用于使用激光的皮肤非侵入性处理的装置和方法与流程

本发明大体涉及使用激光的皮肤处理，并且更特别地涉及用于执行所述处理的非侵入性装置和方法。

背景技术：

多年以来已经在皮肤上使用各种形式的电磁辐射、特别是激光束用于各种各样的处理，诸如毛发去除、皮肤年轻化以减少褶皱并且减少色斑，以及像痤疮、光化性角化病、瘢痕、疤痕组织、变色、血管病变、痤疮治疗、脂肪团和纹身去除等这样状况的处理。这些处理中的大多数依赖于用处理辐射(treatment radiation)瞄准处理部位的光热分解。优选地，处理辐射被配置成主要在处理部位处被吸收，使得处理部位处的温度升高充分到实现期望的热损伤、例如组织坏死、变性或聚沉。

在皮肤年轻化处理中，处理激光射束穿过皮肤的外层到真皮层。真皮通过加热被损伤以诱导创伤响应，而不会对表皮造成损害。换言之，皮肤内的目标区域被以受控的方式损伤，并且皮肤被允许用新的胶原质生长取代受损的组织—损伤促进愈合并发生年轻化效果。更新的组织改善了皮肤的亮度、色调，并且可以甚至提供在毛孔大小、褶皱和细纹上的减少。

基于水吸收的选择性非侵入性光热分解被用于将组织加热至60摄氏度与100摄氏度之间以诱导选择区域中的损伤，而没有皮肤的烧蚀或汽化。当水温超过100摄氏度时发生烧蚀性光热分解。

聚焦的激光甚至可以被用于在真皮层的内侧创建激光诱导光学击穿(LIOB)，如从公布的国际专利申请WO 2008/001284A2已知的。

由于很多皮肤处理要求在诸如真皮等的内皮层中的处理部位，所 以对诸如表皮等的邻接外层造成损害是主要问题。使表皮经受高强度可能会引起不期望的加热，这可能造成正被处理的受试者的额外的不适、不良的皮肤反应和在皮肤色素上的不希望的改变。这在当处理诸如皱纹和褶皱等的面部疾病时是特别不期望的。

降低表皮的加热的技术例如从Manstein D、Poureshagh M、Yaroslavsky I、Altshuler GB和Anderson RR发表在激光器外科杂志14(增刊)：28(2002)上的文章“与聚焦和接触冷却组合地使用IR-纤维激光器的真皮目标的空间受限光热分解”(“Spatially confined photothermolysis of dermal targets using an IR-fiber laser in combination with focusing and contact cooling,”Lasers Surg Med.,14(Suppl):28(2002)by Manstein D,Poureshagh M,Yaroslavsky I,Altshuler GB,and Anderson RR)已知。在这里，活性表面冷却被并行地施加以避免当通过红外纤维(λ＝1.06μm和1.2μm)激光脉冲的皮内聚焦处理皮肤时的表皮受伤。然而，活性表面冷却使得处理装置更加复杂和昂贵。这对于家庭使用的应用是特别不利的。

在PCT申请WO 2005/122694中通过借助于在辐射源与皮肤表面之间的射束转换系统使辐射散开尝试了一种不同的途径。射束转换系统使入射的辐射束离轴偏转，并接着成角度地往回重新导向以在皮肤下方的目标点处跨对称轴线。描述了两个主要实施例—一个是其中单一个射束以固定角度围绕目标轴线转动，并且另一个是其中辐射束被分裂成多个带角度的射束。射束转换系统使得该系统非常复杂并且难以调整。

进一步已知的技术是通过具有充分长度的脉冲延迟以为表皮提供正常热驰豫而使激光脉冲分开。这被描述在Goldman、Weiss R和Weiss M发表在皮肤外科2005；31:1179–1187上的文章“作为光老化的非烧蚀性途径的强脉冲光”(“Intense Pulsed Light as a Nonablative Approach to Photoaging”,Dermatol Surg 2005；31:1179–1187,by Goldman,Weiss R,and Weiss M)中。特别地，在第1180页至1181页，一般情况下建议至少10毫秒的脉冲延迟，并且对于一些受试者 来说建议20毫秒至30毫秒。

因为处理功效取决于目标部位处的温度和处理的持续时间两者，所以过长的脉冲延迟的使用可能会增加处理的整体持续时间。

因此期望改善这样的处理的功效，而使处理装置保持尽可能简单。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于使用激光处理内皮层的非侵入性装置和方法。

