CN100553580C - 监视和控制激光诱导组织治疗的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明为控制光诱导组织治疗提供改进的方法和设备。依据本发明的各个方面，本发明对光束的操作参数提供改进的实时控制，这使得能够更安全、有效、均匀和连续地进行治疗。

Description

监视和控制激光诱导组织治疗的方法和设备
相关申请的相互引用
本申请是2003年12月23日申请的美国专利申请No.10/745,761，名称为“监视和控制激光诱导组织治疗的方法和设备(Method andApparatus for Monitoring and Controlling Laser-Induced TissueTreatment)”的部分继续，并且还是2003年12月31日申请的美国专利申请No.10/750,790，名称为“使用转动光器件的高速、高效光图像发生器(High Speed，High Efficiency Optical Pattern Generator UsingRotating Optical Elements)”的部分继续；而且还根据35U.S.C.ξ119(e)要求2004年8月26日申请的美国临时专利申请No.60/602,092，名称为“监视和控制激光诱导组织治疗的方法和设备(Method andApparatus for Monitoring and Controlling Laser-Induced TissueTreatment)”的优先权。上述所有申请收录在此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种皮肤组织治疗方法和设备，并且更具体地涉及一种包括光源、机头以及测量用来控制组织治疗的机头运动的装置的组合的方法和设备。
背景技术
激光器以及其它密集光源用于各种类型的组织治疗，包括皮肤组织治疗。在利用光的皮肤组织治疗期间，光束照射患者的皮肤表面。通常，用于这种治疗的激光器是在由皮肤中的自然发色基之一，例如水，吸收的波长下操作的。在把水作为主发色基的情形中，细胞水和间隙水吸收光能并且把光能转换成热能。治疗期间热能在组织中的传送是一个复杂的过程，涉及随光束的工作温度而变化的传导、对流、辐射、代谢、蒸发和相变。关键的是这些过程不损害目标组织区下面或周围的组织。如果恰当地选择光束的光操作参数，例如波长、功率、光强、脉冲持续时间、发射率等，患者皮肤中的细胞水和间隙水被加热，导致产生期望的皮肤效应的温度升高。相反，光操作参数的不恰当选择可能造成对组织的处理治疗不足或过治疗。从而，希望准确地控制治疗中使用的光操作参数，从而以适当的能量密度和均匀可控方式向组织传递光。已经提出各种智能地控制激光光束功率、光强度、持续时间等的器件。但是，如下面将更详细讨论那样，这些器件的应用有明显缺点。
用于皮肤组织治疗的已知器件包括手持传送设备，有时称为“机头”。机头最好是医生通过它向组织施加治疗的装置。在治疗期间，通过医生的手发射光的机头沿着要治疗的组织移动。这种器件的治疗水平典型地通过人工选择光束操作参数来事先设定。这些操作参数，例如包括功率电平、能量、脉冲率、温度、光强和电流，决定整个治疗过程的治疗程度。
一些现有机头设备的一个缺点是：为了处于安全、均匀和有效治疗的限制内，它们要求严格准确地定位机头并且施加受控的运动。理论上，可以通过治疗医生的高度技能，注意和灵巧性达到严格准确度。但是，在实际过程中，由于人手的不准确或偶然的移动和/或不均匀的组织表面，人工施加和控制机头可能易于造成不均匀的治疗。这常常造成目标组织的一些区域是治疗不足的，或者造成一些区域是过治疗的。
已知机头的一种典型方法是产生大范围的脉冲式治疗光束，这些光束人工地以拼补方式从皮肤的一个区域移动到另一个区域以便治疗范围较大的皮肤组织。这种方法的缺点是产生和每次治疗相对于被治疗的皮肤表面的不准确定位关联的人工的和尖锐的边界。
已知机头的另一个缺点是：如上面讨论那样，对治疗的整个过程，典型地一次预置用于定义治疗的选定水平的激光器操作参数。根据治疗之前对组织的预先评估为每个患者分解各种组织性质，并且可以利用这些预定的操作参数进行治疗。
例如，一些现有机头设备提供反馈以向医生指示机头移动速率，这允许医生调整治疗速度。但是这种机头设备要求医生以预选定的运动速率治疗。该设备的缺点是，它使医生受限于单个治疗速度。在大的平坦的区域上，例如颊，希望以高速度治疗。在具有明显轮廓的区域，例如唇，希望以较低速度治疗，当治疗区域，例如脸，包括彼此邻近的大的平坦的区域和具有明显轮廓的区域时，使医生受限于预选定的运动速率限制了医生的灵活性。另外，如果治疗过程期间机头的速度改变，该设备不自动调整它的操作参数以便补偿运动速度的改变，这将导致不均匀的治疗。
在皮肤或美容外科领域中应用的机器人装置可以克服的人的不精确性的限制。但是，典型的常规机器人设备的一个缺点是：它们缺乏医生在治疗中提供的必要的方向和判断。尽管机器人是精准的，但它们典型地没有智能到足以在治疗期间做出复杂的选择或者对不可预见的环境做出反应。另外，机器人使医生无法进行美学角度的判断。
典型的常规机器人设备的另一个缺点是：完整的治疗可能要求患者完全静止不动。作为可替代方案，必须采用复杂的图像稳定系统以补偿患者的移动。这种机器人设备的再一个缺点是：它们是笨重的并且相对于允许很小移动空间的区域它们不容易移动到治疗位置。相反，必须在可以进行治疗之前，把要治疗的组织表面相对于该设备置于特定位置上。
本发明提供一种显著减小和现有激光诱导机头设备和机器人关联的问题的方法和设备。
发明内容
本发明提供一种用于控制光诱导组织治疗的改进的方法和设备，其克服现有技术的许多缺点。本文会更详细地说明本发明解决已知皮肤组织治疗技术的缺点的方法。依据本发明的各个方面，本发明对光束操作参数提供改进的、实时的控制，这允许实现更安全、有效、均匀和连续的治疗过程。
本发明的一个目的是提供一种更准确有效的技术，用以借助于通过反馈控制装置增强的可自由移动的机头而不中断地进行人工传递的组织治疗，从而改进治疗的总体品质。
本发明的另一个目的是响应于机头的位置和/或运动的检测出的变化，基本实时或伪实时地监视并且自动控制治疗光束的操作参数，从而可通过和这些变化无关的治疗来达到最优治疗状态。
本发明的再一个目的是提供一种用于人工传递的组织治疗的方法和设备，其响应于机头位置参数的变化实时调整该机头的输出光学器件，以便以一种受控的断续模式对多个离散的治疗区段同时传送光束，其中对不希望的治疗组织的附带损害为最小，并且不会使各离散治疗区段的期望形状和/或尺寸变模糊或变形。
本发明的又一个目的是提供一种用于人工传递的组织治疗的方法和设备，其适用于和各个目标组织特性以及机头速度无关地提供均匀的光束能量密度和模式。
从下面的本文所包含的对本发明的说明，会清楚这些以及其它的目的和特征。
在一个方面，本发明涉及一种控制组织治疗的设备。该设备包括光束源。该光束具有用于预定的剂量下的预选定组织治疗的多个可控的操作参数。该设备还包括一个适用于接收该光束以将光束传递到要治疗的组织的某区域上的可移动机头。通过多个可变位置参数定义该机头的运动，从而至少一个位置参数中的变化改变该预选定的组织治疗的剂量。该设备具有一个实时地检测和测量至少一个机头位置参数中的变化的检测器。该检测器和控制器连接，用于实时地自动控制各光束操作参数，以响应于至少一个位置参数的变化影响新的治疗速率，从而可以以预定的剂量继续该预选定的组织治疗。
