CN105722472B - 用于基于多光子电离的皮肤处理的皮肤处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于在皮肤组织(102)中的目标位置(110)产生多光子电离过程的非侵入性皮肤处理设备(200)。所述皮肤处理设备(200)包括被配置和构造用于产生激光束(106)的激光源(105)，将所述激光束聚焦到皮肤表面(103)下方的目标位置的光学系统(109、112)，以及等离子体单元(117)，其被配置和构造用于产生等离子体(100)使得，在使用中，等离子体的至少一部分穿透所述皮肤组织，用于在目标位置生成至少一个自由电子。皮肤处理设备还包括控制单元(123)，其被配置和构造成用于控制所述激光源和所述等离子体单元使得，在使用中，激光束的光的至少一部分被在所述目标位置产生的所述至少一个自由电子吸收，由此产生多光子电离过程。在产生多光子电离过程中利用等离子体的结果是，产生多光子电离过程所需的整体激光束强度，与仅使用激光束产生多光子电离过程的皮肤处理设备相比被减少。
Description
技术领域
本发明通常涉及使用激光的皮肤处理，并且更具体地涉及用于在皮肤组织中的目标位置产生多光子电离过程的皮肤处理装置。
背景技术
通过预防或减少皮肤皱纹来维持年轻外表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 2008/001284 A2中已知的技术之一是，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(LIOB)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，其在激光的功率密度的某一阈值之上发生于激光束的焦斑中。这种强烈的吸收会产生局部等离子体，其能够在所述等离子体的位置破坏或甚至去除组织。这是由二次主要机械效果，例如所产生的等离子体的快速膨胀引起的。这种效果非常局部，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，其甚至更强烈地吸收激光。换句话说，效果诸如LIOB只发生在焦斑处，而在焦斑上方和下方没有或非常弱的效果发生。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。
通过多光子电离的激光皮肤烧蚀，诸如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)。这种通过电离的所谓种子电子或自由电子的产生需要具有相同偏振的多个光子(N)，其在空间(焦体积)和时间(约毫微到毫微微秒)上被限制，总能量超过材料的电离势(Nhν>Δ)。在皮肤内部深层实现多光子电离是一种挑战性任务。
US2013/0199540 A1公开了一种用于活组织的等离子体处理的设备，其具有用于产生大气压等离子体射流的等离子体源，用于包括待处理组织的身体部分的支撑装置，用于相对于组织表面移动等离子体源的移动装置，和用于控制移动装置且用于控制等离子体源的操作的控制装置，其中，控制装置具有用于作为相对于组织的位置函数调节等离子体输出的装置。在一个实施例中，该设备具有用于测量等离子体射流的出口开口的前端和待处理对象之间的距离的光学装置。所述光学装置包括激光源，其产生通过形成在等离子体发生器的内部电极中的通道朝向待处理对象被引导的激光束。由所述对象反射的激光束在相反的方向上被引导通过通道，并通过输出耦合镜反射到光传感器。在另一个实施例中，在等离子体处理之前、期间和之后，热处理、光处理和/或激光处理可以进行。这些额外的处理可以支持并延伸等离子体处理的工作方式。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于在皮肤组织中的目标位置产生多光子电离过程的非侵入性皮肤处理设备，借助该设备多光子电离过程以相对低的光强度产生。
根据本发明，这个目的是通过一种皮肤处理设备实现的，其包括：
激光源，其被配置并构造为用于产生处理激光束，
光学系统，其被配置并构造成使得，在使用中，处理激光束被聚焦到皮肤组织中的目标位置的焦斑中，
等离子体单元，其被配置并构造为用于产生等离子体使得，在使用中，等离子体的至少一部分穿透皮肤组织，并且在皮肤组织中的目标位置生成至少一个自由电子，和
控制单元，其被配置并构造为用于控制激光源和等离子单元，
