用于去除皮肤色素沉着和纹身墨水的方法和设备的改进

摘要

一种用于皮肤激光处理、例如用于去除不需要的纹身或其他皮肤色素沉着的方法和设备。使用超过约50GW/cm2的强度可以实现用单个脉冲激光束去除多种颜色。用于减少与激光纹身去除相关联的疼痛和组织损伤的方法包括使用通量范围为0.5‑10J/cm2的小于2mm的斑点尺寸。在待处理的皮肤区域上扫描激光束允许利用扫描图案来精确地治疗此类区域，所述扫描图案被计算出为促使热量从所述皮肤的被治疗部分快速消散。单个脉冲治疗激光器通过光束切换、分束或脉冲拾取光束可以为多个治疗室提供服务，以使所述激光器的停机时间最小化。

说明书

技术领域

本发明涉及去除不需要的皮肤色素沉着和纹身墨水，并且包含用于其的方法和设备的各种改进。

背景技术

皮肤的纹身和其他色素沉着涉及将色素放入皮肤的真皮，即表皮下面的一层皮组织，通常约2mm厚。在初次注射之后，色素向下通过表皮和上层真皮遍及均匀的受损层分散，在表皮和上层真皮两者中，异物的存在激活免疫系统的吞噬细胞吞噬色素颗粒。随着治疗的进行，受损的表皮剥落(消除表面色素)，同时在皮肤肉芽组织形态中更深，其之后通过胶原蛋白的生长转化为结缔组织。这修补上层真皮，其中色素卡在连续增殖的巨噬细胞内，最终集中在略低于真皮/表皮边界的层中、在皮肤表面以下约300μm-700μm之间的深度处。它在那里的存在是稳定的，但从长期来看(数十年)，色素倾向于向真皮深处迁移，这是旧纹身细节恶化的原因。根据2016年的哈里斯民意调查(Shannon-Missal，2016)，在美国18至35岁之间的人中，几乎有一半有纹身，而几乎四分之一的人对此表示后悔。基于该年龄段的约6000万人的估计，这意味着约有750万人有“纹身后悔”。因此，许多有纹身的人都试图将其去除。

在本申请的时候，用于去除纹身的黄金标准方式是使用调Q激光器无创去除纹身色素。将辐射施加到受试者的皮肤上是手动完成的：操作者将激光束对准待处理区域并发射激光。根据纹身色素的特定光吸收光谱，不同类型的调Q激光器用于瞄准纹身墨水的不同颜色。通常，可以使用调Q激光器完全去除黑色和其他深色墨水，而很难去除较浅的颜色(诸如黄色和绿色)。成功可以取决于多种因素，包括肤色、墨水颜色和施加墨水的深度。

脉冲激光治疗还用于去除不需要的皮肤色素沉着和色素沉着的病变，诸如雀斑、老年斑、太阳斑、褐黄斑、黑斑和浅表血管畸形，诸如葡萄酒色痣和毛细血管扩张。

通常使用大约10

此类方法是有颜色选择的，假定激光与组织的主要相互作用(主要是吸收)仅是波长相对于对象色素吸收的函数。实际上，这是选择性光热作用背后的主要思想(Anderson&Parrish，1983)。人们普遍认为，激光辐射波长与待去除的墨水或病变的颜色之间必须存在匹配。例如，众所周知，可以通过绿色(532nm)激光去除红色墨水，而绿色墨水需要红外(IR)(800nm)波长。当发生不匹配时(即，当使用不合适的激光波长时)，激光辐射不会由对象颜色吸收，并且不会去除。当单个纹身具有需要不同激光波长的几种颜色时，这尤其成问题。当前的高端激光去除系统提供各种波长的激光以适应不同的纹身颜色，但是成功率有限且成本高。所需的治疗次数可以从八次到多达二十次，持续一年到两年。

因此，本发明的目的是提供用于去除皮肤色素沉着或纹身墨水的方法和设备，其可以使用单波长的激光去除多种不同的颜色。

当前的纹身去除治疗系统具有其他一些缺点(Goldman，Fitzpatrick，Ross，Kilmer，&Weiss，2013)：

·疼痛是治疗的主要部分，并且通常应用局部麻醉剂。

·对皮肤的伤害很大。直接的副作用，诸如肿胀、敏感、点状出血、起泡和瘙痒被认为是治疗的正常的直接后果。有时可能发生不良事件，诸如急性疼痛、四肢水肿、直接出血、大疱和顽固性瘙痒。瘢痕、纹理变化和肥厚性瘢痕是可能是急性或慢性的其他可能且常见的并发症。

·由于广泛的损伤，治疗之间的恢复时间较长，完全恢复组织需要至少六周或更长时间。

上述缺点被认为是用于色素去除的现有技术系统的广泛采用的主要障碍。

因此，本发明的另一个目的是减少受试者在经受激光治疗以去除不需要的皮肤色素沉着时遭受的疼痛和皮肤损伤的量。

本发明的另一个目的是缩短连续激光治疗之间的恢复时间，以允许更快地去除不需要的皮肤色素沉着。

此外，将激光手动施加到受试者的皮肤固有地缓慢和/或不准确。尽管瞄准光束有时用于为操作者提供位置反馈，但是很难维持准确的性能和高通量。当待处理区域具有小的特征物和尺寸(例如复杂的纹身或一组小病变)时，光束的尺寸进一步影响激光治疗的准确性。即使在约2mm的这些应用中使用最小的电流束尺寸，治疗小于2mm的特征物的区域既费时又不准确。此外，放置的准确性完全取决于操作者的专业知识、灵巧性、经验和耐心，所有这些可能显著变化。在覆盖较大的色素沉着区域时，操作者通常使用脉冲频率为10Hz的脉冲激光，并且在整个区域内非常快速地移动光束。这本质上是不精确的过程，并且涉及皮肤上的连续脉冲的高度不可避免的重叠以及同时增加的对组织的额外损伤。因此，明显的是，手动放置激光辐射是不一致的、不准确的且费时的，并且可能加剧由这种现有的激光治疗方法引起的对皮肤的损伤。

因此，本发明的另一个目的是提供用于去除纹身和其他不需要的局部皮肤色素沉着的方法和设备，其比先前的方法更准确，从而减少治疗时间和/或减少组织损伤。

本发明的又一个目的是提供用于测试皮肤激光治疗设备以检查其将在预定的安全操作参数内一致且可靠地操作的方法和设备。

根据本发明的以下描述，具体地根据其优于从皮肤去除不需要的色素沉着的现有方法的技术优势，本发明的其他目的将显而易见。

如将显而易见，本发明存在多个不同的方面，其可以如本领域技术人员所期望一起使用或分开使用。通过本发明的不同方面解决了以上讨论的与皮肤处理的基于激光的现有方法相关联的各种不同的技术问题。本发明的每个单独的方面并不意图将必须独自解决所有上述问题。

发明内容

现在已令人惊奇地发现，激光与皮肤中的色素或纹身墨水的相互作用不仅是波长的函数，而是波长和/或脉冲持续时间和/或强度的函数。具体地，已经发现，以与现有技术中所使用的通量值相似的通量值(即，约1-7J/cm

因此，在本发明的第一方面，提供了皮肤处理方法，其包括用脉冲激光束辐照受试者的皮肤的待处理区域；其特征在于所述激光具有至少约50GW/cm

适当地，在一些实施例中，脉冲激光可以由本领域技术人员已知的锁模激光器产生。

在每次治疗中，通常仅辐照一次受试者的皮肤的待处理区域。通常，待处理区域大于每个脉冲入射到受试者的皮肤上的激光斑点。因此，为了处理整个区域，可以通过移动光束本身或待处理区域来使光束在区域上移动，如下面更详细地描述，使得连续的脉冲落在区域的单独部分上，每个脉冲具有与由光束产生的激光斑点的尺寸基本上相同的尺寸。区域的每个部分在一次治疗中接收激光的一个脉冲。在单次处理中被脉冲辐照的皮肤区域的单独部分优选地彼此不重叠。

适当地，脉冲激光在皮肤深度中可以具有约0.5-10J/cm

在本发明的一些实施例中，皮肤处理可以是纯粹的美容，并且可以涉及例如出于非医学目的而去除皮肤色素沉着或纹身墨水或治疗其他皮肤病。可以根据本发明治疗的皮肤病包括血管病变，其包括浅表的血管畸形(葡萄酒色痣)、面部毛细血管扩张、血管瘤、化脓性肉芽肿、卡波西肉瘤和西瓦特皮肤异色病。

-色素沉着的病变，包括雀斑和胎记，其包括一些先天性黑素细胞痣、蓝色痣、太田/伊藤痣和贝克尔痣。

-面部皱纹、痤疮疤痕、瘢痕疙瘩和增生性瘢痕，以及肌肤晒伤。

然而，在一些实施例中，本发明的方法可以用于医学目的。具体地，本发明的方法可以用于皮肤病(例如痤疮、炎症性皮肤病、良性和恶性皮肤肿瘤)的医学治疗。

“去除”皮肤色素沉着、纹身墨水或其他皮肤病是指全部或部分去除。通常，一次治疗不会去除病变或纹身，但是会降低其着色的强度。如本文中更详细地描述，完全去除可能需要在一段时间内进行多次连续治疗，并且在每次治疗后颜色逐渐变浅。可以在有限次数的环节之后实现从皮肤的颜色完全清除(肉眼看来)。环节数从一种对象颜色到下一种可能会变化，但是在任何情况下，从一种颜色到下一种的环节数变化不大于约两倍。如下面更详细地描述，本发明的方法的优点是能够更频繁地对给定的个体进行治疗，以缩短完全去除病变或墨水的总时间。

根据本发明的高强度脉冲激光的使用可以允许使用单一波长的光来去除一系列色素或墨水的颜色，具体是可见颜色。这与先前方法形成鲜明对比，在所述先前方法中，激光的波长与待去除的病变或纹身的颜色紧密匹配。在本发明的一些实施例中，可以针对给定的波长和通量选择激光的强度，以实现至少三种不同颜色的色素或病变的去除。颜色可以例如从黑色、绿色、黄色、红色和橙色中选择。有利地，可以选择激光的强度以实现包括例如紫色和粉红色的多种颜色的去除。对于给定的波长，可以通过测量不同墨水颜色/皮肤色素的反应阈值，同时以恒定的通量增加激光的强度，以经验为主地选择去除多种选择的颜色所需的激光的强度。通过找到去除“最坏情况”的颜色(即最难以去除的颜色)所需的最高强度，可以标识覆盖所有选定颜色的合适的工作强度。

在一些实施例中，可以选择激光的工作强度以引入足够的强度，使得由于相似的非线性吸收过程，所有对象颜色变为吸收的/有吸收性的。

因此，在一些实施例中，激光可以具有约0.1-1TW/cm

因此，根据本发明的特定方面，提供了皮肤处理方法，其包括用脉冲激光束辐照受试者的皮肤的待处理区域；其特征在于所述激光具有至少约50GW/cm

适当地，激光可以具有至少约0.5ps，优选地至少1.0ps的脉冲宽度。在一些实施例中，激光可以具有小于约35ps，优选地小于约25ps的脉冲宽度。因此，激光可以具有在约1-15ps，优选地约1-10ps的范围内的脉冲宽度。

因此，根据本发明的不同方面，提供了皮肤处理方法，其包括用脉冲激光束辐照受试者的皮肤的待处理区域；其特征在于所述激光具有在约0.1-100ps的范围内的脉冲宽度。

有利地，激光在皮肤上可以具有直径小于约2mm的斑点尺寸。在一些实施例中，激光可以具有约0.1-1.5mm；通常约0.5-1.0mm的斑点尺寸。这种斑点尺寸小于先前方法中使用的2-6mm的斑点尺寸。对于相同的通量，与较大的斑点尺寸相比，较小的斑点尺寸必然导致更少的能量输入到皮肤。然而，对于给定的通量，在稍微简化的分析上，激光脉冲将在由激光辐照的皮肤体积内的温度方面产生基本上相同的升高，无论斑点尺寸如何。(由于复杂的组织结构和光的相互作用，可能存在少量较高的高温)。例如，无论使用5mm还是0.5mm的斑点尺寸，具有约2.5J/cm