目的根据本发明通过如下装置来实现，装置包括：

-光源和相关联的光学系统，用于生成沿着装置的处理光轴的激光处理射束的脉冲，光源和光学系统被配置并布置成在激光处理射束的横截面内提供：

-被布置在横截面的外周处的非零光强度的第一射束区和第二射束区，和

-被布置在第一射束区与第二射束区之间的、光强度比所述非零光强度低的第三射束区；

光学系统被进一步配置并布置成：

-在使用中将处理激光束聚焦至被布置在内皮层中的在处理光轴上的焦斑；

-在使用中将第一射束区和第二射束区沿着处理光轴引导穿过外皮层至焦斑，其中第一射束区和第二射束区分别穿过外皮层中的第一皮肤区和第二皮肤区；

其中第三射束区的范围(extent)被预定和/或被控制成提供在外皮层中的被布置在第一皮肤区与第二皮肤区之间的相应的第三皮肤区，

其中第三射束区的较低光强度被预定和/或被控制成提供比在第一皮肤区和第二皮肤区内的在激光处理射束的所述脉冲期间的最大温度低的在第三皮肤区内的在激光处理射束的脉冲期间的最大温度；

且其中光源被配置并布置成在使用中提供比第一皮肤区和第二皮肤区的热驰豫时间长的激光处理射束的脉冲的脉冲持续时间。

目的还通过一种使用用于生成激光的装置处理内皮层的非侵入性方法来实现，装置包括用于生成沿着装置的处理光轴的激光处理射束的脉冲的光源和相关联的光学系统，

方法包括：

-生成具有横截面的激光处理射束，横截面包括：

-被布置在横截面的外周处的非零光强度的第一射束区和第二射束区，和

-被布置在第一射束区与第二射束区之间的、光强度比所述非零光强度低的第三射束区；

-使用光学系统将处理激光射束聚焦至在内皮层中的被布置在处理光轴上的焦斑；

-将第一射束区和第二射束区沿着处理光轴引导穿过外皮层至焦斑，其中第一射束区和第二射束区分别穿过外皮层中的第一皮肤区和第二皮肤区；

-将第三射束区的范围预定和/或控制成提供在外皮层中的被布置在第一皮肤区与第二皮肤区之间的相应的第三皮肤区，

-将第三射束区的较低光强度预定和/或控制成提供比在第一皮肤区和第二皮肤区内的在激光处理射束的所述脉冲期间的最大温度低的在第三皮肤区内的在激光处理射束的脉冲期间的最大温度；和

-将光源配置并布置成在使用中提供比第一皮肤区和第二皮肤区的热驰豫时间长的激光处理射束的脉冲的脉冲持续时间。

本发明是基于如下见解：在激光处理射束的横截面内提供显著较低的激光强度的至少一个中央射束区提供了在外皮层中的相应的中央皮肤区。该中央皮肤区中的较低激光强度可以被配置并布置成提供与周围皮肤区中相比较低程度的加热。换言之，为周围皮肤区提供了散热器区。这是有利的，因为皮肤的外层的加热可以与使用具有传统高斯或顶帽强度轮廓的射束时相比更均匀地分布，由此避免了可能造 成外皮层中的不期望的热损伤的热点。控制和/或预定该散热器区的范围是防止外皮层中的过高温度的方便的方式。

光源配置并布置成在使用中提供比第一皮肤区和第二皮肤区的热驰豫时间长的激光处理射束的脉冲的脉冲持续时间。本发明因此使得能够使用较长持续时间的脉冲来处理内皮层，而不使用诸如外部冷却等的进一步的措施。外皮层中的内散热器区提供了来自周围皮肤区的过多的热可以在其内消散的皮肤区。

对于光源或光学系统来说进一步包括被配置并布置成提供第一射束区、第二射束区和第三射束区的至少一个光学元件可以是有利的。光学元件可以被布置在光源内，例如在激光腔中或在光学系统中。可以使用现有技术中已知的任何合适的光学元件，例如，中央掩模、环孔、空间光调制器(SLM)、衍射光学元件(DOE)、相位掩模、螺旋波片、漩涡波片、叉型全息图(Pitch-Fork-Hologram)、Q板或圆柱形模式转换器。将这些光学元件中的超过一个组合以提供射束区可以是有利的。与光学系统中的至少一个光学元件组合地提供在光源内侧的至少一个光学元件也可以是有利的。

