CN215424556U - 一种光声术中引导的激光美容仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光声术中引导的激光美容仪。本实用新型采用光声成像对色素进行成像，成像深度深，能够获得色素的定量三维分布信息；将扫描镜放置在可调聚焦装置和超声探测器前面，而且超声探测器采用中空结构，不影响光路的传输，同时保证光路和超声共轴且共焦点设计，这样能够使得在扫描时光声的激发光和超声一直共聚焦，提高了成像的范围和信噪比，并且光声成像对激光美容实现精确引导；本实用新型用来引导调节激光美容时的参数，从而实现个体化差异的精准最优美容，提高美容效果和美容效率，对于无色素区域能够避开激光照射，从而避免不必要的照射。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗美容技术，具体涉及一种光声术中引导的激光美容仪。
背景技术
皮肤色素多为黑色素细胞增生和(或)功能旺盛引起的黑色素沉积，因沉积于皮肤的深浅层次不同，由于光线的Tyndall效应可引起视觉上的差异而有黑色、褐色、灰黑色、青色等不同色调。皮肤表皮色素如雀斑、咖啡斑、雀斑样痣、交界痣、脂溢性角化(老年斑)等；真皮色素如蓝痣、太田痣、伊藤痣等；表皮和真皮中均可出现的包括斑痣、黄褐斑、贝克痣、复合痣等。
目前主要凭操作者的主观经验判断和去除皮肤色素。但是皮肤色素结构复杂，种类繁多，个体差异大，给皮肤色素的判断和去除带来了极大的困难。去除不同类型、不同深度、不同大小的皮肤色素所需的参数不同，但目前尚无一种有效的技术手段对皮肤色素进行实时地、定量地术中监测与引导。
发明内容
针对以上现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种光声术中引导的激光美容仪，先通过光声成像得到色素的三维分布信息，再根据色素的平均深度，控制美容激光器出光进行美容。
本实用新型的光声术中引导的激光美容仪包括：光声激光器、美容激光器、光路传输部分、可调聚焦装置、超声探测器、扫描镜、超声耦合器、变焦透镜控制器、放大器、扫描镜控制与驱动器、数据采集卡以及计算机；其中，超声探测器位于可调聚焦装置前；超声探测器为中空的聚焦探测器，中心具有通光孔；光路传输部分、可调聚焦装置和超声探测器的通光孔共光轴；扫描镜位于超声耦合器内；可调聚焦装置电气连接至变焦透镜控制器，变焦透镜控制器连接至计算机；超声探测器电气连接至放大器，放大器连接至数据采集卡，数据采集卡连接至计算机；扫描镜连接至扫描镜控制与驱动器，扫描镜控制与驱动器连接至计算机；光声激光器和美容激光器分别与计算机连接；光声术中引导的激光美容仪包括光声成像阶段和美容阶段：在光声成像阶段，光声激光器发出光声激光，经光路传输部分传输至可调聚焦装置；经可调聚焦装置聚焦后，经过超声探测器入射至超声耦合器内，经扫描镜反射至被测组织；光声激光至被测组织产生超声，超声经超声耦合器耦合至扫描镜，经扫描镜反射后由超声探测器接收，依次经放大器和数据采集卡采集传输至计算机；在美容阶段，美容激光器发出美容激光，经光路传输部分传输至可调聚焦装置；经可调聚焦装置聚焦后，经过超声探测器中心的通光孔入射至超声耦合器内，经扫描镜反射至组织。
