TWI841654B - 用於組織治療的系統 - Google Patents

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Abstract

本公開的實施例係關於用於組織治療的系統和方法。一種冷卻元件包含框架，該框架包含一個或多個基準。冷卻元件亦包含第一視窗，該第一視窗包含第一近端表面和第一遠端表面。第一視窗被密封到框架。冷卻元件進一步包含密封到框架的第二視窗。第二視窗包含第二近端表面和第二遠端表面。第二視窗被配置為經由第二遠端表面接觸目標組織或與目標組織相鄰的組織。冷卻元件亦包含冷卻劑室，該冷卻劑室位於第一視窗的第一遠端表面與第二視窗的第二近端表面之間，並且被配置為接收冷卻劑。第一視窗、第二視窗和冷卻劑室被配置為接收電磁輻射(electromagnetic radiation，EMR)，並且將接收到的EMR的一部分透射到目標組織。

Description

用於組織治療的系統
本發明係關於一種用於組織治療的系統和方法。
可以通過施加某些波長的光或光能來處理各種狀況。在將能量遞送到適當的目標結構(例如組織，諸如皮膚)而不損傷與目標結構相鄰的組織結構態樣存在許多挑戰。該等挑戰包含以適當的波長以及充足的注量(fluence)來遞送能量，以及用光或光能有效且高效地掃描目標結構的能力。
黃褐斑是一種病因不明的皮膚疾病的實例，該疾病通常在面部區域中產生斑點的色素沉著過度。該情況在女性中比在男性中更常見。儘管可能無法很好地理解黃褐斑的具體病因，但是某些情況(諸如懷孕、日曬、某些藥物(諸如例如口服避孕藥、荷爾蒙水準、遺傳學等)可能會加劇黃褐斑的色素沉著外觀。黃褐斑的實例性症狀包含深色的、不規則形狀的斑塊或黃斑，該等斑塊或黃斑通常見於上頰、鼻子、上唇和前額。該等斑塊通常隨著時間而逐漸生長。黃褐斑似乎沒有引起任何其他症狀，也沒有除美容變色以外的其他有害作用。
與通常在皮膚的表皮區域(即，在組織表面處或附近)存在的許多色素沉著結構不同，真皮(或深)黃褐斑的特徵通常在於：在下層真皮的部分或區域中廣泛存在黑色素和噬黑素 細胞(包含例如過度色素沉著細胞)。因此，真皮黃褐斑的治療(例如，變暗的色素沉著區域的外觀變淡)可能特別具有挑戰性，因為進入和影響位於皮膚內較深處的此種色素沉著細胞和結構存在更大困難。因此，主要影響上覆的表皮的常規皮膚再生治療(諸如面部剝落(鐳射或化學藥物)、磨皮、局部藥劑等)可能對治療真皮黃褐斑無效。
已經觀察到，某些波長的光或光能的施加可以被色素沉著細胞強烈吸收，從而損傷它們。然而，使用光能的對真皮黃褐斑的有效治療引入了數個障礙。例如，真皮中的色素沉著細胞必須用(多個)適當波長的充足的光能進行靶向，以破壞或損傷它們，這可能釋放或毀壞色素沉著中的一些色素沉著並減少色素沉著的外觀。然而，此種能量可以被上覆的皮膚組織(諸如表皮和上層真皮)中的色素(例如，發色團)吸收。該近表面吸收可能會導致皮膚的外部部分的過度損傷，並且向較深的真皮遞送能量不足以影響其中的色素沉著細胞。此外，對位於表皮的基底層中的黑素細胞的熱損傷可能會觸發黑色素產量的增加，並且導致黑素細胞毀壞的熱損傷可能會引起色素減少。因此，期望冷卻未被靶向的組織和尤其恰好位於真皮黃褐斑上方的色素沉著表皮組織(即，從該等組織轉移熱量)。理想地，冷卻將與治療輻射同時發生，並且與輻射在相同的組織表面上發生。
已經開發了分步驟的方法，其係關於將光能施加到皮膚上的小的離散的治療位置，該等治療位置被健康組織隔開以促進 癒合。以期望的特異性準確地靶向(例如，位於真皮層中的)治療位置同時避免損傷治療位置周圍(例如，表皮層中)的健康組織可能是具有挑戰性的。例如，這需要具有高數值孔徑(numerical aperture，NA)的光學系統，以用於將雷射光束聚焦到治療位置。另外，光學系統應該能夠在較大的受影響區域(例如，幾平方釐米)上掃描聚焦束。因此，期望開發一種光學系統，該光學系統可以具有高數值孔徑，並且能夠在較大的受影響區域上進行掃描。亦期望的是，介面與治療區域建立穩健的接觸並穩定治療區域，使得可以將聚焦雷射光束的深度維持在治療區域內。此外，可以有利的是，介面與治療輻射一致地冷卻治療區域，以防止不期望的熱損傷。至少出於上文提到的原因，提供了用於基於EMR(例如基於鐳射)的組織治療的改進的方法、系統和設備。
在一個實施方式中，系統包含光學元件，該光學元件被配置為接收電磁輻射(electromagnetic radiation，EMR)，並且將EMR沿著光軸聚焦到目標組織中的聚焦區域。系統亦包含冷卻元件，該冷卻元件在光學元件的射束下游(down-stream)，並且被配置為接收聚焦EMR。冷卻元件包含第一視窗，該第一視窗包含第一近端表面和第一遠端表面。第一視窗被密封到框架。冷卻元件進一步包含密封到框架的第二視窗。第二視窗包含第二近端表面和第二遠端表面。第二視窗被配置為經由第二遠端表面接觸目標組織或與目標組織相鄰的組織。冷卻元件亦包含冷卻劑室，該冷卻劑室位於第一視窗的第一遠端表面與第二視窗的第二近端表面 之間，並被配置為接收冷卻劑。第一視窗、第二視窗和冷卻劑室被配置為接收電磁輻射(EMR)，並將接收到的EMR的一部分透射到目標組織。
在一個實施方式中，控制器被配置為通過使光學元件與第二視窗的第二遠端表面之間的沿著光軸的第二距離變化來使聚焦區域與第二視窗的第二遠端表面之間的沿著光軸的第一距離變化。在另一實施方式中，當聚焦區域沿著目標組織中的治療路徑橫穿時，第一距離在第一預定值與第二預定值之間變化。在又一實施方式中，第一預定值與第二預定值之間的差小於0.25mm。在另一實施方式中，第一預定值為0.001mm，並且第二預定值為10mm。
在一個實施方式中，控制器被配置為通過使與EMR相關聯的散度變化來使聚焦區域與第二視窗的第二遠端表面之間的沿著光軸的第一距離變化。在另一實施方式中，系統進一步包含掃描器。掃描器被配置為從控制器接收控制信號，並基於該控制信號沿著第一掃描路徑移動光學元件。在又一實施方式中，第一掃描路徑實質上平行於第二視窗的第二遠端表面。
在一個實施方式中，控制器被配置為使EMR輻射的強度變化。在另一實施方式中，控制器被配置為使在冷卻劑室中的冷卻劑的流速變化。在又一實施方式中，光學元件具有在約0.1到約1.0的範圍內的數值孔徑(NA)。
