CN116917007A - 使用实时表面温度映射及相关联方法用于治疗区域内的区的剂量测定确定 - Google Patents

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Abstract

一种基于能量的皮肤病学治疗系统包含用于获得与第一治疗区域相关联的第一温度测量的温度传感器。所述系统还包含用于接收所述第一温度测量且基于所述第一温度测量产生温度映射的处理模块。所述系统进一步包含用于基于所述第一温度映射设置第一治疗脉冲的参数的控制模块及经配置以将所述第一治疗脉冲递送到所述第一治疗区域的能量源。在实施例中，所述第一温度传感器是非接触温度传感器。在另一实施例中，第二治疗区域的第二温度测量基于所述第一及第二温度测量产生经更新温度映射。第二治疗脉冲的参数根据所述经更新温度映射进行设置，且所述第二治疗脉冲被递送到所述第二治疗区域。

Description

使用实时表面温度映射及相关联方法用于治疗区域内的区的 剂量测定确定
技术领域
本发明涉及基于能量的治疗，且更明确来说，涉及用于基于皮肤温度映射确定及调整激光脉冲的剂量测定的系统及方法，所述皮肤温度映射可实时产生及更新以提供治疗区域的经测量及估计温度数据。
背景技术
嵌入于例如真皮的介质中的皮脂腺及其它生色团可使用通过用定向光源(例如激光器)加热生色团的热损伤来治疗。然而，施加足以损伤生色团的热能还可能导致非预期地损伤周围真皮及上覆表皮，从而导致表皮及真皮损伤以及患者有在治疗期间的可能疼痛。
发明内容
下文呈现一或多个方面的简化概要以便提供此类方面的基本理解。此概要并非所有所考虑方面的广泛概述，且旨在既不识别所有方面的关键或临界元件也不划定任何或所有方面的范围。其目的是以简化形式将一或多个方面的一些概念呈现为以下更详细描述的序言。
在实施例中，一种基于能量的皮肤病学治疗系统包含：温度传感器，其用于获得与第一治疗区域相关联的第一温度测量；及处理模块，其用于接收所述第一温度测量且基于所述第一温度测量产生温度映射。所述系统进一步包含：控制模块，其用于基于所述温度映射设置第一治疗脉冲的参数；及能量源，其用于将所述第一治疗脉冲递送到所述第一治疗区域。在实施例中，所述参数包含脉冲强度及脉冲持续时间中的至少一者。在实施例中，所述温度传感器是非接触温度传感器。在另一实施例中，所述非接触温度传感器包含红外传感器。在又另一实施例中，所述能量源向所述第一治疗区域发射所述第一治疗脉冲，接着，进行所述第一治疗区域的第二温度测量以产生第二温度映射，且所述控制模块进一步经配置以基于所述第二温度映射设置第二治疗脉冲的至少一个参数。在一些实施例中，所述系统进一步包含用于从所述第一治疗区域对流传送热的冷却单元。所述控制模块与所述冷却单元可操作地耦合，且所述控制模块进一步经配置用于基于所述温度映射设置所述冷却单元的操作参数。
在另一实施例中，公开一种操作包含用于递送治疗脉冲的能量源的基于能量的皮肤病学治疗系统的方法。所述方法包含：选择第一治疗区域；获得与所述第一治疗区域相关联的第一温度测量；及基于所述第一温度测量产生所述第一治疗区域的温度映射。所述方法进一步包含：基于所述温度映射设置第一治疗脉冲的参数；及将所述第一治疗脉冲递送到所述第一治疗区域。在实施例中，所述参数包含脉冲强度及脉冲持续时间中的至少一者。在另一实施例中，所述方法进一步包含：定义所述参数的下及/或上阈值；及当所述参数被设置为低于所述下阈值或高于所述上阈值时产生警报。在又另一实施例中，所述方法包含：获得与所述第一治疗区域相关联的第二温度测量；基于所述第一及第二温度测量产生所述第一治疗区域的经更新温度映射；基于所述经更新温度映射调整第二治疗脉冲的参数；及将所述第二治疗脉冲递送到所述第一治疗区域。在实施例中，进行第二治疗区域的所述第二温度测量，所述第二治疗区域可邻近于所述第一治疗区域。所述第一及第二治疗脉冲可被循序递送或基本上同时被递送。在实施例中，所述方法进一步包含在所述第一及/或第二治疗脉冲的递送之前及/或期间冷却所述第一及/或第二治疗区域。
在另一实施例中，公开一种用于操作基于能量的皮肤病学治疗系统的方法。所述基于能量的皮肤病学治疗系统包含用于递送治疗脉冲的能量源。所述方法包含：选择第一治疗区域；将第一治疗脉冲递送到所述第一治疗区域；获得与所述第一治疗区域相关联的第一温度测量；基于所述第一温度测量产生所述第一治疗区域的温度映射；及基于所述温度映射设置第二治疗脉冲的参数。在实施例中，所述方法进一步包含在递送所述第一治疗脉冲之前冷却所述第一治疗区域。在另一实施例中，所述方法进一步包含将所述第二治疗脉冲递送到所述第一治疗区域，或替代地，递送到第二治疗区域。所述第二治疗区域可邻近于所述第一治疗区域。在又另一实施例中，所述第二治疗也在所述第二治疗脉冲的递送之前及/或期间冷却。
附图说明
附图仅说明一些实施方案且因此不应视为限制范围。
图1展示说明根据实施例的提供实时皮肤温度映射及剂量测定反馈及调整能力的基于能量的光电治疗系统的框图。
图2A及2B分别说明根据实施例的同时及循序激光脉冲施加协议的实例及相关联温度映射产生程序。
图3说明根据实施例的光电治疗系统到患者皮肤的不同区域的移动及经更新皮肤温度映射的产生。
图4展示说明根据实施例的包含冷却及其它功能性、提供实时剂量测定反馈、映射产生及调整能力的基于能量的光电治疗系统的框图。
图5A及5B展示描述根据实施例的操作光电治疗系统以获得皮肤温度测量及产生皮肤温度映射的方法的过程流程图。
图6说明根据实施例的适于搭配光电治疗系统使用的扫描仪设备的一部分的部分剖视图。
图7是说明根据实施例的热传感器的视野(FoV)的图。
图8是根据实施例的搭配光电治疗系统使用的参考表面的前视图。
图9是根据实施例的如从底部对角地查看的参考表面的等距视图。
