CN101087567A - 处理皮肤状况的装置和方法 - Google Patents

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CN101087567A CNA2005800420914A CN200580042091A CN101087567A CN 101087567 A CN101087567 A CN 101087567A CN A2005800420914 A CNA2005800420914 A CN A2005800420914A CN 200580042091 A CN200580042091 A CN 200580042091A CN 101087567 A CN101087567 A CN 101087567A
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Abstract

本发明公开了处理皮肤状况和损伤的装置和方法。本发明的一方面是紧凑的手持式装置，其可安全地用于那些遭受下述皮肤状况的人：如痤疮、疣、冷疱(cold blisters)、皮肤瑕疵或细小皱纹。此处描述的装置应用加热处理皮肤状况和损伤。典型地，装置所用的峰值温度为约70℃到约400℃，所述峰值温度在小于约1秒钟内达到并保持小于约1秒钟。在某些实施方案中，采用加热脉冲加热皮肤表面。通过热传导将热量从装置传递给皮肤并引起加速痤疮清除，处理皮肤瑕疵、瘙痒或细小皱纹的生物反应。传递的总热量足够低以防止烧伤。

Description

处理皮肤状况的装置和方法
                        交叉引用
本发明是2005年8月30日提交的名称为“Skin Treatment Device”的美国专利申请No.11/216,595的部分继续申请，在此引入作为参考。该申请要求2004年12月10日提交的名称为“Skin Treatment Device”的美国临时专利申请60/634,904和2005年2月16日提交的名称为“SkinRejuvenation Device”的美国临时专利申请60/653,740的优先权，二者均在此引入作为参考。
痤疮影响着超过90％的青少年、接近50％的成年女性和25％的成年人。引起痤疮的主要原因之一是毛囊的不当排泄，其是由保留油和细菌的死细胞或污垢的堵塞引起的。毛囊开口直径约为50μm到约100μm。皮肤上任何其它孔的开口基本上更小。特别地，汗孔的开口直径小于约30μm。
存在各种方法治疗痤疮。过氧化苯甲酰是最常用的用于非处方治疗药物的成分之一，其能非常有效地治疗轻度非感染性痤疮。过氧化苯甲酰对于成年人和儿童都是安全的，并可能与其它局部或口服治疗联用。对于患有中度至严重痤疮的患者来说，医生可能会开出将局部药物和口服抗生素联用的处方。最常用的用于治疗痤疮的口服药物是四环素、米诺环素、强力霉素和红霉素。
代替药物的治疗方法包括紫外线辐照、激光处理或磨除(abrasion)。这些系统大多很大，且多数情况下需要专业处理。Li等人的美国专利6,635,075描述了一种也可用于治疗痤疮的加热装置。其中所描述的装置使用加热器和温度传感器以维持应用于皮肤表面的恒定温度。为防止在长的使用时间(数分钟)内烧伤，允许的最高温度为约62℃。长的治疗时间使得该装置对于普通的痤疮治疗是不实用的。因此需要可有效而快速地用于治疗痤疮的紧凑装置。本发明实现了此需求，并且进一步提供了相关的优点。
恢复皮肤的方法从损伤性的面部提升术(face lift surgery)和激光皮肤表面处理(skin resurfacing)(例如，使用CO2激光)或者化学去皮(chemical peel)，到有效性较差的非烧蚀性激光系统、RF能量皮肤恢复系统、微晶磨皮(microdermabrasion)、其它磨除装置以及各种洗剂和膏。另外可替代的方法包括应用UV、红外和光辐照、激光处理、机械磨除或超声能量。这些系统多数很大且多数情况下需要专业处理。因此需求有效的皮肤恢复装置。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于处理皮肤状况和皮肤损伤如痤疮，去除细小皱纹和清洁皮肤的装置和方法。本发明的另一个目的是提供可安全地用于加热组织而不引起烧伤的手持装置。基于本发明的教导，这些和其它目的对于本领域的技术人员显而易见。
本发明一方面提供了用于处理皮肤状况的装置，其包括适应并配置以接触皮肤表面的加热元件；和控制器，适应且配置所述控制器以响应用户的输入在小于约一秒内将所述加热元件自动加热到至少约70℃并保持加热元件在至少约70℃的温度小于约一秒钟。在一些实施方案中，进一步适应控制器以在没有用户进一步输入的情况下，停止加热所述加热元件和再加热所述加热元件。加热元件和控制器可置于壳中，该壳能被用户手持。
本发明另一方面提供了用于处理皮肤状况的装置，其包括壳、控制器和用户界面，适应并配置所述壳以被用户手持，所述壳包括适应于接触皮肤表面的加热元件；适应和配置所述控制器以响应用户的输入在小于约一秒内将所述加热元件自动加热到至少约70℃并保持加热元件在至少约70℃的温度小于一秒钟；适应和配置所述用户界面以由用户启动提供用户输入。进一步适应控制器以在没有用户进一步输入的情况下，停止加热所述加热元件和再加热所述加热元件。
