CN103781512A - 具有连续波激光器的脉冲的手持式激光装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于治疗皮肤的激光装置，所述激光装置包括：手持式壳体；布置于所述壳体内并发射输出光束的连续波激光件；用户启动式输出切换系统，其包括用于起动该装置的功率启动按钮和用于发射输出光束的单个的第一脉冲且在停顿之后相继地发射输出光束的单个的第二脉冲的功率设置按钮，所述第二脉冲自动地编程成在第一脉冲和所述停顿后发射；和透镜阵列，其用于接收输出光束，并将所述光束传送通过棱镜，所述棱镜将所述光束分成多个子光束，每个子光束分别瞄准皮肤上的特定位置，其中，来自第一和第二脉冲的子光束相继地照射所述特定位置，从而增强施加于所述特定位置的能量。

Description

具有连续波激光器的脉冲的手持式激光装置

技术领域

本发明涉及一种在保持不变波长的系统中将调制波和连续波激光耦合的无线手持式激光装置。该激光装置用于治疗皱纹和色素沉着。

背景技术

基于通过辐射（激光）的受激发射形成的光放大的装置彻底变革了皮肤病学和美容的许多领域。有待治疗的皮肤状况包括暗疮疤痕、红斑痤疮、色素沉着、多余的毛发和真皮修复。脱落式换肤（ablative resurfacing）已经成为用于美容修复的常用方法。减少皱纹已经成为光线疗法的特定目的。

基于激光的装置的发展以及它们在皮肤治疗方法中的使用近十年来有很多。一些公开关注于装置的安全起动以避免意外的暴露。US2004/0167502A1（Weckwerth等）报导了用于探测与皮肤表面的接合的光学传感器。该传感器基于多个发光二极管（每个发光二极管均具有独特的波段）和宽带光电探测器，所述宽带光电探测器用于测量多种波长下的光线从被分析的材料的消减。US2010/0082020（Gong等）描述了一种医用激光器，其具有电容传感器和发射控制装置，以保证激光器机头在启动之前与皮肤接触。所述机头需要在任何外科手术开始之前保持垂直于皮肤表面。

US7 856 985B2（Mirkov等）中描述了一种非均匀激光辐射治疗。来自Nd:YAG激光器的输出光束与衍射透镜阵列耦合。

用于治疗皮肤的多数电磁辐射传送装置是相对较大件的设备。它们的基础工程设计和操作模式上的复杂性使得它们不能小型化成手持式装置。例如，US2008/0082089A1（Jones等）描述了一种包括第一固态激光器和第二固态激光器的系统。相应的第一输出光束被供送至第二装置，以便在稀土掺杂的增益介质中产生激发，从而生成第二输出光束。后者被用于治疗皮肤。US2007/0179481A1（Frangineas等）试图通过来自二氧化碳激光器的多个脉冲来治疗皮肤松弛。该系统需要壳体来容纳扫描设备以及与真空泵连接的末端来排放由脱落产生的烟。

许多报导的脱落手术都需要特殊的冷却机构。例如，US5810801引导辐射束穿透皱纹下方的真皮区域以损伤胶原质。然后，启动冷却系统来防止损伤上覆表皮。这些冷却系统通常很大。

现有技术、尤其是手持式仪器的另一问题是它们发射充分高能剂量的电磁辐射的有效性。US2011/0040358A1（Bean等）提供了一种描述手持式装置的解决方案，该装置在1350-1600nm之间人眼安全地操作，以治疗创伤和疾病。这是一种不需要直接接触组织的电池操作式系统。该装置的关键部件是被构造成能使激光束会聚于组织表面目标稍上方的焦点的透镜。

发明内容

提供了一种用于治疗皮肤的激光装置，所述激光装置包括：

（i）手持式壳体；

（ii）布置于所述壳体内并发射输出光束的连续波激光件；

（iii）用户启动式切换系统，其包括：功率启动按钮，其用于起动该装置；和功率设置按钮，其用于发射输出光束的单个的第一脉冲，且在停顿之后相继地发射输出光束的单个的第二脉冲，所述第二脉冲自动地编程成在第一脉冲和所述停顿后发射；和

（iv）透镜阵列，其用于接收输出光束，并将所述光束传送通过棱镜，所述棱镜将所述光束分成多个子光束，每个子光束分别瞄准皮肤上的特定位置，其中，来自第一和第二脉冲的子光束相继地照射所述位置，从而增强施加于特定位置的能量。