本发明的实现可以包括下述特征中的一个或多个。
该控制器可以包括处理器，用于接收指示位置参数中的变化的信号并实时地计算作为位置参数的函数的期望操作参数。作为可替代方案，该处理器可以包括存储位置参数和对应的操作参数的相关数据集，以便作为位置参数的函数连续变换(map)操作参数。
该控制器还可以包括接口单元，用于：选择初始操作参数；接收来自该检测器的指示位置参数中的变化的信号，对该信号加以处理并转发到处理器；接收来自该处理器的新的操作参数组；以及根据该新的操作参数组实时地修改一个或多个系统构件的操作方式，以实现新的治疗速率。
该检测器可以包括图像处理元件，用于高精度地确定机头的二维或三维运动中的变化。该检测器可以是加速度表、光辐射探测器阵列、容性传感器阵列或表面光度仪。
该机头可包括折射或衍射聚焦元件，这允许按预选定的微观模式从机头向目标区传递光束。该系统还可以包括各种传递光束的传递机构，这种传递机构可包括扫描机构、电流计、压电元件、可动反射镜、衍射元件、全息元件、MEMS、纳米技术、声光元件和/或光电元件。
该控制器可包括用于声音、振动或视觉反馈的装置，以帮助医生把机头移动保持在预定范围内。
在另一个方面，本发明涉及一种利用本发明的机头设备进行均匀组织治疗的方法。该机头发射具有用于预定剂量下的预选定组织治疗的多个操作参数的治疗光束。通过操作员的手移动该机头，以可变的位置参数对目标组织区施加治疗，从而一旦至少一个机头位置参数中发生变化，则改变组织治疗的剂量。通过检测器实时地、连续或基本连续地检测和测量至少一个可变位置参数中的变化。通过处理器，根据位置参数中的变化确定一组期望的操作参数，并对控制器输出控制信息。响应于来自该处理器的控制信息实时地调整操作参数，以实现新的治疗速率。在该新治疗速率下继续组织治疗，从而自动保持预定的治疗剂量。
附图说明
通过结合附图参照详细说明和权利要求书，可以得到对本发明的更完整的理解，附图中类似的附图标记代表类似的部分。
图1是依据本发明的设备的示意图，示出受控组织治疗的激光器功率反馈控制。
图2是依据本发明的机头的侧视图，其中包括检测器和光学元件。
图3是简化剖视图，示意地示出机头位置参数相对于目标组织的变化。
图4A-4B表示用于保持预选定的治疗剂量的脉冲式光发射器的、测量到的位置参数和对应的期望操作参数组之间的相关性。
图5A-5B示出用于保持预选定的治疗剂量的连续波(CW)光发射器的、测量到的位置参数和对应的期望操作参数组之间的相关性。
图6更详细地示出感测方式下图2中所示机头的检测器。
图7示出在各离散治疗区段的预选定强度下通过本发明治疗的区域的仿真，其中具有连续、实时受控模式。
图8是在预选定组织治疗期间根据至少一个位置参数(机头速度)的变化，实时确定并调整机头的操作参数的方法的流程图例子。
图9示出采用光束角偏差的实施例。
图10a、10b和10c示出采用光束直接平移运动的实施例。
图11a和11b示出本发明的一实施例例子，其具有用于去模糊的双轴电流计扫描系统。
图12示出本发明的具有倾斜反射镜致动器的实施例例子。
图13示出本发明的采用反转光学元件的实施例的治疗区段的仿真。
图14a和14b示出本发明的具有光纤阵列和压电弯曲诱导(flex-induced)去模糊致动器的实施例的例子。
具体实施方式
图1示出依据本发明的用于受控组织治疗的激光器设备100。组织可包括皮肤组织以及活体全身的其它组织。本文说明的各种实施例和例子可能涉及皮肤治疗，但是本领域技术人员理解，可以类似地治疗其它组织。
按照图1中所示的示范实施例，设备100包括：电源110，其对光发射器120供能，以通过电或光连接115发射光束；用于传输光束的光纤130；带有和光纤130耦接的光学元件160的可移动机头140，用于把光束向目标区域150发射；用于检测机头140的位置参数中的变化的检测器170；以及，用于响应检测出的机头位置参数中的变化，控制向目标区域150发射的光束的操作参数的控制器200。光典型地通过可以是平的或曲形的光透明窗口155。连接115可以简单地由一个光束经过其中的区域构成。控制器200可包括用来计算新操作参数的处理器202，以及用来选择和调整设备100的操作参数的接口单元210。控制器200可通过调整下述中至少一者的参数来控制操作参数：电源110，光发射器120和光学元件160。为了简明，只示出这些配置中的一种。
设备100的光发射器120可以是任何光功率源或者可简单地发射由电源110产生的光功率。光发射器120可至少部分地利用一个或更多的光功率源实现。对于一些应用，可以希望光发射器120包括按阵列，例如一维阵列或二维阵列，排列的多个光功率源。本发明中使用的光功率源最好是激光器。依据本发明适用的激光器可以包括惰性气体激光器(例如，氩激光器，氦-氖激光器，等等)，二极管激光器，光纤激光器和可调染料激光器。但是，应该理解，对用于组织治疗设备100的具体激光器的选择取决于对具体应用选择的皮肤治疗类型。本发明的光发射器120适于产生约1瓦和约100瓦之间，最好约10瓦的光功率。
光发射器120发射一条或更多条光束。在激光诱导组织治疗中，每条光束可以用被选择用以在目标区域150上产生期望的皮肤效应的一组特定的光操作参数表征。光束的操作参数(即，光操作参数)可包括光能量密度、功率、脉冲率、占空比、光强、脉冲起动计时、脉冲持续时间和波长。
光发射器120最好能产生具有在水中高吸收的波长的光。细胞水吸收光能并把光能转换成热。设备100中使用的波长最好大于190nm，例如从190nm到10600nm范围内的波长，更好是从700nm到3000nm，大约1550nm尤佳。希望光发射器120是为大约1550nm范围操作而设计的基于铒的光纤激光器。光发射器120能够提供一个波长或一个范围的波长或者在一个范围的波长上可调谐。可以通过电源100对一个或更多的光发射器120供能来产生皮肤治疗中使用的各种不同的波长或不同的波长范围。光发射器120可适用于在每秒0到约50,000个脉冲并且最好是每秒0到约1,000个脉冲的频率下选择性地产生激光脉冲。光发射器120最好发射每个治疗点脉冲能量约为1mJ到约1000mJ，更好是在约10mJ到约30mJ范围的光束，每个脉冲具有每个治疗点约0.1ms到约30ms，最好是约1ms的脉冲持续时间。
本发明的电源110和光发射器120例如可以用于目标区域150的皮肤层的不脱落凝结。典型地，为此目的，入射到目标组织区域150上的大于大约5J/cm2的光能量密度，例如从约10J/cm2到约1000J/cm2范围的光能量密度，对于凝结组织是适当的。通常，该光能量密度适用于该波长以及要治疗的组织。如果希望不同的皮肤效应，可以选择具有产生适合于其它类型的组织治疗的光操作参数的能力的电源110和光发射器120。例如，如果希望目标区域150的表皮层脱落，则可以利用具有发射波长约为2940nm并且光能量密度高于10J/cm2的光束的能力的电源110和光发射器120。
