CN105682599B - 用于基于多光子的皮肤处理的皮肤处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非侵入性的皮肤处理装置(100)，其包括：光源(10)，其被构造和配置用于产生线性偏振探测光(12)和线性偏振处理光(22)；偏振调制器(30)，其被构造和配置用于控制探测光的偏振方向及处理光的偏振方向；偏振敏感传感器(40)，其被构造和配置用于通过在偏振敏感传感器的预定偏振方向上感测来自目标位置(210)的反向散射探测光(42)的强度，感测探测光的消偏振水平；和控制器(60)，其被配置为在预定范围内扫描探测光的偏振方向，同时接收测量信号(Sm)并用于选择最佳偏振方向(P1)，对于该最佳偏振方向探测光的消偏振处于最小值。本发明还提供了一种用于控制所述皮肤处理装置的计算机程序产品。

Description

用于基于多光子的皮肤处理的皮肤处理装置

技术领域

本发明通常涉及使用激光的皮肤处理，并且更具体地涉及皮肤处理装置和用于控制该皮肤处理装置的计算机程序产品。

背景技术

通过预防或减少皮肤皱纹来维持年轻外貌的愿望是人类社会的一个重要问题。许多技术已经被设计用于实现上述问题。从公布的国际专利申请WO 2008/001284A2中已知的技术中的一项是，在待处理皮肤的真皮层形成焦斑。所述WO申请公开了一种具有激光源和聚焦光学器件的皮肤处理装置，其中激光的功率被选择为使得激光诱导光学击穿(LION)影响皮肤，以刺激皮肤组织的再生长并减少皱纹。此LIOB是基于皮肤组织对激光的强非线性吸收，其超过激光的功率密度的一定阈值发生。这种强烈的吸收会引起局部等离子体，其能够在所述等离子体位置破坏或甚至去除组织。这是由二次主要机械效应，例如所产生的等离子体的快速膨胀引起的。这种效应是非常局部的，因为低于该阈值存在零或很少的线性和非线性吸收，而高于阈值，等离子体被产生，该等离子体甚至更强烈地吸收辐射。换句话说，效应诸如LIOB只发生在焦斑处，而在焦斑上方和下方没有或有非常弱的效应发生。这意味着，例如表皮可以容易地被保护以免受不期望的影响或破坏。

焦点被形成在固定处理深度，在某处在0和2.0mm之间。这个深度是基于人的皮肤的典型组成选择的。但是，在某些情况下，最佳的处理深度可以是不同的。例如，最佳处理深度取决于角质层和表皮的厚度。

除了LIOB，同样其他多光子吸收过程，例如二次谐波产生、三次谐波产生和其它更高次谐波产生过程可用于成像和修改组织，以刺激修改组织的再生长，从而使组织年轻并减少皱纹。通过多光子电离的激光皮肤烧蚀(例如激光诱导光学击穿)需要10¹³W/cm²量级的高光强度。由于非常高的光子注量(典型地>10³¹cm^-2S^-1)，在波长λ处具有能量hν的多(N)光子表现得像能量Nhν的光子，其与电子相互作用，以从价带释放它。这需要被吸收光子的总能量大于电离势(Nhν>Δ)。通过电离产生种子电子需要具有相同偏振的多个光子(N)，其在空间(聚焦体积)和时间(约毫微微秒)上被限制为总能量超过材料的电离势(Nhν>Δ)。在皮肤内深层的多光子电离实现起来是一种挑战。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于多光子过程的非侵入性皮肤处理装置，其中多光子过程在相对低的光强度下被产生。

根据本发明，该目的是通过皮肤处理装置实现的，所述皮肤处理装置包括：

光源，其被构造和配置成用于产生线性偏振探测光及线性偏振处理光，

偏振调制器，其被构造和配置成用于控制探测光的偏振方向和处理光的偏振方向，

偏振敏感传感器，其被构造和配置成用于通过在偏振敏感传感器的预定偏振方向上感测来自目标位置的反向散射光强度，来感测探测光的消偏振水平，和

控制器，其被构造和配置成用于从传感器接收测量信号并提供控制信号到偏振调制器和光源，控制器被配置用于控制偏振调制器，诸以便扫描探测光在偏振方向的预定范围内的偏振方向，同时接收测量信号并用于选择最佳的偏振方向，探测光的消偏振水平针对该最佳偏振方向最小。

本发明是基于这样的认识，形成多光子电离的强度阈值是介质特性和光束特性两者的函数。该介质特性可以是，例如电离能量或杂质能级，并且光束特性可以是，例如所使用的波长、脉冲宽度、光斑尺寸和偏振。为了产生用于多光子电离过程的种子电子，在目标位置，具有相同偏振方向的多个光子是必要的。当偏振光被聚焦在混浊介质如皮肤内时，具有相同偏振的光子部分显著降低。这是通过偏振变化引起的，该偏振变化是由高NA聚焦、多重散射和皮肤双折射造成的。为了补偿在聚焦体积内可用于多光子电离的具有相同偏振的光子的数量的减少，已知的解决方案是简单地增加光子数量。在已知的皮肤处理装置中，这导致电离的高强度阈值和周围组织的可能附带损害。本发明人已经发现，对于特定的偏振方向-也表示为最佳偏振方向-在特定皮肤位置的皮肤的消偏振效果处于最小值。这导致产生多光子电离所需的处理光的最小功率水平。本发明人还发现，这种最佳偏振方向在皮肤组织的不同位置可以不同。因此，根据本发明的皮肤处理装置包括偏振调制器，其由控制单元控制，以局部地调整所发射的线性偏振探测光的偏振方向，从而找到最佳的偏振方向。接着启动具有对应于当前目标位置的该最佳偏振方向的偏振方向的处理光的发射将导致在最小处理光强度下的多光子电离过程的产生。其结果是，围绕目标位置的组织损伤被最小化。该局部选择和通过偏振调制器的线性偏振探测光(和处理光)的偏振方向调整的另一好处是，它也可以降低施加于用于产生偏振处理光的光源的要求。根据本发明，这将随后也减少皮肤处理装置的总成本。