附图说明

本发明的其他特征、方面和益处将通过考虑附图变得显而易见，在附图中：

图1是本发明的一个实施例的前视图；

图2是根据图1的实施例的平面透视图；

图3是图1的垂直于该图的剖视图；

图4是与图1的壳体分离的内部机构的视图；

图5是图4的包括激光器和印刷电路板的一部分的部分示意图；以及

图6是用于所示实施例的电路的电概观图。

具体实施方式

连续波激光器基于输出功率随时间保持不变的光束。脉冲模式或调制模式是光功率在一段持续时间的脉冲中以某一重复频率出现。

我们已经发现一种方法来有效地使连续波激光器的两倍能量在没有被“构造”成能发送这种能量水平的装置中发送。连续波激光器已被操作成能充当调制或脉冲激光器。本系统通过以下方式来实现这种双重特性：发射输出光束的第一脉冲，随后停顿，然后发射输出光束的第二脉冲。第二脉冲被自动地编程成在第一脉冲之后接着所述停顿发射。此时，照射皮肤的功率通过透镜阵列来放大，所述透镜阵列是将输出光束分成多个子光束的棱镜。所述子光束中的每个均瞄准皮肤上的很小的特定位置。通过相继的第一和第二脉冲，从这些脉冲形成的子光束相继地照射相同的特定位置。这增强了被施加于那些特定位置的能量的量。自动的第一和第二脉冲发射得快到足以使用户不能将激光装置从皮肤上的它所施加的区域移除，且在施加过程中自动地使双脉冲产生。通常，脉冲的持续时间为10-120毫秒，优选为40-80毫秒，最佳为大约60毫秒。

两个控制按钮可从壳体外侧启动。一个是在装置上起着起动/开启作用的功率启动按钮。另一个是起着控制功率水平作用的功率设置按钮16。术语“按钮”应广义地解释。虽然在第一实施例中所述按钮是方形的，这些按钮在其他实施例中可以是圆的或其他几何形状。这些按钮还可从壳体的表面向内/向外移动，但是在另一实施例中可以是不能移动的触摸屏式开关。

发光二极管（LED）18与功率设置按钮相联，以便显示高功率18a或低功率18b的设置。

对于本装置而言，用户可选择单脉冲或双脉冲操作模式。该选择通过用户在预编程的终止形式（cadence pattern）中按压功率设置按钮16来实现。低功率设置18b将产生单脉冲。高功率设置18a将产生两个相继的脉冲。在相应的低或高设置模式下的第一或第二脉冲之后，该激光装置直至用户重复功率设置按钮上的终止形式时才会再次发射。该过程实现了安全起动，且以高效的方式从相对较小的装置发送电能。

图1和图2示出了本发明的第一实施例。该激光装置具有曲线型壳体2，所述曲线型壳体2具有第一端部4和相反的第二端部6。限定出窗口8的孔眼形成在壳体的第一端部的末端10处。

壳体优选具有正弦曲线形状或S-形状。这使得末端10能够抵靠着用户的脸部适当地定位，并同时允许用户看见功率设置和启动情况。沿着壳体长度的纵向轴线和穿过窗口的轴线将在交点处限定出100°-170°的角度，优选是110°-160°的角度，且最佳地是120°-140°的角度。

环形板12围绕窗口8。该板对电磁辐射而言是不透的。电磁辐射的任何输出光束都通过窗口8射出，所述窗口8是环形板的敞开的中间区域。

图3和图4示出了激光装置的内部机构。可再充电电池20容纳在壳体的在后端部6正上方的下部区域内。通过将外部电源连接至端口22来进行再充电，所述端口22与可再充电电池电通信。

铝块24位于电池上方，所述铝块24充当支撑件和用于将通过激光件产生的热量消散的固体冷却剂。该装置既不需要也不具备任何专用的液体或气体冷却剂系统。

用于产生电磁辐射的激光件26支撑在铝块的臂上。该实施例的激光件在不变的输出功率下操作，从而发送随时间持续的波。所述激光件是包括元素铟、砷、镓和锡的固态二极管激光器。该激光器生成辐射脉冲，所述辐射脉冲的波长为大约1300-1600nm，优选为1420-1470nm，且最佳为大约1440nm。注量（fluence）范围为0.5-5焦耳/cm²，更优选为1-3焦耳/cm²，最佳为1.3-1.8焦耳/cm²。从该激光装置发出的电磁辐射不会使皮肤脱落，从而被美国食品药品管理局（Food & Drug Administration）归类为I/1类固有安全等级（Class I/1inherently safe rating）。

