CN101448549A - 利用辐射能量的组织体的处理 - Google Patents

Abstract

描述了用于利用电磁辐射和其他形式的能量来处理一定深度的组织体的设备和方法。一方面，设备调整入射在表面组织的通量以控制并改变组织中有效剂量的辐射能量传送的深度，从而处理组织的特定体。所公开的方法和设备用于执行多种处理，包括阻止并减轻疼痛，以及促进组织的康复的处理。

Description

利用辐射能量的组织体的处理

相关申请的引用

[0001]本申请要求于2006年3月20日递交的题为“Treatment of TissueVolume With Radiant Energy”的美国临时申请No.60/783,878的优先权。本申请是2006年10月27日递交的题为“Treatment of Tissue Volume WithRadiant Energy”的美国专利申请No.11/588,599的部分继续申请，该申请也要求了2006年3月20日递交的美国临时申请No.60/783,878的优先权。在此描述的关于实施例的其他公开内容可以在题为“Method and Apparatusfor Performing Photobiostimulation”的美国专利申请公开No.2004/0162596中找到，该申请通过引用包含在本发明中。在此描述的关于实施例的其他公开内容可以在题为“Method and Apparatus forPhotothermal Treatment of Tissue at Depth”的美国专利申请公开No.US2004/0093042 A1中找到，该申请也通过引用包含在本发明中。

技术领域

[0002]本发明总的涉及利用诸如光、红外线和其他电磁辐射的辐射能量来处理位于组织表面以下的给定深度的组织体的方法和设备。具体的，公开了用于处理这种组织体以阻止、减少和减轻疼痛，阻止和减少纤维化和疤痕形成，以及促进受损组织康复的实施例。

背景技术

[0003]电磁辐射(EMR)，尤其是可见光和红外辐射已经用于多种治疗目的，包括作为一种通过光生物刺激和光生物调节过程来减少和减轻疼痛、促进康复以及处理其他临床状况的方法。这种使用EMR的处理方法被多种名称命名，其中包括热增强的光生物调节，热增强的光生物刺激，热增强的疼痛处理(TEPT)，低水平光治疗(LLLT)，以及低强度光治疗(LILT)。这种处理通常致力于使用可见光和/或红外辐射(即，热)来刺激或调节细胞过程(cell process)。

[0004]例如，在过去的三十年中，在世界范围内已经使用包括典型的发射小于100mW的激光器在内的低功率发射光源来处理各种临床状况。已有关于光刺激DNA合成、激活酶底物复合物、转化前列腺素和产生微循环效应的报道。多个著作报道了这种由于照射细胞或组织中的内生发色团(即，没有外源光敏剂的使用)而导致的效应。

[0005]使用LLLT和LILT(基本上是同义术语)以实现光化学响应通常被称之为光生物刺激、光生物调节和光动力治疗。根据上下文，这些光化学响应可以包括外源或内生的物质或两者的组合。除了激光之外，光生物刺激可以使用其他单色或准单色光源(例如，LED)或通过适当地过滤宽带光源(例如，过滤荧光灯、卤素灯、白炽灯、放电灯、多带和宽带LED和自然太阳光)来实现。通过激光源实现的生物刺激也被称之为低水平的激光治疗。

[0006]低强度的激光/光治疗的主要机制被认为是光化学和光生物学。由光生物刺激导致的光化学过程被认为包括进入生物化学反应的细胞机械部分(machinery)的光子的积累。通常，进入细胞呼吸周期的光吸收和光子能量积累的原理是公知的自然现象。光合作用和视觉是该现象的两个例子。在这些过程中，光受体分子分别是叶绿素和视蛋白。

[0007]在光生物刺激的情况下，活动的多个并发机制在体外得到证实。这种机制的一个例子包括细胞色素c氧化酶，其是低水平光的主要细胞光受体。细胞色素c氧化酶是驻留在细胞线粒体中的呼吸链酶，并且是在真核细胞的呼吸链中的末端酶。特别的，细胞色素c氧化酶作为电子从细胞色素c至分子氧传输的介质。已知包含细胞色素c是导致产生自由能量的氧化还原过程化学的核心，该自由能量然后转换成穿过线粒体内膜的电化学势，并最终驱动三磷酸腺苷(ATP)的产生。因此，假定光生物刺激具有提高可用于细胞新陈代谢活动能量的潜能。在波长的一定范围的低水平激光的主要的细胞光受体已经被确定，例如Eds.Z.Simunovic发表于Vitgraf：Rijeka，2000，pp.97-125的题为“Lasers in Medicine and Dentistry，”的文章。

[0008]通过光的细胞色素c的活化作用可以触发多种生物化学反应，带来在细胞、组织、器官和身体级的一定范围的响应。现有技术中已知LILT装备和技术的多种实施例。例如，这种设备和技术描述在题为“Low levellight therapy method and apparatus with improved wavelength，temperature and voltage control”(J.P.Pecukonis)的美国专利No.6,471,716中。

[0009]还进一步证实，光生物刺激可以用于提高细胞繁殖以达到治疗效果。ATP分子用作环腺苷酸(cAMP)的底物，其连同钙离子(Ca²⁺)可以刺激DNA和RNA的合成。cAMP是中枢的第二信使，影响诸如信号转导、基因表达、血液凝结和肌肉收缩的生理过程的多血(plethora)。因此，人们假定由光生物刺激导致ATP产生的增加可以提供一种提高细胞繁殖和蛋白质产生的方法。

[0010]诸如通过光生物刺激而引起的光刺激的ATP合成依赖于波长。在体外已经证实原核细胞和真核细胞对两个光谱范围敏感，一个在350-450nm且另一个在600-830nm。(T.I.Karu和S.F.Kolyakov，“Exact ActionSpectra for Cellular Responses Relevant to Phototherapy”，Photomedicine Laser Surg.2005，v.23，pp.355-361.)Karu等人声明红色波长的光受体是还原酶(脱氢酶)的半醌(semichinon)类型的黄素蛋白并且是色素细胞c的色素细胞a/a³。氧化酶形式的色素细胞c氧化酶是800至830nm波长范围的特定发色团。

[0011]在公开的研究中，光生物刺激和光生物调节通常使用相对廉价的源来执行，例如二极管激光器或诸如Ga-As和Ga-Al-As的LED(例如，在红外光谱(600-980nm)发射)。现有低功率激光的源和发光二极管(LED)发射的功率范围在1-100毫瓦；因此执行光生物刺激和光生物调节过程所需的功率密度是通过将光束输出聚集成很小尺寸的光点(通常小于10mm)来实现的。这导致在皮肤表面的典型功率密度在1-100mW/cm²之间范围内。小的束尺寸使得需要扫描设备来处理大的区域。在大部分研究中所使用的处理时间在5-30分钟范围内。在大多数情况下需要进行多种处理。用在常规光生物刺激和光生物调节的处理源和操作条件对处理组织的加热可忽略(例如，高于正常体温1℃以下)。

[0012]现有技术中也已知以热或冷形式的热温度梯度的使用。在热的情况下，热疗对于减轻疼痛的能力被广泛利用。此外，热已经被用于同施加于被处理组织的低水平光治疗相结合。例如参见题为“Photo-thermaltherapeutic device and method”的美国专利No.5,358,503(D.E.Bertwell，J.P.Markham)(“‘503专利”)。然而，这种教导通常受限于发光二极管阵列和传导加热装置的组合。在这些情况下，热对组织的穿透被限于相对浅的深度。

[0013]使用EMR来处理疼痛和促进康复已经成为大量研究和实验的主题。该领域中的科学文献也已经关注于EMR在处理下列状况的益处：发炎状况、慢性关节紊乱和其他诸如关节炎、滑囊炎、腕管综合征、纤维肌痛、痛觉过敏、外上髁炎、颞颌关节紊乱(TMJ)和腱炎的状况。已经研究了EMR对纤维原细胞的效果。已经研究了EMR在促进康复和修复组织及伤口护理中的益处，通常例如多种类型的溃疡(包括糖尿病溃疡、静脉溃疡和口腔溃疡)、骨折、腱损伤、韧带损伤、软骨损伤。并且，研究了EMR对减少和减轻疼痛的效果，所述疼痛诸如关节疼痛、下背疼痛、颈部疼痛和由发炎状况导致的疼痛。

[0014]FDA批准了在一定些应用中采用EMR处理疼痛，包括与头部和颈部和腕管综合症相关的疼痛。虽然上面的机制已经在多个体外实验得到证实，但临床试验的结果目前还不确定。一些小组已经报道了在处理一定范围的状况中的不同程度的成功。其它的没有观察到效果或者效果很小。

发明内容

[0015]本发明的一方面提供一种用于处理组织体的设备，所述设备包括：EMR源，配置用于传输EMR至组织表面；以及控制器，电连接至所述EMR源并配置用于提供至少一个控制信号至所述EMR源。EMR源可以配置用于响应于至少一个控制信号发射第一水平的通量并发射第二水平的通量，第一和第二水平的通量对应于组织表面下的第一和第二深度。

[0016]本发明的这方面的优选实施例可以包括下列附加特征中的一些。控制器可以包括与EMR源电通信的调整器，用于控制第一和第二水平的通量。冷却表面可以用于接触组织表面。冷却表面可以配置用于在设备的操作期间当其与组织表面接触时冷却组织。窗口可以配置用于使EMR通过，并可以包括用于接触组织表面的冷却表面。在一些实施例中，窗口可以相对大，例如窗口可以具有大约49cm²的辐射通过的面积，并且如果是圆形的，可以具有大约7cm的直径。对于一些应用窗口可以更小，而对于其他应用可以甚至更大。例如，光学窗口的面积可以在大约1cm²至大约200cm²，大约5cm²至大约150cm²，大约10cm²至大约100cm²，大约25cm²至大约75cm²，或者大约30cm²至大约60cm²范围内，而直径的范围可以从大约1cm至大约14cm，2cm至大约10cm，或3cm至大约8cm。窗口或孔的尺寸也可以为可变化的。

[0017]该设备可以是手持设备且也可以是消费产品。

[0018]该设备可以包括反馈传感器和控制器，所述反馈传感器配置用于在操作期间提供反馈信号，而所述控制器可以电连接至反馈传感器机构，以基于从反馈传感器获取的信息发出控制信号。反馈传感器可以是温度传感器，并且可以配置用于在操作期间测量被处理组织的温度。反馈传感器可以是光学多普勒传感器，配置用于测量被处理组织中的血液的流动。

[0019]EMR源可以被配置用于提供在大约0.1和10瓦/cm²之间的输入通量。可以确定系统功率的大小，以产生用于更大直径窗口的足够的功率，并且可以相对大，以便于同更大窗口一起使用。例如，系统功率可以在40-80瓦的量级并且根据辐射通过开口(例如窗口或孔)的相对尺寸可以更大。使用相对更大的束直径和/或束的横截面积确定系统功率的大小，以提供相对高水平的输入通量。

[0020]可以确定设备的尺寸以提供足够的输入通量来允许至少最低有效剂量的EMR穿透至期望的组织深度，例如根据应用达到大约10mm，20mm，50mm或更大。这里使用的术语“最低有效剂量”是指可以穿透至期望组织深度的最低的输入通量。这里使用的术语“组织深度”是指辐射穿透进入组织多深。

[0021]设备可以包括存储设备和处理器。设备还可以包括输入传感器，并且控制器可以使用来自输入传感器的输入数据推导处理参数。设备可以包括同控制器电通信的一个或多个反馈传感器，并且控制器可以基于传感器数据计算处理参数。设备可以利用包含关于处理参数的信息的查找表。

[0022]设备可以使用间歇脉冲调整源发射的EMR的辐照度。该设备源可以包括光学元件，配置用于提供入射在组织表面的EMR的可调面积。

[0023]该设备可以配置用于响应于控制信号发射第三水平的输入通量。第三水平的通量可以对应于组织表面下的第三深度，所述第三深度在起初的两个深度之间或者可以是其他深度。

[0024]本发明的另一方面提供一种用于处理组织的设备，所述设备可以具有用于产生EMR的源、用于与被处理组织的表面接触并从源传输EMR至组织的光学窗口、与光学窗口热连通的冷却系统，该冷却系统配置用于从光学窗口移除热，以及电连接至EMR源的调整器，用于改变由EMR源发射的辐射通量从对应第一组织深度的第一值至对应于第二组织深度的第二值。

[0025]本发明的该方面的优选实施例可以包括下列附加特征中的一些。光学窗口可以由诸如蓝宝石的多种适合的材料组成。该设备可以是手持设备或消费产品。

[0026]该设备可以包括与调整器电通信的一个或多个反馈传感器。所述调整器被配置用于在操作期间接收反馈信号并响应地改变由所述EMR源发射的通量。反馈传感器可以是多种类型的，例如，配置用于测量被处理组织温度的温度传感器，或者配置用于测量被处理组织中血液的流动的光学多普勒传感器。

[0027]EMR源可以被配置用于提供合适范围的输入通量，例如在大约0.1和10瓦/cm²之间。可以确定设备的尺寸以提供足够的输入通量来允许至少最低有效剂量的EMR穿透至期望的组织深度，例如根据应用达到大约10mm，20mm，50mm或更大。

[0028]该设备可以包括存储设备和处理器，例如作为调整器的一部分。该设备可以包括与调整器电通信的一个或多个传感器。调整器可以被配置用于使用来自至少一个传感器中每个的信号计算处理参数。调整器可以包括包含关于处理参数的信息的查找表。调整器可以被配置用于使用间歇脉冲调整源发射的EMR的辐照度。

[0029]光学窗口可以包括从大约1cm²至大约200cm²，大约5cm²至大约150cm²，大约10cm²至大约100cm²，大约25cm²至大约75cm²，或大约30cm²至大约60cm²范围内的面积。在一些实施例中，光学窗口可以包括比大约49cm²大的面积。该EMR源可以包括光学元件，配置用于提供入射在组织表面的EMR的可调面积。权利要求30所述的设备，其中调整器电连接至EMR源并配置用于改变由EMR源发射的辐射通量至对应于第三组织深度的第三值。调整器可以配置用于在连续范围内改变辐射通量，并可以配置用于使用一组离散值改变辐射通量。

[0030]本发明的另一方面提供一种设备，用于将光传输进入组织以处理损伤组织或减少疼痛，所述设备包括壳体，该壳体具有EMR源和用于允许由源产生的EMR通过壳体到达组织的孔。所述源可以被配置用于产生通过所述孔的EMR的通量，所述通量大于或等于大约0.1W/cm²。

[0031]本发明的该方面的优选实施例可以包括下列附加特征中的一些。所述孔可以具有至少大约7cm的直径。所述设备可以被配置用于产生横截面面积至少大约49cm²的EMR束。所述设备可以被配置用于产生直径至少7cm的EMR束。所述孔是可调节的，例如从配置用于产生第一水平通量的第一面积调节至配置用于产生第二水平通量的第二面积。

[0032]本发明的另一方面提供一种设备，用于将光传输进入组织，包括具有窗口的壳体、安装在壳体中的EMR源、安装在壳体中并形成在EMR源和窗口之间延伸的光学路径的一组光学元件。所述光学元件是可调节的以改变从所述窗口发射至所述组织的表面的EMR光点尺寸，从而改变在组织表面的输入通量。所发射的通过窗口的EMR的通量可以大于或等于0.1W/cm²。

[0033]本发明的另一方面提供一种设备，用于处理在组织表面下的预定深度的组织，所述设备包括具有窗口的壳体和安装在壳体中的EMR源。光学窗口允许EMR通过壳体到达组织表面。所述EMR源提供对应于所述预定深度的通量的水平，并且提供大于或等于大约0.1瓦/cm²的功率密度。

[0034]本发明的另一方面提供一种方法，用于照射处于一定深度的组织，该方法包括以下步骤：选定对应于第一组织深度的第一输入通量以及使用第一输入通量照射处于第一深度的组织。

[0035]本发明的本方面的优选实施例可以包括下列附加特征中的一些。所述照射步骤还包括以高于辐照度最小阈值的水平来照射，所述辐照度的最小阈值是用来提供至少最低有效剂量的EMR需要的辐照度。所述照射步骤还包括以低于辐照度的最大阈值的水平来照射，所述辐照度的最大阈值是用来提供至少最低有效剂量的EMR需要的辐照度。所述照射的步骤还包括以高于提供至少有效剂量的EMR所需要的辐照度的最小阈值和低于提供至少有效剂量的EMR所需的辐照度的最大阈值的水平来照射。

