专利名称:使用激光束用于皮肤科治疗的设备的制作方法
技术领域:
本发明涉及一种使用激光束用于皮肤科治疗的设备,所述激光束的波长优选为
I.I μ m 至 I. 6 μ m,例如 I. 21 μ m。
背景技术:
通过文献WO 2009/071592已知,存在用于外科创伤的围术期治疗和术后治疗的设备。该设备使用波长为O. 6 μ m至2. 5 μ m的激光源,使其光束成形,以使得当激光器照射皮肤时,能量在待治疗区域上的分布是均匀的。更具体地,使光束成形为矩形以便匹配切口的几何结构,然后,以大小等于由激光束形成的矩形的长度的若干段来治疗切口。该设备的困难在于以下事实对于每一段,必须确定激光器的功率和曝光时间,以 便将切口边缘加热至必须精确处于45°C至55°C之间的某一温度(低于45°C的温度是无效的,而高于60°C的温度则引起烧伤)。在该范围内,加热产生真皮中的热应力,其通过产生特定蛋白质(HSP :热休克蛋白)来表现,该热应力干扰自然愈合机制。因此,加热促进经历了切割的组织的更快更好的有机再生。最后,愈合因而被促进,并最终更不易看出来。为了限制超过60°C从而烧伤患者的风险,可将所述激光器与文献W02008/107563中所描述类型的安全带相组合。由于该激光器可仅在接近该带(例如小于5_)时才被激活,所以该带确保使用者的安全。为了调节激光器的点火功率,另外存在根据患者皮肤类型的不同类型的带。实际上,可将皮肤类型分为不同类别(根据Fitz-Patrick测试分为六类针对非常白的皮肤的感光I型至针对非常黑的皮肤的感光VI型)。因此,医师选择与患者感光型(phototype)相关的带,所述带允许激光设备根据患者的感光型调节其治疗参数(功率、时间)。发明人表明,使用波长为1210nm而不是810nm的激光源,能够实现加热而几乎不受皮肤类型的影响。然而,患者的感光型并不是影响激光设备治疗期间所达到温度(最终温度)的唯一参数;以下变量也具有影响-激光治疗前所述区域的温度(初始温度)。-切口中、切口边缘和/或切口下血液的存在产生强烈的影响,这是因为血液比浅色皮肤加热得更快。当然,该因素显著依赖于手术的类型和医师的外科技术。发明人证实在1210nm波长的情况下,纯血和无血皮肤表面经历差不多相同的加热。切口中存在的血量将对激光辐照区域的加热产生微弱影响,从而将对疤痕治疗产生微弱影响。-经辐照组织的血管形成。组织越被加热的血液灌洗,其被加热得就越快,这仍是由于血液与皮肤的其他组分相比吸热更快这一事实。-经历了切割的皮肤的厚度。目前,发明人观察到用波长为1210nm的激光源实现的加热在至少2mm的深度上是均匀的。这些参数在设备的常规使用期间难于测量,并且根据患者和医师的技术会变化极大。因此,难于准确地预测在使用激光设备治疗期间达到的温度,从而不能排除超过600C (烧伤)或保持低于45°C的温度(无效治疗)的风险。为了减轻类似困难,现有技术设计了在红外传感器(高温计)的控制下对由于放置激光设备而产生的皮肤温度上升进行控制,该红外传感器(高温计)实时监测患者皮肤的温度,且在必要时调节皮肤上激光束的功率。特别地,在专利US 5,409,481和专利申请US 2007/0179484中设计了此类设备的示意图。事实上,已知对任何物体(body)温度的无接触测量可以通过测量由该物体发射的红外辐射来实现。实际上,根据普朗克定律,每个物体均发射红 外辐射,该红外辐射的波长和功率与温度相关。例如,300° K(23°C )的物体基本上发射波长在6 μ m至10 μ m范围内的红外辐射。对于温度为Ttjw的物体,每单位面积辐射的功率E通过下式给出E= £^- 'J + Jrc4J7ji其中,ε为所考虑的物体的发射率,其中σ为斯特番-波尔兹曼常数(Stefan-Boltzmann constant)。