图10是说明根据实施例的感测皮肤表面的温度的示范性非接触方法的过程流程图。
具体实施方式
本发明在下文参考附图进行更完整描述，在附图中展示本发明的实施例。然而，本发明可以许多不同形式体现且不应被解释为限于本文中陈述的实施例。实情是，提供这些实施例使得本公开将是透彻且完整的，且将向所属领域的技术人员传达本发明的范围。在图中，为了清楚，层及区的大小及相对大小可夸大。贯穿全文相似数字指称相似元件。
应理解，尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种元件、组件、区、层及/或区段，但这些元件、组件、区、层及/或区段不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区、层或区段与另一区、层或区段。因此，下文论述的第一元件、组件、区、层或区段可被称为第二元件、组件、区、层或区段，而不会背离本发明的教示。
本文中可使用例如“下面”、“下方”、“下”、“之下”、“上方”、“上”及类似物的空间相对术语来描述一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系，如图中说明。应理解，除图中描绘的定向之外，空间相对术语还希望涵盖装置在使用或操作中的不同定向。举例来说，如果使图中的装置倒转，那么被描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”或“之下”的元件将定向成在其它元件或特征“上方”。因此，示范性术语“下方”及“之下”可涵盖上方及下方两种定向。装置可以其它方式定向(旋转90度或呈其它定向)且可相应解译本文中使用的空间相对描述词。另外，还应理解，当层被称为在两个层“之间”时，其可为两个层之间的唯一层或也可能存在一或多个中介层。
本文中使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的且不旨在限制本发明。如本文中使用，单数形式“一(a/an)”及“所述”旨在也包含复数形式，除非上下文另外明确指示。应进一步理解，术语“包括(comprises及/或comprising)”当在本说明书中使用时指定存在所陈述特征、整数、步骤、操作、元件及/或组件，但并不排除存在或添加一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件及/或其群组。如本文中使用，术语“及/或”包含相关联所列项中的一或多者中的任一者及所有组合，且可缩写为“/”。
应理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“连接到”、“耦合到”或“邻近于”另一元件或层时，其可直接在另一元件或层上、直接连接到、耦合到或邻近于另一元件或层，或可能存在中介元件或层。相比之下，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接连接到”、“直接耦合到”或“紧邻于”另一元件或层时，不存在中介元件或层。同样地，当光是“从”一个元件接收或提供时，其可以直接从那个元件接收或提供或从中介元件接收或提供。另一方面，当光是“直接从”一个元件接收或提供时，不存在中介元件。
本发明的实施例在本文中参考横截面说明进行描述，所述横截面说明是本发明的理想化实施例(及中间结构)的示意性说明。因而，将预期作为例如制造技术及/或公差的结果的与说明的形状的变动。因此，本发明的实施例不应被解释为限于本文中说明的特定形状的区，而是应包含例如由制造造成的形状偏差。因此，图中说明的区在性质上是示意性的且其形状不旨在说明装置的区的实际形状且不旨在限制本发明的范围。
除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包含技术及科学术语)具有与本发明所属的领域的一般技术人员通常理解的相同的意义。应进一步理解，术语(例如常用词典中定义的术语)应被解译为具有与其在相关领域及/或本说明书的上下文中的意义一致的意义，且不应以理想化或过于正式的意义来解译，除非本文中明确如此定义。
在激光治疗痤疮时，操作热范围通常在上端被限制于近似55℃的表皮及真皮损伤阈值温度且在下端由将皮脂腺带到近似55℃的其治疗损伤阈值温度所需的温度限制。基于临床数据，作为实例，以终端皮肤表面温度表达的痤疮治疗的操作温度范围是近似40℃到55℃。在低于40℃的皮肤表面温度下，已确定不会损伤皮脂腺，且因此没有疗效。当皮肤表面温度在40℃与55℃之间时，存在不同程度的皮脂腺损伤，而没有损伤表皮。在高于55℃的皮肤表面温度下，除了对皮脂腺的有效治疗损伤外，还会损伤真皮及表皮。
在最小患者不适情况下对特定生色团的成功光热定向治疗的要求包含：1)不伤害表皮，即，确保皮肤表面的温度峰值小于大约55℃；2)不伤害真皮，即，通过平衡治疗脉冲的平均功率与冷却系统的除热来避免真皮过热；及3)选择性地加热目标生色团，例如大于55℃的峰值温度用于皮脂腺治疗。本文中描述的实施例用简单得多的系统及协议实现与现存系统相同的效果。
组织参数(例如表皮及真皮的厚度)根据例如年龄、性别及种族的因素在个体之间有所不同，以及在不同皮肤位置之间也有所不同。举例来说，即使是针对同一个体，前额也具有与背部不同的组织性质，从而使得不同治疗位置需要不同治疗参数设置。在确定特定治疗协议时考虑组织性质的此类变动对基于激光的治疗(例如，痤疮治疗)很重要。另外，由于制造可变性及操作条件，在例如特定激光系统之间的精确激光功率、光点大小及冷却容量方面可能存在变动。
