多束激光治疗设备的制造方法
【专利摘要】本发明的实施方式包括用于激光伤口愈合的治疗设备和相应的治疗方法，该设备和方法利用施加于人体组织处的多个激光类型和激光波长的同时作用。治疗设备通常包括激光系统以及耦接至激光系统的机头。机头被设计为使得一个或多个激光束以相对小的束斑和相对高的功率电平被施加，并且由具有相对低的功率电平的另一个激光束的相对大的束斑包围。在优选的实施中，机头被适于促进第一激光束和第二激光束与第三激光束一起发射，与第一激光束和第二激光束相比第三激光束以不同的空间分布传送。
【专利说明】多束激光治疗设备
[0001]相关申请的引证
[0002]本申请要求于2014年I月31日提交的美国临时申请第US 61/934,599号、标题为“多束激光处理设备”的优先权，其全部内容通过弓I证结合于此。
技术领域
[0003]本发明的实施方式主要涉及医疗激光系统，并且更具体地，涉及用于多束激光治疗的设备和方法，在多束激光治疗中，组织部位被同时暴露于不同的激光类型和激光波长，以达到改进的治疗效果。
【背景技术】
[0004]激光已应用于各种医疗和牙科治疗过程中，其中一些最常见的操作包括组织的切害J、消融、消毒或者其他治疗。根据激光发射的具体波长、输出功率、脉冲宽度以及目标组织的吸收率，可以切割和消融从软组织(诸如肌肉和皮肤)到硬组织(诸如牙齿和骨骼)的不同生物材料。输出功率水平高达几十瓦的激光系统可以用于这些应用，尽管输出功率水平在10毫瓦范围内的低功率激光系统可以用于杀菌应用、组织生物刺激应用、低光照疗法(1w-level light therapy)以及其他非组织破坏性应用。
[0005]常规激光系统通常包括三个主要部分:生成激光的激光器介质；电源，将能量以激活激光器介质以发射相干光所需的形式传送给激光器介质；以及光学腔或者谐振器，会聚光以激励激光辐射的发射。根据所用的激光器介质的类型，介质是否包括一种或多种气体、化学物质、染料、金属蒸汽以及激光器是固态还是半导体等，激光发射可在从紫外波长、可见光波长到红外波长的范围内。
[0006]在高输出功率外科激光应用中，经常使用固态型激光器，其中激光器介质包括固体基晶体(solid host crystalline)或者包括含有至少一种掺杂剂材料的玻璃结构。具体的掺杂剂材料和对应的发射波长在本领域内是公知的。例如，在硬组织和软组织消融应用中，经常利用发射波长约为1.064μπι的掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器、发射波长为2.94μπι的掺铒钇铝石榴石(Er: YAG)激光器以及掺钬钇铝石榴石(Ho: YAG)激光器。此外，掺铒铬钇钪镓石榴石(Er，Cr:YSGG)激光器已成功用在在医疗应用中。其他利用气体诸如二氧化碳、氩气、铜蒸汽激光以及准分子介质(例如，使用稀有气体卤化物)的激光器介质也已成功使用。
[0007]在典型的激光系统操作期间，利用光栗(诸如生成持续时间短、强、非相干、全光谱光的闪光灯)将激光器介质(例如掺杂的固态基结构)激发到粒子数反转态。在粒子数反转态中，高能量状态的原子多于较低能量状态的原子。
[0008]除了闪光灯，还可以使用电驱动二极管激光器。激光器介质布置在限定光学谐振器的两个或多个反射镜之间。随着反射镜的每一次反射，光进一步由光栗激励，导致其放大。反射镜中的一个是部分反射镜(其允许放大的光中的一些作为激光发射射出腔体)，并且还可以称为输出耦合器。激光输出通常通过注入Q切换这样的技术来脉冲化，可以导致显著更高的瞬时激光功率输出，并且连续或准连续操作也是可能的。
[0009]激光二极管还可以用于医疗应用中。类似于操作发光二极管，激光二极管包括P层和η层，活性光子发射层在P层和η层之间。类似于固态激光器，存在一个或多个反射器以及输出耦合器，所有这些都合并到半导体组件内，使得电流提供激励以达到粒子数反转态。
[0010]适合于外科应用的常规激光装置通常包括上述激光能量源和耦接至激光能量源的单独的机头，其可由操作者手动操作。在基本实施中，机头包括与波导和激光能量源光通信的尖端。尖端将发射的激光引导至目标组织部位上，并且不同的形状配置可以产生不同的输出分布(output profile)，包括简单的圆形图案。激光发射可以以使操作者接触目标组织部位时的灵活性和舒适性最大化的任何角度而被引导。使用不同的反射器设置，光学路径可以从连接电缆和机头轴偏置。
[0011]如以上简要提到的，切割和消融功效很大程度上取决于发射的波长和目标组织对具体波长的吸收率。进一步，发射的强度以及脉冲的持续时间必须设为确保组织不沸腾(boil)或者蒸发(vaporize)，沸腾或者蒸发会导致更大的损伤和出血。随着利用激光发射的辐射，消融的组织区域由碳化区、液泡松散开的区、凝固区以及可逆地热损伤区包围。由于可以切割组织而不流血，凝固区的形成以及所导致的止血是有优势的。