[0036]本发明的另一方面提供一种用于处理组织体的方法，所述方法包括以下步骤：利用具有第一功率密度的EMR照射组织表面，和利用具有第二功率密度的EMR照射表面。所述第一和第二功率密度可以对应于将被处理组织体的位置。

[0037]本发明的该方面的优选实施例可以包括下列附加特征中的一些。可以在所述第一和第二功率密度之间沿着连续曲线或随时间变化的函数(例如，正弦函数)调整功率密度，并且可以通过以一组离散的中间功率密度照射组织，在第一和第二功率密度之间对功率密度进行调整。所述方法还包括在所述第一和第二功率密度之间调整，使得所应用的功率密度保持高于提供有效剂量EMR至一定深度组织所需的功率密度的最小阈值。所述方法还包括在所述第一和第二功率密度之间调整，使得所应用的功率密度保持低于提供有效剂量EMR至一定深度组织所需的功率密度的最小阈值。

[0038]本发明的另一方面提供一种处理组织的方法，所述方法包括以下步骤：利用具有第一输入通量的EMR照射组织的一部分；确定是否所述对象在组织的所述部分内体验到加热的感觉；以及，如果所述对象响应于所述第一输入通量没有体验到加热的感觉，利用具有高于所述第一输入通量的第二输入通量的EMR照射组织的所述部分。

[0039]本发明的该方面的优选实施例可以包括下列附加特征中的一些。该方法包括，当所述对象响应于所述第一输入通量体验到加热的感觉时，利用具有低于所述第一输入通量的第二输入通量的EMR照射组织的所述部分。本方法可以包括重复确定和利用所述第二输入通量进行照射的步骤，直到对象在所述部分体验到加热的感觉。加热的感觉可以被对象报告或被传感器探测到。加热的感觉可以对应于可以应用而不致对组织造成损伤的照射的最高水平。该感觉可以对应于不需要组织的冷却，对象能忍受的接近最高水平的照射。所述加热的感觉对应于不造成疼痛感觉可以应用的最高水平的刺激。

[0040]所述方法可以包括以最大输入通量照射组织的所述部分持续第一持续时间，其中所述最大输入通量对应于当所述对象报告加热感觉时所应用的输入通量。该持续时间可以对应于在不引起对象中出现剧烈疼痛感觉的情况下所述最大输入通量可以施加的时间量。该持续时间可以对应于在不对组织的所述部分造成损伤的情况下所述最大输入通量可以施加的时间量。

[0041]所述方法可以包括以减少的输入通量照射所述组织的所述部分持续第二持续时间，其中所述减少的输入通量小于所述最大输入通量。所述减少的输入通量可以低于最大输入通量接近10％。所述减少的输入通量可以低于最大输入通量接近20％。所述方法可以包括使用一系列减少的输入通量照射所述组织的所述部分。每个减少的输入通量可以小于最大输入通量。

[0042]所述方法还可以包括冷却组织的所述部分。

[0043]所述第二输入通量可以大约在所述第一通量的2-3倍的范围内。所述第一输入通量可以在大约0.1-0.6瓦/cm²的范围内。所述第二输入通量可以在大约0.2-1.8瓦/cm²的范围内。

[0044]本发明的另一方面提供一种处理人体对象中的疼痛的方法，该方法包括：利用具有第一强度的EMR照射对象的组织的一部分；确定所述对象是否体验到疼痛的减少；以及在所述对象体验到所述疼痛的减少后，利用具有低于所述第一强度的第二强度的EMR照射所述组织的所述部分。

[0045]本发明的该方面的优选实施例可以包括下列附加特征中的一些。利用具有第一强度的EMR照射的步骤可以包括照射所述部分直到对象体验到所述组织中加热的感觉。利用具有第一强度的EMR照射的步骤可以包括利用具有第一强度的EMR照射，进一步包括照射该部分直到对象体验到贯穿所述组织的加热的感觉。利用具有第一强度的EMR照射的步骤可以包括照射所述部分直到对象体验到所述组织中强烈的加热感觉。利用具有第一强度的EMR照射的步骤可以包括照射所述部分直到对象报告了在所述组织中加热的感觉。利用具有第一强度的EMR照射的步骤可以包括照射所述部分直到对象报告了贯穿所述组织的加热的感觉。利用具有第一强度的EMR照射的步骤可以包括照射所述部分直到对象报告了所述组织中的强烈的加热感觉。

[0046]所述第一强度可以比大约0.1瓦/cm²大。所述第二强度可以比大约0.6瓦/cm²小。所述第二强度可以比大约0.1瓦/cm²大。所述第一和/或第二强度可以被选取使得他们不损伤组织的所述部分。这里所使用的术语“损伤”是指烧灼、消融和/或任何其它对组织不利的生理上的变化。

[0047]所述方法可以包括在利用第一强度照射和利用第二强度照射之间等待一段时间。所述等待时间可以至少为大约1小时。在一些实施例中，等待时间可以比大约1小时长。在一些实施例中等待时间可以大约为2小时、一天、一周、一个月或一些其它时间段。

[0048]本方法可以包括利用具有大于所述第一强度的第三强度的EMR照射对象的组织的所述部分。如果响应于所述第一强度所述对象没有体验到疼痛的减少，可以执行利用第三强度照射的步骤。所述第三强度大于所述第二强度。所述第三强度可以在利用所述第二强度照射所述部分的步骤之后应用。所述方法可以包括确定对象是否体验到疼痛增加，并且在所述对象体验到疼痛增加之后，执行利用所述第三强度照射的步骤。所述第三强度基本上等于所述第一强度。

[0049]所述疼痛可以是慢性疼痛或急性疼痛。组织的所述部分可以利用第一强度在诸如医生办公室的第一地点被照射，而组织的所述部分可以利用第二强度在诸如住所的第二地点被照射。使用诸如专业设备的第一设备以第一强度照射组织，使用诸如消费设备或产品的第二设备以第二强度照射组织的所述部分。

[0050]所述方法可以包括存储用于随后的EMR应用的一组参数的输入数据。输入数据可以手动地或自动地存储。

[0051]本发明的另一方面提供一种处理组织的方法，包括利用EMR以第一输入通量照射组织，以及使用EMR以第二输入通量照射组织。所述第一输入通量可以大于所述第二输入通量。所述第一输入通量可以比大约0.1瓦/cm²大。所述第二输入通量可以比大约0.6瓦/cm²小。所述第二输入通量可以比大约0.1瓦/cm²大。所述第一和第二输入通量选取为使得他们不损伤组织、烧伤组织或消融组织。

[0052]所述方法可以包括在利用第一输入通量照射和利用第二输入通量照射之间等待一段时间。所述等待时间可以为至少大约1个小时。在一些实施例中，等待时间可以大于大约1小时。在一些实施例中等待时间可以为大约2小时、一天、一周、一个月或一些其它持续时间。

[0053]本发明的另一方面提供一种处理疼痛的方法，所述方法导致在处理之间患者状况的改变。特别地，患慢性疼痛的患者对痛感受体的敏感度降低，因此为了最大化功效，在处理过程的开始允许较高功率的设置。在处理过程中，随着患者状况的改善，受体的敏感度增加，则需要降低功率设置。

[0054]本发明的另一方面包括引起对真皮血管中血细胞和管壁的非常有限的照射。这导致低等级的发炎/增生反应。发炎介质通过管壁被释放，其刺激了纤维原细胞的活性并最终导致“康复”效果

[0055]本发明的再一方面包括对外部刺激的光诱导的细胞改性响应。特别的，由于光被细胞色素吸收导致的线粒体活性的改变将对由受影响的细胞分泌的细胞因子的种类和数量有直接影响。

附图说明

[0056]通过参照附图的举例方式对本发明的非限制性实施例进行描述，其中：

[0057]图1是EMR处理系统的前视透视图；

[0058]图2是图1的EMR处理系统的处理头的前视透视图；

[0059]图3是图2的处理头的截面示意图；

[0060]图4是图2的处理头的侧面示意图；

[0061]图5是EMR处理系统的可选实施例的示意图；

[0062]图6是图5的EMR处理系统的处理头的示意图；

[0063]图7是示出了在给定深度的组织的辐照度与入射在组织表面的通量的比率改变的例子的曲线图；

[0064]图8是示出了归一化的流量作为深度函数的例子的曲线图；

[0065]图9是在处理中被冷却的组织部分的横截面示意图；

[0066]图10是示出了在暴露于EMR开始后皮肤温度作为时间的函数的曲线图；

[0067]图11是示出了在被处理组织中作为流量率(即辐照度)的函数的EMR的作用效率的例子的曲线图；

[0068]图12是示出了通过改变(调整)入射在组织表面上的辐照度的有效处理层的改变的例子的曲线图；

[0069]图13是示出了波形的例子的曲线图，其中入射辐照度结合脉冲光源被改变(调整)；

[0070]图14是示出了用于改变(调整)入射辐照度的示例性波形的曲线图；

[0071]图15是患者反馈机构的实施例的图解视图；

[0072]图16是用于具有两组辐射源的EMR处理系统的辐射源组件，其中每个辐射源能够发射不同波长的辐射；

[0073]图17是示出了在细胞过程中光的二相效应(bi-phasic)的曲线图；以及

[0074]图18是示出了三个辐射穿透深度作为在不同参数的辐射束的直径的函数的模型的结果曲线图。

具体实施方式

[0075]结合以下讨论的实施例，公开的设备和方法提供了多种用于有效地照射并处理诸如位于组织的表面正下方的关节的组织体的机制。下面描述的设备和方法能够通过以下方式有效地处理位于组织的表面下一定深度的组织，其中包括传输EMR至位于组织中比现有技术的方法能够处理的深度更深的有效处理区域；传输EMR的有效剂量至位于组织表面下的特定组织体；移动深度过需要这种处理的组织体，在该深度组织被有效处理；提供减轻和缓解痛苦的方法，还通过利用EMR照射组织并结合目标组织区域温度的控制，提供用于促进受损组织康复的方法；提供调节表面组织的辐照度和温度的处理方案，以提供对所期望的且通常表面下的目标组织的有效处理；在保持所期望的处理参数同时，提供对一定深度范围的组织体的处理；以及基于由一个或多个反馈或控制机构提供的信息在操作期间调节处理参数，以便贯穿待处理的目标组织体保持所期望的处理参数。

[0076]通过采用部分或所有的这些特征，所描述的实施例能够利用EMR(例如可见光或近红外辐射)有效地处理位于皮肤表面下的预定的组织体，从而例如防止、减少或减轻疼痛并促进受损组织的康复。一定些实施例将具有所有的这些特征，并且一定些其他实施例可以只具有所包含的这些特征中的一个或几个。

[0077]参照图1，EMR处理系统100包括基本单元102和处理头104。处理头104通过可移动臂106连接至基本单元102。可移动臂106还包括一套夹子110用于固定连接管108，所述连接管108从基本单元102延伸至处理头104。

[0078]参照图2至4，处理头104包括光源118、光学窗口112和反射器138，其安装在壳体136中。可替代的，处理头104可以包括在光源和光学窗口之间延伸并与二者光学耦合的波导，所述波导由诸如塑料或蓝宝石的光学传导材料制成。反射器138优选涂有高反射的金属，例如漫反射的白涂层或金属涂层(例如，金、银或铜)，以将传输至处理的组织体的光最大化。

[0079]处理头104还包括热交换器134，冷却扇140和142，以及冷却孔口144和146。孔口144是位于处理头104后面的输入孔口，其允许环境空气被吸入处理头104。孔口146是位于处理头104前面的输出孔口，其允许空气从处理头104排出。

[0080]EMR处理系统100设计用于在处理头不与皮肤相接触的情况下处理组织体。换句话说，光学窗口112在操作中不与皮肤相接触。优选地，处理头104与组织的表面大约相距6英寸，然而在不损失性能的情况下设备可以被放置得更远或更近。光学窗口112是塑料菲涅耳透镜，其包括一系列在透镜的外表面上的脊以产生相长干涉图案。该相长干涉图案致使透镜产生一束平行的EMR并且在大约2英尺的距离偏离得非常小。因此，只要将设备保持在最大距离以内，处理头104离组织定位的精确距离则不重要。可替代地，光学窗口可以由蓝宝石或另一个合适的透明或半透明材料制成，例如玻璃。

[0081]在操作中，光是由光源118产生的，该光源可以是连接至位于基本单元102内的LED阵列或其它光源的光导纤维电缆的终端。光通过延伸穿过连接管108的光导纤维电缆从基本单元102中的LED传输至处理头104。可替代地，LED或激光二极管阵列或其它光源可以位于处理头104内。然后，光经光学窗口112从光源118传输至待处理的组织，其中所述待处理的组织与光学窗口112相距大约6英寸。光可以直接从光源118传播至组织或其可以被反射器138反射。

[0082]冷却扇140和142将空气抽运通过处理头104，既用于冷却处理头104的部件又用于冷却被处理的组织。空气通过孔口144被吸入处理头104，其中空气被扇140和142抽运穿过热交换器134。所述空气然后被抽运通过通道148并通过孔口146成流地排出。所述空气流导向被处理的组织表面，并冲走来自组织以及来自组织表面与处理头104之间空间的多余的热量。

[0083]在图5和图6中示出了EMR处理系统的可替代的实施例。EMR处理系统200包括基本单元202和处理头204，其被设计用于在操作中同组织270的表面相接触并对其冷却。处理头204经可移动臂(图5中未示出)连接至基本单元202，该可移动壁与EMR处理系统100的可移动壁106类似。可选地，可以使用将二者间的连接部分装入其中的柔性缆将处理头204连接至基本单元202。在任一情况下，处理头204还可以包括在操作中便于处理头204操纵的手柄。

[0084]基本单元202包括控制器206、电源208和冷却器210。控制器206还包括调整器212，并且连接至反馈机构214，该反馈机构经电连接232提供反馈信号至控制器206。

[0085]处理头204包括光源216、光学窗口218和反射器220。光源216是一组LED，例如布置在一个或多个二极管棒上的LED。可选地，光源可以是一个或多个激光器、激光二极管、灯或任何其它合适的光源。光学窗口218是适于传输光的蓝宝石光学元件。光源216经电缆230由调整器212控制。在操作中，光源216发射光，优选地波长为810nm，所述光传输通过光学窗口218并入射在被处理组织270的区域表面上。

[0086]虽然EMR处理系统100和200都是设计用于发射大约810nm的光，但也可能有多种其他实施例。例如，其它实施例可以发射其它波长的可见光，也可以是波长在非可见光谱内的电磁能量。此外，也可以结合具体实施例使用电磁光谱之外的能量，例如射频、微波以及包括超声的声波能量。附加地，可以采用具有变化的或多个波长的能量，例如具有多个波长的可见光、带有近红外辐射的可见光、在一定波长范围内的并潜在的包括多个峰值波长的EMR、与EMR相结合的超声或其他适用于特定处理的组合。此外，一定波长范围的EMR可以用于同多种作用光谱相匹配，例如，在Karu等人的文章(该内容在上面已做了讨论并通过引用包含于此)中所公开的作用光谱或其它作用光谱。此外，EMR可以通过集中在一起的更小的子束的阵列来传输，以提供更大的束。

[0087]此外，两个EMR源可以用于不同的目的，例如，第一源用于加热而第二源用于提供组织的生物调整。所述第一源可以是任何适于加热组织的源，例如RF源、可见光源、微波源或声波源。所述第一源可以用于在组织中引起热疗。所述第二源可以选择用于提供一个或多个适于光生物调整的波长。最近，另一种在组织的处理区域中将LILT同热疗组合的方法在题为“Methods and Apparatus for Performing Photobiostimulation(用于执行光生物刺激的方法和设备)”的美国专利申请No.10/680705(公开号US2004/0162596A1)(G.B.Altshuler，I.Yaroslavsky，M.Pankratov，K.Gal)(“’705申请”)中公开，上述内容通过引用包括进本发明中。这里，公开的方法和设备利用导向能量以控制在组织中提高温度的深度。

[0088]处理头204配置用于产生固定的光点尺寸，即，从光学窗口218来的光入射在组织表面上的面积不变。然而，在可选实施例中，可以使用可变的光点尺寸，例如通过包括一组在光源216和光学窗口218之间可调节的光学元件来控制束尺寸。这种可变光点尺寸可以用在接触和非接触的实施例中。

[0089]处理头204被设计成在操作中与皮肤接触放置，并且能够冷却被处理的组织。为了实现这一目的，处理头204还包括冷却系统。该冷却系统包括冷却器210、光学窗口218以及还包括冷却剂供应管222、冷却剂返回管224、温度传感器226和热交换器228，其中，在该实施例中，热交换器228是充有冷却剂的通路，其围绕光学窗口218外周延伸以冷却光学窗口218的边缘，并且提供整个光学窗口218的热扩散。处理头204还包括扇234和236用于冷却光源和处理头204的其他内部部件。

