СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ТКАНЬ Российский патент 2009 года по МПК A61B18/20 

Область техники

Изобретение относится, в общем, к воздействию на ткань и более конкретно - к дерматологическому воздействию с применением направленной энергии.

Описание известного уровня техники

Свет давно используется в широком спектре медицинских применений. В области дерматологии мощные лазеры и системы интенсивного пульсирующего света (ИПС) применяются для необратимого удаления нежелательных волос, омоложения кожи, удаления вен и т.п. В области эпиляции устройства удаляют волосы с участков тела импульсами большого диаметра лазерного или некогерентного света, так называемого "интенсивного пульсирующего света". Недостатком этих устройств является то, что для получения необратимых или пролонгированных результатов требуется чрезвычайно высокая мощность (как электрическая, так и световая), и поэтому такие устройства можно применять только в клиниках с персоналом, обученным работе с этими устройствами. Следующим недостатком является высокая стоимость такого лечения, его болезненность, продолжительность и лишь частичная эффективность. Для повышения эффективности этого лечения на рынке появляются все более мощные устройства, нацеленные на обеспечение пролонгированных результатов. Кроме того, в этих устройствах используются выходные пучки очень большого диаметра, которые, как известно, глубоко проникают в кожу и передают большие дозы энергии в основную область волосяного фолликула. Такие новейшие устройства, способные генерировать уровень мощности, "необходимый" для эффективного долговременного удаления волос, с использованием пятен большого диаметра, имеют большие размеры, вес, высокую стоимость, требуют сложного охлаждения и опасны. В настоящее время рыночная цена таких устройств превышает 20 тысяч долларов, а само устройство может весить более 100 фунтов. Индивидуальные потребители не могут приобретать или безопасно эксплуатировать такие устройства в домашних условиях.

Кроме выпуска все более мощных лазерных устройств также растет тенденция к увеличению размера пятна. В результате экспериментов было обнаружено, что пятна большего размера проникают в кожу глубже, чем пятна малого размера. Поэтому разработчики в этой области, стремясь получить длительный и устойчивый результат, склоняются к созданию пятен большего размера. Действительное поведение света при его рассеянии в ткани в зависимости от размера пятна еще недостаточно изучено до настоящего времени. Поэтому использование воздействия малым пятном в этой области дерматологии было отклонено как нецелесообразное.

Обычное (хотя и неправильное) представление о рассеянии света в коже в зависимости от размера пятна воспрепятствовало разработке эффективных способов изменения роста волос для конечного потребителя. Уверенность в том, что только пятна лазера и ИПС большого диаметра могут вызывать потерю волос, привела к тому, что вся индустрия направлена на разработку крупногабаритных, дорогих и более опасных устройств, выходная мощность которых в настоящее время составляет более 2900 Вт.

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам, в которых используется модель рассеяния света в коже в зависимости от размера пятна. В этих способах и устройствах используется пятно небольшого размера и излучение малой мощности для быстрого изменения роста волос, а также для лечения других кожных нарушений. Кроме того, предложенное устройство может иметь высокую эффективность при использовании всего лишь части мощности, необходимой обычным современным устройствам. Предложенное устройство пригодно для массового производства и может безопасно применяться в домашних условиях с отличными результатами.

Краткое изложение сущности изобретения

Согласно одному аспекту изобретения предложены способ и устройство для воздействия на кожу. Один вариант способа относится к сканированию поля излучения, имеющего небольшую площадь, на коже с заданной скоростью и выбранными плотностью энергии и длиной волны, чтобы нагреть хромофор мишени до уровня, достаточного для обеспечения результата. В одном варианте результатом является быстрое изменение скорости роста волос.

Согласно другому аспекту изобретения предложен способ воздействия на кожу, в котором определяют глубину кожи для поглощения энергии, необходимой для воздействия, и генерируют пятно такого размера, чтобы энергия, падающая на кожу, доставляла требуемое количество энергии на заданную глубину воздействия. В одном варианте пятно выбранного размера имеет меньший диаметр, чем расстояние между соседними волосами на коже. В еще одном варианте, в котором воздействием является эпиляция, глубина выбирается на уровне, близком к расширению волосяного фолликула. В следующем варианте способ дополнительно включает в себя выбор длины волны света, подходящей для воздействия.

Согласно другому аспекту изобретения предложен способ воздействия на участок кожи, заключающийся в том, что генерируют энергетическое пятно малого размера, падающее на кожу, чтобы доставить заданное количество энергии на заданную глубину для воздействия на этот участок кожи, и сканируют малое пятно на участке кожи, предназначенном для воздействия.

Согласно следующему аспекту изобретения предложен способ воздействия на участок кожи, заключающийся в том, что генерируют энергетическое пятно малого размера, падающее на поверхность кожи, чтобы доставить заданное количество энергии на заданную глубину для воздействия на участок кожи, и сканируют малое пятно на участке кожи, предназначенном для воздействия. Пятно имеет такой размер, что участок воздействия на заданной глубине намного больше, чем размер пятна на поверхности кожи.

Согласно другому аспекту изобретения предложено устройство для воздействия на кожу, содержащее источник энергии и средство для генерации, из источника, размера энергетического пятна, падающего на кожу, чтобы доставить заданное количество энергии на заданную глубину воздействия. В одном варианте источником энергии является лазер, генерирующий свет на заданной длине волны для воздействия. В другом варианте энергию генерирует импульсная лампа с последующей спектральной селекцией излучаемого света оптическими фильтрами.

Согласно еще одному аспекту изобретения предложен способ регулирования энергии, используемой для воздействия на участок кожи, заключающийся в том, что генерируют энергетическое пятно малого размера, падающее на поверхность кожи, чтобы доставить заданное количество энергии на заданную глубину воздействия на данный участок кожи; перемещают малое пятно по участку кожи, предназначенному для воздействия; измеряют скорость движения пятна по поверхности кожи и регулируют количество энергии, достигающей заданной глубины воздействия, в зависимости от скорости движения пятна по поверхности кожи. В одном варианте способа дополнительно сканируют малое пятно на поверхности кожи со скоростью сканирования, причем при регулировании величины энергии, достигающей требуемой глубины воздействия, корректируют скорость сканирования. В другом варианте способа скорость сканирования корректируют в реальном времени. В еще одном варианте при регулировании величины энергии, достигающей заданной глубины воздействия, корректируют величину энергии в пятне, падающем на кожу.

Согласно другому аспекту изобретения предложено устройство для воздействия на участок кожи. Устройство содержит источник энергии, генерирующий энергетическое пятно малого размера, падающее на кожу, и средство для сканирования энергетического пятна на поверхности кожи. В одном варианте средство для сканирования содержит устройство, выбранное из группы, состоящей из гальванометрических сканирующих зеркал, линейных исполнительных механизмов, вращающихся оптических клиньев, обратных зеркал с кулачковым приводом и вращающихся многоугольников. В другом варианте средство для генерации размера энергетического пятна образует намного большую площадь воздействия на заданной глубине воздействия, чем площадь пятна на поверхности кожи. В еще одном варианте устройство дополнительно содержит средство для измерения скорости движения пятна по поверхности кожи и регулятор, связанный со средством для измерения скорости движения пятна по поверхности кожи. Регулятор регулирует количество энергии, достигающей заданной глубины воздействия, в зависимости от скорости движения пятна по поверхности кожи.