[0012]为了获得给周围组织带来最少量损伤的最佳结果，必须对于每一个临床应用优化激光发射参数。尽管还知道不包括激光发射的补充特征，但大多数激光治疗设备因此专用于一种操作。例如，水供应管线和空气供应管线可以合并到机头内，以将水和空气传送到目标组织区域。这使目标组织冷却并且促进去除碎片。为了进一步辅助碎片的去除，可以结合真空管线。使用水和空气来提高功效不限于这些目的，并且已开发可替换的切割机制，通过该机制激光能量被引导至位于远离目标组织部位的空间体积内的原子化流体颗粒的分布，并且该机制公开在例如
【申请人】Rizoui的美国专利第5741247号中，其公开内容通过引用结合于此。激光能量被理解为与原子化的流体颗粒相互作用，使该流体颗粒膨胀并且将机械切割力施加到目标表面上。
[0013]至于多个激光发射可以合并到单个激光系统内的程度，现存的激光系统，诸如在Freiberg美国专利第5139494号中公开的那些激光系统，涉及将单个激光导管用于接触(engaged to)多个激光能量的源的目标组织，多个激光能量的源中的每一个具有不同的治疗效果。激光源可以单独激活，并且虽然指示同时操作，激光能量源中的每一个被配置为作为己知效果的独立单元操作。可替换地，一些其他激光能量源考虑调节激光源，使能够以不同波长和不同持续时间选择激光能量的发射。
[0014]因此，在本领域内需要利用同时的激光发射用于改进的激光治疗，以便获得超过独立操作这样的多个激光发射的增强的治疗能力。在本领域内还需要这样的激光治疗以在单个过程中获得改进的伤口清创、细菌减少和/或失活、生物刺激、组织消融、凝固以及生物膜破坏及其组合。
【发明内容】
[0015]根据本发明的实施方式，提供了用于激光伤口愈合(laserwound healing)的治疗设备和相应的治疗方法。该设备和方法利用施加至人体组织的多个激光类型和激光波长的同时作用。治疗设备通常包括激光系统以及连接至激光系统的机头。机头被设计为使得一个或多个激光束以相对小的束斑和相对高的功率电平被施加，并且由具有相对低的功率电平的另一个激光束的相对大的束斑包围。在至少一个实施方式中，机头适于促进第一激光束和第二激光束与第三激光束一起发射。与第一激光束和第二激光束相比，第三激光束以不同的空间分布传送。
[0016]在一些实施方式中，机头可以以多种不同的配置中的任一种来设置。在一个实施方式中，机头通常包括相对长的中心波导，中心波导适于与表面(诸如对象组织)接触或者非常接近其表面操作的同时，促进第一激光束和第二激光束的传送或者发射。在一些实施方式中，第三激光束可以通过不同的波导传送到组织，并且可以有效地包围中心波导的施加区域。鉴于此，在一些实施方式中，第一激光束和第二激光束可以以更小的中心束斑施加，同时被第三激光束包围。通过举例的方式，而并不以限制的方式，在于2013年12月31日提交的标题为双波长激光治疗设备的
【申请人】的共同未决美国专利申请第14/587，995号中，具体描述了适合于促进至少第一激光束和第二激光束沿着共同的中心波导生成的机头构造，其公开内容通过引用结合于此。在
【申请人】Boutoussov等的美国专利第7 ,292，759号、
【申请人】Boutoussov等的美国专利第7,461,982号、
【申请人】Boutoussov的美国专利第7，578，622号、
【申请人】Boutoussov的美国专利第7,563,226号中发现了其他可能的合适的机头构造，其公开内容同样通过引用结合于此。
[0017]在本发明的又一些实施方式中，机头可以包括各种非接触性光学部件(例如，一个或多个透镜和窗口)。在一些实施方式中，非接触性光学部件可以总体来说以如下方式运行:在通过自由空间传播之后激光束图案在组织表面上形成如上所述本质上相同的分布，即第一激光束和第二激光束以更小的中心束斑施加，同时被第三激光束包围。
[0018]在一些实施方式中，第一激光源、第二激光源以及第三激光源可以一起操作以生成协同地增强组织治疗的组合激光发射。此外，在一些实施方式中，添加用于治疗的消融形式的喷水，可以减小消融宽度、增加消融深度、以及减小会伤害周围组织的碳化，而可能增加具有利用三个激光发射的治疗的功效。进一步，在一些实施方式中，协同使用三个激光源可以提供杀菌、生物刺激或者伤口愈合，以及疼痛减少的益处。鉴于此，尽管本文中描述的本发明的实施方式可以用于伤口治疗和愈合(例如，表面清创、细菌减少以及生物刺激)，而其他临床应用像组织切割和细菌减少，也可以有效实施。此外，在一些实施方式中，选择性地管理第一激光源、第二激光源以及第三激光源的发射的控制系统可以实现上述功能。
[0019]当结合附图阅读时，通过参考以下详细描述，能最好地理解本发明的实施方式。
【附图说明】
[0020]当参考附图时，本发明的这些还有其他特征将变得更加明显，在附图中:
[0021]图1是示出根据本发明的第一实施方式的激光治疗设备的发射端的正视图；
[0022]图2是图1中示出的激光治疗设备的发射端的侧面轮廓图，进一步示出从发射端射出的激光发射图案的实施方式；