光纤130可以是任何适合于传输从光发射器120发出的光的光学设备。光纤130可以由允许自由操纵机头140并且允许重复弯曲的材料构建，以便把来自发射器120的光束引导到目标区域150的各个部分。光纤130最好是位于纽约州Corning的Corning公司制造的SMF28光纤。光纤130可以具有和从光发射器120发出的光束对齐从而把光束耦合到光纤130中的光束进入端132，以及把传输的光束发射到机头140的光束输出端134。可采用多于一条的光纤以把来自发射器120的光束发送到机头140。最好利用二条光纤130把从发射器120发射的光传递到机头。作为可替代方案，可以利用其它光学传递机构130，例如反射镜或波导，把来自光发射器120的光束引导到机头140的近端。
参照图2，机头140的机壳142通常是一个单件单元，它适用于在皮肤治疗的传递期间方便地由人手握持。机头140的机壳142的形状提供宽范围的运动，以在治疗期间操纵机头。机壳142可以用诸如Kydex的轻塑料做成，并且可以保持用于皮肤组织治疗的光学和电子器件。机壳142可以在光束输出端134附近和光纤130连接，而且可以包含允许光束被引导通过机壳142并且在机壳的远端处从机头输出端148发射的结构，从而光束可向目标区域150传播。对于最有效的治疗，最好使从输出端148发射的光束按大致直角引导并指向输出端148的表面。
机头140还可以包括与光纤130光耦合的光学元件160。这些光学元件160把来自光纤130的光能引向目标组织区域150。在该优选实施例中，这些光学元件160通过把光纤130发出的光束聚焦或准直到目标区域150内的一个或多个治疗区，从而把光能引到目标区域150。可以利用一个或更多的光元件，例如反射镜、光学透镜和光学窗口，来实现光元件160。典型地，对于不脱落治疗，目标区域150的幅宽预选为约0.5cm到2.0cm。
可以把光学元件组160配置成允许控制各治疗区的微观治疗模式和密度。如后面会更详细地讨论的那样，通过控制这些光元件160，可以在整个治疗的组织区域上对各治疗区段实现基本均匀的预选定模式和密度。典型治疗模式包括：离散治疗区段点直径(即，位于光束的1/e位置上或光束的半最大值全宽(FWHW)位置上，典型地在组织表面上)小于约500微米，小于约250微米更好，小于约100微米尤佳；给定组织区域上，每个机头每平方厘米治疗密度在约100和2000个治疗区段之间，离散治疗区段之间的间距大于约75微米，并且离散治疗区段之间带有未治疗的和/或未受损的组织；以及，大致圆柱(或椭圆)形的治疗区段，并且圆柱的轴(或者椭圆的主轴)典型地垂直于组织的表面。本发明的各实施例可以产生其它的例如在2004年7月9日申请的标题为“Method and Apparatus for Fractional PhotoTherapy of Skin”的共同待审专利申请中公开的治疗模式和尺寸，该申请收录在此作为参考。
机头140还可以包括偏转器146。偏转器146可以是一个适合偏转为了治疗而预选定的波长的光束的光学器件，例如反射镜、棱镜、栅格、诸如全息图的衍射光学元件等等。偏转器146可操作地和光学元件160耦合，以修改从光元件160发射的光束。偏转器146最好可移动地安装在机壳142内，以便响应于控制信号由致动器145移动。致动器145可操作成把偏转器146的位置调整到和期望的治疗密度和模式对应的位置上。可以实时地由控制器200控制致动器145以修改光束，从而不论模式是固定的、连续的或断续的，在目标区域150上按均匀的方式从机头140传递微观治疗。在一些实施例中，光学元件160和致动器145是传递系统的一部分。用于这些实施例的传递参数例如可包括：治疗光束尺寸和形状，从机头出射的治疗光束角度，数值孔径，焦距，扫描器速度，扫描方向，治疗模式，等等。对于给定治疗的治疗区域中的离散治疗区段尺寸以及离散治疗区段的模式，典型地是部分地通过给定实施例的光学系统和传递系统中采用的光操作参数和传递参数的组合定义的。
参照图3，为了实现最佳治疗结果，机头140最好定位成离目标区域150预定距离，计算该距离以便按期望模式聚焦光束。具体地，从光纤130发出的光束透射通过机头140的光学器件并由光元件160聚焦。机头定位成离目标区域150这样的距离处，在此使得来自机头输出端148的光束聚焦在目标区域150中的期望深度上。另外，最好机头大致在约0.5cm/s和10cm/s之间，并且最好是在约2cm/s和约6cm/s之间，以基本恒定的或可变的速度移动，而且机头保持在充许光束按大致直角传播到目标区域的位置。
如果治疗期间运动机头的位置参数，例如机头相对于目标区域的距离、速度和角度，发生变化，则通过本发明中描述的反馈维持预选定的治疗剂量。例如，不脱落治疗的期望剂量应维持在约5J/cm2和约2000J/cm2之间的水平上，最好在约150J/cm2和约1000J/cm2之间的水平上。当位置参数变化时，可以把传递治疗的剂量、密度和模式保持在预选定的水平。通过借助控制器200调整设备100的操作参数，实现保持预选定的治疗参数。
特别地，机头140相对于目标区域150的角度上的改变可能显著影响治疗剂量，因为它改变光束向着目标区域传播的角度，并且可能影响治疗光束的光渗透深度，这可能影响治疗水平。通过调整光束的光功率并且可能和机头输出窗口155的温度改变相结合，可以显著补偿治疗水平的改变。例如，机头输出窗口可以在皮肤的温度之上被加热。如果接着使输出窗口和目标区域150接触，则它会加热皮肤并且从而会减小把皮肤加热到期望治疗温度所需的光能的量。
在另一个例子中，对目标区域150施加的治疗剂量与医生手的速度的改变成反比地变化。当治疗期间增加光束相对于目标区域的速度时，传递的治疗剂量减少，并且反之亦然。这样，机头手动运动的不精确性造成不希望的剂量变化，这破坏治疗均匀性并且负面地影响治疗的安全性和效果。本发明的一些实施例允许控制器通过调整光功率或光束中的其它光操作参数，和/或通过改变传递系统参数(例如，扫描速度，光束形状和尺寸，出射角等)，补偿这种治疗均匀性的变化。对机头速度的改变的补偿可包括避免由这样的运动引起治疗区段变模糊。在下面的各实施例中，更详细地说明这种“去模糊(de-blur)”。
参照图4，各条曲线展示机头位置参数，例如相对于目标区域的速度、距离和位置，与造成的治疗速率变化之间的相关关系。
图4A示出当光发射器120按脉冲光束发出光时，设备100产生的治疗。在此设备中，治疗剂量和每mm直线治疗的脉冲数成正比。为了维持恒定的治疗剂量，当机头平行于目标区域的表面移动时，脉冲数应和机头相对于目标区域150的速度成比例。下部曲线300示出当机头速度在5和80mm/s之间时，每mm直线10个脉冲的治疗剂量。对于机头速度低于5mm/s，可以把每mm直线的脉冲数减小到零，以作为一种防止检测电路中的噪声造成治疗剂量大百分比变化的安全手段。上部曲线310示出当机头速度在5和50mm/s之间时，每mm直线20个脉冲的治疗剂量。
图4B中示出机头速度和治疗剂量之间的关系。在图4B中，下部治疗剂量响应曲线320对应于从根据图4A中的下部曲线300规定的治疗参数治疗所产生的治疗剂量。类似地，在图4B中，上部治疗剂量响应曲线330对应于从根据图4A中的上部曲线310规定的治疗参数治疗所产生的治疗密度。
参照图4A和4B，这些曲线表示对于机头速度超过50mm/s、每mm直线20个脉冲剂量，不能发出足够的光功率以维持预选定的治疗剂量的光发射器120。机头的最大速度340可以定义为是一极限，超过该极限不能保持预选定的治疗剂量参数。参照图4A和4B，对于从每mm直线0到20个脉冲的范围的预选定的治疗剂量，50mm/s应是最大速度340。
