CN116407269A - 用于通过由可变脉冲激光光束照射待治疗部分执行治疗的激光外科手术装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于通过由可变脉冲激光光束照射待治疗部分来执行治疗的激光外科手术装置。该装置包括：激光源，其发射治疗激光光束脉冲的可变波形输出；柔性光束输送器，其用于输送从激光源发射的治疗激光光束，该柔性光束输送器包括在远端的自动光学扫描仪，该光学扫描仪包括2个移动反射镜；以及外科手术器械，其连接到扫描仪的端部，并且该外科手术器械用于将其中输送的治疗激光光束照射到治疗部分。通过具有改变激光的输出脉冲频率、脉冲宽度和脉冲能量的能力，可以使用一个激光外科手术装置实现多个组织效果。

Description

用于通过由可变脉冲激光光束照射待治疗部分执行治疗的激 光外科手术装置

技术领域

本公开涉及基于辐射的皮肤病治疗设备和方法，例如用于提供部分治疗的基于激光的设备，或使用任何其他类型的辐射源来提供任何其他合适类型的皮肤病治疗的设备。一些实施例包括用于将光束扫描到皮肤上的多个位置的自动扫描系统，从而特别是用于治疗影响各种身体部分的皮肤的美容状况，包括面部、颈部，和传统上容易起皱、细纹、下垂和其他皮肤变形的其他区域。

背景技术

本说明书涉及具有使用光学扫描仪发射多个治疗脉冲的能力的激光外科手术装置和用于对软人类活组织进行外科手术的不同类型的外科手术器械。

随着时间的推移，皮肤暴露于环境力可能导致皮肤下垂、起皱、形成细纹或产生其他不期望的变形。即使是面部和颈部肌肉的正常收缩(例如皱眉或眯眼)，也会随着时间的推移在面部和颈部区形成皱纹或带。正常老化过程的这些和其他影响可能呈现出美学上不讨人喜欢的美容外观。

因此，众所周知需要美容程序来减少此类皮肤变形的可见影响。仍然存在对“收紧”皮肤以去除尤其是面部和颈部区的下垂和起皱的大的需求。

已知存在用于通过由激光光束照射待治疗部分来执行治疗的激光外科手术装置。例如，发射具有红外波长的二氧化碳激光光束的激光治疗装置已经在用于去除患者的起皱、胎记等的整形外科手术治疗中使用。

基于光的组织治疗用于各种应用，诸如毛发去除、皮肤再生、起皱治疗、痤疮治疗、血管病变(例如蜘蛛静脉、弥漫性发红等)的治疗、脂肪团的治疗、色素沉着团(例如，老年斑、太阳斑、痣等)的治疗、纹身去除和各种其他治疗。此类治疗通常包括将光或激光辐射输送到人体的组织区域，例如皮肤或内部组织，从而以光化学、光生物、热或其他方式治疗组织，这些方式除其他属性外可以是烧蚀的或非烧蚀，这取决于特定应用。

基于光的治疗设备包括各种类型的辐射源，诸如激光器、LED、闪光灯等。例如，激光二极管特别适用于某些基于光的治疗和提供此类治疗的设备。激光二极管紧凑，因为它们通常构建在一个芯片上，该芯片包含除电源之外的用于发光的主要必要部件。此外，激光二极管通常提供高达50％或更高的效率，与某些其他激光器相比，这使得它们能够由低电功率驱动。激光二极管允许用小电流直接激发，使得常规基于晶体管的电路可以用于为激光器供电。

与某些其他激光器相比，激光二极管的其他典型特性包括高温灵敏度/可调性以及高度发散光束。激光二极管通常发射在与激光器的光轴垂直的平面内具有轴不对称轮廓的光束。特别是，发射的光束在第一轴线(称为“快轴线”)上的发散比在正交的第二轴线(称为“慢轴线”)上明显更快。相比之下，其他类型的激光器(例如光纤激光器)通常发射在横向平面中具有轴对称轮廓的光束。

基于激光的治疗设备通常包括位于激光源下游的光学器件，以根据需要来扫描、成形、调整、引导和/或以其他方式影响对目标组织的激光辐射。例如，此类光学器件可以包括透镜、反射镜和其他反射和/或透射元件，用于控制光束的光学参数，诸如光束的方向、传播属性或形状(例如，会聚、发散、准直)、斑点尺寸、角度分布、时间和空间相干性和/或强度轮廓。一些设备包括用于扫描激光光束的系统，从而在组织中创建辐射区域的图案(例如，斑点、线或其他形状)。对于一些应用，辐射区域的扫描图案彼此重叠，或基本上彼此邻接，或连续，从而提供对组织的目标区域的完全覆盖。对于其他应用，例如某些起皱治疗、血管治疗、色素沉着治疗、抗炎治疗和其他皮肤再生治疗，扫描的辐射区域可以被非照射区域彼此隔开，使得在治疗期间只对组织的整个目标区域的一部分进行辐射。因此，在此类应用中，在所治疗的组织区之间通常存在未治疗的组织区。此类治疗被称为“部分”治疗(或更具体地，在某些情况下，部分光热作用)，因为在治疗过程期间只有一部分目标区域被照射。

一些已知的扫描系统相对于设备外壳或结构移动辐射源本身以形成辐射区域的扫描图案。其他已知的扫描系统利用一个或多个移动光学元件(例如，反射镜和/或透镜)以将辐射光束扫描到辐射区域的图案中，而不是相对于设备外壳或结构移动辐射源。

Liu等人的US9.414,888B2是用于提供基于激光的皮肤病治疗的手持设备，其包括支撑在设备主体中的激光光束源、自动扫描系统和控制电子器件。自动扫描系统被配置为接收由激光光束源生成的输入光束并扫描输入光束以提供一系列输出光束以经由设备的应用端输送到皮肤以在皮肤上形成治疗斑点的图案。

Chan等人的US2011/0098.691A1教导了一种部分治疗系统，可以使用可调节机构来调节光束形状、光束数值孔径、光束聚焦深度和/或光束尺寸以影响治疗深度和/或所得病变的特性。调节这些参数可以改善治疗的效率和功效。

