TW202508667A - 具有均勻強度分布之低功率雷射治療裝置 - Google Patents

Abstract

低功率雷射治療裝置，其包含一光學系統，此光學系統包含雷射光源、位於所述光源前方的擴束器、在擴束器之前表面上的第一光散射元件構成之一光柵配置，且此裝置包含圍繞該光學系統的殼體，該殼體具有被封閉構件覆蓋的嘴開口，其中在該光學系統前方配置有一第二光散射元件，其填充所述嘴開口，並且擴束器和第一光散射元件以及第二光散射元件係由透明材料製成，該透明材料不會影響通過它的光射線之偏振。

Description

具有均勻強度分布之低功率雷射治療裝置

本發明係有關具有均勻強度分布之低功率雷射治療裝置。本申請案主張2023年8月25號申請的EP專利申請案第23193535.4號之優先權，以及2023年12月21號申請的UK專利申請案第2319853.4號之優先權，其以全文引用之方式併入本案。

有數種已知的雷射治療裝置，其在諸如：尺寸、偏好處理之類型、以及它們是否從市電供電或電源(諸如電池電源)是否獨立於市電等特徵上彼此不相同。

在裝置連接於市電的情況下，特別預防措施應被採取以防止病人遭受任何可能的電擊，而這樣的預防措施通常係由電路實行，其會增加裝置的尺寸和成本。此外，這些電路中的連接線通常會限制裝置的自由移動和使用。

WO 2017/001876 描述一種在光源前方使用擴束器的光治療裝置。在此擴束器之前表面上，布置有多個小型發散透鏡(diverting lenses)構成之光柵。在有發散透鏡置於其上的擴束器前方的一小段距離內，配置有由白色多孔聚乙烯製成、具有高光衰減度之平面擴束器(flat beam expander)。使用這樣的光散射元件之原因在於，該裝置係意欲用以醫治處理對高光強度非常敏感的人眼，因此高衰減係必須的。

此裝置包含可讓電池被配置在其中的長型本體和提供空間給光學元件的頭部部份。

在EP 3 787 742 B1中描述一可攜式、以電池運作的雷射治療裝置，其中由雷射光源發射的可用功率未遭衰減，而且光學元件係以使得它們的強度於中央區域被相加以提升紅外線雷射光在人體組織中之穿透深度的方式配置。該裝置使用至少三個雷射源，在此等光源前方放置有擴束器及光束散射系統。該裝置設置有冷卻肋條以讓由此等多個光源發射的大量熱能散逸。

雷射治療可被使用於深層組織以外的皮膚深度，例如使用於表皮、真皮、或脂肪層。在雷射治療中，使用雷射光去照射大面積的皮膚係有利的，在以電池運作的可攜式裝置之功率和尺寸限制下，醫治面積儘可能大。在此裝置下方以均勻的方式照射皮膚之表面具有許多好處，尤其對於美容用途。

本發明之目的係為了提供可以達到上述該等目的並且可以在照射面積內產生實質上均勻強度的低功率雷射裝置。

根據本發明的裝置係被設計成如後附申請專利範圍中所界定的那般。

本發明有關低功率雷射治療裝置，其包含光學系統，在此光學系統中包含雷射光源、位於所述光源前方的擴束器、和相關聯擴束器之前表面上的第一光散射元件構成之一光柵配置。此裝置另外包含圍繞該等光學系統的殼體，其具有被封閉構件覆蓋的嘴開口。

圖1係位於單一雷射光源10前方、使用於本發明中的光學系統20的放大說明概圖。在光源10前方配置有擴束器11。此擴束器11係由諸如聚甲基丙烯酸甲酯的透光材料製成，並且具有設計為沿向前方向加寬的圓錐的形狀，該向前方向即沿著離開光源10的光和光源10之軸線A的主要方向。在擴束器11之較佳為平面表面且垂直於軸線A的前表面上，設置有第一光散射元件12。

在擴束器11之前正面前方的一段距離處，配置有第二光散射元件13。在各種範例中，第二光散射元件13係由與擴束器11相同或相似的透光材料製成。然而，第二光散射元件13不一定需要由與擴束器11相同的材料製成，但它必須係透光，並且不會改變通過它的光之偏振。在此光學系統內的兩個光散射元件 12、13 的配置，在本文中稱為雙漫射系統。

