CN112996560A - 用于皮肤病治疗的脉冲激光系统 - Google Patents

用于皮肤病治疗的脉冲激光系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112996560A
CN112996560A CN201980074258.7A CN201980074258A CN112996560A CN 112996560 A CN112996560 A CN 112996560A CN 201980074258 A CN201980074258 A CN 201980074258A CN 112996560 A CN112996560 A CN 112996560A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
laser pulse
pulses
frequency signal
duration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201980074258.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112996560B (zh
Inventor
R·鲁瓦永
R·杜布拉斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Irisiome
Original Assignee
Irisiome
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Irisiome filed Critical Irisiome
Publication of CN112996560A publication Critical patent/CN112996560A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112996560B publication Critical patent/CN112996560B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/067—Radiation therapy using light using laser light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/203—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser applying laser energy to the outside of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/0613—Apparatus adapted for a specific treatment
    • A61N5/0616—Skin treatment other than tanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00137—Details of operation mode
    • A61B2017/00154—Details of operation mode pulsed
    • A61B2017/00172—Pulse trains, bursts, intermittent continuous operation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00137—Details of operation mode
    • A61B2017/00154—Details of operation mode pulsed
    • A61B2017/00181—Means for setting or varying the pulse energy
    • A61B2017/0019—Means for setting or varying the pulse width
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00315—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for treatment of particular body parts
    • A61B2018/00452—Skin
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00696—Controlled or regulated parameters
    • A61B2018/00702—Power or energy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00696—Controlled or regulated parameters
    • A61B2018/00761—Duration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B2018/2035—Beam shaping or redirecting; Optical components therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B2018/2035—Beam shaping or redirecting; Optical components therefor
    • A61B2018/20351—Scanning mechanisms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B2018/2035—Beam shaping or redirecting; Optical components therefor
    • A61B2018/20351—Scanning mechanisms