在光声成像阶段，光声激光至被测组织产生超声，超声经超声耦合器耦合至扫描镜，经扫描镜反射后由超声探测器接收，转变为电信号，再经放大器对电信号进行放大，由数据采集卡采集并转换为数字信号传输至计算机通过扫描镜控制与驱动器控制扫描镜进行三维扫描成像，最后由计算机进行图像处理、计算和显示，得到色素的三维分布信息；
根据色素的三维分布信息，按照设定好的从小至大依次增大的N个深度阈值Dth1～DthN，将色素按照深度进行区域分割成N+1个深度区域，N为自然数且满足1≤N≤n-1，n为美容激光器具有的不同波长激光的个数，三维分布信息中的色素深度h与深度阈值逐一进行比较，如果h≤Dth1，则对应的区域为第一深度区域，Dthi-1＜h≤Dthi，则对应的区域为第i深度区域，2≤i≤N，h＞DthN为第N+1深度区域，对于没有色素的区域为无色素区域；对应N+1个深度区域，美容激光器包括从短至长依次增长的N+1个激光波长λ1～λN+1；
在美容阶段，针对色素所处的深度区域，选择美容激光器发出相应波长的美容激光，依次经光路传输部分、可调聚焦装置、超声探测器中心的通光孔入射至超声耦合器内，经扫描镜反射至组织，对组织进行照射。
在美容阶段包括两种引导模式，美容激光的光斑小于所照射的深度区域的面积时，采用第一种引导模式，美容激光的光斑大于所照射的深度区域的面积时，采用第二种引导模式；第一种引导模式：通过控制变焦透镜控制器控制可调聚焦装置，将聚焦平面聚焦在色素所处的深度区域的平均深度位置，然后通过控制扫描镜控制与驱动器控制扫描镜扫描该深度区域，在美容过程中扫描镜避开无色素区域的照射，从而避免不必要的照射；第二种引导模式：通过控制变焦透镜控制器控制可调聚焦装置，将聚焦平面聚焦在色素所处的深度区域的平均深度位置，通过控制扫描镜控制与驱动器控制扫描镜一直保持在中间位置不扫描。
超声耦合器包括容器、超声耦合液和声光窗口；容器为密封的内部中空的壳体，内部充满超声耦合液，在容器对着被测组织的侧壁上设置有声光窗口，激光经过声光窗口照射被测组织后，被测组织产生声波，声波经声光窗口传输至容器内，耦合至位于容器内的扫描镜。超声探测器与超声耦合器的位置关系有三种选择：超声探测器位于超声耦合器外，超声探测器位于超声耦合器内，或者超声探测器嵌入至超声耦合器的容器侧壁上；超声探测器位于超声耦合器外，超声耦合器对着超声探测器的容器侧壁上设置有声光窗口，或者超声耦合器的容器侧壁为透光和超声的材料，而且超声探测器和超声耦合器侧壁间充满超声耦合液；超声探测器位于超声耦合器内，超声耦合器对着可调聚焦装置的容器侧壁上设置有透光窗口，或者超声耦合器的容器侧壁为透光的材料；超声探测器嵌入至超声耦合器的侧壁上，即超声探测器的通光孔的出光口位于超声耦合器的容器内且超声探测器的通光孔的进光口位于超声耦合器的容器外，超声探测器的外边缘与超声耦合器的容器侧壁密封连接，并且超声探测器的通光孔的出光口即位于超声耦合器的容器内的一端由透明材料密封。
超声探测器位于超声耦合器外时，超声耦合器的侧壁与超声探测器间采用密封装置，在密封装置内充满超声耦合液；密封装置采用中空的筒状壳体，筒状壳体的中心轴位于光轴上，筒状壳体的两端边缘分别与超声探测器的前表面和超声耦合器的侧壁密封，内部充满超声耦合液；并且超声探测器的通光孔的出光口由透明材料密封。
进一步包括反射光路，在光声成像阶段，反射光路推入，光声激光器发出的激光经反射光路进入至光路传输部分，在美容阶段，反射光路撤出，美容激光器发出的激光进入至光路传输部分；或者，在光声成像阶段，反射光路撤出，光声激光器发出的激光进入至光路传输部分，在美容阶段，反射光路推入，美容激光器发出的激光经反射光路进入至光路传输部分。反射光路包括第一反射镜、第二反射镜和电动平移台，其中，第一反射镜和第二反射镜安装在电动平移台上，由电动平移台移动位置；电动平移台连接至计算机。