其中激光源和光学系统被配置和构造成使得，在使用中，在皮肤组织的焦斑中的处理激光束的功率密度低于对于皮肤组织的第一功率密度阈值，高于该阈值，自由电子在皮肤组织内通过存在于处理激光束中的光子的吸收生成，并在焦斑中的处理激光束的功率密度高于对于皮肤组织的第二功率密度阈值，高于该阈值，雪崩电离过程在皮肤组织内由存在于处理激光束中的光子的自由电子通过逆轫致辐射吸收产生。
本发明是基于这样的认识，用于在皮肤组织内产生种子电子或自由电子所需的激光束强度，也就是激光束在焦斑中的功率密度，与在多光子电离过程中产生后续雪崩电离过程所需的激光束强度相比显著更高。发明人已经认识到，通过在皮肤表面附近提供等离子体，用于产生多光子电离过程所需的整体激光束强度被降低。在皮肤表面附近提供的等离子体穿透皮肤组织并在目标位置产生至少一个自由电子。由等离子体在目标位置产生的所述至少一个自由电子随后充当用于电离过程的种子电子。处理激光束的光的至少一部分，其被聚焦到目标位置，将被等离子体所产生的种子电子吸收以在皮肤组织内部发起雪崩电离过程。这样，由于产生用于多光子电离过程的种子电子的等离子体的存在，用于产生多光子电离过程所需的处理激光束强度与单独由激光产生而不存在等离子体的多光子电离过程相比被减小。
在皮肤组织内部产生损伤的多光子电离过程要求高的光强度，即高的激光束的功率密度，例如1013W/cm2的数量级。多光子电离过程实际上是两步骤的过程，其中在第一步骤中，经由具有相同偏振状态的多个光子的吸收产生自由电子或种子电子。在第二步骤中，通过种子电子的借助光子的逆轫致辐射吸收产生雪崩电离过程。产生种子电子所需的激光束强度阈值与产生雪崩电离过程所需的激光束强度阈值相比显著更高。通过多光子电离的种子电子生成是介质特性和光束特性两者的函数。当偏振光被聚焦到如皮肤的混浊介质内部时，在焦斑中具有相同偏振的光子的部分显著降低。这是由光子(中的一些)因皮肤组织的高NA聚焦、多重散射和双折射引起的偏振变化造成的。用于借助已知皮肤处理设备产生多光子电离过程所需的相对高的激光束强度阈值，应至少部分地补偿可用于在皮肤组织中目标位置的多光子电离的具有相同偏振的光子数量的减少。用于发起和产生此多光子电离过程所需要的该相对高的强度阈值也增加了对周围组织的附带损害的风险，并且显著增加了已知皮肤处理设备的总功率要求。通过使用等离子体，其在皮肤表面附近被产生并穿透皮肤组织以在皮肤组织中的目标位置生成至少一个自由电子，用于产生多光子电离过程所需的处理激光束强度的降低被实现以达远低于使用已知皮肤处理设备时所需的激光束强度阈值的水平。
在根据本发明的皮肤处理装置的一个实施例中，控制单元被配置和构造为仅在已经由等离子体单元产生等离子体后，激活激光源产生处理激光束。这样，由等离子体单元产生的等离子体能够穿透皮肤组织，以在目标位置提供至少一个自由电子。
在根据本发明的皮肤处理装置的又一个实施例中，皮肤处理装置还包括由控制单元控制的电场发生器，其中电场发生器被配置并构造成用于在使用中产生电场以朝向目标位置引导等离子体。除了朝向目标位置引导等离子体，电场可以被配置和构造成也迫使等离子体的至少一些进入皮肤组织以到达目标位置，并在目标位置提供至少一个自由电子。在本实施例中，控制单元可以被配置和构造用于调节由电场发生器产生的电场的强度，以达到等离子体朝向目标位置的期望的穿透深度和/或期望穿透速度。例如，当皮肤处理设备的处理激光束扫描过皮肤表面用于相对大区域的处理时，电场强度可以被调整或适配于遵守在处理过程中用户所使用的扫描速度。
在根据本发明的皮肤处理装置的一个实施例中，等离子体单元包括其中产生等离子体的等离子体通道。在本实施例中，在使用中，流体朝向皮肤表面流经等离子体通道，流体的至少一部分在等离子体通道中被转换成等离子体。朝向皮肤表面流经等离子体通道的流体将导致等离子体流或甚至等离子体射流，其可以被引导到皮肤组织的表面，并且其也可以用于改善等离子体朝向目标位置的穿透深度和穿透速度。在根据本发明的皮肤处理设备的另一实施例中，等离子体通道包括用于朝向皮肤表面发射等离子体的出口，出口被配置和构造成用于朝向皮肤组织内的目标位置引导等离子体。出口可以例如包括喷嘴，等离子体射流可以从其被发射并且其可以被用于朝向皮肤组织内部的目标位置引导等离子体射流。当皮肤处理装置在使用中时，流体可以以每分钟2和20标准公升之间的流速流过等离子体通道或，例如，在以每分钟5和10标准公升之间的流速流过等离子体通道。优选地，流体包括惰性气体，诸如例如氩。使用惰性气体将防止在目标位置由等离子体产生至少一个自由电子或种子电子的过程中发生任何不希望的化学反应。例如，氩气的使用导致相对有成本效益的解决方案，因为相对于其他惰性气体，氩气是比较便宜的。
