織、變色、血管病變、痤瘡治療、脂肪團(tuán)和紋身去除等這樣狀況的處理。這些處理中的大多數(shù)依賴(lài)于用處理輻射(treatment radiation)瞄準(zhǔn)處理部位的光熱分解。優(yōu)選地，處理輻射被配置成主要在處理部位處被吸收，使得處理部位處的溫度升高充分到實(shí)現(xiàn)期望的熱損傷、例如組織壞死、變性或聚沉。

在皮膚年輕化處理中，處理激光射束穿過(guò)皮膚的外層到真皮層。真皮通過(guò)加熱被損傷以誘導(dǎo)創(chuàng)傷響應(yīng)，而不會(huì)對(duì)表皮造成損害。換言之，皮膚內(nèi)的目標(biāo)區(qū)域被以受控的方式損傷，并且皮膚被允許用新的膠原質(zhì)生長(zhǎng)取代受損的組織—損傷促進(jìn)愈合并發(fā)生年輕化效果。更新的組織改善了皮膚的亮度、色調(diào)，并且可以甚至提供在毛孔大小、褶皺和細(xì)紋上的減少。

基于水吸收的選擇性非侵入性光熱分解被用于將組織加熱至60攝氏度與100攝氏度之間以誘導(dǎo)選擇區(qū)域中的損傷，而沒(méi)有皮膚的燒蝕或汽化。當(dāng)水溫超過(guò)100攝氏度時(shí)發(fā)生燒蝕性光熱分解。

聚焦的激光甚至可以被用于在真皮層的內(nèi)側(cè)創(chuàng)建激光誘導(dǎo)光學(xué)擊穿(LIOB)，如從公布的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO 2008/001284A2已知的。

由于很多皮膚處理要求在諸如真皮等的內(nèi)皮層中的處理部位，所 以對(duì)諸如表皮等的鄰接外層造成損害是主要問(wèn)題。使表皮經(jīng)受高強(qiáng)度可能會(huì)引起不期望的加熱，這可能造成正被處理的受試者的額外的不適、不良的皮膚反應(yīng)和在皮膚色素上的不希望的改變。這在當(dāng)處理諸如皺紋和褶皺等的面部疾病時(shí)是特別不期望的。

降低表皮的加熱的技術(shù)例如從Manstein D、Poureshagh M、Yaroslavsky I、Altshuler GB和Anderson RR發(fā)表在激光器外科雜志14(增刊)：28(2002)上的文章“與聚焦和接觸冷卻組合地使用IR-纖維激光器的真皮目標(biāo)的空間受限光熱分解”(“Spatially confined photothermolysis of dermal targets using an IR-fiber laser in combination with focusing and contact cooling,”Lasers Surg Med.,14(Suppl):28(2002)by Manstein D,Poureshagh M,Yaroslavsky I,Altshuler GB,and Anderson RR)已知。在這里，活性表面冷卻被并行地施加以避免當(dāng)通過(guò)紅外纖維(λ＝1.06μm和1.2μm)激光脈沖的皮內(nèi)聚焦處理皮膚時(shí)的表皮受傷。然而，活性表面冷卻使得處理裝置更加復(fù)雜和昂貴。這對(duì)于家庭使用的應(yīng)用是特別不利的。

在PCT申請(qǐng)WO 2005/122694中通過(guò)借助于在輻射源與皮膚表面之間的射束轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使輻射散開(kāi)嘗試了一種不同的途徑。射束轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使入射的輻射束離軸偏轉(zhuǎn)，并接著成角度地往回重新導(dǎo)向以在皮膚下方的目標(biāo)點(diǎn)處跨對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)。描述了兩個(gè)主要實(shí)施例—一個(gè)是其中單一個(gè)射束以固定角度圍繞目標(biāo)軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且另一個(gè)是其中輻射束被分裂成多個(gè)帶角度的射束。射束轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使得該系統(tǒng)非常復(fù)雜并且難以調(diào)整。

進(jìn)一步已知的技術(shù)是通過(guò)具有充分長(zhǎng)度的脈沖延遲以為表皮提供正常熱馳豫而使激光脈沖分開(kāi)。這被描述在Goldman、Weiss R和Weiss M發(fā)表在皮膚外科2005；31:1179–1187上的文章“作為光老化的非燒蝕性途徑的強(qiáng)脈沖光”(“Intense Pulsed Light as a Nonablative Approach to Photoaging”,Dermatol Surg 2005；31:1179–1187,by Goldman,Weiss R,and Weiss M)中。特別地，在第1180頁(yè)至1181頁(yè)，一般情況下建議至少10毫秒的脈沖延遲，并且對(duì)于一些受試者 來(lái)說(shuō)建議20毫秒至30毫秒。

因?yàn)樘幚砉πQ于目標(biāo)部位處的溫度和處理的持續(xù)時(shí)間兩者，所以過(guò)長(zhǎng)的脈沖延遲的使用可能會(huì)增加處理的整體持續(xù)時(shí)間。

因此期望改善這樣的處理的功效，而使處理裝置保持盡可能簡(jiǎn)單。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于使用激光處理內(nèi)皮層的非侵入性裝置和方法。

目的根據(jù)本發(fā)明通過(guò)如下裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，裝置包括：

-光源和相關(guān)聯(lián)的光學(xué)系統(tǒng)，用于生成沿著裝置的處理光軸的激光處理射束的脈沖，光源和光學(xué)系統(tǒng)被配置并布置成在激光處理射束的橫截面內(nèi)提供：

