CN105377172A - 使用激光非侵入性处理皮肤的设备及方法 - Google Patents

Abstract

越来越多的非侵入性的皮肤处理设备被提供用于消费者而不是医疗专业人员使用。这样的家庭使用提出了新的问题，诸如安全性和处理功效。本发明改进了现有的设备和处理方法。本发明提供了一种设备和方法，其中光源被配置和布置为在具有单一高阶激光光束模式的激光光束(21)的横向横截面内提供非零强度的第一区域(31)和第二区域(32)，并且第三区域(33)布置在第一区域(31)和第二区域(32)之间，其光强度比非零光强度更低。第一区域(31)和第二区域(32)被配置为在使用过程中在激光光束的焦点中产生皮肤组织中的损伤，并且第三区域(33)被配置为在使用过程中避免在焦点中产生由第一区域和第二区域产生的损伤之间的皮肤组织中的损伤。例如，光源可以被配置和布置为产生高阶模式的激光，其阶数高于基本模式的阶数。具有基本上不同强度的区域的光束轮廓的强度图案沿传播轴基本上不变。这在设置在损伤区域之间的基本上无损伤的处理位置处提供了在焦点的皮肤组织中的区域。

Description

使用激光非侵入性处理皮肤的设备及方法

技术领域

本发明总体涉及使用激光处理皮肤，更具体地说，涉及用于处理的非侵入性设备和方法。

背景技术

各种形式的电磁辐射(特别是激光光束)在皮肤上的各种处理中已使用了很多年，诸如脱毛、皮肤年轻化以减少皱纹和减少色素斑，以及症状的处理(像痤疮、光化角化病、光点、疤痕、变色、血管性损伤、痤疮处理、脂肪和纹身去除)。大多数这些处理依赖于光热解，其中处理位置由处理辐射来靶向。通过防止或减少皮肤皱纹来保持青春容颜的欲望是人类社会的重要问题。许多非侵入性技术已经被设计来解决上述问题，其中通过加热(热解)损伤真皮层以诱导在不损伤表皮的情况下的伤口响应。换句话说，以受控方式损伤皮肤内的靶向区域，并且皮肤被允许用更新的组织替换损伤的组织—损伤促进愈合并发生年轻化的效果。更新的组织改善皮肤的光泽、肤色，甚至可以提供孔径、皱纹和细纹的减少。

在光热解的过程中，采用可以穿透皮肤到真皮层的电磁辐射进行加热—例如聚焦的激光可用于在真皮层内产生激光诱导的光学击穿(LIOB)，如从公布的国际专利申请WO2008/001284A2中已知的。

基于光的吸收通过水的选择性非烧蚀光热解用来将组织加热至60-100摄氏度之间的范围的温度，以诱导这些损伤的区域，而没有皮肤的烧蚀或汽化。当水温超过100度时，发生烧蚀光热解。

最初，这种年轻化处理应用至整个处理区域—这是具有最好的处理效果的最有效处理方法，因为所有的组织被损伤。然而，副作用是实质性的、潜在地永久性的，并且并发症的风险高。

目前大多数处理方法是基于部分热分解，其中形成隔离的非连续的微热伤口(或损伤)，产生了由活组织区包围的坏死区。这进一步描述于公开的美国专利申请US2005/0049582和MansteinD，HerronGS，SinkRK等人的文献“Fractionalphotothermolysis:anewconceptforcutaneousremodelingusingmicroscopicpatternsofthermalinjury”；LasersinSurgeryandMedicine34:426-438(2004)。这种部分处理已显示显著减少社会停机时间，同时还提供了良好的结果。

US2006/0020309A1公开了一种用电磁辐射(EMR)处理皮肤组织以在皮肤组织中产生EMR处理的小岛(islet)的栅格的方法和设备。在一个实施方案中，该设备具有单个激光源和包括一组孔隙的相位掩模，其在空间上调制从激光源接收的激光光束。在本实施方案中，相位掩模将由单个激光源生成的激光光束分成多个处理激光光束，其每个由光学元件聚焦到皮肤组织中的分离的焦点中。多个处理激光光束的焦点的图案在皮肤组织中产生隔离的损伤(栅格)的图案。

US2009/0254073A1公开了用于在组织上生成二维处理点的矩阵的皮肤病处理设备。在该设备中，衍射元件定位在单个激光源和透镜系统之间以在空间上调制，即将从激光源接收的激光光束分成多个子束。此外，在该设备中，每个子束被透镜系统聚焦到分离的焦点中。使用空间调制的衍射光学元件将激光光束分成照射在皮肤上的多个处理激光光束的类似设备由WO2008/089344和WO2004/000419公开。