虽然本发明可以提供射束区的很多配置，但提供非连续的第一射束区和第二射束区并将第三射束区配置成以便在激光处理射束的横截面内将第一射束区和第二射束区在其边界的整个长度上分开可以是特别有利的。

在进一步有利的配置中，第一射束区和第二射束区是连续的并且形成非零光强度的环形区的一部分，第三射束区被配置成形成较低光强度的中央区，并且其中较低光强度的中央区由非零光强度的环形区围住。这样的环状或多纳圈状图案可以使用适当放置的中央孔径或者本领域技术人员已知的很多其他技术来提供。

将光源配置并布置成在使用中提供比外皮层的热弛豫时间长并且比内皮层的热弛豫时间短的激光处理射束的脉冲的脉冲持续时间可以是有利的。例如，如果外皮层是表皮，则脉冲持续时间应该长于或等于10ms至30ms。这些值是表皮的热弛豫时间的典型值。如果内 皮层是真皮，则脉冲持续时间应该短于或等于100ms至300ms。这些值是真皮的热弛豫时间的典型值。这样的脉冲持续时间是在聚焦位置有效加热真皮所期望的，而使表皮免受不必要的热损伤。

特别地，脉冲持续时间可以被预定和/或控制成比第一皮肤区和第二皮肤区中存在的皮肤组织的热弛豫时间长并且比激光处理射束的焦斑处存在的皮肤组织或发色团的热弛豫时间短。

附图说明

图1概略地示出当处理皮肤15的内层17时所使用的装置10的主要部分，

图2示意性地描绘了处理激光射束22中的非零强度的射束区22a、22b，

图3和图4示出包括通过较低强度的射束区22c、122c分开的非零强度的射束区22a、122a和22b、122b的激光处理射束22、122的横截面的示例，

图5A示意性地描绘了对于高斯和平顶激光处理射束22的跨射束的强度的轮廓，

图5B示意性地描绘了由使用图5A中描绘的激光处理射束的内皮层的处理产生的在表皮中的温度轮廓，

图6A示意性地描绘了对于根据本发明的变型后的高斯和变型后的平顶(flat-top)激光处理射束22的跨射束的强度的轮廓，

图6B示意性地描绘了由使用图6A中描绘的激光处理射束的内皮层的处理产生的在表皮中的温度轮廓，

图7描绘了用以确定对于外皮层的在热穿透深度与脉冲持续时间之间的关系70的仿真的结果，

图8描绘了可以由相应地配置的装置提供的已知矩形横向激光模式、例如厄米特-高斯模式(Hermite-Gaussian mode)的示例，和

图9描绘了可以由相应地配置的装置提供的已知圆柱形横向激光模式、例如拉盖尔-高斯模式(Laguerre-Gaussian mode)的示例。

应该注意的是，在不同附图中具有相同附图标记的项目具有相同的结构特征和相同的功能，或者是相同的项目。在已说明了这样的项目的功能和/或结构的情况下，没有必要在详细描述中重复其说明。

具体实施方式

图1示意性地示出根据本发明的激光处理装置10，其包括光源20和光学系统12，光源20和光学系统12被配置和布置用于生成沿着装置10的处理光轴13的激光处理射束22。激光束22具有用于处理人类或动物皮肤15的内层17的合适的频率和脉冲持续时间。光源20典型地是脉冲激光器，例如具有处于1435nm的发射和1ms至1000ms脉冲持续时间的二极管激光器。在使用期间，激光离开装置10作为沿着处理光轴13撞击在皮肤15的外表面上的处理激光射束22。装置10被布置成处理皮肤的内层、诸如真皮17，其中处理激光射束22沿着处理光轴13穿过皮肤15的外层16。光学系统12被配置并布置成使处理射束22聚焦至皮肤内层17中的焦斑25。焦斑25被布置在处理光轴13上。

使射束聚焦增加了焦斑25中的激光强度，这增加了处理的功效，因为焦斑25将达到比外皮层16高的温度。这提供了相对简单的聚焦系统，允许了聚焦深度的动态控制。这不同于诸如在WO 2005/122694中描述的已知装置，使用将入射射束分裂成多个射束、使它们远离轴线偏转并将它们重新导向以在皮肤的表面下方交叉的非常复杂的射束转换系统的那些装置。