在根据本发明的皮肤处理装置中，控制器被构造和配置成用于扫描探测光在预定范围内的偏振方向，同时接收测量信号。这个预定范围可以是，例如九十度的范围，其中，例如，在扫描结束时探测光的偏振方向垂直于在扫描开始时探测光的偏振方向。可替代地，预定范围可以大于90度。

在皮肤处理装置的一个实施例中，控制器被构造和配置成用于控制偏振调制器，以便将选定的最佳偏振方向设定为在目标位置的处理光偏振方向，用于产生多光子电离过程。如上文所指出的，在扫描探测光的偏振方向之后，最佳偏振方向被发现，控制器将这个最佳偏振方向设定为处理光的偏振方向，以能够针对当前目标位置以最小处理光强度引发多光子电离过程。

偏振调制器可以包括调整探测光和处理光两者的偏振方向的单个调制元件。可替代地，偏振调制器可以包括两个调制元件，一个调制元件用于调整探测光的偏振方向，并且另一调制元件用于调整处理光的偏振方向。

在皮肤处理装置的一个实施例中，皮肤处理装置被配置和构造成在探测光的偏振方向扫描期间，保持偏振敏感传感器的预定偏振方向平行于探测光的偏振方向。在这样的配置中，最佳偏振方向被选择为探测光的偏振方向，对于该方向，在探测光的偏振方向的预定范围内看，所感测到的反向散射探测光强度处于最大值。一些探测光将朝向偏振敏感传感器散射回来。当消偏振处于最小值时，探测光(和反向散射探测光)的最小部分将已经改变偏振，因此在偏振敏感传感器处所测得的强度将处于最大值。对于这个实施例，应该注意的是，探测光的偏振方向涉及皮肤组织实际上所暴露于的探测光的偏振方向，即在已通过偏振调制器后的探测光偏振方向。因此，偏振敏感传感器的预定偏振方向涉及如在皮肤表面的位置由皮肤发射的反向散射探测光的预定偏振方向。

在皮肤处理装置的一个实施例中，皮肤处理装置被配置和构造成在探测光的偏振方向的扫描期间，保持偏振敏感传感器的预定偏振方向垂直于探测光的偏振方向。在偏振敏感传感器的这种配置中，最佳偏振方向被选择为探测光偏振方向，对于该方向，在探测光的偏振方向的预定范围内看，所感测到的反向散射探测光的强度处于最小值。再次，一些探测光将朝向偏振敏感传感器散射返回。当偏振敏感传感器的偏振方向在探测光的扫描期间保持垂直于探测光的偏振方向时，偏振敏感传感器只检测由于皮肤组织的消偏振效应已经改变了偏振方向的反向散射探测光。当消偏振处于最小值时，探测光(和反向散射探测光)的最小部分将已经改变偏振，并且因此在偏振敏感传感器处所测得的强度将处于最小值。因为最小值的感测通常更可靠，并且通常可以更准确地进行，其中偏振敏感传感器的偏振方向保持垂直于探测光的偏振方向的实施例是优选的。对于这个实施例，应该注意的是，探测光的偏振方向涉及皮肤组织实际上所暴露于的探测光的偏振方向，即已通过偏振调制器后的探测光偏振方向。因此，偏振敏感传感器的预定偏振方向涉及如在皮肤表面的位置由皮肤发射的反向散射探测光的预定偏振方向。

在皮肤处理装置的一个实施例中，偏振调制器被定位在目标位置和偏振敏感传感器之间，使得反向散射探测光经由偏振调制器被发送到偏振敏感传感器。在这样的配置中，反向散射探测光经由与在预定范围内探测光的扫描期间用于调制探测光的偏振调制器相同的偏振调制器被测量。偏振敏感传感器仅需要对单个固定偏振方向敏感，以确保用于反向散射探测光的测量的正确偏振方向被保持。虽然在扫描期间，探测光的偏振方向在预定范围内被调制，反向散射探测光将在被偏振敏感传感器测量之前自动“去调制”。例如，在光强度传感器前方使用固定偏振滤光器将自动确保测量在正确的偏振方向上进行。取决于所需的配置，固定偏振滤光器可以垂直于如由光源发射的探测光，或平行于如由光源发射的探测光。

提供皮肤处理装置也可能是有利的，其中皮肤处理装置包括用于聚焦探测光和/或处理光到皮肤组织内的目标位置的光学系统，并且其中控制器被连接到光学系统，并且被配置和构造为用于在预定范围内重新启动探测光的偏振方向的扫描，以用于响应于目标位置在皮肤组织内部相对于皮肤表面的深度变化重新选择最佳偏振方向。如上文所指出的，线性偏振探测光或线性偏振处理光的最佳偏振方向可针对皮肤组织内的不同目标位置变化。当目标位置的深度-例如被皮肤处理装置的操作者改变时-先前目标位置的最佳偏振方向对于改变的当前目标位置可能不再是最佳的。为了确保用于皮肤组织内的多光子电离的处理光的强度保持在最小值，皮肤处理装置被配置为对于在新的处理深度处的新的目标位置重新调整最佳偏振方向。在这样的实施例中，根据本发明的皮肤处理装置可以包括另外的传感器，用于感测目标位置的深度变化，并将这样的深度信息作为深度信号提供到控制器。控制器可以例如使用这样的深度信号作为触发器，以重新调整最佳偏振方向。