本发明另一个方面仍提供了一种用于处理皮肤状况的装置，其包括加热元件、手柄区域和加热电路，适应和配置所述加热元件以放置于待处理的皮肤表面；适应和配置所述手柄区域以当其被放置于皮肤表面时由用户握持并支持加热元件；适应和配置所述加热电路以加热所述加热元件到至少约67℃小于约0.1秒。在一些实施方案中，加热电路包括适应和配置以响应用户输入控制加热元件产生的热的控制器。可进一步适应所述控制器以在没有用户进一步输入的情况下，停止加热所述加热元件和再加热所述加热元件。
在本发明的每个这些方面中，加热元件可以是电阻加热器，如薄金属电阻器(thin metal resistor)。加热元件可以使用选自：镍铬合金、钨、铝、金、铜和/或钢的金属，并可具有背衬层、电绝缘保护层和/或高传导性层。加热元件的皮肤接触表面可具有约1cm2的表面积。
在本发明的每个这些方面中，加热元件可适应于在小于约0.5秒的时间内被加热到约75℃到约100℃或约100℃到约200℃。传递到皮肤的总能量可被限定在小于约50J/cm2或小于约5J/cm2。该装置也可包括温度传感器，适应和配置所述温度传感器以感测由加热元件产生的温度并控制所述加热元件的温度。该装置还可包括冷却元件，适应和配置所述冷却元件以冷却加热元件和/或皮肤表面至低于60℃的温度。该装置还可包括发光二极管。
在一些实施方案中，进一步适应加热电路以将加热元件加热到至少67℃小于约0.1秒，降低加热元件的温度约0.5秒，并将加热元件再加热到至少67℃小于约0.1秒。在一些实施方案中，由用户启动用户界面，在约1毫秒内将加热元件加热到约250℃的峰值温度，并且所述峰值温度在小于约0.5秒内降低到约100℃。
本发明的其它方面提供处理皮肤状况的方法，其包括以下步骤：将对象的皮肤表面在不到约1秒内加热到至少约70℃的温度小于约1秒钟。一些实施方案包括停止加热约10毫秒到约5秒，然后将皮肤表面再加热到至少约70℃的温度小于约1秒的步骤。停止加热和再加热的步骤可重复。
本发明的另一方面提供了处理皮肤状况的方法，其通过给对象的皮肤表面施加至少两个加热脉冲以将皮肤表面升高到至少约70℃的峰值温度，通过每个脉冲在小于约一秒的时间内达到峰值温度。一些实施方案包括下述步骤：提供两个加热脉冲间的延迟以使得皮肤表面达到小于约50℃的温度。该方法也包括在施加峰值温度之前、之中和/或之后，在所述皮肤表面应用局部物质。处理的皮肤状况可以是痤疮、疣、冷疱疹(cold sore)和/或皮肤皱纹。在一些实施方案中，温度保持在约70℃以上小于约1秒。
本发明的另一方面提供了处理皮肤状况的方法，其包括：应用热源到皮肤表面，加热热源到高于约67℃的峰值温度并保持小于约0.1秒。一些实施方案包括另外的停止加热步骤约10毫秒到约5秒，然后再加热皮肤表面到至少约70℃的温度小于约1秒的步骤。停止加热和再加热的步骤可重复。
在一些实施方案中，加热元件包括电阻加热器和/或薄金属电阻器。加热元件中的金属可以是镍铬合金、钨、铝、金、铜和/或钢。电阻加热器优选厚度小于200μm并具有约1cm2的表面积。在一些实施方案中，加热元件包括背衬层以增加强度并导热；用于直接放置在皮肤上的电绝缘保护层；用于直接放置在皮肤上以提高温度一致性的高传导层；和/或配置以给电容器充电的电路，所述电容器存储足够的能量以加热所述加热元件。控制器可包括控制电路和温度传感器，其中控制电路监控温度传感器并防止加热元件加热到烧伤人皮肤的温度。在一些实施方案中，该装置还包括冷却元件。典型地，冷却元件冷却皮肤和/或加热元件，优选地在两个加热脉冲之间。进一步地，冷却元件可确保加热元件不再被加热，直到它和/或皮肤达到约50℃或更低的温度。在其它实施方案中，该装置还包括温度传感器，如热电偶，和或与壳相连的电池供电的发光二极管以提供照明。
本发明的另一方面是向组织传递控制量热能的装置，其包括电阻加热元件、传递固定量的能量给电阻加热元件的电路，以及启动并触发电路的元件。优选地，该装置还包括置于电阻加热元件和目标皮肤表面之间的薄绝缘层。该装置优选将皮肤快速加热到高于50℃的温度。另一实施方案是处理皮肤的装置，其包括适应和配置以接触皮肤表面的热电冷却器、向所述热电冷却器传递控制量能量的电路、以及启动并触发电路的元件。在一个优选实施方案中，该装置还包括适应和配置以反转热电冷却器极性的元件，使得在被加热一段时间之后热电冷却器的热板变为冷板，并冷却皮肤表面第二段时间。在一个实施方案中，该装置还包括多个热电冷却器，使得在目标皮肤表面特制空间的和时间的加热和冷却配置。优选地，该装置加热皮肤表面到超过约50℃的峰值温度约0.5秒或更少。在一些实施方案中，此处描述的装置加热到约200℃的峰值温度并且保持此峰值温度小于约5秒，优选小于约1秒。
在一个实施方案中，本发明是处理皮肤状况的装置，其包括：适应和配置以在小于约一秒内加热到至少为约70℃的峰值温度，保持所述峰值温度小于一秒并与皮肤表面接触的加热元件；和适应和配置以响应户输入控制由所述加热元件产生的热的控制器。该装置还包括加热元件和控制器的壳，所述壳能被用户手持。
在另一个实施方案中，本发明是处理皮肤状况的装置，其包括：适应和配置以被用户手持的壳，所述壳包括适应和配置以在小于约一秒内加热到至少约70℃的峰值温度，保持所述峰值温度小于一秒，并与皮肤表面接触的加热元件；适应和配置以相应用户的输入控制由所述加热元件产生的热的控制器；电源；和适应和配置以由用户管理以控制所述加热元件的用户界面。