临床数据还指示终端皮肤表面温度对特定个体的特定治疗区域处的组织参数具有很强的依赖性。虽然现存治疗协议已是基于方法的“一种治疗方法适于所有人”类型，但创新性分析协议可经并入到治疗方法中以便直接确定个别定制的治疗参数，其在于先前治疗期间达到的较低激光功率及/或终端皮肤表面温度下从终端皮肤温度的测量外推，以避免表皮损伤同时有效地致使皮脂腺损伤。以此方式，治疗协议可经定制用于特定个体的特定治疗区域，且还减轻可由特定机器的激光功率输出的变动以及治疗条件(例如环境湿度及温度)的变动致使的治疗变动。
此分析协议可通过使用(例如)可内置到由医学专业人员固持以对患者应用治疗的扫描仪(例如，参阅下文将描述的图1及4的温度测量设备146)中的商用、现成、低成本IR相机并入温度测量或通过使用单独、商用现成单像素或多像素热测量装置来执行。可在高度局部化层级执行预测过程，从而实时或在治疗开始之前调整治疗协议，甚至是针对治疗区域中的每一个别区调整协议。以此方式，治疗协议可被指定提供必要治疗激光功率同时保持低于表皮及真皮损伤阈值温度。
虽然没有好的方式来直接测量由治疗协议作为目标的皮脂腺的温度，但腺体的直接区域中的皮肤表面温度可用作皮脂腺温度的指标。接着，提供皮脂腺温度与皮肤表面温度之间的对应性的相关模型可用于使用皮肤表面温度测量定制实际治疗协议用于有效地以皮脂腺损伤作为目标同时保持低于表皮及真皮的损伤阈值。相关模型可使用例如分析热传递模型或通过使用在给定应用特定治疗协议的情况下使皮肤表面温度与皮脂腺损伤相关的临床数据(例如，经由活组织检查)来开发。
皮肤温度映射可基于经测量皮肤温度产生。当使用响应于由操作者提供的单个输入(例如，治疗装置的一次“触发”)将多于一个激光脉冲递送到患者皮肤的治疗系统及协议时，此皮肤温度映射可特别有益。使用皮肤温度映射及相关模型来调整用于治疗区域内的特定皮肤区的激光脉冲将在下文详细描述。
图1展示说明根据实施例的提供实时剂量测定反馈及调整能力的基于能量的光电治疗系统的框图。应注意，术语“光电治疗”、“光热治疗”及“基于能量的皮肤病学治疗”在本公开通篇可互换使用，且所有这些术语都指称能量(例如激光脉冲)的可控递送用于治疗皮肤病学状况。
如图1中展示，系统100包含光电治疗单元110，所述光电治疗单元110继而包含用于控制激光器122的控制器120。从激光器122输出的激光功率经由光纤124传输到扫描仪130。扫描仪130(例如)是用于将激光功率输出施加到治疗位置的手持式装置。光电治疗单元进一步包含经由温度连接144与扫描仪130连接的温度监测单元142。举例来说，温度测量设备146(例如热敏电阻、红外相机或其它温度感测装置)附接到扫描仪130或集成到扫描仪130中以提供治疗位置处皮肤表面温度的实时温度测量。由温度测量设备146测量的温度信息可经由温度连接144传输到温度监测单元142。接着，控制器120可将温度信息传输到实时温度显示器150，其中温度信息可由系统100的用户进行查看。
替代地或另外，由温度测量设备146测量的温度可传输到控制器120，其中皮肤温度映射基于在治疗区域内的已知位置处进行的实际温度测量产生。热力学方程及/或经验数据可用于粗略估计治疗区域的部分中未由温度测量设备146在产生皮肤温度映射时直接测量的皮肤温度。在一些实施例中，为了降低对估计、方程及经验数据的依赖，可测量遍及治疗区域的几个地方中的皮肤温度。举例来说，可在将接收来自光电治疗系统的直接激光脉冲的区中进行温度测量。在其它实施例中，可依网格或其它图案化布置递增地进行温度测量。在又另一实施例中，温度测量设备146可包含传感器阵列，例如红外传感器阵列，且因此能够同时获得大面积的治疗区域内(而非在单个点处)的温度读数。更多皮肤温度测量可提高所产生皮肤温度映射的准确度。
皮肤温度映射可对于其中响应于单个操作者输入(例如，单次触发器拉拽)产生多个激光脉冲的治疗系统及协议特别有益。图2A及2B说明此协议的两个实例。首先参考图2A，展示治疗区域200。治疗区域200表示可用光电治疗系统(例如光电治疗系统100)在无需重新定位系统的情况下治疗的区域。当系统朝向患者皮肤定向时，治疗区域200上覆于将要治疗的患者皮肤的区域上面。虽然治疗区域200被展示为正方形，但取决于激光源的特定配置及/或光电治疗系统内的屏蔽，所述区域可为椭圆形、圆形、矩形或任何其它规则或不规则形状。
在治疗区域200内的是区202到208。区202到208中的每一者表示可能受到来自光电治疗系统的单个激光脉冲影响的治疗区域的一部分。在一些实施例中，经引导于区202到208中的两者或更多者处的激光脉冲可由光电治疗系统响应于来自操作者的单个输入基本上同时发射。虽然展示四个正方形区，但取决于相关联光电治疗系统的配置，在治疗区域200内可能存在任何形状的更多或更少的区。区202到208基本上可彼此毗邻，使得在区202到208之间没有间隙且没有重叠区域。在一些实施例中，区202到208中的每一者的大小可近似为5mm×5mm；然而，其它大小及网格布置(例如，1×1、2×1、3×3、3×4)是可能的。
如上文论述，皮肤温度即使跨越在一些实施例中大小可能是近似1cm×1cm的相对小治疗区域200也可能有所不同。因为真皮及表皮对用于治疗附近皮脂腺的激光脉冲很敏感，因此期望仅投射有疗效地将区202到208中的每一者内的皮脂腺加热到阈值终端温度(例如，55℃)而不会将真皮及表皮加热超过阈值终端温度所需的能量的量。按每区的基础调谐由光电治疗系统发射的激光脉冲可帮助减小对患者造成的非所要损伤及不适。冷却系统也可经校准以将冷空气传递到皮肤表面上以除热。
