專利名稱：激光皮膚燒蝕器和皮膚燒蝕的制作方法
皮膚問題遍及全社會。人們遭受從諸如良性脫色劑之類的美容劑到諸如惡性黑瘤之類的致命疾病的狀況之害。治療方法包括從美容“掩蓋”到外科切除。
特別是，把皮膚外層的去除(或“皮剝離”)用來治療各情況，如粉刺、老年斑(過多黑色素的表面區(qū)域)、淺損害(例如，光化性角化病)、及老化皮膚。

圖1描繪常人皮膚的橫斷面。外層或表皮的深度，一般厚度從50-150μm(微米)變化。表皮通過柱狀基底細胞的一個胚層與下面的真皮(真皮)隔離開。表皮/皮膚界面的特征在于起伏。基底細胞產(chǎn)生角化細胞的連續(xù)供給，角化細胞是表皮的顯微組分。稱作黑色素細胞的特化細胞也駐留在基底細胞層中，并且產(chǎn)生黑色素。盡管一些黑色素向具有角化細胞的表面遷移，但大部分集中的黑色素保持在基底細胞層中。與基底細胞層相鄰的真皮最外層稱作乳頭真皮，并且乳頭在25-100μm的寬度內(nèi)延伸，由具有可比寬度的網(wǎng)脊(“谷”)隔開。
表皮的去除消除了表面曬傷，包括角化病、著色斑、和細微皺紋。真皮大部分表面部分的去除，即最外乳頭真皮的去除，消除了日曬彈性組織變性，并且修正皺紋，而幾乎沒有或根本沒有瘢痕形成。
當(dāng)前非常流行的一種療法使用短脈沖二氧化碳(CO2)激光器，來凝結(jié)至～50-100μm深度/脈沖的皮膚層。這種療法有時稱作“激光剝離”。CO2激光輻射(在9-11μm的紅外線區(qū)域中)由水(含在所有組織中)強烈地吸收。當(dāng)由組織吸收的能量/單位體積足以汽化水時，致使照射區(qū)域表面處的組織的顯微薄層壞死；(見例如，R.M.Adrian，“在超脈沖激光美容中的概念(Concepts in Ultrapulse Laser Resurfacing)”URL-http://www.lasersurgery.com/physicians.html(1996))。皮膚凝結(jié)在由來自CO2激光器的紅外線光束照射的區(qū)域表面上。在照射之后，機械地除去脫水的、壞死表面層，并且進行另外的照射，重復(fù)這個過程直到除去希望深度的組織為止。在醫(yī)學(xué)上看來，比用其他方式，例如液氮、燒灼、化學(xué)剝離，以較小的附帶損害除去組織；(見例如，E.V.Ross等，“在CO2激光器皮膚美容后的長期效果掃描和脈沖系統(tǒng)的比較(Long-term results afterCO2laser skin resurfacing:a comparison of scanned and pulsedsystems)”J Amer Acad Dermatology 37:709-718(1997))。
產(chǎn)生減小的附帶損害的輻射特征是強烈(光學(xué))吸收的波長；和與用于擴散到周圍組織中的聚積能量的時間相比，脈沖持續(xù)時間較短；(見例如，R.J.Lane、J.J.Wynne、和R.G.Geronemus，“皮膚的紫外線激光燒蝕治療研究和一種熱模型(Ultraviolet Laser Ablation of Skin:HealingStudies and a Thermal Model)”Lasers in Surgery and Medicine(激光在外科和內(nèi)科中的應(yīng)用)，6:504-513(1987))。具有在組織中的吸收系數(shù)為～1/50μm-1和脈沖持續(xù)時間為～10-100ns(毫微秒)的短脈沖CO2激光器，與連續(xù)波(cW)CO2激光器或其他可見的和近紅外波長的激光器相比，導(dǎo)致附帶損害的減小。但是用短脈沖CO2激光器對病人進行皺紋消除治療的臨床效果表明許多不良的副作用，包括紅斑(紅腫的皮膚)和結(jié)痂，有可能形成瘢痕組織和色素沉著異常(見例如，Andrew Bowser，“在列舉的原因中尋找由激光美容造成的并發(fā)癥-深瘢痕和初步的跟蹤研究(AddressingComplications from Laser Resurfacing-Deep scarring and insufficientfollow-up are among causes cited)”Dermatology Times(皮膚病學(xué)時代)18,No.9:50-51(1997年9月))。用短脈沖CO2激光器的一個問題是，輻射吸收深度不夠淺。另一個問題是從表面除去的聚積激光能量不足以完全防止附帶損害。結(jié)果，用于“表皮剝離”的這種形式可能相當(dāng)痛，經(jīng)常需要全身麻醉和延長的恢復(fù)時間。
一種正在普及的較新療法是使用脈沖鉺YAG(Er:YAG)激光器，發(fā)射在紅外線中2.94μm的輻射，其中水吸收甚至比在CO2波長處更強。Er:YAG光在皮膚中的吸收約比CO2激光強10倍多。當(dāng)與CO2激光照射的效果相比較時，皮膚的較淺層吸收輻射，并且從表面汽化和燒蝕，留下較薄的、與去除的組織相鄰的熱損傷和凝結(jié)層。還沒有觀察到超過～50μm膠原變性深度的損傷。(見例如，R.Kaufmann和R.Hibst，“在皮外科的脈沖鉺YAG激光燒蝕(Pulsed Erbium:YAG Laser Ablation in Cutaneous Surgery)”Lasers in Surgery and Medicine(激光在外科和內(nèi)科中的應(yīng)用)，19:324-330(1996))。
用Er:YAG激光療法使皮膚再生，比用CO2激光療法疼痛較輕、炎癥較輕、及治愈較快。用Er:YAG激光的穿透深度較淺，不會象CO2激光那樣多地?zé)岽碳ば履z原生長，從而根除細皺紋不那么有效。皮膚科醫(yī)師和美容師正在尋找最好用于具有表皮損傷但有較少皺紋的年輕病人，而認(rèn)為CO2激光最好用于想除去嘴唇和眼睛周圍細皺紋的較老病人(見例如，Betsy Bates，“皮膚科醫(yī)師給出的Er:YAG激光綜述(Dermatologists GiveEr:YAG Laser Mixed Reviews)”Skin&Allergy News(皮膚和過敏新聞報道)，28,No.11:42(1997年11月))。盡管穿透深度較淺，并且皮膚實際上被燒蝕而不是僅變成壞死，但燒蝕深度和凝結(jié)皮膚的深度限制了精度，用該精度Er:YAG能除去表皮組織，而不損傷下面的乳頭真皮。并且在減輕疼痛的同時，許多病人在治療期間仍需要某種麻醉，并且在治療之后需要涂敷局部抗菌素/抗微生物劑以防止在治療期間的感染。
在先有技術(shù)中一般還知道，把紫外線波長激光用于內(nèi)科和牙科用途。見例如，Blum、Srinivasan、和Wynne的美國專利4,784,135，頒發(fā)于11/15/88，標(biāo)題為“遠紫外線外科和牙科過程(Far Ultraviolet Surgical andDental Procedures”。還見美國專利5,435,724，標(biāo)題為“使用脈沖紫外輻射的牙科過程和設(shè)備(Dental Procedures and Apparatus Using PulsedUltraviolet radiation)”，頒發(fā)于7/25/95，授予Goodman、Wynne、Kaufman和Jacobs。
尚需一種設(shè)備和方法用靈敏的控制在無疼痛的環(huán)境中提供皮膚美容，并且通過消除紅斑和瘢痕顯著減少發(fā)病。還需要一種設(shè)備和方法使用精細受控輸送的紫外(UV)光，可計數(shù)的具有足夠注量的燒蝕皮膚的短脈沖數(shù)量，以在照射位置除去皮膚的薄層，具有靈敏的側(cè)向精度和深度控制，導(dǎo)致對燒蝕區(qū)域周圍和下面皮膚的損傷最輕。本發(fā)明滿足這些要求。
還需要一種設(shè)備和過程，能夠受控地除去深至乳頭真皮的表皮，適應(yīng)乳頭真皮的起伏。本發(fā)明滿足這樣一種要求。
根據(jù)上述需要，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)(稱作皮膚燒蝕器)，該系統(tǒng)能用來完成皮膚的改進“激光剝離”。本發(fā)明還涉及一種方法，即皮膚燒蝕，該方法導(dǎo)致表面皮膚的清潔、精確除去，同時使對治療區(qū)域下面皮膚的附帶損害最小。
具有本發(fā)明特征的、用來除去皮膚的一種外科系統(tǒng)的一個例子包括一個脈沖光源，能夠發(fā)送超過燒蝕閾值注量Fth的注量F；和一個控制機構(gòu)，與光源聯(lián)接，用來把光從光源引導(dǎo)到皮膚上的位置，并且確定皮膚位置是否已經(jīng)燒蝕到希望深度。
光源最好是一種激光器，例如具有約193nm(毫微米)波長的氟化氬(ArF)激光器；具有約248nm波長的氟化氪(KrF)激光器；具有約308nm波長的氯化氙(XeCl)激光器；具有約351nm波長的氟化氙(XeF)激光器；或Er:YAG激光器。
本發(fā)明具有其他的特征通過利用來自皮膚生理學(xué)的反饋限制燒蝕深度，即當(dāng)皮膚已經(jīng)燒蝕到足以產(chǎn)生出血的深度時血液注入切除區(qū)域。血液注入能作為一種“停止點”，以防止進一步的燒蝕，由此有效地終止皮膚燒蝕。然后通過用生理鹽溶液洗掉血液能除去血液，清除該區(qū)域以便進一步的治療。