众所周知，当皮肤经受高温时，在皮肤可以承受的而没有组织损伤(例如凝结)的高温与皮肤经受高温的时间长度之间存在相反关系。研究表明，除非暴露时间超过约6小时，否则44℃的表面温度不会引起灼伤。在44℃至51℃的范围内的温度下，表皮坏死的速率大约每半摄氏度加倍。在70℃或更高的温度下，引起经表皮坏死所需的暴露时间少于1s(秒)(Pierce County Emergency Medical Services)。这些数字代表施加到皮肤上的外部热源。在激光辐射由于嵌入的色素吸收而从内部加热组织的情况下，这些数字可能是乐观的，并且可能更快地发生损坏。

因此，适当地，入射到所述受试者的皮肤上的激光的每个脉冲的所述通量和所述斑点尺寸应受到控制，使得所述通量落在约0.5-10J/cm

因此，根据本发明的第二方面，提供了皮肤处理方法，其包括在受试者的皮肤的待处理区域上移动脉冲激光束；其中每个脉冲以斑点的形式照射在所述待处理区域内的所述受试者的皮肤的不同部分上，并且每个脉冲在皮肤深度中的通量在约0.5-10J/cm

适当地，每个脉冲在皮肤深度中的通量可以在约1-8J/cm

适当地，斑点的尺寸可以使得皮肤的热弛豫时间(其可以被定义为皮肤的温度下降其初始温度升高的一半所花费的时间)短于在造成对皮肤的损伤之前，皮肤可以承受初始温度升高的时间长度。在这种情况下，“初始”温度升高是指在接收激光脉冲后皮肤达到的最高温度。通常，热弛豫时间可以在约0.1s至约8s的范围内。例如，在一些实施例中，由所述激光在所述受试者的皮肤上产生的所述斑点的所述尺寸应使得所述皮肤的所述温度不会升高到约51℃以上并且提供驰豫时间或不大于约6s。

如上所述，在一些实施例中，斑点可以具有小于约2mm的直径。通常，斑点可以是圆形的，但是在其他实施例中，斑点可以具有不同的形状，其中最大尺寸小于约2mm。

因此，根据本发明的第三方面，提供了皮肤处理方法，其包括在受试者的皮肤的待处理区域上移动脉冲激光束；其中每个脉冲以斑点的形式照射在所述待处理区域内的所述受试者的皮肤的不同部分上，并且每个脉冲在皮肤深度中的通量在约0.5-10J/cm

如上所述，每个斑点可以适当地具有1.5mm或1mm的最大尺寸。

每个脉冲在皮肤深度中的通量可以在约1-8J/cm

适当地，所述激光可以向所述皮肤输入约1-50mJ范围内的能量脉冲。在一些实施例中，每个脉冲可以具有在约1-30mJ范围内的能量。例如，脉冲能量可能约为2.5mJ、5mJ、10mJ、15mJ或20mJ。

原则上，可以认为越来越小的脉冲能量将产生非常快的热扩散时间。事实上，脉冲能量存在非常大的下限。考虑到用于有效治疗的脉冲能量和所需通量，可以将脉冲有效面积(斑点尺寸)计算为：

面积＝脉冲能量/所需通量

众所周知，在生物组织中，明显的散射由不同细胞、细胞器以及诸如血管和组织类型等的宏观特征引起的折射率的不规则性引起。该效应类似于热扩散，因为它可以近似于对激光束的扩散效应。例如，像小的圆形的均匀斑点一样击中皮肤表面的激光辐射可能开始向侧面/径向扩散，并且随着其更深地向皮肤中传播，变成高斯形状。渗透深度越大，扩散的宽度越大，平均通量就越低。对于给定的深度和无限小的光束(即窄光束)，该效应产生具有典型长度尺度的高斯“拖尾”现象。当有限的输入光束尺寸接近该长度尺度时，组织的顶部处的输入通量在向下传播的同时开始显著降低。这限制最小的有用斑点尺寸，并且从而限制单个脉冲的最快可达到的热弛豫时间。因此，适当地，斑点可以具有至少约0.1mm；通常至少约0.25mm的直径或其他最小尺寸。

通过使用根据本发明的小斑点尺寸来允许在用激光脉冲辐照之后皮肤的温度更快地下降，受试者所经受的疼痛水平和皮肤损伤程度可以显著减少。这不仅使受试者的色素去除过程更容易忍受，而且还可以允许更频繁的治疗，从而加快完全去除纹身或其他不需要的色素沉着所花费的时间。例如，尽管现有的激光器去除色素的方法在连续治疗之间需要约6-8周的休息时间，但是本发明的方法可以允许治疗每隔1-2周；有时更少，安全地重复。这代表色素去除过程的显著加速。

因此，根据本发明的第四方面，提供了去除色素的方法，其包括多次连续的皮肤处理，其中将脉冲激光束在受试者的皮肤的待处理区域上移动，使得每个脉冲照射在所述待处理区域内的所述受试者的皮肤的不同部分上；其中每个脉冲具有在约0.5-10J/cm

在每次治疗中，可以辐照受试者的皮肤的区域，使得区域的每个单独部分仅接收激光的一个脉冲。在一些实施例中，可以在同一天进行几次治疗，然后休息1-3周。适当地，在同一天可以进行最多四次治疗；更典型是1-3次治疗。在一些实施例中，可以在同一天执行两次治疗。

适当地，休息时间可以是1-2周。在一些实施例中，可以通过皮肤镜检查确定特定受试者的休息时间。具体地，在治疗后可以观察到受试者的皮肤的变化，以确定受试者何时准备好接收进一步的治疗。可以监测的皮肤变化包括例如划痕、皮肤损伤和/或皮肤血管活性。此类技术对于熟练的皮肤科医生是众所周知的。

在一些实施例中，可以根据本发明选择光的强度以与可见光谱内的多种颜色相互作用。因此，如上所述，激光可以具有在10

每个脉冲在皮肤深度中的通量可以在约1-8J/cm

在一些实施例中，两种或更多种不同波长的激光可以组合用于提高针对色素或墨水的某些颜色的功效。因此，在一些实施例中，较高强度的激光的第一脉冲光束可以与较低强度的激光的第二脉冲光束组合使用。第一束可以具有10

因此，根据本发明，用连续的激光脉冲治疗的皮肤区域的单独部分可以有利地彼此分开小距离。适当地，在激光斑点之间可能存在受控的间隔。在一些实施例中，例如，单独部分可以分开至少约0.1mm。

因此，在本发明的第五方面，提供了皮肤处理方法，其包括在受试者的皮肤的待处理区域上移动脉冲激光束；其中所述光束在所述受试者的皮肤上形成激光的斑点，并且连续脉冲以在皮肤深度中在约0.5-10J/cm

单独部分因此可以对应于小斑点的阵列。使用彼此稍远的小斑点的这种阵列的优点在于在相邻斑点之间将存在小的未治疗的皮肤斑块。这些小斑块在实质上加快已治疗并遭受局部损伤的皮肤的恢复过程中可能发挥作用，以及加速热弛豫并减少损伤。尽管在一次治疗中未治疗相邻斑点之间的斑块，但应理解，在一系列治疗中，对于每次治疗，待处理区域内的斑点将不在完全相同的位置中，并且在一次治疗中未治疗的斑块将在另一次治疗中治疗。快速愈合使得这在总治疗时间方面是有利的折衷。

根据本发明的另一种选择是偏离入射激光的均匀圆形辐射剖面并引入梯度，诸如像高斯剖面。这可以确保即使相邻的斑点覆盖整个治疗区域，在辐射明显较低的光束边缘处，也出现减少或没有发生损伤。适当地，所述激光束可以在外周边区域中衰减，使得每个斑点内的所述光束的所述强度在所述外周边区域中呈羽毛状。对于圆形斑点，外周边区域可以是环形的。外周边区域内的强度可以是均匀的，使得外周边区域与光束的其余部分之间的强度存在阶跃变化。可替代地，外周边区域内的强度可以分级，使得强度朝向光束的外侧逐渐降低。

因此，在本发明的第六方面，提供了皮肤处理方法，其包括用脉冲激光束辐照受试者的皮肤的待处理区域，其中每个脉冲在所述受试者的皮肤中产生激光斑点，并且具有在约0.5-10J/cm

因此，在一些实施例中，激光的斑点可以彼此重叠。在一些实施例中，激光斑点可以覆盖整个待处理区域。

用于允许热量从被激光脉冲辐照的待处理区域的每个部分尽可能快地耗散的根据本发明的又一种选择是确保紧随其后的脉冲之间具有足够的时间延迟以允许热量从被治疗的部分扩散。在一些实施例中，这可以通过使用适当低的脉冲重复率来实现。在这方面，可以采用在约1-10Hz范围内的脉冲重复率。

在所有这些选择中，每个脉冲在皮肤深度中的通量可以在约1-8J/cm

在一些实施例中，所述激光脉冲可以包括多个相邻的斑点行的图案被引导到所述皮肤上，所述斑点行根据确保相邻行不被连续辐照的顺序被辐照。例如，一系列连续的脉冲可以一行(即，作为一排斑点)被引导到皮肤上，并且另一系列的脉冲之后立即可以与一行间隔开的另一行被引导到皮肤上，使得其他行的任何斑点都不与一行的斑点中的任一个相邻。这确保来自一行的斑点的热量至少在横向于一行的方向上有时间耗散。在一些实施例中，可以通过在一系列渐进线性或曲线的趟次中相对于待处理区域移动激光束来辐照待处理区域，每个趟次具有多个激光脉冲的持续时间，所述脉冲因此照射在皮肤上以处理待处理的皮肤区域的一行相邻部分。多行部分彼此相邻，以便覆盖待处理区域。根据本发明，激光器的一系列连续趟次可以使得相邻行不被连续地治疗。相反，每个连续趟次可以产生与紧邻的前一行斑点不相邻的一行斑点；仅在其间布置一个或多个非相邻行之后，仅能形成与前一行相邻的一行斑点。

因此，适当地，可以在待处理区域上扫描光束。激光扫描仪可容易用于在160mm焦距上100x100mm2以上的大扫描范围。扫描仪焦距和尺寸的选择是所需扫描场面积与尺寸(重量)的折衷。扫描机构对于与上述类型的较小斑点尺寸和较高脉冲重复率一起使用可能是有利的，如下面更详细地描述。这可以允许激光斑点的均匀施加和快速覆盖。此外，可以通过激光束在受试者的皮肤上的自动扫描来实现放置的准确性。通过使用小的激光斑点，可以准确地治疗受试者的皮肤上的小特征物。为此目的，可以使用本领域技术人员已知的任何合适的激光扫描系统。合适的光束扫描装置的实施例在下面更详细地描述。

在一些实施例中，可以通过关节臂将辐射传送到受试者的皮肤。关节臂的自由端可以由机器人、x-y或x-y-z平台或任何其他合适的装置以足够的自由度保持以与激光器的脉冲频率和所需的场尺寸同步地精确扫描激光束。待处理区域所在的受试者身体的一部分可以由任何合适的设备保持静止。

在一些实施例中，可以借助于光束转向在待处理区域上扫描激光束本身。可以使用本领域技术人员已知的任何合适的光束转向方法，诸如像使用检流镜或声光调制器。

本发明的这个方面的优点在于，可以在受试者的皮肤的可配置区域上扫描激光束。扫描的光束可以定义扫描场。在一些实施例中，扫描场可以具有固定的形状，例如矩形或圆形。在一些实施例中，扫描场的形状可以是可调节的。例如，扫描场的形状可以选自多个预设形状，例如，圆形、方形和矩形。可以提供许多不同的矩形场形状，例如具有不同的纵横比。在一些实施例中，如下面更详细地描述，扫描场的形状可以根据待处理区域的形状自动地配置。扫描场可以具有高达约10mm或约12mm的最长尺寸。适当地，扫描场可以具有高达约5mm的最长尺寸。在一些实施例中，场尺寸可以是可调的。场尺寸可以是连续可调节的，或者可以选自多个预设场尺寸，例如，1mm、2mm、3mm、4mm和5mm。