    • A61B2018/20355—Special scanning path or conditions, e.g. spiral, raster or providing spot overlap
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B2018/2035—Beam shaping or redirecting; Optical components therefor
    • A61B2018/20554—Arrangements for particular intensity distribution, e.g. tophat
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B2018/2035—Beam shaping or redirecting; Optical components therefor
    • A61B2018/205547—Controller with specific architecture or programmatic algorithm for directing scan path, spot size or shape, or spot intensity, fluence or irradiance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/0626—Monitoring, verifying, controlling systems and methods

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Laser Surgery Devices (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于皮肤病治疗的脉冲激光系统，其包括适于发射光脉冲光束(10)的光源(1)和适于生成第一重复频率(F1)处的激光脉冲光束(20)的光放大器系统(2)。根据本发明，激光脉冲(20)的持续时间(d)在100飞秒与100皮秒之间，第一重复频率(F1)在1kHz与10GHz之间，每个激光脉冲具有小于或等于1微焦耳的能量的量，以及脉冲激光系统还包括用于在时间上调制激光脉冲光束(20)的装置和/或用于在空间上调制激光脉冲光束(20)的装置，所述时间和/或空间调制装置适于减小被沉积在待处理的表面上的能量密度并生成在0.0001J/cm2与0.01J/cm2之间的能量密度。

Description

用于皮肤病治疗的脉冲激光系统
技术领域
本发明一般涉及激光系统领域。
更具体地，涉及一种用于被应用到人或动物身体的皮肤病治疗的脉冲激光系统。
背景技术
激光脉冲的使用在科学、工业或医疗领域中找到许多应用。
在皮肤病学中，不同的激光器用于许多应用，例如脱毛、嫩肤、色斑或纹身去除。
适用于皮肤病应用的大多数当前可用的激光器生成引起热光消融(photo-ablation)效应的长且高能的脉冲。在本文件中，“长脉冲”意味着持续时间长于几百皮秒(ps)的激光脉冲，通常为亚纳秒、纳秒或微秒持续时间的脉冲。“高能脉冲”意味着产生至少焦耳量级的能量的激光脉冲。产生这种长和高能的脉冲的激光器以低脉冲重复频率工作，通常低于10赫兹(Hz)，例如在1Hz与10Hz之间。
在大多数已知的皮肤病激光系统中，例如皮肤病学家的使用者握持手持件，该手持件允许他/她将长的、高能的和低重复频率的激光脉冲束施加到皮肤的待处理的区域。激光光束通常在直径为几毫米的圆形区域上扩展。当激光光束覆盖待处理的整个表面区域时，不需要移动激光光束。在某些情况下，使用者逐步地移动手持件以处理皮肤的另一区域。此外，光斑尺寸限制了这些激光处理的空间分辨率。
然而，这种激光系统的使用不是没有风险的，特别是容易使患者产生燃烧感觉的局部消融和/或过热。此外，皮肤病学中某些激光治疗的效率是不完美的，这需要几个激光治疗疗程，例如用于纹身去除。聚焦光斑以试图增加空间分辨率将需要增加激光强度，这将进一步增加过热风险。
最后，考虑到治疗的种类和皮肤的类型，通常需要具有几个特定的激光系统，每个系统专用于一种应用。
期望开发一种用于皮肤病应用的激光系统，其同时是更有效的、创伤较小的、具有更好的空间分辨率，同时降低患者的过热或燃烧风险。期望开发一种用于皮肤病治疗应用的激光系统，其比现有技术的激光系统更紧凑且更便宜。
发明内容
为了弥补现有技术的上述缺点，本发明提出了一种用于皮肤病治疗的脉冲激光系统，所述脉冲激光系统包括适于发射光脉冲光束的光源和适于接收所述光脉冲光束并生成第一重复频率处的激光脉冲光束的光放大器系统。
更具体地，根据本发明提出了一种用于皮肤病治疗的脉冲激光系统，其中，激光脉冲的持续时间在100飞秒与100皮秒之间，所述第一重复频率在1kHz与10GHz之间，每个激光脉冲具有小于或等于1微焦耳的能量的量，以及所述脉冲激光系统还包括用于在时间上调制所述激光脉冲光束的装置和/或用于在空间上调制所述激光脉冲光束的装置，这些时间和/或空间调制装置适于减小被沉积在待处理的表面区域上的能量密度并生成在0.0001J/cm2与0.01J/cm2之间的能量密度。
根据第一实施例，所述用于在时间上调制所述激光脉冲光束的装置包括声光调制器和发电机，所述声光调制器被布置在所述光放大器系统的输出处，所述发电机适于生成被施加到所述声光调制器的电极的射频信号，所述射频信号适于使得所述声光调制器选择激光脉冲突发。
根据第二实施例，所述光放大器系统包括光泵浦装置和电流电压源，并且所述用于在时间上调制所述激光脉冲光束的装置包括发电机，所述发电机适于生成被施加到所述光泵浦装置的所述电流-电压源的射频信号，所述射频信号适于使得所述光放大器系统生成激光脉冲突发。
特别有利地，所述发电机另外适于在时间上调制所述射频信号，以使得在强度上调制激光脉冲突发中的激光脉冲。
优选地，激光脉冲突发包括在100与1,000,000之间的数量N的激光脉冲的。
根据第三实施例，所述用于在空间上调制所述激光脉冲光束的装置包括光束扫描装置，所述光束扫描装置适于在所述待处理的表面区域中的感兴趣区域上移动所述激光脉冲光束，以使得限制被沉积在所述感兴趣区域中的能量密度。
特别有利地，所述光束扫描装置适于沿着两个横轴移动所述激光光束。