每一区所需的激光脉冲剂量的调整量可使用上文论述的皮肤温度映射来确定。在一些实施例中，皮肤温度映射可指示与区202相关联的皮肤温度小于与区204相关联的皮肤温度。因此，为了使区202及204达到相同阈值终端温度，递送到区202的激光脉冲剂量可高于递送到区204的激光脉冲剂量。例如，递送到区202的激光脉冲可为100％强度，而递送到区204的激光脉冲可为97％强度。作为另一实例，递送到区202的后续激光脉冲的强度及脉冲持续时间可根据与区204相关联的经测量皮肤温度快速调整。后续激光脉冲可几乎同时被递送或在时间及距离上很接近地递送，例如以时间循序方式。可结合使皮肤表面温度与给定皮肤区域的皮脂腺、真皮及/或表皮温度相关的相关模型基于皮肤温度映射针对区206、208作出类似调整。相关模型可将治疗区域定位于身体上的位置以及患者的年龄、性别及种族考虑在内。
参考图2B，说明第二实例治疗协议，其中激光脉冲以时间循序方式被递送到每一区。治疗区域210中包含区212到218。虽然展示四个正方形区，但取决于相关联光电治疗系统的配置，在治疗区域210内可能存在任何形状的更多或更少区。区212到218可基本上彼此毗邻，使得在区212到218之间中没有间隙且没有重叠区域。区212到218的大小可为近似5mm×5mm；然而，如上文关于区202到208论述，其它大小及配置是可能的，而不会背离本公开的范围。
在图2B中，区212到218在不同时间接收激光脉冲。在一些实施例中，治疗区域200内的每一区212到218在独特时间且每当循序激光脉冲被引导到治疗区域210内的独特区时接收激光脉冲。类似于图2A的协议，与区212到218中的每一者相关联的激光脉冲剂量可基于皮肤温度映射及相关模型来定制。光电治疗系统可自动调整递送到区212到218中的每一者的激光脉冲的强度及/或持续时间。呈时间循序配置的激光脉冲可间隔开达范围从近似1毫秒到近似1秒的时间。
在一些实施例中，获得额外中间治疗温度测量用于在整个光电治疗内基本上实时地更新皮肤温度映射。可在与原始温度测量相同的位置中的一或多者中进行中间治疗温度测量及/或可在其它特定位置处(例如，在将接收后续激光脉冲剂量的区附近)进行中间治疗温度测量。使用这些额外中间治疗温度测量基本上实时地更新皮肤温度映射可通过将在治疗的先前部分期间转移到皮肤的热量或从皮肤转移的热量考虑在内来改进皮肤温度映射的准确度。举例来说，当第一激光脉冲被递送到区212时，热能可消散到邻近区214、216中，借此增加那些区中的皮肤温度。如果在调整后续激光脉冲剂量时未考虑此热串扰，那么单独基于初始皮肤温度映射递送到区214、216的激光脉冲可能过高且可导致高于目标温度的终端皮肤温度，借此减少安全裕度、损伤真皮及表皮及/或使患者感到疼痛。
除了调整激光脉冲剂量之外，区212到218的治疗顺序可经调整使得尽可能多的空间被提供于一个激光脉冲与后续激光脉冲之间。举例来说，在图2B中，可能有益的是，将循序激光脉冲递送到区212、区218、区214、区216等。多个区的治疗顺序及/或布置可由操作者手动确定或可由处理器模块自动建议或选择，所述处理器模块可在光电治疗系统本地或在远程与光电治疗系统耦合。处理器还可在推荐特定治疗协议时将对其执行治疗的身体的区域及/或患者的年龄、性别及种族考虑在内。
可在循序治疗协议中调整的另一变量是激光脉冲之间的时间。增加脉冲之间的时间可允许皮肤消散更多热且冷却到更接近于原始皮肤温度的温度。然而，随着时间，热还可进一步散布到其它治疗区域中。中间治疗温度测量及实时皮肤温度映射可帮助跟踪随着时间的温度变化且可提供关于治疗区域200内的下一区何时准备好接收激光脉冲的信息。
其它变量也可导致皮肤温度变动。举例来说，可在治疗协议期间执行皮肤冷却过程(例如，将冷空气吹到皮肤的表面之上)以将热对流传送远离皮肤且防止表皮及真皮过热。空气流模式、空气温度、湿度及其它冷却变量的变动可致使不均匀地从皮肤除热，借此在治疗区域内留下更暖及更冷光点。如上文论述，未将暖区域考虑在内可能导致周围组织由于过热而损伤。如果下方皮脂腺未被加热到阈值终端温度，那么未将更冷区域考虑在内可降低光电治疗的疗效。因此，有益的是，使用随着额外测量被收集连续地更新以准确地表示皮肤温度的皮肤温度映射识别基本上实时皮肤温度。基于实时皮肤温度映射进行调整以增大或减小激光脉冲剂量可由操作者手动进行及/或可由光电治疗系统自动建议或选择。
针对关于图2A描述的同时治疗协议及关于图2B描述的循序治疗协议两者，光电治疗系统可被重新定位于患者皮肤的不同部分之上以继续在比治疗区域200可达到的更大的患者皮肤的部分之上进行治疗。图3中展示其中治疗区域200’表示移动到先前经治疗区域200右侧的第二位置的光电治疗装置的实例。取决于第一治疗区域200与第二治疗区域200’之间的距离，在一或多个先前经治疗区202到208与尚待治疗的区202’到210’中的一或多者之间可发生热串扰。因此，继续在大于即刻治疗区域的区域之上进行实时皮肤温度测量及皮肤温度映射对将附近皮肤中的可影响治疗的后续阶段的先前热变化考虑在内可为有益的。当经更新及扩展皮肤温度映射产生且数据可用于确定用于区202’到210’的下一组激光脉冲(无论是同时还是循序)时，操作者可从光电治疗系统接收指示针对治疗区域200’的治疗协议已就绪的提示。在其它实施例中，操作者可接收指示治疗区域200’与先前治疗区域200重叠且应调整光电治疗系统位置以防止过度治疗重叠区域的提示。
由操作者进行的触发器拉拽可启动治疗，包含多个激光脉冲被递送到区202’到210’中的一或多者，如上文关于图2A及2B论述。因为皮肤温度在光电治疗过程期间不断变化的性质，可能有益的是，在实时皮肤温度映射被更新且脉冲剂量被确定之后尽可能快地递送激光脉冲。举例来说，可期望在确定用于选定区的剂量的10毫秒内递送激光脉冲。
图4展示根据实施例的包含冷却及其它功能性、提供实时剂量测定反馈、实时皮肤温度测量及映射以及调整能力的基于能量的光电治疗系统的框图。