在根据本发明的皮肤处理装置的一个实施例中，等离子体单元在皮肤表面处或附近包括等离子体发生装置，用于在皮肤表面处或附近产生等离子体。这种等离子体发生装置，例如可以是布置在皮肤表面处或附近的电极。这种电极可以例如电离周围的空气以在皮肤表面处或附近产生等离子体。
在皮肤处理装置的一个实施例中，等离子体单元被配置为生成直接等离子体、间接等离子体和/或混合等离子体。在直接等离子体中，皮肤组织用作电极并且电流流过身体。等离子体单元可以例如包括介质阻挡放电装置。在这样的直接等离子体中被电离的流体，例如是在介质阻挡放电装置附近的环境空气。间接等离子体在远离皮肤组织的位置，例如使用两个电极产生，流体通过这两个电极流动到目标位置。此流体可以例如是空气或优选惰性气体。在这样的实施例中，等离子体单元可以例如包括等离子体焰炬。该混合等离子体具有产生直接等离子体的模式，并具有间接等离子体的特性。由于使用具有低电阻的接地电极网，没有电流流过皮肤组织。等离子体单元可以例如包括阻挡电晕放电装置。
在皮肤处理装置的一个实施例中，由等离子体单元产生的等离子体包含非热等离子体。在非热等离子体或“冷”等离子体中，只有流体的部分被电离。为安全起见，非热等离子体是优选的，因为它通常具有相对低的温度，通常在室温附近，而它被充分电离以在目标位置产生至少一个自由电子。可替代地，可以使用热等离子体。
在皮肤处理装置的一个实施例中，光学系统被配置并构造成在皮肤组织内部的多个目标位置产生多个焦斑，等离子体单元被配置和构造成在皮肤表面附近产生等离子体使得，在使用中，等离子体的至少一部分穿透皮肤组织，用于在所述多个目标位置中的每个中产生至少一个自由电子。在本实施例中，可以在相对大面积的皮肤表面上发生等离子体进入皮肤组织的穿透。单个等离子体单元可被用于在所述多个目标位置中的每个目标位置产生至少一个自由电子，其可以在相对大的处理区域上被分布。例如，该皮肤处理设备可以包括扫描系统，处理激光束可以通过该扫描系统被扫描并聚焦在皮肤组织内部的多个相邻目标位置中。扫描系统可以例如包括布置在皮肤处理设备内部的扫描反射镜装置。这样的提供相对大处理区域的皮肤处理设备可以包括单个等离子体单元，其基本上覆盖整个处理区域并且在处理区域内部的多个目标位置中的每个位置处提供至少一个自由电子。可替代地，皮肤处理设备可以包括一个以上等离子体单元。使用一个以上的等离子体单元是有利的，例如，当处理区域变得过大难以由单个等离子单元覆盖时，或者在皮肤处理设备的扫描系统的扫描速度比较高使得等离子体优选更靠近目标位置产生时。
附图说明
图1示出光诱导光学击穿过程的示意图。
图2示意性示出了根据本发明的皮肤处理设备的第一实施例，
图3A、3B和3C分别示意性示出了根据本发明的皮肤处理设备的第二、第三和第四实施例，以及
图4示出了测量结果，其比较了使用和不使用等离子体的情况下用于不同流速的氩气的产生光诱导光学击穿过程所需的激光功率强度阈值。
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1示出了光诱导光学击穿过程的示意图300。在皮肤组织内部产生损伤的多光子电离需要1013W/cm2的数量级的高光强度。如前所说明并如图1所示，多光子电离过程实际上是两步骤过程，其中，在第一步骤310中，种子电子经由具有相同偏振状态的多个光子的吸收产生。在第二步骤320中，由种子电子通过光子的逆轫致辐射吸收产生电离雪崩。在皮肤组织中产生种子电子的激光束强度阈值Ith1，即用于皮肤组织的第一功率密度阈值特性，比在皮肤组织中产生电离雪崩的激光束强度Ith2，即用于皮肤组织的第二功率密度阈值特性显著更高。用于引发多光子电离过程的相对高激光束强度阈Ith1通常被需要以用于产生种子电子。具有相同偏振的多个光子(6和12个光子之间)不得不被吸收以释放种子电子，而皮肤特性和高NA聚焦已聚焦的激光束的消偏振部分的要求，导致激光的进入，其需要在目标位置110被聚焦，以释放种子电子。一旦种子电子在目标位置110中被释放，种子电子将吸收由激光束提供的光子的逆轫致辐射的部分，以产生雪崩电离过程。根据本发明，通过使用在皮肤表面处或附近提供或产生的等离子体，并允许所述等离子体穿透皮肤组织，以在目标位置提供至少一个自由电子，将实现用于产生多光子电离过程的激光束强度的降低。具体地，多光子电离过程通过以下方式实现，配置和构造激光源和光学系统使得，在使用中，在皮肤组织内的处理激光束的焦斑中的处理激光束功率密度(W/cm2)低于用于皮肤组织(102)的所述第一功率密度阈值(Ith1)，并且在焦斑中的处理激光束(106)的功率密度(W/cm2)高于用于皮肤组织(102)的所述第二功率密度阈值(Ith2)。