优选地，所述光束在所述感兴趣区域中的所述移动速度在0.1m/s与10m/s之间。
根据另一特定且有利的方面，所述激光系统还包括光学聚焦系统，所述光学聚焦系统适于将所述激光光束聚焦成直径低于约20mm的光斑。
单独地或根据所有技术上可能的组合地，根据本发明的用于皮肤病治疗的脉冲激光系统的其它非限制性和有利的特性如下：
-所述光源和所述光放大器系统适于发射波长在480nm与10,600nm之间的所述激光脉冲光束。
本发明还提出了一种用于生成用于皮肤病治疗的脉冲激光光束的方法，包括以下步骤：
-发射光脉冲光束并光学放大所述光脉冲光束以生成第一重复频率处的激光脉冲光束，激光脉冲的持续时间(d)在100飞秒与100皮秒之间，所述第一重复频率在1kHz与10GHz之间，每个激光脉冲具有小于或等于1微焦的能量的量，以及
-在时间上调制所述激光脉冲光束和/或在空间上调制所述激光脉冲光束，以使得减小被沉积在待处理的表面区域上的能量密度并生成在0.0001J/cm2与0.01J/cm2之间的能量密度。
附图说明
通过非限制性示例给出的结合附图的下方描述将允许对本发明由什么构成以及本发明如何实现的良好理解。
在附图中：
-图1示意性地示出了作为时间的函数的由高速率和长脉冲激光器产生的光强度；
-图2示意性地示出了根据第一实施例的激光系统；
-图3示意性地示出了根据第二实施例的激光系统；
-图4示意性地示出了根据第一实施例或第二实施例的作为时间的函数的由激光器产生的光强度的第一示例；
-图5示意性地示出了根据第一实施例或第二实施例的作为时间的函数的由激光器产生的光强度的第二示例；
-图6示意性地示出了根据第一实施例或第二实施例的作为时间的函数的由激光器产生的光强度的第三示例；
-图7示意性地示出了根据第三实施例的激光系统；
-图8示意性地示出了根据第三实施例的激光系统的操作。
具体实施方式
装置和方法
在图1中，示出了根据现有技术的作为时间的函数的由生成长脉冲的激光系统产生的光强度。激光脉冲11的持续时间被表示为d。对于长脉冲，该持续时间d长于100皮秒(ps)，通常是纳秒或微秒量级。激光脉冲11的重复周期被表示为T。重复周期T等于重复频率F的倒数。长激光脉冲11的重复周期T通常在10-1s与1s之间。换句话说，激光脉冲11的重复频率F在1Hz与10Hz之间。生成重复频率F处的长激光脉冲11的这种激光系统产生每脉冲毫焦耳或焦耳的量级的能量。激光脉冲入射到待处理的表面区域上的具有几毫米直径的大致圆形的扩展区域上。在常规的纹身去除应用中，激光光束的直径通常为5mm量级。在常规的脱毛应用中，激光光束的直径通常为18mm量级。
这样的激光系统持续给定的时间在每单位表面积生成一定量的能量的沉积。该能量沉积在0.1J/cm2与100J/cm2之间，并且通常是具有从～500ps到几纳秒的脉冲持续时间的每激光脉冲的1J/cm2的量级。待处理区域的处理持续时间通常在5分钟与60分钟之间。在该能量沉积范围中可能涉及不同的物理现象。对于具有比纳秒(10-9s)长的持续时间的激光脉冲11，认为激光脉冲光束的吸收是线性的并且引起组织的光消融。对于具有短于纳秒(10- 9s)的持续时间和1J/cm2的量级的能量密度的激光脉冲11，认为激光脉冲光束的吸收是非线性的并且引起组织的光破坏。
本公开提出了使用短或超短激光脉冲的不同激光系统，其持续时间d介于约100飞秒与100皮秒之间，且优选地短于10ps。根据本公开，激光系统生成1kHz与10GHz之间的第一高重复频率F1处的这些短或超短激光脉冲。换句话说，短或超短激光脉冲具有100x10-15 s与100x10-9 s之间的第一重复周期T1。每个光脉冲具有小于或等于100微焦耳的能量的量。此外，激光系统包括用于在时间上调制激光光束的装置和/或用于在空间上调制激光光束的装置，这些时间和/或空间调制装置适于减小被沉积在待处理的表面区域上的能量的密度。
特别有利地，根据本公开的激光系统包括光学系统，该光学系统适于将激光光束聚焦到具有约0.01平方毫米的表面积的区域，即，比根据现有技术的用于皮肤病治疗的激光系统小约1000倍的表面积。
图2示出了根据第一实施例的用于皮肤病治疗的脉冲激光系统。激光系统基于激光二极管、光纤激光器、固体激光器、染料激光器或气体激光器技术。激光系统包括振荡器1、光放大器2、声光调制器3和发电机4。振荡器1生成光脉冲光束10。光放大器2接收光脉冲光束10并生成激光脉冲光束20。
激光脉冲光束20具有通常在700nm与10,600nm之间的波长。由激光系统产生的激光脉冲20的持续时间d在500fs与100ps之间，且优选地短于50ps。所产生的激光脉冲的第一重复频率F1在1kHz与10GHz之间。
声光调制器3连接到发电机4。更精确地，发电机4适于生成施加到声光调制器3的电极的射频信号40。声光调制器3接收激光脉冲光束20并产生时间调制的激光脉冲光束100。
根据第一实施例的第一示例，发电机4适于生成门形或矩形射频信号40，其具有比第一重复周期T1长的持续时间T3。第一重复周期T1等于第一重复频率F1的倒数:T1＝1/F1。因此，声光调制器3选择形成宏脉冲(macro-pulse)(也称为脉冲突发(burst))的多个激光脉冲。因此，声光调制器阻挡比第一重复周期T1长的持续时间T4的激光脉冲。激光脉冲的这种时间调制使得能够限制被沉积在待处理的表面区域上的能量的密度。优选地，在直径在10mm与20mm之间、优选地低于～1mm的聚焦光斑上，如此沉积的能量密度低于0.01J/cm2。
宏脉冲的持续时间T3等于宏脉冲中的激光脉冲的数量N与激光脉冲的第一重复周期T1的乘积。宏脉冲中的每个激光脉冲具有小于或等于1微焦耳的能量的量。
可选地，声光调制器3适于顺序地生成若干宏脉冲。声光调制器可适于生成具有第二重复周期T2的多个宏脉冲。第二重复周期T2等于矩形的持续时间T3和两个连续矩形之间的持续时间T4的总和。换句话说，对于持续时间T4，射频信号40为零。持续时间T3和持续时间T4的选择使得能够调制宏脉冲的持续时间T2和宏脉冲的重复频率，这里表示为第二重复频率F2＝1/T2。这样，声光调制器使得能够减少入射在待处理的表面区域上的激光脉冲的数量并调制所沉积的能量的密度。
图4示出了作为时间t的函数的由图2中示意性地示出的激光系统生成的时间调制的激光脉冲光束100的光强度，其中发电机4施加矩形射频信号40。在该示例中，宏脉冲中的光脉冲具有大致相同的光强度。