适当地，可以经由工作头来传送激光束。在一些实施例中，扫描场可以覆盖整个待处理区域。然而，对于治疗大于扫描场的尺寸的区域，工作头可以相对于待处理区域可移动。例如，在一些实施例中，工作头可以承载在上述类型的关节臂的端部上。扫描仪头可以手动移动。在一些实施例中，如下面更详细地描述，扫描仪头可以自动移动。可替代地，扫描仪头可以是静止的，并且待处理区域可以相对于扫描仪头以受控的方式移动。例如，受试者可以借助于平台相对于工作头移动。适当地，平台可以是自动化的，例如使用类似于用于关节臂的那些的装置。在这种情况下，受试者或待处理区域所在的受试者身体的至少一部分可以被固定不动地支撑在诸如像可移动平台的支撑构件上，所述可移动平台被布置用于相对于工作头受控运动。

有利地，工作头可以包括固定长度或可调节长度的间隔件，所述间隔件在使用中在与激光束的方向基本上平行的方向上远离工作头延伸。间隔件可以适当地包括细长构件，所述细长构件并列治疗激光束延伸而不妨碍它。例如，细长构件可以包括围绕激光束的指状构件或管状或半管状构件。细长构件可以具有用于接触受试者的皮肤的远离工作头的光滑远端。因此，间隔件用于将工作头维持在与待处理的皮肤区域相距恒定距离处。适当地，间隔件可以从工作头拆卸。间隔构件可以是一次性的或可清洗的，使得干净的无菌间隔件可以用于每个待处理的受试者。

根据本发明的扫描多个小斑点的另一个优点是可以控制扫描区域的整体形状以优化治疗。在先前方法中，一个大斑点通常是圆形或矩形的，并且虽然可以控制其总体尺寸，但是不能控制其形状。相反，在本发明的一些实施例中，可以将扫描区域或扫描场编程为任何期望的形状。扫描场可以具有可以根据待处理区域的形状进行适配的可选择的“刷子”尺寸和/或形状。例如，这对于扫描伸长形状以去除细长的纹身线(例如通常具有大量水平和垂直线的文本字符)可能是有益的。在扫描场内，受试者的皮肤的区域的对应部分被快速辐照一次。如有必要，然后可以如上所述将扫描头移动到待处理区域的另一部分，依此类推，直到已经覆盖整个区域。与仅使用小的圆形或正方形斑点相比，收容量优势可能是显著的。

因此，本发明想到通过考虑进行治疗的对象区域的形状来使用任意(刷子)形状的扫描图案来优化治疗效果和使治疗持续时间最小化。可调节尺寸和形状的扫描场的另一个优点是它可以使对未纹身或未色素沉着皮肤的激光作用最小化，以减少附带组织损伤并且因此缩短愈合时间。

适当地，可见的瞄准光束可以例如通过扫描被连续地引导在由治疗光束所限定的扫描场的周边周围，以示出扫描场的轮廓，从而帮助操作者以上述方式在待处理区域上引导激光束。应理解的是，瞄准光束不会对受检者的皮肤产生影响，但仅用于在治疗光束的位置的皮肤上提供可见指示。一旦操作者对扫描场相对于受试者的皮肤正确定位感到满意，他们就可以有选择性地操作脉冲激光束以扫描整个场。

本领域技术人员将理解，可以采用用于在待处理区域上扫描激光束的上述技术的任何组合。

在一些实施例中，可以采用智能扫描技术以确保受试者皮肤的相邻部分的辐照之间的最大延迟，从而减少热负荷。因此，可以可配置的扫描图案在扫描场或待处理区域上扫描光束，所述扫描图案通过跳过与刚扫描的一部分相邻的待扫描区域的一部分并且在扫描更远离已扫描部分的部分之后返回到所述部分来减少热负荷。适当地，可以一系列直线或曲线的方式跨待处理区域扫描光束。

因此，在本发明的第七方面，提供了皮肤处理方法，其包括用脉冲激光束辐照受试者的皮肤的待处理区域，其中每个脉冲在所述受试者的皮肤中产生激光斑点，并且具有在约0.5-10J/cm

在一些实施例中，可以跨上述类型的扫描场扫描光束。为了覆盖待处理区域或扫描场，可以将线彼此并列地进行扫描。每条线可以包括到受试者的皮肤的相邻部分的激光的多个连续脉冲，如上所述，所述脉冲可以是重叠的或不重叠的。适当地，可以连续地扫描相邻线。在一些实施例中，可以在待处理区域上对光束进行光栅扫描。可替代地，可以对线进行隔行扫描。在另一个实施例中，每个扫描线内的部分可以乱序地辐照。因此，可以在辐照选定的非相邻部分的一系列趟次中扫描每条线。例如，在每条线内，可以从第一部分开始直到线的端部对每第n个部分进行辐照，并且然后从在第一次运行中未被辐照的第二部分开始对每第n个部分进行辐照，依此类推，直到所有部分在完整顺序期间被辐照。在一些实施例中，可以包括多个相邻行的模式在扫描场上扫描光束，每行包括待被激光器的相应脉冲辐照的受试者皮肤的一行相邻部分。可以对所有行进行多次(n)扫描，并且可以在重复任何行之前扫描所有行。在给定行的每次扫描内，可以仅辐照每第n个部分，并且相邻行中的每第n个部分可以偏移，使得每行中的每第n个部分可以与相邻行中的第n个部分不相邻。每次扫描行时，辐照先前未被辐照的不同的第n个部分。在对行进行n次扫描之后，可以辐照所有部分，从而覆盖整个扫描场。例如，每行可以被扫描两次，并且在每行内，可以用激光器辐照每第二部分，每行中的每第二部分相对于相邻行中的每第二部分偏移并且因此与相邻行中的每第二部分不相邻，从而可以“棋盘”类型的图案对扫描场进行扫描。扫描图案可以是圆形/环形、螺旋形、四边形、由同心环组成，或者是用于优化治疗过程的任何其他形状。

应当理解，根据先前的方法，受试者的皮肤的多个小部分所需的扫描时间将累积地比单个较大斑点的扫描时间长。然而，可以通过增加激光束的脉冲重复率来改善通过根据本发明使用小(亚毫米)斑点尺寸而引起的扫描时间的增加。适当地，因此，脉冲光束可以具有大于约30Hz的脉冲重复率。在一些实施例中，脉冲光束可以具有大于约100Hz的脉冲重复率。在一些实施例中，脉冲重复率可以高达1KHz或更高。例如，在一些实施例中，可以使用具有2000Hz、4000Hz甚至6000Hz的脉冲重复率的激光器。考虑到不可避免地包括增加治疗所需的总时间的治疗受试者的其他步骤(例如，操作员放置激光器)，已经发现在大多数情况下，在约200-500Hz范围内的脉冲重复率足以确保没有收容量的物质损失，与以往的方法相比。

如上所述，本发明因此包括根据如上所述的本发明的一个或多个方面，相对于受试者的皮肤的待处理区域定位扫描头，以将脉冲激光束传送到待处理区域。可以跨可调节尺寸和/或形状的扫描场自动地扫描激光束，并且可以向操作者显示扫描场的轮廓，以使用瞄准光束确保场在受试者皮肤上的正确位置。在发射激光时，仅用激光的一个脉冲辐照场内的受试者的皮肤的每个部分。应理解，对于尺寸为例如5mm并且斑点尺寸为0.1mm的正方形扫描场，将需要约3000个脉冲来跨整个场扫描光束。对于例如1mm的较大斑点尺寸，将仅需要约30个脉冲。通常，辐照整个扫描场所需的激光脉冲数可以在1至约10,000的范围内，更典型在约100至约1000的范围内。在100Hz至1KHz的脉冲重复率下，扫描整个场所需的时间可能约10ms至约100s，更典型约100ms至约10s。在扫描场已经被扫描之后，如果需要，可以将扫描头重新定位在受试者的皮肤的不同部位上，即，待处理区域大于场或者描画待处理区域的轮廓的部位上，使得其不能用一个位置中的扫描头对其进行全面治疗。

在一些实施例中，可以通过使用光学或其他装置获取待处理区域的形状来自动计算扫描场的形状。例如，可以通过摄像机和/或机器视觉来确定待处理区域的形状。光学轨迹可以用于在操作激光器之前，向操作者显示与受试者的皮肤有关的扫描场的所计算的形状，以便验证。例如，光学轨迹可以指示所计算的扫描场的轮廓。可替代地，可以在适当的屏幕上向操作者显示计算出的场形状及其在受试者的皮肤上的位置。

因此，扫描头可以包括至少一个摄像机，用于获取待处理的受试者的皮肤的图像，以确定待处理区域以及对应的所需扫描场尺寸和形状。可以使用合适的图像识别系统来处理图像。扫描头还可以包括一个或多个灯，用于照亮受试者的皮肤，以确保获取可用质量的图像。

因此，根据本发明的第八方面，提供了皮肤处理方法，其包括使用摄像机获取受试者的皮肤的待处理区域的至少一部分的一个或多个图像；使用图像识别技术处理所述一个或多个图像，以确定所述待处理区域的所述至少一部分的所述形状和尺寸；根据所述待处理区域的所述至少一部分的所述所确定的形状和尺寸，调整脉冲激光束的扫描场的形状和尺寸；以及之后在所述整个扫描场上将所述脉冲激光束扫描到所述待处理区域的所述至少一部分上。

因此，本发明的方法可以包括一系列方法步骤，其可以在任何合适的计算系统的控制下执行。方法步骤中的每一个可以代表其结构可以包括多个子步骤和/或可以由多个子步骤代表的算法。

根据本发明的第九方面，提供了用于皮肤处理的激光治疗设备，其包括：工作头，所述工作头包括用于在具有可调节尺寸和/或形状的扫描场上扫描斑点尺寸小于2mm的治疗激光束的光束扫描仪和摄像机；光学输入端，用于将所述光束扫描仪连接到至少一个脉冲治疗激光器；可调节定位装置，用于将所述工作头稳定地定位在受试者的皮肤的待处理区域附近；以及自动控制系统，用于控制所述激光治疗设备的操作；其中所述自动控制系统被配置为从所述摄像机接收所述待处理区域的一个或多个图像，处理所述接收到的图像以确定所述待处理区域的至少一部分的所述形状，根据所述待处理区域的所述至少一部分的所述所确定的形状调整所述扫描场的所述尺寸和/或形状并且在所述扫描场上扫描所述治疗激光束。

适当地，自动控制系统可以包括计算机和软件，所述软件在由计算机执行时引起激光治疗设备如本文所述操作。由于计算机和软件对于本领域技术人员而言是众所周知的，因此在本文中不必详细描述应如何使用这种设备来实现本发明。然而，在一些实施例中，应理解，自动控制系统可以包括至少一个物理处理器和包括计算机可执行指令的物理存储器，所述计算机可执行指令在由物理处理器执行时引起物理处理器进行根据本发明的至少一种方法。

适当地，可以使用图像分析领域中已知的标准方法来进行待处理区域的至少一部分的图像识别。多光谱成像可以用于提供附加信息，以找到例如应治疗的病变的正确对象形状。另外，机器学习和/或人工智能方法可以用于识别待处理区域。

如上所述，工作头还可以包括一个或多个灯，用于照亮待处理区域，以确保由摄像机捕获的图像具有足够好的质量以利于其处理和/或图像识别。适当地，例如，工作头可以包括一个或多个LED，其可操作以发射可见范围内的光，例如白光，以照亮受试者的皮肤的待处理区域。这种光可以帮助待处理区域的至少一部分的图像识别。

工作头还可以包括光学示踪器，用于向受试者的皮肤上的操作者指示扫描场的轮廓。自动控制系统可以进一步被配置为控制光学跟踪装置，以在受试者的皮肤上显示根据待处理区域的至少一部分的所确定的形状和尺寸进行调整的扫描场的轮廓。

在一些实施例中，激光设备还可以包括显示器，所述显示器被适配成从控制系统接收表示受试者的皮肤的待处理区域的至少一部分的图像的显示信号，并且将那些图像显示在屏幕上。自动控制系统可以进一步被配置为在屏幕上显示根据待处理区域的至少一部分的所确定的形状和/或尺寸进行调整的叠加在受试者的皮肤的图像上的扫描场的轮廓。