越来越多的这些非侵入性的皮肤处理设备被提供用于消费者而不是医疗专业人员使用。这样的家庭使用提出了新的问题，诸如安全性和处理功效。这在光源是激光时是特别重要的，不正确的运行会在激光穿过皮肤层的地方导致皮肤的疤痕或烧伤。通过相关参数的优化选择来改善这种处理的功效是期望的，其中相关参数包括损伤直径、损伤深度、覆盖率、愈合时间和损伤内的能量的热轮廓。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种使用激光的改进的非侵入性皮肤处理设备和方法。

该目的是由根据本发明的设备实现的，该设备包括：

-光源，用于生成激光光束；

-光学系统，被配置并布置成从所述光源接收激光光束，并且还配置为：

-在使用中引导激光光束，以便作为撞击在要处理的皮肤外表面上的处理激光光束而离开该设备，以及

-在使用中聚焦处理激光光束到与皮肤组织中处理位置对应的单个焦点；

其中所述光源被进一步配置和布置为提供单一的高阶激光光束模式，因此激光光束的横向横截面具有：

-非零光强度的至少第一区域和第二区域，以及

-第三区域，设置在第一区域和第二区域之间，其光强度比非零光强度更低；

其中第一和第二区域各自被配置为在使用过程中，在焦点中产生皮肤组织中的损伤，并且其中第三区被配置为在使用过程中避免在焦点中产生由第一和第二区域产生的损伤之间的皮肤组织中的损伤。

该目的还通过使用生成激光的设备处理皮肤的非侵入性方法来实现，所述设备包括用于生成激光光束的光源，以及被配置并被布置为接收来自所述光源的激光光束的光学系统；

该方法包括：

-使用光源生成激光光束；

-引导激光光束通过光学系统，以便作为撞击在要处理的皮肤外表面上的处理激光光束而离开设备，以及

-使用该光学系统将处理激光光束聚焦到与皮肤组织中处理位置对应的单个焦点，

其中该方法还包括配置和布置所述光源，以提供单个的高阶激光光束模式，因此激光光束的横向横截面具有：

-非零光强度的至少第一区域和第二区域，以及

-第三区域，设置在第一区域和第二区域之间，其光强度比非零光强度更低；

其中第一和第二区域各自被配置为在焦点中产生皮肤组织中的损伤，并且其中第三区域被配置为避免在焦点中产生由第一区域和第二区域产生的损伤之间的皮肤组织中的损伤。

通过提供单一的高阶激光光束模式，光源被配置和布置成在激光光束的横向横截面内提供不同强度的区域。当在横向横截面中观察时，激光光束具有非零强度的第一区域和第二区域、以及位于它们之间的基本上更低强度的第三区域。凭借单一高阶激光光束模式，具有基本上不同强度的区域的光束轮廓沿传播轴直到激光光束的单个焦点基本上不变。焦点被配置并布置成在与焦点位置对应的处理位置提供处理辐射。例如，处理位置可以位于皮肤组织内处理光束的轴线上，而焦点可以在皮肤表面上或之上。焦点的横向横截面中的区域具有显著较低能量，其对应于光束轮廓的第三区域。这在焦点的处理位置的皮肤组织中提供了基本上无损伤的区域，该基本上无损伤的区域设置在焦点的损伤区域之间。

靠近有损伤的皮肤组织区域的无损伤皮肤组织区域的存在为有损伤的皮肤组织提供了减少的愈合时间。凭借由单个高阶激光光束模式提供的激光光束的横向横截面中不同强度的区域，在激光光束的传播方向上看到，皮肤内的可能损伤长度显著增加，从而允许皮肤表面下方更深位置的处理或皮肤组织内深度的较长范围上方的处理。这种增加的损伤长度是焦点的增加的瑞利长度的结果，这是由使用单一高阶激光光束模式所致。这也可具有这样的优点，即有损伤的处理区域和无损伤的处理区域由健康组织的更深通道分离，从而提供损伤区域的更精确的分离。

优选地，该区域被配置成通过选择参数(诸如位置、尺寸和强度)在由至少一层皮肤细胞分离的皮肤组织中产生损伤。至少一层皮肤细胞被认为在为有皮肤损伤的区域提供愈合效果方面是有利的。

非零强度的区域的数量当是2直至24并包括24的范围内的整数时是最有利的。

可能有利的是，光源包括被配置和布置为以横向模式振荡的激光源，该横向模式比激光源的基本模式具有更高阶数，其中第一区域、第二区域和第三区域在激光光束的横向横截面内形成横向模式的强度图案的一部分。