根据变型，发电机4产生在持续时间T3的强度和持续时间T4的零强度下调制的射频信号40。更精确地，对于持续时间T3，射频信号40增大，然后减小。例如，射频信号40具有针对持续时间T3的三角形形状。可选地，射频信号40是周期性的，其具有等于持续时间T3和持续时间T4之和的第二重复周期T2。例如，如图5中所示，施加到声光调制器3的这样的射频信号40使得能够调制入射在待处理的表面区域上的激光脉冲的光强度，这通过消除不仅针对持续时间T4的在宏脉冲之外的而且在每个宏脉冲内的激光脉冲。因此获得包含N个激光脉冲的宏脉冲，且其中激光脉冲的光强度增大，然后减小。如图5所示，该宏脉冲可以以第二重复周期T2(即，具有第二重复频率F2)周期性地重复。
根据另一替代方案，发电机4产生在持续时间T3的强度和持续时间T4的零强度下调制的射频信号40。更精确地，在该另一替代方案中，对于持续时间T3，射频信号40增大，然后恒定，然后减小。例如，射频信号40具有针对持续时间T3的梯形形状。可选地，射频信号40是周期性的，具有等于持续时间T3和持续时间T4之和的第二重复周期T2。例如，如图6中所示，施加到声光调制器3的这样的射频信号40使得能够调制入射在待处理的表面区域上的激光脉冲的光强度，这通过消除不仅针对持续时间T4的在宏脉冲之外的而且在每个宏脉冲内的激光脉冲。因此获得包含N个激光脉冲的宏脉冲，且其中激光脉冲的光强度增大，然后在几个连续的脉冲范围内恒定，然后减小。如图6所示，该宏脉冲可以以第二重复周期T2(即，具有第二重复频率F2)周期性地重复。
根据第二实施例，激光系统没有声光调制器，但包含发电机14。光放大器2包括光泵浦装置12，例如一个或几个单模或多模激光二极管，或一个或几个闪光灯。发电机4连接到光泵浦装置的电流-电压源。更精确地，发电机14适于生成施加到光泵浦装置的电流-电压源的射频信号41。光放大器2接收来自振荡器的光脉冲光束10并生成时间调制的激光脉冲光束150。因此，发电机14使得能够直接调制由光放大器2放大的脉冲的光强度。
根据该第二实施例的第一示例，发电机14产生强度调制的射频信号41，例如具有矩形形状、针对持续时间T3非零，射频信号41针对持续时间T4为零。因此，在该第一示例中，对于持续时间T3，射频信号41是恒定的。可选地，射频信号41是周期性的，其具有等于持续时间T3和持续时间T4之和的第二重复周期T2。例如，如图4所示，施加到光放大器系统2的光泵浦装置12的电流-电压源的这种射频信号41使得能够调制被放大的激光脉冲100的光强度，其通过消除宏脉冲之外的激光脉冲。因此获得包含N个激光脉冲的宏脉冲，且其中激光脉冲的光强度在N个连续脉冲范围内是恒定的。如图4所示，该宏脉冲可以以第二重复周期T2(即，具有第二重复频率F2)周期性地重复。
根据该第二实施例的第一替代方案，发电机14产生强度调制的射频信号41，例如针对持续时间T3具有三角形形状，射频信号41针对持续时间T4为零。因此，在该替代方案中，对于持续时间T3，射频信号41增大，然后减小。可选地，射频信号41是周期性的，其具有第二重复周期T2。例如，如图5所示，施加到光放大器系统的光泵浦装置的电流-电压源的这种射频信号41使得能够调制宏脉冲内的被放大的激光脉冲的光强度。因此获得包含N个激光脉冲的宏脉冲，且其中激光脉冲的光强度增大，然后减小。如图5所示，该宏脉冲可以以第二重复周期T2(即，具有第二重复频率F2)周期性地重复。
根据该第二实施例的另一替代方案，发电机14产生强度调制的射频信号41，例如针对持续时间T3具有梯形形状，射频信号41针对持续时间T4为零。因此，在该替代方案中，对于持续时间T3，射频信号41增大，然后减小。可选地，射频信号41是周期性的，其具有第二重复周期T2。如图5中的示例所示，施加到光放大器系统的光泵浦装置的电流-电压源的这种射频信号41使得能够调制宏脉冲内的被放大的激光脉冲的光强度。因此获得包含N个激光脉冲的宏脉冲，且其中激光脉冲的光强度在几个连续脉冲范围内增大，然后减小。如图6所示，该宏脉冲可以以第二重复周期T2(即，具有第二重复频率F2)周期性地重复。
本领域技术人员将容易地调整射频信号40或41的形状和持续时间T3和T4，以获得作为应用和所考虑的皮肤病治疗的功能的激光脉冲的光强度调制。
该第二实施例使得能够调制光放大器的泵浦信号以选择形成宏脉冲的多个激光脉冲，以使得将由激光光束沉积的能量的密度限制到小于0.01J/cm2。
由于激光脉冲光束的有限能量，本公开使得能够将激光光束聚焦在较小的表面区域上。因此，光斑比由现有技术的皮肤病激光系统生成的激光光斑小1000倍。代替覆盖几平方毫米的表面区域，激光光束然后仅覆盖约0.01平方毫米的表面区域，即，激光光束聚焦在直径为约50微米至100微米的圆盘上。然而，某些皮肤病治疗必须在几平方厘米至几十平方厘米的大表面区域上进行。使用直径低于大约mm的十分之一的激光光斑可能花费大量时间，这是先验不利的。
然而，根据本公开，使用第一重复频率F1，其比现有技术的激光系统的重复频率F高10,000至100,000倍。使用非常高的重复频率F1的激光系统使得能够在被处理的表面区域上获得累积效应并引起非线性光干扰效应。换句话说，本公开的激光系统在新的机制(regime)下操作。实际上，在这种新的机制下，每个单独的脉冲不具有足够的能量或光强度来产生光破坏型的光学破裂。然而，由于非线性过程，第一重复频率F1处的多个激光脉冲的累积相互作用引起材料中的结构变化，这伴随着吸收的改进。在确定数量的脉冲之后，发生光破坏现象，该确定数量的脉冲取决于待处理的表面区域和光强度阈值。这种新效果的主要感兴趣点与如下事实链接：沉积在皮肤上的能量密度是有限的，并且优选地低于或等于0.01J/cm2，这使得能够保护皮肤病学中被处理的表面区域免遭不期望的消融现象和过热现象。
第一高重复频率F1处的一系列N个微焦耳能量激光脉冲的累积相互作用使得能够获得对根据非限制性地例如在内源性色素、外源性色素、黑色素或皮脂当中选择的感兴趣的目标的选择性光破坏效应。
根据第三实施例，其可与第一或第二实施例分开实施或与第一或第二实施例组合地实施，激光系统包括振荡器1、光放大器系统2，且还包括也称为扫描仪的光束扫描装置5。电控制和同步系统6连接到光束扫描装置5。光束扫描装置5布置在激光链的输出处，这里，在光放大器系统2的输出处。作为非限制性示例，光束扫描装置5包括具有两个横轴的扫描仪。这样的光束扫描装置5使得能够在待处理的表面区域上沿着两个横向方向移动激光光束。电控制和同步系统6生成电信号或电子信号60，其使得能够控制光束扫描装置5的每个轴上的移动取向、方向和速度。
