TW202133810A - 用於處理設備的反饋檢測 - Google Patents

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Abstract

根據一些實施例，一種用於對組織進行分級處理的系統包括：電磁輻射（EMR）源，其被配置為生成具有橫向環形能量分佈的EMR光束；光學器件，其被配置為將EMR光束會聚到位於組織內的聚焦區域；位於光學器件的光束下游的窗口組件，其被配置為當被放置成與組織的外表面相接觸時冷卻組織。

Description

用於處理設備的反饋檢測
本申請要求於2019年11月13日提交的標題為「Electromagnetic Radiation Based Treatment Devices and Methods」的美國臨時專利申請號62/934,583的權益，其全部內容通過引用併入本文。
當前，許多基於能量的設備可用於真皮的分級（fractionated）處理。這些方法包括消融激光、非消融激光、微針和射頻能量處理。通常，這些目前可用的基於能量的分級處理需要損傷正在經受處理的皮膚的外部部分（例如表皮）。在大多數情況下，對表皮的損傷引起皮膚在處理後立即出現發炎、斑點或不健康。另外，對表皮的嚴重損傷會導致一種或多種感染，並需要額外的醫學處理。這種不期望的外觀導致處理後的停機期持續到表皮癒合為止，這可能需要幾天到幾周的時間——取決於所使用的處理參數（例如，消融與非消融）。大多數患者直到處理後的停機期之後才恢復正常生活。因此，期望提供分級處理系統和方法，其可以成功地影響真皮同時把對表皮的損傷最小化，從而將處理後的停機期最小化。
皮膚更新（skin rejuvenation）通常通過分級處理來進行。分級或基於分級能量的處理是指僅一部分組織面積暴露於能量的處理。例如，分級皮膚處理可以用激光光束處理25％的皮膚面積，而該面積中剩餘的75％的皮膚未被處理。基於能量的皮膚更新涉及在膠原蛋白網路內產生受控的小損害。小損害導致在其中形成新膠原蛋白的傷口癒合過程。新形成的膠原蛋白使皮膚緊緻，從而使皮膚顯得更年輕。許多皮膚更新分級處理系統通過將水作為實現光熱分解的生色團來進行工作。
分級處理通常可以被分為兩個類別：消融和非消融。消融處理除了會在真皮內造成熱損傷之外，還會導致組織去除並導致淺表微損害。非消融處理通常不會引起組織去除，而只會引起熱破壞。與消融分級處理相比，非消融分級處理的優勢在於減少了停機期。
對組織的基於能量的分級處理通常需要將大量能量遞送至組織的選擇性部分並由其吸收，以實現所期望的破壞或損傷。這種破壞或損傷在整個組織面積上重複，從而使被破壞的組織的小區域（例如直徑為0.1至10mm）與未被損傷的組織交織（interlaced）。然後在處理後的癒合過程期間，受損組織的小區域被替換為新組織。在皮膚的真皮層內引起損傷同時使對上層表皮層的損傷最小化呈現了許多技術挑戰，下面列舉其中一些。
首先，在組織的真皮層中沒有已知在組織的表皮層中不存在的生色團。這意味著被選擇在真皮內被吸收的輻射也將在表皮層內被吸收。
第二，由於EMR將被皮膚的表皮層和真皮層同樣良好地吸收，因此必須向真皮層遞送比向表皮更大的能量密度。為了實現這一點，必須改變EMR分佈，以使EMR光束的聚焦區域（即最大能量密度的區域）位於真皮內，而僅EMR光束的未聚焦區域（即最小能量密度的區域）對向（subtend）皮膚的表皮層。
第三，皮膚組織是渾濁介質，這意味著通過皮膚傳播的輻射發生散射。輻射在皮膚組織內的散射，使得在組織內任何深度形成聚焦區域（最大能量密度的區域）變得更加困難，這使上述第一和第二挑戰更加複雜。
第四，必須將聚焦區域（或最大能量密度的區域）準確地定位在皮膚的真皮層內的某個深度處。這確保了最大能量密度的區域位於真皮內而不位於表皮內，以防止對表皮的有害損傷。
第五，從組織外部遞送EMR光束；並且因此，表皮受到一些輕微照射以及較小的熱量加熱（即比真皮少）。為了應對該第五挑戰，必須積極冷卻正被處理的真皮層正上方的表皮層，以防止對表皮的熱損傷。
因此，為了提供對皮膚組織的真皮層的分級治療破壞，同時把對上層表皮層的損傷最小化，需要一種分級處理系統和方法來解決所有上述挑戰。
根據一些實施例，一種用於分級處理組織的系統包括：電磁輻射（EMR）源，其被配置為生成具有橫向環形能量分佈的EMR光束；光學器件，其被配置為將EMR光束會聚到位於組織內的聚焦區域；以及位於光學器件的光束下游的窗口組件，該窗口組件被配置為當被放置成與組織的外表面相接觸時冷卻組織。該窗口組件包括：第一窗口；與第一窗口分開的第二窗口；以及位於第一窗口和第二窗口之間的冷卻劑腔室，其中該冷卻劑腔室被配置為容納基本上不吸收EMR光束的冷卻劑。
在系統的一些實施例中，EMR光束的波長在大約1000nm至4000nm之間的範圍內。
在系統的一些實施例中，冷卻劑包括介電流體、基於碳氟化合物的流體、水、防凍劑、乙二醇和丙二醇中的至少一種。
在系統的一些實施例中，光學器件還被配置為以至少大約0.2的數值孔徑（NA）會聚EMR光束。
在該系統的一些實施例中，該系統還包括位於窗口組件和組織之間的光學透明介質。在一些情況下，光學透明介質包括甘油、聚乙二醇和磷酸鹽緩衝鹽水中的至少一種。
在系統的一些實施例中，EMR源包括被配置為對橫向環形能量分佈進行整形的光束整形器。在系統的一些版本中，光束整形器包括軸錐。
在系統的一些實施例中，該系統另外包括控制器。在一些情況下，控制器被配置為控制EMR源，以確保在生成EMR光束之前，窗口組件將組織冷卻至確定的溫度。在一些情況下，控制器被配置為控制EMR源，以確保在生成EMR光束之前，窗口組件將組織冷卻一段確定的時間段。
根據一些實施例，一種用於對組織進行分級處理的方法包括：使用接觸組織的外表面的窗口組件冷卻組織；使用電磁輻射（EMR）源來生成具有橫向環形能量分佈的EMR光束；使用光學器件來將EMR光束會聚到位於組織內的聚焦區域。在一些情況下，所述窗口組件包括：第一窗口，與第一窗口分開的第二窗口；以及位於第一窗口和第二窗口之間的冷卻劑腔室，其中該冷卻劑腔室被配置為容納基本上不吸收EMR光束的冷卻劑。
在該方法的一些實施例中，EMR光束具有在大約1000nm與4000nm之間的範圍內的波長。
在該方法的一些實施例中，冷卻劑包括介電流體（dielectric fluid）、基於碳氟化合物的流體（fluorocarbon-based fluid）、水、乙二醇和丙二醇中的至少一種。
在該方法的一些實施例中，以至少大約0.2的數值孔徑（NA）執行會聚EMR光束。
在該方法的一些實施例中，該方法另外包括在窗口組件和組織之間引入光學組織透明介質。在一些情況下，光學組織透明介質包括甘油、聚乙二醇和磷酸鹽緩衝鹽水中的至少一種
在該方法的一些實施例中，EMR源還包括被配置為對橫向環形能量分佈進行整形的光束整形器。在該方法的一些版本中，光束整形器包括軸錐。
在該方法的一些實施例中，該方法另外包括使用控制器來控制EMR源，以確保在生成EMR光束之前，窗口組件將組織冷卻至確定的溫度。
在該方法的一些實施例中，該方法另外包括使用控制器來控制EMR源，以確保在生成EMR光束之前，窗口組件將組織冷卻一段確定的時間段。
根據一些實施例，一種用於對組織進行分級處理的系統包括：電磁輻射（EMR）源，其被配置為生成具有在大約1400nm與3400nm之間的範圍內的波長的EMR光束；光束整形器，其被配置為將EMR光束整形為橫向環形能量分佈，其中光束整形器包括軸錐；光學器件，其被配置為以至少大約0.2的數值孔徑（NA）將EMR光束會聚到位於組織內的聚焦區域；位於所述光學器件的光束下游的窗口組件，該窗口組件被配置為當被放置成與組織的外表面相接觸時冷卻組織，其中該窗口組件包括：第一窗口，與第一窗口分開的第二窗口；以及位於第一窗口和第二窗口之間的冷卻劑腔室，其中該冷卻劑腔室被配置為容納基本上不吸收EMR光束並且包括基於碳氟化合物的流體的冷卻劑；以及控制器，其被配置為控制EMR源，以確保在生成EMR光束之前，窗口組件執行以下中的至少一個：將所述組織冷卻至確定的溫度；以及將所述組織冷卻一段確定的時間。
根據一些實施例，一種用於對組織進行分級處理的系統包括：電磁輻射（EMR）源，其被配置為生成具有一定波長的EMR光束；准直器，其被配置為將EMR光束准直至一定寬度；光束整形器，其包括被配置為將經准直的EMR光束整形為橫向環形能量分佈的第一軸錐和第二軸錐，其中，第一軸錐和第二軸錐沿著光軸分開一定距離，該距離被選擇以實現橫向環形能量分佈的期望的內直徑，並且經准直的EMR光束的寬度被選擇以實現橫向環形能量分佈的期望的厚度；以及光學器件，其被配置為將EMR光束會聚到組織內的聚焦區域，從而影響具有聚焦區域的組織。
根據一些實施例，一種系統包括：EMR源，其被配置為生成具有橫向環形能量分佈且波長在大約1200nm至大約12000nm範圍內的EMR光束；光學器件，其被配置為將EMR光束會聚到位於組織內的聚焦區域；光束掃描系統，其被配置為掃描組織內的聚焦區域；位於光學器件的光束下游的窗口組件，該窗口組件被配置為當被放置成與組織的外表面相接觸時透射EMR光束並冷卻組織，其中窗口組件包括：第一窗口；與第一窗口分開的第二窗口；以及位於第一窗口和第二窗口之間的冷卻劑腔室，其中該冷卻劑腔室被配置為容納冷卻劑，該冷卻劑包括基本上不吸收EMR光束的基於碳氟化合物的流體；以及控制器，其被配置為控制EMR源以生成具有多個脈衝的EMR光束，其中多個脈衝中的至少一個脈衝具有不小於大約100微秒的脈衝持續時間。
在系統的一些實施例中，多個脈衝中的至少一個脈衝具有不大於約100mJ的脈衝能量。
在該系統的一些實施例中，該系統另外包括冷卻器，該冷卻器被配置為將冷卻劑冷卻到大約-20℃至大約20℃範圍內的溫度。
在系統的一些實施例中，光學器件還被配置為以至少大約0.2的數值孔徑（NA）會聚EMR光束。
在該系統的一些實施例中，該系統另外包括位於窗口組件和組織之間的光學組織透明介質，其中該光學組織透明介質包括甘油、聚乙二醇和磷酸鹽緩衝鹽水中的至少一種。
在系統的一些實施例中，EMR源另外包括被配置為對橫向環形形狀能量分佈進行整形的光束整形器。在系統的某些版本中，光束整形器包括軸錐。
在系統的一些實施例中，控制器被配置為控制EMR源，以確保在生成EMR光束之前，窗口組件將組織冷卻至預定溫度。
在系統的一些實施例中，控制器被配置為控制EMR源，以確保在生成EMR光束之前，窗口組件將組織冷卻一段預定時間段。
在系統的一些實施例中，EMR源、光學器件和光束掃描系統中的至少一個被配置為控制EMR光束的一個或多個參數，該一個或多個參數包括環形形狀能量分佈的內直徑、環形形狀能量分佈的外直徑、環形形狀能量分佈的厚度以及組織內的聚焦區域的深度中的一個或多個。
根據一些實施例，一種方法包括：使用接觸組織的外表面的窗口組件冷卻組織；使用EMR源來生成具有橫向環形形狀能量分佈並且波長在大約1200nm至12000nm範圍內的EMR光束；使用光學器件將EMR光束會聚到位於組織內的聚焦區域；使用光束掃描系統掃描組織內的聚焦區域；並且使用控制器來控制EMR源以生成具有多個脈衝的EMT光束，其中多個脈衝中的至少一個脈衝具有不小於大約100微秒的脈衝持續時間。在一些實施例中，該窗口包括：第一窗口；與第一窗口分開的第二窗口；以及位於第一窗口和第二窗口之間的冷卻劑腔室。冷卻劑腔室被配置為容納冷卻劑，該冷卻劑包括基本上不吸收EMR光束的基於碳氟化合物的流體。
在該方法的一些實施例中，多個脈衝中的至少一個脈衝具有不大於大約100mJ的脈衝能量。
在該方法的一些實施例中，該方法另外包括使用冷卻器將冷卻劑冷卻到大約-20℃至大約20℃範圍內的溫度。
在該方法的一些實施例中，以至少約0.2的數值孔徑（NA）執行會聚EMR光束。
在該方法的一些實施例中，該方法還包括在窗口組件和組織之間引入光學組織透明介質，其中該光學組織透明介質包括甘油、聚乙二醇和磷酸鹽緩衝鹽水中的至少一種。
在該方法的一些實施例中，EMR源還包括被配置為對橫向環形形狀能量分佈進行整形的光束整形器。在該方法的一些版本中，光束整形器包括軸錐。
在該方法的一些實施例中，該方法另外包括使用控制器來控制EMR源，以便確保在生成EMR光束之前，窗口組件將組織冷卻至預定溫度。
在該方法的一些實施例中，該方法另外包括使用控制器來控制EMR源，以便確保在生成EMR光束之前，窗口組件將組織冷卻一段預定時間段。
在該方法的一些實施例中，該方法還包括控制EMR光束的至少一個參數，該至少一個參數包括環形形狀能量分佈的內直徑、環形形狀能量分佈的外直徑、環形形狀能量分佈的厚度以及組織內的聚焦區域的深度中的一個或多個。