本发明的另外一个实施方案是处理皮肤状况的装置，其包括：适应和配置以放置在待处理皮肤表面上的加热元件；适应和配置以当被放置于皮肤表面时被用户握持并支持加热元件的手柄区域；以及适应和配置以将加热元件加热到至少约67℃小于约0.1秒的加热电路。
本发明描述的装置可包括温度传感器，适应和配置所述温度传感器以感测由所述加热元件产生的热并控制由加热元件产生的热。所述装置还可包括冷却元件，适应和配置所述冷却元件以冷却所述加热元件和/或皮肤表面到小于约60℃的温度。在一个优选的实施方案中，该装置包括加热电路，所述加热电路适应于将加热元件加热到至少67℃的温度小于约0.1秒、降低加热元件的温度约0.5秒、将加热元件再加热到至少67℃的温度小于约0.1秒。在另一个优选的实施方案中，用户启动该装置后，加热元件在约1毫秒内被加热到约250℃的峰值温度，且所述峰值温度在小于约0.5秒内降低到约100℃。
本发明的另一个方面是在处理皮肤状况如痤疮、疣和皮肤皱纹中使用本发明装置的方法。在一个优选的实施方案中，该装置与用于处理皮肤状况的局部药剂联用。该局部使用的药剂可由用户施用或可由此处所描述的装置施用。本发明还可与痤疮治疗膏和凝胶联用以进一步加快处理。例如，含有过氧化苯甲酰的膏或凝胶可在应用本装置之前或之后施用。本发明的一个优选方法是处理皮肤状况的方法，其包括：将对象的皮肤表面加热到至少约70℃的峰值温度，其中所述峰值温度在小于约1秒内得到且所述加热的持续时间小于约1秒。另一个优选方法是处理皮肤状况的方法，其包括：给对象的皮肤表面施加至少两个加热脉冲以将皮肤表面升高到至少约70℃的峰值温度，所述峰值温度由每个脉冲在小于约一秒的时间段内得到。两次加热脉冲之间可有延迟以使得皮肤表面达到低于约50℃的温度。优选地，在该方法中峰值温度保持小于约1秒。一个优选实施方案是处理皮肤状况的方法，其包括：将热源应用至皮肤表面，加热所述热源到高于约67℃的温度小于约0.1秒。此方法可还包括停止加热约0.5秒和加热所述热源到高于约67℃的温度约0.1秒的步骤。
本发明的其它目的和优点将通过以下的描述和附图而显而易见。
引用参考
本说明中提及的所有出版物和专利申请在此引入作为参考，如同每个出版物或专利申请具体单独地被指明引入作为参考一样。
附图说明
本发明的新特征在所附权利要求中特别阐述。参考下面详述的阐述说明性实施方案的详细描述和附图，可更好地理解本发明的特征和优点，在所述实施方案中利用了本发明的原理。附图中：
图1显示了使用薄膜电阻器向皮肤传递能量的手持式痤疮治疗装置的剖面图。
图2显示了包括厚背衬层的加热元件的一个实施方案的剖面图。
图3显示了加热元件的另一个实施方案的剖面图。
图4显示了加热元件的又一个实施方案的剖面图。
图5显示了整合了保护罩的手持式痤疮治疗装置的另一个实施方案。
图6显示了一种给薄膜电阻器施加脉冲的可能电路图。
图7显示了使用微处理器以使得用户应用不同的加热脉冲序列的装置的框图。
图8描述了对于单个加热脉冲，在距离表面不同深度的组织的温度时间历史。
图9描述了对于总能量与图8相同的两个加热脉冲(0和2.0秒)，距离表面不同深度的组织的温度时间历史。
图10显示了该装置如何用于处理面部瑕疵。
图11描述了采用热治疗后痤疮的治愈效果。
具体实施方式
虽然已经展示和说明了本发明的优选实施方案，但对本领域的技术人员来说很明显，这样的实施方案仅以举例的方式提供。对于本领域的技术人员来说，可出现众多的变化、改变和替换，并不背离本发明。应当理解此处所描述的本发明实施方案的各种可替代方案可用于实施本发明。以下的权利要求意在确定本发明的范围，在这些权利要求范围之内的方法和结构以及其等同物在所述范围之内。
本发明为紧凑的手持式装置，其可安全地被遭受皮肤状况和皮肤损伤如痤疮、皮肤瑕疵(blemished skin)或细小皱纹的青少年和成年人使用。在一个实施方案中，本发明包括手持式装置，其具有输入装置如打开/关闭开关和当其被放置于目标部位时启动设备的按钮。在一个实施方案中，启动所述装置能将加热脉冲施加于皮肤的感染区域。设备内的电池给电路板供电并驱动短电流脉冲通过薄膜电阻器。在一个实施方案中，薄膜电阻器在小于0.1秒内被加热到约300℃。热通过热传导传递给皮肤并引起加速痤疮清除的生物反应。传递的总能量足够低以避免烧伤，典型地小于约50J/cm2，对多数应用小于约5J/cm2。优选地，传递给皮肤的能量小于约60J/cm2、小于约55J/cm2、小于约50J/cm2、小于约45J/cm2、小于约40J/cm2、小于约35J/cm2、小于约30J/cm2、小于约25J/cm2、小于约20J/cm2、小于约15J/cm2、小于约10J/cm2，或小于约5J/cm2。传递给皮肤的能量可为约5J/cm2到约10J/cm2、约10J/cm2到约15J/cm2、约15J/cm2到约20J/cm2、约20J/cm2到约25J/cm2、约25J/cm2到约30J/cm2、约30J/cm2到约35J/cm2、约35J/cm2到约40J/cm2、约40J/cm2到约45J/cm2、约45J/cm2到约50J/cm2，或约50J/cm2到约60J/cm2。在本发明的另一个实施方案中，超亮发光二极管(LED)被整合到装置中提供蓝或红光谱范围的照射以改善处理。
