阅读说明：本技术 基于光的皮肤处置设备 (Light-based skin treatment device ) 是由 B·瓦尔盖塞 R·费尔哈亨 于 2019-01-09 设计创作，主要内容包括：一种基于光的皮肤处置设备,用于通过激光诱导的毛发或皮肤组织的光学分解来处置皮肤。聚焦系统具有出射聚焦透镜,用于将入射光束聚焦到毛发或皮肤组织中的焦斑上。该透镜有中心孔口。这有助于减少镜头表面的后向反射,所述后向反射可能损坏聚焦系统。(A light-based skin treatment device for treating skin by laser-induced optical breakdown of hair or skin tissue. The focusing system has an exit focusing lens for focusing the incident light beam onto a focal spot in hair or skin tissue. The lens has a central aperture. This helps to reduce back reflections at the lens surface which could damage the focusing system.)

基于光的皮肤处置设备

技术领域

本发明涉及基于光的皮肤处置设备。所述设备包括光源、光学系统和透明的出射窗口。所述光源用于提供入射光束，以用于通过毛发或皮肤组织的激光诱导的光击穿(LIOB)来处置皮肤。透明的出射窗允许入射光束离开所述设备。所述光学系统被提供用于将入射光束聚焦到皮肤处置设备外部的毛发或皮肤组织中的焦斑上。

背景技术

这种基于光的皮肤处置设备例如用于皱纹处理和毛发修剪。在基于光的皱纹处置中，所述设备在要被处置的皮肤的真皮层中形成焦斑。选择激光的功率和脉冲持续时间以及焦斑的尺寸，使得激光诱导的光击穿(LIOB)现象影响皮肤，从而刺激皮肤组织的再生长并且由此减少皱纹。在基于光的毛发切割中，入射光束被聚焦在毛发内部，并且LIOB现象导致毛发被切穿。

例如，公开为WO 2005/011510的国际专利申请描述了一种用于减短毛发的设备，所述设备包括用于在预定脉冲时间期间生成激光束的激光源，用于将激光束聚焦到焦斑上的光学系统以及用于将焦斑定位在目标位置的激光束操纵器。焦斑的尺寸和所生成的激光束的功率要使得激光束在焦斑中具有的功率密度高于毛发组织的特征阈值，在所述阈值之上，对于预定的脉冲时间，在毛发组织中发生激光诱导的光击穿(LIOB)现象。WO2008/001284公开了进一步的细节，并且例如讨论了激光束要求和所需的聚焦系统特性，例如出射透镜的数值孔径。

通常，当焦斑中激光束的功率密度(W/cm²)超过阈值时，激光诱导的光击穿(LIOB)发生在对于激光束的波长透明或半透明的介质中，所述阈值时对于特定介质是特征性的。在阈值之下，对于所述激光束的所述特定波长，所述特定介质具有相对较低的线性吸收特性。在所述阈值之上，对于激所述光束的所述特定波长，介质具有强烈的非线性吸收特性，这是介质电离和等离子体形成的结果。这种LIOB现象会导致若干机械效应，例如气蚀和冲击波的生成，其损坏LIOB现象所在位置周围的位置中的介质。

LIOB利用高强度的亚纳秒或(所谓的皮秒)激光脉冲来生成皮肤中的多光子吸收所需的高光子通量。非线性LIOB过程仅在当通过高数值孔径(NA)聚焦在焦斑中生成极高的光子通量超过光学击穿所需的强度阈值时在焦斑体积中发生。

基于LIOB的皮肤处置设备使用4类激光，其对用户是潜在危险的。因此，重要的是包括安全手段以确保使用者和昂贵设备的安全。

传统上，LIOB利用基本的高斯TEM₀₀模，其中光束的光强度的横向轮廓通过高斯函数描述。对于高斯光束，峰强度，即在光束轴线的强度，是功率的两倍除有效模面积(有效模面积＝πw²，其中，w是模半径)。当将TEM₀₀高斯光束用于创建LIOB时，出射聚焦透镜通常会由于皮肤的后向反射而受损，特别是在光束的中心，与峰值强度相对应。

受损的透镜能够会导致不良的处置效力和对使用者的不良副作用。特别地，损坏的出射窗对设备在所需位置提供足够紧密的聚焦的能力具有有害影响，这可能降低处置过程的效力和/或可能增加不良副作用的发生，例如作为皮肤刺激。如果在真皮上方形成浅表性病变，则由于毛细血管的微破裂会出现瘀斑(微出血)，从而导致效力降低、副作用增加和社交中断时间。