电控制和同步系统6和光束扫描装置5被配置为在待处理的表面区域上移动激光光束，以使得限制所沉积的能量密度，优选地小于0.01J/cm2。作为移动速度的函数，因此能够修改持续给定时间在每单位表面积所沉积的能量的量，即，能够调节沉积在被处理的表面区域上的能量的密度。
图8示出了被组合到光束扫描装置5的脉冲激光系统的操作的示例。图8示出了待处理的表面区域80。XY参考系被示出在待处理的表面区域的平面中。该待处理的表面区域80例如在边长1mm的正方形之上延伸。光学系统将具有每脉冲低能量和高重复频率F1的激光脉冲光束聚焦，以在待处理的表面区域80中形成光斑200。光斑200的形状通常为圆形并具有约500μm的直径。光学聚焦系统可以被布置在光束扫描装置5的上游或下游。
例如，通过在待处理的表面区域80的左上方施加激光光斑200，开始治疗。光束扫描装置5以第一移动速度V1沿着轴X移动激光光束。在到达待处理的表面区域80的边缘附近时，光束扫描装置5在保持第一移动速度V1的同时沿着轴Y施加移动并沿着轴X改变方向。在到达待处理的表面区域80的另一边缘附近时，光束扫描装置5沿着轴Y施加移动并沿着轴X改变方向，同时施加高于V1的第二移动速度V2。在到达待处理的表面区域80的边缘附近时，光束扫描装置5在保持第二移动速度V2的同时，沿着轴Y施加移动并沿着轴X改变方向。移动速度可以达到8m/s，这使得能够在～13ms内覆盖用于1mm的光斑的1cm2的待处理的表面区域80。
移动速度确定累积的高速率脉冲的数量，并且因此使得能够确定持续给定时间在每单位表面积所沉积的能量的量。因此，通过与在其中以速度V2移动光束的待处理的表面区域的区域相比，在其中以速度V1移动的区域中，所沉积的能量密度较高。
沿着轴X或Y的移动速度通常在0.1m/s与10m/s之间，并优选地高于5m/s。
激光光束可以连续或逐步地移动。
第三实施例使得能够在空间上调制具有高重复周期F1的低能激光脉冲光束的能量密度，以便强烈地减小所沉积的能量的密度。因此，该第三实施例使得能够达到累积的光破坏非线性交互机制。
根据特定的实施例，激光系统将激光脉冲的时间调制组合到宏脉冲中，如关于第一实施例或第二实施例所描述的，并且激光光斑在待处理的区域上移动，如关于第三实施例所描述的。激光脉冲光束的时间和空间调制的这种组合使得能够增加对沉积的能量密度的调整的动力学。还能够改善激光光束的空间分辨率，而不增加针对给定表面区域的激光治疗的总持续时间。
组合声光调制器和光束扫描装置5的单个激光系统使得能够在非常宽的动态范围内在时间和空间上调制高重复频率和低能量激光脉冲的能量密度。
更简单地，组合光放大器系统和光束扫描装置5的单个激光系统，其中电RF信号发生器连接到光放大器系统的光泵浦装置的电流-电压源，使得能够在非常宽的动态范围内调制高重复频率和低能量激光脉冲的能量密度。
组合第一和第三实施例或第二和第三实施例的单个激光系统因此能够执行变化范围的皮肤病治疗，其先前需要几个激光系统。
根据本公开的激光系统在新的交互机制中操作，在本文中被称为组织的累积光破坏，其基于使用数量N个的激光脉冲，优选具有低能量、高重复频率超短脉冲，并且基于对激光光束的时间和/或空间调制以限制沉积在待处理的表面区域上的能量的密度。
本发明使得能够将光束聚焦在非常小的尺寸的光斑上，这允许更好地对准待处理的区域。优选地通过光束扫描装置来移动激光光束以获得对待处理区域的空间覆盖。可以根据表面区域的轮廓来调整该光束扫描，以便将激光光束施加在整个待处理的表面区域80上，而不需仔细查看围绕该待处理的表面区域的线。

Claims (10)

1.一种用于皮肤病治疗的脉冲激光系统，所述脉冲激光系统包括适于发射光脉冲激光(10)的光源(1)和适于接收所述光脉冲光束(10)并生成第一重复频率(F1)处的激光脉冲光束(20)的光放大器系统(2)，其特征在于：
激光脉冲(20)的持续时间(d)在100飞秒与100皮秒之间，所述第一重复频率(F1)在1kHz与10GHz之间，每个激光脉冲具有小于或等于1微焦耳的能量的量，以及所述脉冲激光系统还包括用于在时间上调制所述激光脉冲光束(20)的装置和/或用于在空间上调制所述激光脉冲光束(20)的装置，这些时间和/或空间调制装置适于减小被沉积在待处理的表面区域上的能量密度并生成在0.0001J/cm2与0.01J/cm2之间的能量密度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述用于在时间上调制所述激光脉冲光束(20)的装置包括声光调制器(3)和发电机(4)，所述声光调制器(3)被布置在所述光放大器系统(2)的输出处，所述发电机(4)适于生成被施加到所述声光调制器(3)的电极的射频信号(40)，所述射频信号(40)适于使得所述声光调制器(3)选择激光脉冲突发(100)。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光放大器系统(2)包括光泵浦装置(12)和电流-电压源，并且其中，所述用于在时间上调制所述激光脉冲光束(20)的装置包括发电机(14)，所述发电机(14)适于生成被施加到所述光泵浦装置(12)的所述电流-电压源的射频信号(41)，所述射频信号(41)适于使得所述光放大器系统(2)生成激光脉冲突发(100)。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述发电机(4，14)还适于在时间上调制所述射频信号(40，41)，以使得在强度上调制激光脉冲突发(100)中的激光脉冲。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其中，激光脉冲突发(100)包括数量在100与1,000,000之间的N个激光脉冲。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述用于在空间上调制所述激光脉冲光束(20)的装置包括光束扫描装置(5)，所述光束扫描装置(5)适于在所述待处理的表面区域中的感兴趣区域上移动所述激光脉冲光束(20)，以使得限制被沉积在所述感兴趣区域中的能量密度。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述光束扫描装置(5)适于沿着两个横轴移动所述激光光束。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的系统，其中，所述光束在所述感兴趣区域中的移动速度在0.1m/s与10m/s之间。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，还包括光学聚焦系统，所述光学聚焦系统适于将所述激光光束聚焦成直径低于约20mm的光斑。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，所述光源(1)和所述光放大器系统(2)适于发射波长在700nm与10,600nm之间的所述激光脉冲光束(20)。