系统400包含来自图1的系统100的组件，包含激光器122、将激光功率输出传输到扫描仪130的光纤124、温度监测单元142、温度连接144、附接到扫描仪130或集成到扫描仪130中的温度测量设备146及实时温度显示器150。含有这些组件中的几个组件的光电治疗单元410还包含经配置用于控制激光器122、温度监测单元142、实时温度显示器150、脚踏开关440、任选门联锁442及紧急接通/关断开关444的操作的控制器420。系统400还包含额外组件(必需且任选)，其包含冷却单元430及冷却连接432。与图1及4的系统相关的额外实例及实验结果在2019年3月27日申请的第62/824,995号美国临时专利申请案中描述。
图5A及5B展示说明操作并入皮肤表面温度的实时测量及映射的基于能量的皮肤病学治疗系统的方法的流程图。首先参考图5A，根据实施例，治疗方法500使用并入能量源(例如激光器)(例如图1及4中展示的能量源)的基于能量的光电治疗系统。
如图5A中展示，治疗方法500通过在步骤502中测量第一治疗区域处的皮肤表面温度开始。步骤502的温度测量可包含例如在第一治疗区域内的多个点处进行循序温度测量或在一个区域内进行同时温度测量，例如使用阵列传感器或红外相机。接着，在步骤504中，第一治疗区域的温度映射基于来自步骤502的经测量皮肤表面温度产生。在实施例中，温度映射经产生以基本上实时地指示第一治疗区域之上的皮肤表面温度，并入最近测量的皮肤表面温度测量。
接着，在步骤506中，温度映射用于设置能量源的参数。参数可包含例如将要由能量源递送于第一治疗区域处的能量(例如激光脉冲)中的一或多者的强度或持续时间。作为实例，如果第一治疗区域已使用冷却单元(例如，图4中的冷却单元430)进行充分冷却，那么正接受治疗的患者可能能够在第一治疗区域处忍受更高能量的激光脉冲。
任选地，治疗方法500可包含步骤508以计算并向治疗系统的用户显示推荐剂量(即，能量源参数的设置)。假定一个在行的用户体验了被治疗患者的各种设置选项及疼痛阈值，用户可选择在治疗协议中作出进一步调整，例如增加由冷却单元提供的冷却或终止治疗。
接着，治疗方法500继续到步骤510以在调整了能量源参数的情况下将治疗脉冲(或多个脉冲)递送到第一治疗区域。接着，作出是否继续治疗的决策512。决策512可基于例如患者对在步骤510中递送的治疗脉冲的反应、第一治疗区域处皮肤表面的状况的视觉观察或另一皮肤表面温度测量。如果对决策512的回答为是，那么治疗方法500返回到步骤502以得到另一组皮肤表面温度并更新温度映射。在治疗方法500的额外迭代中，可在第一治疗区域处或在另一治疗区域(邻近于第一治疗区域或远离第一治疗区域)处再次执行步骤。如果对决策512的回答为否，那么在终止步骤520中结束治疗。
现在参考图5B，说明根据实施例的替代治疗方法。如图5B中展示，治疗方法550通过在步骤552中在能量源的初始设置下为第一治疗区域递送一或多个治疗脉冲而开始。举例来说，可有意地将能量源的初始设置设置为低于真皮及表皮的已知损伤阈值，或比已知致使患者的疼痛感的能量设置低得多。
在步骤554中，测量第一治疗区域内的至少一个位置处的皮肤表面温度，接着，在步骤556中，基于经测量皮肤表面温度产生第一治疗区域的温度映射。如上文关于图5A描述，温度映射可使用第一治疗区域的最近已知的皮肤表面温度信息基本上实时产生。
根据温度映射，在步骤558中，产生一或多个额外治疗脉冲的推荐剂量。推荐剂量可包含例如能量源的各种参数设置(例如激光治疗脉冲强度、脉冲持续时间、工作循环等)或可由系统控制器转译成能量源的特定参数设置的温度设置。任选地，在步骤560中，显示推荐剂量以供用户查看。
接着，在步骤562中，作出第一组治疗脉冲的初始激光设置是过高还是过低的确定。此确定可由治疗系统的用户基于步骤560中的推荐剂量显示、患者对初始治疗脉冲递送的反应、第一治疗区域的视觉检查或其它因素作出。替代地，确定562可由治疗系统根据经测量皮肤温度的预设下及/或上阈值及/或能量源参数设置自动作出。例如，治疗系统可包含预设阈值，使得用户无法意外地递送具有高于已知疼痛忍受力的能量的激光脉冲。任选地，治疗系统可包含覆盖(override)序列以能够将能量源参数设置为高于或低于预设系统阈值，以便在定制治疗协议时向用户提供额外灵活性。
如果确定562断定能量源的初始参数设置过高或过低，那么作出是否调整参数设置(例如，激光器的功率设置)的确定564。如果确定564进一步断定需要能量源参数设置(例如，激光功率)的调整，那么在步骤566中，进行必要调整。接着，作出是否继续治疗的确定568。如果确定568断定额外治疗是必需的，那么治疗方法550返回到步骤552。如果认为不必进行进一步治疗，那么治疗方法550在终止步骤570中结束。如果确定562断定初始参数设置足够，或如果确定564断定无需参数调整，那么治疗过程550也继续到确定568。在返回到步骤552之后，治疗方法550可针对第一治疗区域重复，或应用到邻近或远离第一治疗区域的第二治疗区域。
图5A及5B中描述的过程是过程控制的实例，所述过程控制将测量皮肤表面温度并实时产生皮肤温度映射的过程与基于例如激光功率与皮肤表面温度之间的关系的控制策略(具有任选控制动作以增大或减小激光功率(或能量源的其它参数设置))结合。另外，如果冷却机构(例如图4中的冷却单元430)被提供于基于能量的治疗系统内，那么冷却单元的一或多个参数(例如空气流速及空气温度)也可基于经测量或估计(基于温度映射)皮肤表面温度进行调整。能量源及/或冷却单元参数的调整可由用户手动执行或由控制器单元(例如图1的控制器120或图4中的420)自动执行。另外，能量源及/或冷却单元的调整可在治疗协议期间重复且连续执行，使得维持所期望皮肤表面温度，而无论治疗位置特性、能量源输出及冷却单元输出的变动为何。此外，应注意，温度映射产生可在初始治疗脉冲施加之前或之后执行。