对于选择性的表面加热，此处描述的设备使用光能、热能，或二者的组合以使得用户获得临时的孔扩大，其用于清洗皮肤孔和排出填充在孔中有害的碎屑和不希望的物质，由此减小不适宜的孔径并改善皮肤的健康和外观。该方法还设想将热能和/或光能应用于皮肤中，以使得皮肤上层的选择性损伤，并产生新的更有弹性的胶原。此处描述的装置也设计成能使用降低的再生剂(rejuvenating agent)剂量更有效地处理皮肤。不意图限制作用的机制，认为对表皮和真皮上层的控制损伤可得到新的胶原生成，并得到通过使用光热加热和增强吸收组合的双重作用。本发明包括紧凑的手持式装置，其可安全地被希望改善其皮肤质地和外观并最小化痤疮、皮肤瑕疵、或细小皱纹外观的青少年和成年人使用。在一个实施方案中，本发明是一种手持式装置，其可安全地用于加热控制的皮肤层，以使得皮肤修复和胶原再生而对临近组织没有伴随的损伤，并同时改善皮肤的状况和外观。使用足够的能量加热薄膜电阻器以使得皮肤修复并引起改善皮肤外观的生物反应。在某些实施方案中，能量传递的持续时间小于约0.7秒。热传导将热传递给皮肤并引起改善皮肤外观的生物反应。传递的总热能足够低以防止烧伤，典型地小于50J/cm2，对多数应用情况小于10J/cm2。
在本发明的另一个实施方案中，本发明的薄膜电阻器被由装置内的闪光灯加热的光吸收层代替。闪光灯被短时放电(short discharge)所点亮，其产生宽带(白)光。根据所需的光吸收层的最终温度，可同时点亮一个或多个闪光灯，并在将光引导至目标皮肤的单个反光器下合并它们的光。可选择地，灯可被依次点亮以得到更宽更长的能量脉冲持续。热传导再次将热传递给皮肤，并引起生物反应，所述生物反应扩大孔以增强产品或药物递送、清除痤疮、引起皮肤再生和产生新胶原。传递的总热足够低以避免烧伤，典型地小于50J/cm2，对多数应用小于10J/cm2。在该实施方案中，吸收层可被设计成允许某些光透过。例如，可透过蓝色或UV光以直接与皮肤相互作用并直接杀死细菌。
当将加热用于皮肤状况的处理时，可以以脉冲或非脉冲的方式施加热。优选地，处理中采用的温度高于约67℃。优选的温度范围是约67℃到约400℃。在一个优选的实施方案中，此处公开的高温可应用于皮肤而不引起烧伤，这是因为此温度仅应用短的时间，在一个实施方案中，例如，小于约1秒钟。此处描述的温度可为所使用装置的加热元件的温度和/或皮肤上的应用部位的温度。典型地，当加热元件和皮肤表面间接触良好时，加热元件的温度与皮肤表面的温度相同。另一个优选温度范围是约100℃到约400℃。而又一个优选范围是约75℃到约200℃。在一个实施方案中，加热元件在小于约0.05秒的时间内达到约90℃到约100℃，然后使得通过向皮肤热传导而冷却。使用加热元件应用于皮肤的脉冲加热的应用方式如下：加热元件在小于0.5秒内被升高到至少约200℃，然后冷却约1到5秒，然后在约0.5秒内升高到至少约130℃。需要时可以重复此脉冲。优选地，达到的峰值温度高于约67℃、高于约70℃、高于约75℃、高于约80℃、高于约85℃、高于约90℃、高于约100℃、高于约125℃、高于约150℃、高于约175℃、高于约200℃、高于约225℃、高于约250℃、高于约300℃、高于约350℃、高于约400℃，以及高于约450℃。达到的峰值温度也小于约67℃、小于约70℃、小于约75℃、小于约80℃、小于约85℃、小于约90℃、小于约100℃、小于约125℃、小于约150℃、小于约175℃、小于约200℃、小于约225℃、小于约250℃、小于约300℃、小于约350℃、小于约400℃，以及小于约450℃。
在一个实施方案中，在脉冲和/或非脉冲应用中达到加热元件峰值温度(以及因此皮肤表面峰值温度)的时间为从约小于约1秒到约3秒。优选的时间包括约0.05秒、约0.1秒、约0.2秒、约0.3秒、约0.4秒、约0.5秒、约0.6秒、约0.7秒、约0.8秒、约0.9秒、约1秒、约1.5秒，以及约2.0秒。
在某些实施方案中，加热元件的温度能从其峰值温度下降使得在脉冲和/或非脉冲的实施方案中加热应用持续时间(即加热元件温度高于目标值的时间段)为从约小于约1秒到约3秒。其它可能的持续时间包括约0.05秒、约0.1秒、约0.2秒、约0.3秒、约0.4秒、约0.5秒、约0.6秒、约0.7秒、约0.8秒、约0.9秒、约1秒、约1.5秒，以及约2.0秒。在脉冲实施方案中，每个加热脉冲之间的时间可相同或可不同。
当以脉冲将热应用于皮肤时，加热元件优选地在应用下一个加热脉冲应用之前进行冷却。优选地，冷却到约小于约20℃、小于约25℃、小于约30℃、小于约35℃、小于约40℃、小于约45℃、小于约50℃、小于约55℃、小于约60℃、小于约65℃、小于约70℃、小于约75℃，以及小于约80℃。优选的脉冲间的时间包括小于约5秒、小于约4秒、小于约3秒、小于约2秒，以及小于约1秒。
装置