[0090]光学窗口218是蓝宝石，因为蓝宝石提供好的热传导性，从而使得当其与皮肤接触时，光学窗口可以用于冷却待处理的组织。可选地，很多其他实施例也是可能的，包括与EMR处理系统100的光学窗口112类似的塑料窗口，或者开放的窗口，带有板或遮盖物延伸过该开口。类似的，该冷却机构可以是能够降低光学窗口和/或被处理组织的温度的任何适合的冷却机构。

[0091]温度传感器226监视光学窗口218的温度，以便监视冷却并提供控制信号至控制器206。可选地，作为对温度传感器226的替代或者补充，温度传感器可以被配置用于直接测量被处理组织的温度。

[0092]可选地，冷却系统可以使用空气或其它合适的气体来吹过冷却表面，或者使用冷却油或其它流体。而且，可以将水或冷冻剂流体(例如R134A)的喷雾应用于光学窗口218或者将冷却剂应用于光学窗口218的整个表面上。物质的混合物，例如油和水的混合物，也可以使用。在可选的实施例中，冷却系统可以是承载冷却剂流体或冷冻剂流体(例如制冷剂)的一系列管，这些管与组织270相接触或包含在光学窗口中。在另一个实施例中，冷却系统可以包括在组织270的表面上的水或冷冻剂流体(例如，R134A)的喷雾，冷空气喷雾或空气流。在其它实施例中，冷却可以通过化学反应(例如吸热反应)或通过电子冷却(例如热电冷却)来实现。

[0093]在其它实施例中，冷却系统可以具有多个类型的冷却剂，或者冷却系统可以不包括接触窗口或板，例如，在利用直接应用于组织的低温的或其它合适的喷雾冷却组织的实施例中。在其它实施例中，两个或更多个冷却机构可以包含在同一个设备中。例如，一个冷却机构可以用于冷却光源，第二个冷却机构用于冷却光学窗口和组织。

[0094]此外，处理头可以有很多可选实施例。例如，基本单元可以被去掉并且所有的控制电路可以被包含在处理头中以产生可独立应用的设备，例如机头或其他设备。类似的，设备可以被配置成由消费者在家里或其它非医疗环境中操作。

[0095]在其它实施例中，可以提供LED阵列用于产生EMR束。LED可以是光源组件的一部分，该光源组件使用与处理头104和204的构造类似的光学窗口，或者LED可以被设在与处理头104和204中的光学窗口基本上相同的相对位置，从而近似于使用单一光源的完全填充的孔的性能。在该实施例中，可以通过一次只对一部分LED供电使LED提供多种光强度。当LED被配置用于基本上填充光学窗口的区域或孔时，与使用如在处理头104和204中的光源组件形成的束相比，设备不能实现100％的“填充因子”，所述光源组件发射EMR通过间隔一定距离的光学窗口。测量作为完全填充的束的百分比的最大填充因子可以由这样的设备来实现，该设备依赖于LED的间隔和密度。

[0096]EMR处理系统100和200以及很多可选实施例可以使用非侵入方法用以减少慢性和急性疼痛，也可以用于促进受损或创伤组织的康复。为了有效地处理在一定深度的预定的组织体，本文描述的实施例包括下面特征中的一个、一些或全部：

1.EMR可以以较高的辐照度水平在表面传输，即，与用于处理疼痛或康复组织的现有技术的设备和方法相比，具有较高水平的输入通量；

2.EMR可以在相对窄的带或辐照度水平范围内传输，并且可以优选地以最大作用效率(Action Efficiency)发送；

3.调整入射在组织表面上的EMR的输入通量以控制组织被有效处理的深度；

4.可以施加冷却到接近表面的组织；

5.入射在组织表面的EMR的光点尺寸可以足够大以阻止由于散射导致的侧向束衰减；以及

6.反馈机构控制辐照度水平，以考虑诸如由于加快血液流动导致的组织成分的改变。

在较高水平输入通量下EMR的传输

[0097]在被处理组织内部任意给定点的EMR的流量率(辐照度)和总的流量部分地依赖于输入通量。输入通量越高，EMR将越深的有效穿透进入到组织。在给定深度EMR辐照度的水平是随着其穿透组织衰减的，并且增加输入通量导致EMR在被处理组织产生较高水平的辐照度深度。

[0098]图7提供了当EMR穿透组织时辐照度水平如何降低的例子。图7中曲线的水平轴给出以毫米为单位的在组织中的深度。垂直轴给出了一定深度的辐照度与表面处的输入通量的比率。辐照度是对传输至组织表面下的组织区域的EMR的功率密度的测量，并且是以诸如W/cm²为单位测量的。在一定深度处的辐照度是不定向的，即，EMR可以从任何方向入射到给定的组织体，并且可以是例如散射和其他现象造成的结果。输入通量是对入射在组织表面上的EMR的功率密度的测量，并且是以诸如W/cm²为单位测量的。输入通量是定向的并且是对从处理设备发出的且入射在组织表面上的EMR的测量。

[0099]如图7中所示，辐照度与输入通量的比率随着深度减小。上方的曲线对应于II型皮肤，其一般是高加索皮肤(average Caucasian skin)，下方的曲线对应于VI型皮肤，其一般是非洲人美洲人皮肤(即，非洲人美洲人皮肤比高加索人皮肤存在较多黑色素)。换句话说，在给定的情况下，当输入通量(比率中的分母)保持恒定而总的比率随着深度减小时，辐照度的水平(比率中的分子)随着深度减小。

[0100]由于EMR从周围组织的反向散射，一定深度的辐照度与输入通量的比率大于皮肤表面处(深度为0mm)的比率，直到深度为大约2mm。这导致EMR在表面处的集中。当光穿透几毫米进入皮肤时，该比率迅速下降，表明辐照度在该深度迅速减小。

[0101]图8示出了相关的概念，即EMR的流量(在这种情况下波长为810nm的可见光)随着进入被照射组织的深度而减小。图8中的曲线图水平轴表示以毫米为单位的组织中的深度，而垂直轴表示归一化的流量。流量是以诸如J/cm²测量的每单位面积的能量的量。归一化的流量是一种流量的表示方法，其中值被归一化为在表面的1，而随后的测量值相对于该开始值示出。图8的曲线图是从蒙特卡罗模拟中获得的。(曲线中的波浪是由于技术的统计性导致)。

[0102]图7和图8示出了随着深度增加穿透组织的光的量受到衰减。这种衰减是由于皮肤和皮下组织中的吸收和散射所导致的结果。这些曲线图还证实，当相对较高水平的输入通量应用于组织的表面时，相对较高水平的辐照度穿透至组织中的不同深度。

[0103]为了在被处理组织中的更大深度处进行处理，EMR处理系统100和200传输输入通量相对较高水平的EMR。例如，由EMR处理系统100传输的光优选地为以大约0.1至1.5W/cm²的输入通量传送的800-850nm的光。但是，如在下面所讨论的，输入通量的值的范围将根据每个特定处理的参数而变化。

[0104]与通常用在现有的用于减轻疼痛和创伤康复的处理相比，输入通量大约在大10倍的量级上。例如，EMR处理系统100能够使用光学窗口112传送大约70J/cm²的能量，其中光学窗口具有大约50cm²的面积。处理头104能够提供>30J/cm²的辐射曝露量和大约20W的功率。通常，EMR处理系统100照射由功率密度在大约4W/cm²至10W/cm²范围内的EMR处理的组织的表面。相比之下，目前为止，大部分的疼痛处理光设备处于1-3W(被认为是热效应的阈值)的特定功率水平之下并且通常在5mW至100mW之间。(作为对比，激光指示器提供大约2-3mW。)因此，EMR处理系统100可以实现光和其它EMR相对更深的穿透。

[0105]例如EMR处理系统100和200可以被用于处理位于一定深度处的关节，其中该深度处到表面的距离比具有较低功率密度的光穿透的更大。因此，EMR处理系统100和200可以处理在诸如肩、膝或髋关节内的疼痛和/或受损组织。

在一定辐照度范围内的EMR的传输以实现最大作用效率

[0106]大多数对疼痛的研究和现有处理方法均假设EMR的EMR流量(即施加到组织区域的能量，例如J/cm²)是关键参数。而相对很少的考虑被传输到组织的EMR流量的速率的影响。换句话说，大部分现有研究关注于施加到组织的给定区域的EMR的总剂量，而非施加剂量时的总的速率。因此，很多处理和研究方法通过在较长时间内利用低功率水平以达到期望的光的剂量。

[0107]然而，这种处理导致了深组织区域的有限的光子密度(与辐照度成比例)，并限制了EMR的有效穿透深度。因此，这种处理功效通常限制于处理接近组织表面的组织。如果尝试使用太低的输入通量来处理组织，则这种处理将是无效的。EMR的输入通量是重要的处理参数。其将影响到穿透的深度和处理的功效(如下面所讨论的)。例如，经过多个研究和其它出版物确认，交互的布森-罗斯科法则(Bunsen-Roscoe law)对于许多光诱导组织效应并不适用。该交互法则声明一定生物学效应与总能量剂量直接成比例，而与施加剂量的速率无关。

[0108]随着在被处理组织中一定深度的EMR辐照度的减少，处理变得无效。如上面所讨论的，位于给定深度的组织中辐照度的水平与输入通量有关。因此，为了施加有效剂量的EMR至给定深度的组织体，必须采用合适的输入通量以保证在目标体内辐照度的水平适于传送有效剂量的EMR。

[0109]当辐照度的水平落在特定范围内时，有效剂量的EMR被传送至给定深度的组织。如果辐照度的水平太高或者太低，处理的有效性将严重降低且可能使处理根本无效。

[0110]参照图17，光和其他EMR对细胞和康复过程的二相效应已经成为当前的研究主题(参见，例如，Sommer，Andrei P.等人的发表于Journalof Clinical Laser Medicine & Surgery的2001年19卷，第一册，29-33页，题为“Biostimulatory Windows in Low-Intensity Laser Activation：Lasers，Scanners，and NASA’s Light-Emitting Diode Array System”的文章)。图17中的曲线图是阿恩特-舒尔兹曲线(Arndt-Schultz curve)，其表明了EMR对细胞过程(例如，有丝分裂)的效应通常表现为是所施加的能量密度的函数。具体的说，在所施加的EMR强度范围内，给出的细胞过程表现为激活的和/或调整的。随着光或其它EMR强度的增加，所得到的过程也趋向于增加。在EMR强度的最小阈值以下，通常没有响应、很少响应或不充分响应。在最小阈值以上，该效应或过程将增加直到其到达在最小阈值以上的顶点处。在到达相对最大值之后，所得的细胞过程趋向于随着光或其它EMR强度的继续增加而减少，并且，如图所示，可能快速地减少。在EMR最大阈值强度以上，通常将会没有响应、很少响应或不充分响应。因此，为了促进给定的过程，优选地在这些限制之内处理。

[0111]此外，如图17中所示，随着能量密度继续增加，细胞过程实际上能够被抑制。因此，较高强度可以用于抑制或切断多种细胞过程。

[0112]这些原则可以在细胞过程的调节外得到应用，并且用于方便且更加有效地处理疼痛、促进康复和/或减少结疤。

[0113]参照图11，为了有效地处理在给定深度的组织，将EMR辐照度的水平保持在特定的辐照度范围内。在图11中，垂直轴表示作用的效率或作用效率(“AE”)，其中作用效率是施加于组织上的能量对组织产生效应的相对测量。水平轴表示组织中的辐照度，即流量率。当组织被相对窄带的辐照度(在I_max和I_min之间)照射时，在该组织上的处理有效性(即作用效率)处于其最高点，最大的AE(AE_max)发生在辐照度的最优水平(I_optimal)范围内。当组织被高于或低于该范围的水平(即高于或低于阈值I_max和I_min)照射时，处理的AE快速地降低。当辐照度的水平高于或低于该范围太多时，EMR对组织作用基本很小或者没有作用，并且AE太低以至于不能被视为有意义。

[0114]具体的说，在对应于I_optimal的辐照度水平，光处理的效率具有极大值。根据波长、特定的作用机制以及所涉及的组织，该最大值可以在0.1和100mW/cm²之间的范围内，优选地在0.5和50mW/cm²之间。从在图8中所示的光在组织中的衰减图可以看出，如果输入通量保持恒定，作用效率对辐照度水平的依赖关系将有效处理体限制在组织的相对小的层中。

[0115]如图11所示，期望在AE最高的辐照度带内处理组织。在该范围外，AE快速地下降，并且传送的EMR剂量低效很多，并且根据在该范围之外有多远，可能完全无效。辐照度带的边界将根据多种因素变化，包括所使用EMR的波长、被处理组织的类型和组织的深度(图11仅是示例性的，并且不旨在限定可能对所有类型的处理均为优选的辐照度带)。

入射在被处理组织表面的通量的调整

[0116]如上所述，对于在被处理组织表面处的给定的输入通量，在组织内传送的流量和辐照度随着深度变化。因此，为了有效的处理在一定深度的整个组织体，可以调节输入通量以保证有效剂量的EMR贯穿整个被处理的体，即在组织体中的每个深度，被传送至组织。

[0117]参照图12和图13，输入通量可以被调整以控制组织被有效处理的深度。通过改变输入通量，改变EMR穿透进入组织的深度。如图12中所示以及以上讨论，增加输入通量(在图12的垂直轴上标示为入射辐照度)导致EMR穿透进入组织更深。因此，如图12所示，当输入通量从输入通量水平1增加至输入通量水平2时，辐照度的水平在组织中的每个深度变得更高。换言之，增加输入通量改变了定义辐照度水平作为深度的函数的曲线。

[0118]因此，在给定时间内被有效剂量的EMR处理的组织的深度可以发生变化，并且该深度可以通过调整辐照度的水平来控制。假设在体中组织的成分是均匀的，优化的辐照度不会改变。因此，通过增加输入通量，使在I_max和I_min之间的有效处理层更深入地移动到组织中，并且处理组织的不同体。(注意，如果I_optimal变化，例如，因为组织成分是不均匀的或者由于一些其他因素，这种改变可以通过相应地调节处理参数来补偿。)

[0119]通常，当输入通量的幅值较大时，被有效地处理的组织的深度(Z)较大，即有效地被处理的组织相对深。另一方面，一般地，当通量的幅值较小时，被有效处理的组织的深度较小，即被有效处理的组织相对浅。因此，输入通量确定处理的深度。通过调整表面的入射通量，所传送的作为深度的函数的辐照度的函数发生改变。换言之，如在图12中所示，通过增加通量，所传送的辐照度作为深度的函数从曲线1(实线)改变至曲线2(虚线)。因此，最佳辐照度被传送的深度发生了改变。

[0120]可以改变通量的幅值以对应于将被处理的组织体的边界。通过在一定幅值范围内改变通量，可以对应于被照射的组织的表面区域，和位于利用有效水平的辐照度处理的组织的最大和最小深度之间，对整个预定组织体进行处理。优选地，这可以通过逐渐地将输入通量从对应于处理体的最浅层的第一值增加至对应于最深层的第二值进行。也可以有其他替代，包括降低输入通量的值或使用在最大输入通量和最小输入通量之间的一组输入通量的离散值。

[0121]使用这些原则，可以将一定深度的特定组织体作为目标并进行处理。例如，处理方法通过这样的方式处理肩关节：首先以能有效处理该组织的水平照射该组织，然后改变照射通量至对应于发现肩关节所在的深度的量级。参照图6，作为另一个例子，通过改变通量以保证合适剂量的EMR被传送至组织的预定深度，使得整个体被处理。通过连续处理组织中的一系列子体280-288处理整个体278。

[0122]参照图13，可以将调整同处理的脉冲模式相结合。优选地，调整曲线足够平滑以便提供所期望的处理体的均匀覆盖。将有效辐照度的整个范围(即，在阈值I_max和I_min之间)更深地移动进组织中。在这种方案中，脉冲频率通常高于调整频率。例如，EMR处理系统200发射占空比为1.33秒的脉冲EMR，其中LED阵列开启大约1秒，关闭大约0.33秒。

[0123]结果，为了延伸被有效处理组织体，应及时调整入射辐照度，并提供所期望的处理体的扫描。所使用的调整函数可以是非周期的或周期的函数。参照图14，很多函数可以用于调整在组织表面的通量。在图14中示出了3个这种波形，但还有很多种都可以。然而，优选地，该函数具有逐渐增加或减小的曲线，例如正弦波或其它波形。虽然诸如阶跃函数的其它函数也是有效的，但他们在处理组织时可能不如逐渐改变的函数有效。

