用于基于多光子电离的皮肤处理的皮肤处理设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及使用激光的皮肤处理，并且更具体地涉及用于在皮肤组织中的目标位置产生多光子电离过程的皮肤处理装置。
【背景技术】
[0002]通过预防或减少皮肤皱纹来维持年轻外表的愿望是人类社会的一个重要问题。许多技术已经被设计用于实现上述问题。从公布的国际专利申请WO 2008/001284 A2中已知的技术之一是，在待处理皮肤的真皮层形成焦斑。所述WO申请公开了一种具有激光源和聚焦光学器件的皮肤处理装置，其中激光的功率被选择为使得激光诱导光学击穿(L1B)影响皮肤，以刺激皮肤组织的再生长并减少皱纹。此L1B是基于皮肤组织对激光的强非线性吸收，其在激光的功率密度的某一阈值之上发生于激光束的焦斑中。这种强烈的吸收会产生局部等离子体，其能够在所述等离子体的位置破坏或甚至去除组织。这是由二次主要机械效果，例如所产生的等离子体的快速膨胀引起的。这种效果非常局部，因为低于该阈值存在零或很少的线性和非线性吸收，而高于阈值，等离子体被产生，其甚至更强烈地吸收激光。换句话说，效果诸如L1B只发生在焦斑处，而在焦斑上方和下方没有或非常弱的效果发生。这意味着，例如表皮可以容易地被保护以免受不期望的影响或破坏。
[0003]通过多光子电离的激光皮肤烧蚀，诸如例如激光诱导光学击穿，需要1013W/cm2量级的高光强度。由于非常高的光子注量(典型地MO31Cnf2S-1)，在波长λ处具有能量hv的多(N)光子表现得像能量Nhv的光子，其与电子相互作用，以从价带释放它。这需要被吸收光子的总能量大于电离势(Nhv>A)。这种通过电离的所谓种子电子或自由电子的产生需要具有相同偏振的多个光子(N)，其在空间(焦体积)和时间(约毫微到毫微微秒)上被限制，总能量超过材料的电离势(Nhv>A )。在皮肤内部深层实现多光子电离是一种挑战性任务。
[0004]US2013/0199540 Al公开了一种用于活组织的等离子体处理的设备，其具有用于产生大气压等离子体射流的等离子体源，用于包括待处理组织的身体部分的支撑装置，用于相对于组织表面移动等离子体源的移动装置，和用于控制移动装置且用于控制等离子体源的操作的控制装置，其中，控制装置具有用于作为相对于组织的位置函数调节等离子体输出的装置。在一个实施例中，该设备具有用于测量等离子体射流的出口开口的前端和待处理对象之间的距离的光学装置。所述光学装置包括激光源，其产生通过形成在等离子体发生器的内部电极中的通道朝向待处理对象被引导的激光束。由所述对象反射的激光束在相反的方向上被引导通过通道，并通过输出耦合镜反射到光传感器。在另一个实施例中，在等离子体处理之前、期间和之后，热处理、光处理和/或激光处理可以进行。这些额外的处理可以支持并延伸等离子体处理的工作方式。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的是提供一种用于在皮肤组织中的目标位置产生多光子电离过程的非侵入性皮肤处理设备，借助该设备多光子电离过程以相对低的光强度产生。
[0006]根据本发明，这个目的是通过一种皮肤处理设备实现的，其包括:
[0007]激光源，其被配置并构造为用于产生处理激光束，
[0008]光学系统，其被配置并构造成使得，在使用中，处理激光束被聚焦到皮肤组织中的目标位置的焦斑中，
[0009]等离子体单元，其被配置并构造为用于产生等离子体使得，在使用中，等离子体的至少一部分穿透皮肤组织，并且在皮肤组织中的目标位置生成至少一个自由电子，和
[0010]控制单元，其被配置并构造为用于控制激光源和等离子单元，
[0011]其中激光源和光学系统被配置和构造成使得，在使用中，在皮肤组织的焦斑中的处理激光束的功率密度低于对于皮肤组织的第一功率密度阈值，高于该阈值，自由电子在皮肤组织内通过存在于处理激光束中的光子的吸收生成，并在焦斑中的处理激光束的功率密度高于对于皮肤组织的第二功率密度阈值，高于该阈值，雪崩电离过程在皮肤组织内由存在于处理激光束中的光子的自由电子通过逆轫致辐射吸收产生。