这提供了本发明的相对简单的实施方案，因为本领域中已知的任何合适的技术可用于配置激光源以横向模式运行，而不是激光源的基本模式。这些横向模式通常称为高阶横向模式，作为比基本模式的更高阶。激光源的基本模式通常指定为TEM00或LG00或HG00模式。高阶横向模式在激光光束的横向横截面中具有明确定义的和规律的强度图案。本发明使用该强度图案的部分或甚至全部，以提供非零和较低强度的区域。这些横向模式可以例如是矩形的、圆柱形的或椭圆形的横向模式，其中单一高阶激光光束模式是例如厄米-高斯模式、拉盖尔-高斯模式或因斯-高斯模式。

可能也有利的是，光源进一步包括至少一个相位调制光学元件，其被配置并布置成提供单一高阶激光光束模式的等同模式。此相位调制光学元件(或光学元件)可以被布置在激光腔内和/或激光腔外。可以使用本领域中已知的任何合适的相位调制光学元件，例如空间光调制器(SLM)、衍射光学元件(DOE)、相位掩模、螺旋波片、涡旋波片、草叉全息(Pitch-ForkHologram)、Q-板或圆柱模式转换器。可能有利的是，组合一个以上这些相位调制光学元件，以在横向横截面激光光束中提供非零和较低光强度的区域。可能也有利的是，激光腔内容纳至少一个相位调制光学元件，其与激光腔外的至少一个光学元件组合。

当光源包括激光腔并且至少一个相位调制光学元件提供在激光腔外时，配置激光腔以高斯基本模式运行可能是有利的。这为相位调制光学元件提供了预定的光源，这可以简化相位调制光学元件的设计。

虽然本发明可以提供在激光光束的横向横截面中非零光强度和较低光强度的区域的许多配置，但可能特别有利的是，提供非连续的非零光强度的第一区域和第二区域，并且配置较低光强度的第三区域，从而沿激光光束的横向横截面内它们的边界的的总长度分离第一区域和第二区域。这些分离的第一区域和第二区域提供在焦点内的分离的区域。换言之，焦点被划分成子光点，从而允许实现比高斯光束轮廓的焦点尺寸更小的光点尺寸。

附图说明

图1示意性示出了处理皮肤15时根据本发明的运行皮肤处理设备10的最重要的部分；

图2和图3示出了根据本发明的设备的激光光束21的横向横截面的例子，包含非零光强度区域31、32和较低光强度区域33；

图4描绘了根据本发明的设备的激光源可提供的矩形横向激光模式的例子，例如厄米-高斯模式；

图5描绘了根据本发明的设备的激光源可提供的圆柱形横向激光模式的例子，例如拉盖尔-高斯模式；

图6A示意性地示出了焦点22的纵向横截面，使用本领域中已知的激光源；

图6B示意性地描绘使用根据本发明的设备中的激光源的焦点22的纵向横截面，其中激光源20以LG01*或“环形圈”模式运行；以及

图7示出了根据本发明的具有激光源和至少一个相位调制光学元件122的设备的其它实施方案，相位调制光学元件122被配置和布置为提供单一高阶激光光束模式的等同模式。

应当指出的是，不同的附图中具有相同的附图标记的项具有相同的结构特征和相同的功能或者是相同的信号。当该项的功能和/或结构已经进行了说明时，没有必要在具体实施方式中对其重复说明。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的皮肤15处理设备10，包括用于生成激光光束21的光源20，以及被配置和布置成接收激光光束21的光学系统12。激光光束21具有用于处理人或动物皮肤15的合适的频率和脉冲持续时间。光源20通常是脉冲激光—例如具有在1064纳米发射和1-1000ps的脉冲持续时间的Nd：YAG激光器。在使用期间，设备(10)发射作为处理激光光束23的光，其聚焦到与皮肤15的处理位置对应的单个焦点22。

皮肤15包括具有不同光学特性的多个层。表皮16由最外层组成，并形成防水的防护屏障。表皮16的最外层是角质层，其中，由于其在粗糙度的微观波动，阻止设备10与皮肤15之间的光的耦合。通常地，折射率匹配流体用于将处理激光光束23光学地耦合到皮肤15中。真皮17位于表皮16下方—焦点22通常设置在用于皮肤处理的真皮17内。如果设备10用于减少皮肤中的皱纹15，处理位置是在真皮17的胶原，以便在处理部位的位置产生微小损伤，这导致新的胶原蛋白形成。

焦点22被配置和布置以在处理位置提供处理辐射。焦点22和处理位置之间的空间关系可以取决于横向光束横截面的强度轮廓，存在于焦点22和处理位置之间的皮肤组织的性质、皮肤表面下方处理位置的深度、以及处理光束23的光学特性。焦点22甚至可以位于皮肤表面上或上方，其对应于皮肤表面上或下方的处理位置。在许多情况下，焦点22可以与处理位置重合。