图2示意性示出了根据本发明的皮肤处理装置200的第一实施例。如图2所示的本第一实施例包括激光源105、激光扫描单元107、光束整形系统109、等离子体单元117、等离子激光聚焦单元111A和控制单元123。激光源105发射呈激光脉冲形式的激光束106，例如来自于Nd:YAG激光器的超短激光脉冲，其发射光的波长为1064纳米并其且脉冲持续时间为1至1000皮秒之间。当然也可以使用具有不同波长的激光束106。如在图2中所示的皮肤处理设备200还包括激光扫描单元107，其对这样的皮肤处理设备200是可选的。这样的激光扫描单元107通常包括例如在皮肤处理设备200的处理区域内(未示出)的一个或多个可动反射镜108，其被配置用来扫描激光束106。一个或多个可动反射镜108可以被布置在旋转轮(未示出，但通常表示为轴棱镜轮)上，或者可以是在一个、两个或三个维度上可动的反射镜108。光束整形系统109被配置成修改激光束106的轮廓，例如使用扩展透镜109a扩展激光束106，并且随后使用准直透镜109b将扩展的激光束106聚焦到皮肤组织102内。等离子体单元117包括电源119、气体源121和等离子体通道118。电源119提供例如高电压的电能，其中电能可例如是在从直流(也进一步表示为DC)到射频(也进一步表示为RF)的频率输出范围内被调频的。气体源121使用电源119提供流体，例如，在等离子体通道118中被转换成等离子体100的气体。这种气体的一个例子可以是氩，其在目前的实施例中流入等离子体通道118。然而，也可使用其它气体，优选其他惰性气体。可替代地，等离子体单元117可以电离在皮肤表面103处或附近的环境空气，以在皮肤表面103处或附近产生等离子体。
在当前实施例中，氩气的至少一部分被转换成等离子体100以在皮肤表面103上方产生等离子射流。等离子体100随后穿透进入皮肤组织102，在激光目标位置110在皮肤组织102内部提供自由电子。在根据本发明的皮肤处理装置200中，等离子体激光聚焦单元111A包括激光聚焦系统112和等离子体100发生和引导系统。激光聚焦系统112，例如包括单个高NA聚焦透镜112，以将激光束106聚焦到皮肤表面103下方的目标位置110。等离子体发生系统包括阳极113，其被布置在等离子体通道118的中心部，其随后由接地阴极114包围，例如覆盖等离子体通道118的内壁的一部分。最后，等离子体激光聚焦单元111A的实施例包括绝缘处理头116，其在使用中与皮肤表面103接触。
在图2所示的实施例中，激光聚焦系统112是疏水凸形聚焦透镜112，优选具有接近皮肤的折射指数(例如：聚甲基丙烯酸甲酯，CR-39)。在实施例的使用过程中，光耦合介质124可以被布置在凸形聚焦透镜112和皮肤表面103之间，例如优选厚度在微米量级的低粘性油124的薄层，并且再次其折射指数接近皮肤的折射指数并接近凸形聚焦透镜112的折射指数。这样的光学耦合介质124可，例如在基于激光的皮肤处理被启动前应用。在使用中，凸形聚焦透镜112使用其凸面接触皮肤表面103并且局部拉伸皮肤表面103。光耦合介质124的存在将进一步拉平皮肤表面103，以通过充填在拉伸的皮肤表面103中仍然存在的微观间隙减少微粗糙度。通过光耦合介质124的该微观间隙填充可以归因于毛细管作用，并将提高激光束到皮肤组织102中的耦合。
皮肤处理装置200还包括控制单元123，其控制激光源105和等离子体单元117。控制单元123，例如，控制激光源105的输出功率，并控制激光扫描单元的扫描参数107，并且还控制激光聚焦系统112，例如，以确定该激光束106在操作中被聚焦的目标位置110的深度。该控制单元123还控制等离子体单元117，例如，从气体源121进入等离子体通道118的气流115，以及例如施加在等离子体通道118中以产生朝向皮肤表面103的等离子体射流的等离子体电压。