-被布置在橫截面的外周處的非零光強(qiáng)度的第一射束區(qū)和第二射束區(qū)，和

-被布置在第一射束區(qū)與第二射束區(qū)之間的、光強(qiáng)度比所述非零光強(qiáng)度低的第三射束區(qū)；

光學(xué)系統(tǒng)被進(jìn)一步配置并布置成：

-在使用中將處理激光束聚焦至被布置在內(nèi)皮層中的在處理光軸上的焦斑；

-在使用中將第一射束區(qū)和第二射束區(qū)沿著處理光軸引導(dǎo)穿過(guò)外皮層至焦斑，其中第一射束區(qū)和第二射束區(qū)分別穿過(guò)外皮層中的第一皮膚區(qū)和第二皮膚區(qū)；

其中第三射束區(qū)的范圍(extent)被預(yù)定和/或被控制成提供在外皮層中的被布置在第一皮膚區(qū)與第二皮膚區(qū)之間的相應(yīng)的第三皮膚區(qū)，

其中第三射束區(qū)的較低光強(qiáng)度被預(yù)定和/或被控制成提供比在第一皮膚區(qū)和第二皮膚區(qū)內(nèi)的在激光處理射束的所述脈沖期間的最大溫度低的在第三皮膚區(qū)內(nèi)的在激光處理射束的脈沖期間的最大溫度；

且其中光源被配置并布置成在使用中提供比第一皮膚區(qū)和第二皮膚區(qū)的熱馳豫時(shí)間長(zhǎng)的激光處理射束的脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間。

目的還通過(guò)一種使用用于生成激光的裝置處理內(nèi)皮層的非侵入性方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，裝置包括用于生成沿著裝置的處理光軸的激光處理射束的脈沖的光源和相關(guān)聯(lián)的光學(xué)系統(tǒng)，

方法包括：

-生成具有橫截面的激光處理射束，橫截面包括：

-被布置在橫截面的外周處的非零光強(qiáng)度的第一射束區(qū)和第二射束區(qū)，和

-被布置在第一射束區(qū)與第二射束區(qū)之間的、光強(qiáng)度比所述非零光強(qiáng)度低的第三射束區(qū)；

-使用光學(xué)系統(tǒng)將處理激光射束聚焦至在內(nèi)皮層中的被布置在處理光軸上的焦斑；

-將第一射束區(qū)和第二射束區(qū)沿著處理光軸引導(dǎo)穿過(guò)外皮層至焦斑，其中第一射束區(qū)和第二射束區(qū)分別穿過(guò)外皮層中的第一皮膚區(qū)和第二皮膚區(qū)；

-將第三射束區(qū)的范圍預(yù)定和/或控制成提供在外皮層中的被布置在第一皮膚區(qū)與第二皮膚區(qū)之間的相應(yīng)的第三皮膚區(qū)，

-將第三射束區(qū)的較低光強(qiáng)度預(yù)定和/或控制成提供比在第一皮膚區(qū)和第二皮膚區(qū)內(nèi)的在激光處理射束的所述脈沖期間的最大溫度低的在第三皮膚區(qū)內(nèi)的在激光處理射束的脈沖期間的最大溫度；和

-將光源配置并布置成在使用中提供比第一皮膚區(qū)和第二皮膚區(qū)的熱馳豫時(shí)間長(zhǎng)的激光處理射束的脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間。

本發(fā)明是基于如下見(jiàn)解：在激光處理射束的橫截面內(nèi)提供顯著較低的激光強(qiáng)度的至少一個(gè)中央射束區(qū)提供了在外皮層中的相應(yīng)的中央皮膚區(qū)。該中央皮膚區(qū)中的較低激光強(qiáng)度可以被配置并布置成提供與周?chē)つw區(qū)中相比較低程度的加熱。換言之，為周?chē)つw區(qū)提供了散熱器區(qū)。這是有利的，因?yàn)槠つw的外層的加熱可以與使用具有傳統(tǒng)高斯或頂帽強(qiáng)度輪廓的射束時(shí)相比更均勻地分布，由此避免了可能造 成外皮層中的不期望的熱損傷的熱點(diǎn)?？刂坪?或預(yù)定該散熱器區(qū)的范圍是防止外皮層中的過(guò)高溫度的方便的方式。

光源配置并布置成在使用中提供比第一皮膚區(qū)和第二皮膚區(qū)的熱馳豫時(shí)間長(zhǎng)的激光處理射束的脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間。本發(fā)明因此使得能夠使用較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的脈沖來(lái)處理內(nèi)皮層，而不使用諸如外部冷卻等的進(jìn)一步的措施。外皮層中的內(nèi)散熱器區(qū)提供了來(lái)自周?chē)つw區(qū)的過(guò)多的熱可以在其內(nèi)消散的皮膚區(qū)。

對(duì)于光源或光學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)進(jìn)一步包括被配置并布置成提供第一射束區(qū)、第二射束區(qū)和第三射束區(qū)的至少一個(gè)光學(xué)元件可以是有利的。光學(xué)元件可以被布置在光源內(nèi)，例如在激光腔中或在光學(xué)系統(tǒng)中?？梢允褂矛F(xiàn)有技術(shù)中已知的任何合適的光學(xué)元件，例如，中央掩模、環(huán)孔、空間光調(diào)制器(SLM)、衍射光學(xué)元件(DOE)、相位掩模、螺旋波片、漩渦波片、叉型全息圖(Pitch-Fork-Hologram)、Q板或圓柱形模式轉(zhuǎn)換器。將這些光學(xué)元件中的超過(guò)一個(gè)組合以提供射束區(qū)可以是有利的。與光學(xué)系統(tǒng)中的至少一個(gè)光學(xué)元件組合地提供在光源內(nèi)側(cè)的至少一個(gè)光學(xué)元件也可以是有利的。

雖然本發(fā)明可以提供射束區(qū)的很多配置，但提供非連續(xù)的第一射束區(qū)和第二射束區(qū)并將第三射束區(qū)配置成以便在激光處理射束的橫截面內(nèi)將第一射束區(qū)和第二射束區(qū)在其邊界的整個(gè)長(zhǎng)度上分開(kāi)可以是特別有利的。