如果处理位置是皮肤内的胶原蛋白，焦点22可以设置在皮肤15的外表面之下0.2和2毫米之间，特别是皮肤15的外表面下方0.5至1.5毫米之间。

光学系统12被配置和布置为在使用中引导激光光束21以作为照射在要处理的皮肤15外表面上的处理激光光束23而离开设备10，并在使用中将处理激光光束23聚焦到与皮肤上的处理位置对应的单个焦点22。单词“引导”包括其中光束的方向实质上被改变的配置，以及其中光束21、23在没有实质性改变以及任何中间程度的方向变化的情况下被允许沿光束方向传播的配置。

设备10(特别是光学系统12)被配置成通过选择或修改激光光束21的至少一个光学特性以提供处理激光光束23，从而在处理位置产生光热解。处理光束23会聚到焦点22中有助于定位现象，并且有助于当焦点22被布置在皮肤下时防止表皮16的损伤，因为那里的功率密度比真皮17中的低得多。

本发明利用皮肤发射电磁辐射的事实。为了最大化该效果，光的波长为800至1100nm之间。在此范围内，传输会高，并且散射和线性吸收会低。然而，不排除使用其他波长。

通常，在皮肤表面处测量的激光光束脉冲的可传递能量水平介于0.1和20毫焦之间。这种能量水平已被证明在皮肤处理中是有用的。在上述的能量水平指示中，能量在皮肤表面处被测量，即它涉及实际被递送到皮肤的能量。

光学系统12可以包括用于会聚和/或发散激光光束21的至少一个透镜，以及用于以期望的方向偏转激光光束以提供处理激光光束23的至少一个反射镜。使用本领域中已知的技术可以调整光学元件的精确位置和/或方向，以将焦点22的位置和质量调整为进行处理所需要的。聚焦控制可以通过调节至少一个透镜的位置和/或旋转至少一个反射镜来提供。透镜和反射镜的数量和位置由光学系统12内部的部件的设置和该领域技术人员希望提供的调整的期望程度来确定。光学系统12还可以包括用于定位焦点22的激光光束操纵器。这样的激光光束操纵器可以包括例如可移动的反射镜和用于调整反射镜的位置的反射镜致动器以及控制单元。激光光束操纵器也可以包括可调节的透镜或反射镜。激光光束操纵器可以用于将焦点定位在皮肤15上和皮肤15中。用户可以控制激光光束操纵器。

由光学系统12接收的激光光束21具有单一高阶激光光束模式，导致激光光束21的非高斯横向轮廓。图3示出了激光光束21的横向横截面的例子，包括非零光强度的第一区域31和第二区域32、以及比非零光强度更低的光强度的第三区域33。第三区域33比第一区域31和第二区域32具有实质上更低的光强度。本文所用的术语“实质上”是指第一区域31和第二区域32的强度被配置为在使用过程中在焦点22中在与焦点22对应的处理位置的皮肤组织中产生损伤，并且第三区域33的强度被配置为在使用过程中避免在焦点22中在与焦点22对应的处理位置的皮肤组织中产生损伤。

图3的第一区域31和第二区域32是连续的，形成非零强度的环形区域。在该环形的中心是具有实质上更低强度的第三区域33。为了避免在使用过程中在皮肤15中产生损伤，第三区域33的强度可以在零强度直至强度阈值的范围内。此强度阈值与在导致无损伤的皮肤组织中的最大能量水平对应。这个最大能量电平取决于区域的位置和尺寸、皮肤处理的类型、皮肤中处理位置的深度、以及处理激光光束特性(诸如波长光谱、光点宽度、脉冲长度和辐照)。强度阈值还可以取决于待处理的皮肤位于身体上哪里、正处理的个体、以及处理周期的相位。

第一区域31和第二区域32的强度高于该强度阈值，并且第一区域31和第二区域32的尺寸、以及第一区域31和第二区域31中处理光的强度被配置成在皮肤15中产生至少一个损伤。

第一区域31和第二区域32的强度也可以变化。在实践中，每个区域可以具有近似的高斯轮廓，并且每个区域31、32的边缘可被认为是等于区域内最大强度的一半强度的轮廓接合点。

可以通过配置和布置激光源20以高阶模式(换句话说，不以基本模式或不以其中输出是多个高阶模的组合的混合多模式)运行来提供单一高阶激光光束模式，导致激光光束21的横向横截面具有非零和较低光强度的区域。高阶模式应该足够纯以产生非零和实质上更低光强度的所需区域。本领域已知的任何方法可以用于实现这一点，诸如激光腔或谐振器的适当配置。例如Cagniot，Fromager等人的文献“GenerationofpureTEMp0modesusingafriendlyintra-cavitylaserbeamshapingtechnique”(LaserBeamShapingXII；SPIEVol.8130，813006(2011))公开了一种用在激光腔(谐振器)中的相位和振幅DOE来生成更高模式的模型。例如，pi相位板被插入平凹(plano-concave)空腔。特别是，该文献的图8中描绘了从拉盖尔-高斯(LG)横向模式TEM-10、TEM-20和TEM-30生成的结果。在本专利申请中，使用针对LG模式的标准表示法—第一指标(index)指示径向模式阶数(p)的数目，第二指标指示角模式阶数(l)的数目。