皮肤处理装置200可以进一步包括电场发生器(未示出)，用于，例如朝向目标位置110引导等离子体100。这样的电场发生器可以进一步被用来加速等离子体100中的离子，从而推动或驱动等离子体进入皮肤组织102。该电场发生器因此可用于增加等离子体100进入皮肤组织102的穿透速度和/或可用于增加等离子体100进入皮肤组织102的穿透深度。
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Nd:YAG激光器被使用，其具有在1064nm的发射波长和1-1000ps的脉冲持续时间。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，其将意外损坏周围组织的危险降至最低。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，在激光束脉冲中可传递的能量水平处于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，如对于深达2mm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，只要脉冲产生多光子现象。
皮肤包括具有不同光学特性的多层。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，其妨碍了皮肤处理设备200与皮肤组织102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200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上覆皮肤层、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，即具有大收敛角，以及因此具有光学系统的大数值孔径的激光束来实现。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的数值孔径足以用于0.5mm的处理深度以及等离子体(在焦点)中1mJ的能量，而更高的NA被需要以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，在较大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，并最小化对皮肤表面层的热负荷。
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，这将导致用于1mJ和0.5mm的处理深度的，特别地，至少11°(半角)的优选的激光束顶角。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，更特别地为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和0.2mm之间，和2mm的真皮层典型厚度。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这样一个范围，其允许具有足够膨胀的真皮处理，而对周围层诸如表皮又没有任何风险。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设置。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，诸如超声波诊断装置，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)。
图3A、3B和3C图解示出了根据本发明的皮肤处理装置200的第二、第三和第四实施例。在图3A、3B和3C中，只有不同实施例的等离子体激光聚焦单元111B、111C、111D分别被示出。所有其它元件诸如激光源105、激光扫描单元107、光束整形系统109、等离子体单元117和控制单元123可以类似于或相同于图2所示的实施例。
对比于图2所示的实施例，在图3A中所示的等离子体激光聚焦单元111B包括用于产生等离子体100的介质阻挡放电系统。介质阻挡放电的特征在于经由放电空间从阳极113延伸至阴极114的放电路径中的一个或多个电介质层104的存在。阳极113、阴极114和电介质层104的不同配置也是可能的。例如，平面结构包括形成阳极113和阴极114的平行板，其由电介质层104和放电空间间隔开。可替代地，圆柱形结构可以使用，其中阳极113和阴极114被同轴地布置(未示出)并且电介质管(未示出)被布置在它们之间，在其内产生放电(以及因此产生等离子体100)。在图3A中，等离子体100被形成在包括附接在其上的电介质层104的阳极113和被电耦合到接地阴极114的皮肤表面103之间。
