CN117479907A - 改善正常衰老眼睛的眼功能和健康的视网膜照射系统和方法 - Google Patents

Abstract

将至少一个脉冲光束施加至眼组织以升高眼组织的温度，从而对该组织进行光刺激。该至少一个光束具有波长、占空比、功率和脉冲串持续时间的参数，这些参数经选择以实现治疗性或预防性效应，同时不对眼组织造成永久性损伤。眼组织光刺激改善了眼健康和功能并且减缓或预防与正常衰老眼睛相关的病变。

Description

改善正常衰老眼睛的眼功能和健康的视网膜照射系统和方法

技术领域

本发明涉及改善正常衰老眼睛的眼功能和健康的系统和方法。特别地，本发明利用亚阈值二极管微脉冲激光(SDM)束的施加来改善正常衰老眼睛的功能和健康。

背景技术

老年，以及伴随和导致衰老的慢性疾病，是一种相对较新的现象。除了人类历史进步的最新时刻外，人类的寿命很少超过几十年；通常由于创伤、饥饿、暴露和/或感染而缩短。由于生物学上的当务之急是繁衍而非主动且刺激退休，身体的修复机制主要是为了应对年轻人的严重生存威胁。因此，衰老的潜伏和缓慢进行的退化是这些普遍存在、高度保守和强大的愈合过程的不良激活剂。老龄化是现代问题。

由于衰老是常见的正常过程，因此不能将其视为疾病。正常衰老伴随着身体的各种生理和结构变化，这些变化虽然不能代表疾病状态，但可能降低功能。与此同时，年龄的增长增加了发展大量与年龄相关联的疾病过程的倾向。因此，通过在正常衰老过程中培养和保持最佳的健康和功能，可以最大限度地提高功能，并将各种疾病状态的可能性和进展降至最低，从而最大限度地减少与这些疾病状态相关联的不良事件，诸如视力丧失或心肌梗死。

眼睛的视网膜色素上皮(RPE)是由立方细胞组成的单层，构成了眼睛的一个独特且至关重要的层。在胚胎学上，RPE来源于神经视上皮细胞，并通过诱导眼睛的邻近组织成为神经感觉视网膜、血管脉络膜和结构巩膜而引起分化。这一过程是眼睛发育期间的由RPE阐述的化学介质指导的。

RPE中的胚胎缺陷，如果很小，可能导致眼睛部分无法正常发育。这些区域称为“缺损区”。在没有正常RPE的严重病例中，眼睛不能发育成任何程度的正常结构或功能。RPE失效在正常眼部发育后的影响概括了作为对邻近组织的营养作用的诱导作用。在出生后对RPE的损伤或RPE的死亡会导致神经感觉视网膜和脉络膜的萎缩和功能丧失。一旦这种损伤发展起来，它就会进展，尤其是在老年。

在正常功能中，RPE有几个对视觉功能至关重要的作用。这些作用包括建立和维持血眼屏障；维持和处理神经感觉视网膜光感受器外部节段；维持大量液体从玻璃体通过视网膜流入脉络丛；以及一种独特的内分泌功能，其中它作为细胞间、局部作用和全身性作用化学因子(诸如趋化因子、细胞因子、白介素以及局部和全身性免疫的各种调节剂)的受体和调节剂，负责维持正常的视网膜功能。

衰老与慢性炎症的关联，通常被称为“炎症衰老”，现在被认为是几乎所有与年龄相关的慢性疾病的重要组成部分，包括年龄相关性黄斑变性(AMD)。与急性炎症不同，炎症衰老是低级别的、慢性的、持续的和自我延续的，并导致组织退化。为了理解炎症生成的机制，我们必须首先理解免疫系统在维持正常组织功能和内稳态中的根本作用。

正常的细胞活动导致蛋白质二级和三级结构的获得性异常(错误折叠)和聚集，在足够的程度上，这可能导致细胞功能障碍。因此，在健康细胞中，存在持续的监测和修复，以维持正常的细胞功能和内稳态。然而，在疾病中，这些异常往往无法修复且/或超出细胞成功管理它们的能力。蛋白质错误折叠(以及因此的正常功能丢失)的选择列表和严重程度通常是主要潜在疾病过程或压力源的特征。在本案中，压力源是正常的衰老。

再者，正常组织和患病组织都会产生废物或“自身碎片”，其中包括受损的细胞和大分子。在疾病中，这种废物的积累是过度的并且因此是进行性的，最终损害组织结构和功能。在组织水平上，修复这种损伤和清除这种废物的机制是炎症介导的(炎症是修复的先决条件)，并依赖于常驻巨噬细胞和肥大细胞。随着年龄的增长，这种“内务管理”功能变得不那么有效，这主要是由于自身碎片产生的增加与低效清除的结合，需要另外的炎症输入来维持组织处于生理(正常)或接近生理的工作状态，这一过程可能由“炎症小体”的组装介导，但最终会受到损害。炎症小体是一种多蛋白刺激依赖性寡聚物，通过促进促炎细胞因子和白介素的分泌来激活慢性炎症过程。

炎症小体的失调是所有慢性疾病的特征，并可能导致被称为“细胞焦亡”的炎症细胞死亡，这与细胞凋亡不同。这种介于基础生理炎症与病理炎症之间的高度炎症状态称为“副炎症”。随着年龄的进一步增长，炎症风险继续上升，最终升级为需要动员全身性免疫应答，包括招募另外的白细胞以及表达全身性促炎细胞因子。因此，老年人组织内稳态的维持需要不断增加的炎症反应，以解决不断增加的修复需求，最终从副炎症转移到被称为“炎症衰老”的自我延续和退行性慢性炎症状态。

就眼睛而言，有几个问题与正常衰老相关联，还有一些与疾病相关联的病理位于视网膜本身之外。正常衰老与视觉功能的略微下降相关联，尤其是暗适应和中间视力受损。这些功能的更严重的损害可能预示着未来的疾病。白内障的形成是可逆性年龄相关性视力丧失的最常见原因。老花眼是一种正常的衰老事件，通常发生在35岁左右，眼睛失去了近距离聚焦的能力。眼压升高也是一种常见的衰老现象，严重时可能导致或导致视神经损伤，如开角型青光眼。

因此，持续需要改善正常衰老眼睛的眼功能和健康的系统和过程，从而减缓或预防与正常衰老的眼相关的视力和病症。本发明满足这些需求，并提供其它相关优点。

发明内容

本发明一般涉及改善正常衰老眼睛的眼功能和健康的系统和方法。改善眼睛的眼功能和健康减缓或预防与正常衰老眼睛相关联的病变。

一种用于对正常衰老眼睛组织进行光刺激的系统，包括至少一个激光控制台，其生成至少一个微脉冲治疗激光光束。该至少一个治疗激光光束具有参数以治疗视网膜组织而不损伤或摧毁所述视网膜组织，包括具有介于750nm与1300nm之间的波长、小于10％的占空比和介于0.1与0.6秒之间的脉冲串持续时间。该至少一个激光控制台可包括多个激光控制台。至少多个所生成的治疗激光光束具有不同波长。

该至少一个治疗激光光束穿过至少一个光学透镜或光罩以将该至少一个治疗激光光束在光学上成形。该至少一个光学透镜或光罩可包括衍射光学器件以从所述至少一个治疗激光光束生成多个治疗光束，所述多个治疗光束被同时投射到视网膜组织上。

同轴广角非接触式数字光学摄像机，其将所述至少一个治疗激光光束投射或将多个治疗光束同时投射至所述正常衰老眼睛的所期望位点的区域以进行视网膜光疗法或光刺激，从而改善眼健康且减缓或预防正常衰老病变。

一个机构将该至少一个治疗激光光束在包括中央凹的至少一部分的基本上整个视网膜上可控地移动。该机构可在该至少一个治疗激光光束连续脉冲施加至第一治疗区域与至所期望位点的至少一个其它区域之间的间隔期间将该至少一个激光光束可控地移动，以进行视网膜光疗法或光刺激，然后使该至少一个治疗激光光束在包括1至3毫秒的预设时间段内返回至第一治疗区域以将该至少一个治疗激光光束的另一脉冲施用施加至第一治疗区域。

该组织优选地至少在施加所述至少一个治疗脉冲光束期间的温升介于6℃与11℃之间，同时在6分钟时间段内的平均靶组织温度维持在低于或为1℃。

根据本发明的用于对正常衰老眼睛进程光刺激的方法包括提供具有波长、占空比、功率和脉冲串持续时间的参数的脉冲光束，这些参数经选择以升高眼组织温度，从而实现治疗性或预防性效应。眼组织在几分钟内的温升被维持在或低于预设水平以不对眼组织造成永久性损伤。脉冲光束可具有介于530nm与1300nm之间的波长、少于10％的占空比和介于0.1与0.6秒之间的脉冲串持续时间。更优选地，波长为介于750nm与1000nm之间，并且占空比为介于2％与5％之间。脉冲光束可具有介于0.5与74瓦之间的功率。

将脉冲光束施加至包括眼睛的视网膜组织的靶组织，持续短于一秒，以对眼组织进行光刺激而不对该眼组织造成永久性损伤。可将脉冲光束施加至基本上整个视网膜上，包括中央凹的至少一部分。

靶组织至少在施加脉冲光束期间的温升介于6℃与11℃之间，同时在几分钟内的平均靶组织温度维持在低于预设水平。可在6分钟时间段内将靶组织温度维持在1℃。

可将多个脉冲光束同时施加至靶组织。至少多个脉冲光束可具有不同波长。

可将光束施加至第一靶组织区域，并且在脉冲光束的脉冲之间移动至一个或多个另外的靶组织区域，然后在根据占空比的包括少于一秒的脉冲之间的时间段内返回并且重新施加至第一靶组织。

可通过下述对靶组织进行第一治疗：在包括少于一秒的第一时间段内对靶组织重复施加脉冲能量以可控地增加靶组织的温度，从而治疗性地治疗靶组织而不摧毁或损伤靶组织，并且在靶组织中创建第一水平的热休克蛋白激活。在包括3秒至3分钟的间隔时间内，停止向所述靶组织施加脉冲能量。在该间隔时间后，立即通过下述对接受所述第一治疗的靶组织进行第二治疗：在包括少于一秒的第二时间段内对靶组织重复施加脉冲能量以可控地增加靶组织的温度，从而治疗性地治疗靶组织而不摧毁或损伤靶组织，并且在靶组织中创建大于第一水平的第二水平的热休克蛋白激活。