图3的强度区域可以通过配置和布置激光源20以LG-01*模式运行来提供，其中p＝0及l＝1。“*”表示这是所谓的“环形圈”模式，其中非零强度区域是围绕低强度区域的环形域。

图6B示意性地描述了使用根据本发明的激光源的焦点22的纵向横截面，其中激光源20以LG01*或“环形圈”模式运行。当由激光源20的单一高阶激光光束模式提供强度区域时，该区域沿激光光束21的传播轴基本上恒定，包括在皮肤内和焦点22内的位置。处理激光光束23(未示出)沿相同的纵轴传播。因此横向横截面中的强度轮廓也是围绕较低强度的中心区域的非零强度的环形域。图6B描绘了非零强度的两个月牙形区域，其在纵向方向延伸。当处理位置与焦点22重合时，所描绘的强度是引起损伤的皮肤15中的强度—这里假定皮肤中的强度阈值与半最大水平相同，与FWHM光点测量对应。焦点22的光点宽度28以从非零强度区域的外轮廓上的第一位置至外轮廓上的第二位置的横向方向测量，第一位置和第二位置都位于横向横截面中，围绕纵向轴线对称。这种光点测量28与包括所有模式阶数的FWHM测量相对应。

在纵向横截面中，较低强度的区域被设置在横向横截面的中心，沿传播轴线延伸。本发明是基于对高阶激光模式的了解，非零强度的每个区域可以被认为是子光点，子光点的宽度27以从子光点的外轮廓的第三位置到子光点的外轮廓的第四位置的横向方向上测量，第三位置和第四位置都位于在横向横截面中。

各子光点纵向延伸(即沿激光光束的传播方向)的距离26被假定为处理位置的皮肤中损伤的深度一致。

为了比较，图6A示意性地描绘了使用激光源的焦点22的纵向横截面，其中激光源20以基本模式运行。光束轮廓被假定为高斯或近似高斯。因此横向横截面中的强度轮廓也是在整个光点22上方延伸的非零强度的圆。焦点22的光点宽度25是以从非零强度区域的外轮廓上的第一位置到外轮廓上的第二位置的横向方向上测量，第一位置和第二位置都位于横向横截面中，围绕纵向轴线对称。这种光点测量25与整个光点22上方的FWHM测量对应。

为了比较，假定皮肤组织中损伤的纵向长度(或深度)与瑞利长度的值直接相关。对于图6A，具有ω_G的光束光点尺寸25和波长λ的高斯光束Z_G的瑞利长度24由下式给出：

$z_G=\frac{{\mathrm{\π\ω}}_G^2}{\mathrm{\λ}}.$

高阶拉盖尔-高斯光束的光束光点尺寸大于TEM-00的光束宽倍，并且用于一定激光结构的高阶模式的瑞利长度与最低阶模式的相同。因此，对于图6B，LG-01*(p＝0，l＝1时)，光束光点尺寸28是TEM-00的倍。具有ω_LG01的光束光点尺寸28的

LG-01*光束Z_LG01的瑞利长度26由下式给出：

$z_{LG01}=\frac{\mathrm{\π}{\left(\frac{1}{\sqrt{2}}{\mathrm{\ω}}_{LG01}\right)}^2}{\mathrm{\λ}}.$

纵向横截面中的LG-01*包括两个月牙形区域，其可以被认为是子光点。由LG01*强度轮廓得出的子光点宽度27δ_LG01是0.35ω_LG01。

本发明是基于这样的认识，即使用光点的区域(子光点)而不是完整的光点来执行在皮肤中产生所需的光点尺寸。如果TEM-00光束光点尺寸25等于LG01*模式中的子光点尺寸27(即ω_G＝δ_LG01)，图6B的LG-01*光束的瑞利长度与图6A的TEM-00光束之间的比率变为：

$\frac{z_{{\mathrm{LG}}_{01}}}{z_G}=\frac{{\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right)}^2{\mathrm{\ω}}_{{\mathrm{LG}}_{01}}^2}{{\mathrm{\ω}}_G^2}=\frac{{\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right)}^2{\mathrm{\ω}}_{{\mathrm{LG}}_{01}}^2}{{\left(0.35\right)}^2{\mathrm{\ω}}_{{\mathrm{LG}}_{01}}^2}=\mathrm{4.1.}$