图5A示出当光发射器120按连续波(CW)光束发射光时，设备100产生的治疗。在此设备中，治疗剂量和每mm治疗直线上沉积在在目标区域150中的光束的光能成正比。为了维持恒定治疗剂量，当机头平行于目标区域的表面移动时，从光发射器120发出的光束能量应和机头相对于目标区域150的速度成比例。CW治疗速率曲线350示出当机头速度在1和80mm/s之间时，每mm直线1J的治疗剂量。当机头速度低于1mm/s时，可以把每mm直线的点数减小到零，以作为一种防止检测电路中的噪声造成治疗剂量大百分比变化的安全手段。
在图5B中示出机头速度和治疗剂量之间的关系。在图5B中，CW治疗响应曲线360对应于从根据图5A中的CW治疗速率曲线350规定的治疗参数治疗所产生的治疗剂量。未在图5A的曲线上示出最大速度340，因为该最大速度大于或者等于由图5A和5B的机头速度曲线说明的最大机头速度。
这样，在图4A和5A示出的二种操作方式下，当机头速度小于最大速度340时，可以根据机头位置参数中的改变，通过适当地为设备100选择操作参数来保持组织治疗剂量的均匀性。
参照图1和6，机头140有益地包括用来检测机头140的位置参数中的变化的检测器170。检测器170可以包括用于反复地捕获目标区域150的图像的图像采集传感器180，和用于实时分析移动机头140的位置参数变化的图像处理器件190。
传感器180可是以是能够定量测量机头140的运动的光学导航器件。图6中示出光学导航技术的基本操作原理。发光二极管182照射机头140下方的组织表面。该光通过会聚透镜184会聚在被处理的表面上以便由目标区域150中的微观纹理特征反射。接着通过会聚透镜186再聚焦从该表面散射的该会聚的光束，以在位置传感器180上形成图像。当机头140移动时，传感器180高速地连续提取治疗区域中各点的图片。传感器180的图像捕获率足够高，以使相继的图片重叠。把来自传感器180的顺序图像发送到图像处理部件190。目标区域和会聚透镜186之间的传感器180的光径可以包括一个光学透明窗口155。
图像处理部件190可以是一个可编程数字计算机，其利用用于分析传感器180捕获的顺序图像的光学导航引擎。图像处理部件190可以设计成利用光学导航引擎的图像处理算法识别图像间的共同特征。二个顺序图像之间的差异对应于在二个顺序时间点上机头140相对于目标区域150位置、速度和距离中的改变。控制器200最好存储一组规则，用于根据检测器170测量的一个或更多的位置参数集来确定适合于皮肤治疗的条件。这组规则可存储在和特定类型的治疗关联的文件中，或者存储在和为特定患者设计的治疗关联的文件中，从而不同的患者可以具有不同的治疗条件。这些规则可以包括用根据位置参数测量中得到的一个或多个变化算出的可变操作参数表达的规则。这些规则还可以包括位置参数的上下限，以及可变操作参数超出或低于容许阈值情况下产生的结果。这种上限的一个例子是图4A和4B中示出的最大速度340。可以通过布尔逻辑算子组合那些根据不同位置参数中的多个变化产生相同的操作参数的规则，以提供对机头位置参数的多变量分析。
来自控制器200的可能结果可以包括触发“操作”方式和“停止”方式。在“操作”方式中，如后面更详细讨论那样，继续治疗，并且响应于表示机头位置参数中的改变的信号实时地监视设备100的操作参数。在“停止”方式中，响应于检测出会使继续治疗不安全或无效的治疗条件中的显著改变，控制器200立即暂停设备100的所有操作。特别地，剂量水平超过下阈值但是低于上阈值的治疗被认为是可接收的。剂量水平超过上阈值或低于下阈值水平的治疗可能要求关掉设备100。
可在设备100中使用的检测器170的具体例子是加州Palo Alto的Agilent技术公司制造的光学导航传感器，尤其是ADNS 2600系列光学导航引擎。这种光学导航引擎(即图像处理部件190)通过每秒光学地捕获顺序的表面图像2300次，并且以最大每英寸400次计数(cpi)和高达每秒12英寸的速度(ips)，以数学方法确定机头运动的方向和幅值，从而测量机头位置中的变化。
如果为检测器170使用诸如上一段所描述的光学导航传感器，则在一些情况中，可以通过对目标区域添加具有增强光导航传感器的对比度的效应的物质使该检测器更稳健。这种对比度增强物质例如可包括颗粒、悬浮液、胶体、乳状液和溶液。可以用作对比度增强物质的颗粒的一个例子是在用机头治疗前，通过在皮肤上涂布或做标记而在皮肤上散布的颗粒。在一些实施例中，可以使用诸如碳颗粒或荧光颗粒的颗粒。作为另一个例子，加州Palo Alto的Reliant技术公司生产的OptiGuide Blue染料可用作对比度增强物质。在仅仅或者甚至主要作为吸收目标或者用于治疗的发色基或者诊断波长的场合下，以及它们仅仅或者主要用作示出哪些区域已经治疗的手段的场合下，不使用对比度增强物质。由于它们对光的吸收或反射，对比度增强物质可能是有效的。皮肤通常反射可见光波长，从而可以容易地检测出对照明波长高吸收的对比度增强物质。作为可替代方案，采用对照明波长比对皮肤更有反射性的对比度增强物质也会改进可检测性。
使用不吸收治疗波长但是增强检测系统对治疗表面的观察对比度的对比度增强物质，例如染料、油墨、颗粒、溶液等，允许检测具有高信噪比(SNR)以及作为其结果的良好表面品质(SQUAL)值，这转而改进治疗的安全性和可靠性。不同的染料具有不同的可见效果。例如，包含青蓝的染料(FD&C Blue#1)能对于患者看起来有点不自然并且有时可能造成一些皮肤类型的着色的后治疗，造成比预期更多的后治疗清洁。应注意，使用红LED(610mm-650mm)，较深的皮肤类型具有比较淡的皮肤类型更高的SQUAL值，因为较深皮肤中存在容易检测的黑色素图案。
可以部分地根据皮肤色调和检测系统使用的光波长来选择对比度增强物质。这样，检测系统中的红LED可以通过对组织表面施加蓝或黑色的染料、墨或颗粒来增强它的检测灵敏度。和黄色染料、墨或颗粒一起使用的蓝LED提供增强的对比度。例如，和窥探硅检测芯片结合的橙红LED与蓝染料工作良好。如上面说明那样，蓝染料可能有一些问题。但是，通过对亮蓝染料添加减色红和黄染料，产生看起来不那么烦扰的褐色染料，并且当治疗后去除时，不必将该褐色染料全部去除以使得患者看上去具有相对正常的皮肤色调。实际上，染料的适当设计允许无残留、和原始染料混合类似的残留比、和红斑后治疗混合的红残留、或者甚至帮助覆盖治疗造成的红斑以及充当掩盖美容后治疗的淡绿残留。添加红色和黄色不损害机器人传感器的性能，因为对比度主要是通过蓝染料浓度以及皮肤纹理中积累的染料厚度的变化确定的，或者对比度是出于聚焦检测和速度或位置检测的目的，利用形成供检测器识别的斑点图案的施加器有意施加的。对LED采用红色和黄色也不对机器人观察添加减色着色剂。换言之，在该LED的光下观察时，皮肤的外观与是否带有纯蓝染料或者带有褐色染料是一样的。人眼的宽光谱灵敏性观看蓝和褐图像是相当不同的。已经使用诸如下面例子的染料：FD&C Blue#1，FD&C Red#40，FD&C Yellow#5，FD&C Yellow#6，D&C Red#22，以及D&C Red#33。