在辐射治疗之前，不需要将洗液、面霜或其他化学品施加于皮肤目标。本发明的装置不需要用预放置的化学品在皮肤目标区域上帮助或作用。但是，可能需要用表面活性剂组合物来清洁皮肤治疗区域，以避免来自化妆品或其他化学品的干扰，所述化妆品或其他化学品可能屏蔽所施加的电磁辐射的功效。

衍射透镜阵列32在激光件的下游靠近第一端部4布置。来自激光件26的电磁辐射的输出光束被引导至透镜阵列，所述透镜阵列充当将输出光束分成多个子光束的棱镜。这些子光束构成从阵列出射的较大直径的整体光束并具备不均匀的能量分布。在该能量分布中存在被较低强度区域围绕的多个高强度区域。衍射透镜阵列的使用使得出射的子光束能够照射较大面积的目标皮肤。较高强度的区域加热目标皮肤的选定部分，从而引起胶原质收缩，同时较低强度的区域提供足以刺激胶原质产生的能量。这种组合使得能够同时治疗大面积的皮肤目标，同时使对皮肤的烧伤或其他伤害的风险最小化。

支撑在铝块24的臂上的印刷电路板28位于激光件26上游。该装置的操作通过印刷电路板来控制，所述操作包括功率切换、辐射发射次序、激光脉冲的生成、定时、次序以及处理皮肤接触信息。

如图5最佳地可见，基台34位于激光件26与铝块24之间。该基台直接地支撑激光件以及从印刷电路板28输送信号/电流的柔性导电连接器36。该柔性导电连接器具有前和后端部38、42。前和后端部之间的区域39是高度可弯曲的。所述弯曲的角度范围可以是0°-360°。这实现了激光件的主平面与印刷电路板的主平面之间的多种角度。优选地，所述角度保持在10°-250°。这种定位上的柔性产生了几何学和人体工程学优点。

柔性连接器的前端部结合至基台。前端部的一部分具有一组多个电线结合部40，所述多个电线结合部40完成了到激光件26的电连接。柔性连接器的后端部42具有孔眼44，以便使螺钉46或其他紧固件与印刷电路板实现按压接触。所述螺钉和垫圈组件提供了均匀分布的力，所述均匀分布的力将柔性连接器的大片区域压紧到印刷电路板的电镀接触点。该布置最小化了接触电阻，因此降低了电功率损失。该布置还实现了简易的组装、拆卸和更换。

连接器的柔性使得该系统避免了原本必需的处于由激光器产生的输出光束平面中的电路连接。在本发明的一个实施例中，柔性连接器由夹在聚酰亚胺层之间的一组铜线形成。

图6示出了构成本发明的一个实施例的元件之间的电气关系。可再充电电池操作式装置具有电能随时间损失的问题。本发明的装置可能具有在使用之间长时段空闲的实施例。因此，在睡眠模式下需要尽可能少地从电池120取用电能。该目的通过具有两个功率域101、103来实现。第一功率域101由主电路板105控制，所述主电路板105在置于睡眠模式下时取用很小的电流（大约半毫安）。当主电路板接收到由功率按钮114产生的信号或经由USB串行通信器107a探测到USB连通107时产生唤醒。在睡眠或关停模式下，向主电路板供送3.3和5.0伏电能的电压调节器109、111被关闭。

第一功率域的其他特征包括用于电池的充电器110、音频输出器112、用于LED118的驱动器116和实时时钟121。实时时钟在即使激光装置关停时也进行时间标示。实时时钟的一个重要特征是在皮肤治疗之间强制执行24小时延迟。该机制完全独立于关停主电路板上的操作的其他安全控制机制，因此充当双重安全预防措施，以免皮肤过分暴露于激光辐射。

第二功率域103由激光器印刷电路板113控制。电路板113的构件包括：激光器启用驱动器115、激光件126、铝块124（充当散热器）、衍射透镜阵列132和接触（电容式）传感器150。

