专利名称：采用激光消融修饰和/或平滑组织的系统和方法
技术领域：
本发明涉及使用激光消融修饰人类或动物的表面的领域。更具体地，本发明涉及除了从被消融的组织根除传染性病原体以外使用激光消融以修饰、平滑和/或去除如烧伤焦痂、褥疮溃疡以及瘀滞溃疡的坏死组织，和/或从组织去除异物。
背景技术：
三级重度烧伤产生的烧伤焦痂(烧焦)必须被清除(去除)以便显露活的下层组织。要求此去除以促进康复和/或让组织接受皮肤移植。典型地，现在使用机械方法去除严重烧伤焦痂，如通过外科手术、研磨方法等去除。这些方法慢、冗长并且有创伤，并且经常不能完全去除焦痂。类似地，为了促进康复，必须去除形成皮肤损伤的褥疮、瘀滞以及糖尿病溃疡以显露活的下层组织。再次，现在使用对下层活组织具有不可避免的附加损伤的机械方法去除这样的坏死组织。另外，这样的机械方法会使得组织容易感染，不可避免地引起活的下层组织的过度损耗，并且多数经常导致过多的伤疤。组织的激光消融是一种处理，其中在组织的表面处的小于约10 μ m的层中吸收激光辐射。对这样的强吸收优选的波长在电磁波的紫外区域。此吸收将组织的长链蛋白质分子转换为从表面排出的较小的易挥发片段，其基本带走由小组织片段组成的羽化物(plume)中的所有沉积激光能量以及水蒸气或其它气体。这样的消融构成的组织去除具有对下层组织的最小的热损伤。破坏任意剩余的传染病菌同时除掉传染源。在Lane等人的出版物“Ultraviolet-Laser Ablation of Skin (皮肤的紫外激光消融)”ArchivesofDermatology,Vol 121,pp. 609-617, 1985年五月中描述了此结果，在1988年^^一月十五日的美国专利No. 4，784，135中描述了准分子激光手术。通过引用其全部内容而并入这些参考。现有技术存在的问题机械组织去除技术不精确、有创伤并且为伤口区域的感染创造了路径。当前的激光组织去除系统不能快速去除大厚度的组织，且没有消除对在被去除的组织的周围或者下面的活组织的损坏风险。现有技术不能处理对没有穿透皮肤的整个厚度的烧伤和坏死病变的去除。特别地，发射10. 6微米的红外辐射的二氧化碳激光器能够消融组织，但是这样的辐射留下了约100微米厚的间接损伤层并且如果该层不被去除最终会坏死。通常清除组织的化学试剂作用缓慢并且容易感染并且会导致与周围组织的不期望的反应。
发明内容
本发明的一个方面是用于使用激光消融去除组织的改善的系统和方法。本发明的一个方面是用于使用激光消融以可控和无菌的方式去除组织的改善的系统和方法。本发明的一个方面是用于使用具有精确端点终止的激光消融去除组织的改善的系统和方法。本发明的一个方面是用于使用具有精确的、自终止端点的激光消融去除组织的改善的系统和方法。本发明的一个方面是用于使用具有精确端点终止的激光消融去除组织的改善的 系统和方法，因此存在最小或者没有间接损伤，特别是对于在烧伤焦痂下的活组织。本发明的一个方面是用于使用激光消融平滑组织的改善的系统和方法。本发明的一个方面是用于使用激光消融“羽化(feathering)”组织的改善的系统和方法，“羽化”组织，即将异常和正常组织之间的边界从尖锐改变到渐进。本发明的一个方面是用于使用激光消融粗糙化如平滑疤痕组织的组织的改善的系统和方法。本发明的一个方面是用于使用激光消融去除组织的改善的系统和方法，其中所述去除的组织是感染源、皮肤浅部肿瘤、失活或者坏死组织(例如，褥疮、瘀滞和/或糖尿病溃疡)、良性肿瘤、皮肤皱纹、过多的疤痕组织和/或皮肤疹斑。本发明的一个方面是用于治疗银屑病斑块以及白癜风斑的改善的系统和方法。本发明的一个方面是用于使用激光消融去除材料的改善的系统和方法，其中去除的材料是嵌入在活组织中的有机体。本发明是通过在一个或多个表面辐射的点处的一个或多个组织的表面上可移动定位第一激光束以去除不期望的组织的方法和系统。不期望的组织与活组织邻近。在达到第一终止点后第一消融停止，在该点保留不期望的组织的薄层以确保活组织不受第一激光损害。在一个优选实施例中，在达到第一终止点后，在不期望的组织上移动第二激光束。第二激光束消融不期望的组织的薄层直到达到第二终止点，此处显露的组织是活组织。本发明能够以各种方法修饰组织的表面，这些方法包括去除、平滑、粗糙化、锐化(sharpening)和羽化。
图I是具体化本发明的一个优选系统的框图。图2是揭示通过本发明执行的步骤的流程图。图3是激光消融处理的流程。
具体实施例方式本发明是用于使用激光消融去除组织的改善的系统和方法。该系统包括第一激光束源，能够发射具有在第一波长范围内的第一波长、足以消融组织的可变第一积分通量(积分通量)以及脉冲(不连续)输出的第一激光束。本系统还包括第一调整器，用于调整第一积分通量。第一激光定位器，操纵所述第一激光束以便所述第一激光束可移动地位于在两个或更多表面辐射的点处的组织的一个或多个的表面上并且在所述表面辐射的点处的所述第一积分通量随着所述第一激光束位置改变而变化，以便处于第一积分通量级的第一激光束消融所述表面辐射的一个或多个的第一点处的一个或多个所述组织的第一层并且所述第一积分通量调整器改变所述第一积分通量到消融处于一个或多个表面辐射的第二点处的组织的一个或多个第二层的一个或多个第二积分通量，以修饰组织的表面的外形(contour)。术语“积分通量”指传递到表面辐射的点的每单位面积的总能量。在优选实施例中，激光输出是脉冲的，并且积分通量包括通量/脉冲(能量/单位面积/脉冲)乘以脉冲速率(Hz)乘以在激光束移动到新的表面辐射点之前的停留(dwelI)时间(秒)。可以通过改变通量/脉冲、脉冲速率和/或停留时间调整积分通量。