在皮肤处理装置的一个实施例中，控制器被连接到运动传感器，用于感测平行于皮肤表面的皮肤处理装置的运动，并且其中控制器被配置和构造为在预定范围内重新启动探测光的偏振方向的扫描，用于响应于皮肤处理装置沿皮肤表面的位置变化重新选择最佳偏振方向。类似于目标位置的深度变化，同样皮肤处理装置沿皮肤表面的重新定位可能导致所发射的线性偏振探测光或处理光在这个变化位置的最佳偏振方向的变化。因此，控制器可以被配置为从运动传感器接收运动信号，并且-响应于接收到这样的运动信号-控制器可以使用该运动信号作为触发器来重新调整最佳偏振方向，例如，在重新定位的目标位置处应用多光子电离处理之前。

在皮肤处理装置的一个实施例中，探测光功率水平低于多光子过程所需的处理光功率水平。当使用具有比处理光更低功率水平的探测光找到最佳偏振方向时，损伤皮肤同时试图找到最佳偏振方向的机会显著降低。尽管如此，使用具有较低功率水平的该探测光允许选择当前目标位置的最佳偏振方向。此外，这样的探测光的功率要求比产生多光子电离过程所需的功率显著更低。因此，在扫描偏振调制器时通过使用探测光来找到最小消偏振，皮肤处理装置的总功率要求降低。尤其在皮肤处理装置可以是电池供电的实施例中，总功率要求的这种降低可能是重要的。

在皮肤处理装置的一个实施例中，光源包括用于产生线性偏振探测光的探测光发射器，并且包括用于产生线性偏振处理光的处理光发射器。这种实施例的一个好处是，探测光发射器和处理光发射器两者可以分别被具体地配置为发射它们单独所需的功率水平，这可以减少单独的光发射器的总体要求。此外，当只有一个光发射器存在时可能需要的功率水平调整电路可以省略。

可替代地，根据本发明的皮肤处理装置中的光源可以具有单个光发射器，其可以例如被配置为在不同强度等级之间切换，以用于发射探测光或处理光。

在皮肤处理装置的一个实施例中，皮肤处理装置包括用于感测在目标位置处多光子过程的发生的另外的传感器。虽然最佳偏振方向可以被选择，以确保多光子电离以最小光强度在目标位置进行，在不同目标位置所需的最小光强度仍可以是不同的-如已经指出的。例如，当目标位置在皮肤组织内部的深度被减小时，皮肤的消偏振效应通常会降低，因为光不得不行进通过较少的皮肤组织。在这种情况下，处理光功率水平的强度在该特定目标位置可以进一步被降低。可替代地，如果在特定目标位置的多光子电离处理不得不在增加的深度进行，最佳偏振方向可能需要因不同的目标位置而进行调整，但整体处理的光功率水平可能需要因在皮肤组织内增加的深度而增加(尽管使用的最佳偏振，由于通过皮肤组织的增加路径，引起增加的消偏振效果)。因此，在皮肤处理装置的另一实施例中，控制器被连接到另外的传感器，用于当目标位置被暴露于线性偏振处理光时，感测多光子过程的发生。当没有多光子过程被感测到时，控制器可以例如被配置为调整线性偏振处理光的功率水平或减小目标位置在皮肤组织内相对于皮肤表面的深度。用于在目标位置感测多光子过程的发生的另外的传感器可以从以下列表中选择，所述列表包括：光电检测器、与CCD照相机组合的光栅和声传感器。光检测器可以包括光电二极管、光电倍增管或光子计数器。

多光子过程可以例如是光诱导光学击穿。

提供皮肤处理装置也可能是有利的，其中目标位置被布置在待处理皮肤的真皮层中。例如，目标位置处于皮肤表面以下0.2和2mm之间，或者目标位置处于皮肤表面以下0.5和1.5mm之间。

本发明的目的也通过用于控制根据本发明的皮肤处理装置的计算机程序产品实现，其中计算机程序控制皮肤处理装置的控制器，用于执行以下步骤：

使用光源，产生和发射朝向皮肤组织中的目标位置的线性偏振探测光，

使用偏振调制器，扫描在预定范围内的探测光的偏振方向，同时从偏振敏感传感器接收测量信号，和

选择最佳偏振方向，对于该最佳偏振方向探测光的消偏振处于最小值。

在计算机程序产品的一个实施例中，计算机程序进一步控制控制器以用于执行以下步骤：

使用偏振调制器，将所选择的最佳偏振方向设定为在目标位置的处理光的偏振方向，和

使用光源，产生并发射朝向目标位置的线性偏振处理光，用于产生多光子电离过程。

附图说明

图1A和1B示意地示出了根据本发明的皮肤处理装置的第一实施例，

图2A和2B示意地示出了根据本发明的皮肤处理装置的第二实施例，

图3示意地示出了当改变所发射的线性偏振光的偏振方向时，由传感器测量的测量信号，以及

图4示出了用于控制根据本发明的皮肤处理装置的流程图。

应当注意的是，在不同附图中具有相同附图标记的项目具有相同的结构特征和相同功能，或构成相同的信号。其中，在该项目的功能和/或结构已经被说明之处，没有必要在其详细描述中重复说明。