[0124]优选地，调整函数是频率在0.01至10Hz之间的调和函数。调整函数的特征在于平均入射辐照度I₀以及调整深度

$M=\frac{I_{\max }-I_{\min }}{2I_0}$

[0125]其中I_min和I_max是入射辐照度的最小值和最大值。平均入射辐照度优选在50和5000mW/cm²的范围内(虽然其它的范围也可以)，并且调整深度通常可以在0.1至1mm的范围内。

[0126]为了确定将被处理的体的精确尺寸，可以采用诸如x射线、CAT、MRI、超声或光扫描等诊断工具。为了确定处理的参数，控制器可以执行组织中光分布的计算(使用例如蒙特卡罗技术或另一种解决辐射传输问题的方法)，或者优选地参照查找表来获取关于这种计算的信息。还可以有其他替代方法，包括从三维图像设备接口信息以提供数据到EMR处理设备，这些数据可以被分析以确定处理参数。

[0127]本发明的其他实施例能够使用传感器来实时确定处理参数，其中传感器提供数据至控制器，控制器在处理过程中确定并调节处理参数。该实施例优选地包括具有存储器和处理能力的控制器。例如，根据本发明的EMR处理系统可以包括微处理器或个人计算机或具有允许系统连接至个人计算机、计算机网络、其他类型计算机和/或其他类型医疗设备的附件。

表面组织的冷却

[0128]通过在表面冷却组织，可以将有效的处理体推进至更深入组织。通过应用定向的能量和表面冷却的结合，以在组织的期望(通常来讲，在表面以下)区域产生受控的热疗，光生物刺激的深度可以得到延伸。

[0129]例如，参照图9，为了更好地控制被处理的组织体的尺寸以及被有效处理的组织体的总深度，皮肤的表面可以被冷却以便优化组织中的温度分布。人类组织的温度通常约为37℃。大约45℃的温度是对细胞造成不可挽回的损伤的阈值。图10中示出了关于暴露在EMR中的温度分布的例子，其示意在开始暴露于EMR之后皮肤温度作为时间函数的计算的动态。上方曲线表示最大皮肤温度，而下方曲线表示位于表皮的基层(深度大约100μm)的温度。

[0130]通过冷却表面组织，可以阻止位于表面和接近表面的组织被破坏。位于表面或接近表面的皮肤温度被降低以便抵消在该组织中所产生的热量，所述热量是当光传输至将被处理的较深层组织时，通过吸收穿过表面组织的光产生的。

[0131]因此，可以在对较接近表面的组织没有热损伤的情况下对较深层组织进行处理。通过冷却表面组织和直接位于表面下的表面下组织，有效处理的组织体比没有冷却的组织体更深。可以使用相对较高的输入通量，从而使有效处理的组织体相对更深。然而，接近表面的在相对较浅深度的被冷却组织的层可以在接近表面承受较高水平的辐照度而不会过热。因此，较浅的组织不受损伤。

[0132]通过同时采用皮肤表面的接触冷却，所得的热疗可以被有利的转移到身体中所期望的深度，因此在选定的位置引起热增强的光生物刺激。作为例子，EMR处理系统200可以用于通过冷却表面组织至所期望的水平提供贯穿被处理组织的所期望的温度分布。参照图6，在EMR处理系统200的操作过程中，热能可以通过光学窗口218从组织270吸出，其中，其经热交换器228传输至包含在冷却系统中的冷却剂。此处的冷却剂是通过将冷却剂循环经过冷却器210冷却至温度在大约5℃和25℃之间的水。

[0133]冷却系统可以用于将组织270的表面温度从其正常温度降低，该正常温度根据被处理的组织类型可以是例如37℃或32℃，也可以是处理中由于组织被发射的EMR加热的更高温度。应用到组织表面272的冷却降低了刚好位于表面272下面的被冷却的组织体274的温度。为了在冷却的组织体274中获得期望的温度分布，冷却系统将光学窗口218冷却至大约5℃(即，与冷冻水的温度大概相同)，在表面272处得到大约5℃至32℃之间的组织温度并在被冷却组织体的下部边界276处得到大约20℃至37℃之间的组织温度。

[0134]在其它实施例中，冷却系统可以用于组织270的表面温度降低至其他温度，例如，降至25℃和-5℃之间这个范围内的温度。确切的温度取决于处理。当使用较高的辐照度来穿透更深入组织时，期望更多的冷却。诸如被处理组织的类型的其他因素也将会影响在组织表面为实现所期望的温度分布所需要的冷却量。因此，处理参数可以随着处理而变化。

大的光点尺寸/束尺寸

[0135]除了表面通量，处理设备的光点尺寸或束尺寸也影响传送至一定深度组织体的辐照度。当EMR冲击和/或穿透被处理组织时，较大束尺寸有助于最小化散射的影响。多种散射行为衰减光的传播。然而，当知道有效散射系数时，由散射引起的改变可以被修正。由于在组织中散射的量，当窄束同组织相互作用时，其会快速的扩散。因此，通常窄束穿透组织的表面以下不能超过几毫米。随着EMR与组织的相互作用，EMR变得极其快速的扩散，并且束的强度下降至对处理有效限制值以下。

[0136]通过使用较大的束尺寸，由散射造成的辐照度在一定深度上的衰减被减少。比如说，对于诸如大约1mm的小直径的束，衰减的机制主要是散射(与例如吸收相对)。这导致了大约0.1mm的1/e距离。对于诸如10mm或更宽的宽束，衰减的机制主要是吸收，其在800nm可以导致大约1mm的1/e距离。因此，在限制值(例如，取决于组织类型和其它因素)以内，较宽束穿透组织的深度大约十倍于较窄束。

[0137]尽管在较宽的束中也发生散射，但是散射发生遍布该束。因此，从束的外部周界散射一部分光，以便衰减在边界处的辐照度。然而，在束的周界以内，光将从束的一部分被散射至另一部分，这样由于散射衰减将被减少。

[0138]在图18中示出了束直径与穿透深度的关系的例子。图18的三个函数是通过使用皮肤光学特性的计算机模型产生的，其中，该计算机模型接近于皮肤组织的光学特性。在扩散模型中，使用波长810nm和II型皮肤模拟了三种情况。该模型也假定整个束上束的分布是平的，并且光是通过蓝宝石以正入射的方式施加的。图18中每个曲线的输入通量如下面表I中所示。曲线示出了对于每种情况穿透深度作为束直径的函数(虽然在模型中假定是圆形束，但是对于具有其他横截面形状和面积的束也可以获得类似的结果)。对于每种情况穿透深度是最深深度，在该深度处总体辐照度(在束的方向上)高于用于刺激生物化学活性的阈值，对于在图18中所示的每种情况的目的，该阈值限定为5×10^-3W/cm²。然而，在不同的对象中、在不同类型的组织中以及对于不同的应用，该阈值可以不同。此外，辐照度的不同阈值在本发明的其它实施例相关。

表1：用在图18中所示的模拟中的值

 

曲线	输入通量瓦/cm2	总体辐照度的阈值W/cm2
			1	0.1	5×10-3
2	0.5	5×10-3
			3	1	5×10-3

[0139]图18是示出了穿透深度(沿着垂直轴)和束直径(沿着水平轴)之间关系的曲线图。辐射的最大穿透值是具有无限直径的假定的设备的穿透极限。这三条曲线1至3表明通过改变所施加的辐射的束直径，穿透的深度可以改变。曲线1至3也示出了在将辐射传送至较深的深度过程中，较大的束比相对较窄的束更有效率。因此，其中，束直径可以同诸如表面通量之类的其它可变量结合，以实现在多个深度的处理并改变穿透的深度以处理组织体。注意到每个曲线接近于穿透深度的极限，该极限对应于假定的无限的束直径。这表明穿透深度的极限可以通过改变束直径得到。注意，尽管存在可以对于一组给定的参数来实现的光穿透深度的假定极限，但是该极限将随着其他参数变化(例如输入通量)而变化。

[0140]较大束尺寸具有增加EMR穿透组织以传送有效剂量的EMR的深度的优点。此外，在一些情况下，其能够同时处理组织体中的多触发点，即，疼痛的多个源，其可以位于由束处理的区域内。还有，较大的束尺寸将允许处理被执行得更迅速，并且因此，可以具有经济优势。然而，随着束尺寸的增加，需要更多能量以维持功率密度，这可能增加设备的成本和尺寸。

[0141]优选地，束的直径将大于7.0cm以进一步增加EMR的穿透深度并维持所期望的辐照度水平。较大的束尺寸还允许大面积的更快速处理，并且提供多个触发点的同时处理。然而，虽然可能效率较低，但根据特定的处理需要也可以使用较小束尺寸。由处理头104和156产生的束是圆形的且面积大约为50cm²。

[0142]为了最小化所应用的光学辐射的散射和吸收，所产生的EMR优选具有最小散射和吸收的波长，如在下面的表III中大体示出的，可用的波长随着深度的增加而减少。波长越长，散射越小；然而，在所标示的带宽之外，水的吸收如此之高，以至于很少的辐射能够到达特定深度的组织。

[0143]在其它实施例中，束尺寸可以被调节至不同尺寸以控制组织被有效处理的深度。类似的，具有固定束尺寸的设备可以根据应用具有较大或小的束尺寸。也可以使用EMR入射在组织表面的区域的替代的形状。

控制系统反馈

[0144]反馈机构可以设计成将在组织表面的通量约束到对于不同组织类型进行处理的所期望的调整。例如，超声可以用于确定组织的下层结构。类似的，可以采用光学相干断层扫描(OCT)、光扩散技术(Optical DiffuseTechnology(ODT))或光学多普勒成像(ODI)来作为反馈机构的一部分。这种反馈系统可以检查血液流动的增加并对这种改变进行补偿。因此，这种系统能够对待处理的组织区域的增加的血液流动进行补偿。随着在组织中血液流动的增加，系统可以调节以考虑到在被处理组织体中由增加的血液流动导致的组织成分中的这种改变。

[0145]参照图5和图6，EMR处理系统200包括反馈机构214，其为测量在组织中血液流动的速率的ODI传感器。随着处理开始，暴露于EMR引起在组织中热疗。身体的自然反应是增加血液流动至被加热组织。反馈机构214测量血液流动的相对增加，并发送信号至控制器206指示该变化。然后，控制器根据组织整个成分的变化重新计算处理参数的任何改变，其中组织整个成分的改变是由于在组织中的较大百分比的血液流动。例如，控制器可以考虑由身体因血液流动通过组织导致的增加的冷却。此外，控制器可以根据组织的成分变化来改变最优化的辐照度的值，并且可以改变处理时间。很多其他实施例也是可能的。

[0146]在其它实施例中，反馈传感器可以加入，根据I_optimal值的变化或由于其他相关条件和/或参数的改变，其提供用于调节多种处理参数的实时反馈。例如，测量诸如组织温度、表面反射率、表面辐照度、组织成分等的各种参数的传感器可以同控制系统集成，以在处理中提供实时反馈并设置以及调节处理参数。可以采用辐射计来测量设备的表面反射率。

[0147]下面的参数和确定组织中疼痛源有关联，或提供关于从皮肤表面至可能的疼痛源体(PSV)的光学路径的信息：皮肤表面温度、皮肤温度的变化速率、皮肤色素(色素指标)、入射辐射通量(可以通过在皮肤表面使用辐射计测量)、血液速度(可以通过使用多普勒测速计(Dopplervelocipede)来测量)，在皮肤表面和PSV之间的组织的光学特性的成分(可以使用x射线、超声或其它装置测量)。在不同实施例中，这些参数和其它参数可以使用合适的与控制系统集成在一起的传感器来测量。

[0148]其它实施例将优选地包括关于不同处理参数信息的一组查找表，以保证在处理中，处理过程的及时性，并且在处理中不需要诸如蒙特卡罗计算之类的潜在的耗时计算。

[0149]此外，也可以包括其他与EMR处理系统100和200以及其它实施例有关的反馈机构。例如，可以包括患者反馈机构。由于一个人所期望的处理体与另一个人的不同，则通过在处理中允许处理参数的单独调节来增加处理的功效。在一些实施例中，这可以通过给患者提供反馈机构来实现。优选地，所述反馈机构应该包括控制平均入射辐照度和调整深度中的至少一个(更优选地，包括两个)。

[0150]参照图15，示出了人体界面反馈设备300的示例性实施例。反馈设备是跟踪球型设备，包括主壳体302和输入机构304，在本例中输入机构304是固定在主壳体302中的旋转球。来自反馈设备300的信息经电连接306被发送至EMR处理设备。

[0151]反馈设备300允许患者在处理中主观的评估疼痛减轻的功效，并通过操纵输入机构304相应的调节参数。如果输入机构304在侧向方向308旋转，则调节的是调整深度。如果输入机构304在纵向方向310旋转，则变化的是平均入射辐照度。相关的EMR处理设备可以存储个人最优参数并在随后的处理期间重新获得该参数。然而，EMR处理设备的控制系统优选地管理由患者输入的任何改变，例如用来在处理中阻止潜在的危害并且保证处理是有效的。反馈机构还可以有其他的实施例，并且优选地将允许调整频率的改变。

[0152]在本发明的其它实施例中，反馈机构可以依靠工具性装置而不是依靠患者的主观输入。例如，这可以利用电的(直接寄存神经元活动)或光的(例如，寄存氧合作用的改变)装置通过监视在处理区域的疼痛活动来实现。

特别针对减轻疼痛并促进康复对一定深度组织的处理

[0153]其中，所描述的方法和设备还可以用于针对组合的由非损伤性的窄带电磁辐射诱导的非热光化学效应(发生在生理温度范围内)以及光热效应(32℃-45℃)的处理。在很多研究中已经发现对于疼痛减轻和康复的促进方面这种处理具有有益的效果。这种效应优选地采用窄带光学辐射诱导，窄带光学辐射可以产生所期望的光化学效应并提高目标区域的温度。

疼痛的阻止和减轻

[0154]下面所描述的实施例可以用于减少或减轻与被处理组织相关的疼痛。为了有效的通过利用EMR处理目标组织来减少或减轻疼痛，可以使用多种方案。这些方案的例子是：血管舒张；通过神经元传输疼痛信号的LILT调整；减少在受损位置的发炎；以及产生压制疼痛的内生激素(例如，内啡肽)的刺激。

[0155]血管舒张是血管渗透性的变化，其方便细胞血液成分以及血浆进入胞间隙的通过。这个过程对影响疼痛的发炎具有直接影响。

[0156]疼痛信号通过神经元的传输可以利用LILT调整的理论是基于这样的概念：生物化学过程控制神经元阻抗，并且神经元阻抗可以使用LILT进行改变。神经元阻抗的改变可以影响疼痛信号从周边的源至区域性丛并随后至大脑的传输过程。疼痛信号传输的中断可以发生在多个位置，例如Rolando胶状质。

[0157]受损部位的发炎可以通过对细胞因子表达的抑制来减少。作为例子，可以向下调节COX-2表达，该表达又调节缓解发炎的前列腺素E2和I2的产生。

[0158]可以刺激压制疼痛的内生激素(例如，内啡肽)以增加其产生量并减少疼痛。这可以通过多个中间途径来发生，作为将内啡肽产生中心直接暴露于光中的结果，或者作为对周边暴露的中间响应。

[0159]疼痛减轻和康复可以以多种方式开始，包括通过施加窄带光学辐射。为了更加有效解决被处理组织的任何不希望的或过度的加热，除了上面讨论的冷却可以使用多种方法。

[0160]例如，也可以使用脉冲辐射(与连续波相对)来限制温度上升并维持安全处理方案。可以选择脉宽和脉冲之间的间隔以在两个连续的脉冲之间允许充分的热弛豫。对于人类组织的处理，脉冲持续优选为在100ms和2s之间，而脉冲之间的间隔优选为在20ms和2s之间。脉冲链的占空比可以在10％和100％之间变化。

[0161]也可以最优化脉冲序列以提供最大功效的处理。例如，脉冲序列可以从单个热疗脉冲开始，产生上升的温度的区域，接下来跟较低强度的、疼痛调节的脉冲链。类似的，脉冲可以同类似心跳的生物周期同步。