[0012]本发明是基于这样的认识，用于在皮肤组织内产生种子电子或自由电子所需的激光束强度，也就是激光束在焦斑中的功率密度，与在多光子电离过程中产生后续雪崩电离过程所需的激光束强度相比显著更高。发明人已经认识到，通过在皮肤表面附近提供等离子体，用于产生多光子电离过程所需的整体激光束强度被降低。在皮肤表面附近提供的等离子体穿透皮肤组织并在目标位置产生至少一个自由电子。由等离子体在目标位置产生的所述至少一个自由电子随后充当用于电离过程的种子电子。处理激光束的光的至少一部分，其被聚焦到目标位置，将被等离子体所产生的种子电子吸收以在皮肤组织内部发起雪崩电离过程。这样，由于产生用于多光子电离过程的种子电子的等离子体的存在，用于产生多光子电离过程所需的处理激光束强度与单独由激光产生而不存在等离子体的多光子电离过程相比被减小。
[0013]在皮肤组织内部产生损伤的多光子电离过程要求高的光强度，即高的激光束的功率密度，例如1013W/cm2的数量级。多光子电离过程实际上是两步骤的过程，其中在第一步骤中，经由具有相同偏振状态的多个光子的吸收产生自由电子或种子电子。在第二步骤中，通过种子电子的借助光子的逆轫致辐射吸收产生雪崩电离过程。产生种子电子所需的激光束强度阈值与产生雪崩电离过程所需的激光束强度阈值相比显著更高。通过多光子电离的种子电子生成是介质特性和光束特性两者的函数。当偏振光被聚焦到如皮肤的混浊介质内部时，在焦斑中具有相同偏振的光子的部分显著降低。这是由光子(中的一些)因皮肤组织的高NA聚焦、多重散射和双折射引起的偏振变化造成的。用于借助已知皮肤处理设备产生多光子电离过程所需的相对高的激光束强度阈值，应至少部分地补偿可用于在皮肤组织中目标位置的多光子电离的具有相同偏振的光子数量的减少。用于发起和产生此多光子电离过程所需要的该相对高的强度阈值也增加了对周围组织的附带损害的风险，并且显著增加了已知皮肤处理设备的总功率要求。通过使用等离子体，其在皮肤表面附近被产生并穿透皮肤组织以在皮肤组织中的目标位置生成至少一个自由电子，用于产生多光子电离过程所需的处理激光束强度的降低被实现以达远低于使用已知皮肤处理设备时所需的激光束强度阈值的水平。
[0014]在根据本发明的皮肤处理装置的一个实施例中，控制单元被配置和构造为仅在已经由等离子体单元产生等离子体后，激活激光源产生处理激光束。这样，由等离子体单元产生的等离子体能够穿透皮肤组织，以在目标位置提供至少一个自由电子。
[0015]在根据本发明的皮肤处理装置的又一个实施例中，皮肤处理装置还包括由控制单元控制的电场发生器，其中电场发生器被配置并构造成用于在使用中产生电场以朝向目标位置引导等离子体。除了朝向目标位置引导等离子体，电场可以被配置和构造成也迫使等离子体的至少一些进入皮肤组织以到达目标位置，并在目标位置提供至少一个自由电子。在本实施例中，控制单元可以被配置和构造用于调节由电场发生器产生的电场的强度，以达到等离子体朝向目标位置的期望的穿透深度和/或期望穿透速度。例如，当皮肤处理设备的处理激光束扫描过皮肤表面用于相对大区域的处理时，电场强度可以被调整或适配于遵守在处理过程中用户所使用的扫描速度。
[0016]在根据本发明的皮肤处理装置的一个实施例中，等离子体单元包括其中产生等离子体的等离子体通道。在本实施例中，在使用中，流体朝向皮肤表面流经等离子体通道，流体的至少一部分在等离子体通道中被转换成等离子体。朝向皮肤表面流经等离子体通道的流体将导致等离子体流或甚至等离子体射流，其可以被引导到皮肤组织的表面，并且其也可以用于改善等离子体朝向目标位置的穿透深度和穿透速度。在根据本发明的皮肤处理设备的另一实施例中，等离子体通道包括用于朝向皮肤表面发射等离子体的出口，出口被配置和构造成用于朝向皮肤组织内的目标位置引导等离子体。出口可以例如包括喷嘴，等离子体射流可以从其被发射并且其可以被用于朝向皮肤组织内部的目标位置引导等离子体射流。当皮肤处理装置在使用中时，流体可以以每分钟2和20标准公升之间的流速流过等离子体通道或，例如，在以每分钟5和10标准公升之间的流速流过等离子体通道。优选地，流体包括惰性气体，诸如例如氩。使用惰性气体将防止在目标位置由等离子体产生至少一个自由电子或种子电子的过程中发生任何不希望的化学反应。例如，氩气的使用导致相对有成本效益的解决方案，因为相对于其他惰性气体，氩气是比较便宜的。
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