因此，对于给定的损伤宽度，使用LG-01产生的最大损伤长度(或皮肤内的损伤深度)比使用常规TEM00高斯光束时长4.1倍，这取决于激光的光穿透深度。

相同的优点也可以用其它高阶模式实现。例如，图2示出了激光光束21的横向横截面的另一实例，包括非零强度的第一区域31和第二区域32、以及较低强度的第三区域33。非零强度区域是不连续的，并具有两个叶(lobe)的外观，对称设置在激光光束21的横向横截面内。图2的光束轮廓可以通过配置和布置激光源20以厄米-高斯模式HG-mn运行来提供，其中m＝0，n＝1或m＝1，n＝0。

对于HG-01或HG-10，可以示出δ_HG01＝0.35ω_HG01，以及使用比TEM-00宽倍的更高阶厄米-高斯的光束光点尺寸(在x方向)，瑞利长度为：

$z_{HG01}=\frac{\mathrm{\π}{\left(\frac{1}{\sqrt{3}}{\mathrm{\ω}}_{{\mathrm{LG}}_{01}}\right)}^2}{\mathrm{\λ}}$

并且HG-01光束与TEM-00光束的瑞利长度的比例为：

$\frac{z_{HG01}}{z_G}=2.7$

该优点是在不同的数值孔径实现。在一些处理中，处理激光可以聚焦为使得焦点22被布置在皮肤表面上—在这种情况下，瑞利长度的一半对损伤—深度估计变得显著。下表示出了在瑞利长度方面的计算的改进，使用对于不同的数值孔径(NA)的1064nm的激光波长：

关于高阶激光模式的强度分布的更多细节可见于由F.J.Duarte编辑的书LaserPulsePhenomenaandApplications中(ISBN978-953-307-405-4)，第11章：TaeMoonJeong和JongminLee的LaserBeamDiagnosticsinaSpatialDomain。

最简单的实施方案可以通过配置和布置光源20以便以比基本模式更高的横向模式振荡来实现。存在对于这些模式的丰富经验和知识。然后第一、第二和第三区域31、32、33在光束21的横截面内形成横向模式强度图案的一部分。这些横向模式可以例如是矩形或圆柱形的横向模式。

图4描绘了可以使用的已知的厄米-高斯模式的例子，诸如HG-01、HG-02、HG-10、HG-11、HG-12、HG-20、HG-21、HG-22、HG-30、HG-31和HG-32。为了进行比较，基本模式HG-00也用非零强度的单个区域描绘。本领域技术人员将认识到，可以使用任何矩形高阶。

图5描绘了可以使用的已知的拉盖尔-高斯模式的例子，诸如LG-01*、LG-11、LG-10、LG-01、LG-21、HG-20、LG-02、LG-22、LG-30、LG-03和LG-34。为了进行比较，基本模式LG-00也用非零强度的单个区域描绘。本领域技术人员将认识到，可以使用任何圆柱形高阶。

配置和布置激光源以基本上纯的横向模式振荡不是以激光光束21提供非零强度和较低强度区域的唯一途径。另一替代方案描述于图7，其图示了根据本发明的皮肤15处理设备110，包括用于生成激光光束21的光源120，以及被配置和布置成接收激光光束21的光学系统12。光源120包括生成激光的激光腔或谐振器121，以及至少一个相位调制光学元件122，其被配置并布置成接收来自腔121的激光并提供与激光光束21等同模式的单一高阶激光光束模式，从而为第一、第二和第三区域31、32、33提供激光光束21的横向横截面。

可以使用本领域中已知的任何合适的光学相位调制元件，例如，从美国专利7961371已知的空间光调制器(SLM)、衍射光学元件(DOE)、从美国专利7982938已知的相位掩模、螺旋波片、涡旋波片、草叉全息、Q板或圆柱形模式转换器。也可以使用这些元件的多个和/或组合。可以使用螺旋或涡旋波片、草叉全息、Q板和/或圆柱形模式转换器来提供LG模式的等同模式或近似等同模式。这些相位调制光学元件应配置和布置成在所需的瑞利长度内保存模式区域。

例如，Kennedy、Szabo等人的文献“CreationofLaguerre-Gaussianlasermodesusingdiffractiveoptics”(PhysicalReviewA66，043801(2002))公开了使用激光腔之外的衍射光学元件制作LG模式—这些模式可以最少失真传播超过200毫米的距离。