焦斑25被选择成对应于处理部位—在多数应用中，焦斑25将被布置在处理部位处。

在一些应用中，将焦斑25接近处理部位布置、由此来自焦斑25的热朝向处理部位扩散也可能是有利的。焦斑接着被选择成与内皮层17中的合适发色团(chromophore)一致。

光源20和光学系统12也可以被配置成通过不使处理射束22聚焦而提供更扩散的处理射束22。在该情况中，内皮层17中的处理部 位将通过合适地定位由处理射束22辐照的发色团来确定。光学系统12被合适地配置成将第一射束区22a和第二射束区22b引导穿过外皮层16至处理部位，由此第一射束区22a和第二射束区22b分别穿过外皮层16中的第一皮肤区23a和第二皮肤区23b。

皮肤15包括具有不同光学性质的多个层。表皮16由最外皮层组成并且形成防水保护屏障。表皮16的最外层是角质层。真皮17位于表皮16的下方。

根据本发明的优选使用，焦斑25被布置在真皮17中，并且第一皮肤区23a和第二皮肤区23b存在于角质层、表皮16或皮肤表层中。第三射束区23c的范围被预定和/或被控制成提供相应的第三皮肤区的要求的范围。第三皮肤区23c的范围被选择成提供合适尺寸的散热器以确保处理期间在外皮层16中的第三皮肤区23c内的最大温度低于第一皮肤区23a和第二皮肤区23b中的周围区域中的最大温度。

皮肤区内的温度可以使用诸如红外照相机或麦克风等的现有技术中已知的任何方便的设备在使用期间进行监测。可替代地或另外地，可以使用皮肤仿真来配置和布置本发明的装置使得不超过最大温度。

如果装置10被用于减少皮肤15中的褶皱，则焦斑25被布置在真皮17的胶原质中以便在焦斑25的位置处创建微观病变，这造成新的胶原质形成。焦斑25接着可以被布置在皮肤15的外表面的下方0.2mm与2mm之间、特别是在皮肤15的外表面的下方0.5mm与1.5mm之间。典型地，所形成的病变将大于焦斑25的体积。

光学系统12被配置和布置成在使用中引导激光处理射束22沿着处理光轴13离开装置10、接着撞击在待处理的皮肤15的外表面上，并且在使用中引导处理激光射束22沿着处理光轴13至内皮层17中的焦斑25。词语“引导”包括光束的方向实质上被改变的配置和处理射束22被允许沿着没有实质改变和任何中间程度的方向改变的光束方向传播的配置。在所有情况中，处理射束22将沿着处理光轴13离开装置10。

撞击在皮肤15的外表面上的激光处理射束22将具有与由光源20产生的射束近似相同的直径。这不同于诸如WO 2005/122694中所描述的使用射束转换系统在具有大于输入光束的截面面积的总面积的皮肤的表面上创建斑点的那些已知装置。

结果，处理光束22将在其通向焦斑25的路径上穿过外皮层。根据本发明的装置10被配置并布置成防止或减轻在处理期间对应于焦斑25的处理部位处在该外皮层中的热损伤。换言之，本发明保护外皮层16免受热点的伤害。

短语“外皮层”应该被解释为包括不只是表皮16—本发明还可以用于保护皮肤15的表面，或者甚至真皮17的上层。短语“内皮层”应该被解释为包括不只是真皮17—焦斑25可以被布置在真皮17的上层中，或者甚至在表皮16中。唯一的限制在于外皮层位于布置在内皮层中的焦斑25与装置10之间。

图3描绘了穿过激光处理射束22的横截面。提供了非零光强度的环状外射束区22a、22b，包括具有比外环22a、22b实质上低的光强度的内盘状射束区22c。典型地，与近似200微米至500微米的外环22a、22b直径相比，内盘状射束区域22c的直径近似是100微米至200微米。各射束区22a、22b的边缘可以被视为强度等于射束区内的最大强度的一半的等位线接合点。

该“多纳圈”(doughnut)截面可以由包括降低或甚至阻挡处理射束22的内射束区22c处的光强度的至少一个光学元件的光源20或光学系统12来提供。可以使用现有技术中已知的任何合适的光学元件，例如，中央掩模、环孔、如从美国专利7961371已知的空间光调制器(SLM)、衍射光学元件(DOE)、如从美国专利7982938已知的相位掩模、螺旋波片、漩涡波片、叉型全息图(Pitch-Fork Hologram)、Q板或圆柱形模式转换器。也可以使用多个这样的元件和/或其组合。