另一个方法通过使用激光或化学物质烧蚀皮肤的外层(从200μm到600μm)，以外科手术方式对面部皮肤进行表面修复。适时地，新的皮肤表面形成。用于对皮肤进行表面修复的激光和化学物质也刺激或加热真皮中存在的胶原组织。当以规定的方式受到刺激或加热时，胶原组织部分解离，并在这样做时收缩。胶原的收缩也会导致理想的“紧致”面容。尽管如此，激光或化学物质表面修复导致皮肤长期发红、感染风险、色素沉着增加或减少，以及疤痕。

Connors等人在US6,193,711B1快速脉冲Er:YAG激光器中教导了新的Er:YAG激光系统，该系统具有包括由脉冲闪光灯脉冲泵浦的Er:YAG棒的谐振腔，以用于在人类组织上使用的目的，因为众所周知有一段时间，可以通过使用与水的吸收峰更接近的红外波长来增强组织烧蚀，水是生物组织中的主要成分。

在皮肤上使用的许多激光辐射将造成不希望的副作用，称为PIH-炎症后色素沉着过度。这是由于激光辐射治疗引起的通道热损害的皮肤反应。70％的较深皮肤将对常规激光治疗产生严重的PIH响应，这使得激光治疗更具挑战性，尤其是对于较深皮肤的患者，诸如亚洲或拉丁患者。

探索非基于激光的替代治疗，以获得预期的结果，并降低或消除与患者的皮肤发展PIH相关联的风险。PIH并发症是激光系统治疗人类皮肤以用于皮肤再生目的的重要障碍。高度期望可以治疗所有皮肤类型而没有PIH风险的激光系统。

Lax等人的美国专利No.5,458,596中描述的这些不同方法之一详述了使用射频能量收缩胶原组织。这种美容有益效果可以以最小的侵入方式在身体的面部和颈部区域实现，而无需外科手术去除皮肤的外层和刚刚列出的伴随问题。诸如所述系统的RF系统的使用旨在治疗较深皮肤类型而不会引起PIH。

Utely等人的美国专利No.6,277,116还教导了通过使用电极阵列配置来收缩胶原以用于美容有益目的的系统。

然而，先前已知的系统中仍然存在改善的区域。在一个示例中，电极阵列的制造可能导致在相邻电极之间形成不期望的交叉电流路径，从而导致应用到组织的能量的量增加。

在另一个示例中，当将阵列应用于组织时，执业医师经历“钉床”。换句话说，阵列中的电极的数量及其配置有效地增加了电极阵列的总表面积。有效表面积的增加然后需要执业医师向电极阵列应用更大的力以穿透组织。由于一个或多个电极可能放置在皮肤内太远，此类缺陷可能造成附带损害。此外，当执业医师增加应用的力以将阵列插入组织内时，患者可能会经历过度的力。

加州海沃德(Hayward Calif)的热玛吉公司(Thermage,Inc)还持有专利并销售用于电极电容耦合系统的设备，以输送受控量的射频能量。这种RF能量的受控输送创建电场，该电场在皮肤中生成“电阻加热”以产生美容效果，同时冷却表皮以防止表皮的外部灼伤。

在以非侵入性方式治疗的此类系统中，生成能量以在真皮处产生结果会导致不希望的能量传递到表皮。因此，过度的能量产生对皮肤造成不希望的附带损害的风险。

深受亚洲人喜爱的另一个设备是微针滚轮。患者使用该设备将针在面部皮肤上滚动，从而在表皮上造成许多微小的开放性损伤，然后启用将药物输送穿过皮肤(经皮)的方法，因为药物很难穿过角质层，药物的吸收率非常低。特别是，药物的分子量越高，药物吸收率越低。为了改善上述问题，提出了使用微针的技术。根据该技术，通过微针形成穿过部分或全部表皮层的通路，并且然后药物通过该通路传输到表皮层或其下层。

JP2009533197A-“微针滚轮组件”提供了根据本发明的微针滚轮组件，其包括具有安装在其表面上的多个微针的圆柱形外构件、以及位于外构件内部并由外构件通过支撑件支撑的内构件。滚轮头和联接到内部构件并使滚轮头的内部构件旋转的手柄部分，其中，微针、圆柱形外部构件和内部构件由聚合物树脂制成。

鉴于上述情况，仍然需要改善的能量输送系统。此类系统可以应用于创建用于组织的美容治疗的改善的电极阵列输送系统。特别是，此类电极阵列可以通过向表皮下方的组织施加能量以使得皮肤中的深层结构立即收紧，从而提供深度均匀加热。随着时间的推移，新的和重塑的胶原可以进一步收紧皮肤，从而在皮肤的表面处产生理想的视觉外观。

发明内容

本公开涉及基于辐射的皮肤病治疗设备和方法，例如用于提供部分治疗的基于激光的设备。

因此，鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供一种用于所有皮肤颜色的安全激光外科手术治疗的解决方案，其降低了PIH的风险。亚洲和拉丁出生的皮肤类型3和4最常将通过发展PIH对常规治疗进行响应。C.A.Nanni&T S Alster最近进行的研究“二氧化碳激光表面修复的并发症，对500名患者的评估”对使用金标准CO2分级激光设备治疗后出现并发症的大量患者进行了分析。这项研究表明，37％的白皮肤患者(皮肤类型1-2)在激光治疗后将发展PIH。同一份报告概述了70％的较深皮肤(通常是亚洲和拉丁患者)在使用分级CO2激光治疗后将发展PIH。这个统计数据在市场上是可接受的。常规分级激光治疗后PIH的风险被称为行业进入障碍。在如中国或韩国的亚洲国家中，由于患者发展PIH的高可能性，因此常规分级激光设备将不适用于较深亚洲皮肤类型3-4。

发展PIH作为对常规分级激光治疗的反应是行业障碍，这阻止治疗医师和患者两者使用这些设备来再生较深皮肤。但与此同时，亚洲人口继续增长，并且如今亚洲人占世界人口的约60％。中国、韩国等亚洲国家具有人口的大量增加，并且还具有显著地经济增长，这创造了非常富有的中产阶级，他们有经济能力寻求抗衰老美学治疗。尽管存在与常规治疗相关联的风险，但这一趋势仍在继续，并且这强调了亚洲国家目前存在的未满足需求。