尽管过去已经报道了许多主动安全系统，但它们对故障敏感，并且可能相当复杂，因此价格昂贵。

另一种选择是使用高斯到顶帽转换器来将单模高斯激光束轮廓转换为平顶激光束轮廓。

与高斯强度和顶帽强度轮廓相比，仍然需要一种更简单、无源、鲁棒的系统来进一步提高设备和用户的安全性。

发明内容

本发明由权利要求所定义。

根据本发明的第一方面的示例，提供了一种基于光的皮肤处置设备，其包括：

激光光源，其用于提供脉冲入射光束以通过激光诱导的毛发或皮肤组织的光学分解来处置皮肤；以及

聚焦系统，其用于将所述入射光束聚焦到所述毛发或皮肤组织中的焦斑中，

其中，所述聚焦系统包括出射聚焦透镜，所述出射聚焦透镜具有中央抽真空的或充气的孔口。

所述出射透镜中的孔口创建环形聚焦光束。通过在环中而不是高斯光束轮廓中分布激光能量，可以降低激光在皮肤表面的峰值辐照度。这降低了皮肤人任何给定点的强度，同时将光子通量保持在焦斑体积中，这可以使用高斯强度轮廓来实现。怕由于光束中心处的峰值强度而因此减少了背反射光。这样可以防止接触窗或出口透镜受损以及潜在的皮肤损害，从而提高基于LIOB的皮肤处置的安全性和效力。

对于焦斑区域中相同的光子通量，相比于光束的轴上具有最大强度的高斯照明，环形照明生成沿着在激光功率最小处的光束的轴上从皮肤后向反射的降低水平的光。

所述激光光源优选地包括1064nm的激光器。这在皮肤内部提供了低吸收和散射，并且因此提供了较大的穿透深度。

所述激光光源例如适于递送能量为1至10mJ的脉冲，并且具有100fs至10ns的脉冲持续时间，例如100ps至10ns。这提供了适合LIOB的能量水平。

所述出射聚焦透镜优选地具有高数值孔径，以提供到期望点有效紧密聚焦，以使系统安全操作。

所述孔口的直径例如小于1mm，例如小于0.5mm。

所述孔口的面积例如小于所述出射聚焦透镜的面积的5％，或者小于所述出射聚焦透镜的有效孔口的5％。

所述设备可以包括光束成形设备，用于生成环形脉冲入射光束。

所述光束成形设备可以包括：

空间光调制器；或者

相位掩模；或者

消隐掩模；或者

全息板；或者

光栅。

这些是用于创建所需环形光束的各种选项。

本发明还提供了一种基于光的皮肤处置方法，包括：

提供脉冲入射光束，用于通过激光诱导的毛发或皮肤组织的光学分解来处置皮肤；

通过使用具有小于1mm直径的中心孔口的出射聚焦透镜聚焦来将入射光束聚焦到毛发或皮肤组织中的焦斑中。

脉冲入射光可以是1064nm激光，具有能量为1至10mJ、持续时间为100fs至10ns(例如100ps至10ns)的脉冲。

所述方法可以包括生成环形脉冲入射光束。

这些方法是非治疗方法，特别是美容方法，用于使皮肤恢复活力或毛发去除。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的范例，其中：

图1示意性地示出了已知的LIOB皮肤处置设备；

图2更详细地示出了已知的聚焦透镜；

图3示出了实现光束成形以减少由于后向反射造成的损害的一种可能方式；

图4更详细地示出了根据本发明的已知聚焦透镜；并且

图5示出了激光处置方法。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明。

应当理解，详细说明和具体示例虽然指示了设备、系统和方法的示例性实施例，但是仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。根据以下说明、所附权利要求书和附图，将更好地理解本发明的设备、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点。应该理解的是，附图仅是示意性的，并且未按比例绘制。还应该理解，贯穿附图，使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

本发明提供了一种基于光的皮肤处置设备，用于通过激光诱导的毛发或皮肤组织的光学分解来处置皮肤。聚焦系统具有出射聚焦透镜，用于将入射光束聚焦到毛发或皮肤组织中的焦斑上。该透镜有中心孔口。这有助于减少镜头表面的后向反射，所述后向反射可能损坏聚焦系统。

在详细描述本发明之前，将概述本发明涉及的设备类型的一个示例。

图1示出了用于处置具有表面5的皮肤3的系统1。

系统1包括用于在至少预定脉冲时间期间生成激光束11的光源9，并且其包括用于将激光束11聚焦到焦斑15中并将焦斑15定位在皮肤3内的目标位置中的光学系统13，所述位置至少部分地对来自光源9的光透明。

在图1中示意性示出的光学系统13的示例包括光束偏转和二向色分束系统17，像差校正系统19、光束扫描系统21和聚焦系统23，所述系统可以包括一个或多个反射镜、棱镜、分束器、偏振器、光纤、透镜、孔口、快门等。例如，扫描系统包括扫描棱镜。