在一個實施方式中，EMR具有在約1W到約100W的範圍內的平均功率。在另一實施方式中，EMR包含脈衝雷射光束，該脈衝雷射光束具有在約400nm到約4000nm的範圍內的波 長。在又一實施方式中，EMR被配置為在聚焦區域中生成熱離子電漿(thermionic plasma)。在另一實施方式中，冷卻元件進一步包含氣體源，該氣體源被配置為將氣體引導到第一視窗處，該氣體被配置為防止在第一視窗上冷凝(condensation)。
在一個實施方式中，方法包含：生成聚焦電磁輻射(EMR)，並且將聚焦EMR透射通過冷卻元件。冷卻元件包含第一視窗，該第一視窗包含第一近端表面和第一遠端表面。第一視窗被密封到框架。冷卻元件進一步包含密封到框架的第二視窗。第二視窗包含第二近端表面和第二遠端表面。第二視窗被配置為經由第二遠端表面接觸目標組織或與該目標組織相鄰的組織。冷卻元件亦包含冷卻劑室，該冷卻劑室位於第一視窗的第一遠端表面與第二視窗的第二近端表面之間並被配置為接收冷卻劑。方法進一步包含將聚焦EMR引導到目標組織中的聚焦區域。
在一個實施方式中，生成聚焦EMR包含沿著EMR的光軸放置光學透鏡。在另一實施方式中，方法進一步包含通過使光學透鏡的位置沿著光軸變化來使目標組織中的聚焦區域的深度變化。在又一實施方式中，聚焦區域的深度在約0.001mm到約10mm的範圍內。
在一個實施方式中，方法進一步包含沿著目標組織中的治療路徑掃描聚焦EMR。在另一實施方式中，通過實質上平行於第二視窗的第二遠端移動光學元件，來沿著治療路徑掃描聚焦EMR束。
100:治療系統
101:冷卻組織
102:電磁輻射源/EMR源
104:EMR束
106:光學元件
108:焦點
110:光軸
112:第一視窗
114:腔室
116:冷卻劑/冷卻劑流
118:第二視窗
120:遠端表面
122:工作距離
124:冷卻劑流來源
126:控制器
150:冷卻元件
200:變化
210:平移
220:散度
222:EMR束
224:第一焦點位置
226:第二焦點位置
228:EMR束
300:束掃描器
301:掃描
302:掃描寬度
304:第二EMR束位置
306:第二光學器件位置
308:第二焦點位置
310:光軸
314:第一EMR束位置314
316:第一光學器件位置
318:第一焦點位置
320:光軸
400:冷卻元件
402:框架
404:基準
406:第一視窗
408:第一密封件
410:第二視窗
412:第二密封件
414:緊固件
416:遠端表面
418:腔室
420:埠
422:配件
422a:冷卻劑供應配件
422b:冷卻劑返回配件
500:方法
502:步驟
504:步驟
506:步驟
508:步驟
510:步驟
512:步驟
514:步驟
600:皮膚表面
610:上表皮層/表皮
620:下層真皮層
630:色素沉著細胞或區域
650:電磁輻射/EMR
660:聚焦區域
900:示圖
910:縱軸線
912:水平軸線
920:冷卻元件
920A:曲線圖
920B:曲線圖
920C:曲線圖
920D:曲線圖
922:單藍寶石視窗/藍寶石視窗/視窗
924:鋁熱交換器
926:冷卻劑
928:乾浴
929:熱電偶
930:冷卻元件/第二單視窗型冷卻元件
930A:曲線圖
930B:曲線圖
932:單藍寶石視窗/視窗
934:歧管
936:冷卻劑
938:乾浴
939:熱電偶
940:冷卻元件/雙視窗型冷卻元件
940A:曲線圖
942:第一視窗
943:第二視窗
944:框架
946:冷卻劑
948:乾浴
949:熱電偶
根據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：第一圖示意性地表示了根據一些實施例的用於輻照和冷卻組織的系統；第二A圖示意性地表示了根據一些實施例的用於使電磁輻射束的焦點的工作距離變化的系統；第二B圖示意性地表示了根據一些實施例的用於使電磁輻射束的焦點的工作距離變化的另一系統；第三圖示意性地表示了根據一些實施例的用於在至少一個軸線上掃描電磁輻射束的系統；第四A圖至第四D圖示意性地表示了根據一些實施例的用於冷卻組織的系統的實施例，該系統在許多視圖中與輻照一致；第五圖是表示根據一些實施例的用於輻照和冷卻組織的方法的流程圖；第六圖是聚焦在皮膚中的真皮層的色素沉著區域中的雷射光束的示意圖；第七A圖是黑色素的實例性吸光度光譜圖；第七B圖是血紅蛋白的實例性吸光度光譜圖；第八圖圖示了黑色素和靜脈血的吸收係數以及皮膚中光的散射係數與波長的曲線圖；第九A圖圖示了描繪多個實例性冷卻元件的冷卻性能的示圖；以及第九B圖至第九D圖圖示了實例性冷卻元件的示意圖。
注意，附圖不一定按比例繪製。附圖旨在只描繪本文中所揭示的主題的通常態樣，並且因此，不應該被視為限制本公開的範圍。熟習此項技術者將理解，本文中具體描述並在附圖中圖示的系統、設備和方法是非限制性實例性實施例，並且本實施例的範圍僅由附隨的申請專利範圍限定。
現在將描述某些實例性實施例以提供對本文中所揭示的設備和方法的結構、功能、製造和用途的原理的整體理解。在附圖中圖示了該等實施例的一個或多個實例。結合一個實例性實施例說明或描述的特徵可以與其他實施例的特徵組合。此種修改和變化旨在被包含在本發明的範圍內。
下文相對於治療皮膚的色素性狀況(諸如黃褐斑)以改善此種色素性狀況的外觀，詳細論述了本公開的一些實施例。然而，所揭示的實施例可以不受限制地用於治療其他色素性和非色素性狀況以及其他組織和非組織目標。色素性狀況的實例可以包含但不限於炎症後色素沉著過度、眼睛周圍的深色皮膚、黑眼圈、咖啡斑、貝克爾痣、太田痣、先天性黑素細胞痣、雀斑(freckle)/雀斑(lentigo)、富含鐵血黃素結構、色素沉著膽結石、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結構以及包含紋身的組織。非色素性狀況的實例可以包含但不限於毛囊、毛幹、血管病變、感染性狀況、皮脂腺、痤瘡等。非皮膚組織的實例 可以包含但不限於軟組織(諸如軟骨、粘膜和漿膜)；以及硬組織(諸如骨和牙釉質)。