在進(jìn)一步有利的配置中，第一射束區(qū)和第二射束區(qū)是連續(xù)的并且形成非零光強(qiáng)度的環(huán)形區(qū)的一部分，第三射束區(qū)被配置成形成較低光強(qiáng)度的中央?yún)^(qū)，并且其中較低光強(qiáng)度的中央?yún)^(qū)由非零光強(qiáng)度的環(huán)形區(qū)圍住。這樣的環(huán)狀或多納圈狀圖案可以使用適當(dāng)放置的中央孔徑或者本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的很多其他技術(shù)來(lái)提供。

將光源配置并布置成在使用中提供比外皮層的熱弛豫時(shí)間長(zhǎng)并且比內(nèi)皮層的熱弛豫時(shí)間短的激光處理射束的脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間可以是有利的。例如，如果外皮層是表皮，則脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)于或等于10ms至30ms。這些值是表皮的熱弛豫時(shí)間的典型值。如果內(nèi) 皮層是真皮，則脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)該短于或等于100ms至300ms。這些值是真皮的熱弛豫時(shí)間的典型值。這樣的脈沖持續(xù)時(shí)間是在聚焦位置有效加熱真皮所期望的，而使表皮免受不必要的熱損傷。

特別地，脈沖持續(xù)時(shí)間可以被預(yù)定和/或控制成比第一皮膚區(qū)和第二皮膚區(qū)中存在的皮膚組織的熱弛豫時(shí)間長(zhǎng)并且比激光處理射束的焦斑處存在的皮膚組織或發(fā)色團(tuán)的熱弛豫時(shí)間短。

附圖說(shuō)明

圖1概略地示出當(dāng)處理皮膚15的內(nèi)層17時(shí)所使用的裝置10的主要部分，

圖2示意性地描繪了處理激光射束22中的非零強(qiáng)度的射束區(qū)22a、22b，

圖3和圖4示出包括通過(guò)較低強(qiáng)度的射束區(qū)22c、122c分開(kāi)的非零強(qiáng)度的射束區(qū)22a、122a和22b、122b的激光處理射束22、122的橫截面的示例，

圖5A示意性地描繪了對(duì)于高斯和平頂激光處理射束22的跨射束的強(qiáng)度的輪廓，

圖5B示意性地描繪了由使用圖5A中描繪的激光處理射束的內(nèi)皮層的處理產(chǎn)生的在表皮中的溫度輪廓，

圖6A示意性地描繪了對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的變型后的高斯和變型后的平頂(flat-top)激光處理射束22的跨射束的強(qiáng)度的輪廓，

圖6B示意性地描繪了由使用圖6A中描繪的激光處理射束的內(nèi)皮層的處理產(chǎn)生的在表皮中的溫度輪廓，

圖7描繪了用以確定對(duì)于外皮層的在熱穿透深度與脈沖持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系70的仿真的結(jié)果，

圖8描繪了可以由相應(yīng)地配置的裝置提供的已知矩形橫向激光模式、例如厄米特-高斯模式(Hermite-Gaussian mode)的示例，和

圖9描繪了可以由相應(yīng)地配置的裝置提供的已知圓柱形橫向激光模式、例如拉蓋爾-高斯模式(Laguerre-Gaussian mode)的示例。

應(yīng)該注意的是，在不同附圖中具有相同附圖標(biāo)記的項(xiàng)目具有相同的結(jié)構(gòu)特征和相同的功能，或者是相同的項(xiàng)目。在已說(shuō)明了這樣的項(xiàng)目的功能和/或結(jié)構(gòu)的情況下，沒(méi)有必要在詳細(xì)描述中重復(fù)其說(shuō)明。

具體實(shí)施方式

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的激光處理裝置10，其包括光源20和光學(xué)系統(tǒng)12，光源20和光學(xué)系統(tǒng)12被配置和布置用于生成沿著裝置10的處理光軸13的激光處理射束22。激光束22具有用于處理人類(lèi)或動(dòng)物皮膚15的內(nèi)層17的合適的頻率和脈沖持續(xù)時(shí)間。光源20典型地是脈沖激光器，例如具有處于1435nm的發(fā)射和1ms至1000ms脈沖持續(xù)時(shí)間的二極管激光器。在使用期間，激光離開(kāi)裝置10作為沿著處理光軸13撞擊在皮膚15的外表面上的處理激光射束22。裝置10被布置成處理皮膚的內(nèi)層、諸如真皮17，其中處理激光射束22沿著處理光軸13穿過(guò)皮膚15的外層16。光學(xué)系統(tǒng)12被配置并布置成使處理射束22聚焦至皮膚內(nèi)層17中的焦斑25。焦斑25被布置在處理光軸13上。

使射束聚焦增加了焦斑25中的激光強(qiáng)度，這增加了處理的功效，因?yàn)榻拱?5將達(dá)到比外皮層16高的溫度。這提供了相對(duì)簡(jiǎn)單的聚焦系統(tǒng)，允許了聚焦深度的動(dòng)態(tài)控制。這不同于諸如在WO 2005/122694中描述的已知裝置，使用將入射射束分裂成多個(gè)射束、使它們遠(yuǎn)離軸線(xiàn)偏轉(zhuǎn)并將它們重新導(dǎo)向以在皮膚的表面下方交叉的非常復(fù)雜的射束轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的那些裝置。

焦斑25被選擇成對(duì)應(yīng)于處理部位—在多數(shù)應(yīng)用中，焦斑25將被布置在處理部位處。

在一些應(yīng)用中，將焦斑25接近處理部位布置、由此來(lái)自焦斑25的熱朝向處理部位擴(kuò)散也可能是有利的。焦斑接著被選擇成與內(nèi)皮層17中的合適發(fā)色團(tuán)(chromophore)一致。

