CN113543737A - 用于组织治疗的***和方法 - Google Patents

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J·巴瓦尔卡
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Abstract

一种冷却元件包括框架，所述框架包括一个或多个基准。所述冷却元件还包括第一窗口，所述第一窗口包括第一近侧表面和第一远侧表面。所述第一窗口被密封至所述框架。所述冷却元件进一步包括被密封至所述框架的第二窗口。所述第二窗口包括第二近侧表面和第二远侧表面。所述第二窗口被配置为经由所述第二远侧表面接触目标组织或者邻近所述目标组织的组织。所述冷却元件还包括冷却剂腔，所述冷却剂腔位于所述第一窗口的所述第一远侧表面和所述第二窗口的第二近侧表面之间并且被配置为接收冷却剂。所述第一窗口、所述第二窗口和所述冷却剂腔被配置为接收电辐射(EMR)，并且将所接收EMR的一部分传送至所述目标组织。

Description

用于组织治疗的***和方法
背景技术
可以通过应用某些波长的光或光学能量对各种状况进行治疗。将能量传递至适当的目标结构(例如，诸如皮肤的组织)而并不损伤邻近该目标结构的组织结构有许多挑战。这些挑战包括在适当波长下以充分通量(fluence)递送能量，以及利用光或光学能量有效且高效地扫描目标结构。
黑斑病是未知病因的一种皮肤病的例子，其经常在脸部区域导致斑点的色素沉着过度。这种状况在女性中比男性中更加常见。虽然黑斑病的(多种)具体起因可能并未被妥善理解，但是黑斑病的着色外观却可能由于某些状况而有所加重，诸如怀孕、日晒、例如口服避孕药的某些药物、激素水平、基因等。黑斑病的示例性症状包括一般出现在上脸颊、鼻子、上嘴唇和前额处的暗淡、不规则形状的斑块或斑点。这些斑块经常随着时间而逐渐发展。除了容貌上的变色之外，黑斑病看上去并不引发任何其它的症状，也没有其它的不利影响。
不同于通常在皮肤的表皮区域(例如，在组织表面处或附近)中出现的许多着色结构，真皮(或深度)黑斑病的特征经常在于黑色素和噬黑色素细胞(例如，包括过度着色的细胞)在下方真皮的部分或区域的广泛存在。因此，真皮黑斑病的治疗(例如，减轻变黑着色区域的外观)会尤其具有挑战性，其原因在于要接触并影响这些位于皮肤内更深处的着色细胞和结构存在着更大的难度。因此，诸如脸部换肤(facial peel)(激光或化学)、磨皮、外用药剂等的主要影响上覆表皮的常规皮肤焕新(rejuvenation)治疗对于治疗真皮黑斑病可能是无效的。
发明内容
已经观察到，某些波长的光或光学能量的应用能够被着色细胞有力吸收，从而对它们造成损伤。然而，使用光学能量对真皮黑斑病进行有效治疗带来了若干障碍。例如，真皮中的着色细胞必须被(多种)适当波长的充分光学能量作为目标以破坏或损伤它们，这会释放或损坏一些色素沉着并且减轻着色外观。然而，这样的能量会被诸如表皮和上真皮的上覆皮肤组织中的色素(例如，发色团)所吸收。这种近乎表面的吸收会导致皮肤外部的过度损伤，以及针对更深真皮的用于影响其中的着色细胞的能量传递不足。此外，针对位于表皮的基层中的黑素细胞的热伤害会导致黑色素产生的增多，并且导致黑素细胞破坏的热损伤可能导致色素减退。因此，期望对恰好处于真皮黑斑病斑点上方的并未被作为目标的组织——尤其是着色表皮组织——进行冷却(例如，将热量传输远离该组织)。理想情况下，该冷却将与治疗辐射同时进行并且在与该辐射相同的组织表面上方进行。
已经开发了分级的方案，其包含向皮肤上被健康组织所隔开的小的离散治疗位置应用光学能量以促进康复。利用所期望的特殊性准确地以(例如，位于真皮层中的)治疗位置作为目标，同时避免对(例如，表皮层中的)该治疗位置周围的健康组织造成损伤，可能是有挑战性的。例如，这需要具有高数值孔径(NA)的光学***以便将激光束聚焦到治疗位置。此外，该光学***应当如能够在大的受影响区域(例如，数平方厘米)上扫描聚焦束。因此，期望开发一种具有高数值孔径并且能够在大的受影响区域上进行扫描的光学***。还期望一种界面，其建立与治疗区域的稳定接触并且稳定该治疗区域，而使得可以在该治疗区域内保持聚焦激光束的深度。此外，与治疗辐射同时地，该界面对该治疗区域进行冷却以防止不期望出现的热伤害会是有益的。至少出于上文所概述的原因，提供用于基于EMR(例如，基于激光)的组织治疗的改进方法、***和设备。
在一种实施方式中，一种***包括光学元件，其被配置为接收电磁辐射(EMR)，并且将该EMR沿光轴聚焦到目标组织中的聚焦区域。该***还包括冷却元件，其处于该光学元件下游并且被配置为接收聚焦EMR。该冷却元件包括第一窗口，其包括第一近侧表面和第一远侧表面。该第一窗口被密封至框架。该冷却元件进一步包括被密封至该框架的第二窗口。该第二窗口包括第二近侧表面和第二远侧表面。该第二窗口被配置为经由该第二远侧表面接触目标组织或者邻近该目标组织的组织。该冷却元件还包括冷却剂腔，其位于该第一窗口的第一远侧表面和该第二窗口的第二近侧表面之间并且被配置为接收冷却剂。该第一窗口、该第二窗口和该冷却剂腔被配置为接收电磁辐射(EMR)，并且将所接收EMR的一部分传送至该目标组织。
在一种实施方式中，控制器被配置为通过改变该光学元件和该第二窗口的该第二远侧表面之间沿该光轴的第二距离而改变该聚焦区域和该第二窗口的该第二远侧表面之间沿该光轴的第一距离。在另一种实施方式中，该第一距离随着该聚焦区域在该目标组织中沿治疗路径穿行而在第一预定值和第二预定值之间变化。在又另一种实施方式中，该第一预定值和该第二预定值之间的差值小于0.25mm。在另一种实施方式中，该第一预定值是0.001mm，并且该第二预定值是10mm。
在一种实施方式中，该控制器被配置为通过改变与该EMR相关联的发散(divergence)而改变该聚焦区域和该第二窗口的该第二远侧表面之间沿该光轴的第一距离。在另一种实施方式中，该***进一步包括扫描器。该扫描器被配置为从该控制器接收控制信号并且基于该控制信号沿第一扫描路径移动该光学元件。在又另一种实施方式中，该第一扫描路径基本上平行于该第二窗口的第二远侧表面。
在一种实施方式中，该控制器被配置为改变该EMR辐射的强度。在另一种实施方式中，该控制器被配置为改变该冷却剂腔中的冷却剂的流量。在又另一种实施方式中，该光学元件具有处于约0.1至约1.0范围内的数值孔径(NA)。
在一种实施方式中，该EMR具有处于约1W至约100W范围内的平均功率。在另一种实施方式中，该EMR包括具有处于约400nm至约4000nm范围内的波长的脉冲激光束。在又另一种实施方式中，该EMR被配置为在该聚焦区域中生成热离子等离子体。在另一种实施方式中，该冷却元件进一步包括气体源，其被配置为将气体引导至该第一窗口，该气体被配置为防止该第一窗口上的冷凝。
在一种实施方式中，该方法包括生成聚焦电磁辐射(EMR)，并且经冷却元件传送该聚焦电磁辐射。该冷却元件包括第一窗口，其包括第一近侧表面和第一远侧表面。该第一窗口被密封至框架。该冷却元件进一步包括被密封至该框架的第二窗口。该第二窗口包括第二近侧表面和第二远侧表面。该第二窗口被配置为经由该第二远侧表面接触目标组织或者邻近该目标组织的组织。该冷却元件还包括冷却剂腔，其位于该第一窗口的第一远侧表面和该第二窗口的第二近侧表面之间并且被配置为接收冷却剂。该方法进一步包括将该聚焦EMR引导向目标组织中的聚焦区域。