用于皮肤科治疗的设备所用的激光源的波长为O. 6 μ m至2. 5 μ m。待测量的温度低于70°,其对应于在6μπ 至ΙΟμπ 范围内的热辐射。由于这两个范围没有重叠,因此在有激光辐射的情况下进行温度测量是可能的。然而,创造这样设备的目前是困难的。首先,设备被激光束加热的区域通常尺寸很小,这是因为每单位面积上需要大量的能量来加热待治疗区域。图I示出了该问题。该图示出了辐照并因此加热待治疗的皮肤(3)的区域(2)的光源⑴。根据期望的治疗应用,所述区域(2)的形状可以是例如圆形或矩形。区域(2)的面积S1通常为O. Icm2至 2cm2。该图还示出了旨在测量区域(I)之温度的红外传感器(4)。该红外传感器(4)在皮肤(3)上的视场为区域(5)。红外热传感器的视场通常较广,即可见锥区,其通常全角为50° (根据类型从20°至70°变化)。通过距光束辐照区域30mm放置这样的传感器,被红外传感器察看的区域(5)的面积S2等于
Sj = 3 tan= 6,14c77iz因此显著大于区域(5)的面积S2。其结果为T° ! > T° p > T0 2其中T° i为激光束辐照的区域(2)的温度,T0 2为未被激光束辐照的皮肤(3)的温度,T0 p为红外传感器测量的温度。图(11)示出了在该情况下温度Τ° ι与温度Τ° ρ之间的差异的实例。因为测量的温度处于辐照区的温度与非辐照区的温度之间,因此测量的温度极不精确。为了解决该问题,可考虑移动红外传感器以更接近待治疗区域。然而,另外的困难于是出现了,该困难在于皮肤是一种引起光线强烈漫射的介质这一事实。该结果为光子在被吸收之前可沿皮肤内的复杂路线而行。如图(2)中所示,使这些光子中的一些(6)再次从皮肤中“出来”,看起来就像是由皮肤发射的一样。实际上,入射到患者上的约10%的光功率被这样漫射并且在皮肤外再发射。这种漫射以两种方式干扰红外热传感器的操作。-由于光束的漫射产生的光子(6)(波长O.6 μ m至2. 5 μ m)和由于皮肤的温度而由皮肤辐射的光子(波长6 μ m至10 μ m)彼此合并且相加。红外传感器通常配有波长敏感性选择性过滤器以便抑制该类型的干扰。然而,在该情况下,光束漫射的每单位面积上的功率比由温度为45°C的物体辐射的每单位面积上的功率大10至15倍。即使过滤器有效,其也不能满足需要。因此,随着光束的功率增加,温度测量越来越错误。通过计算来补偿该干扰意味着确定被扩散光束的功率的比例,其值因人皮肤而异(例如白皮肤与黑皮肤)变化。
-由于光束的扩散产生的光子具有使接近经历治疗的区域的所有元件(特别是温度传感器)升温的继发效应。因此,基于下述两项信息来计算通过传感器测定的温度测量值由传感器返回的电信号和传感器本身的温度测量值。因此,尽可能接近红外热传感器来放置温度探针。快速加热(诸如由光束的漫射而产生的快速加热)产生红外传感器与温度探针之间的瞬间热平衡。因此使来自温度探针的数据不真实,其为计算的温度。图12示出了在本文中温度Τ° ι与温度Τ° ρ之间差异的实例。鉴于与远离待治疗区域或邻近待治疗区域的距离有关的这些额外的困难,现有技术中的激光设备实际上都没有因测量的显著不准确而组合有红外传感器。
发明内容