在可选的优选实施例中，该系统还包括一个或多个第二激光束源，能够发射具有在第二波长范围内的第二波长以及适合消融组织的可变第二积分通量的第二脉冲激光束。在第一激光束在消融组织时已经到达第一终止点之后，通过激光定位器(第一激光定位器或者另一个)移动第二激光束以进一步消融组织直到此第二消融达到第二终止点。在另一个优选实施例中，第二终止点是自终止点，其中通过吸收第二激光束而没有产生对于持续消融所要求的热量的终止点之下的化学影响确定自终止。本发明公开了一种系统和方法，该系统和方法使用激光消融用于组织的快速块去除，对周围或者下面的活组织具有最小或者没有附带损伤。使用此发明可以以无菌方式精确并且快速修饰组织表面。修饰包括组织去除、平滑、锐化、粗糙化和羽化。在优选实施例中，本发明用于快速块去除和/或用于改变烧伤焦痂或其它坏死组织。在可选实施例中，此处理之后接着以例如来自ArF准分子激光器的小于少200nm(例如193nm)的辐射的激光辐射，为了精确并且自终止剩余组织的薄层的去除。通过使用用于消融的第二激光，烧伤焦痂或者其它坏死组织可以基本被完全去除，从而显露容易愈合的未损伤的并且无菌的下层活组织并且如果医疗蚀刻，准备接受皮肤移植。多激光器实施例可以顺序使用具有不同波长的两个消融激光器。例如，具有308nm的波长的第一激光器被用于加速清创/消融，接着例如具有193nm的波长的第二激光器用于很精确地并且较好控制地清创/消融组织(烧伤焦痂、褥疮、瘀滞和糖尿病溃疡、其它具有坏死区域的损伤)用每个脉冲消融材料的超薄层。在要去除相对厚的组织的地方，清创程序开始于如308nmXeCl准分子激光的较长波长激光，其明显加快了初始清创/消融。当清创与烧伤焦痂或者其它坏死组织和活组织之间的界面很近时，其中清创需要的整体速度不必很快，非常期望使用如193nm的ArF激光的第二短波长激光。通过第一激光消融的终止点确定关于何时从较长波长激光切换到较短波长激光(193nmArF准分子)的判定。此判定可以通过人为判断。然而，在优选实施例中，自动确定第一激光消融终止点。确定第一激光消融终止点的优选方法是通过测量减薄的组织(烧伤焦痂)的光学标志(例如，暗度、颜色/色调、表面粗糙度)。例如，CCD彩色照相机提供图像到显示器和/或向包含图像处理软件应用的装置提供信号。在烧伤焦痂实例中，当从烧伤受害者去除大面积烧伤焦痂时，因为烧伤受害者的临界状态，最小化烧伤焦痂去除过程的时间很重要。因此，需要一种方法用于自动检测何时从受消融激光辐射的区域消融了所有焦痂，于是消融激光束被移动以辐射邻近焦痂区域。现在参考图I，本发明的一个实施例的框图。系统100包括发射激光束106的第一激光器105以及可选地，发射激光束111的第二激光器110。通过激光源和控制系统115控制激光束的积分通量。激光系统115还利用(在图2中的一个优选实施例中示出)过程控制器200控制每个激光器的光束(106，111)的定位和光学参数。在一些优选实施例中，系统100具有使用激光束选择器120从第一激光器105切换到第二激光器110的能力。激光束选择器可以是一组镜。镜的一个可以是选择镜，其开初始将第一激光器105的输出光束106引到激光束调整模块130中。当选择镜改变位置时， 将第二激光器110的输出光束111引到激光束调整模块130中。像这样的光学转切换机制已公知。存在可选的方式选择激光120。两个激光都可以被激光束调整模块引导，但是达到激光输出级别的激光器被打开而另一个激光器被关闭。可选地，可以通过在激光束调整模块130中的不同的操纵器控制每个激光束(106，111)。在此实施例中，通过激光切换模块120选择的激光束将通过激光束调整模块130导引以辐射组织的表面150。在优选实施例中，通过消融终点确定移动或者切换辐射组织的激光束的时间。位置和光学参数控制器160相对于被辐射的组织150的表面部分控制激光器(105，110)中任一个的光束输出(106，111)的定位。位置和光学参数控制器160从激光源和控制系统115接收时序和位置信息，从而控制以给定每个脉冲的通量和脉冲速率辐射区域多长时间(停留时间)以及辐射组织的表面上的哪个区域。还可以相对于光束通过移动保持组织的台140定位组织。台的位置也通过位置和光学参数控制器160控制并且可以独立或者与激光束的定位一起控制。还可以通过如机械臂、导航器和/或机器人的机械装置移动并且定位激光(105，110)以及可能的整个激光源和控制系统115。位置和光学参数控制器160是公知的。例如，在医药领域，机械臂、导航器和/或手术机器人已被应用许多年。参见Glassman等人的US专利5，086, 401,“Image-directedrobotic system for precise robotic surgery including redundant consistencychecking” ；Taylor 等人的 US 专利 5，402，801，“System and Method for Augmentationof Surgery” ；以及 Funda 等人的 US 专利 5，572，999 “Robotic System for positioninga surgical Instument Relative to a various embodiments”，引入它们的整个内容作为参考。在可选实施例中，在这些参考中的手术仪器可以是射到组织的表面上的激光或者激光束。同样参见Intuitive Surgical Coporation出售和商标的手术机器人的生产线，例如，the da Vinci Surgical System (达芬奇手术系统)_http: // www. intuitivesurRical.com/index, aspx。系统100还包括测量表面辐射的点处的组织的表面处发生的消融的一个或多个方面的检测器170。