根據一些實施例，該系統包括：EMR源，其被配置為生成具有在大約1400nm與大約3500nm之間的範圍內的波長的EMR光束；准直器，其被配置為將EMR光束准直至經准直的光束寬度；光束整形器，其包括被配置為將EMR光束整形為橫向環形形狀能量分佈的第一軸錐和第二軸錐，其中第一軸錐和第二軸錐沿著光軸分開一個間距距離，其中環形形狀能量分佈的內直徑與間距距離相關，並且環形形狀能量分佈的厚度與經准直的光束寬度相關；光學器件，其被配置為以至少大約0.2的數值孔徑將EMR光束會聚到位於組織內的聚焦區域；光束掃描系統，其被配置為掃描組織內的聚焦區域；位於光學器件的光束下游的窗口組件，該窗口組件被配置為當被放置成與組織的外表面相接觸時透射EMR光束並冷卻組織，其中該窗口組件包括：第一窗口；與第一窗口分開的第二窗口；以及位於第一窗口和第二窗口之間的冷卻劑腔室，其中該冷卻劑腔室被配置為容納包括基本上不吸收EMR光束的基於碳氟化合物的流體的冷卻劑；冷卻器，其被配置為將冷卻劑冷卻到大約-20℃至大約20℃的溫度；控制器，其被配置為控制EMR源，以便確保在生成EMR光束之前，窗口組件將組織冷卻至預定溫度或冷卻一段預定時間；以及控制EMR源以生成具有多個脈衝的EMR光束，其中多個脈衝中的至少一個脈衝具有不小於100微秒的脈衝持續時間；並且其中EMR源、光學器件和光束掃描系統中的至少一個被配置為控制EMR光束的一個或多個參數，該一個或多個參數包括環形形狀能量分佈的內直徑、環形形狀能量分佈的外直徑、環形形狀能量分佈的厚度以及組織內的聚焦區域的深度中的一個或多個。
現在將描述某些示例性實施例以提供對本文所公開的設備和方法的結構、功能、製造和使用的原理的整體理解。在附圖中例示出了這些實施例的一個或多個示例。本領域技術人員將理解，本文中具體描述並在附圖中例示的設備和方法是非限制性示例性實施例，並且本公開的範圍僅由發明申請專利範圍來限定。結合一個示例性實施例描述或例示的特徵可以與其他實施例的特徵組合。這樣的修改和變化旨在被包括在本公開的範圍內。
下面關於分級處理詳細討論了本公開的實施例，分級處理包括皮膚更新和皮膚磨皮（skin resurfacing），例如針對痤瘡、水痘和手術疤痕、眶周和口周皺紋、眼眶周圍和周圍皺紋、光老化、面部色差和妊娠紋的皮膚磨皮。與本公開相關的另外的處理包括對皮膚的色素疾病（諸如黃褐斑）和其他色素疾病（諸如環狀肉芽腫）的處理。
所公開的實施例可以不受限制地用於處理其他色素性和非色素性疾病以及其他組織和非組織靶標。色素性疾病的示例可以包括但不限於發炎後過度色素沉著（PIH）、眼睛周圍的深色皮膚、黑眼圈、咖啡色斑、貝克爾痣、大田痣、先天性黑素細胞痣、雀斑（freckles）和老年斑。可以被處理的色素組織和結構的其他示例包括但不限於富含鐵血黃素的結構、色素沉著膽結石、含紋身的組織和葉黃素、玉米黃質、視紫紅質、類胡蘿蔔素、膽綠素、膽紅素和富含血紅蛋白的結構。用於處理非色素結構、組織和疾病的靶標的示例可以包括但不限於毛囊、毛幹、血管病變、感染性疾病、皮脂腺、痤瘡等。
諸如用於美容目的之類的處理各種皮膚病的方法，可以使用本文所述的系統來進行。可以理解，儘管此類方法可以由醫師實施，但是諸如美容師和其他受過適當訓練的人員之類的非醫師可以在沒有醫師的監督下使用本文所述的系統來處理各種皮膚疾病。
此外，在本公開中，實施例的相同名稱的部件通常具有相似的特徵，並且因此在特定實施例中，不必充分闡述每個相同名稱的部件的每個特徵。另外，就在所公開的系統、設備和方法的描述中使用線性或圓形尺寸的程度而言，此類尺寸並不旨在限制可以與此類系統、設備和方法結合使用的形狀的類型。本領域技術人員將意識到，對於任何幾何形狀，可以容易地確定此類線性和圓形尺寸的等同物。系統和設備及其部件的大小和形狀至少可以取決於將使用系統和設備的對象的解剖結構、將使用系統和設備的部件的大小和形狀，以及將使用系統和設備的方法和過程。
通常，描述了可以將電磁輻射（EMR）（例如，激光光束）聚焦到組織中的處理區域的高數值孔徑（NA）光學處理系統。聚焦的激光光束可以將光能遞送到處理區域而不會損害周圍的組織。所遞送的光能可以例如處理皮膚的真皮層的處理區域中的組織，而不會影響周圍區域（例如，上表皮層、真皮層的其他部分等等）。在其他實現中，所遞送的光能可以引起紋身去除或改變，或者與血紅蛋白相關的處理。
在標題為「Method and Apparatus for Treating Dermal Melasma」（用於處理皮膚黃褐斑的方法和裝置）的美國專利申請公開號2016/0199132和標題為「Method and Apparatus for Selective Treatment of Dermal Melasma」（用於選擇性處理皮膚黃褐斑的方法和裝置）的美國專利臨時申請號62/438,818中公開了用光或光能處理皮膚疾病的示例性方法和設備，其每一個通過引用整體併入本文。
通常，提供了用於處理皮膚病的系統和對應方法。如下面更詳細地討論的，所公開的系統和方法採用諸如激光光束的電磁輻射（EMR），以將預定量的能量遞送到靶標組織。EMR可以被聚焦到聚焦區域，並且可以關於靶標組織而在任何方向上平移或旋轉聚焦區域。預定量的輻射可以被配置為熱破壞或以其他方式損傷組織的部分。以這種方式，預定量的能量可以被遞送到靶標組織內的任何位置以進行處理，從而改善其外觀。
現在參考圖1，示出了用於輻射處理的系統100。電磁輻射（EMR）源（例如，激光源）110生成具有波長（在大約1000nm至大約12,000nm的範圍內，例如大約1550nm）的EMR光束（例如，激光光束）112。根據一些實施例，EMR光束112具有天然地來自EMR源110的橫向環形能量分佈（例如，TEM 01*）。根據其他實施例，光束整形器114對EMR光束進行整形以產生橫向環形能量分佈。圖1例示出了採用兩個軸錐的光束整形器114。具有第一楔角的第一軸錐116接受EMR光束112並產生貝塞爾光束118。隨著貝塞爾光束傳播，它形成了發散的環形能量分佈。發散的環形能量分佈120被第二軸錐122准直成具有橫向環形能量分佈124的經准直的EMR光束。根據一些實施例，第二軸錐122具有第二楔角，該第二楔角基本等於第一軸錐116的第一楔角。然後，將環形能量分佈124朝向聚焦光學器件128引導。聚焦光學器件128的一些示例包括會聚光學器件（例如，平凸透鏡）和軸錐。聚焦光學器件128會聚EMR光束並將其朝向組織130（例如，皮膚）引導。在一些情況下，聚焦光學器件以至少約0.2（例如，約0.3至約0.5）的數值孔徑（NA）會聚EMR光束。根據一些實施例，窗口組件132位於聚焦光學器件128和組織130之間。窗口組件132在EMR光束124的波長處是基本透明的。示例性的窗口材料包括玻璃、石英和藍寶石。在一些實施例中，窗口組件132被冷卻並且被用來在處理期間冷卻組織130。通常，在裝置100的操作期間，窗口組件132被放置成與組織的外表面相接觸。根據一些實施例，窗口組件132包括兩個窗口——第一窗口134和第二窗口136，並且冷卻腔室138位於兩個窗口之間。冷卻腔室被配置為容納冷卻劑。在一些實施例中，冷卻劑流140穿過冷卻劑腔室138。在一些實施例中，冷卻劑包括以下中的一種或多種：介電流體、基於碳氟化合物的流體、乙二醇、丙二醇、水和防凍劑。在大多數情況下，冷卻劑被選擇為在EMR光束124的波長處大體（例如，大於約50％）是透射的。例如，示例性實施例包括具有1550nm波長的EMR光束124和包括基於碳氟化合物的流體的冷卻劑（例如，來自3M的Flourinert™），其在1550nm處基本上是透射的。在一些實施例中，介質142被放置在窗口組件132的底表面與組織130的外表面之間。在一些版本中，該介質142用於使窗口組件132的折射率與組織130相匹配。在一些其他版本中，介質穿透組織。介質142的示例包括：甘油、磷酸鹽緩衝鹽水（PBS）、聚乙二醇（PEG）400以及折射率大約等於皮膚（例如，約1.4）的其他合適的生物相容性材料。在一些實施例中，系統100還包括控制器150以控制EMR源110。例如，在一些實施例中有利的是，響應於組織的冷卻來控制EMR源110，以確保僅冷卻的組織被照射。在一些情況下，控制器150被配置為控制EMR源以確保在生成EMR光束之前，窗口組件將組織冷卻至預定溫度。在一些其他情況下，控制器150被配置為控制EMR源以確保在生成EMR光束之前，窗口組件冷卻達預定時間段。根據一些實施例，溫度感測器152（例如，熱電偶或熱敏電阻）被用來直接測量組織溫度。可替代地，利用溫度感測器測量與組織熱連通的部件的溫度。例如，當冷卻劑流出冷卻劑腔室138時的溫度可以被用作組織溫度的指示器。
在一些實施例中，與EMR源110、光束整形器114和聚焦光學器件128中的一個或多個通信的控制器150還被配置為控制EMR光束的一個或多個參數。示例性的EMR光束參數包括環形能量分佈的內直徑、環形能量分佈的外直徑、環形能量分佈的厚度以及組織內的聚焦區域的深度。根據一些實施例，在整個皮膚組織上掃描EMR光束以在組織內生成熱破壞的多個位置，例如以提供分級處理。在標題為「Electromagnetic Radiation Beam Scanning System and Method 」（電磁輻射光束掃描系統和方法）的美國專利申請號16/219,801和標題為「Scanning Systems for EMR-Based Tissue Treatment 」（用於基於EMR的組織處理的掃描系統）的國際申請PCT/US2018/065508中公開了與掃描高NA EMR光束有關的系統和方法的示例，兩者均通過引用併入本文。
參考圖2，流程圖200表示根據一些實施例的用於照射組織的方法。首先，使用窗口組件冷卻組織210，該窗口組件被放置成與組織的外表面相接觸。根據一些實施例，窗口組件包括兩個窗口——第一窗口和第二窗口，並且冷卻腔室位於兩個窗口之間。冷卻腔室被配置為容納冷卻劑。在一些實施例中，冷卻劑流穿過冷卻劑腔室。在一些實施例中，在方法200中的任何後續步驟之前將組織冷卻至預定溫度。在一些實施例中，在任何後續步驟之前將組織冷卻達預定時間。在一些情況下，將組織冷卻到預定溫度達預定時間可以防止對組織的外層（例如表皮）的熱損傷，從而減少停機期。
根據一些實施例，溫度感測器被用來測量與組織相關的溫度，例如與組織相接觸（並因此與之熱連通）的部件的溫度。示例性溫度感測器包括熱敏電阻、熱電偶和紅外溫度感測器。在一些情況下，溫度感測器直接感測組織溫度，而在其他情況下，溫度感測器感測與組織溫度相關的另一種材料的溫度（例如，與組織相接觸的流出接觸冷卻組件的冷卻劑）。
接下來，電磁輻射（EMR）光束被生成220。EMR光束包括橫向環形能量分佈（例如TEM 01*或甜甜圈能量分佈）。然後EMR光束被會聚230以形成聚焦區域。通常，使用一個或多個光學器件（例如，會聚透鏡和/或軸錐）會聚EMR光束。在一些版本中，EMR光束以約0.2或更大的數值孔徑（NA）而被會聚。最終，朝向組織240引導EMR光束，使得聚焦區域至少部分地位於組織內（即，在組織的外表面下方）。在一些版本中，將EMR朝向組織240引導另外還包括掃描EMR光束，使得聚焦區域在組織內移動。典型地，在三個軸（例如，豎直於光軸的兩個軸和平行於光軸的一個軸）中的至少一個中完成對EMR的掃描。例如，可以在組織中側向地以及組織內在深度上掃描聚焦區域。在方法200的一些實施例中，將光學組織透明介質引入到組織。例如，在一些情況下，光學組織透明介質被引入到組織和窗口組件之間的組織的表面上。在一些實施例中，方法200另外還包括控制EMR波束的至少一個參數。EMR光束的示例性參數包括環形形狀能量分佈的內直徑、環形形狀能量分佈的外直徑、環形形狀能量分佈的厚度以及組織內的聚焦區域的深度。 示範性實施例
現在參考圖3A，示出了前蓋被移除的示例系統300。光纖激光源310輸出激光。示例性的光纖激光源310是具有平均功率為20W的CW Er-Yb激光器（例如，來自馬薩諸塞州牛津的IPG Photonics的IPG零件號ELR-20-1550-LP）。激光通過准直器312准直至直徑約4mm的光束寬度。然後，通過光束整形器314將准直的激光光束整形為橫向環形（即，甜甜圈）能量分佈（例如，TEM 01*）。然後將激光光束沿著光學系統（optical train）引導，最終將其聚焦並從示例系統300底面處的窗口組件316引導出去。
圖3B例示出了沿著圖3A中的截面線B-B截取的示例系統300和光束整形器314的截面圖。在圖3B中，光束整形器包括兩個相同的軸錐——第一軸錐320和第二軸錐322。示例性軸錐是Thorlabs零件號AX2510-C，其物理楔角為10°。具有近似單一模（near single order mode）（即，高斯橫向能量分佈且M2 ＜=1.5）的激光光束由第一軸錐320首先整形為貝塞爾光束，然後為發散的橫向環形（即甜甜圈）能量分佈。第二軸錐將發散的橫向環形能量分佈准直為經准直的橫向環形能量分佈。光束整形器被配置成使得橫向環形能量分佈的內直徑與第一軸錐320和第二軸錐322之間的間距距離成比例相關。根據示例性實施例，橫向環形能量分佈的內直徑為標稱4mm。現在被整形為橫向環形（即，甜甜圈）能量分佈的激光光束沿著光路進一步傳播，最終通過窗口組件316離開系統300。圖3C例示出了沿著圖3A中的截面線C-C截取的示例系統300和窗口316的截面圖。聚焦光學器件330位於窗口316的光束上游處，以使得激光光束在其透射通過窗口組件316時會聚。最終，聚焦光學器件330將激光光束帶到窗口組件316之外的聚焦區域，因此當窗口組件被放置成與組織相接觸時，聚焦區域位於組織內。一種示例性聚焦光學器件是非球面透鏡，Thorlabs零件號A240-C，其具有8mm的標稱有效焦距。在一些實施例中，Z載物台331容納聚焦光學器件330，並且被配置為沿著光軸調節聚焦光學器件330的位置，從而影響聚焦區域相對於窗口316的深度（即，組織內的聚焦區域的深度）。示例性的Z載物台331是來自紐約維克多的Newscale Technologies的Newscale PN：M3-FS。在一些情況下，控制器150被配置為控制Z載物台，以便影響聚焦區域深度的變化。