此外，在亚洲文化中，物理外观对于社会接受度和就业机会极为重要。人们在面试前在诊所排队进行美学治疗。由于亚洲人频繁使用社交媒体，他们希望在每一张自拍照和每一篇帖子中都保持他们的最佳状态，因此物理外观的重要性也增加了。

这两个拉丁中东国家的情况相似，大部分人口具有较深皮肤类型3-4。

在亚洲地区，对抗衰老的替代解决方案提供了如微针滚轮的解决方案，这些解决方案将在表皮上穿出许多小孔，从而能够快速且有效地输送通常无法有效穿过皮肤的皮肤抗衰老药物。由于微针滚轮的使用造成潜在的健康危害和高污染可能性，因此本发明的另一个目的是提供一种备可以在皮肤上创建机械小孔的设备，这将消除感染和其他风险，并且将提供通过皮肤中的小孔输送抗衰老药物的有效方式。

本发明的又一个目的是提供一种利用分级激光设备治疗所有皮肤类型(尤其是亚洲皮肤类型3-4)的设备和方法，以对抗衰老迹象，同时将PIH的风险最小化，为这些较深皮肤类型的个人提供机会，以认识到这一机会并获得分级再生治疗。本发明的另一个目的是将激光能量施加到人类皮肤上，方式是通过使用所述激光光束在表皮中创建微小开口，从而使得能够应用药物穿透皮肤而无需应用微针以刺穿皮肤。本发明的目的是创建皮肤穿孔，但没有接触，从而消除了污染带来的进一步并发症，并且可能导致PIH反应的热损伤最小。

本发明的另一个目的是通过在表皮中烧蚀微小开口并进入真皮中并以不同的操作模态使用所述激光光束产生除机械损伤之外的控制热损伤，从而能够治疗皮肤，以此类方式，自然愈合过程将创建更年轻且更好看的人类皮肤，以扭转衰老迹象，同时由于对热损伤的高度控制，避免了在所述激光治疗之后对人类皮肤的任何形式的并发症，包括但不限于PIH。本发明的特定目的是创建混合脉冲方案，其将创建对具有冷损伤的人类皮肤的有效烧蚀，并增加将增强愈合结果但不增加过度的热损伤(如PIH)的风险的受控热损伤。

本发明的又一个目的是为基于分级激光的皮肤再生设备提供一种优化的解决方案，该解决方案对所有皮肤类型都是安全且有效的，将副作用的风险最小化，尤其是将PIH的风险最小化。

本发明的又一目的是提供一种用于可以用于普通外科手术的激光外科手术刀的安全且有效的设备，其使用所述激光以相同的方式有效地对组织进行冷切并将脉冲混合从而为患者愈合前景提供显着优势，这将增加凝固所述切割组织以停止所述切割处的任何出血所必需的受控热损伤。

本发明的又一个目的是使用直径非常小的工具来烧蚀和凝固非常难以到达的区域中的人类组织，例如人类眼睛内部或治疗人类声带组织。在另一个目标中，激光将通过使用非常小的光纤设备输送到所治疗的组织，这将使医师能够到达小腔，并且同时使用所述激光和混合的脉冲，这可以烧蚀必要的组织并创建受控凝固以消除不必要的出血，但没有任何导致不希望的和过度的热损伤的风险，这些热损伤尤其是在治疗如此脆弱和重要的人类组织(诸如人类眼睛组织或人类声带)时可能会导致副作用。

因此，本发明的一个目的是提供一种通过以下方式治疗人类组织的设备和方法：创建积极的结果(诸如逆转衰老迹象)，并且同时将通过使不希望的热损伤最小化来克服现有技术的缺点。