CN201980074258.7A 2018-09-13 2019-09-12 用于皮肤病治疗的脉冲激光系统 Active CN112996560B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1858247A FR3085854B1 (fr) 2018-09-13 2018-09-13 Systeme de laser impulsionnel destine aux traitements dermatologiques
FR1858247 2018-09-13
PCT/EP2019/074342 WO2020053330A1 (fr) 2018-09-13 2019-09-12 Système de laser impulsionnel destiné aux traitements dermatologiques

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112996560A true CN112996560A (zh) 2021-06-18
CN112996560B CN112996560B (zh) 2024-09-20

Family

ID=65201423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980074258.7A Active CN112996560B (zh) 2018-09-13 2019-09-12 用于皮肤病治疗的脉冲激光系统

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20210268307A1 (zh)
EP (1) EP3849658B1 (zh)
JP (1) JP2022500214A (zh)
KR (1) KR20210106406A (zh)
CN (1) CN112996560B (zh)
ES (1) ES2970238T3 (zh)
FR (1) FR3085854B1 (zh)
WO (1) WO2020053330A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113732486A (zh) * 2021-09-18 2021-12-03 苏州大学 基于连续-重频脉冲激光的激光辐照加强方法及系统

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5720894A (en) * 1996-01-11 1998-02-24 The Regents Of The University Of California Ultrashort pulse high repetition rate laser system for biological tissue processing
US20050274702A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-15 Laserfacturing Inc. Method and apparatus for dicing of thin and ultra thin semiconductor wafer using ultrafast pulse laser
WO2008003052A2 (en) * 2006-06-29 2008-01-03 Norsam Technologies Incorporated Gemstone laser marking system and method
FR2924597A1 (fr) * 2007-12-10 2009-06-12 Oreal Procede de traitement des fibres keratiniques, comportant leur exposition a des impulsions de lumiere de faible duree.
US20100088787A1 (en) * 2006-11-29 2010-04-08 Hidemi Shigekawa Pump probe measuring device and scanning probe microscope apparatus using the device
FR2939284A1 (fr) * 2008-12-10 2010-06-11 Oreal Procede de traitement optique d'une fibre keratinique procurant une remanence de la forme precedent l'irradiation
US20110313408A1 (en) * 2004-07-12 2011-12-22 Nikolai Tankovich Skin treatement system with time modulated laser pulses
US8613741B1 (en) * 2006-10-11 2013-12-24 Candela Corporation Voltage bucking circuit for driving flashlamp-pumped lasers for treating skin