В другом варианте регулятор связан со средством для сканирования. Средство для сканирования сканирует пятно со скоростью сканирования, а регулятор корректирует скорость сканирования в зависимости от скорости движения пятна по поверхности кожи в реальном времени. В другом варианте регулятор связан с источником энергии и корректирует интенсивность энергии, достигающей кожи, в зависимости от скорости движения пятна по поверхности кожи в реальном времени. В другом варианте устройство дополнительно содержит индикатор, связанный со средством для измерения скорости движения пятна по поверхности кожи, который показывает, когда скорость движения пятна по поверхности коже выходит за пределы заданного интервала. В одном варианте также содержится средство безопасности, предназначенное для отключения устройства, если оно не находится в должном контакте с поверхностью кожи.

Краткое описание чертежей

Описанные выше и другие преимущества настоящего изобретения станут более понятны из следующего описания и прилагаемых чертежей, на которых

фиг.1 схематически иллюстрирует соотношение между размером пятна и глубиной проникновения света в кожу человека;

фиг.2 изображает уменьшение плотности мощности с глубиной по оси пучка диаметром 1 мм;

фиг.3 изображает график относительной мощности узкого пучка в зависимости от глубины, показывающий относительную мощность малого пучка по сравнению с широким пучком, имеющим такую же плотность энергии;

фиг.4(а-d) изображает графики относительной плотности энергии, генерированной одним пучком 1 мм, проходящим через кожу на различную глубину;

фиг.5 изображает график отношения между диаметром пятна и глубиной воздействия;

фиг.6 схематически изображает прерывистое воздействие на участок кожи;

фиг.7 схематически изображает непрерывное воздействие на участок кожи;

фиг.8 изображает зависимость плотности энергии от глубины для пучка диаметром 1 мм на поверхности;

фиг.9 изображает график распределения максимальной температуры по стержню темного волоса, вызванной движущимся узким пучком;

фиг.10 изображает вариант устройства воздействия согласно настоящему изобретению с использованием гальванометрического зеркала в сканирующем устройстве;

фиг.11 изображает вариант контактного устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.12 изображает другой вариант сканирующего устройства с использованием движущегося оптического волокна;

фиг.12а изображает еще один вариант сканирующего устройства с использованием вращающихся клиньев;

фиг.13 изображает еще один вариант сканирующего устройства с использованием кулачкового механизма;

фиг.14 изображает еще один вариант сканирующего устройства с использованием вращающегося многоугольника;

фиг.14а изображает схематически лучи параксиальной модели варианта сканера на базе многоугольника по фиг.14;

фиг.14b изображает схематически вариант многоугольника по фиг.14 с различными геометрическими характеристиками;

фиг.14с изображает схематически геометрию сканирования для варианта многоугольника по фиг.14;

фиг.14d изображает часть схемы на фиг.14а;

фиг.15 изображает схему, иллюстрирующую область, подвергаемую воздействию комбинацией сканирующего и ручного движения варианта предложенного устройства;

фиг.16(а-с) изображает структурные схемы различных вариантов устройства воздействия с определением скорости и коррекцией мощности лазера;

фиг.17 изображает график движения сканирующего пятна в зависимости от времени согласно вариантам, изображенным на фиг.10, 12, 12а, 13;

фиг.18 изображает график возможного уменьшения мощности лазера, когда скорость использования отличается от оптимальной скорости.

Описание предпочтительного варианта

Для определения необходимой величины плотности энергии для достижения косметического эффекта на коже используется теория рассеяния света в рассеивающей среде. В ближней инфракрасной области спектра коэффициент поглощения кожи составляет µ₀=0,02 мм^-1. Этот коэффициент определяет количество событий абсорбции для среднего фотона, проходящего путь 1 мм. Уменьшенный коэффициент рассеяния для кожи µ'₁=1,6 мм^-1. Этот коэффициент определяет количество событий изотропного рассеяния фотонов на том же пути. Следовательно, возможность рассеяния фотонов приблизительно на 2 порядка величины выше, чем возможность их поглощения. Поэтому распространение света в коже описывается уравнением рассеяния, а не регулярной волновой теорией.

На фиг.1 показаны поперечные сечения двух лазерных пучков с одинаковой плотностью энергии, или плотностью излучения, проникающих в участок кожи, а также волосяной фолликул, для представления масштаба. Первый пучок 10 узкий, в результате чего его мощность рассеивается в коже близко к поверхности с образованием показанной приблизительно конфигурации. Показанные контуры 11 соответствуют уровням плотности мощности (Вт/кв.см), составляющим 1,0; 0,3; 0,1; 0,03 или 0,001 плотности мощности на поверхности. Контуры 13 пучка 12 большего размера соответствуют уровням плотности мощности, составляющим 1,0 и 0,3 плотности мощности на поверхности. На чертеже ясно видно, что больший пучок 12 на заданной глубине способен передавать мощность, близкую к исходной, в то время как для узкого пучка 10 на той же заданной глубине передаваемая им мощность составляет часть его исходной мощности. Обычно для достижения такого косметического результата, как краткосрочное изменение роста волоса, эта заданная глубина составляет 1-6 мм под поверхностью, а плотность энергии, передаваемая на 1-6 мм ниже поверхности, составляет 0,1-10 Дж/кв.см. На фиг.2 показано быстрое уменьшение плотности энергии с глубиной вдоль оси пучка 1 мм.

Однако если рассмотреть общую мощность обоих пучков, которая требуется для обеспечения одинаковой плотности энергии на требуемой глубине, то можно увидеть преимущества узкого пучка. Как известно из теории рассеяния света, плотность энергии Ф₁ далеко от поверхности описывается уравнением:

где z - глубина, а Р₁ - мощность источника света. На фиг.2 плотность мощности от пучка 1 мм имеет экспоненциальный характер на глубине более 1 мм, показывая тем самым, что поведение этого пучка можно описать уравнением (1). Плотность мощности на поверхности, обеспечиваемую широким пучком, можно представить как:

где Р₂ - общая мощность, передаваемая пучком, а R - радиус широкого пучка.

Приравняв правые части уравнений (1) и (2), можно определить, какая мощность потребуется для большого пучка по сравнению с малым пучком для достижения такой же плотности энергии на требуемой глубине. При этом отношение Р₁/Р₂ можно представить как:

Уравнение (3) описывает долю мощности широкого пучка, которую должен иметь узкий пучок для передачи такой же плотности энергии на глубину z, как передает большой пучок с радиусом R. На фиг.3 показан график этого уравнения для R=5 мм (диаметр пучка 10 мм) и µ'₁=1,6 мм^-1, µ'₁=0,02 мм^-1, что соответствует слою дермы человека.