电池120具有两组引线。第一组引线117直接连接至激光器印刷电路板113和散热器124。第一组引线为运行激光件126的电流（大约30安）提供大电流和低电阻的路径。通常，引线117可以是DC电阻为每米0.013欧且横截面积为1.3mm²的16号规格线。第一组引线电线的电阻范围可以是0.004-0.06欧。电池电流从阳极大电流引线流经散热器和激光器，通过柔性电路离开激光器的阴极，然后重新连接至激光器印刷电路板。带状电缆119将激光器印刷电路板连接至主电路板。电池也通过引线117充电。

第二组引线123将电池120连接至主电路板105。用于该连接的电线比第一组引线117中所使用的那些电线细得多。有益地，引线117相对于引线123的相对规格直径范围为100:1-1.1:1，优选为50:l-1.1:1，最佳为3:l-1.5:1。例如，引线117可以是DC电阻为每米0.086欧且横截面积为0.2mm²的24号规格线。第二组引线电线的电阻范围可以是0.065-0.2欧。第二组引线向主电路板上的和激光器印刷电路板上的控制电路供电。

使用到电池的两个单独的电能连接使得不必通过带状电缆119传送任何大量电能。这在电能仅通过激光器印刷电路板得到时是必需的。该布置使得带状电缆中不需要另外的连接器，且降低了可能由扩展的接线引起的电噪声。

具有分开的大功率（激光器）和小功率（连接至电路板的）的益处是较高的空间效率和提高的安全性，因为必须首先启动电路板，然后才能够使激光器通电。

具有向外锥形化的壁的对齐结构48形成在基台34下游区域中。该对齐结构能接收柔性连接器的前端部38，以便防止移动和保证激光件正确地定位。

电容式传感器电极50定位在壳体的第一端部4处。电极终止在环形板12的三个120°扇区中的每个上。间隙将扇区中的每个间隔开。三个电极布置成环形（代表一平面），以便确定何时感测到合适电介质（即皮肤）的平坦表面。通过将电极布置成一环，电极与电磁辐射出射所通过的窗口8的横截面同心地放置。该布置最大化了传感器的表面区域，并允许保持窗口8周围的尽可能小的体积。

电容式传感器包括两个导体，所述两个导体之间具有电容场。存在与三个电极中的每个分别对应的三个电容式开关。开关中的每个都必须满足这样的条件：它具有与适当干燥的皮肤接触相关的电容。当仅部分地与皮肤接触时，电介质是不正确的，且不会产生激光的发射。

总之，以上针对优选的和其他实施例描述了本发明。然而，本发明不限于所描述的和所示出的实施例。相反，本发明仅受权利要求限制。

Claims (9)

1.一种用于治疗皮肤的激光装置，包括：

（i）手持式壳体（2）；

（ii）布置于所述壳体内并发射输出光束的连续波激光件（26、126）；

（iii）用户启动式切换系统，其包括：功率启动按钮（14、114），其用于起动该装置；和功率设置按钮（16），其用于发射输出光束的单个的第一脉冲，且在停顿之后相继地发射输出光束的单个的第二脉冲，所述第二脉冲自动地编程成在第一脉冲和所述停顿后发射；和

（iv）透镜阵列（32、132），其用于接收输出光束，并将所述光束传送通过棱镜（32、132），所述棱镜（32、132）将所述光束分成多个子光束，每个子光束分别瞄准皮肤上的特定位置，其中，来自第一和第二脉冲的子光束相继地照射所述位置，从而增强施加于特定位置的能量。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一脉冲和第二脉冲中的每个均具有相同的持续时间，所述持续时间从10-200毫秒范围内的值中选择。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一脉冲和第二脉冲中的每个均具有相同的持续时间，所述持续时间从40-80毫秒范围内的值中选择。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一脉冲和第二脉冲中的每个均具有大约60毫秒的相同的持续时间。

5.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，所述输出光束发出波长范围在1420-1470nm的电磁辐射。

6.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，所述输出光束具有范围为0.5-5焦耳/cm²的注量。

7.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，所述连续波激光件是固态二极管激光器，所述固态二极管激光器由从包括铟、砷、镓、锡及它们的组合的组中选出的元素形成。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，与所述输出光束的直径相比，所述多个子光束形成从所述阵列出射的较大直径的总体光束，所述总体光束具有不均匀的能量分布。

9.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，所述装置通过壳体内的电池（20、120）供电，所述电池具有两组引线（117、123），第一组引线将电能提供至激光件（26、126），第二组引线将电能提供至用于控制安全措施的印刷电路板（28、105）。

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