相关申请的交叉引用
本申请涉及并要求于2013年8月9日提交的美国临时专利申请序列 号61/864,238的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明的示例性实施方案涉及治疗色素沉着组织，更具体地涉及用于 治疗真皮黄褐斑的方法和设备。
背景技术
黄褐斑是通常在面部区域造成斑点状色素沉着过度的病因未知的皮 肤疾病。这种病症在女性中比男性更为常见。虽然可能尚未充分了解黄褐 斑的具体原因，但是黄褐斑的色素沉着外观可能由于诸如妊娠、日光暴露 的某些状况、诸如口服避孕药的某些药物、激素水平、遗传学等而加重。
黄褐斑的示例性症状包括深色的、形状不规则的斑片或斑，其通常出 现在上颊、鼻、上唇和前额上。这些斑片通常随时间逐渐加重。除了美容 方面的变色以外，黄褐斑似乎不会造成任何其它症状或具有其它有害影 响。
与通常出现在皮肤的表皮区域(即，在皮肤表面处或靠近皮肤表面) 的许多色素沉着结构不同，真皮(或深层)黄褐斑通常具有以下特征：在 下层真皮的部分或区域中广泛存在的黑色素和噬黑素细胞(包括例如过度 色素沉着细胞)。因此，由于在接近和影响这样的位于皮肤内较深层的色 素沉着细胞和结构方面存在较大困难，真皮黄褐斑的治疗(例如，使颜色 变深的色素沉着区域的外观变浅)可能是尤其具有挑战性的。因此，主要 影响表层表皮的常规皮肤更新治疗(skinrejuvenationtreatment)如面部 脱皮术(激光或化学)、皮肤磨削术、局部药剂等可能不能有效地治疗真 皮黄褐斑。
已经发现施加的某些波长的光或光能能够被色素沉着细胞强烈地吸 收，从而损伤色素沉着细胞。然而，使用光能的真皮黄褐斑的有效治疗引 入了若干障碍。例如，必须使用适当波长的足够的光能来靶向真皮中的色 素沉着细胞以对其进行破坏或损伤，其可以释放或摧毁一些色素沉着并且 减轻色素沉着外观。然而，这样的能量可能被表层皮肤组织如表皮和上层 真皮(upperdermis)中的色素(例如，生色团)吸收。这种近表面吸收 能够造成皮肤的外层部分的过度损伤，并且不能将足够的能量传递至较深 的真皮以影响其中的色素沉着细胞。
已经开发出点阵式方法(fractionalapproach)，其涉及将光能施加到 被健康组织分隔开的皮肤上的小的、不连续的位置上以促进治愈。但是， 这样的点阵式方法可能“错过”真皮中的许多色素沉着细胞，并且这样的 较深层细胞的有效靶向可能再次对附近的健康组织造成过度损伤。
因此，所希望的是提供能够在不对健康皮肤组织产生过度损伤或产生 其他不良副作用的情况下有效地靶向真皮中的色素沉着细胞并且减轻黄 褐斑之外观的方法和设备。
公开内容的示例性实施方案的概述
能够提供用于治疗真皮黄褐斑和真皮内的其它色素沉着缺陷的方法 和设备的示例性实施方案，例如以淡化真皮黄褐斑的深色色素沉着外观。 方法和设备的示例性实施方案可通过将具有合适波长的高度会聚电磁辐 射(electromagneticradiation，EMR)例如光能聚焦在真皮内的色素沉着 区域上来促进真皮内的色素沉着结构的选择性能量吸收和对真皮内的色 素沉着结构进行热损伤。这个示例性过程可导致对色素沉着区域造成升温 和/或热损伤，从而破坏色素并且淡化皮肤的外观，同时避免对周围的无 色素沉着组织(unpigmentedtissue)和表层组织造成不希望的热损伤。
根据本公开内容的示例性实施方案，可提供可以包含被配置成发射 EMR的辐射发射器装置和被配置成将EMR引导到被治疗的皮肤上并且 将其聚焦至真皮内的聚焦区域(focalregion)之光学装置的设备。可在配 置成接触被治疗的皮肤表面的设备的一部分上设置对EMR基本上光学透 明的板。这样的板可以稳定柔性的皮肤组织，并且有助于对皮肤表面下方 的聚焦区域的深度更好地进行控制。板的下表面可以基本上是平面的，或 者其任选地为略微地凸起或凹陷。设备还可以包含可以容纳这些部件并且 有助于在设备的使用过程中对设备进行操作的外壳或手持件。
EMR发射器可以包含例如配置成引导来自外部源、EMR源(例如 一个或更多个二极管激光器)、光纤激光器等的EMR的波导管或光纤。 在发射器装置包含EMR源的情况下，其可以任选地包含被配置成冷却 EMR源并且防止该源过热的冷却装置。可以设置控制装置以控制发射器 装置的操作，包括例如开启和关闭EMR源、控制或改变EMR源的功率 输出等。
EMR可以具有优选地大于约600nm、例如约625nm至约850nm 或约650nm至750nm的波长。较小的波长(例如，小于约600nm)可 在皮肤组织内发生显著的散射，因此其穿透深度不足而不能够以足够的能 量密度和聚焦达到真皮层的部分。这样的较小波长还可以具有非常高的黑 色素吸光度，这可在表层的表皮区域中产生黑色素的EMR吸收增强，并 且会对表面区域产生不期望的热损伤。这样的较小波长还可以具有较高的 血红蛋白的吸光度，血红蛋白是可存在于血管中的竞争性生色团。血红蛋 白的显著EMR吸收可以对这样的血管造成不期望的热损伤。黑色素的 EMR吸光度通常随着波长的增加而下降，因此，长于约850nm的波长 不会被真皮黑色素大量吸收，从而不会造成局部升温和色素沉着结构的破 坏。
示例性设备可包含配置成将EMR聚焦成高度会聚射束(beam)的 光学装置。例如，光学装置可以包含聚焦或会聚透镜装置，该聚焦或会聚 透镜装置的数值孔径(numericalaperture，NA)为约0.5或更大，例如为 约0.5至0.9。EMR的相应大的会聚角度(convergenceangle)可以在透 镜的聚焦区域(其可位于真皮内)中提供高能量密度和强度，同时在聚焦 区域之上的表层组织中产生较低能量密度。这样的聚焦几何形状可以帮助 减少色素沉着真皮区域之上的表层组织中的不期望的升温和热损伤。示例 性光学装置还可以包含准直透镜装置，其配置成将来自发射装置的EMR 引导到聚焦透镜装置上。
示例性光学装置可以被配置成将EMR聚焦至聚焦区域，该聚焦区域 的宽度或光斑尺寸小于约200μm(微米)，例如，小于100μm，或甚至 小于50μm，例如小至10μm。可以选择这样的光斑尺寸以在足够小以提 供聚焦区域中EMR的高能量密度或强度(以有效地辐照真皮中的色素沉 着结构)与足够大以便于在合理的治疗时间内辐照皮肤组织的大区域/体 积之间取得平衡。
示例性光学装置还可以被配置成将EMR的聚焦区域引导到位于皮肤 表面下方，深度为约120μm与400μm、例如150μm至300μm的真皮 组织内的位置上。这样的示例性深度范围能够对应于通常观察到的呈现真 皮黄褐斑的皮肤中的色素沉着区域的深度。这个聚焦深度(focaldepth) 能够对应于从被配置成接触皮肤表面的设备之下表面到聚焦区域的位置 之间的距离。
在本公开内容的另一些示例性实施方案中，EMR发射器装置和/或光 学装置之部件的位置和/或朝向可以是相对于彼此可控制的或可调节的， 使得可以改变EMR的路径。当相对于皮肤平移设备时，EMR之路径的 这样的改变能够提供真皮内的聚焦区域的深度、宽度和/或位置的相应的 改变，并且可以有助于治疗较大体积的皮肤组织。当保持设备相对于皮肤 静止时，这些部件的这样的相对移动还可以有助于在皮肤组织内移动聚焦 区域，例如以在不移动整个设备的情况下治疗较大区域的皮肤。
在本公开内容的又一些示例性实施方案中，示例性聚焦透镜装置可以 包含多于一个微透镜，例如凸透镜、平凸透镜等。每一个微透镜可以具有 大NA(例如在0.5至0.9)。可以将微透镜设置成阵列，例如正方形或六 边形阵列，从而以类似的模式在真皮组织中产生多于一个聚焦区域。微透 镜的宽度可以非常小，例如约1mm至3mm宽。在某些实施方案中，还 能够设置略宽于或略窄于该宽度的微透镜300。在本公开内容的又一些实 施方案中，微透镜可以包括柱面透镜(cylindricallense)，例如凸柱面透 镜或平面凸柱面透镜。这样的柱面微透镜的宽度可以非常小，例如约1mm 至3mm宽。柱面微透镜的长度可以为例如约5mm至5cm。
示例性辐射发射器装置和/或示例性光学装置可以被配置成将EMR 的单个宽射束引导到这样的微透镜的整个阵列或其一部分上以同时在真 皮中产生多于一个聚焦区域。在另一些示例性实施方案中，辐射发射器装 置和/或光学装置可以被配置成将多于一个较小的EMR射束引导到每个 微透镜上。可以通过使用例如多于一个EMR源(诸如激光二极管)、分 束器或多于一个波导管，或者通过在各个微透镜上扫描单个射束来提供这 样的多个射束。在提供了柱面微透镜的情况下，可以例如在平行于这样的 柱面透镜的纵向轴线的方向上在这样的柱面透镜上扫描一个或更多个 EMR射束。
在本公开内容的另一个示例性实施方案中，示例性柱面或球形微透镜 可以具有彼此不同的NA值、不同的尺寸或半径和/或不同的有效焦距。 微透镜的几何形状和光学特性的这样的改变能够有助于辐照较大体积的 真皮。
配置成接触皮肤表面的板(plate)可以任选地设置为聚焦透镜装置 的一部分，例如，可以将其形成为平凸透镜或多于一个这样的微透镜的下 表面。任选地，可以例如在使用前对板进行预冷却或使用有源冷却装置(例 如，Peltier装置、传导性冷导管等)来对板进行冷却。这样的冷却能够帮 助保护表皮和真皮的上层部分以防止其受到不期望的热损伤。任选地，可 以在板与皮肤表面之间提供光学凝胶等(例如，甘油或类似的物质)以降 低板与皮肤之间的光学指标失配(opticalindexmismatch)，从而提高 EMR到皮肤中的传输。
在本公开内容的另一个示例性实施方案中，示例性设备可以包含一个 或更多个传感器，其被配置成在使用过程中检测设备与皮肤的接触和/或 设备在皮肤表面上的速度。这样的示例性传感器可以耦接至EMR发射器 或源的控制装置，并且适于产生信号，该信号能够例如通过基于设备的平 移速度改变发射器装置发射的功率，通过在设备相对于皮肤表面静止或从 皮肤移开时关闭EMR源等来改变EMR的特性。这样的传感器和控制装 置能够通过防止对皮肤的过度辐照和不期望的热损伤来提高设备的安全 性。
优选的是，可以将真皮中的特定位置的辐照时间(停留时间)限制为 较短的时间段，例如约1毫秒至2毫秒或更短。例如，可以通过将辐射发 射器装置配置成提供离散的EMR脉冲来实现这样的短停留时间。这样的 EMR脉冲之间的示例性间隔可以是例如约50毫秒或更长的量级以在皮 肤上平移设备时提供被连续脉冲辐照的真皮的区域之间的空间分隔。还可 以通过在使用过程中例如以约1cm/s或更高的速度在皮肤上平移设备来 实现短停留时间，使得聚焦区域在真皮内的特定区域上不会保持超过若干 秒。在另一些实施方案中，还可以使用任选的传感器来控制设备发射的 EMR以避免较长的局部停留时间。
可以选择示例性发射器装置的功率输出以对于波长为约650nm的 EMR提供为约10J/cm2至1000J/cm2、例如约50J/cm2至500J/cm2的每 个聚焦区域内的局部能量密度。可以使用惯用公式(conventional equation)来使聚焦区域内的所估计的能量密度与光斑尺寸、局部停留时 间和总射束功率相关。在分别使用较快或较慢扫描速度和/或具有较短或 较长停留时间时，还可以使用较大或较小的局部能量密度值。对于较短的 波长(其可以更容易地被黑色素吸收)，能量密度可以略小；或者对于较 长的波长，因为黑色素对于较长波长的EMR吸收较弱，能量密度可以更 大。
在本公开内容的另一些实施方案中，可以提供一种用于治疗真皮黄褐 斑的方法，其包括：将EMR的至少一个射束聚焦到真皮内的至少一个聚 焦区域上，以产生真皮内的色素沉着细胞或结构的选择性吸收，同时避免 对无色素沉着的组织和表层组织造成不期望的升温和损伤。可以根据本文 中所描述的各种实施方案来设置所使用的EMR波长、聚焦特性(例如， NA值、聚焦深度、光斑尺寸)、扫描速度和/或脉冲EMR特性、EMR射 束功率、聚焦区域内的能量密度等。
当结合附图和所附的权利要求理解时，本公开内容的这些和其它目 的、特性和优点将在阅读本公开内容的示例性实施方案的以下详细描述后 变得明显。
附图说明
结合示出本公开内容的示例性实施方案、示意性实施方案之结果和/ 或特性的附图理解以下详细描述，本公开内容的其它目的、特性和优点将 变得明显，其中：
图1A是被聚焦到色素沉着真皮组织中的一个或更多个辐射的图示的 侧视图；
图1B是黑色素的示例性吸收光谱图；
图1C是氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的示例性吸收光谱图；
图2是根据本公开内容的一些示例性实施方案的示例性设备的图的 横截面侧视图；
图3A是能够与本公开内容的某些示例性实施方案一起使用的微透镜 布置的示意性侧视图；
图3B是图3A中示出的微透镜的第一个示例性布置的示意性俯视图；
图3C是图3A中示出的微透镜的第二个示例性布置的示意性俯视图；
图3D是能够与本公开内容的某些示例性实施方案一起使用的柱面微 透镜的示例性布置的示意性俯视图；
图3E是图3D中示出的柱面微透镜的示例性布置的示意性的成角度 的视图；
图3F是能够与本公开内容的另一些示例性实施方案一起使用的微透 镜的另一个示例性布置的示意性侧视图；
图4是根据本公开内容的又一些示例性实施方案的另一个示例性设 备的示意性横截面侧视图；
图5是为模拟真皮黄褐斑的效果使用黑色素溶液纹刺猪皮肤的示例 性活组织检查图像；
图6A是为模拟真皮黄褐斑的效果使用黑色素溶液纹刺猪皮肤之区域 的示例性表面图像；以及
图6B是在根据本公开内容的一些示例性实施方案使用聚焦电磁辐射 对图6A中示出的猪皮肤的纹刺区域进行辐照后的图6A中示出的猪皮肤 的纹刺区域的示例性表面图像。
在附图中，除非另有说明，相同的附图标记和字符用于表示所示出的 实施方案的相似特征、元素、组件或部分。因此可以由相同的附图标记来 描述类似的特征，这向本领域的技术读者指示除非另外明确说明，可以在 不同的实施方案之间交换特征。此外，虽然现在将参照附图详细描述本公 开内容，但这是结合说明性实施方案完成的，并且不受附图中示出的具体 实施方案的限制。旨在表明能够对所描述的实施方案做出变化和修改而不 偏离由所附权利要求所限定的本公开内容的范围和精神。
示例性实施方案的详述
根据本公开内容的某些示例性实施方案，能够提供用于治疗真皮(或 深层)黄褐斑的设备和方法。例如能够将一种或更多种特定波长的诸如光 能的电磁辐射(EMR)聚焦到真皮中，其中EMR可以任选地以脉冲方 式提供和/或以扫描方式提供，使得辐射被真皮中的色素沉积细胞选择性 地吸收。这样的能量的吸收，连同聚焦几何形状和扫描参数，能够选择性 地损伤或摧毁许多色素沉着细胞，同时减小或避免对周围无色素沉着细胞 以及对表层表皮造成损伤。
图1中示出了皮肤组织的一部分的示例性的示意性侧视图。皮肤组织 包含皮肤表面100和上皮层110或表皮，在面部区域其可以为约60μm至 120μm厚。真皮在身体的其它部位可能略厚。下层真皮层120或真皮从 表皮110的下方延伸至较深的皮下脂肪层(未示出)。呈现深层或真皮黄 褐斑的皮肤可以包括包含过多量的黑色素的一群色素沉着细胞或区域 130。
在本公开内容的示例性实施方案中，可以将电磁辐射(EMR)150(例 如，光能)聚焦到可以位于真皮120内的一个或更多个聚焦区域160中。 可以以能够被黑色素吸收的一个或更多个适当的波长提供EMR150。可 以选择EMR波长来增强真皮120中的色素沉着区域130的选择性吸收。
例如，图1B的曲线图中示出了黑色素的示例性吸收光谱的曲线图。 观察到黑色素的EMR吸收在波长为约350nm处达到峰值，然后随着波 长的增加而减小。尽管黑色素的EMR吸收有助于含黑色素之区域130的 升温和/或破坏，然而非常高的黑色素吸收能够导致表皮110中的色素的 高吸收并且减少EMR穿透到真皮120中。如图1B所示，小于约500nm 的EMR波长处的黑色素吸收相对较高，使得小于约500nm的波长可能 不适于充分地穿透进入真皮120以加热和损伤或损坏其中的色素沉着区 域130。这样的在较小波长处增强的吸收能够导致对表皮110和真皮120 的上(浅表)部造成不期望的损伤，同时相对较少的未吸收的EMR穿过 组织进入真皮120的较深部分。
皮肤组织中观察到的另一重要生色团是血红蛋白，其存在于血管中。 血红蛋白可以是氧合的(HbO2)或脱氧的(Hb)，其中每种形式的血红 蛋白可以呈现略微不同的EMR吸收特性。例如，图1C的曲线图中示出 了Hb和HbO2二者的示例性吸收光谱。这些光谱显示了Hb和HbO2二 者在小于约600nm的EMR波长处的高吸收系数，吸光度在较大波长处 显著下降。血红蛋白(Hb和/或HbO2)对引导到皮肤组织中的EMR的 强吸收可导致包含血红蛋白的血管的升温，导致对这些脉管结构造成不期 望的损坏以及较少的待被黑色素吸收的可利用EMR。
因此，优选的是在本公开内容的某些示例性实施方案中使用波长大于 600nm的、例如约625nm或更大的EMR。这样的波长能够例如通过降 低血统蛋白的竞争吸收以及还通过避免表皮黑色素对EMR的过度吸收 (如上所述)来提高真皮中的EMR吸收的选择性，使得EMR能够穿透 进入真皮120并靶向其中的色素沉着区域130。
例如，较长波长的EMR倾向于由于皮肤组织的非均质结构而更容易 地发生散射。这样的散射会减小被引导到组织上的EMR的有效穿透深度， 并且还抑制如本文中所描述的EMR射束150到小的聚焦区域160中的聚 焦。此外，随着波长的增大，黑色素的吸光度持续下降，如图1B的曲线 中所示。因此，波长小于约750nm或850nm的EMR在组织中良好地被 聚焦以在真皮120内产生足够的局部强度，并且被真皮黑色素充分地吸收 以破坏和/或损伤色素沉淀区域130。
根据本公开内容的一些示例性实施方案，可以提供或使用一种或更多 种波长为约600nm至约850nm、例如约625nm至约800nm(其绝大部 分在可见光的范围内)的EMR。在某些实施方案中，波长可以为约650nm 至约750nm。虽然可以如本文中所描述以足够的聚焦和/或适当的功率和 能量密度提供具有这样的波长的EMR来实现真皮中黑色素吸收的足够的 量和选择性，在本公开内容的另一些示例性实施方案中，可以使用小于约 但600nm或大于约850nm的波长。
在本公开内容的另一些示例性实施方案中，可以提供在图2的图中示 意性地示出的使用例如光能的EMR150来治疗皮肤中的真皮黄褐斑的设 备200。例如，设备200可以包含辐射发射器装置210和可以设置在辐射 发射器装置210与待治疗的靶组织之间的光学装置。例如，光学装置可以 包含第一透镜装置220和第二透镜装置230。这些示例性部件可以任选地 设置在手持件250或其它壳体或外壳中。设备200还可以包含板240，其 具有被配置成与治疗中的皮肤组织的表面100接触的下表面。可以提供控 制设备200的操作的致动装置260，例如以启动和/或关闭发射器装置210、 控制或调节设备200的某些操作参数等。可以提供用于辐射发射器装置 210的电源(未示出)。例如，电源可以包含设置在手持件250内的电池、 设置在发射器装置210与外部电源(例如，电气插口等)之间的电线或其 他导电连接等。
辐射发射器装置210可以包含被配置成生成和/或发射EMR150并引 导其朝向光学装置220或将其引导到光学装置220上(例如将其引导到第 一透镜装置220上)的例如一个或更多个激光二极管、光纤、波导管或其 他部件。在本公开内容的某些示例性实施方案中，辐射发射器装置210 可以包含发射光学辐射150的一个或更多个激光二极管，所述光学辐射 150具有约600nm至850nm、例如约650nm至750nm的一个或更多个 波长。
在本公开内容的另一些示例性实施方案中，辐射发射器装置210可以 包含一个或更多个波导管(例如光纤)的远端(未示出)，其中波导管可 以被配置成或适于引导来自外部源(未示出)的EMR150朝向第一透镜 装置220或将其引导到第一透镜装置220上。这样的示例性外部EMR源 可以被配置成提供EMR150或将EMR150引导到具有约600nm至850 nm、例如650nm至750nm的一个或更多个波长的辐射发射器装置210 上。
在本公开内容的另一些示例性实施方案中，如示意性地在图1A和图 2中示出的，能够将电磁辐射(EMR)150(例如，光能)聚焦到位于真 皮120内的一个或更多个聚焦区域160中。示例性光学装置可以被配置成 提供EMR150的一个或更多个高度会聚射束，其中每一个这样的射束可 以从设备200的下部被发射并且汇聚到位于设备200的下表面下方(例如 板240的下表面下方)的特定距离处较窄的聚焦区域160。这样的EMR150 的会聚能够产生聚焦区域160内的高局部能量密度和强度，同时以较低的 能量密度辐照表层组织(例如，表皮110和真皮120的上层部分)。在本 公开内容的另一个示例性实施方案中，第一透镜装置220可以适于和/或 被配置成引导来自发射器装置210的EMR150朝向第二透镜装置230或 将其引导到第二透镜装置230上。第一透镜装置220可以包含例如一个或 更多个透镜、反射器、部分或全部镀银的镜子、棱镜和/或分束器。例如， 第一透镜装置220可以被配置成将从发射器装置210发射的EMR150准 直或对准到第二透镜装置230上，如图2所示。第一透镜装置220可以包 含例如物镜等。
第二透镜装置230可以被配置成和/或适于接收来自第一透镜装置 220的EMR150，并且将其引导到真皮120内的一个或更多个聚焦区域 160中，如图1所示。例如，第一透镜装置220可以是准直透镜，而第二 透镜装置230可以用作包含例如如图2所示的单个物镜、一个或更多个平 凸透镜或柱面透镜等的聚焦透镜。在下文更详细地描述可以被配置成产生 一个或更多个聚焦区域160的光学装置的各种示例性实施方案。
例如，如图2中的示例性图示所示，在EMR150的高度会聚射束穿 过板240时(例如，在将设备200放置在皮肤上以辐照皮肤时，EMR150 的高度会聚射束进入皮肤组织的表面100)，其相对地“展开”。可以如本 文中所描述的选择EMR150的几何特征、时间特征和功率特征，使得在 皮肤表面100处和皮肤表面100附近的EMR150的能量密度和强度足够 低，以避免对表面组织造成不期望的升温和损伤。然后EMR150可以在 聚焦区域160内被聚焦成足够的强度和能量密度以促进聚焦区域160内或 靠近聚焦区域160的色素沉着区域130对EMR150的显著吸收。通过这 种方式，本发明的示例性实施方案能够在不在表层组织和周围的无色素沉 着组织中产生不期望的损伤的情况下靶向真皮120内的色素沉着区域130 以选择性地使其升温并且对其造成破坏或损伤。
图1A和图2中示出了约70度至80度的示例性射束会聚角度，尽管 这个近似值仅仅是一个示例性值。通常，会聚角度可以是约40度或更大， 例如甚至是约90度或更大。这样的非狭窄汇聚角度能够在聚焦区域160 处产生EMR150的大局部强度和能量密度，同时由于射束会聚/发散，表 层(和下层)组织中相应的能量密度可以较低。应当理解的是，其它会聚 角度也是可能的并且在本公开内容的范围内。
因此，第二透镜装置230的有效数值孔径(NA)优选较大，例如， 大于约0.5，如约0.5至0.9。在光学中，通常将数值孔径NA定义为NA＝ nsinθ，其中n是透镜在其中工作的介质的折射率，θ是射束的会聚角度 或发散角度的二分之一。EMR150通过周围空气进入透镜，周围空气的 折射率约为1。因此，对应于NA值为约0.5至0.9，朝向聚焦区域160的 EMR的射束的示例性会聚半角θ可以为约30度至65度。因此，总会聚 角度的示例性范围可以为约60度至130度。
有效NA的较大值能够提供较大的会聚角度和相应的组织表面100与 聚焦区域160之间的局部射束强度和能量密度的较大差异。因此，较大的 NA值能够通过向表层组织提供与色素沉着区域130相比更低强度的辐照 水平来提供较大的“安全余量(safetymargin)”，从而降低在表层组织中 产生热损伤的可能性。但是，较大的NA值会相对于入射EMR射束的面 积而减小聚焦区域160的尺寸，由此入射EMR射束可以辐照真皮120内 的色素沉着组织的相对较小治疗体积。这样的较小治疗体积会降低在合理 时间内治疗大面积皮肤的效率。因此约0.5至0.9的示例性NA值能够提 供安全因素与治疗效率之间的合理折衷，尽管在某些实施方案中可以使用 略大或略小的NA值(例如，通过适当地调整其它系统参数，如射束功率、 扫描速度等)。
聚焦区域160的宽度(例如，“光斑尺寸”)可以是小的，例如，小于 约200μm，例如小于100μm。通常，聚焦区域可以被定义为其中EMR150 以最高强度出现的体积区域。例如，聚焦区域160可以由于诸如组织内 EMR150的散射、光学部件(例如，透镜和/或反射器)中的像差和非理 想性、EMR150的入射射线(ray)的路径改变之类的因素而不呈现为理 想的光斑。此外，如图1A和图2中示意性地示出的，聚焦区域160可以 组织内的小范围的深度内扩展。通常，能够基于光学装置(例如，第一透 镜装置220和第二透镜装置230)的特性和配置、由发射装置210提供的 EMR150的特征和接受治疗的皮肤组织的光学特性来确定或选择聚焦区 域相对于设备200的尺寸和位置。
在某些示例性实施方案中，聚焦区域160的宽度可以小于50μm，例 如小至10μm。例如，光斑尺寸的理论下界可以近似为1.22λ/NA，其中λ 是电磁辐射的波长，NA是透镜的数值孔径。对于约650nm的波长和0.5 的NA，理论最小光斑尺寸为约1.6微米。实际光斑尺寸(或聚焦区域160 的宽度)可以选择为足够小以在聚焦区域160中提供EMR150的高能量 密度或强度(以损坏色素沉着细胞130)与足够大以在短时间内辐照皮肤 组织的足够大体积之间的平衡。此外，对于给定的NA值，较大的焦点尺 寸会减小聚焦区域与表层组织之间的能量密度的差异，从而增加对表层组 织造成不期望的升温和/或损伤的可能性。
对于聚焦透镜装置230的具体示例性NA值，表面处的射束半径可以 被估计为聚焦深度乘以聚焦透镜提供的会聚半角的正切。例如，0.5的NA 值对应于约30度的会聚半角，约30度的会聚半角的正切是0.577。对于 200微米的示例性聚焦深度，皮肤表面100处的会聚EMR射束的半径为 约115微米(0.577×200)，使得表面处的总射束宽度为约230微米。对 于特定的射束能量，局部能量密度与射束的局部横截面积成反比。因此， 对于20微米的光斑尺寸(聚焦区域宽度)，聚焦区域处的能量密度与皮肤 表面处的能量密度的比值为约(230/20)2，或约130∶1。由于皮肤表面与聚 焦区域之间的一些EMR能量的吸收，实际的能量密度比值可能略小。尽 管如此，这个示例性计算表示在使用具有高NA的聚焦透镜时，能够产生 皮肤的表面区域中的相对低的能量密度(与聚焦区域中的能量密度相比)。
在本公开内容的另一些示例性实施方案中，如在本文中更详细地描述 的，能够由示例性设备同时产生多于一个这样的聚焦区域160，和/或聚焦 区域160可以被扫描或被移动通过包含色素沉着细胞130的真皮120的部 分以在合理的时间内辐照真皮120的更大体积。
在某些示例性实施方案中，皮肤表面100的下方的聚焦区域160的深 度可以为约120μm至400μm，例如为约150μm至300μm。这个示例性 深度范围可以大致对应于在表现出真皮黄褐斑的皮肤中所观察到的色素 沉着区域130的深度。聚焦深度可以对应于设备200的下接触表面(例如， 板240的下表面)与EMR150的聚焦区域160之间的距离，因为板240 放置在皮肤表面100上时可以压平下方的组织。因此，可以基于壳体250 内的光学装置的配置来选择或控制皮肤内的聚焦区域160的深度。
在本公开内容的各种示例性实施方案中，EMR150在第一透镜装置 220与第二透镜装置230之间可以是准直的(例如，EMR射束内的光线 基本平行于彼此)、会聚的或发散的。在另一些实施方案中，辐射发射器 装置210和/或光学装置(例如，第一透镜装置220和/或第二透镜装置230) 的部件可以是可控制的或可调节的，使得能够改变EMR150的路径。当 保持设备相对于皮肤静止时，EMR150的路径的这样的示例性改变能够 提供真皮120内的聚焦区域160的深度、宽度和/或位置的相应改变。
例如，可以相对于第二透镜装置230中的透镜的光轴来改变EMR150 的位置和/或角度。替选地或另外地，可以改变进入光学装置或光学装置 内的EMR150的会聚或发散。EMR几何形状和/或路径的这样的改变能 够提供聚焦区域160的深度和/或横向位置的改变。通过这种方式，在将 设备200静止地保持在治疗中的皮肤区域上时，能够辐照更大体积的真皮 120。聚焦区域特征的这样的示例性改变可以有助于包含色素沉着细胞或 缺陷130的真皮120内的多于一个深度范围和/或位置的治疗。
可以例如使用可以偶接至辐射发生器装置210、第一透镜装置220和 /或第二透镜装置230的一个或更多个平移器(translator)、可移动的镜子、 分束器和/或棱镜等来实现EMR150的几何形状和/或路径的示例性调整 和/或改变。此外，聚焦区域160之位置的这些示例性变化还可以与设备 200在治疗中的皮肤区域上的平移结合以辐照更大体积的真皮120，从而 靶向可能存在的更大数目的色素沉着细胞130。
在本发明的另一些示例性实施方案中，第二透镜装置230可以包含多 于一个微透镜300，例如，如在图3A中示出的示例性配置的示意性侧视 图中所提供的。例如，微透镜300可以包括任何常规类型的会聚透镜。例 如，凸透镜或诸如图3A中所示出的那些平凸透镜。微透镜300可以被配 置成将EMR150聚焦到下层真皮120内的多于一个聚焦区域160中，如 图3A所示。
微透镜各自可以具有大NA(例如，约0.5至0.9)，使得EMR150 从皮肤表面100处或附近的相对宽的面积(具有相对低的强度或局部能量 密度)汇聚成真皮120内的聚焦区域160中的小宽度(具有较高强度或局 部能量密度)。这样的光学特性能够提供聚焦区域160内的EMR150的足 够强度以损伤吸收辐射150的色素沉着细胞，同时避免远离包含色素沉着 细胞130的真皮120的体积的高能量密度或强度的面积或体积，从而降低 损伤表层、下层和/或邻近体积的无色素沉淀皮肤组织的可能性。
微透镜300可以设置成基本上为正方形或矩形的阵列，如图3B中的 这样的示例性配置的俯视图中所示出的。根据本公开内容的另一些示例性 实施方案，微透镜300可以设置成六边形阵列，如图3C所示。在又一些 实施方案中，可以提供微透镜300的另一些示例性模式和/或形状。微透 镜300的宽度可以是小的，例如约1mm至3mm宽。在某些示例性实施 方案中，还可以提供略宽于或窄于这个范围的示例性微透镜300。
在本公开内容的另外一些示例性实施方案中，辐射发射器装置210 和/或第一透镜装置220可以被配置成将MER150的单个宽射束(例如， 如图2中所示出的)引导到微透镜300的整个阵列或其主要部分上。这样 的示例性配置能够同时在真皮120中产生多于一个聚焦区域160。在另一 些示例性实施方案中，辐射发射器装置210和/或第一透镜装置220可以 被配置成将EMR150的多于一个较小射束引导到各个微透镜300上。根 据另一些示例性实施方案，辐射发射器装置210和/或第一透镜装置220 可以被配置成将EMR150的一个或更多个较小射束引导到微透镜300的 阵列的一部分上，例如，引导到单个微透镜或多于一个微透镜300上，并 且较小的射束可以在微透镜300的阵列上扫描，使得能够在真皮120中同 时地或者不同时地产生多于一个聚焦区域160。
在本公开内容的另一些示例性实施方案中，微透镜300可以包括柱面 透镜，例如，凸柱面透镜或平凸柱面透镜，例如，如图3D中的示例性俯 视图和图3E中的示例性成角度视图中所示出的。在本文中所使用的上下 文中，“柱面”不一定要求透镜的弧形表面(roundedsurface)是圆形的， 在某些实施方案中，其可以具有椭圆形或其它光滑的但是非圆形轮廓。这 样的柱面透镜在垂直于透镜的纵向轴线的任意横截面处可以具有一致的 轮廓。
柱面微透镜300的宽度可以是小的，例如约1mm至3mm宽。柱面 微透镜300的长度可以为约5mm至5cm，例如，约5mm至2cm。可 以基于诸如由辐射发射器装置210发射的总功率、微透镜300的阵列的总 尺寸等之类的因素来选择这个宽度和长度。在某些示例性实施方案中，可 以提供略短或略长和/或略窄或略宽的柱面微透镜300。
在本公开内容的某些示例性实施方案中，微透镜300的任意示例性阵 列可以被设置在板240上(或者形成为板240的一部分)，如图3E所示。 例如在板240在使用过程中接触皮肤表面100时，这样的配置可以有助于 放置微透镜300靠近皮肤表面100，并且还有助于实现真皮120内的聚焦 区域160的更精确的深度。
在本公开内容的另一些示例性实施方案中，辐射发射器装置210和/ 或第一透镜装置220可以被配置成将EMR150的单个宽射束(如图2中 所示出的)引导到柱面微透镜300的整个阵列或其主要部分上。这样的示 例性配置能够在真皮120中同时生成和/或产生多于一个聚焦区域160，其 在一个方向上(例如，沿柱面微透镜300的纵轴)延长并且在与柱面微透 镜300的纵轴正交的方向上狭窄(例如，小于约200μm宽，小于约100μm 宽，小于约50μm宽或小至约10μm宽)。例如，当在治疗中的皮肤区域 上例如在与柱面微透镜300的纵向轴线基本上正交(或者任选地成一些其 它角度)的方向上扫描示例性设备200时，这样的“线聚焦”EMR150 可以用于更有效地辐照更大体积的真皮120。
根据本公开内容的另外一些示例性实施方案，辐射发射器装置210 和/或第一透镜装置220可以被配置成将EMR150的一个或更多个较小射 束引导到一个或更多个柱面微透镜300上。例如可以将EMR150引导到 一个或更多个柱面微透镜300上，例如引导到如图3D中所示出的条形区 域320上。辐射发射器装置210和/或第一透镜装置220还可以被配置成 在柱面微透镜300上例如沿图3D和图3E中所示出的箭头指示的纵向方 向(或沿这样的方向往复)扫描或穿越被辐照区域320(例如，使用光学 装置中的一个或更多个可移动的镜子、棱镜、波导管等)，使得在扫描过 程中在真皮120中逐渐生成多于一个条形的聚焦区域160。这样的 EMR150的扫描能够在真皮120内产生具有延长线之形状的被辐照的聚 焦区域160。在辐照过程中，设备200还可以在治疗中的皮肤区域上(例 如在不平行于柱面微透镜300的纵向轴线的方向上)横向穿越，使得条形 的聚焦区域160能够穿过真皮120并且辐照更大体积的组织。例如，如本 文中所描述的这样的横向穿越可以为约5mm/秒至5cm/秒。沿柱面的轴 线的EMR射束的扫描速度可以较大，例如，大于约10cm/秒以提供这样 的组织的更大体积的更均匀的辐照。可以选择EMR150沿柱面透镜的轴 线的扫描速率、设备200在皮肤上的来回移动速度、EMR发射器装置210 的功率和聚焦区域160的宽度以提供在本文中所描述的示例性能量密度 范围内的由条形聚焦区域160在真皮120的部分内产生的局部能量密度。
在本公开内容的另一些示例性实施方案中，一些柱面或球形微透镜 300中可以具有不同NA值、不同的尺寸或半径，和/或不同的有效焦距， 例如如图3F中的示例性示意图中所示出的。皮肤表面100下方的微透镜 300的不同聚焦深度可以例如为约120μm至400μm，例如约150μm至 300μm。焦距的这样的示例性改变能够在不同的深度处产生聚焦区域 160，这可以导致在治疗中的皮肤区域上平移示例设备200时辐照更大体 积的真皮120，从而靶向可能存在的更多数目的色素沉着细胞130(例如， 辐照真皮120中的较深的色素沉着细胞130和较浅的色素沉着细胞130二 者)。
窗口或板240(如果存在的话)可以被配置成或构造成接触治疗中的 皮肤区域的表面100。窗口240的下表面可以基本上是平面的，或者在另 一些实施方案中其可以成凸起或凹陷。在设备200的操作过程中，窗口 240能够提供某些优点。例如，窗口240可以有利于第一光学装置220和 第二光学装置230相对于皮肤表面100的精确定位，这可以有利于对皮肤 内的聚焦区域160的深度进行准确的控制、选择和/或改变。
窗口240能够在使用设备200辐照软皮肤组织时进一步稳定软皮肤组 织，这可以有利于辐射分布的控制和均匀性。由窗口240在皮肤表面100 上提供的压力还可以使辐照中的皮肤组织的体积变白(或从辐照中的皮肤 组织的体积移除一些血液)，从而减小局部存在的色素沉着结构的量(例 如，包含血红蛋白的血液填充的血管)。这样的变白能够有利于提高色素 沉着细胞130对EMR150的吸收的选择性，同时降低对血管造成的不期 望的损伤的风险。
在本公开内容的一些示例性实施方案中，例如可以通过在使用设备 200之前对窗口进行预冷却或者通过使用常规冷却装置(例如，Peltier装 置、传导性冷导管等)的主动冷却来对窗口240进行冷却。这样的冷却能 够有助于保护表皮110和/或真皮120的上层部分免受不期望的热损伤， 同时辐照和/或损伤色素沉着细胞130。
根据本公开内容的某些示例性实施方案，窗口240可以设置为第二透 镜装置230的一部分。例如，第二透镜装置230可以包含单个平凸透镜或 多于一个平凸透镜，如图2A和图3D中示出的平凸透镜。这样的透镜可 以被固定至窗口240或者形成为窗口240的一部分。这样的透镜的下(平 坦)表面可以提供如本文中所描述的窗口240的益处，例如，第二透镜装 置230相对于皮肤表面100的精确定位以控制聚焦区域160的深度。
致动器装置260可以被配置成启动和/或控制辐射发射器装置210和/ 或向辐射发射器装置210提供辐射的外部EMR源，使得能够控制EMR 150对皮肤的区域的辐照。辐射发射器装置210和/或示例性设备200还可 以包括可以被配置成控制和/或调整被引导到治疗中的皮肤上的EMR150 之特性的传统控制装置(未示出)。
例如，设备200可以包含被配置成在使用过程中检测设备200与皮肤 表面100的接触和/或设备200在皮肤表面100上的速度或移位的一个或 更多个传感器(未示出)。这样的示例性传感器可以产生信号，该信号能 够例如通过基于设备200的平移速度改变发射器装置210发射的功率，在 设备150相对于皮肤表面100静止等时关闭EMR150的源等来改变EMR 150的特性。这样的传感器和控制装置可以设置为安全特征例如以防止对 治疗中的皮肤的过度辐照和不期望的损伤，并且在本领域中通常是已知 的。在本公开内容的一些实施方案中可以使用这样的常规传感和/或控制 装置的进一步变型。
一般而言，优选的是仅在短时间内将真皮中的特定位置暴露于聚焦区 域160，例如以防止由黑色素或其它色素对光能的吸收产生的热的局部积 累。长局部辐照时间(或“停留时间”)能够较快地产生热并且达到超过 热能够安全地扩散到周围组织中的程度，这可以导致对无色素沉着组织的 不期望的损伤。因此，真皮120内的小面积的色素沉着特征130的短持续 时间的强辐照能够损坏色素并且改进黄褐斑外观，同时避免产生过多的热 和对周围无色素沉着组织造成不期望的热损伤。例如，色素沉着细胞或结 构的典型的尺寸可以在约10微米的数量级上，而局部热弛豫时间可以在 约0.1毫秒至约1到2毫秒的数量级上。与热能够安全地耗散开的情况相 比，在足以加热和损伤色素沉着结构130的辐照强度下的较长的局部停留 时间能够更快地局部聚集热。
能够通过多种方式来实现在特定的聚焦区域位置处限制辐照时间(停 留时间)。在一个示例性实施方案中，辐射发射器装置210可以被配置成 将离散的MER150的脉冲提供到聚焦区域160中。即使聚焦区域的位置 以若干mm/s的相对慢的速度移动通过皮肤组织，这样的EMR的脉冲之 间的间隔也可以例如在约50毫秒或更多的数量级上。这些示例性参数能 够导致例如约50微米至100微米的被连续脉冲辐照的聚焦区域160之间 的距离，其可能大于聚焦区域160本身的宽度。因此，这样的通用参数能 够有助于在空间上和时间上将连续的被辐照的聚焦区域160分隔开，使得 能够产生局部热弛豫并且能够避免过量热积累。可以基于本文中所描述的 原理和指导原则使用简单的计算来选择光斑尺寸、脉冲持续时间和/或总 脉冲能量，以提供聚焦区域160内的足够的能量密度从而影响色素沉着结 构130，同时保持足够小的停留时间(例如，小于约1毫秒至2毫秒)。
在本公开内容的另一些示例性实施方案中，可以在受到真皮黄褐斑影 响的皮肤区域上扫描聚焦的辐射150，使得聚焦区域160可以辐照和损伤 一大批色素沉着细胞130。可以通过本文中所描述的任意实施方案来执行 这样的扫描。可以例如使用在待治疗的皮肤区域上平移手持件的常规方法 来手动进行扫描。或者，设备200可以任选地偶接至可以被配置成在待治 疗的皮肤的区域上自动移动设备(或其某些部件)的平移装置。这样的自 动平移可以设置为预设模式或者设置为皮肤上的随机或半随机路线。在另 一些实施方案中，可以在壳体250内平移一个或更多个光学部件(例如， 第一透镜装置220和/或第二透镜装置230)和/或辐射发生器装置，使得 当将壳体250保持在相对于皮肤的单个位置处时能够在组织内平移聚焦 区域160。
可以基于本文中所描述的一般示例性指导原则来确定平均扫描速度 (或这样的速度的范围)。例如，对于特定的光斑尺寸(其可以主要由光 学装置的特性确定)，局部停留(辐照)时间可以被估计为光斑尺寸/宽度 除以平移速度。如本文中所提到的，这样的停留时间优选为小于约1毫秒 至2毫秒，以避免局部热积累和对无色素沉着组织的不期望的热损伤。因 此，可以估计最小扫描速度为聚焦区域160的宽度除以1毫秒。例如，10 微米(0.01mm)的光斑尺寸将对应于0.01mm/0.001秒或约10mm/秒(1 cm/秒)的最小扫描速度。可以以类似的方式估计线状聚焦的射束 (line-focusedbeam)(例如，通过将EMR射束引导到柱面透镜上产生的) 或其它扫描配置的扫描速率，例如，其中聚焦线(focalline)的宽度对应 于聚焦区域的宽度，并且扫描速度在垂直于聚焦线的方向上。
可以基于若干因素来选择辐射发射器装置210的功率输出，所述因素 包括例如EMR波长、聚焦区域160的数目、尺寸和/或深度、第一透镜装 置220和第二透镜装置230的光学特征和几何形状等。可以选择功率输出 使得聚焦区域160中的能量密度足够高以在短暴露时间内损伤吸收EMR 150的色素沉着细胞130，同时其它深度处(例如，表皮110中)的能量 密度足够低以尽可能减小或避免该处不期望的损伤。
基于一些实验观察，对于波长为约650nm的EMR150，可以足以影 响包含黑色素之结构(例如，色素沉着细胞)的聚焦区域160内的局部能 量密度可以为约10J/cm2至1000J/cm2，例如为约50J/cm2至500J/cm2。 基于黑色素的吸收因数在较大波长处减小，有效局部能量密度的这个范围 可以随着EMR150波长的增加而略微增大(并且随着波长的减小而减 小)。在另一些示例性实施方案中，在使用较快或较慢的扫描速度时，也 可以设置较大或较小的局部能量密度值。在使用较短或较长的停留时间 时，也可以分别设置较大或较小的局部能量密度值。在这样的实施方案中， 局部停留时间可以优选地保持小于约1毫秒至2毫秒。
本文中所描述的示例性能量密度值和停留时间可以理解为对应于到 真皮内的特定位置上的单个脉冲暴露，或通过真皮内的特定位置的被扫描 聚焦区域的单次穿越。例如，可以通过在不同的时间扫描通过其的多于一 个聚焦区域160来辐照真皮120内的特定位置，从而在该位置处提供较高 的能量密度。然而，可以通过提供大于数毫秒的同一位置的连续辐照之间 的时间间隔来避免局部热积累。
因此能够基于聚焦尺寸和扫描速度来估计和/或确定被引导到单个焦 点160上的辐射发射器装置210的总功率输出。能量密度F(例如，单位 为J/cm2)可以被计算为EMR功率输出P乘以停留时间τ并除以焦点面 积A(即，F＝Pτ/A)，其中停留时间τ可以被估计为焦点宽度D除以扫 描速度v(即τ＝D/v)。作为示例性计算，对于波长为约650nm、焦点宽 度为约20微米以及扫描速度为约1cm/s的EMR150，实现约10J/cm2至1000J/cm2的聚焦区域中的局部能量密度水平的单个EMR源(例如， 激光二极管)的功率输出P为约15mW至1500mW。
在待治疗的皮肤区域上手动平移的手持件的典型扫描速度可以为例 如在约5mm/秒至约5cm/秒的数量级上。这样的速度对应于在约1秒至 10秒内移动5cm(约2英寸)的距离。因此，对于如本文中所描述的在 皮肤上手动平移以辐照真皮的部分的手持件，可以选择设备200的功率输 出和聚焦几何形状以提供在本文中所描述的一般范围内的真皮内的被辐 照位置处的能量密度。
这样的示例性功率计算可以基于被聚焦到一个聚焦区域中的激光二 极管的全部输出。如果来自单个EMR源的输出被聚焦到多于一个聚焦区 域上(例如，在使用分光器或被引导到多于一个微透镜上的宽射束的情况 下)，则EMR源的功率输出可以乘以焦点160的数目以实现每个聚焦区 域160内的相同的局部能量密度。EMR150可以设置为连续波(CW)或 者可选地设置为多于一个脉冲。或者，多于一个EMR源(例如，激光二 极管等)可以设置成同时产生多于一个被辐照的聚焦区域160，如上所述 估计每个EMR源的适当的功率水平。在某些实施方案中，如果在聚焦透 镜装置230上扫描一个或更多个EMR射束，则可以基于透镜特性、扫描 速度等来选择EMR源的功率以提供在本文中所描述的一般范围内的由聚 焦区域160辐照的真皮之位置处的能量密度和停留时间。
在本公开内容的某些示例性实施方案中，辐射发射器装置210可以包 含多于一个EMR发射器(例如，激光二极管或波导管端部)。这样的发 射器可以设置成线性阵列，使得它们基本上沿一条或更多条直线摆放。在 另一些示例性实施方案中，发射器可以布置成二维图案，其能够提供被引 导到第一透镜装置220上的EMR150的另一些图案。如上所述，可以基 于焦点尺寸和扫描速度使用常规计算来选择每个发射器的功率输出，以产 生在本文中所描述的优选范围内的每个聚焦区域160内的局部能量密度。
图4中示出了根据本公开内容的某些示例性实施方案的另一示例性 设备400的示意图。示例性设备400可以大体上类似于图2中示出的设备 200，并且示出了也可以设置在设备200中的若干其它特征，例如用于 EMR源的冷却装置或透镜盒(lenscage)。示例性设备200的示例性特征 也可以与示例性设备400一起使用，包括但不限于微透镜300的阵列、壳 体250等。
设备400包含设置为包围光学透镜420、430的外壳或壳体的透镜盒 410。窗口240可以设置在透镜盒410的一端。在某些实施方案中可以使 用非球面聚焦透镜420来提供与例如显微镜物镜相比更大的前表面工作 距离。对于如本文中所描述的大NA值，聚焦透镜420的前端与靶组织之 间的距离可以小于约1cm，使得窗口240还可以保护透镜4以防止其直 接接触组织。任选地，非球面聚焦透镜420的NA值是可选择的，例如以 超越改变窗口240的聚焦深度。
示例性设备400还包含偶接至透镜盒410的激光二极管(LD)安装 装置440，其能够容纳可以被选择以发射可视和/或NIR范围内的能量的 一个或更多个激光二极管450。可以设置用于激光二极管450的驱动器 460，并且可以通过所施加的DC偏置电流来保持激光二极管450在操作 过程中略高于阈值，这可以有助于在二极管450的脉冲触发过程中的快速 上升时间。可以由脉冲发生器装置470(例如可配置成控制激光二极管450 的可编程函数发生器)来控制脉冲特性，以产生具有可选择的脉冲宽度(例 如，30ns或更大)和脉冲之间的间隔的单个脉冲或脉冲的序列。
LD安装装置440还可以包含偶接或连接至激光二极管安装装置440 的热电冷却器(TEC)装置，其可以被控制(例如，使用TEC控制器480) 以防止激光二极管450在使用过程中过热。可以在各种朝向上(例如，竖 直地、水平地等)使用设备400(以及图2中所示出的设备200)，其中设 置成以任意角度按压窗口240抵靠组织以相对于组织表面精确地定位光 学器件，从而有助于控制射束在组织内的聚焦深度。
图2中示出的示例性设备200和图4中示出的示例性设备400是示例 性配置的例示，并且也可以使用使用类似的部件的各种配置和/或组合的 另一些实施方案。例如，可以使用不同数目和/或类型的光学装置220、230 和/或发射器装置210来提供如本文中所描述的真皮120内的辐照特征和 聚焦区域160。例如，在某些实施方案中，可以与手持剃刀的形状因素 (shapefactor)类似的形状因素提供设备200，其中辐射发射器装置210 设置为一个或更多个激光二极管，光学装置220、230设置在剃刀的“头 部”中，以及电源(例如，一个或更多个常规的碱性电池等)设置在手柄 中。在本公开内容的另一些实施方案中，还可以使用其它形状因素。可以 为设备400设置类似的特征、组合和/或变化。
可以选择辐射发射器装置210的示例性特性，诸如EMR150的波长、 EMR150的功率或强度、光学装置220、230的尺寸和数值孔径、第一光 学装置220(如果存在的话)的扫描速度或速率和/或设备200在治疗中的 皮肤区域上的靶标扫描速度(或其范围)以在设备200的操作过程中提供 适当的EMR150在色素沉着细胞上的停留时间和/或能量密度、强度。在 本文中，更详细地描述了这样的参数的示例性值和/或范围，以及可以用 于根据需要对它们的值进行估计的某些基本方法。例如，可以选择这样的 示例性参数以在色素沉着细胞130处提供足够的局部能量密度以对其进 行损伤并且减轻皮肤的色素沉着外观，同时避免对表皮110和真皮120的 无色素沉着体积造成不期望的损伤。
可以基于约10μm的色素沉着细胞130的近似宽度和聚焦区域160 的局部宽度(例如，聚焦直径或宽度)和速度使用常规技术来估计示例性 有效停留时间。可以基于由第一透镜装置220和/或辐射发射器装置210 (如果存在的话)提供的EMR150的扫描速度、光学装置220、230的光 学几何形状和设备200在治疗中的皮肤区域上的扫描速度来估计聚焦区 域160的速度。
一旦获知其它参数提供如本文中所描述的色素沉着细胞130的安全 而有效的辐照，则可以选择和/或调整设备200、设备400的一个或更多个 示例性参数。例如，可以提供具有已知几何形状(例如，光斑尺寸或焦线 宽度，以及NA)的透镜装置220、230或透镜420、430(以及EMR射 束的内部扫描速度，如果存在的话)和特定波长之EMR150的示例性设 备200和设备400。然后可以基于设备200在待治疗区域上的扫描靶标范 围的速度来选择EMR源的功率。例如，可以以约1cm/s至5cm/s的速 度在皮肤区域上移动示例设备200、示例设备400，这个速度近似地对应 于在剃须过程中常规剃刀在皮肤的上移动的速度。使用这些示例性参数和 要在治疗区域的上进行的通过次数，可以估计聚焦区域160的局部速度和 停留时间，并且可以选择或调整辐射发射器装置210的功率输出以提供如 本文中所描述的聚焦区域160内的有效局部能量密度。这样的计算是例行 程序并且可以由本领域的技术人员来完成。
在本公开内容的另一些示例性实施方案中，可以提供用于减轻真皮黄 褐斑的色素沉着外观的方法。示例性方法可以包括使用光学装置来将本文 中所描述的电磁辐射150引导和聚焦到真皮120内的多于一个聚焦区域 160上，使得EMR150被色素沉着区域130选择性地吸收以对其进行热 损伤或破坏，同时避免对无色素沉着区域和表层组织(例如，表皮110) 造成不期望的热损伤。
EMR150的波长可以大于约600nm，例如，约600nm至850nm， 或625nm至800nm，或约650nm至750nm。真皮内的聚焦区域的宽度 可以小于约200微米，例如，小于约100微米，或小于约50微米。聚焦 区域可以大于数微米的理论下限。
可以使用光学装置来聚焦EMR150，该光学装置可以包含一个或更 多个透镜装置220、230。可以使用具有例如约0.5至0.9的高NA的聚焦 透镜装置230将EMR150聚焦到聚焦区域160上。这样的NA值能够有 助于在真皮120内的聚焦区域160中产生高能量密度，同时避免可以对表 层组织产生不期望的损坏的高能量密度。可以使用例如单个聚焦透镜230 (如凸物镜或平凸透镜)、设置为微透镜300之阵列的多于一个这样的透 镜、一个或更多个凸或平凸柱面透镜等来实现这样的聚焦。可以将EMR 150引导到聚焦透镜装置230上，以及任选地可以在一个或更多个聚焦透 镜装置230上扫描或以脉冲的方式提供EMR150，从而同时或顺序地辐 照真皮120中的多于一个聚焦区域160。
在本公开内容的另一些示例性实施方案中，可以在局部应用到皮肤表 面100上时在窗口240与皮肤表面100之间提供光学凝胶等(例如，甘油 或类似的物质)。这样的凝胶能够降低窗口240与皮肤之间的光学指标失 配，并且其可以提高EMR150从设备200到真皮120中的传输。凝胶还 能够降低示例性设备200与皮肤表面100之间的摩擦，从而有助于设备 200在治疗中的皮肤区域上更平滑的平移。
可以由聚焦区域以小于约2毫秒的辐照(停留)时间辐照真皮120 内的特定位置，例如以促进吸收EMR150的组织的局部热弛豫并且避免 过多热的局部积累。可以通过例如在治疗中的皮肤的区域上扫描提供聚焦 EMR150的设备、通过以脉冲方式提供EMR源和/或通过移动光学装置 和/或EMR源或发射器210的部件来提供这样的短停留时间，使得聚焦区 域160在真皮120内的位置随时间而变化。
对于波长为约650nm的EMR150，聚焦区域160内的局部能量密度 可以例如为约10J/cm2至1000J/cm2、例如为约50J/cm2至500J/cm2。 基于黑色素的吸收因数在较大波长处的减小，有效局部能量密度的这个范 围可以随着EMR150的波长的增加而略微增大(并且随着波长的减小而 减小)。这样的能量密度可以与光学装置的聚焦特性(例如，焦点尺寸)、 聚焦区域160在真皮120内的平移速度、所施加的EMR150等的脉冲持 续时间等相关。任选地，可以对皮肤表面100进行冷却以进一步防止对表 皮和/或上层真皮造成不期望的热损伤。
本文中所描述的示例性方法和设备以及相关联的参数通常可以基于 聚焦区域160在色素沉着细胞130上的单次通过。实现基于多于一次通过 的相同的热损伤效果所需的能量密度近似地作为通过的数目n的四次方 根而改变。例如，聚焦区域160在特定能量密度下在色素沉着细胞130 上的单次通过可以具有与通过能量密度为特定能量密度的一半的聚焦区 域160来进行的16次通过相似的效果。尽管单次通过可以比多于一次通 过更有效，然而示例性设备200、400可以被配置成在已经进行特定数目 的通过之后提供有效的能量密度。多次通过能够提供较大的安全余量以避 免对表皮造成不期望的热损伤，同时损伤色素沉着细胞130，例如，以仅 进行单次通过的情况相比，其对于多于一次通过能够适应设备200在被治 疗区域上较大范围的有效平移速度。聚焦区域160通过真皮120中的特定 位置的通过的数目可以取决于例如：EMR150在第二透镜装置230(如果 存在的话)上的内部扫描速率；在整个设备200的一次通过过程中可以通 过给定位置的聚焦区域160的数目(例如，如果存在的话，微透镜300 的数目、尺寸和布置的函数)；以及在待治疗区域上平移设备200的次数 的数目。
本文中所描述的示例性设备200、400的另一些示例性特征和/或功能 也可以结合所公开的用于治疗真皮黄褐斑的示例性方法来使用。
实施例
使用示例性点聚焦激光装置和模型系统的动物研究被用于测试使用 光学辐射来治疗深层黄褐斑的功效。如下面所描述的，在雌性约克夏 (Yorkshire)猪上进行了研究。
首先，通过使用基于黑色素的墨水对真皮进行纹刺来模拟深层黄褐斑 状况。通过将合成黑色素以20mg/mL的浓度混合到50∶50的生理盐水/ 甘油溶液中来制备墨水。然后搅拌所制成的悬浮液，之后使用标准纹身枪 来将其注射到动物对象上的1cm乘1cm的测试部位中。然后将经纹刺的 位点静置一周以使得噬黑素细胞能够吞噬真皮中的黑色素颗粒。保留在表 皮中的黑色素在这个时间段中通过自然的身体过程基本上被消除。
图5中示出了如本文中所描述的来自经静置的经纹刺位点的示例性 活组织检查图像。使用Fontana-Masson染色来对组织样本进行染色以对 存在的任何黑色素更好地进行成像。图5中在真皮层中明显的暗点看起来 基本上类似于在患有深层/真皮黄褐斑的患者中观察到的那些暗点。从以 相同的方式染色的未纹刺位点获取的活组织检查样本中没有看到这样的 暗点。因此。本文中所描述的纹刺处理看来提供了真皮黄褐斑的有用的活 体模型。
基于本文中所描述的本公开内容的一些示例性实施方案构建了示例 黄褐斑治疗系统，其包含被配置成发射波长为约658nm的光能的、被安 装在x-y扫描平台上的200mW连续波(continuouswave，CW)二极管 激光器。扫描仪能够实现高达15mm/秒的扫描速度。使用数值孔径(NA) 为0.62的两个透镜来将激射束准直并且聚焦到约200μm的深度处。
通过以不同的速度在10条平行线中扫描跨过这些位点的经聚焦激光 束来治疗如上文所描述的使用黑色素墨水纹刺的测试部位和仅纹刺了边 界以将其轮廓画出的对照部位二者。扫描对照部位以评估在所进行的不同 的扫描状况下可能发生在无色素沉着皮肤中的任何潜在的损伤。
图6A中示出了示例性的经纹刺的测试部位。这个图像示出纹身后的 测试部位使用激光设备进行扫描之前刚好已经使得能够被静置一周。使用 激光器以1mm/秒至3mm/秒的速度、使用200mWCW输出来扫描测试 位点。图6B中示出了在使用激光扫描之后两周的同一测试部位。尽管使 用聚焦光学能量辐照了经纹刺区域的仅一部分，外观仍然存在显而易见的 淡化，并且没有明显的瘢痕或结痂。这些结果表明了本文中所描述的示例 性方法和设备对于减轻深层/真皮黄褐斑的过度色素沉着外观的的一般功 效。
以上仅仅示出了本公开内容的原理。根据本文中的教导，对所描述的 实施方案的各种修改和改变对于本领域技术人员而言是明显的。因此可以 理解的是本领域的技术人员将能够设计出虽然在本文中没有明确描述、但 是体现了本公开内容的原理并因此在本公开内容的精神和范围内的许多 技术。本文中所引用的全部专利和公开文献的全部内容通过引用并入本文 中。