图1显示了手持处理装置10的一个实施方案的剖面图。该装置包括电池20，其给位于电路板30上的装置控制元件供电。电路板30由电源开关22或其它用户输入装置启动，以给电容器25充电，电容器25存储足够的能量以将加热元件(如薄膜电阻加热器)32加热到所需的温度(约70℃到约400℃)并保持约70℃到约400℃以上的温度(尽管不必恒温)所需的时间。当按下按钮24时，电容器25通过电阻器32自动放电。然后电路给电容器充电并准备在几秒钟内再次启动。为降低意外烧伤的风险，允许在另一个加热脉冲启动之前冷却加热元件。当多脉冲模式使用时，该装置不用用户进一步输入可自动释放多个加热脉冲。在一个实施方案中，温度传感器(如热电偶)34监测加热元件的温度并与电路板30上的控制器相互作用，以阻止第二加热脉冲直到温度降至可接受的温度(如，约40℃)以下。薄膜电阻加热器典型地由金属(如镍铬合金(镍和铬的合金)、钨、铝、铜、金、钢)制成且典型地厚度小于200μm。适合的薄膜电阻器也可购于Minco ProductsInc.(http://www.minco.com/)(如ThermofoilTM加热器)。其它合适的薄膜电阻器可从Kyocera，Inc.获得。
在一个实施方案中用户可选择不同的功率水平或多脉冲加热模式。例如，如图1所示，可通过使用按钮26选择高低功率设置。可选地，单推式按钮可用于给装置供电并选择操作模式。例如，按下按钮在低设置下打开装置，再次按下则变为高功率设置，第二次按下变为多脉冲加热模式。每次按下按钮则循环经历所有可能的模式。电流模式可通过一系列LED或小型LCD显示。
可选的发光二极管38也可被整合到该装置中，以提供发光并辅助处理。例如蓝和红光已被表明用于治疗痤疮。除了高/低，和打开/关闭开关，该装置可用单一按钮选择所需的操作模式。例如，按下按钮超过1秒则打开或关闭装置。打开时短时间按下按钮可使得装置转换操作模式。这使得该装置可在包括复杂的多脉冲序列的多种模式下操作。
图2、3和4为可替换加热元件32的实施方案的示意图。图2和图4中所示的厚背衬层54可用于增加加热元件的强度并从薄膜电阻加热器52传导走热量。在一个实施方案中，保护性薄层50覆盖电阻加热器。在优选的实施方案中，保护层50为电绝缘体并有良好的热传导性。保护层50降低用户被电击的风险并可提高加热元件整个表面的温度一致性。可选择地，可化学处理(如阳极化处理)薄膜电阻加热器52以提供防止用户被电击的非常薄的绝缘层。对于多数应用，薄电阻加热器52和任选的保护层50厚度小于500μm，以限制将材料加热到必需峰值温度所需的总能量。这也限制了可被传递给组织的最大能量，因此降低了烧伤的风险。如图2和图4所示的温度传感器34，可被整合到背衬层54中以监控温度。多数情况下与加热元件表面接触的皮肤表面积约为1cm2。
本发明中的加热元件通过将热传导给组织(且如果存在，也传递给背衬层)迅速冷却。可传递给皮肤的最大能量通过峰值温度和加热层的厚度控制。例如，对于被加热到300℃的100μm厚的玻璃吸收层，可传递给30℃皮肤的能量约为5.7J/cm2。对于薄加热器的脉冲加热，冷却时间可由热弛豫时间来估算，τ＝(Δx/π)2ρc/κ其中Δx为厚度，ρ为密度，c为比热，κ为加热器的热传导率。对玻璃来说，弛豫时间约为1.2毫秒。对于被加热到300℃的100μm厚的铜层，可传递给30℃组织的能量约为9.2J/cm2。弛豫时间约为8.65微秒。通过适当选择加热脉冲方式和加热器材料，可以控制组织峰值温度和时间历史。图5显示了整合了保护罩180以防止用户将装置对准眼睛的手持式痤疮处理装置的另一个实施方案。
图6显示了给薄膜电阻加热器施加脉冲以达到所需峰值温度的可能电路。打开开关200(S1)以启动装置并给电容器220(C2)充电。当电容器充满电时，LED灯230(D3)点亮，装置准备放电。当启动放电开关240(S2)时，晶闸管(TS1)被打开，并使电容器220通过薄膜电阻加热器250放电。在一个优选的实施方案中，通过薄膜电阻加热器的放电具有恒定的小于10毫秒的时间。电容器220在放电后开始再充电，数秒钟(取决于电池和电阻)后充电完全。该电路每个脉冲释放的最大能量为1/2CV2，其中C为电容器的电容，V为电容器两端的终止电压。通过选择适当的C和V值，释放的能量可保持小于使皮肤烧伤的阈值。
图7显示了控制电阻加热器加热的可选电路的电子控制关键元件的框图。用户界面710可包括按钮、开关，或触摸屏，用于选择装置的操作模式并产生脉冲。用户界面710被输入微处理器720(如Microchip inc.的PIC16F676)，其控制脉冲发生器730的全部功能。电源由电池740提供或直接来自电源供应。脉冲发生器730将电池740的电压转换为可用来给电容器充电的高压，当用户按下放电按钮时，所述电容器通过加热器750放电。典型地，通过薄电阻加热器的放电具有小于100毫秒的恒定时间。每个脉冲的最大能量为1/2 CV2，其中C为电容器的电容，V为电容器两端的终止电压。通过选择适当的C和V值，释放能量可保持在小于使皮肤烧伤的阈值。微处理器720根据用户的输入直接控制装置的充电和放电。用户可选择能将热量传低至组织中更深的部位同时避免烧伤的功率和多脉冲加热模式。
可产生的可能脉冲模式包括一系列恒定的能量脉冲，其间隔不超过约2秒，其可使皮肤表面以下维持接近恒定的温度。也可使用衰减脉冲序列，其中每个连续脉冲具有更低的能量。也可使用递增脉冲序列，其中每个连续脉冲具有更高的能量。通过仔细调节脉冲序列和每个脉冲的能量，可以控制组织的峰值温度和组织内部的温度分布以避免烧伤。在优选的实施方案中，脉冲间的间隔大于10毫秒但小于5秒。