本發(fā)明的一種形式利用具有較低血液吸收特性的激光器，如ArF激光器，以把皮膚燒蝕到足以產(chǎn)生出血的深度。然后利用一個第二激光器，如具有不同波長和較高血液吸收特性的UV光源激光器，透入血液，把它加熱到足以凝結(jié)血液，阻止以后的出血，而留下具有完整愈合能力的組織，沒有瘢痂組織的形成。
其中激光器是ArF激光器的這樣一種系統(tǒng)的一個例子進一步包括一個凝結(jié)光源，具有與ArF激光器不同的波長、和較高的血液吸收特性；用來在給定皮膚位置處檢測血液出現(xiàn)的裝置；及響應(yīng)在給定皮膚位置處的檢測，用來切換到凝結(jié)光源的裝置。
凝結(jié)光源的例子包括具有約248nm波長的氟化氪(KrF)激光器；具有約308nm波長的氯化氙(XeCl)激光器；及具有約351nm波長的氟化氙(XeF)激光器。
本發(fā)明仍具有其他的特征提供精確的側(cè)向和深度控制，允許除去深至乳頭真皮的表皮，跟隨乳頭真皮的起伏，從而即使在相鄰網(wǎng)脊中除去表皮，也不會透入乳頭。這種側(cè)向和深度控制可以通過由光譜檢測幫助的認(rèn)真觀測實現(xiàn)，以辨別何時已經(jīng)除去表皮，露出下面的真皮，這種控制具有適合于隔開乳頭真皮起伏的空間分辨率。
本發(fā)明的側(cè)向和深度控制是優(yōu)于先有技術(shù)的一個優(yōu)點，先有技術(shù)的激光剝離在這樣的波長下操作導(dǎo)致燒蝕區(qū)域下面組織中的熱損傷，燒蝕區(qū)域使其下面的組織變性和凝結(jié)。例如，當(dāng)前CO2激光器的使用使得難以，如果不是不可能的話，根據(jù)實時觀測和/或反饋控制確定燒蝕已經(jīng)透入多深。
因而，本發(fā)明還具有其他的特征提供一種反饋控制機構(gòu)，該機構(gòu)利用諸如可確定的皮膚層的顏色、外觀和漫反射率(remittance)之類的光學(xué)特征。使用紫外光燒蝕，燒蝕區(qū)域下面的組織將保持其未損傷的形態(tài)和顏色，允許實時確定燒蝕是否已經(jīng)進行到正確的深度，例如，達到或剛好超過表皮-真皮界面。
本發(fā)明的另一個例子包括，一種通過檢測靠近或處于表皮/真皮邊界處的顏色變化用來可控制地?zé)g皮膚的裝置?？刂茩C構(gòu)可以是一種反饋控制機構(gòu)，包括一個照亮皮膚的第二光源；和至少一個帶有一個輸入端和一個輸出端的光檢測器；輸入端從第二光源接收散射/反射/發(fā)熒光的光，而輸出端響應(yīng)在輸入端處的第二光源，向系統(tǒng)提供一個反饋信號，使光源在給定位置處被禁止。第二光源的例子包括可見光源、紅外光源、和環(huán)境光源。第二光源的另一個例子是既由表皮黑色素較強吸收又由皮層較強漫反射的(remitted)光源。
而且，本發(fā)明具有起自動除去皮膚作用的特征，其中在一個計算機系統(tǒng)的控制下，在皮膚指定區(qū)域的上方能準(zhǔn)確和可重復(fù)地掃描燒蝕激光束，該計算機系統(tǒng)利用實時觀測和/或反饋來控制在每個位置處的燒蝕深度。通過一個附加可見校準(zhǔn)激光器，采用一個輸入裝置在要治療的皮膚區(qū)域上方掃描校準(zhǔn)光束，并且記錄燒蝕激光束在相同掃描范圍上方隨后自動掃描的光束位置，可以指定要掃描的區(qū)域。要不然，通過用攝象機記錄區(qū)域的圖象、和在數(shù)字圖象上指定要治療的位置，可以規(guī)定要治療的區(qū)域。
具有本發(fā)明特征的一種自動系統(tǒng)的一個例子包括一個校準(zhǔn)和記錄機構(gòu)，該機構(gòu)包括一個可見光激光器，發(fā)射照亮與燒蝕光重合位置處皮膚的光束；用來跨過皮膚上的位置掃描光束的裝置；及用來記錄掃描光束位置的裝置，它聯(lián)接到用來掃描的裝置上，用于燒蝕光源跨過皮膚上位置的隨后自動掃描。
計算機和控制機構(gòu)的一個例子包括一個或多個可旋轉(zhuǎn)反射鏡，這些反射鏡定位在光源路徑中，以便可控制地掃描光源；一個或多個電機，聯(lián)接到反射鏡上，用來成角度地旋轉(zhuǎn)、和反饋一個或多個反射鏡的角位置；及一個計算機，聯(lián)接到光源和電機上，用來控制電機、和在皮膚上的給定位置處選擇性地關(guān)閉光源。
在另一個例子中，計算機包括一個反饋控制系統(tǒng)，聯(lián)接到光源上，以便在皮膚上的給定位置處選擇性地關(guān)閉光源。關(guān)閉機構(gòu)可能是一個有源遮片陣列，聯(lián)接到反饋控制系統(tǒng)上，用來在已經(jīng)燒蝕到希望深度的給定位置處選擇性地關(guān)閉光源。
本發(fā)明的又一個例子是一種機器人/激光系統(tǒng)，進一步包括一個攝象機，用來觀察皮膚上諸位置的圖象；一個計算機，聯(lián)接到攝象機上，該計算機帶有一個用來顯示的輸出端、和一個用來指定激光指向的皮膚位置的輸入端。
最好，機器人/激光系統(tǒng)進一步包括一個或多個可旋轉(zhuǎn)反射鏡，這些反射鏡定位在光源路徑中，以便可控制地掃描光源；一個或多個電機，聯(lián)接到反射鏡上，用來成角度地旋轉(zhuǎn)、和反饋一個或多個反射鏡的角位置；一個照亮燒蝕皮膚的第二光源，其中來自第二光源的光從燒蝕位置散射/反射/發(fā)熒光；一個帶有一個輸入端和一個輸出端的光檢測器；輸入端從第二光源接收光；而輸出端聯(lián)接到系統(tǒng)上、且向系統(tǒng)提供一個反饋信號，以便在給定位置處禁止脈沖光源。
最好，機器人/激光系統(tǒng)包括一個配準(zhǔn)機構(gòu)，用來建立在一個病人參照坐標(biāo)系中的點坐標(biāo)、與在機器人/激光器參照系中的相應(yīng)位置的關(guān)系。配準(zhǔn)機構(gòu)的一個例子包括用來把基準(zhǔn)固定到皮膚上的裝置；一個可移動跟蹤激光器，聯(lián)接到計算機上，用來記錄基準(zhǔn)的3維坐標(biāo)；及三角測量裝置，用來建立基準(zhǔn)在跟蹤激光器參照系中的3維位置。配準(zhǔn)機構(gòu)的另一個例子包括用來建立在位置變化之后在病人參照系中對應(yīng)于皮膚區(qū)域的點、與在所述位置變化之前在病人參照系中皮膚的相同區(qū)域的關(guān)系的裝置。而配準(zhǔn)機構(gòu)的另一個例子包括通過建立在數(shù)字圖象中定義的皮膚區(qū)域上的點、與病人皮膚區(qū)域的關(guān)系，用來準(zhǔn)確引導(dǎo)光源的裝置。
一種可選擇的配準(zhǔn)機構(gòu)包括用來把基準(zhǔn)固定到皮膚上的裝置；一對攝象機，聯(lián)接到計算機上、并且相對于機器人/激光系統(tǒng)安裝在固定位置處，用來記錄基準(zhǔn)的坐標(biāo)；校準(zhǔn)裝置，用來由一種預(yù)定校準(zhǔn)變換建立攝象機的固定位置與機器人/激光系統(tǒng)的關(guān)系；及一種攝象機模型，用來映象2維攝象機圖象中每個位置與在映象到其上的成象空間中的一組3維點之間的關(guān)系。
本發(fā)明機器人/激光系統(tǒng)的另一個例子包括一個攝象機，用來觀察皮膚上位置的圖象；一個計算機，聯(lián)接到攝象機上，該計算機帶有一個用來顯示的輸出端、和一個用來指定皮膚位置的輸入端，激光被引導(dǎo)到該皮膚位置；一根可彎曲光纖束，帶有一個輸出端部和一個輸入端部，輸出端部連接到固定到病人身上的遮片上，而輸入端部適合于以預(yù)定方式接收光源；及一個可拆除的反射鏡，靠近輸入端部定位，用來用攝象機經(jīng)光纖束觀察皮膚。
除用來除去美容缺陷外，即皮脂角化病和著色斑，皮膚燒蝕器/皮膚燒蝕還能提供一種常用的方法，以治療表皮的其他病狀，包括博溫氏病(癌前皮炎)、外衛(wèi)性疣、扁平疣、扁平苔癬狀角化病(LPLK)、及光化性角化病。這樣，本發(fā)明提供了一種用來治療大范圍普遍皮膚狀態(tài)的設(shè)備和方法。
而且，有許多本發(fā)明的其他用途(ⅰ)皮膚燒蝕的精確表面能力允許“標(biāo)記”組織，即在病人身上或在活組織檢查樣品上劃有辨別標(biāo)記；(ⅱ)通過把感染區(qū)域燒蝕到希望深度而不損傷下面的組織，可以治療趾甲的局部真菌感染；(ⅲ)通過用皮膚燒蝕器燒蝕可以除去灼傷焦痂(嚴(yán)重灼傷的結(jié)果)，沿焦痂的可變厚度運動，并且一露出健康的、有活力的組織就在每個位置處停止；(ⅳ)對于消除手術(shù)引起的轉(zhuǎn)移，可以通過皮膚燒蝕除去惡性黑瘤，即沒有活的癌細胞釋放到病人身體系統(tǒng)內(nèi)；(ⅴ)可以治療有細菌或病毒感染(例如愛滋病)的病人，而沒有由表面燒蝕的組織將包含活病毒粒子或其他微生物的危險，因為皮膚燒蝕把燒蝕材料分解成小的惰性分子或原子碎片；(ⅵ)具有大皰性表皮松解罕見狀態(tài)的病人，即使在很小的表面切口和傷口之后其柔弱的皮膚也不能自愈，能使表皮疾患由皮膚燒蝕除去，而不危及其脆弱的真皮；及(ⅶ)可以用高精度治療在瞼板緣處的瞼疾患，如汗腺囊瘤和瞼板腺囊腫(瞼腺炎)，產(chǎn)生對睫的最小損傷，并且使瞼板緣中的切跡或其他凹窩的可能性最小，這些損傷會影響淚流動和在瞼內(nèi)表面上的粘液分布。