参考附图，从下述更详细的说明书中将明显可知本发明的其它特征和优点，该附图以示例途径例示性说明了本发明的主旨。

附图说明

附图例示性说明本发明。在附图中：

图1A和图1B是例示性说明激光源的平均功率与激光的光源半径与脉冲串持续时间对比的图；

图2A和图2B是例示性说明温度衰减时间取决于激光光源半径和波长的图；

图3是例示性说明根据本发明的用以生成激光光束的系统的图解视图；

图4是例示性说明根据本发明的用以生成激光几何图案的光学器件的图解视图；

图5是根据本发明而使用的光学扫描机构的俯视图；

图6是图5的光学扫描机构的部分部件分解图，例示性说明其各种组成零件；

图7例示性说明，根据本发明的一个实施方案，激光点的示例性几何图案网格的受控曝光偏移以治疗靶组织；

图8是例示性说明线控制扫描模式的几何对象用来治疗靶组织区域的图解视图；

图9是类似于图8但例示性说明几何线或棒旋转以治疗靶组织的图解视图；

图10是例示性说明根据本发明的用以生成用于治疗组织的激光光束的替代实施方案的系统的图解视图；

图11是例示性说明根据本发明的用以生成用于治疗组织的激光光束的又一实施方案的系统的图解视图；

图12A至图12D是图解视图，例示性说明根据本发明，在单次治疗环节中，在预设的间隔时间过程中将微脉冲能量施加至不同的治疗区域，并再次施加能量至先前治疗的区域；

图13至图15是说明根据本发明的实施方案的治疗功率与时间的关系的图；

图16A和图16B是说明在温度突然增加后HSP细胞系统组分的行为随时间变化的图；

图17A至图17H是说明在温度突然增加后的第一分钟内HSP细胞系统组分的行为的图；

图18A和图18B是例示性说明下述的图：根据本发明，激活HSP及未激活HSP的浓度在一分钟的间隔内在细胞质储层内的变化

图19是说明根据本发明的改良率与治疗间隔对比的图。

具体实施方式

如附图中所示，且如本文中更完全的描述，本发明针对输送脉冲能量的系统和方法，该脉冲能量为诸如一个或多个光束等，且具有经选择的能量参数以在组织内造成热时间进程以在短期内将该组织温度升高至足够的水平，以实现治疗效应并同时将更长时间段内的平均组织温度维持在低于预设水平，从而避免永久性的组织损伤。据信，该热时间进程的创建刺激热休克蛋白激活或产生并促进蛋白质修复而不造成任何损伤。

发明人已经发现，可将电磁辐射施加至视网膜组织，施加方式为不摧毁或损伤该视网膜组织且同时实现对于眼病的有益效应。更具体地，可产生激光光束，该激光光束是治疗性的，但对视网膜组织细胞为亚致死并因此避免了该视网膜组织内的损伤性光凝固，这提供了对于眼部的视网膜组织的预防性和保护性治疗。据信，这可能是至少部分地由于在视网膜组织中对热休克蛋白的刺激和活化以及对蛋白修复的促进。

必须考虑并选择光束的各种参数，使得所选择的参数的组合实现治疗性效应，同时不永久性地损伤组织。这些参数包括激光波长、激光源半径、平均激光功率、脉冲总持续时间、和脉冲串的占空比。

这些参数的选择可以通过要求HSP激活的阿伦尼乌斯(Arrhenius)积分大于1或一(unity)而确定。使用阿伦尼乌斯积分来分析作用于生物组织的影响。同时，所选择的参数必须不对组织造成永久性损伤。因此，也可使用损伤的阿伦尼乌斯积分，其中所解得的阿伦尼乌斯积分小于1或一(unity)。

或者，满足了FDA/FCC对每克组织的能量沉积和在几分钟内测量的温升的约束，以避免永久性的组织损伤。一般来说，介于6℃与11℃之间的组织温升可诸如通过激活热休克蛋白创建治疗性效应，而在某些情况下，在长时间内诸如几分钟诸如6分钟内将组织平均温升维持在低于预设温度诸如1℃或更小，将不会永久性地损伤该组织。

发明人已经发现，生成波长大于532nm、占空比小于10％、预设的强度或功率和预设的脉冲长度或曝光时间的亚阈值、亚致死的微脉冲激光光束，创建了所希望的视网膜光刺激而没有任何可见的烧伤区域或组织破坏。更具体地，波长介于550nm至1300nm之间且在尤其优选的实施方案中介于750nm与1000nm之间、占空比为大约2.5％至5％以及预设强度或功率(如，在视网膜处为介于100至590瓦/平方厘米之间，或在视网膜的每个治疗点处为大约1瓦/激光点)和预设的脉冲长度或曝光时间(如，100至600微秒或更短)的激光光束，创建了亚致死的“真实亚阈值”视网膜光刺激，其中曝露于激光照射中的视网膜色素上皮细胞的所有区域得以保存且可用以在治疗上有所贡献。换句话说，发明人已经发现，将视网膜组织提升到至少为治疗水平但低于细胞或组织的致死水平，再次创建了先前技术方法的光环效应而不摧毁、烧伤或损伤视网膜组织。这在本文中称为亚阈值二极管微脉冲激光治疗(SDM)。

SDM不产生激光诱导的视网膜损伤(光凝固)，没有已知的负面治疗效应，且已被发现为大量视网膜病变(包括，糖尿病黄斑水肿(DME)增生性糖尿病视网膜病变(PDR)、视网膜静脉阻塞引起的黄斑水肿(BRVO)、中心性浆液性脉络膜视网膜病变(CSR))的有效治疗方法；用来逆转药物耐受性；以及作为进行性退行性视网膜病变诸如、干年龄相关性黄斑部退化、斯塔加特氏病、视锥细胞营养不良和色素性视网膜炎的预防性治疗方法。SDM的安全性使得其可以在20/20视敏度的眼睛中穿过中央凹使用，以降低由于牵涉中央凹的早期DME造成的视力丧失风险。

SDM藉以能够工作的机制据信是热休克蛋白(HSP)的生成或激活。尽管存在无数种可能的细胞异常，所有类型的细胞拥有共同的且高度保守的修复机制：热休克蛋白(HSP)。HSP在几乎任何类型的细胞应力或伤害后几乎马上(几秒钟至几分钟内)被引出。在不存在致死性细胞伤害的情况下，HSP在修复视觉细胞并令其朝着更正常的功能状态回复中极其有效。尽管HSP是暂时性的，峰值通常持续几个小时且延续数日，但它们的效应可以是持久性的。HSP减轻炎症，而炎症是多种病变的共同因素。

激光治疗可诱导HSP产生或激活并改变细胞因子表达。非致死细胞应力(例如，激光照射)越突然且剧烈，HSP激活越迅速且强劲。因此，由每次SDM曝光产生的急剧变化(每100μs微脉冲大约提升7℃，或70,000℃/sec)的重复低温热峰的爆发，在刺激HSP的激活中尤其有效，特别是与非致死性曝露于使用连续波激光的亚阈值治疗相比，其可仅将该低平均组织温升加倍。

在SDM治疗中，通常持续几分之一秒的微脉冲短串照射视网膜上的一个点。据信，由这种照射引起的瞬时热休克激活休眠的细胞质热休克蛋白(HSP)。随后，这些激活的HSP启动一系列反应，其最终结果为受损的细胞蛋白质的重新折叠或破坏。虽然最初的热冲击在几秒钟内消失，但由广泛的反应链产生的实际修复工作会持续几分钟甚至几个小时。

在亚秒时间尺度上，据信照射的效应之一是激活存在于细胞质中但处于休眠状态(无活性)的HSP，因为它们与称为热休克(转录)因子(HSF)的分子结合。照射将结合的HSP复合物(HSP.HSF)分离为游离的HSP和HSF分子。游离的HSF分子与彼此组合以形成三聚体HSF3，该三聚体继而与被称为热休克元件(HSE)的细胞DNA元件组合以启动信使RNA分子(mRNA)的形成，从而导致新HSP的形成。然而，这种新HSP的产生需要时间，因此亚秒照射的初始影响可以描述为通过其对HSP.HSF浓度的影响来简单地改变细胞HSP和HSF的浓度。

激光诱导温度上升，因此，激活的阿伦尼乌斯积分取决于治疗参数(例如，激光功率、占空比、脉冲串总持续时间)和RPE特性(例如，吸收系数、HSP的密度)两者。临床上已经发现，当阿伦尼乌斯积分为一的量级时，获得有效的SDM治疗。有趣的是，SDM照射的愈合效应似乎与其对于改变HSP初始浓度的效应无关，而是与构象诱导的反应速率常数改善有关。从数值模拟中，发明人已发现在确定未损伤蛋白质P的最终值中最重要的Rybinski速率常数是K₁₀，该常数描述一个速率，HSP与受损的蛋白质S以该速率结合，修复受损的蛋白质以使其返回到未受损的状态p。

Rybinski等人(2013)方程式指示，受SDM影响的最重要的反应常数是K₁₀，这是一个速率常数，描述HSP以何种速度结合至受损蛋白并修复该受损蛋白。方程式还表明，SDM诱导的对不健康细胞的修复比对健康细胞大得多。例如，对于最初其蛋白质只有45％未受损的不健康细胞，SDM诱导的修复几乎为40％，相比之下，对于最初其蛋白质有88％未受损的健康细胞，改善幅度略高于6％。据信，SDM诱导的细胞中未损伤蛋白质数量的改善是由于热休克诱导的HSP构象变化导致的速率常数的变化。

波长低于550nm的激光产生逐渐增加的细胞毒性光化学效应。虽然低至532nm的激光波长可用于本发明，但这些波长的较低范围产生越来越强的细胞毒性光化学效应，并且使用这种较低波长的安全裕度要小得多。例如，577nm波长的脉冲激光器的安全裕度仅为0.20瓦，相比之下，810nm波长的安全裕度为1.92瓦。因此，优选地，本发明利用更高的波长，例如在750-1000nm范围内，且更优选地大约810nm。在810nm，SDM产生光热细胞应力而非光化学细胞应力。因此，SDM可影响组织而不损伤该组织。因此，主要通过亚病态光热细胞HSP激活而产生SDM的临床受益。在功能失调的细胞中，通过SDM进行的HSP刺激导致了正常化的细胞因子表达，并因此改善了结构和功能。随后，这一“低强度”激光/组织相互作用的治疗性效应通过“高密度”激光应用被放大，通过致密/融合地治疗大组织区域包括所有病理区域而召集靶组织区域内的所有功能失调的细胞，从而令治疗效应最大化。这些原则界定了本文所述SDM的治疗策略。

因为正常发挥功能的细胞无需修复，正常细胞内的HSP刺激将倾向于不具有显著的临床效应。近红外激光如SDM的影响病细胞但不影响正常细胞的“病理选择性”，对多种细胞类型造成的效应与SDM的临床观察结果一致。SDM已经被报导为具有广泛的临床治疗性，在视网膜激光模式中独一无二，与美国国家标准协会“最大允许辐照量”预测一致。虽然SDM可造成直接的光热效应诸如熵蛋白的展开和分解，但就临床安全性而言，SDM似乎是最佳选择且是HSP介导的修复的有效刺激。

如上所述，尽管就疾病进程而言，HSP的SDM刺激是非特异性的，但HSP介导的修复的结果是由其对于功能失调状态的天然特异性导致的。HSP倾向于纠正错误，而不管是什么错误。因此，在完全不同的视网膜病变如BRVO、DME、PDR、CSR、老年性和遗传学视网膜病变、以及耐药性NAMD中均观察到了SDM的有效性。在概念上，这一功能可视为一种“重置为默认值”模式的SDM动作。对于其中细胞功能是关键的多种病变，SDM通过触发经由HSP介导的细胞修复进行的“重置”(为“出厂默认设定”)而将细胞功能正常化。

发明人已经发现，对苦于老年性黄斑变性(AMD)的患者进行SDM治疗可减缓甚或停止AMD的进展。在SDM治疗后，大多数患者的动态功能logMAR中间视敏度和中间对比视敏度已经得以显著改善。据信，SDM通过触发、保存和“正常化”(朝着正常方向移动)视网膜色素上皮细胞(RPE)的功能而发挥作用。

已经显示，无论全身性糖尿病的持续性如何，SDM停止或逆转糖尿病视网膜病变状态的表现而没有与该治疗相关的损伤或副作用。以此为基础，假定SDM可通过在受到糖尿病影响的RPE细胞中诱发回复至更正常的细胞功能和细胞因子表达而发挥作用，与敲击电子装置的“重置”按钮以恢复出厂默认设定类似。基于上述信息和研究，SDM治疗可直接影响靶组织中经由热休克蛋白(HSP)激活进行的细胞因子表达。