在如图3B所示的皮肤处理设备200的等离子体激光聚焦单元111C的第三实施例中，等离子体激光聚焦单元111C包括居中阳极113，其至少部分地由管状阴极114包围，从而形成位于等离子体激光聚焦单元111C的中心的等离子体通道118。在当前实施例中，激光束整形系统109(在图3B中未示出)产生环状激光光束106，其穿过等离子体通道118周围的等离子体激光聚焦单元111C。单焦点透镜系统112存在，用于聚焦环状激光束106到皮肤组织102内的目标位置110。
在如图3C所示的皮肤处理设备200的等离子体激光聚焦单元111D的第四实施例中，等离子体激光聚焦单元111D再次包括居中阳极113，类似于图3B中的实施例，其至少部分地由管状阴极114包围，从而形成位于等离子体激光聚焦单元111D的中心的等离子体通道118。然而，激光束整形系统109(在图3C中未示出)现在产生围绕等离子体通道118布置的多个激光束106a、106b。聚焦系统112现在包括多个透镜112a和112b，其每个透镜聚焦多个激光束106a和106b中的一个到各自的目标位置110a和110b内。当根据本发明的等离子激光聚焦单元111D例如产生两个激光束106a、106b时，激光束106a、106b和与它们相关联的透镜112a、112b一起，可以被配置为例如通过旋转透镜管夹持器130围绕等离子体激光聚焦单元111D的等离子体通道118转动，以提供多个激光束106a、106b在皮肤组织102中的旋转扫描。这可能导致圆形图案的损伤形成。通过配置皮肤处理装置200，以便附加地，例如，在垂直于皮肤表面103的方向上扫描激光束106a、106b的焦点，螺旋形损伤可在皮肤组织102内部被形成。
图4示出了测量结果，其比较了使用和不使用等离子体的情况下用于不同流量的氩气的光诱导光学击穿(进一步也表示为LIOB)过程的辐照度阈值。在图4A的曲线图的水平轴上，不同的氩气流量分三个台阶被示出，从每分钟3标准公升经由每分钟5.4标准公升到每分钟7.5标准公升。竖轴表示用于在皮肤组织102内部产生多光子电离过程所需的LIOB辐照度阈值。对于不同的氩气流量中的每个，结果的四个条形组被示出围绕氩气流量居中。各组中的黑色最左边条表示在目标位置没有等离子体100被使用时的激光束强度。在各组中从左边起的第二、第三和第四条表示在等离子体的存在下所需要的辐照度阈值，等离子体使用不同的电压(分别为6伏、4伏和2伏)来产生。
图4所示的结果使用具有石英毛细管(内径1.6mm)的等离子体单元117产生，其中安装有居中电极113(直径1mm)。在连续工作模式，高频(HF)电压(1.1MHz，2-6kVpp)被耦合到销型电极113。等离子体100由居中电极的顶端生成并扩展到喷嘴外部的周围空气。在3.5W的最大输入DC功率下，激发的等离子体射流具有高达12mm的长度，并且自由电子密度在1012至1014cm-3的范围内。使用这样的等离子体单元117表明，对于皮肤组织102内部的多光子电离所需的激光脉冲能量最多被减少70％。
总之，本发明提供一种用于在皮肤组织102中的目标位置110产生多光子电离过程的非侵入性皮肤处理设备200。皮肤处理设备200包括被配置和构造用于产生激光束106的激光源105，用于将处理激光束106聚焦到皮肤表面103下方的目标位置110的光学系统109、112，以及等离子体装置117，其被配置和构造用于产生等离子体100使得，在使用中，至少一部分等离子体100穿透皮肤组织102，用于在目标位置110处生成至少一个自由电子。皮肤处理设备还包括控制单元123，其被配置和构造用于控制激光源105和等离子体单元117，使得在使用中，处理激光束的光的至少一部分在目标位置110被所述至少一个自由电子吸收，由此产生多光子电离过程。在产生多光子电离过程中使用等离子的结果是，产生多光子电离过程所需的处理激光束的总强度，与当仅使用激光束产生多光子电离过程相比被减少。
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)
1.一种皮肤处理设备(200)，用于在皮肤组织(102)中的目标位置(110)产生多光子电离过程，所述皮肤处理设备(200)包括：