圖3D例示出了從圖3C中的細節圓圈D截取的示例系統300的細節圖。窗口組件316在圖3D中被更詳細地示出。第一窗口340被示出在聚焦光學器件330附近。第二窗口342被示為與第一窗口340分開。在第一窗口340和第二窗口342之間建立了冷卻劑腔室344。冷卻劑腔室344被氣密密封，以便在冷卻劑流過冷卻劑腔室344時容納冷卻劑。冷卻劑通過與窗口組件316相接觸而被加熱並返回到冷卻器。然後，冷卻劑由冷卻器例如熱電冷卻器（例如，來自紐約州Wappingers Falls的固態冷卻的零件號UC190）冷卻，並再循環至窗口組件316。與用於在照射期間冷卻的窗口組件相關的公開內容被包括在Dresser等人的美國專利申請號16/237,367中，其通過引用併入本文。下面更詳細地描述參考圖3A-圖3D所公開的示例性窗口組件。
在圖3E-圖3H的各個視圖中示意性地表示了用於在照射期間進行冷卻的示例性窗口組件316。圖3E例示出了組件316的俯視等軸測圖（即，冷卻元件316的面向EMR源/背離靶標組織的部分）。圖3F示出了窗口組件316的底部等距視圖（即，窗口組件316的面向靶標組織/背離EMR源的部分）。圖3G示出了窗口組件316的仰視圖。圖3H示出了沿著圖3G中所示的剖面線的窗口組件316的截面圖。示例性窗口組件316包括框架350。參考圖3E和圖3G，框架350具有三個基準（datum）352。基準352對應於基於能量的設備（例如300）上的底座，該底座可以生成照射，從而允許窗口組件316可移除地附接在基於能量的設備上並且在其上被更換。根據一些實施例，基準352可以近似一種或多種幾何形式，例如平面、線和點。根據一些版本，基準352包括運動學底座（例如，麥克斯韋或開爾文底座）的一部分。窗口組件316的三個基準352可以位於一個平面中。示例性的窗口組件316還包括通過第一密封件354密封到框架350的第一窗口340和通過第二密封件356密封到框架350的第二窗口342。根據一些實施例，第一密封件354和第二密封件356包括黏合劑。黏合劑的示例可以包括光固化黏合劑、矽酮和環氧樹脂。根據其他實施例，第一密封件354和/或第二密封件356包括焊縫、銅焊或焊料，並且對應的第一窗口340和/或第二窗口342的邊緣可以被金屬化、濺射或塗覆有允許這種類型的密封的材料（例如金屬）。另外，第二窗口342通過一個或多個緊固件358而被固定到框架350。在圖3G和圖3H中可以看出，窗口組件316的緊固件358包括由三個機械螺釘保持就位的夾板。緊固件的另外示例可以包括螺釘、夾具、按扣、固定環、凸耳或其任意組合。將第二窗口342固定至框架允許第二窗口342的遠側表面360被牢固地放置成與組織相接觸，而不會向第二密封件356引入額外的應力，額外的應力可能導致第二窗口342的遠側表面360彎曲或移動。
遠側表面360與聚焦EMR光束的光學器件之間距離的變化影響光束的工作距離以及組織內所導致焦點的位置。根據一些實施例，第二窗口342的遠側表面360可以相對於基準352而位於預定的幾何形狀（例如，取向、位置等）處。例如，在一些版本中，第二窗口342平行於由一個或多個基準352近似的平面以位於期望公差（例如0.5mrad）內。另外，第二窗口342可以沿著光軸（例如，z軸）位於期望公差（例如，0.05mm）內的精確距離處。另外，根據一些實施例，第一窗口340和第二窗口342均被平行定位，並且它們之間的規定距離可以在期望公差內（例如，0.5mrad和0.05mm）。由於各種原因，在一些實施例中，第二窗口的遠側表面360包括非平面形狀（例如，凸形或凹形）。例如，凸形的遠側表面360在被放置成與組織相接觸時可有利於壓縮組織。
圖3H描繪了系統400內的腔室344。腔室344由框架350、第一窗口340和第二窗口342來界定。腔室344可以由第一密封件354和第二密封件356密封。腔室344被配置為容納冷卻劑。根據一些實施例，冷卻劑流通過與腔室344流體連通的一個或多個端口362而被供應到腔室344。根據一些實施例，端口362可以從與端口362流體連通的冷卻劑流來源提供冷卻劑流。在一些實現中，冷卻劑流來源可以通過一個或多個附件364來與端口362流體連通。圖3E和圖3F例示出了冷卻劑供應附件364a和冷卻劑返回附件364b，用於向腔室344供應冷卻劑並從腔室344返回冷卻劑。
根據一些實施例，第二窗口包括具有高熱逸散率的材料（例如，石英、藍寶石、金剛石等）。較高熱逸散率可以允許更多的熱量從組織表面傳遞到冷卻劑流。同樣，根據一些實施例，第一窗口340包括具有較低熱逸散率的材料（例如，玻璃或聚合物）。具有較低熱逸散率材料的第一窗口340的實現可以將較少的熱量傳遞通過第一窗口並進入到冷卻劑流中。結果，冷凝可能比其中第一窗口340包括高熱逸散率材料的版本中更緩慢地發生。另外，在一些實施例中，第一窗口的厚度（例如，約1mm）大於第二窗口的厚度（例如，約0.5mm），從而允許熱能傳遞在第二窗口上更自由地發生。根據一些版本，可以將諸如清潔乾燥的空氣、氮氣、二氧化碳或氬氣之類的非冷凝氣體吹向第一窗口，以進一步防止冷凝。
圖4A例示出了根據一些實施例的模擬光學佈局400。經准直的高斯光束410傳播入射並居中到第一軸錐412，其形成貝塞爾光束414。貝塞爾光束414傳播入射並居中到第二軸錐416，其形成經准直的橫向環形（即甜甜圈）能量分佈光束418。經准直的橫向環形能量分佈光束418傳播入射並居中傳播到非球面聚焦光學器件420，其形成聚焦到聚焦區域424的會聚的橫向能量分佈422。
圖4B例示出了經准直的高斯光束410的第一模擬高斯光束分佈430。圖4C例示出了聚焦區域424之前0.5mm的會聚的橫向環形能量分佈422的第一模擬橫向環形（即，甜甜圈）光束分佈432。圖4D例示出了聚焦區域424之前0.2mm的會聚的橫向環形能量分佈422的第二模擬橫向環形光束分佈434。圖4E例示出了聚焦區域424之前0.1mm的會聚的橫向環形能量分佈422的第三模擬橫向環形光束分佈436。在相同的條件下，會聚的橫向環形能量分佈光束422在光束分佈上具有比高斯模式光束更低的輻照度。參考圖4F，示出了針對距焦點0.5mm的高斯光束的高斯能量分佈440。在圖4G中示出了針對距焦點0.5mm的橫向環形能量分佈光束的橫向環形（即，甜甜圈）能量分佈442。在圖4F和圖4G中表徵的兩個光束都具有相同的功率（例如1W）。但是，針對高斯光束的局部最大輻照度（例如，1.29W/cm2 ）比橫向環形能量分佈光束（例如，0.75W/cm2 ）大得多。這允許橫向環形光束向皮膚的外層（例如，表皮）遞送較少的峰值能量密度，而向皮膚的深層（例如，真皮）遞送等量的能量。通過改變橫向環形能量分佈的內直徑的寬度，實現了對橫向環形光束的峰值局部能量密度降低的控制。較大的內直徑將更多的能量推向光束的外部，並降低光束內的峰值能量密度（或功率密度）。另外，可以通過增加聚焦光學器件420的數值孔徑來在高斯和橫向環形能量分佈二者中降低峰值局部能量密度。 示例性體外研究
根據一些實施例，進行了許多研究。使用最大平均功率為20W且波長為1550nm的連續波（CW）Er-Yb光纖激光器（IPG激光器型號：ELR-20-1550LP）進行了研究。使用高數值孔徑（例如，NA大於或等於0.4）聚焦系統照射切除的人體組織。當在X-Y平移載物臺上相對於聚焦系統掃描人體組織時，通過對CW光纖激光器進行脈衝來完成分級照射。然後將人體組織切片、染色和檢查。氯化硝基四氮唑藍（NBTC）染色劑被用來測試活力。具體地說，NBTC染色劑作用於組織內的蛋白質。一旦這些蛋白質被損傷（例如，熱變性），它們就不再被NBTC染色並且看起來未染色。 研究1
第一項研究被實施，以確定使用高斯光束對組織的非消融性熱破壞所需的脈衝能量。研究編號1中使用的參數如下所示：表 1- 研究 1 的 參數
透鏡NA 0.5       單 位
皮膚 人體腹部成形術      
皮膚中的單層深度0.5mm 組織4 組織3 組織2 組織1
皮膚中的單層深度0.7mm 組織5 組織6 組織7 組織8
         
激光平均功率 15.5 15.5 15.5 15.5 W
每 點 所需能量 10 20 30 40 mJ
點節距 0.5 0.5 0.5 0.5 mm
點尺寸 0.025 0.025 0.025 0.025 mm
脈衝持續時間 0.65 1.29 1.94 2.58 毫秒
載物台速度 38.75 19.38 12.92 9.69 mm/秒
激光脈沖重複率 0.01 0.03 0.04 0.05 秒
77.5 38.75 25.83 19.38 Hz
對10x10mm2 的處理時間 5.2 10.3 15.5 20.6 Sec
在圖5A-圖5D中的組織學幻燈片中示出了研究1的一些代表性結果。圖5A例示出了在用具有大約10mJ能量的脈衝照射之後所截取的水平截面。圖5B例示出了在用具有大約10mJ能量的脈衝照射之後截取的豎直截面。NBTC染色劑證明了蛋白質的非常輕微的熱變性。對照而言，在超過10mJ——例如大約40mJ的脈衝能量下的照射顯示出導致了明顯的熱破壞。圖5C例示出了每脈衝照射40mJ後的組織表面下方約300微米處截取的水平截面。並且，圖5D例示出了每脈衝照射40mJ後的組織的豎直截面。從研究1得出的結論是，給定這組參數每脈衝10mJ是閾值脈衝能量，低於該閾值脈衝能量幾乎沒有發生熱破壞。 研究2
研究2被實施，以確定光學組織透明介質對分級非消融離體照射的影響。在照射之前，將切除的人體組織的樣品放置於光學組織透明介質中4小時。將樣品浸泡在下方含有中表皮的皮氏培養皿中。測試了兩種光學組織透明介質：磷酸鹽緩衝液（PBS）和甘油。研究編號2中使用的參數如下所示：表 2- 研究 2 的 參數
透鏡0.5NA       單位 光學組織透明介質
皮膚 人體腹部成形術        
皮膚中的單層深度0.5mm 組織 4 組織3 組織2 組織1   甘油
皮膚中的單層深度0.7mm 組織 8 組織7 組織6 組織5   PBS
激光功率 15.5 15.5 15.5 15.5 W  
每 點 所需能量 20 10 7 5 mJ
點節距 0.5 0.5 0.5 0.5 Mm
點尺寸＜ 0.025 0.025 0.025 0.025 Mm
脈衝持續時間 1.290 0.645 0.452 0.323 毫秒
載物台速度 19.38 38.75 55.36 77.50 mm/秒
激光脈沖重複率 0.03 0.01 0.01 0.01 秒
38.75 77.50 110.71 155.00 Hz
對10x10mm2的處理時間 10.3 5.2 3.6 2.6  
在光學組織透明介質浸泡的組織樣品中，僅在每脈衝20mJ下可見熱破壞。在較低的測試脈衝能量（5mJ、7mJ和10mJ）下，通過NBTC活力染色沒有顯現熱破壞。針對研究2的一些代表性結果示出在圖6A-圖6B的組織學幻燈片中。圖6A例示出了以每脈衝20mJ照射的甘油浸泡的組織中截取的豎直截面。圖6B例示出了以每脈衝20mJ照射的PBS浸泡的組織中截取的豎直截面。 研究3
研究2被實施，以確定橫向環形（即甜甜圈）能量分佈對分級非消融離體照射的影響。在照射之前，將切除的人體組織的樣品放置於光學組織透明介質中4小時。將樣品浸泡在下方含有中表皮的皮氏培養皿中。測試了兩種光學組織透明介質：磷酸鹽緩衝液（PBS）和甘油。如上所述，將激光光束整形為橫向環形能量分佈，並將其聚焦到組織中。研究編號2中使用的參數如下所示：表 3- 研究 3 的 參數
帶兩個軸錐的貝塞爾光束，具有1550nm塗層窗口        
  腹部成形術皮膚 單 位 OTC 光束整形
皮膚中的單層深度0.5mm 組織 4 組織 3 組織 2 組織 1   PBS 甜甜圈
  組織 7 組織 6 組織 5 -   甘油 甜甜圈
激光功率 16.2 16.2 16.2 16.2 W
每 點 所需能量 20 10 7 5 mJ
點節距 0.5 0.5 0.5 0.5 Mm
點尺寸＜ 0.025 0.025 0.025 0.025 Mm
脈衝持續時間 1.235 0.617 0.432 0.309 毫秒
載物台速度 20.25 40.50 57.86 81.00 mm/秒