因此，发明人已经证明，慢性进行性视网膜疾病、与衰老相关联的神经退行性病变可以通过针对RPE进行照射治疗以改善RPE功能来预防或减缓。其中包括不可逆性视力丧失的主要原因，诸如年龄相关性黄斑变性(AMD)、糖尿病视网膜病变(DR)、遗传性视网膜病(IRD)和开角型青光眼(OAG)。

因此，根据本发明将SDM施加至视网膜眼组织，且更特别地视网膜组织，改善了眼功能和健康，使得与正常衰老眼睛相关联的病变得以减缓或预防。

如上所述，亚阈值二极管微脉冲激光(SDM)光刺激已经在刺激眼组织内轻微错误折叠的蛋白质的修复中显示效应。除了HSP激活之外，可能出现这一效应的另一途径为，因为由热时间进程形式的微脉冲造成的温度峰值允许水扩散入蛋白质内，且允许防止蛋白质回复至其原生状态的肽-肽氢键断裂。水扩散入蛋白质内导致对氢键抑制的数目以千量级的系数增加。

如上所述，待施加至靶组织的能量源将具有必须经测定并选择以实现治疗效应而不永久性地损伤该组织的能量和操作参数。举例而言，使用光束能量源如激光光束，则必须考虑激光波长、占空比和脉冲串总持续时间等参数。可考虑的其它参数包括激光源的半径以及平均激光功率。调节或选择这些参数中的一个可对至少一个其它参数造成影响。

图1A和图1B示出了图表，其显示以瓦为单位的平均功率与激光源半径(介于0.1cm与0.4cm之间)和脉冲串持续时间(介于0.1与0.6秒之间)的对比。图1A显示880nm的波长，而图1B具有1000nm的波长。从这些图中可见，所需要的功率随着光源直径的减小、脉冲串总持续时间的增加、以及波长的减小而单调减小。对于激光源的半径，优选的参数为1mm至4mm。对于880nm的波长，功率的最小值为0.55瓦，此时激光源半径为1mm且脉冲串总持续时间为600毫秒。对于880nm波长，当激光源半径为4mm且脉冲串总持续时间为100毫秒时，功率的值最大，为52.6瓦。但是，当选择波长为1000nm的激光时，最小功率值为0.77瓦，此时激光源半径为1mm且脉冲串总持续时间为600毫秒；以及，当激光源半径为4mm且脉冲串总持续时间为100毫秒时，最大功率值为73.6瓦。平均功率除以占空比得到个体脉冲过程中对应的峰值功率。

待加热的组织区的体积通过波长、在相关组织中的吸收长度和束宽测定。脉冲总持续时间和平均激光功率决定了被输送以加热该组织的总能量，且脉冲串的占空比给出了与平均激光功率相关的相关峰、或峰值功率。优选将脉冲能量源能量参数选择为使得大约20至40焦耳的能量被每立方厘米靶组织吸收。在视网膜色素上皮细胞内的薄黑色素层中，吸收长度非常小。

已经确定，靶组织可在短时间如短于1秒内被加热升高达大约11℃，以创建本发明的治疗性效应，同时将靶组织在长时间段如几分钟内的平均温度维持在较低的温度范围内，诸如1℃或更低。对占空比和脉冲串总持续时间的选择提供间隔时间，在该间隔时间内，可停止加热。已经发现，占空比低于10％，优选介于2.5％至5％之间，且脉冲总持续时间介于100毫秒与600毫秒之间，是有效的。图2A和图2B示出了半径为0.1cm至0.4cm之间的激光源从10℃衰减至1℃的时间，其波长为880nm(图2A)和1000nm(图2B)。从图中可见，当使用880nm的波长时，衰减时间较短，但各波长均落入可接受的实现本发明的益处而不造成永久性组织损伤的要求和操作参数范围内。

已经发现，在总照射阶段中，所希望的靶区的平均温升增加至少6℃且至多11℃，且优选大约10℃，则导致HSP激活。通过下述确定对靶组织温度的控制：选择源和目标参数使得HSP激活的阿伦尼乌斯积分大于1，同时，确保符合避免损伤的保守性FDA/FCC要求或损伤阿伦尼乌斯积分小于1。

为了符合保守性FDA/FCC约束条件以避免永久性的组织损伤，对于光束和其它电磁辐射源，在任何6分钟时间段内的靶组织平均温升为1℃或更低。上述图2A和图2B示出了被加热的靶区温度通过热扩散从大约10℃的温升降低至1℃所需的典型衰减时间，如图2A中可见，当波长为880nm且源直径为1毫米时，温度衰减时间为16秒。当源直径为4mm时，温度衰减时间为107秒。如图2B中所示，当波长为1000nm时，若源直径为1mm，则温度衰减时间为18秒，若源直径为4mm，则温度衰减时间为136秒。这完全处于在几分钟如6分钟或更短的进程内被维持的平均温升时间内。尽管靶组织的温度非常快速地例如在将能量源施加至该组织过程中的几分之一秒时间内升高诸如大约10℃，但相对低的占空比在至该组织的能量脉冲之间提供相对长的时间，且相对短的脉冲串持续时间保证了在包含几分钟如6分钟或更短的相对短时间段内的足够的温度扩散和衰减，故没有永久性的组织损伤。

就关系到补救HSP的激活和蛋白质修复的促进而言，与单个脉冲或渐进式能量输送相比，脉冲串模式的能量输送具有明显的优势。两个原因导致了这一优势。首先，SDM能量输送模式中的HSP激活和蛋白质修复方面的大的优势来自于10℃量级的峰温度的产生。这一大幅度的温升很大地影响了定量描述被激活的HSP数目的阿伦尼乌斯积分和促进蛋白质修复的水扩散入蛋白质的速率。这是因为温度进入了具有大的放大效应的指数区间。其次，温升并不长期保持在高位(10℃或更高)很重要，因为否则将会违反FDA和FCC对于几分钟时间内的平均温升必须小于1℃的规定。

通过对功率、脉冲时间、脉冲间隔、和待治疗的靶区体积的明智选择，SDM模式的能量输送独特地满足了前述两种考虑因素。考虑治疗区的体积是因为，温度必须十分迅速地从其10℃量级的高点衰减，以使长期平均温升不超过FDA/FCC的限制，该限制对电磁辐射能量源为1℃或更小。

现在参考图3，该图显示用于生产电磁能量辐射如激光(包括SDM)的系统的示意图。该系统，通常以参考标号20表示，包括激光控制台22，诸如在优选实施方案中为810nm近红外微脉冲二极管激光器。激光器生成激光光束，该激光光束穿过光学器件诸如光学透镜或光罩，或者若需要，多个光学透镜和/或光罩24。激光投影光学器件24令成形的光束穿过并抵达输送装置26，以将激光光束投影在患者的靶组织上。应理解，在使用中，标记盒26可代表激光束投影或输送装置以及观察系统/相机，或包含两个不同的构件。观察系统/相机26提供反馈至显示监控器28，该显示监控器也可包括必要的计算机硬件、数据输入和控制等用于操纵激光器22、光学器件24和/或投影/观察构件26。

在一个实施方案中，生成多个光束，每个光束具有经选择的参数，使得靶组织温度可以受控地升高以治疗性地治疗靶组织而不摧毁或永久性地损伤靶组织。举例而言，这可通过令激光光束30穿过光学器件而进行，使得来自具有所选参数的单个激光光束30衍射或生成多个激光光束。举例而言，如图4中所示，激光光束30可穿过准直透镜32并随后穿过光罩34。在特别优选的实施方案中，光罩34包含衍射光栅。光罩/衍射光栅34产生几何对象，或更典型地，产生同步产生的多个激光束或其它几何对象的几何图案。这由以标号36标记的多个激光光束表示。或者，多个激光束可由多个光纤波导生成。每种生成激光束的方法允许在非常宽的治疗领域内同步创建非常大数目的激光点。事实上，可同步生成非常大数目的激光点，可能是几百甚至几千或更多，以覆盖靶组织的给定区域，或可能甚至是整个靶组织。各种各样的同步施加的分离的小激光点应用可能是所希望的，因为它们避免了某些已知与大激光点应用相关的缺点和治疗风险。

使用特征尺寸与所采用的激光波长相等的光学特征部件，举例而言，使用衍射光栅，可能取得量子机械效应的优点，该效应允许将非常大量的激光点同步应用于非常大的靶区域。此类衍射光栅所产生的单个束全部具有类似于输入束的光学几何尺寸，且每个束的功率变动最小。结果是多个具有足够照射量的激光点在大靶区域内同步产生无害但有效的治疗应用。本发明也预期使用通过其它衍射光学元件生成的其它几何对象和图案。

穿过光罩34的激光衍射，产生远离光罩34的周期性图案，在图4中以标记的激光束36示出。因此，单个激光束30已经被形成为数百甚或数千个独立的激光束36，以创建所希望的点图案或其它几何对象。可令这些激光束36穿过额外的透镜38、准直器40等，以传播激光束并形成所希望的图案。此类额外的透镜38、准直器40等可进一步如需要而将激光束36变形及重新导向。

通过控制光罩34的形状、间隔和图案，可构建任意图案。光学工程领域专业人士可根据应用要求而如所希望的任意地创建和修饰图案和曝光点。光刻技术，尤其是在半导体制造领域中发展的那些，可用来创建点或其他对象的同步几何图案。

本发明可使用大量同步产生的治疗性光束或点，诸如几十或甚至几百的数量，因为本发明的参数和方法创建治疗有效的但非摧毁性的、非永久性损伤性的治疗方法。尽管可生成并创建几百或甚至几千个同步激光束并形成为待同步施加至组织的图案，由于不能过度加热组织的要求，对可根据本发明同步使用的治疗束的数目存在限制。每个独立的激光束或点需要在脉冲串持续时间内的最小平均功率是有效的。但在同时，组织不能超过一定的温升而不受到损伤。例如，使用810nm波长的激光，当使用0.04(4％)的占空比和0.3秒(300毫秒)的脉冲串总持续时间时，所生成和使用的刺激束的数目可为小至1且至多大约100的数字。吸水率随着波长的增加而增加。对于较短的波长如577nm，激光功率可以较低。例如，在577nm，为使本发明有效，功率可以降低4倍。据此，当使用577nm波长的激光时，可存在少至1个激光点或多达大约400个激光点，同时仍不伤害或损伤组织。

典型地，本发明的系统合并了引导系统以确保使用视网膜光刺激进行的完全且完整的视网膜治疗。由固定目标、跟踪装置和链接至操作系统组成的固定/跟踪/登记系统可并入本发明中。在特别优选的实施方案中，同步激光点的几何图案被依次偏置，以实现对表面的汇合且完全的治疗。

这可使用光学扫描机构50以可控的方式进行。图5和图6示出了MEMS镜形式的光学扫描机构50，其具有具电子驱动控制器54和56的基底52，控制器用来随着电的施加和移除而倾斜和平移镜58。将电施加至控制器54和56，造成镜58移动，并因此造成反射在镜上的激光点或其它几何对象的同步图案据此在患者视网膜上移动。举例而言，这可通过自动方式进行：使用电子软件程序调节光学扫描机构50，直到想要治疗的视网膜全部或至少部分的视网膜被曝露于光疗为止。光学扫描结构也可以是小光束直径扫描检流镜系统或类似的系统如Thorlabs分配的。此系统能以所希望的偏置模式扫描激光。