На фиг.3 видно, что для всех глубин в интересующем интервале мощность узкого пучка намного меньше, чем требуется для пучка 10 мм. Затем вычисляется мощность, необходимая для передачи определенной плотности энергии на среднюю глубину 3 мм, используя плотность энергии уровня 1,5 Дж/кв.см. Определено, что для передачи широким пучком 1,5 Дж/кв.см на мишень исходный пучок должен также иметь 1,5 Дж/кв.см, так как на соответствующих глубинах теряется мало мощности. Если пучок имеет диаметр 10 мм, то общая площадь пучка составляет 78,5 кв.мм, а общая передаваемая энергия - 1,18 Дж. Если длительность импульса (длительность прямого освещения мишени) равна 30 мс (известная стандартная длительность импульса), то выходная мощность устройства с широким пучком должна быть 39 Вт. Согласно уравнению (3) и фиг.3 такая же плотность энергии будет передаваться на глубину 3 мм узким пучком при использовании мощности всего 6,8 Вт. Следовательно, более узкий пучок требует меньшей мощности для достижения такого же эффекта.

Известно, что лазерные диоды оптимально подходят для генерации лазерных пучков, предназначенных для таких дерматологических воздействий. Также известно, что диодные лазеры имеют ограниченную выходную мощность на одну микросхему, и для обеспечения высокой мощности применяются так называемые "стержни диодных лазеров". Эти лазерные стержни представляют собой последовательность множества диодных лазеров, вместе с которой используется оптика, объединяющая множество выходных пучков в один более мощный пучок. При современном уровне технологии одна микросхема лазерного диода способна обеспечить приблизительно до 7 Вт мощности. В случае необходимости большей мощности стоимость изготовления такого устройства резко возрастет за счет оптики, необходимой для объединения пучков, дополнительных расходов на создание стержня вместо одного чипа, а также большего источника питания, необходимого для такой системы.

Обнаружив, что определенные эффекты, такие как краткосрочное изменение роста волос, действительно возможны при низких плотностях энергии, а также определив действительное поведение света при его рассеянии в коже, авторы разработали способ и устройство, позволяющие получить косметически полезный результат, такой как замедление роста волос, при использовании очень низкой мощности. Устройство, пригодное для применения этого способа, можно изготавливать очень экономично, а также производить в количествах, необходимых потребителям. Кроме того, поскольку предложен способ с низкой плотностью энергии, для которого требуется всего один лазерный диод, общая стоимость устройства дополнительно уменьшается за счет упрощения оптики благодаря использованию микросхемы лазерного диода, являющегося "точечным" источником света. Это простое лазерное устройство малой мощности также упрощает требования к электронике и механике благодаря снижению необходимой мощности и исключению многих оптических каскадов коллимации и формирования.

В настоящем изобретении также использован еще один новый существенный признак - перемещение малого пучка по коже для оказания воздействия на большие площади. В известных аналогах малые пучки высокой мощности фиксируются устройством точно над мишенью, например одним волосом. В некоторых случаях действительное оптическое волокно вводится в фолликул для передачи воздействующего пучка. Перемещение пучка по коже и использование рассеянного поведения света в рассеивающей среде позволяет оператору быстро осуществлять воздействие на больших площадях.

Возвратимся снова к фиг.1: в случае узкого пучка 10 модель показывает, что действительный диаметр площади воздействия под поверхностью кожи намного больше, чем диаметр исходного пучка. Этот эффект отсутствует в случае широкого пучка 12. Этот вывод подтверждается вычислением распределения плотности энергии на разных глубинах, создаваемой узким пучком. На фиг.4(а-d) показан профиль плотности энергии, созданный пучком 1 мм на глубине 0,1,3,5 мм. На этой фигуре все кривые нормализованы по осевой плотности энергии на одной и той же глубине. Абсолютные значения осевой плотности энергии показаны на фиг.2. Диаметр освещенного пятна на каждой глубине можно определить как "полную ширину на половине максимума" (ПШПМ) этой кривой. На фиг.5 показана непрерывная зависимость диаметра пятна от глубины для пучка 1 мм.

За счет использования поведения пучка при его проникновении в кожу настоящее изобретение позволяет разделить понятия области прямого освещения и области воздействия. Иными словами, в изобретении используется новый обнаруженный факт, заключающийся в том, что при использовании малого пятна площадь воздействия существенно больше, чем диаметр освещенного пучка на поверхности. На фиг.6 показан вид сверху области воздействия, где использован тот факт, что на заданной глубине обрабатываемая площадь больше, чем прямо освещаемая площадь поверхности. При использовании прерывистого движения по поверхности кожи этот факт позволяет воздействовать на непрерывную площадь при прямом освещении части общей площади. Также при использовании способа непрерывного движения по коже можно уменьшить время, необходимое для воздействия, путем увеличения скорости движения и уменьшения времени прямого освещения и при этом обеспечить хорошую эффективность. Понятно, что уменьшение времени, необходимого для прямого освещения, с быстрым охватом больших площадей является выгодным решением. Можно выбрать такое время между импульсами, чтобы позволить коже остывать без повреждения тех областей кожи, которые не подвергаются воздействию (например, области рядом с удаляемым волосяным фолликулом).

Следующий аспект изобретения относится к непрерывному движению по поверхности пучка, находящегося в режиме незатухающей волны (НВ). В известных системах для воздействия обычно используется пульсирующий режим (ПР), при котором устройство выдает импульс света большой мощности для воздействия на какой-то участок. Этот метод имеет ряд недостатков. Один недостаток заключается в нелинейном характере выходной мощности в процессе включения лазерных систем и достижения равновесия. В результате количество энергии, передаваемое мишени, непостоянное и его трудно калибровать. Кроме того, в известных системах с пучками большого диаметра, в которых используется ПР, оператор физически перемещает устройство каждый раз на один шаг в момент времени перед воздействием на кожу импульсом света. Это трудоемкий процесс, в котором также существует вероятность неполного воздействия на участки из-за ошибки оператора при перемещении устройства неравномерными шагами в отличие от настоящего изобретения, в котором сканирование пучка осуществляется автоматически.

В настоящем изобретении, как в случае НВ, так и в случае сканирования ПР, время воздействия (ВВ), или количество времени на обработку участка, можно вычислить либо как продолжительность времени, в течение которого пучок прямо освещает точку на поверхности при прохождении через нее, либо как количество времени, в течение которого осуществляется воздействие на подкожную область прямо или косвенно через свойства рассеяния, описанные выше. На фиг.7 показана область воздействия с использованием лазера, работающего в режиме незатухающей волны, с узким пучком. Область, на которую можно воздействовать с помощью этого метода, больше, чем область, покрытая прямым освещением. На фиг.7 ряд кружков показывает область, которую можно обработать в течение времени, которое отличается от величины времени, затраченного на любой участок кожи при прямом облучении. В самом первом круге 20 воздействия ясно видно, что некоторые из обрабатываемых областей совсем не были прямо освещены.

Непрерывное движение пятна света по поверхности обеспечивает еще одно преимущество, связанное с источником с пульсирующим режимом. Эффективность воздействия зависит от общей плотности энергии (Дж/кв.см), передаваемой пучком участку воздействия, а не от плотности мощности (Вт/кв.см).

Когда воздействие обеспечивается стабильным пятном из пульсирующего источника, распределение обоих этих параметров внутри обрабатываемой среды одинаковое, потому что участок воздействия зависит от ширины пучка. Например, в этом случае плотность энергии от лазерного пучка диаметром 1 мм будет зависеть от глубины, как показано на фиг.2.