上文描述的映射及相关模型在其关于准确皮肤表面温度测量进行预测时增加治疗的有效性及安全性。存在例如在皮肤病学程序期间测量皮肤表面温度的各种非接触方法。例如红外(IR)相机、高温计、辐射热计及双波长传感器的装置可提供皮肤表面温度的读数。然而，针对例如致使皮下皮脂腺的热损伤的光热定向治疗的程序，皮肤表面温度的准确、经校准读数可防止对治疗区域中及周围的表皮及真皮的损伤。
描述于第62/804,719号美国临时专利申请案及第PCT/US20/12473号PCT专利申请案(所述申请案两者的全文都以引用的方式并入本文中)中的系统及相关联方法提供一种快速、廉价且紧凑的系统及方法以显著改进非接触温度测量的准确度。包含治疗区域的此准确、实时温度测量实现新的基于能量的治疗系统，其允许实时、即时调整治疗剂量测定，这在之前是不可能的。另外，实时温度测量的视觉显示器(例如，图1或4的实时温度显示器150)向系统的用户提供反馈，其可在用户控制光电治疗系统的能量输出或冷却系统的输出或两者时使用，从而导致用户满意度提高、安全性增强且功效改进。测量系统可进一步将对应于治疗区域内的多个点的实时温度测量数据传输到处理模块，所述处理模块可相对于治疗系统在本地或在远端，用于产生实时皮肤温度映射。准确测量系统与处理模块结合可计算或以其它方式定义光源及冷却源的参数的安全操作范围，这将实现所期望的皮肤表面温度。所期望的皮肤表面温度可经选择使得避免将要治疗的位置处的非所要热损伤，而治疗仍有效。
图6说明根据实施例的适于搭配光热治疗系统100使用的扫描仪设备的一部分的侧视图。扫描仪600包含用于沿着激光束路径610从基站(未展示)朝向治疗尖端620传输激光束604的光纤602，所述治疗尖端620经放置为与治疗位置接触。扫描仪600可任选地包含用于在治疗尖端620处塑形投射到皮肤上的光束的光学组件。
治疗尖端620用作用户将扫描仪600定位于所期望治疗位置处的视觉导引。为了允许非接触温度测量，IR相机630附接到扫描仪600且向下指向治疗尖端620，使得IR相机630能够检测沿着光学路径635的治疗位置的温度。在实施例中，IR相机630在连续表面温度测量之间具有快速时间响应，例如小于40毫秒。另外，在图6中展示的实施例中，扫描仪600包含冷却风道640。作为实例，空气软管(未展示)可经由螺纹开口642附接到冷却风道640。扫描仪装置的替代配置可包含经配置以在一个或两个维度中重定向激光束路径610及/或光学路径635以提供额外自由度用于激光脉冲递送及IR温度测量的一或多个扫描光学组件。
图7说明看向治疗尖端620的IR相机630的视野(FoV)。根据实施例，IR相机的FoV710由椭圆形表示。FoV 710内可见治疗尖端620及参考表面730，所述参考表面730附接到扫描仪600的内表面。因此，IR相机630能够同时测量治疗区域内的皮肤及参考表面730的温度。
根据实施例的参考表面的进一步细节在图8及9中说明。根据实施例，如从底部对角地查看，图8是参考表面的前视图，且图9是参考表面的等距视图。如图8及9中展示，参考表面800的前表面包含纹理810，所述纹理810引导来自任何表面(除了参考表面本身之外)的反射及杂散光远离FoV 710。在示范性实施例中，参考表面800还包含参考表面800可通过其附接到例如扫描仪600的内侧表面(如图6中展示)的一或多个安装孔(未展示)。替代地，参考表面800受制地附接或以其它方式安装到IR相机的FoV内的适当位置上。在实施例中，参考表面的特征在于参考发射率值近似等于经测量皮肤表面的经测量发射率值。在另一实例中，参考表面上的表面涂层展现近似朗伯(Lambertian)而非镜面反射的光散射性质。与参考表面的配置相关的进一步细节在2020年1月3日申请的第16/734,280号美国专利申请案中描述。
图10是说明根据实施例的感测皮肤表面的温度的示范性非接触方法的流程图。如图10中展示，过程1000以开始步骤1010开始，其中激活温度感测协议。接着，在步骤1020中，激活设置中的IR相机，例如图6中展示。接着，在步骤1022中，IR相机测量皮肤表面温度及参考表面温度。一些IR相机具有内部自校正/校准/快门机构。一种此自校正是所谓的“平场校正”，其确保相机中的每一像素都测量恒温表面的相同温度。图10中描述的方法使用在IR相机外部提供的参考表面。并行地，在步骤1024中，用参考表面内的接触传感器得到参考表面的温度读数。在步骤1026中，比较在步骤1022中由IR相机得到的参考表面温度与在步骤1024中用参考表面内的接触传感器得到的参考表面的温度读数。在步骤1028中计算在步骤1022中测量的温度与在步骤1024中得到的读数之间的偏移(如果存在的话)。在步骤1030中，在1028中计算的偏移用于校正由IR相机进行的皮肤表面温度测量。过程1000在结束步骤1040中结束。
换句话说，通过比较参考表面温度(通过非接触传感器测量)与进行的同一参考表面的已知、高准确度接触测量，计算偏移，其用于校正皮肤表面的温度读数。因此，极大地改进了非接触测量的准确度，而无论特定治疗协议、皮肤冷却程序、患者参数(例如，年龄、性别、种族、特定治疗位置)为何。应注意，在过程1000的步骤1024中进行的接触温度测量无需与在1022中进行的每个非接触温度测量一起发生。举例来说，在已计算偏移一次之后，可周期性地执行步骤1024、1026、1028及1030以校正潜在校准错误。此非接触温度测量方法对于温度映射特别相关，因为通过使用(例如)具有许多像素的红外相机，可相对于接触温度测量改进温度映射的准确度。
前述内容说明本发明且不应被解释为其限制。尽管已描述本发明的几个示范性实施例，但所属领域的技术人员将容易地了解，在示范性实施例中许多修改是可能的，而不实质上背离本发明的新颖教示及优点。