染料还用作瞄准机构。例如，在治疗腿上的毛细血管扩张或蛛状静脉时，可以利用Q尖或类似的施加器，通过对目标涂色和/或覆盖薄角质层来对目标染色。由于可以仔细地施加染料并且如果需要与目标匹配可以加以调整，所以接着可以快速准确地治疗。另外，沿着血管长度的较长的治疗路径帮助加热流动的血液并消除它们的冷却效应。还可以采用和血管正交方向上的治疗。对接触梢加压可进一步帮助治疗血管损伤或脉管。在较深皮肤的情况下，二种染料(一种染料触发该机器人系统而另一种染料通过有意减小SQUAL值来断开该系统)可以提供更加有效的治疗。取决于期待的结果以及治疗和/或使用的检测系统，可以为任何皮肤类型或颜色使用多种染料。
对比度增强物质的另一个例子是对成像波长吸收但对治疗波长透过的荧光染料。不脱色的稳态荧光物可改进成像系统的SNR，尤其在近红外(NIR)光谱上，因为光传感器阵列在该区段中是最灵敏的。添加荧光物降低对高功率照明源的要求。但是，这可能涉及合并照明波长以及荧光波长上的成像以使色差最小的光系统设计。染料应是无毒的并且应在典型治疗温度(即，小于约110℃的温度)不脱色。
在使用诸如染料、墨溶液或悬浮液的对比度增强物质的实施例中，可以通过利用医用棉球或其它施加器把该物质施加到皮肤上而简单地实现对比度增强物质的施加。该物质典型地应均匀散布并让其变干，尽管不是在所有情况下都要求均匀散布或让它变干。该过程利用其中渗入或积累该物质的天然皮肤不规则和皱褶以增强用于成像的对比度。典型地，在皮肤褶纹中保持较厚的物质层，而通常较少的物质留在皮肤的较平坦部位。物质涂色可以看上去是随机、不调和以及不规则的，这增强要成像的皮肤的自然特征和观察到的对比度。根据该简单过程，可以提取相对位置和速度值。该技术不要求在皮肤上设置将是有用的规则图案或图形。机头或者从其发射辐射的元件相对于受治疗的组织的相对位置或速度的检测然后可以用于控制该系统的一个或多个方面。机头或发射辐射的元件可以和组织接触或者不和组织接触。可以变化光学系统和/或扫描系统以改变诸如焦深、光束方向、光束形状或尺寸、扫描速度、多维扫描系统的扫描方向的参数。更具体地，可以响应于机头速度的变化改变这些参数中的一个或多个以实现治疗区段的去模糊。例如，可以改变扫描速度和/或光束形状和方向以补偿机头相对于组织的运动，并且最好响应于机头速度中的变化改变这些参数。例如，当机头在组织上更快地移动时，可以提高系统中的扫描元件的扫描速度以和该运动匹配。作为可替代方案，当机头移动时，光学系统可改变成在期望的时间内把治疗光束保持在给定的治疗区段上。扫描系统可包括电流计、压电元件、机械扫描元件、MEM、纳米技术、转动反射镜或光学元件、全息元件、衍射元件、声学元件等等。
作为可替代方案，可以利用容性传感器阵列，例如加州Sunnyvale的Veridicom公司制造的5th Sense-USB系列精确硅传感器，检测机头位置参数中的变化。在该容性传感器阵列中，传感器的表面包括含有90,000个电容器板的阵列和节距为500dpi的感测电路的硅芯片。这些电容器感测板建立压着芯片的目标组织区域的脊和谷的位图像。该信息转换成视频信号以建立视频图像，接着分析该图像并将其转换成二进制形式，以便变成唯一的图像模板。该模板中的变化对应于机头140的位置相对于目标区域150的变化。这种高速光学导航检测器较容易组封装在机头中，并且最好用于测量机头的位置参数。
设备100中可采用的检测器170的另一个例子例如是实时测量机头相对于被治疗的组织的速度的加速度表。这种加速度表的一个例子是麻省Norwood的Anolog Devices公司制造的ADXL 202/ADXL 210加速度表。典型地，来自加速度表的信号指示该器件的加速度。接着例如通过处理器或DSP，利用积分函数来处理这种加速度信号，以提供该器件的速度。本发明的可替代实施例可以包括用来确定该器件的相对位置或移动的表面光度仪式检测器。另外，完成类似功能(即确定移动、位置、速度、加速度等)的替代实施例可包括用来确定相对位置、速度和/或加速度的MEMS、微机械光学器件或纳米技术器件。
如较早提到的那样，最好控制设备100的操作参数从而整个治疗期间在目标区域150上均匀地维持治疗剂量。设备100最好适用于作为治疗剂量改变的源表征机头位置参数中的变化，并且适用于利用控制器200执行的应用算法的结果实时地控制设备100的操作参数，以改进治疗的均匀性、安全性和效率。
从图4B和5B示出的曲线可以清楚地看到，通过响应于机头位置参数中的改变监视设备100的操作参数，可以实时地在整个治疗阶段把整个目标区域150上的治疗剂量维持在期望的预选定水平上。具体地，如下面说明那样，通过利用设备100，可以响应于任何一个或更多的位置参数中的变化来完成对机头操作参数(例如光操作参数和传递系统参数)中任何一个或多个的调整。设备100可以实时地补偿人手移动的不准确，从而可以在预选定的水平下更均匀、安全和有效地向目标组织传递组织治疗。
参照图1，设备100有益地包括控制器200，用于响应于检测到的机头位置参数中的变化来实时调整光束的操作参数的范围。控制器200可以是一个和检测器170连接的以便接收精确数字输出的通用可编程数字计算机。控制器200可编程为：实时采样机头位置参数中的变化；在显示监视器(未示出)上显示位置参数测量；存储测量；对测量信号施加治疗准则逻辑，用于确定操作参数上的必要调整；以及，在继续治疗时实现对至少一个操作参数的调整。治疗逻辑的可能准则可包括相对于目标区域150机头的位置或速度的改变，相对于目标区域150机头的角度的改变，机头与目标区域150的距离的改变，或者它们的组合。
控制器200可以包括接口单元210，用于接收和处理来自检测器170的指示位置参数中的变化的信号、分析这些信号、发送请求确定适当操作参数的信号，以及对指示操作参数的信号进行调整。接口单元210可以包括用于归一化或放大来自检测器170的信号的模拟处理电路(未示出)，以及用于把模拟信号转换成数字信号的模数转换器(未示出)。接口单元210可操作地和设备100的构件，即电源110、光发射器120和致动器145相耦合，以用于选择组织治疗的初始操作参数并且用于可控地实时调整设备100的构件以产生新的适合的操作参数。
控制器200还可以包括处理器202，用于响应于来自接口单元210的指示治疗剂量中的改变的信号，确定一组期望的操作参数。处理器202可以用微处理器、ASIP、DSP、控制器或者其它适合于确定期望的操作参数的处理装置来体现。一旦接收来自接口210的信号，处理器202确定一组新的适合的操作参数。用于光发射器120的操作参数的例子是光功率、脉冲重复速率、脉冲能量、脉冲占空比和波长。其它操作参数的例子是机头温度、机头振动强度、机头真空抽吸激励、致动器145运动速率以及致动器145运动模式。处理器202可以包括用于计算专用操作参数的计算装置(未示出)，或者可以基于神经网络和模糊逻辑技术，以利用本发明的软件为期望的治疗系统地达到最优操作参数。作为可替代方案，该计算装置可包括存储器查代表，用于在给定测量的位置参数或治疗剂量的情况下为预选定的治疗生成操作参数值。存储器查找表应提供来自检测器170的信号值和对应的期望操作参数值的相干数据集。这样，本发明的和控制器200相关联的软件允许处理器202作为机头位置参数的函数实时地进行设备100的操作参数的变换，并且向接口单元210输出期望的操作参数组。
通过接口单元210，由控制器200确定的新操作参数传送到设备100的各构件。具体地，接口单元210可以和电源110耦接。接口单元210可以根据从检测器170接收的信息实时地命令电源110提高或降低光发射器120的功率输出。这样，可以响应于机头位置参数中的变化实时调整光发射器120提供的功率，以产生新的治疗操作参数，并且实现和预选定的治疗剂量对应的新治疗。