具体实施方式

图1A和图1B示意地示出了根据本发明的皮肤处理装置100的第一实施例。皮肤处理装置100包括光源10，其被构造和配置成产生线性偏振探测光12和线性偏振处理光22(参照图1B)。皮肤处理装置100还包括偏振调制器30，用于控制从光源10接收的线性偏振探测光12的偏振方向，所述光使用光学系统70朝向皮肤组织200内部的目标位置210被发射和聚焦。皮肤处理装置100还包括偏振敏感传感器40，用于感测来自目标位置210的反向散射探测光42的强度。偏振敏感传感器40被配置用于通过在偏振敏感传感器40的预定偏振方向上感测来自目标位置210的反向散射探测光42的强度来感测探测光12的消偏振水平。反向散射探测光42可以例如使用半透明反射镜74被重新定向到偏振敏感传感器40。皮肤处理装置100包括控制器60，其被配置并构造用于在预定范围内扫描探测光12的偏振方向，同时从偏振敏感传感器40接收测量信号Sm。控制器60被进一步配置用于选择最佳的偏振方向P1(参照图3)，对于该方向，针对当前的目标位置210，探测光12的消偏振处于最小值。之后，该最佳偏振方向P1被用作处理光22的偏振方向(参照图1B)，用于在目标位置210产生多光子电离过程。使用该用于处理光22的最佳偏振方向P1将确保在当前目标位置210处多光子电离过程所需的功率水平处于最小值。

本发明人已经发现，产生多光子电离的强度阈值是介质特性和光束特性两者的函数。当前发明特别着重于处理光22的偏振对多光子电离的影响。当偏振光被聚焦在混浊介质诸如皮肤组织200内部时，具有相同偏振的偏振保持光子的部分通过高NA聚焦、多多重散射和皮肤双折射的使用显著被降低。然而，为了能够产生多光子电离，在目标位置210，具有相同偏振方向的光子的特定密度被需要。为了补偿可用于聚焦体积内的多光子电离的具有相同偏振的光子数量的减少，已知的解决方案是增加光子的数量，这导致用于多光子电离的相对高强度的阈值和周围皮肤组织200的可能附带损害。发明人已经发现，对于特定偏振方向，在特定目标位置210的皮肤组织200的消偏振效应处于最小值，这导致所发射的线性偏振处理光22的最小功率，该最小功率仍然可以足以产生多光子电离。本发明人还发现，该特定偏振方向(表示为最佳偏振方向P1)在皮肤组织200内部的不同位置可以不同。因此，根据本发明的皮肤处理装置100包括偏振调制器30，其由控制单元60控制，以局部调整所发射的线性偏振处理光22的偏振方向，使得多光子偏振发生在最小的光强度。其结果是，对围绕目标位置210的皮肤组织200的损坏可以被最小化。通过偏振调制器30的所发射的线性偏振处理光22的偏振方向的该局部调整的另一好处是，它也可以降低通过用于产生线性偏振处理光22的光源10来满足的要求，并且因此可降低这种皮肤处理装置100的整体成本。

偏振敏感传感器40可以在预定偏振方向，例如，垂直于线性偏振探测光12的偏振方向上感测反向散射探测光42。在扫描探测光12的偏振方向时，偏振敏感传感器40的预定偏振方向也必须被扫描，以确保偏振敏感传感器40的预定偏振方向保持垂直于线性偏振探测光12。在这样的配置中，当探测光12在目标位置的消偏振处于最小值时，反向散射探测光42的强度处于最小值。

可替代地，偏振敏感传感器40的预定偏振方向可以平行于线性偏振探测光12。而且在这种情况下，在扫描探针光12的偏振方向时，偏振敏感传感器40的预定偏振方向不得不被扫描，以确保偏振敏感传感器40的预定偏振方向保持平行于线性偏振探测光12。在这样的配置中，当探测光12在目标位置的消偏振处于最小值时，反向散射探测光42的强度处于最大值。

甚至进一步可替代地，并且如图1A、1B、2A和2B所示，偏振调制器30可以被定位在目标位置210和偏振敏感传感器40之间，使得反向散射探测光42通过偏振调制器30由偏振敏感传感器40感测。在这种配置中，反向散射探测光42通过与探测光12在预定范围内的扫描期间用于调制探测光12的偏振调制器相同的偏振调制器30测得。偏振敏感传感器40仅需要对单个固定偏振方向敏感，以确保用于反向散射探测光42的测量的正确偏振方向被保持。当在其扫描期间在预定范围内调制探测光12的偏振方向时，在由偏振敏感传感器40测量之前，反向散射探测光42将会自动“去调制”。

在图1A所示的实施例中，光源10被配置成发射线性偏振探测光12，其具有显著低于用于多光子电离过程所需的功率水平的功率水平。探测光12的偏振方向的该扫描能够探测目标位置210以找到最佳偏振方向P1，对于该方向，探测光12的消偏振处于最小值(或者对于该方向，当偏振敏感传感器40的偏振方向垂直于探测光12的偏振方向时，反向散射探测光42的强度处于最小值)。具有降低功率的这种探测光12的使用也减少探测目标位置210以找到最佳偏振方向P1期间对皮肤组织200的任何附带损害。

在图1A和1B中所示的皮肤处理装置100还包括光学系统70。光学系统70被配置用于朝向皮肤组织200内部的目标位置210聚焦光。光学系统70在图1A和1B中被示出为单透镜元件70，但当然也可以包括多个透镜元件(未示出)，将光朝向目标位置210聚焦。光学系统70可以被设置在偏振调制器30的下游(如图1A和1B所示)或可选地，光学系统70可以被设置在偏振调制器30的上游，即在光源10和偏振调制器30之间(未在图1A和图1B中示出)。光学系统70还可以包括多个透镜元件，其中一些被设置在偏振调制器30的上游并且一些被设置在偏振调制器30的下游(未示出)。