在一种实施方式中，生成该聚焦EMR包括：沿该EMR的光轴放置光学透镜。在另一种实施方式中，该方法进一步包括通过改变该光学透镜沿该光轴的位置而改变该聚焦区域在该目标组织中的深度。在又另一种实施方式中，该聚焦区域的深度的范围从约0.001mm至约10mm。
在一种实施方式中，该方法进一步包括在该目标组织中沿治疗路径扫描该聚焦EMR。在另一种实施方式中，通过基本上平行于该第二窗口的第二远端来移动该光学元件而沿治疗路径扫描该聚焦EMR束。
在一种实施方式中，该冷却元件包括框架，该框架包括一个或多个基准(datum)。该冷却元件还包括第一窗口，该第一窗口包括第一近侧表面和第一远侧表面。该第一窗口被密封至该框架。该冷却元件进一步包括被密封至该框架的第二窗口。该第二窗口包括第二近侧表面和第二远侧表面。该第二窗口被配置为经由该第二远侧表面接触目标组织或者邻近该目标组织的组织。该冷却元件还包括冷却剂腔，该冷却剂腔位于该第一窗口的该第一远侧表面和该第二窗口的第二近侧表面之间并且被配置为接收冷却剂。该第一窗口、该第二窗口和该冷却剂腔被配置为接收电辐射(EMR)，并且将所接收EMR的一部分传送至该目标组织。
在一种实施方式中，该一个或多个基准被布置在基准平面中。该第二窗口关于该基准平面成第一角度进行布置。该第一角度小于1.0mrad。在另一种实施方式中，该冷却剂腔包括端口，其被配置为将冷却剂从冷却剂流源引导至该冷却剂腔。在又另一种实施方式中，该第一窗口经由第一密封而被密封至该框架，并且该第二窗口经由第二密封而被密封至该框架。该第一密封包括粘合剂、熔焊部(weld)、软焊料(solder)、硬焊料(braze)、聚合物和弹性体中的一种或多种。
在一种实施方式中，与该第一窗口相关联的第一散热性低于与该第二窗口相关联的第二散热性。在另一种实施方式中，与该第一窗口相关联的第一厚度大于与该第二窗口相关联的第二厚度。在又另一种实施方式中，该冷却元件进一步包括气体源，其被配置为将气体引导至该第一窗口。该气体被配置为防止该第一窗口上的冷凝。
在一种实施方式中，该第二窗口的第二远侧表面具有平坦形状、凸起形状和凹进形状中的一种或多种。在另一种实施方式中，该冷却元件进一步包括紧固件。该紧固件被配置为将该第二窗口的第二远侧表面附接于该框架。在又另一种实施方式中，该紧固件包括螺丝、夹具、卡扣、保持环和接片(tab)中的至少一种。
在一种实施方式中，该第二窗口包括以下的至少一个：蓝宝石、石英或金刚石。在另一种实施方式中，该第一窗口关于该第二窗口成第二角度被布置，其中该第二角度小于10mrad。在又另一种实施方式中，该第二窗口处于该第一窗口的下游。在另一种实施方式中，所接收EMR的一部分被传送至该目标组织中的聚焦区域。
在一种实施方式中，一种方法包括将EMR引导至冷却元件。该冷却元件包括框架，该框架包括一个或多个基准。该冷却元件还包括第一窗口，该第一窗口包括第一近侧表面和第一远侧表面。该第一窗口被密封至该框架。该冷却元件进一步包括被密封至该框架的第二窗口。该第二窗口包括第二近侧表面和第二远侧表面。该第二窗口被配置为经由该第二远侧表面接触目标组织或者邻近该目标组织的组织。该冷却元件还包括冷却剂腔，该冷却剂腔位于该第一窗口的该第一远侧表面和该第二窗口的第二近侧表面之间并且被配置为接收冷却剂。该第一窗口、该第二窗口和该冷却剂腔被配置为接收电辐射(EMR)，并且将所接收EMR的一部分传送至该目标组织。
在一种实施方式中，将该EMR的一部分传送至该目标组织包括：将该EMR聚焦于该目标组织中的聚焦区域。在另一种实施方式中，该一个或多个基准被布置在基准平面中。该第二窗口关于该基准平面成第一角度进行布置，其中该第一角度小于1.0mrad。在又另一种实施方式中，该冷却剂腔包括端口，其被配置为将冷却剂从冷却剂流源引导至该冷却剂腔。在另一种实施方式中，该第一窗口经由第一密封而被密封至该框架，并且该第二窗口经由第二密封而被密封至该框架。
附图说明
本公开的实施例将通过下文结合附图所进行的详细描述而更加全面地被理解，其中：
图1示意性地表示根据一些实施例的用来辐射并冷却组织的***；
图2A示意性地表示根据一些实施例的用于改变电磁辐射束的焦点的工作距离的***；
图2B示意性地表示根据一些实施例的用于改变电磁辐射束的焦点的工作距离的另一***；
图3示意性地表示根据一些实施例的用于在至少一条轴上扫描电磁辐射束的***；
图4A至图4D在多个视图中示意性地表示根据一些实施例的用来在辐射的同时冷却组织的***；
图5是表示根据一些实施例的用于辐射和冷却组织的方法的流程图；
图6是被聚焦到皮肤中的真皮层的着色区域之中的激光束的示意性图示；
图7A是黑色素的示例性吸收谱图形；
图7B是血红蛋白的示例性吸收谱图形；
图8图示了黑色素和静脉血的吸收系数以及与波长相对比的皮肤中的光的散射系数的绘图；
图9A图示了描绘多个示例性冷却元件的冷却性能的图形；和
图9B-9D图示了示例性冷却元件的示意图。
要注意的是，附图并不一定依比例绘制。该附图意在仅描绘出本文所公开主题的典型方面，因此并不应当被认为为对本公开的范围有所限制。本领域技术人员将会理解，在本文特别描述以及在附图中所图示的***、设备和方法是非限制性的示例性实施例，并且当前实施例的范围仅由权利要求来限定。
具体实施方式
现在将对某些示例性实施例进行描述，以提供对于本文所公开的设备和方法的结构、功能、制造和使用的原则的整体理解。这些实施例的一个或多个示例在附图中有所图示。结合一个示例性实施例所图示或描述的特征可以与其它实施例的特征进行组合。这样的修改和变换意在被包括于本发明的范围之内。
下文关于对诸如黑斑病之类的皮肤色素状况的治疗以改善这样的色素状况的外观，来详细讨论本公开的一些实施例。然而，所公开的实施例可以被采用以用于其它色素或非色素状况以及其它组织和非组织目标的治疗，而并无限制。色素状况的示例可以包括但并不局限于炎症后色素过度沉着、眼部周围的暗淡皮肤、黑眼圈、浅褐色斑块、贝克痣、太田痣、先天性黑素细胞痣、雀斑/雀斑样痣、富含铁血黄素的结构、着色胆石、叶黄素、玉米黄素、视紫红质、类胡萝卜素、胆绿素、胆红素和富含血红蛋白的结构，以及含有纹身的组织。非色素状况的示例可以包括但并不局限于毛囊、毛干、血管病变、感染状况、皮脂腺、痤疮等。非皮肤组织的示例可以包括但并不局限于诸如软骨、粘膜和浆膜的软组织，以及诸如骨骼和牙釉质的硬组织。
进一步地，在本公开中，实施例中名称相同的部件一般具有相似的特征，并且因此在特定实施例中不一定对每个名称相同的部件的每个特征进行全面阐述。此外，就在所公开的***、设备和方法的描述中使用线性或圆形尺寸的范围而言，这样的尺寸并非意在限制可以结合这样的***、设备和方法所使用的形状的类型。本领域技术人员将会认识到，可以针对任何几何形状轻易地确定这样的线性和圆形尺寸的等同形式。***和设备及其部件的大小和形状以及其部件可以至少取决于：该***和设备将在其中使用的主体的解剖学结构、该***和设备将随其一起使用的部件的大小和形状、以及该***和设备将在其中被使用的方法和过程。