激光脈沖重複率 0.02 0.01 0.01 0.01 秒
  40.50 81.00 115.71 162.00 Hz
對10x10mm2 的處理時間 9.9 4.9 3.5 2.5  
參考7A-圖7E描述了來自研究3的組織學結果。圖7A例示出了笛卡爾佈局中的四個組織學圖像，其中甘油浸泡的組織在上方，PBS浸泡的組織在下方，左側的每脈衝能量為10mJ，右側的每脈衝能量為20mJ。通常，與10mJ脈衝能量相比，20mJ脈衝能量顯現更寬和更深的熱破壞。圖7B例示出了浸泡在甘油中並用10mJ脈衝能量照射的組織的水平組織學圖像。圖7C例示出了浸泡在甘油中並且用20mJ脈衝能量照射的組織的水平組織學圖像。圖7D例示出了浸泡在PBS中並用10mJ脈衝能量照射的組織的水平組織學圖像。圖7E例示出了浸泡在PBS中並用20mJ脈衝能量照射的組織的水平組織學圖像。在以橫向環形能量分佈照射的組織的水平組織學中，可以看到環形形狀的損傷（例如，圖7C）。在水平組織學中顯現為環形的損傷在三維中是薄壁的空心錐體損傷，其達到組織內的深處（例如300-1000微米）的點。在錐體損傷內，存在健康的未受影響的組織，如水平截面中的環形損傷（例如，圖7C）和豎直截面中的「Y」形損傷（例如，圖7A）所證明的那樣。這種照射方式的益處是與目前的分級照射技術相比，更少的表皮被損傷。並且，被損傷的表皮在健康的（即未受影響的）組織所包圍的較窄寬度（例如1至100微米）中被損壞。 參數選擇
在下表中概述了與本公開的實施例的實踐相關的參數：表 4- 示例性 參數 和 範圍
  最小 最大 標稱
EMR 波 長 (nm) 200 20000 1550
數 值孔 徑 (-) 0.01 1 0.5
聚焦 區 域 寬 度 ( 微米 , μm) 0.05 5000 4
聚焦 區 域 長 度 (mm) 0.005 500 0.5
組織 表面下方的聚焦 區 域深度 (mm) 0 10 0.3
脈衝 能量 (mJ) 0.1 300 30
脈衝 持 續時間 (nS) 1 1,000,000,000 5,000,000
平均功率 (W) 0.01 100 10
峰值功率 (W) 1 1,000,000 20
預 冷 時間 (S) 0.1 200 10
預 冷 溫 度 (o C) -200  (對於冷凍劑冷卻) 10 2
橫 向 環 形（即甜甜圈）能量分 佈 ， 內 直 徑 (mm) 0.05 50 4
橫 向 環 形（即甜甜圈）能量分 佈 ， 環 形 寬 度 (mm) 0.05 50 2
光 學組織 透明 成分 乙二醇，磷酸鹽緩衝鹽水（PBS），聚乙二醇（PEG）400
冷 卻劑 成分 水，酒精，丙二醇，基於碳氟化合物的液體和防凍劑
掃 描系 統 （多個）平移載物台，檢流計
在一些實施例中，環形形狀能量分佈的各方面是可控的。圖8A示出了被配置為生成環形形狀能量分佈的一對軸錐800。兩個軸錐800的關係（S）810與所得環形形狀的光束的大直徑812之間的關係被表達：
Figure 02_image001
其中，n是第一和第二軸錐的折射率，並且α是第一和第二軸錐800的楔角。
如上所述，經准直的光束直徑814在進入軸錐對800時確定環形形狀能量分佈寬度816。因此，在一些實施例中，通過改變經准直的光束直徑814來控制環形形狀能量分佈816的寬度。例如，在一些情況下，光束擴展器（例如Gallian光束擴展器或Keplerian光束擴展器）被用來在它到達軸錐對800之前擴展（或減小）經准直的光束直徑814。小（內）直徑818可以根據環形能量分佈的大（即，外）直徑812來表達。具體來說，小直徑818等於大直徑812減去經准直的光束814的直徑，或者：
Figure 02_image003
其中，
Figure 02_image005
是小直徑818；
Figure 02_image007
是大直徑812；
Figure 02_image009
是光束直徑814。根據一些實施例，與環形形狀能量分佈相關的一個或多個參數由控制器控制，該控制器操縱上述參數（例如，軸錐對800間距距離810和/或光束擴展率）。例如，在一些情況下，可以通過使用電動載物台（例如，Thorlabs PN：PT1-Z8）以電子方式操縱軸軸錐對800之間的間距距離810。同樣地，在一些情況下（例如，加侖光束擴展器），兩個光學器件之間的光程距離控制光束擴展器的光束擴展（或光束減小）率。在這種情況下，當光束814進入軸錐對800時，電動載物台也可以被用來控制光束814的寬度。
小直徑分級處理導致較小的損害並加快癒合。例如，已經發現，大於一定寬度（例如，約0.15mm、0.25mm或0.5mm）的分級損壞會在一些個體中引起瘢痕形成。甚至低於現在商業上可實現的較小的分級損傷寬度將進一步將停機期最小化，直至達到閾值最小分級損壞寬度尺寸。具體地，小於單個單元（cell）（例如，約20微米）的光束尺寸實際上導致最小可能的分級損傷。如上所述，在一些情況下，上述示例性光學系統達到了此規模的對組織的熱傷害。在另外的示例性實施例中，通過另一個示例性光學系統實現了對該組織的較小的分級損害。
基於上述實施例，本領域技術人員將理解其他特徵和優點。因此，除了由所附發明申請專利範圍所指示的以外，所公開的實施例不受限於已經具體示出和描述的內容。本文引用的所有出版物和參考文獻均通過引用全文明確地併入本文。 附加實施例
參考圖9A-圖9B描述了用於實現在數十微米規模的分級損傷的另一個實施例。參考圖9A，顯示了產生貝塞爾光束聚焦區域910的光學方案900。與正常的衍射受限的聚焦區域不同，貝塞爾光束聚焦區域具有可以彼此解耦的聚焦寬度和聚焦區域長度。通常，聚焦區域長度（即景深）與聚焦區域半徑（例如瑞利範圍）的平方成比例地相關。使聚焦區域長度與聚焦區域寬度解耦允許形成非常長（例如，大於0.5mm長）的聚焦區域，該聚焦區域也非常窄（例如，小於約0.1mm寬）。
圖9A示意性地例示出了可以被用來生成長窄光束的光路。在此配置中使用了三個軸錐。第一軸錐912和第二軸錐914被用來將光束整形為經准直的環形光束916，第三軸錐918被用來將光束聚焦到貝塞爾光束聚焦區域910。
根據一些示例性實施例，用於分級處理的損傷的寬度與貝塞爾光束聚焦區域910的第一波瓣的寬度相關。貝塞爾光束聚焦區域910的第一波瓣（lobe）的半寬度ωo 是波長λ、軸錐的楔角α和軸錐的折射率n的函數：
Figure 02_image011
因此，根據一些實施例，通過選擇第三軸錐918的軸錐楔角來實現該光學參數的選擇。下表示出了基於軸錐楔角的用於1550nm光束的一些示例性第一波瓣直徑。表 5- 楔角 與 第一 波瓣直 徑 （波 長 = 1550nm ）
楔角 ( 度 ) 第一波瓣直 徑 (um)
0.5 296
1 148
2 74
5 30
10 15
20 7
30 5
分級處理造成的損傷的長度與貝塞爾光束聚焦區域910的長度相關。由軸錐形成的貝塞爾光束的長度（例如，景深[DOF]）920是光束在軸錐處的寬度的函數。當使用環光束時，聚焦區域長度是環922的寬度的函數。環的寬度又是准直光束924的寬度的函數（例如，一半），該准直光束924被整形以形成環光束。貝塞爾光束的長度可以使用下式來近似：
Figure 02_image013
例如，對於4mm輸出光束、1550nm的波長和20o 的楔角，貝塞爾光束聚焦區域的長度近似為15mm。
第三聚焦軸錐918的尖端和貝塞爾光束聚焦區域910之間的工作距離（WD）926是環形圈916的內直徑928的函數。從軸錐918的尖端測量的工作距離926可以參照圖9A-圖9B使用下式來近似：
Figure 02_image015
上式是從針對X1 和X0 的兩個下式導出的。圖9B例示出了這些等式之間的關係。
Figure 02_image017
從上面可以看出，環形能量分佈916的小（即內）直徑928影響工作距離926。例如，軸錐作用在非環光束上導致始於軸錐尖端的貝塞爾光束聚焦區域。在一些實施例中，通過控制入射到聚焦軸錐918的環光束的小直徑928從而影響聚焦區域910的工作距離926，以將聚焦區域910控制到組織內的一個深度（例如，在組織的表面下方）。在一些版本中，環光束916的小直徑928是第一軸錐912和第二軸錐之間的間距的函數。小直徑可以用環形能量分佈916的大（即外）直徑930來表達。具體地說，小直徑928等於大直徑930減去准直光束924的直徑，或者：
Figure 02_image003
圖10例示出了處理系統1010的一個示例性實施例。如圖所示，處理系統1010包括平臺1012、發射器1014以及控制器1016。平臺1012可以包括一個或多個操縱器或臂1020。臂1020可以耦合到發射器1014以用於在對象1024的靶標組織1022上執行各種處理。平臺1012和發射器1014的操作可以由用戶手動或使用控制器16（例如，經由用戶界面）來引導。在某些實施例中（未示出），發射器可以具有手持式形狀因數，並且平臺1012可以被省略。在其他實施例中，平臺可以是機器人平臺，並且臂可以可通信地耦合到控制器以操縱發射器。
發射器1014和控制器1016（以及可選的平臺1012）可以經由通信連結1026彼此通信，該通信連結可以是根據任何合適的通信協議攜帶任何適當類型（例如，電的、光的、紅外的等）的信號的任何適當類型的有線和/或無線通信連結。
控制器1016的實施例可以被配置為控制發射器1014的操作。在一方面，控制器1016可以控制EMR 1030的移動。如下面詳細討論的，發射器1014可以包括用於發射EMR 1030的源1032以及用於操縱EMR 30的掃描系統1034。作為示例，掃描系統1034可以被配置為將EMR 1030聚焦到聚焦區域並且在空間上平移和/或旋轉該聚焦區域。控制器1016可以經由通信連結1026將信號發送至源1032，以命令源1032發射具有一個或多個所選性質（諸如波長、功率、重複率、脈衝持續時間、脈衝能量、聚焦性質（例如，聚焦體積、瑞利長度等））的EMR 1030。在另一方面，控制器1016可以經由通信連結1026將信號發送至掃描系統1034，以命令掃描系統1034在一個或多個平移和/或選擇操作中關於靶標組織1022移動EMR 1030的聚焦區域。
在本文中在諸如真皮層之類的皮膚組織內進行處理的背景下討論了處理系統1010和方法的實施例。然而，所公開的實施例可以不受限制地用於處理在對象的任何位置中的任何組織。非皮膚組織的示例可以包括但不限於黏膜組織、生殖器組織、內部器官組織和胃腸道組織的表面和亞表面區域。 示例性手動掃描系統
在一些實施例中，使用手持系統1100，該手持系統在處理面積上被手動掃描（即，由臨床醫生手動移動）。圖11A-圖11C例示出了可以被手動掃描的示例性實施例。圖11A例示出了系統1100的前視圖；圖11B例示出了系統1100的側視圖；並且，圖11C例示出了系統1100的截面圖。在圖11A-圖11C中，光纖激光器通過准直器1110輸出激光光束。激光光束可以是任何波長。在上面詳細描述了波長選擇的細節。經准直的激光光束受到光束整形器1112的作用。如上面詳細描述的，光束整形器1112從准直器1110獲取經准直的激光光束，並將其整形為橫向環形能量分佈。如截面圖（圖11C）中所示，光束整形器具有第一軸錐1112A、對準反射鏡1112B和第二軸錐1112C。兩個軸錐1112A和1112C被用來對光束整形。對準反射鏡1112B被用來將激光光束對準到第二軸錐1112C上。通常，軸錐對未對準特別是對中心未對準非常敏感。在光束整形器1112之後，激光光束然後被第一檢流計反射鏡1114反射並被引導進入並通過光束擴展器1116。光束擴展器是開普勒光束擴展器並且包括將光束聚焦到中間焦點的第一正光學元件1116A和對激光光束進行准直的第二正光學元件1116B。在一些情況下，光束擴展器光學器件中的一個或多個是動態的，並且可以沿著光軸被移動。線性載物台1116C使第二正光學元件1116B沿著光軸移動。示例性線性載物台是來自紐約州維克多的Newscale Technologies的Newscale M3-LS-3.4-15。光束擴展器1116將經准直的環形光束擴展例如2-20x之間的一個因子。在離開光束擴展器1116後，激光光束被靜態折疊反射鏡1118反射，被物鏡1119（例如，非球面聚焦光學器件，例如來自德國耶拿的Asphericon的Asphericon PN：AFL25-40）聚焦，被第二檢流計反射鏡1120反射，並被引導從接觸窗口1122出射。在一些版本中，光束擴展器是無焦點中繼系統，其被放置在第一檢流計反射鏡1114和物鏡1119之間的共軛距離處。如上面詳細描述的，接觸窗口1122包括第一窗口1122A，與第一窗口分離的第二窗口1122B以及位於第一窗口1122A和第二窗口1122B之間的冷卻劑腔室1122C。第二窗口1122B具有凸出的組織接觸表面（即，外表面）。這種形狀在一些場景中是有利的，因為它有助於確保與被處理組織的積極接觸並使組織更容易滑動。