光源20和光學(xué)系統(tǒng)12也可以被配置成通過(guò)不使處理射束22聚焦而提供更擴(kuò)散的處理射束22。在該情況中，內(nèi)皮層17中的處理部 位將通過(guò)合適地定位由處理射束22輻照的發(fā)色團(tuán)來(lái)確定。光學(xué)系統(tǒng)12被合適地配置成將第一射束區(qū)22a和第二射束區(qū)22b引導(dǎo)穿過(guò)外皮層16至處理部位，由此第一射束區(qū)22a和第二射束區(qū)22b分別穿過(guò)外皮層16中的第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b。

皮膚15包括具有不同光學(xué)性質(zhì)的多個(gè)層。表皮16由最外皮層組成并且形成防水保護(hù)屏障。表皮16的最外層是角質(zhì)層。真皮17位于表皮16的下方。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選使用，焦斑25被布置在真皮17中，并且第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b存在于角質(zhì)層、表皮16或皮膚表層中。第三射束區(qū)23c的范圍被預(yù)定和/或被控制成提供相應(yīng)的第三皮膚區(qū)的要求的范圍。第三皮膚區(qū)23c的范圍被選擇成提供合適尺寸的散熱器以確保處理期間在外皮層16中的第三皮膚區(qū)23c內(nèi)的最大溫度低于第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b中的周?chē)鷧^(qū)域中的最大溫度。

皮膚區(qū)內(nèi)的溫度可以使用諸如紅外照相機(jī)或麥克風(fēng)等的現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何方便的設(shè)備在使用期間進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？商娲鼗蛄硗獾?，可以使用皮膚仿真來(lái)配置和布置本發(fā)明的裝置使得不超過(guò)最大溫度。

如果裝置10被用于減少皮膚15中的褶皺，則焦斑25被布置在真皮17的膠原質(zhì)中以便在焦斑25的位置處創(chuàng)建微觀病變，這造成新的膠原質(zhì)形成。焦斑25接著可以被布置在皮膚15的外表面的下方0.2mm與2mm之間、特別是在皮膚15的外表面的下方0.5mm與1.5mm之間。典型地，所形成的病變將大于焦斑25的體積。

光學(xué)系統(tǒng)12被配置和布置成在使用中引導(dǎo)激光處理射束22沿著處理光軸13離開(kāi)裝置10、接著撞擊在待處理的皮膚15的外表面上，并且在使用中引導(dǎo)處理激光射束22沿著處理光軸13至內(nèi)皮層17中的焦斑25。詞語(yǔ)“引導(dǎo)”包括光束的方向?qū)嵸|(zhì)上被改變的配置和處理射束22被允許沿著沒(méi)有實(shí)質(zhì)改變和任何中間程度的方向改變的光束方向傳播的配置。在所有情況中，處理射束22將沿著處理光軸13離開(kāi)裝置10。

撞擊在皮膚15的外表面上的激光處理射束22將具有與由光源20產(chǎn)生的射束近似相同的直徑。這不同于諸如WO 2005/122694中所描述的使用射束轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在具有大于輸入光束的截面面積的總面積的皮膚的表面上創(chuàng)建斑點(diǎn)的那些已知裝置。

結(jié)果，處理光束22將在其通向焦斑25的路徑上穿過(guò)外皮層。根據(jù)本發(fā)明的裝置10被配置并布置成防止或減輕在處理期間對(duì)應(yīng)于焦斑25的處理部位處在該外皮層中的熱損傷。換言之，本發(fā)明保護(hù)外皮層16免受熱點(diǎn)的傷害。

短語(yǔ)“外皮層”應(yīng)該被解釋為包括不只是表皮16—本發(fā)明還可以用于保護(hù)皮膚15的表面，或者甚至真皮17的上層。短語(yǔ)“內(nèi)皮層”應(yīng)該被解釋為包括不只是真皮17—焦斑25可以被布置在真皮17的上層中，或者甚至在表皮16中。唯一的限制在于外皮層位于布置在內(nèi)皮層中的焦斑25與裝置10之間。

圖3描繪了穿過(guò)激光處理射束22的橫截面。提供了非零光強(qiáng)度的環(huán)狀外射束區(qū)22a、22b，包括具有比外環(huán)22a、22b實(shí)質(zhì)上低的光強(qiáng)度的內(nèi)盤(pán)狀射束區(qū)22c。典型地，與近似200微米至500微米的外環(huán)22a、22b直徑相比，內(nèi)盤(pán)狀射束區(qū)域22c的直徑近似是100微米至200微米。各射束區(qū)22a、22b的邊緣可以被視為強(qiáng)度等于射束區(qū)內(nèi)的最大強(qiáng)度的一半的等位線(xiàn)接合點(diǎn)。

該“多納圈”(doughnut)截面可以由包括降低或甚至阻擋處理射束22的內(nèi)射束區(qū)22c處的光強(qiáng)度的至少一個(gè)光學(xué)元件的光源20或光學(xué)系統(tǒng)12來(lái)提供。可以使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何合適的光學(xué)元件，例如，中央掩模、環(huán)孔、如從美國(guó)專(zhuān)利7961371已知的空間光調(diào)制器(SLM)、衍射光學(xué)元件(DOE)、如從美國(guó)專(zhuān)利7982938已知的相位掩模、螺旋波片、漩渦波片、叉型全息圖(Pitch-Fork Hologram)、Q板或圓柱形模式轉(zhuǎn)換器。也可以使用多個(gè)這樣的元件和/或其組合。