图2示意性地描绘了穿过由图1中描绘的装置10提供的激光处理射束22的纵向截面，该激光处理射束被配置和布置成提供图3中描绘的横截面。

图2进一步描绘了具有低强度的中央区22c的激光处理射束22，激光处理射束撞击在皮肤15的外表面上并且穿过外皮层16到焦斑25。外皮层位于表皮16中，并且焦斑25被布置在真皮17中。光学系统12被配置成将处理射束22聚焦至在处理部位处或接近处理部位的焦斑。

在纵向截面中，激光处理射束包括被布置在横截面的外周处的非零光强度的第一射束区22a和第二射束区22b、和在第一射束区22a与第二射束区22b之间延伸并且光强度比非零光强度实质上低的第三射束区22c。当在横截面中观察时，第一射束区22a和第二射束区22b是图3中描述的环状外射束区的部分。

当激光处理射束22穿过外皮层16时，创建了在外皮层16中的对应于在处理射束22中的非零强度的第一射束区22a和第二射束区22b的非零光强度的第一皮肤区23a和第二皮肤区23b。处理射束22中的射束区的尺寸和强度与外皮层16中的皮肤区23a、23b的尺寸和强度之间的关系取决于外皮层16的散射和吸收性质，并取决于位于第一皮肤区23a和第二皮肤区23b与皮肤15的外表面之间的组织。外皮层16的皮肤区23a、23b中的尺寸和强度确定在这些皮肤区23a、23b中的温度上升。

第一非零强度射束区22a和第二非零强度射束区22b通过具有光强度比非零光强度低的第三射束区22c分开。该低光强度实质上低于非零强度。这创建了在外皮层中的具有比第一皮肤区23a和第二皮肤区23b实质上低的强度的第三皮肤区23c。再次，中央射束区22c的尺寸和强度与中央皮肤区23c的尺寸和强度之间的关系取决于外皮层的散射和吸收性质，并取决于位于中央皮肤区23c与皮肤15的外表面之间的组织。虽然该中央皮肤区23c的温度可能通过在该皮肤区23c中的激光的强度而升高，但第三射束区22c的范围被预定和/或被控制成提供第一皮肤区23a与第二皮肤区23b之间的合适尺寸的散热器。

在处理部位处的激光处理射束22的强度轮廓也可以包括非零强度和较低强度区域。但是在处理部位处的这样的区域的尺寸和强度取 决于所使用的聚焦的程度和处理部位的散射与吸收性质，并取决于位于处理部位与皮肤15的外表面之间的组织。

如果处理射束22被聚焦至真皮17中的焦斑25，则显著不同强度的区域将归因于热扩散而不再保留。聚焦帮助定位被加热的区域。它还帮助防止对表皮16造成损害，因为功率密度在表皮16中可以比在真皮17中低得多。

对于本发明，在处理部位处创建进一步的散热器皮肤区不是必要的。

在处理部位处的处理期间，在外皮层16的第一皮肤区23a和第二皮肤区23b中温度将上升。通过提供在这些皮肤区之间的散热器，较高程度的热扩散和热再分配意味着第一皮肤区23a和第二皮肤区23b内的热损伤被降低的风险。通过装置10的适当配置，散热器尺寸可以被确定为使得在处理期间第三中央皮肤区23c内的最大温度低于第一皮肤区23a和第二皮肤区23b中的最大温度。

操作的原理也可以从如图5a、图5b、图6b和图6c所提供的图表中得以理解。图5a描绘了在现有技术中已知的两个激光射束强度轮廓—传统的高斯轮廓30和传统的平顶轮廓40。纵轴61代表作为功率的每单位面积的激光的强度，并且横轴62代表穿过激光处理射束22的横截面的位置。平顶轮廓40内的激光强度跨射束截面的直径近似恒定。还在近似等于平顶轮廓40的最大强度的强度处平行于横轴描绘了强度阈值50。高斯轮廓30中的强度示出了跨射束截面的高斯分布，具有显著地超过强度阈值50的中央最大值。高斯轮廓30和平顶轮廓40代表具有相同功率的射束。