在操作上，为期望的预选定组织治疗定义初始操作参数，并且通过接口单元210输入这些数据以便设定设备100的各构件的操作方式。从而，通过初始操作参数表征电源110产生的能量以及从发射器120发出的光束的特性。光束透射通过光纤130到达机头140，并且接着通过在初始操作位置中设定的光学元件160聚焦，以对目标区域150传递预选定的组织治疗。通过医生的手沿着目标区域150移动机头140。
当治疗过程期间机头140的位置参数改变时，检测器170检测一个或更多的位置参数的变化造成的治疗剂量的改变。通过利用本发明各实施例中的软件、固件或者甚至固态元件，检测器170确定传递的剂量的变化是高于还是低于预选定的治疗剂量阈值。
通过利用传感器180和图像处理部件190，检测器170以可重复和准确的方式确定变化。传感器180实时地跟踪和分析机头140相对于目标区域150的二维或三维运动。图像处理部件190记录并处理传感器180产生的目标组织的图像，以产生机头位置参数中的变化所造成的治疗剂量偏移的指示。
如果该偏移高于上阈值或者低于下阈值，可以从控制器200发送“停止”信号以暂停设备100的操作，从而防止患者向不安全的治疗暴露。当该偏移在预选定的可接受治疗剂量范围之内时，可以得到指示对预选定的治疗剂量的实际偏移值的信号。
控制器200的接口单元210存储从检测器170接收的测量，并且调用处理器202实时地计算和这些改变的位置参数对应的一组新操作参数。处理器202利用本发明的软件，通过作为位置参数的函数大致连续地更新操作参数来实时地计算新操作参数。指示新的期望操作参数组的信号回传到接口单元210。
接口单元210大致连续地监视和获取设备100的实际操作参数的测量。治疗期间，接口单元210实时地比较实际操作参数的测量值和从处理器202接收对操作参数的计算集。当一个或更多的操作参数的测量值相对于计算值改变时，接口单元210应用该信息，根据预选定的组织治疗来控制电源110、发射器120和光学元件160。更具体地，接口单元210向设备100的各构件发送实时修改各构件的操作方式的信号。接着，使得这些构件产生用于期望的新值下的激光治疗的操作参数。操作参数的这些新值实现和变化的机头位置参数下的预选定治疗剂量相对应的激光治疗的新速率和/或新配置。这趋于使目标区域150受到和预选定的治疗水平很接近的治疗水平，因为传递的剂量(即，按焦耳/cm2的辐射暴露)以及微观模式的密度保持不变。
例如，可以根据测量值调整光发射器120发出的治疗光束的波长或功率。可以在处理器202的存储器中存储多个光束波长范围以供选择。作为可替代方案，可以响应于来自检测器170的指示由机头位置参数变化造成的治疗剂量中的变化的信号来计算新波长。治疗期间通过接口210可以比较实时测量的光束波长实际值和由处理器202提供的波长的对应的存储值或计算值。接着，通过根据测量值和存储/计算范围之间的关系实时地调整光发射器120的连续输出或周期，可以重新设定治疗光的波长。在预选定的治疗剂量下，利用对机头的新位置或速度为合适的新波长继续组织治疗。
图8中展示依据本发明的激光诱导组织治疗过程800的一个例子。过程800总体上包括参数设定步骤810，移动步骤820，测量步骤830，评估步骤840，确定步骤850，调整步骤860和继续步骤890。过程800还可以适合地包括初始预选定步骤870和报警步骤880。
参数设定步骤810通常包括把光操作参数输入到接口单元210的存储器中，并且利用选定的操作参数从发射器120经光纤130和机头140把多条光束发射到患者的要治疗的组织(即目标区域150)。这些治疗操作参数可以包括激光器功率、光束强度、波长、发射率、脉冲率、脉冲持续治疗、治疗温度等。输入的操作参数最好选择成将从光束的施加向目标区域150对特定的患者传递特定的预选定的皮肤治疗。
在移动步骤820期间，通过医生的手沿着目标区域150移动机头140。机头140的移动是通过位置参数，例如速度、离目标区域的距离和相对于目标区域150的位置来定义的。出于均匀性、安全和有效治疗的原因，最好把机头140的某些位置参数保持在固定水平上，例如最好以恒定的速度(最好约10mm/s)传递治疗，并且机头140相对于目标区域的距离和定位是准确的。具体地，机头140的输出端148应持续地位于离目标组织区域150的表面恒定的距离处，并且应把机头定位成能大致呈直角地从出口148传播光束。当移动步骤820期间由于人的操作的不精确而引起机头位置参数变化时，该变化造成治疗剂量以及各离散治疗区段的微观模式的改变。
在测量步骤830中，在治疗继续时，实时检测和测量至少一个位置参数的变化。一旦出现变化时，通过检测器170检测和记录它。检测器170利用传感器180和图像处理部件190以可重复和准确的方式确定位置参数中的变化。传感器180实时地分析机头140的运动并且产生由图像处理部件190记录和处理的多个图像。图像处理部件190在实时变换进程中确定机头位置参数中的变化，控制器200从该变化计算机头操作参数的变化。具体地，在测量步骤830中，可以利用检测器170测量机头的运动以保证它不超过每个位置参数的上限，例如机头最大允许速度。如果超过该最大允许速度，控制器200可停止设备100的操作以避免不正确的治疗。作为可替代方案，控制器200可启动可见或可听告警以向医生报警该不正确的进程(步骤880)。步骤830期间，通过医生的手可以适当地移动机头140，以允许测量沿着目标区域150的重复的圆形路径。依据本发明的一示范实施例，可以在目标区域150的任何数量的表面上进行任何次数的测量。
在分析步骤840期间，控制器200还分析检测到的机头位置参数的变化的幅度以确定是否批准对治疗操作参数的调整。如果位置参数上的分析变化很小，则不需要调整操作参数，因为这种变化对治疗剂量的影响不大。该治疗过程则会以预选定的剂量继续(步骤890)。
如果至少一个位置参数中的变化高于算法规则建立的下限，则在确定步骤850中确定光束的新操作参数，其可能包括发射率、功率电平、光束强度、脉冲率、治疗温度等等。
具体地，在确定步骤850中，处理器202的计算装置利用算法，根据来自检测器170的信号实时地计算和机头140的改变的位置参数相对应的特定操作参数。操作参数计算成使得新操作参数的实现能允许预选定的组织治疗保持不改变或者处于在可以根据机头140的位置参数算出的希望剂量上。确定步骤850可包括接口单元210对检测器170生成的信号的获取、处理、归一化和转换。
在另一种实现中，确定步骤850可以基于利用专用存储器查找表，以在给定位置参数或治疗剂量的测量的变化的情况下产生操作参数。存储器查找表将提供来自检测器170的信号值和期望操作参数的对应值的相关数据集。作为可替代方案，确定步骤850可基于利用神经网络或模糊逻辑技术，以便为期望的预选定治疗系统地达到最优操作参数。
在调整步骤860中，接口单元210从处理器202接收新的操作参数，并且应用本发明的专用软件实时地调整设备100的至少一个构件，包括电源110、光发射器120和致动器145的操作方式，以实现新的操作参数。利用位置参数改变情况下的新操作参数操作设备100的各构件允许以新的速率传递组织治疗，从而治疗水平接近预选定的水平，即，剂量(即，按J/cm2的辐射暴露)和微观模式的密度保持不变或者按期望模式改变。可以为随后的治疗选择一个或多个预选定的治疗程序，以实现新的操作参数。在调整步骤860中可以调整设备100的任何一个或更多的构件。可以按需要重复步骤860，直至得到预选定的治疗剂量。