[0023]图3示出了当从图1和图2中示出的激光治疗设备的第一实施方式输出时，目标组织部位上的示例性激光发射图案；
[0024]图4是示出根据本发明的第二实施方式的激光治疗设备的发射端的正视图；
[0025]图5是图4中示出的激光治疗设备的发射端的侧面轮廓图，进一步示出从发射端射出的激光发射图案的实施方式；以及
[0026]图6示出了当从图4和图5中示出的激光治疗设备的第二实施方式输出时，目标组织部位上的激光发射图案的另一个实施方式。
[0027]贯穿附图和详细描述，使用共同的参考标号指示相同元件。
【具体实施方式】
[0028]现在参考附图示出本发明的一些实施方式，并不旨在限制本发明，图1示出了根据本发明的第一实施方式构造的包括集成到多波长激光治疗设备内的机头12的治疗设备的发射端10。尽管图1中未示出，在一些实施方式中，治疗设备还将包括可操作地耦接至集成到机头(handpiece) 12内的各种激光束传输模态的激光束生成系统，如在下方将更详细描述。
[0029]如图1所示，在一些实施方式中，机头12可以包括主体11，其中，机头12的限定发射端10的部分可以包括限定轴A的大致圆柱形的配置。因此，在一些实施方式中，发射端10可以包括大致圆形的轮廓。然而，本领域普通技术人员将认识到的是，该具体形状仅示出一些实施方式，并且在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以修改第一实施方式的治疗设备中的形状。
[0030]参考图2，在一些实施方式中，从机头12的发射端10的近似中心突出并且沿着轴A延伸的是治疗设备(包括机头12)的细长的、中心波导14的远端部14a，远端部14a的至少一部分集成到机头12中。在一些实施方式中，中心波导14具有大致圆形的截面配置，并且限定远发射端或者输出端16。因此，在一些实施方式中，至少由从发射端10突出的其远端部14a限定的中心波导14的轴的那部分与轴A重合。尽管未示出，在一些实施方式中，根据第一实施方式的治疗设备的变形，中心波导14的输出端16可以与发射端10基本上齐平或者基本上连续，而不是从其中突出。进一步，在一些其他实施方式中，中心波导14可以包括比示出更大或者更小的直径。因此，中心波导14的输出端16还可以包括比一些实施方式中示出的相对更大或者更小的区域。
[0031]在本发明的一些实施方式中，包括机头12的第一实施方式的治疗设备可以包括可适于促进传送或者发射至少一个激光束的中心波导14。例如，在本发明的一些实施方式中，包括机头12的第一实施方式的治疗设备，可以包括可适于促进传送来自输出端16的输出发射表面16a的两个激光束的中心波导14。例如，在图2中，从中心波导14的输出端16的输出发射表面16a发射的第一激光束由标记为Al的箭头识别，而从中心波导14的输出端16的输出发射表面16a发射的第二激光束由标记为A2的箭头识别。在一些实施方式中，第一激光束Al和第二激光束A2可以基本上重合并且同轴。在一些其他实施方式中，第一激光束Al和第二激光束A2可以至少部分地重合并且同轴。在一些其他实施方式中，第一激光束Al和第二激光束A2可以基本上平行。在一些其他实施方式中，第一激光束Al和第二激光束A2可以是发散的。
[0032]在本发明的一些实施方式中，治疗设备可以包括机头12，机头可以进一步包括多个外围光管或者波导。例如，在本发明的一些实施方式中，多个外围光管或者波导18可以至少部分地集成到机头12里。参考图1，在一些实施方式中，机头12可以包括位于主体11内的八个外围波导18。本领域普通技术人员将认识到的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，该数量可以增加或者减少，并且其他实施方式可以包括比示出的更多或者更少的外围波导18。在一些实施方式中，一个或多个外围波导18可以位于中心波导的外部边缘17与主体11的外表面13之间的主体11中。在一些实施方式中，外围波导18可以被定位为至少部分地包围中心波导14(即中心波导14被定位为与外围波导18同心)。在一些实施方式中，夕卜围波导18基本上均等地间隔开(如图1中所描述的)。在其他实施方式中，至少一些外围波导18是不均等间隔开。
[0033]在本发明的一些实施方式中，外围波导18中的至少一个可以包括大致圆形的截面配置。进一步，在一些实施方式中，外围波导18中的至少一个可以包括限定远发射端或者输出端20的大致圆形的截面配置。例如，如图1所示，在一些实施方式中，机头12可以包括主体11，主体11包括八个外围波导18，外围波导18可以包括限定远发射端或者输出端20的大致圆形的截面配置。此外，在一些实施方式中，外围波导18中的至少一个可以位于主体11中以与发射端10基本上齐平或者基本上连续，而不是从其中突出。