在每次曝光时均将点图案偏置，以在紧邻的前一次曝光之间创建间隔空间，以允许散热并预防热损伤或组织破坏的可能性。因此，如图7所示，该图示出了作为十六点网格的例示性建议，每次曝光时均偏置，使得激光点占据不同于前一次曝光的空间。应理解，圆圈或空点以及实心点的示意性使用仅用作示意性目的，以示出根据本发明的点图案至该区域的前一次曝光和后一次曝光。激光点的间隔空间防止了过度加热和对组织的损伤。应理解，在整个待治疗的靶组织已经接收光治疗之前或在成就所希望的效应之前，皆是如此。举例而言，这可通过将静电力矩施加至微加工镜而进行，如图5和6中所示。通过合并使用由未曝光区域分开的小激光点、防止热蓄积、以及每侧具有大量点的网格，可使用比使用当前技术快得多的短曝光持续时间以防损伤地且不可见地治疗大的目标区域。

通过快速且依次重复整个同步施加的点或几何对象的网格阵列的重新导向或偏置，可快速实现对目标的完全覆盖而没有对组织的热伤害。这一偏置可在算法上确定以确保最快的治疗时间和对组织造成的热伤害风险极小，取决于激光参数和所希望的应用。

已经使用夫琅和费近似(Fraunhoffer Approximation)进行下述建模。使用具有9乘9方点阵的具9μm孔径和600μm孔间距的光罩，使用具有75mm的光罩-透镜间距的890nm波长激光器，以及2.5mm乘2.5mm的二级光罩尺寸，下述参数将得到每侧具有19个点的网格，各点之间的间距为133μm，且点半径大小为6μm。治疗(以小点应用汇合覆盖)边长为“A”的给定区域、每个方形侧边图案点为“n”的给定输出、点间的间距为“R”、点半径为“r”、且所希望的方形边长为“A”的治疗区域所需的曝光数“m”可通过下式给出：

m＝A/nRfloor(R/2r)²

使用前述设定，可计算治疗不同的曝光区域面积所需的操作数m。举例而言，可用于治疗的3mm乘3mm面积，将需要98次偏置操作，需要大约30秒的治疗时间。另一示例将是3cm x 3cm面积，代表了整个的人视网膜表面。对于如此大的治疗面积，将使用大得多的二级光罩尺寸(25mm乘25mm)，得到每侧190个点的治疗网格，点的间距为133μm且点的半径大小为6μm。由于二级光罩尺寸以与所希望的治疗面积相同的倍数增加，大约98次的偏置操作次数是恒定的，因此大约30秒的治疗时间也是恒定的。

当然，以同步图案阵列形式产生的点的数目和尺寸可轻易且大幅度地改变，使得完成治疗所需的后续偏置操作的次数可依据给定应用的治疗需求轻易地调节。

再者，由于在衍射光栅或光罩中采用的小孔，可观察到允许激光输入能量的任意分配的量子机械行为。这将允许生成任何任意几何形状或图案，诸如网格图案形式的多个点、线、或任何其它所希望的图案。其它生成几何形状或图案的方法，诸如使用多个纤维光纤或微透镜，也可用于本发明。使用同步投影的几何形状或图案造成的时间节省，使得在单一临床设定或治疗环节中治疗新颖尺寸的区域，诸如1.2cm∧2面积变得可能，以实施全视网膜治疗。

现在参考图8，作为小激光点的几何图案的替代，本发明预期使用其它几何对象或图案。举例而言，可创建连续形成的或通过一系列紧密分隔的点形成的单线60的激光。偏置光学扫描机构可用以依次扫描整个区域内的线，如图8中向下的箭头所指示。

现在参考图9，可旋转相同几何对象的线60，如通过箭头所示出，以创建光治疗的圆形场。但这一途径的潜在负面结果是，中心区域将被重复曝光且可达到不可接受的温度。但这可通过增加曝光之间的间隔时间或在线中创建空隙，使得中心区域不被曝光而克服。

光生物学领域透露，可通过将靶组织曝露于不同波长的激光而实现不同的生物学效应。通过连续施加一系列多个或不同或相同波长的激光实现相同效应，其中激光具有可变的间隔时间段和/或具有不同的照射能量。本发明预期使用同步或依次施加的多个激光、光或照射波长(或模式)以最大化或定制所希望的治疗效应。这一方法也最小化了潜在的有害作用。上文示出和描述的光学方法提供多个波长的同步或依次施加。

图10示意性地示出一系统，该系统将多个治疗光源耦合为上述生成图案的光学亚组件。具体地，这一系统20'与上述图3中所述的系统20类似。备选系统20'与早前描述的系统20的主要差异为，前者包含多个激光控制台，其输出各自馈入纤维耦合器42中。每个激光控制台可供给具有不同参数诸如不同波长的激光光束。纤维耦合器产生单一输出，该输出穿入如早前系统中描述的激光投影光学器件24内。使用该领域中已知的纤维耦合器42实现将多个激光控制台22耦合至单一光纤内。已知的用于组合多个光源的机构是可获得的，且可用来替换本文所述的纤维耦合器。

在这一系统20'中，多个光源22遵循与早前的系统20中所述相似的路径，即，准直、衍射、再准直并引导至投影装置和/或组织。在这一另选的系统20'中，衍射元件必须不同于早前所述而依赖穿行通过的光的波长发挥作用，这导致图案的轻微改变。该改变与被衍射的光的波长呈线性关系。通常，衍射角之间的差异足够小，以使得不同的重叠图案可沿着相同的光路被引导通过投影装置26而到达进行治疗的组织。

由于使用不同波长所得的图案略微改变，因此对于每个波长，实现完全覆盖所需的相继偏置将是不同的。这一相继偏置可以两种模式实施。在第一种模式中，所有波长的光被同步施加而没有完全相同的覆盖区域。使用实现多个波长之一的完全覆盖的偏置转向图案。因此，在所选择波长的光实现了对组织的完全覆盖的同时，其它波长的施加实现了对该组织的不完全或重叠的覆盖。第二种模式相继应用具有适宜转向图案的不同波长的各光源，以实现特定波长对组织的完全覆盖。这一模式排除了使用多个波长同步治疗的可能性，但令光学方法实现各波长的完全相同的覆盖。这避免了任何光学波长的不完全或重叠的覆盖。

这些模式也可混合并匹配。举例而言，可同步施加两个波长，其中一个波长实现完全覆盖而另一个实现不完全或重叠的覆盖，之后相继施加第三个波长并实现完全覆盖。

图11示出了又一备选实施方案的本发明系统20”。这一系统20”通常设置为与图3中描绘的系统20相同。主要差异存在于包含多个生成图案的亚组件通道，该通道经调谐至具体波长的光源。多个激光控制台22平行排列，且每一个均直接引导至其自己的激光投影光学组件24。每个通道的激光投影光学组件44a、44b、44c包含准直器32、光罩或衍射光栅34和再准直器38、40，如关于上图4所述，整套光学组件经调谐用于相应激光控制台22生成的具体波长。每套光学组件24的输出随后被引导至分束器46，与其它波长合并。该领域技术人员已知，逆向使用的分束器可用来将多个光束合并为单个输出。随后，通过投影装置26将来自最终分束器46c的组合通道输出导向。

在这一系统20”中，用于每个通道的光学元件经调谐以产生用于该通道波长的确切具化的图案。结果，当所有通道被合并且适宜地对准时，可使用单个转向图案实现所有波长对组织的完全覆盖。系统20”可使用与治疗中所使用的光波长一样多的通道44a、44b、44c等和分束器46a、46b、46c等。

系统20”的实际操作可取不同对称性的优势以降低对准约束的数目。举例而言，所建议的网格图案在两个维度上是周期性的，且在两个维度上可转向以实现完全覆盖。结果，如果用于每一通道的图案指定为完全相同，则每一通道的实际图案无需相对于相同转向图案而对准以实现所有波长的完全覆盖。每个通道将仅需在光学上对准以实现有效的组合。

在系统20”中，每一通道开始于光源22，光源将来自光纤，在另一实施方案中，来自图案生成组件。这一光源22被导向至光学组件24进行准直、衍射、再准直并导向至分束器内，该分束器将通道与主输出组合。

应理解，图3至图11中示出的激光生成系统是示例性的。可使用其它装置和系统生成SDM激光光源，该激光能够可操作地通过并到达投影装置并被操纵。

与早前合并单个的短或持续(长)脉冲的治疗相比，所建议的使用电磁脉冲串进行的治疗具有两大优点。首先，脉冲串中的个体短(优选亚秒级)脉冲激活细胞重置机制如HSP激活，其反应速率常数比在较长(分或小时)时间规模下操作的反应速率常数大。第二，重复的脉冲在治疗中提供大量热峰(10,000量级)，令细胞修复系统更快速地越过将功能失调的细胞状态与所希望的功能状态分隔开来的激活能障。最终结果是“降低的治疗阈值”，从某种意义上说，可使用更低的平均施加功率和总施加能量来实现所希望的治疗目的。

当前使用的微脉冲二极管激光器的功率限制令其需要相当长的曝光持续时间。曝光时间越长，中心点的热朝向位于激光点边缘处的未曝光组织发散的能力越重要。因此，810nm二极管激光器的微脉冲激光光束应具有500毫秒或更短且优选大约300毫秒的曝光持续时间。当然，如果微脉冲二极管激光器变得功率更大，则曝光持续时间应据此而缩短。

除了功率限制之外，本发明的另一参数是占空比、或微脉冲串的频率、或连续脉冲之间的热弛豫时间。已经发现，使用调节为10％或更高的占空比来输送处于相似辐照度和相似MPE水平下的微脉冲激光，显著增加了致死性细胞伤害的风险。但是，低于10％且优选2％-5％的占空比演示了温升和治疗处于足以刺激生物学应答的MPE细胞水平，但保持在低于预期将产生致死性细胞伤害的水平。但是，占空比越低，则曝光持续时间越长，且在一些情况下可超过500毫秒。

在持续时间中，每个微脉冲历时几分之一毫秒的区间，典型为50微秒至100微秒之间。因此，对于300至500毫秒的曝光套(exposure envelope)持续时间且在低于5％的占空比下，微脉冲之间的大量空白时间的存在使得连续脉冲之间具备热弛豫时间。典型地，连续脉冲之间需要1至3毫秒之间且优选大约2毫秒的热弛豫时间延迟。对于足够的治疗，在每个位置，细胞典型被曝光或敲击50至200次且优选75至150次，且驰豫或间隔时间为1至3毫秒，根据上述实施方案的用以治疗待曝露于激光点的给定区域的总时间一般短于一秒，诸如平均为100毫秒至600毫秒之间。需要热弛豫时间以令处于该位置或点内的细胞不被过度加热，并防止细胞被损伤或摧毁。尽管100至600毫秒的时间段似乎并不长，但由于激光点的小尺寸和对于治疗相对大面积的靶组织的需求，治疗整个靶组织耗费大量的时间，尤其是对于正在进行治疗的患者来说。

此外，为了不超过将会永久性损伤甚或催化靶组织细胞的预设的温度上限，使用微脉冲的能量进行前述治疗的靶组织必须能够令由于施加能量所造成的热消散。典型地，即使多束能量被创建并施加至靶组织，待治疗的靶组织的面积或体积比在任何给定时刻由能量源治疗的靶组织的面积或体积大得多。

据此，本发明可在施加至相同位置的连续施加之间采用间隔以将能量施加至靶组织的第二个治疗区域或额外的区域，该第二个治疗区域或额外的区域与第一治疗区域分隔开来。在预设的间隔时间内，将脉冲能量返回至第一治疗区域或多个先前治疗区域，以在连续脉冲之间提供足够的热弛豫时间，还通过重复施加能量至该位置而随时间足够地增加那些细胞的温度，从而适当地对那些位置或区域中的细胞进行足够的治疗，以实现所希望的本发明的治疗性益处。

重要的是，在预设时间段内返回至先前治疗的位置，以令该区域在该时间内足够冷却并在必要的时间窗口内治疗该区域。在施加激光脉冲能量的情形中，在一至三毫秒且优选大约两毫秒内将激光返回至先前治疗的位置，因为无法等待一秒或两秒并再返回至尚未接收必要的完整治疗的先前治疗区域，该治疗将不会如预期般有效或可能完全无效。但是，在典型为大约2毫秒的间隔时间内，至少一个其它区域且典型为多个区域，可通过施加激光进行治疗，其中激光脉冲的持续时间典型为50秒至100微秒。这在本文中称为微位移。可被治疗的额外区域的数目仅受限于微脉冲持续时间和将光束可控地从一个区域移动到另一个区域的能力。

目前，当使用激光时，在从第一治疗区域开始的热弛豫时间内，可治疗大约4个彼此之间有足够距离的额外区域。因此，在200至500毫秒的对于第一区域的曝光套持续时间内，可至少部分地治疗多个区域。因此，在单个间隔时间内，可在不同治疗区域的间隔时间内施加大约500个光点来替代施加至治疗区域的仅100个同步光点。举例而言，这将在使用波长为810nm的激光光束的情形中发生。对于较短的波长诸如572nm，甚至可将更大数目的个体位置曝露于激光束以创建光点。因此，对于给定的区域或位置，在微脉冲治疗的间隔中，可同步覆盖的点最多为大约2,000个而非400个。典型地，在曝光套持续时间(典型为200至500毫秒)进程内，每个位置具有50至200次且更典型75至150次施加至该位置的光，以实现所希望的治疗。根据本发明的实施方案，对于每一区域或位置，在间隔时间中的弛豫时间内，激光将依次被再次施加至先前治疗区域。这将重复出现，直到实现预设的对每一待治疗区域的激光施加次数为止。

治疗区域必需通过至少预设的最小距离分隔开来，以令热驰豫和消散并避免对组织的热损伤。选择包括波长或频率、占空比和脉冲串持续时间在内的脉冲能量参数，以在将脉冲能量施加至靶组织的过程中将靶组织的温度升高最多11℃诸如大约6℃至11℃，以诸如通过刺激细胞内的HSP产生而实现治疗效应。但是，必须向靶组织的细胞给出一段用以散热的时间，使得该组织在几分钟内的平均温升维持在预设水平或低于预设水平，诸如在几分钟内的平均温升为1℃或更少，从而不对靶组织造成永久性损伤。

这在图12A至图12D中示意性地示出。图12A以实线圆示出了具有作为第一次施加而施加至其上的能量束诸如激光光束的第一区域。将这些能量束可控地偏置或微位移至第二曝光区域，之后为第三曝光区域和第四曝光区域，如图12B中所示，直到第一曝光区域内的位置需要在间隔时间的弛豫时间中通过具有再次施加至其上的能量束而再次治疗为止。第一曝光区域内的位置随后将具有再次施加至其上的能量束，如图12C所示。第二次或后续曝光将出现在每一曝光区域，如图12D中通过逐渐增加的阴影点或圆示出的，直到已经实现对靶组织区域的所希望的曝光或敲击次数或能量施加次数为止，以治疗性地治疗这些区域，在图12D中通过曝光区域1中填充黑色的圆示意性地示出。当第一或先前曝光区域已经被完全治疗时，这使得系统能够加入额外的曝光区域，重复该过程，直到整个待治疗区域被完整治疗为止。应理解，使用实线圆、虚线圆、部分阴影的圆和完全阴影的圆仅用于举例的目的，事实上，根据本发明的能量或激光曝光是人眼不可见的，也是已知的检测装置和技术无法检测的。

相邻的曝光区域必需通过至少预设的最小距离分隔开来，以避免对组织的热损伤。该距离与前一次治疗的位置或区域相距至少0.5倍直径，且更优选相距1至2倍直径。该间隔是相对于先前曝光区域中的实际治疗位置的。本发明预期，相对大的区域实际上可包括位于其内的多个曝光区域，这些曝光区域以不同于图12中所示的方式偏置。举例而言，曝光区域将会包含图8和图9中示出的细线，其将会被依次重复曝光，直到所有的必要区域均被完整曝光并治疗为止。根据本发明，治疗待治疗区域所需的时间得以显著缩短，诸如缩短4或5倍，使得单个治疗环节耗费的医疗提供者时间少得多且患者无需在很长时间内感觉不适。

已经发现，根据本发明的一次性施加一个或多个治疗束并将该治疗束移动至一系列新位置且随后令该束返回以再次重复地治疗相同位置或区域的这一实施方案，也需要比在整个曝光套持续时间内将该束保持在相同位置或区域的方法更低的功率。参考图13至图15，脉冲长度与必需功率之间存在线性关系，但与所生成的热之间存在对数关系。

参考图13，提供一图，其中x轴表示以瓦计的激光平均功率的Log值，且y轴表示以秒计的治疗时间。下方曲线对应于黄斑平移治疗，且上方曲线对应于视网膜平移治疗。这将用于微脉冲时间为50微秒、脉冲之间的时间段为2毫秒、且一个点上的脉冲串持续时间为300毫秒的激光光束。每个视网膜点的大小是100微米，用于这些100微米视网膜点的激光功率是0.74瓦。黄斑平移面积为0.55²，总计需要7,000个黄斑平移点；而视网膜平移面积3.30²，完全覆盖需要42,000个激光点。用于每个RPE点的待足够激活的重置机制所需的最小能量，根据本发明，对于黄斑平移为38.85焦耳，对于视网膜平移为233.1焦耳。如预期，治疗时间越短，所需的平均功率越大。但是，可允许的平均功率存在上限，这限制了治疗时间可以短至何种程度。

如上所述，不仅对于可获得并使用的激光的功率存在约束，而且对于可施加至眼部而不损伤眼组织的功率量也存在约束。举例而言，眼部晶状体内的温升受限，诸如4℃，以不令晶状体过热和损伤，诸如造成白内障。因此，7.52瓦的平均功率可将晶状体温度提升大约4℃。对功率的这一限制延长了最短治疗时间。

但是，参考图14，在重复且依次移动激光点并返回至先前治疗位置的微位移情形中所需的总功率每脉冲较低，使得在治疗时间中输送的总能量和总平均功率相同。图14和图15显示总功率是如何取决于治疗时间的。图14中显示黄斑平移治疗，而图15显示视网膜平移治疗。上方的实线或曲线表示下述实施方案，其中没有具有热弛豫时间间隔的优点的微位移，诸如图7中所描述和示出的，而下方的虚线表示此类微位移的情况，如图12中所描述和示出的。图14和图15显示，对于给定治疗时间，具有微位移时的峰值总功率比不具有微位移时小。这意味着，对于给定的使用本发明的微位移实施方案的治疗时间，所需要的功率更小。或者，可有利地使用被允许的峰值功率，降低总体治疗时间。

因此，根据13至图15，使用本发明的微位移实施方案，1.0的对数功率(10瓦)将需要20秒的总治疗时间，如本文中所述。若不采取微位移，而是在整个治疗套持续时间内将微脉冲光束留在相同位置或区域，则将耗费超过2分钟。根据瓦数，存在最短治疗时间。但是，这一具有微位移时的治疗时间比不具有微位移时短得多。由于当具有微位移时所需的激光功率小得多，在一些例子中，为了缩短对于给定的所希望的视网膜治疗区域的治疗时间，可增加功率。为了实现根据本发明的治疗性治疗，对于给定的治疗区域，治疗时间与平均功率的乘积是固定的。举例而言，这将通过以较低的功率同步施加更大量的治疗性激光光束或点而实施。当然，由于激光的参数被选择为治疗上有效且不对细胞造成摧毁性或永久性的损伤，无需导引或跟踪光束而仅需治疗光束就可以根据本发明治疗所有区域。

根据上述微位移技术，光束图案的位移或转向可通过使用诸如在图5和图6中示出和描述的光学扫描机构进行。

尽管本发明描述微脉冲激光的用途，理论上，可潜在地使用连续波激光来替代微脉冲激光。但是，使用连续波激光时，随着激光被从一个位置移动到另一个位置且期间激光不停顿，存在过度加热的问题，且在治疗区域之间可能存在热渗漏和过度加热。因此，尽管理论上可使用连续波激光，但实际上连续波激光是不理想的，而优选脉冲激光。

如上所述，将能量施加至靶组织的可控模式倾向于提升靶组织的温度，以治疗性地治疗靶组织而不摧毁或永久性损伤靶组织。据此，此加热激活了HSP，且被热激活的HSP发挥作用以将患病组织重置为健康状态，诸如通过移除和/或修复受损的蛋白质。本发明人相信，将此HSP激活最大化改善了对于靶组织的治疗效应。就这样，理解HSP和HSP系统物种的行为和激活，可使用它们的生成和激活、用于激活HSP的温度范围和HSP激活或生成以及失活的时间框来优化对生物靶组织的热治疗。

如上所述，通过脉冲能量将靶组织加热短的一段时间，诸如10秒或更短，且典型短于1秒，诸如100毫秒至600毫秒之间。为了提供用于热驰豫的间隔时间而使得靶组织不被过度加热并变为受损或被摧毁，将能量实际上施加至靶组织的时间通常比这一时间短得多。举例而言，如上所述，激光脉冲的延续时间为微秒量级，且激光光脉冲之间的驰豫时间的间隔为几毫秒。

因此，理解HSP的亚秒级行为对于本发明来说很重要。SDM中对HSP的热激活典型通过相关的阿伦尼乌斯积分描述，

Ω＝∫dt A exp[-E/k_BT(t)][1]

其中该积分覆盖整个治疗时间且

A是HSP激活的阿伦尼乌斯速率常数

E是激活能量

T(t)是薄RPE层的温度，包括激光诱导的温升

激光诱导温度上升，因此，激活的阿伦尼乌斯积分取决于治疗参数(例如，激光功率、占空比、脉冲串总持续时间)和RPE特性(例如，吸收系数、HSP的密度)两者。临床上已经发现，当阿伦尼乌斯积分为一(unity)的量级时，获得有效的SDM治疗。

阿伦尼乌斯积分形式仅考虑正反应，即仅考虑HSP激活反应，它不考虑任何逆反应，在该逆反应中，被激活的HSP返回至其未激活状态。对于典型的亚秒级持续时间的SDM治疗，这似乎十分适用。但是，对于更长的时间段(如，1分钟或更久)，这一形式不是好的近似：在这些更长的时间中，整个序列的反应均出现，导致有效HSP激活率小得多。这是在本发明公开的SDM施加之间的所建议时间左右的间隔过程中的情形。

在已出版的文献中，细胞内的热休克蛋白(HSP)在较长持续时间内的产生和毁灭一般通过一组9至13个联动质量平衡微分方程式描述，这些方程式描述牵涉入HSP分子生命周期内的多种分子物种的行为。这些联动方程一般通过计算机求解，以显示HSP和其它物种在温度突然上升后的及时行为。

这些方程全部为基于HSP活性所牵涉的多种分子物种的反应的守恒方程式。

为了描述HSP在重复施加的SDM之间的几分钟左右的时间间隔内的行为，我们使用M.Rybinski,Z.Szymanska,S.Lasota,A.Gambin(2013)Modeling the efficacy ofhyperthermia treatment.Journal of the Royal Society Interface 10,No.88,20130527(Rybinski等人(2013))中描述的方程式。Rybinski等人(2013)中考量的物种显示在表1中。

表1.Rybinski et al(2013)说明中的HSP系统物种：

这10项物种的耦合联动质量守恒方程总结为下述方程式[2]-[11]:

d[HSP]/dt＝(l₁+k₁₀)[HSPS]+l₂[HSPHSF]+k₄[mRNA]–k₁[S][HSP]-k₂[HSP][HSF]-l₃[HSP][HSF₃]-k₉[HSP] [2]

d{HSF]/dt＝l₂[HSPHSF]+2l₃[HSP][HSF₃]+k₆[HSPHSF][S]-k₂[HSP][HSF]–3k₃[HSF]³–l₆[HSPS][HSF] [3]

d[S]/dt＝k₁₁{[P]+l₁[HSPS]+l₆[SPS][HSF]-k₁[S][HSP]–k₆[HSPHSF][S] [4]

d[HSPHSF]/dt＝k₂[HSP][HSF]+l₆[HSPS][HSF]+l₃[HSP][HSF₃]-l₂[HSPHSF]–k₆[HSPHSF][S] [5]

d[HSPS]/dt＝k₁[S][HSP]+k₆[HSPHSF][S]-(l₁+k₁₀)[HSPS]-l₆[HSPS][HSF] [6]

d[HSF₃]/dt＝k₃[HSF]³+l₇[HSF₃][HSE]-l₃[HSP][HSF₃]–k₇[HSF₃][HSE] [7]

d[HSE]/dt＝l₇[HSF₃][HSE]-k₇[HSF₃][HSE] [8]

d[HSF₃HSE]/dt＝k₇[HSF₃][HSE]-l₇[HSF₃][HSE] [9]

d[mRNA]/dt＝k₈[HSF₃HSE]–k₅[mRNA] [10]

d[P]/dt＝k₁₀[HSPS]–k₁₁[P] [11]

在这些表达式中，[]表示括号内数量的细胞浓度。对于Rybinski等人(2013)，在表2中给出了在310K的平衡温度下的初始浓度。

表2.以任意单位[Rybinski等人(2013)]表示的典型细胞的各项物种在310K的初始值。该任意单位由Rybinski等人出于计算方便性而选择：以将感兴趣的数量作成0.01至10的范围内。

Rybinski等人(2013)速率常数显示在表3中。

表3.以min^-1为单位给出先前表中任意浓度单位的速率的Rybinski等人(2013)速率常数。

l₁＝0.0175

k₁＝1.47

l₂＝0.0175

k₂＝1.47

l₃＝0.020125

k₃＝0.0805

k₄＝0.1225

k₅＝0.0455

k₆＝0.0805

l₆＝0.00126

k₇＝0.1225

l₇＝0.1225

k₈＝0.1225

k₉＝0.0455

k₁₀＝0.049

k₁₁＝0.00563271

通过Rybinski等人(2013)确定表2的初始浓度值和表3的速率常数，以对照温度以5℃的量级增加几(例如，350)分钟时整体HSP系统行为的实验数据。

注意，基于细胞内存在的蛋白质的总数，HSP的初始浓度为100x0.308649/(8.76023+0.113457+1.12631)}＝3.09％。

尽管表3中的速率常数被Rybinski等人用作T＝310+5+315K，但似乎非常类似的速率常数存在于在其它温度下。在这一点上，在大量参数下，这些刺激的定性行为是相似的。方便起见，我们假定表3中的速率常数值是对在T＝310K的平衡温度下的值的充分逼近。

对于其中温度在t＝0时从310K的环境温度突然增加5K的情况，Rybinski等人描述的细胞中的不同组分在350分钟内的行为显示于图16中。

继续参考图16，该图显示了在温度从37℃突然增加至42℃后的350分钟时间内，HSP细胞系统组分的行为。这里，这些组分的浓度以计算上便利的任意单位表示。S表示变性或受损但尚未受到HSP影响的蛋白质；HSP表示游离(激活)的热休克蛋白；HSP:S表示附接至受损蛋白质并实施修复的被激活的HSP；HSP:HSF表示附接至热休克因子单体的(无活性)HSP；HSF表示热休克因子的单体；HSF₃表示可穿透核膜以与DNA分子上的热休克单元相互作用的热休克因子三聚体；HSE:HSF₃表示附接至启动新mRNA分子转录的DNA分子上的热休克单元的热休克因子三聚体；mRNA表示从HSE:HSF₃得到的信使RNA分子，且其导致细胞的细胞质中新(激活的)HSP分子的产生。

图16显示，最初，激活的HSP的浓度是隐藏在细胞质内的HSPHSF分子中的HSP释放的结果，且在温升出现后60分钟之前并不出现从细胞核经由mRNA进行的新HSP的创建。图16也显示，被激活的HSP非常快速的附接至受损蛋白以开始其修复工作。对于所描述的细胞，温度的突然上升也导致受损蛋白质浓度的短暂上升，且受损蛋白质浓度的峰值出现在温度增加后约30分钟。

图16显示，Rybinski等人的方程式预测10个不同物种在350分钟时间段内的变动如何。但是，本发明关心的是，在任何单个视网膜定位点处，在两次SDM施加之间的短得多的O(分钟)间隔时间中，SDM施加对于物种变动的影响。应理解，分析并描述了优选的激光治疗形式的SDM，但也可使用其它能量源。

现在参考图17A至17H，该图显示，在温度从37℃突然增加至42℃后的第一分钟内，使用Rybinski等人(2013)方程式的HSP细胞系统组分的行为，该方程式采用表2和表3中的初始值和速率常数。横坐标表示以分钟计的时间，且纵坐标显示以与图17中相同的任意单位计的浓度。

图17显示，HSP的核源在1分钟的时间内几乎不扮演角色，且细胞质中新HSP的主要来源是由被隐藏的HSP从HSPHSF分子库中释放出来而出现。该图还显示，大比例的新激活的HSP将其自身附接至受损的蛋白质以开始修复过程。

表2中的初始浓度不是该物种的平衡值，即，它们并不给出d[…]/dt＝0，如图16和图17中的曲线所证实。发现给出对应于表3的速率常数的d[…]/dt＝0的平衡值的是表4中所列的那些。

表4.对应于表3速率常数的以任意单位[Rybinski等人(2013)]计的各项物种的平衡值。该任意单位是由Rybinski等人出于计算方便性而选择的那些：以将感兴趣的数量作成0.01至10的范围内。

注意，基于细胞内存在的蛋白质的总数，HSP的平衡浓度为100x0.315343/(4.39986+5.05777+0.542375)}＝3.15％。这与其他研究者发现的预期为蛋白质总数的5％至10％相当，但低于后者。但是，由于期待通常行为将不像其他研究者指明的那样明显变化，我们尚未尝试上调百分比。

发明人已经发现，可通过下述实施对靶组织的第一次治疗：在一定的时间段内对靶组织重复施加脉冲能量(如SDM)以可控地增加所述靶组织的温度，从而治疗性地治疗靶组织而不摧毁或永久性地损伤该靶组织。“治疗”包含在给定时间段内将脉冲能量施加至靶组织的总施加次数，诸如在短时间内诸如短于10秒，且更典型短于1秒诸如100毫秒至600毫秒的时间段内，将光或其它能量施加至靶组织几十或甚至几百次。这一“治疗”可控地升高靶组织的温度，以激活热休克蛋白和相关组分。

但已经发现的是，如果在间隔时间内中止将脉冲能量施加至靶组织，间隔时间为诸如超过包含“第一次治疗”的第一时间段且可包含几秒钟至几分钟，诸如3秒至3分钟，或更优选10秒至90秒，随后在一个治疗环节或一次看诊过程中，在该间隔时间后，对靶组织实施第二次治疗，其中第二次治疗也必需重复地将脉冲能量再次施加至靶组织以可控地提升靶组织的温度，从而治疗性地治疗靶组织而不摧毁或永久性地损伤靶组织，则靶组织的细胞内被激活的HSP和相关组分的量增加，导致对该生物组织的更有效的整体治疗。换句话说，第一次治疗创建了靶组织的热休克蛋白激活水平，且二次治疗将靶组织内热休克蛋白激活的水平增加至高于第一次治疗所导致的水平。因此，在一个治疗环节或一次看诊过程中实施多次对患者靶组织的治疗，提升了对该生物组织的整体治疗，只要第二次或额外治疗是在间隔时间后实施且该间隔时间不超过几分钟但其长度足以允许温度驰豫以不损伤或摧毁靶组织即可。

本文中，这一技术可称为“步进”，其中，被激活的HSP产生的水平随着同一个看诊治疗环节内的后续一次或多次治疗而增加。这一“步进”技术可通过将用于亚秒级现象的阿伦尼乌斯积分途径与在SDM或其它脉冲能量的重复的亚秒级施加之间存在间隔的Rybinski等人(2013)治疗组合而描述。

对于本发明公开中建议的步进SDM(重复性的SDM施加)，与图16中描述的情境有一些重要差异：

SDM可预防性地应用于健康细胞，但SDM将时常被应用于患病的细胞。这种情况下，受损蛋白质的初始浓度[S(0)]可能比表4中给出的大。我们不尝试对此作出解释，假定该定性行为将不改变。

单次SDM施加的持续时间仅为亚秒级，而非图16中显示的几分钟。Rybinski等人速率常数比阿伦尼乌斯常数小得多：后者给出与亚秒级持续时间相同的量级的阿伦尼乌斯积分，而Rybinski等人速率常数太小而无法进行这一动作。这是当该兴趣的时间规模不同时存在的不同的有效速率常数的实例：Rybinski等人速率常数应用于在几分钟时间内出现的现象，而阿伦尼乌斯速率常数应用于亚秒级现象。

据此，为了分析在用于改善SDM效能的所建议的步进SDM技术中发生了什么，我们应将适用于亚秒级现象的阿伦尼乌斯积分治疗与适用于在重复SDM施加之间的分钟级别的间隔内出现的现象的Rybinski等人(2013)治疗组合：

SDM亚秒级施加通过阿伦尼乌斯积分形式描述

SDM施加之间的间隔O(分钟)通过Rybinski等人(2013)的方程式描述

具体地，我们考虑两次成功的SDM施加，每次SDM微脉冲串具有亚秒级的持续时间。

对于较短的亚秒级时间规模，我们假定作为被激活(游离)的HSP来源的未激活的HSP全部包含在细胞质中的HSPHSF分子内。据此，采取第一次SDM施加将初始HSPHSF分子集落中的未激活HSP的细胞质库从

[HSPHSF(平衡)]降低至[HSPHSF(平衡)]exp[-Ω]，

并将初始HSP分子集落从

[HSP(平衡)]增加至[HSP(平衡)]+[HSPHSF(平衡)](1-exp[-Ω])

以及，将初始HSF分子集落从

[HSF(平衡)]增加至[HSF(平衡)]+[HSPHSF(平衡)](1-exp[-Ω])

所有其它物种的平衡浓度假定为在第一次SDM施加之后保持相同。

随后，使用Rybinski等人的方程式计算在第一次SDM施加与第二次SDM施加之间的间隔(分钟)内[HSP]和[HSPHSF]发生了什么，其中，在第一次SDM施加后的HSP、HSF和HSPHSF初始值取为

[HSP(SDM1)]＝[HSP(平衡)]+[HSPHSF(平衡)](1-exp[-Ω])

[HSF(SDM1)]＝[HSF(平衡)]+[HSPHSF(平衡)](1-exp[-Ω])

和

[HSPHSF(SDM1)]＝[HSPHSF(平衡)]exp[-Ω]