附图说明

现在将参考附图描述本发明，附图是根据用于本发明的方法操作的装置的简单说明图。

图1a示意性地示出了根据本发明的激光系统的一个优选实施例。

图1b是水在红外光学波长范围内的吸收系数的示意图。

图2是根据本发明的激光扫描仪施加器附件的一个优选实施例的示意图。

图3a至图3d是根据本发明的将分级激光治疗图案放置在所期望治疗的组织上的一个优选实施例的示意图。

图4a至图4c是根据本发明的示意性示出激光脉冲序列的曲线图。

图5是根据本发明的用于切割和凝固人类组织的外科手术器械的示意图。

图6是根据本发明的使用光纤来切割凝固人类组织的另一个外科手术器械的示意图。

具体实施例

通过部分地参考以下描述和附图可以理解本公开的一些实施例，其中相同的附图标记指代相同或相似的部分。

图1示出了基于辐射的治疗设备24的一个优选实施例的各种部件。基于辐射的治疗设备24可以包括辐射源18，该辐射源18包括被配置为产生能量光束的辐射源18。在另一个优选实施例中，基于辐射的设备将是激光设备，并且在另一个实施例中，基于辐射的设备可以是光纤激光设备。所述基于辐射的设备由医疗电源20生成的直流(DC)供电。电源20被配置为接受在不同国家通常使用的广泛的交流电源，如美国110V和60HZ或德国240V和50HZ。所述电源20将交流转换为直流，并且在一个优选实施例中，电源20产生的工作DC电压将为24伏。控制整个基于辐射的设备24所需的电能将由印刷电路设备21中制作的DC配电设备调整。DC配电印刷电路设备21向所述优选实施例设备中的所有部件供电。基于辐射的设备18由DC配电21提供的电能供电，而激光能量命令信号由实时CPU 22提供。在该优选实施例中，实时CPU 22命令将由另一个计算机(GUI计算机23)控制。在该优选实施例中，GUI计算机23具有触摸面板，设备操作员25使用该触摸面板输入期望命令，诸如基于辐射的设备能量设定。一旦操作员25输入期望的基于辐射的期望设备设定，GUI计算机23将向实时CPU 22传送期望程序，以通过操作员25向基于辐射的设备馈送期望能量设定。基于辐射的设备将生成期望激光能量。在操作期间，基于辐射的设备18将生成通道热量，该热量将消散到周围以冷却设备。在一个优选实施例中，基于辐射的设备18是中IR光纤激光器，在又一个优选实施例中，其操作在2940nm下。在又一个优选实施例中，辐射设备18可以是在2940nm下操作的ER；YAG激光器，并且在又一个优选实施例中，辐射设备18可以是在2780nm下操作的ER:YSGG激光器。在所述优选实施例中，激光冷却设备12将从辐射设备、所述中IR光纤激光器中提取通道热量并使用冷却风扇将其消散到周围。在所述优选实施例中，中IR光纤激光发射将辐射到激光光学模块17中。在优选实施例中，激光光学模块17将使激光光束准直至直径约7mm并组合在约650nm操作的可见红色激光，以使得操作员25能够看到中IR光束的位置和指向，因为中红外光束是不可见的。在又一优选实施例中，激光光学模块17将连接到能量校准设备13。在优选实施例中，能量校准设备是InAsSb光伏检测器，其被优化以测量激光辐射，在优选实施例下为所述2940nm范围。所述检测器被设计为实时读取主激光光束的样本以此类方式控制每脉冲的能量，使得当操作员25设定的能量已经被能量校准检测器13输送和测量时，命令将被发送到实时CPU控制器22以在所输送的设定能量到达时切断激光脉冲能量。在所述优选实施例中，能量校准检测器13是实时伺服控制器以确保所输送的所述能量与操作员25设定的能量相同。所述检测器测量激光能量的样本并在闭环中监控由操作员25选择的能量设定。在一个优选实施例中，基于辐射的设备24包括用于驱动X和Y扫描仪马达的扫描仪伺服控制器27，扫描仪伺服控制器由DC配电21供电，即调控由电源20从AC电压转换而来的DC电压。操作员25使用连接到GUI计算机23的触摸面板10输入命令来选择用以移动X和Y扫描仪马达的命令。操作员25命令被传输到实时CPU控制器22，该CPU控制器22向扫描仪伺服控制器23发送命令信号以移动施加器16中的扫描仪。

辐射能量将被引导至光束输送设备14。在一个优选实施例中，光束输送设备14将是能够传输发射的光纤设备。在又一个优选实施例中，光束输送器可以是7个旋转反射镜铰接臂。激光能量将被引导到最终能量调整设备，即激光输出光学器件15。在一个优选实施例中，激光输出光学器件15可以是另一个准直光学器件，以将激光光束准直到

并且在又一个优选实施例中，激光输出光学器件15可以是保护性的且可更换的窗口，以防止灰尘和污染物影响基于辐射的设备18的操作可靠性。

在又一个优选实施例中，激光输出光学器件15包括快速断开连接件100，其可以允许操作员更换使用中的激光施加器16以实现不同的临床效果，如稍后将公开的。为了操作基于辐射的激光能量，操作员25将使用脚踏开关设备26根据操作员25确定的并使用本文的触摸面板10输入到GUI计算23的设定来命令要输送的能量发射。当操作员25想要停止基于辐射的设备发射时，他将踩下脚踏开关26以停止激光操作。在紧急情况下，操作员25可以通过按下紧急开关11来停止设备24操作。

图1b示出了水在红外辐射波长下的吸收系数。重要的是注意，人类组织含有约70％的水，这使得水吸收成为治疗人类组织的非常有效的工具。基于辐射的设备的基本作用机制是选择性光热分解，这将辐射设备波长与光吸收发色团相匹配，以创建选择的效果。在一个优选实施例中，选择的波长可以是2940nm。如图1b所示，104是11700cm^-1的峰值水吸收的点，波长为2940nm，是红外光谱中的最高水吸收。为了将水吸收与用于治疗人类组织的其他常用的基于辐射的设备进行比较，101是对于二氧化碳(CO₂)激光设备的10600nm的吸收系数850cm^-1。将二氧化碳(CO₂)激光器的水吸收值与在2940nm下操作的一个优选实施例的中IR光纤激光器进行比较，得出的结论是，在2940nm下操作的所述中IR光纤激光器对水的烧蚀效果是13.7倍好，等于所述光纤激光器与二氧化碳激光器的吸收系数比

在2940nm下操作的所述优选实施例设备将以13.7倍高效率地烧蚀人类组织中的水，需要1/13.7少的光学能量，因此可以对所治疗的组织产生1/13.7少的潜在热损伤。如图1b所示，103是对于常用于治疗人类组织的另一个光纤激光器的1927nm的水吸收，吸收系数为114cm^-1，是在2940nm下操作的一个优选实施例的1/100。可以看出，这种基于辐射的设备仍然被表征为能够通过靶向水来适应人类组织的烧蚀设备，但是具有非常低的烧蚀效率，并且具有大的潜在的不希望的热损伤。作为另一个比较，如图1b所示，102是1550nm处的水吸收，值为10cm^-1。这种在1550nm下操作的基于辐射的设备已经被归类为非烧蚀设备，因为水吸收系数相比于一个优选实施例的峰值水吸收特性太低。

图2示出了用于治疗人类皮肤以进行面部再生的扫描仪施加器的一个优选实施例。该应用可以连接到图1a中所示的基于辐射的治疗设备24。使用快速断开器100连接施加器16。

图2示出了要治疗的人类皮肤的位置208。治疗场由X轴和Y轴定义，以表示扫描动作方向。施加器尖端是施加器手持件207的一部分，其使操作员能够经由手持件尖端中的开口209清楚地看到治疗场。在所述优选实施例中，该手持件由用于多次使用的金属设计制成，并且使用对外壳206的螺纹安装可将其去除。在又一优选实施例中，手持件是一次性使用的，由医用级塑料制成，在每次治疗后将被回收。手持件207安装在包括激光聚焦透镜的透镜外壳206上。在一个优选实施例中，所使用的聚焦透镜具有150mm的焦距，并且激光焦点尺寸将为120μm。透镜外壳206在一个端部上具有安装螺纹，适于安装手持件207的螺纹，并且透镜外壳206的另一个端部永久安装到扫描仪外壳202。在该优选实施例中，扫描仪外壳202永久连接安装轴201，该安装轴201是快速断开器，其用于使用快速断开器100将施加器连接到图1a的基于辐射的设备24。安装轴201是中空的并且使激光光束能够经由孔口200传播到扫描仪施加器。在所述优选实施例中，经由孔口200进入扫描仪施加器的传入激光光束被准直为