在继续步骤890中，利用自动控制和连续调整的新操作参数继续目标区域150的治疗，从而组织治疗保持在期望的剂量水平。
除了上面提到的步骤，过程800可包括初始计算步骤870。在初始计算步骤870中，为特定的患者计算初始操作参数。换言之，步骤810中选择的操作参数可基于该初始计算步骤，从而为特定的患者作为各种组织特性和预选定治疗的期望结果的函数来计算操作参数。
其它示范实施例
现在说明示出用于补偿去模糊效应的系统和方法的例子的本发明的各种其它实施例。如前面指出那样，能在不改变治疗剂量和/或治疗模式的情况下以不同的速度移动机头是本发明的重要益处。如果在包含用人手移动的机头的激光治疗系统中不包括基于机头运动的反馈控制，会影响典型的剂量和/或治疗模式。典型地，这可能包括通过沿着机头的移动方向拉长治疗区段造成扩展治疗模式和模糊各个离散治疗区段。
二种减小机头移动的模糊效果的方法包括光束角偏差和光束平移运动。图9和10a-c示出这些方法的示例。一些实施例可能包括这二种方法。
图9示出机头(902，904，906)相对于组织916的移动908的示意形式。当机头移动时，治疗区段918由治疗光束910、912、914治疗。在机头从机头位置#1902移动到机头位置#3906期间，治疗光束顺序地从治疗光束配置910改变到治疗光束配置914的情况下，机头和治疗光束在三个代表性位置上示出。这样，在机头从机头位置#1902移动到机头位置#3906期间，治疗光束保持指向治疗区段918。在从机头位置#1902到机头位置#3906的移动期间，治疗光束可以是连续波(CW)或者是脉冲式。如下面详细讨论那样，把光学系统和/或传递系统控制成产生光束角偏差。应理解，机头可以保持静止，并且相对于机头移动组织916。
图10a-10c以示意形式示出机头1002相对于组织1010的移动1004。当机头移动时，治疗区段1008由治疗光束1006、1012、1014治疗。在机头从时间T0/位置#1移动到时间T1/位置#2，并且治疗光束相应地从治疗光束配置1006改变到治疗光束配置1012期间，在三个代表性位置上示出机头和治疗光束。这样，在机头从时间T0/位置#1移动到时间T1/位置#2期间，治疗光束保持指向治疗区段1008。在从时间T0/位置#1移动到时间T1/位置#2期间，治疗光束可以是连续波(CW)或者是脉冲式。如下面更详细讨论那样，控制光学系统和/或传递系统被控制成产生这种光束平移运动。和图9中示出的光束角偏差不同，在光束平移偏移方法中，治疗光束的角度在机头移动期间基本保持不变。在光束平移运动中，来自机头1002的光束出射位置典型地在抵消机头运动的方向上改变。这样，从时间T0/位置#1到时间T1/位置#2，治疗光束停留在第一治疗区段1008上。当完成第一治疗区段1008的治疗时，接着在机头处于时间T2/位置#3时，可通过治疗光束1014治疗第二治疗区段1016。应理解，机头可以保持静止并且相对于机头移动组织1010。
图11a示出本发明的一实施例，其利用双轴电流计扫描系统作为光束角偏差方法的例子。把典型地为激光光束的光束1106引导到用电流计致动器倾斜它们的交叉反射镜组1102、1104。从交叉反射镜组1102、1104出射的光束接着再由反射镜1108改变方向、通过成像透镜组1110并引导到组织1112上。本领域技术人员会意识到，对于操作该系统而言，反射镜1108不是必不可少的，并且成像透镜组1110可以采取各种各样的配置。扫描反射镜1102绕某个轴倾斜，从而通过该系统光束被偏转到离散的治疗区段，例如1116、1118、1120。和扫描反射镜1102耦合的电流计(图11a中未明示出)进行操作以转动扫描反射镜1102，从而把治疗光束(组)1114的位置控制在组织1112处。在治疗组织1112中光束(组)1114通过其中的机头(未示出)可以在垂直于图11a的纸面的方向上移动。为了抵消这种运动的影响，去模糊反射镜1104通过一个和它耦合的电流计(未在图11a中明示出)倾斜，从而对于期望的治疗时间和剂量，各条治疗光束1114保持在它们各自的离散治疗区段(例如1116、1118、1120)上。例如，如果机头向着观者移出图11a的纸面，则去模糊反射镜14会倾斜从而通过改变治疗光束(组)的角度使治疗光束(组)1114停留在各自的治疗区段上，从而这些光束相对于机头移动离开观者进入纸面。从组织1112的观点看，机头移动的同时治疗光束(组)看起来简单地停留在各个离散治疗区上，并且接着，当完成第一组离散治疗区段的治疗剂量时，治疗光束(组)1114会看起来跳到下一组离散治疗区段上。
图11a中各个尺寸和系统参数是按例子示出的。本领域技术人员会意识到，取决于期望的输出和系统配置，在不改变本文说明的方法和系统的基本概念的情况下，可以改变这些示例的参数和尺寸。另外，可以类似地配置单光束系统，其中可能不需要图11a的扫描反射镜102。另外，可以连同扫描和/或模糊反射镜使用其它倾斜或转动机构，例如，压电元件、电机、机械系统、MEMS，等等。也可以用衍射元件和全息元件代替这些反射镜。扫描机构可以替代地是声光式的或光电式的。
图11b示出参照图11a说明的实施例的示例结果。图11b示出二组离散治疗区段(1154，1156)，说明对不同速度的机头移动的去模糊。对于速度相对高的机头运动1130，在和机头运动方向垂直的行上(见1154)示出九个离散的治疗区段(例如，1134和1136)。每三个点的组描绘相对于机头的单个治疗区段。例如，对于单个治疗区段1134，点1142、1144和1146交叠以形成单个离散治疗区段1134。当机头沿运动方向1130移动时，治疗光束从点1142开始并且在和机头运动相反的方向上从点1142行进到点1146。由于机头的移动，通过在间距和定时上控制点1142、1144和1146以抵消机头的运动，从而使这些点交叠。从组织的观点看，这些点实际上准确地交叠，从而形成单个离散治疗区段。在此例子中，采用1200微米的去模糊来抵消相对较高的速度。对于速度相对较低的机头运动1132，500微米的去模糊1156对于抵消机头运动就足够了。在该例中单个离散治疗区1138具有更靠近的点1148、1150、1152。本领域技术人员理解，除上面讨论的500微米和1200微米的例子之外，其它去模糊尺寸包含在本发明内并且取决于机头的移动速度。在这二种情况的任一种中，当对给定的离散治疗区段或者一组这样的区段实现去模糊时，可以使用连续治疗光束。作为可替代方案，可以使用脉冲式光束，在此情况下，可以使用三个分离的脉冲，以便完全和图11b中为各离散治疗区段示出的三个点对应。
图12示出本发明的采用光束角偏差的另一个实施例例子。在该例中，激光源1202发射通过光学元件1204的光1204，该光接着由和倾斜反射镜致动器1208耦合的反射镜1210改变方向。接着该改变方向的光通过一个或更多的光学元件1212形成用来治疗组织1216的治疗光束1214。治疗光束典型地是从机头(未示出)发射的。当组织相对于激光和/或机头移动1218时，治疗光束1214实质上和该运动同步地移动1220。这样，在期望的治疗和剂量期间，治疗光束1214基本保持在单个治疗区段上，而和该期间机头的移动无关。通过倾斜反射镜1210改变治疗光束1214的方向，实现去模糊补偿。反射镜1210的这种倾斜能改变治疗光束从机头和/或光学元件1212出射的角度，和/或反射镜倾斜可改变治疗光束从机头的出射位置。倾斜致动器1208可包括电流计，压电元件，MEMS技术，电机，等等。