对于在间隔后的SDM的第二次施加，SDM后的[HSP]、[HSF]和[HSPHSF]值将被取为

和

其中，和是在时间下从Rybinski等人(2013)方程式测定的数值。

我们目前的兴趣在于将[HSP[SDM2)]与[HSP[SDM1)]比较，以观察在第一次施加SDM且间隔后重复施加SDM是否已经在细胞质中造成更多被激活(游离)的HSP。

比率β

提供对在与第一次SDM施加间隔后重复施加的SDM造成的HSP激活程度的改善的直接测量。

在SDM施加的间隔内，HSP和HSPHSF的浓度可能发生很大改变。

图18A和图18B示出了当SDM阿伦尼乌斯积分Ω＝1时，在SDM施加之间的间隔分钟内，激活浓度[HSP]和细胞质库中未激活HSP浓度[HSPHSF]的改变，且平衡浓度在表4中给出。

尽管这里仅治疗一次重复(一个步骤)，但很明显，可重复该过程以提供多个步进事件作为改善SDM或其它牵涉组织HSP激活的治疗性方法的效能的手段。

通过下述实施例和结果显示改变阿伦尼乌斯积分Ω和由间隔时间分隔开来的两次不同的治疗之间的间隔的效应。

使用上述过程生成的9个实施例呈现如下。所有实施例均是由两次SDM治疗组成的治疗，且第二次治疗在第一次治疗后的时间出现，且它们探究：

不同大小的阿伦尼乌斯积分Ω在SDM治疗中的效应[考量三个不同的Ω：Ω＝0.2、0.5和1.0]

改变两次SDM治疗间的间隔的影响[考量三个不同的 30秒和60秒。

如上所述，激活的阿伦尼乌斯积分Ω取决于治疗参数(例如，激光功率、占空比、脉冲串总持续时间)和RPE特性(例如，吸收系数、HSP的密度)两者。

下表5显示，当两次SDM治疗之间的间隔为分钟时，不同Ω(Ω＝0.2、0.5、1)对于细胞的HSP含量的效应。这里，细胞取为具有表4中给出的所牵涉的10项物种的Rybinski等人(2013)平衡浓度。

表5显示四个HSP浓度(以Rybinski等人的任意单位表示)，各自对应于四个不同时间：

在第一次SDM治疗之前：[HSP(平衡)]

紧接在第一次SDM应用之后：[HSP(SDM1)]

在第一次SDM治疗后的间隔结束时：

紧接在的第二次SDM治疗之后：[HSP(SDM2)]

也显示单次治疗过程中的改善因素：β＝[HSP(SDM2)]/[HSP(SDM1)]

表5.在文中刚刚描述的四个时间的HSP浓度：当治疗以分钟＝15秒间隔时，改变对细胞的两次SDM施加的SDMΩ的效应。

表6与表5相同，但SDM治疗之间的间隔为

表6.在文中描述的四个时间的HSP浓度：当治疗以 间隔时，改变对细胞的两次SDM治疗的SDMΩ的效应。

表7与表5和表6相同，但治疗之间的间隔为1分钟或60秒。

表7.在文中刚刚描述的四个时间的HSP浓度：当治疗以 间隔时，改变对正常(健康)细胞的两次SDM治疗的SDMΩ的效应。

表5至表7显示：

对于三种Ω，SDM的第一次治疗均在很大程度上增加[HSP]，但Ω越大，则增加程度越高。尽管表中未明确显示，但[HSP]的增加以隐藏的(未激活的)HSP的细胞质储层为代价：[HSPHSF(SDM1)]比[HSPHSF(平衡)]小得多

[HSP]在两次SDM治疗之间的间隔内明显减少，且越大，减少程度越大。(间隔期间，[HSP]的降低伴随有[HSPHSF]的增加(如图44所示)和[HSPS]的增加，表明未激活的HSP的细胞质库的快速补充和HSP与受损蛋白质的快速附接。)

对于小于60秒的两次SDM治疗相对于一次治疗具有细胞质中被激活的(游离)HSP的数目的改善。

随着变小，该改善增加。

但对于变为长达60秒的比率β＝[HSP(SDM2)]/[HSP(SDM1)]变为小于一(unity)，表明两次SDM治疗相对于一次SDM治疗没有改善，但这一结果可根据能量源参数和被治疗的组织类型而变。

对应于的改善越大，SDM阿伦尼乌斯积分Ω越小。

改善比β＝[HSP(SDM2)]/[HSP(SDM1)]的结果总结在图45中，其中，改善比β＝[HSP(SDM2)]/[HSP(SDM1)]与三个SDM阿伦尼乌斯积分Ω的SDM治疗间隔(以秒计)对比，并进行三个间隔值30sec和60sec的对比。最上方曲线对应于Ω＝0.2；中间的曲线对应于Ω＝0.5；且最下方曲线对应于Ω＝1.0。这些结果对应于表3的Rybinski等人(2013)速率常数和表4的各项物种平衡浓度。

应了解，表5至表7和图19的结果对应于表3的Rybinski等人(2013)速率常数和表4的平衡浓度。细胞中的实际浓度和速率常数可能不同于这些值，因此，表5至表7和图19中的数字结果应视为代表性的而非绝对性的。但是，预计它们不具显著差异性。因此，在单个靶组织位置或区域如单个视网膜定位点上实施多次环节内治疗，且第二次和后续治疗跟随第一次治疗且在3秒至3分钟的任意时间间隔且优选10秒至90秒的间隔之后进行，应增加HSP和相关组分的激活并因此增加对该靶组织的整体治疗效力。所得“步进”效应实现了被激活的热休克蛋白质数目的大幅度增加。但是，如果第一次治疗和后续治疗之间的间隔时间过长，则“步进”效应降低或不能实现。

当治疗参数或组织特征使得相关的激活阿伦尼乌斯积分低时，以及当重复施加之间的间隔短时如短于90秒且优选短于1分钟时，本发明的技术尤其有用。据此，此类多次治疗必须在相同的治疗环节内实施，例如在一次看诊中进行，其中不同的治疗可能在其间具有间隔窗口以实现本发明的技术的有益效应。

因为SDM通过纠正早期功能障碍阶段、到由于正常衰老所致炎症的进展或(在更晚期的功能障碍中)症状明显的神经退行性疾病中的RPE蛋白错误折叠，使视网膜健康和功能正常化，并且其后果可以通过早期和持续的定期治疗有效减缓或预防。

对RPE亚致死的视网膜激光治疗，诸如亚阈值二极管微脉冲激光(SDM)，通过激活和增强功能失调的RPE细胞中热休克蛋白(HSP)介导的蛋白质修复的反应动力学而起作用。作为一个在视网膜和眼睛中局部地和全身性地启动修复级联的催化过程，SDM使无数过程正常化，这些过程包括线粒体功能的改善以及局部和全身性免疫调节。通过修复RPE，RPE得到在生理上改善和正常化，并且因此视网膜功能也在生理上改善和正常化。因为此类SDM引发的修复包括线粒体和细胞核内的转录和转译机制，因此SDM的作用可能是广泛而持久的。关于SDM治疗慢性进行性视网膜病变的临床和实验数据是长期和广泛的。

由RPE阐述的维持视网膜健康和功能的化学介质局部起作用，但具有扩散性。动物和人类临床研究已经证明，在对RPE进行SDM治疗后，可以在眼睛的玻璃体和房水中发现这些化学物质。没有例外，SDM的作用，以及由此从RPE释放的化学介质对RPE SDM HSP激活的反应的功能，对视网膜功能具有修复性和恢复性。再者，实验室研究表明，RPE的SDM产生局部和全身反应，包括局部干细胞激活和眼部从骨髓中募集多能干细胞。在一项此类研究中，在小鼠中对一只眼睛进行SDM治疗，导致骨髓源性(BMD)免疫和干细胞被募集到两只眼睛的视网膜。

因此，本发明可利用如上文示例性说明和描述的亚阈值二极管微脉冲激光(SDM)来解决与正常衰老相关联的很多问题和位于视网膜自身之外的疾病相关病理，包括视觉功能的正常年龄相关性降低、正常白内障的发展和进展、老花眼或年龄相关性近视，以及在开角型青光眼(OAG)处置前和并发的眼压升高。

正常衰老与视觉功能的略微下降相关联，尤其是暗适应和中间视觉(室内光)视力受损。对这些功能的更严重损害可能预示未来的疾病，包括AMD、DR和OAG。因为正常衰老与增加的蛋白质错误折叠和蛋白质修复动力学减缓相关联，SDM可改善黄斑亚病理性年龄相关性损失，从而改善中央视觉功能。这种功能障碍可能是由于不同因素中的任一者或组合。通过对细胞和RPE线粒体功能的SDM正常化，可以改善RPE中的较慢代谢活性。可以通过SDM的神经营养/神经保护作用来改善神经感觉视网膜和视神经功能的下降。

白内障的形成是可逆性年龄相关性视力丧失的最常见原因。白内障几乎是衰老的普遍伴随物，它是一个正常的过程，而不是一种疾病状态。白内障的形成是晶状体化学变化的结果，这些变化导致晶状体蛋白质的紊乱、交联和聚集，通常是由于导致晶状体不透明的氧化性变化。晶状体没有血管作为营养来源，它的营养和健康完全依赖于周围水性流体的化学环境。RPE中阐述的化学介质存在于水溶液中并且在衰老和疾病中变得异常，并且可以通过对视网膜黄斑进行SDM治疗来正常化和改善。通过改善和正常化晶状体的微环境，可以延缓白内障的发展并减缓进展。

老花眼或“老眼”是一种正常的衰老现象，通常发生在35岁左右。在老花眼中，眼睛丧失了其聚焦在近处的能力。因此，阅读能力受损。这通常通过使用老花镜或双光眼镜来提供近距离聚焦的能力来解决。老花眼的原因是晶状体弹性/柔韧性丧失中的一者或两者的结合；以及失去睫状肌收缩以允许晶状体根据近视的需要改变形状的能力。对视网膜进行SDM治疗可以通过使维持眼睛健康和功能的RPE衍生的化学介质正常化来改善晶状体和睫状肌的健康和功能，从而延缓老花眼的发作和/或降低老花眼的严重程度。

眼压(IOP)升高是一种常见的衰老现象。当严重时，它可能造成或促进视神经损伤，如开角型青光眼。因此，避免正常的与年龄相关的IOP升高可以防止危及视力的OAG。IOP是两种主要相互作用的结果：睫状体上皮(基本上是RPE在眼睛前部视网膜之外的延续)产生水性流体的速率；以及水性流体通过小梁网的上皮从眼睛排出的速率。不平衡可导致高IOP。小梁网中流动阻力的增加通常被认为是最常见的异常，这是由于积聚的异常物质堵塞了网。由于RPE衍生的正常眼功能化学介质存在于水性流体中并在水性流体中循环，经由对视网膜黄斑进行SDM治疗所致的正常化可能有助于睫状体水生成和小梁网功能的正常化，降低正常的年龄相关性IOP升高，从而降低OAG中症状明显疾病的可能性。

对于RPE呈亚致死的热激光效应是多价的、催化的、修复性的、恢复性的和对视网膜功能正常化的。此类应答被描述为一种生理“重置”现象，因为它在很大程度上与视网膜功能障碍的根本原因无关。由于AMD是一种神经退行性疾病，此类激光效应按照定义也是神经保护的。这些效应包括VEGF的下调和色素上皮衍生因子的上调；在不健康细胞中的RPE热休克蛋白(HSP)激活和加速HSP介导的蛋白质修复；改善的线粒体功能；细胞凋亡的抑制；降低的退行性慢性炎症指标和增加的修复性急性炎症指标；减少的活性氧以及增加的氧化亚氮和超氧化物歧化酶；改善的Mueller细胞功能；修复性局部和全身性免疫调节和干细胞激活；组织基质金属蛋白酶的调节；以及使RPE细胞因子、趋化因子和白细胞介素的表达和反应正常化，和改善的视网膜自动调节。因此，很明显，对视网膜特别是黄斑的SDM治疗产生了改善整个眼睛状况而不仅是局部视网膜SDM治疗区域状况的效应。