光学系统70还可以包括可调节透镜(未示出)或可调节的反射镜(未示出)。任一元件或它们的组合可提供聚焦作用。两个元件可以是可调的，以在目标位置210相对于皮肤表面在深度方向和跨皮肤表面调整焦斑的位置。可调节透镜可包括具有距离设置的透镜，也可以是变焦透镜。可调节反射镜可包括在一个或多个，例如两个方向上可转动的反射镜。反射镜可以是平的，例如当与透镜相结合时，或可以是凹面的，尤其是如果反射镜提供聚焦作用。

有利的是，可调节透镜包括自动聚焦透镜。这种透镜是相对于皮肤表面可自动调节的。这可确保在几乎所有情况下的正确处理深度。

在图1A中，光源10发射线性偏振探测光12，用于选择最佳偏振方向P1。在图1B中，光源10发射具有一定强度水平的线性偏振处理光22，所述强度水平处于或超过用于多光子电离所需的强度水平。光源10可以例如具有可调光输出水平，其可以被调节以发射线性偏振探测光12或线性偏振处理光22。利用探测光12被调节到最佳偏振方向P1的偏振调制器30，现在被用于将处理光22的偏振方向调整到最佳偏振方向P1并聚焦到皮肤组织200内到达目标位置210。

在使用期间，皮肤处理装置100的输出窗口(未示出)被定位成极贴近或接触皮肤组织200的待处理皮肤表面。通常，折射率匹配流体可在皮肤处理装置100的输出窗口和皮肤表面之间使用以增强所发射的线性偏振探测光12或处理光22到皮肤组织200内的光耦合。皮肤处理装置100被配置为在目标位置210形成所发射的线性偏振探测光12或处理光22的焦点。如果皮肤处理装置100被用来减少在皮肤组织200中的皱纹，目标位置210被设置在真皮的胶原蛋白内，以便在目标位置210形成微观损伤，其导致新的胶原蛋白形成。

本发明利用以下事实，皮肤发射电磁辐射，其在真皮内被聚焦成非常小的焦斑。为了最大化该效果，光的波长在800和1100nm之间，例如由Nd:YAG激光器产生的，其具有在1064nm和1-1000ps脉冲持续时间的发射。在此范围内，传输相对高，并且散射和线性吸收低。然而，不排除使用其他的波长。

具体地，预定的脉冲时间处于100ps和10ns之间。在此范围内，通过多光子电离产生的等离子体非常局部，即具有小的空间扩展，其将对周围组织的无意损害的危险降至最低。此外，获得多光子电离所需的峰值功率在此范围内基本上独立于脉冲时间。然而，其他脉冲时间，例如在约100fs到100ps范围内，并且甚至在ns和ms范围内，也可以被使用。

通常，在激光束脉冲中可递送的能量水平处于0.1和10mJ之间，其在皮肤表面处测得。这种能量水平已经被证明在处理中是有用的，即产生足够的损伤以刺激新组织生长。更具体地，能量水平处于约0.5和5mJ之间，并且典型地为约1mJ。然而，其他的能量水平不被排除，诸如对于深达2mm的大的处理深度，水平高达约20mJ。另外，在上述能量水平指示中，能量是在皮肤表面处测得的，即它涉及实际发射到皮肤内的能量。

在上述所有中，应该理解的是，也能够提供多个脉冲代替单个脉冲，只要脉冲产生LIOB现象即可。

如之前指出的，偏振调制器30可以被布置在皮肤处理装置100的任何合适部分并且如果方便，与另一光学部件或甚至光源集成在一起。偏振调制器30可以是本领域已知的任何适当的光学元件，例如旋转的半拉姆达波片，电光、声光调制器。

皮肤包括具有不同光学特性的多个层。表皮由最外层构成，并形成防水防护屏障。表皮的最外层是角质层，由于其粗糙度的微观波动，其妨碍了皮肤处理装置100与皮肤组织200之间的光耦合。真皮位于表皮的下方。真皮包括皮肤处理通常针对的胶原纤维。

典型地，皮肤处理装置100具有至少0.2，优选至少为0.4的数值孔径(NA)。用于数值孔径的这样的值涉及覆盖皮肤层、特别是表皮的安全性。特别地，由于表皮包含许多发色团，如黑色素，在表皮中的残余线性吸收是不可忽略的。因此，有利的是保持注量或能量密度在该层足够低。这可以通过提供强聚焦，即具有大会聚角，并且因此具有光学系统的大数值孔径来实现。激光束然后覆盖足够大的面积，以保持在表皮中的注量在可接受的范围内。特别地，在表皮中的注量应该至多为3J/cm²。需要注意的是，所希望的数值孔径取决于处理深度以及脉冲中的实际能量。模型计算表明，至少0.4的数值孔径对于0.5mm的处理深度以及等离子体中1mJ的能量(在焦点)是足够的，而更高的NA被需要用于更高的能量水平和较小的处理深度，并且反之亦然。

注意，由于到将不被破坏的表皮层的较大距离，大处理深度所需的NA当然小于小处理深度所需的NA。然而，由于在覆盖层的残余吸收和散射，在处理深度实现足够的多光子电离所需的总强度和能量变大。