[0162]在对用于减轻或是减少疼痛的处理设备的优化过程中，额外考虑的是将要使用的光的波长。至少两个方面应该考虑。第一，应该选择光的波长以优化如本文所讨论的处理的深度。为了此目的的最优的波长将在下面讨论。第二，由于提供组织最佳穿透的波长不能与用于发色团吸收的最优波长一致，对于一些处理需要第二波长。参照上文，对于发色团吸收的最优波长在专利申请‘705中讨论。

[0163]本发明的另一方面，使用变化强度的辐射处理组织。优选地，最初的处理是在相对较高的强度下进行，随后的处理在较低的强度下执行。临床测试揭示，人体通过改变身体对疼痛的感知的敏感度来对慢性的和其它类型的疼痛进行补偿。因此，例如，当受损的肌肉或其他组织致使疼痛延续一段时间时，身体实际上变得对该疼痛不敏感。这种在感知水平上的变化比疼痛感觉的改变更大。这种改变在身体上的表现也很明显。例如，某些与康复和疼痛相关的过程不能使用相对较低强度的LILT来有效的调整或启动，因为这些过程变得不太受EMR的刺激影响，而且只有在使用非常高强度时，至少在初始时，才有响应。

[0164]测试表明，受损的肌肉组织对于在初始处理中使用以相对较低水平执行的EMR的这种EMR治疗反应较小。给定强度的EMR的初始处理可能对于一些患者无效，或者即使发现疼痛在初期减少，而处理的长期效果不能让人满意。这些测试表明优选的以较高的强度来最初处理诸如受损肌肉组织或关节的组织。如果最初的处理是在过低的强度下执行的，身体不能对EMR的处理充分响应或者根本不响应，并且可能对于随后的处理继续没有效率。

[0165]取而代之，优选地使用高于阈值的强度水平的EMR来执行最初的处理，该阈值足以改变被处理组织的响应。如果最初的一个或者多个处理是在高于这样的阈值情况下执行的，随后的使用很低强度的处理变得有效。实际上，最初利用较高强度进行的处理致使对于组织损伤变得不敏感的生物系统增加了对于正常水平的系统“增益”。

[0166]虽然在初始处理中必定被超越的确切的阈值从一个对象到另一个对象变化并且很难精确的量化，但是测试表明，当对象报告了待处理组织中对深度加热的感知(即，不损伤组织或留下疼痛的延迟感知的热的强烈感知)时，则通常满足该阈值强度。在最初使用较高强度一直到对象报告这种深度加热感知的情况下，在后续处理中组织变得对很低强度的处理作出响应。在最初不使用较高强度或者对象不报告深度加热感知的情况下，对象不能连续地对后续处理作出响应。在一些情况下，处理是有效的，而在其它情况下，则没有感觉的或测量的效应，或者该结果是非决定性的。在不受理论限制的情况下，存在多种关于为什么观察到这种效应的理论。有一种理论就是以相对较高强度传输的EMR充当增生疗法的形式，刺激本能的康复响应。

[0167]在某些实施例中，初始治疗可以在相对较高强度(例如，大约0.8瓦/cm²-1.6瓦/cm²或更高)和功率水平(例如，40瓦-80瓦或更高)下执行，而后续处理可以在对应于较低功率水平(例如，20-40W)的相对较低强度(例如，0.4-0.8W/cm²)下执行。优选地，该强度不足以损伤被处理组织，例如灼伤被照射皮肤。最初的高强度处理可能需要比后续较低强度处理更积极的皮肤表面的并行冷却。虽然参照上面的范围对实施例进行了描述，但是由于无数变量影响着参数，该准确值可以随着对象和应用的变化而变化，所述无数变量包括但不限于组织类型、组织密度、组织成分、组织体位置、组织体中多种组织类型的存在、以及在组织中的血液流动。

[0168]在其它实施例中，可以以初始强度施加EMR，而如果没有响应，可以增加强度直到被处理的对象体验上面所述的加热感知。一旦找到该强度，则施加EMR持续一段时间。优选地，所施加的EMR处于不会导致剧烈疼痛的强度，但会使得对象能忍受该处理而不会感到过度的不适。

[0169]在该方法中，应用EMR的人(例如医师)将确定能被对象安全忍受的EMR的最高强度，且将应用该强度的EMR持续对象能够忍受之久(或者直到处理完成)。如果对象不能忍受该处理，医师将通过将辐射的强度减少至较低值来对辐射强度进行“滴定”，所述较低值将被施加一段处理时间。实质上，可能对于给定的对象最有效率的EMR的强度将是对于整个处理期间对象不能舒服的忍受的强度。换言之，总的处理持续时间可能会超过可以被施加的不会导致对象疼痛或强烈的不舒适的最大强度水平的EMR的持续时间。因此，在处理中的一些点处需要较低的强度(或多个强度)。

[0170]在示例性的实施例中，初始的输入通量将会在0.1-0.6瓦/cm²范围内。如果对象不报告加热或疼痛的感知，输入通量将被增加至2到3倍于0.6-1.8瓦/cm²范围内的值的量级(值得注意的是，因为大部分人在该强度上或该强度附近将会体验到疼痛，对于任何高于1.5瓦/cm²的输入通量可能均需要冷却)。当应用EMR的人确定了对象在不体验到疼痛或强烈的不适或另外损伤组织的情况下能够忍受的最大强度或输入通量，那么施加该最大输入通量持续对象能够忍受该通量而不会体验到强烈的不适、疼痛或损伤组织之久。在该时间点，假定总的处理周期没有结束，输入通量可以减少例如10％-20％持续处理期间，或者如果对象不能再忍受减少后的EMR强度，则如果需要，进一步多次减少输入通量。

[0171]处理周期将根据多个参数而变化，该参数包括但不限于，被处理组织的类型、体积、深度以及被处理对象的响应。典型的处理将会持续例如大约3.5-5分钟。然而，有可能有很多不同的处理时间，包括短得多的时间，例如在秒量级的处理，至长得多的处理时间，例如，一个或几个小时量级。为了辅助该过程并消除在确定将施加的合适的输入通量中的一些反复试验，处理参数可以被自动的或手动的记录，从而，例如具有处理能力的系统可以自动确定诸如定时和输入通量的用在处理中或后续处理中的处理参数。

[0172]可以以类似方式执行来处理，即，使用最大值的输入通量持续对象能够忍受该处理之久，然后在余下的处理中使用降低后的一个或多个值的输入通量。如上面所讨论的，由于响应于初始处理的对象系统的“增益”发生了改变，期望(但不必须)在后续处理中降低最大输入通量。

[0173]可选地，一个或多个初始处理可以在专业设施中通过更大功率的仪器执行，而后续处理可以使用较低功率的仪器执行，例如，在家里使用处方可用的或用于普通销售的消费设备。此外，可以执行较低的强度处理以在使用可被执行的多个较高强度(例如通过医生和/或在专业设施中)的处理之间控制疼痛和/或促进康复。这种低强度的处理还可以用于允许对象保持生物效应(例如，那些与减少慢性疼痛和/或促进康复有关的生物效应)一段时间直到需要使用较高强度的EMR的处理，例如，当疼痛的水平恢复或者明显的增加时。该实施例允许那些经历不可治愈的慢性疼痛的人以这样的方式被处理，该方式将明显的降低疼痛的水平，其随后通过在较高强度处理之间使用较低的强度处理而被维持较长的一段时间且潜在的延长一段时间。

使用LILT的受损组织的康复

[0174]这里描述的实施例也可以用于促进创伤和其他损伤组织的康复。如上所讨论的，近期的研究开始表明，流量(即，剂量)和流量率(即，辐照度)对于康复有影响。光和其它EMR在细胞和康复过程上的二相效应也成为当前研究的主题。为了通过EMR处理目标组织来有效地促进康复，可以使用多种方案。这些方案的例子为：诸如ATP产生或细胞色素c氧化酶的细胞呼吸过程的生物刺激；炎症反应的刺激；表面下软组织的照射；与疼痛相关的和/或显示被损伤的组织的照射。

[0175]如上所述，细胞呼吸过程被认为在创伤康复过程中扮演重要角色，而在受损区域组织的光生物刺激可以带来康复的改善。例如，细胞色素c氧化酶是驻留在细胞线粒体中的呼吸链酶，并且是在真核状态细胞的呼吸链中的末端酶。细胞色素c氧化酶是电子从色素细胞c到分子氧传输的介质。已知包含细胞色素c是导致产生自由能量的氧化还原化学的核心，所述自由能量然后被转化成潜在跨过线粒体的内膜的电化学势，并且最终促使三磷酸腺苷(ATP)的产生。

[0176]还进一步表明，光生物刺激可以用于增强细胞繁殖以通过刺激ATP分子的产生来帮助产生cAMP进而实现治疗效果，其中cAMP是影响诸如信号转导、基因表达、血液凝固和肌肉收缩的多种生理学过程的第二信使。还有，人们相信通过刺激增加的血液至受影响的区域可以实现额外的康复效益。

[0177]因此，在体外进行的实验表明，光生物刺激具有增加对于细胞代谢活性可用的能量的潜力，并且还表明，通过光生物刺激而导致的ATP产生的增加可以提供增加细胞繁殖和蛋白质产生的方法。然而，本领域的临床研究目前仍然没有定论。

[0178]类似的，假定使用LLLT和类似的辐射处理的光生物刺激可以导致细胞氧化还原状态的改变，这又可以在维持细胞活性方面扮演重要角色。有研究表明利用激光、光或其它辐射对组织的刺激可以导致少量的光诱导的活性氧(ROS)和抗氧化物的形成，这将改变细胞氧化还原状态并刺激细胞过程(例如，参见Lubart R.等人的，2005年发表于Photomedicineand Laser Surgery第23卷，第1期，3-9页的题为“Low-Energy LaserIrradiation Promotes Cellular Redox Activity，”的文章)。ROS和抗氧化物可以在多种细胞结构中产生，例如但不限于，由线粒体产生的细胞结构以及在质膜中的细胞结构。在该过程中，EMR可以由发色团吸收，例如胞内发色团。根据发色团(或者多种发色团，如果包括多种的情况下)的物理特性以合适的波长、强度和能量剂量施加EMR。典型的内生发色团包括但不限于：卟啉、黄素、线粒体的细胞色素、质膜NADPH氧化酶系统、香精蛋白(flavorprotein)以及细胞色素b。发色团发挥光敏剂的作用，并且吸收诸如可见光的EMR，并将其传输至临近的氧分子，因此产生ROS和/或抗氧化物。大量的ROS能够对细胞致命。因此，局部的ROS的产生可以被诱导使在该位置的所有细胞活性消失。然而，如果以较低的浓度存在，例如低于对细胞毒素的要求，ROS可以对细胞和周围组织具有一定程度的积极作用，例如，对细胞生长的刺激和神经元的分化。此外，通过瞄准对在组织区域中的一定类型细胞独特的发色团，只有那些细胞或主要是那些类型的细胞可以被消灭、刺激等。类似的，通过瞄准一定组织或血液本身，可以增加在血流中的ROS水平以促进更广泛的全身的效果，例如通过被传送至身体的其他部分或者被处理组织中的更深处。

[0179]有效的促进创伤康复的另一个潜在机制是发炎反应的刺激。例如，可以照射组织以产生对皮肤血管中的血细胞和壁的有限的照射。这导致低等级的发炎/生长反应。炎症介质通过管壁被释放，其刺激了纤维原细胞的活性并最终带来“康复”效果。

[0180]可以照射在脉管系统中的组织以促进康复。例如，可以照射表面下的脉管组织以促进目前通常使用侵入式手术过程处理的静脉溃疡和其它紊乱的康复。因此，在一些情况下，这种处理可以消除对手术的需要。

[0181]类似的，可以处理由于对关节中的组织(例如，韧带、腱和软骨)造成损伤而引起的疼痛。在疼痛归因于包含这种组织的体的地方，甚至对组织的损伤不很明显的地方，组织均可以被处理以促进康复。

[0182]其它实施例可以使用温度监控的技术装置，例如，能够随后反馈至功率控制单元的接触式或IR温度计。

与EMR处理相关的疼痛、损伤和/或副作用的防止

[0183]在另一个实施例中，设备和方法通过利用特定参数(波长范围、辐照度、脉冲结构、持续时间)的电磁辐射对即将被处理的皮肤区域进行预处理，消除或减少了在皮肤或其他组织上的疼痛和其他不希望的光化学或光热影响作用。这包括但不限于，所有的光化学、光热和其它非入侵形式的EMR处理以及太阳曝光和其他处理事件。

[0184]低功率激光和光源已经用于处理对组织的光化学和光热损伤，包括辐射治疗的副作用。这已经被报道过，例如在【M.M.DeLand等人于2007年发表于Las.Surg.Med.的第39卷164-168页的题为Treatment ofradiation-induced dermatitis with light-emitting diode(LED)photobiomodulation的文章】。然而，在创伤事件后低水平光的应用可能比创伤事件发生前预处理相应皮肤区域的效率低。

[0185]例如，可以利用波长为380-610nm或1400-10000nm的EMR照射组织区域，用于浅的目标处理，或利用波长为610-1400nm的EMR用于深目标处理。更优选地，可以使用具有下列波长的EMR：400-430nm，440-570nm，480-520nm，570-690nm，750-780nm，800-840nm，880-920nm，950-1100nm。

[0186]可以以CW模式或通过脉宽1ms-2s的脉冲来传输功率。脉冲链的占空比在10％至100％之间变化。EMR脉冲可以同类似心跳的生物周期同步。功率密度可以在10mW/cm²-10W/cm²的范围内。用于单个预处理部分的时间可以根据应用来变化，并且处理优选地在0.1秒至1小时之间并且更优选地在10秒至30分钟之间。表II列出了对于特定应用的示例性预处理参数。

表II.用于减少疼痛的优选照射参数

 

将被阻止的目标状况	目标深度，mm	脉冲宽度(ms)	重复频率(Hz)	功率密度(mW/cm2)	照射持续时间(sec)
						对表皮的紫外光损伤，光热损伤	0.01-1	100-1000	0.1-10	50-90	20-300
对真皮的光热损伤，辐射诱导的皮炎	0.2-2	“	“	90-180	“
						对网状真皮和皮下组织的光热损伤，辐射诱导的皮炎	0.5-3	“	“	180-270	“

[0187]处理通常可以在创伤事件发生前24小时和几秒钟之间被传送，但在特定实施例中可以刚好在处理之前被传送。在一些实施例中，可以通过在创伤事件后重复该处理来增加功效。

使用LILT阻止疤痕的形成和纤维化

[0188]这里描述的实施例也可以用于消除或至少减少由手术过程、创伤、外伤和其它致病因素导致的疤痕组织的形成以及纤维化。

[0189]特定相关于阻止疤痕形成和纤维化的活动机制包括通过特定的细胞的细胞因子分泌的光诱导的改进，其中所述特定的细胞诸如嗜中性粒细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、纤维原细胞(fibroblast)等。已经证明利用光对于多种细胞因子进行的细胞因子分泌的调整的可行性，细胞因子包括白细胞介素1(IL-1)，肿瘤坏死因子-α(TNF-α)，干扰素-γ(INF-γ)，白细胞介素4(IL-4)，白细胞介素8(IL-8)以及其它。

[0190]在不受理论限制的情况下，至少一些医学研究证明发生在肌肉受损后的阶段(变质、发炎、再生和纤维化的阶段)是流体连续性发生的而不是在离散的时间发生的。变质阶段发生在受伤后的最先48小时内。发炎阶段在肌肉受伤后48-96小时开始。再生阶段在受伤后大约1周开始，在随后一周达到峰值，并随后稳定的下降。假定如果允许再生不被打扰的进行，肌肉将很可能没有结疤的康复。然而，由于同时产生纤维性组织，该阶段过早的结束，在一些情况下，纤维性组织的产生可能过度。因此纤维化阶段最终决定了肌肉康复的程度(参见，FuF.H.，WeissK.R.和ZelleB.A.，在2005年的XIV International Congress on SportsRehabilitation and Traumatology的题为“The acceleratedRehabilitation of the Injured Athlete”的文章)。

[0191]根据本发明的一些实施例允许在肌肉组织中通过调整纤维原细胞的产生来进行康复过程控制，其中纤维原细胞既有利于疤痕组织的形成又限制于肌肉组织的康复。可以使用本发明的实施例来执行致力于阻止疤痕形成和对康复过程中纤维化阶段进行调整的多种处理方案。例如，在一个实施例中，波长为830nm的电磁辐射可以以20mW/cm²的功率密度应用于受损皮肤或肌肉组织，以通过控制纤维原细胞的形成来控制疤痕组织的形成。也可能有多种其它实施例。