超声探测器为中空聚焦探测器，包括碗状压电晶体、阻尼吸声块、探测器壳体和信号接口；其中，在探测壳体内沿光路方向依次设置有共轴的阻尼吸声块和碗状压电晶体在探测壳体的前部，阻尼吸声块和碗状压电晶体的中心开设具有倾角的孔洞，探测器壳体的后部开设有与阻尼吸声块和碗状压电晶体内的孔洞倾角相同且连为一体的孔洞，共同组成贯穿整个超声探测器的通光孔，通光孔为圆台形，圆台的中心轴位于光轴上，进光口面积大于出光口面积。因为激光为汇聚光，这样既可保证激光的正常通过，又能够保证压电晶体的孔洞比较小，从而保证超声的探测面尽可能大，灵敏度高。探测器壳体主要起到支撑、固定和保护作用。圆台的倾斜角不小于激光的汇聚角，以保证光的通过。
可调聚焦装置采用电动变焦透镜和显微物镜，显微物镜位于电动变焦透镜前，二者共轴，均位于光轴上，电动变焦透镜电气连接变焦透镜控制器。
可调聚焦装置的焦点相对超声探测器的焦域较小，为点焦点，超声探测器的焦域较长，为椭圆形，可调聚焦装置的焦点与超声探测器的焦域共聚轴，通过控制变焦透镜控制器控制可调聚焦装置的焦点，始终位于超声探测器的焦域内。
超声耦合液采用水或非导电液体，非导电液体如氟醚。
光声成像是一种新兴的非侵入、无辐射的成像技术，结合了光学和超声的优势，打破了光学穿透的壁垒，具有高对比度、高分辨率、高穿透深度等优点，可以无标记的对血管进行成像。美容时，光声成像可以实时地对色素进行三维成像以确定其位置和深度参数信息，本实用新型根据这些信息进行美容激光的位置、波长的选择和焦距的调节。
本实用新型的优点：
(1)本实用新型采用光声成像对色素进行成像，成像深度较深(>2mm)，能够获得色素的定量三维分布信息；
(2)传统的扫描光路都是将扫描镜放在可调聚焦装置后面，而本实用新型将扫描镜放置在可调聚焦装置和超声探测器前面，而且超声探测器采用中空结构，不影响光路的传输，同时保证光路和超声共轴且共焦点设计，这样能够使得在扫描时光声的激发光和超声一直共聚焦，提高了成像的范围和信噪比；
(3)本实用新型采用光声成像和激光美容共光路设计，保证了成像区域和美容区域的精确配准，从而方便光声成像对激光美容的精确引导；
(4)本实用新型利用光声成像提供的准确的定量三维分布信息，不仅可以定量地诊断色素信息，而且可以用来引导调节激光美容时的参数(包括波长、焦距、激光美容位置)，从而实现个体化差异的精准最优美容，提高美容效果和美容效率。同时，对于无色素区域能够避开激光照射，从而避免不必要的照射。
附图说明
图1为本实用新型的光声术中引导的激光美容仪的一个实施例的结构框图；
图2为本实用新型的光声术中引导的激光美容仪的一个实施例的光路图；
图3为本实用新型的光声术中引导的激光美容仪的一个实施例的光路传输部分的光纤型的示意图；
图4为本实用新型的光声术中引导的激光美容仪的一个实施例的光路传输部分的导光臂型的结构框图；
图5为本实用新型的光声术中引导的激光美容仪的一个实施例的超声探测器的示意图；
图6为本实用新型的光声术中引导的激光美容仪的一个实施例的第一种引导模式的流程图；
图7为本实用新型的光声术中引导的激光美容仪的一个实施例的第二种引导模式的流程图；