Однако если освещение обеспечивается источником НВ и пятно перемещается по поверхности, то продолжительность воздействия определяется скоростью сканирования и диаметром пятна. Последний параметр возрастает с глубиной из-за рассеяния света. Поэтому продолжительность воздействия возрастает с глубиной так же, как и диаметр пятна. Так как плотность энергии равна произведению плотности мощности на ширину импульса, она уменьшается с глубиной медленнее, чем плотность мощности.

На фиг.8 показана зависимость плотности энергии от глубины для пучка с диаметром 1 мм на поверхности. Эта кривая вычислена как произведение функций, показанных на фиг.2 и фиг.5. При сравнении фиг.2 и 8 видно, что плотность энергии уменьшается в 10 раз на глубине 5 мм, а плотность мощности падает почти до 1% величины поверхности на той же самой глубине. Поэтому величина плотности энергии, передаваемой на глубине 5 мм движущимся пучком НВ, выше почти в 10 раз, чем неподвижным пульсирующим пучком, если поверхностная плотность энергии одинакова в обоих случаях.

Следующий аспект изобретения состоит в том, что в отличие от известных аналогов интенсивное воздействие на основание волосяного фолликула, или сосочек, может не потребоваться для получения косметического результата. Настоящее изобретение основано на открытии того факта, что воздействие на верхнюю и среднюю часть фолликула может быть достаточным, чтобы вызвать изменение роста волос. На фиг.9 показано распределение температуры вдоль стержня темного волоса, обеспеченное пучком 1,5 Вт с диаметром пятна на поверхности 1 мм, перемещающимся со скоростью 100 мм/сек. Из этого графика видно, что верхние части волоса достигают более высоких температур. Температура частей волоса, расположенных глубже 3 мм, ниже 42°С. Поэтому эти части не подвергаются значительному повреждению. Волосяная луковица обычно расположена глубже чем 3 мм от поверхности кожи.

Следует отметить, что для широких пучков дискриминация глубины достигается только применением меньшей длины волны. Это обусловлено тем, что глубина проникновения света сильно уменьшается при уменьшении длины волны из-за рассеяния и поглощения. Этот эффект отличается от применения узкого пучка, при котором проникновение регулируется геометрией освещения, а не длиной волны света.

На фиг.10 показана подходящая для реализации способа изменения роста волос портативная оптическая головка 22, содержащая лазер 34 и оптическую систему, которая распределяет пучок лазера по диаметру около 1 мм на выходном окне 26. Окно 26 размещается в прямом контакте с кожей. Для обеспечения короткой продолжительности воздействия лазер либо работает в режиме незатухающей волны (НВ) с одновременным движением сфокусированного пятна, либо в пульсирующем режиме (ПР).

Скорость движения пятна по участку воздействия для режима НВ определяется заданной величиной ширины импульса (τ) и диаметром области воздействия (D):

Когда диаметр прямо освещенного пятна (d) небольшой, диаметр зоны воздействия будет больше из-за рассеяния света, как показано на фиг.4-7. При d=1 мм коэффициент увеличения К составляет от 1 до 4 в зависимости от глубины воздействия. Точная величина коэффициента К для любой глубины показана на фиг.5. Следовательно, чтобы обеспечить общую ширину импульса (τ=30 мс), оптимальная головка должна двигаться со скоростью:

в интервале (33-133) мм/сек. Скорость для импульсов другой ширины (τ) можно определить с помощью уравнения (5).

В одном варианте настоящего изобретения окно 26 устройства содержит сменное прозрачное контактное устройство 28 (фиг.11), которое способно выполнять несколько функций. В одном варианте сменное контактное устройство имеет форму плоского покрытия из пластика (или другого пригодного материала), которое защищает устройство от таких загрязнений, как кожный жир, перхоть или другие нежелательные материалы. Кроме того, поскольку предпочтительно требуется перемещать устройство по коже многократно, волосяные стержни, так же как и сама кожа, истирают контактное устройство, что отрицательно влияет на эффективность передачи воздействующего излучения в область кожи, подвергающуюся воздействию, при прохождении над нею. В известных системах существует тенденция к применению дорогих, стойких к истиранию материалов, таких как сапфир, кварцевое стекло или другие редкие и необычные материалы, в неразъемно прикрепленных выходных окнах. В целях повышения эффективности желательно, чтобы контактное устройство не подвергалось истиранию, и воздействующее излучение находилось как можно ближе, чтобы его передача в кожу была без потерь.

В одном варианте изобретения предусмотрено сменное контактное устройство, которое удаляется после определенного количества использований. Это сменное контактное устройство показано в общем виде на фиг.11. В другом варианте сменное контактное устройство содержит области 30 из фоточувствительного материала, которые после поглощения ими определенного количества энергии излучения изменяют цвет или другие видимые характеристики, показывая тем самым оператору, что контактное устройство следует заменить. В еще одном варианте датчик в устройстве контролирует величину воздействующего излучения, которое было передано через контактное устройство с тех пор, как оно было установлено, и указывает оператору, когда сменное контактное устройство следует заменить для сохранения должной эффективности.

В еще одном варианте изобретения в устройстве установлен датчик, и сменное контактное устройство выполнено таким образом, что датчик проходит через окно и контактирует с кожей вблизи зоны воздействия. Если датчик не механический, а оптический или используются другие средства, не требующие контакта с кожей вблизи зоны воздействия, то окно имеет соответствующую форму, чтобы через него могло пройти сенсорное поле вблизи области воздействия. В еще одном варианте датчик является частью схемы, которая определяет, находится ли датчик близко к коже, и если он не находится близко к коже, выключает источник света. Этот предохранитель снижает вероятность повреждения глаз, так как не дает пучку сформироваться, если кожа не находится в состоянии поглощения светового излучения.

В одном предпочтительном варианте лазерное пятно линейно перемещается взад и вперед по выходному окну устройства с помощью сканирующей системы, встроенной в оптическую головку. Величина скорости сканирования выбирается в соответствии с уравнением (5). Движение устройства в направлении, перпендикулярном этому периодическому сканированию, выполняется вручную.

Способы отклонения оптического пучка, пригодные для использования в изобретении для обеспечения одномерного сканирования выходного пятна, можно, в общем, разделить на пять классов: отражение света от периодически перемещающейся поверхности; преломление света периодически перемещающимися прозрачными телами; периодическое движение источника света; дифракция света ультразвуковыми волнами и рефракция света в кристаллах, управляемых изменяющимся электрическим полем. Далее будет описано несколько вариантов, в которых используются некоторые из этих классов сканирующих систем. В частности, на фиг.10, 13 и 14 представлены варианты отражательных систем, на фиг.12 показан вариант системы, в которой осуществляется периодическое перемещение источника света, а на фиг.12а показан вариант рефракционной системы.