此信息被激光源和控制系统115用于(i)改变没激光束的脉冲的通量，(ii)改变脉冲速率，(iii)改变脉冲宽度，(iv)在合适的停留时间后移动激光束以辐射不同位置处的组织和/或(V)切换到另一激光束。这些变化和/或其它变化影响辐射组织表面上的给定点的积分通量。在优选实施例中，第一激光器105具有在200纳米(nm)和11微米(mm)之间的波长(第一波长)。优选第一波长是308nm。第一激光器105的工作距离即激光调整模块130的输出和组织150的表面之间的距离在I厘米(cm)和20cm之间。在优选实施例中，第一激光束106的积分通量大于10毫焦每平方厘米。在优选实施例中，使用公知的系统和方法，通过激光源和控制系统115控制激光束的每脉冲通量、脉冲速率、停留时间和/或脉冲 宽度。来自第一激光器的光束可以是连续的或者脉冲的。在优选实施例中，光束是脉冲的,脉冲的持续时间在5纳秒(ns)和50ns之间的范围内。在优选实施例中，第一激光器105光束106将使用第一级积分通量消融在组织150的表面辐射的给定点处的一个或多个组织层，直到达到第一终止点。在优选实施例中，通过检测器170,在此情况下光学检测器170,测量来自表面福射点的光学标志确定第一终止点。一般地，光学标志是在通过第一激光器105光束106消融期间从组织150散射或者反射的光。光学标志的实例包括黑暗程度、颜色变化、反射光量的变化、散射光量的变化以及表面粗糙度的变化。检测器170的一个实例是具有图像处理功能的照相机系统以检测光学标志。检测器将产生与光学标志有关的输出信号，该信号将被提供给激光源和控制系统115。在优选实施例中，第一终止点是正被消融的组织150保留了在活组织上的IOOnm和I毫米(mm)之间的坏死组织的厚度的点。在更优选的实施例中，当在活组织上的坏死组织150的厚度是250nm时以及更优选坏死组织具有平滑表面时达到第一终止点。在确定的优选实施例中，在多数不期望的组织被去除而仍有足够的不期望的组织保留以保护下面(和/或邻近)的活组织以便很少或者没有引起对活组织的损伤之后获得期望的终止点。在确定的优选实施例中本发明的系统和方法被用于改变组织的表面的外形，例如通过平滑、粗糙化或者羽化。例如，为了产生对疤痕组织的美容改善，消融组织的表面外形被有意粗糙化。在另一个实施例中，消融组织的表面外形被“羽化”，其中在一个区域中组织变厚并且在逐步远离最厚区域的区域处逐渐变薄。在重塑和重建手术中的确定的程序中，羽化产生了改善的表现。通过当光束相对于表面移动时改变第一激光器105光束106的积分通量获得消融后表面外形的厚度的变化(平滑、粗糙或者羽化)。为了平滑表面，当辐射的表面升高时积分通量升高并且当辐射的表面相对较低时积分通量下降。检测器170确定哪个区域的表面相对升高或者下降。在优选实施例中，通过用来自皮-或者飞秒激光器的超短光脉冲(脉冲宽度)，光束具有小光斑尺寸(即，与表面形貌特征相比很小)，辐射表面来测量将被修饰或者去除(如坏死组织)的烧伤焦痂或者其它组织的表面形貌(topography)或粗糙度。当光束在组织的表面上扫描时，为了背散射光到达加测器需要的时间与已公知的光速结合将提供能够转化成表面形貌的3D图的数据。如果需要，此自动化的表面形貌技术可以被手术实施者排除。在辐射点处的表面形貌提供到激光控制系统反馈，该系统随后操纵第一激光器105光束106积分通量级，以便消融的升高的表面多于下降的表面。这样，整个组织的表面被平滑。激光束可以以各种方式扫描整个组织表面。在一个实施例中，当表面粗糙时，第一激光束的截面可以非连续，具有通过较低通量区域分离的两个或更多较高积分通量区域。跨光束截面的每脉冲通量被操纵以描绘被辐射的表面区域的形貌，因此较高积分通量辐射组织的更高的区域并且较低积分通量辐射组织的更低的区域。在另一实施例中，第一激光器的光束具有连续的截面，具有均匀的每脉冲通量，并且此光束连续扫描(坏死)组织，但是基于坏死组织的要求，例如用于在被扫描的组织区域处的去除或者其它修饰的要求，变化扫描速率(以改变积分通量)。在一个优选实施例中，这使得辐射给定组织区域的积分通量与要去除的坏死组织的厚度匹配。仍在另一个实施例中，第一激光器的光束仪以非连续方式扫描，改变扫描表面上的积分通量以避免辐射位于邻近要消融的(坏死)组织的区域的健康活组织的面积或者区域。在另一个实施例中，当要消融的(坏死)组织的区域远大于激光束截面时，消融模式可以是“步进和重复”，即，与光束截面的尺寸相同的组织区域被给定的积分通量辐射；然后，光束移到具有很小重叠的相邻的组织区域并且以合适的积分通量重复该过程；持续此 过程直到所有的特定组织被消融到期望的厚度。在优选的实施例中，要消融的组织150是烧伤焦痂。本发明提供了去除烧伤焦痂的新颖和有效的方法，因为执行在达到第一终止点时终止的初始较高速率的消融。这样，多数坏死组织被快速去除，但是在去除组织的下面或邻近的活组织没有损伤。另外，通过第一激光器105消融可以通过减少厚度和/或修饰组织150的表面外形而准备组织150，以便通过一个或多个第二激光器110光束111进行更精确的去除。此实施例提供去除烧伤焦痂的无双的能力，而当显露活组织(在优选实施例中通过第二激光器110)时自动终止消融导致对活组织除了进行消毒以及准备进一步的医疗/手术处理例如植皮之外还不会产生附带损伤。在可选实施例中，第一激光器105，如果需要接着第二激光器110 (或者甚至是另外的第二激光器)可以去除任意下述类型的组织150 失活和坏死组织，如瘀滞溃疡、臁疮损伤、坏死性筋膜炎、神经性糖尿病溃疡和褥疮；ii)皮肤浅部肿瘤，如基底细胞瘤、鲍温病、恶性雀斑样痣、鳞状细胞瘤；iii)局部传染性病变，如瘊、传染性软疣、浅部白色以及其它类型的甲癣、单纯疱疹和带状疱疹；以及iv)良性病变，如痣、脂溢性角化病、汗腺瘤(syringomata)、黄斑瘤、皮肤息肉(cutaneous poIyps)、光化性角化病、汗腺囊瘤、皮脂腺增生。