[发明专利]激光溶脂、皮肤表面测温及喷雾冷却相耦合的激光溶脂系统

权利要求书

1.一种激光溶脂系统，其特征在于：该系统包括激光器模块(1)、喷雾冷却模块(2)、红外测温模块(3)以及溶脂温度控制模块，所述激光器模块(1)用于输出无创外置式红外波长激光至目标皮肤区域皮肤表面，喷雾冷却模块(2)用于在激光溶脂前或激光溶脂过程中对所述红外波长激光照射的目标皮肤区域沿深度方向进行冷却，红外测温模块(3)用于在激光溶脂前或激光溶脂过程中对目标皮肤区域的皮肤表面温度进行测量，溶脂温度控制模块用于根据目标皮肤区域的皮肤组织多层均匀模型计算得到溶脂治疗参数、并根据激光溶脂过程中由红外测温模块(3)测量的目标皮肤区域皮肤表面温度，实时调控激光溶脂流程和/或溶脂治疗参数，使目标皮肤区域的皮下脂肪层和对应表皮层及真皮层的温度保持在阈值范围内，所述溶脂治疗参数包括所述红外波长激光的脉宽、能量密度以及喷雾冷却的喷雾时间、占空比和喷雾次数；红外波长激光的脉宽为1ms～60s，能量密度为20～500J/cm²，喷雾冷却的喷雾时间为5～100ms，占空比为0.001～0.1，喷雾次数为1～15次；

所述红外波长激光选自900～1400nm的近红外波段；

所述皮肤组织多层均匀模型是根据红外测温模块(3)测量的目标皮肤区域皮肤表面温度变化，以及皮肤表皮层、真皮层和皮下脂肪层不同的热物性，并运用共轭梯度法反算得到目标皮肤区域对应层皮肤组织的深度而建立的；

所述溶脂治疗参数是根据计算得到的目标皮肤区域皮下脂肪层厚度，并利用传热模型进行目标皮肤区域皮肤组织温度场试算而确定的，根据所述皮肤组织温度场，若在给定的红外波长激光脉宽及能量密度数值下，目标皮肤区域皮下脂肪层的温度在溶脂温度阈值之内，且对应的表皮组织和真皮组织的温度在热损伤安全阈值之内，则以该红外波长激光脉宽及能量密度数值作为激光器模块(1)的控制参数值，若对应的表皮组织和真皮组织的温度不在热损伤安全阈值之内，则通过将喷雾冷却结束时刻的皮肤组织温度场作为初始温度场，经试算得到皮肤喷雾冷却模块(2)的控制参数值以及与该控制参数值耦合的红外波长激光脉宽和能量密度数值；

在激光作用于皮肤组织的过程中，表皮层、真皮层和皮下脂肪层的三层皮肤组织的能量方程可以简化为：

其中，ρ为密度/kg·m^-3，c为比热容/J·kg^-1·K^-1，T(r，z，t)是组织温度/℃，r和z分别代表皮肤组织的径向和轴向/m，t是时间/s，k为组织的导热系数/W·m^-1·K^-1，t_p是激光脉宽/s，下标e、d、s分别表示表皮层、真皮层和皮下脂肪层的物理量，▽为拉普拉斯算子；

Q为单位体积内生物组织吸收的激光能量：

Q[i,j]＝E·πR²·D[i,j] (2)

其中，E是激光脉冲的入射光强/J·cm^-2，R是激光照射的半径/cm，D[i，j]是光子沉积率；

单位体积内的光子沉积率由多层蒙特卡洛方法计算得到的：

其中，A[i,j]是每个网格的光子沉积量，N是各层皮肤组织的折射率；

为了计算相应厚度脂肪层能够达到溶脂热损伤温度阈值50℃～65℃所需的激光参数，首先根据脂肪层厚度从激光参数数据库中选定初始激光脉宽t_p和能量密度E，然后根据公式(3)计算得到皮肤组织内不同部分单位体积内的光子沉积率，再根据公式(2)计算单位体积内激光作用后生物组织吸收的激光能量，通过公式(1)计算得到激光作用后的表皮层、真皮层和皮下脂肪层的温度，通过判断条件“溶脂热损伤温度阈值在50℃～65℃内”进行迭代试算，得到使脂肪层温度达到50℃～65℃所需的激光参数。

2.根据权利要求1所述一种激光溶脂系统，其特征在于：所述激光器模块(1)的控制参数包括红外波长激光的脉宽及能量密度。

3.根据权利要求1所述一种激光溶脂系统，其特征在于：所述喷雾冷却模块(2)的控制参数包括喷雾冷却的喷雾时间、占空比及喷雾次数。