[0034]在本发明的一些实施方式中，包括机头12的第一实施方式的治疗设备，包括适于从其输出端20的输出发射表面21发射第三激光束的外围波导18。例如，参考图2，一些实施方式包括从外围波导18的输出端20通过至少一个输出发射表面21发射的第三激光束(由标记为A3的箭头识别)。该示图表示来自多个外围波导18的聚集发射(S卩，第三激光束A3的总发射源自从八个外围波导18的输出)的示例实施方式。在一些其他实施方式中，第三激光束A3可以包括来自少于图1中示出的八个外围波导18的激光辐射的发射。例如，在一些实施方式中，第三激光束A3可以包括来自一个到七个外围波导18之间的激光辐射。此外，在一些其他实施方式中，可以包括额外的外围波导18以发射可以形成第三激光束A3的部分的激光辐射。
[0035]尽管未示出，在一些实施方式中，包括在第一实施方式的治疗设备中的激光束生成系统可以包括至少三个单独的、常规激光源。在一些实施方式中，第一激光源和第二激光源可以可操作地耦接至中心波导14的输入端，而第三激光源可操作地耦接至外围波导18的输入端。在本发明的一些实施方式中，第一激光源可以包括二极管激光器。进一步，在一些实施方式中，第一激光源的操作参数可以包括在连续波(CW)模式下约940nm的波长，以及平均输出功率在从约IW到约1W的范围内。在又一些实施方式中，第二激光源可以是固态Er，Cr: YSGG激光器，其中操作参数可以是处于约5Hz到约20Hz范围内的短脉冲模式(H模式)下约2.78μπι的波长，以及平均输出功率在约2W到约1W范围内。在又一些实施方式中，第三激光源可以是二极管激光器或者LED，其中操作参数可以是在连续波(CW)模式下约630nm或者约810nm或者约940nm的波长，以及平均输出功率在约50mW到约100mW的范围内。
[0036]现在参考图3，在一些实施方式中，伴随其中中心波导14和外围波导18的至少部分的集成，第一实施方式的治疗设备的机头12可被配置为使得第一激光束Al和第二激光束A2可以施加为束斑或者发射图案，所述束斑或者发射图案包括第一直径D1、包括第一功率电平，并且由包括第二直径D2、包括第二功率电平的第三激光束A3束斑或者发射图案包围。在一些实施方式中，机头12可以适于促进第一激光束和第二激光束与第三激光束一起发射，与第一激光束和第二激光束相比，第三激光束以不同的空间分布(spatial profile)传送。如图3所示，在一些实施方式中，发射图案的标记为Rl的中心区或者中心区域可以通过来自中心波导14的第一激光束和第二激光束(A1、A2)的组合发射产生。在一些实施方式中，该中心区域Rl可以由发射图案的标记为R2的外围区或者外围区域至少部分地包围，发射图案的标记为R2的外围区或者外围区域通过来自外围波导18的第三激光束的发射产生。
[0037]在一些实施方式中，由于中心波导14从机头12的发射端10突出，在操作期间，中心波导14的输出端16可以被配置为接触待治疗的组织或者布置为与该组织非常接近。因此，在一些实施方式中，在组合的第一激光束Al和第二激光束A2限定组织上的发射图案的中央区域Rl之前，如果有的话，从中心波导14的输出端16发射的组合的第一激光束Al和第二激光束A2通过自由空间的传播存在有限的度量(measure)。相反，在一些实施方式中，考虑到每一个外围波导18的输出端20与机头12的发射端10基本上齐平，在第三激光束A3限定组织上的发射图案的外围区域R2之前，会产生从外围波导18的输出端20聚集发射的第三激光束A3通过自由空间传播的更大的度量。
[0038]本发明的一些实施方式包括第一实施方式的治疗设备，其中作为激活第一激光源的结果，可以发射具有第一束特性的第一激光束Al。类似地，在一些实施方式中，作为激活第二激光源的结果，可以发射具有第二束特性的第二激光束A2，而作为激活第三激光源的结果，发射具有第三束特性的第三激光束。如本文中使用的，术语“束特性”指发射参数和操作参数的任一个或者组合，该参数包括波长、发散度、束直径、输出功率、脉冲持续时间(周期的还是连续的)及占空比、脉冲频率、以及可以调节以获得不同的治疗效果的任何其他参数。鉴于此，在一些实施方式中，在治疗设备内由第一激光源、第二激光源以及第三激光源生成的激光束的束特性可以彼此不同，意味着以上指定的发射参数和操作参数中的至少一个可以在这样的激光束内变化。
[0039]本发明的一些实施方式包括含有(但不限于)其机头12的第一实施方式的治疗设备的配置，该配置使第一激光源和第二激光源的两个分离的发射的组合能够从共同的中心波导14中输出。本领域内的普通技术人员将认识到，束发散度大致是波长的倒数。如以上所述，第一激光源和第二激光源通常将不以完全相同的波长运行。因此，基于单独不同的输出波长，束发散度同样被理解为在第一激光源和第二激光源之间不同。在一些实施方式中，束发散度还可以取决于具体的激光能量源，并且因为不同的激光类型(例如，第一激光源Al可以包括二极管配置，而第二激光源可以包括固态配置)可以引入进一步的可变性。如以上所述，在一些实施方式中，机头12可以被配置为发射具有由不同的波长和发散度表征的不相似的束特性的第一激光束Al和第二激光束A2，第一激光束Al和第二激光束A2可以组合到由中心波导14限定的最终传输路径中。