组织150还可以被如海胆刺、豪猪刺、碎片(splinters)、昆虫部分、蜱虫和蜱虫部分的有机异物(组织)穿透，可以如下去除这些异物，通过聚焦来自第一激光器105的光束106到小焦点并且在异物(组织)的周边附近扫描此光束，消融最小量的组织而释放该物体以便其可以容易地被取出。如果异物(组织)穿透包含相对低的浓度的氯化物离子的干燥组织，可以使用第二激光器110光束111消融这样的组织。另外，可通过该优选实施例修饰的其它组织150不规则性包括浅表性皱纹、过量的症痕组织以及皮肤疫斑(skin discoloration),在备选优选实施例中，在组织的表面区域被修饰并且对于第一激光器105光束106在表面上的所有辐射点处已经达到第一终止点后，通过激光选择/切换模块120选择第二激光器110光束111。在优选实施例中，第二激光器110进行组织150的更精细消融。例如，在第一激光器105消融留下约250nm厚的烧伤焦痂或者其它坏死组织的平滑表面之后，第二激光器110可以以小的积分通量的变化消融烧伤焦痂或者坏死组织的此薄层，每个脉冲去除比第一激光器105消融的更少的组织。以此方式，可以更精确地控制靠近活组织的去除，并且即使错过了第二终止点，在组织表面的烧伤焦痂被完全去除之后，对活组织的损伤也很小。在优选实施例中，第二激光器110具有在180纳米(nm)和10. 6微米(mm)之间的波长(第一波长)。具体地，优选第二波长是193nm。第二激光器110的工作距离，S卩，激光130的输出和组织150的表面之间的距离在I厘米(cm)和20cm之间。在优选实施例中，在组织150的表面处的第二激光器110光束111的积分通量大于10毫焦每平方厘米。 在优选实施例中，通过使用公知的系统和方法的激光源和控制系统115操纵每个激光的积分通量。来自第一激光器的光束可以是连续的或者脉冲的。如果光束是脉冲的，脉冲的持续时间在5纳秒(ns)和50ns之间的范围内并且在组织150的表面处的通量/脉冲大于10
毫焦每平方厘米。在优选实施例中，第二激光器110光束111将从组织150上的给定的表面辐射的点消融一个或多个组织的层直到达到第二终止点。在优选实施例中，源于第二激光器110的波长和活组织150的化学特性的选择自动获得第二终止点。在优选实施例中，目标是去除所有覆盖活组织150和/或异物的坏死组织，而留下活组织不被消融并且没有附带损伤。因为活组织的化学和物理特性并且第二激光器110的第二波长在193nm处或者附近，本发明明显地获得了此目标。在优选实施例中，第二激光器具有的光束具有远紫外(远UV) 193nm波长,优选気氟(ArF)脉冲准分子激光器。使用此波长具有当活组织被暴露时自终止的新的和意外的结果。因此，第二激光消融终止点自动出现，而不需要检测系统。这样，所有的烧伤焦痂或者其它坏死组织可以被去除，对邻近或者下面的活组织具有很小或者没有附带损伤，因为一旦第二消融激光接触活组织，消融过程终止。活组织以很重要的方式区别于烧伤焦痂或其它坏死组织在活组织中的水氯化物离子(aqueous chloride ions)对波长低于200nm的紫外福射强吸收,在190nm处具有最大吸收。因此作为活组织的主要部分的“盐水”将“屏蔽”UV光的进入并且完全停止消融过程。生理盐水溶液的光学吸收谱在193nm处显示极强吸收。此吸收的机制是从氯化物离子光脱离电子，剩余的氯原子和溶剂化电子在水介质中溶解。在每个激光脉冲之后，在与消融和热扩散时间比较很长的时间尺度上，电子将逐渐碰撞中性氯原子并且重结合以形成氯化物离子，光脱离能量释放为热，但是热将热扩散进入周围组织以至于温度升高很小并且没有影响下层组织的生存或者形态。在Lane等人的出版物“Ultraviolet_laserAblation of Skin” Archives of Dermatology, Vol 121, pp. 609-617，1985 年五月详细描述了此现象。
更详细地，通过ArF激光器产生的193nm辐射有效消融烧伤焦痂或者其它坏死组织。(在优选实施例中，烧伤焦痂或者其它坏死组织的较厚层被第一消融激光快速去除)。当在激光束场内的所有的焦痂或者其它坏死组织被消融时，暴露的活组织，包含溶解在水环境(例如，血、血浆、淋巴、湿活组织)中的氯化物离子将强吸收193nm辐射而不被消融或者热损坏。氯化物离子的吸收机制是从水合氯化物离子光脱离电子的结果。基本上，来自193nm的辐射的能量从氯化物离子分离电子，产生水合氯原子和水合电子。193nm辐射被此过程耗尽从而没有足够的通量辐射活组织以消融或者损坏活组织。在可选实施例中，具有明确选择以检测氯原子的波长的另外的光源被引入系统。特性来自如下事实，氯原子具有仅通过特定波长的光激发的明确限定的电子跃迁。因此，可以通过观察来自此附加光源的背散射的突然增加或者通过附加光源的双光子吸收导致的激光诱导的荧光而检测氯原子的存在。氯原子的检测提供了信号以终止没有烧伤焦痂或者其它坏死组织的组织的区域的辐射，其可以通过切断消融193nm激光束或者将其移到不同的区域以辐射未消融的将被激光消融去除的烧伤焦痂或者其它坏死组织获得。通过使用这样的另外的光源以检测氯原子浓度，基于氯原子浓度的检测，可以通过使用另外的光源的系统使用并且控制具有不同波长的消融激光以提供控制信号。在氯原子中明确限定的单光 子电子跃迁通过在838nm和859nm的红外波长的光激发。在这些波长处的合适的光源已公知。具体地，钛蓝宝石激光器可以调整到这两种波长的一种或者热调整二极管激光器可以调整为发射838nm或859nm，在氯原子中与这些电子跃迁完全共振。