在某些範例中，光散射元件12包含彼此緊鄰配置以形成光柵的多個金字塔。第二光散射元件13具有內（後）表面，其亦可被設計為面向第一光散射元件12由多個金字塔構成之光柵。在這個範例中，第二光散射元件12之相對（前）表面係平面且其亦垂直於軸線A。

在其他範例中，光散射元件12和光散射元件13包含多個半球體、截錐體和/或隆起。此等金字塔、半球體、截錐體或隆起的底座/較寬部分係此等金字塔、半球體、截錐體或隆起的面向雷射光源10的表面。此等金字塔、半球體、截錐體或隆起被配置成使得該相對表面（例如：此等金字塔、截錐體、半球體或隆起的頂點）面向第二光散射元件13。

作為另一個範例，光散射元件12和光散射元件13包含諸如磨砂漫射透鏡的磨砂漫射元件。光散射元件12、光散射元件13不需要為相同型態。例如：第一光散射元件12可包含多個金字塔，而第二光散射元件13可包含磨砂漫射元件等。

光散射元件12、光散射元件13的使用提供了漫射光束源10的優點，尤其係在有多個光束源的情況下。光源之漫射係重要的，因為它實現了光強度之高衰減，從而允許雷射治療裝置被使用在鄰近於眼睛的地方。

在雙漫射系統（即其中有兩個相對光散射元件12、13的系統）中使用單一雷射光源10，至少提供了可被使用在更寬的醫治處理面積下實現更均勻的光強度的簡化電子組件佈局。因此，需要較少雷射來達到醫治皮膚所需的光強度。

光離開第一光散射元件12並進入第二光散射元件13之表面時，第一散射元件12和第二散射元件13之間的衰減或反射損失將為最少。在此等散射元件包含多個成光柵配置的金字塔時，大部分的發射光將垂直於第二光散射元件13上的多個金字塔之表面進入，因此將使得衰減或反射損失為最少。為了達到衰減或反射損失的最佳減少量，此等金字塔的尺寸與第一光散射元件12和第二光散射元件13之兩相對表面之間的距離被選擇為落在第二光散射元件13的金字塔之高度的1.5至2.5倍之間。第二光散射元件中的金字塔之高度通常係在0.8至1.3毫米的範圍內。第一光散射元件12和第二光散射元件13兩者的金字塔具有約85°至95°之間的頂角。

圖2顯示圖1之包含第二散射元件13的的光學系統20，其設置於殼體31內。在殼體31內有多個光學系統的範例中，第二散射元件13可大到足以覆蓋所有光學系統。在圖2中，第一散射元件和第二散射元件皆包含多個被配置來形成光柵的金字塔。此殼體包含一頭部部分，此頭部包含可將至少光學系統20固定在其中的空腔。作為範例，此殼體可包含一較寬的頭部部分，其具有中空空腔以環繞至少一個光學系統，如EP 3 787 742 B1中所述。然而，本發明的共用殼體31之此頭部部分不一定需要比殼體之本體寬。

圖3係顯示如圖2中配置的光學系統20的示範圖，但其中並未使用第二散射元件13。在這示範圖中，第二散射元件13被一平面透光封閉元件取代。在這個封閉元件前方顯示有由虛線所畫的半圓形16，其繪示在此圖式的平面中量測出的光強度分布曲線。點虛線17被畫在距封閉元件之後正面一距離d處且與其平行。於封閉元件之後正面大於距離d的一距離處，由虛線16描繪的光源10的光強度，只有在一短的分立中央區域中大於線17，而在所有其他區域中，其光強度則小得多。有如此急遽變化的光分布之光學系統無法被使用於皮膚照護，因為在線17下方的大區域中，強度偏小且有大程度變化。

圖4繪示一根據本發明的配置。圖4之系統相似於圖3之系統，但增加了第二散射元件13。由於發生在第二散射元件13中的多重反射之作用，獲得了非常不同的光強度曲線16，其在第二光散射元件13的整個面積上方更加均勻且密集。在比圖3所繪系統大很多的區域中，強度係比參考線17處更高。此外，跨越第二散射元件之長度，此光強度僅略高於此參考強度，因此這個光分布可以被視為實質上均勻。此面積在線17上方之尺寸係與殼體32之前部的直徑大致相同。像這樣，以本裝置醫治的面積將被均勻地照光，其與沒有第二光散射元件13的配置相比有顯著的差異。