当激光射束轮廓被用于处理皮肤15时，产生图5b中描述的表皮16温度轮廓。纵轴65代表在暴露于多个激光脉冲之后在表皮中的温度，并且横轴66代表在最大温度被控制的情况下穿过外皮部位的横截面的位置。描绘了由分别暴露于高斯射束强度轮廓30和平顶强度轮廓40产生的高斯温度轮廓35和平顶温度轮廓45。还在近似等于表皮中期望的最大温度的温度处平行于横轴描绘了温度阈值55。高斯温 度轮廓35示出跨外皮部位23的高斯分布，具有显著地超过温度阈值55的中央最大值。该“热点”归因于强度轮廓35中的峰值强度，并且是现有技术中的已知问题。

传统上，该“热点”通过使用平顶强度轮廓40来避免。然而，相关联的温度轮廓不是平顶。图5b描绘了类似于钟形状的跨外皮部位的相应的平顶温度轮廓45。轮廓45的中央部分延伸超过温度阈值55，代表着表皮中的“热点”。平顶强度轮廓40产生平顶温度轮廓的假设对于相对短的处理时间或相对短的脉冲是真的。在利用平顶强度轮廓的典型处理期间，表皮中的辐射强度跨外皮部位23近似恒定。然而，随着温度上升，热远离外皮部位扩散到周围组织内—换言之，周围组织充当散热器。本发明是基于如下见解：外皮部位的中央中的热因为它由被加热的组织包围而不可能扩散—这导致外皮部位的中央中的热点，即使当使用平顶强度轮廓40时。

热点问题的传统解决方案是降低处理射束轮廓中的最大强度50直到表皮热点不再发生。然而，这也降低了激光处理射束22的功率，造成较低功效和/或延长的处理时间。

图6a描绘了根据本发明的激光强度轮廓的两个示例。轴61、62和强度阈值50与针对图5a描绘的相同。图6a描绘了图5a中描述的轮廓的变型版本—变型后的高斯强度轮廓130和变型后的平顶强度轮廓140。变型后的平顶轮廓140与图5a中描述的平顶轮廓40相同，除了射束截面的中央处的强度被降低至零。变型后的高斯轮廓130与图5a中描述的高斯轮廓30相同，除了射束横截面的中央处的强度被降低至零。在两种情况中，提供了具有非常低的强度的中央射束区22c。变型后的强度轮廓130、140中的功率通过使强度增加高于强度阈值50而保持与图5a的强度轮廓相同。

当图6a的激光射束轮廓中的每一个被用于处理皮肤15时，产生图6b中描绘的变型后的表皮16温度轮廓145。在图6b中，轴65、66和表皮温度阈值55与针对图5b描述的相同。变型的表皮温度轮廓145再次类似于钟形状—然而，外皮部位23c的中央处的温度归因于 外皮部位23c的中央处的附加散热器的存在而低于钟的肩部23a、23b处的温度—在温度轮廓上没有点超过表皮温度阈值55。

本发明因此通过提供中央散热器23c使得外皮部位中的热点能够避免，而不显著地降低激光处理射束22的功率。作为结果，也没有显著地降低达到处理部位的功率。散热器的尺寸被预定和/或被控制成限制处理期间在外皮部位23a、23b、23c中的最大温度。如果散热器的尺寸仅被预定，则取决于期望的处理可以使用皮肤的仿真来确定适当的设定。如果散热器的尺寸仅被控制，则需要某种形式的反馈，诸如Altshuler和Erofeev的美国专利6015404中所描绘的温度传感器。优选地，使用预定方面和控制方面两者以提供外皮部位23a、23b、23c中的最精确的温度控制。