总体上，描述了一些高数值孔径(NA)光学治疗***，其能够将电磁辐射(EMR)(例如，激光束)聚焦到组织中的治疗区域。被聚焦的激光束可以将光学能量传递至该治疗区域而并不伤及周围组织。所传递的光学能量例如可以破坏皮肤的真皮层的治疗区域中的着色发色团和/或目标，而并不影响周围区域(例如，上覆表皮层、真皮层的其它部分，等等)或者可以破坏被不受影响和非目标区域所包围的皮肤或组织的其它着色目标区域内的着色发色团和/或目标。在其它实施方式中，所传递的光学能量可以导致纹身的去除或变化，或者血红蛋白相关的治疗。在典型的治疗期间，大量辐射(例如，取决于波长的大于1W、5W、10W、20W或30W的平均功率)会被传递至组织。这些辐射水平最终会导致该组织的区块发热并且可能导致热损伤。为了防止组织的区块发热，必须对该组织执行冷却。为了使该冷却最为有效，在与辐射相同的地方且相同的时间执行冷却。先前的冷却方法已经在相同地方执行了冷却，但是却并未在相同时间执行(例如，低温冷却)。同样已经执行了用于冷却的其它方法，其在相同时间进行冷却，但是却不是在与辐射完全相同的区域上冷却。
题为“Method and Apparatus for Treating Dermal Melasma”的美国专利申请公开No.2016/0199132以及题为“Method and Apparatus for Selective Treatment ofDermal Melasma”的美国临时申请No.62/438,818中公开了用于利用光或光学能量治疗皮肤状况的示例性方法和设备，上述申请中的每一者均通过引用全文结合于此。
图1图示了能够辐射并冷却组织101的治疗***100的示例性实施例。诸如激光器的电磁辐射(EMR)源102生成EMR束104。根据一些实施例，EMR束104具有100纳米(nm)和15000nm之间(例如，400nm和4000nm之间)的范围内的波长。示例性的EMR源102可以是来自法国Les Ulis的Quantel的Q-Smart 450。Q-Smart 450能够生成EMR束104(例如，脉冲束)，上述EMR束104具有1064nm的波长，6纳秒(nS)和20nS之间的脉冲持续时间，高达40Hz的重复率，以及高达450mJ的脉冲能量。另一种示例性的EMR源102是来自加利福尼亚州SantaClara的Coherent的Coherent Diamond FLQ光纤激光器。该Diamond FLQ光纤激光器所生成的EMR束104可以具有高达10W、20W、50W或100W的平均功率、大约100nS的脉冲持续时间，高达1mJ的脉冲能量，以及20KHz和100KHz之间的脉冲重复率。EMR束104可以被光学元件106所聚焦，导致EMR束104随着其沿光轴110传播而收敛至焦点108(或“聚焦区域”)。根据一些实施例，EMR束104利用0.1和1.0之间(例如，0.5)的数值孔径收敛至焦点108。
治疗***100可以包括冷却元件150，其包括第一窗口112，被配置为接收/容纳冷却剂116(例如，流体冷却剂)的流的腔室114，以及第二窗口118。该冷却元件可以位于光学元件106的下游。术语“下游”指示EMR束104首先撞击在光学元件106上并且随后撞击在冷却元件150上。换句话说，光学元件106位于冷却元件150的上游。
EMR束104可以通过冷却元件150进行传送，上述冷却元件150包括第一窗口112，被配置为接收/容纳冷却剂116(例如，流体冷却剂)的流的腔室114，以及第二窗口118。例如，第一窗口112、冷却剂116和第二窗口118可以实质性地传送EMR束104。根据一些实施例，该EMR束可以随着其经第一窗口112、腔室114、冷却剂116流以及第二窗口118的传送而发生收敛(例如，被聚焦)。EMR束104可以在经第二窗口118的远侧表面120传播之后达到焦点108。在焦点108和第二窗口118的远侧表面120之间具有工作距离122。根据一些实施例，该工作距离122可以具有0.001毫米(mm)和100mm之间的值(例如，0.5mm、1.0mm和10mm)。
根据一些实施例，冷却剂流源124可以引发冷却剂116的流，该冷却剂116可以被位于第一窗口112和第二窗口118之间(例如，位于第一窗口112的远侧表面和第二窗口118的近侧表面之间)的腔室114所容纳/接收。一种示例性的冷却剂流源是来自纽约州Wappingers Falls的Steady State Cooling Systems的紧凑型冷却器(产品编号UC160-190)。该UC160-190能够生成冷却剂流124，其在9psig下具有500ml/min±50ml/min的流动速率，30psig的最大压力，以及2℃和45℃之间的冷却剂温度。冷却剂通常在EMR束104的波长下可以是透光的(例如，大于50％的透光性)。例如，丙二醇和水的混合物在包含可见光谱和1064nm的波长范围上通常是透光的。
根据一些实施例，治疗***100进一步包括控制器126。该控制器可以被配置为控制EMR源102和冷却剂流源124、EMR束104的传输方向、光学元件106的位置/运动(例如，光学元件106关于冷却元件150的路径)，等等。根据一些实施例，冷却剂116的温度被控制在设置点的几摄氏度之内。示例性的冷却剂温度设置点包括小于-10℃、0℃、5℃的温度，以及大约10℃的温度。根据一些实施方式，控制器126控制冷却剂流源124的一个或多个参数，包括冷却剂设置点温度和冷却剂流量。根据一些实施方式，控制器126控制EMR源102的一个或多个参数，包括：脉冲持续时间、重复率、EMR互锁或门信号、脉冲能量、平均功率，等等。
根据一些实施例，治疗***100被配置为在组织101内在焦点108的位置或其附近生成等离子体。在一些实施例中，该等离子体可以通过诸如光致电离的光学手段来生成。为了经由光致电离产生等离子体，可能要求大的能量强度(例如，针对具有纳秒范围内的脉冲持续时间的EMR脉冲而言)。例如，水的光致电离的辐照度阈值可以高达1013W/cm2(例如，在105W/cm2至1013W/cm2之间)。在其它实施例中，可以通过电子的热离子发射而生成该等离子体。等离子体的热离子生成可以在存在位于EMR束104的焦点108处或其附近的发色团(例如，被配置为吸收EMR束104的材料)的情况下发生。焦点处的高能量强度会导致该发色团的离子化，以及针对该发色团并且在一些情况下针对该发色团附近的材料的选择性热损伤。例如，具有纳秒范围内的脉冲持续时间的EMR脉冲的吸收介质中的热离子离子化的辐照度阈值可以低至109W/cm2，虽然收敛EMR束104和焦点108的选择性属性会防止非目标组织的即刻发热，但是在一个或多个焦点108位置的上方或附近的许多EMR上仍然会发生区块发热。