進一步地，在本公開中，實施例的類似命名的部件通常具有相似的特徵，並且因此，在特定實施例中，不必充分闡述每個類似命名的部件的每個特徵。另外，就在所揭示的系統、設備和方法的描述中使用線性或圓形尺寸的程度而言，此種尺寸並不旨在限制可以與此種系統、設備和方法結合使用的形狀的類型。熟習此項技術者將認識到，對於任何幾何，可以容易地確定與此種線性和圓形尺寸等效的尺寸。系統和設備以及其部件的大小和形狀可以至少取決於系統和設備將用於其中的物件的解剖結構、將與系統和設備一起使用的部件的大小和形狀以及系統和設備將被使用的方法和過程。
通常，描述了一些高數值孔徑(NA)光學治療系統，其可以將電磁輻射(EMR)(例如雷射光束)聚焦到組織中的治療區域。聚焦的雷射光束可以將光能遞送到治療區域而不損傷周圍的組織。所遞送的光能可以例如破壞皮膚的真皮層的治療區域中的色素沉著生色團和/或目標，而不會影響周圍區域(例如，上覆的表皮層、真皮層的其他部分等)或在皮膚或組織的由未受影響和未靶向的區域包圍的其他色素沉著目的地區域內。在其他實施方式中，所遞送的光能可以引起紋身去除或改變或血紅蛋白相關的治療。在通常治療期間，可以將大量輻射(例如，取決於波長的大於1W、5W、10W、20W或30W的平均功率)遞送到組織。該等輻射水準最終可能導致組織大量加熱，並可能引起熱損傷。為了防止組織的大量 加熱，必須對組織進行冷卻。為了使冷卻最有效，在與輻照相同的地方且同時進行冷卻。先前的冷卻方法已經在相同的地方進行了冷卻，但是並非同時進行(例如低溫冷卻)。亦進行了其他冷卻方法，該等方法同時冷卻但不超過與輻射完全相同的面積。
在標題為“Method and Apparatus for Treating Dermal Melasma”的美國專利申請公開第2016/0199132號和標題為“Method and Apparatus for Selective Treatment of Dermal Melasma”的美國臨時申請案第62/438,818號中公開了用光或光能治療皮膚狀況的實例性方法和設備，該等申請案中的每一案以全文引用的方式併入本文中。
第一圖圖示了可以輻照和冷卻組織101的治療系統100的實例性實施例。電磁輻射(EMR)源102(諸如雷射器)生成EMR束104。根據一些實施例，EMR束104具有100奈米(nanometer，nm)與15000nm之間(例如，在400nm與4000nm之間)的範圍內的波長。實例性EMR源102可以是來自法國Les Ulis的Quantel的Q-Smart 450。Q-Smart 450能夠生成具有1064nm的波長、6奈秒(nanoseconds，nS)與20nS之間的脈衝持續時間、高達40Hz的重複頻率和高達450mJ的脈衝能量的EMR束104(例如，脈衝束)。另一實例性EMR源102是來自加利福尼亞州聖克拉拉市的Coherent的Coherent Diamond FLQ光纖雷射器。由Diamond FLQ光纖雷射器生成的EMR束104可以具有：高達10W、20W、50W或100W的平均功率；100nS的脈衝持續時間；高達1mJ的脈衝能量；20KHz 與100KHz之間的脈衝重複頻率。EMR束104可以由光學元件106聚焦，從而使EMR束104在沿光軸110傳播時會聚到焦點108(或“聚焦區域”)。根據一些實施例，EMR束104會聚到具有0.1與1.0之間(例如0.5)的數值孔徑的焦點108。
治療系統100可以包含冷卻元件150，該冷卻元件包含第一視窗112、配置為接收/包含冷卻劑流116(例如，流體冷卻劑)的腔室114和第二視窗118。冷卻元件可以位於光學元件106的射束下游處。術語“射束下游”指示EMR束104首先撞擊在光學元件106上，並且然後撞擊在冷卻元件150上。換句話說，光學元件106位於冷卻元件150的射束上游處。
EMR束104可以透射通過冷卻元件150，該冷卻元件包含第一視窗112、配置為接收/包含冷卻劑流116的腔室114和第二視窗118。例如，第一視窗112、冷卻劑116和第二視窗118可以實質上透射EMR束104。根據一些實施例，當EMR束透射通過第一視窗112、腔室114、冷卻劑流116和第二視窗118時，該EMR束可以會聚(例如聚焦)。EMR束104在傳播通過第二視窗118的遠端表面120之後可以到達焦點108。在焦點108與第二視窗118的遠端表面120之間存在工作距離122。根據一些實施例，工作距離122可以具有0.001毫米(mm)與100mm之間(例如0.5mm、1.0mm和10mm)的值。
根據一些實施例，冷卻劑流來源124可以引起冷卻劑116的流動，該冷卻劑可以被位於第一視窗112與第二視窗118之間(例如，在第一視窗112的遠端表面與第二視窗118的近端表面之間)的腔室114包含/接收。實例性的冷卻劑流來源是來 自紐約Wappingers Falls的穩態冷卻系統的緊湊型冷卻器(零件號UC160-190)。UC160-190能夠生成冷卻劑流，該冷卻劑流具有在9psig的500ml/min±50ml/min的流速、30psig的最大壓力、以及2℃與45℃之間的冷卻劑溫度。冷卻劑在EMR束104的波長下通常可以是透射性的(例如，透射率大於50%)。例如，丙二醇和水的混合物在涵蓋可見光譜和1064nm的波長範圍內通常是透射性的。
根據一些實施例，治療系統100進一步包含控制器126。控制器可以被配置為控制EMR源102和冷卻劑流來源124、EMR束104的傳輸方向、光學元件106的位置/運動(例如，光學元件106相對於冷卻元件150的路徑)等。根據一些實施例，冷卻劑116的溫度被控制在設定點的幾攝氏度之內。實例性冷卻劑溫度設定點包含小於-10℃、0℃、5℃的溫度和大於10℃的溫度。根據一些實施方式，控制器126控制冷卻劑流來源124的一個或多個參數，包含冷卻劑設定點溫度和冷卻劑流速。根據一些實施方式，控制器126控制EMR源102的一個或多個參數，包含：脈衝持續時間、重複頻率、EMR互鎖或閘信號、脈衝能量、平均功率等。