US20140018783A1 (en) * 2011-02-11 2014-01-16 El.En. S.P.A. Device and method for skin laser treatment
WO2015087007A1 (fr) * 2013-12-13 2015-06-18 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé de structuration spatiale contrôlée optiquement d'un plasma sur une cible solide
DE102014013567B3 (de) * 2014-09-18 2015-10-08 Iai Industrial Systems B.V. Gütegeschaltetes CO2-Laser-Materialbearbeitungssystem mit akustooptischen Modulatoren
FR3019767A1 (fr) * 2014-04-11 2015-10-16 Valeo Materiaux De Friction Procede de traitement perfectionne d'une surface d'un element de friction
US20160058297A1 (en) * 2007-12-13 2016-03-03 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Device and method for in vivo flow cytometry using the detection of photoacoustic waves
CN106462040A (zh) * 2014-02-03 2017-02-22 Ipg光子公司 高功率超短脉冲光纤激光器照射投影仪
US20170187160A1 (en) * 2015-12-28 2017-06-29 Nlight, Inc. Fully controllable burst shaping individual pulses from picosecond fiber lasers
WO2018015682A1 (fr) * 2016-07-20 2018-01-25 Irisiome Système de génération d'impulsions lumineuses brèves ou ultra-brèves
CN108141001A (zh) * 2015-10-19 2018-06-08 安谱特 根据速率和/或幅度时间可变的脉冲激光系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008011811B3 (de) * 2008-02-29 2009-10-15 Anton Dr. Kasenbacher Dentales Laserbearbeitungsgerät zur Bearbeitung von Zahnmaterial
US8740890B2 (en) * 2008-11-26 2014-06-03 Wavelight Ag Systems and hand pieces for use in ophthalmology or dermatology
US9166355B2 (en) * 2011-09-12 2015-10-20 Lawrence Livermore National Security, Llc Directly driven source of multi-gigahertz, sub-picosecond optical pulses

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5720894A (en) * 1996-01-11 1998-02-24 The Regents Of The University Of California Ultrashort pulse high repetition rate laser system for biological tissue processing
US20050274702A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-15 Laserfacturing Inc. Method and apparatus for dicing of thin and ultra thin semiconductor wafer using ultrafast pulse laser
US20110313408A1 (en) * 2004-07-12 2011-12-22 Nikolai Tankovich Skin treatement system with time modulated laser pulses
WO2008003052A2 (en) * 2006-06-29 2008-01-03 Norsam Technologies Incorporated Gemstone laser marking system and method
US8613741B1 (en) * 2006-10-11 2013-12-24 Candela Corporation Voltage bucking circuit for driving flashlamp-pumped lasers for treating skin
US20100088787A1 (en) * 2006-11-29 2010-04-08 Hidemi Shigekawa Pump probe measuring device and scanning probe microscope apparatus using the device
FR2924597A1 (fr) * 2007-12-10 2009-06-12 Oreal Procede de traitement des fibres keratiniques, comportant leur exposition a des impulsions de lumiere de faible duree.