并以与输出聚焦光束在208处朝向治疗人类皮肤目标传播的方向相同的方向传播。在所述优选实施例中，在孔口200处进入的输入激光光束将被永久安装的反射镜205在图2所示的Y轴方向上垂直反射90°。然后激光光束将被安装在Y轴扫描仪马达203上的反射镜209再次在水平-X方向上反射，Y轴扫描仪马达203永久安装在扫描仪外壳202中。所述反射镜209可以通过为扫描仪供电而旋转小角度马达，允许反射光束在反射镜209将被电子信号移动的任何时间在Y方向上移动。从连接到扫描仪马达203的反射镜209在-X方向上传播的激光光束将被安装在X轴马达204上的反射镜以相同的方式反射，并且因此每次电子命令将转动扫描仪马达204的反射镜时可以在X方向上移动。在所述优选实施例中，扫描仪马达203将驱动反射激光光束的反射镜，在208的±Y方向上创建激光光束运动，并且扫描仪马达204将驱动反射激光光束的反射镜，在±X方向上创建激光光束运动。当操作员选择使用图1a所示的基于辐射的设备24时，电子信号可以同时驱动扫描仪马达203和204两者以在治疗人类皮肤目标208处形成二维复合激光光束运动。

图3a是根据本发明的将分级激光治疗图案放置在期望的所治疗的组织上的一个优选实施例的示意图。分级图案包括将被所述激光脉冲能量治疗的预定多个组织区域和在所治疗的区域之间的保持健康和未治疗的组织的另外多个区域，以通过留下所治疗的区域之间的健康组织的桥接来帮助人类身体恢复过程。图3a示出了与图2上的坐标208一致的X和Y坐标。在所述优选实施例中，操作员25(图1a)已从预定的多个图案和尺寸中进行选择，以使用

的六边形图案300。红色瞄准光束将示出选择的六边形治疗区域边界300的轮廓。当操作员25将踩下脚踏开关26(图1a)时，基于辐射的设备将使扫描仪马达203和204(图2)的移动同步到每个位置301，在轮廓边界300内的预定多个位置的每个位置处放置具有特定预设属性的激光脉冲。在一个优选实施例中，脉冲放置位置将从图案的最低右角302开始，其中扫描仪马达203和204将保持在302的方位，而CPU控制器22将命令系统脉动由操作员25选择的一个预设能量脉冲。一旦脉冲持续时间到达终点，系统CPU控制器22将命令扫描仪马达203和204在与X轴方向上的移动一致的方向305上将聚焦光束从方位302移动到方位303，扫描仪马达203和204将在位置303处保持方位而没有任何移动，并且CPU控制器22(图1a)将命令激光器脉动具有由操作员25使用触摸面板10设定的预定属性的一个脉冲。在位置303处的脉冲持续时间结束时，系统CPU控制器22将命令扫描仪马达203和204在与X轴方向上的移动一致的方向305上再次将聚焦光束从方位303移动到方位304，扫描仪马达将在位置304处保持方位而没有任何移动，并且CPU控制器22(图1a)将命令激光器脉动具有由操作员25使用触摸面板10设定的预定属性的一个脉冲。一旦激光脉冲持续时间到达终点，系统将自动沿如上所述的方向305前进到下一个位置，以重复使扫描仪马达步进以将聚焦激光光束移动到新位置的相同过程，在新位置保持方位，而CPU控制器22将命令激光器输送预编程脉冲能量，重复该过程直到方位306脉冲持续时间到达终点。在位置306的脉冲结束时，系统将命令扫描仪马达203和204在沿Y方向向上移动一行的方向307上将聚焦激光光束移动到方位308，在方位308处，扫描仪马达203和204将保持方位，而系统将输送单个预设脉冲。在方位308处的脉冲持续时间结束时，CPU控制器22将命令扫描仪马达203和204沿负x方向310将聚焦激光光束从位置308移动到位置309，重复保持方位而激光输送预设能量脉冲的相同过程，并且前进到下一个相邻方位，如上所详细解释的。图案边界内的全部多个预定位置将使用相同的步骤、保持方位和重复过程以相同的预设激光脉冲能量输送，。一旦图案边界内的多个预定位置已经输送了预设激光脉冲，CPU控制器将继续呈现红色瞄准光束轮廓300以向操作员25指示所有预设脉冲的放置已经完成。操作员25然后可以将手持件207移动到人类组织上需要治疗的下一个区域以重复相同的过程。

图3b是根据本发明的将分级激光治疗图案放置在期望的所治疗的组织上的又一优选实施例的示意图。在所述实施例中，用于将激光脉冲输送到预编程的多个预定位置的步骤、保持位置和重复过程可以通过使用随机移动而不是如上所解释的沿x轴和y轴的笛卡尔移动来实现。在所述优选实施例中，第一脉冲位置将是311，其中扫描仪马达203和204将保持在311的方位，而系统将脉动由操作员25选择的一个预设能量脉冲。一旦脉冲持续时间到达终点，系统CPU控制器22将命令扫描仪马达203和204在方向312上以沿x轴和y轴的同步移动将聚焦光束从方位311移动到方位313，扫描仪马达203和204将在位置313处保持方位而没有任何移动，而系统将脉动由操作员25选择的一个预设能量脉冲。一旦脉冲持续时间到达终点，系统CPU控制器22将命令扫描仪马达203和204以沿方向314的同步移动将聚焦光束从从方位313移动到方位315，扫描仪马达203和204将在位置315处保持方位而没有任何移动，而系统将脉动由操作员25选择的一个预设能量脉冲。一旦脉冲持续时间到达终点，系统CPU控制器22将命令扫描仪马达203和204以沿方向316的同步移动将聚焦光束从方位315到方位317，扫描仪马达203和204将在位置317保持方位而没有任何移动，而系统将脉动由操作员25选择的一个预设能量脉冲。