根據一些實施例，治療系統100被配置為在焦點108的位置處或附近的組織101中生成電漿(plasma)。在一些實施例中，可以通過光學手段(諸如光致電離)來生成電漿。為了經由光致電離產生電漿，可能需要大的能量密度(例如，對於具有在奈秒範圍內的脈衝持續時間的EMR脈衝)。例如，用於水的光致電離的輻照閾值可以高達1013W/cm2(例如，在105 W/cm2與1013W/cm2之間)。在其他實施例中，可以通過電子的熱離子發射來生成電漿。電漿的熱離子生成可以在位於EMR束104的焦點108處或附近的生色團(例如配置為吸收EMR束104的材料)的存在下發生。焦點處的高能量密度可以引起生色團的電離和對生色團以及在某些情況下對生色團附近的材料的選擇性熱損傷。例如，具有在奈秒範圍內的脈衝持續時間的EMR脈衝的吸收介質中的熱離子電離的輻照閾值可以低至109W/cm2。儘管會聚的EMR束104和焦點108的選擇性本質可以防止非靶向組織的立即加熱，但是在一個或多個焦點108位置上方或附近的許多EMR脈衝上仍會發生大量加熱。
根據一些實施方式，當組織101被EMR束104輻照時，冷卻元件150可以冷卻該組織。在一些實施方式中，熱路徑可以從焦點108(例如，與光軸110平行/共線)延伸並且穿過組織101、組織101的外部表面、第二視窗118的遠端表面120、第二視窗118並且最後延伸到冷卻劑流116。該熱路徑可以是從焦點108離開組織101並到第二視窗118的遠端表面120的最短路徑(例如，穿過組織101的最短路徑)。出於該原因，組織101的大量熱量可以高效地轉移(例如，從焦點108的位置轉移)到冷卻劑116。因為冷卻劑和視窗在EMR束的波長下都是透射性的，所以冷卻可以與輻照同時進行。一些治療可能需要仔細控制焦點108在組織內的位置，並且焦點108在組織內的位置有時發生變化。在該等情況下，可能期望已知和/或控制第二視窗118的遠端表面120相對於焦點108的位置。例如， 感測器(例如加速度計、位置檢測器等)可以檢測第二視窗118(或冷卻元件150)的位置和/或運動，並且可以將該資訊傳達給控制器126。這可以允許追蹤第二視窗118(或冷卻元件150)的位置和/或運動。
真皮黃褐斑可以通過在含有色素的真皮中的選擇性熱離子電漿進行治療。為了進行該治療，可以期望在真皮內的色素的深度(例如，組織101的表面下方100μm至1mm)處或附近(例如2倍瑞利範圍)具有EMR束104的焦點108。現在參照第二A圖至第二B圖，示出了焦點108位置的深度的變化200。第二A圖示意性地示出了根據一些實施例的焦點108的深度的變化200。沿光軸110(例如z軸)相對於第二視窗118平移210光學元件106產生焦點108的深度的對應變化200。根據一些實施例，光學平移210可以通超載物台生成並由控制器控制。實例性載物台是來自Victor New York的NewScale Technologies的M3-FS聚焦模組。在一些版本中，控制器126控制載物台的一個或多個參數，包含：加速度、速率(velocity)和位置。
根據一些實施例，焦點108的深度可以(例如，通過變化200)通過發散的EMR束222的散度220的對應改變來變化。參照第二B圖，深度可以從第一焦點位置224變化200到第二焦點位置226。第一焦點位置224由光學元件106在具有可忽略的散度的第一EMR束228上引入的波前改變產生。第二焦點位置226由相同的光學元件106產生，但是由於增加的散度220而位於與第一焦點位置224不同的位置處。根據一些實施方式， 從自我調整光學器件(諸如可變焦距透鏡)提供散度220的改變。實例性可變焦距透鏡是來自Optotune Switzerland AG的Optotune零件編號EL-10-42-OF。由於焦點108的極端橫向(例如x軸和y軸)選擇性(例如狹窄)，因此可能期望在組織101中的多個位置上掃描焦點108。在一些實施方式中，控制器126可以控制自我調整光學器件的一個或多個參數(例如，以使EMR束的散度變化)。
現在參照第三圖，示意性地表示了包含束掃描器300的系統的實施例。光學器件/EMR束的掃描301可以使得焦點位置在掃描寬度302上平移(或旋轉)。掃描寬度302是焦點位置橫向上(即x軸和/或y軸)改變的距離。在一些實施方式中，束掃描器300可以掃描(例如移動)301 EMR焦點、光學器件和光軸(或EMR束)。第三圖示出了從第一EMR束位置314、第一光學器件位置316和第一焦點位置318(沿光軸320)到第二EMR束位置304、第二光學器件位置306和第二焦點位置308(沿光軸310)的掃描301。根據一些實施方式，EMR束和光軸在整個掃描寬度上保持入射在第一視窗112、腔室114和第二視窗118上。在一些實施例中，可以控制組織內的焦點的深度。例如，可以期望的是，掃描301的方向或平面應在已知規格內平行於第二視窗118的遠端表面120。這是因為，如上文所描述，光學器件與第二視窗的遠端表面120之間的沿光軸的距離的改變會導致工作距離122和組織內的焦點的深度的改變。根據一些實施例，第二視窗118在指定角度(例如10mrad、1mrad、0.5mrad或0.1mrad)內保持與掃描運動平 行。可替代地，在一些實施方式中，掃描寬度302上的工作距離122的改變可以被限制在可接受的範圍內(例如，在10mm的掃描寬度上0.25mm的工作距離122改變)。束掃描器300可以由控制器(例如控制器126)控制。在一些實施方式中，控制器可以控制束掃描器的一個或多個參數，包含：跳躍速度、加速度、位置、停留時間等。