[0040]在又一些实施方式(未示出)中，第一实施方式的治疗设备的机头12可以进一步可选地装备有传送系统(例如，水供应管线和/或空气供应管线)，以在传送激光能量的同时促进将水和空气传送到目标组织区。描述在激光器机头情况下的这样的传送系统的结构和功能特征的
【申请人】的现有技术的更详细的治疗，可以在Rizoiu等的美国专利第5，741，247号、Boutous so V等的美国专利第7，702,196号以及Boutoussov等的美国专利第8,485,818号中找到，其公开内容通过引用结合于此。
[0041]本发明的一些实施方式包括，可以包括被配置为发射至少一个激光束的机头112的治疗设备。例如，参考图4，本发明的一些实施方式包括机头112，机头112包括多波长激光治疗设备的第二实施方式的发射端110。尽管图4中未示出，如同在包括机头12的第一实施方式的激光治疗设备中，包括机头112的治疗设备的第二实施方式可以包括激光束生成系统，该系统可操作地耦接至治疗设备的机头112部分。在一些实施方式中，机头112的限定发射端110的部分可以包括限定轴A’的大致圆柱形的配置，发射端110因此具有大致圆形的轮廓。然而，本领域普通技术人员将认识到的是，该具体形状示出一些示意性的实施方式，并且在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以修改形状。
[0042]参考图4和图5，在第二实施方式的治疗设备中，机头112可以包括各种非接触性光学部件(例如，一个或多个透镜和窗口)，其可以以如下方式运行，使得在通过自由空间传播之后，从机头112发射的激光束图案可以如上所述并且如图3所示(S卩，其中第一激光束Al和第二激光束A2可以以包括第一直径D1、包括第一功率电平的束斑或者发射图案被施加，并且由包括第二直径D2、包括第二功率电平的第三激光束A3束斑或者发射图案包围)，在组织表面上形成本质上相同的分布。更具体地，图4和图5各自示出了可以集成到机头112的主体111内以便限定其中的发射端110的至少一部分的光学窗口 122。鉴于此，在一些实施方式中，光学窗口 122可以包括外表面127和形成远发射端或者输出端126的大致圆形的配置，并且可以限定与轴A’重合的轴。
[0043]进一步，在一些实施方式中，光学窗口 122的外部直径可以小于限定发射端110的机头112的主体111的外部直径。此外，在一些实施方式中，光学窗口 122可以被定位为凹进到主体111内。例如，在一些实施方式中，主体111可以包括凹槽111a，光学窗口 122可以位于凹槽11 Ia内。在本发明的一些实施方式中，发射端110可以包括限定外部发射表面124的光学窗口 122的输出端126。进一步，在一些实施方式中，光学窗口 122可以位于主体111中(在凹槽Illa内)，使得外部发射表面124可以与由机头112的剩余部分限定的发射端110的外表面I 1a部分基本上齐平或者基本上连续。
[0044]在本发明的一些实施方式中，光学窗口 122可以适于促进至少一个激光束的传送或者发射。例如，在一些实施方式中，光学窗口 122可以适于促进传送或者发射来自其外部发射表面124的至少第一激光束、第二激光束以及第三激光束。参考图5，第一激光束可以从光学窗口 122的外部发射表面124发射并且由标记为Al’的箭头识别。进一步，第二激光束可以从光学窗口 122的外部发射表面124发射，由标记为A2’的箭头识别。进一步，从光学窗口122的外部发射表面124发射的第三激光束由标记为A3 ’的箭头识别。
[0045]在一些实施方式中，第二实施方式的治疗设备(包括机头112)可以包括三个激光源。在一些实施方式中，这些第一激光源、第二激光源以及第三激光源的功能属性，可以分别与以上相对于根据本发明的第一实施方式构造的治疗设备(包括机头12)的第一激光源、第二激光源以及第三激光源描述的功能属性大致相同。在一些实施方式中，第二实施方式的治疗设备，并且具体地其机头112，可以被配置为促进第一激光源、第二激光源以及第三激光源可操作地耦接到光学窗口 122。
[0046]现在参考图6，第二实施方式的治疗设备(包括其机头112)的一些实施方式，可以被配置为使得第一激光束和第二激光束可以以第一束斑和特定的第一功率电平被施加，并且由具有第二功率电平的第三激光束的第二束斑包围。在一些实施方式中，机头112可以适于促进第一激光束和第二激光束(形成第一束斑)与第三激光束一起发射，其中与第一激光束和第二激光束相比第三激光束以不同的空间分布传送。在图6中，标记为R1’的发射图案的中心区或者中心区域可以通过来自光学窗口 122的第一激光束和第二激光束的组合发射(即形成第一束斑)产生。该中心区域R1’由标记为R2’的发射图案的外围区或者外围区域围绕，该外围区域通过来自光学窗口 122的第三激光束的发射(即第二束斑)创建。