适当地，自动控制系统可以被配置为在已经指示扫描场之后在操作光束扫描仪之前等待来自操作者的安全控制信号的接收。安全控制信号可以由可由操作者有选择性地操作的合适的触发装置产生；例如，脚踏板、开关、按钮等。在一些实施例中，控制系统可以被配置为允许操作者经由合适的输入装置(诸如像键盘、触摸屏、选择按钮、可旋转的旋钮或表盘等或其中两个或更多个的组合)来调整扫描场的形状和/或尺寸。

在一些实施例中，工作头还可以包括瞄准光束装置，用于朝向受试者的皮肤发射可见的瞄准光束，以在受试者的皮肤上指示激光束扫描仪相对于待处理区域的位置，从而有利于调节定位装置，以将工作头正确地定位在受试者的皮肤的待处理区域附近。方便地，瞄准光束可以由上述类型的光学跟踪装置产生，所述光学跟踪装置因此可以被配置用于选择性地产生用于定位工作头的瞄准光束和用于验证在发射治疗激光之前，由自动控制系统计算出的，任选地由操作者调整的扫描场的形状和/或尺寸的光学轨迹。

进一步的复杂情况是，受试者的皮肤通常不平坦。这意味着即使待处理区域小于光束扫描仪的最大可用扫描场，可以使用治疗激光束扫描的皮肤区域也存在限制。激光束入射到对象区域上的角度可能进一步限制可到达的区域。在一些实施例中，可以通过调节光束扫描仪的焦距来解决待处理区域的形貌特征，但是这也可能对可达到的校正有限制。通过示例的方式，考虑在受试者的手腕周围延伸的待处理的酒色斑病变或其他区域；扫描仪每次扫描只能覆盖手腕的一部分。

为了解决该问题，在一些实施例中，本发明的激光治疗设备可以被适配成确定待处理区域的至少一部分的形貌特征并且计算由于高度变化、入射角和任选的其他限制而可获得的扫描场。因此，在一些实施例中，本发明的激光治疗设备还可以包括用于测量待处理区域的至少一部分的形貌特征的一个或多个形貌特征测量仪器。例如，激光治疗设备可以包括用于测量到待处理区域的各个部分的距离的距离测量装置。适当地，距离测量装置可以内置在工作头中。合适的距离测量装置是已知的并且对于本领域技术人员而言是可用的，包括例如3D摄像机、专用测量系统和3D扫描仪。在一些实施例中，上述类型的瞄准光束可以用于执行三角测量以计算形貌特征。自动控制系统可以进一步被配置为基于这类测量来确定待处理区域的至少一部分的形貌特征。控制系统可以被配置为融合待处理区域的至少一部分的形状和尺寸以及形貌特征，以计算可获得的扫描场的形状和/或尺寸。

在一些实施例中，待处理的对象病变或其他区域的轮廓限制可以使得其延伸超过单次扫描的可获得的扫描场。在一些实施例中，对于单次扫描，即使对于平坦的形貌特征，待处理的病变或其他区域也可能太大。根据本发明，定位装置可以允许将工作头定位在多个不同的位置中，以允许在多个区段中对整个待处理区域进行处理。因此，工作头可以定位在覆盖受试者的皮肤的不同部分的新位置中，以完全覆盖所期望的待处理区域。

在一些实施例中，工作头可以由操作者手动地重新定位。在每个位置处，控制系统可操作来处理如上所述的受试者的皮肤的待处理区域的相邻区段的一个或多个图像，以检测区段的边界。适当地，控制系统可以使用依赖于未治疗的皮肤的图像的图像处理方法来标识待处理区域的区段。然后可以如上所述确定用于治疗区段的扫描场的必要形状和尺寸。然后可以操作治疗激光器以跨扫描场辐照区段。使用上述类型的瞄准光束，操作者可以依次将工作头定位在待处理的每个区段上，使得其与一个或多个先前治疗的区段(通常包括紧邻的先前治疗的区段(如果有))重叠。操作者可以例如使用由于对皮肤进行激光治疗而出现的“结霜”来标识先前治疗的区段。自动控制系统可以被配置为在工作头的其他位置处遮蔽每个区段的与先前标识的区段重叠的部分，使得在两个或更多个相邻区段之间的重叠区域中的皮肤的部分在单次处理内不被多次辐照。本领域技术人员已知类型的图像拼接算法可以适当地用于在所标识的区段之间标识重叠区域。在每个位置处，摄像机的视野可以大于可获得的扫描场，以有助于使用未治疗的皮肤标识待处理区域的区段。

可替代地，定位装置可以是自动化的，并且自动控制系统可以进一步被配置用于控制定位装置来定位工作头。以这种方式，工作头可以自动定位以扫描连续的扫描场。连续的扫描场可以彼此相连以确保完全覆盖待处理区域。可替代地，连续的扫描场可以重叠，并且前面段落中所述类型的图像拼接算法可以用于遮蔽重叠区域。合适的自动定位装置的示例是具有足够自由度用于覆盖整个待处理区域的机械臂。如下所述，机械臂可能够监视和记录其位置。

适当地，所述自动定位装置可以在第一模式和第二模式之间可切换，在所述第一模式中，所述工作头可以由所述操作者自由移动，在所述第二模式中，仅可以在所述控制系统的控制下调整所述工作头的所述位置。定位装置可以包括例如至少一个可选择性操作的离合器，以允许定位装置在这两种模式之间选择性地切换。在第一模式中，定位装置可以由操作者移动而不受阻碍，但是充分稳定地保持工作头，使得如果工作头由操作者释放，则其例如在重力作用下不会移动。

在第一模式中，工作头可以由操作者操纵以捕获整个待处理区域的一个或多个图像。在第二模式中，工作头可以在自动控制系统的控制下在待处理区域上自动移动，以根据本发明利用脉冲激光来治疗受试者的皮肤。

在一些实施例中，自动控制系统可以被配置为操作学习模式和扫描模式。在学习模式中，操作者在第一模式中用定位装置(例如机械臂)保持工作头，并且在整个待处理区域周围跨整个轮廓操纵工作头。在第一模式中，工作头可以跟随操作者的指导而不受阻碍。摄像机连续地操作以捕获受试者的皮肤的图像，而机械臂连续地测量其在所有轴上的位置并记录其运动和操作者所遵循的路径。在该顺序的最后，自动控制系统已接收到多个数据集：捕获的图像、工作头的位置和轨迹以及待处理区域的3D轮廓和距离测量值。然后，自动控制系统被配置为通过优化扫描路径来计算扫描中的路径。作为第一近似，可以使用操作者在学习顺序中采取的路径。

可替代地，独立的3D扫描仪可以用于扫描受试者，并且操作者可以在计算机上输入待扫描区域。基于该定义，控制系统然后可以计算扫描仪头的所需3D轨迹。

在扫描模式中，将定位装置切换到第二模式，并且工作头在控制系统的控制下移动以遵循由控制系统生成的路径，同时在连续的扫描场中操作光束扫描仪以在整个待处理区域上扫描脉冲激光束。

在一些实施例中，激光治疗设备还可以包括待由接受治疗的受试者操作的联锁装置。自动控制系统可以被配置为使得仅当受试者正操作联锁装置时可以操作它。联锁装置可以包括受试者在治疗期间可以握在手中的任何合适的按钮、触发器、开关等。适当地，联锁装置是非封锁的。如果受试者在激光治疗设备的操作期间释放联锁装置，则联锁控制信号发送到控制系统，从而引起激光设备立即暂停其操作。此后，如果受试者重新操作联锁装置，则控制系统可以被配置为等待操作者通过上述触发装置的操作再次提供必要的输入信号。以这种方式，如果受试者在治疗期间对机械臂或任何其他定位装置的运动感到焦虑，则它们可能引起设备停止。在通过机械臂、x-y或x-y-z平台等在待处理区域上机械地扫描激光束的情况下，应理解，运动可能非常快速且令人生畏。然而，在使用光学扫描仪的情况下，快速运动仅是光学的，并且定位装置是静止的或仅非常缓慢地运动。

由于治疗可能花费几分钟或更长时间，因此受试者会在某种程度上移动是不可避免的。因此，在一些实施例中，激光治疗设备还可以包括一个或多个运动检测器，用于检测受试者的运动；具体是待处理区域的运动。运动检测器可以包括工作头上的摄像机或用于对受试者的皮肤进行3D测量的装置。运动检测器可以被配置为检测受试者的运动，并且控制系统可以被配置为例如，如果检测到的运动对于安全操作太大或太快，则自动校正治疗激光束的扫描以相应地补偿或停止扫描。在一些实施例中，标记或指示物可以附着、粘附或画在受试者的皮肤上，以有助于受试者的运动的测量。

本发明的激光治疗设备适于与脉冲激光器一起使用。因此，适当地，激光治疗设备还可以包括脉冲治疗激光器和用于将所述治疗激光器连接到所述工作头的所述光学输入端的光学系统。在一些实施例中，激光器可以是锁模激光器，其能够产生具有约皮秒的脉冲宽度的激光脉冲。如上所述，在一些实施例中，脉冲可以具有在约0.1-100ps的范围内的脉冲宽度和至少约50GW/cm

本领域技术人员将理解，以上相对于本发明的第一方面至第八方面描述的本发明的特征同样适用于本发明的激光治疗设备，并且为了简洁，在此无需重复。

因此，根据本发明的第十方面，提供了用于皮肤处理的激光设备，其包括：脉冲治疗激光器；用于将脉冲激光束传送到受试者的皮肤的待处理区域上的工作头；以及用于将所述治疗激光器连接到所述工作头的光学系统；所述布置使得所述脉冲激光束具有在约0.1-100ps的范围内的脉冲宽度和至少约50GW/cm

如上所述，每个脉冲在皮肤深度中的通量可以在约0,5-10J/cm

在一些实施例中，如上所述，光束扫描仪可以被配置为使得在使用中，每个脉冲以具有在约0.1至小于2.0mm的范围内；优选地在约0.5-1.0mm的范围内的最大尺寸的斑点的形式被传送到受试者的皮肤。

因此，根据本发明的第十一方面，提供了用于皮肤处理的激光治疗设备，其包括：脉冲治疗激光器；工作头，所述工作头包括光束扫描仪，用于将脉冲激光束扫描到受试者的皮肤的待处理区域上，使得每个脉冲照射在所述受试者的皮肤的不同部分上；以及光学系统，用于将所述治疗激光器连接到所述光束扫描仪；所述布置使得在使用中每个脉冲以具有在约0.1至小于2.0mm的范围内，优选地在约0.5-1.0mm的范围内的最大尺寸的斑点的形式由所述光束扫描仪传送到所述受试者的皮肤中，并且每个脉冲在皮肤深度中的所述通量在约1-7J/cm

适当地，如上所述，光束扫描仪可以被配置为使得受试者的皮肤的不同部分彼此分开至少约0.1mm。

因此，根据本发明的第十二方面，提供了用于皮肤处理的激光设备，其包括：脉冲治疗激光器；工作头，所述工作头包括光束扫描仪，用于将脉冲激光束扫描到受试者的皮肤的待处理区域上，使得每个脉冲照射在所述受试者的皮肤的不同部分上；以及光学系统，用于将所述治疗激光器连接到所述光束扫描仪；所述布置使得在使用中每个脉冲以斑点的形式由所述光束扫描仪传送到所述受试者的皮肤中，所述脉冲在皮肤深度中的通量在约1-7J/cm

在一些实施例中，如上所述，斑点可以彼此重叠。激光束可以衰减，使得其强度在周边外部区域中比光束的其余部分低。

因此，在本发明的第十三方面中，提供了用于皮肤处理的激光设备，其包括：脉冲治疗激光器；工作头，所述工作头包括光束扫描仪，用于将脉冲激光束扫描到受试者的皮肤的待处理区域上，使得每个脉冲照射在所述受试者的皮肤的不同部分上；以及光学系统，用于将所述治疗激光器连接到所述光束扫描仪；所述布置使得在使用中每个脉冲以斑点的形式由所述光束扫描仪传送到所述受试者的皮肤中，所述脉冲在皮肤深度中的通量在约1-7J/cm