可能进一步有利的是以高斯基本模式运行激光腔121。这提供了用于相位调制光学元件122的预定和规律的光源，这可以简化相位调制光学元件122的设计。

再一个替代方案是结合两种方法—配置和布置激光腔(共振器)并且还结合设置在腔外的光源20、120中的至少一个相位调制光学元件。

迄今为止，使用单一高阶激光光束模式还没有在以下的应用中考虑，其中小焦点直径与相对大焦点长度(或深度)组合是所希望的—本领域技术人员避免高阶激光光束模式是因为将光束聚焦到小的光点的难度增加。本发明是基于这样的认识，即对于一定的损伤宽度，由于增加的瑞利长度导致增加的损伤长度或深度提供了具有意想不到的优点的激光光束轮廓的优点。本发明不同于已知的分级技术，诸如公布的美国专利申请US2005/0049582中描述的，因为通过单个焦点22在增加的长度或深度上的强度分布，在处理位置产生了损伤组织附近的健康组织的区域。

在非零强度的区域之间的较低强度区域提供单个的焦点22也可以是有利的，因为在单个脉冲事件内处理位置产生的一个或多个损伤区域将在单个损伤内更加温度均匀。子光点之间的较低强度区域可以限制由子光点处理的不同区域之间的热扩散，并提供更加可预测的热弛豫时间和较少的串扰。通过使用子光点，损伤结果的更好可控性和均匀的能量沉积可以在处理区域内实现。

可能有利的是，使得在由至少一层皮肤细胞分离的处理位置处的皮肤组织中的损伤具有适当程度的“自由边缘”。对于使用基本模式的激光光束的皮肤处理，焦点22通常地小于200微米，优选小于50微米。本发明通过使用其子光点，允许甚至更小的光点用于皮肤处理。然而，非常小的子光点对于处理皮肤可能是无效的，因为证据表明有损伤的组织周围的健康组织(即没有损伤的组织)的量越大，副作用减少越多。此外，过多的健康组织会降低分级处理的功效。

一些研究，诸如在文献“Freeedgesinepitheliaascuesformotility”(CellAdhesion&Migration5:2，106-110；2011年三月/四月；(2011)LandesBioscience)中公开的，表明有损伤组织区域周围较高程度的“自由边缘”可改善愈合时间。

例如，本发明可被用于在表皮中产生光热解，通过诱导表皮细胞的坏死来改善光泽和肤色。处理位置处损伤区域之间的最小有用分离可以是表皮细胞的大致大小，其是10-20微米。本领域技术人员将认识到，本发明可以被配置为在激光光束21轮廓中提供等同或大致等同于TEM-22的区域，例如HG-22和LG-22。当光学系统12被配置并布置成提供50微米的焦点，则当在焦点22处的横向横截面中测量时，子光点的宽度将在10和20微米之间。处理位置处的损伤将因此具有对应的尺寸。

为了实现使用最高阶时子光点尺寸的相同大小，或在其中激光光束21具有过小的直径的配置中，可能有利的是光学系统12和/或激光源20、120进一步包括附加的光学部件，以增加光束的横向横截面直径。可以使用本领域技术人员已知的用于扩束的任何合适的技术。

本发明提供了在皮肤内部产生深损伤的一种手段。这样的设备和方法可以用于任何合适的皮肤处理，特别是皮肤中的非侵入性皱纹减少，光化性角化病减少，疤痕组织或痤疮和色素斑减少。该设备和方法可以用于选择性光热解，特别是用于烧蚀和非烧蚀技术。

激光源20可设置在设备10的外面，并通过光纤连接到该设备。以这种方式，在分离和固定的单元中为庞大和笨重的激光源等提供了小而轻的施加器单元。

应当指出的是，上述实施方案是说明性的而非限制本发明，并且本领域的技术人员将能够设计许多替代实施方案。

在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制该权利要求。使用动词“包括”及其变形不排除权利要求中所述的那些以外的元件或步骤的存在。元件前面的冠词“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。本发明可以通过包括若干不同元件的硬件并且借助于适当编程的计算机来实现。在设备权利要求中列举了若干设备，这些设备的几个设备可以通过硬件的一个以及相同项来体现。相互不同的从属权利要求中记载的某些测量的纯粹事实并不表示这些测量的组合不能被用于优化。

附图标记

10(皮肤)处理设备

12光学系统

15皮肤

16表皮的皮肤层

17皮肤的真皮层

20用于生成激光光束(21)的光源

21激光光束

22与皮肤组织的处理位置对应的焦点

23处理激光光束

24用于基本模式的瑞利长度

25光点大小—FWHM—用于基本模式

26用于LG01模式的瑞利长度

27光点大小—FWHM—用于非零强度的LG01区域

28光点大小—FWHM—用于LG01

31非零强度的第一区域

32非零强度的第二区域

33较低强度的第三区域

120光源(20)的第二实施方案

121激光腔

122激光腔外的光学元件

Claims (13)