[0047]在一些实施方式中，由于光学窗口122的外部发射表面124与第二实施方式的治疗设备中的发射端110的剩余部分齐平，在常规设备操作中，在组合的第一激光束和第二激光束与第三激光束分别限定组织上的激光发射图案的中心区域R1’和外围区域R2’之前，可以存在从光学窗口 122的外部发射表面124发射的组合的第一激光束和第二激光束与第三激光束通过自由空间传播的规定的度量。
[0048]在一些实施方式中，在第二实施方式的治疗设备(包括机头112)中，作为分别激活第一激光源、第二激光源以及第三激光源的结果而发射的第一激光束、第二激光束以及第三激光束，可以具有如以上相对于第一实施方式的治疗设备(包括机头12)所述的不相似的束特性。进一步，在一些实施方式中，包括但不限于其机头112的第二实施方式的治疗设备的配置，将允许从光学窗口 122输出的第一激光源和第二激光源的两个分离的发射的高效并且有效的组合。
[0049]此外，如在第一实施方式的治疗设备中，尽管在图4到图6中未示出，第二实施方式的治疗设备的机头112可以进一步可选地装备有传送系统(例如，水供应管线和空气供应管线)，以允许在将激光能量传送至目标组织区域的同时促进将水和空气传送到目标组织区域。
[0050]在本发明的一些实施方式中，来自三个激光源的组合发射被理解为具有协同效果，超越被理解为可能来自施加仅一个激光源的效果。如以上所指示，在一些实施方式中，第一激光源可以是具有约940nm波长的二极管激光器，而第二激光源可以是具有约2.78μπι波长的固态Er，Cr: YSGG激光器。此外，在一些实施方式中，第三激光源可以是具有约630nm、约SlOnm或者约940nm波长的二极管激光器或者LED。尽管这些具体配置值，但是本领域普通技术人员将理解的是，可以修改这些具体的值以适应期望的应用。因而，这些配置值仅以举例的方式呈现，并不作为限制。
[0051]在本发明的一些实施方式中，治疗设备可以被设计为并且用于伤口治疗和愈合，具体地，表面清创、细菌减少以及生物刺激。在一些实施方式中，从发射端10、发射端110发射的激光能量(理解为具有如上相对于机头12、机头112所述的波长、脉冲持续时间以及功率电平参数)，可由操作者引导至目标部位。根据本发明，以相对小束斑和相对高功率电平施加的第一激光束和第二激光束，与周围的以相对低功率电平运行的第三激光束的相对大束斑一起的具体应用，被理解为适合于实现这些目标。然而，其他可应用的临床应用包括组织切割(以及相关的细菌减少)。
[0052]在以上提及的于2013年12月31日提交的标题为双波长激光治疗设备的
【申请人】的共同未决美国专利申请第14/587,995号中，描述了将多个激光源应用到目标组织部位的各种协同效果。例如，特别相对于施加第一激光发射和第二激光发射的消融速率、消融精度以及消融控制，可以增强组织消融。进一步，通过包括明确的气流和喷水，可以进一步提高激光治疗的功效。此外，还公开了协同杀菌效果，第一激光发射的施加显著地削弱某些细菌并且第二激光发射的施加杀死被削弱的细菌，然而单独施加两者之中的任何激光发射是不太有效的。
[0053]在本发明的一些实施方式中，有关生物刺激以及伤口愈合的利用多个激光能量源的其他协同效果可以由本文中描述的机头12、机头112来促进。例如，在一些实施方式中，应用更高的功率、利用二极管激光器模态以消融或者非消融级别的贯穿激光辐射，由于其中的吸收效应和散射效应，可以导致将较低级别激光辐射施加到周围三维组织。在一些实施方式中，同时施加同样在消融或者子消融功率电平的YSGG激光脉冲被理解为在多水组织内生成压力波，并且因为组织细胞的机械刺激，而增加上述激光疗法的效果。
[0054]根据本发明的各种实施方式，治疗设备可以包括用于实现上述临床目标的操作参数。具体地，对于涉及伤口清创、细菌减少以及生物刺激的组合的应用，第一激光发射可以包括在连续(CW)模式下约9W的输出功率。进一步，在一些实施方式中，第二激光发射可以包括在约15Hz处脉动(pulsed)的约1W的输出功率。在一些实施方式中，第三激光发射可以具有约50到约100mW的输出功率。在该配置中，可以如期望地使用气流和水流。
[0055]在一些实施方式中，对于涉及改进的组织消融、凝固以及生物刺激的组合的应用，可以使用其他的操作参数。例如，在一些实施方式中，第一激光发射可以包括约1W的输出功率并且可以在连续模式下操作。在一些实施方式中，第二激光发射可以包括约1W的输出功率并且可以在约20Hz处脉动。气流和水流可以用于该治疗模态。进一步，在一些实施方式中，类似需要伤口清创、细菌减少以及生物刺激的组合的前述应用，第三激光发射可以在连续模式下在约50到约I OOOmW之间操作。
[0056]在一些实施方式中，气流可以在0.1到5升/分钟之间，并且水流可以在0.1到5毫升/分钟之间。在其他实施方式中，水流和/或气流可以在这些范围之外。例如，在一些实施方式中，气流可以低于0.1升/分钟或者大于5升/分钟，并且水流可以低于0.1毫升/分钟或者大于5毫升/分钟。