防止热损伤所要求的中央散热器的尺寸取决于至少一个参数，包括：

-第三皮肤区23c中的激光处理射束强度，

-第一皮肤区23a和第二皮肤区23b的分开，

-第一皮肤区23a和第二皮肤区23b中的激光处理射束强度，

-激光处理射束22的脉冲持续时间，

-处理脉冲之间的脉冲延迟，

-外皮部位23a、23b、23c的诸如热驰豫时间等的光学和热性质，

-包围外皮部位23a、23b的皮肤组织的光学和热性质，

-包围外皮部位23a、23b的皮肤组织的温度，

-激光处理射束22的波长光谱、辐照度和光斑大小，

-外皮部位23a、23b、23c的在皮肤15的表面下方的深度，

-皮肤15在正被处理的身体和个体上的位置，和

-处理循环的相位。

装置10的可用于预定和/或控制中央散热器的尺寸的参数包括：

-激光处理射束22的波长光谱、辐照度和光斑大小，

-在激光处理射束22的横截面的射束区22a、22b、22c中所提供的激光处理射束强度，

-装置10的数值孔径(NA)，

-激光处理射束22的横截面的射束区22a、22b、22c的尺寸和范围，

-激光处理射束22的脉冲持续时间，和

-处理脉冲之间的脉冲延迟。

本领域技术人将能够通过适当的仿真和/或测量来确定装置10的参数。

适当的设定的一些示例是：

-激光射束脉冲中的可传送的能量水平可以是在皮肤的表面测得的在0.1mJ与20mJ之间。

-光的波长可以在800nm与1500nm之间。在该范围内，穿过皮肤的传输高并且散射和线性吸收低。

-较低强度射束区22c在横截面中的直径是100微米至200微米。

关于皮肤的热驰豫时间已做出了很多测量—例如，由Choi和Welch发表在外科和医学中的激光29:351-359(2001)中的文章“组织的激光辐照期间的热驰豫分析”(“Analysis of Thermal Relaxation During Laser Irradiation of Tissue”,Lasers in Surgery and Medicine29:351-359(2001),by Choi and Welch)。在该文章中，使用传统的高斯和传统的平顶激光射束轮廓调查热驰豫时间。特别地，该文章分析了用多个脉冲处理皮肤时的热驰豫。

如果中央皮肤散热器区在尺寸上做成使得中央散热器的截面范围等于或大于外皮层16的热穿透深度则可以是有利的。截面范围可以通过测量在第一皮肤区23a和第二皮肤区23b的相对边缘之间的穿过近似平行于皮肤15的表面的平面的距离来确定。各皮肤区23a、23b的边缘可以被视为强度等于皮肤区内的最大强度的一半的等位线接合点。以微米测得的热穿透深度典型地是50微米至200微米。

图7描绘了用以确定对于皮肤的上层的在热穿透深度与脉冲持续时间之间的关系70的仿真的结果。横轴64描绘了以毫秒(ms)为单位以20ms的步进从0ms到120ms的脉冲持续时间；并且纵轴63描 绘了以微米(μm)为单位的以50μm的步进从0μm到250μm的热穿透深度。关系70开始于0ms/4.5μm，并接着通过1.5ms/23μm；10ms/72μm和92ms/225μm。所以，热穿透深度随脉冲持续时间而增加。

根据本发明，激光处理射束的脉冲具有长于外皮区的热驰豫时间的脉冲持续时间。这样相对长的脉冲传统上是避免的，因为长于热弛豫时间的脉冲可能会造成处理期间温度上的稳定增加，这可以引起皮肤的温度超过用于热损伤的阈值。用于表皮的热驰豫时间取决于个体、在身体上的位置和激光处理的参数，但是典型地是从10ms至30ms。参见在“脉冲持续时间”下的1180页至1181页上的“作为光老化的非烧蚀性途径的强烈脉冲光”文章。

所以，使用图7中描述的关系70，30ms的脉冲长度将造成大约100微米(μm)的热穿透深度。中央散热器的截面范围因此应该是至少100微米。为了实现这个，激光处理射束22的横截面中的第三射束区22c的直径应该近似100微米至200微米。

与诸如表皮冷却等的现有技术中已知的其他措施一起使用本发明也可以是有利的。

横向射束截面内的非零且较低强度的射束区可以通过将激光源20配置并布置成以具有与比外周处实质上低的强度的中央区的高阶模式操作、即不是以基础模或以输出是多个高阶模式的组合的混合多模式操作来提供。高阶模式应该足够纯粹以创建非零且实质上较低强度所要求的区域。现有技术中已知的任何方法可以被用于获得这一点，诸如激光腔或谐振器的适当配置。例如，由Cagniot、Fromager等人发表在SPIE激光射束整形XII卷8130,813006(2011)上的文章“使用友好腔内激光射束整形技术的纯TEMp0模的生成”(“Generation of pure TEMp0modes using a friendly intra-cavity laser beam shaping technique”by Cagniot,Fromager et al；Laser Beam Shaping XII；SPIE Vol.8130,813006(2011))公开了一种用于在激光腔(谐振器)中生成具有相位和幅值DOEs的高模式的模型。例如，将 π相位板插入平凹腔内。

图9描绘了可以使用的已知拉盖尔-高斯模式的示例，诸如LG-01、LG-02和LG-03。在该专利申请中，使用了用于LG模式的标准表示法—第一索引指示出径向模阶(radial mode order)的数量(p)，并且第二索引指示出角模阶(angular mode order)的数量(l)。