根据一些实施方式，冷却元件150可以在组织101被EMR束104辐射时对其进行冷却。在一些实施方式中，热路径可以从焦点108行进(例如，与光轴110平行/共线)，并且经过组织101、组织101的外表面、第二窗口118的远侧表面120、第二窗口118，并且最终去往冷却剂116流。该热路径可以是从焦点108自组织101离开并且去往第二窗口118的远侧表面120的最短路径(例如，经过组织101的最短路径)。出于该原因，组织101的区块热量可以(例如，从焦点108的位置)被有效地传输至冷却剂116。由于冷却剂和窗口在EMR束的波长下都是透光的，所以可以与辐射同时地执行冷却。一些治疗会要求组织内的焦点108的位置被仔细控制并且不时地有所变化。在这些情况下，会期望第二窗口118的远侧表面120相对于焦点108的位置是已知的和/或受控的。例如，传感器(例如，加速计、位置检测器等)可以检测第二窗口118(或冷却元件150)的位置和/或运动，并且可以将该信息传递至控制器126。这可以允许对第二窗口118(或冷却元件150)的位置和/或运动进行跟踪。
可以通过包含真皮的色素中的选择性热离子等离子体来治疗真皮黑斑病。为了实行该治疗，可以期望使得EMR束104的焦点108处于或接近(例如，2倍的Rayleigh范围)真皮内色素的深度(例如，组织101表面之下100μm至1mm)。现在参考图2A-2B，示出了焦点108的位置的深度的变化200。图2A示意性地示出了根据一些实施例的焦点108的深度的变化200。沿光轴110(例如，z轴)相对于第二窗口118平移210光学元件106产生焦点108的深度的相对应变化200。根据一些实施例，光学平移210可以由台(stage)生成并且由控制器进行控制。示例性的台是来自纽约州NewScale Technologies of Victor的M3-FS Focus Module。在一些版本中，控制器126控制该台的一个或多个参数，包括加速度、速度和位置。
根据一些实施例，可以通过发散EMR束222的发散220的相对应变化来改变焦点108的位置(例如，通过改变200)。参考图2B，深度可以从第一焦点位置224改变200为第二焦点位置226。第一焦点位置224由于光学元件106对具有可忽略发散的第一EMR束228所引入的波前变化(wave front change)而产生。第二焦点位置226由相同的、但是由于增大的发散220而位于不同于第一焦点位置224的位置的光学元件106所产生。根据一些实施方式，发散220的变化由诸如变焦透镜的自适应光学元件所提供。示例性的变焦透镜是来自OptotuneSwitzerland AG的Optotune产品编号EL-10-42-OF。由于焦点108的极端横向(例如，x轴和y轴)选择性(例如，狭窄度)，可以期望在组织101中的多个位置上扫描焦点108。在一些实施方式中，控制器126可以控制该自适应光学器件的一个或多个参数(例如，用于改变EMR束的发散)。
现在参考图3，示意性地表示了包括束扫描器300的***的实施例。光学/EMR束的扫描301会导致焦点位置在扫描宽度302上的平移(或旋转)。扫描宽度302是焦点位置在其上横向(即，x轴和/或y轴)变化的距离。在一些实施方式中，束扫描器300可以对EMR焦点、光学器件和光轴(或RMR束)进行扫描(例如，移动)301。图3示出了从第一EMR束位置314、第一光学器件位置316和第一焦点位置318(沿光轴320)至第二EMR束位置304、第二光学器件位置306和第二焦点位置308(沿光轴310)的扫描301。根据一些实施方式，该EMR束和光轴在整个扫描宽度上保持入射在第一窗口112、腔室114和第二窗口118上。在一些实施例中，组织内的焦点的深度可以被控制。例如，可以期望扫描301的方向或平面与第二窗口118的远侧表面120平行以处于已知规范之内。如上文所描述的，这是因为该光学器件和第二窗口的远侧表面120之间沿该光轴的距离的变化会导致工作距离122以及组织内的焦点的深度的变化。根据一些实施例，第二窗口118被保持在指定角度(例如，10mrad、1mrad、0.5mrad或0.1mrad)内平行于扫描运动。可替换地，在一些实施方式中，工作距离122在扫描宽度302上的变化可以被限制到可接受的范围(例如，工作距离122在10mm的扫描宽度上变化0.25mm)。束扫描器310可以由控制器(例如，控制器126)所控制。在一些实施方式中，该控制器可以控制束扫描器的一个或多个参数，包括跳转速度、加速度、位置、停驻时间等。
图4A-4D中的各个视图中示意性表示了示例性的冷却元件400。图4A图示了冷却元件400的顶部等距视图(例如，冷却元件400面向EMR源/背向目标组织的部分)。图4B示出了冷却元件400的底部等距视图(例如，冷却元件400面向目标组织/背向EMR源的部分)。图4C示出了冷却元件400的底部视图。图4D示出了冷却元件400沿图4C中所示的剖面线的截面图。示例性的冷却元件400包括框架402。参考图4A和4C，框架402具有三个基准404。基准404对应于可以生成辐射的基于能量的设备上的支承(mount)，由此允许冷却元件400以可移除的方式在该基于能量的设备上附接和更换。根据一些实施例，基准404可以近似于一种或多种几何形式，例如平面、线条和点。根据一些版本，基准404包括运动学支承(例如，Maxwellian支承)的一部分。示例性冷却元件400的三个基准404可以位于一个平面中。示例性冷却元件400进一步包括通过第一密封408被密封至框架402的第一窗口406，以及通过第二密封412被密封至框架402的第二窗口410。根据一些实施例，第一密封408和第二密封412包括粘合剂。粘合剂的示例可以包括光固化粘合剂、硅树脂和环氧树脂。根据其它实施例，第一密封408和/或第二密封412包括熔接部、硬焊料、软焊料，并且相对应的第一窗口406和/或第二窗口410的边缘可以利用允许这类密封的材料(例如，金属)而被金属化、喷溅或涂覆。此外，第二窗口410利用一个或多个紧固件414被附接与框架402。在图4C和4D中可以看出，示例性冷却元件400的紧固件414包括被3个机用螺丝固定就位的夹板。紧固件的附加示例可以包括螺丝、夹具、卡扣(snap)、保持环、接片(tab)，或者它们的任何组合。将第二窗口410附接于框架允许第二窗口410的远侧表面416被稳固地与组织相接触放置，而不对第二密封412引入会导致第二窗口的远侧表面弯曲或移动的附加应力。
如上文所描述的，远侧表面416和对EMR束104聚焦的光学元件16之间的距离的变化对该束的工作距离122以及所产生的焦点108在组织101内的位置有所影响。根据一些实施例，第二窗口410的远侧表面416可以相对于基准404而以预定几何形式定位(例如，定向、位置等)。例如，在一些版本中，第二窗口410平行于一个或多个基准404所近似的平面定位以处于所期望的公差(例如，0.5mrad)之内。此外，第二窗口410可以在所期望公差(例如，0.05mm)内被定位于沿光轴(例如，z轴)的精确距离。此外，根据一些实施例，第一窗口406和第二窗口410二者可以平行定位，并且它们之间的预设距离可以在期望公差(例如，0.5mrad和0.05mm)内。在一些实施例中，第一窗口406和第二窗口410可以关于彼此成一个角度而被布置(例如，成小于10mrad的角度)。出于各种原因，该第二窗口的远侧表面416在一些实施例中包括非平面形状(例如，凸起或凹进)。例如，凸起形状的远侧表面416对于在接触组织布置时压缩组织会是有利的。
图4D描绘了冷却元件400内的腔室418。腔室418以框架402、第一窗口406和第二窗口410作为边界。腔室418可以被第一密封408和第二密封412所密封。腔室418被配置为容纳冷却剂。根据一些实施例，冷却剂流通过与腔室418流体连通的一个或多个端口420而被供应至腔室418。根据一些实施例，端口420可以从与端口420流体连通的冷却剂流源提供冷却剂流。在一些实施方式中，该冷却剂流源可以利用一种或多种适配件422与端口420流体连通。图4A和4B图示了用于向腔室418供应冷却剂以及从其返回冷却剂的冷却剂供应适配件422a和冷却剂返回适配件422b。
根据一些实施例，该第二窗口包括具有高散热性的材料(例如，石英、蓝宝石、金刚石等)。较高的散热性可以允许更多热量从组织表面被传输至冷却剂流。同样，根据一些实施例，第一窗口406包括具有较低散热性的材料(例如，玻璃或聚合物)。拥有具有较低散热性材料的第一窗口406的实施方式可以将较少热量经第一窗口传输至冷却剂流中。作为结果，与其中第一窗口406包括高散热性材料的版本相比，冷凝可以发生得更加缓慢。此外，在一些实施例中，第一窗口的厚度(例如，1mm)大于第二窗口的厚度(例如，0.5mm)，这允许跨第二窗口更加自由地进行热能量传输。根据一些版本，可以对第一窗口吹诸如清洁的干燥空气、氮气、二氧化碳或氩气之类的非冷凝气体以进一步防止冷凝。
现在参考图5，描绘了描述根据一些实施例的用于辐射和冷却组织的方法500的流程图。在502，使用电磁辐射(EMR)源生成EMR束。在504，向该EMR束引入波前变化，这使得该EMR束在其沿光轴传播时发生收敛。在506，该收敛的EMR束经第一窗口、邻近该第一窗口的冷却剂以及邻近该冷却剂的第二窗口510被传送。最后，该收敛的EMR束被引导入射在组织512的表面区域。与此同时，热量经第二窗口从该组织的表面区域被传输514至冷却剂。
根据方法500的一些实施例，该收敛的EMR束最终到达位于该组织的表面区域之下的深度处的该组织内的焦点。在另一种版本中，该焦点的深度随时间而有所变化。如上文所描述的，改变组织内的焦点的深度允许例如在真皮黑斑病治疗中进行要求在深度范围上传递能量的治疗。在一些版本中，该深度在0.001mm至10mm的范围上变化。在一些版本中，焦点处的EMR束具有足以在着色组织中导致热离子离子化的能量强度(例如，对于100纳秒的脉冲持续时间和1064nm的波长而言，大于约10J/cm2的能量强度)。
根据一些实施例，方法500进一步包括沿一个或多个轴在扫描宽度上扫描该收敛的EMR束，并且使得该EMR束被引导向512该组织的第二表面区域。典型地，该EMR束是脉冲能量源，并且每个脉冲导致该EMR束随着其被扫描而被引导向新的表面区域。在一些版本中，沿总体上平行于第二窗口的远侧表面的一个或多个轴执行束扫描(沿平行于第二/第一窗口的x-y平面)，从而焦点的深度不会超过扫描宽度上的所期望公差(例如，0.25mm或0.05mm)而变化。
根据一些实施例，在502，以至少多达1W、5W、10W或30W的平均功率生成EMR束。根据一些实施例，以400nm和4000nm之间的范围内的波长生成该EMR束。根据一些实施例，向EMR束5引入波前变化504，以导致该EMR束以根据至少0.3的数值孔径(NA)的速率发生收敛。
根据一些实施例，以下提供了表格以概括示例性的参数和参数范围。
Figure BDA0003234587450000161
Figure BDA0003234587450000171
Figure BDA0003234587450000181
治疗辐射的特性
图6是被聚焦到皮肤组织中的真皮层的着色区域之中的激光束的图示的示意性图示。该皮肤组织包括皮肤表面600和上方表皮层610或表皮，其在脸部区域中例如可以是约30-120μm厚。在身体的其它部分中，真皮会稍微更厚。例如，表皮的厚度范围通常可以从约30μm(例如，在眼皮上)至约1500μm(例如，在手的手掌或脚的脚底上)。在例如牛皮癣的某些皮肤状况下，这样的表皮可能比以上示例更薄或更厚。下方真皮层620或真皮从表皮610以下延伸到更深的皮下脂肪层(未示出)。表现出深度或真皮黑斑病的皮肤会包括含有过量黑色素的着色细胞或区域630的族群。电磁辐射(EMR)650(例如，激光束)可以被聚焦到一个或多个聚焦区域660中，上述聚焦区域660可以位于真皮620或表皮610内。EMR 650可以以能够被黑色素所吸收的一个或多个适当波长来提供。可以基于以下所描述的一个或多个标准来选择(多个)EMR波长。
用于诸如色素状况和非色素状况的某些皮肤状况的治疗的所期望波长的确定例如可以取决于皮肤中的各种竞争性发色团(例如，发色团、血红蛋白、纹身墨水等)的波长相关吸收系数。图7A是黑色素的示例性吸收谱图。观察到黑色素对于EMR的吸收在大约350nm的波长下达到峰值，并且随后随着波长增大而减小。虽然黑色素对于EMR的吸收促进了含有黑色素区域的发热和/或破坏，但是非常高的黑色素吸收率会导致表皮610中色素进行高度吸收，并且渗透到真皮620或表皮610中的EMR有所减少。如图7A中所示，小于约500nm的EMR波长下的黑色素吸收相对高，从而小于约500nm的波长可能不适于充分渗透到真皮620中以加热和损伤或破坏其中的色素区域630。随着相对少的未吸收的EMR经过组织进入到真皮620的较深部分，在较小波长下的这种有所提升的吸收会导致对表皮610以及真皮620的上方(外表面)部分造成不希望出现的损伤。
图7B是含氧或脱氧血红蛋白的示例性吸收谱图。血红蛋白存在于皮肤组织的血管中，并且可以是含氧(HbO2)或脱氧(Hb)的。每种形式的血红蛋白可以表现出稍有不同的EMR吸收特性。如图7B中所示，针对Hb和HbO2二者的示例性吸收谱指示Hb和HbO2二者在小于约600nm的EMR波长下的高吸收系数，其中吸收率在较高波长下显著减小。血红蛋白(Hb和/或HbO2)对于被引导到皮肤组织中的EMR的有力吸收会导致含血红蛋白的血管发热，对这些血管组织造成不希望出现的损伤而且使得较少的EMR可供黑色素所吸收。
针对EMR的适当波长的选择还可以取决于与该EMR交互的组织波长相关散热分布。图8图示了与波长相对比的黑色素和静脉血的吸收系数的绘图。图8还图示了与波长相对比的皮肤中的光的散射系数的绘图。黑色素中的吸收随着波长单调减小。如果黑色素是色素状况治疗的目标，则在黑色素中具有高吸收的波长是所期望的。这将建议光的波长越短，治疗就越有效。然而，血液所进行的吸收在比800nm短的波长下有所增加，由此增加了无意地将血管作为目标的风险。此外，由于所预期的目标可能位于皮肤表面之下，所以皮肤(例如，真皮层)所进行的散射的角色会很重要。散射减少了到达预期目标的光的数量。散射系数随着波长增大而单调减小。因此，虽然较短的波长可以有助于黑色素所进行的吸收，但是较长的波长却可以由于散射减少而有助于更深的渗透。类似地，由于血液在较长波长下所进行的吸收较低，所以较长的波长对于规避血管而言是更好的。
鉴于以上考虑，波长的范围可以从约300nm至约3000nm，并且更具体地约800nm至约1064nm可以被用于选择性地将真皮中的某些结构(例如，黑色素)作为目标。特别地，800nm和约1064nm的波长对于这样的治疗会是有用的。800nm波长之所以会有吸引力，是因为该波长下的激光二极管不太昂贵并且容易获取。然而，1064nm则由于该波长下较低的散射而对于以更深病变作为目标尤其有用。1064nm的波长对于其中含有大量表皮黑色素的较暗皮肤类型也会更加适用。在这样的个体中，表皮中的黑色素对于较低波长EMR(例如，约800nm)的更高吸收增加了对皮肤造成热伤害的机会。因此，对于针对一些个体的某些治疗而言，1064nm可能是治疗辐射较为适当的波长。
可以将各种激光源用于EMR的生成。例如，含有钕(Nd)的激光源是能够轻易获取的，其提供1064nm的EMR。这些激光源可以以具有约1Hz至100KHz范围内的重复率的脉冲模式进行操作。调Q Nd激光源可以提供具有小于1纳秒的脉冲持续时间的激光脉冲。其它Nd激光源可以提供具有超过1毫秒的脉冲持续时间的脉冲。提供1064nm波长的EMR的示例性激光源是来自美国康涅狄格州East Granby的Nufern的20W NuQ纤维激光器。该20W NuQ纤维激光器以约20KHz和约100KHz之间范围内的重复率提供具有约100ns脉冲持续时间的脉冲。另一种激光源是来自法国Les Ulis的Quantel的Nd:YAG Q-smart 850。Q-smart 850以高达约10Hz的重复率提供具有高达约850mJ的脉冲能量以及约6ns的脉冲持续时间的脉冲。
本文所描述的***可以被配置为将EMR聚焦在高度收敛的束中。例如，该***可以包括具有从约0.3至0.9(例如，在约0.4和0.9之间)选择的数值孔径(NA)的聚焦或收敛透镜装置。该EMR相对应的大的收敛角度可以在该透镜的聚焦区域(其可以位于真皮内)中提供高的通量和强度，而该聚焦区域上方的上覆组织中的能通量则较低。这样的聚焦几何形式可以帮助减少着色真皮区域上方的上覆组织中不希望出现的发热和热损害。该示例性光学装置可以进一步包括准直透镜装置，其被配置为将来自发射装置的EMR引导到该聚焦透镜装置上。
该示例性的光学治疗***可以被配置为将EMR聚焦到聚焦区域，上述聚焦区域具有小于约200μm的宽度或斑点大小，例如小于约100μm，或者甚至小于约50μm，例如小如约1μm。例如，该斑点大小可以具有从约1μm至约50μm，从约50μm至约100μm的范围，以及从约100μm至约200μm的范围。该聚焦区域的斑点大小可以例如在空气中确定。这样的斑点大小可以被选择成在足够小以在聚焦区域中提供高的EMR通量或强度(以有效地辐射真皮中的着色结构)与足够大以促进在合理治疗时间内对大区域/体积的皮肤组织进行辐射之间进行平衡。
该示例性的光学装置还可以被配置为将EMR的聚焦区域引导到真皮组织内处于皮肤表面以下的一个深度的位置，诸如从约30μm至约2000μm的范围，例如处于约150μm至约500μm之间。这样的示例性深度范围可以对应于表现出真皮黑斑病或其它感兴趣目标的皮肤中典型的所观察到的着色区域的深度。该聚焦深度可以对应于从被配置为接触皮肤表面的该装置的下表面到该聚焦区域的位置的距离。此外，一些实施例可以被配置用于治疗表皮内的目标。例如，一种光学装置可以被配置为将EMR的聚焦区域引导向表皮组织内的位置，例如处于皮肤表面之下从约5μm至约2000μm的范围内。又其它的实施例可以被配置用于治疗真皮中的目标深度。例如，纹身艺术家通常将他们的纹身枪校准为穿透皮肤到达距皮肤表面从约1mm至约2mm的深度。因此，在一些实施例中，一种光学装置可以被配置为将EMR的聚焦区域引导向皮肤表面之下从约0.4mm至2mm范围内的真皮组织内的位置。
示例
图9A图示了描绘多个示例性冷却元件(例如，图9B至图9D中的冷却元件)的冷却性能的多个绘图。图9A中所示的数据在利用冷却元件920、930和940进行的实验期间所收集。图形900具有沿垂直轴910以摄氏度为单位显示的温度以及沿水平轴920(以分钟和秒为单位)显示的时间。
每个冷却元件被置于测试卡块中，并且热电偶被置于该冷却元件的第一表面的中间。热胶被用来确保该冷却元件的第一表面与该热电偶之间的热导通。该冷却元件以第一表面与干浴器(dry bath)相接触的方式被放置。该干浴器被设置为37℃并且每个冷却元件被允许接近与该干浴器的热平衡。最后，处于5℃的冷流体被提供至该冷却元件，并且该热电偶在该窗口的第一表面被冷却时捕捉其温度测量值。
图9B至图9D图示了作为上文所讨论的实验部分而被测试的示例性冷却元件的示意图。该冷却元件的示例性实施例是第一单窗口类型的冷却元件920，第二单窗口类型的冷却元件930，以及双窗口类型的冷却元件940。图9B图示了单窗口类型的冷却元件920，其包括单个蓝宝石窗口922，该单个蓝宝石窗口922与冷却剂926在其中流动的铝制热交换器924相接触(例如，沿着蓝宝石窗口的边缘)。热量从干浴器928流动至该蓝宝石窗口922的第一表面(例如，与干浴器928相邻的表面)的中间，水平地通过该蓝宝石窗口922去往该蓝宝石窗口922的边缘，经过该铝质热交换器924并且进入到冷却剂926之中。窗口922的第一表面的温度由热电偶929进行测量。
图9C图示了单窗口类型的冷却元件930，其包括被密封至冷却剂936在其中流动的歧管934的单个蓝宝石窗口932。单窗口类型的冷却元件930被配置为允许冷却剂936在窗口932的边缘周围与单个蓝宝石窗口932直接接触。热量从干浴器938流动至窗口932的第一表面(例如，与干浴器938相邻的表面)的中心、窗口932的边缘并且直接进入到冷却剂936中。窗口932的第一表面的温度由热电偶939进行测量。
图9D图示了双窗口类型的冷却元件940，其包括第一窗口942、第二窗口943、框架944，以及在第一窗口942和第二窗口943之间流动的冷却剂946。热量从干浴器948流动至第一窗口942的第一表面(例如，与干浴器948相邻的表面)的中心，垂直地经过第一窗口942，并且进入到冷却剂946之中。窗口942的第一表面的温度由热电偶949进行测量。
返回至图9A，示出了冷却元件920、930和940的冷却数据。第一绘图集合920A至920D表示第一单窗口类型的冷却元件920的冷却数据，第一绘图集合930A至930B表示第二单窗口类型的冷却元件930的冷却数据，并且第三绘图940A表示双窗口类型的冷却元件940的冷却数据。该绘图表明第二单窗口类型的冷却元件930的冷却相比第一单窗口类型组件920有所改进。然而，双窗口类型的冷却元件940示出了相对于第一单窗口类型组件和第二单窗口类型组件的大幅改进。双窗口类型的冷却元件940的数据显示：冷却接近约13.4℃的稳定状态温度。第二单窗口类型的冷却元件930所测量的最低窗口表面温度接近约25.9℃的稳定状态温度。双窗口类型的冷却元件940可以冷却至温度12.5℃，这可以比最佳性能的单窗口类型组件更冷。图表900还示出在双窗口类型的冷却元件940的情况下冷却进行得更快。基于该数据，第一窗口类型组件和第二窗口类型组件的热时间常数(例如，窗口冷却至初始温度的约63.2％的时间)被估计为大约4秒。而双窗口类型组件的热时间常数则被估计为大约2秒或者是单窗口类型组件的一半。
可以使用本文所描述的***诸如用于美容目的来执行用于治疗各种皮肤状况的方法。所理解的是，虽然这样的方法可以由医师来进行，但是诸如美容师的非医师以及其它经适当培训的人员也可以使用本文所描述的***在有或没有医师监管的情况下治疗各种皮肤状况。
本领域技术人员基于上文描述的实施例将会意识到本发明进一步的特征和优势。因此，除了如所附权利要求所指示的之外，本发明并不被特别地示出和描述的内容所限制。本文所引用的出版物和文献通过引用被明确地全文结合于此。
本文所描述的主题能够以数字电子电路来实施，或者以计算机软件、固件或硬件来实施(其包括该说明书中所公开的结构手段及其结构等同物)，或者以它们的组合来实施。本文所描述的主题可以被实施为一个或多个计算机程序产品，诸如在信息载体中(例如，在机器可读存储设备中)以有形方式体现或者在传播信号中体现的一个或多个计算机程序，以便由数据处理装置(例如，可编程处理器、计算机、多个计算机)执行或者控制它们的操作。计算机程序(也被称作程序、软件、软件应用或代码)能够以任意形式的编程语言进行编写，其包括编译或解释语言，并且其可以以任意形式来部署，包括作为独立程序或者作为适于在计算环境中使用的模块、组件、子程序或其它单元。计算机程序并不一定对应于文件。程序可以存储在保存其它程序或数据的文件的一部分之中，存储在专用于所讨论程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如，在存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序能够被部署为在一台计算机上执行或者在位于一个地点或跨多个地点分布并且通过通信网络进行互连的多台计算机上执行。
该说明书中所描述的过程和逻辑流程——包括本文所描述主题的方法步骤——能够由一个或多个可编程处理器所来实行，所述可编程处理器执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来实行本文所描述主题的功能。该处理和逻辑流程还能够由例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的专用逻辑电路所实行，并且本文所描述主题的装置也能够被实施为所述专用逻辑电路。
适于执行计算机程序的处理器例如包括通用或专用微处理器，以及任意类型的数字计算机的任意一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机访问存储器或者其二者接收指令和数据。计算机的必要部件是用于执行指令的处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，计算机还将包括一个或多个用于存储数据的大型存储设备(例如磁盘、磁性光盘或光盘)，或者可操作耦合地从其接收或向其传输数据(或者两者都有)。适于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，例如包括半导体存储器设备(例如，EPROM、EEPROM和闪存设备)；磁盘(例如，内部硬盘或可移除盘)；磁性光盘；以及光盘(例如，CD和DVD盘)。处理器和存储器能够被补充以或被并入专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，本文所描述的主题可以在计算机上实施，所述计算机具有例如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器的用于向用户显示信息的显示设备，以及用户能够通过其向计算机提供输入的键盘和指示设备(例如，鼠标或轨迹球)。也能够使用其它类型的设备来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任意形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，并且来自用户的输入能够以任意形式被接收，包括声音、话音或触觉输入。
本文所描述的技术可以使用一个或多个模块来实施。如本文所使用的，术语“模块”是指计算机软件、固件、硬件，和/或它们的各种组合。然而，在最低的程度，模块并不被解释为：并不在硬件、固件上实施或者被记录在非瞬态处理器可读的可记录存储介质上的软件(即，模块并非软件本身)。实际上，“模块”要被解释为始终包括至少一些物理的、非瞬态的硬件，诸如处理器或计算机的一部分。两个不同的模块可以共享相同的物理硬件(例如，两个不同的模块可以使用相同的处理器和网络接口)。本文所描述的模块可以被组合、集成、分离和/或复制以支持各种应用。而且，在本文被描述为在特定模块处实行的功能可以在一个或多个其它模块处实行，和/或由一个或多个其它设备来实行，以替代在该特定模块处实行该功能或者除此之外。进一步地，模块可以跨多个设备和/或相互同在本地或远离的其它组件来实施。此外，模块可以从一个设备移走并且被添加至另一个设备，和/或可以被包括在两个设备之中。
本文所描述主题可以在计算***中实施，所述计算***包括后端组件(例如，数据服务器)、中间件组件(例如，应用服务器)或前端组件(例如，具有图形用户界面或web浏览器的客户端计算机，用户可以通过图形用户界面或web浏览器与本文所描述主题的实施方式进行交互)，或者包括这样的后端、中间件或前端组件的任意组合。该***的组件可以通过例如通信网络之类的任意形式或介质的数字数据通信进行互连。通信网络的示例包括局域网(LAN)以及例如互联网的广域网(WAN)。
如本文贯穿说明书和权利要求所使用的近似性语言可以被应用于修改任何定量表示，上述定量表示在不导致所涉及的基本功能发生变化的情况下允许有所变化。因此，通过诸如“大约”或“基本上”之类的一个或多个术语所修改的数值并不被限制为所指定的确切数值。在至少一些实例中，该近似性语言可以对应于用于测量该数值的仪器的精度。在本文以及贯穿说明书和权利要求，范围限制可以被组合和/或互换，除非上下文或语言另有指示，否则这样的范围被标识并且包括其中所包含的所有子范围。

Claims (41)

1.一种***，包括：
光学元件，其被配置为接收电磁辐射EMR，并且将所述EMR沿光轴聚焦到目标组织中的聚焦区域；
冷却元件，其处于所述光学元件下游并且被配置为接收聚焦的所述EMR，所述冷却元件包括：
第一窗口，其包括第一近侧表面和第一远侧表面；
处于所述第一窗口下游的第二窗口，所述第二窗口包括第二近侧表面和第二远侧表面，其中所述第二窗口被配置为经由所述第二远侧表面接触所述目标组织或者邻近所述目标组织的组织；
冷却剂腔，其位于所述第一窗口的所述第一远侧表面和所述第二窗口的所述第二近侧表面之间，并且被配置为接收冷却剂；和
控制器，其被配置为沿第一扫描路径引导所述光学元件，其中所述光学元件沿所述第一扫描路径的运动被配置为使得所述聚焦区域在所述目标组织中沿治疗路径穿行。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被配置为通过改变所述光学元件和所述第二窗口的所述第二远侧表面之间沿所述光轴的第二距离，而改变所述聚焦区域和所述第二窗口的所述第二远侧表面之间沿所述光轴的第一距离。
3.根据权利要求2所述的***，其中所述第一距离随着所述聚焦区域在所述目标组织中沿所述治疗路径穿行，而在第一预定值和第二预定值之间变化。