[0057]在一些实施方式中，关于上述生物膜破坏和细菌失活的应用可以包括其他操作参数。具体地，在一些实施方式中，第一激光发射具有约IW的输出功率并且可以在连续模式下操作。进一步，在一些实施方式中，第二激光发射可以包括约2W的输出功率并且可以在脉冲模式下操作。在一些实施方式中，第二激光发射的脉冲频率可以是约5Hz。在一些实施方式中，第三激光发射同样地可以包括在连续模式下操作的约50到约100mW之间的输出功率。在该变形中，不需要并且可以不使用气流和水流。
[0058]在本发明的一些实施方式中，驱动多个激光能量源的上述排序可以经由来自控制单元(未示出)的信号变化地实现。控制单元可以包括执行存储在实现这样的控制方法的相关联的存储器设备上的预编程指令的通用数据处理器。进一步，除了驱动激光能量源的指令之外，控制单元/数据处理器可以进一步包括可以从操作者接收配置和操作输入的用户界面模块的指令。仅示出了一个驱动序列，但是由于在基于控制系统的软件中提供的灵活性，可由任何合适的激光能量传送序列取代。其他类型的排序可以用于对具体的外科操作特定的不同的治疗优点。控制单元理解为当检测到危险的操作条件时，从触发合适的响应(直至并且包括结束激光发射)的各种传感器测量读数。
[0059]本领域内的技术人员将理解，虽然已经结合具体的实施方式和实例描述了本发明，但是不必如此限制本发明，并且许多其他实施方式、实例、使用、修改以及这些实施方式、实例以及使用的更改旨在由所附权利要求包含。本文中引用的每一个专利和公开的全部公开内容，通过引用结合于此，假设每一个这种专利或者公开通过引用单独地结合于此。本发明的各种特征和优点在以下权利要求中阐述。
【主权项】
1.一种多波长激光治疗设备，包括被配置为耦接到多个激光源的机头，所述机头包括: 主体，包括发射端，所述发射端包括输出端； 至少一个波导，至少部分位于所述主体内，所述至少一个波导包括至少一个输出发射表面，并且被配置为发射由所述多个激光源生成的多个激光束；以及 其中，所述机头被配置为发射包括第一激光束和第二激光束的聚集发射；以及 其中，所述机头被配置为将所述聚集发射投射为表面上的第一束斑，所述第一束斑与从所述机头发射的第三激光束形成的第二束斑至少部分重叠。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述发射端包括大致圆柱形的配置。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个波导包括从所述发射端突出并且远离所述主体延伸的远端部。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述至少一个波导包括具有大致圆形的截面的中心波导，并且所述远端部与由所述发射端的中心部分限定的轴重合。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述至少一个波导包括位于所述主体中、至少部分地包围所述中心波导的至少一个外围波导。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述至少一个外围波导位于所述中心波导的外部边缘与所述主体的外表面之间的所述主体中。7.根据权利要求4所述的设备，其中，所述至少一个波导包括多个外围波导，且所述中心波导被定位为与所述多个外围波导同心。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述多个外围波导基本上均等间隔开。9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述多个外围波导中的至少一些彼此不均等间隔开。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述机头被配置为从所述输出端的外部发射表面发射至少所述第一激光束和所述第二激光束。11.根据权利要求5所述的设备，其中，所述机头被配置为从所述至少一个外围波导发射至少所述第三激光束。12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个波导包括光学窗口。13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述光学窗口位于所述主体的凹槽内。14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述外部发射表面与所述发射端基本上齐平或者连续。15.根据权利要求12所述的设备，其中，所述机头被配置为通过所述光学窗口发射至少三个激光束，所述至少三个激光束被配置为形成所述第一束斑和所述第二束斑。16.