一旦脉冲持续时间到达终点，系统CPU控制器22将继续步进、保持方位、脉动激光并重复以在图案边界内的所有预定的多个部分位置中放置预设能量脉冲，如上所解释的。

要使用的随机移动算法是一种算法，它将保持相邻脉冲之间的最大物理距离，以减少不希望的热损伤累积的任何可能性，并出于其他目的减少患者不适。

作为示例，图3c示出了所述优选实施例，其中操作员25可以从来自图案320或图案321的脉冲的可用分级填充密度的预定选择中进行选择。在所述优选实施例中，图案320和图案321具有相同的图案类型和尺寸。所述图案320和321的区别在于图案320的密度被认为是较高的密度，与具有较小数量的预定脉冲位置的图案321相比，图案320中存在较大数量的预定脉冲位置，因此，图案321被认为是较低密度。

图3d示出了所述优选实施例，操作员25可以从具有相同脉冲密度的可用多个分级图案尺寸的预定选择中进行选择。操作员25可以选择包括相同脉冲密度的图案尺寸330或较小尺寸332。该选择将由操作员25使用触摸面板10从预编程可用尺寸和可用脉冲密度的列表中进行。

在所述优选实施例中，容易改变图案尺寸和脉冲密度的能力使操作员能够灵活地将特定激光脉冲选择适合于身体中所治疗的组织类型和组织位置。例如，当操作员25将使用所述优选实施例的基于辐射的设备来治疗人类眼睛周围的面部皮肤时，较小图案的选择可以增加设备在生成积极临床结果和降低任何不希望的副作用(尤其是PIH)的风险方面的有用性。

图4a是根据本发明的示意性示出多个激光脉冲序列的曲线图。上所述曲线图中，x命名表示时间尺度，如403所示，而Y轴命名示出通量，如401所示。虚线示出对于人类组织烧蚀的通量阈值，由400标记。通量阈值e表示将输送到人类组织的高于“e”400的任何脉冲能量密度都将烧蚀人类组织，而具有低于“e”400的通量的任何脉冲都将不烧蚀组织，而是导致能量被人类组织吸收并在所述人类组织中转化为热量，这可能导致热损伤。许多科学论文都报告了人类组织的烧蚀阈值，J.T Walsh的“Er:YAG组织激光烧蚀：烧蚀率的测量”测量了烧蚀阈值通量为2焦耳/cm2。该出版物建立了通量(能量密度)与烧蚀深度的关系，以遵循以下等式：

Fl-激光通量，焦耳/cm²

Z-激光烧蚀深度，μm(对于大于100μm的烧蚀深度)

为了定义每脉冲的能量，需要使用下一个等式：

E-脉冲能量，毫焦耳

Sz-激光斑点尺寸，μm

在一个优选实施例中，激光器是在2940nm下操作的聚焦激光光束直径为120μm的中IR光纤激光器。在所述优选实施例激光器处，烧蚀阈值将为0.23毫焦耳。脉冲402被预设以将人类组织烧蚀到由操作员25使用触摸面板10对每脉冲的激光能量进行编程来选择的可选择深度。多个预设激光脉冲402中的每一个将从脉冲位置302开始并且到下一个位置来被输送到选择的图案300的每个不同位置(图3a)，如上文所解释的。每个脉冲的脉冲持续时间将由设备CPU控制器22预设，该设备CPU控制器22控制激光设备以向人类组织输送由操作员25预编程的准确量的能量。相邻脉冲之间的持续时间404是由CPU控制器22控制的另一个预设持续时间，从而在可以将下一个脉冲能量输送到下一个位置之前为扫描仪马达203和204留出足够的时间将反射所述激光光束的反射镜从位置移动到下一个位置。在所述优选实施例中，多个脉冲能量由操作员25基于期望的烧蚀深度预设。在所述优选实施例中，对于400μm的烧蚀深度，操作员25将基于以上设定的计算公式将多个激光脉冲能量预设为每单个脉冲402的9毫焦耳。在所述优选实施例中，中IR光纤激光器的最大激光功率为10瓦特，为了生成每脉冲9毫焦耳的脉冲能量，激光脉冲持续时间将由CPU控制器22设定为0.9毫秒，由以下等式计算：

P-激光功率，瓦特

E-激光脉冲能量，毫焦耳

τ-激光脉冲持续时间，毫秒

在又一个优选实施例中，当图案被放置在人类面部皮肤上以用于再生时，每脉冲的设定能量可能由于脉冲持续时间而导致患者不适，尤其是如果操作员25将把烧蚀深度设定为1mm或更深。

图4b是根据本发明的示意性示出多个激光脉冲序列的曲线图。在又一优选实施例中，将以从位置302开始的步骤和重复过程放置在图案300上的脉冲402(图4a)将被分成以脉冲串410布置的多个子脉冲，其中每个子脉冲串之间的预设持续时间413与如上所解释的当系统在图案边界内的预定多个位置中的每个位置处使用多个实心脉冲402时的持续时间延迟404(图4a)相同。布置的多个子脉冲的一个优势是脉冲串410，其具有较低的患者不适，因为它将在更长的持续时间上分散每脉冲能量并且降低不希望的热损伤的累积。在所述优选实施例示例中，脉冲串410将包括4个子脉冲411，其中脉冲411之间的预设持续时间412由CPU控制器22设定。在所述优选实施例中，在激光器选择的图案300中从302开始的每个位置中，系统将输送一串4个子脉冲410，其中在每个相邻子脉冲411之间具有时间延迟412，以用于每脉冲串411的相同的总能量，该总能量对应于操作员25对期望烧蚀深度的选择，这可以从上面公开的公式计算。所述优选实施例使用具有4个子脉冲的脉冲串作为示例，子脉冲的数量不限于任何特定数量，脉冲串可包括从2至“n”个子脉冲，具体取决于临床期望的结果。如本申请中所述，在所述优选实施例中，激光在2940nm下操作，这是峰值水吸收，并且人类组织的烧蚀非常有效，因为人类组织含有超过70％的水。许多临床出版物还注意到，在所述操作条件下，人类组织的烧蚀将几乎不会对周围组织造成热损伤，因此预期烧蚀区会随着激光烧蚀小血管而伴随局部出血。在某些临床情况下，当期望损伤具有纯机械性质时，这可以是理想的效果，以作为示例更换微针的使用，尤其是如果可以随后使用药物以有效地将药品输送到使用机械烧蚀损伤的组织。