图8显示了当在时间等于0处施加单个加热脉冲时，在表面0.2、0.5和1.0mm以下的计算的温度历史。高的峰值温度存在小于0.1秒，其限制了烧伤的风险。
图9显示了当给加热器施加两个加热脉冲时，在表面0.2、0.5和1.0mm以下的计算的温度历史。第一脉冲具有更高的总能量并产生了180℃的峰值温度。两秒后具有第一脉冲一半能量的第二脉冲再次加热薄膜金属加热器。在组织内部所得的温度高于通过具有相等总能量的单个脉冲产生的温度。多脉冲的性能允许装置加热更多的组织而不会超出为峰值温度函数的烧伤阈值。
高峰值温度的短持续时间是防止皮肤烧伤的关键。Henriques(F.C.Henriques，“Studies of Thermal Injury：The Predictability and theSignificance of Thermally Induced Rate Process Leading to IrreversibleEpidermal Injury”，Archives of Pathology，43，5 May 1947，Pages489-502)发表了基于热引发不可逆化学反应的Arrhenius方程形式的皮肤烧伤理论。尽管对烧伤过程进行了很多其它的研究，但结论是相似的。皮肤烧伤的发生是热诱发蛋白结构改变的结果，其活化能约为600MJ/kg-mol。对于皮肤，Henriques积分方程可写成：
ω = ∫ 0 t e 226.78 - 75000 T dt
其中，T为在深度χ处的Kelvin温度，是时间的函数，ω为烧伤损伤的函数。在基底层温度大于或等于44℃时对时间进行积分。当ω＝1时，发生二级烧伤。ω＝0.53时发生一级烧伤。当在ω＝1的临界值时，在真皮基底部发生三级烧伤。对于本发明的装置在通常的操作条件下，对于皮肤表面以下超过100μm的深度，ω＜0.4。因此，发生烧伤的风险非常低。
图10显示本发明如何用于处理面部瑕疵。启动装置10，然后与皮肤接触放置。当装置10接触良好且被充分充电后，按下放电按钮以将能量传递给加热元件，然后加热元件将能量传递给皮肤。施加给皮肤的热脉冲用于打开孔并加速瑕疵的清除。在某些情况下，在一段时间可能必需多次处理以有效地处理瑕疵。在此情况下，处理之间的最小时间由电路控制，其防止误用和可能的烧伤。在一天或一星期过程中也可能必需进行多次处理以处理一些瑕疵。
在手持式痤疮处理设备的另一个实施方案中，控制电路(controlelectronics)具有下述的操作模式：使用多电流脉冲给薄膜电阻器提供脉冲，以产生所需的加热模式。例如，首先施加脉冲使所述装置到如前所述的高温；一至五秒后产生具有较低电流的第二脉冲以再次加热薄膜电阻器。由用户选择的脉冲间延迟和可变的峰值浓度(或能量)能产生其它的脉冲。使用多脉冲可使用户得到皮肤下更高的温度而烧伤皮肤。
不意欲限制作用机理-通过本发明的方法，本发明预期多种皮肤改善效果：
-通过在表面应用控制量的热能并使得能量流入真皮的上层，以实现对真皮层上部胶原的控制损伤。在预定的表面加热时间之后，有可能启动冷却元件以从皮肤表面除去热能，保护皮肤表面防止过分暴露于热能中，并使热能反过来从位于真皮更深部位的层流回到表面。
-通过暂时扩大皮肤表面的孔并使得清洁这些孔以及排除有害的碎屑、灰尘和污染物，由此使孔径减小。
-通过临时扩大皮肤表面的孔，从而使得营养成分、调节剂和可能的药物进入皮肤的更深层。
-通过临时扩大皮肤表面的孔，能排除有害的皮脂和细菌，因此降低了痤疮和其它皮脂腺相关疾病的发展。
-通过热破坏皮肤的表面层，然后剥落并移除角质层(stratumconium)部分以及表皮和真皮部分。
通过热破坏邻近皮肤表面的(表皮和上层真皮中)皮肤的血管或有色成分。这些不想要的被破坏的成分然后将作为废物被身体移除，以消除使人变丑的皮肤瑕疵。
此处描述的装置适用于处理各种皮肤状况和损伤。这样的皮肤状况和损伤的例子见于但并不限于此处的描述。细菌和真菌皮肤感染导致普通损伤如痤疮、丘疹和指甲下真菌感染。其它损伤由刺激物引起的，其由于虫咬或通过暴露于其它自然的或人造的皮肤刺激物而被引入的。还有其它的皮肤损伤是由病毒感染引起的，已知通常的损伤例子是“冷疱疹(cold sores)”或“热病性疱疹(fever blisters)”。
其它的皮肤状况包括位于脓肿形成处的脓疱疹和真皮与表皮的局部炎症状况。一种最普通的该类型状况是由已知为寻常痤疮状况引起的损伤。寻常痤疮与革兰氏阳性厌氧菌，痤疮丙酸杆菌(Propionibacteriumacnes)相关。脓肿形成也可因多种主要的细菌物种(通常是葡萄球菌和链球菌)和真菌物种如皮肤真菌发生。
另外的皮肤损伤的类型是病毒皮肤损伤如冷疱疹，又称作热病性疱疹。冷疱疹通常由单纯疱疹病毒株引起，通常导致被感染个体的唇上及附近的和口内的损伤。
另外的皮肤损伤类型是真菌感染，也被称为真菌性皮炎，包括医学上作为体癣、足癣、甲癣、头癣、股癣和须癣已知的状况。特别麻烦的是已知称为甲癣的状况，其为发生于脚趾甲和手指甲下的真菌感染，还涉及医学上为指甲的甲真菌病和癣菌病。甲真菌病可由几种类型的真菌引起，包括须发癣菌(Trichophyton mentagrophytes)、白色念珠菌(Candida albicans)或深红色发癣菌(Trichophyton rubrum)。
体癣，又称作圆癣(Tinea circinata)或钱癣(Tinea glabrosa)，一般称为身体的癣菌病，是一种光滑皮肤即有须区域之外的皮肤区域、头皮、腹股沟、手和脚的真菌感染或皮肤癣菌病，一般由以下的真菌物种引起：比如小孢霉属(Microsporum)如犬小孢霉(Microsporum canis)，发癣菌属(Trichophyton)如深红色发癣菌(Trichophyton rubrum)、须发癣菌(T.mentagrophytes)，和表皮癣菌属(Epidermophyton)的那些，特别是发癣菌属和表皮癣菌属的真菌物种。状况一般包括出现一个或多个有界限的红斑、具有略微升高边缘和中心痊愈产生环形轮廓的鳞状mascules。也可能发生各种其它类型的损伤，例如那些为有泡的、湿疹的、牛皮癣状的、疣状的、斑状的、或深的。
股癣，一般也称“股癣(iock itch)”或腹股沟菌癣病，是腹股沟、会阴和会阴区域的真菌感染或皮肤癣菌病，一般见于男性，有时播及临近区域，一般由真菌如小孢霉属(Microsporum)、发癣菌属(Trichophyton)和表皮癣菌属(Epidermophyton)的真菌物种引起，特别是由发癣菌属和表皮癣菌属的真菌引起。状况一般包括严重痒的明显分界的损伤，并具升高的红斑边和薄而干的脱皮(scaling)。股癣经常与足癣(也称为“脚癣”)伴随出现。
足癣源自趾间的损伤。脚癣是由于在真菌感染空间的大量普通非病毒性细菌增殖导致的痒的、恶臭的不舒服的病症。
某些昆虫叮咬和与某些植物接触可使皮肤暴露于刺激物并导致痒和痛的免疫反应。症状一般在接触刺激物不久后出现，但当刺激物没有被免疫反应有效地移走或灭活时，仍可持续或偶然地再发生一段时间。
本发明涉及处理皮肤状况和皮肤损伤的方法和装置，其包括给被感染的或受刺激的组织施加热能。本发明可通过应用一定量的热用于处理由细菌、真菌或病毒感染引起的皮肤损伤。根据本发明，可以处理的皮肤状况或皮肤损伤是任何可通过应用热进行有效处理的被感染的或受刺激的组织。
损伤可为被下述菌株感染的结果，包括但不限于：如痤疮丙酸杆菌、葡萄球菌属或链球菌属。在优选的实施方案中，本发明提供了用于处理通常与寻常痤疮相关种类的皮肤损伤的方法和装置。这些皮肤损伤包括脓疱疹和局部脓肿如囊肿、结节、脓疱、丘疹、黑头粉刺(黑头)等。这些损伤包括那些普通称为丘疹、粟粒疹、丘疹(zits)、痤疮等。
可替代地或另外地，损伤另外可为真菌物种感染的结果，所述真菌物种包括但不限于能产生如脚趾甲或手指甲感染、癣菌病等状况的真菌物种。这些真菌物种包括小孢霉属如犬小孢霉、发癣菌属如深红色发癣菌和须发癣菌、表皮癣菌属、白色念珠菌等。这些真菌物种有时被泛称为“皮肤真菌”。
可替代地或另外地，在其它实施方案中，皮肤损伤可为病毒感染的结果，其包括由疱疹病毒如单纯性疱疹病毒I型和II型(单纯性疱疹和生殖器疱疹)、水痘带状疱疹病毒(水痘)等引起的感染。
可替代地或另外地，本发明的实施方案提供了应用热用于处理由刺激物引起的皮肤损伤的方法和装置。可由本发明处理的普通的皮肤刺激物包括那些由比如蚊子、恙螨、蚂蚁的昆虫叮咬、蜘蛛叮咬、疥疮等引入的刺激物。也可使用本发明的方法和装置处理其它的皮肤刺激物，其由其它动物物种如水母、蛇等引入，或由植物如毒常春藤(poison ivy)、毒橡树(poison oak)、毒漆树(poison sumac)等引入。
对于本发明的目的，“处理”皮肤损伤或状况表示减缓、停止或甚至反转皮肤损伤或状况的发展，并缩短损伤或状况的治愈时间。可以通过对在被处理的潜在(underlying)状况的根除或改善而获得治疗的益处，如痤疮的根除或改善，和/或一种或多种与被处理状况相关的生理或心理症状的根除或改善，尽管患者可能仍承受潜在病症的痛苦。此处使用的术语“对象”和“动物对象”典型地指人，但也可包括其它适合的动物。
实施例
使用热的痤疮的处理：
图11显示了该装置用于处理轻至中度痤疮的临床试验的结果。此研究包括跟踪5天处理的和未处理的损伤(丘疹)进展。对每个患者来说处理的和未处理的损伤是随机选择的。为处理损伤，一日一次地每日对丘疹应用该装置，并使用单个脉冲加热。认为该装置施加的峰值温度约为250℃，且此温度在小于约0.5秒内降低到约100℃。在大约1毫秒内温度升高。完成了5天的处理后，两个分离的研究者独立地评定对象的整体临床进展并确定任何不良事件。临床评定是如下确定的：通过对患者的痤疮损伤进行记录归档，并将患者在处理前的面部照片与每个随后处理日以及最后第5天的面部照片进行比较。记录、分级、并对比损伤的全部个数、严重度、和位置。通过评分系统进行了分级。每个单个的面部损伤给予一数值以给每个损伤分级。以下是用于每个单个痤疮损伤的分级评分系统的要点：
-1(一)分-轻度损伤-表面或皮肤齐平或最小隆起损伤、最小红斑。
-2(二)分-中度损伤-可见的损伤、从皮肤平面升高1～2mm、中度红斑(0.5mm～1mm)、有或无起伏。
-3(三)分-严重损伤-可见的损伤、升高2mm或更多、红斑扩展＞1mm、有或无起伏、开放的或闭合的、可能有或无浆液性流体排出。
最终分数是所有分级的单个损伤的总和。分数从第一天治疗前的基线确定。每个治疗日，对所有的单个痤疮损伤分级，且确定的总和作为该患者当天的分数。最终的分数在最后的第五天完成治疗后，由所有单个损伤的分级总和确定。损伤的分数为0～1表明该损伤已治愈。
图11所示结果表明经处理的丘疹比未处理的丘疹痊愈得更快。
本发明也可与局部凝胶或膏联用以改进对痤疮的处理。例如，可在本装置处理后应用具有过氧化苯甲酰的局部凝胶。为取得最佳结果，首先用温和的肥皂水或清洗剂清洗待处理区域。清洗该待处理区域后，应用本装置最少一次，然后再应用局部痤疮凝胶。此过程通常每天重复两次。
上述描述和说明仅是以举例的方式，而不是以任何方式来限制本发明。本领域的技术人员可用已知的等同方式代替所描述的结构和装置。因此，本发明的全部范围和定义，阐述在以下的权利要求中。

Claims (34)

1.一种处理皮肤状况的装置，包括：
适应并配置以接触皮肤表面的加热元件；以及
适应并配置以响应用户输入在小于约一秒内将所述加热元件自动加热到至少约70℃的温度并将所述加热元件保持在至少约70℃的温度小于一秒的控制器。
2.权利要求1的装置，其中所述控制器进一步适应于没有另外的用户输入而停止加热所述加热元件和再加热所述加热元件。
3.权利要求1的装置，其中所述加热元件和控制器位于壳内，所述壳能被用户手持。
4.一种处理皮肤状况的装置，包括适应并配置以被用户手持的壳，所述壳包括适应于接触皮肤表面的加热元件；适应并配置以响应用户输入在小于约一秒内将所述加热元件自动加热到至少约70℃的温度和保持至少约70℃的温度小于一秒的控制器；和适应并配置以由用户启动提供所述用户输入的用户界面。
5.权利要求4的装置，其中所述控制器进一步适应于没有另外的用户输入而停止加热所述加热元件和再加热所述加热元件。
6.一种处理皮肤状况的装置，包括：
适应并配置以放置于待处理皮肤表面上的加热元件；
适应并配置以在放置于皮肤表面时被用户握持并支持所述加热元件的手柄区域；以及
适应并配置以将所述加热元件加热到至少约67℃的温度小于约0.1秒的加热电路。
7.权利要求6的装置，其中所述加热电路包括适应并配置以响应用户输入控制由所述加热元件产生的热的控制器。
8.权利要求7的装置，其中所述控制器进一步适应于没有另外的用户输入而停止加热所述加热元件和再加热所述加热元件。
9.权利要求1、4或6的装置，其中所述加热元件包括电阻加热器。
10.权利要求9的装置，其中所述电阻加热器为薄金属电阻器。
11.权利要求1、4或6的装置，其中所述加热元件包括选自镍铬合金、钨、铝、金、铜和/或钢的金属。
12.权利要求1、4或6的装置，其中所述加热元件包括背衬层、电绝缘保护层、和/或高传导层。
13.权利要求1、4或6的装置，其中所述加热元件的皮肤接触表面具有约1cm2的表面面积。
14.权利要求1、4或6的装置，其中所述温度为约75℃到约100℃。
15.权利要求1、4或6的装置，其中所述温度为约100℃到约200℃。
16.权利要求1、4或6的装置，其中所述温度在小于约0.5秒内达到。
17.权利要求1、4或6的装置，其中所述温度将传递给皮肤的总能量限制为小于约50J/cm2。
18.权利要求1、4或6的装置，其中所述温度将传递给皮肤的总能量限制为小于约5J/cm2。
19.权利要求1、4或6的装置，还包括温度传感器，适应并配置所述传感器以感测所述加热元件的温度并控制所述加热元件的所述温度。
20.权利要求1、4或6的装置，还包括冷却元件，适应并配置所述冷却元件以将所述加热元件和/或皮肤表面冷却到低于约60℃的温度。
21.权利要求1、4或6的装置，还包括发光二极管。
22.权利要求6的装置，其中所述加热电路进一步适应于将所述加热元件加热到至少67℃的温度小于约0.1秒，降低所述加热元件的温度约0.5秒，以及将所述加热元件再加热到至少67℃的温度小于约0.1秒。
23.权利要求4的装置，其中用户对所述用户界面的启动在约1毫秒内将所述加热元件加热到约250℃的峰值温度，并且所述峰值温度在小于约0.5秒内降低到约100℃。
24.一种处理皮肤状况的方法，包括在小于约1秒内，将对象的皮肤表面加热到至少约70℃的温度小于约1秒。
25.权利要求24的方法，还包括停止所述加热步骤约十毫秒到约五秒，然后将所述皮肤表面再加热到至少约70℃的温度小于约1秒。
26.权利要求25的方法，还包括重复所述停止和再加热步骤。
27.一种处理皮肤状况的方法，包括给对象的皮肤表面施加至少两个加热脉冲，以将所述皮肤表面升高到至少约70℃的峰值温度，所述峰值温度通过每个脉冲在小于约一秒内获得。
28.权利要求27的方法，还包括在两个加热脉冲之间提供延迟以使得皮肤表面达到低于约50℃的温度。
29.权利要求24或27的方法，还包括在应用峰值温度之前、之中和/或之后给所述皮肤表面施用局部物质。
30.权利要求24或27的方法，其中所处理的皮肤状况选自：痤疮、疣、冷疱疹、和/或皮肤皱纹。
31.权利要求24或27的方法，其中所述温度保持在约70℃以上小于约1秒。
32.一种处理皮肤状况的方法，包括给皮肤表面施加热源并将所述热源加热到高于约67℃的峰值温度小于约0.1秒。
33.权利要求32的方法，还包括停止所述加热步骤约十毫秒到约五秒，然后将所述皮肤表面再加热到至少约70℃的温度小于约1秒。
34.权利要求33的方法，还包括重复所述停止和再加热步骤。
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