圖2示意性地描繪了穿過(guò)由圖1中描繪的裝置10提供的激光處理射束22的縱向截面，該激光處理射束被配置和布置成提供圖3中描繪的橫截面。

圖2進(jìn)一步描繪了具有低強(qiáng)度的中央?yún)^(qū)22c的激光處理射束22，激光處理射束撞擊在皮膚15的外表面上并且穿過(guò)外皮層16到焦斑25。外皮層位于表皮16中，并且焦斑25被布置在真皮17中。光學(xué)系統(tǒng)12被配置成將處理射束22聚焦至在處理部位處或接近處理部位的焦斑。

在縱向截面中，激光處理射束包括被布置在橫截面的外周處的非零光強(qiáng)度的第一射束區(qū)22a和第二射束區(qū)22b、和在第一射束區(qū)22a與第二射束區(qū)22b之間延伸并且光強(qiáng)度比非零光強(qiáng)度實(shí)質(zhì)上低的第三射束區(qū)22c。當(dāng)在橫截面中觀察時(shí)，第一射束區(qū)22a和第二射束區(qū)22b是圖3中描述的環(huán)狀外射束區(qū)的部分。

當(dāng)激光處理射束22穿過(guò)外皮層16時(shí)，創(chuàng)建了在外皮層16中的對(duì)應(yīng)于在處理射束22中的非零強(qiáng)度的第一射束區(qū)22a和第二射束區(qū)22b的非零光強(qiáng)度的第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b。處理射束22中的射束區(qū)的尺寸和強(qiáng)度與外皮層16中的皮膚區(qū)23a、23b的尺寸和強(qiáng)度之間的關(guān)系取決于外皮層16的散射和吸收性質(zhì)，并取決于位于第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b與皮膚15的外表面之間的組織。外皮層16的皮膚區(qū)23a、23b中的尺寸和強(qiáng)度確定在這些皮膚區(qū)23a、23b中的溫度上升。

第一非零強(qiáng)度射束區(qū)22a和第二非零強(qiáng)度射束區(qū)22b通過(guò)具有光強(qiáng)度比非零光強(qiáng)度低的第三射束區(qū)22c分開(kāi)。該低光強(qiáng)度實(shí)質(zhì)上低于非零強(qiáng)度。這創(chuàng)建了在外皮層中的具有比第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b實(shí)質(zhì)上低的強(qiáng)度的第三皮膚區(qū)23c。再次，中央射束區(qū)22c的尺寸和強(qiáng)度與中央皮膚區(qū)23c的尺寸和強(qiáng)度之間的關(guān)系取決于外皮層的散射和吸收性質(zhì)，并取決于位于中央皮膚區(qū)23c與皮膚15的外表面之間的組織。雖然該中央皮膚區(qū)23c的溫度可能通過(guò)在該皮膚區(qū)23c中的激光的強(qiáng)度而升高，但第三射束區(qū)22c的范圍被預(yù)定和/或被控制成提供第一皮膚區(qū)23a與第二皮膚區(qū)23b之間的合適尺寸的散熱器。

在處理部位處的激光處理射束22的強(qiáng)度輪廓也可以包括非零強(qiáng)度和較低強(qiáng)度區(qū)域。但是在處理部位處的這樣的區(qū)域的尺寸和強(qiáng)度取 決于所使用的聚焦的程度和處理部位的散射與吸收性質(zhì)，并取決于位于處理部位與皮膚15的外表面之間的組織。

如果處理射束22被聚焦至真皮17中的焦斑25，則顯著不同強(qiáng)度的區(qū)域?qū)w因于熱擴(kuò)散而不再保留。聚焦幫助定位被加熱的區(qū)域。它還幫助防止對(duì)表皮16造成損害，因?yàn)楣β拭芏仍诒砥?6中可以比在真皮17中低得多。

對(duì)于本發(fā)明，在處理部位處創(chuàng)建進(jìn)一步的散熱器皮膚區(qū)不是必要的。

在處理部位處的處理期間，在外皮層16的第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b中溫度將上升。通過(guò)提供在這些皮膚區(qū)之間的散熱器，較高程度的熱擴(kuò)散和熱再分配意味著第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b內(nèi)的熱損傷被降低的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)裝置10的適當(dāng)配置，散熱器尺寸可以被確定為使得在處理期間第三中央皮膚區(qū)23c內(nèi)的最大溫度低于第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b中的最大溫度。

操作的原理也可以從如圖5a、圖5b、圖6b和圖6c所提供的圖表中得以理解。圖5a描繪了在現(xiàn)有技術(shù)中已知的兩個(gè)激光射束強(qiáng)度輪廓—傳統(tǒng)的高斯輪廓30和傳統(tǒng)的平頂輪廓40?？v軸61代表作為功率的每單位面積的激光的強(qiáng)度，并且橫軸62代表穿過(guò)激光處理射束22的橫截面的位置。平頂輪廓40內(nèi)的激光強(qiáng)度跨射束截面的直徑近似恒定。還在近似等于平頂輪廓40的最大強(qiáng)度的強(qiáng)度處平行于橫軸描繪了強(qiáng)度閾值50。高斯輪廓30中的強(qiáng)度示出了跨射束截面的高斯分布，具有顯著地超過(guò)強(qiáng)度閾值50的中央最大值。高斯輪廓30和平頂輪廓40代表具有相同功率的射束。

當(dāng)激光射束輪廓被用于處理皮膚15時(shí)，產(chǎn)生圖5b中描述的表皮16溫度輪廓?？v軸65代表在暴露于多個(gè)激光脈沖之后在表皮中的溫度，并且橫軸66代表在最大溫度被控制的情況下穿過(guò)外皮部位的橫截面的位置。描繪了由分別暴露于高斯射束強(qiáng)度輪廓30和平頂強(qiáng)度輪廓40產(chǎn)生的高斯溫度輪廓35和平頂溫度輪廓45。還在近似等于表皮中期望的最大溫度的溫度處平行于橫軸描繪了溫度閾值55。高斯溫 度輪廓35示出跨外皮部位23的高斯分布，具有顯著地超過(guò)溫度閾值55的中央最大值。該“熱點(diǎn)”歸因于強(qiáng)度輪廓35中的峰值強(qiáng)度，并且是現(xiàn)有技術(shù)中的已知問(wèn)題。