本发明旨在减轻这些缺陷,本发明的目的是提供一种使用光束的皮肤科治疗设备,其使用红外传感器在确保治疗有效性的同时消除所产生的烧伤风险。为此,本发明的第一个目的是一种使用激光束的皮肤科治疗设备,包括-光源,其适于将光束定向至待治疗皮肤表面的至少一个区域上;-无接触测量装置,其对根据温度的辐射敏感,用于测量与所治疗皮肤区域相对应的皮肤表面;以及-通过所述测量装置控制所述光源的装置。所述设备的特征在于所述无接触测量装置包含红外传感器和物镜,所述物镜适于将所述红外传感器的视场进行聚焦,使得包含在所述视场中的皮肤表面被全部包括在由所述设备治疗的所述皮肤区域中。本发明的目的还在于一种使用激光束用于皮肤科治疗的系统,所述系统包含以上描述的机构以及所述光源与所述待治疗皮肤区域之间的交互作用装置,所述交互作用装置配置成与所述控制装置协作。最后,本发明的目的在于一种实现如先前所述的设备或系统的皮肤科治疗方法。
-已描述的图I示出了需要在本发明的情况下解决的困难之一。-已描述的图2示出了需要在本发明的情况下解决的另一个困难。
-已描述的图3和图4示出了需要在本发明的情况下解决的第三个困难。-图5为根据本发明的一种设备的图不。-图6为在本发明的情况下使用的一种红外传感器的图示。-图7为实施本发明的第一种方法的图示。-图8为实施本发明的第二方法的图示。-图9为实施本发明的第三方法的图示。-图10为图9中示出的实施本发明的方法的一种变化形式的图示。-图11为在图I说明的情况下发生的两个温度随时间变化的图示。·
-图12为在图2说明的情况下发生的两个温度随时间变化的图示。-图13为在图3和图4说明的情况下发生的两个温度随时间变化的图示。-图14为在实施其中控制装置为开/关型的本发明的方法的情况下发生的两个温度随时间变化的图示。-图15为在实施其中控制装置为调整型的本发明的方法的情况下发生的两个温度随时间变化的图示。-图16为包含根据本发明的设备的皮肤科治疗系统的图示;以及-图17为在存在物镜的情况下的所治疗皮肤区域的红外传感器的视场的图示。应当注意,在图5至图17中,对于等同的元件,使用与图I至图4中使用的附图标记相同的附图标记。
具体实施例方式就光源而言,可使用激光源或LED源,但优选使用激光源。所述激光源在O. 6 μ m至2. 5 μ m、优选O. 7 μ m至2. 2 μ m、特别优选I. I μ m至I. 6 μ m、例如I. 21 μ m的波长范围内发射。该光源允许将I至500J/cm2、优选2至250J/cm2、特别优选5至200J/cm2皮肤的注量(fluence)输送到所治疗的皮肤表面上。在根据本发明的设备的情况下,红外传感器的视场并不因此而更发散,而是具有收缩区(焦点),在该收缩区周围视场的直径最小。因此,实际上可以在距离传感器IOmm至60_处获得直径为1.5_至8_的视场。因此可以使传感器远离治疗区,从而避免由于激光的漫射而产生的干扰。实际上,光干扰的强度随传感器和治疗区之间距离的平方成比例地减小。该配置在关于以上提到的第一个困难方面也是有利的,所述第一个困难即传感器视场比治疗区域大,这也显著地使红外传感器的测量不准确。更具体地就物镜(20)而言,图17表示在以下情况下需要合并的不同参数选择透镜并相对于红外传感器(4)和待治疗皮肤区域(2)定位该透镜,使得包含在红外传感器视场(5)中的皮肤区域完全地包括在通过所述皮肤科治疗设备来治疗的皮肤区域(2)中。更具体地,在该图中* A和d分别表不红外传感器⑷的光敏兀件的中心和直径。Θ表不在没有物镜
(2)的情况下光敏元件的视场的角度。*A/和d'分别表示光敏元件在患者皮肤上的映像(5)的中心和直径,该映像完全包括在所述光束治疗的皮肤区域(2)中。
为透镜的主焦点,F'为透镜的副焦点,O为透镜的中心,D为物镜的直径。更具体地,本发明人已经能够证明通过求解以下三个方程式可以确定物镜(20)的位置和直径
权利要求