图8为本实用新型的光声术中引导的激光美容仪的通光孔的倾斜角与激光的汇聚角关系的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本实用新型。
本文中的方向规定：沿着光路传输方向的指向为前，反之，逆着光路传输方向的指向为后。
如图1和2所示，本实施例的光声术中引导的激光美容仪包括：光声激光器1、美容激光器2、反射光路3、光路传输部分4、可调聚焦装置、超声探测器、扫描镜8、超声耦合器 7、变焦透镜控制器、放大器、扫描镜控制与驱动器、数据采集卡以及计算机；其中，超声探测器位于可调聚焦装置前；超声探测器为环形，中心具有圆形的通光孔；超声探测器的通光孔、光路传输部分4和可调聚焦装置共光轴；扫描镜8位于超声耦合器7内；可调聚焦装置电气连接至变焦透镜控制器，变焦透镜控制器连接至计算机；超声探测器电气连接至放大器，放大器连接至数据采集卡，数据采集卡连接至计算机；扫描镜8连接至扫描镜控制与驱动器，扫描镜控制与驱动器连接至计算机；光声激光器1和美容激光器2分别与计算机连接。在本实施例中，超声探测器位于超声耦合器7外，超声耦合器7包括容器、耦合和声光窗口；容器为密封的内部中空的壳体，内部充满超声耦合液，在容器对着被测组织的侧壁上设置有声光窗口，光声激光经过声光窗口照射被测组织后，被测组织产生声波，声波经声光窗口传输至容器内，耦合至位于容器内的扫描镜8。超声探测器位于超声耦合器7外，超声耦合器7对着超声探测器的容器侧壁上设置有声光窗口，而且超声探测器的声透镜与超声耦合器7侧壁间充满超声耦合液。超声耦合液采用水。
反射光路3在光声成像阶段，反射光路3推入，光声激光器1发出的光声激光经反射光路3进入至光路传输部分4，在美容阶段，反射光路3撤出，美容激光器2发出的美容激光进入至光路传输部分4；反射光路3包括第一反射镜3-1、第二反射镜3-2和电动平移台3-3，其中，第一反射镜和第二反射镜安装在电动平移台上，由电动平移台移动位置；电动平移台连接至计算机。
如图3和4所示，光路传输部分4包含两种配置，一种是光纤型，如图3所示，包括扩束镜4-1、第一透镜4-2、光纤4-3和第二透镜4-4，扩束镜、第一透镜以及光纤的左端为固定端，光纤的右端和第二透镜通过物理连接；另一种是导光臂型，如图4所示，包括导光臂和扩束镜，导光臂和扩束镜通过物理连接，导光臂左端为固定端。扩束镜用于改变通过它的光束的尺寸和角偏向特性。物理连接可采用螺纹紧密连接方式。
如图5所示，超声探测器为中空聚焦探测器，包括碗状压电晶体6-1、阻尼吸声块6-2、探测器壳体6-3和信号接口6-4；其中，其中，在探测壳体内沿光路方向依次设置有共轴的阻尼吸声块和碗状压电晶体在探测壳体的前部，阻尼吸声块和碗状压电晶体的中心开设具有倾角的孔洞，探测器壳体的后部开设有与阻尼吸声块和碗状压电晶体内的孔洞倾角相同且连为一体的孔洞，共同组成贯穿整个超声探测器的通光孔6-5，通光孔为圆台形，进光口面积大于出光口面积。如图8所示，因为激光为汇聚光，圆台的倾斜角β不小于激光的汇聚角α，这样既可保证激光的正常通过，又能够保证压电晶体的孔比较小，从而保证超声的探测面尽可能大，灵敏度高。
扫描镜8为二维扫描镜8，为二维振镜，或二维微机电系统(MEMS)振镜，用于实现入射的激光在水平面一定程度的偏转，以及将扫描对应位置产生的超声信号反射回超声探测器。
可调聚焦装置采用电动变焦透镜5-1和显微物镜5-2，显微物镜位于电动变焦透镜前，二者共轴，均位于光轴上，电动变焦透镜电气连接变焦透镜控制器。