傳統(tǒng)上，該“熱點(diǎn)”通過(guò)使用平頂強(qiáng)度輪廓40來(lái)避免。然而，相關(guān)聯(lián)的溫度輪廓不是平頂。圖5b描繪了類(lèi)似于鐘形狀的跨外皮部位的相應(yīng)的平頂溫度輪廓45。輪廓45的中央部分延伸超過(guò)溫度閾值55，代表著表皮中的“熱點(diǎn)”。平頂強(qiáng)度輪廓40產(chǎn)生平頂溫度輪廓的假設(shè)對(duì)于相對(duì)短的處理時(shí)間或相對(duì)短的脈沖是真的。在利用平頂強(qiáng)度輪廓的典型處理期間，表皮中的輻射強(qiáng)度跨外皮部位23近似恒定。然而，隨著溫度上升，熱遠(yuǎn)離外皮部位擴(kuò)散到周?chē)M織內(nèi)—換言之，周?chē)M織充當(dāng)散熱器。本發(fā)明是基于如下見(jiàn)解：外皮部位的中央中的熱因?yàn)樗杀患訜岬慕M織包圍而不可能擴(kuò)散—這導(dǎo)致外皮部位的中央中的熱點(diǎn)，即使當(dāng)使用平頂強(qiáng)度輪廓40時(shí)。

熱點(diǎn)問(wèn)題的傳統(tǒng)解決方案是降低處理射束輪廓中的最大強(qiáng)度50直到表皮熱點(diǎn)不再發(fā)生。然而，這也降低了激光處理射束22的功率，造成較低功效和/或延長(zhǎng)的處理時(shí)間。

圖6a描繪了根據(jù)本發(fā)明的激光強(qiáng)度輪廓的兩個(gè)示例。軸61、62和強(qiáng)度閾值50與針對(duì)圖5a描繪的相同。圖6a描繪了圖5a中描述的輪廓的變型版本—變型后的高斯強(qiáng)度輪廓130和變型后的平頂強(qiáng)度輪廓140。變型后的平頂輪廓140與圖5a中描述的平頂輪廓40相同，除了射束截面的中央處的強(qiáng)度被降低至零。變型后的高斯輪廓130與圖5a中描述的高斯輪廓30相同，除了射束橫截面的中央處的強(qiáng)度被降低至零。在兩種情況中，提供了具有非常低的強(qiáng)度的中央射束區(qū)22c。變型后的強(qiáng)度輪廓130、140中的功率通過(guò)使強(qiáng)度增加高于強(qiáng)度閾值50而保持與圖5a的強(qiáng)度輪廓相同。

當(dāng)圖6a的激光射束輪廓中的每一個(gè)被用于處理皮膚15時(shí)，產(chǎn)生圖6b中描繪的變型后的表皮16溫度輪廓145。在圖6b中，軸65、66和表皮溫度閾值55與針對(duì)圖5b描述的相同。變型的表皮溫度輪廓145再次類(lèi)似于鐘形狀—然而，外皮部位23c的中央處的溫度歸因于 外皮部位23c的中央處的附加散熱器的存在而低于鐘的肩部23a、23b處的溫度—在溫度輪廓上沒(méi)有點(diǎn)超過(guò)表皮溫度閾值55。

本發(fā)明因此通過(guò)提供中央散熱器23c使得外皮部位中的熱點(diǎn)能夠避免，而不顯著地降低激光處理射束22的功率。作為結(jié)果，也沒(méi)有顯著地降低達(dá)到處理部位的功率。散熱器的尺寸被預(yù)定和/或被控制成限制處理期間在外皮部位23a、23b、23c中的最大溫度。如果散熱器的尺寸僅被預(yù)定，則取決于期望的處理可以使用皮膚的仿真來(lái)確定適當(dāng)?shù)脑O(shè)定。如果散熱器的尺寸僅被控制，則需要某種形式的反饋，諸如Altshuler和Erofeev的美國(guó)專(zhuān)利6015404中所描繪的溫度傳感器。優(yōu)選地，使用預(yù)定方面和控制方面兩者以提供外皮部位23a、23b、23c中的最精確的溫度控制。