Изображенный на фиг.10 сканер построен на базе колеблющегося зеркала, управляемого гальванометрической системой. Источник питания 32 подает ток в лазер 34, который передает лазерное излучение в портативную оптическую головку 22 через оптическое волокно 36. Свет из волокна 36 расширяется оптической линзовой системой 38 до требуемого диаметра и проецируется на выходное окно 26 после отражения колеблющимся зеркалом 24. Колеблющееся зеркало перемещается гальванометром 40 под управлением системы 42 управления. Выходное окно 26 можно выполнить в форме цилиндрической плосковогнутой линзы, выполняющей функцию выравнивателя поля.

В одном варианте источник питания 32 питается от электрической сети. В другом варианте портативное устройство 32 содержит аккумуляторы. Известно, что энергетические потребности современных лазерных устройств, таких как диодные или полупроводниковые лазеры, выходят за пределы стандартных видов аккумуляторов. Один вариант настоящего изобретения выполнен с возможностью использования со специальными аккумуляторами с высокой выходной мощностью на основе такой технологии, как Ni-Cd, которые можно приспособить к разрядке их полной мощности за короткий период времени с высокой выходной мощностью. Один вариант устройства откалиброван для использования быстро разряжающегося сменного аккумуляторного элемента, который может легко извлекаться оператором для замены или перезарядки. Описанное устройство также содержит контролирующее средство для контролирования уровня мощности в аккумуляторном элементе, чтобы убедиться, что имеется достаточная мощность для обеспечения излучения терапевтического уровня. Контролирующее средство может быть также выполнено с возможностью считывания информации, хранимой в аккумуляторе, чтобы убедиться, что он соответствующего типа, и исключить тем самым питание устройства от неподходящего аккумулятора, что могло бы повредить устройству. При наличии микроконтроллера или другой подходящей логики, позволяющей контролировать идентичность и параметры питания от аккумуляторов высокой мощности, оператор может убедиться в правильной работе и удовлетворительных результатах.

В другом варианте аккумулятор снабжен контактными точками специальной формы и сам имеет такую общую форму, что в устройство можно вставить только аккумуляторы правильной формы или "разрешенные" аккумуляторы. Учитывая сложную внутреннюю конструкцию устройства излучения с малым диаметром, важно его оснащение только подходящим источником питания, чтобы можно было ожидать правильной величины выходного излучения. Известно, что лазерные микросхемы диодного типа, такие как предложены для применения в данном изобретении, имеют выходную мощность, пропорциональную входной мощности. Ясно, что аккумуляторный источник, имеющий слишком высокую выходную мощность, может вызвать ожоги на участке кожи пользователя.

На фиг.12 показан вариант портативного устройства и системы сканирования с минимальной оптикой. В этом варианте лазерное излучение также передается оптическим волокном 36, конец которого механически перемещается взад и вперед (стрелка А) по выпускному окну 25 с помощью исполнительного механизма (не показан). Когда свет расходится от конца волокна, формируется пятно требуемого размера. В одном варианте используется такой исполнительный механизм, как в компьютерных дисководах.

На фиг.12а показан вариант сканирования пучка, обеспечиваемого двумя прозрачными клиньями 50,50', вращающимися с одинаковой скоростью в противоположных направлениях. Лазерный пучок коллимируется линзой 54 и проходит последовательно через два клина, которые отклоняют его, изменяя угол в процессе вращения клиньев. Объектив 56 преобразует изменяющиеся углы падения в различные положения фокусированного пятна на выходном окне 26.

На фиг.13 показан другой вариант сканнера на базе вращающегося кулачка 60, некруглого цилиндра, эксцентрически расположенного на оси двигателя. Механизм кулачка 60 обеспечивает преобразование равномерного вращения двигателя в угловое возвратно-поступательное движение зеркала 62. Сканирование лазерного пучка 63 достигается его отражением от колеблющегося зеркала 62. Угловое движение качающегося рычага 64 определяется профилем кулачка 60 и скоростью его вращения, потому что кулачок 60 и качающийся рычаг 64 находятся в постоянном контакте, обеспечиваемом роликом и пружиной. Зеркало 62 присоединено к качающемуся рычагу 64 и имеет общую с ним ось вращения. Угловое положение зеркала зависит от угла вращения кулачка 60. Рабочий диапазон ограничен линейной частью кривой, когда выходной угол света, отраженного от зеркала, равномерно увеличивается с угловым положением двигателя (и соответственно, со временем). После завершения каждого рабочего цикла зеркало быстро возвращается в исходное положение. Это необходимо для обеспечения однонаправленного сканирования пучка. Отношение угла рабочего диапазона к полному углу вращения 360° дает величину рабочего цикла. Следует отметить, что можно обеспечить сканирующий механизм, который позволяет сканирование пучка в обоих направлениях.

На фиг.14 показан другой вариант сканера на основе отражения пучка от вращающегося многоугольника 70. Многоугольник 70 может быть призмой с зеркальной поверхностью. Это компактная конструкция и к тому же она свободна от механической вибрации, создаваемой в других представленных вариантах. Сканирующие системы на базе многоугольника широко используются в оптических формирователях изображения, таких как лазерные принтеры. Они позволяют решить проблему фокусирования сканирующего пучка в пятне очень малого размера порядка нескольких микрон. Задачей настоящего изобретения является позиционирование пятна диаметром около 1 мм. По этой причине конструктивные принципы изобретения существенно отличаются от принципов, обычно применяемых в оптических устройствах.

Более конкретно - характеристики варианта на базе многоугольника можно получить из нескольких общих входных параметров. На каждой из фиг.14а-d (NA) - числовая апертура волокна; (М) - линейное увеличение; D - диаметр многоугольника; α=360°/n - угол между смежными гранями многоугольника (где n - количество граней); γ - угол падения света на грань многоугольника в плоскости, перпендикулярной оси вращения, для средней точки линии сканирования; L - длина сканирования; d - диаметр выходного пятна и С - рабочий цикл сканирования пятна.

На фиг.14А показана параксиальная оптическая модель сканера на базе многоугольника. Лазерный свет передается в систему волокном 36, конец которого показан с увеличением (М), на плоскость выходного окна 26 в пятно с диаметром (d). Объектив описан двумя кардинальными плоскостями. Главные и боковые лучи показаны для центральной и конечной точек конца волокна. Так как главные лучи параллельны оптической оси, зрачок располагается в задней фокальной плоскости объектива, (d₁) - диаметр пучка на грани многоугольника.

