本文针对当下激光系统在医疗中应用的不足之处，提供了一种完善的用于医疗的激光软件系统，如图1所示。该系统包括激光源，光学模块和耦合至光学模块的控制器。激光源被配置为产生一系列脉冲激光；光学模块被配置为基于一系列脉冲激光在患者上提供一系列聚焦激光点；控制器被配置为控制光学模块和用于保持患者的平台中的至少一个，以移动患者身上的一系列聚焦激光点以形成扫描图案。并提供了一种用于医疗的方法，基于一系列脉冲激光器，产生一系列脉冲激光，检测患者的治疗目标，提供了一系列聚焦激光点。一系列聚焦的激光点在患者身上移动，以根据检测到的患者治疗目标形成扫描图案。
一、用于医学治疗的软件系统现状
激光治疗被广泛应用于各种医疗中，其中激光器软件系统的设计显得尤为重要。在一些使用激光进行医学治疗的现有软件系统中，现有的激光软件解决方案包括将单个高功率大尺寸光斑直接施加到人体目标以进行治疗，或者同时在人体皮肤表面施加一束分离的激光束，具有相对较大尺寸(例如，直径大于1mm)的未聚焦激光点被直接应用于血管、牙齿[1]、骨骼、肿瘤或其他人体组织或器官。尽管在这些系统中单脉冲能量很大，但是由于激光点的尺寸较大，因此能量密度相对较低。由于热效应，每个单个脉冲的高功率可能会损坏周围的组织，单脉冲激光的高能量会因为其峰值功率而对人体组织造成不可挽回的伤害。
另一方面，单脉冲激光的相对较长的持续时间(例如，高于100ps)也会由于热传导而对靠近激光点暴露区域的人为问题造成热损害。在一些其他现有系统中，单个脉冲激光器可以被分成分布在一个区域中的多个较小的激光点，即形成点矩阵。但是，由于激光能量也被分为每个激光点，因此能量密度也降低了。
二、使用一系列脉冲激光的医学治疗系统
1. 系统介绍
如图1所示，该系统包括激光源、光学模块和耦合至光学模块的控制器。激光源可以是任何合适类型的激光源，包括但不限于光纤激光器、固态激光器、气体激光器和半导体激光器。激光源可以被配置为产生任何合适波长的一系列脉冲激光，例如532nm激光、600 1 ,000nm激光、1 ,064nm激光、1 ,550nm激光等。每个脉冲激光的持续时间不大于50皮秒(ps)，每个脉冲激光的持续时间可以在50飞秒(fs)和50ps之间，例如50fs、60fs、70fs、80fs、90fs、100fs、200fs、300fs、400fs、500fs、600fs、700fs、800fs、900fs、1ps、2ps、3ps、4ps、5ps、6ps、7ps、8ps、9ps、10ps、20ps、30ps、40ps、50ps，由上述任何数值确定的下限值限定的任何范围，或者由这些值中的任何两个数值定义的范围。每个脉冲激光器的持续时间明显低于将电子能量转移到材料晶格所需的弛豫时间的尺度。结果，在通过气化释放的热能可以通过热传导对周围的人体组织产生热效应之前，每个脉冲激光都可以停止。
每个脉冲激光器可以是单个脉冲，也可以包括一系列脉冲。图2是具有一系列脉冲串的脉冲激光器。一系列脉冲激光器可以由激光源以频率F产生，并且每个脉冲激光器的脉冲宽度为T。当以脉冲串模式产生脉冲激光器时，可以在相同的脉冲宽度T中产生N个脉冲串，其中N是大于1的整数，例如2到100之间。在一些实施例中，脉冲串的频率在纳秒(ns)的范围内，并且激光脉冲的频率F在微秒(μs的范围内。结果，激光能量可以首先通过每个脉冲在ns级的脉冲内累积，然后再次通过脉冲在μs级的累积，从而在不需要增加峰值能量的情况下实现非常高的能量密度。即，每个聚焦激光点可以由1 N脉冲串形成。
检测模块110通过光学系统CCD等设备，从患者的病变部位获取图像，由软件的机器视觉模块对图像进行识别[2]处理。模块获取需要激光治疗的区域图形[3]，软件根据医生输入的治疗参数（配方）计算并生成相应的覆盖点阵[4]或曲线区域图[5]，并将该区域图转换并形成一系列的控制命令集发送给控制模块108。
光学模块104可以光学地耦合到激光源102，并且包括扫描单元112和聚焦单元 114[6]。光学模块104可以被配置为基于由激光源102产生的一系列脉冲激光在患者101上提供一系列聚焦激光点阵图案[7]。在一些实施例中，光学模块可操作地耦合到控制器108并且从控制器108接收控制信号和指令。扫描单元112可以被配置为基于控制器108的控制，改变方向，其中至少一些脉冲激光向患者101发射。即，扫描单元112可以按照由控制器108控制的朝向患者101的扫描速率在扫描角度内扫描脉冲激光。在一些实施例中，扫描单元112包括检流计和/或偏振器。扫描单元112可以进一步包括任何其他合适的扫描镜和扫描折射光学器件。