本发明的另一实施例包括反转轮，其中该转轮上带有光学元件。这些光学元件可包括透射(例如，透镜，光楔)、反射、衍射或全息元件。在2003年12月31日申请、标题为“High Speed，High EfficiencyOptical Pattern Generator Using Rotationd Optical Elements”的共同待审美国专利申请No.10/750,790中说明了这种实施例的例子，该申请整体收录在此作为参考。通过反转轮上的光学元件的倾斜和/或转动配置，可以实现去模糊。
图13示出反转透镜实施例的示例结果。图13为一行八个离散治疗区段示出测量的和期望的结果。参照按指示的方向移动的机头示出每个这样的离散治疗区的光束位置点。图13中示出的每组三个黑色交叠光束位置点对应于单个的离散治疗区段。按照和机头运动方向相反的顺序形成各个光束位置点。
图14a和14b示出本发明的另一个其中采用光束平移运动的实施例例子。图14a示出包括若干光纤(例如，1404和1406)的光纤阵列1420的例子。一条或更多的辐射光束可同时地或者顺序地透射通过这些光纤。图14b是光纤阵列1402的侧视图。光纤阵列1402的远端(即离要治疗的组织最近的一端)可以和机头耦合和/或包含在机头(未示出)内。在图14b示出的例子中，压电(PZT)元件1412与一条或更多的光纤1404接触和/或耦合。PZT 1412还与光纤阵列1402的锚(anchor)部1414和/或机头接触和/或耦合。PZT进行操作以便在典型地在和机头运动方向1408相反的方向上偏移光纤1404。这样，在机头和/或光纤阵列1402的移动期间，光纤1404保持位于组织(未示出)的离散治疗区段上，以抵消模糊并提供期望的治疗和剂量。PZT1412可进行操作以相对于组织移动光纤1404和/或改变光纤1404的角度。光纤1404典型地是弹性的，从而其可相对于光纤阵列和/或机头移动和/或弯曲。可以包含一个或更多的PZT，并且该PZT和一个或更多的光纤耦合，从而可以单独地移动分立的光纤。
尽管结合附图下本文描述了本发明，应理解本发明不受示出的特定形式的限制。例如，尽管本发明方法和设备常规地被描述成配置为以微观模式治疗人的组织，但是，根据治疗宏观领域的系统的位置参数、开放模式、疾患的空间瞄准的变化来实时调整操作参数的过程，被认为是在本发明的范围之内。另外，本发明不限于皮肤科并且可以有益地用在其它使用光或激光治疗的技术中。在不背离附后权利要求书所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以对本文所描述的激光诱导组织治疗方法和设备的设计和结构做出各种其它修改、变型和增强。

Claims (23)

1.一种控制组织治疗的设备，包括：
适用于接收光束以将其传递到要治疗的组织的区域上的可移动机头，其中组织治疗的剂量取决于光束的一个或更多的操作参数，机头的运动是通过多个可变位置参数定义的，至少一个位置参数的变化影响组织治疗的剂量；
可操作地和该机头耦合的控制器，用于响应于至少一个位置参数的变化自动控制这些操作参数，以传递受控的组织治疗剂量；以及
扫描机构，其中该控制器配置成可控地调整该扫描机构的扫描参数，以补偿速度参数的改变。
2.权利要求1的设备，其中该控制器配置成可控地实时调整至少一个的操作参数以实现新的治疗速率，从而可以以预定的剂量继续预选定的组织治疗。
3.权利要求2的设备，其中该控制器包括用于确定的处理器，该处理器配置成通过作为位置参数的函数连续地变换操作参数，响应于至少一个机头位置参数的变化来实时计算期望的操作参数。
4.权利要求3的设备，其中该控制器还包括可操作地和该处理器耦合的存储器，该存储器含有位置参数的变化和对应的操作参数的数据集。
5.权利要求1的设备，其中该可移动机头和用于从光源接收光束的光纤耦合，以及其中，该控制器配置成修改该光源，以可控地调整多个操作参数。
6.权利要求1的设备，其中该机头还包括用于把光束传递到要治疗的组织中的多个离散治疗区段的聚焦元件，以及其中，操作参数包括该聚焦元件的位置。
7.权利要求1的设备，其中机头适用于通过操作员的手连续移动，以及其中，通过机头相对于要被治疗的组织的运动来定义位置参数。
8.权利要求1的设备，其中位置参数包括机头相对于要治疗的组织的速度、机头离要治疗的组织的距离以及机头相对于要治疗的组织的位置中的至少一个。
9.权利要求8的设备，还包括和该控制器可操作地耦合的加速度表，用于实时地测量该机头相对于要治疗的组织的速度。
10.权利要求1的设备，还包括检测器，其中该检测器是容性传感器。
11.权利要求1的设备，还包括检测器，其中该检测器还包括图像处理元件和光学导航传感器中的至少一个，用于计算机头相对于要治疗的组织的速度、距离和/或位置中的变化。
12.权利要求10的设备，其中对要治疗的区域添加用于所述检测器的对比度增强颗粒。
13.权利要求1的设备，其中操作参数包括发射率、功率电平、光束强度、脉冲率和治疗温度中的至少一个。
14.权利要求1的设备，其中控制器配置成可控地实时调整至少一个操作参数以实现新的治疗速率，从而根据把至少一个位置参数作为输入变量的算法可控地调整组织治疗的剂量。
15.权利要求10的设备，其中对要治疗的区域添加用于所述检测器的对比度增强物质，并且控制器配置成可控地实时调整至少一个操作参数，以造成新治疗速率和新治疗模式中的至少一个。
16.权利要求15的设备，其中该用于所述检测器的对比度增强物质包括多个颗粒、悬浮液、胶体、乳状液、染料和溶液中至少之一。
17.权利要求1的设备，还包括检测器，其中该检测器是加速度表、光辐射探测器阵列、容性传感器阵列、表面光度仪和光学导航传感器中至少之一。
18.权利要求1的设备，其中该扫描机构包括电流计、压电元件、机械扫描元件、MEMS技术、纳米技术、转动反射镜、转动光学元件、全息元件、反转轮、衍射元件和声光元件中至少之一。
19.权利要求1的设备，其中扫描机构和控制器配置成造成光束角偏差和光束平移运动中至少之一。
20.权利要求1的设备，其中光束具有约700nm和约3000nm之间范围内的波长，该光束是脉冲式的，频率在小于每秒约50000个脉冲的范围内，该光束具有每个脉冲在约1mJ到约1J范围内的能量，并且该光束具有约10J/cm2到约1000J/cm2的范围内的光能量密度。
21.权利要求1的设备，其中光束的操作参数包括组织表面处的小于约500微米的直径，机头每通过给定的组织区域一次每平方厘米约100到约2000治疗区段的范围内的治疗密度，以及相邻离散治疗区段之间的大于约75微米的隔开距离。
22.权利要求1的设备，其中该控制器可控地实时调整至少一个操作参数，以便继续预选定的组织治疗。
23.权利要求10的设备，其中对目标治疗部分施加用于所述检测器的对比度增强物质，并通过检测器检测目标治疗部分，以及其中，把控制器和扫描器配置成使光束只治疗目标治疗部分。
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