На фиг.14b показана геометрия многоугольника, на основании которой можно определить следующее:

Длина грани определяется из уравнения:

Рабочий цикл (С) определяется как полезная часть периода сканирования, когда лазерный пучок полностью отражается гранью многоугольника без усечения его кромкой:

Угол сканирования (β) определяется из уравнения:

Диаметр пучка (d₁) на грани многоугольника выводится из уравнений 6 и 7:

Обратившись к фиг.14, можно также вывести дополнительные параметры, такие как радиус сканирования (S), который определяется как:

Так как многоугольник не является круглым, расстояние между многоугольником и поверхностью изображения для центральной и граничной точек грани будет разным. То есть расстояние для края грани будет длиннее на ΔS. Изменение радиуса многоугольника определяется из уравнения:

Следовательно, увеличение радиуса сканирования определяется как:

Прогиб фокальной поверхности равен удвоенной глубине фокуса (DOF):

Следовательно, изменение расстояния вдоль пучка, которое должно быть в пределах допустимой расфокусировки, определяется как:

На фиг.14d показан детально фрагмент фиг.14а. Он использован для определения требуемой фокусной длины (F) сканера. Из подобия заштрихованных треугольников

Определим F:

Скорость вращения многоугольника (v) определяется линейной скоростью сканирования пятна V, полученной из уравнения (5):

В каждом описанном выше варианте сканирования в течение каждого сканирования образуется полоса участка, обработанная на заданную глубину. Ширина полосы на поверхности равна диаметру пятна, но с глубиной она увеличивается. При необходимости такую же площадь можно обработать за множество проходов, чтобы получить заданную степень повреждения волоса для изменения его роста. Оптимальная ручная скорость должна обеспечивать сдвиг полосы на ее ширину во время периода сканирования. Скорость сканирования (V) направлена вдоль выходного окна сканирующей головки. Ручная скорость (V_m) перпендикулярна (V). На фиг.15 видно, что линия сканирования наклонена к направлению выходного окна под углом, определенным из уравнения:

Когда ручная скорость оптимальная, полоса сдвигается на ее ширину (D) для периода сканирования (Т):

Длину сканирования (L) можно представить как

где (С) - полезная часть периода сканирования, рабочий цикл сканирования.

Из последних трех уравнений получаем (V_m):

Подставив (V) из уравнения (5) в последнее уравнение, получим формулу для оптимальной величины скорости ручного сканирования:

Общая ручная скорость, обеспечиваемая оператором, измеряется датчиком движения, встроенным в сканирующую головку. Предпочтительная конструкция датчика подобна конструкции оптической компьютерной мыши и содержит источник света, такой как светодиод или диодный лазер, детектор и процессор со встроенным алгоритмом для вычисления скорости. Если действительная ручная скорость выше оптимальной, то область воздействия будет содержать необработанные полосы. Если скорость сканирования не изменяется, то эту ситуацию невозможно скорректировать посредством регулировки мощности, и ее следует избегать. В одном варианте устройство извещает оператора о необходимости уменьшения ручной скорости путем выдачи визуального, звукового или тактильного предупреждающего сигнала.

На фиг.16а показана схематически система, которая может детектировать движение головки по коже. В каждом варианте источник питания 32 обеспечивает рабочий ток для лазера 34. Питание лазера 34 регулируется регулятором 78. Устройство воздействия содержит такой же датчик движения, как в оптической компьютерной мыши. Небольшая область кожи, которая в данный момент не подвергается лазерному воздействию, освещается источником света 82. Изображение этой области обнаруживает детектор 80 изображения. Предпочтительно спектральный диапазон источника света 82 и спектральная чувствительность детектора 80 изображения отличаются от длины волны воздействующего лазера 34. В противном случае изображение, полученное детектором 80, будет искажаться рассеянным и отраженным светом от лазера 34. В качестве источника света 82 используется светоизлучающий диод (LED), или лазерный диод малой мощности. Детектор 80 изображения выполнен в виде небольшой двухмерной матрицы ПЗС или КМОП. Размер этой матрицы достаточно велик, чтобы сформировать изображение кожи, специфическое для каждого положения датчика. Период между последовательными изображениями устанавливается меньшим, чем кратчайшее время, необходимое для сдвига освещенной области на ее размер по коже.

Велосиметр 84 измеряет скорость ручного движения с помощью алгоритма распознавания образов и периода кадровой развертки изображения. Он также сравнивает измеренную скорость с заданной величиной оптимальной ручной скорости. Если измеренная скорость выше, чем оптимальная скорость, активизируется генератор 86 сигнала предупреждения или корректируется мощность/скорость сканирования. Генератор 86 сигнала предупреждения может быть реализован в виде мигающего светодиода и/или устройства звуковой сигнализации, информирующего оператора о том, что необходимо уменьшить ручную скорость. Если измеренная скорость меньше оптимальной, то велосиметр 84 выдает отношение измеренной скорости к оптимальной в регулятор 78. Регулятор 78 изменяет мощность, чтобы вызвать изменение выходной мощности лазера согласно уравнению (24) или (28), как будет описано ниже.

В вариантах изобретения, не основанных на многоугольнике, необходимо обеспечить дополнительную корректировку мощности. Это относится, например, к случаю, когда сканирование пятна обеспечивается движением колеблющегося зеркала, как показано на фиг.10 и 13. Движение пучка в этих случаях показано, в общем, на фиг.17. Рабочий диапазон в периоде (Т) ограничен линейной частью кривой, когда смещение пятна равномерно увеличивается во времени. После завершения каждого рабочего цикла пятно быстро возвращается в исходное положение. Это необходимо для обеспечения однонаправленного сканирования пучка, которое обеспечивает непрерывный охват области воздействия, как показано на фиг.17. Отношение рабочего диапазона к полному периоду (Т) дает величину рабочего цикла (С).

Возле точек 90,90' поворота колебания скорость сканирования пятна низкая. Если передаваемая пятном мощность сохраняется одинаковой во время быстрой фазы сканирования, то кожа в этих точках будет перегреваться. Чтобы избежать этого, мощность во время холостой части периода (1-С)Т уменьшается или может отключаться. Этот тип регулировки мощности будет называться "циклический" в отличие от "корректирующей" регулировки, описанной выше. Циклическая регулировка мощности не требуется для систем сканирования на базе многоугольника, потому что в этом случае скорость пятна не изменяется.

На фиг.16b показана схема корректировки мощности лазера для вариантов, построенных не на базе многоугольника. В дополнение к сигналам, полученным от велосиметра 84, как на фиг.16а, на регулятор 78 тока воздействуют сигналы от датчика 94 положения сканера. В описанных выше вариантах датчик измеряет угловое положение движущихся элементов в конструкциях, показанных на фиг.10 или 13, или линейное положение конца волокна в конструкции, показанной на фиг.12. В заранее определенных положениях он выдает сигналы в регулятор для уменьшения (или выключения) тока лазера и для его возобновления.

Чтобы обеспечить оператору некоторый диапазон ручной скорости, движение с меньшей скоростью можно корректировать путем корректировки мощности лазера. В этом случае каждая точка обрабатываемой области будет получать несколько импульсов одинаковой ширины. Количество импульсов N равно отношению между оптимальной и действительной ручной скоростью

Мощность следует корректировать таким образом, чтобы общее изменение мишени после передачи N импульсов было таким же, как от одного импульса. Уменьшение мощности зависит от того, используется ли данное устройство для обеспечения фотохимических или термических эффектов.