在第四A圖至第四D圖的各個視圖中示意性地表示了實例性冷卻元件400。第四A圖圖示了冷卻元件400(例如，冷卻元件400面向EMR源/背離目標組織的部分)的俯視等距視圖。第四B圖示出了冷卻元件400(例如，冷卻元件400面向目標組織/背離EMR源的部分)的仰視等距視圖。第四C圖示出了冷卻元件400的仰視圖。第四D圖示出了沿著第四C圖中所示出的截面線的冷卻元件400的截面圖。實例性冷卻元件400包含框架402。參照第四A圖和第四C圖，框架402具有三個基準(datum)404。基準404與基於能量的設備上的底座(mount)對應，該底座可以生成輻射，從而使冷卻元件400在基於能量的設備上可拆卸地附接和替換。根據一些實施例，基準404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404包含運動學底座的一部分(例如麥克斯韋式底座)。實例性冷卻元件400的三個基準404可以位於一個平面中。實例性冷卻元件400進一步包含通過第一密封件408密封到框架402的第一視窗406和通過第二密封件412密封到框架402的第二視窗410。根據一些實施例，第一密封件408和第二密封件412包含粘合劑。粘合劑的實例可以包含光固化粘 合劑、矽酮和環氧樹脂。根據其他實施例，第一密封件408和/或第二密封件412包含焊接點、銅焊接頭或焊料，並且對應的第一視窗406和/或第二視窗410的邊緣可以用允許該類型密封的材料(例如金屬)來金屬化、濺射或塗布。另外，用一個或多個緊固件414將第二視窗410附著到框架402。可以在第四C圖和第四D圖中看到，實例性冷卻元件400的緊固件414包含由3個機械螺釘保持在適當位置的夾板。緊固件的額外實例可以包含螺釘、夾鉗、按扣、扣環、凸片或其任何組合。將第二視窗410附著至框架允許第二視窗410的遠端表面416與組織接觸地牢固地放置，而不會向第二密封件412引入額外的壓力，該壓力可能引起第二視窗的遠端表面的彎曲或移動。
如上文所描述，遠端表面416與使EMR束104聚焦的光學元件106之間的距離的改變會影響光束的工作距離122和組織101內的所得焦點108的位置。根據一些實施例，第二視窗410的遠端表面416可以相對於基準404位於預定的幾何(例如定向、位置等)處。例如，在一些版本中，第二視窗410位於在期望公差(例如0.5mrad)內平行於通過一個或多個基準404近似的平面。另外，第二視窗410可以位於沿著光軸(例如z軸)在精確距離處的期望的公差(例如，0.05mm)內。另外，根據一些實施例，第一視窗406和第二視窗410都平行定位，並且它們之間的規定距離可以在期望公差(例如0.5mrad和0.05mm)內。在一些實施方式中，第一視窗406和第二視窗410可以相對于彼此成一定角度(例如，成小於10mrad的 角度)佈置。由於各種原因，在一些實施例中，第二視窗的遠端表面416包含非平面形狀(例如凸形或凹形)。例如，凸形的遠端表面416在與組織接觸放置時可以有利於壓縮組織。
第四D圖描繪了冷卻元件400內的腔室418。腔室418由框架402、第一視窗406和第二視窗410界定。腔室418可以由第一密封件408和第二密封件412密封。腔室418配置為包含冷卻劑。根據一些實施例，冷卻劑流通過與腔室418流體連通的一個或多個埠420供應到腔室418。根據一些實施例，埠420可以提供來自冷卻劑流來源的冷卻劑流，該冷卻劑流來源與埠420流體連通。在一些實施方式中，冷卻劑流來源可以通過一個或多個配件422與埠420流體連通。第四A圖和第四B圖圖示了冷卻劑供應配件422a和冷卻劑返回配件422b，以用於向腔室418供應冷卻劑和從腔室418返回冷卻劑。
根據一些實施例，第二視窗包含具有高蓄熱率的材料(例如石英、藍寶石、金剛石等)。更高的蓄熱率可以允許更多的熱量從組織表面轉移到冷卻劑流。同樣地，根據一些實施例，第一視窗406包含具有較低蓄熱率的材料(例如玻璃或聚合物)。具有第一視窗406的實施方式可以將較少的熱量通過第一視窗轉移到冷卻劑流中，該第一視窗具有較低蓄熱率材料。結果，可能比其中第一視窗406包含高蓄熱率材料的版本中更慢地發生冷凝。另外，在一些實施例中，第一視窗的厚度(例如1mm)大於第二視窗的厚度(例如0.5mm)，從而允許在第二視窗上更自由地發生熱能轉移。根據一些版本， 可以將非冷凝氣體(諸如清潔乾燥的空氣、氮氣、二氧化碳或氬氣)吹向第一視窗，以進一步防止冷凝。
現在參照第五圖，描繪了描述根據一些實施例的用於輻照和冷卻組織的方法500的流程圖。在502處，使用EMR源生成電磁輻射(EMR)束。在504處，將波前改變引入到EMR束中，使EMR束在沿光軸傳播時會聚。在506處，會聚的EMR束透射通過第一視窗、與第一視窗相鄰的冷卻劑和與冷卻劑相鄰的第二視窗。最後，會聚的EMR束被引導入射到組織的表面區域。同時，熱量通過第二視窗從組織的表面區域轉移遞到冷卻劑。
根據方法500的一些實施例，會聚的EMR束最終在組織的表面區域下方的深度處到達組織內的焦點。在另一版本中，焦點的深度隨時間變化。如上文所描述，例如在真皮黃褐斑治療中，使組織內的焦點的深度變化允許需要在一定深度範圍內遞送能量的治療。在一些版本中，深度在0.001mm至10mm之間的範圍內變化。在一些版本中，焦點處的EMR束具有足以在色素沉著組織中引起熱離子電離的能量密度(例如，針對100奈秒脈衝持續時間和1064nm波長，能量密度大於約10J/cm2)。
根據一些實施例，方法500進一步包含在一個或多個軸線上的掃描寬度上掃描會聚的EMR束，並使EMR束被引導512到組織的第二表面區域。通常，EMR束是脈衝能量源，並且每個脈衝在掃描EMR束時使其被引導到新的表面區域。在一些版本中，在通常平行於第二視窗的遠端表面(沿著平行於第二/ 第一視窗的x-y平面)的一個或多個軸線上進行束掃描，使得焦點的深度不變化超過掃描寬度上的期望公差(例如0.25mm或0.05mm)。
根據一些實施例，在502處，以至少高達1W、5W、10W或30W的平均功率來生成EMR束。根據一些實施例，在400nm與4000nm之間的範圍內的波長處生成EMR束。根據一些實施例，將波前改變引入到EMR束中，以使EMR束以根據至少0.3的數值孔徑(NA)的速率(rate)會聚。
根據一些實施例，下文提供表以總結實例性參數和參數範圍。
Figure 108147788-A0305-02-0022-3
Figure 108147788-A0305-02-0023-2
治療輻射的特性