在氯原子中明确限定的双光子电子跃迁通过紫外波长233nm的光激发。在此波长处的合适的光源已公知。具体地，从发射932nm的光的钛-蓝宝石激光器或者热调整二极管激光器光导出的四倍频光(233nm处)将在氯原子的特征波长处激发双光子激光诱导的荧光。可以通过公知方式，容易地检测这样的光并且与所有其它光源光谱分离，允许氯原子(活组织被显露的指示)的初始出现的很敏感的检测。本发明的另一个实施例用于促进第二激光消融的自动自终止。在一个实施例中，氯化物离子(CD浸泡(infuse)氯化钠(NaCl)的水溶液或如生理盐水溶液的其衍生物。在烧伤焦痂或其它坏死组织的下面灌输这样的溶液将产生增强的壁垒，确保激光辐射不损坏任意的下面的活组织。在优选实施例中，在损伤的和健康的组织之间的区域中，在损伤组织的下面，皮下引入含盐溶液。溶液具有类似于血液中的NaCl浓度的约l%NaCl的优选浓度。防止对严重烧伤病人的打击的另一个可选方法是通过在最初24小时内通过快速静脉注射引入高渗盐溶液。此步骤将给病人补水并且增加烧伤组织下面的健康组织的Cr的浓度。这样的方法的组合将有益于烧伤焦痂或其它坏死组织的激光清创。此增强将帮助去除损伤组织而不烧灼或者另外损伤下面的活组织。当去除一些异物有机材料时，此技术还自终止，因为当异物被去除时，暴露了下面的活组织，消融将终止。当用低于200nm的波长的激光辐射时，此时异物高速消融而通过其氯离子的灌注保护活组织，此技术工作异常的好。除了烧伤焦痂清创以外，存在本发明的其它用途和应用。例如可以使用193nmArF准分子激光或更长波长激光精确去除伤口、被感染组织、坏死组织和异物。
由于如糖尿病的疾病或过度局部压力(例如，长期卧床而没有运动)的差的血液循环，人会发生褥疮溃疡和浅表伤口。这些溃疡和伤口并容易通过传统医疗方法康复，因为很难通过例如“冷钢”清创的传统方法去除坏死组织而不引起阻止康复的附带损伤。通过193nmArF准分子激光辐射这样的溃疡和伤口将以很高的精度根除这些损伤并且没有附带损伤，同时消毒并且不引入另外的传染细菌，具有所有前述优点。193nmArF激发激光器将消融具有病毒感染的组织，例如眼睛表面的单纯疱疹和带状疱疹，具有强控制、治愈这样的感染的病人而没有附带损伤。更长波长的激光结合193nmArF准分子激光将通过将激光束聚焦到与异物的直径可比拟或者更小的直径并且在异物附近扫描辐射的焦点去除海胆刺、豪猪刺、仙人掌刺、碎片，最小化对邻近组织的附带损伤。常规的机械方法要求去除过多的邻近组织，因为一些异物具有横向穿过邻近组织的倒刺。确定侵略性有机物入侵皮肤并且引起坏疽。具有很好的深度控制的193nmArF准分子激光可以快速去除并且破坏这样的有机物，最小化附带损伤。 308nm光可以用于治疗银屑病斑块以及白癜风斑是公知的事实。308nm XeCl激光是优选的这样的光源。通过在用于消融的阈值以上的激光积分通量辐射这样的银屑病斑块,可以去除加厚的银屑病斑块,露出下面的银屑病红斑块,其可以通过亚烧蚀通量的308nm的光治疗。现在参考图2，本发明的过程控制器200的一个实施例的框图。过程控制器200包括步骤210，激光消融阈值通量/脉冲的初始基线测量，例如通过使用的合适的“检测器”(例如，光检测器、相机、传感器)和/或人工判断(坏死)组织的高度和位置。这些测量210用于执行步骤215，整个系统的基线设定点的初始化。然后，在步骤220中，基于进行的测量以特定波长、通量/脉冲、停留时间和/或脉冲数通过激光系统进行消融。如此，对于各组织的特定消融速率可以为每个组织的类型确定期望的积分通量。在步骤230中，对(坏死)组织的高度和位置的变化反复测量，使用“检测器170”和/或人工判断以确定去除组织的量速率。在步骤240中，通过过程控制器200和/或人工判断评估(坏死)组织是否被充分消融。如果评估是积极的，即，是，位置和光学参数控制器160将激光束移到邻近的组织的未处理区域，开始步骤220中的消融。如果评估是负消极的，S卩，否，在确定是否进行步骤270、280或290之后，位置和光学参数控制器160将调整260积分通量。在步骤270中，积分通量降低并且继续消融，如步骤220，但是以减少的速率。步骤270还可以确定，激光消融是否应该终止。在步骤280中，积分通量增加并且继续消融，如步骤220，但是以增加的速率。在步骤290中，没有改变积分通量参数并且以相同的速率继续消融，如步骤220。此过程连续流动直到期望的(坏死)组织的量被消融，或者自动地在过程控制器200的控制下或者用人工判断。图3是激光消融过程300的流程。在步骤310中，通过系统100移动地定位第一激光束以辐射组织表面的一个或多个区域。第一激光束消融接近活组织的不期望的组织直到达到第一终止点。如上所述，在优选实施例中，第一终止点是保留不期望的组织的薄层以确保活组织不被第一激光束106损坏的点。在另一个优选实施例中，例如，非坏死组织被去除，可以通过组织去除深度确定
第一终止点。