本实施例的光声术中引导的激光美容仪的控制方法，包括以下步骤：
一、光声成像阶段
1)光声激光器1发出光声激光，经光路传输部分4传输至可调聚焦装置；
2)经可调聚焦装置聚焦后，经过超声探测器的通光孔入射至超声耦合器7内，经扫描镜8反射至被测组织；
3)光声激光至被测组织产生超声，超声经超声耦合器7耦合至扫描镜8，经扫描镜8反射后由超声探测器接收，转变为电信号，再经放大器对电信号进行放大，由数据采集卡采集并转换为数字信号传输至计算机；
4)计算机通过扫描镜控制与驱动器控制扫描镜8进行扫描成像，最后由计算机进行图像处理、计算和显示，得到色素的三维分布信息；
二、区域分割
深度阈值300μm，将色素区域按照深度进行区域分割成色素浅区域和色素深区域，色素深度h<300μm为色素浅区域，h＞300μm为色素深区域，光声图像显示无信号的区域设为色素的深度为0的区域，即无皮肤色素，无需进行美容；相对应，美容激光器2包括激光波长532nm和1064nm，分别对应于色素浅区域和色素深区域进行美容；
三、美容阶段
1)美容激光器2发出美容激光，经光路传输部分4传输至可调聚焦装置；
2)经可调聚焦装置聚焦后，经过超声探测器的通光孔入射至超声耦合器7内，经扫描镜8反射至组织；
3)针对色素所处的深度区域，选择美容激光器2发出相应波长的美容激光，深度越深波长越长，并且色素对这个波长具有高吸收；
4)在美容阶段包括两种引导模式，美容激光的光斑在0.5mm以下，采用第一种引导模式，美容激光的光斑为2～10mm，采用第二种引导模式；
第一种引导模式：通过控制变焦透镜控制器控制可调聚焦装置，将聚焦平面聚焦在色素所处的深度区域的平均深度位置，然后通过控制扫描镜控制与驱动器控制扫描镜8扫描该深度区域，在美容过程中扫描镜8避开无色素区域的照射，从而避免不必要的照射，如图6所示；
第二种引导模式：通过控制变焦透镜控制器控制可调聚焦装置，将聚焦平面聚焦在色素所处的深度区域的平均深度位置，通过控制扫描镜控制与驱动器控制扫描镜8一直保持在中间位置不扫描，如图7所示。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本实用新型，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于实施例所公开的内容，本实用新型要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种光声术中引导的激光美容仪，其特征在于，所述光声术中引导的激光美容仪包括：光声激光器、美容激光器、光路传输部分、可调聚焦装置、超声探测器、扫描镜、超声耦合器、变焦透镜控制器、放大器、扫描镜控制与驱动器、数据采集卡以及计算机；其中，超声探测器位于可调聚焦装置前；超声探测器为中空的聚焦探测器，中心具有通光孔；光路传输部分、可调聚焦装置和超声探测器的通光孔共光轴；扫描镜位于超声耦合器内；可调聚焦装置电气连接至变焦透镜控制器，变焦透镜控制器连接至计算机；超声探测器电气连接至放大器，放大器连接至数据采集卡，数据采集卡连接至计算机；扫描镜连接至扫描镜控制与驱动器，扫描镜控制与驱动器连接至计算机；光声激光器和美容激光器分别与计算机连接；光声术中引导的激光美容仪包括光声成像阶段和美容阶段：在光声成像阶段，光声激光器发出光声激光，经光路传输部分传输至可调聚焦装置；经可调聚焦装置聚焦后，经过超声探测器入射至超声耦合器内，经扫描镜反射至被测组织；光声激光至被测组织产生超声，超声经超声耦合器耦合至扫描镜，经扫描镜反射后由超声探测器接收，依次经放大器和数据采集卡采集传输至计算机；在美容阶段，美容激光器发出美容激光，经光路传输部分传输至可调聚焦装置；经可调聚焦装置聚焦后，经过超声探测器中心的通光孔入射至超声耦合器内，经扫描镜反射至组织。