第六圖是聚焦在皮膚組織中的真皮層的色素沉著區域中的雷射光束的圖解的示意圖。皮膚組織包含皮膚表面600和上表皮層610或表皮，其在面部區域中可以為例如約30μm-120μm厚。真皮在身體的其他部分中可能稍厚。例如，通常，表皮的厚度可以在約30μm(例如在眼瞼上)到約1500μm(例如在手掌或腳掌上)的範圍內。在皮膚的某些狀況下，例如牛皮癬，此種表皮可以比上文的實例更薄或更厚。下層真皮層620或真皮從表皮610下方延伸到較深的皮下脂肪層(未示出)。表現出深層或真皮黃褐斑的皮膚可以包含包含過量黑色素的一定數量的色素沉著細胞或區域630。電磁輻射(EMR)650(例如雷射光束)可以聚焦到可以位於真皮620或表皮610內的一個或多個聚焦區域660中。EMR 650可以以 可被黑色素吸收的一個或多個適當的波長提供。可以基於下文所描述的一個或多個標準來選擇(多個)EMR波長。
用於治療某些皮膚狀況(諸如色素狀況和非色素狀況)的期望波長的確定可以取決於例如存在於皮膚中的各種競爭生色團(例如生色團、血紅蛋白、紋身墨等)的波長依賴性吸收係數。第七A圖是黑色素的實例性吸光度光譜圖。觀察到黑色素對EMR的吸收在約350nm的波長處達到峰值，並且然後隨著波長的增加而減少。儘管黑色素對EMR的吸收促進了含黑色素的區域630的加熱和/或破壞，但是極高黑色素吸光度可導致色素在表皮610中的高吸收並減少EMR穿透到真皮620或表皮610中。如第七A圖中所圖示，在小於約500nm的EMR波長處的黑色素吸收是相對高的，使得小於約500nm的波長可能不適合於充分穿透到真皮620中以加熱和損傷或破壞其中的色素沉著區域630。較小波長下的此種增強吸收會導致對表皮610和真皮620的上部(表面)部分的有害損傷，其中，相對少的未吸收EMR穿過組織進入真皮620的較深部分。
第七B圖是氧化或去氧化血紅蛋白的實例性吸光度光譜圖。血紅蛋白存在於皮膚組織的血管中，並且可以被氧化(HbO2)或去氧化(Hb)。每種形式的血紅蛋白可表現出略微不同的EMR吸收特性。如第七B圖中所圖示，Hb和HbO2的實例性吸收光譜指示Hb和HbO2在小於約600nm的EMR波長下的高吸收係數，其中，吸光度在較高波長下顯著減少。血紅蛋白(Hb和/或HbO2)對引導到皮膚組織中的EMR的強吸收可導 致含血紅蛋白的血管的加熱，從而導致對該等血管結構的有害損傷，並且可供黑色素吸收的EMR較少。
為EMR選擇適當的波長亦可以取決於與EMR相互作用的組織的波長依賴性散射分佈。第八圖圖示了黑色素和靜脈血的吸收係數相對於波長的曲線圖。第八圖亦圖示了皮膚中光的散射係數相對於波長的曲線圖。黑色素的吸收隨波長單調減少。如果黑色素是色素狀況治療的目標，則期望在黑色素中具有高吸收的波長。這將表明光的波長越短，治療越高效。然而，在短於800nm的波長處，血液的吸收增加，從而增加了意外靶向血管的風險。此外，由於預期目標可以位於皮膚表面下方，因此皮膚(例如真皮層)的散射作用可能是顯著的。散射減少了到達預期目標的光量。散射係數隨著波長的增加而單調減小。因此，雖然較短的波長可以幫助黑色素的吸收，但是較長的波長由於減少的散射而可以幫助更深的穿透。類似地，較長的波長由於在較長波長下的血液吸收較低而更適於不使血管受到傷害。
考慮到上文注意事項，波長可在約300nm到約3000nm的範圍內，並且更特別地在約800nm到約1064nm的範圍內，可用於選擇性地靶向真皮中的某些結構(例如黑色素)。特別地，約800nm和約1064nm的波長可用於此種治療。800nm波長可以是有吸引力的，因為在該波長下的雷射二極體成本更低並且可容易地獲得。然而，由於在該波長下較低的散射，1064nm對於靶向較深的病變可以特別有用。1064nm的波長也可以更適合於其中存在大量表皮黑色素的較深皮膚類型。 在此種個體中，表皮中黑色素對較低波長EMR(例如約800nm)的較高吸收增加了皮膚的熱損傷的機會。因此，對於一些個體的某些治療，1064nm可以是治療輻射的更適合的波長。
各種鐳射源可以用於生成EMR。例如，可容易地獲得提供1064nm EMR的含釹(Nd)鐳射源。該等鐳射源可以以脈衝模式操作，其中，重複頻率在約1Hz到100KHz的範圍內。調Q Nd鐳射源可提供脈衝持續時間小於一奈秒的雷射脈衝。其他Nd鐳射源可以提供脈衝持續時間大於一毫秒的脈衝。提供1060nm波長EMR的實例性鐳射源是來自美國康涅狄格州East Granby的Nufern的20W NuQ光纖雷射器。20W NuQ光纖雷射器以約20KHz與約100KHz之間的範圍內的重複頻率提供具有約100ns的脈衝持續時間的脈衝。另一鐳射源是來自法國Les Ulis的Quantel的Nd：YAG Q-smart 850。Q-smart 850以高達約10Hz的重複頻率提供具有高達約850mJ的脈衝能量和約6ns的脈衝持續時間的脈衝。
本文中所描述的系統可以配置為將EMR聚焦在高度會聚的光束中。例如，系統可以包含聚焦或會聚透鏡佈置，該聚焦或會聚透鏡佈置具有選自約0.3到0.9(例如在約0.4與0.9之間)的數值孔徑(NA)。EMR的對應的大會聚角可以在透鏡的聚焦區域(可以位於真皮內)中提供高通量和強度，而在聚焦區域上方的上覆組織中提供較低的通量。此種聚焦幾何可以說明減少色素沉著真皮區域上方的上覆組織中的有害加熱和熱損傷。實例性光學佈置可以進一步包含准直透鏡佈 置，該准直透鏡佈置被配置為將EMR從發射佈置引導到聚焦透鏡佈置上。
實例性光學治療系統可以被配置為將EMR聚焦到寬度或光斑大小小於約200μm(例如小於約100μm或甚至小於約50μm，例如，小至約1μm)的聚焦區域。例如，光斑大小可以具有約1μm到約50μm、約50μm到約100μm以及約100μm到約200μm的範圍。可以例如在空氣中確定聚焦區域的光斑大小。此種光斑大小可以被選擇作為在足夠小以在聚焦區域中提供高通量或強度的EMR(以有效地輻照真皮中的色素沉著結構)與足夠大以促進在合理的治療時間內輻照皮膚組織的大區域/體積之間的平衡。
實例性光學佈置亦可以被配置為將EMR的聚焦區域引導到真皮組織內的在皮膚表面下方的深度處的位置上，諸如在約30μm到約2000μm的範圍內，例如，在約150μm到約500μm之間。此種實例性深度範圍可以與皮膚中的表現出真皮黃褐斑或其他感興趣目標的色素沉著區域的通常觀察深度對應。該焦深可以對應於距配置為接觸皮膚表面的裝置的下表面和聚焦區域的位置的距離。另外，一些實施例可以配置用於治療表皮內的目標。例如，光學佈置可以配置成將EMR的聚焦區域引導到表皮組織內的位置，例如在皮膚表面下面約5μm到2000μm的範圍內。亦可以將其他實施例配置用於治療真皮深處的目標。例如，紋身藝術家通常校準其紋身槍以穿透皮膚到皮膚表面下面約1mm到約2mm的深度。因此，在一些實施例中，光學佈置可以被配置為將EMR的聚焦區域 引導到皮膚表面下面約0.4mm到2mm的範圍內的真皮組織內的位置。