如上所述，在多个优选实施例中，当光束移动时操纵第一激光束。在步骤320中，当激光束移动时改变第一激光束积分通量，以改变第一激光束在表面辐射的一个或多个点处的第一激光的效果。用以影响第一激光束106消融组织的速率的任何其他变化同样可以被改变。在步骤320的一些优选实施例中，当第一激光束移动时，在表面辐射的点处第一激光束变化，其中第一激光束首先以较高的消融速率消融具有较高的高度的表面辐射的一个或多个点处的一个或多个组织层，并且第一激光束变化以以较低的消融速率消融具有下降的高度的表面辐射的一个或多个的点，以便组织的表面变得较平滑。在步骤330中，当达到第一激光束106的终止点时，第一激光束的施加被终止，如上所述。在一些优选实施例中，可选的步骤340被实践。在步骤340中，在达到第一终止点并且不期望的组织被减小到薄层后，通过系统340施加第二激光。系统100移动第二激光 束111以便第二激光束消融不期望的组织的剩余薄层。持续不期望的组织的第二消融直到达到第二终止点，此时显露的组织是活组织。在此点(步骤350)第二消融终止。在一些实施例中，如上所述，终止是自动的。在第二终止点，活组织被显露并且具有通过第一或者第二激光束(106，111)引起的最小损伤或者没有损伤。给出此公开，本领域的技术人员应该明白本发明的不同的或者可选的实施例包括在本发明的范围内。作为非限制实例，本发明可以在组织的表面上的不同区域上使用多于一个的第二激光或者可以使用多于一个的第二激光以改变消融速率和/或端点确定。
权利要求
1.ー种用于消融具有不均匀表面的不期望的组织的系统，包括 第一激光束源，能够发射具有在第一波长范围内的第一波长以及足以消融不期望的组织的可变第一积分通量的第一激光束； 第一积分通量调整器，用于调整所述第一积分通量；以及 第一激光定位器，操纵所述第一激光束以便所述第一激光束移动地定位在表面辐射的一个或多个点处的所述不期望的组织的ー个或多个表面上并且在所述表面辐射的点处的所述第一积分通量随着所述第一激光束位置改变而变化，其中处于第一级的所述第一激光束消融所述表面辐射的一个或多个第一点处的所述不期望的组织的ー个或多个第一层并且所述第一通量调整器将所述第一积分通量改变到消融处于表面辐射的一个或多个第二点处的所述不期望的组织的ー个或多个第二层的ー个或多个第二级，以便修饰所述不期望的组织的所述表面的所述外形。
2.根据权利要求I的系统，在所述不期望的组织和所述第一激光束源的所述输出之间还具有在Icm和20cm之间的距离。
3.根据权利要求I的系统，其中所述第一积分通量大于10毫焦每平方厘米。
4.根据权利要求I的系统，其中所述不期望的组织是烧伤焦痂。
5.根据权利要求I的系统，其中所述要消融的不期望的组织的所述厚度在IOOnm和I厘米厚度之间。
6.根据权利要求I的系统，其中所述第一激光束的截面面积不连续，具有通过较低通量区域分离的两个或更多较高积分通量区域。
7.根据权利要求I的系统，其中所述第一激光束的移动是连续的。
8.根据权利要求I的系统，其中所述第一激光束的移动是不连续的。
9.根据权利要求8的系统，其中所述第一激光束的不连续移动是步进和重复的。
10.根据权利要求I的系统，其中所述不期望的组织是下列种类的任意ー种 i)失活和坏死组织，如瘀滞溃疡、臁疮损伤、坏死性筋膜炎、神经性糖尿病溃疡和褥疮； )皮肤浅部肿瘤，如基底细胞瘤、鲍温病、恶性雀斑样痣、鱗状细胞瘤； iii)传染性病变，如瘊、传染性软疣、浅部白色以及其它类型的甲癣、单纯疱疹和帯状疱疹；以及 iV)良性病变，如痣、脂溢性角化病、汗腺瘤、黄斑瘤、皮肤息肉、光化性角化病、汗腺囊瘤、皮脂腺增生。
11.根据权利要求I的系统，其中所述不期望的组织是嵌入的有机异物。
12.根据权利要求11的系统，其中所述异物是下列中的任意ー个或多个海胆刺、豪猪刺、碎片、昆虫部分、蜱虫和蜱虫部分。
13.根据权利要求I的系统，其中所述不期望的组织是疤痕组织并且对所述外形的所述修饰是粗糙化。
14.根据权利要求I的系统，其中对所述外形的所述修饰是羽化并且所述不期望的组织是疤痕组织。
15.根据权利要求I的系统，其中所述不期望的组织包括下列中的ー个或多个浅表性皱纹、过量的疤痕组织以及皮肤疹斑。
16.根据权利要求I的系统，其中所述不期望的组织表面外形通过平滑修饰。
17.根据权利要求I的系统，其中所述第一波长范围在200纳米和11微米之间。
18.根据权利要求I的系统，其中所述第一波长是308nm。
19.根据权利要求18的系统，其中所述不期望的组织是银屑病斑块。
20.根据权利要求I的系统，还包括光学检测器以测量从所述不期望的组织反射或者散射的光的光学标志。
21.根据权利要求20的系统,其中在由光学标志确定的第一终止点处终止所述第一消融。
22.根据权利要求20的系统，其中所述光学标志是下列中的ー个或多个黑暗程度、颜色变化、反射光量的变化、散射光量的变化以及表面粗糙度的变化。
23.根据权利要求I的系统，其中所述第一消融去除坏死组织并且在留下至少250nm厚度的保护厚度的其下面是活组织的组织的保护端点处终止。
24.根据权利要求23的系统，其中所述保护厚度在250nm和Imm之间。
25.根据权利要求I的系统，其中所述激光是脉冲的并且所述脉冲的脉冲速率是可变的。
26.根据权利要求I的系统，其中所述激光是脉冲的并且所述脉冲的所述脉冲宽度是可变的。
27.根据权利要求26的系统，其中所述激光束的所述脉冲宽度在5纳秒到50纳秒之间。
28.根据权利要求I的系统，其中辐射所述表面辐射的一个或多个点的所述激光停留时间是可变的。
29.根据权利要求I的系统，其中所述第一激光的每脉冲通量是可变的。
30.一种用于去除不期望的组织的方法，包括如下步骤 在表面辐射的一个或多个点处的不期望的组织的ー个或多个表面之上移动第一激光束； 检测在所述表面辐射的一个或多个点处的所述不期望的组织的所述表面的高度； 提高所述第一激光束的第一积分通量以增加在具有较高高度的所述表面辐射的一个或多个点处的所述不期望的组织的一个或多个层处的第一消融；以及 降低所述第一积分通量以减少具有下降的高度的所述表面辐射的一个或多个点处的所述第一消融，以便消融的表面比所述原始非均匀表面更平滑。
31.根据权利要求30的方法，其中所述第一激光束的移动是连续的。
32.根据权利要求28的方法，其中所述第一激光束的移动是不连续的。
33.根据权利要求30的方法，其中所述第一激光束的不连续移动是步进和重复的。