1.一种使用激光束用于皮肤科治疗的设备,包含 -激光源(1),其适于将光束定向至待治疗皮肤表面的至少一个区域(2)上, -无接触测量装置,其对根据温度的辐射敏感,用于治疗与所治疗皮肤区域(2)相对应的皮肤表面,以及 -通过所述测量装置控制所述激光源的装置(13); 所述设备的特征在于,所述无接触测量装置包含红外传感器(4)和物镜(20),所述物镜(20)适于将所述红外传感器的视场(5)进行聚焦,使得包含在所述视场(5)中的皮肤表面被全部包括在由所述设备治疗的所述皮肤区域(2)中。
2.根据权利要求I所述的设备,其中,所述激光源的波长为1.1ym至1.6 μm,例如.1.21 μ m,这样的波长使得能够在至少2mm深度处获得均匀加热。
3.根据权利要求I或2所述的设备,其特征在于,所述物镜(20)的位置和直径通过求解以下三个方程式来确定
4.根据权利要求I至3中任一项所述的设备,其特征在于,所述控制装置(13)为开/关型,其适于在由所述红外传感器(4)在所治疗皮肤区域(2)测得的温度超过预定值时关闭所述激光源(I)。
5.根据权利要求I至3中任一项所述的设备,其特征在于,所述控制装置(13)为调节型,其适于调节所述激光源(I)的功率以便将由所述红外传感器(4)对所治疗皮肤区域(2)测得的温度保持在两个预定值之间。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的设备,其特征在于,所述设备还包含过滤装置,所述过滤装置布置在所述红外传感器与所治疗的所述皮肤表面之间,所述过滤装置由在6μπ 至ΙΟμ 的波长范围内透光以便允许温度测量并且在O. 6μπ 至2. 5μπ 的波长范围内不透光的材料构成。
7.根据权利要求6所述的设备,其特征在于,所述过滤装置由硅或锗制成,优选由硅制成。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的设备,其特征在于,所述设备还包含头部(22),所述头部(22)可被应用于所述皮肤的包括所述待治疗表面的部分,其中,所述头部包括使所治疗表面平滑的装置(27 ;28)。
9.根据权利要求8所述的设备,其特征在于所述头部包含配有开口(26)的腔(24),所述开口(26)可被应用于所述待治疗皮肤表面,所述光束和所述测量装置的视场穿过所述腔并到达所述开口,所述腔被在所述开口外周的内唇缘(27)部分地封闭,所述内唇缘(27)显著地平坦并且可被应用于所述待治疗皮肤表面。
10.根据权利要求8或9所述的设备,所述头部包含配有开口的腔,所述开口可被应用于所述待治疗皮肤表面,所述光束和所述测量装置的视场穿过所述腔并到达所述开口,所述开口被窗(28)封闭,所述窗(28)由可透过所述光束以及所述测量装置所检测到之辐射的材料制成。
11.一种使用激光束的皮肤科治疗系统,其特征在于,所述系统包含根据前述权利要求中任一项所述的设备、以及所述激光源与所治疗皮肤区域之间的交互作用装置(30、32),所述交互作用装置配置成与所述控制装置(13)协作。
全文摘要
本发明涉及一种使用光束用于皮肤科治疗的机构,包含激光源(1),其适于将激光束定向至待治疗皮肤范围内的至少一个区域(2);无接触测量装置,其对根据温度的辐射敏感,用于测量所治疗皮肤区域(2)所对应的皮肤区域;以及通过所述测量装置控制所述激光源的装置(13),该设备的特征在于,所述无接触测量装置包含红外传感器(4)和物镜(20),所述物镜(20)适于将所述红外传感器的视场(5)进行聚焦,使得包含在所述视场(5)中的皮肤区域被完全包括在所述设备治疗的所述皮肤区域(2)中。
文档编号A61B18/20GK102892371SQ201080059628
公开日2013年1月23日 申请日期2010年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者西尔万·吉劳德, 阿尔班·戈斯, 阿兰·科尔尼, 帕特里克·佩罗纳 申请人:威瓦科技公司