實例
第九A圖圖示了描繪多個實例性冷卻元件(例如第九B圖至第九D圖9D中的冷卻元件)的冷卻性能的多個曲線圖。在利用冷卻元件920、930和940進行的實驗期間收集第九A圖9A中所示出的資料。示圖900具有沿縱軸線910以攝氏度為單位顯示的溫度和沿水平軸線912顯示的時間(以分鐘和秒為單位)。
將每個冷卻元件放置在測試夾具塊中，並且將熱電偶放置在冷卻元件的第一表面的中間。使用導熱膏以確保冷卻元件的第一表面與熱電偶之間的導熱。放置冷卻元件，其中，第一表面與乾浴接觸。將乾浴設置為37℃，並且使每個冷卻元件與乾浴達到熱平衡。最後，將5℃下的冷卻流體提供給冷卻元件，並且熱電偶在視窗冷卻時捕獲視窗的第一表面的溫度測量值。
第九B圖至第九D圖圖示了作為上文所論述的實驗的一部分進行測試的實例性冷卻元件的示意圖。冷卻元件的實例性實施例是第一單視窗型冷卻元件920、第二單視窗型冷卻元件930和雙視窗型冷卻元件940。第九B圖圖示了單視窗型冷卻元件920，其包含(例如，沿著藍寶石視窗的邊緣)與鋁熱交換器924接觸的單藍寶石視窗922，冷卻劑926在該鋁熱交換器內流動。熱量從乾浴928流到藍寶石視窗922的第一表面(例如與乾浴928相鄰的表面)的中間，水平地通過藍寶石視窗922流到藍寶石視窗922的邊緣，流動通過鋁熱交換器924 並且流入冷卻劑926中。視窗922的第一表面的溫度由熱電偶929測量。
第九C圖圖示了包含單藍寶石視窗932的單視窗型冷卻元件930，該藍寶石視窗密封至歧管(manifold)934，冷卻劑936在該歧管內流動。單視窗型冷卻元件930被配置為允許冷卻劑936圍繞視窗932的邊緣與單藍寶石視窗932直接接觸。熱量從乾浴938流到視窗932的第一表面(例如與乾浴938相鄰的表面)的中心、視窗932的邊緣，並直接流入冷卻劑936。視窗932的第一表面的溫度由熱電偶939測量。
第九D圖圖示了雙視窗型冷卻元件940，其包含第一視窗942、第二視窗943、框架944以及在第一視窗與第二視窗之間流動的冷卻劑946。熱量從乾浴948流到第一視窗942的第一表面(例如與乾浴948相鄰的表面)的中心，豎直流動通過第一視窗942，並流入冷卻劑946中。第一視窗942的第一表面的溫度由熱電偶949測量。
返回第九A圖，示出了冷卻元件920、930和940的冷卻數據。第一組曲線圖920A-D表示第一單視窗型冷卻元件920的冷卻資料，第二組曲線圖930A-B表示第二單視窗型冷卻元件930的冷卻資料，並且第三曲線圖940A表示雙視窗型冷卻元件940的冷卻資料。曲線圖指示第二單視窗型冷卻元件930的冷卻超過第一單視窗型元件920的改進。然而，雙視窗型冷卻元件940示出超過第一單視窗型元件和第二單視窗型元件兩者的很大改進。雙視窗型冷卻元件940的資料示出接近約13.4℃的穩態溫度的冷卻。第二單視窗型冷卻元件930的最低測量 視窗表面溫度接近約25.9℃的穩態溫度。雙視窗型冷卻元件940可以冷卻到12.5℃的溫度，該溫度可以比表現最佳的單視窗型元件更低。示圖900亦示出了利用雙視窗型冷卻元件940進行冷卻更快。基於資料，將第一視窗型元件和單視窗型元件的熱時間常數(例如，視窗冷卻到初始溫度的約63.2%的時間)估計為約4秒。並且，將雙視窗型元件的熱時間常數估計為約2秒或單視窗型元件的時間的一半。
治療各種皮膚狀況的方法(諸如出於美容目的)可以使用本文中所描述的系統執行。應當理解，儘管此種方法可以由醫師進行，但是非醫師(諸如美容師和其他受過適合訓練的人員)可以在沒有醫師的監督的情況下使用本文中所描述的系統來治療各種皮膚狀況。
基於上文所描述的實施例，熟習此項技術者將瞭解本發明的其他特徵和優點。因此，除了如所附申請專利範圍所指示的以外，本發明不限於已經具體示出和描述的內容。本文中引用的所有出版物和參考文獻均以全文引用的方式明確地併入本文中。
本文中所描述的主題可以在數位電子電路系統或電腦軟體、固件或硬體(包含本說明書中所揭示的結構方式及其結構等效物或它們的組合)中實施。本文中所描述的主題可以實施為一種或多種電腦程式產品，諸如有形地體現在資訊載體中(例如，在機器可讀存放裝置中)或體現在傳播的信號中的一種或多種電腦程式，以用於由資料處理裝置(例如可程式設計處理器、電腦或多個電腦)執行或控制該資料處理裝置 的操作。可以以任何形式的程式設計語言來寫入電腦程式(也稱為程式、軟體、軟體應用或代碼)，包含編譯語言或解譯語言，並且可以任何形式來部署電腦程式，包含部署為獨立的程式或部署為模組、部件、子常式或適合在計算環境中使用的其他單元。電腦程式不一定與檔對應。可以將程式存儲在保持其他程式或資料的檔的一部分中，或存儲在專用於探討中的程式的單個檔中，或存儲在多個協作檔(例如，存儲一個或多個模組、副程式或部分代碼的檔)中。可以將電腦程式部署為在一個電腦上執行或在位於一個網站處或分佈在多個網站中並且通過通信網路互相連接的多個電腦上執行。
可以由執行一個或多個電腦程式的一個或多個可程式設計處理器來進行本說明書中描述的過程和邏輯流(包含本文中所描述的主題的方法步驟)以通過對輸入資料進行操作並且生成輸出來進行本文中所描述的主題的功能。亦可以由專用邏輯電路系統(例如FPGA(現場可程式設計閘陣列)或ASIC(專用積體電路))來進行過程和邏輯流，並且亦可以將本文中所描述的主題的裝置實施為該專用邏輯電路系統。
適合用於執行電腦程式的處理器包含：例如，通用微處理器和專用微處理器、以及任何種類的數位電腦的任何一個或多個處理器。一般而言，處理器將接收來自唯讀記憶體或隨機存取記憶體或兩者的指令和資料。電腦的必要元件是用於執行指令的處理器和用於存儲指令和資料的一個或多個記憶體設備。通常，電腦亦將包含用於存儲資料的一個或多個海量存放裝置(例如磁片、磁光碟或光碟)，或電腦可以操作地 耦合以接收來自該海量存放裝置的資料或將資料傳輸至該海量存放裝置或進行兩者。適合用於體現電腦程式指令和資料的資訊載體包含所有形式的非易失性記憶體，包含：例如，半導體記憶體設備(例如EPROM、EEPROM和閃速記憶體設備)；磁片(例如內部硬碟或可移動盤)；磁光碟；以及光碟(例如CD盤和DVD盤)。處理器和記憶體可以由專用邏輯電路系統補充或可以併入該專用邏輯電路系統中。