一種另外的用途是使用皮膚燒蝕除去基底細胞癌。這里，能選擇性地用提供疾患與周圍健康組織之間差別的外源試劑標(biāo)記疾患。通過標(biāo)準(zhǔn)組織治療，即用化學(xué)制品著色組織，使基底細胞癌同活組織檢查樣品中的周圍組織區(qū)分開。這樣的組織學(xué)用來進行活組織檢查中的基底細胞癌診斷。著色劑能直接涂在病人身上，提供基底細胞癌的可見區(qū)別，這樣的區(qū)別用來引導(dǎo)皮膚燒蝕器以最小的附帶損害除去疾患。
通過參考參照附圖的附加詳細描述，對于熟悉本專業(yè)的普通技術(shù)人員本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點將是顯而易見的，在附圖中圖1描繪常人皮膚的橫斷面；圖2描繪按照本發(fā)明建造的設(shè)備的一種形式；圖3描繪按照本發(fā)明建造的設(shè)備的一種形式；圖4A描繪設(shè)備的一種形式，包括按照本發(fā)明直接與病人相互配合的外科醫(yī)生；圖4B描繪設(shè)備的一種形式，包括按照本發(fā)明的掃描激光束裝置；圖4C描繪設(shè)備的一種形式，包括按照本發(fā)明經(jīng)遙控機構(gòu)與病人相互配合的外科醫(yī)生；圖5描述設(shè)備的一種形式，包括按照本發(fā)明經(jīng)遙控機構(gòu)與病人相互配合的外科醫(yī)生；圖6有助于解釋圖4C和圖5設(shè)備的操作；及圖7-10描繪按照本發(fā)明建造的一種設(shè)備的例子。
作為綜述，紫外光以取決于光注量F的速率除去組織的薄層。有一個閾值注量Fth，并且用超過Fth的F照射的組織表面處的區(qū)域，對于每個(短的)光脈沖被燒蝕到約1μm的深度。在燒蝕區(qū)域下面且與之相鄰的未被燒蝕的組織吸收一些光，并且損傷到稍小1μm的深度，基本上到亞細胞深度。連續(xù)的光脈沖除去另外的薄層，并且在最后的脈沖之后，在經(jīng)受損傷的燒蝕區(qū)域邊緣處，僅有超薄的、亞細胞層的組織。這樣，實質(zhì)上使附帶損傷最小。外科醫(yī)生或醫(yī)師需要輸送F＞Fth的光源和一個輸送工具。光源可能是遠紫外脈沖激光器，如受激準(zhǔn)分子激光器。不同的受激準(zhǔn)分子激光器以不同的波長發(fā)出輻射，把組織燒蝕到不同深度并且具有不同的Fth。熟知的遠紫外受激準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)包括351nm的XeF、308nm的XeCl、248nm的KrF、及193nm的ArF。所有受激準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)已經(jīng)表現(xiàn)出能夠發(fā)射超過用于人(和動物)組織，包括皮膚，的燒蝕閾值的遠紫外光脈沖。
圖2描繪具有本發(fā)明特征的一種設(shè)備的一個例子。如描繪的那樣，輸送工具可以是一根經(jīng)其從光源向組織傳送光束210的“管”205，帶有一個引導(dǎo)光束轉(zhuǎn)彎的可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向反射鏡215、和一個可調(diào)節(jié)透鏡/遮片系統(tǒng)，如透鏡220和在輸送端部處的狹縫225，以把光束成形為照射組織處的希望圖案。
圖3描繪具有本發(fā)明特征的一種設(shè)備的另一個例子。如描繪的那樣，輸送工具可以是一根光纖、或一個由一個手持工具310終止的纖維束305，醫(yī)生或技術(shù)員能操縱該手持工具310，以把光束輸送到要照射的皮膚區(qū)域。
現(xiàn)在參照圖1和2，能調(diào)節(jié)圖2的輸送工具，以把紫外照射光束聚焦到與表皮的網(wǎng)脊橫截面區(qū)域相比較小的區(qū)域。然后光束能照射該區(qū)域，直到完全除去表皮，之后使光束掃描/移動到其中重復(fù)該過程的相鄰區(qū)域，把這個新區(qū)域的表皮向下燒蝕到真皮。以這種方式能考慮到不規(guī)則表皮/皮膚界面的輪廓。通過以這種方式把紫外激光束掃描過皮膚區(qū)域，將以反映乳頭真皮的乳頭輪廓的深度精度僅除去表皮。
如下面將要更詳細討論的那樣，本發(fā)明的一個方面采用一種獨特的檢測方案，使精確地沿輪廓除去組織成為可能。表皮具有黑色素并由此著色，而真皮是白色的。例如，對于白色皮膚組織的出現(xiàn)，醫(yī)師能觀看燒蝕位置。要不然，一個諸如安裝在激光工具輸送端部附近的光檢測器之類的反饋控制機構(gòu)，能檢測在照射位置處的白色組織的第一次出現(xiàn)，發(fā)送一個自動使激光束移動到相鄰區(qū)域的信號，或者使激光束被禁止或阻擋/關(guān)閉，直到照射位置移動到相鄰區(qū)域。光檢測器能使用環(huán)境光來查看從真皮表面散射的光與從色素表皮組織表面散射的光在比較時之間的光譜/亮度差。光檢測器能采用一個適當(dāng)?shù)臑V波器，以當(dāng)顯露真皮時檢測光譜形狀的變化(與亮度相對)。在另一個例子中，能由從皮膚表面散射的低功率、可見或紅外光束照亮照射位置。當(dāng)顯露真皮時，散射強度將變化，為檢測器提供能用來掃描或關(guān)閉激光束的特征波形。
如圖4A中所描繪的那樣，要照射的皮膚405也能通過用一種掩蔽材料蓋住該區(qū)域來確定，這種掩蔽材料除在用于組織燒蝕的希望位置處之外堵塞/吸收/反射輻射。掩蔽材料410甚至能由易受侵蝕材料制成并且制造成有可變的厚度，從而均勻光束侵蝕掉材料，并且僅在已經(jīng)完全侵蝕透遮片之后才燒蝕遮片下面的皮膚。這樣，不同的組織區(qū)域會接收到不同的輻射“劑量”，產(chǎn)生具有由小心制造的可侵蝕遮片控制的燒蝕深度的治療皮膚區(qū)域。遮片能浸漬有一種標(biāo)識材料，例如熒光染料，當(dāng)遮片正在被侵蝕時，該標(biāo)識材料能給出一個清晰的可識別信號，一旦完全侵蝕透遮片該信號就停止。要不然，“遮片”能通過涂敷一種“遮陽”乳劑或軟膏，例如氧化鋅，來實現(xiàn)，以覆蓋不希望組織燒蝕的區(qū)域。遮陽物必須具有足夠的厚度，從而在治療期間不會完全侵蝕透到下面的皮膚。
一種機器人/激光系統(tǒng)能用來掃描燒蝕激光束，以把精確受控數(shù)量的脈沖輸送到被照射皮膚區(qū)域上的每個位置。圖4B描繪具有本發(fā)明特征的這樣一種機器人/激光系統(tǒng)的一個例子。類似的是陰極射線管(TV)顯示器中電子光束的光柵掃描。在激光束一次掃描(或通過)期間輸送的能量量，或脈沖數(shù)量，足夠小，從而通過改變掃描該區(qū)域的次數(shù)能把適當(dāng)?shù)膭┝渴┘拥矫總€位置。相反，對于高速的組織去除，初始每次掃描可以輸送較大量的能量，其中損失了深度控制的精度，并且接近希望深度。然后，能以逐漸減小的激光能量進行連續(xù)掃描，提供增高的深度控制精度，并且允許外科醫(yī)生微調(diào)到零以達到組織去除的希望深度。無論外科醫(yī)生在掃描之間選擇改變或不改變激光能量，一次掃描都可能為對于每個受照射組織位置的一個激光脈沖、或?qū)τ诿總€位置多個脈沖，選擇脈沖數(shù)量以把組織除去到希望深度。一個例子是固定激光器415，該激光器發(fā)射由一個計算機控制的機構(gòu)引導(dǎo)的光束。如描繪的那樣，一種這樣的機構(gòu)可以是一對在軸上成直角地彼此旋轉(zhuǎn)的反射鏡420。反射鏡能由帶有位置編碼器的電機(未表示)控制，這些編碼器使反射鏡旋轉(zhuǎn)角度430的精確、數(shù)字指定成為可能。電機能經(jīng)一個標(biāo)準(zhǔn)A/D、D/A電路控制，該電路與運行標(biāo)準(zhǔn)伺服控制軟件的一個計算機425接口。電機編碼器信息為微調(diào)提供必要的定位信息。最好把這個系統(tǒng)設(shè)計成，能夠在0.5m的典型目標(biāo)距離處把激光束精確定位在皮膚上至25μm內(nèi)的范圍?？刂品桨?、編碼器、電機、機械精度、及到目標(biāo)的距離都影響整個精度。我們假定已經(jīng)校準(zhǔn)機器人，并且以足夠的精度知道了正反向運動以滿足這些準(zhǔn)確度要求。
該系統(tǒng)(下面描述的例子)最好能夠以要求的精度把激光束定位在皮膚(不規(guī)則的)表面上的任何位置。外科醫(yī)生能通過使用幾種可能的技術(shù)設(shè)置由激光束掃描的區(qū)域。例如，外科醫(yī)生能把物理遮片或板附加到機器人/激光系統(tǒng)上，用于限制光束離開激光裝置的反射鏡角度范圍。要不然，外科醫(yī)生通過經(jīng)用戶輸入裝置(如鍵盤、鼠標(biāo)、或控制桿)與控制器軟件交互作用，能設(shè)置反射鏡角度范圍的大小。一旦外科醫(yī)生已經(jīng)固定掃描區(qū)域，他通過指令激光系統(tǒng)用可見光掃描，能核實是否是他想要的區(qū)域。這允許外科醫(yī)生預(yù)檢由激光掃描的區(qū)域。如果掃描的區(qū)域不適當(dāng)，則外科醫(yī)生能重新定位病人或如上述那樣調(diào)節(jié)激光范圍。
除了在這些位置處能輸送足夠用于組織燒蝕的紫外激光外，該系統(tǒng)還能用對人眼或者對電子檢測器或成象檢測器陣列可見的光照亮要治療的區(qū)域。這種可見光通過照亮在相同位置處的組織用來校準(zhǔn)系統(tǒng)，當(dāng)不是關(guān)閉或斷開紫外光時，燒蝕紫外光束射到該相同位置處的組織上。要不然，該系統(tǒng)可以是一個兩自由度(2DOF)機器人裝置，該裝置能準(zhǔn)確和重復(fù)地在指定皮膚區(qū)域上掃描激光束。該系統(tǒng)可以是帶有從輸送端部出射的激光束的2DOF機器人臂。
在本發(fā)明的如下形式中，機器人/激光系統(tǒng)能編程為(ⅰ)依次系統(tǒng)地訪問指定區(qū)域內(nèi)的每個位置(全光柵掃描)；(ⅱ)僅訪問皮膚表面上一些感興趣位置；或(ⅲ)在掃描的全部區(qū)域內(nèi)除一些指定區(qū)域外進行全光柵掃描。對于這些情況的每一種，一般的過程在(a)指定要照射的組織區(qū)域與(b)把這些感興趣的區(qū)域暴露給激光能量之間交替，由此除去組織的薄層，重復(fù)步驟(a)和(b)直到完成治療。
情況(ⅰ)依次系統(tǒng)地訪問每個位置，同時通過使用物理遮片保護某些位置免受組織燒蝕。再參照圖4A，機器人/激光系統(tǒng)400能夠發(fā)射兩種不同的激光束，一種紫外輻射激光用于燒蝕及一種可見激光用于校準(zhǔn)。對于關(guān)閉的紫外輻射激光源，外科醫(yī)生把可見校準(zhǔn)激光束412掃描過要治療的皮膚區(qū)域，由此為系統(tǒng)控制機構(gòu)指定區(qū)域。外科醫(yī)生然后把物理遮片或掩蔽材料410涂敷到該區(qū)域內(nèi)的這些區(qū)406中，該區(qū)域在燒蝕掃描期間將被照亮，但不接收治療，即不被燒蝕。遮片可以由反射材料制成，由此引導(dǎo)紫外激光能量離開下面的皮膚。要不然，可以由一種具有大于該皮膚燒蝕閾值的燒蝕閾值的吸收材料制成。另一種可選擇的方法是吸收材料必須有足夠的厚度，從而該過程不會一直侵蝕透過遮片。接下來，外科醫(yī)生打開快門，許可紫外輻射進入，并且用該輻射掃描指定區(qū)域407。在全掃描之后，外科醫(yī)生評價該照射的區(qū)域。然后可以把掩蔽材料涂敷到?jīng)]有更多的組織應(yīng)該除去的那些區(qū)域上。外科醫(yī)生然后重復(fù)這個過程，直到要治療的所有位置已經(jīng)燒蝕到希望深度，隨著每次重復(fù)掩蔽區(qū)域擴展。由于要燒蝕的位置通過物理遮片與不燒蝕的相鄰位置區(qū)分開，所以在過程的所有階段期間，能容許病人有小的移動。
情況(ⅱ)僅訪問要治療的較大區(qū)域內(nèi)某些位置，通過一種“電子快門”保護該較大區(qū)域內(nèi)的其他區(qū)域免受燒蝕。圖4C描繪根據(jù)本發(fā)明的計算機控制機器人/激光系統(tǒng)402的一個例子，該機器人/激光系統(tǒng)能夠發(fā)射兩種不同的激光束一種紫外輻射激光用于燒蝕；而一種可見激光用于校準(zhǔn)。外科醫(yī)生象以前那樣，通過用校準(zhǔn)光412指定要燒蝕的位置來限定這些位置?？梢灾敢瓦\動校準(zhǔn)光以畫出要治療的皮膚位置的輪廓。另外，可以涂敷一種磷光材料，以使畫輪廓的區(qū)域易于讀出。一個諸如操縱桿、鼠標(biāo)、或力矩傳感器之類的輸入裝置450，能用來把外科醫(yī)生手的運動轉(zhuǎn)換成用于控制可見光束位置的伺服電機的運動命令。在計算機集成外科手術(shù)領(lǐng)域中，眾所周知，使用多種或各種3維定位技術(shù)，例如機械瞄準(zhǔn)裝置，把病人身上或體內(nèi)的特定點位置記錄在計算機中。見例如，計算機集成外科手術(shù)技術(shù)和臨床應(yīng)用(Computer-integrated Surgery:Technollogy andClinical Applications),Russell H.Taylor等，(編輯)，The MIT Press,5-19頁(1996年)(下文稱作“計算機外科手術(shù)”)。根據(jù)本發(fā)明，一種機器人/激光系統(tǒng)最好包括用來記錄可見光束位置的計算機軟件，這些位置已經(jīng)由外科醫(yī)生用燒蝕激光指定以便以后“重現(xiàn)”。本質(zhì)上，外科醫(yī)生通過把可見光束用作“繪圖”工具，直接在病人的皮膚上畫出要燒蝕的位置的輪廓。
一個完整的過程可能包含多次重復(fù)。作為初始步驟，外科醫(yī)生能使用可見光412定位系統(tǒng)。然后能畫出感興趣的區(qū)域455。在這時，能用可見光預(yù)檢這些位置，或者把系統(tǒng)切換到燒蝕模式，并引導(dǎo)該系統(tǒng)以提供這些位置的可控治療。注意，從外科醫(yī)生指定感興趣的位置時起到完成燒蝕掃描時止，病人不應(yīng)該移動。隨后病人可自由移動。對于下次重復(fù)，可指定感興趣的新區(qū)域，這些新區(qū)域可以重疊或不重疊以前的位置，并且重復(fù)該過程。該過程重復(fù)如此之多的次數(shù)，從而把所有指定位置的皮膚燒蝕到希望深度。外科醫(yī)生一般作出是否還要重復(fù)的決定。
在許多情況下，治療區(qū)域可能需要多次重復(fù)以達到完全治療，并且如果病人在重復(fù)之間移動，則治療區(qū)域必須由外科醫(yī)生重新指定。這可能是冗長緩慢的，并且導(dǎo)致不準(zhǔn)確的治療。因而，希望開發(fā)一種在先有技術(shù)中熟知的、在病人身上治療區(qū)域與機器人坐標(biāo)框架之間的配準(zhǔn)(見例如，計算機外科(Computer Surgery)，75-97頁)。根據(jù)本發(fā)明一種配準(zhǔn)技術(shù)的更詳細例子按照情況(ⅲ)進行，但簡短地說，通過確定要治療的皮膚表面區(qū)域的三維(3D)位置，能把區(qū)域配準(zhǔn)到病人身上。然后當(dāng)病人移動時跟蹤這個表面區(qū)域。結(jié)果是，在不同的重復(fù)之間，即使病人移動，由外科醫(yī)生指定的治療位置也能由系統(tǒng)辨別，而不用由外科醫(yī)生主動地重新指定。該同種能力允許外科醫(yī)生建立在整個連續(xù)重復(fù)中的復(fù)雜治療圖案。例如，對于在將要“電子掩蔽”的較大區(qū)域內(nèi)的區(qū)域附加規(guī)定，外科醫(yī)生能重新照射以前照射過的位置區(qū)域。
情況(ⅲ)系統(tǒng)地在一個區(qū)域上掃描燒蝕UV激光，而當(dāng)某些位置(對其不需要進一步燒蝕)在目標(biāo)區(qū)域中時，自動地“關(guān)閉”激光。圖5描繪一種具有本發(fā)明特征的計算機輔助紫外皮膚燒蝕器系統(tǒng)的一個例子。如所描繪的那樣，外科醫(yī)生能在一個計算機顯示器510上病人505的數(shù)字圖象500上，而不是直接在病人身上，指定感興趣的位置。這將使區(qū)域編輯功能較容易使用。一個攝象機515能安裝在該系統(tǒng)上，從而要治療的皮膚區(qū)域處于其視場內(nèi)。該系統(tǒng)最好如此配置，使數(shù)字圖象可利用計算機525進行顯示、圖象處理、和交互作用。為了保持在攝象機圖象500中的指定區(qū)域、與將由燒蝕激光550掃描的區(qū)域530對應(yīng)，這兩個區(qū)域必須彼此相對地配準(zhǔn)(在下面描述配準(zhǔn))。
作為概括，外科醫(yī)生能使用可見校準(zhǔn)光照射病人，并且進行掃描，以便得到系統(tǒng)相對于病人的適當(dāng)初始位置。外科醫(yī)生記錄(“快拍”)病人的圖象。然后，能進行自動(或半自動)配準(zhǔn)，以用攝象機圖象校準(zhǔn)激光系統(tǒng)?，F(xiàn)在病人一定不能移動，直到完成用燒蝕紫外激光掃描。使用鼠標(biāo)、操縱桿、或觸摸屏幕，外科醫(yī)生在數(shù)字圖象上指定要治療的位置。對這種數(shù)字圖象的研究充分利用了計算機的圖形能力，以提供編輯技術(shù)的一個豐富平臺，如區(qū)域增大、區(qū)域收縮、反轉(zhuǎn)、畫輪廓、顏色辨別等。外科醫(yī)生然后使用燒蝕激光治療該指定位置。病人然后可以移動。然后對于另外的重復(fù)，重復(fù)該過程(快拍圖象、配準(zhǔn)、指定位置、燒蝕)，直到外科醫(yī)生確定完成治療。
配準(zhǔn)情況(ⅱ)和(ⅲ)可能需要某種類型的配準(zhǔn)，以建立在一個參照坐標(biāo)系中一個點坐標(biāo)、與在一個不同參照坐標(biāo)系中的其對應(yīng)位置的關(guān)系。在情況(ⅱ)中，對應(yīng)于病人皮膚區(qū)域上的點(在病人的當(dāng)前位置)可能需要建立與早先限定的皮膚區(qū)域的關(guān)系(在病人移動之前)。在情況(ⅲ)中，必須使數(shù)字圖象中限定的皮膚區(qū)域與病人身上的皮膚區(qū)域有關(guān)，從而能準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)燒蝕激光束。