图4c是根据本发明的示意性示出多个激光脉冲序列的曲线图。在该又一优选实施例的基于辐射的设备中，将以从位置302开始的步骤和重复过程放置在图案300上的脉冲402(图4a)将被分成布置为脉冲串420的多个子脉冲，其不同的来自本申请中先前解释的多个子脉冲串410。在所述优选实施例中，作为示例脉冲串420将被分成8个子脉冲，包括第一脉冲421，其由CPU控制器22预设为高于烧蚀阈值“e”400，随后是在脉冲421和下一个脉冲422之间时间延迟423。脉冲422的通量由CPU控制器22预设为低于烧蚀阈值“e”400，由在较低的每脉冲激光功率下操作的基于辐射的设备18输送，从而生成低于烧蚀阈值“e”400的通量，因此不会烧蚀任何人类组织，而是通过加热周围组织来沉积能量以创建凝固效果并形成受控局部热损伤。在脉冲422之后，CPU控制器22添加另一个预编程时间延迟424，随后是具有相同预设通量的下一个子脉冲421的输送，随后是时间延迟423和具有低于阈值“e”400的相同预设通量的另一个脉冲422。在所述优选实施例中，脉冲串420将包括例如具有高于烧蚀阈值“e”400的预设通量的4个烧蚀子脉冲421和具有在烧蚀阈值“e”400之下的预设通量的4个凝固子脉冲422，在脉冲421和脉冲422之间具有时间延迟423和424以完成在图案300处开始302的一个位置的脉冲串。下一个相同的脉冲串420将以预编程延迟425以该图案输送到下一个位置，该预编程延迟425将由CPU控制器22设定，从而允许扫描仪马达203和204的足够的时间来完成同步运动，从而将聚焦激光能量以图案300引导到下一个位置。重要的是要指出，脉冲串420可以通过本发明的教导被构造为包括以类似组合的任何多个脉冲，而不限制脉冲串中的脉冲的数量。作为本发明的目的，脉冲串可以包括以任何其他顺序布置的数量为“n”的烧蚀脉冲和数量为“N”的凝固脉冲。根据所述优选实施例在脉冲串中混合烧蚀脉冲能量和凝固脉冲能量在人类组织的医学治疗中具有高的愿望；第一个优势是当该装置用于切割人类组织时，将凝固脉冲与烧蚀切割脉冲混合可以通过凝固被切割的血管来防止出血，防止污染并有助于更快地愈合切口。混合脉冲的另一个优势是当该装置用于人类皮肤(特别是面部)时，该装置可以用于将烧蚀脉冲输送深入真皮，并输送预编程受控量的热损伤的混合，这将减少流血并将在治疗后生成最大的自然愈合过程，从而实现有效的皮肤再生，而不会因过多的不希望的热损伤而导致PIH或任何其他并发症的风险。真皮中的受控分级热损伤是通过刺激新胶原、新天然透明质酸的形成进行的面部再生的主要内容，并且在许多患者中它会引起新弹性蛋白的产生，从而实现更年轻更好看的皮肤。

图5是根据本发明的用于切割和凝固人类组织的外科手术器械的示意图。在该又一优选实施例中，该设备不使用x-y扫描仪，而是使用切割和凝固手持件，该手持件将由操作员25在人类组织54上移动。安装轴50通过用扫描仪施加器16(图1a)更换所述手持件将组件连接到施加器安装快速断开器100。激光光束进入孔口56并通过聚焦透镜51传播。操作员25使用手持件轴52来保持设备，将尖端指示器55放置为与患者组织54接触以将聚焦激光能量53引导至待治疗的人类组织。在所述优选实施例中，操作员25可以选择3种不同的预编程的脉冲类型中的任何一种来切割和烧蚀人类组织，同时手动移动手持件。所述优选实施例的优势在于它可以非常有效地切割人类组织而没有任何热损害，用于治疗容易被任何不希望的热损伤损害的敏感人类器官。这些器官包括人类脑组织、人类声带、人类眼部组织等。在治疗其他较不敏感的人类组织时，操作员25可以对设备进行编程以包括凝固脉冲和烧蚀脉冲的混合，以实现本申请中解释的临床期望结果。

图6是根据本发明的包括使用光纤切割和凝固人类组织的另一个外科手术器械的又一优选实施例的示意图。在该优选实施例中，光纤的使用使得能够将激光能量输送到在腔或具有受限的物理通道的人类身体部分中的人类组织，诸如人类耳朵、鼻子、喉或眼部组织。所述光纤设备将使用轴61安装以与快速断开器100连接。激光光束60将传播通过另一个聚焦光学器件67，其中激光能量聚焦在光纤78的面上。光纤连接器63安装在外壳62上，这可以将光纤中心线对准以与激光聚焦光束68同心。所述光纤安装在不锈钢金属管64内，以保护光纤在操作员25在人类腔内使用以治疗人类组织期间不会断裂。在优选实施例中，光纤由芯直径为140μm的蓝宝石制成，具有与聚焦扫描仪光束类似的斑点尺寸以治疗人类组织。在所述优选实施例中，优势是在狭窄的位置使激光能量进入或输送到人类组织的能力。使用混合脉冲还可以增加在具有狭窄通道的区域中的烧蚀组织治疗的有效性，而不会沉积不希望的热损害，并且在不同的混合脉冲预设中，装置可以输送预编程量的凝固和热损害，以实现期望的临床结果，即使在物理进入非常困难的地方。

Claims (20)