因此，许多不同实施例源于上文描述及图。应理解，字面描述及说明这些实施例的每个组合及子组合将是过度重复及混淆的。因而，本说明书(包含图)应被解释为构成本文中描述的实施例的所有组合及子组合以及制作及使用它们的方式及过程的完整书写描述，且应支持对任何此组合或子组合的主张。
举例来说，考虑例如以下项的实施例：
1.一种基于能量的皮肤病学治疗系统，其包含：
温度传感器，其经配置以获得与第一治疗区域相关联的第一温度测量；
处理模块，其经配置以接收所述第一温度测量且基于所述第一温度测量产生温度映射；
能量源，其经配置以向所述第一治疗区域发射第一治疗脉冲；及
控制模块，其经配置以基于第一温度映射设置所述第一治疗脉冲的至少一个参数，其中第一温度传感器是非接触温度传感器。
2.根据项1所述的系统，其中所述非接触温度传感器包含红外温度传感器。
3.根据项1所述的系统，其中所述至少一个参数包含选自由脉冲强度及脉冲持续时间组成的群组的至少一者。
4.根据项1所述的系统，其中所述温度传感器进一步经配置以获得与第二治疗区域相关联的第二温度测量，其中所述处理模块经配置以基于所述第一及第二温度测量产生经更新温度映射，且其中所述能量源进一步经配置以向所述第二治疗区域发射第二治疗脉冲。
5.根据项4所述的系统，其中所述控制模块经配置以基于所述经更新温度映射设置所述第二治疗脉冲的至少一个参数。
6.根据项4所述的系统，其中所述控制模块经配置以基于所述第一及第二温度测量设置所述第一及第二治疗脉冲的至少一个参数。
7.根据项1所述的系统，其进一步包括经配置以从所述第一治疗区域对流传送热的冷却单元。
8.根据项7所述的系统，其中所述控制模块与所述冷却单元可操作地耦合，且其中所述控制模块经配置以基于所述温度映射调整所述冷却单元的至少一个操作参数。
9.一种操作基于能量的皮肤病学治疗系统的方法，其包含：
将所述基于能量的皮肤病学治疗系统瞄准于第一治疗区域的第一区处；
获得与所述第一治疗区域的所述第一区相关联的第一温度测量；
至少部分基于所述第一温度测量产生所述第一治疗区域的温度映射；
基于所述温度映射设置第一治疗脉冲的至少一个参数；及
选择性地从能量源向所述第一治疗区域的所述第一区发射所述第一治疗脉冲。
10.根据项9所述的方法，其进一步包含获得与第二治疗区域相关联的第二温度测量。
11.根据项9所述的方法，其进一步包含至少部分基于所述第一及第二温度测量产生所述第一治疗区域的第一经更新温度映射。
12.根据项11所述的方法，其中设置所述第一治疗脉冲的所述至少一个参数基于所述第一经更新温度映射。
13.根据项12所述的方法，其中所述至少一个参数包括选自由脉冲强度及脉冲持续时间组成的群组的一者。
14.根据项12所述的方法，其进一步包含选择性地从所述能量源向所述第二治疗区域发射第二治疗脉冲。
15.根据项14所述的方法，其中所述第一及第二治疗脉冲被循序地发射。
16.根据项15所述的方法，其中所述第一及第二治疗脉冲具有相同参数且基本上同时被发射。
17.根据项9所述的方法，其进一步包含：
将所述基于能量的皮肤病学治疗系统瞄准于第三治疗区域处；
获得与所述第三治疗区域相关联的第三温度测量；
至少部分基于所述第一、第二及第三温度测量产生所述第一及第二治疗区域的第二经更新温度映射；
基于所述第二经更新温度映射设置第三治疗脉冲的至少一个参数；及
选择性地从能量源向所述第三治疗区域发射所述第三治疗脉冲。
18.根据项17所述的方法，其进一步包含当所述第二治疗区域与所述第一治疗区域重叠时产生警报。
19.根据项17所述的方法，其进一步包含当第三治疗脉冲的所述至少一个参数被设置为低于有效治疗值的值时产生警报。
20.根据项9所述的方法，其进一步包含用经配置以将热对流传送远离所述第一治疗区域的冷却单元冷却至少所述第一治疗区域。
21.根据项9所述的方法，其中获得所述第一温度测量包括使用非接触温度传感器测量所述第一治疗区域内的所述第一区。
22.根据项21所述的方法，其中所述非接触温度传感器包括红外传感器。
23.一种基于能量的皮肤病学治疗系统，其包括：
能量源，其经配置以向第一治疗区域发射第一治疗脉冲；
温度传感器，其经配置以获得与所述第一治疗区域相关联的第一温度测量；
处理模块，其经配置以接收所述第一温度测量且基于所述第一温度测量产生所述第一治疗区域的温度映射；
控制模块，其经配置以基于所述第一温度映射调整将要由所述能量源发射的第二治疗脉冲的至少一个参数，
其中第一温度传感器是非接触温度传感器。
24.根据项23所述的系统，其中所述控制模块进一步经配置以引导所述能量源向所述第一治疗区域发射所述第二治疗脉冲。
25.根据项24所述的系统，其中所述控制模块进一步经配置以重定向所述能量源以将所述第二治疗脉冲发射到第二治疗区域处。
26.一种操作基于能量的皮肤病学治疗系统的方法，其包括：
将所述基于能量的皮肤病学治疗系统瞄准于第一治疗区域处；
选择性地从能量源向所述第一治疗区域发射第一治疗脉冲；
获得与所述第一治疗区域相关联的第一温度测量；
至少部分基于所述第一温度测量产生所述第一测量区域的温度映射；及
基于所述温度映射调整将要由所述能量源发射的第二治疗脉冲的至少一个参数。
27.根据项26所述的方法，其进一步包含：选择性地从所述能量源向所述第一治疗区域发射所述第二治疗脉冲。
28.根据项26所述的方法，其进一步包含
将所述基于能量的皮肤病学治疗系统瞄准于第二治疗区域处；及
选择性地从所述能量源向所述第二治疗区域发射所述第二治疗脉冲。
因此，尽管本公开已根据所展示实施方案提供，但所属领域的一般技术人员将容易认识到，实施例可能存在变动，且那些变动将在本公开的范围内。因此，可由所属领域的一般技术人员作出许多修改，而不背离所附权利要求书的范围。

Claims (22)

1.一种基于能量的皮肤病学治疗系统，其包括：