平台106可以被配置为支撑患者101。在一些实施例中，平台106包括手术台，医院病床或在医疗期间用于保持患者101的任何合适的平台。在一些实施例中，平台106还被配置为基于控制器108的控制，在医学治疗期间改变患者101的位置。平台106可以改变患者101的整个身体或任何部分的位置，例如头部、牙齿、手臂、腿等。
控制器108可以操作耦合到激光源102，光学模块104和/或平台106，并且通过控制信号和指令来控制激光源102，光学模块104和/或平台106的操作。在一些实施例中，控制器108被配置为控制光学模块104和/或平台106以移动患者101上的一系列聚焦激光点阵[8，9]以形成扫描图案。当光学模块104朝着患者101扫描聚焦的脉冲激光时，保持患者101的平台106和光学模块104之间的任何相对运动都可以引起聚焦的激光点在患者101上的运动，从而基于该相对运动形成扫描图案。通过控制平台106和光学模块104之间的相对运动，例如方向和速度，控制器108可以控制患者101上的扫描图案，例如其尺寸和/或形状。此外，控制器108可以通过控制激光源102的操作来调整由激光源102产生的脉冲激光的参数，从而进一步控制扫描图案[10]。在一些实施例中，扫描模式由诸如医生或医疗技术人员之类的操作员基于个人医疗经验和知识、治疗规则和/或患者101的观察状况手动确定。在一些实施例中，由控制器108基于患者101的治疗目标(例如，肿瘤、牙齿、病变等)自动或半自动确定扫描模式。
2. 优势
该系统的使用基于低持续时间脉冲激光器的一系列聚焦激光点阵图案[11，12]。通过减小激光点的大小和每个脉冲激光器的持续时间，可以显著增加激光能量密度，从而大大提高了治疗效率和有效性。此外，当每个脉冲激光的持续时间短于对周围人体组织的热传导所需的时间时，减少的每个脉冲激光的持续时间(例如小于50ps)可以避免对患者的热损害。而且，通过形成一系列聚焦的激光点，与同时形成一系列激光点不同，无需牺牲每个激光点的能量密度，并且可以通过调整由一系列聚焦激光点阵形成的扫描图案[13]，轻松控制治疗区域和参数。
三、该系统的实际应用
该系统的聚焦激光点可用于美容医学[14][15][16][17]。如图3所示，该系统可以在人脸604或人体的任何其他部位上形成扫描图案602，以用于美容医学上的治疗目标，例如疤痕、色素病变、纹身、皮肤不规则、衰老迹象、皮肤松弛、皱纹、痣、肝斑、赘生物、橘皮组织、多余的头发、皮肤变色和网状血管。可以基于人脸604上的治疗目标来确定扫描图案602，并且可以通过一系列聚焦激光点的移动来形成扫描图案602。可以精确控制每个聚焦激光点的功率、大小和/或形状，以用于美容医学应用。
其次，该系统的聚焦激光点可用于牙科[18]。如图3所示，可以在牙齿608上形成扫描图案606以用于牙齿清洁，例如去除牙菌斑或龋齿。在一些实施例中，可以通过在具有非常高的能量密度的小区域上重复地施加一系列聚焦的激光点以用于牙科手术，从而在牙齿608上形成通孔609。
该系统还可以应用于骨科，如图3所示，可以形成穿过皮肤到骨612表面的扫描图案610以去除骨组织。在一些实施例中，可以通过在具有非常高的能量密度的小区域上重复施加一系列聚焦的激光点以在骨外科手术中形成贯穿骨612的通孔613。
该系统的一系列聚焦激光点也可用于肿瘤学。如图3所示，形成穿过皮肤到器官616的表面的扫描图案614，以精确地去除在器官616上形成的肿瘤。可以基于肿瘤确定扫描图案614，并且可以通过一系列聚焦激光点的移动来形成扫描图案614。
总结：激光的相干性、高单色性等多种功能使其被广泛应用于各种医学治疗中，但是现有的激光治疗软件设计的系统都是将单个高功率大尺寸光斑直接施加到人体目标以进行治疗，或者同时在人体皮肤表面施加一束分离的激光束，激光点的尺寸较大，能量密度相对较低，而且由于热效应，单脉冲激光的高能量会因为其峰值功率而对人体组织造成不可挽回的伤害。因此，现有激光系统在软件设计上仍存在不足之处，本人从激光软件的研发入手，研究设计了一系列脉冲激光的医学治疗系统和方法，通过形成一系列聚焦的激光点，与同时形成一系列激光点不同，无需牺牲每个激光点的能量密度，并且可以通过调整由一系列聚焦激光点形成的扫描图案，轻松控制治疗区域和参数，该软件被广泛应用于各个医疗行业，如，骨科、牙科、美容医学、肿瘤学等，具有极高的理论价值和实践价值。
参考文献
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图 1
图 2
图 3
图4： 男性， 激光器参数为：1.6w@500K@1个脉冲, 100mm/s, 5遍