对于SDM对RPE中HSP激活动力学的效应的分析表明，激活是一种阈值现象，因此也是一种生物激活形式。激光诱导的细胞内游离HSP的增加是适度的，这与体内和体外研究的结果一致，表明在RPE亚致死的暴露水平下HSP激活水平较低。这一发现也与长期的临床经验和先前的研究一致，即基于激光波长的视网膜激光治疗中的治疗效应没有显著差异。分析进一步表明，激光触发的主要HSP效应不是在短期内(即时或亚秒时间框架)增加游离和激活的细胞内HSP的水平；而是在较长的时间内(几分钟、几小时)诱导游离HSP的构象变化，该构象变化显著增加了蛋白修复率(经由速率常数k10)，特别是在以高水平受损蛋白和缩短的正常蛋白半衰期为特征的病细胞中。这将会解释在不同的临床环境中在SDM后观察到的RPE功能的正常化，从而导致视网膜功能正常化，而与功能障碍的原因无关(重置现象)；并解释了SDM和其他低功率激光治疗的病理选择性特性，其中暴露仅改善和正常化了功能失调细胞的功能，而对健康细胞没有任何显著影响。

任何干预措施的治疗安全性的关键决定因素为治疗范围(TR)。现代视网膜激光疗法的TR，从最初的生物效应延伸到RPE死亡的50％风险，可以被认为是描述治疗的“靶大小”。在这个范围内，治疗对RPE是亚致死的，因此在安全性和有效性方面最大化，允许通过高密度应用进行扩增，以最大限度地提高治疗效益。

作为规则，纳秒激光的TR为零，因为它们固有地对RPE具有光破坏性(从而在实现HSP激活之前破坏细胞)；对于连续波(CW)激光是窄的；并且对于微脉冲激光器是宽的，TR的宽度或目标尺寸随着脉冲占空比的减小而指数增加。对于CW激光器，诸如模式扫描激光器(PASCAL；Topcon,Tokyo,Japan)，TR为0.010瓦(在5％的占空比下，比810nm SDM的TR窄99.94％)，这使得理论上可能，但临床上不太可能，在治疗目标窗口内持续“命中”；低于TR的治疗无效并且高于TR的治疗导致视网膜损伤。因此，固有的不可预测性使得CW激光不适合现代视网膜激光治疗，而可靠的安全性是其先决条件。

比较577nm与810nm参数亚阈值微脉冲激光组的标度律分析发现，577nm的TR比810nm的TR窄86％(0.23瓦对比1.62瓦)。这可以归因于观察到577nm的RPE黑色素吸收大约是810nm的4倍。因此，与810nm相比，较短的激光波长(诸如577nm)固有地具有更大的无意视网膜损伤风险，例如可能由错误的滴定算法、错误的激光设置、RPE黑色素密度或异质性的个体患者或局部视网膜变化、介质吸收或散射引起。

这一数据表明，泛黄斑SDM以最大的安全性和有效性减少正常衰老对视力、眼压升高、老花眼和白内障的影响的优选激光参数包括使用低脉冲频率(占空比为5％或更低)；在近红外范围中的长波长，例如在532nm与1300nm之间，更优选在750nm与1000nm之间，甚至更优选810nm；功率、光斑大小和光斑持续时间的组合以实现大的治疗范围。此类变动在下表8中说明：

表8.各种视网膜激光模式的治疗范围比较。

1)纳秒连续波(CW)。2)微秒CW。3)微脉冲的。4)估计的，通过滴定。5)固定的，Vujosevic,等人。6)固定的，Luttrull,等人。7)固定的，目前优选的。8)计算出在给定激光参数下达到治疗重置效应的阿伦尼乌斯积分的激活阈值1.0所需的激光功率(TR的下限)与热细胞死亡的50/50风险(TR的上限)之间的差异。

仅治疗视网膜后部的一小部分(黄斑)就有如此深远的影响，原因是黄斑是身体代谢最活跃的部分，其单位重量的葡萄糖和氧气利用率最高。在从视网膜光感受器产生并形成将视觉信息传递到大脑的视神经的神经纤维中，95％起源于黄斑。反映这一点的是，黄斑中RPE细胞的密度/浓度是视网膜中最高的。因此，几乎所有有用的、敏锐的和彩色的视觉都来自黄斑。黄斑外部存在极小视觉。因此，黄斑功能的改善，诸如SDM治疗引起的改善，可以改善有用视觉功能的所有指标。此外，由于黄斑独特的解剖结构和活性，黄斑功能的改变对眼睛生理和健康有着巨大的影响，因为它是许多RPE衍生的化学因子的最重要来源，对正常的眼睛健康至关重要。由于这些物质扩散到眼液中并在眼睛中循环，它们会影响黄斑外部眼组织(包括晶状体、睫状上皮和小梁网)的健康和功能。

RPE对通过诱导正常形成眼睛所有部位至关重要。这种诱导效应作为一种营养效应被带入成熟期；RPE形成的化学介质可在整个眼睛中扩散，并且RPE在诱导和营养不良中的作用表明这些RPE衍生的化学介质在控制视网膜以外的眼睛健康以及暴露于这些介质的那些结构中的正常作用。RPE功能以及这些可扩散介质和免疫刺激剂的组成在正常衰老中变为老化的，在疾病中变为病理异常的。黄斑的SDM治疗可以改善RPE的异常，从而改善RPE形成的化学介质及其对眼功能的影响。

SDM的基本治疗技术对所有视网膜治疗适应症都是相同的，包括正常的衰老变化。这种治疗称为“泛黄斑SDM”。优选地，位于黄斑-视网膜血管拱廊之间的视网膜(包括黄斑和黄斑中心、中央凹)用激光同时治疗。所需光斑应用的数量取决于所使用的激光光斑尺寸。如果需要，基于治疗指示，可以将治疗扩展到包括整个视网膜。

根据本发明，SDM可以与其他治疗结合使用，这些治疗可能具有不同的作用机制，并且可能与SDM适当组合具有协同作用。例如，光生物调节也被证明可以改善视网膜和视觉功能。

光生物调节(PBM)将高但生理强度的可见光应用于视网膜。不存在热效应。效应既为波长专一的，也为呈现顺序专一的。红光似乎是最有用的和有益的。用红光对视网膜进行PBM可以提高正常老年人以及AMD和DR患者的视力和视觉功能。PBM通过对RPE线粒体中呼吸链金属阳离子的光电效应来改善视网膜能量的产生和利用。到目前为止，关于PBM对视网膜疾病的益处的临床数据目前是有限的。然而，SDM与PBM的组合，通过适当的组合，在治疗患有与正常衰老过程或其他视觉障碍相关的疾病的眼睛方面可能具有协同作用或不同的作用机制。

尽管已经详细描述了若干实施方案以作例示性说明之用，但可作出各种修饰而不悖离本发明的范畴和精神。据此，本发明除了受限于所附权利要求书之外并无限制。

Claims (17)

1.一种用于对正常衰老的眼睛进行光刺激的方法，包括下列步骤：

提供具有波长、占空比、功率和脉冲串持续时间的参数的脉冲光束，所述参数经选择以提升眼组织温度来实现治疗性或预防性效应，其中所述眼组织的平均温升在数分钟内被维持在或低于预设水平，以不对所述眼组织造成永久性损伤；以及

将所述脉冲光束施加至包括所述眼睛的视网膜组织的靶组织，持续短于一秒，以对所述眼组织进行光刺激而不对所述眼组织造成永久性损伤；

其中，眼功能和健康得以改善，使得与正常衰老相关联的病变得以减缓或预防。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉冲光束具有介于530nm与1300nm之间的波长、小于10％的占空比、和介于0.1与0.6秒之间的脉冲串持续时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述波长在750nm与1000nm之间，并且所述占空比为介于2％与5％之间。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述脉冲光束具有在0.5与74瓦之间的功率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述施加步骤包括使所述靶组织至少在施加所述脉冲光束期间升高介于6℃与11℃之间、同时将平均靶组织温度在数分钟内维持在低于预设水平的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述平均靶组织温度在六分钟时间段内维持在1℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述脉冲光束施加至基本上整个视网膜上，包括中央凹的至少一部分。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，将多个脉冲光束同时施加至所述靶组织。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，至少多个所述脉冲光束具有不同的波长。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述脉冲光束施加至第一靶组织区域，并且在所述脉冲光束的脉冲之间移动至一个或多个另外的靶组织区域，然后在根据占空比的脉冲之间的包括少于一秒的时间段内返回并且重新施加至所述第一靶组织。

11.根据权利要求1所述的方法，包括下列步骤：

通过下述对靶组织进行第一治疗：在包括少于一秒的第一时间段内对所述靶组织重复施加脉冲能量以可控地增加所述靶组织的温度，从而治疗性地治疗所述靶组织而不摧毁或损伤所述靶组织，并且在所述靶组织中创建第一水平的热休克蛋白激活；

在包括3秒至3分钟的间隔时间内，停止向所述靶组织施加所述脉冲能量；以及

在所述间隔时间后，立即通过下述对接受所述第一治疗的所述靶组织进行第二治疗：在包括少于一秒的第二时间段内对所述靶组织重复施加所述脉冲能量以可控地增加所述靶组织的温度，从而治疗性地治疗所述靶组织而不摧毁或损伤所述靶组织，并且在所述靶组织中创建大于所述第一水平的第二水平的热休克蛋白激活。

12.一种用于对正常衰老眼睛进行光刺激的系统，其包括：

至少一个激光控制台，其生成至少一个微脉冲治疗激光光束，所述至少一个治疗激光光束具有参数以治疗视网膜组织而不损伤或摧毁所述视网膜组织，包括具有介于750nm与1300nm之间的波长、小于10％的占空比和介于0.1与0.6秒之间的脉冲串持续时间；

至少一个光学透镜或光罩，所述至少一个治疗激光光束穿过所述光学透镜或光罩以将所述至少一个治疗激光光束在光学上成形；

同轴广角非接触式数字光学摄像机，其将所述至少一个治疗激光光束投射至所述正常衰老眼睛的所期望位点的区域以进行视网膜光疗法或光刺激并且改善眼健康且减缓或预防正常衰老病变；和

将所述至少一个治疗激光光束在包括中央凹的至少一部分的基本上整个视网膜上可控地移动的机构。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述至少一个激光控制台包括多个激光控制台。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，至少多个所述所生成的治疗激光光束具有不同波长。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述机构在所述至少一个治疗激光光束在连续脉冲施加至第一治疗区域与至所述所期望位点的至少一个其它区域之间的间隔期间将所述至少一个激光光束可控地移动，以进行视网膜光疗法或光刺激，然后使所述至少一个治疗激光光束在包括1至3毫秒的预设时间段内返回至所述第一治疗区域以将所述至少一个治疗激光光束的另一脉冲施用施加至所述第一治疗区域。

16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述至少一个光学透镜或光罩包括衍射光学器件以从所述至少一个治疗激光光束生成多个治疗光束，所述多个治疗光束被同时投射到所述视网膜组织上。

17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述组织至少在施加所述至少一个治疗脉冲光束期间的温升介于6℃与11℃之间，同时在6分钟时间段内的平均靶组织温度维持在或低于1℃。