在本文提及的概圖中，僅裝置的立視圖已被顯示。熟於此技者將會輕易理解到，在第二光散射元件13後方和殼體之前部分32的嘴的全部面積或幾乎全部面積可以均勻地被照光。

現在將參照圖5，其中光學系統20被配置在殼體32內中央處。在圖5中，構成第一光散射元件12的多個金字塔由它們的頂表面被看見。在雷射光源發射無法被人眼看見的紅外線波長範圍（較佳在808奈米或是接近此波長）內之光之範例中，設置發射可見光之諸如發光二極體（LED）的光源係有利的。例如：光學系統可包含一鄰近於雷射光源10的可見光源。在有多個雷射光源和每一雷射光源的個別第一光散射元件12的範例中，可見光源可被設置於多個光學系統間的中央開口中，該等個別第一光散射元件鄰接在此中央開口之間。在此等第一光散射元件不鄰接的範例中，可見光源可被設置於相鄰的第一光散射元件12之間，其具有每一可見光源指出個別雷射光源是否正在運作的優點。此（此等）可見光源41可與此等雷射光源一同被供能。有利的是，使用者可以看見裝置何時開啟且準備好用於醫治處理。如果使用四個光學系統，顯示於圖4中的分布即呈圓形對稱。

如果不使用四個光學系統而僅三個光學系統被使用，其中它們的中心落在正三角形之頂點上，則相似的強度分布可被獲得。在有三個光學系統的情況下，三個擴束器之本體可由單一部件製成。在這個範例中，三個圓錐具有統一共用中央部分。用於該等三個光學系統的共用本體之成形可以如先前引述的EP 3 787 742 B1的圖2所顯示的那般來進行。或者，此等三個擴束器為三個分立部件，其被塑形以彼此配合並且彼此鄰近配置以形成與單一部件相同的形狀。在這兩個範例中，三個光學擴束器在雷射光源面向的表面具有共用中央區域。

該等第一光散射元件也為金字塔狀，其係沿著此等統一光學系統的整個前表面成多列和多行分布。

圖6顯示具有也配置呈多列和多行的金字塔的第二光散射元件13的後表面。此等金字塔可以被製備為從元件13之塑膠材料的後表面延伸出來，該元件13同時為殼體32的前封閉構件，但此等金字塔也可以被製作成在該元件13之材料中製成的金字塔形凹部或凹陷。使用相反金字塔的可能性對於第一光散射元件12也屬可行。

圖7顯示圖4中所顯示的實施例的立視剖視圖，其中的差異在於第二散射元件13和透光封閉構件19係被製成一體。在某些範例中，封閉構件的厚度係大致為圖4中所示的距離d之相同距離，而因此該裝置的全前表面（即封閉元件19的全前表面）發射具有實質相同強度的雷射光。在使用期間，封閉元件19的圓形前表面可以稍微接觸於待醫治的皮膚區域。如果殼體32的內部表面，例如在此等光學系統周圍和前方的圓柱表面42以及平面後表面43被覆蓋有一光反射（鏡射）層，則光利用效率即可提高，因為落在這樣的表面的光也將被反射和利用。可見光源41也可如上所述被設置呈鄰近於雷射光源。

圖8a和圖8b顯示在單一雷射光源10前方、使用於本發明的光學系統20的放大說明概圖。除了圖1中繪示的光學系統20，圖8a和圖8b的光學系統20額外包含位在第一散射元件12和第二散射元件13之間的魚眼透鏡50。在圖8a和圖8b兩者中，魚眼透鏡50被放置成使得魚眼透鏡50之較寬的底座面向雷射光源10和第一光散射元件12，而魚眼透鏡50的相對錐形端面向第二光散射元件13。

如圖8a所示，魚眼透鏡50可位於第一光散射元件12之表面上。例如：魚眼透鏡50可在第一散射元件12之面向第二散射元件13的表面上與第一散射元件12成一體。或者，魚眼透鏡50可被設置成與第一光散射元件12接觸。例如：魚眼透鏡50可使用黏著劑與第一光散射元件12保持接觸。

然而，如圖8b所示，魚眼透鏡50可為獨立元件，其以第一光散射元件12和第二光散射元件13之間的一距離保持在第一散射元件12和第二散射元件13之間。例如：魚眼透鏡50可由殼體32內的一或多個組件或殼體32本身固定到位。魚眼透鏡50可被設置在本文所述的任何第一光散射元件12和第二光散射元件13之間。