2.如权利要求1所述的光声术中引导的激光美容仪，其特征在于，所述超声耦合器包括容器、超声耦合液和声光窗口；容器为密封的内部中空的壳体，内部充满超声耦合液，在容器对着被测组织的侧壁上设置有声光窗口，激光经过声光窗口照射被测组织后，被测组织产生声波，声波经声光窗口传输至容器内，耦合至位于容器内的扫描镜。
3.如权利要求2所述的光声术中引导的激光美容仪，其特征在于，所述超声探测器与超声耦合器的位置关系有三种：超声探测器位于超声耦合器外，超声探测器位于超声耦合器内，或者超声探测器嵌入至超声耦合器的容器侧壁上；超声探测器位于超声耦合器外，超声耦合器对着超声探测器的容器侧壁上设置有声光窗口，或者超声耦合器的容器侧壁为透光和超声的材料，而且超声探测器和超声耦合器侧壁间充满超声耦合液；超声探测器位于超声耦合器内，超声耦合器对着可调聚焦装置的容器侧壁上设置有透光窗口，或者超声耦合器的容器侧壁为透光的材料；超声探测器嵌入至超声耦合器的侧壁上，即超声探测器的通光孔的出光口位于超声耦合器的容器内且超声探测器的通光孔的进光口位于超声耦合器的容器外，超声探测器的外边缘与超声耦合器的容器侧壁密封连接，并且超声探测器的通光孔的出光口即位于超声耦合器的容器内的一端由透明材料密封。
4.如权利要求2所述的光声术中引导的激光美容仪，其特征在于，所述超声耦合液采用水或非导电液体。
5.如权利要求1所述的光声术中引导的激光美容仪，其特征在于，进一步包括反射光路，在光声成像阶段，反射光路推入，光声激光器发出的激光经反射光路进入至光路传输部分，在美容阶段，反射光路撤出，美容激光器发出的激光进入至光路传输部分；或者，在光声成像阶段，反射光路撤出，光声激光器发出的激光进入至光路传输部分，在美容阶段，反射光路推入，美容激光器发出的激光经反射光路进入至光路传输部分。
6.如权利要求5所述的光声术中引导的激光美容仪，其特征在于，所述反射光路包括第一反射镜、第二反射镜和电动平移台，其中，第一反射镜和第二反射镜安装在电动平移台上；电动平移台连接至计算机。
7.如权利要求1所述的光声术中引导的激光美容仪，其特征在于，所述超声探测器为中空聚焦探测器，包括碗状压电晶体、阻尼吸声块、探测器壳体和信号接口；其中，在探测壳体内沿光路方向依次设置有共轴的阻尼吸声块和碗状压电晶体在探测壳体的前部，阻尼吸声块和碗状压电晶体的中心开设具有倾角的孔洞，探测器壳体的后部开设有与阻尼吸声块和碗状压电晶体内的孔洞倾角相同且连为一体的孔洞，共同组成贯穿整个超声探测器的通光孔，通光孔为圆台形，圆台的中心轴位于光轴上，进光口面积大于出光口面积。
8.如权利要求7所述的光声术中引导的激光美容仪，其特征在于，所述圆台的倾斜角不小于激光的汇聚角。
9.如权利要求1所述的光声术中引导的激光美容仪，其特征在于，所述可调聚焦装置采用电动变焦透镜和显微物镜，显微物镜位于电动变焦透镜前，二者共轴，均位于光轴上，电动变焦透镜电气连接变焦透镜控制器。
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