在圖11A-圖11C中描述的手持系統1100被用來手動地處理一個面積。當臨床醫生將手持系統1100在處理組織上移動時，第二檢流計反射鏡1120在皮膚的表面上一側到另一側掃描點線。現在參考圖12，示出了示例性的掃描點線1200。示例性線1200包括在其處被遞送激光能量的八個個體點1210。如圖12中所示，八個點1210從上到下（即A-H）被依次掃描。在最終點已經在它那裡（即點H）遞送能量之後，將重複進行線掃描並重新開始。該線的寬度1212大約等於點1210的數量乘以節距1214（即，相鄰點之間的距離）。再次簡要地參考圖11A-圖11C，線由手持系統1100的第二檢流計反射鏡1120沿著通常豎直於線掃描1200的方向的手動掃描方向1216掃描。 示例性光束掃描系統
在一些實施例中，提供了光束掃描系統和方法。下面描述與這些實施例以及光束掃描系統和方法相關的公開。通常，光束掃描系統和方法可以被分類為以下類型中的一種或多種：物鏡前掃描、物鏡掃描和物鏡後掃描。物鏡前掃描包括其中在光束被引導入射到物鏡上之前（即，在物鏡的光束上游）對光束進行掃描（例如，偏轉、翻覆和/或傾斜）的實施例。物鏡掃描包括其中例如通過移動物鏡來在物鏡處執行掃描光束（例如，偏轉、翻覆和/或傾斜）的實施例。物鏡後掃描包括其中在物鏡之後（即，在物鏡的光束下游）執行掃描（例如，偏轉、翻覆和/或傾斜）的實施例。 物鏡前掃描
圖13是物鏡前掃描系統2100的示意圖，其包括物鏡2110和掃描單元2112。掃描單元2112可以接收來自激光源2102的激光光束2104並將激光光束2104引導至物鏡2110。物鏡2110可以接收激光光束2104並將聚焦的激光光束2106引導至組織2116（例如，皮膚）的處理區域中的聚焦體積（volume）2108。掃描系統2112可以改變朝向物鏡2110引導的激光光束2104的方向。例如，掃描系統2112可以沿著一個或多個掃描方向改變出射激光光束的方向。撞擊物鏡2110的激光光束2104的方向的變化可以引起聚焦體積2108追蹤組織2116中的處理路徑2114。聚焦體積2108以掃描速率經過（traverse）處理路徑2114。掃描單元2112包括一個或多個光學元件，其可以將激光光束2104（或激光光束2104的一部分）引導至物鏡2110。物鏡前掃描系統2100可以包括接觸表面（例如，如圖24中所示），其可以被定位在物鏡2110和組織2116之間。接觸表面可以向組織2116的表面施加壓力，並允許從組織2116的表面散發熱量。
圖14是示例性物鏡前掃描系統2200的圖示。掃描系統2200包括多邊形掃描器2202，其可以接收入射激光光束2104（例如，來自激光源2102）並將入射激光光束2104朝向物鏡2110（例如f-theta透鏡）引導。激光光束2104的出射方向（例如，激光光束2104撞擊到物鏡2110上的入射角）可以確定聚焦體積2108在組織2116中（例如，在x-y平面中）的位置。根據一些實施例，激光源2102提供多個激光脈沖，從而導致多個對應的聚焦體積。由順序的激光脈沖導致的兩個聚焦體積之間的距離是聚焦體積節距。
多邊形掃描器2202可以包括多個反射表面（例如2202a-c）。多邊形掃描器2202可以沿著旋轉方向2206繞軸2204旋轉。隨著反射表面2202a-c繞軸2204旋轉（例如，反射表面2202a-c相對於軸2204的角位置變化），入射激光光束2104在y-z平面中的入射角變化。這沿著第一掃描方向（例如，沿著y軸）改變了出射激光光束2104的方向。例如，如果反射表面（例如2202b）沿著旋轉方向2206繞軸2204旋轉，則出射激光光束的方向從較高的y值掃描到較低的y值。
軸2204可以繞z軸和/或x軸傾斜/旋轉。這可以引起入射激光光束2104在x-z平面中的入射角變化，這沿著第二掃描方向（例如，沿著x軸）改變了出射激光光束2104的方向。多邊形掃描器2202的旋轉和軸2204的旋轉/傾斜可以允許改變出射激光光束2104的方向，這可以導致出射激光光束2104在x-y平面中的掃描。
基於出射激光光束2104的方向的改變，物鏡2110可以沿著組織2116中的一個或多個處理路徑追蹤聚焦體積2108。例如，由於多邊形掃描器2202的旋轉引起的出射激光光束2104的方向的改變可以引起聚焦體積2108沿著y軸移動。由於軸2204的傾斜而引起的出射光束的方向的改變可以引起聚焦體積2108沿著x軸移動。在一種實現中，物鏡前掃描系統2200可以相對於組織2116沿著x軸移動。這可以導致追蹤聚焦體積2108沿著x軸的位置。
聚焦體積2108也可以沿著第三處理路徑——即沿著z軸移動。這可以通過沿著z軸改變物鏡2110（例如，遠離或朝向組織2116）來完成。可替代地或附加地，可以將透鏡2240放置在入射或出射激光光束2104的光束路徑中。通過沿著光束傳播方向2242（也被稱為光軸）改變透鏡2240的位置，可以沿著z軸（例如，組織2116的深度）追蹤聚焦體積2108的位置。
圖15例示出了針對物鏡前掃描系統2200的光束折疊平面2300。可以通過圍繞光束折疊平面2300折疊掃描系統2200來使掃描系統2200緊湊（例如，通過減小掃描系統2200沿著z軸的範圍）。這可以例如通過在光束折疊平面中放置反射鏡（例如，平面反射鏡）並將反射鏡平行於x-y平面進行取向來實現。
圖16例示出了可以在物鏡前掃描系統2200中用作物鏡的示例性f-theta透鏡2400。入射激光光束2104可以撞擊在反射表面2402（例如，多邊形掃描器2202的反射表面2202b）上，其可以將出射激光光束2104引導到f-theta透鏡2400。反射表面2402的取向可以確定出射激光光束2104撞擊在f-theta透鏡上的入射角（例如，在y-z平面中的入射角）。入射角可以確定聚焦體積2108的位置（例如，沿著y軸）。
圖17是示例性物鏡前掃描系統2500的例示。掃描系統2500包括反射鏡系統，該反射鏡系統可以接收激光光束2104（例如，通過光纖2520）並且將激光光束2104朝向物鏡2110（例如，f-theta透鏡）引導。出射激光光束2104c的方向可以確定聚焦體積2108在組織2116中（例如，在x-y平面中）的位置。
反射鏡系統可以包括兩個掃描反射鏡。第一掃描反射鏡2506可以繞第一軸2522旋轉（例如，順時針、逆時針等），並且第二掃描反射鏡2508可以繞第二軸2524旋轉（例如，順時針、逆時針等）。隨著第一掃描反射鏡2506旋轉，入射激光光束2104在反射鏡2506上的入射角變化。這沿著第一掃描方向（例如，沿著y軸）改變了出射激光光束2104b的方向。隨著第二掃描反射鏡2508旋轉，激光光束2104b在掃描反射鏡2508上的入射角變化。這沿著第二掃描方向（例如，沿著x軸）改變了出射激光光束2104c的方向。第一掃描反射鏡2506和第二掃描反射鏡2508的旋轉可以允許出射激光光束2104c的方向的改變，這可以導致出射激光光束2104c在物鏡平面內的掃描。
基於出射激光光束2104c的方向的改變，物鏡2110可以沿著組織2116中的一個或多個處理路徑追蹤聚焦體積2108（未示出）。例如，由於第一掃描反射鏡2506的旋轉而引起的出射激光光束2104c的改變可以引起聚焦體積2108沿著第一處理路徑移動。由於第二掃描反射鏡2508的旋轉而引起的出射激光光束2104c的方向的改變可以引起聚焦體積2108沿著第二處理路徑移動。
掃描系統2500可以包括可以被放置在激光光束2104a、2104b或2104c的光束路徑中的透鏡2540。通過沿著光束傳播方向改變透鏡2540的位置，可以沿著組織2116的深度追蹤位置聚焦體積2108。
在掃描反射鏡系統的一些實現中，第一掃描反射鏡2506在激光光束2104b的方向上的改變可以很大。這可以防止激光光束2104b撞擊在第二掃描反射鏡2508上。另外，激光光束2104b在第二掃描反射鏡2508上的大入射角可以導致聚焦區域的彎曲處理路徑。通過在第一掃描反射鏡2506和第二掃描反射鏡2508之間包括第三掃描反射鏡，可以防止/減小這些影響。圖18是包括第三掃描反射鏡2507的示例性物鏡掃描系統2600的例示，該第三掃描反射鏡2507在第一掃描反射鏡2506的下游並且在第二掃描反射鏡2508的上游。第三掃描反射鏡2507可以允許更小的第二掃描反射鏡2508，並且可以防止/減小聚焦區域處理路徑的曲率。
圖19A-圖19C例示出了來自掃描單元2112（例如，多邊形掃描器2202、反射鏡系統2502等）的出射光束（例如，出射激光光束2104）的各種掃描圖案。圖19A例示出了第一掃描圖案，其中出射光束按以下順序進行掃描：（a）左向右移動（例如，沿著x軸），（b）上向下移動（例如，沿著y軸），以及（c）右向左移動（例如，沿著負x軸）。圖19B例示出了第二掃描圖案，其中出射光束按以下順序進行掃描：（a）左向右移動（例如，沿著x軸），（b）上向下移動和右向左移動的疊加，（c）左向右移動。圖19C例示出了第三掃描圖案，其中出射光束按以下順序進行掃描：（a）左向右移動和上向下移動的疊加，以及（b）右向左移動和上向下移動的疊加。光束的移動（例如，從左向右、從右向左、從上向下等）可以通過掃描反射鏡2506、2507、2508的順時針或逆時針旋轉或通過多邊形掃描器2202的旋轉/軸傾斜來獲得。
圖20是示例性物鏡前掃描系統2800的例示。掃描系統2800包括棱鏡系統2802，其可以接收入射激光光束2104（例如，通過光纖2820）並朝向物鏡2110（例如f-theta透鏡）透射出射光束2105（參見圖21）。出射光束2105的方向可以確定聚焦體積2108在組織2116中的位置。
圖21例示出了可以與物鏡前掃描系統2800一起使用的棱鏡系統2802。棱鏡系統2802包括可以圍繞公共軸2822旋轉的第一棱鏡2806和第二棱鏡2808。每個棱鏡可以將入射光光束的方向改變一個特徵角度。如果第一棱鏡2806和第二棱鏡2808都完全對準，則入射激光光束的方向改變特徵角度的兩倍。如果第一棱鏡2806和第二棱鏡2808完全未對準，則入射激光光束的方向保持不變。對於棱鏡2806和2808的所有其他取向，入射激光光束的方向可以被改變這樣一個角度，該角度處於零度和特徵角度的兩倍之間的範圍內。
如果棱鏡2806和2808都以相同的角速度旋轉（例如，它們的相對取向在旋轉期間沒有變化），則出射光束2105沿著圓形處理路徑掃描。如果棱鏡2806和2808以不同的角速度旋轉，則它們的相對取向在旋轉期間將變化。例如，棱鏡對將在完全對準（出射光束的方向偏離特徵角度的兩倍）和完全未對準（出射光束的方向保持不變）的狀態之間擺動。
圖22例示出了由棱鏡系統2802產生的出射光束2105的掃描圖案，其中第一棱鏡和第二棱鏡的角速度不同。出射光束形成螺旋形圖案——出射光束2105可以向內螺旋（例如，直到它到達中心），然後可以向外螺旋。
圖23是示例性物鏡前掃描系統3100的例示。掃描系統3100包括耦合至可以引導激光光束2104的光纖3110的掃描單元3102。掃描單元3102可以包括第一致動器3106和第二致動器3108。第一致動器可以使光纖3110的一部分（例如，靠近物鏡3112的光纖的尖端）繞著x軸旋轉。這沿著第一掃描方向（例如，沿著y軸）改變了出射激光光束2104的方向。第二致動器3108可以使光纖3110的一部分（例如，靠近物鏡3112的光纖的尖端）繞y軸旋轉。這沿著第二掃描方向（例如，沿著x軸）改變了出射激光光束2104的方向。第一和第二致動器的致動可以允許改變出射激光光束2104的方向，這可導致出射激光光束2104在物鏡3112的平面（例如，x-y平面）中的掃描。基於出射激光光束2104的方向的改變，物鏡3112（例如，f-theta透鏡）可以沿著組織2116中的一個或多個處理路徑追蹤聚焦體積2108。
圖24是示例性物鏡前掃描系統3200的例示。掃描系統3200包括耦合（例如，剛性耦合）至可以引導激光光束2104的光纖3210的掃描單元3202。掃描單元3202可以包括六軸致動器3206和支撐臂3208。光纖3210的一部分可以剛性地耦合到六軸致動器3206上的安裝位置3230。支撐臂3208可以支撐靠近組織2116的光纖的部分。
六軸致動器3206可以沿著x、y和z軸移動光纖3210。附加地或可替代地，六軸致動器3206可以使光纖3210繞x、y和z軸旋轉。光纖3210的尖端可以耦合到物鏡3212，該物鏡3212可以將出射激光光束2104聚焦到組織2116中的聚焦體積2108。物鏡前掃描系統3200還可以包括可以接觸表面3216，該接觸表面3216可以位於出射激光光束2104的在物鏡3212和組織2116之間的光路中。
通過繞著y軸旋轉光纖，可以使聚焦體積2108沿著第一處理路徑（例如，沿著x軸）移動。通過繞著x軸旋轉光纖，聚焦體積2108也可以沿著第二處理路徑（例如，沿著y軸）移動。在一些實現中，可能期望在旋轉（例如，沿著x軸、y軸等）期間改變光纖3210的尖端與組織2116之間的距離（例如，通過沿著z軸移動光纖的尖端）以確保聚焦體積2108保持在組織2116中的固定深度處。 物鏡掃描