US20160058297A1 (en) * 2007-12-13 2016-03-03 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Device and method for in vivo flow cytometry using the detection of photoacoustic waves
FR2939284A1 (fr) * 2008-12-10 2010-06-11 Oreal Procede de traitement optique d'une fibre keratinique procurant une remanence de la forme precedent l'irradiation
US20140018783A1 (en) * 2011-02-11 2014-01-16 El.En. S.P.A. Device and method for skin laser treatment
WO2015087007A1 (fr) * 2013-12-13 2015-06-18 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé de structuration spatiale contrôlée optiquement d'un plasma sur une cible solide
CN106462040A (zh) * 2014-02-03 2017-02-22 Ipg光子公司 高功率超短脉冲光纤激光器照射投影仪
FR3019767A1 (fr) * 2014-04-11 2015-10-16 Valeo Materiaux De Friction Procede de traitement perfectionne d'une surface d'un element de friction
DE102014013567B3 (de) * 2014-09-18 2015-10-08 Iai Industrial Systems B.V. Gütegeschaltetes CO2-Laser-Materialbearbeitungssystem mit akustooptischen Modulatoren
CN108141001A (zh) * 2015-10-19 2018-06-08 安谱特 根据速率和/或幅度时间可变的脉冲激光系统
US20170187160A1 (en) * 2015-12-28 2017-06-29 Nlight, Inc. Fully controllable burst shaping individual pulses from picosecond fiber lasers
WO2018015682A1 (fr) * 2016-07-20 2018-01-25 Irisiome Système de génération d'impulsions lumineuses brèves ou ultra-brèves

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曾乐勇;: "用于高场科学的飞秒激光振荡器", 光机电信息, no. 02, 25 February 2009 (2009-02-25) *
李港，姚煜球，郝海琳: "高功率宽带调谐皮秒激光器", 光电子.激光, no. 05, 30 October 1994 (1994-10-30) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113732486A (zh) * 2021-09-18 2021-12-03 苏州大学 基于连续-重频脉冲激光的激光辐照加强方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20210268307A1 (en) 2021-09-02
FR3085854B1 (fr) 2021-07-30
WO2020053330A1 (fr) 2020-03-19
JP2022500214A (ja) 2022-01-04
CN112996560B (zh) 2024-09-20
FR3085854A1 (fr) 2020-03-20
ES2970238T3 (es) 2024-05-27
EP3849658B1 (fr) 2023-10-25
EP3849658A1 (fr) 2021-07-21
KR20210106406A (ko) 2021-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6402184B2 (ja) 多光子イオン化に基づく皮膚処置用の皮膚処置装置
US5586981A (en) Treatment of cutaneous vascular and pigmented lesions
JP4769580B2 (ja) 皮膚科的処置及び部分的な皮膚の表面再形成のための装置
EP3023072B1 (en) Laser system for controlling the laser pulse shape
US9351794B2 (en) Methods to alter damaged mammalian skin using a multiphoton processes
KR101843693B1 (ko) 서로 다른 펄스듀레이션 복합 조사를 이용한 피부 치료용 레이저 장치
US20050171518A1 (en) Controlling pulse energy of an optical amplifier by controlling pump diode current
WO1999038572A3 (en) Dual mode laser delivery system providing tissue ablation and coagulation
US9254174B2 (en) Method for lightening or eradicating pigments in human skin
IL262051B (en) Optical focusing system of an apparatus for cutting-out a human or animal tissue
CN105103391B (zh) 用于激光处理靶材料的激光装置以及方法
KR101487271B1 (ko) 펄스 레이저 장치
WO2004105100A2 (en) Trains of ablation pulses from multiple optical amplifiers
CN112996560B (zh) 用于皮肤病治疗的脉冲激光系统
US20140330258A1 (en) Medical laser apparatus
US10511134B2 (en) Laser system for generating laser pulse of sub-nanosecond duration
Cencic et al. High fluence, high beam quality Q-switched Nd: YAG laser with optoflex delivery system for treating benign pigmented lesions and tattoos
US9161815B2 (en) Dermatological laser system and Method for Skin Resurfacing
KR20240051947A (ko) 조직의 분할 절제 치료를 위한 장치 및 방법
KR20220002768A (ko) 피코초 레이저 생성 장치 및 방법
CN117881354A (zh) 用于对组织的分数烧蚀处理的装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant