[发明专利]生物介质中选择性的激光诱导光学击穿

说明书

用于选择性地对生物介质中的吸收性目标提供激光诱导光学击穿(LIOB)的装置和方法。例如，LIOB可以用作组织治疗的一部分，例如与纹身去除相关联的美容治疗。在一些实施方式中，用于选择性地提供LIOB的系统包括场生成器，该场生成器配置为生成场并施加该场以穿过生物介质的一部分。系统还包括光源，该光源配置为在施加场期间将激光传递到生物介质的该部分。将场施加到生物介质诱导了自由电子在生物介质的该部分内的移动，这可以减少或减慢生物介质中响应于激光的空泡的形成。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月19日提交的、申请号为62/460867的美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及激光的治疗用途。更具体地，但不作为限制，本公开涉及使用场(例如电场、磁场或两者)的系统、装置和方法，以选择性地在生物介质中产生激光诱导光学击穿(LIOB)。

背景技术

高功率脉冲激光已经用于某些治疗多年。在医学背景下，“激光”通常用于指代用于处理或去除组织的相干光源。脉冲激光治疗的示例包括激光静脉去除、激光毛发去除和激光纹身去除。这些治疗中的每一个通常涉及将激光瞄准生物介质并将激光(例如，“激光束”或“激光”)脉冲到生物介质中，在该生物介质处，光束或光被生物介质中的吸收性目标吸收，该吸收性目标例如为静脉、毛囊或纹身颜料颗粒。例如，使用适当波长的光，脉冲激光能够由于激光诱导光学击穿(LIOB)导致真皮中纹身墨水颗粒的消融，从而导致纹身褪色。在其他基于激光的治疗(例如皮肤收紧)中，生物介质本身为吸收性目标。当吸收性目标在非透明介质(例如组织)中时，消融颜料颗粒与在透明介质(例如水)中消融颜料颗粒相比效率更低。

激光诱导光学击穿(LIOB)是由高激光注量束在介质中造成的损毁的灾难性演变，其导致电子雪崩(例如，在相对短的时间内构建自由载流子)和等离子体形成。这种效应是基于自由电子加速到高能量的，该加速引起与其他原子或分子的碰撞并且导致二次自由载流子。为了说明，用于与纹身去除相关的颜料颗粒消融的LIOB过程开始于在生物介质中自然产生的少量自由电子，或者来自激光诱导(多光子)的电离或通过热引发路径(即热离子发射)生成的自由电子。如果这些电子能够从激光束获得这些电子能够电离原子所足够的能量，则电子雪崩能够发展，导致碰撞增加以及离子和电子的进一步剥离。重复该过程能够导致自由电子的快速积累。因此，“级联电离”或“电子雪崩”发生导致在颜料颗粒表面附近形成等离子体羽流。

当电离和等离子体形成的水平变得可察觉时，进入的激光能量能够容易地通过离子场中的自由-自由跃迁被等离子体羽流中的自由电子吸收。这种吸收引起对等离子体的剧烈加热并因此引起等离子体羽流以冲击波形式快速膨胀。因此，可见光子释放出现并且剧烈加热引起与颜料颗粒相邻的一个或更多个空泡(例如，蒸汽空化气泡)的形成。等离子体羽流能够在纳秒范围内形成，并且在此后不久空泡(例如真皮空泡)形成。如果空泡足够大，则空泡能够导致激光衰减和散射(激光屏蔽)，激光衰减和散射中的每一个能够在基于激光的治疗期间导致激光效能的损失。

专利号为5,149,406的美国专利描述了通过淬灭存在于透明的、非导电气态介质(例如SF₆环境)中的自由电子来抑制LIOB事件。然而，与透明的、非导电气态介质不同，生物介质是导电的以获得足够高的电压来提供对自由电子的猝灭，这将需要将对患者来说危险的电流水平。另外，在生物介质中淬灭自由电子被认为是不可行的，因为已经认为在导电介质内不能生成电场，即在没有电场的情况下，自由电子上将没有电动势。

参考图1A-1C，示出了受到常规脉冲激光治疗处理的生物介质的说明性示例。图1A和图1B的每一个描绘了激光处理后纹身部位的组织学图像。具体而言，图1A示出了在激光处理一分钟内进行的真皮组织的活组织检测，并且图1B示出了在9.0J/cm²注量的情况下处理的处理后即刻进行的真皮组织的活组织检测。图1C描绘了来自纹身的纳秒激光处理的“白化”的示例。