有利地，光束扫描仪可以如上所述被配置为使得以一系列线性或曲线的线在扫描场上扫描所述激光束，使得连续脉冲落在所述待处理区域的不同部分上。

在本发明的第十四方面中，提供了用于皮肤处理的激光设备，其包括：脉冲治疗激光器；工作头，所述工作头包括光束扫描仪，用于将脉冲激光束扫描到受试者的皮肤的待处理区域上；以及光学系统，用于将所述治疗激光器连接到所述光束扫描仪；所述布置使得在使用中每个脉冲以斑点的形式由所述光束扫描装置传送到所述受试者的皮肤中，所述脉冲在皮肤深度中的通量在约1-7J/cm

如上所述，脉冲光束可以具有大于约30Hz，优选大于约100Hz；任选200-500Hz的脉冲重复率。在一些实施例中，脉冲光束可以具有高达约1000Hz的脉冲重复率。能够满足上述要求的合适的脉冲激光器包括高脉冲能量和高重复率皮秒激光器，其可从PhotonicsIndustries of Long Island，NY商购获得，名称为RGL-1064-4，能够以1000Hz传送4mJ的能量；以及高能量KHz重复率皮秒放大器，其购自EksplaofVilnius，Lithuania，名称为APL2201，能够以1000Hz传送10mJ。

本领域技术人员将认识到，上述类型的脉冲激光器是非常昂贵的设备部件。还应理解，当治疗一系列受试者时，激光器不会使用太长时间，通常是约50％的时间。如上所述，在一些实施例中，与先前的治疗方法相比，本发明利用快速的脉冲重复率来补偿较小的斑点尺寸。另外，根据本发明的色素去除需要每个脉冲最小量的能量；如上所述，通常为1-50mJ。

在一些实施例中，可以布置单个治疗激光器，以将脉冲激光选择性地传送到根据本发明的多个激光治疗设备。每个激光治疗设备可以设置在不同的治疗区域中，诸如像不同的治疗室中。如上所述，激光治疗设备中的每一个可以包括工作头和用于将工作头联接到治疗激光器的光学输入端。可以提供包括光机械选择器的光学系统，用于将治疗激光器选择性地联接到激光治疗设备中的一个。以这种方式，治疗激光器可以用于将脉冲激光传送到用于治疗受试者的激光治疗设备中的一个，而其他激光治疗设备不使用。这种布置可以允许更多利用治疗激光器。

因此，根据本发明的第十五方面，提供了皮肤激光治疗设施，其包括：脉冲治疗激光器；多个单独的治疗区域；在每个治疗区域中的激光治疗设备，每个激光治疗设备包括工作头，所述工作头包括用于在受试者的皮肤的待处理区域上扫描斑点尺寸小于2mm的治疗激光束的光束扫描仪和光学输入端；以及光学系统，用于将所述治疗激光器连接到每个激光治疗设备的所述工作头的所述光学输入端；其中所述光学系统包括光机械选择器，所述光机械选择器可操作以选择性地将所述激光束引导到所述激光治疗设备中的任一个。

适当地，如上所述，脉冲治疗激光器可以可操作以产生具有至少30Hz的脉冲重复率的激光束。

每个脉冲可以具有1-50mJ，优选地约1-30mJ的能量。在一些实施例中，脉冲治疗激光器可以具有大于100Hz，优选地至少200Hz并且更优选地至少500Hz的脉冲重复率。在一些实施例中，脉冲治疗激光器可以具有1000Hz或更高的脉冲重复率。

可以根据每个治疗区域的具体要求在治疗激光器处对激光进行电子调制。

在一些实施例中，可以使用高脉冲能量治疗激光器。代替如上所述在治疗区域之间按顺序切换光束，无源光分路器可以用于划分光束，以供本发明的多个激光治疗设备并行使用。以这种方式，可以同时使用不同治疗区域中的激光治疗设备。

因此，根据本发明的第十六方面，提供了皮肤激光治疗设施，其包括：脉冲治疗激光器，所述脉冲治疗激光器可操作以产生具有至少30Hz的脉冲重复率的激光束；多个单独的治疗区域；在每个治疗区域中的激光治疗设备，每个激光治疗设备包括工作头，所述工作头包括用于在受试者的皮肤的待处理区域上扫描斑点尺寸小于2mm的治疗激光束的光束扫描仪和光学输入端；以及光学系统，用于将所述脉冲治疗激光器连接到每个激光治疗设备的所述工作头的所述光学输入端；其中所述光学系统包括无源光分路器，用于分开所述光束并将其并行地引导到所述激光治疗设备中的每一个。

适当地，脉冲治疗激光器可以具有至少5mJ的脉冲能量。在一些实施例中，脉冲治疗激光器可以具有高达约300mJ的脉冲能量。例如，在一些实施例中，可以使用10mJ、15mJ、20mJ或30mJ的脉冲能量。可以全功率输出连续操作治疗激光器。每个工作头中的光束扫描仪可以包括快速光学调制器，诸如像普克尔斯盒、检流镜等，用于根据每个单独的治疗区域的特定要求来调制划分的激光束。

通常，光束可以在至少两个激光治疗设备/治疗区域之间划分。由于治疗激光器在脉冲重复率和脉冲能量方面的特性，对光束可能分裂的次数存在限制，同时在每个子光束内保持足够的脉冲能量以去除皮肤色素，如本文所述。

因此，在本发明的另一个变型中，可以采用光束复用技术来在多个治疗区域之间划分单个脉冲激光束。连接到具有快速脉冲重复率的治疗激光器的光学系统可以包括多个光学调制器，所述多个光学调制器串联布置并且可独立选择性地操作以拾取脉冲激光束的选定脉冲并将它们引导到根据本发明的相应的激光治疗设备。

因此，根据本发明的第十七方面，提供了皮肤激光治疗设施，其包括：脉冲治疗激光器，所述脉冲治疗激光器可操作以产生具有至少30Hz的脉冲重复率的激光束；多个(n)单独的治疗区域；在每个治疗区域中的激光治疗设备，每个激光治疗设备包括工作头，所述工作头包括用于在受试者的皮肤的待处理区域上扫描斑点尺寸小于2mm的治疗激光束的光束扫描仪和光学输入端；以及光学系统，用于将所述脉冲治疗激光器连接到每个激光治疗设备的所述光学输入端；其中所述光学系统包括多个(n)，其等于串联布置并且可选择性地操作以将连续脉冲依次引导到所述激光治疗设备中的不同激光治疗设备的光学调制器的治疗区域的数量，其中每个光学调制器每第n个脉冲进行拾取。

光学调制器的示例包括普克尔斯盒、快速检流镜、旋转多边形扫描仪和本领域技术人员已知的其他部件。

以这种方式，具有高脉冲重复率的单脉冲治疗激光器可以用于通过将连续脉冲重复地选择性地引导到激光治疗设备中的不同激光治疗设备直到等于激光治疗设备的数量的连续脉冲的数量来将未划分的激光束的脉冲供应到多个不同激光治疗设备。因此，每个治疗设备可以选择性地以等于脉冲治疗激光器的原始频率除以治疗设备的数量的频率接收脉冲激光。例如，如果激光器用于供应三个治疗设备，则每个治疗设备的可用脉冲重复率等于治疗激光器的脉冲频率的三分之一。为此，希望使用尽可能快的治疗激光器，其脉冲重复率优选地超过100Hz，优选地超过200Hz，并且更优选地大于500Hz。在一些实施例中，可以使用1000Hz或更高的脉冲重复率。在一些实施例中，可以使用高达2000Hz、4000Hz甚至6000Hz的脉冲重复率，以使利用单激光束同时治疗多个受试者的治疗时间最小化。

应理解，当相关联的光学调制器被致动时，激光束的脉冲仅被引导到给定的激光治疗设备。如果光学调制器未被致动，则能量脉冲将在光学系统内继续，直到它们接收在为该目的而提供的合适的束流捕集器中。

可替代地，可以将脉冲连续地引导到不同的治疗区域，同时可以在每个区域中串联地添加附加的光耦合器，以调制在每个区域中治疗所需的脉冲。

如上所述，每个脉冲应具有约1-100mJ的能量。适当地，在每个激光治疗设备中接收的脉冲可以由相应的光束扫描仪进一步调制到脉冲持续时间，所述脉冲持续时间经计算在皮肤深度处提供在约0.5-10J/cm

应理解，重要的是确保用于人的皮肤上的激光治疗设备将在如上所述的所需操作参数(包括例如入射到待处理的皮肤的区域上的激光束的功率和/或位置)内可靠且一致地操作。为此，本发明的激光治疗设备可以包括并入一个或多个传感器的测试设备，用于测试激光束和/或工作头的一个或多个物理和/或操作特性。

适当地，测试设备可以包括支撑结构，所述支撑结构包括被配置为与工作头接合的工作头接合部分和在与工作头接合部分间隔开的位置处固定到支撑结构的至少一个传感器。适当地，当激光治疗设备在使用中时，(一个或多个)传感器可以固定到支撑结构，使得当工作头与工作头接合部分接合时，传感器与工作头之间的距离与工作头与皮肤之间的距离基本上相同。以这种方式，当激光治疗设备在使用中时，(一个或多个)传感器可以位于与皮肤的平面在光学上等效的平面中。如上所述，工作头可以被适配用于连接到可拆卸的间隔件。因此，工作头可以包括间隔件接合部分。支撑结构的工作头接合部分可以被配置用于与工作头的间隔件接合部分可释放地接合。

有利地，支撑结构可以包括插入在工作头接合部分与至少一个传感器之间的穿孔隔板。隔板可以形成有穿过其中延伸的一个或多个孔。隔板的其余部分可能对由工作头发射的激光不透明。一个或多个孔可以在隔板中在相对于工作头接合部分的已知位置处形成。因此，隔板在精确位置适当地固定到支撑结构。因此，隔板可以用于检测工作头中的激光束扫描仪的扰动。在测试模式中，可以操作光束扫描仪以使激光束转向通过一个或多个孔，以确保光束扫描仪没有错位并且光束扫描仪正按预期运行。一个或多个光传感器设置在支撑结构上、在隔板的与工作头接合部分相对的侧面上，以检测正确地通过一个或多个孔的光。

在一些实施例中，代替穿孔隔板或除了穿孔隔板之外，可以使用能够测量激光束的位置和功率的本领域技术人员可用类型的位置敏感检测器。在一些实施例中，隔板可以形成有不同尺寸的多个孔，以解决光束的发散。一个或多个传感器可以包括用于测量由工作头发射的激光束的功率的对应数量的功率传感器，每个功率传感器与孔中的对应一个相关联。应理解，不同尺寸的孔将导致由相应的功率传感器测量的不同功率水平。

适当地，支撑结构可以在一个或多个传感器与工作头接合部分之间支撑一个或多个透镜，以使激光束的光路适应测试设备。至少一个透镜可以位于隔板与工作头接合部分之间。

便利地，测试设备的支撑结构可以包括用于在不使用工作头时可移除地保持工作头的保持器。

以下仅通过示例的方式参考本发明的实施例的附图进行描述。

附图说明

在附图中：

图1是皮肤激光治疗设施的示意性侧视图，所述设备包括根据本发明的第一实施例的激光治疗设备。

图2是图1的皮肤处理设备的光路和扫描头的示意性截面侧视图，其被示出为经由关节臂连接到脉冲激光器以将激光束递送到受试者。工作头包括作为光束控制设备的检流计x-y扫描仪。然后将光束聚焦到受试者的皮肤上的期望尺寸。

图3是形成图1的皮肤激光治疗设备的一部分的手动可移动扫描仪工作头的侧正视图。

图4是图3的工作头的后视图。

图5示出在图1的系统的工作头中可选择的不同尺寸和形状的各种扫描场。

图6是图1的皮肤激光治疗设备的操作的流程图。

图7是根据本发明的用于从受试者的皮肤上去除纹身或其他色素沉着的方法的流程图。

图8A示出根据现有方法的对待处理区域的治疗。图8B示出根据本发明的扫描场的形状/尺寸优化。在如图8A所示的现有方法中，玫瑰形纹身的示例性细茎需要很小的斑点尺寸；需要具有精确位置的大量斑点来覆盖整个茎。相反，在本发明的扫描方法中，可以将扫描场编程为任何期望的形状。例如，细长的矩形扫描场对于治疗长、细的纹身线可能更有效且快捷。