1.一种用于使用激光处理皮肤(15)的非侵入性设备(10)，所述设备(10)包括：

-光源(20)，用于生成激光光束(21)；

-光学系统(12)，其被配置并布置成从所述光源(20)接收所述激光光束(21)，并且被进一步配置为：

-在使用中引导所述激光光束(21)，以便作为撞击在要处理的所述皮肤(15)的外表面上的处理激光光束(23)离开所述设备(10)，以及

-在使用中将所述处理激光光束(23)聚焦到与皮肤组织中的处理位置对应的单个焦点(22)；

其中所述光源(20)被进一步配置和布置为提供单一高阶激光光束模式，由此所述激光光束(21)的横向横截面具有：

-非零光强度的至少第一区域(31)和第二区域(32)，以及

-第三区域(33)，布置在所述第一区域(31)和所述第二区域(32)之间，其光强度比所述非零光强度更低；

其中所述第一区域(31)和所述第二区域(32)各自被配置为在使用过程中在所述焦点中的皮肤组织中产生损伤，并且其中所述第三区域(33)被配置为在使用过程中避免在所述焦点中产生在由所述第一区域和所述第二区域产生的损伤之间的皮肤组织中的损伤。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述光源(20)包括被配置和布置为以横向模式振荡的激光源，所述横向模式具有比所述激光源的基本模式更高的阶数，其中所述第一区域(31)、所述第二区域(32)和所述第三区域(33)在所述激光光束(21)的所述横向横截面内形成所述横向模式的强度图案的一部分。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述单一高阶激光光束模式是厄米-高斯模式、拉盖尔-高斯模式或因斯-高斯模式，并且其中所述横向模式是矩形的、圆柱形的、或椭圆形的横向模式。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述光源(20，120)进一步包括至少一个相位调制光学元件(122)，其被配置并布置成提供所述单一高阶激光光束模式的等同模式。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述至少一个相位调制光学元件(122)选自由以下项组成的列表：空间光调制器(SLM)、衍射光学元件(DOE)、相位掩模、螺旋波片、涡旋波片、草叉全息、Q-板、圆柱模式转换器。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述光源(120)包括被配置为以高斯基本模式运行的激光腔(121)，并且所述至少一个相位调制光学元件(122)被设置在所述激光腔的外部。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一区域(310)、所述第二区域(32)和所述第三区域(33)被配置为在由至少一层皮肤细胞分离的皮肤组织中产生损伤。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述焦点(22)的尺寸小于200微米，优选小于50微米。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一区域(31)和所述第二区域(32)是不连续的，并且所述第三区域(33)被配置为贯穿所述激光光束(21)的所述横向横截面内的所述第一区域(31)和所述第二区域(32)的边界的长度来分离所述第一区域(31)和所述第二区域(32)。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述光源(20)被配置和布置为提供某个数目的非零光强度的区域(31，32)，所述数目为2到24并且包括24的范围中的整数。

11.一种使用生成激光的设备(20)来处理皮肤(15)的非侵入性方法，所述设备(10)包括用于生成激光光束(21)的光源(20)、以及被配置并布置为接收来自所述光源(20)的所述激光光束(21)的光学系统(12)；

所述方法包括：

-使用所述光源(20)生成所述激光光束(21)；

-引导所述激光光束(21)通过所述光学系统(12)，以便作为撞击在要处理的所述皮肤(15)的外表面上的处理激光光束(23)离开所述设备(10)，以及

-使用所述光学系统(12)将所述处理激光光束(23)聚焦到与皮肤组织中的处理位置对应的单个焦点(22)；

其中所述方法还包括配置和布置所述光源(20)以提供单一高阶激光光束模式，由此所述激光光束(21)的横向横截面具有：

-非零光强度的至少第一区域(31)和第二区域(32)，以及

-第三区域(33)，布置在所述第一区域(31)和所述第二区域(32)之间，其光强度比所述非零光强度更低；

其中所述第一区域(31)和所述第二区域(32)各自被配置为在所述焦点中的皮肤组织中产生损伤，并且其中所述第三区域(33)被配置为避免在所述焦点中产生在由所述第一区域和所述第二区域产生的所述损伤之间的皮肤组织中的损伤。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述光源(20)包括被配置和布置为以横向模式振荡的激光源，所述横向模式具有比所述激光源的基本模式更高的阶数，其中所述第一区域(31)、所述第二区域(32)和所述第三区域(33)在所述激光光束(21)的所述横向横截面内形成所述横向模式的强度图案的一部分。

13.一种根据权利要求1-10中任一项所述的设备在处理皮肤中的用途，特别是所述皮肤中的非侵入性皱纹减少，光化性角化病、疤痕组织或痤疮的减少，以及色素斑的减少。