[0192]在可选的实施例中，辐射可以用于调整与肌肉和其他组织康复以及在肌肉和其他组织中疤痕形成相关的其他过程，例如，但不限于，免疫系统的反应的速率。此外，光生物刺激过程可以与由医学专家进行的手术过程同时执行或在其之后立即执行。附加的或可选的，由于伴随很多潜在的包括但不限于结疤的阻止和疤痕的处理的处理和应用，可以执行其它的程序，并且，根据所包含的步骤，可以由各种技术水平的人执行，这些人包括在专业设施中的医生，其它人士，和使用为家用所设计(可以是处方的或是一般对公众可出售的)的设备的人。

运动机能和外伤防止。

[0193]此外，根据本发明的实施例可以用于增强运动机能和防止对组织的外伤。例如，低水平的EMR治疗可以用于提供肌肉组织的深度加热，这种深度加热可带来有益影响，例如增加血液的循环和增加组织的氧合作用。这种处理可以用于提高性能、防止初始外伤和/或防止对之前受损的肌肉或已经康复(或大致康复)的其它组织的再次损伤。

[0194]类似的，可选的实施例可以增加自由O₂，例如通过刺激细胞中的线粒体。通过应用EMR至组织的区域或体，由于受刺激细胞所增加的呼吸，血液中的氧可以被带入到组织中，潜在地导致组织中较高水平的O₂。这种效果类似于运动员使用高压舱来达到诸如肌肉组织的加速康复、防止损伤或提高机能的效果。光学处理可能需要组织表面的冷却以允许较高输入通量的使用。例如，可以使用具有冷却的系统或接触凝胶(contact gel)。

[0195]可以有其它实施例，例如比那些通常用于低水平光治疗处理具有更高EMR强度的处理。

潜在的附加处理和处理参数

[0196]可能有很多可选的实施例，包括多种设备和方法。例如，参照图16，用于处理组织的预定体的设备可以具有光源组件，包括，用于产生在350-1900nm范围内的多个波长的EMR的源。可以同时的或顺序的产生不同的波长。这种设备可以包括辐射源组件400，其包括控制器404、第一波长源406、第二波长源408和光学成像系统410。控制器404控制来自电源(未示出)的功率以及从波长源406和408发出的辐射的定时和排序。第一波长源406是发射波长为350nm的辐射的LED。第二波长源408是发射波长为1900nm的辐射的LED。辐射通过光学成像系统410传输，本例中为凸透镜。可选地，光学成像系统可以是透镜系统或其他机构。

[0197]操作中，光学成像系统410将从源406和410发出的辐射成像至被处理组织的表面414以下一定深度的组织处理区域412。根据设计和应用，辐射聚焦的像平面416可以位于不同深度，也可以位于表面。

[0198]本发明的多个实施例可以使用波长的不同结合，即可以是所使用的特定波长的不同组合也可以是所使用的不同波长数量上的不同组合(例如2个、3个或多个不同波长)。一些实施例可以使用一个或数个分离的窄带(FWHM达到50nm)与一个或数个宽带(FWHM>50nm)的组合。这种组合的目的也根据应用和/或处理而变化。此外，可以对不同处理进行组合，其中例如，发现这些处理当结合时可以是互相促进的和/或处理功效并不减弱。

[0199]虽然将成像系统称为光学成像系统，但是除非另外有特殊说明，这里所用的术语光学及其派生词(例如，光学的)意味着还包括波长在可见光光谱之外的电磁辐射。此外，虽然在文中使用可见光描述了多个实施例，但是本发明的范围通常包括EMR，也包括其他形式的辐射能量，例如声波、超声等。

[0200]光穿透的深度是由组织类型和波长决定的。已经使用632nm(He-Ne)、670nm(InGaAlP)，810nm/830nm(GaAlAs)，850nm/904nm，LED(例如，660nm)的波长作为光源，其具有积极效果。最常用的波长是810nm/830nm，因为其可用、有效并且被认为具有好的穿透深度。632nm(He-Ne)的波长具有较弱的穿透能力。

[0201]此外，为了处理一定深度的组织，380-610nm或1400-10000nm的波长可以用于浅目标的处理，而610-1400nm用于深目标的处理。更优选地，可以使用LILT的下面波长：400-430nm，480-520nm，570-690nm，750-780nm，800-840nm，880-920nm，950-1100nm。下面的表IV列出了辐射的优选参数。用于肌肉和关节疼痛(例如颞下颌的关节(TMJ)疼痛)的处理，可以使用下面的参数：波长800-850nm，输入通量100-1000(优选的在200-600)mW/cm²之间，脉宽0.5-2s(优选为～1s)之间，占空比10-90％(优选～75％)，处理时间1-20分钟(优选1-5分钟)。

[0202]在其他实施例中，由于穿透深度的差异，可以使用数个窄带来瞄准不同的发色团用于诱导光生物调节的不同通道，或者在不同的组织体中诱导光生物刺激。可选地，可以使用宽带或窄带来诱导在期望组织体中的组织的热疗并因此增强生物刺激。例如，实施例可以采用最大值分别位于390-500nm和610-850nm两个光谱区域内的两个窄带(WFHM在1-40nm之间)。优选但非必须的，最大值分别在405-450nm和800-830nm的范围内。

[0203]在另一个实施例中，光美容(photocosmetic)设备可以包括附件，用于将初始光的一部分转换成具有较长波长的光。附件可以使用荧光材料构造。(可选地，这种荧光材料还可以将光的一部分转换成较短的波段，但这被认为是该设备的非一般应用)。这种附件的加入提供了在两个波长范围内发射EMR的设备，所述EMR具有两个相应最大强度，例如，一个最大强度在蓝色波段内而一个最大强度在橙色波段内。

[0204]在其它实施例中，附件可以以其他方式改变光美容设备的输出。例如，附件可以将荧光材料同滤光材料结合以提供具有单一最大强度的输出，其中，所述最大强度处的波长与没有附件的设备输出的波长不同。类似的，多种材料用于在两个以上的波长处产生最大输出强度，包括附加于由设备单独提供的或通过对由设备单独提供的最大输出强度的过滤而提供的最大输出强度。这种附件可以以层的形式构造以在整个表面提供近似恒定且均匀的EMR发射，或者可以在窗口表面的不同部分提供不同的EMR发射，例如，通过使用不同材料构造窗口的不同部分或片段。在其他实施例中，处于不同波长的最大输出可以由设备本身提供而不用附件的辅助，例如通过包括可调谐发射源或发射多个波长的光的源的阵列。

[0205]在其它实施例中，诸如可移除附件的附件可以用于由相同设备的多个用户个性化处理。例如，多个家庭成员、室友等每个可以具有用于使用该设备的单独的附件，这些附件可以在处理中连接至光美容设备并随后被移除。属于不同人的附件可以这样标注以便于识别。此外，在一些实施例中，光美容设备可以具有用于识别当前使用的附件并相应的且自动调节处理参数的机构。

[0206]在另一些实施例中，光生物刺激效应可以通过提高主要内生发色团的浓度或增加其敏感度而增强。例如，这可以通过在光处理之前，发色团的生物前驱体的局部或全身应用来实现。该前驱体可以被身体新陈代谢掉或进行其他处理，从而导致发色团浓度的预期的增加。可选地，在EMR处理之前，人们可以给予对所期望的发色团具有亲和力的物质且当结合到发色团的分子时，改变它们的构造从而增加它们对光处理的敏感度。例如，示例性的实施例可以利用维他命B族的化合物，已知该维他命B族的化合物是与产生所期望的生物刺激效应相关的分子和物质，例如核黄素，以及与使用波长为400-500nm的辐射进行的处理相关的发色团的生物前驱体。

[0207]为了在不同深度照射组织体，下面在表III中列出的参数被认为是优选的。

表III.用于疼痛减少和创伤复原的优选的辐射参数

 

目标深度，mm	脉冲宽度(msec)	重复频率(Hz)	输入通量(mW/cm2)	照射持续时间(sec)
					0.01-1	100-1000	0.1-10	50-90	20-300
0.2-2	100-1000	0.1-10	90-180	20-300
					0.5-3	100-1000	0.1-10	180-270	20-300
1-4	100-1000	0.1-10	270-360	20-300
					2-5	100-1000	0.1-10	360-530	20-300
3-6	100-1000	0.1-10	530-710	20-300

 

4-7	100-1000	0.1-10	710-890	20-300
					5-8	100-1000	0.1-10	890-1070	20-300
7-9	100-1000	0.1-10	1070-1240	20-300
					8-11	100-1000	0.1-10	1240-1420	20-300
>10	100-1000	0.1-10	1420-1600(或更多)	20-300

[0208]表III的参数已经对当窄带光的源也用于提高组织中的温度时的情况进行了计算。然而，也可能有其他配置，包括使用诸如近红外的EMR的其他带来提高组织中的温度。

[0209]下面是能够使用本发明的方法进行处理的非唯一的情况列表。

1.下腰痛(LBP)/坐骨神经痛

2.颈部疼痛

3.鞭抽式损伤

4.小关节综合症

5.肌筋膜疼痛/触痛点

6.间质性膀胱炎

7.手、膝、踝、臀、脚的DJD(变性关节病)(注意具有末指治疗方案(Rx of distal finger)的加速的指甲生长)

8.腕管综合征(CTS)

9.外上髁炎和内上髁炎

10.脊神经根炎

11.足底筋膜炎

12.肱二头肌肌腱炎

13.髌肌腱炎

14.腘腱撕裂(hamstring tear)

15.踝部扭伤

16.内侧韧带拉伤

17.转子滑囊炎

18.梨状肌综合征

19.肩锁关节(AC joint)关节镜检查/扭伤

20.s/p前十字韧带修补术(ACL repair)

21.胫骨痛/胫后肌肌腱炎

22.肌腱套肌腱炎

23.髋屈肌拉伤

24.纤维肌痛

25.肋间神经炎

26.骶腰肌(sacroilleitis)

27.与软组织/关节损伤相关的水肿

28.颞骨下颔关节(TMJ)疼痛

29.与手术切口相关的疤痕重塑

30.跖骨痛

31.摩顿氏神经瘤

32.尺骨神经炎

33.迪魁文氏腱鞘炎

34.腕部不明风梨麻(wrist pina-unspecified)

35.胸廓出口综合症

36.反射性交感神经营养不良(RSD)

37.肌肉拉伤/痉挛

38.肌腱病变

39.创伤复原

处理实例1-试验性研究：外上髁炎(网球肘)的处理

[0210]外上髁炎最初在1873年由Runge进行了描述并直到今天继续作为研究和讨论的课题。考虑到过劳性损伤，外上髁炎可能发生在多达50％的网球运动员身上并且衍生出通用的名字“网球肘”。这种病通常也可以在需要重复性的手腕伸展和反掌的工作性质中看到，并导致严重的错过工作日的以及更长期的残疾。一旦被认为是肌腱炎，病理研究和成像研究现在均认为是变性的腱炎。对患有顽固性外上髁炎的患者的MRI研究一致显示了与手术发现有关的桡侧腕短伸肌肌腱的原发性变性。进一步，腱的病理性检查揭示了胶原分离、破裂和磨损的胶原纤维、没有炎症的粘液变性(mucoid degenerntiation)、新血管形成和成肌纤维细胞的分化。动物模型示出了腱损伤的2-3周内，存在肌腱变性的病理学发现而炎性细胞不存在。针对与变性发现相关的疼痛提出了数个机制，包括导致肥大细胞和P物质释放的腱旁损伤、在受影响的腱中谷氨酸酯和P物质增加的浓度以及纤维蛋白原-纤维蛋白破碎产物。

[0211]对于外上髁炎护理的现有标准通常包括使用物理疗法来控制疼痛、深层组织加热和炎症。通常施行伸展、各种按摩和加强练习以便于功能性恢复。医师还可以注射皮质类固醇进入外上髁区域以减少疼痛和炎症。通常建议使用网球肘反作用力带，然而这种类型的支持被本研究排除，以最小化可变量。

[0212]为了相对于现有的护理标准评估本文所描述的实施例，使用两个不同策略中的一个对对象进行处理，并且评估结果。使用下面的用于选择对象的标准。

[0213]包含标准：

对象年龄在25-55岁的男人或女人

外上髁炎的诊断

[0214]排除标准：

颈部疼痛和/或神经根病变

腕部和/或肘部近期受伤或手术

在登记前的四周内注射过类固醇至肘部

糖尿病或纤维肌痛的诊断

[0215]小组组成：对象从两个临床和普通公众中收集。患有外上髁炎的对象被随机指定到两个处理组中的一个。具有外上髁炎的对象被随机分配到两个处理组之一。总计20个对象被邀请参加本次随机控制的研究。所有对象根据下面的标准得到确诊：当在肱部的外上髁上进行触诊的压痛；以及在肘部被伸展的情况下腕部反抗伸展的疼痛。

[0216]组1包括12个对象，7男和5女。这12个对象进一步被分成如下子组：7个慢性、4个次急性和1个急性。组1中的9个对象被诊断出他们优势手上具有外上髁炎。

[0217]组2包括8个对象，3男和5女。这8个对象被进一步分成如下子组：6个对象为慢性和2个为次急性。组2中的5个对象被诊断出在他们的优势手上具有外上髁炎。

[0218]两个组的大多数，组1中的11个和组2中的8个被分成慢性或次急性。

表V-组1的组成

表VI-组2的组成

[0219]方法：所有的对象均被有许可证的物理治疗师或职业治疗师处理。所有的对象均使用对疼痛的10点视觉模拟量表(VAS)，DASH(臂、肩膀和手的残疾)调查问卷以及Jamar手部测力计强度测试(Jamar HandDynamometer strength test(DYNA))进行评估。对所有对象进行评估，并且在最终处理完成后的第1、6和12次以及随后的1个月进行评估。对象每周接受2-3次处理，持续总计12次的处理，总计24-36次的处理。

[0220]组1作为处理组，接受根据现有的护理标准的处理以及采用了本文描述的实施例的附加处理。组1中的对象接受的处理方案包括使用具有下列规格的设备的处理：

平均功率(W)45

平均功率密度(W/cm²)        1.019

光点尺寸(cm²)              44.2

中间波长(nm)               810

[0221]利用处理设备对对象进行处理，在外上髁和腕伸肌块上每个处理3分钟；脉冲超声在相同区域处理5分钟，随后横向摩擦按摩至t。

[0222]通常的伸肌腱和对伸肌块进行按摩；适当伸展腕伸肌；加强从主动锻炼发展至使用自由重量的渐进的抗阻力锻炼的锻炼。

[0223]将组2作为对照组。组2中的对象接受与组1中相同的处理方案，除了组1对象所采用的使用处理设备进行3分钟的处理之外。

[0224]结果：当与基线相比时，组1表明了通过所有测试的手段(VAS、DASH和DYNA)和所有时间点的统计意义。除了DYNA(强度)测量中将第十二个处理与基线相比的测量之外，组2没有示出在被处理手臂中测得(VAS、DASH和DYNA)的任何可变量的统计意义。(任何≤0.05的值都被认为是有统计意义的。)

表VII-组1VAS结果

表VIII-组2VAS结果

表IX-组1DASH结果

表X-组2的DASH结果

表XI-组1的DYNA结果

表XII-组2的DYNA结果

[0225]使用DASH(函数)测量，组1与组2(对照)相比在所有时间点表现出统计性的显著差异，但对于VAS或DYNA测量不是所有的时间点。尽管样品规模小，但当与组2(对照组)进行比较时，DASH的分数确实到达统计意义，示出了组1中的函数结果的改进。组1在处理的过程中在所有时间点所有类别(VAS、DASH和DYNA)均有改进。基于组成和结果，表明组1中的改进不是由于消炎效应，而是由于受影响的组织的调整。因此，该结果表明发生在变性的腱中的经脉冲激光作用的一种康复反应。因此，基于初步研究的结果，表明本文描述的设备和方法潜在地可应用于肌肉骨骼医学(包括运动医学)的其它领域和其他组织。因为未康复的损伤可以使对象易受未来损伤的影响并潜在导致受影响组织的过早变性，本文描述的设备和方法还可以辅助用于阻止损伤和功能损失。

处理实例2-实验室研究：在Lewis大鼠中的关节发炎

[0226]实验室研究是使用Lewis大鼠来操作的，这些Lewis大鼠在它们的膝关节处已经被注射酵母聚糖以诱导关节发炎。本研究的目的是分析在酵母聚糖诱导的关节炎(ZIA)的第一急性阶段处理的效果。在传统的皮质类固醇(氟美松)治疗的正对照下，对包含高流量和低流量(3J/cm²和30Jcm²)、使用810nm激光以高和低辐照度(5mW/cm²和50mW/cm²)每天传送并持续5天的方案进行了比较。结果表明利用波长为810nm的电磁辐射照射可有效减少肿胀。较长的照射时间(与1分钟相比的10或100分钟)比总的流量或辐照度更有效。关节肿胀的减少与发炎标记血清前列腺素E2的减少有关。