对于典型的处理深度，至少0.7的数值孔径可能是有利的，以提供在焦点的最佳强度，并将对皮肤表面层的热负荷减到最小。

特别地，激光束脉冲在皮肤表面和真皮层之间的皮肤内的注量至多是3J/cm²。这样的注量被视为对所述皮肤层是安全的。连同用于激光束脉冲的优选能量水平，这将导致优选的激光束顶角，具体是对于1mJ和0.5mm的处理深度至少11°(半角)的顶角。根据所期望的处理深度和脉冲能量，本领域技术人员能够容易地确定优选的顶角，或相关的数值孔径。

通常情况下，处理深度为皮肤的表面下方0和2mm之间，更具体为0.2和1.5mm之间。这是基于具有角质层的表皮典型总厚度，在面部是0.06至0.2mm之间，和2mm的真皮层的典型厚度。因此，真皮可在0.2和约2mm之间的深度处被发现。0.5和1.5mm之间的处理深度提供一个范围，其允许具有足够膨胀的真皮处理，对周围层诸如表皮仍没有任何风险。在特定情况下，表皮和/或真皮可以更薄或更厚，或者可以存在于稍微不同的深度，诸如在身体的其他部位，例如手上。在这种情况下，本领域技术人员将容易地能够确定真皮的深度和/或厚度，并且相应地配置装置。然后，在建立真皮层的深度和厚度之后，不同的处理深度可以被固定。另外，也可以使用或包括用于自动确定真皮和/或表皮的厚度的装置，诸如超声检查装置，例如Stiefel Cutech“皮肤深度检测仪”，或可替代的OCT装置(光学相干断层成像)。

图2A和2B示意地示出了根据本发明的皮肤处理装置102的第二实施例。在图2A和2B所示的实施例中，偏振调制器30、传感器40、控制器60和光学系统70与图1A和1B中所示的实施例相同。然而，在图2A和2B所示的实施例中，皮肤处理装置102包括具有探测光发射器10A和单独的处理光发射器10B的光源10。探测光发射器10A被配置用于产生探测光12，其是线性偏振光，具有显著低于产生多光子电离所需的强度水平的强度水平。处理光发射器10B被配置用于产生处理光22，其是线性偏振光，具有处于或超过多光子电离过程所需的强度水平的强度。如之前所指出的，一方面，单独的光发射器用于最佳偏振方向P1的探测和选择和另一方面，用于皮肤组织200的处理的使用，可降低皮肤处理装置102的总成本。在图2A和2B所示的实施例中，探测光发射器10A和处理光发射器10B的光使用另外的半透明反射镜76被结合。

在图2A和2B中所示的皮肤处理装置102的实施例，进一步包括聚焦传感器72，用于感测光学系统70聚焦发射的线性偏振探测光12和/或处理光22所处的目标位置210的深度，或感测目标位置210的深度变化。本发明人已经发现，目标位置210的深度改变甚至可能需要根据本发明的皮肤处理装置102重新启动探测光12在预定范围内的偏振方向扫描，以重新选择最佳偏振方向P1。聚焦传感器72被耦合到控制器60，并提供聚焦信号Sf至控制器60，其表示目标位置210的位置或表示目标位置210的位置变化。

在图2A和2B中所示的皮肤处理装置102的实施例，进一步包括另外的传感器82，用于当线性偏振处理光22朝向目标位置210被发射时，感测多光子电离在皮肤组织200内的存在。另外的传感器82被耦合到控制器60并提供电离信号Si到控制器60，其是表示多光子电离过程在皮肤组织200内发生。这样的另外的传感器82可以选自以下列表，所述列表包括：光检测器、具有CCD照相机的光栅和声传感器。

皮肤处理装置102的实施例还可以包括运动传感器80，用于感测皮肤处理装置102在平行于皮肤表面的方向上的运动。运动传感器80可被耦合到控制器60，并提供运动信号Sv到控制器。控制器60可随后被配置成响应于皮肤处理装置102沿皮肤表面的位置改变，重新调整最佳偏振方向P1。类似于目标位置200的深度变化，皮肤处理装置102沿皮肤表面的重新定位也可能导致针对该变化位置的最佳偏振方向的改变。这样，控制器60可以被配置为接收来自运动传感器80的运动信号Sv并且-响应于此-控制器60可使用该运动信号Sv作为触发器，重新启动在预定范围内探测光12的偏振方向扫描，以在重新定位的目标位置210施加多光子电离处理之前重新选择最佳偏振方向P1。

在图2A中所示的皮肤处理装置201的实施例表示了一种模式，其中探测光发射器10A发射用于选择最佳偏振方向P1的探测光12。在图2B中，探测光发射器10A被断开，并且处理光发射器10B被接通以经由偏振调制器30朝向目标位置210发射处理光22，从而在目标位置210产生多光子电离。

图3示意地示出了在所发射的线性偏振探测光12的偏振方向改变时，由传感器40测量的测量信号Sm的一个例子。在图3的曲线图中，横轴表示所发射的线性偏振探测光12的线性偏振角度，竖轴以任意单位表示传感器信号。在当前实施例中，偏振敏感传感器40的预定偏振方向被设置成垂直于线性偏振探测光12的偏振方向。当偏振光进入皮肤时，它通过皮肤组织200内部的散射效果并且通过胶原组织的存在部分地消偏振，这会改变光的偏振。如之前指出的，这些消偏振效应减少了在目标位置内具有相同偏振方向的光子数。在已知的解决方案中，用于在目标位置210产生多光子电离的处理光22的功率被增加。在根据本发明的实施例中，反向散射探测光42被感测。当使用垂直于探测光12偏振方向的预定偏振方向感测反向散射探测光42时，传感器40仅感测反向散射探测光42的部分，对于该部分偏振方向由于皮肤组织200内的消偏振而改变。这样，在当前配置中反向散射探测光42的感测强度低时，在当前目标位置210聚焦时，消偏振同样低。当皮肤组织200在目标位置210的消偏振效果低时，具有相同偏振方向的光子数目相当高，这导致处理光22的最小功率，其可足以仍然产生多光子电离。如之前指出的，本发明人已发现，这种特定的偏振方向在皮肤组织200上的不同位置可以不同，并且因此根据本发明的皮肤处理装置100、102包括偏振调制器30，其被配置为局部调整线性偏振处理光22的偏振方向。