34.根据权利要求30的方法，其中所述不期望的组织是通过改变所述激光束的所述积分通量粗糙化而不是变得更平滑的疤痕组织。
35.根据权利要求30的方法，其中所述不期望的组织是通过改变所述激光束的ー个或多个的所述积分通量羽化而不是变得更平滑的疤痕组织。
36.根据权利要求30的方法，其中所述不期望的组织包括下列中的ー个或多个浅表性皱纹、过量的疤痕组织以及皮肤疹斑。
37.ー种用于消融具有不均匀表面的不期望的组织的系统，包括 第一激光束源，能够发射具有在第一波长范围内的第一波长以及足以消融组织的可变第一积分通量的第一激光束； 第二激光束源，能够发射具有在第二波长范围内的第二波长以及足以消融不期望的组织的可变第二积分通量的第二激光束； 一个或多个调整器用于调整所述第一积分通量和所述第二积分通量；以及ー个或多个激光定位器，操纵所述第一激光束以便所述第一激光束移动地定位在表面辐射的一个或多个点处的所述不期望的组织的ー个或多个表面上直到达到第一終止点，在达到第一終止点后所述激光定位器随后进一歩定位所述第二激光束以便所述第二激光束消融所述不期望的组织的保护厚度直到达到显露组织是活组织的第二終止点。
38.根据权利要求37的系统，其中所述激光是脉冲的并且所述脉冲的脉冲速率是可变的。
39.根据权利要求37的系统，其中所述激光是脉冲的并且所述脉冲的所述脉冲宽度是可变的。
40.根据权利要求37的系统，其中在表面辐射的一个或多个第一点处的所述第一激光束积分通量随所述第一激光束位置改变而变化，其中所述第一激光束首先消融具有较高高度的表面辐射的一个或多个点处的所述不期望的组织的一个或多个层并且所述第一激光束积分通量变化以減少具有较低高度的表面辐射的一个或多个第二点处的所述第一消融，以便首先消融的表面比所述原始非均匀表面更平坦。
41.根据权利要求40的系统，其中所述第一激光束积分通量通过下列中的ー个或多个变化所述第一激光通量/脉冲、所述第一激光的脉冲宽度、所述第一激光的脉冲速率以及所述第一激光束在辐射点处的停留时间。
42.根据权利要求37的系统，在所述不期望的组织和所述激光束源的所述输出之间还具有在Icm和20cm之间的工作距离。
43.根据权利要求I的系统，其中所述第一积分通量大于10毫焦每平方厘米。
44.根据权利要求37的系统，其中所述第二終止点由吸收剂自动确定，所述吸收剂吸收足够的所述第二激光束的能量以防止对所述活组织的附帯损伤。
45.根据权利要求44的系统，其中所述吸收剂是溶解盐。
46.根据权利要求44的系统，其中所述吸收剂是溶解离子。
47.根据权利要求44的系统，其中通过所述溶解离子的电子的光脱离吸收所述第二激光束能量。
48.根据权利要求44的系统，其中所述吸收剂是溶解卤化物盐。
49.根据权利要求44的系统，其中所述吸收剂是悬浮体中的物质。
50.根据权利要求44的系统，其中所述吸收剂是氯化物离子并且第二波长是193nm。
51.根据权利要求44的系统，其中所述吸收剂是在被消融的所述不期望的组织层下面的活组织层中自然出现的ー种或多种离子。
52.根据权利要求44的系统，其中所述吸收剂是填充在被消融的所述不期望的组织层下面的含盐溶液。
53.根据权利要求44的系统，其中所述吸收剂是皮下给予的含盐溶液。
54.根据权利要求44的系统，其中所述吸收剂是生理盐水溶液。
55.根据权利要求44的系统，其中所述吸收剂是浓度范围在每升水3-25克NaCl之间的水NaCl溶液。
56.根据权利要求44的系统，其中所述吸收剂是通过静脉注射引入的含盐溶液。
57.根据权利要求37的系统，其中所述第二激光是具有在5纳秒到50纳秒之间的脉冲宽度的脉冲。
58.根据权利要求37的系统，其中所述第二激光束的截面是非连续的，具有通过较低通量区域分离的两个或更多较高积分通量区域。
59.根据权利要求37的系统，其中所述第二激光束相对于所述表面的移动是连续的。
60.根据权利要求37的系统，其中所述第二激光束相对于所述表面的移动是不连续的。
61.根据权利要求57的系统，其中所述第二激光束的非连续移动是步进和重复的。
62.根据权利要求37的系统，其中所述不期望的组织是下列中的任意ー种 i)失活和坏死组织，如瘀滞溃疡的、臁疮损伤、坏死性筋膜炎、神经性糖尿病溃疡和褥疮； ii)皮肤浅部肿瘤，如基底细胞瘤、鲍温病、恶性雀斑样痣、鱗状细胞瘤； iii)传染性病变，例如瘊、传染性软疣、浅部白色以及其它类型的甲癣、单纯疱疹和带状疱疹；以及 iV)良性病变，例如痣、脂溢性角化病、汗腺瘤、黄斑瘤、皮肤息肉、光化性角化病、汗腺囊瘤、皮脂腺增生。
63.根据权利要求37的系统，其中所述第一波长是308nm并且所述不期望的组织是银屑病斑块
64.根据权利要求37的系统，还包括光学检测器以测量从所述不期望的组织或者显露的活组织反射或者散射的光的光学标志。
65.根据权利要求64的系统，其中所述第二消融在由光学标志确定的第二終止点处终止。
66.根据权利要求64的系统,其中所述光学标志是下列中的ー个或多个散射光量的变化、反射光量的变化、来自照射所述被消融的区域的入射光的散射/反射光的光谱分布的变化。
67.根据权利要求65的系统，其中所述光学标志是因当具有第二波长的所述第二激光辐射所述显露的活组织时由所述第二激光产生的新原子种的出现而增加的散射光。
68.根据权利要求67的系统，其中所述新原子种是在水环境中溶解的氯原子，所述第ニ波长是193nm并且辐射的表面同样用光源照射，所述光源具有通过单光子激发或多光子激发与在氯原子中的电子跃迁共振的波长。
69.根据权利要求68的系统，其中所述照射光源具有对应于氯原子中的强单光子电子跃迁的838nm或859nm处或附近的红外波长。