本发明的强度区也可以通过将激光源20配置并布置成以LG-01*模式操作，其中p＝0并且l＝1。“*”指示出这是图3中描绘的所谓的“多纳圈”或环形模式。第一射束区22a和第二射束区22b是连续的，形成了非零光强度的环形区的部分。第三射束区22c被配置成形成较低光强度的中央区，并且较低强度的所述中央区由非零光强度的环形区围住。

诸如LG-11、LG-21、LG-22和LG-34等的LG模式也可以被用于提供多个低强度的合适区22c。

图8描绘了可以使用的已知厄米特-高斯模式的示例，诸如HG-01、HG-10或HG-11。图4描绘了近似HG-01模式的横截面122—提供了非零强度的两个非连续区122a、122b，它们通过较低强度的第三区122c在激光处理射束122的横截面内被沿着它们的边界的总长度分开。该强度轮廓可以通过对激光源的适当变型或者通过将合适的掩模在适当位置布置在处理射束22中来创建。诸如HG-12、HG-21、GH-30、HG-31和HG-33等的HG模式也可以被用于提供多个低强度的合适区22c。

关于高阶激光模式中的强度分布的更多细节可以在ISBN978-953-1007-405-4由F.J.Duarte编辑的书刊激光脉冲现象与应用中的第11章：由Tae Moon Jeong和Jongmin Lee发表的空间域中的激光射束诊断(Chapter 11:Laser Beam Diagnostics in a Spatial Domain by Tae Moon Jeong and Jongmin Lee,in the book Laser Pulse Phenomena and Applications,edited by F.J.Duarte,ISBN 978-953-1007-405-4)中找到。

对于本领域技术人员来说清楚的是，也可以通过在激光腔内的变 型和/或光学元件与激光腔外侧的沿着光路布置的光学元件的组合来创建合适的强度轮廓。

根据本发明的装置和方法可以用于皮肤的任何合适的处理，特别是非侵入性的皮肤中的褶皱减少、光化性角化病、疤痕组织或痤疮和色斑的减少。装置和方法可以用于选择性光热分解、特别是用于烧蚀性和非烧蚀性技术。

激光源20可以被布置在装置10的外侧，并使用光学纤维连接。这提供了小且重量轻的施加器单元，其中笨重且较重的激光源等在单独且固定的单元中。

应该注意的是，上述实施例说明了而不是限制本发明，并且本领域技术人将能够设计出很多可替代的实施例。

在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记都不应该被解释为限制权利要求。动词“包括”及其形式变化的使用不排除除了权利要求中所陈述的那些以外的元件或步骤的存在。元件前面的冠词“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件和借助于合适编程的计算机来实施。在列举了若干部件的装置权利要求中，这些部件中的若干可以由硬件的一个和相同项目来体现。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的纯粹的事实不表明这些措施的组合不能有利地使用。

附图标记

10 皮肤处理装置

12 光学系统

13 装置光轴

15 皮肤

16 皮肤的表皮层

17 皮肤的真皮层

20 用于生成激光处理射束(22)的光源

22 激光处理射束

22a 非零光强度的第一射束区

22b 非零光强度的第二射束区

22c 光强度比非零光强度低的第三射束区

23a 外皮层中的第一皮肤区

23b 外皮层中的第二皮肤区

23c 外皮中的第三皮肤区

25 焦斑

30 高斯激光射束强度轮廓

35 暴露于高斯强度轮廓时的表皮温度轮廓

40 平顶激光射束强度轮廓

45 暴露于平顶强度轮廓时的表皮温度轮廓

50 强度阈值

55 表皮温度阈值

61 强度轴(纵)

62 在激光射束横截面轴中的位置(横)

63 以微米为单位的热穿透深度(纵轴)

64 以毫秒为单位的脉冲持续时间(横轴)

65 表皮温度轴(竖)

66 在外皮部位横截面轴中的位置(横)

70 皮肤中的热穿透深度与脉冲持续时间之间的关系

122 处理激光射束的第二实施例

122a (可替代的)：第一射束区＝非零强度

122b (可替代的)：第二射束区＝非零强度

122c (可替代的)：光强度比非零光强度低的第三射束区

130 变型后的高斯激光射束强度轮廓

140 变型后的平顶激光射束强度轮廓

145 变型后的表皮温度轮廓