Для фотохимических реакций, таких как образование активных форм кислорода во время фотодинамической терапии (ФДТ), количество преобразованных молекул прямо пропорционально количеству поглощенных фотонов. Поэтому мощность должна корректироваться обратно пропорционально количеству импульсов N. То есть мощность должна корректироваться прямо пропорционально действительной ручной скорости:

Механизм фототермической реакции (селективного фототермолиза) более сложен. В этом случае энергия света используется для нагревания мишени и ускорения тем самым скорости химической реакции. Так как мишень обычно не содержит светопоглощающего вещества, свет сначала нагревает какой-то удаленный объект, который имеет высокую концентрацию поглощающего хромофора. Тепло рассеивается от этого поглотителя в окружающие ткани, поэтому температура мишени возрастает не сразу при освещении, а после задержки (τ₀), именуемой временем тепловой релаксации. Величина (τ₀) пропорциональна квадрату расстояния между поглотителем и мишенью. Селективность мишени достигается путем выбора длительности (τ) импульса света приблизительно равной (τ₀). Если (τ<τ₀), то температура мишени не увеличивается в достаточной мере, чтобы ускорить химическую реакцию. В конце импульса света нагреваются только те участки, которые находятся ближе к поглотителю. Если (τ>τ₀), то тепло рассеивается слишком далеко от поглотителя и может вызывать химические изменения не только в мишени, но и в окружающих тканях. При необратимом удалении волос волосяной стержень, содержащий сильно поглощающий хромофор, меланин, служит в качестве поглотителя, а волосяная луковица является мишенью. Обычно используемая ширина импульса 30 мсек приблизительно равна времени тепловой релаксации волосяной луковицы. Кроме ширины импульса следует также выбирать пиковую мощность с учетом обеспечения достаточного нагрева мишени.

Для термически активируемых реакций скорость реакции k определяется законом Аррениуса:

где (ΔE) - энергия возбуждения реакции, (А) - скорость реакции при бесконечной температуре и (RT) - тепловая энергия, пропорциональная абсолютной температуре (Т). Если предположить, что количество преобразованных молекул одинаково как для одного, так и для (N) импульсов одинаковой продолжительности, то связь между температурой (Т₁) при оптимальной мощности и (Т₂) при уменьшенной мощности должна быть следующей:

Нагрев мишени пропорционален мощности лазера, потому что продолжительность импульса сохраняется одинаковой:

В данном случае Т₀=310К, и соответствует температуре тела человека. Из последних двух уравнений можно получить уравнение для корректировки мощности

Скорректированная мощность в уравнении (28) находится в логарифмической зависимости от V_m, но не настолько сильной, как зависимость от V_m согласно уравнению (24). Поэтому для термически активируемых реакций ожидается лишь небольшая корректировка мощности.

На фиг.18 показано уменьшение мощности, которое можно использовать, когда скорость отклоняется от оптимальной скорости. График 1 относится к фототермической реакции и основан на уравнении (28). Использованные в уравнении значения параметров взяты из литературы: ΔЕ=327 кДж/моль для массового повреждения кожи, Т₁=50°С, пороговая температура уменьшения активности энзима. График 2 соответствует фотохимическим реакциям согласно уравнению (24).

Возвратимся к фиг.16а, 16b: регулятор 78 тока обеспечивает корректировку мощности согласно уравнениям (24) или (28) на основании сигналов от велосиметра 84. Набор входных параметров: V_m ^opt, выбор между уравнениями (24) и (28), ΔЕ и Т₁, может ввести оператор с помощью цифровой клавиатуры или путем переключения между наборами, сформированными для различных задач и сохраненными в памяти устройства.

Более прогрессивный путь корректировки мощности можно реализовать с одновременной регулировкой скорости сканирования. Обратимся к уравнению (21) и фиг.15: когда скорость сканирования V изменяется прямо пропорционально изменению V_m, обработанные полосы не перекрывают друг друга, и сохраняются оптимальные условия воздействия. В этом случае мишень не получает несколько импульсов, но длительность импульса изменяется обратно пропорционально скорости сканирования. При этом условии процесс фототермолиза формирует одинаковое количество преобразованных молекул, если общая переданная плотность энергии поддерживается приблизительно постоянной. Это означает регулировку мощности с одновременной коррекцией скорости сканирования, описанную уравнением (24) для фототермической и фотохимической реакций. Однако диапазон регулировки для фототермолиза имеет ограничения на обоих крайних значениях. При слишком низкой ручной скорости и скорости сканирования величина ширины импульса (τ) (см. уравнение (5)) может намного превзойти время тепловой релаксации (τ₀), что далеко от оптимальных условий. При слишком высокой ручной скорости потребуется, согласно уравнению (24), чтобы выходная мощность была выше максимальной величины, обеспечиваемой используемым лазером. Чтобы исключить такие условия, оператор предупреждается о том, что используемая ручная скорость выходит за установленные пределы.

На фиг.16с схематически изображено устройство, в котором предусмотрена корректировка как мощности лазера, так и скорости сканирования. Велосиметр 84 воздействует на регулятор 78 тока двумя способами. Первый способ такой же, как на фиг.16а и 16b: ток корректируется, чтобы удовлетворить уравнению (24), на основании данных измеренной ручной скорости. Кроме корректирующей регулировки, велосиметр 84 осуществляет циклическую регулировку через регулятор 98 сканера, который изменяет скорость сканирования прямо пропорционально ручной скорости, и датчик 94 положения сканера. И в этом случае также активизируется генератор 86 сигнала предупреждения, когда ручная скорость либо слишком мала, либо слишком велика.

Оператор может случайно пройти вручную несколько раз по одному и тому же участку. Это не приведет к передозировке на участке воздействия, но в то же время и не даст улучшения по сравнению с одним проходом. Эффект воздействия несколькими импульсами был рассмотрен выше и описан уравнением (25), где отношение V_m ^opt/V_m следует заменить количеством проходов (N). Из фиг.18 (кривая 1) видно, что мощность лазера можно сохранять практически постоянной до N<10(V_m/V_m ^opt>0,1).

Так как множество проходов не дает существенных преимуществ, но увеличивает время воздействия, его предпочтительно избегать. Для этого можно нанести какое-либо хорошо заметное вещество на часть поверхности кожи, предназначенную для воздействия. Таким веществом может быть, например, пена, подобная пене для бритья, или окрашенная индикаторная жидкость. Это вещество не должно сильно поглощать воздействующий свет. В этом случае сканирующую головку оснащают средством очистки поверхности, например пластинкой с тупой кромкой, расположенной перпендикулярно поверхности кожи перед выходным окном. Длина этой пластинки равна длине линии сканирования лазерного пятна. Во время ручного движения сканирующей головки очищающее средство удаляет нанесенное вещество с обработанной части кожи, позволяя оператору отличать обработанную часть от необработанной. В одном варианте очищающее средство не удаляет нанесенное вещество полностью, а оставляет тонкую пленку на поверхности. Эта оставшаяся пленка служит смазкой при ручном движении сканирующей головки по коже.

Хотя описанные выше конкретные варианты основаны на лазерах, изобретение позволяет использовать также источники некогерентного интенсивного пульсирующего света (ИПС). Короткий импульс ИПС обычно создается разрядом конденсаторной батареи с высокой емкостью. Батарея заряжается между импульсами. Генерируемый свет подвергается спектральной фильтрации в заданном диапазоне длины волны и фокусируется отражательной и рефракционной оптикой на выходном окне в малое пятно. Дальнейшее поведение света ИПС в коже не отличается от рассеяния лазерного света и может использоваться во всех описанных выше вариантах. Единственное отличие заключается в ступенчатом сканировании пятна ИПС из-за импульсного режима.