聚焦系统具有聚焦深度选择、光束成形和聚焦以及接触/输出窗口。悬挂之后有周线，以保持接触/输出窗口的接触。

光学系统13的至少部分和/或激光束11的光路可以密封的，例如为了眼睛安全，例如包括不透明的管和/或一条或多条光纤。

光源9被配置为以预定的波长并且以预定的脉冲持续时间和重复率发射预定数量的激光脉冲。系统1是可配置的，使得焦斑15的目标位置在皮肤的表面下方。焦斑15的尺寸和所产生的激光束的功率使得在焦斑15中，激光束11具有一功率密度，所述功率密度高于皮肤组织的特征阈值，在该阈值之上，在预定的脉冲时间，发生激光诱导的光击穿事件。

在激光源9与光束偏转和二向色分束系统17之间可以有一个铰接臂。光束偏转系统17和随后的部件形成手持件的一部分。由于铰接臂的镜中的对准误差，光束可以在进入铰接臂之前被扩展，并且然后在光束转向和像差校正之前被压缩。

皮肤3包括具有不同光学特性的多个层。表皮包括最外层并且形成防水保护屏障。表皮的最外层是角质层，由于其微观上的粗糙度波动，阻碍了设备1与皮肤3之间的光耦合。因此，优选地在聚焦系统与皮肤之间提供耦合流体，所述耦合流体的折射率旨在与皮肤和/或聚焦系统的出射透镜的折射率匹配。

在表皮下方，存在有真皮。真皮包含皮肤处置所靶向的胶原纤维。

在该系统的一个示例使用中，皮肤处置的目的是在真皮的胶原蛋白中创建脉冲激光束11的焦斑15，以便创建微观损伤,微观损伤导致新的胶原蛋白形成。

光源9能够由任选的控制器25控制，所述控制器可以提供用户接口。而且，光学系统13的一个或多个部分可以由任选的控制器(未示出)控制，所述任选的控制器可以与光源控制器25集成在一起以控制目标位置和/或焦斑的一个或多个属性。

激光束聚焦参数可以通过光束成形和/或聚焦系统的适当设置来确定，例如通过调节聚焦系统的数值孔径来确定。光学系统具有至少0.2、优选地至少0.4、更优选地至少0.6的数值孔径。数值孔径的这样的值与上面的皮肤层，特别是表皮的安全性有关。

合适的光源包括Q开关Nd：YAG激光器发射波长约为1064nm的激光脉冲，脉冲持续时间约为100ps至10ns。在此范围内，通过LIOB生成的血浆非常地局部，即具有较小的空间扩展，这使对周围组织的意外损坏的风险最小化。此外，获得LIOB所需的峰值功率基本上与该范围内的脉冲时间无关。但是，也可以使用其他脉冲时间，例如在大约100fs至100ps的范围内。

脉冲能量可以是1至10mJ。

出射透镜50是高NA聚焦透镜。

1064nm优选地用于处置，因为在皮肤内的吸收和散射相对较低，并且从而提供大的穿透深度。其他激光器，例如，Nd：Cr:Yag三级激光器和/或二极管激光器也可以被使用。另一个示例是Er：YAG激光器，具有1645nm的发射波长。

光束偏转和二向色分束系统17包括二向色分束器，其反射激光但使可见波长的光通过。因此，从皮肤3接收的可见波长的光被光学系统捕获，并被提供为反馈信号11'，所述反馈信号11'可以用于手动或自动地控制系统。

由聚焦系统23提供的聚焦深度优选地是可调节的。

图2示出了具有常规出射聚焦透镜30的聚焦系统，所述聚焦透镜将聚焦的激光脉冲提供到皮肤3中，从而在焦斑15处创建LIOB。强度轮廓被示为曲线32，具有高强度的中央部分34和低强度的环形带36。

第一直接向后反射的光将来自聚焦透镜30的出射表面，并且如果在皮肤之前存在多个层30A、30B、30C，如图2所示，则每个层将对后向反射做出贡献光。入射射线和直接反射射线由箭头38表示。由镜头聚焦功能所弯曲的光线不会对直接后向反射光产生影响。

例如，提供层30A、30B、30C以改善与皮肤的光学耦合，并且可以包括包含极性和非极性物质的混合物的凝胶、透明箔和油。例如在WO2013/128380中更详细地解释了这种额外层的使用。