激光源(105)，其被配置并构造为用于产生处理激光束(106)；
光学系统(109、112)，其被配置并构造为使得，在使用时，所述处理激光束(106)被聚焦到所述皮肤组织(102)中的所述目标位置(110)的焦斑内，
等离子体单元(117)，其被配置并构造为用于产生等离子体(100)使得，在使用中，所述等离子体(100)的至少一部分穿透所述皮肤组织(102)，并且在所述皮肤组织(102)中的所述目标位置(110)生成至少一个自由电子，和
控制单元(123)，其被配置并构造为用于控制所述激光源(105)和所述等离子单元(117)，
其特征在于，所述激光源(105)和所述光学系统(109、112)被配置并构造成使得，在使用时，在所述皮肤组织(102)中的所述焦斑内的所述处理激光束(106)的功率密度低于用于所述皮肤组织(102)的第一功率密度阈值(Ith1)，高于该第一功率密度阈值，自由电子在所述皮肤组织(102)内通过吸收存在于所述处理激光束(106)中的光子而产生，并且在所述焦斑内的所述处理激光束(106)的功率密度高于用于所述皮肤组织(102)的第二功率密度阈值(Ith2)，高于该第二功率密度阈值雪崩电离过程在所述皮肤组织(102)内由存在于所述处理激光束(106)中的光子的自由电子通过逆轫致辐射吸收而产生。
2.根据权利要求1所述的皮肤处理设备(200)，其中所述控制单元(123)被配置并构造为激活所述激光源(105)以仅在由所述等离子体单元(117)产生所述等离子体(100)之后，产生所述处理激光束(106)。
3.根据权利要求1所述的皮肤处理设备(200)，其中所述皮肤处理设备(200)还包括由所述控制单元(123)控制的电场发生器，其中所述电场发生器被配置并构造为用于在使用中产生电场，以朝向所述目标位置(110)引导所述等离子体(100)。
4.根据权利要求3所述的皮肤处理设备(200)，其中所述控制单元被配置并构造为调节由所述电场发生器所产生的电场的强度，以达到所述等离子体(100)朝向所述目标位置(110)的期望的穿透深度和/或期望的穿透速度。
5.根据权利要求1所述的皮肤处理设备(200)，其中所述等离子体单元(117)包括等离子体通道(118)，在所述等离子体通道中所述等离子体(100)被产生，并且其中，在使用中，流体经过所述等离子体通道(118)流向皮肤表面(103)，所述流体的至少一部分在所述等离子体通道(118)中被转换成所述等离子体(100)。
6.根据权利要求5所述的皮肤处理设备(200)，其中所述等离子体通道(118)包括用于朝向所述皮肤表面(103)发射所述等离子体(100)的出口，所述出口被配置并构造为用于朝向所述目标位置(110)引导所述等离子体(100)。
7.根据权利要求5所述的皮肤处理设备(200)，其中所述流体包括惰性气体。
8.根据权利要求1所述的皮肤处理设备(200)，其中所述等离子体单元(117)包括在皮肤表面(103)处或附近的等离子体发生装置(113、114)，用于在所述皮肤表面(103)处或附近产生所述等离子体(100)。
9.根据权利要求1所述的皮肤处理设备(200)，其中所述等离子体单元(117)被配置为生成直接等离子体、间接等离子体和/或混合等离子体。
10.根据权利要求1所述的皮肤处理设备(200)，其中由所述等离子体单元(117)产生的等离子体(100)包括非热等离子体。
11.根据权利要求1所述的皮肤处理设备(200)，其中所述光学系统(22)被配置并构造为在所述皮肤组织(102)内部的多个目标位置(110a、110b)产生多个焦斑(102)，所述等离子体单元(117)被配置并构造为在皮肤表面(103)附近产生所述等离子体(100)使得，在使用中，所述等离子体(100)的至少一部分穿透所述皮肤组织(102)，用于在所述多个目标位置(110a、110b)中的每个内产生至少一个自由电子。
12.根据权利要求11所述的皮肤处理设备(200)，其中所述皮肤处理设备(200)包括一个以上的等离子体单元(117)。
13.根据权利要求1所述的皮肤处理设备(200)，其中所述目标位置(110)处于皮肤表面下方0mm和2mm之间。
14.根据权利要求1所述的皮肤处理设备(200)，其中所述目标位置(110)处于皮肤表面下方0.5mm和1.5mm之间。
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