用于基于多光子電離的皮膚處理的皮膚處理設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及使用激光的皮膚處理，并且更具體地涉及用于在皮膚組織中的目標(biāo)位置產(chǎn)生多光子電離過程的皮膚處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]通過預(yù)防或減少皮膚皺紋來維持年輕外表的愿望是人類社會(huì)的一個(gè)重要問題。許多技術(shù)已經(jīng)被設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)上述問題。從公布的國際專利申請WO 2008/001284 A2中已知的技術(shù)之一是，在待處理皮膚的真皮層形成焦斑。所述WO申請公開了一種具有激光源和聚焦光學(xué)器件的皮膚處理裝置，其中激光的功率被選擇為使得激光誘導(dǎo)光學(xué)擊穿(L1B)影響皮膚，以刺激皮膚組織的再生長并減少皺紋。此L1B是基于皮膚組織對激光的強(qiáng)非線性吸收，其在激光的功率密度的某一閾值之上發(fā)生于激光束的焦斑中。這種強(qiáng)烈的吸收會(huì)產(chǎn)生局部等離子體，其能夠在所述等離子體的位置破壞或甚至去除組織。這是由二次主要機(jī)械效果，例如所產(chǎn)生的等離子體的快速膨脹引起的。這種效果非常局部，因?yàn)榈陀谠撻撝荡嬖诹慊蚝苌俚木€性和非線性吸收，而高于閾值，等離子體被產(chǎn)生，其甚至更強(qiáng)烈地吸收激光。換句話說，效果諸如L1B只發(fā)生在焦斑處，而在焦斑上方和下方?jīng)]有或非常弱的效果發(fā)生。這意味著，例如表皮可以容易地被保護(hù)以免受不期望的影響或破壞。
[0003]通過多光子電離的激光皮膚燒蝕，諸如例如激光誘導(dǎo)光學(xué)擊穿，需要1013W/cm2量級的高光強(qiáng)度。由于非常高的光子注量(典型地MO31Cnf2S-1)，在波長λ處具有能量hv的多(N)光子表現(xiàn)得像能量Nhv的光子，其與電子相互作用，以從價(jià)帶釋放它。這需要被吸收光子的總能量大于電離勢(Nhv>A)。這種通過電離的所謂種子電子或自由電子的產(chǎn)生需要具有相同偏振的多個(gè)光子(N)，其在空間(焦體積)和時(shí)間(約毫微到毫微微秒)上被限制，總能量超過材料的電離勢(Nhv>A )。在皮膚內(nèi)部深層實(shí)現(xiàn)多光子電離是一種挑戰(zhàn)性任務(wù)。
[0004]US2013/0199540 Al公開了一種用于活組織的等離子體處理的設(shè)備，其具有用于產(chǎn)生大氣壓等離子體射流的等離子體源，用于包括待處理組織的身體部分的支撐裝置，用于相對于組織表面移動(dòng)等離子體源的移動(dòng)裝置，和用于控制移動(dòng)裝置且用于控制等離子體源的操作的控制裝置，其中，控制裝置具有用于作為相對于組織的位置函數(shù)調(diào)節(jié)等離子體輸出的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備具有用于測量等離子體射流的出口開口的前端和待處理對象之間的距離的光學(xué)裝置。所述光學(xué)裝置包括激光源，其產(chǎn)生通過形成在等離子體發(fā)生器的內(nèi)部電極中的通道朝向待處理對象被引導(dǎo)的激光束。由所述對象反射的激光束在相反的方向上被引導(dǎo)通過通道，并通過輸出耦合鏡反射到光傳感器。在另一個(gè)實(shí)施例中，在等離子體處理之前、期間和之后，熱處理、光處理和/或激光處理可以進(jìn)行。這些額外的處理可以支持并延伸等離子體處理的工作方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于在皮膚組織中的目標(biāo)位置產(chǎn)生多光子電離過程的非侵入性皮膚處理設(shè)備，借助該設(shè)備多光子電離過程以相對低的光強(qiáng)度產(chǎn)生。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的是通過一種皮膚處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，其包括:
[0007]激光源，其被配置并構(gòu)造為用于產(chǎn)生處理激光束，
[0008]光學(xué)系統(tǒng)，其被配置并構(gòu)造成使得，在使用中，處理激光束被聚焦到皮膚組織中的目標(biāo)位置的焦斑中，
[0009]等離子體單元，其被配置并構(gòu)造為用于產(chǎn)生等離子體使得，在使用中，等離子體的至少一部分穿透皮膚組織，并且在皮膚組織中的目標(biāo)位置生成至少一個(gè)自由電子，和
[0010]控制單元，其被配置并構(gòu)造為用于控制激光源和等離子單元，
[0011]其中激光源和光學(xué)系統(tǒng)被配置和構(gòu)造成使得，在使用中，在皮膚組織的焦斑中的處理激光束的功率密度低于對于皮膚組織的第一功率密度閾值，高于該閾值，自由電子在皮膚組織內(nèi)通過存在于處理激光束中的光子的吸收生成，并在焦斑中的處理激光束的功率密度高于對于皮膚組織的第二功率密度閾值，高于該閾值，雪崩電離過程在皮膚組織內(nèi)由存在于處理激光束中的光子的自由電子通過逆軔致輻射吸收產(chǎn)生。
[0012]本發(fā)明是基于這樣的認(rèn)識(shí)，用于在皮膚組織內(nèi)產(chǎn)生種子電子或自由電子所需的激光束強(qiáng)度，也就是激光束在焦斑中的功率密度，與在多光子電離過程中產(chǎn)生后續(xù)雪崩電離過程所需的激光束強(qiáng)度相比顯著更高。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，通過在皮膚表面附近提供等離子體，用于產(chǎn)生多光子電離過程所需的整體激光束強(qiáng)度被降低。在皮膚表面附近提供的等離子體穿透皮膚組織并在目標(biāo)位置產(chǎn)生至少一個(gè)自由電子。由等離子體在目標(biāo)位置產(chǎn)生的所述至少一個(gè)自由電子隨后充當(dāng)用于電離過程的種子電子。處理激光束的光的至少一部分，其被聚焦到目標(biāo)位置，將被等離子體所產(chǎn)生的種子電子吸收以在皮膚組織內(nèi)部發(fā)起雪崩電離過程。這樣，由于產(chǎn)生用于多光子電離過程的種子電子的等離子體的存在，用于產(chǎn)生多光子電離過程所需的處理激光束強(qiáng)度與單獨(dú)由激光產(chǎn)生而不存在等離子體的多光子電離過程相比被減小。
[0013]在皮膚組織內(nèi)部產(chǎn)生損傷的多光子電離過程要求高的光強(qiáng)度，即高的激光束的功率密度，例如1013W/cm2的數(shù)量級。多光子電離過程實(shí)際上是兩步驟的過程，其中在第一步驟中，經(jīng)由具有相同偏振狀態(tài)的多個(gè)光子的吸收產(chǎn)生自由電子或種子電子。在第二步驟中，通過種子電子的借助光子的逆軔致輻射吸收產(chǎn)生雪崩電離過程。產(chǎn)生種子電子所需的激光束強(qiáng)度閾值與產(chǎn)生雪崩電離過程所需的激光束強(qiáng)度閾值相比顯著更高。通過多光子電離的種子電子生成是介質(zhì)特性和光束特性兩者的函數(shù)。當(dāng)偏振光被聚焦到如皮膚的混濁介質(zhì)內(nèi)部時(shí)，在焦斑中具有相同偏振的光子的部分顯著降低。這是由光子(中的一些)因皮膚組織的高NA聚焦、多重散射和雙折射引起的偏振變化造成的。用于借助已知皮膚處理設(shè)備產(chǎn)生多光子電離過程所需的相對高的激光束強(qiáng)度閾值，應(yīng)至少部分地補(bǔ)償可用于在皮膚組織中目標(biāo)位置的多光子電離的具有相同偏振的光子數(shù)量的減少。