1.一种用于通过由可变脉冲激光光束照射待治疗部分来执行治疗的激光外科手术装置，所述装置包括：

a.激光源，其以激光波长发射光学能量，其中所述激光波长在水中的吸收处于峰值吸收并且所述激光波长在2700nm至3500nm的范围内；以及

b.部分光学治疗系统，其将从所述激光源发射的光学聚焦光束输送到人类活组织的目标区域，所述部分光学治疗系统包括调节机构，所述调节机构调节从由下列项组成的组选择的所述光学光束的一个或多个参数：在人类组织表面处的所述光学光束的尺寸、在人类皮肤表面处的治疗密度调节以及组形状；以及

c.分级光学治疗系统，其将从所述激光源发射的光学聚焦光束输送到所述人类活组织的目标区域，所述分级光学治疗系统包括调节机构，以将所述光学聚焦光束以随机顺序放置在所述人类组织的所述目标区域上；以及

d.分级光学治疗系统，其将从所述激光源发射的光学光束输送到人类活组织的目标区域，所述光学治疗系统包括针对所述激光光束的调节机构，以输送多个预编程的脉冲，其中在所治疗的人类组织的相同位置处输送的这些脉冲之间具有设定时间间隔，并且每个脉冲具有不同的每脉冲预编程通量值。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调节机构调节的所述参数是在所述人类组织表面处的所述光学光束的所述尺寸。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调节机构调节的所述参数是在所述人类组织表面处的所述光学光束的所述形状。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调节机构调节的所述参数是在所述人类组织表面处的所述光学光束的所述密度。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调节机构调节的所述参数用于将所述光学聚焦光束以笛卡尔坐标顺序放置在所述人类组织的所述目标区域上。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调节机构调节的所述参数用于预编程的多个脉冲，其中在这些脉冲之间具有设定时间间隔，并且每个脉冲通量为每脉冲0.5至100焦耳/cm²。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调节机构调节的所述参数用于预编程的多个脉冲，其中在这些脉冲之间具有50至5000微秒的设定时间间隔。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调节机构调节的所述参数用于预编程的多个脉冲，其中在这些脉冲之间具有设定时间间隔，对于所述多个脉冲，每个交替脉冲具有每脉冲2至100焦耳/cm²的第一通量，并且然后下一个变化脉冲将具有0.1至2.0焦耳/cm²的通量，以此类推。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，从所述激光源发射的所述光学聚焦光束是中红外光纤激光，并且所述光纤激光波长范围为2800nm至2950nm。

10.一种用于通过由可变脉冲激光光束照射待治疗部分来执行治疗的激光外科手术装置，其包括：

a.激光源，其以激光波长发射光学能量，其中所述激光波长在水中的吸收处于峰值吸收并且所述激光波长在2700nm至3500nm的范围内：以及

b.光学治疗系统，其将从所述激光源发射的光学光束输送到人类活组织的目标区域，所述光学治疗系统包括光纤；以及

c.光学治疗系统，其将从所述激光源发射的光学光束输送到人类组织的目标区域，所述光学治疗系统包括针对所述激光光束的调节机构，以输送多个预编程的脉冲，其中在所治疗的皮肤的所述位置处输送的这些脉冲之间具有设定时间间隔，并且每个脉冲具有不同的每脉冲预编程通量值。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述调节机构调节的所述参数用于预编程的多个脉冲，其中在这些脉冲之间具有设定时间间隔，并且每个脉冲通量为每脉冲0.5至100焦耳/cm²。

12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述调节机构调节的所述参数用于预编程的多个脉冲，其中在这些脉冲之间具有50至5000微秒的设定时间间隔。

13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述调节机构调节的所述参数用于预编程的多个脉冲，其中在这些脉冲之间具有设定时间间隔，对于所述多个脉冲，每个交替脉冲具有每脉冲2至100焦耳/cm²的第一通量，并且然后下一个变化脉冲将具有0.1至2.0焦耳/cm²的通量，以此类推。

14.根据权利要求10所述的装置，其中，从所述激光源发射的所述光学聚焦光束是中红外光纤激光，并且所述光纤激光波长范围为2800nm至2950nm。

15.根据权利要求10所述的装置，其中，光学治疗系统将从所述激光源发射的光学光束输送到人类活组织的目标区域，所述光学治疗系统包括由蓝宝石制成的光纤。

16.根据权利要求10所述的装置，其中，所述蓝宝石光纤直径在100μm至250μm的范围内。

17.根据权利要求10所述的装置，其中，光学治疗系统将从所述激光源发射的光学光束输送到人类活组织的目标区域，所述光学治疗系统包括聚焦手持件。

18.一种用于通过由可变脉冲激光光束照射待治疗部分来执行治疗的激光外科手术方法，其中，包括：

a.激光源，其以激光波长发射光学能量，其中所述激光波长在水中的吸收处于峰值吸收并且所述激光波长在2700nm至3500nm的范围内；以及

b.部分光学治疗系统，其将从所述激光源发射的光学聚焦光束输送到人类活组织的目标区域，所述部分光学治疗系统包括调节机构，所述调节机构调节从由下列项组成的组选择的所述光学光束的一个或多个参数：在人类组织表面处的所述光学光束的尺寸、在人类皮肤表面处的治疗密度调节以及组形状；以及

c.分级光学治疗系统，其将从所述激光源发射的光学聚焦光束输送到所述人类活组织的目标区域，所述分级光学治疗系统包括调节机构，以将所述光学聚焦光束以随机顺序放置在所述人类组织的所述目标区域上；以及

d.分级光学治疗系统，其将从所述激光源发射的光学光束输送到人类活组织的目标区域，所述光学治疗系统包括针对所述激光光束的调节机构，以输送多个预编程的脉冲，其中在所治疗的人类组织的相同位置处输送的这些脉冲之间具有设定时间间隔，并且每个脉冲具有不同的每脉冲预编程的能量值。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述调节机构调节的所述参数用于预编程的多个脉冲，其中在这些脉冲之间具有设定时间间隔，并且每个脉冲通量为每脉冲0.5至100焦耳/cm²。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述调节机构调节的所述参数用于预编程的多个脉冲，其中在这些脉冲之间具有设定时间间隔，对于所述多个脉冲，每个交替脉冲具有每脉冲2至100焦耳/cm²的第一通量，并且然后下一个变化脉冲将具有0.1至2.0焦耳/cm²的通量，以此类推。

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