參照圖6考慮情況(ⅱ)，圖6描繪參照系和根據(jù)本發(fā)明的配準(zhǔn)所需要的這些參照系之間轉(zhuǎn)換的一個例子。為了使病人移動后的皮膚區(qū)域與移動前的相同皮膚區(qū)域配準(zhǔn)，相對于固定到病人身上的坐標(biāo)系統(tǒng)“P”首先限定該皮膚區(qū)域。然后該坐標(biāo)系，相對于與機器人/激光系統(tǒng)有關(guān)的660坐標(biāo)框架“R”，由安裝在機器人/激光系統(tǒng)上的一個可見激光器605重新配準(zhǔn)。這樣的配準(zhǔn)能如此完成，通過把幾個標(biāo)記或基準(zhǔn)610固定在病人身上，當(dāng)跟蹤激光器處于一個安裝位置時把跟蹤激光束607對準(zhǔn)每個基準(zhǔn)，把跟蹤激光器運動到第二安裝位置，并且重復(fù)對準(zhǔn)過程，由此通過三角測量建立R中每個基準(zhǔn)的3維位置。機器人輔助外科手術(shù)室的使用，特別是基準(zhǔn)標(biāo)記用于配準(zhǔn)，在先有技術(shù)中是眾所周知的。見例如，Kazanzides等的“一種用于無粘骨粉髖骨復(fù)位的集成系統(tǒng)(An Integrated System for CementlessHip Replacement)”,IEEE醫(yī)藥工程和生物學(xué)雜志14(IEEE Engineeringin Medicine and Biology Magazine 14),307-313頁(1995年)。
更詳細地說，病人坐標(biāo)框架P通過基準(zhǔn)610確定。這個參照系P是由向量x、y和z構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)正交基。例如，病人坐標(biāo)框架P的x軸可以是由從第一基準(zhǔn)f1到第二基準(zhǔn)f2的直線形成的一個向量，用f1作為框架P的原點。另外的基準(zhǔn)可以置于位置f3和f4處。對于在參照系R中建立的基準(zhǔn)610的3維位置，可以使用Gram-Schmidt正交化，以便按照x和基準(zhǔn)610的坐標(biāo)(在R中)來定義y和z。這種正交化過程的描述給出在Edwards和Penney，基本線性代數(shù)(Elementary Linear Algebra),241-242頁，Prentice-Hall,Englwood Cliffs,NJ,(1988年)。然后以直接方式計算兩個參照系P與R之間的轉(zhuǎn)換RTP。在病人移動的任何時候，例如從位置0到位置1，病人框架從P0變化到P1，并且通過三角測量能建立一種新的轉(zhuǎn)換RTP。
病人參照系中感興趣的區(qū)域通過構(gòu)成經(jīng)過基準(zhǔn)的一個表面620(“基準(zhǔn)表面”)來確定。當(dāng)外科醫(yī)生用跟蹤激光器辨別感興趣的區(qū)域時，這個光束在一組位置625處與基準(zhǔn)表面620相交。對應(yīng)于這些交叉點的3維點組固定在病人坐標(biāo)框架P中，即使當(dāng)病人移動時也是如此。因此，為了在病人移動后配準(zhǔn)感興趣的區(qū)域，只需計算對于基準(zhǔn)新位置的轉(zhuǎn)換RTP。在情況(ⅲ)中對于攝象機記錄的病人數(shù)字圖象的配準(zhǔn)具有許多與情況(ⅱ)的相似之處。而且，按照病人坐標(biāo)框架P，通過校準(zhǔn)激光與經(jīng)已知基準(zhǔn)位置610和交叉點位置625建造的表面620的交叉點，確定感興趣的區(qū)域。主要差別在于，通過三角測量，使用兩個攝象機630而不是使用一個跟蹤激光器的兩個不同位置，確定基準(zhǔn)的位置。攝象機能安裝在相對于機器人/激光框架660的任何固定位置。其相對于機器人/激光框架660的位置(測量框架“M”)，從醫(yī)療過程之前確定的校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換RTP得知，并且在這個過程的進行中不改變。熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員將會理解，可選擇的是，通過把攝象機移動到兩個不同位置能使用一個攝象機。最好在過程之前還建立了一個準(zhǔn)確的攝象機模型，從而得知2維攝象機圖象中每個位置(象素)與映象它的3維點組(在一個錐內(nèi))之間的關(guān)系。給出這個攝象機模型，當(dāng)外科醫(yī)生快拍圖象時，捕獲一對立體圖象，并且可對計算機(未表示)進行訪問。熟知的圖象處理技術(shù)能用來辨別基準(zhǔn)610和建立病人參照系P的坐標(biāo)軸(x、y、z)。在一對攝象機圖象中建立基準(zhǔn)圖象之間的對應(yīng)關(guān)系時的模糊性(例如，如果在該對圖象中的一個圖象中的一個基準(zhǔn)由第二個基準(zhǔn)遮蔽，而在第二圖象中兩個基準(zhǔn)都給出清楚的點)，可以由外科醫(yī)生根據(jù)他對病人的肉眼觀察解決。(見例如，D.H.Ballard和C.M.Brown，計算機觀察(Computer Vision)(Prentice-Hall,Englwood Cliffs,NJ,1982年)，88-93頁)。外科醫(yī)生然后能直接在計算機屏幕上的圖象之一上指定感興趣的區(qū)域，如上述的那樣。如在配準(zhǔn)情況(ⅱ)中那樣，系統(tǒng)把這種指定變換到病人框架P中感興趣的區(qū)域中。該系統(tǒng)然后能遵循這種手術(shù)計劃，即確定對應(yīng)于屏幕上指定區(qū)域的機器人/激光燒蝕位置組。
使用用來定位基準(zhǔn)610的攝象機630的可選擇方法包括利用一個3維數(shù)字化儀640(光學(xué)跟蹤固定到病人身上的發(fā)光二極管標(biāo)記的一個攝象機陣列)，例如，一種OPTOTRAKTM裝置(制造商是Northern Digital,Inc.(北方數(shù)字有限公司)加拿大)(見例如，R.H.Taylor等，“在IBM ThomasJ.Watson研究中心的計算機集成手術(shù)室概述(An overview of computer-integrated surgery at IBM Thomas J.Watson Research Center)”IBM J研究與開發(fā)40(IBM J Research and Development 40)172頁(1996年)或校準(zhǔn)的對準(zhǔn)裝置650(伸出和指向基準(zhǔn)610的機械操縱指針)，例如VIEWINGWANDTM(由ISG Technologies,Inc。制造，加拿大)。幾種安全特征能裝入紫外燒蝕器中。外科醫(yī)生作出關(guān)于哪個皮膚區(qū)域要治療、和多少個光脈沖落到組織的每個位置的決定。他然后能把機器人/激光系統(tǒng)設(shè)置在“自動駕駛”上。但外科醫(yī)生要查看過程，并且能隨時介入，掌握著系統(tǒng)的“手動”控制。這點象一旦選擇了巡航速度就把汽車置于巡航控制中，但具有通過觸及剎車腳踏板立即收回控制的能力。
而且，至今由于用計算機控制向病人皮膚的燒蝕能量輸送，所以受照射皮膚的每個位置能標(biāo)記，并且由計算機記錄其歷史。然后，預(yù)先設(shè)置安全閾值，系統(tǒng)將不會輸送超過該閾值的脈沖，而不用由外科醫(yī)生發(fā)出明白的命令。
圖7描繪根據(jù)本發(fā)明、用來向病人皮膚輸送激光能量同時允許病人在整個過程期間移動的一種可選擇系統(tǒng)的例子。如描繪的那樣，系統(tǒng)包括一個光纖束710，光纖束710的一端夾持到病人戴的遮片715上，而另一端，輸入端720，由燒蝕激光束725以預(yù)定方式掃描。光纖束710最好是可彎曲的并且與病人皮膚鄰接。外科醫(yī)生經(jīng)光纖束710的輸入端720，使用例如一個卡入用來觀看的位置的反射鏡730，能觀看皮膚。這個反射鏡730彈離用于燒蝕的路徑，象單鏡頭反光(SLR)攝象機那樣工作。對于到位的觀看反射鏡，一個攝象機735能觀測病人皮膚，把其圖象750輸送到一個計算機740和計算機顯示器745，并且外科醫(yī)生能標(biāo)記要治療的區(qū)域，如在情況(ⅲ)中那樣。隨著觀看反射鏡730移動變位，燒蝕能進行，激光700以預(yù)定模式穿過光纖710的輸入端720掃描。進行連續(xù)觀看、標(biāo)記、和燒蝕重復(fù)，直到完成該過程使外科醫(yī)生滿意。這個光纖束710的使用消除了在每次重復(fù)之間的重新配準(zhǔn)，因為光纖束輸出端在過程期間相對于病人不移動。
方法-UV皮膚燒蝕根據(jù)本發(fā)明通過脈沖紫外光的皮膚燒蝕，能以對下面真皮的極小損傷和極小的瘢痕組織和紅斑除去表皮組織。由于每個紫外光脈沖除去小于細胞層的組織，所以能夠以很高的精度控制該過程，把皮膚燒蝕到希望深度且一點也不過。
在一個最佳實施例中，把皮膚燒蝕到出血剛好開始的深度，而沒有更深的透入。所以要求過程在一旦檢測到出血就停止燒蝕。要不然，在出血初次線索出現(xiàn)時能減慢該過程，并且使之在另外的、可調(diào)節(jié)的預(yù)定深度處完全停止，該深度取決于病人的皮膚狀態(tài)。再參照圖1，遠比表皮厚的真皮(高達4毫米厚)沒有幾個細胞，并且大多是結(jié)締組織或纖維。血管穿過真皮。皮膚大量充滿血液。平均血液流動比皮膚細胞營養(yǎng)必須的最小流動大許多倍，因為皮膚血液流動起整個機體的熱調(diào)節(jié)器的作用。因而剛好在基膜下面的深度處有大量血液流動。一旦燒蝕過程刺穿毛細管壁，血液就充入切口。