[0227]方法：所有的动物实验均被麻省总医院的动物护理研究小组委员会(Subcommittee on Research Animal Care of Massachusetts GeneralHospital)批准并且符合NIH指南。重量为180-200g的雌性Lewis大鼠被安置在单独的笼子里，可以自由的获取标准的实验室食品和饮用水。动物被保持在控温室内(26℃)12:12小时的亮暗循环(从早上6:00至下午6:00亮)中。所有实验均被设计以最小化动物痛苦并使用与有效统计评估相关的最小数目。

[0228]将4mg酵母聚糖(Sigma Chemical Company，St Louis，MO)溶解在无菌生理盐水中的关节内(ia)注射液(总体积为50μL)注射到大鼠的一个后膝关节(后腿膝关节)内。该过程是在使用80mg/kg(从Hospira，Inc、Lake Forest IL购得)的克他命(ketamine)和20mg/kg的甲苯噻嗪(从Lliod，Inc；IA购得)混合物进行全麻的情况下进行的。在酵母聚糖注射之前，之后5小时，和在6天中以天为基础，测量膝的周长作为肿胀和发炎的最准确的临床参数。每个大鼠膝在每个时间点的周长测量值除以特定大鼠膝的注射酵母聚糖前周长测量值，从而得出称为“原始周长的分数”的参数。

[0229]使用二极管激光器(Model D030-MM-FCTS/B，Opto Power Corp.，Tucson，AZ)。该激光器在810nm波长下工作，最大输出功率为大约10W。光点尺寸的直径为大约45mm并且总功率通过对激光器的调节来控制，以给出5mW/cm²或50mW/cm²的辐照度，该辐照度是通过功率计(model DMM 199with 201 Standard head，Coherent，Santa Clara，CA)测得的。

[0230]在酵母聚糖注射后5小时，大鼠被分配到数个处理组中：使用均从810nm激光器传送的不同流量和辐照度：50mW/cm²的辐照度下3J/cm²(照射1分钟)；5mW/cm²的辐照度下3J/cm²(照射10分钟)；50mW/cm²的辐照度下30J/cm²(照射10分钟)；5mW/cm²的辐照度下30J/cm²(照射100分钟)。该处理以每天为基础重复5天。利用氟美松(从Sigma ChemicalCompany购得)对一组大鼠进行处理来作为正对照。从酵母聚糖注射后5小时开始，将0.01mg/kg的氟美松溶解在100μL无菌生理盐水中作为关节内注射液注射到大鼠受影响的关节中，并每天如此持续5天。

[0231]该实验是使用用于前列腺素E2(PGE2)的代谢物，13，14-二氢基-15-酮-PGE2(13，14-dihydro-15-keto-PGE2，PGEM，从CaymanChemicals，Ann Arbor，MI购得)的酶免疫检定(EIA)仪器进行的。PGEM检定是通过将所有的直接PGE2代谢物转换成可以容易的被EIA量化的单一的、稳定的衍生物的方法来实现的。已知量的兔抗PGE2(rabbitanti-PGE2)抗血清与样品中的PGE2或在竞争性检定中附加的乙酰胆碱酯酶链接的PGE2结合。经过对样品(血清)的提纯和整夜的衍生，它们被放入培养皿一式三份，加入PGEM AChE示踪剂和PGEM抗血清；随后经过18小时的在室温下的培养，加入胆碱脂酶底物，并且培养皿以波长405nm被读取。

[0232]结果：带有ZIA的大鼠示出炎症增加以及以下可预见的疾病过程：在5小时的时候，其膝的周长增加到比对照膝周长多15％，在酵母聚糖注射后24小时达到最大肿胀(周长增加34％)，然后肿胀逐渐下降。在ZIA以后5天出现显著的恢复但仍残留发炎过程(膝周长增加16％)。在酵母聚糖注射后5小时开始以及每天如此持续5天，注射进入受影响膝的氟美松起到正对照治疗的作用。与未处理的ZIA相比，在24小时后肿胀明显减少(利用氟美松处理的膝周长增加20％，而未处理的增加34％)，并且5天后，浮肿基本上完全康复(利用氟美松的残留5％增加，而未处理的有16％)。在未处理的大鼠和酵母聚糖处理的大鼠之间以及氟美松处理的酵母聚糖大鼠之间的曲线下的平均面积，存在显著的差异。

[0233]810nm的设备被用于在相同的辐照度(50mW/cm²)下传送两个不同的流量：30J/cm²和3J/cm²。参见30J/cm²的方案可以发现肿胀明显减少，尤其是在酵母聚糖注射后24小时开始的所有时间点处。3J/cm²的较低流量不具有任何积极作用直到第三天(72小时)，此时其作用在96小时和120小时的时间点逐渐更大。并且，流量越小，和30J/cm²的方案相比作用越小。在酵母聚糖的曲线下和利用以50mW/cm²传送的30J/cm²的酵母聚糖的曲线下的平均面积存在统计性的显著差异，这在在其它组之间是看不到的。

[0234]当电磁辐射以5mW/cm²的较低辐照度传送时，看不出效果上的同样差异。使用同样的在前流量(3J/cm²和30J/cm²)，这两种流量方案均表现出积极好处：在ZIA后的1、2、3、4和5天膝肿胀的减少程度相同。与酵母聚糖处理的膝相比，两种光处理方案在曲线下的面积给出统计性的显著差异，但是两种光方案彼此并不显著不同。

[0235]对使用流量为30J/cm²，以两个辐照度水平：5mW/cm²和50mW/cm²传送的处理效果也进行了比较。这些方案在注射酵母聚糖后1、2和3天在肿胀减少方面的效果相同。在4天和5天，低的5mW/cm²的辐照度比高的50mW/cm²辐照度在减少肿胀方面有轻微优势。与酵母聚糖处理的膝相比，两种光方案在曲线下的面积具有显著差异，但是这两种方案彼此的差异并不显著。

[0236]对使用3J/cm²流量的处理效果也进行了比较。以50mW/cm²传送的3J/cm²的流量在4天和5天在减少肿胀方面有轻微效果，而以5mW/cm²传输的同样的流量在所有时间点在减少肿胀方面均具有积极效果。以5mW/cm²传输的3J/cm²的有效方案与其他两个方案在曲线下面的面积相比存在统计性的显著差异。

[0237]总之，有效的方案是持续100分钟的以5mW/cm²传输的30J/cm²流量；持续10分钟的以50mW/cm²传输的30J/cm²流量；以及持续10分钟的以5mW/cm²传输的3J/cm²流量。无效的方案是持续1分钟的以50mW/cm²传输的3J/cm²流量。因此，可以看出，在特定实施例中，用于照射组织的处理时间的窗口具有最大的作用。例如，在本研究中，10分钟的处理导致的积极效果独立于所传输的能量的量或所传输的光的辐照度。进一步，在该特殊情况下，采用甚至更长的照射时间似乎也不能带来附加的好处。

[0238]在酵母聚糖注射后24小时从大鼠提取的血液样品中分离出的血清的血清PGE2测量值揭示出平均PGE2的浓度大于酵母聚糖诱导的炎症的二倍，并且该升高的值由于氟美松的关节内注射而显著减少了几乎50％。发现对减少肿胀无效的EMR处理方案(50mW/cm²下3J/cm²)产生的血清PGE2确实明显减少，但该减少量远小于利用氟美松所得的减少。相反，发现对减少肿胀有效的EMR处理方案(50mW/cm²下30J/cm²)产生血清PGE2更大减小，几乎达到使用氟美松所获得的水平。

附加的可选实施例

[0239]应该理解，已经描述的方法和设备的很多可选实施例和变化都是可能的。例如，很多附加的针对超出本文描述的不同处理和处理参数的应用是可能的，并且可以变化所公开的处理参数以适于所期望的处理。

[0240]例如，可以使用EMR以及口服的或局部的化合物的协同效应。这些化合物可以是任何减轻疼痛的药物、食物、草药、洗液或者可以是具有光诱导的疼痛减轻效果的化合物。由于光化学或光热效应，光或其它EMR可以增强或产生疼痛的减轻。光可以加强减轻局部疼痛的化合物的渗透，或通过增加局部微循环促进全身给予的化合物进入处理区域的传送。

[0241]虽然这里描述并解释说明了本发明的多个实施例，本领域的普通技术人员容易预见多种其他装置和结构，用于执行这里描述的功能和/或获得这里描述的结果和/或优点，并且这些变化或改进的每个均包含在本发明的范围内。

[0242]例如，本领域的技术人员应该理解，虽然实施例已经以EMR处理系统的内容描述，但很多其他实施例都是可能的。例如，除了处理头之外的其他设备也是可能的。例如，在需要较长处理脉冲或较长处理时间来处理组织的应用中，在操作中不需要手持的设备将是有优势的。因此，打算长期处理组织的一个区域的设备将以压力袖套或固定贴敷垫的形式被配置，其可以平放、绕住、夹住、捆住于被处理者等。

[0243]更常用的，本领域的技术人员容易理解，这里描述的所有的参数、尺寸、材料和配置都意味着示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和配置将取决于本发明教导所用于的特定的应用。本领域的技术人员应该认识到或能够使用不超出常规实验的方法确定，此处描述的本发明的特定实施例的多种等同替换。本发明针对这里描述的每个单独的特性、系统、材料和/或方法。此外，如果这些特性、系统、材料和/或方法不是互相矛盾的，两个或多个这种特性、系统、材料和/或方法的任意结合均包含在本发明的范围内。

[0244]如在这里所使用的，EMR包括波长大约在200nm和10mm之间的范围。上面所描述的实施例中优选采用光学辐射，即具有在大约200nm和100μm之间范围内波长的光谱的EMR，但是，如上面所讨论的，能量的很多其他波长可以单独或结合使用。术语“窄带”是指具有单个峰或多个峰的电磁辐射光谱，每个峰的FWHM(半值宽度)通常不超过各个峰的中心波长的10％。实际的光谱也可以包括宽带成分，提供附加的处理好处或者没有处理效果。此外，术语光学(当用于除了术语“光学辐射”之外的术语时)是指整个EMR光谱。例如，在本文中所用的术语“光学路径”是指适于EMR辐射的路径，而非“光学辐射”。

Claims (162)

1.一种用于处理组织体的设备，包括

EMR源，配置用于传输EMR至组织表面；

控制器，电连接至所述EMR源并配置用于提供至少一个控制信号至所述EMR源；

其中所述EMR源被配置用于响应于所述控制器发射至少第一水平的通量和第二水平的通量，所述第一和第二水平的通量对应于组织的表面以下的第一和第二穿透深度。

2.权利要求1所述的设备，其中所述控制器包括与所述EMR源电通信的调整器以控制所述第一和第二水平的通量。

3.权利要求1所述的设备，还包括用于接触所述组织表面的冷却表面，所述冷却表面配置用于在所述设备的操作期间当与所述组织表面接触时冷却所述组织。

4.权利要求1所述的设备，还包括配置用于使EMR通过的窗口。

5.权利要求4所述的设备，其中所述窗口还包括用于接触所述组织表面的冷却表面，所述冷却表面配置用于在所述设备的操作期间当与所述组织表面接触时冷却所述组织。

6.权利要求4所述的设备，其中所述窗口具有比大约49cm²大的辐射通过面积。

7.权利要求4所述设备，其中所述窗口被配置用于提供可变的辐射通过面积。

8.权利要求1所述的设备，还包括配置用于使辐射通过至所述组织的孔。

9.权利要求8所述的设备，其中所述孔具有直径比大约7cm大的开口。

10.权利要求8所述的设备，其中所述孔被配置具有可变的尺寸。

11.权利要求1所述设备，其中所述设备是手持设备。

12.权利要求1所述设备，其中所述设备是消费产品。

13.权利要求1所述的设备，还包括反馈传感器，配置用于在操作中提供反馈信号；

其中所述控制器电连接至所述反馈传感器机构并且配置用于基于从所述反馈传感器获得的所述信息发出所述控制信号。

14.权利要求13所述的设备，其中所述反馈传感器是温度传感器。

15.权利要求14所述的设备，其中所述温度传感器被配置用于在操作期间测量被处理的所述组织的温度。

16.权利要求13所述的设备，其中所述反馈传感器是光学多普勒传感器，配置用于测量在被处理的所述组织中的血液的流动。

17.权利要求1所述的设备，其中所述EMR源被配置用于提供大约0.1和10瓦/cm²之间的输入通量。

18.权利要求1所述的设备，其中所述设备配置具有大于40瓦的总系统功率。

19.权利要求1所述的设备，其中所述设备配置具有大于80瓦的总系统功率。

20.权利要求1所述的设备，其中所述源配置用于提供最低有效剂量的EMR至达到大约50mm的组织深度。

21.权利要求1所述的设备，其中所述源配置用于提供最低有效剂量的EMR至达到大约20mm的组织深度。

22.权利要求1所述的设备，其中所述源配置用于提供最低有效剂量的EMR至达到大约10mm的组织深度。

23.权利要求1所述的设备，其中所述控制器包括存储设备和处理器。

24.权利要求23所述的设备，还包括输入传感器，其中所述控制器使用来自所述输入传感器的输入数据推导处理参数。

25.权利要求23所述的设备，还包括至少一个与所述控制器电通信的反馈传感器，并且其中所述控制器配置用于基于所述传感器数据计算至少一个处理参数。

26.权利要求1所述的设备，其中所述控制器包括包含关于处理参数的信息的查找表。

27.权利要求1所述的设备，其中所述控制器配置用于使用间歇脉冲调整由所述源发射的所述EMR的辐照度。

28.权利要求1所述的设备，其中所述源还包括光学元件，配置用于提供入射在所述组织的表面上的EMR的可调面积。

29.权利要求1所述的设备，其中所述EMR源配置用于响应于所述至少一个控制信号发射第三水平的通量，所述第三水平的通量对应于组织的表面下的第三深度。

30.一种用于处理组织的设备，包括：

源，用于产生EMR；

光学窗口，用于与将被处理的所述组织的表面接触并从所述源传输EMR至所述组织；

冷却系统，与所述光学窗口热连通，所述冷却系统配置用于从所述光学窗口移除热；以及

调整器，电连接至所述EMR源用于将由所述EMR源发射的辐射通量从对应于第一组织深度的第一值变化至对应于第二组织深度的第二值。

31.权利要求30所述的设备，其中所述光学窗口由蓝宝石组成。

32.权利要求30所述的设备，其中所述设备是手持设备。

33.权利要求30所述的设备，其中所述设备是消费产品。

34.权利要求30所述的设备，还包括与所述调整器电通信的反馈传感器；

其中所述调整器被配置用于在操作期间接收反馈信号，并响应于其改变由所述EMR源发射的通量。

35.权利要求34所述的设备，其中所述反馈传感器是温度传感器。

36.权利要求35所述的设备，其中所述温度传感器被配置用于测量被处理的所述组织的温度。

37.权利要求35所述的设备，其中所述反馈传感器是光学多普勒传感器，配置用于测量在被处理的所述组织中的血液的流动。

38.权利要求30所述的设备，其中所述源被配置用于提供大约0.1和10瓦/cm²之间的输入通量。

39.权利要求30所述的设备，其中所述源被配置用于在组织深度处在照射的最低有效阈值以上照射组织，所述组织深度是从包括大约0和50mm之间、大约0和20mm之间以及大约0和10mm之间的范围的组中选取。