如上所述，如图3所示，可以使用高斯至顶帽转换器，以将单模高斯激光束轮廓40转换为平顶激光束轮廓42。

图4示出了本发明的方法，其中将出射聚焦透镜50修改为包括中心孔口52。为了简单起见，尽管当然可以存在额外的耦合层，但是在图4中未示出。

通常，在透镜50的整个孔下面将充满浸液。这意味着镜头的有效孔口将小于最大实际镜头孔口。

例如，中心孔口的面积仅为基于透镜的有效孔口(直径)的面积的百分之几。通常，所述面积将低于5％，例如在0.25％至5％的范围内。例如，对于4mm的实际透镜孔径，有效孔径可以是3.6mm(因此面积为10.2mm²)，并且中心孔口的直径例如在0.2-0.4mm的范围内(因此面积为0.03mm²)至0.50mm²)。

孔口的目的是防止由于中心处非常小的区域中的峰值强度而导致的镜头损坏。

孔口通常充满空气。孔口可能会在镜片和皮肤之间充满浸液，但是由于孔口的尺寸较小，直径小于1mm(更通常小于0.5mm)，因此填充浸液的可能性很小。

即使孔口中充满了浸液，在任何情况下，向后反射的损坏也可能仅限于间隙中的浸液，这不是问题。这是因为中心孔口的直径与填充的有效孔口相比非常小。

因此，孔口可以充满空气，或透镜浸液或耦合介质。优选地，孔口被填充有与透镜具有不同的折射率的流体(液体或气体)，使得流体不执行相同的透镜聚焦功能。甚至可以将孔口抽成真空然后密封。孔口因此可以是开放的或可以是封闭的。

孔口中的流体是静态的。因此，孔口不用作流动通道，而是用作透镜功能的中断。孔口例如填充有折射率与透镜折射率不同的静态介质，例如在激光的波长下折射率低于1.3的介质。

强度轮廓被示为曲线54，在中心强度环的中间具有低强度中心部分56、中强度环58和高强度环。当然，这是一个概括，因为强度分布是平滑的而不是离散的。高强度部分从中心圆转换为直径较大的环形圈，因此减少了峰值辐照度，但保持了总通量。

这防止了接触窗/出口镜片的损坏和潜在的皮肤伤害，从而提高了基于LIOB的皮肤处置的安全性和有效性。这种设计减少了沿光束的轴从皮肤反射回的光。

激光束脉冲可以具有圆形的横截面形状。圆形光束的使用将导致能量损失，但是这非常小。

激光束可以替代地在到达出射聚焦透镜50之前成形以形成环形激光束。在图4中示意性地示出了光束成形装置64。以这种方式，不存在浪费的激光能量，其不对聚焦光束有贡献。可以通过采用波前控制，例如使用空间光调制器、相位掩模、阻挡掩模、全息板或光栅，以许多不同的已知方式创建环形光束。

将选择一种光束成形解决方案，所述解决方案应使转换损耗最小、成本低并且对系统容差最不敏感。

皮肤处置可以包括毛发去除剃刮过程。在使用期间，聚焦系统23在皮肤表面上移动以进行剃刮。聚焦系统形成用于允许入射光束离开设备的出射窗。然后，聚焦系统形成光学刀片。

皮肤处置可以包括嫩肤，用于减少由于正常衰老过程而在人皮肤中出现的皱纹。在使用期间，聚焦元件被压在或保持在要处置的皮肤上。由聚焦系统形成的出射窗保持与皮肤平行，并且入射光束离开出射窗并沿基本垂直于皮肤表面的方向进入皮肤。

在两个示例中，可以在聚焦系统与皮肤表面之间提供浸液。优选地，使用折射率接近聚焦系统23的皮肤接触镜和将发生LIOB的皮肤或毛发的折射率的浸液。为此目的，折射率为约1.4至约1.5的流体是合适的。同样，尽管水的折射率稍低，为1.33，但对于某些设备和应用来说，水也可能是合适的浸液。

图1的系统在激光器与聚焦系统之间具有特定的一组光学部件。但是，这种布置并非旨在进行限制。本发明的反馈系统可以在具有更少或更多数量的部件的不同系统配置中使用。

图5示出了基于光的皮肤处置方法，包括：

在步骤70中，提供脉冲入射光束，用于通过激光诱导的毛发或皮肤组织的光学分解来处置皮肤；并且

在步骤72中，通过使用具有中心孔口的出射聚焦透镜聚焦，将入射光束聚焦到毛发或皮肤组织中的焦斑上。

应当注意，上面提及的实施例范例而不是限制本发明，并且本领域技术人员能够设计出许多替代实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号中的任何附图标记不应构成对权利要求的限制。在权利要求中，动词“包括”及其连接词不排除存在权利要求中陈述的元件或步骤之外的元件或步骤。元件前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件来实施，以及借助于适当地编程的计算机来实施。在枚举了若干器件的设备型权利要求中，这些器件中的几个可以由同一硬件项来实现。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。