對本發(fā)明的目的來說，血液以一種非常重要的方式不同于周圍的真皮血液中的含水氯離子是200nm以下波長的紫外輻射的強烈吸收劑，吸收在190nm處最大。這種吸收不同于由細胞和蛋白分子對紫外光的吸收吸收的能量不迅速遞減為熱量。所以作為血液主要成分的“鹽水”將“阻塞”入射的紫外光，并且減弱或完全停止燒蝕過程，這取決于多少血液匯集在切口的凹坑中(紫外光子能量把一個電子自氯離子分離，留下一個氯原子和溶入水中的溶劑化電子。最后，在與燒蝕和熱擴散時間相比較長的時標(biāo)上，電子將遇到中性的氯原子，并且重新結(jié)合形成離子，放出光致分離能量加熱，但溫度上升將會極小，并且對組織的活性和形態(tài)沒有影響(見例如，R.J.Lane、R.Linsker、J.J.Wynne、A.Torres和R.G.Geronemus,“皮膚的紫外激光燒蝕(Ultraviolet-Laser Ablation of Skin)”Archives ofDermatology(皮膚病學(xué)檔案)121:609-617(1985年)；和E.Rabinowitch，“電子轉(zhuǎn)移光譜和其光化學(xué)效應(yīng)(Electron Transfer Spectra and TheirPhotochemical Effect)”Reviews of Modern Physics(現(xiàn)代物理回顧)14:112-131(1942年))。利用該效應(yīng)的一種方法是水平定向要治療的皮膚表面，并且從上方把在光致分離能量光譜區(qū)域中的紫外輻射，例如在193nm下的ArF激光輻射，引導(dǎo)到目標(biāo)表面。隨著血液充入切口，它將在重力的影響下匯集，并且起“堵塞”另外的組織燒蝕的作用。要不然，病人可以坐在舒適的位置，并且在刺透毛細管壁時出現(xiàn)的點狀血斑將用來堵塞血點下面組織的進一步燒蝕。由于治療的皮膚厚度是變化的，所以皮膚的不同區(qū)域?qū)⒃诓煌拇┩干疃忍庨_始出血，但對于皮膚的每個區(qū)域，自然出現(xiàn)的出血將堵塞適當(dāng)深度處的燒蝕。
在皮膚燒蝕過程的各點處，將希望除去血液或阻止流血，以防止遮蔽治療區(qū)域。血液能用生理鹽溶液洗掉，但這種溶液將繼續(xù)起“堵塞”由在光致分離能量光譜區(qū)域中的紫外輻射(例如193nm的ArF受激準(zhǔn)分子激光器)的進一步燒蝕的作用。出血區(qū)域也能用去離子水洗滌，去離子水對于ArF、KrF、XeCl、及XeF受激準(zhǔn)分子激光器的紫外波長的輻射是透明的。
圖8描繪一種具有本發(fā)明特征的雙激光系統(tǒng)。如描述的那樣，來自ArF激光器810的第一193nm輻射能用來燒蝕皮膚815，直到出血堵塞燒蝕。其次改變波長(例如，通過使用裝有產(chǎn)生較長波長光的氣體混合物的第二激光器820，如KrF、XeCl、或XeF)，從而第二波長下的輻射將不會由光致分離堵塞，而將由血蛋白吸收，把它加熱到足以凝結(jié)血液。因而，阻止進一步出血，而組織保持愈合的完整能力，而不會形成瘢痕組織。
圖9描繪根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一個例子。如描繪的那樣，使用瞄準(zhǔn)皮膚以重疊紫外輻射955的可見照亮激光910，能檢測出血的證據(jù)，治療從皮膚粗糙表面散射的這個可見光束915，以形成由醫(yī)師的眼睛或由安裝在治療的組織附近的一個光檢測器930能檢測到的可見“光點”。當(dāng)血點出現(xiàn)時，一小部分可見激光束從液體的表面鏡面反射，而大部分可見激光束將由血液中的紅細胞內(nèi)的色素(血紅蛋白)吸收，導(dǎo)致到達光檢測器的光大大地減少。這種信號減少能由終止手術(shù)過程的控制信號960反饋給紫外激光器950的電源，或反饋給光束快門。
要不然，代替透入毛細管真皮到足以引起出血的深度的是，通過對白色真皮邊界925的第一次出現(xiàn)的監(jiān)視，能檢測表皮的完全燒蝕。當(dāng)全部除去著色表皮和基底細胞時，第一次露出真皮。例如，能響應(yīng)檢測白色皮膚組織920，掃描和關(guān)閉小橫截面(與乳頭面積或網(wǎng)脊相比)的聚焦激光束955。這種顏色變化能由醫(yī)師的眼睛觀測到。要不然，由監(jiān)視來自可見激光束915的散射光量的光檢測器930能檢測顏色的變化。為了提高在環(huán)境光存在時檢測顏色變化的能力，光檢測器930可以裝有一個調(diào)諧到照亮可見光激光束915的顏色的濾波器。通過把檢測光限制到圍繞可見激光的窄光譜區(qū)域，檢測方案在所有其他顏色下忽視環(huán)境光，由此提高檢測皮膚邊界外觀和用于反饋以終止手術(shù)過程的精度。
圖10描繪具有本發(fā)明特征一種激光系統(tǒng)的另一個例子。如描繪的那樣，一個激光系統(tǒng)1010能把激光束1050施加到較大的區(qū)域上方，包圍多個乳頭輪廓。一個在光束源1010與皮膚之間的有源遮片1060，能用來關(guān)閉光束的選擇區(qū)域(圖10)。遮片1060能由一個檢測器1070或一個檢測器陣列控制，從而照射的每個皮膚區(qū)域能向一個控制系統(tǒng)1080提供一個基于顏色變化的反饋信號1075，控制系統(tǒng)1080然后禁止或關(guān)閉在一對一“映象”中、照射該區(qū)域的激光束的一部分?；叵胍幌?，表皮1005包含黑色素，而皮膚層1020是白色的。這個遮片能電氣-光學(xué)地控制，或者甚至由轉(zhuǎn)入光束以便堵塞選擇區(qū)域的一個不透光的片狀物陣列機械地關(guān)閉。遮片1060可以放置在光束相對散焦位置處的燒蝕激光束1050中，覆蓋一個較大的區(qū)域。在這樣一個位置處，激光束1050具有這樣低的強度和這樣低的注量，從而不會損害遮片。在這個位置處，陣列的每個元件可以較大。當(dāng)光束由投影透鏡1065聚焦到皮膚上的較小區(qū)域1090上時，穿過每個元件的光將相應(yīng)地縮小及增強。以這種方式，由遮片陣列透射的光圖案可以投影到皮膚上的相應(yīng)較小區(qū)域，產(chǎn)生適于跟隨表皮/皮膚邊界輪廓的橫向精度。另外，聚焦增大了激光束的注量，保證它在用于燒蝕的閾值以上。這樣，能以高的深度精度和橫向控制，可控制地?zé)g表皮1005正好到皮膚邊界，盡管皮膚/表皮界面1015的輪廓是不規(guī)則的亦是如此。
在一個實施例中，光檢測器1070與一個照亮激光器910一起使用并且響應(yīng)它，如圖9中所描繪的那樣。人們知道，皮膚能粗略地模型化為一個多層光學(xué)系統(tǒng)(見光醫(yī)學(xué)科學(xué)(The Science of Photomedicine)，由JamesRegan和John Parrish編輯，Plenum Press,NY,(1982年)，第6章，147-194頁，在這里參考引入其全部內(nèi)容)。曬傷防護與皮膚中黑色素著色程度之間的關(guān)系是眾所周知的。這是因為存在于表皮中并且大部分集中在基膜中的黑色素，是較短波長可見光和紫外輻射的強烈吸收劑。在約從350nm至1300nm的光譜區(qū)內(nèi)(包括從350nm至400nm的近紫外、從400nm至700nm的可見光、及從700nm至1300nm的近紅外)，一般能把表皮模型化為一個光學(xué)吸收元件，而下面的真皮起其漫反射率隨波長而增加的擴散反射器的作用。在這個區(qū)域中的表皮漫反射基本上由皮膚表面處的規(guī)則反射造成(對于通常的入射光束為～5％)。外部(紫外、可見光或紅外)照亮激光的漫反射率變化(如由光檢測器(930、1070)檢測的)，可被反饋以選擇性地關(guān)閉紫外激光或有源遮片1060，這種變化由完全除去含黑色素的表皮造成。例如，照亮激光可以掃描過經(jīng)遮片陣列1060燒蝕的區(qū)域，順序照亮對應(yīng)于遮片陣列元件之一的投影圖象的每個區(qū)域。由光檢測器1070檢測的散射光然后能提供反饋信號1075，以在遮片陣列的位置選擇性地關(guān)閉激光束，遮片陣列的位置投影到已經(jīng)燒蝕到希望深度的區(qū)域上。僅作為例子，人們知道在330nm-400nm和650nm-700nm處，黑色素是高吸收性的而皮膚吸收是可忽略的。對于在這些光譜區(qū)之一中的照亮激光發(fā)射光的波長，可以選擇光檢測器以傳送其響應(yīng)漫反射率的增大(或減小)的控制信號。
作為著色表皮的色素的黑色素，起源于基底細胞層中的黑素細胞。一旦除去基底層，必須再生一個新的基底層，以便向上面的表皮提供色素。如果皮膚除去到這樣的深度，以致于包括在除去區(qū)域中的毛囊損害得太嚴(yán)重，則毛囊將不能起用于再生著色基底層的“種子”的作用，并且愈合區(qū)域?qū)@得比周圍皮膚白得多(包含很少的黑色素)。本發(fā)明的紫外皮膚燒蝕方法和設(shè)備便利地提供了這樣精密的深度控制，從而毛囊將免于損壞，保持有活力并且能夠起完整功能的基底層的再生源的作用，包括能夠提供與周圍皮膚匹配的色素的新鮮黑素細胞。
在除去基底細胞癌的紫外皮膚燒蝕用途中，要治療的皮膚能首先由一種外源試劑染色，一種諸如那些用于活組織檢查樣品的顯微解剖準(zhǔn)備的化學(xué)制品。這將用提供與周圍健康組織有差別的顏色和暗色來“標(biāo)記”疾患。然后圖9的方案能用來控制燒蝕過程，用可見激光束照射燒蝕點處的組織上，測量散射的可見光以確定該點在表面處是有疾患組織還是健康的組織，及當(dāng)健康組織在照射點處時，這種測量用來控制紫外光束的關(guān)閉。在包含基底細胞癌的指定區(qū)域上能進行掃描，并且這種掃描能重復(fù)足夠的次，直到完全除去疾患，所說次數(shù)通過由散射的可見光導(dǎo)出的測量信號確定。
權(quán)利要求
1．一種用來除去皮膚的外科系統(tǒng)，包括一個脈沖光源，能夠發(fā)送超過燒蝕閾值注量Fth的注量F；和一個控制機構(gòu)，與光源聯(lián)接，用來把光從光源引導(dǎo)到皮膚上的位置，并且確定皮膚位置是否已經(jīng)燒蝕到希望深度。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光源是一種紫外光源。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中光源是從一個組中選擇的一種激光器，該組包括具有約193nm波長的氟化氬(ArF)激光器；具有約248nm波長的氟化氪(KrF)激光器；具有約308nm波長的氯化氙(XeCl)激光器；具有約351nm波長的氟化氙(XeF)激光器；及Er:YAG激光器。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中激光器是ArF激光器，該系統(tǒng)進一步包括一個凝結(jié)光源，具有與ArF激光器不同的波長、和較高的血液吸收特性；用來在給定皮膚位置處檢測血液出現(xiàn)的裝置；及響應(yīng)在給定皮膚位置處的血液檢測，用來切換到凝結(jié)光源的裝置。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進一步包括凝結(jié)光源是一個具有約248nm波長的氟化氪(KrF)激光器。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進一步包括凝結(jié)光源是一個具有約308nm波長的氯化氙(XeCl)激光器。
7．根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進一步包括凝結(jié)光源是一個具有約351nm波長的氟化氙(XeF)激光器。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中控制機構(gòu)包括用來沿表皮/皮膚邊界可控制地?zé)g皮膚的裝置。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中用來可控制地?zé)g皮膚的裝置進一步包括檢測靠近或處于表皮/皮膚邊界處顏色變化的裝置。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括用來跨過指定皮膚區(qū)域掃描光的裝置。
11．根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中控制機構(gòu)進一步包括一個或多個可旋轉(zhuǎn)反射鏡，反射鏡定位在光源路徑中以便可控制地掃描光源；一個或多個電機，聯(lián)接到反射鏡上，用來按角度旋轉(zhuǎn)和反饋所述一個或多個反射鏡的角位置；及一個計算機，聯(lián)接到光源和電機上，以便控制電機和在皮膚上的給定位置處選擇性地關(guān)閉光源。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中反射鏡包括至少兩個具有彼此成直角的軸的反射鏡。
13．根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中控制機構(gòu)進一步包括一個計算機，聯(lián)接到光源上，用來在皮膚上的給定位置處選擇性地關(guān)閉光源。
14．根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中控制機構(gòu)進一步包括一個反饋控制機構(gòu)，包括一個照亮皮膚的第二光源；至少一個帶有一個輸入端和一個輸出端的光檢測器；輸入端從第二光源接收散射/反射/發(fā)熒光的光，而輸出端響應(yīng)在輸入端處的第二光源，向系統(tǒng)提供一個反饋信號，使光源在給定位置處被禁止。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，包括一個有源遮片陣列，聯(lián)接到反饋控制機構(gòu)上，用來在已經(jīng)燒蝕到希望深度的給定位置處選擇性地關(guān)閉光源。
16．根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中第二光源包括一個可見光源。
17．根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中第二光源包括一個紅外光源。
18．根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中第二光源包括一個環(huán)境光源。
19．根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中第二光源包括一個既由表皮黑色素較強吸收又由皮膚層較強漫反射的光源。
20．根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科系統(tǒng)，其中光源是一個激光器并且系統(tǒng)包括一個機器人/激光系統(tǒng)，進一步包括一個攝象機，用來觀察皮膚上諸位置的圖象；一個計算機，聯(lián)接到攝象機上，該計算機帶有一個用來顯示的輸出端、和一個用來指定激光指向的皮膚位置的輸入端。
21．根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科系統(tǒng)，其中光源是一個激光器，其中系統(tǒng)進一步包括一個用來把激光束聚焦到直徑約～25μm的小斑點上的機構(gòu)。
22．根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，進一步包括一個配準(zhǔn)裝置，用來建立在一個病人參照坐標(biāo)系中的點坐標(biāo)、與在機器人/激光器參照系中的相應(yīng)位置的關(guān)系。
23．根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，所述配準(zhǔn)裝置進一步包括用來把基準(zhǔn)固定到皮膚上的裝置；一個可移動跟蹤激光器，聯(lián)接到計算機上，用來記錄基準(zhǔn)的3維坐標(biāo)；及三角測量裝置，用來建立基準(zhǔn)在跟蹤激光器參照系中的3維位置。
24．根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，配準(zhǔn)裝置進一步包括用來建立在位置變化之后在病人參照系中對應(yīng)于皮膚區(qū)域的點、與在所述位置變化之前在病人參照系中皮膚的相同區(qū)域的關(guān)系的裝置。
25．根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，配準(zhǔn)裝置進一步包括通過建立在數(shù)字圖象中定義的皮膚區(qū)域上的點、與病人皮膚區(qū)域的關(guān)系，用來準(zhǔn)確引導(dǎo)光源的裝置。
26．根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，配準(zhǔn)裝置進一步包括用來把基準(zhǔn)固定到皮膚上的裝置；一對攝象機，聯(lián)接到計算機上、并且相對于機器人/激光系統(tǒng)安裝在固定位置處，用來記錄基準(zhǔn)的坐標(biāo)；校準(zhǔn)裝置，用來由一種預(yù)定校準(zhǔn)變換建立攝象機的固定位置與機器人/激光系統(tǒng)的關(guān)系；及一種攝象機模型，用來映象2維攝象機圖象中每個位置與在映象到其上的成象空間中的一組3維點之間的關(guān)系。
27．根據(jù)權(quán)利要求20所述的機器人/激光器系統(tǒng)，進一步包括一個或多個可旋轉(zhuǎn)反射鏡，反射鏡定位在光源路徑中以便可控制地掃描光源；及一個或多個電機，聯(lián)接到反射鏡上，用來按角度旋轉(zhuǎn)和反饋一個或多個反射鏡的角位置。
28．根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，進一步包括一根可彎曲光纖束，帶有一個輸出端部和一個輸入端部，輸出端部連接到固定到病人身上的遮片上，而輸入端部適合于以預(yù)定方式接收光源。