图9是使用不同脉冲宽度的脉冲激光确定用于去除色素的所需工作通量(强度)的方法的流程图。

图10是相对于各种颜色的色素的测量的烧蚀阈值通量对脉冲宽度的图表。显然，较短的脉冲宽度需要较小的通量，并且不同颜色之间的阈值差较小。

图11示出与使用低强度激光的现有方法相比，使用高强度激光的根据本发明的多色纹身去除的示例。描绘的照片示出在活猪皮肤上执行的对照实验中的实际去除结果。

图12A和图12B示出随时间推移的皮肤温度特征图。图12A示出由高能量大斑点引起的温度特征图。图12B示出由低能量小斑点引起的温度特征图。对于大斑点，热扩散的开始在约10s的时间标度上是明显的。对于小斑点，在不到约0.1s的时间之后，热扩散是明显的。

图13是示出根据时间的加热的组织的体积的中心处的温度的图表。对于1mJ，0.22mm的斑点，热弛豫时间(初始温度增量的50％)约为0.12s；对于5mJ，0.5mm的斑点，热弛豫时间约为0.7s；并且对于500mJ，5mm的斑点，热弛豫时间约为70s。

图14是示出在给定的2.5J/cm

图15A和图15B示意性地示出根据本发明的待处理的皮肤区域的光栅扫描和隔行扫描的对比。图15A示出在相邻线之间的时间T下的标准光栅扫描。图15B示出通过跳过K条线并且在底部线之后回到顶部而进行的隔行扫描。行之间的时间为T*K。

图16是根据本发明的第二实施例的用于扫描头的保持器的横截面侧视图。

图17是分离器组件的分解图，所述分离器组件形成图16的保持器的一部分并且能够在治疗之前测试扫描仪、激光和光学对准。

图18是示出保持器执行测试程序的操作的流程图。

图19是根据本发明的第三实施例的自动扫描工作头的图示，所述自动扫描工作头连接到定位在治疗椅上方的平衡的关节臂上。

图20A是图19的扫描工作头的下侧的示意图。

图20B是图19和图20A的扫描工作头的侧视图，包括待去除的带有色素的受试者的示意图。

图21A至图21E示出根据本发明的图像获取、验证和纹身去除治疗顺序的示例。在图21A中，瞄准光束向操作者指示扫描场轮廓。在图21B中，测量待处理的对象区域的轮廓并计算扫描参数。图21C示出使用瞄准光束或屏幕上显示的扫描场/顺序的预览。图21D和图21E示出纹身去除顺序。

图22A和图22B示出形貌特征对可获得的扫描场的影响。在图22A中，示出平坦对象，并且可以使用扫描仪头的整个扫描场。在图22B中，非平坦对象减小了可进入的扫描场。为简单起见，示出球形形貌。

图23示意性地示出待处理的色素沉着区域的治疗，所述色素沉着区域大于可获得的扫描场。拼接算法用于使用具有重叠的未治疗区域的模式识别来治疗多个扫描段中的整个区域。

图24是安装有扫描仪头的6轴机器人的透视图。

图25是根据本发明的第四实施例的皮肤处理设施的示意图，其中来自单个治疗激光器的单个脉冲激光束可以在多个(在这种情况下为两个)不同的治疗区域之间选择性地切换。

图26是根据本发明的第五实施例的皮肤处理设施的示意图，其中将单个高能量脉冲治疗激光束分开并平行地引导到多个不同的治疗区域中。

图27是根据本发明的第六实施例的皮肤处理设施的示意图，其中通过脉冲拾取将单个高频(脉冲重复率)脉冲治疗激光束并行地复用到多个单独的房间中。

图28是用于图27的皮肤处理设施中的脉冲拾取的时序图。

图29是根据图1所示的本发明的一个实施例的皮肤激光治疗设备的电气和电子部件以及连接性的示意图。

具体实施方式

实施例1

附图中的图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的皮肤处理设施。设备设置在由隔墙21分开的两个相邻房间12、13中。房间12中的一个是治疗室；另一个是容纳第一治疗激光器和第二治疗激光器1、2的激光室13。在本实施例中，第一激光器1是产生超短脉冲的800nm的钛蓝宝石激光器，并且第二激光器2是1064nm和532nm的Nd：YAG激光器。钛蓝宝石激光器在1Khz的脉冲重复率下以1-10毫焦耳的能量发射100-30,000飞秒的脉冲。Nd-Yag激光器以相似的能量和500Hz的脉冲重复率发射亚纳秒脉冲。将理解的是，在本发明的其他实施例中可以使用不同的激光器。如下所述，将瞄准光束5光学地耦合到治疗激光器1、2，以帮助将下面更详细描述的工作头4放置在受试者的皮肤的待处理区域上的正确位置中。提供了电源和控制单元6，其包括计算机、电源和用于系统操作的专用控制器。

激光室13确保维持激光器1、2的最佳状态。治疗室12仅包含操作者和受试者可进入的设备。

第一治疗激光器和第二治疗激光器1、2中的每一个具有连接到光学系统22的激光输出端23，所述光学系统22用于将由激光器1、2产生的激光束11引导通过隔墙21到达它们被供应到包括根据本发明的皮肤处理设备的工作站25的治疗室12中。光学系统22可以是镜子、透镜和本领域技术人员已知的其他光学部件的任何合适的布置(在下面描述)，并且被接收在其穿过隔墙21的保护导管中。

在治疗室12中，邻近工作站25设置用于待处理的受试者的治疗椅10(未示出)。

工作站25包括控制台7和为了稳定而固定到治疗室12的墙壁或地板的关节臂3。关节臂3在其自由端处承载上述工作头4。关节臂3能够在治疗室的一定空间中的任何点处将治疗激光束和瞄准光束光学地(通过使用镜子和关节组件)引导到工作头4上的光学输入中。

工作站25连接到用于控制激光输出的脚踏板8。

参考图2，治疗激光器31(在图1中先前称为激光器1和2)由专用控制器44控制。为了清楚起见，仅示出了一个治疗激光器1，但是第二激光器2的布置是相似的。每个治疗激光输出端31由快速检测器32实时监控，所述快速检测器32可使用光束采样器35(在该实施例中还用作瞄准光束耦合器)对一小部分光束42进行采样。控制器44被配置为在治疗激光的输出偏离最大或最小脉冲能量的情况下自动关闭激光功率并关闭光阀33。

瞄准光束34通过耦合镜35耦合到治疗激光束光路。然后，光束路径行进通过光束扩展器36，以传播通过系统的其余部分。两束光束行进通过关节臂43到达工作头37。

工作头37包括可拆卸的间隔件38和检流计扫描仪41。在使用中，激光束行进到其由机动镜子40引导穿过透镜39并到受试者的皮肤上的检流计扫描仪41中。间隔件38远离工作头延伸，并终止于用于接触受试者的皮肤的光滑远端中。扫描仪检流镜40旋转，使得光束以一定角度到达聚焦透镜组件39。该角度通过聚焦透镜组件转换为受试者的皮肤上的位置。透镜在皮肤的表面上产生所需的斑点尺寸，所述斑点尺寸可以由操作者调整尺寸以达到所需的通量。在本实施例中，对于4J/cm

工作头还包含运动传感器26。在主激光器的操作期间，如果运动传感器检测到超过预定阈值的运动，则其向控制单元6发出信号以立即停止主激光器。这有助于防止意外或不受控制的激光发射。

工作头37包括如图3和图4最佳所示的被设计为人体工程学塑料组件的外壳20，其包括扫描场尺寸选择器旋钮14、用于激活瞄准光束34的轮廓开关15、指示照明装置19和可更换的间隔件18(图2中的38)。

扫描仪镜被编程为扫描图5、图45至图54的具有各种纵横比的范围为1mm至10mm的尺寸的一组预定矩形中的一个。每个矩形对应于场选择器旋钮14的特定设置。在本发明的其他实施例中，扫描仪镜可操作以产生除矩形以外的不同尺寸和/或形状的扫描场，例如循环扫描场。

如图29中最佳所示，控制器单元6包括具有电源线401的电源401、具有用于存储软件和数据的存储器404的处理器402、和实时控制器405以及可编程逻辑装置403。结合起来，这些确保具有可接受的冗余度的系统的平稳且安全运行。如图所示，信号和数据通过电源和数据线411连接到各种系统部件(1、2、5、4、37等)。实时控制器405和处理器402与数字扫描仪控制器406通信，所述数字扫描仪控制器406进而操作模拟扫描仪驱动器407。那些向工作头37中的检流镜扫描仪41供应电力和控制两者。为了清楚起见，已经省略了许多连接件和细节。

系统遵循图6的图中描绘的逻辑。在加电61期间，在空闲状态62之前，执行几项安全检查。一旦轮廓开关15由操作者接通，系统就移动到轮廓模式63。系统保持轮廓模式，用瞄准光束34连续扫描矩形轮廓(即45-54中的一个)，直到轮廓开关15关闭或直到压下脚踏板8。一旦压下脚踏板，就打开主激光器并且以全扫描模式64在矩形扫描区域上扫描激光脉冲。一旦整个区域已经由激光脉冲辐照，就关闭激光器并且系统返回到轮廓模式63。

在应用治疗期间，操作者检查待去除的色素70的形状和尺寸。一旦操作者打开轮廓扫描，瞄准光束随后就描画当前在受试者皮肤73上选择的矩形的轮廓，如图7所示。这允许视觉反馈，并且使扫描仪准确对准到治疗区域上。操作者调整场选择器，使得矩形配合色素的形状和尺寸并且将工作头准确地放置在色素沉着区域77上方。一旦操作者对设置的扫描场放置感到满意，就压下脚踏板8，并且主激光器然后通过用激光斑点79(每个位置中一个斑点)覆盖扫描场的整个区域来辐照受试者的皮肤。在本实施例中，全扫描持续时间短于1秒，通常为0.5秒。在全扫描之后，关闭主治疗激光器，并且瞄准光束34再次描画治疗区域81的轮廓。由于脉冲激光和皮肤相互作用82的磨砂效果，治疗区域通常可见。为了获得最佳结果，如以下示例2中所述选择激光设定点。

通过比较图8A和图8B所示的示例，可以认识到使扫描场形状适应于色素的纹身或其他区域的收容量益处。为了覆盖细长形状，诸如像玫瑰的茎，使用适当的矩形86需要五次扫描。对于正方形或圆形形状85，扫描次数约为3倍以上。由于单场扫描非常快，因此操作者的放置过程是整个治疗时间的主要影响因素。因此，将小3倍的场转换为快约3倍的治疗时间。例如，对于3mm厚且50mm长的茎，使用500Hz的脉冲重复率和0.6mm的斑点尺寸(没有重叠)，我们达到等于1.7秒的净扫描时间的约830个斑点。使用3×3mm的场(参见图8A)，存在待扫描的约17个单独的场。假设训练有素的操作者有约0.75秒的场放置时间，我们有12.75秒的放置时间和14.45秒的总治疗时间。当如图8B所示使用3×10mm的矩形场时，我们有约5次放置，因此总治疗时间为5.45秒。尽管15秒和5秒之间的差值对于治疗环节并没有限制，但通过对具有复杂形状和特征的大得多的色素沉着区域重复该分析，明显的是，通过优化场形状，可以实现治疗时间的显著减少。下面的实施例5进一步使该概念达到更短的治疗时间。

实施例2

使用根据本发明的超短和超高强度辐射有利于超出高度颜色选择的线性吸收，用一种波长去除几种颜色。在设计新系统时，必须确定适当的激光工作点，以实现多色色素去除。工作点包括通量、脉冲宽度和强度。要求强度足够高以去除多种颜色，并且强度通常由通量(能量密度)和脉冲宽度的组合确定。通量应该足够高以支持强度，但不要过高以造成过度的损伤(通常约为0.5-10J/cm

在图10中示出了实际的实验室测量结果。随着脉冲宽度增加，与对象色素的有效相互作用需要越来越多的通量。不同颜色所需的不同通量的分布也显著增加。现有技术的激光系统通常在>250ps的脉冲宽度和较低的强度下工作。对于在组织中色素位置的例如～1J/cm

上述方法适用于每一特定的激光波长，其中取决于相对于所使用的波长的对象颜色，不同的激光器需要不同的最大强度和/或通量。但是一旦使用阈值强度，所有对象颜色将被该特定的激光器去除。