防止熱損傷所要求的中央散熱器的尺寸取決于至少一個(gè)參數(shù)，包括：

-第三皮膚區(qū)23c中的激光處理射束強(qiáng)度，

-第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b的分開(kāi)，

-第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b中的激光處理射束強(qiáng)度，

-激光處理射束22的脈沖持續(xù)時(shí)間，

-處理脈沖之間的脈沖延遲，

-外皮部位23a、23b、23c的諸如熱馳豫時(shí)間等的光學(xué)和熱性質(zhì)，

-包圍外皮部位23a、23b的皮膚組織的光學(xué)和熱性質(zhì)，

-包圍外皮部位23a、23b的皮膚組織的溫度，

-激光處理射束22的波長(zhǎng)光譜、輻照度和光斑大小，

-外皮部位23a、23b、23c的在皮膚15的表面下方的深度，

-皮膚15在正被處理的身體和個(gè)體上的位置，和

-處理循環(huán)的相位。

裝置10的可用于預(yù)定和/或控制中央散熱器的尺寸的參數(shù)包括：

-激光處理射束22的波長(zhǎng)光譜、輻照度和光斑大小，

-在激光處理射束22的橫截面的射束區(qū)22a、22b、22c中所提供的激光處理射束強(qiáng)度，

-裝置10的數(shù)值孔徑(NA)，

-激光處理射束22的橫截面的射束區(qū)22a、22b、22c的尺寸和范圍，

-激光處理射束22的脈沖持續(xù)時(shí)間，和

-處理脈沖之間的脈沖延遲。

本領(lǐng)域技術(shù)人將能夠通過(guò)適當(dāng)?shù)姆抡婧?或測(cè)量來(lái)確定裝置10的參數(shù)。

適當(dāng)?shù)脑O(shè)定的一些示例是：

-激光射束脈沖中的可傳送的能量水平可以是在皮膚的表面測(cè)得的在0.1mJ與20mJ之間。

-光的波長(zhǎng)可以在800nm與1500nm之間。在該范圍內(nèi)，穿過(guò)皮膚的傳輸高并且散射和線(xiàn)性吸收低。

-較低強(qiáng)度射束區(qū)22c在橫截面中的直徑是100微米至200微米。

關(guān)于皮膚的熱馳豫時(shí)間已做出了很多測(cè)量—例如，由Choi和Welch發(fā)表在外科和醫(yī)學(xué)中的激光29:351-359(2001)中的文章“組織的激光輻照期間的熱馳豫分析”(“Analysis of Thermal Relaxation During Laser Irradiation of Tissue”,Lasers in Surgery and Medicine29:351-359(2001),by Choi and Welch)。在該文章中，使用傳統(tǒng)的高斯和傳統(tǒng)的平頂激光射束輪廓調(diào)查熱馳豫時(shí)間。特別地，該文章分析了用多個(gè)脈沖處理皮膚時(shí)的熱馳豫。

如果中央皮膚散熱器區(qū)在尺寸上做成使得中央散熱器的截面范圍等于或大于外皮層16的熱穿透深度則可以是有利的。截面范圍可以通過(guò)測(cè)量在第一皮膚區(qū)23a和第二皮膚區(qū)23b的相對(duì)邊緣之間的穿過(guò)近似平行于皮膚15的表面的平面的距離來(lái)確定。各皮膚區(qū)23a、23b的邊緣可以被視為強(qiáng)度等于皮膚區(qū)內(nèi)的最大強(qiáng)度的一半的等位線(xiàn)接合點(diǎn)。以微米測(cè)得的熱穿透深度典型地是50微米至200微米。

圖7描繪了用以確定對(duì)于皮膚的上層的在熱穿透深度與脈沖持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系70的仿真的結(jié)果。橫軸64描繪了以毫秒(ms)為單位以20ms的步進(jìn)從0ms到120ms的脈沖持續(xù)時(shí)間；并且縱軸63描 繪了以微米(μm)為單位的以50μm的步進(jìn)從0μm到250μm的熱穿透深度。關(guān)系70開(kāi)始于0ms/4.5μm，并接著通過(guò)1.5ms/23μm；10ms/72μm和92ms/225μm。所以，熱穿透深度隨脈沖持續(xù)時(shí)間而增加。

根據(jù)本發(fā)明，激光處理射束的脈沖具有長(zhǎng)于外皮區(qū)的熱馳豫時(shí)間的脈沖持續(xù)時(shí)間。這樣相對(duì)長(zhǎng)的脈沖傳統(tǒng)上是避免的，因?yàn)殚L(zhǎng)于熱弛豫時(shí)間的脈沖可能會(huì)造成處理期間溫度上的穩(wěn)定增加，這可以引起皮膚的溫度超過(guò)用于熱損傷的閾值。用于表皮的熱馳豫時(shí)間取決于個(gè)體、在身體上的位置和激光處理的參數(shù)，但是典型地是從10ms至30ms。參見(jiàn)在“脈沖持續(xù)時(shí)間”下的1180頁(yè)至1181頁(yè)上的“作為光老化的非燒蝕性途徑的強(qiáng)烈脈沖光”文章。

所以，使用圖7中描述的關(guān)系70，30ms的脈沖長(zhǎng)度將造成大約100微米(μm)的熱穿透深度。中央散熱器的截面范圍因此應(yīng)該是至少100微米。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)，激光處理射束22的橫截面中的第三射束區(qū)22c的直徑應(yīng)該近似100微米至200微米。

與諸如表皮冷卻等的現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他措施一起使用本發(fā)明也可以是有利的。

橫向射束截面內(nèi)的非零且較低強(qiáng)度的射束區(qū)可以通過(guò)將激光源20配置并布置成以具有與比外周處實(shí)質(zhì)上低的強(qiáng)度的中央?yún)^(qū)的高階模式操作、即不是以基礎(chǔ)模或以輸出是多個(gè)高階模式的組合的混合多模式操作來(lái)提供。高階模式應(yīng)該足夠純粹以創(chuàng)建非零且實(shí)質(zhì)上較低強(qiáng)度所要求的區(qū)域。現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何方法可以被用于獲得這一點(diǎn)，諸如激光腔或諧振器的適當(dāng)配置。例如，由Cagniot、Fromager等人發(fā)表在SPIE激光射束整形XII卷8130,813006(2011)上的文章“使用友好腔內(nèi)激光射束整形技術(shù)的純TEMp0模的生成”(“Generation of pure TEMp0modes using a friendly intra-cavity laser beam shaping technique”by Cagniot,Fromager et al；Laser Beam Shaping XII；SPIE Vol.8130,813006(2011))公開(kāi)了一種用于在激光腔(諧振器)中生成具有相位和幅值DOEs的高模式的模型。例如，將 π相位板插入平凹腔內(nèi)。

圖9描繪了可以使用的已知拉蓋爾-高斯模式的示例，諸如LG-01、LG-02和LG-03。在該專(zhuān)利申請(qǐng)中，使用了用于LG模式的標(biāo)準(zhǔn)表示法—第一索引指示出徑向模階(radial mode order)的數(shù)量(p)，并且第二索引指示出角模階(angular mode order)的數(shù)量(l)。