40.权利要求30所述的设备，其中所述调整器包括存储设备和处理器。

41.权利要求40所述的设备，还包括至少一个与所述调整器电通信的传感器，其中所述调整器配置用于使用来自所述至少一个传感器中的每个的信号来计算处理参数。

42.权利要求30所述的设备，其中所述调整器包括包含关于处理参数的信息的查找表。

43.权利要求30所述的设备，其中所述调整器配置用于利用间歇脉冲调整从所述源发射的所述EMR的辐照度。

44.权利要求30所述的设备，其中所述光学窗口包括比大约49cm²大的面积。

45.权利要求30所述的设备，其中所述源还包括光学元件，配置用于提供入射在所述组织的表面上的EMR的可调面积。

46.权利要求30所述的设备，其中所述调整器电连接至所述EMR源并配置用于改变由所述EMR源发射的所述辐射通量至对应于第三组织深度的第三值。

47.权利要求30所述的设备，其中所述调整器被配置用于在连续范围内改变所述辐射通量。

48.权利要求30所述的设备，其中所述调整器被配置用于改变所述辐射通量至一组离散值。

49.一种用于将光传输进入组织以处理受损组织或减少疼痛的设备，包括：

壳体，具有EMR源和用于允许由所述源产生的EMR通过所述壳体至所述组织的孔；

其中，所述源被配置用于产生通过所述孔的EMR通量，所述通量大于或等于大约0.1W/cm²。

50.权利要求49所述的设备，其中所述孔的直径在大约1cm至大约15cm的范围内。

51.权利要求49所述的设备，其中所述孔的直径至少为大约7cm。

52.权利要求49所述的设备，其中所述设备被配置用于产生横截面面积在大约10cm²至大约100cm²范围内的EMR束。

53.权利要求49所述的设备，其中所述设备被配置用于产生横截面面积至少大约49cm²的EMR束。

54.权利要求49所述的设备，其中所述设备被配置用于产生直径至少大约7cm的EMR束。

55.权利要求49所述的设备，其中所述孔是可调节的。

56.权利要求55所述的设备，其中所述孔从配置用于产生第一水平的通量的第一面积可调节至配置用于产生第二水平的通量的第二面积。

57.一种用于传输光进入组织的设备，包括：

壳体，具有窗口；

EMR源，安装在所述壳体中；

一组光学元件，安装在所述壳体中并且形成在所述EMR源和所述窗口之间延伸的光学路径；

其中，所述光学元件是可调节的，以改变从所述窗口发射至所述组织的表面的EMR的光点尺寸，从而改变在组织的表面的输入通量，并且

其中，发射通过所述窗口的所述EMR的通量大于或等于大约0.1W/cm²。

58.一种用于处理在组织的表面下预定深度的组织的设备，包括：

壳体，具有窗口；

EMR源，安装在所述壳体内，其中所述光学窗口允许EMR通过所述壳体至所述组织表面；

其中，所述EMR源提供对应于所述预定深度的通量的水平并且提供大于或等于大约0.1瓦/cm²的功率密度。

59.一种用于照射处于一定深度的组织的方法，包括：

对应于第一组织深度选择第一输入通量；以及

使用所述第一输入通量照射在所述第一深度的组织。

60.权利要求59所述的方法，其中所述照射步骤还包括以高于提供至少最低有效剂量的EMR所需要的辐照度的最小阈值的水平来照射。

61.权利要求59所述的方法，其中所述照射步骤还包括以低于提供至少最低有效剂量的EMR所需要的辐照度的最大阈值的水平来照射。

62.权利要求59所述的方法，其中所述照射的步骤还包括以高于提供至少有效剂量的EMR所需要的辐照度的最小阈值和低于提供至少有效剂量EMR所需的辐照度的最大阈值的水平来照射。

63.一种用于处理组织体的方法，包括

利用具有第一功率密度的EMR照射所述组织的表面，以及

利用具有第二功率密度的EMR照射所述表面，其中所述第一和第二功率密度对应于将被处理的所述组织体的位置。

64.权利要求63所述的方法，还包括根据时间变化函数在所述第一和第二功率密度之间调整。

65.权利要求64所述方法，其中所述函数是连续曲线。

66.权利要求63所述的方法，还包括通过以一组离散的中间功率密度照射组织来在所述第一和第二功率密度之间调整。

67.权利要求63所述的方法，还包括在所述第一和第二功率密度之间调整，使得所应用的功率密度保持高于提供有效剂量EMR至一定深度处组织的功率密度的最小阈值。

68.权利要求63所述的方法，还包括在所述第一和第二功率密度之间调整，使得所应用的功率密度保持低于提供有效剂量EMR至一定深度处组织的功率密度的最小阈值。

69.一种用于处理组织的方法，包括：

利用具有第一输入通量的EMR照射组织的一部分；

确定所述对象是否在组织的所述部分体验到加热的感觉；以及

如果所述对象响应于所述第一输入通量没有体验到加热的感觉，则利用具有高于所述第一输入通量的第二输入通量的EMR照射组织的所述部分。

70.权利要求69所述的方法，还包括当所述对象响应于所述第一输入通量体验到加热的感觉时，则利用具有低于所述第一输入通量的第二输入通量的EMR照射组织的所述部分。

71.权利要求69所述的方法，还包括重复确定和利用所述第二输入通量照射的步骤，直到所述对象在所述部分中体验到加热的感觉。

72.权利要求69所述的方法，其中所述加热的感觉是通过所述对象报告的。

73.权利要求69所述的方法，其中所述加热的感觉是通过传感器探测的。

74.权利要求69所述的方法，其中所述加热的感觉对应于在对所述组织不造成损伤的情况下可以应用的照射的最高水平。

75.权利要求69所述的方法，其中所述感觉对应于在不需要所述组织的冷却的情况下所述对象可以忍受的大约最高水平的照射。

76.权利要求69所述的方法，其中所述加热的感觉对应于在不造成疼痛感觉的情况下可以应用的最高水平的刺激。

77.权利要求69所述的方法，还包括以最大输入通量照射组织的所述部分持续第一持续时间，其中所述最大输入通量对应于当所述对象报告加热感觉时所应用的输入通量。

78.权利要求77所述的方法，其中所述持续时间对应于在所述对象中不引起剧烈疼痛的感觉的情况下可以应用所述最大输入通量的时间量。

79.权利要求9所述的方法，其中所述持续时间对应于在对组织的所述部分不造成损害的情况下可以应用所述最大输入通量的时间量。

80.权利要求77所述的方法，还包括以减少的输入通量照射所述组织的所述部分持续第二持续时间，其中所述减少的输入通量小于所述最大输入通量。

81.权利要求80所述的方法，其中所述减少的输入通量低于所述最大输入通量大约10％。

82.权利要求80所述的方法，其中所述减少的输入通量低于所述最大输入通量大约20％。

83.权利要求80所述的方法，还包括使用一系列减少的输入通量照射所述组织的所述部分，其中每个所述减少的输入通量小于所述最大输入通量。

84.权利要求69所述的方法，还包括冷却所述组织的所述部分。

85.权利要求69所述的方法，其中所述第二输入通量大约在所述第一输入通量的2至3倍的范围内。

86.权利要求69所述的方法，其中所述第一输入通量在大约0.1瓦/cm²至0.6瓦/cm²的范围内。

87.权利要求69所述的方法，其中所述第二输入通量在大约0.2瓦/cm²至1.8瓦/cm²的范围内。

88.一种用于处理对象中的疼痛的方法，包括：

利用具有第一强度的EMR照射所述对象的组织的一部分；

确定所述对象是否体验到所述疼痛的减少；以及

在所述对象体验到所述疼痛的减少后，利用具有低于所述第一强度的第二强度的EMR照射所述组织的所述部分。

89.权利要求88所述的方法，其中所述利用具有第一强度的EMR照射的步骤还包括照射所述部分直到所述对象体验到在所述组织中的加热的感觉。

90.权利要求88所述的方法，其中所述利用具有第一强度的EMR照射的步骤还包括照射所述部分直到所述对象体验到贯穿所述组织的加热的感觉。

91.权利要求88所述的方法，其中所述利用具有第一强度的EMR照射的步骤还包括照射所述部分直到所述对象体验到所述组织中的强烈的加热的感觉。

92.权利要求88所述的方法，其中所述利用具有第一强度的EMR照射的步骤还包括照射所述部分直到所述对象报告了在所述组织中的加热的感觉。

93.权利要求88所述的方法，其中所述利用具有第一强度的EMR照射的步骤还包括照射所述部分直到所述对象报告了贯穿所述组织的加热的感觉。

94.权利要求88所述的方法，其中所述利用具有第一强度的EMR照射的步骤还包括照射所述部分直到所述对象报告了在所述组织中强烈的加热的感觉。

95.权利要求88所述的方法，其中所述第一强度比大约0.1瓦/cm²大。

96.权利要求88所述的方法，其中所述第一强度从在大约0.8瓦/cm²至大约1.6瓦/cm²的范围内选取。

97.权利要求88所述的方法，其中所述第二强度比大约0.6瓦/cm²小。

98.权利要求88所述的方法，其中所述第二强度比大约0.1瓦/cm²大。

99.权利要求88所述的方法，其中所述第二强度从在大约0.4瓦/cm²至大约0.8瓦/cm²的范围内选取。

100.权利要求88所述的方法，其中所述第一强度不损害组织的所述部分。

权利要求88所述的方法，其中所述第二强度不损害组织的所述部分。

权利要求88所述的方法，还包括在利用所述第一强度照射和利用所述第二强度照射之间等待一段时间。

权利要求102所述的方法，其中所述一段时间大于一个小时。

权利要求88所述的方法，还包括利用具有第三强度的EMR照射所述对象的组织的所述部分，其中所述第三强度大于所述第一强度。

权利要求104所述的方法，其中，如果所述对象没有体验到响应于所述第一强度的疼痛的减少，执行所述利用所述第三强度照射的步骤。

权利要求88所述的方法，还包括利用具有第三强度的EMR照射所述对象的组织的所述部分，其中所述第三强度大于所述第二强度。

权利要求106所述的方法，其中在所述利用所述第二强度照射所述部分的步骤之后，执行所述利用所述第三强度照射所述部分的步骤。

权利要求106所述的方法，还包括：

确定是否所述对象体验到所述疼痛的增加；

其中在所述对象体验到所述疼痛增加之后，执行所述的利用所述第三强度照射的步骤。

权利要求106所述的方法，其中所述第三强度基本上等于所述第一强度。

110.权利要求88所述的方法，其中所述疼痛是慢性疼痛。

111.权利要求88所述的方法，其中所述疼痛是急性疼痛。

112.权利要求88所述的方法，其中组织的所述部分在第一地点被所述第一强度照射，并且组织的所述部分在第二地点被所述第二强度照射。

113.权利要求112所述的方法，其中所述第一地点是医生的办公室。

114.权利要求112所述的方法，其中第二地点是住所。

115.权利要求88所述的方法，其中组织的所述部分被所述第一强度使用第一设备照射，并且组织的所述部分被所述第二强度使用第二设备照射。

116.权利要求115所述的方法，其中所述第一设备是专业设备。

117.权利要求115所述的方法，其中所述第二设备是消费产品。

118.权利要求88所述的方法，还包括存储用于用在随后的EMR应用的一组参数的输入数据。

119.权利要求118所述的方法，其中所述输入数据是自动存储的。

120.一种用于处理组织的方法，包括：

利用EMR以第一输入通量照射所述组织；以及

利用EMR以第二输入通量照射所述组织；

其中，所述第一输入通量大于所述第二输入通量。

121.权利要求120所述的方法，其中所述第一输入通量比大约0.1瓦/cm²大。

122.权利要求120所述的方法，其中所述第一强度从在大约0.8瓦/cm²至大约1.6瓦/cm²的范围内选取。

123.权利要求120所述的方法，其中所述第二输入通量比大约0.6瓦/cm²小。

124.权利要求120所述的方法，其中所述第二输入通量比大约0.1瓦/cm²大。

125.权利要求120所述的方法，其中所述第二强度从在大约0.4瓦/cm²至大约0.8瓦/cm²的范围内选取。

126.权利要求120所述的方法，其中所述第一输入通量不损伤所述组织。

127.权利要求120所述的方法，其中所述第二输入通量不损伤所述组织。

128.权利要求120所述的方法，还包括在利用所述第一输入通量照射和利用所述第二输入通量照射之间等待一段时间。

129.权利要求128所述的方法，其中所述一段时间大于一个小时。

130.一种用于处理组织的方法，包括：

利用电磁辐射的流量照射对象的组织的一部分；

增加应用于组织部分的辐射的流量；以及

调节增加的流量使得达到最优的流量，

其中，在对象体验到加热的感觉之下的水平最大化流量。

131.一种用于处理对象中疼痛的方法，包括：

利用具有强度足以用于使患者体验疼痛减少的电磁辐射来照射对象的组织的部分；

减小应用于组织部分的辐射的强度；以及

调节减小的强度使得达到最优的强度，

其中，在对象仍然体验疼痛减少的水平上最小化强度。

132.一种用于阻止来自对象中处理事件的不期望的效应的方法，包括：

在所述处理事件发生之前的时间间隔，利用具有至少第一强度的EMR照射所述对象的组织的部分；

在处理事件之前，等待预定的时间间隔；以及

提供处理事件。

133.权利要求132所述的方法，还包括：

在所述处理事件发生之前的时间间隔，利用具有第二强度的EMR照射所述对象的组织的部分。

134.权利要求132所述的方法，还包括：

在所述处理事件发生之后的时间间隙，利用EMR照射所述对象的组织的部分。

135.权利要求132所述的方法，其中所述处理事件是来自包括日晒、光热处理、光化学处理和辐射治疗的处理事件的组的处理事件。

136.权利要求132所述的方法，其中所述时间间隔在1秒和48小时之间。

137.一种用于处理组织体的设备，包括

EMR源，配置用于传输EMR至组织表面；

控制器，电连接至所述EMR源并配置用于提供至少一个控制信号至所述EMR源；以及

反馈传感器，配置用于在操作中提供反馈信号；

其中所述控制器电连接至所述反馈传感器机构并且配置用于基于从所述反馈传感器获得的所述信息发出所述控制信号；以及

其中所述EMR源被配置用于响应于控制信号发射第一水平的通量和响应于所述至少一个控制信号发射第二水平的通量，所述第一和第二水平的通量对应于组织的表面以下的第一和第二深度。

138.权利要求137所述的设备，其中所述控制器包括与所述EMR源电通信的调整器，以控制所述第一和第二水平的通量。

139.权利要求137所述的设备，还包括用于接触所述组织表面的冷却表面，所述冷却表面配置用于在所述设备的操作中当与所述组织表面接触时冷却所述组织。

140.权利要求137所述的设备，还包括配置用于通过EMR的窗口。

141.权利要求140所述的设备，其中所述窗口还包括用于接触所述组织表面的冷却表面，所述冷却表面配置用于在所述设备的操作中当与所述组织表面接触时冷却所述组织。

142.权利要求140所述的设备，其中所述窗口具有比大约49cm²大的辐射通过面积。

143.权利要求140所述的设备，其中所述窗口被配置用于提供可变的辐射通过面积。

144.权利要求137所述的设备，还包括配置用于使辐射通过至所述组织的孔。

145.权利要求144所述的设备，其中所述孔具有直径比大约7cm大的开口。

146.权利要求144所述的设备，其中所述孔被配置为具有可变的尺寸。

147.权利要求137所述的设备，其中所述设备是手持设备。

148.权利要求137所述的设备，其中所述设备是消费产品。

149.权利要求137所述的设备，其中所述反馈传感器是温度传感器。

150.权利要求149所述的设备，其中所述温度传感器被配置用于在操作中测量被处理的所述组织的温度。

151.权利要求137所述的设备，其中所述反馈传感器是光学多普勒传感器，配置用于测量在所述被处理组织中的血液的流动。

152.权利要求137所述的设备，其中所述EMR源被配置用于提供大约0.1和10瓦/cm²之间的输入通量。

153.权利要求137所述的设备，其中所述光源组件被配置用于提供最低有效剂量的EMR至达到大约50mm的组织深度。

154.权利要求137所述的设备，其中所述光源组件被配置用于提供最低有效剂量的EMR至达到20mm的组织深度。

155.权利要求137所述的设备，其中所述光源组件被配置用于提供最低有效剂量的EMR至达到10mm的组织深度。

156.权利要求137所述的设备，其中所述控制器包括存储设备和处理器。

157.权利要求155所述的设备，还包括输入传感器，其中所述控制器使用来自所述输入传感器的输入数据推导处理参数。

158.权利要求155所述的设备，还包括至少一个与所述控制器电通信的反馈传感器，并且其中所述控制器配置用于基于所述传感器数据计算至少一个处理参数。

159.权利要求137所述的设备，其中所述控制器包括包含关于处理参数的信息的查找表。

160.权利要求137所述的设备，其中所述控制器配置用于使用间歇脉冲调整从所述源发射的所述EMR的辐照度。

161.权利要求137所述的设备，其中所述光源组件还包括光学元件，配置用于提供入射在所述组织的表面上的EMR的可调区域。

162.权利要求137所述的设备，其中所述EMR源配置用于响应于所述至少一个控制信号发射第三水平的通量，所述第三水平的通量对应于组织的表面下的第三深度。

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