本文中的通过“去除”旨在可以在有限次数的环节之后实现从皮肤的颜色完全清除(肉眼看来)。环节数从一种对象颜色到下一种可能会变化，但是在任何情况下，从一种颜色到下一种的环节数变化不大于约两倍。

商业激光器可用于规定的参数集。例如，参见脉冲宽度为8mJ和8ps的PicoLaserltd“Pico-1M”激光器，或脉冲宽度为30mJ和1.5ps的AmplitudeLaserltd“Magma”激光器。

图11描绘了作为上述方法和系统的示例的在活猪皮肤上执行的对照实验中的实际去除结果。对象是多种颜色的正方形，包括绿色111、蓝色112、蓝绿色113、橙色114、红色118、黄色117、紫色116和黑色115的区域。对象的中间是未纹身的，而边界为黑色轮廓。

在两个月的跨度中使用各种脉冲宽度和几种治疗，前图像和后图像显示为101-106。激光器A使用6ns的脉冲宽度；激光器B使用0.6ns的脉冲宽度；并且激光器C采用1-15皮秒的脉冲宽度(短100-1000倍)。激光器A、B使用4J/cm

实施例3

激光色素去除的过程虽然靶向色素，但在色素周围的组织中产生局部热量。尽管在保持色素的组织中造成局部损伤是不可避免的，但是周围组织(并非直接受到色素辐射吸收的损伤)将遭受二次加热。局部提高加热的持续时间是对周围组织造成更高损伤的根源。在下面的示例中，我们将量化这些影响。

在色素沉着组织的辐照期间，发生以下情况：最初，在激光脉冲宽度的时间标度上，辐射在组织的正在吸收的部分中被吸收，通常在靶向治疗的特定发色团中被吸收。这些可以在非常短的皮秒或纳秒的时间标度内达到非常高的温度(甚至数千度)。这通常导致等离子体产生、机械故障和/或其他剧烈事件，这通常是治疗的期望效果。然而，在短时间后，所有这些能量最终转化为热量：在脉冲结束后，等离子体辐射被重新吸收，动力学颗粒通过碰撞而变慢，从而停止。除了化学变化(通常是不希望的效果)外，最终所有入射辐射转换为热量。

对于比脉冲宽度长得多的时间标度，我们可以对吸收层使用总体热近似来估计在组织中感应的温度。考虑例如平均2.5J/cm

这也适用于直径为0.5mm的5mJ脉冲能量(100倍较低能量和10倍较小直径)。如果通量相似，则在该近似中将始终出现相同的平均加热。

通过观察随时间推移的热扩散，仅施加小的低能量脉冲的优势是清楚的。在非常快速的初始加热过程(约纳秒或更短)后，热量开始远离初始加热体积扩散。考虑到即使在高脉冲能量下，与总脉冲能量相比，受试者身体也是无限的储热器，扩散将逐渐将加热体积的温度降低回到自然体温。这种冷却效果的速率在很大程度上取决于加热组织的体积，在上述示例中这是非常不同的。更精确地，速率由加热组织的体积与表面积的比率确定。小体积的冷却比大体积的冷却快得多。

为了量化相关的时间标度，考虑具有与上述实施例2中相同的通量的两个脉冲的情况。假设仅一个脉冲照射组织，热量将以什么速率扩散？解决线性热扩散为我们提供了在时间t＝0的初始加热后不同时间的温度的径向分布。高能量、大斑点(图12A)和低能量、小斑点(图12B)的温度特征图显示在图12中。在约1秒后，对于500mJ的脉冲121，升高的温度中只有很小的变化，而5mJ的脉冲温度已经下降了约50％122。对于500mJ的脉冲，温度下降50％需要约100秒。

热弛豫时间在本文中可以被定义为温度增量已经下降了2x倍的时间。在图13中绘制了根据时间的加热组织体积的中心的温度。对于斑点为0.22mm的1mJ脉冲，热弛豫时间约为0.12秒。对于5mJ，0.5mm的斑点，弛豫时间约为0.7秒，而对于500mJ，5mm的斑点，弛豫时间约为70秒。

图14是示出在给定的2.5J/cm

鉴于在如前所讨论损伤发生144之前皮肤仅能在51℃下承受约6s，因此在上述示例中清除的是，使用5mJ脉冲，皮肤可以维持15℃的温度升高到约51℃，因为其在小于1秒内耗散。对于500mJ脉冲，在相同的温度升高下，由于弛豫时间约为70秒，比损伤阈值长得多，因此会发生损伤。相同的分析适用于50度的皮肤温度，这在损伤发生之前可以忍受24秒。还已知的是在损伤发生之前出现疼痛。疼痛阈值低于损伤阈值，但温度依赖性是相似的(Yarmolenko)。

由于这个原因，通过使用小的能量脉冲(1-30mJ)而不是大于200mJ的大脉冲，减轻或完全避免疼痛和损伤两者。

上面的计算反映了相同通量下高能量脉冲与低能量脉冲的比较。为了在扫描具有多个斑点的大区域时获得快速弛豫时间的好处，重要的是在相邻脉冲之间提供足够的时间。这可以通过采用专用扫描技术来实现。作为增加相邻斑点的可用弛豫时间的智能扫描技术的示例在图15B中示出。在N条线的正常光栅扫描(图15A)中，每个粗线150由多个斑点组成。完成一条线所需的时间为T。这意味着在时间T之后，每个斑点在下面会具有新的邻接斑点并且这是其在自身线中左右邻接斑点之外的斑点。现在，让我们使用隔行扫描(图15B)：这意味着代替连续扫描线，我们扫描顶线151，并且然后向下跳过M条线以将下一条线152标记得更远。我们继续该操作，直到我们到达扫描场的边缘(我们从顶部154返回到第二条线并重复过程)。这给与相邻线的弛豫时间为K*T，K＝底层(N/M)，其对于较大的场可能更长。

实施例4

为了确保系统的适当功能以及受试者和操作者的安全，实施例1中的系统可以被适配成在可以位于治疗室12中的专用工作头保持器中包括专门测试硬件和顺序。本发明的保持器27包括工作头接口164、光学透镜167、穿孔隔板169和光功率计161。

参考图16，工作头4连接到保持器164的右侧，如图所示。应当注意，连接在机械上与如以上参考用于治疗的图3所述的间隔件18的连接相同。

在164的左侧是透镜166，用于调整到功率计161的光学距离。在功率计上方存在隔板169，已经钻了几个保持孔，以允许激光辐射到达功率计。

图17A示出在检测器的方向上的隔板左侧170以及延伸穿过隔板的多个孔172的布置。图17B示出在工件的方向上的隔板171的右侧。

测试顺序在图18中示出。仅当已经应用了适当的控制(大体上瞄准光束开关15打开并且压下脚踏板8)时，该顺序才开始。扫描仪镜40然后移动到与隔板172中的孔位置相对应的位置。在每个位置中，打开主激光器1/2，并且在功率计161中测量功率。

一旦执行了所有预定义位置和功率测量，就将测量的功率与允许范围内的预定义表进行比较。如果所有测量值均在预定义范围内，则测试是成功的。

应该注意几个有利方面。第一方面是功率计161(或任何其他相关传感器)位于使用间隔件18在光学上等效于被治疗的皮肤的平面的平面中。这与现有系统相反，在现有系统中，通常更靠近激光输出端而不是在系统的输出端处测量激光辐射。这确保受试者接收准确的辐射参数，并且说明沿光路：从激光器内部，通过光学元件、扫描仪和工作头中的透镜(参见图2)的任何地方发生的故障。

其次，在不同位置中的不同隔板孔需要扫描仪镜40到达预定义位置。这确保扫描仪镜、其致动器和其控制电子装置都正按预期执行。其还确保光束在角度或位置上没有错位，这将对应于部分或完全缺少隔板孔(就像镜子致动器故障一样)并导致低功率测量。

另外，通过产生不同直径的孔，也可以说明光束的发散。与不同直径的孔中的预定义功率水平相比，这种发散将导致不同的测量的功率水平。

另外，在测试期间，将位于激光输出端32旁边的实时传感器(参见图2)与保持器传感器进行比较，从而确保它们始终测量脉冲能量。

最后，该顺序要求以与治疗期间的正常操作相同的方式来操作用户控件，并且说明开关或控件中的任何故障。

将理解的是，测试设备不一定需要并入用于工作头的保持器。在其他实施例中，传感器可以安装到支撑结构，所述支撑结构未被设计成这样保持工作头，但是具有工作头接合部分，所述工作头接合部分被配置成接合工作头以将其相对于用于测试的传感器稳定地定位。代替如上所述的穿孔隔板，传感器可以包括用于检测激光束的位置和功率的至少一个位置敏感检测器。

实施例5

图19示出根据本发明的另一个实施例的皮肤处理设施的治疗室，其包括适于自动扫描受试者的皮肤的待处理区域的激光治疗设备。在治疗椅190上方，大的光学工作头191通过平衡的关节臂192悬挂。激光室中的设备(未示出)与以上实施例1中所述的设备相似，但是本实施例中的治疗室工作头较大，并且利用成像和其他传感器自动扫描待处理的大区域(与手动扫描实施例1中的小区域相比)。

激光扫描在工业材料加工应用中是众所周知的。与其中大量重复扫描相同的对象材料和样本的激光扫描的工业应用相反，然而在本发明中，受试者仅被扫描一次(至少每次治疗一次)，并且所需的扫描图案几乎没有相似之处，因为没有两个受试者，也没有两个病变曾是相同的。另外，错误的代价是不可接受的，并且安全考虑是至关重要的。下面的描述示出了根据本发明如何解决这些并发症，以提供用于治疗皮肤病适应症的激光器的快速、准确且安全的扫描。

在图20A和图20B中，在两个截面图中示出了工作头191的部件。激光辐射从激光室中的一台或多台治疗激光器通过关节臂192进入工作头输入端200，并且通过电动可调节聚焦透镜208。其然后进入扫描仪201。该扫描仪大于实施例1中的扫描仪，并且将激光束引导通过160mm的f-teta透镜202，以覆盖受试者的皮肤204上的100x100mm的区域，所述区域通常维持在距工作头191的约[DISTANCE]的恒定距离处。扫描仪、集成聚焦和f-theta透镜可从例如ScanLab Germany或Cambridge technology MA，USA容易获得。在照明LED206供应特定的照明条件的同时，安装在工作头中的摄像机207可用于对治疗区域进行成像。摄像机207还能够进行深度的3D测量，并且除了对待处理区域进行成像之外，还可以生成区域的高度图。3D摄像机容易获得，例如来自美国英特尔公司的RealSense。

在图21A-图21E中描述了治疗顺序。最初，操作者手动操纵工作头191以大致放置在对象区域上方。关节臂平衡，使得存在小摩擦并且操作者可以容易操纵工作头。瞄准光束通过描画其轮廓来显示可用的扫描场(参见图21A)，以帮助操作者将可用的扫描场的中心定位成与对象区域大致重合。然后，使用图像处理，系统基于由摄像机207捕获的区域的图像检测色素沉着区域。3D摄像机还测量对象区域的轮廓，并且计算扫描参数(图21B)。一旦定义了扫描计划，将向操作者显示待处理的计划区域。这可以通过专用的计算机接口来完成，但是在该示例中，其直接显示在受试者对象区域上：仅使用瞄准光束，重复扫描如将由主治疗激光器执行的准确计划图案(图21C)。然后，操作者通过按下用户界面屏幕上的按钮来批准扫描计划，并且然后工作头用治疗激光器扫描批准的区域(图21D)。在该扫描之后，系统返回到描画可用场的轮廓，而如上所述，由于结霜，治疗区域通常似乎是白色的(图21E)。

应注意的是，扫描场内的所有色素沉着皮肤被立即治疗，而无需操作者的进一步参与。与手动放置相比，这确保激光治疗的准确性，同时实现非常快的治疗时间(对于100x100mm的纹身，高达40秒，通常少得多)。