温度传感器，其用于获得与第一治疗区域相关联的第一温度测量；
处理模块，其用于接收所述第一温度测量且基于所述第一温度测量产生温度映射；
控制模块，其用于基于所述温度映射设置第一治疗脉冲的参数；及
能量源，其用于将所述第一治疗脉冲递送到所述第一治疗区域，
其中所述温度传感器是非接触温度传感器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述非接触温度传感器包含红外温度传感器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述参数包含脉冲强度、脉冲持续时间及工作循环中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的系统，
其中所述温度传感器进一步经配置用于获得与第二治疗区域相关联的第二温度测量，
其中所述处理模块进一步经配置用于基于所述第一及第二温度测量产生经更新温度映射，
其中所述控制模块进一步经配置用于基于所述经更新温度映射设置第二治疗脉冲的参数，且
其中所述能量源进一步经配置用于将所述第二治疗脉冲递送到所述第二治疗区域。
5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括用于从所述第一治疗区域对流传送热的冷却单元。
6.根据权利要求5所述的系统，
其中所述控制模块与所述冷却单元可操作地耦合，且
其中所述控制模块进一步经配置用于基于所述温度映射设置所述冷却单元的操作参数。
7.一种用于操作包含用于递送治疗脉冲的能量源的基于能量的皮肤病学治疗系统的方法，所述方法包括：
选择第一治疗区域；
获得与所述第一治疗区域相关联的第一温度测量；
基于所述第一温度测量产生所述第一治疗区域的温度映射；
基于所述温度映射设置第一治疗脉冲的参数；及
将所述第一治疗脉冲递送到所述第一治疗区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述参数包含脉冲强度、脉冲持续时间及工作循环中的至少一者。
9.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：
定义所述参数的下阈值；及
当所述参数被设置为低于所述下阈值时产生警报。
10.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：
定义所述参数的上阈值；及
当所述参数被设置为高于所述上阈值时产生警报。
11.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：
获得与所述第一治疗区域相关联的第二温度测量；
基于所述第一及第二温度测量产生所述第一治疗区域的经更新温度映射；
基于所述经更新温度映射调整第二治疗脉冲的参数；及
将所述第二治疗脉冲递送到所述第一治疗区域。
12.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：
选择第二治疗区域；
获得与所述第二治疗区域相关联的第二温度测量；
基于所述第一及第二温度测量产生所述第一及第二治疗区域的经更新温度映射；
基于所述第二温度映射调整第二治疗脉冲的参数；及
将所述第二治疗脉冲递送到所述第二治疗区域。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一及第二治疗脉冲被循序地递送。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一及第二治疗脉冲基本上同时被递送。
15.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括当所述第一及第二治疗区域重叠时产生警报。
16.根据权利要求7所述的方法，其中所述基于能量的皮肤病学治疗系统进一步包含冷却单元，所述方法进一步包括使用所述冷却单元冷却所述第一治疗区域。
17.一种用于操作包含用于递送治疗脉冲的能量源的基于能量的皮肤病学治疗系统的方法，所述方法包括：
选择第一治疗区域；
将第一治疗脉冲递送到所述第一治疗区域；
获得与所述第一治疗区域相关联的第一温度测量；
基于所述第一温度测量产生所述第一治疗区域的温度映射；及
基于所述温度映射设置第二治疗脉冲的参数。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述基于能量的皮肤病学治疗系统进一步包含冷却单元，所述方法进一步包括在递送所述第一治疗脉冲之前使用所述冷却单元冷却所述第一治疗区域。
19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括将所述第二治疗脉冲递送到所述第一治疗区域。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述基于能量的皮肤病学治疗系统进一步包含冷却单元，所述方法进一步包括在所述第一及第二治疗脉冲的递送期间使用所述冷却单元冷却所述第一治疗区域。
21.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括：
选择邻近于所述第一治疗区域的第二治疗区域；及
将所述第二治疗脉冲递送到所述第二治疗区域。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述基于能量的皮肤病学治疗系统进一步包含冷却单元，所述方法进一步包括在所述第一及第二治疗脉冲的递送期间使用所述冷却单元冷却所述第一及第二治疗区域。
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