圖25是旋轉物鏡掃描系統3300的示意例示。旋轉物鏡掃描系統3300可以接收來自激光源3302的激光光束3304。掃描系統3300包括物鏡（未示出），其聚焦激光光束3304並將聚焦激光光束3306引導到組織3311（例如，皮膚）的處理區域3310中的聚焦區域3308。隨著物鏡移動（例如，相對於掃描系統3300和/或由於整個掃描系統3300的移動），聚焦區域可以追蹤通過處理區域3310的處理路徑3312。處理路徑3312可以具有路徑幾何形狀（例如，圓形、橢圓形等）。掃描系統3300包括可以將激光光束3304（或激光光束3304的一部分）朝向移動物鏡引導的光學元件。
掃描系統3300還可以包括可以穩定處理區域3310和/或促進照射分佈的控制和均勻性的界面（也被稱為「基底」、「窗口」或「接觸表面」）。例如，界面可以通過施加壓力和/或通過在界面與處理區域之間包括凝膠墊來固定處理區域3310。可以通過壓力檢測器檢測由界面施加在處理區域3310上的壓力。界面還可以包括檢測皮膚與界面之間的相對運動的接觸感測器。由界面在處理區域上提供的壓力還可以使被照射的處理區域的體積變白（或從中去除一些血液）。這可以導致處理區域（例如，處理區域中的色素細胞）吸收聚焦激光光束3306的選擇性，同時降低了對血管的有害損傷的風險。
界面可以冷卻/消散來自處理區域3310的熱量，該熱量可以例如通過被聚焦的激光光束3306引起對處理區域3310的加熱而產生。界面可以由適合於散熱的材料製成（例如藍寶石、鑽石、玻璃等）。在一些實現中，界面可以包括冷卻系統，該冷卻系統可以防止處理區域的溫度超過閾值溫度。冷卻系統可以包括溫度感測器，該溫度感測器可以檢測處理區域的溫度。如果溫度超過閾值溫度，則可以通知用戶和/或可以激活冷卻單元（例如，珀耳帖設備、冷凍噴霧、傳導性冷導管等）以冷卻處理區域。
旋轉物鏡掃描系統可以具有各種實施例。旋轉物鏡掃描系統的兩個示例性實施例包括面內旋轉物鏡掃描系統和橫向旋轉物鏡掃描系統，這兩個都在下面進行描述。
圖26示意性地表示了根據一些實施例的用於掃描電磁輻射（EMR）光束3402的系統3400。電機3404生成旋轉運動3406。電機3404可操作地耦合至往復機構3408，使得旋轉運動3406驅動往復機構3408。往復機構3408將旋轉運動3406轉換為通常沿著第一掃描軸3412（例如，x軸）線性運動的往復運動3410。根據一些實施例，往復機構包括以下中的一個或多個：凸輪和從動件、曲柄和滑塊、蘇格蘭軛和多連杆機制。根據一些實施例，往復運動3410以多個衝程（例如，兩個衝程，向前衝程和向後衝程）移動。通常，往復機構3408被配置為以恆定的速度提供往復運動3410。換句話說，往復運動3410具有在至少一個衝程的某些部分上基本平坦的速度分佈。
恆定速度的實施例可以採用預定或期望的恆定速度。例如，期望的恆定速度可以從大約2mm/S至大約5m/S的範圍內選擇。在某些實施例中，恆定速度可以是期望的恆定速度的選定百分比。作為示例，可以從期望的恆定速度的大約10％到大約90％的範圍內選擇選定百分比（例如，大約50％）。
往復運動3410在其上提供恆定速度的衝程部分可以變化。例如，可以從大約5％至大約95％的範圍中選擇具有恆定速度的衝程部分（例如至少約10％）。
聚焦光學器件3414可操作地耦合至往復機構3408，使其經歷並根據往復運動3410移動。聚焦光學器件3414被配置為將EMR光束3402沿著光軸3418聚焦至焦點3416。聚焦光學器件3414的往復運動3410從而沿著第一掃描軸3412移動焦點3416和光軸3418。
根據一些實施例，EMR光束3402由電磁輻射（EMR）源3420生成。下面詳細描述EMR源的示例。EMR光束3402從EMR源3420遞送並由光學系統3422引導入射在聚焦光學器件3414上。通常，光學系統3422包括一個或多個反射和/或透射光學器件。根據一些實施例，光學系統3422包括移動的一個或多個動態光學元件3424。例如，以反射器的形式的動態光學元件3424沿著光軸3418放置並機械地固定到聚焦光學器件3414，因此經歷往復運動3410並根據往復運動3410移動。如下面更詳細地討論的，EMR源3420可以被配置為根據預定的重複率以脈衝模式來操作。EMR源的重複率和往復運動3410的恆定速度之間的關係可以確定沿著第一掃描軸3412的連續脈衝焦點之間的標稱節距。
根據一些實施例，殼體3426沿著光軸被安置在聚焦光學器件3414和焦點3416之間。殼體3426被配置為經由接觸表面接觸靶標表面，例如靶標組織3428的表面。如圖所示，焦點3416被定位在靶標組織3428的表面的光束下游。下面更詳細地描述殼體3426。在一個實施例中，接觸表面可以被配置為冷卻靶標組織3428。在另一個實施例中，一個或多個感測器（例如，壓力感測器、接觸感測器、溫度感測器等）可以位於殼體內並且被配置為測量靶標組織的一個或多個變量。一個或多個變量可以包括至少一個壓力、接觸表面與靶標組織之間的接觸以及溫度。
根據一些實施例，控制器3430被用來控制電機3404、往復機構108和EMR源3420中的一個或多個。在一些版本中，控制器3430從一個或多個感測器3432取得輸入，該感測器測量旋轉運動3406和往復運動3410中的至少一個。
圖27示意性地表示了在兩個軸線上掃描電磁輻射（EMR）光束的系統3500。電機3502生成旋轉運動3504並將其遞送到往復機構3506，該往復機構3506將旋轉運動3504轉換成沿著第一掃描軸3510的往復運動3508。根據一些實施例，往復運動3508包括線性衝程並且在線性衝程的一部分上具有恆定的速度。聚焦光學器件3512機械地被附接到往復機構3506的輸出，使得其經歷往復運動3508並根據往復運動3508移動。間歇機構3514與往復機構3506可操作地聯接。間歇機構3514間歇性地輸出間歇運動3516。根據一些實施例，間歇機構包括棘輪機構、槽輪機構、凸輪機構和間歇齒輪機構中的一個或多個。根據一些實施例，間歇運動3516是線性的並且通常沿著第二掃描軸3518起作用，第二掃描軸3518通常與第一掃描軸3510正交。
根據一些實施例，間歇機構3514被配置為當往復運動3508位於或接近特定位置時，例如在衝程開始、衝程中間或衝程結束時（例如，定時地）引入間歇運動3516。
根據一些實施例，控制器3530被用來控制電機3502、往復機構3506和間歇機構3514中的一個或多個。在一些版本中，控制器3530從一個或多個感測器3532獲取輸入，該感測器測量旋轉運動3504、往復運動3508和間歇運動3516中的至少一個。 物 鏡 後 掃 描
圖28是物鏡後掃描系統3600的示意例示。物鏡後掃描系統3600包括物鏡3610和掃描單元3612。物鏡3610可以接收來自激光源3602的激光光束3604並將聚焦激光光束引導到掃描單元3612。掃描單元3612可以接收被聚焦的激光光束3606，並將其引導到組織3616（例如，皮膚）的處理區域中的聚焦區域3608。掃描單元3612可以允許聚焦區域3608追蹤處理路徑3614。掃描單元3612包括一個或多個光學元件，其可以將被聚焦的激光光束3606（或被聚焦的激光光束3606的一部分）朝向皮膚引導。
下表中公開了根據物鏡前和物鏡後光束掃描器的一些實施例的示例參數：示例 掃 描 參數
參數 典型最小值 標稱 典型最大值
處理路徑距離(mm) 0.5 10 100
聚焦體積節距，x-y平面(µm) 1 25 1000
聚焦體積節距，z軸(µm) 1 50 200
掃描速度，x-y 平面(mm/S) 0.001 1000 50000
物鏡的數值孔徑(-) 0.3 0.5 0.9
聚焦區域在皮膚表面下方的深度(µm) 20 200 2000
激光平均功率(W) 0.5 10 30
激光的重複率(Hz) 1 20000 C.W.
激光的脈衝持續時間(nS) 1 100 100000
每脈衝能量(mJ) 0.1 2 20
波長(nm) 300 1064 3000
本文所描述的主題可以以數字電子電路系統或電腦軟體、韌體或硬體來實現，包括在本說明書中公開的結構方式及其結構等同形式或它們的組合。本文所描述的主題可以被實現為一種或多種電腦程序產品，諸如有形地體現在訊息載體中（例如，機器可讀存儲設備中）或體現在傳播的信號中的一種或多種電腦程序，以供數據處理裝置（例如，可編程處理器、電腦或多台電腦）執行或控制其操作。可以以任何形式的編程語言（包括編譯或解釋語言）編寫電腦程序（也稱為程序、軟體、軟體應用或代碼），並且可以以任何形式（包括作為獨立程序或作為適用於在計算環境中使用的模塊、部件、子例程或其他單元）部署電腦程序。電腦程序不一定與文件相對應。程序可以被存儲在保存其他程序或數據的文件的一部分中，存儲在專用於所述程序的單個文件中，也可以存儲在多個協調文件中（例如，存儲一個或多個模塊、子程序或部分代碼的文件）。可以將電腦程序部署為在一個站點上的一台電腦或多台電腦上執行，或者被分佈在多個站點上並通過通訊網路互連。
本說明書中描述的過程和邏輯流程，包括本文所述主題的方法步驟，可以由一個或多個可編程處理器來執行，該可編程處理器執行一個或多個電腦程序以通過對輸入數據進行操作並生成輸出來執行本文所述主題的功能。還可以通過專用邏輯電路系統（例如，FPGA（現場可編程門陣列）或ASIC（專用積體電路））來執行過程和邏輯流程，並且本文所述主題的設備可被實現為專用邏輯電路系統。
例如，適合於執行電腦程序的處理器包括通用和專用微處理器，以及任何種類的數字電腦中的任何一個或多個處理器。通常，處理器將從只讀存儲器或隨機存取存儲器或兩者接收指令和數據。電腦的基本元件是用於執行指令的處理器和用於存儲指令和數據的一個或多個存儲器設備。通常，電腦還將包括用於存儲數據的一個或多個大容量存儲設備例如磁、磁光盤或光盤，或者可操作地耦合來從用於存儲數據的一個或多個大容量存儲設備中接收數據或將數據傳輸到其中，或二者。適合於體現電腦程序指令和數據的訊息載體包括所有形式的非易失性存儲器，包括例如半導體存儲器設備（例如，EPROM、EEPROM和閃存設備）；磁碟（例如內部硬碟或可移動磁碟）；磁光碟；和光碟（例如CD和DVD磁碟）。處理器和存儲器可以由專用邏輯電路補充或被併入專用邏輯電路中。
為了提供與用戶的交互，本文描述的主題可以在電腦上實現，該電腦具有：顯示設備（例如，CRT（陰極射線管）或LCD（液晶顯示器）監視器），以用於向用戶顯示訊息；以及鍵盤和指示設備（例如，滑鼠或軌跡球），用戶可以通過該鍵盤和指示設備向電腦提供輸入。其他種類的設備也可以被用來提供與用戶的交互。例如，提供給用戶的反饋可以是任何形式的感覺反饋（例如，視覺反饋、聽覺反饋或觸覺反饋），並且可以以任何形式（包括聲音、語音或觸覺輸入）接收來自用戶的輸入。
可以使用一個或多個模塊來實現本文描述的技術。如本文中所使用的，術語「模塊」是指計算軟體、韌體、硬體和/或其各種組合。然而，至少，模塊不應被解釋為未在硬體、韌體上實現或未記錄在非暫時性處理器可讀可記錄存儲介質上的軟體（即模塊本身不是軟體）。實際上，「模塊」將被解釋為總是包括至少一些物理的、非暫時性的硬體，諸如處理器或電腦的一部分。兩個不同的模塊可以共享相同的物理硬體（例如，兩個不同的模塊可以使用相同的處理器和網路接口）。本文描述的模塊可以被組合、集成、分離和/或複製以支持各種應用。另外，代替或除了在特定模塊處執行的功能之外，可以在一個或多個其他模塊處和/或通過一個或多個其他設備來執行本文描述為在特定模塊處執行的功能。此外，模塊可以跨在彼此是本地或遠程的多個設備和/或其他部件上來實現。另外，模塊可以從一個設備被移動並添加到另一設備，和/或可以被包括在兩個設備中。
本文描述的主題可以在包括後端部件（例如，數據伺服器）、中間件部件（例如，應用伺服器）或前端部件（例如，具有圖形用戶界面或Web瀏覽器的客戶端電腦，用戶可通過其來與本文所述主題的實現進行交互）、或此類後端、中間件和前端部件的任意組合的計算系統中實現。系統的部件可以通過數字數據通信的任何形式或介質（例如，通訊網路）互連。通訊網路的示例包括局域網（「LAN」）和廣域網（「WAN」），例如因特網。
如在整個說明書和發明申請專利範圍中在本文中所使用的，近似語言可以被應用來修改可以定量變化的任何定量表示，而不會導致它所涉及的基本功能的變化。「近似」、「基本上」或「大約」可以包括在任一方向上落在1％範圍內的數字、或者在一些實施例中落在數字的5％範圍內、或者在一些實施例中落在數字10％的範圍內（大於或小於該數字）——除非另有說明或從上下文中可以明顯看出（除非該數字不允許超過可能值的100％）。因此，由諸如「大約」、「近似」或「基本上」之類的一個或多個術語修飾的值不限於所指定的精確值。在至少一些情況下，近似語言可以對應於用於對值進行測量的儀器的精度。在此以及整個說明書和發明申請專利範圍中，可以組合和/或互換範圍限制，除非上下文或語言另有指示，否則這種範圍被識別並且包括其中所包含的所有子範圍。