魚眼透鏡50可進一步漫射雷射光源10。此魚眼透鏡被設置成使得其係在雷射光源10的路徑中。在有多個雷射光源的情況下，魚眼透鏡可被設置在一個或所有個別雷射光源10的光路徑中。使用這種配置，光的漫射將顯著提升，同時維持足夠大的光強度來醫治人類皮膚。由魚眼透鏡實現的更大漫射將進一步改善雷射光源10在距離雷射裝置一段距離處的光強度之均勻性，從而使得皮膚的醫治處理面積更加均勻。

作為封閉元件19和兩個擴束器11、21的一部分的第二散射元件13之材料不應影響所發出的雷射光的偏振，並且這樣的材料係例如先前提及的聚甲基丙烯酸甲酯。

非限制性範例之一實施例的尺寸可以被較佳地設計成使得封閉元件19的直徑約在40至50毫米。作為另一個範例，距離d係約8至12毫米。三或四個光學系統可被使用並且如上所述來配置。雷射光源10發射出在對於以808奈米為較佳波長之選定醫治處理係最佳波長範圍內的光。個別光源之功率較佳係介於約100毫瓦(mW)至600毫瓦之間。功率大於600毫瓦的雷射也可被使用。當採用無法被人眼看見的紅外線光，使用與雷射光一同開啟和關閉的引示LED光41會是有利的。

本裝置之主要使用領域係美容，但是其他種類的使用也可以被執行。因此，也提供了根據本文所述的任何實施例和範例的低功率治療裝置以醫治皮膚之美容使用。

本裝置的優點包括均勻的場強度和可用光能量的高效率以及電池運作的使用，因此本裝置可以在任何地方被使用且無關乎市電供應之可用性，並且也不會有電擊危險。

在一個範例中，提供了一低功率雷射治療裝置，其包含：光學系統，其中此光學系統包含：雷射光源、位於所述光源前方的擴束器、在擴束器之前表面上的第一光散射元件構成之一光柵配置、和圍繞此光學系統的殼體，其中此殼體包含被封閉構件覆蓋的嘴開口，其中，在光學系統前方，第二光散射元件構成之一光柵配置填充所述嘴開口，並且其中擴束器和第一光散射元件以及第二光散射元件係由非偏振透光材料製成。

在進一步的範例中，光學系統將進一步包含設置在第一散射元件和第二散射元件之間的魚眼透鏡。

在進一步的範例中，此魚眼透鏡係與第一散射元件成一體。

在進一步的範例中，第一光散射元件和第二光散射元件的所述配置包含由成多列和多行配置的金字塔構成之一光柵配置。

在進一步的範例中，所述金字塔各具有方形的底座且它們的頂角在85°至95°之間。

在進一步的範例中，所述金字塔之高度係0.6至1.3毫米之間。

在進一步的範例中，第二光散射元件與封閉構件成一體。

在進一步的範例中，第一光散射元件和第二光散射元件之間的軸向距離係金字塔之高度的1.5至2.5倍之間。

在進一步的範例中，低功率雷射治療裝置進一步包含：一第二光學系統、一第三光學系統，其中該等三個光學系統具有圓形對稱形狀且它們的中心點落在一正三角形之頂點上。

在進一步的範例中，此等三個光學系統之擴束器包含一共用中央部分，且其中該等三個光學系統包含一共用本體。

在進一步的範例中，低功率雷射治療裝置進一步包含：一第三光學系統；一第四光學系統，其中該等四個光學系統具有圓形對稱形狀且它們的中心點落在一正方形之頂點上，以及其中此等四個光學系統之個別擴束器的相鄰擴束器在個別單點處互相接觸。

在進一步的範例中，第一光散射元件和第二光散射元件之材料及/或擴束器之材料係聚甲基丙烯酸甲酯。

在進一步的範例中，殼體之內表面包含一光反射層。

在進一步的範例中，雷射光源係組配來發射在紅外線波長範圍內的光，其中雷射光源（10）較佳係組配來發射808奈米的光。

在進一步的範例中，此低功率雷射治療裝置包含至少一個LED光源，該至少一個LED光源發射在可見光波長範圍內的光並且與所述雷射光源一起被切換，及/或其中雷射光源（10）中之每一個雷射光源的功率係介於100mW 與 600 mW 之間。