系统可以使用预先测量且实时的深度数据来调整聚焦透镜208，以说明扫描仪皮肤距离和皮肤表面的轮廓。在某些情况下，对象区域的轮廓可能会弯曲，使得无法扫描整个区域：例如，腕部周围的手镯纹身。在深度测量期间(图21B)，从计划扫描中省略了过于弯曲以至于无法治疗的色素沉着区域(由于超过20度的角度或由于超出系统的聚焦范围的深度，通常为35mm)。图22A和图22B示出该特征的示例：在图22A中，扫描了平坦对象，并且可以利用整个可用扫描场221。在图22B中，扫描仪220下方的弯曲表面意味着与平坦表面221的较大面积相比，可以扫描表面223的较小面积。

可以使用一阶导数(sobol)运算符进行边缘检测，在纹身之间划分用于检测待处理的色素沉着区域的图像处理算法，而具有较柔软边缘的色素沉着病变可以利用训练神经网络算法。这些算法是本领域技术人员容易理解的。由于这两种算法的精度都不是100％，因此操作者可以使用合适的计算机界面(未示出)来校正算法结果并且在需要时手动调整扫描图案。然后将图案更新为预扫描(图21C)。

当治疗大于最大扫描场的区域或不能在一次扫描中治疗的弯曲区域时，可以将治疗分为几段。操作者将扫描仪手动定位在每段上方，并且启动模式识别算法。基于与当前图像相比的先前图像，合适的拼接算法标识已治疗的前段并且因此避免两次治疗区域或丢失某些区域。该算法在图23A-图23E中示出。在第一步骤(图23A)中，将扫描仪放置在待处理区域的左上区域上方。摄像机207捕获大于扫描仪最大视野231的区域230。模式识别算法标识色素沉着区域，并且然后对该区域235进行治疗。然后，如图所示，扫描仪由操作者向右移动(图23B)。操作者需要验证新摄像机图像236中存在与先前摄像机图像230的某些重叠。该重叠明确显示在234和232(先前和当前图像重叠区域)中。使用该重叠，图像231和236被拼接，并且现在新的治疗区域通过图案识别算法来标识，但是掩蔽了在先前步骤235中已经治疗的区域。因此，定义了新的扫描区域237，并且以与先前扫描不重叠的方式执行了扫描(图23C)。然后，操作者将扫描仪移动到区域的左中处(图23D)。这次发现与新图像中的区域239相比，第一图像的区域233有重叠。拼接算法定义了用于治疗的区域240，并且执行了扫描(图23E)。应注意的是，拼接算法依赖于未经治疗的皮肤，因为经治疗的皮肤有时由于皮肤变白(也称为结霜)而在外观上显著不同，这在皮肤进行激光治疗时很常见。

当治疗成轮廓区域时，可以用使用测量的曲率数据将摄像机图像投影到平坦图像中的中间步骤重复上述过程。这些算法是本领域技术人员已知的。然后将大型和/或成轮廓的治疗区域结合起来是直接的。

另外，基于预定义的规则集(通常为特定颜色的激光器)，图案识别算法标识特定的色素颜色并推荐治疗激光波长。

在根据纹身尺寸(参见上文)可能花费几秒钟或更长时间的主激光扫描期间，对象可能移动。因此，摄像机可能对治疗区域进行连续成像并监视运动。为了在扫描期间不被来自主激光器的反射所遮蔽，可以在治疗扫描期间使用机动滤光器209(参见图20)来阻挡各种激光波长。

照明源206(图20)是特别选择的LED。LED中的一些可以发射大体可见范围的“白”光。这些通过算法用于色素沉着区域的模式识别。在一些实施例中，其他LED可以特定于UV范围和/或其他可以特定于IR范围。可以使用不同的照明源拍摄几张图像。UV图像提取有关皮肤中各种色素沉着的信息，而IR图像用于评估IR波长激光的吸收。

该系统可以与6轴机器人集成以自动执行放置(图24)。这可以进一步提高系统的利用率和准确性。

实施例6

如临床经验所示，在激光治疗环节中，可能存在受试者准备和治疗后护理的10至20分钟的最小周期。实际的净激光治疗时间可以相当或更快：使用上述实施例1中的系统，对于200cm

减轻上述的解决方案是根据本发明的由单个治疗激光系统支持的两治疗室设备。参考图25，系统包括一个治疗激光系统(具有多个波长)253、控制单元254、两个治疗室251、252中的两个工作头256、257(例如，如实施例1或实施例5中所述)和机动回转镜255。每个治疗室还包含治疗椅，以及进行治疗所需的所有东西。在本实施例中，当位于适当位置时，回转镜将激光辐射引导到#1252室的工作头。当回转镜不在光路中时，激光被引导到第二治疗室和扫描仪头256。光学细节和回转镜是本领域技术人员众所周知的，并且在此不再详细描述。控制单元可能与实施例1或5中所述的那些非常相似，其中附加了对回转镜的控制。工作头与先前示例中所述的工作头相同：关节臂、扫描仪等。

当在第一房间252中对一个受试者进行治疗时，可以准备在第二房间251中对第二受试者进行治疗。控制单元254可操作以接受来自第一房间工作头257的操作者命令，而忽略来自第二房间工作头256的命令。一旦在第一房间中完成治疗(通过操作者关闭工作头而发出信号)，控制器切换回转镜并转移其待从第二工作头256接收的控制命令。现在准备治疗的第二房间中的受试者开始治疗，并且第一房间中的第一受试者可以接收治疗后护理。之后打扫第一房间，并且下一个受试者准备治疗，因此一旦第二房间中的受试者完成治疗，他/她就准备治疗。

对于实施例1或5的任一工作头，该设备布局将利用率提高了约两倍。对于类似于实施例1的系统，在平均治疗时间为20分钟的情况下，由于开销(受试者护理前后)和治疗次数可能相似，因此利用率可能高于90％。由于治疗激光器实际正在扫描的时间仍然很短(每隔20-30分钟约4分钟)，因此使用类似于实施例5(自动区域扫描)的扫描头仍会导致相对较低的利用率。这在以下示例中将得到解决。

实施例7

如实施例6中所讨论，有益的是增加总体利用率，其因受试者前后护理而降低。系统中最昂贵的部件是治疗激光器。现在参考图26描述用于将系统利用率提高3倍的系统。

使用实现比治疗所需的脉冲能量高3-4倍的脉冲能量的激光器(即，实现10-150mJ的激光器)，激光束在被设置为独立工作的三个治疗区域261、262、267之间被动地分开。

激光器263发射强大的脉冲，所述脉冲被专用分束器264以1：2的能量比例分开。较小的脉冲(原始脉冲的1/3)传播到第一治疗室262。较大的脉冲(2/3或原始脉冲)继续在第二分束器265的方向上传播，在所述第二分束器265中，它被1：1分开并且并行地指向第二房间261和第三房间267。因此，所有三个治疗室都接收约33％的原始脉冲能量。

在每个治疗室中，根据来自每个房间的控制信号分别独立地调制激光辐射。例如，这可以使用用于房间267的普克尔斯盒光学调制器266来实现。因此，三个独立的工作头在三个单独的区域中运作。治疗激光器263连续工作，并且因此不需要在其输出端处使用的任何光学调制器。事实上，该调制器实际上放置在三个房间的每一个中。未使用的脉冲在束流捕集器和每个光学调制器的端部中耗散。

因此，以更昂贵的激光器和三个专用光学调制器为代价，激光器的利用率提高了3倍。

将该实施例与先前的实施例相结合以实现例如六室设备的利用率提高了6倍将是不言而喻的。

实施例8

在以上实施例7中，具有高3-4倍脉冲能量的治疗激光器被并行地分成三个治疗室。虽然按比例缩放脉冲能量通常有利于减少激光器停机时间，但它不可能总是最好的方法，因为激光器成本通常随脉冲能量而缩放。相反，在保持相同脉冲能量(即增加平均功率)的同时增加脉冲重复率通常更有利地缩放。这是因为增加平均功率涉及(以一阶近似值)缩放泵浦源和处理热负荷，而缩放脉冲能量另外涉及处理激光对内部激光器表面的光学损伤，这可以通过缩放光束面积并且因此增加光学元件的尺寸和成本来缓解。

在本示例中，描述了用单个激光器支撑三个治疗区域的诊所。在此使用重复率高3倍(例如600-3000Hz)但1-30mJ的类似脉冲能量的激光器(与单间诊所激光器相比)。

参考图27，激光室270包含上述指定的治疗激光器271、三个快速光学调制器(普克尔斯盒)273、274、275、控制单元292和束流捕集器276。调制器通常会关闭，从而允许激光输出端272不受干扰地行进到束流捕集器276。当调制器273、274、275中的一个打开时，所有辐射都在对应的治疗室的方向上偏转约90度。然后，辐射到达该治疗室中的工作头。

调制器由控制单元292以标称激光频率的三分之一有选择地打开，并且在它们之间具有一个周期时间的相位，这意味着调制器中的第一个调制器只能在每隔三个脉冲打开一次，调制器中的第二个调制器只能为下一个脉冲并且然后从第二个开始每隔两个脉冲打开，依此类推。事实上，组合的调制器正在对来自激光器的脉冲序列进行下采样，其中每个治疗室每隔三个脉冲中的每第一脉冲、第二脉冲或第三脉冲就接收。

除了下采样之外，调制器仅在需要从其对应的治疗室发射激光时才引导脉冲。详细的时序图在图28中示出。激光脉冲被描绘为暗矩形310，而x轴表示时间。来自激光输出端272的原始脉冲序列显示为300。附图标记301指示来自第一治疗室工作头的信号，请求在两个单独的时间段进行治疗扫描。在302处，示出了到达治疗室281中的工作头292的第一调制器272的输出。当存在来自对应的工作头的请求时，来自激光器的每隔两个脉冲被引导到第一房间。其余脉冲303在第二调制器274的方向上连续。在304处，示出了来自第二房间工作头279的请求的治疗信号以及由第二调制器274在第二治疗室278的方向上偏转并最终到达工作头279的脉冲。未偏转的脉冲305继续朝向第三调制器275。数字306指示第三工作头的请求治疗信号和到达第三房间的所得脉冲。未偏转的脉冲307最终到达它们在那被吸收的束流捕集器276。

总而言之，三个快速光学调制器利用高脉冲重复率激光器来同时且独立地治疗三个治疗室，从而实现激光器的高利用率并产生良好的投资回报。尽管三个调制器在本实施例中用于将连续的激光脉冲引导到三个对应的治疗区域的工作头，但是本领域技术人员将理解，在其他实施例中，取决于激光器的原始脉冲重复率，更少或更多调制器可以用于将光束选择性地引导到两个或四个或更多个治疗室中。

计算装置和系统

本文描述和/或图示的计算装置和系统广泛地表示能够执行计算机可读指令的任何类型或形式的计算装置或系统。在其最基本的构型中，这些计算装置可以各自包括至少一个存储装置和至少一个物理处理器。

在一些示例中，术语“存储装置”通常是指能够存储数据和/或计算机可读指令的任何类型或形式的易失性或非易失性存储装置或介质。存储装置的示例包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、光盘驱动器、缓存、变型或其中的一个或多个的组合或任何其他合适的存储内存。

在一些示例中，术语“物理处理器”通常是指能够解释和/或执行计算机可读指令的任何类型或形式的硬件实现的处理单元。物理处理器的示例包括但不限于微处理器、微控制器、中央处理器(CPU)、实现软核处理器的现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、其中的一个或多个的部分、其中的一个或多个的变型或组合、或任何其他合适的物理处理器。

本文描述和/或图示的步骤的工艺参数和顺序仅作为示例给出，并且可以根据需要改变。例如，尽管可以特定顺序示出或讨论本文图示和/或描述的步骤，但是不一定需要以图示或讨论的顺序执行这些步骤。本文描述和/或图示的各种示例性方法还可以省略本文描述或图示的步骤中的一个或多个，或者除了所公开的步骤之外还包括附加步骤。

根据本文描述的一般原理，来自本文描述的实施例中的任一个的特征可以彼此结合使用。在结合附图和权利要求阅读前述详细说明后，将更充分地理解这些和其他实施例、特征和优点。

已经提供了前面的描述以使得本领域技术人员能够利用本文所公开的示例性实施例的各个方面。该示例性描述并不旨在是详尽的或限于所公开的任何精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，许多修改和变化是可能的。本文所公开的实施例应被视为在所有方面是说明性的而不是限制性的。在确定本公开的范围时，应参考所附权利要求及其等同物。

参考文献

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