如在說明書和發明申請專利範圍中使用的冠詞「一」和「一個」，除非明確指出相反，否則應被理解為包括複數指代。如果在給定的產品或過程中存在、使用或與之相關的群組中的一個成員、一個以上成員或所有成員，則群組中的一個或多個成員之間包括「或」的請求項或描述將被認為是滿足的，除非指出相反或從上下文中顯而易見。本公開內容包括其中在給定的產品或過程中存在、使用或與之相關的群組中的恰好一個成員的實施例。本公開內容也包括其中在給定的產品或過程中存在、使用或與之相關的群組中的一個以上成員或所有成員的實施例。此外，應當理解，除非另有說明或者除非對於本領域的普通技術人員而言顯而易見的是會出現矛盾或不一致，否則，所公開的實施例提供了所有變化、組合和置換，其中將來自一個或多個所列請求項的一個或多個限制、元素、從句、描述性術語等引入到從屬同一基本請求項（或者相關的任何其他請求項）的另一從屬請求項中。可以預期的是，在適當的情況下，本文描述的所有實施例可應用於所公開的實施例的所有不同方面。還可以預期的是，任何適當的實施例或方面都可以與一個或多個其他這樣的實施例或方面自由地組合。在元素以列表形式例如以馬庫什（Markush）組或類似格式表示的情況下，應當理解，也公開了元素的每個子組，並且可以從該組中除去任何（一個或多個）元素。應當理解，通常，在所公開的實施例或所公開的實施例的各方面被稱為包括特定元素、特徵等的情況下，本公開的某些實施例或本公開的各方面由這樣的元素、特徵等組成或基本上由其組成。為了簡單起見，在任何情況下都沒有在本文中用太多的詞具體闡述那些實施例。還應該理解，可以在請求項中明確地排除本公開的任何實施例或方面，而不管說明書中是否記載了具體排除。例如，可以排除任何一種或多種活性劑、添加劑、成分、可選製劑、有機體類型、疾病、受試者或其組合。
在本文中給出範圍的情況下，本公開的實施例包括：其中端點被包括的實施例、其中兩個端點均被排除的實施例、以及其中一個端點被包括而另一端點被排除的實施例。除非另有說明，否則應假定兩個端點都被包括。此外，應該理解，除非另外指出或另外從上下文和本領域普通技術人員的理解中顯而易見，否則在本發明的不同實施例中，被表達為範圍的值可以假定所述範圍內的任何特定值或子範圍，至該範圍下限的十分之一單位，除非上下文另有明確規定。還應理解的是，在本文中陳述一系列數值的情況下，本公開包括與由該系列中的任何兩個值限定的任何中間值或範圍類似地相關的實施例，並且最低值可以被取為最小值，並且最高值可以被取為最大值。如本文所使用的，數值包括以百分比表達的值。
儘管上面已經詳細描述了一些變型，但是其他修改或添加是可能的。
在以上描述和請求項中，可能出現諸如「中的至少一個」或「一個或多個」之類的短語，其後是元素或特徵的組合列表。術語「和/或」也可以出現在兩個或更多元素或特徵的列表中。除非與使用它的上下文隱含或明顯矛盾，否則這樣的短語旨在意指單獨列出的任何元素或特徵，或者與其他任何記載的元素或特徵組合使用任何記載的元素或特徵。例如，短語「A和B中的至少一個」 、「A和B中的一個或多個 」、「A和/或B」各自都旨在意指「單獨的A、單獨的B或A和B一起」。類似的解釋也適用於包含三個或更多項的列表。例如，短語「A、B和C中的至少一個」 、「A、B和C中的一個或多個」 、「A、B和/或C」 各自都旨在意指「單獨的A、單獨的B、單獨的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或A和B和C一起」。另外，在請求項上和在請求項中使用術語「基於」旨在意指「至少部分地基於」，從而也允許未記載的特徵或元素。
取決於期望的配置，本文所述的主題可以被體現在系統、裝置、方法和/或物品中。前面的描述中所闡述的實現並不表示與本文所述主題一致的所有實現。相反，它們僅僅是和與所描述的主題相關的各方面一致的一些示例。儘管上面已經詳細描述了一些變型，但是其他修改或添加是可能的。特別地，除了本文闡述的那些特徵和/或變型之外，還可以提供其他特徵和/或變型。例如，上述實現可以針對所公開的特徵的各種組合和子組合和/或以上公開的若干其他特徵的組合和子組合。另外，附圖中描繪的和/或本文中描述的邏輯流程不一定需要所示的特定順序或連續順序來實現期望的結果。其他實現可以在所附請求項的範圍內。
100:系統/裝置 110:電磁輻射（EMR）源 112:EMR光束 114:光束整形器 116:第一軸錐 118:貝塞爾光束 120:環形能量分佈 122:第二軸錐 124:環形能量分佈/EMR光束 128:聚焦光學器件 130:組織 132:窗口組件 134:第一窗口 136:第二窗口 138:冷卻腔室/冷卻劑腔室 140:冷卻劑流 142:介質 150:控制器 152:溫度感測器 200:流程圖/方法 210、220、230、240:步驟 300:系統 310:光纖激光源 312:准直器 314:光束整形器 316:窗口組件/窗口 320:第一軸錐 322:第二軸錐 330:聚焦光學器件 331:Z載物台 340:第一窗口 342:第二窗口 344:腔室 350:框架 352:基準 354:第一密封件 356:第二密封件 358:緊固件 360:遠側表面 362:端口 364、364a、364b:附件 400:系統/模擬光學佈局 410:高斯光束 412:第一軸錐 414:貝塞爾光束 416:第二軸錐 418:能量分佈光束 420:聚焦光學器件 422:能量分佈/能量分佈光束 424:聚焦區域 430:第一模擬高斯光束分佈 432:第一模擬橫向環形光束分佈 434:第二模擬橫向環形光束分佈 436:第三模擬橫向環形光束分佈 440:高斯能量分佈 800:軸錐/軸錐對 810:間距距離 812:大直徑（外直徑） 814:光束/光束直徑 816:能量分佈寬度 900:光學方案 910:聚焦區域 912:第一軸錐 914:第二軸錐 916:環形光束/環形圈/環形能量分佈/環光束 918:第三軸錐/ 第三聚焦軸錐/軸錐 920:長度 922:環 924:准直光束 926:工作距離 928:小直徑（內直徑） 930:大直徑（外直徑） 1010:處理系統 1012:平臺 1014:發射器 1016:控制器 1020:臂 1022:靶標組織 1024:對象 1026:通信連結 1030:EMR 1032:源 1034:掃描系統 1100:系統 1110:准直器 1112:光束整形器 1112A:第一軸錐/軸錐 1112B:對準反射鏡 1112C:第二軸錐/軸錐 1114:第一檢流計反射鏡 1116:光束擴展器 1116A:第一正光學元件 1116B:第二正光學元件 1116C:線性載物台 1118:靜態折疊反射鏡 1119:物鏡 1120:第二檢流計反射鏡 1122:接觸窗口 1122A:第一窗口 1122B:第二窗口 1122C:冷卻劑腔室 1200:掃描點線/示例性線/線掃描 1210:點 1212:寬度 1214:節距 1216:方向 2100:物鏡前掃描系統 2102:激光源 2104、2104a、2104b、2104c:激光光束 2105:出射光束 2106:激光光束 2108:聚焦體積 2110:物鏡 2112:掃描系統/掃描單元 2114:處理路徑 2116:組織 2200:掃描系統 2202:多邊形掃描器 2202a、2202b、2202c:反射表面 2204:軸 2206:旋轉方向 2240:透鏡 2242:光束傳播方向（光軸） 2300:光束折疊平面 2400:f-theta透鏡 2402:反射表面 2500:掃描系統 2502:反射鏡系統 2506:反射鏡/第一掃描反射鏡 2507:反射鏡/第三掃描反射鏡 2508:反射鏡/第二掃描反射鏡 2520:光纖 2540:透鏡 2600:掃描系統 2800:掃描系統 2802:棱鏡系統 2806:棱鏡/第一棱鏡 2808:棱鏡/第二棱鏡 2820:光纖 2822:公共軸 3100:掃描系統 3102:掃描單元 3106:第一致動器 3108:第二致動器 3110:光纖 3112:物鏡 3200:掃描系統 3202:掃描單元 3206:六軸致動器 3208:支撐臂 3210:光纖 3212:物鏡 3216:接觸表面 3230:安裝位置 3300:掃描系統 3302:激光源 3304:激光光束 3306:激光光束 3308:聚焦區域 3310:處理區域 3311:組織 3312:處理路徑 3400:系統 3402:EMR光束 3404:電機 3406:旋轉運動 3408:往復機構 3410:往復運動 3412:第一掃描軸 3414:聚焦光學器件 3416:焦點 3418:光軸 3420:EMR源 3422:光學系統 3424:動態光學元件 3426:殼體 3428:靶標組織 3430:控制器 3432:感測器 3500:系統 3502:電機 3504:旋轉運動 3506:往復機構 3508:往復運動 3510:第一掃描軸 3512:聚焦光學器件 3514:間歇機構 3516:間歇運動 3518:第二掃描軸 3600:掃描系統 3602:激光源 3604:激光光束 3606:激光光束 3608:聚焦區域 3610:物鏡 3612:掃描單元 3614:處理路徑
通過結合附圖進行的以下詳細描述，將更充分地理解本公開的實施例，其中：
圖1示意性地例示出了根據一些實施例的用於電磁輻射（EMR）處理的裝置；
圖2是描述根據一些實施例的用於EMR處理的方法的流程圖；
圖3A是根據一些實施例的用於EMR處理的裝置的示例性實施例的示意圖；
圖3B是圖3A的裝置沿著線B-B的截面圖；
圖3C是圖3A的裝置沿著線C-C的截面圖；
圖3D是圖3A的裝置在圓D處的細節圖；
圖3E是根據一些實施例的接觸窗口組件的背面等距視圖；
圖3F是根據一些實施例的圖3E的接觸窗口組件的正面等距視圖；
圖3G是根據一些實施例的圖3E的接觸窗口組件的前視圖；
圖3H是圖3E的窗口組件的側視截面圖；
圖4A是根據一些實施例的用於模擬光束整形器的光路佈局的示意圖；
圖4B示出了根據一些實施例的橫向高斯模式；
圖4C示出了根據一些實施例的在聚焦之前0.5mm的橫向環形能量分佈；
圖4D示出了根據一些實施例的在聚焦之前0.2mm的橫向環形能量分佈；
圖4E示出了根據一些實施例的在聚焦之前0.1mm的橫向環形能量分佈；
圖4F示出了根據一些實施例的在聚焦之前0.5mm的高斯光束的能量分佈；
圖4G示出了根據一些實施例的在聚焦之前0.5mm的橫向環形（即，甜甜圈）能量分佈的能量分佈；
圖5A例示出了根據一些實施例的來自本文討論的研究1的組織樣品的水平組織學（horizontal histology）；
圖5B例示出了根據一些實施例的來自本文討論的研究1的組織樣品的豎直組織學（vertical histology）；
圖5C例示出了根據一些實施例的來自本文討論的研究1的組織樣品的水平組織學；
圖5D例示出了根據一些實施方案的來自本文討論的研究1的組織樣品的豎直組織學；
圖6A例示出了根據一些實施例的來自本文討論的研究2的組織樣品的豎直組織學；
圖6B例示出了根據一些實施例的來自本文討論的研究2的組織樣品的豎直組織學；
圖7A例示出了根據一些實施例的來自本文討論的研究3的組織樣品的多個豎直組織學圖像；
圖7B例示出了根據一些實施例的來自本文討論的研究3的組織樣品的多個水平組織學圖像；
圖7C例示出了根據一些實施例的來自本文討論的研究3的組織樣品的多個水平組織學圖像；
圖7D例示出了根據一些實施例的來自本文討論的研究3的組織樣品的多個水平組織學圖像；
圖7E例示出了根據一些實施例的來自本文討論的研究3的組織樣品的多個水平組織學圖像；
圖8示意性地例示出了根據一些實施例的用於光束整形的光學方案；
圖9A示意性地例示出了根據一些實施例的用於分級處理的光學方案；
圖9B示意性地例示出了根據一些實施例的用於分級處理的光學方案；和，
圖10例示出了處理系統的示例性實施例；
圖11A例示出了處理系統的示例性實施例的前視圖；
圖11B例示出了處理系統的示例性實施例的側視圖；
圖11C例示出了圖11B的示例性實施例的截面圖；
圖12例示出了根據一些實施例的線掃描圖案；
圖13是物鏡前掃描系統的示意例示；
圖14是示例性物鏡前掃描系統的例示；
圖15例示出了針對圖14中的物鏡前掃描系統的光束折疊平面；
圖16例示出了示例性的f-theta透鏡；
圖17是示例性物鏡前掃描系統的例示；
圖18是示例性物鏡前掃描系統的例示；
圖19A至圖19C例示出了與圖14、圖17和圖18中的物鏡前掃描系統相關聯的示例性掃描圖案；
圖20是示例性物鏡前掃描系統的例示；
圖21例示出了圖23的物鏡前掃描系統的示例性棱鏡系統；
圖22例示出了圖25的相關聯的示例性掃描圖案；
圖23是示例性物鏡前掃描系統的例示；
圖24是示例性物鏡前掃描系統的例示；
圖25是旋轉物鏡掃描系統的示意例示；
圖26示意性地表示根據一些實施例的一維（1D）光束掃描系統；
圖27示意性地表示根據一些實施例的二維（2D）光束掃描系統；和