10:雷射光源,光源,光束源 11:擴束器 12:第一光散射元件,光散射元件,第一散射元件 13:第二光散射元件,光散射元件,第二散射元件,元件 16:半圓形,虛線,曲線 17:點虛線,參考線,線 19:封閉構件,封閉元件 20:光學系統 31:殼體,共用殼體 32:殼體 ,前部分 41:可見光源,引示LED光 42:圓柱表面 43:平面後表面 50:魚眼透鏡 A:軸線 d:距離

現在將針對本發明之較佳實施例進行描述，其中將會參考所附圖式。在圖式中： 圖1係一顯示光源與擴束器、第一光束散射透鏡和第二光束散射透鏡之概圖； 圖2係一顯示光源與擴束器、第一光束散射透鏡和第二光束散射透鏡之概圖； 圖3顯示如同圖2中所示者的光源配置在沒有第二散射透鏡之狀況下的光強度分布； 圖4顯示光強度分布，其中此裝置相似於圖2中所示的裝置； 圖5係相似於圖1中所示者的光源配置得到的平面圖； 圖6係相似於圖1中所示者的光源配置的另一平面圖； 圖7係雷射治療裝置的放大圖； 圖8a係一顯示光源與擴束器、第一光束散射透鏡、魚眼透鏡、和第二光束散射透鏡之概圖； 圖8b係一顯示光源與擴束器、第一光束散射透鏡、魚眼透鏡、和第二光束散射透鏡之概圖。

10:雷射光源，光源，光束源

11:擴束器

12:第一光散射元件，光散射元件，第一散射元件

13:第二光散射元件，光散射元件，第二散射元件，元件

20:光學系統

31:殼體，共用殼體

Claims (15)

1. 一種低功率雷射治療裝置，其包含： 一光學系統，其中該光學系統包含： 一雷射光源； 一位於所述光源前方的擴束器； 在該擴束器之一前表面上之第一光散射元件構成的一光柵之配置；以及 圍繞該光學系統的一殼體， 其中該殼體包含被一封閉構件覆蓋的一嘴開口， 其中，在該光學系統前方，第二光散射元件構成的一光柵之配置填充所述嘴開口，並且 其中該擴束器和該等第一光散射元件以及該第二光散射元件係由非偏振透光材料製成。
2. 如請求項1中請求的裝置，其中該光學系統進一步包含安置於該第一散射元件和該第二散射元件之間的一魚眼透鏡。
3. 如請求項2中請求的裝置，其中該魚眼透鏡係與該第一散射元件成一體。
4. 如請求項1中請求的裝置，其中該第一光散射元件和該第二光散射元件之所述配置包含成多列和多行配置的金字塔構成之一光柵配置。
5. 如請求項4中請求的裝置，其中所述金字塔各具有方形的底座且它們的頂角在85°與95°之間。
6. 如請求項4中請求的裝置，其中所述金字塔之高度在0.6與1.3毫米之間。
7. 如請求項1中請求的裝置，其中該第二光散射元件與該封閉構件成一體。
8. 如請求項4中請求的裝置，其中該第一光散射元件和該第二光散射元件之間的軸向距離在該等金字塔之高度的1.5至2.5倍之間。
9. 如請求項1中請求的裝置，進一步包含： 一第二光學系統， 一第三光學系統， 其中該等三個光學系統具有圓形對稱形狀，且它們的中心點落在一正三角形之頂點上。
10. 如請求項9中請求的裝置，其中該等三個光學系統之擴束器包含一共用中心部分，且其中該等三個光學系統包含一共用本體。
11. 如請求項1中請求的裝置，進一步包含： 一第三光學系統； 一第四光學系統， 其中該等四個光學系統具有圓形對稱形狀，且它們的中心點落在一正方形之頂點上，以及其中該等四個光學系統之個別擴束器的相鄰擴束器在個別單點處互相接觸。
12. 如請求項1中請求的裝置，其中該第一光散射元件和該第二光散射元件之材料及/或該等擴束器之材料為聚甲基丙烯酸甲酯。
13. 如請求項1中請求的裝置，其中該殼體之一內表面包含一光反射層。
14. 如請求項1中請求的裝置，其中該雷射光源係組配來發射在一紅外線波長範圍內的光，其中該雷射光源(10)較佳係組配來發射808奈米的光。
15. 如請求項1中請求的裝置，其包含至少一個LED光源，該至少一個LED光源發射在可見光波長範圍內的光，並且與該等雷射光源一起被切換，及/或其中該等雷射光源(10)中之每一個雷射光源的功率係介於100mW 與 600 mW 之間。