29．根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，進一步包括一個可拆除反射鏡，靠近輸入端部定位，用來用攝象機經(jīng)光纖束觀察皮膚。
30．根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中機器人/激光器系統(tǒng)進一步包括一個照亮燒蝕皮膚的第二光源，其中來自第二光源的光由燒蝕位置散射/反射/發(fā)熒光；及一個帶有一個輸入端和一個輸出端的光檢測器；輸入端從第二光源接收光，而輸出端聯(lián)接到系統(tǒng)上，并且向系統(tǒng)提供一個反饋信號，以便在給定位置處禁止脈沖光源。
31．根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中第二光源響應(yīng)血液的出現(xiàn)向光檢測器提供一個禁止信號。
32．根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中控制機構(gòu)包括一個校準(zhǔn)機構(gòu)，包括一個可見光激光器，所述激光器發(fā)射照亮與燒蝕光重合位置處的皮膚的光束；用來跨過皮膚上的位置掃描光束的裝置；及用來記錄掃描光束位置的裝置，聯(lián)接到用來掃描的所述裝置上，用于燒蝕光源跨過皮膚上位置的隨后的自動掃描。
33．在一種包括一個能夠發(fā)送超過燒蝕閾值注量Fth的注量F的脈沖光源的外科系統(tǒng)中，一種用來除去皮膚方法，包括步驟把光從光源引導(dǎo)到皮膚上的位置；及可控制地確定皮膚位置是否已經(jīng)燒蝕到希望深度。
34．根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中光源是一種紫外光源。
35．根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中光源是從一個組中選擇的一種激光器，該組包括具有約193nm波長的氟化氬(ArF)激光器；具有約248nm波長的氟化氪(KrF)激光器；具有約308nm波長的氯化氙(XeCl)激光器；具有約351nm波長的氟化氙(XeF)激光器；及Er:YAG激光器。
36．根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中激光器是ArF激光器，該方法進一步包括步驟在給定皮膚位置處檢測血液的出現(xiàn)；及響應(yīng)在給定皮膚位置處的血液檢測，用來切換到凝結(jié)光源，其中提供的凝結(jié)光源具有與ArF激光器不同的波長和較高的血液吸收特性。
37．根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中凝結(jié)光源從一個組中選擇，該組包括具有約248nm波長的氟化氪(KrF)激光器；具有約308nm波長的氯化氙(XeCl)激光器；及具有約351nm波長的氟化氙(XeF)激光器。
38．根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述可控制確定步驟包括用來沿表皮/皮膚邊界可控制地?zé)g皮膚的步驟。
39．根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述可控制確定步驟進一步包括檢測靠近或處于表皮/皮膚邊界處顏色變化的步驟。
40．根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，進一步包括跨過指定皮膚區(qū)域掃描光的步驟。
41．根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，進一步包括步驟跨過皮膚可控制地掃描光源；及當(dāng)已經(jīng)燒蝕到希望深度時，在皮膚上的給定位置處選擇性地關(guān)閉光源。
42．根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，進一步包括步驟提供一個第二光源，照亮皮膚上的位置；從第二光源接收散射/反射/發(fā)熒光的光；及響應(yīng)所述接收步驟，在給定位置處禁止光源。
43．根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述禁止步驟進一步包括在已經(jīng)燒蝕到希望深度的給定位置處選擇性地關(guān)閉光源的步驟。
44．根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中第二光源從一個組中選擇，該組包括一個可見光源、一個紅外光源、及一個環(huán)境光源。
45．根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中第二光源包括一個既由表皮黑色素較強吸收又由皮膚層較強漫反射的光源。
46．根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述禁止步驟進一步包括響應(yīng)血液的出現(xiàn)在給定位置處禁止光源的步驟。
47．根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中光源是一個激光器，進一步包括步驟觀察皮膚上諸位置的圖象；及指定和顯示激光指向的皮膚位置。
48．根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中系統(tǒng)包括一個機器人/激光器系統(tǒng)，進一步包括建立在一個病人參照坐標(biāo)系中的點坐標(biāo)、與在機器人/激光器參照系中的相應(yīng)位置的關(guān)系。
49．根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，進一步包括步驟把基準(zhǔn)固定到皮膚上；記錄基準(zhǔn)的3維坐標(biāo)；及建立基準(zhǔn)在跟蹤激光器參照系中的3維位置。
50．根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，進一步包括步驟建立在位置變化之后在病人參照系中對應(yīng)于皮膚區(qū)域的點、與在所述位置變化之前在病人參照系中皮膚的相同區(qū)域的關(guān)系。
51．根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，進一步包括通過建立在數(shù)字圖象中定義的皮膚區(qū)域上的點、與病人皮膚區(qū)域的關(guān)系，用來準(zhǔn)確引導(dǎo)光源的步驟。
52．根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，進一步包括步驟把基準(zhǔn)固定到皮膚上；提供一對攝象機，相對于機器人/激光系統(tǒng)安裝在固定位置處，用來記錄基準(zhǔn)的坐標(biāo)；由一種預(yù)定校準(zhǔn)變換建立攝象機的固定位置與機器人/激光系統(tǒng)的關(guān)系；及映象2維攝象機圖象中每個位置與在映象到其上的成象空間中的一組3維點之間的關(guān)系。
53．根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，進一步包括步驟附加一根可彎曲光纖束，該光纖束帶有一個輸出端部和一個輸入端部，輸出端部連接到用于皮膚的遮片上，而輸入端部適合于接收光源。
54．根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中機器人/激光器系統(tǒng)進一步包括用第二光源照亮皮膚，其中來自第二光源的光由燒蝕位置散射/反射/發(fā)熒光；從第二光源接收光；及響應(yīng)所述接收步驟在給定位置處禁止脈沖光源。
55．根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，進一步包括步驟用來自與燒蝕光重合位置處的可見激光的光束照亮皮膚；跨過皮膚上的位置掃描光束；及響應(yīng)所述掃描步驟，記錄掃描光束位置裝置；及響應(yīng)所述記錄步驟，跨過皮膚上的位置自動掃描燒蝕光源。
全文摘要
一種激光系統(tǒng)(稱作紫外皮膚燒蝕器)和方法,能夠清潔、精確地除去皮膚,同時使對治療區(qū)域下面皮膚的附帶損害最小。一個第二激光器,如具有不同波長的紫外光源,透入血液,把它加熱到足以凝結(jié)血液。其他的特征提供精確控制,允許除去深至乳頭真皮的表皮,跟隨乳頭真皮的起伏。而其他的特征提供一種反饋控制機構(gòu),利用諸如可限定的皮膚層的顏色、外觀和漫反射率之類的光學(xué)特征,以控制在每個位置處的燒蝕深度。
文檔編號A61F9/008GK1233454SQ99101609
公開日1999年11月3日 申請日期1999年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月29日
發(fā)明者詹姆斯·杰弗里·懷恩, 斯蒂芬·亨利·高莫里, 杰羅姆·馬文·非爾斯藤 申請人:國際商業(yè)機器公司