本發(fā)明的強(qiáng)度區(qū)也可以通過(guò)將激光源20配置并布置成以L(fǎng)G-01*模式操作，其中p＝0并且l＝1?！?”指示出這是圖3中描繪的所謂的“多納圈”或環(huán)形模式。第一射束區(qū)22a和第二射束區(qū)22b是連續(xù)的，形成了非零光強(qiáng)度的環(huán)形區(qū)的部分。第三射束區(qū)22c被配置成形成較低光強(qiáng)度的中央?yún)^(qū)，并且較低強(qiáng)度的所述中央?yún)^(qū)由非零光強(qiáng)度的環(huán)形區(qū)圍住。

諸如LG-11、LG-21、LG-22和LG-34等的LG模式也可以被用于提供多個(gè)低強(qiáng)度的合適區(qū)22c。

圖8描繪了可以使用的已知厄米特-高斯模式的示例，諸如HG-01、HG-10或HG-11。圖4描繪了近似HG-01模式的橫截面122—提供了非零強(qiáng)度的兩個(gè)非連續(xù)區(qū)122a、122b，它們通過(guò)較低強(qiáng)度的第三區(qū)122c在激光處理射束122的橫截面內(nèi)被沿著它們的邊界的總長(zhǎng)度分開(kāi)。該強(qiáng)度輪廓可以通過(guò)對(duì)激光源的適當(dāng)變型或者通過(guò)將合適的掩模在適當(dāng)位置布置在處理射束22中來(lái)創(chuàng)建。諸如HG-12、HG-21、GH-30、HG-31和HG-33等的HG模式也可以被用于提供多個(gè)低強(qiáng)度的合適區(qū)22c。

關(guān)于高階激光模式中的強(qiáng)度分布的更多細(xì)節(jié)可以在ISBN978-953-1007-405-4由F.J.Duarte編輯的書(shū)刊激光脈沖現(xiàn)象與應(yīng)用中的第11章：由Tae Moon Jeong和Jongmin Lee發(fā)表的空間域中的激光射束診斷(Chapter 11:Laser Beam Diagnostics in a Spatial Domain by Tae Moon Jeong and Jongmin Lee,in the book Laser Pulse Phenomena and Applications,edited by F.J.Duarte,ISBN 978-953-1007-405-4)中找到。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)清楚的是，也可以通過(guò)在激光腔內(nèi)的變 型和/或光學(xué)元件與激光腔外側(cè)的沿著光路布置的光學(xué)元件的組合來(lái)創(chuàng)建合適的強(qiáng)度輪廓。

根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法可以用于皮膚的任何合適的處理，特別是非侵入性的皮膚中的褶皺減少、光化性角化病、疤痕組織或痤瘡和色斑的減少。裝置和方法可以用于選擇性光熱分解、特別是用于燒蝕性和非燒蝕性技術(shù)。

激光源20可以被布置在裝置10的外側(cè)，并使用光學(xué)纖維連接。這提供了小且重量輕的施加器單元，其中笨重且較重的激光源等在單獨(dú)且固定的單元中。

應(yīng)該注意的是，上述實(shí)施例說(shuō)明了而不是限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人將能夠設(shè)計(jì)出很多可替代的實(shí)施例。

在權(quán)利要求中，置于括號(hào)之間的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)該被解釋為限制權(quán)利要求。動(dòng)詞“包括”及其形式變化的使用不排除除了權(quán)利要求中所陳述的那些以外的元件或步驟的存在。元件前面的冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)這樣的元件的存在。本發(fā)明可以借助于包括若干不同元件的硬件和借助于合適編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)施。在列舉了若干部件的裝置權(quán)利要求中，這些部件中的若干可以由硬件的一個(gè)和相同項(xiàng)目來(lái)體現(xiàn)。相互不同的從屬權(quán)利要求中記載了某些措施的純粹的事實(shí)不表明這些措施的組合不能有利地使用。

附圖標(biāo)記

10 皮膚處理裝置

12 光學(xué)系統(tǒng)

13 裝置光軸

15 皮膚

16 皮膚的表皮層

17 皮膚的真皮層

20 用于生成激光處理射束(22)的光源

22 激光處理射束

22a 非零光強(qiáng)度的第一射束區(qū)

22b 非零光強(qiáng)度的第二射束區(qū)

22c 光強(qiáng)度比非零光強(qiáng)度低的第三射束區(qū)

23a 外皮層中的第一皮膚區(qū)

23b 外皮層中的第二皮膚區(qū)

23c 外皮中的第三皮膚區(qū)

25 焦斑

30 高斯激光射束強(qiáng)度輪廓

35 暴露于高斯強(qiáng)度輪廓時(shí)的表皮溫度輪廓

40 平頂激光射束強(qiáng)度輪廓

45 暴露于平頂強(qiáng)度輪廓時(shí)的表皮溫度輪廓

50 強(qiáng)度閾值

55 表皮溫度閾值

61 強(qiáng)度軸(縱)

62 在激光射束橫截面軸中的位置(橫)

63 以微米為單位的熱穿透深度(縱軸)

64 以毫秒為單位的脈沖持續(xù)時(shí)間(橫軸)

65 表皮溫度軸(豎)

66 在外皮部位橫截面軸中的位置(橫)

70 皮膚中的熱穿透深度與脈沖持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系

122 處理激光射束的第二實(shí)施例

122a (可替代的)：第一射束區(qū)＝非零強(qiáng)度

122b (可替代的)：第二射束區(qū)＝非零強(qiáng)度

122c (可替代的)：光強(qiáng)度比非零光強(qiáng)度低的第三射束區(qū)

130 變型后的高斯激光射束強(qiáng)度輪廓

140 變型后的平頂激光射束強(qiáng)度輪廓

145 變型后的表皮溫度輪廓