4.根据权利要求3所述的***，其中所述第一预定值和所述第二预定值之间的差值小于0.25mm。
5.根据权利要求3所述的***，其中所述第一预定值是0.001mm，并且所述第二预定值是10mm。
6.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被配置为通过改变与所述EMR相关联的发散，而改变所述聚焦区域和所述第二窗口的所述第二远侧表面之间沿所述光轴的第一距离。
7.根据权利要求1所述的***，进一步包括扫描器，其中所述扫描器被配置为从所述控制器接收控制信号，并且基于所述控制信号沿所述第一扫描路径移动所述光学元件。
8.根据权利要求1所述的***，其中所述第一扫描路径基本上平行于所述第二窗口的第二远侧表面。
9.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被配置为改变所述EMR的强度。
10.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器被配置为改变所述冷却剂腔中的冷却剂的流量。
11.根据权利要求1所述的***，其中所述光学元件具有处于约0.1至约1.0范围内的数值孔径(NA)。
12.根据权利要求1所述的***，其中所述EMR具有处于约1W至约100W范围内的平均功率。
13.根据权利要求1所述的***，其中所述EMR包括具有处于约400nm至约4000nm范围内的波长的脉冲激光束。
14.根据权利要求1所述的***，其中所述EMR被配置为在所述聚焦区域中生成热离子等离子体。
15.根据权利要求1所述的冷却元件，进一步包括气体源，所述气体源被配置为将气体引导至所述第一窗口，所述气体被配置为防止所述第一窗口上的冷凝。
16.一种方法，包括：
生成聚焦电磁辐射EMR；
经冷却元件传送所述聚焦EMR，其中所述冷却元件包括：
第一窗口，其包括第一近侧表面和第一远侧表面，
处于所述第一窗口下游的第二窗口，所述第二窗口包括第二近侧表面和第二远侧表面，其中所述第二窗口被配置为经由所述第二远侧表面接触目标组织或者邻近所述目标组织的组织，和
冷却剂腔，其位于所述第一窗口的所述第一远侧表面和所述第二窗口的所述第二近侧表面之间，并且被配置为接收冷却剂；并且
将所述聚焦EMR引导向所述目标组织中的聚焦区域。
17.根据权利要求16所述的方法，其中生成所述聚焦EMR包括沿所述EMR的光轴放置光学透镜。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：通过改变所述光学透镜沿所述光轴的位置，而改变所述目标组织中的所述聚焦区域的深度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述聚焦区域的所述深度的范围从约0.001mm至约10mm。
20.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：沿所述目标组织中的治疗路径扫描所述聚焦EMR。
21.根据权利要求20所述的方法，其中通过基本上平行于所述第二窗口的所述第二远端来移动所述光学元件，而沿治疗路径扫描所述聚焦EMR束。
22.一种冷却元件，包括：
框架，其包括一个或多个基准；
第一窗口，所述第一窗口包括第一近侧表面和第一远侧表面，所述第一窗口被密封至所述框架；
被密封至所述框架的第二窗口，所述第二窗口包括第二近侧表面和第二远侧表面，其中所述第二窗口被配置为经由所述第二远侧表面接触目标组织或者邻近所述目标组织的组织；和
冷却剂腔，其位于所述第一窗口的所述第一远侧表面和所述第二窗口的所述第二近侧表面之间，并且被配置为接收冷却剂，
其中所述第一窗口、所述第二窗口和所述冷却剂腔被配置为接收电磁辐射EMR，并且将所接收EMR的一部分传送至所述目标组织。
23.根据权利要求22所述的冷却元件，其中所述一个或多个基准被布置在基准平面中，其中所述第二窗口关于所述基准平面成第一角度进行布置，其中所述第一角度小于1.0mrad。
24.根据权利要求22所述的冷却元件，其中所述冷却剂腔包括端口，所述端口被配置为将冷却剂从冷却剂流源引导至所述冷却剂腔。
25.根据权利要求22所述的冷却元件，其中所述第一窗口经由第一密封而被密封至所述框架，并且所述第二窗口经由第二密封而被密封至所述框架。
26.根据权利要求25所述的冷却元件，其中所述第一密封包括粘合剂、熔焊部、软焊料、硬焊料、聚合物和弹性体中的一种或多种。
27.根据权利要求22所述的冷却元件，其中与所述第一窗口相关联的第一散热性低于与所述第二窗口相关联的第二散热性。
28.根据权利要求22所述的冷却元件，其中与所述第一窗口相关联的第一厚度大于与所述第二窗口相关联的第二厚度。
29.根据权利要求22所述的冷却元件，进一步包括气体源，所述气体源被配置为将气体引导至所述第一窗口，所述气体被配置为防止所述第一窗口上的冷凝。
30.根据权利要求22所述的冷却元件，其中所述第二窗口的所述第二远侧表面具有平坦形状、凸起形状和凹进形状中的一种或多种。
31.根据权利要求22所述的冷却元件，进一步包括紧固件，其中所述紧固件被配置为将所述第二窗口的所述第二远侧表面附接于所述框架。
32.根据权利要求31所述的冷却元件，其中所述紧固件包括螺丝、夹具、卡扣、保持环和接片中的至少一种。
33.根据权利要求22所述的冷却元件，其中所述第二窗口包括以下至少一者：蓝宝石、石英或金刚石。
34.根据权利要求22所述的冷却元件，其中所述第一窗口关于所述第二窗口成第二角度被布置，其中所述第二角度小于10mrad。
35.根据权利要求22所述的冷却元件，其中所述第二窗口处于所述第一窗口的下游。
36.根据权利要求22所述的冷却元件，其中所述所接收EMR的一部分被传送至所述目标组织中的聚焦区域。
37.一种方法，包括：
将EMR引导至冷却元件，其中所述冷却元件包括：
框架，其包括一个或多个基准；
第一窗口，所述第一窗口包括第一近侧表面和第一远侧表面，所述第一窗口被密封至所述框架；
被密封至所述框架的第二窗口，所述第二窗口包括第二近侧表面和第二远侧表面，其中所述第二窗口被配置为经由所述第二远侧表面接触目标组织或者邻近所述目标组织的组织；和
冷却剂腔，其位于所述第一窗口的所述第一远侧表面和所述第二窗口的所述第二近侧表面之间，并且被配置为接收冷却剂；并且
将所述EMR的一部分传送至目标组织。
38.根据权利要求37所述的方法，其中将所述EMR的一部分传送至所述目标组织包括：将所述EMR聚焦于所述目标组织中的聚焦区域。
39.根据权利要求37所述的方法，其中所述一个或多个基准被布置在基准平面中，其中所述第二窗口关于所述基准平面成第一角度进行布置，其中所述第一角度小于1.0mrad。
40.根据权利要求37所述的方法，其中所述冷却剂腔包括端口，所述端口被配置为将冷却剂从冷却剂流源引导至所述冷却剂腔。
41.根据权利要求37所述的方法，其中所述第一窗口经由第一密封而被密封至所述框架，并且所述第二窗口经由第二密封而被密封至所述框架。
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