图4示出了用于控制根据本发明的皮肤处理装置100、102的流程图。这个流程图可在计算机程序产品中被编码，用于控制根据本发明的皮肤处理装置100、102。该流程图开始于步骤300“启动皮肤处理”，其中皮肤处理在皮肤处理装置100、102中被启动。接着，在步骤310“探测目标位置”中，该目标位置被探测以找到探测光12的消偏振处于最小值所在的最佳偏振方向P1。接着，该过程被分为两个流程，一个用于图1A和1B中所示的实施例(步骤320A、330A和340A)，其中皮肤处理装置100包括光源10，其强度可以被改变以产生探测光12和处理光22，一个用于图2A和2B所示的实施例(步骤320B、330B和340B)，其中皮肤处理装置102包括单独的探测光发射器10A和处理光发射器10B。观察用于图1A所示的实施例的流程，步骤320A“降低激光功率”控制皮肤处理装置100的光源10，以降低产生线性偏振探测光12的功率，其显著低于实现多光子电离所必需的功率。步骤330A“旋转偏振调制器”随后扫描所发射的线性偏振探测光12的偏振方向，并且步骤340A“找到最小消偏振”找到在探测光12的消偏振中提供最小值的偏振方向-即最佳偏振方向P1。观察用于图2A所示的实施例的流程，步骤320B“启动探测激光”控制光源10的探测光发射器10A以便以显著低于实现多光子电离所必需功率的功率水平发射探测光12。步骤330B“旋转偏振调制器”和步骤340B“找到最小消偏振”与步骤330A和340A是相同的，并随后扫描所发射的线性偏振探测光12的偏振方向，并找到在探测光12消偏振中提供最小值的偏振方向。接下来，在步骤350中“启动处理激光”，处理光发射器10B被启动，或光源10的强度水平被提高到处于或高于多光子电离可在皮肤组织200中出现的强度水平。随后，在步骤360“感测多光子过程？”中，多光子过程的发生被感测。如果没有多光子过程被感测到(用“N”表示)，皮肤处理装置100、102可以或者移动到步骤355“改变功率”，其中处理光22的功率被增加，在这之后处理光发射器10B在步骤350中被重新启动。可替代地，皮肤处理装置100、102可以在步骤365“改变深度”中改变目标位置210的深度，在此之后，过程返回到改变的目标位置210的探测步骤310。如果在步骤360中，多光子过程被感测到(用“Y”表示)，过程可推进到步骤370“下一个位置？”，在其中检查皮肤处理是否应在不同位置继续。如果不是(用“N”表示)，则过程在步骤380“停止”处停止。如果其他位置需要被处理(用“Y”表示)，该过程以步骤375“改变位置”继续，其中皮肤处理装置100、102相对于皮肤表面的位置被改变，并且再次所述过程在这个改变的位置返回到探测步骤310。

总之，本发明提供了一种非侵入性的皮肤处理装置100，其包括：光源10，其被构造和配置用于产生线性偏振探测光12和线性偏振处理光22；偏振调制器30，其被构造和配置用于控制探测光的偏振方向及处理光的偏振方向；偏振敏感传感器40，其被构造和配置用于通过在偏振敏感传感器的预定偏振方向上感测来自目标位置210的反向散射探测光42的强度，感测探测光的消偏振水平；和控制器60，其被配置为用于在预定范围内扫描探测光的偏振方向，同时接收测量信号Sm并用于选择最佳偏振方向P1，对于该最佳偏振方向，探测光的消偏振处于最小值。本发明还提供了一种用于控制皮肤处理装置的计算机程序产品。

应当指出的是，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多替代实施例。

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”及其变化形式并不排除权利要求中所列之外的元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个这样的元件的存在。本发明可以通过包括若干不同元件的硬件，以及通过适当编程的计算机来实现。在设备权利要求中列举了若干装置，这些装置中的几个可以由一个以及相同的硬件项目来体现。某些措施在相互不同的从属权利要求中被列举这一单纯事实并不表示这些措施的组合不能被利用。

Claims (14)

1.一种皮肤处理装置(100、102)，使用偏振光在皮肤组织(200)中的目标位置(210)启动多光子电离过程，所述皮肤处理装置(100、102)包括：

光源(10)，其被构造和配置用于产生线性偏振探测光(12)和线性偏振处理光(22)；

偏振调制器(30)，其被构造和配置用于控制所述探测光(12)的偏振方向和所述处理光(22)的偏振方向；

偏振敏感传感器(40)，其被构造和配置用于通过在所述偏振敏感传感器(40)的预定偏振方向上感测来自所述目标位置(210)的反向散射探测光(42)的强度，来感测所述探测光的消偏振水平；和