為了提供與使用者的交互，可以在電腦上實施本文中所描述的主題，該計算機具有：用於向使用者顯示資訊的顯示裝置，例如CRT(陰極射線管)或LCD(液晶顯示器)監視器；以及鍵盤和指點設備(例如滑鼠或軌跡球)，使用者可以通過該鍵盤和該指點設備向電腦提供輸入。其他種類的設備也可以用於提供與用戶的交互。例如，提供給用戶的回饋可以是任何形式的感覺回饋(例如視覺回饋、聽覺回饋、或觸覺回饋)，並且可以任何形式接收來自用戶的輸入，包含聲音輸入、語音輸入或觸覺輸入。
本文中所描述的技術可以使用一個或多個模組來實施。如本文中所使用，術語“模組”是指計算軟體、固件、硬體和/或其各種組合。然而，模組至少不被解釋為不在硬體、固件上實施或不記錄在非暫時性處理器可讀可記錄存儲介質上的軟體(即，模組不是軟體本身)。實際上，“模組”將被解釋為總是包含至少一些物理的非暫時性硬體，諸如處理器或電腦的一部分。兩個不同的模組可以共用相同的物理硬體(例如，兩個不同的模組可以使用相同的處理器和網路介面)。 本文中所描述的模組可以被組合、集成、分離和/或複製以支持各種應用。而且，代替在特定模組處進行的功能或除在特定模組處進行的功能之外，本文中描述為在特定模組處進行的功能可以在一個或多個其他模組處和/或由一個或多個其他設備來進行。進一步地，可以跨彼此本地或遠端的多個設備和/或其他部件來實施模組。另外，可以將模組從一個設備移動並且添加至另一設備，且/或模組可以被包含在兩個設備中。
可以將本文中所描述的主題實施在包含後端部件的計算系統(例如資料伺服器)、或包含中介軟體部件的計算系統(例如應用伺服器)、或包含前端部件的計算系統(例如具有圖形化使用者介面或網路流覽器的用戶端電腦，使用者可以通過該圖形化使用者介面或該網路流覽器來與本文中所描述的主題的實施方式交互)、或包含此種後端部件、中介軟體部件和前端部件的任何組合的計算系統中。可以通過任何形式或介質的數位資料通信(例如通信網路)來將系統的部件互相連接。通信網路的實例包含局域網(“LAN”)和廣域網路(“WAN”)，例如互聯網。
如本文中貫穿說明書和權利要求書所使用，可以應用近似語言來修改可以獲准地變化的任何定量表示，而不會導致其所係關於的基本功能的改變。因此，由一個或多個術語(諸如“約”和“實質上”)修飾的值不限於所指定的精確值。在至少一些情況下，近似語言可以與用於測量該值的儀器的精度對應。在此以及貫穿說明書和權利要求書，可以組合和/ 或互換範圍限制，除非上下文或語言另有指示，否則此種範圍被識別並且包含其中包含的所有子範圍。
100:治療系統
101:冷卻組織
102:電磁輻射源/EMR源
104:EMR束
106:光學元件
108:焦點
110:光軸
112:第一視窗
114:腔室
116:冷卻劑/冷卻劑流
118:第二視窗
120:遠端表面
122:工作距離
124:冷卻劑流來源
126:控制器
150:冷卻元件

Claims (15)

  1. 一種用於組織治療的系統，包含：一光學元件，該光學元件被配置為接收一電磁輻射(EMR)，並且沿著一光軸將該EMR聚焦到一目標組織中的一聚焦區域；一冷卻元件，該冷卻元件在該光學元件的射束下游，並且被配置為接收該聚焦EMR，該冷卻元件包含：一第一視窗，包含一第一近端表面和一第一遠端表面；一第二視窗，在該第一視窗的射束下游，該第二視窗包含一第二近端表面和一第二遠端表面，其中該第二視窗被配置為經由該第二遠端表面接觸該目標組織或與該目標組織相鄰的一組織；一冷卻劑室，位於該第一視窗的該第一遠端表面與該第二視窗的該第二近端表面之間，並且被配置為接收一冷卻劑；一控制器，該控制器被配置為沿著一第一掃描路徑引導該光學元件與該光軸，其中該光學元件與該光軸沿著該第一掃描路徑的運動被配置為沿著該目標組織中的一治療路徑橫穿該聚焦區域。
  2. 如請求項1之系統，其中該控制器被配置為：通過使該光學元件與該第二視窗的該第二遠端表面之間的沿著該光軸的一第二距離變化，來使該聚焦區域與該第二視窗的該第二遠端表面之間的沿著該光軸的一第一距離變化。
  3. 如請求項2之系統，其中隨著該聚焦區域沿著該目標組織中的該治療路徑橫穿，該第一距離在第一預定值與第二預定值之間變化。
  4. 如請求項3之系統，其中該第一預定值與該第二預定值之間的差小於0.25mm。
  5. 如請求項3之系統，其中該第一預定值是0.001mm，並且該第二預定值是10mm。
  6. 如請求項1之系統，其中該控制器被配置為：通過使與該EMR相關聯的散度變化，來使該聚焦區域與該第二視窗的該第二遠端表面之間的沿著該光軸的一第一距離變化。
  7. 如請求項1之系統，進一步包含掃描器，其中該掃描器被配置為從該控制器接收控制信號，並基於該控制信號沿著該第一掃描路徑移動該光學元件。
  8. 如請求項1之系統，其中該第一掃描路徑實質上平行於該第二視窗的該第二遠端表面。
  9. 如請求項1之系統，其中該控制器被配置為使該EMR的強度變化。
  10. 如請求項1之系統，其中該控制器被配置為使該冷卻劑室中的該冷卻劑的流速變化。
  11. 如請求項1之系統，其中該光學元件具有在約0.1到約1.0的範圍內的數值孔徑(NA)。
  12. 如請求項1之系統，其中該EMR具有在約1W到約100W的範圍內的平均功率。
  13. 如請求項1之系統，其中該EMR包含脈衝雷射光束，該脈衝雷射光束具有在約400nm到約4000nm的範圍內的波長。
  14. 如請求項1之系統，其中該EMR被配置為在該聚焦區域中生成熱離子電漿。
  15. 如請求項1之系統，進一步包含氣體源，該氣體源被配置為將一氣體引導到該第一視窗處，該氣體被配置為防止在該第一視窗上的冷凝。
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