Несмотря на то, что изобретение было описано в контексте эпиляции, его можно также использовать для решения других дерматологических проблем. Сканирующие лазеры с малым пятном, которые проникают в кожу на 3 мм, позволяют лечить ряд таких нарушений кожи, как сосудистые поражения, пигментированные поражения и целый ряд других условий, включая фотостарение кожи и морщины. При лечении сосудистых поражений поглощение в гемоглобин с превращением света в тепловую энергию разрушает эндотелиальную выстилку и вызывает ожог папиллярных сосудов кожи. В результате улучшается лицевая телеангиэктазия, уменьшается покраснение лица, гиперемия, а также излечиваются паукообразные вены на лице и ногах. "Винные пятна" и гемангиомы также поддаются лечению этими устройствами. Так как время сканирования пятна незатухающей волны составляет от микросекунд до миллисекунд, достигается достаточный термический ожог, чтобы обеспечить эффект для этой группы сосудистых повреждений.

Устройства для сканирования малым пятном пригодны для лечения пигментированных нарушений. Также поддаются лечению лентигины, солнечные эпидермальные пигментированные нарушения и другие эпидермальные пигментированные нарушения, проявляющиеся как врожденные или приобретенные пятна, такие как кофейные пятна, невус Беккера, лентигоподобный невус. Мелазма и поствоспалительная гиперпигментация, которые являются либо комбинированными эпидермальными и дермальными пигментированными нарушениями, либо только дермальными пигментированными нарушениями, также отвечают на воздействие прекращением процесса пигментации кожи.

Фотостарение проявляется как грубость, шероховатость и жирность кожи, а также в виде других нарушений, включая телеангиэктазию и диспигментацию. Все эти нарушения можно лечить путем сканирования малого пятна лазера и источников света. Исследования показали, что множество различных длин волн от коротких волн в видимом диапазоне до средних волн в инфракрасном диапазоне стимулируют образование нового коллагена в папиллярном и среднем слое кожи. Поглощающий хромофор, инициирующий это изменение, до сих пор не определен. Однако вероятно, все различные хромофоры кожи, включая воду, пигмент, меланин и гемоглобин, могут служить в качестве хромофора, который поглощает свет и инициирует этот эффект. Световая энергия превращается в тепловую энергию и за счет некоторого, еще не определенного биологического и клеточного эффекта, стимулирует образование нового коллагена фибробластами. Исследования показали, что некоторые длины волн могут вызывать образование новых волокон коллагена типа I и типа III. Сканирующие лазеры и источники света с малым пятном также могут стимулировать образование коллагена фибробластами и, по сути, вызывать "фотоомоложение". Это изменение, которое сложно продемонстрировать фотографически, можно легко определить с помощью профилометрического измерения, а также используя биоптаты кожи. На биоптатах видна зона Гренца нового коллагена в папиллярном дермисе, которая заменяет фотоповрежденный коллаген, и этим объясняется уменьшение грубости и шероховатости кожи и улучшение ее текстуры. Поглощение света сосудистой системой и пигментированными участками объясняет улучшение цвета кожи, как при покраснениях, так и при загаре, и весь эффект фотоомоложения.

Хотя изобретение было описано в контексте использования света в качестве источника энергии, предполагается, что источником энергии могут также быть микроволны, ультразвук и другие направленные источники при их использовании в соответствующей системе для передачи узкого пучка энергии на требуемую глубину воздействия без повреждения тех тканей, которые не предназначены для воздействия.

Механизм воздействия микроволн основан на индукции электрического тока в среде, который превращается в конечном итоге в тепло. Поэтому изложенные выше рассуждения о термически активируемых химических реакциях также применимы и в данном случае.

Ультразвук часто используют для нагрева ткани. Однако явление резонансного поглощения, которое применяется в ультразвуковой литотрипсии, можно также интегрировать в описанные варианты. Если объект, например почечный камень, имеет размер, приближающийся к длине волны ультразвука, поглощение энергии может быть настолько сильным, что объект разрушается резонансными волнами. Для получения требуемого резонанса объект должен реагировать на ультразвук, в то время как окружающая среда, т.е. ткань, должна оставаться невосприимчивой и неповрежденной. Так как химическая структура и механические свойства волоса очень отличаются от окружающих мягких тканей тела, можно ожидать, что резонансное взаимодействие между волосяным стержнем и ультразвуком позволит удалять волосы без повреждения ткани. Благодаря резонансному характеру этого взаимодействия для данного варианта необходима меньшая мощность, чем для других прямых применений тепла.

Описанные выше варианты приведены в качестве примеров, и объем притязаний изобретения ограничен только прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к области медицины. Устройство содержит источник энергии для генерации размера пятна энергии от источника, попадающей на кожу, для доставки заданного количества энергии на заданную глубину воздействия. Дополнительно содержит фоточувствительное окно, через которое проходит энергия для падения на кожу. При этом фоточувствительное окно выполнено с возможностью показа, когда требуется замена окна. Применение данного устройства позволяет повысить эффективность воздействия на кожу. 10 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Устройство для воздействия на кожу, содержащее источник (32) энергии для генерации размера пятна энергии от источника, падающей на кожу, для доставки заданного количества энергии на заданную глубину воздействия, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит фоточувствительное окно (26), через которое проходит энергия для падения на кожу, при этом фоточувствительное окно выполнено с возможностью показа, когда требуется замена окна.

2. Устройство по п.1, в котором источник (32) энергии выбран из группы, содержащей лазеры, лазерные диоды и импульсные лампы.

3. Устройство по п.1, содержащее средство для сканирования пятна энергии по поверхности кожи.

4. Устройство по п.3, дополнительно содержащее средство (84) для измерения скорости движения пятна по поверхности кожи, и регулятор (78), сообщающийся со средством (84) для измерения скорости движения пятна по поверхности кожи, причем регулятор (78) регулирует количество энергии, достигающей заданной глубины воздействия, в зависимости от скорости движения пятна по поверхности кожи.

5. Устройство по п.3, дополнительно содержащее предохранитель, сообщающийся с источником энергии, для предотвращения выхода полученной от источника энергии из устройства, если его положение вызывает облучение не только кожи.

6. Устройство по п.5, в котором предохранитель содержит контактирующую с кожей часть.

7. Устройство по п.3, дополнительно содержащее средство прохода по поверхности, сообщающееся с корпусом, окружающим часть источника, причем средство прохода по поверхности выполнено с возможностью индикации прохода по конкретным частям поверхности.

8. Устройство по п.7, в котором средство прохода по поверхности представляет собой пластину, имеющую кромку, расположенную рядом с выходным окном и оптически связанную с источником.

9. Устройство по п.8, в котором размер кромки, по существу, равен длине линии сканирования, проецируемой из источника.

10. Устройство по п.1, в котором фоточувствительное окно содержит сменное контактное устройство, которое включает в себя области материала, которые являются светочувствительными, так что после поглощения определенного количества энергии излучения цвет сменного контактного устройства изменяется, показывая тем самым оператору, что контактное устройство следует заменить.

11. Устройство по п.1, в котором фоточувствительное окно содержит сменное контактное устройство, которое включает в себя области материала, которые являются светочувствительными, так что после поглощения определенного количества энергии видимые характеристики сменного контактного устройства изменяются, показывая тем самым оператору, что контактное устройство следует заменить.