70.根据权利要求68的系统，其中所述照射光源具有对应于氯原子中的强双光子电子跃迁的233nm处或附近的紫外波长。
71.根据权利要求64的系统，其中当所述光学检测器接收表明具有第二波长的所述第ニ激光已经显露活组织的光学标志时，剰余的不期望的组织的区域的辐射被終止，并且所述激光辐射被重新导引到其中所述活组织仍被将要通过激光辐射去除的不期望的组织覆盖的新的区域。
72.—种消融不期望的组织的方法，包括如下步骤 在表面辐射的一个或多个点处的所述不期望的组织的ー个或多个表面上移动定位第ー激光束以去除邻近活组织的所述不期望的组织直到达到第一終止点，在该点处保留不期望的组织的薄层以确保所述活组织没有被所述激光破坏。
73.根据权利要求72的方法，其中在所述终止点处的所述不期望的组织的所述厚度不大于250纳米。
74.根据权利要求72的方法，其中当所述第一激光束移动时所述第一激光束变化以改变在所述表面辐射的一个或多个点上的所述第一激光的影响。
75.根据权利要求72的方法，其中所述第一激光束包括通过下述方式中的ー个或多个变化的第一激光束积分通量通量/脉冲的变化、脉冲速率的变化、脉冲宽度的变化以及辐射点处的停留时间的变化。
76.根据权利要求75的方法,其中当所述第一激光束移动时所述第一激光束积分通量在所述表面辐射的点处变化，其中所述第一激光束积分通量首先以较高的消融速率消融具有具有较高高度的所述表面辐射的一个或多个点处的所述不期望的组织的一个或多个层，并且所述第一激光束积分通量变化从而以较低的消融速率消融具有下降的高度的表面辐射的ー个或多个点，以便所述不期望的组织的所述表面变得更平滑。
77.根据权利要求72的方法，还包括如下步骤 在达到第一終止点后移动第二激光束以便所述第二激光束消融不期望的组织的所述薄层直到达到所述显露的组织是活组织的第二終止点。
78.根据权利要求77的方法，其中所述第二激光束的移动是连续的。
79.根据权利要求77的系统，其中所述第二激光束的移动是不连续的。
80.根据权利要求77的系统，其中所述第二激光束的不连续移动是步进和重复的。
81.根据权利要求77的系统，其中因为当具有第二波长的所述第二激光辐射所述显露的活组织时通过所述第二激光产生的新原子种的出现，散射或者发射的光增加时，所述不期望的组织的区域的辐射被停止，并且所述激光辐射被重新导引到其中所述活组织仍被要通过激光辐射去除的坏死组织覆盖的新的区域。
82.根据权利要求81的系统，其中所述散射光来自具有对应于溶解在水环境中的氯原子的强电子跃迁的838nm或859nm处或附近的第三红外波长的第三光源的照射。
83.根据权利要求81的系统，其中所述发射的光是源于通过具有对应于溶解在水环境中的氯原子的强双光子电子跃迁的233nm处或者附近的第三紫外波长的第三激光光源诱导的激光诱导的荧光。
84.ー种用于消融不期望的组织的系统，包括 装置，用于移动第一激光束以定位在表面辐射的一个或多个点处的所述不期望的组织的ー个或多个表面上直到第一終止点；以及在达到所述第一終止点后移动第二激光束以便所述第二激光束消融保护厚度的所述不期望的组织直到达到所述显露组织是活组织的第ニ终止点。
85.根据权利要求84的系统，还包括 装置，用于改变第一激光束，其中所述第一激光束积分通量首先以较高的消融速率消融具有较高的高度的表面辐射的一个或多个点处的所述不期望的组织的一个或多个层并且随后所述积分通量改变从而以较低的消融速率消融具有下降的高度的所述表面辐射的一个或多个点以便所述表面变得更平滑。
86.ー种用于消融不期望的组织的系统，包括 装置，用于在表面辐射的一个或多个点处的所述不期望的组织的ー个或多个表面上移动地定位第一激光束以去除邻近活组织的不期望的组织直到达到第一終止点，在此点保留不期望的组织的薄层以确保所述活组织不被所述激光损坏。
87.根据权利要求86的系统，还包括 装置，用于在达到第一終止点后移动第二激光束，以便所述第二激光束消融所述不期望的组织的薄层直到达到所述显露的组织是活组织的第二終止点。
88.ー种用于消融不期望的组织的手术机器人系统，包括 第一致动器，在表面辐射的一个或多个点处的所述不期望的组织的ー个或多个表面上移动地定位第一激光束以去除邻近活组织的不期望的组织直到达到第一終止点，在此点保留不期望的组织的薄层以确保所述活组织不被所述激光损坏。
89.根据权利要求88的手术机器人系统，还包括 第二致动器，在达到第一終止点后移动第二激光束以便所述第二激光束消融所述不期望的组织的薄层直到达到所述显露的组织是活组织的第二終止点。
90.根据权利要求89的手术机器人系统，其中所述第一和第二致动器是相同的，而产生所述第一激光束的第一手术激光仪器被产生所述第二激光束的第二手术激光仪器替代。
全文摘要
公开的是使用激光消融有效去除组织的改善的系统和方法。第一激光器发射具有足以消融组织的可变第一积分通量的第一激光束。第一激光束可移动地定位在组织的一个或多个表面上并且第一积分通量随着位置在不同级上变化，因此，为了修饰组织表面的外形，在不同表面位置上消融不同厚度的组织。修饰包括组织平滑、去除、羽化、锐化以及粗糙化。在一个优选实施例中焦痂的组织被去除，显露活组织。在可选优选实施例中，具有足以消融组织的积分通量的一个或多个具有不同波长的另外的激光束在组织的表面上移动直到第二消融达到第二自动终止点，例如，通过吸收第二激光束而没有产生持续消融必须的温度升高的终止点之下的化学影响而确定第二自动终止点。
文档编号A61B18/20GK102843987SQ201180018660
公开日2012年12月26日 申请日期2011年4月12日 优先权日2010年4月13日
发明者D·P·康纳斯, J·费尔森斯坦, R·E·特里辛斯基, J·J·韦恩, D·S·祖潘斯基-尼尔森 申请人:国际商业机器公司