控制器(60)，其被构造和配置用于从所述传感器(40)接收测量信号(Sm)并提供控制信号(Sc)到所述偏振调制器(30)和所述光源(10)，所述控制器(60)被配置用于控制所述偏振调制器(30)，以在偏振方向的预定范围内扫描所述探测光(12)的偏振方向，同时接收所述测量信号(Sm)，并用于选择最佳偏振方向(P1)，对于所述最佳偏振方向所述探测光(12)的消偏振水平处于最小值。

2.根据权利要求1所述的皮肤处理装置(100、102)，其中所述控制器(60)被构造和配置用于控制所述偏振调制器，以将所选择的最佳偏振方向设定为在所述目标位置(210)的所述处理光(22)的偏振方向，从而用于产生所述多光子电离过程。

3.根据权利要求1或2所述的皮肤处理装置(100、102)，其中所述皮肤处理装置(100、102)被配置和构造成在所述探测光(12)的偏振方向的扫描期间保持所述偏振敏感传感器(40)的预定偏振方向平行于所述探测光(12)的偏振方向，所述最佳偏振方向(P1)被选择为所述探测光(12)的偏振方向，对于所述偏振方向，在所述探测光(12)的偏振方向的预定范围内看，所感测到的反向散射探测光(42)的强度处于最大值，或其中所述皮肤处理装置(100、102)被配置并构造成在所述探测光(12)的偏振方向的扫描期间保持所述偏振敏感传感器(40)的预定偏振方向垂直于所述探测光(12)的偏振方向，所述最佳偏振方向(P1)被选择为所述探测光(12)的偏振方向，对于所述偏振方向，在所述探测光(12)的偏振方向的预定范围内看，所感测到的反向散射探测光(42)的强度处于最小值。

4.根据权利要求3所述的皮肤处理装置(100、102)，其中所述偏振调制器(30)被定位在所述目标位置(210)和所述偏振敏感传感器(40)之间，使得所述反向散射探测光(42)经由所述偏振调制器(30)被发送到所述偏振敏感传感器(40)。

5.根据权利要求1所述的皮肤处理装置(100、102)，其中所述皮肤处理装置(100、102)包括：光学系统(70)，其用于将所述探测光(12)和/或所述处理光(22)聚集到所述皮肤组织(200)内部的所述目标位置(210)，并且其中所述控制器(60)被连接到所述光学系统(70)，并且被配置和构造用于在所述预定范围内重新启动所述探测光(12)的偏振方向的扫描，以响应于在所述皮肤组织(200)内部的所述目标位置(210)相对于皮肤表面的深度变化，重新选择所述最佳偏振方向(P1)。

6.根据权利要求1或2所述的皮肤处理装置(100、102)，其中所述控制器(60)被连接到运动传感器(80)，所述运动传感器用于感测所述皮肤处理装置(100、102)平行于皮肤表面的运动，并且其中所述控制器(60)被配置和构造用于在所述预定范围内重新启动所述探测光(12)的偏振方向的扫描，以响应于所述皮肤处理装置(100、102)沿所述皮肤表面的位置变化，重新选择所述最佳偏振方向(P1)。

7.根据权利要求1所述的皮肤处理装置(100、102)，其中探测光功率水平低于用于所述多光子电离过程所需的处理光功率水平。

8.根据权利要求1所述的皮肤处理装置(100、102)，其中所述光源(10)包括用于产生所述线性偏振探测光(12)的探测光发射器(10A)，并且包括用于产生所述线性偏振处理光(22)的处理光发射器(10B)。

9.根据权利要求1所述的皮肤处理装置(100、102)，其中所述皮肤处理装置(100、102)包括用于感测在所述目标位置的所述多光子电离过程发生的另外的传感器(82)。

10.根据权利要求9所述的皮肤处理装置(100、102)，其中所述控制器(60)被连接到所述另外的传感器(82)，用于当所述目标位置(210)被暴露于所述线性偏振处理光(22)时，感测所述多光子电离过程的发生，并且其中所述控制器(60)被构造成，当没有多光子电离过程被感测到时，

调整所述线性偏振处理光(22)的功率水平，或

降低所述皮肤组织(200)内部的所述目标位置(210)相对于皮肤表面的深度。

11.根据权利要求10所述的皮肤处理装置(100、102)，其中所述另外的传感器(82)从列表中选择，所述列表包括：光电检测器、与CCD照相机组合的光栅、和声传感器。

12.根据权利要求1所述的皮肤处理装置(100、102)，其中所述目标位置(210)在皮肤表面下方的0和2mm之间，或其中所述目标位置(210)在所述皮肤表面下方的0.5和1.5mm之间。

13.一种计算机程序产品，其被配置用于控制根据权利要求1至12中的任一项所述的皮肤处理装置(100、102)，其中所述计算机程序控制所述皮肤处理装置(100、102)的所述控制器(60)，用于执行以下步骤：

使用所述光源(10)产生和发射朝向皮肤组织(200)中的所述目标位置(210)的所述线性偏振探测光(12)，

使用所述偏振调制器(30)在所述预定范围内扫描所述探测光(12)的偏振方向，同时从所述偏振敏感传感器(40)接收测量信号(Sm)，和

选择所述最佳偏振方向(P1)，对于所述最佳偏振方向所述探测光的消偏振处于最小值。

14.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述计算机程序进一步控制所述控制器(60)用于执行以下步骤：

使用所述偏振调制器(30)，将所选择的最佳偏振方向(P1)设定为在所述目标位置(210)的所述处理光(22)的偏振方向，和

使用所述光源(10)产生和发射朝向所述目标位置(210)的所述线性偏振处理光(22)，用于产生所述多光子电离过程。