圖28是物鏡後掃描系統的示意例示。
注意，附圖不一定按比例繪製。附圖旨在僅描繪本文中所公開的主題的典型方面，因此不應被視為限制本公開的範圍。本文中具體描述並在附圖中例示的系統、設備和方法是非限制性示例性實施例。
100:系統/裝置
110:電磁輻射(EMR)源
112:EMR光束
114:光束整形器
116:第一軸錐
118:貝塞爾光束
120:環形能量分佈
122:第二軸錐
124:環形能量分佈/EMR光束
128:聚焦光學器件
130:組織
132:窗口組件
134:第一窗口
136:第二窗口
138:冷卻腔室/冷卻劑腔室
140:冷卻劑流
142:介質
150:控制器

Claims (41)

  1. 一種系統，包括： 一電磁輻射（EMR）源，被配置為生成具有一橫向環形能量分佈的一EMR光束； 一光學器件，被配置為將所述EMR光束會聚到位於一組織內的一聚焦區域；以及 一窗口組件，位於所述光學器件的光束下游，所述窗口組件被配置為當被放置成與所述組織的一外表面相接觸時冷卻所述組織，其中所述窗口組件包括： 一第一窗口； 與所述第一窗口分開的一第二窗口；以及 一冷卻劑腔室，位於所述第一窗口與所述第二窗口之間，其中所述冷卻劑腔室被配置為容納基本上不吸收所述EMR光束的一冷卻劑。
  2. 根據請求項1所述的系統，其中所述EMR光束具有在約1000nm與4000nm之間的範圍內的波長。
  3. 根據請求項1所述的系統，其中所述冷卻劑包括以下至少一項：一介電流體、一基於碳氟化合物的流體、水、一防凍劑、乙二醇和丙二醇。
  4. 根據請求項1所述的系統，其中所述光學器件還被配置為以至少約0.2的一數值孔徑（NA）會聚所述EMR光束。
  5. 根據請求項1所述的系統，還包括一光學組織透明介質，所述光學組織透明介質位於所述窗口組件與所述組織之間，其中所述光學組織透明介質包括甘油、聚乙二醇和磷酸鹽緩衝鹽水中的至少一項。
  6. 根據請求項1所述的系統，其中所述EMR源還包括一光束整形器，所述光束整形器被配置為對所述橫向環形能量分佈進行整形。
  7. 根據請求項6所述的系統，其中所述光束整形器包括一軸錐。
  8. 根據請求項1所述的系統，還包括一控制器，所述控制器被配置為控制所述EMR源，以確保在生成所述EMR光束之前所述窗口組件將所述組織冷卻至確定的溫度。
  9. 根據請求項1所述的系統，還包括一控制器，所述控制器被配置為控制所述EMR源，以確保在生成所述EMR光束之前所述窗口組件將所述組織冷卻確定的時間段。
  10. 一種方法，包括： 使用接觸一組織的一外表面的窗口組件冷卻所述組織，其中所述窗口組件包括： 一第一窗口； 與所述第一窗口分開的一第二窗口；以及 一冷卻劑腔室，位於所述第一窗口與所述第二窗口之間，其中所述冷卻劑腔室被配置為容納基本上不吸收EMR光束的一冷卻劑； 使用一電磁輻射（EMR）源來生成具有一橫向環形能量分佈的一EMR光束；以及 使用一光學器件來將所述EMR光束會聚到位於一組織內的一聚焦區域。
  11. 根據請求項10所述的方法，其中所述EMR光束具有在約1000nm與4000nm之間的範圍內的波長。
  12. 根據請求項10所述的方法，其中所述冷卻劑包括以下至少一項：一介電流體、一基於碳氟化合物的流體、水、一防凍劑、乙二醇和丙二醇。
  13. 根據請求項10所述的方法，其中會聚所述EMR光束以至少約0.2的一數值孔徑（NA）被執行。
  14. 根據請求項10所述的方法，還包括：在所述窗口組件與所述組織之間引入一光學組織透明介質，其中所述光學組織透明介質包括甘油、聚乙二醇和磷酸鹽緩衝鹽水中的至少一項。
  15. 根據請求項10所述的方法，其中所述電磁輻射源還包括：一光束整形器，所述光束整形器被配置為對所述橫向環形能量分佈進行整形。
  16. 根據請求項15所述的方法，其中所述光束整形器包括一軸錐。
  17. 根據請求項10所述的方法，還包括：使用一控制器來控制所述EMR源，以便確保在生成所述EMR光束之前所述窗口組件將所述組織冷卻至確定的溫度。
  18. 根據請求項10所述的方法，還包括：使用一控制器來控制所述EMR源，以便確保在生成所述EMR光束之前所述窗口組件將所述組織冷卻確定的時間段。
  19. 一種系統，包括： 一電磁輻射（EMR）源，被配置為生成一EMR光束，所述EMR光束具有在約1400nm與3400nm之間的範圍內的波長； 一光束整形器，被配置為將所述EMR光束整形為一橫向環形能量分佈，其中所述光束整形器包括一軸錐； 一光學器件，被配置為以至少約0.2的一數值孔徑將所述EMR光束會聚到位於一組織內的一聚焦區域； 一窗口組件，位於所述光學器件的光束下游，所述窗口組件被配置為當被放置成與所述組織的一外表面相接觸時冷卻所述組織，其中所述窗口組件包括： 一第一窗口； 與所述第一窗口分開的一第二窗口；以及 一冷卻劑腔室，位於所述第一窗口與所述第二窗口之間，其中所述冷卻劑腔室被配置為容納一冷卻劑，所述冷卻劑基本上不吸收所述EMR光束，並且包括一基於碳氟化合物的流體；以及 一控制器，被配置為控制所述EMR源，以便確保在生成所述EMR光束之前所述窗口組件執行以下至少一項：將所述組織冷卻至確定的溫度；以及將所述組織冷卻確定的時間段。
  20. 一種系統，包括： 一電磁輻射（EMR）源，被配置為生成具有波長的一EMR光束； 一准直器，被配置為將所述EMR光束准直至一一定寬度； 一光束整形器，包括一第一軸錐和一第二軸錐，所述光束整形器被配置為將經准直的所述EMR光束整形為一橫向環形能量分佈，其中所述第一軸錐和所述第二軸錐沿著光軸分開一間距距離，所述間距距離被選擇以實現所述橫向環形能量分佈的期望的一內直徑，並且經准直的所述EMR光束的所述寬度被選擇以實現所述橫向能量分佈的期望的一厚度；以及 一光學器件，被配置為將所述EMR光束會聚到一組織內的一聚焦區域，從而影響所述聚焦區域內的所述組織。
  21. 一種系統，包括： 一電磁輻射（EMR）源，被配置為生成一EMR光束，所述EMR光束具有一橫向環形形狀能量分佈、以及在約1200nm至約12000nm範圍內的波長； 一光學器件，被配置為將所述EMR光束會聚到位於一組織內的一聚焦區域； 一光束掃描系統，被配置為掃描所述組織內的所述聚焦區域； 一窗口組件，位於所述光學器件的光束下游，所述窗口組件被配置為當被放置成與所述組織的一外表面相接觸時，透射所述EMR光束並冷卻所述組織，其中所述窗口組件包括： 一第一窗口； 與所述第一窗口分開的一第二窗口；以及 一冷卻劑腔室，位於所述第一窗口與所述第二窗口之間，其中所述冷卻劑腔室被配置為容納一冷卻劑，所述冷卻劑包括基本上不吸收所述EMR光束的一基於碳氟化合物的流體；以及 一冷卻劑腔室，位於所述第一窗口與所述第二窗口之間，其中所述冷卻劑腔室被配置為容納所述冷卻劑，所述冷卻劑包括基本上不吸收所述EMR光束的所述基於碳氟化合物的流體；以及 一控制器，被配置為控制所述EMR源以生成具有多個脈衝的所述EMR光束，其中所述多個脈衝中的至少一個脈衝具有不小於約100微秒的脈衝持續時間。
  22. 根據請求項21所述的系統，其中所述多個脈衝中的所述至少一個脈衝具有不大於約100mJ的脈衝能量。
  23. 根據請求項21所述的系統，還包括一冷卻器，所述冷卻器被配置為將所述冷卻劑冷卻到約-20℃至約20℃範圍內的溫度。
  24. 根據請求項21所述的系統，其中所述光學器件還被配置為以至少約0.2的一數值孔徑（NA）會聚所述EMR光束。
  25. 根據請求項21所述的系統，還包括位於所述窗口組件與所述組織之間的一光學組織透明介質，其中所述光學組織透明介質包括以下至少一項：甘油、聚乙二醇和磷酸鹽緩衝鹽水。
  26. 根據請求項21所述的系統，其中所述EMR源還包括一光束整形器，所述光束整形器被配置為對所述橫向環形形狀能量分佈進行整形。
  27. 根據請求項26所述的系統，其中所述光束整形器包括一軸錐。
  28. 根據請求項21所述的系統，其中所述控制器被配置為控制所述EMR源，以確保在生成所述EMR光束之前所述窗口組件將所述組織冷卻至預定溫度。
  29. 根據請求項21所述的系統，其中所述所述控制器被配置為控制所述EMR源，以確保在生成所述EMR光束之前所述窗口組件將所述組織冷卻預定時間段。
  30. 根據請求項21所述的系統，其中所述EMR源、所述光學器件和所述光束掃描系統中的至少一項被配置為控制所述EMR光束的一個或多個參數，所述一個或多個參數包括以下一項或多項：所述環形形狀能量分佈的一內直徑、所述環形形狀能量分佈的一外直徑、所述環形形狀能量分佈的一厚度、以及所述組織內的所述聚焦區域的一深度。
  31. 一種方法，包括： 使用接觸組織的一外表面的窗口組件冷卻所述組織，其中所述窗口組件包括： 一第一窗口； 與所述第一窗口分開的一第二窗口；以及 一冷卻劑腔室，位於所述第一窗口與所述第二窗口之間，其中所述冷卻劑腔室被配置為容納一冷卻劑，所述冷卻劑包括基本上不吸收EMR光束的一基於碳氟化合物的流體； 使用一電磁輻射（EMR）源來生成一EMR光束，所述EMR光束具有一橫向環形形狀能量分佈、以及在約1200nm至約12000nm範圍內的波長； 使用一光學器件將所述EMR光束會聚到位於一組織內的一聚焦區域； 使用一光束掃描系統掃描所述組織內的所述聚焦區域；以及 使用一控制器來控制所述EMR源以生成具有多個脈衝的所述EMR光束，其中所述多個脈衝中的至少一個脈衝具有不小於約100微秒的脈衝持續時間。
  32. 根據請求項31所述的方法，其中所述多個脈衝中的所述至少一個脈衝具有不大於約100mJ的脈衝能量。
  33. 根據請求項31所述的方法，還包括：使用一冷卻器將所述冷卻劑冷卻到約-20℃至約20℃範圍內的溫度。
  34. 根據請求項31所述的方法，其中會聚所述EMR光束以至少約0.2的一數值孔徑（NA）被執行。
  35. 根據請求項31所述的方法，還包括：在所述窗口組件與所述組織之間引入一光學組織透明介質，其中所述光學組織透明介質包括以下至少一項：甘油、聚乙二醇和磷酸鹽緩衝鹽水。
  36. 根據請求項31所述的方法，其中所述電磁輻射源還包括一光束整形器，所述光束整形器被配置為對所述橫向環形形狀能量分佈進行整形。
  37. 根據請求項36所述的方法，其中所述光束整形器包括一軸錐。
  38. 根據請求項31所述的方法，還包括：使用所述控制器來控制所述EMR源，以便確保在生成所述EMR光束之前所述窗口組件將所述組織冷卻至預定溫度。
  39. 根據請求項31所述的方法，還包括：使用所述控制器來控制所述EMR源，以便確保在生成所述EMR光束之前所述窗口組件將所述組織冷卻預定時間段。
  40. 根據請求項31所述的方法，還包括：控制所述EMR光束的至少一個參數，所述至少一個參數包括以下一項或多項：所述環形形狀能量分佈的一內直徑、所述環形形狀能量分佈的一外直徑、所述環形形狀能量分佈的一厚度、以及所述組織內的所述聚焦區域的一深度。
  41. 一種系統，包括： 一電磁輻射（EMR）源，被配置為生成一EMR光束，所述EMR光束具有在約1400nm與3500nm之間的範圍內的波長； 一准直器，被配置為將所述EMR光束准直至一經准直的光束寬度； 一光束整形器，包括一第一軸錐和一第二軸錐，所述光束整形器被配置為將所述EMR光束整形為一橫向環形形狀能量分佈，其中所述第一軸錐和所述第二軸錐沿著光軸分開一間距距離，其中所述環形形狀能量分佈的一內直徑與所述間距距離相關，並且所述環形形狀能量分佈的一厚度與所述經准直的光束寬度相關； 一光學器件，被配置為以至少約0.2的一數值孔徑將所述EMR光束會聚到位於一組織內的一聚焦區域； 一光束掃描系統，被配置為掃描所述組織內的所述聚焦區域； 一窗口組件，位於所述光學器件的光束下游，所述窗口組件被配置為當被放置成與所述組織的一外表面相接觸時，透射所述EMR光束並冷卻所述組織，其中所述窗口組件包括： 一第一窗口； 與所述第一窗口分開的一第二窗口；以及 一冷卻劑腔室，位於所述第一窗口與所述第二窗口之間，其中所述冷卻劑腔室被配置為容納一冷卻劑，所述冷卻劑包括基本上不吸收所述EMR光束的一基於碳氟化合物的流體； 一冷卻器，被配置為將所述冷卻劑冷卻到約-20℃至約20℃的範圍內的溫度； 一控制器，被配置為：控制所述EMR源，以便確保在生成所述EMR光束之前所述窗口組件將所述組織冷卻至預定溫度或冷卻預定時間段；以及控制所述EMR源，以生成具有多個脈衝的所述EMR光束，其中所述多個脈衝中的至少一個脈衝具有不小於100微秒的脈衝持續時間；並且， 其中所述EMR源、所述光學器件和所述光束掃描系統中的至少一項被配置為控制所述EMR光束的一個或多個參數，所述一個或多個參數包括以下一項或多項：所述環形形狀能量分佈的一內直徑、所述環形形狀能量分佈的一外直徑、所述環形形狀能量分佈的所述厚度、以及所述組織內的所述聚焦區域的一深度。
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