—种用于目标组织部位的激光治疗的方法，所述方法包括: 将第一激光发射施加到所述目标组织部位，单独的所述第一激光发射在所述目标组织部位上具有第一治疗效果； 将第二激光发射施加到所述目标组织部位，在施加所述第一激光发射的预设时间段内施加所述第二激光发射，在所述预定时间段期间，所述目标组织部位受到来自所述第一激光发射的所述第一治疗效果；以及 将第三激光发射与所述第一激光发射同时施加到所述目标组织部位，单独的所述第三激光发射在所述目标组织部位上具有第三治疗效果；以及 其中，所述第一激光发射、所述第二激光发射以及所述第三激光发射中的每一个由相应的一组束特性所限定，所述束特性之一是空间分布，所述第一激光发射的第一空间分布与所述第二激光发射的第二空间分布基本上相同，并且所述第三激光发射的第三空间分布大于所述第一激光发射的所述第一空间分布和所述第二激光发射的所述第二空间分布。17.根据权利要求16所述的方法，其中； 所述第一激光发射、所述第二激光发射以及所述第三激光发射中的每一个的所述束特性中的至少另一个是不同的；以及 通过所述第一治疗效果、所述第二治疗效果以及所述第三治疗效果彼此非线性增强，所述第一激光发射、所述第二激光发射以及所述第三激光发射具有不同于所述第一治疗效果、所述第二治疗效果以及所述第三治疗效果的协同治疗效果。18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一激光发射、所述第二激光发射以及所述第三激光发射被组合并从治疗设备的单个输出发射。19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述束特性之一是束波长，所述第一激光发射的第一束波长是940nm，所述第二激光发射的第二束波长是2.78μπι，以及所述第三激光发射的第三束波长选自由630nm、810nm以及940nm组成的组。20.根据权利要求19所述的方法，其中， 所述第一激光发射从二极管激光源生成；以及 所述第二激光发射从固态激光源生成。21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第三激光发射从二极管激光源生成。22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第三激光发射从发光二极管(LED)激光源生成。23.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一治疗效果、所述第二治疗效果以及所述第三治疗效果的组合包括伤口清创、细菌减少以及生物刺激的组合。24.根据权利要求23所述的方法，其中: 所述第一激光发射具有近似9W的输出功率； 所述第二激光发射具有近似1W的输出功率； 所述第三激光发射具有在50mW到100mW之间的输出功率。25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第二激光发射在近似15Hz处脉动。26.根据权利要求23所述的方法，进一步包括: 将气流和水流施加到所述组织部位。27.根据权利要求26所述的方法，其中: 所述气流在0.1到5升/分钟之间；以及 所述水流在0.1到5.0毫升/分钟之间。28.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一治疗效果、所述第二治疗效果以及所述第三治疗效果的组合包括组织消融、凝固以及生物刺激的组合。29.根据权利要求28所述的方法，其中: 所述第一激光发射具有近似1W的输出功率； 所述第二激光发射具有近似1W的输出功率；以及 所述第三激光发射具有在50mW到100mW之间的输出功率。30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第二激光发射在近似20Hz处脉动。31.根据权利要求28所述的方法，进一步包括: 将气流和水流施加到所述组织部位。32.根据权利要求31所述的方法，其中， 所述气流在0.1到5升/分钟之间；以及 所述水流在0.1到5.0毫升/分钟之间。33.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一治疗效果、所述第二治疗效果以及所述第三治疗效果的组合包括生物膜破坏和细菌灭活的组合。34.根据权利要求33所述的方法，其中: 所述第一激光发射具有近似IW的输出功率； 所述第二激光发射具有近似2W的输出功率；以及 所述第三激光发射具有在50mW到100mW之间的输出功率。35.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第二激光发射在近似5Hz处脉动。
【文档编号】A61N5/067GK105980010SQ201580006711
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】德米特里·布图索夫, 弗拉迪米尔·内奇泰洛, 阿马多·卡里诺
【申请人】百奥拉赛公司