用于發(fā)起和產(chǎn)生此多光子電離過程所需要的該相對高的強(qiáng)度閾值也增加了對周圍組織的附帶損害的風(fēng)險(xiǎn)，并且顯著增加了已知皮膚處理設(shè)備的總功率要求。通過使用等離子體，其在皮膚表面附近被產(chǎn)生并穿透皮膚組織以在皮膚組織中的目標(biāo)位置生成至少一個(gè)自由電子，用于產(chǎn)生多光子電離過程所需的處理激光束強(qiáng)度的降低被實(shí)現(xiàn)以達(dá)遠(yuǎn)低于使用已知皮膚處理設(shè)備時(shí)所需的激光束強(qiáng)度閾值的水平。
[0014]在根據(jù)本發(fā)明的皮膚處理裝置的一個(gè)實(shí)施例中，控制單元被配置和構(gòu)造為僅在已經(jīng)由等離子體單元產(chǎn)生等離子體后，激活激光源產(chǎn)生處理激光束。這樣，由等離子體單元產(chǎn)生的等離子體能夠穿透皮膚組織，以在目標(biāo)位置提供至少一個(gè)自由電子。
[0015]在根據(jù)本發(fā)明的皮膚處理裝置的又一個(gè)實(shí)施例中，皮膚處理裝置還包括由控制單元控制的電場發(fā)生器，其中電場發(fā)生器被配置并構(gòu)造成用于在使用中產(chǎn)生電場以朝向目標(biāo)位置引導(dǎo)等離子體。除了朝向目標(biāo)位置引導(dǎo)等離子體，電場可以被配置和構(gòu)造成也迫使等離子體的至少一些進(jìn)入皮膚組織以到達(dá)目標(biāo)位置，并在目標(biāo)位置提供至少一個(gè)自由電子。在本實(shí)施例中，控制單元可以被配置和構(gòu)造用于調(diào)節(jié)由電場發(fā)生器產(chǎn)生的電場的強(qiáng)度，以達(dá)到等離子體朝向目標(biāo)位置的期望的穿透深度和/或期望穿透速度。例如，當(dāng)皮膚處理設(shè)備的處理激光束掃描過皮膚表面用于相對大區(qū)域的處理時(shí)，電場強(qiáng)度可以被調(diào)整或適配于遵守在處理過程中用戶所使用的掃描速度。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的皮膚處理裝置的一個(gè)實(shí)施例中，等離子體單元包括其中產(chǎn)生等離子體的等離子體通道。在本實(shí)施例中，在使用中，流體朝向皮膚表面流經(jīng)等離子體通道，流體的至少一部分在等離子體通道中被轉(zhuǎn)換成等離子體。朝向皮膚表面流經(jīng)等離子體通道的流體將導(dǎo)致等離子體流或甚至等離子體射流，其可以被引導(dǎo)到皮膚組織的表面，并且其也可以用于改善等離子體朝向目標(biāo)位置的穿透深度和穿透速度。在根據(jù)本發(fā)明的皮膚處理設(shè)備的另一實(shí)施例中，等離子體通道包括用于朝向皮膚表面發(fā)射等離子體的出口，出口被配置和構(gòu)造成用于朝向皮膚組織內(nèi)的目標(biāo)位置引導(dǎo)等離子體。出口可以例如包括噴嘴，等離子體射流可以從其被發(fā)射并且其可以被用于朝向皮膚組織內(nèi)部的目標(biāo)位置引導(dǎo)等離子體射流。當(dāng)皮膚處理裝置在使用中時(shí)，流體可以以每分鐘2和20標(biāo)準(zhǔn)公升之間的流速流過等離子體通道或，例如，在以每分鐘5和10標(biāo)準(zhǔn)公升之間的流速流過等離子體通道。優(yōu)選地，流體包括惰性氣體，諸如例如氬。使用惰性氣體將防止在目標(biāo)位置由等離子體產(chǎn)生至少一個(gè)自由電子或種子電子的過程中發(fā)生任何不希望的化學(xué)反應(yīng)。例如，氬氣的使用導(dǎo)致相對有成本效益的解決方案，因?yàn)橄鄬τ谄渌栊詺怏w，氬氣是比較便宜的。
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