CN101478928A - 用于皮肤护理的设备和方法以及该设备的使用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种皮肤护理设备，包括激光源(40)和聚焦光学器件(50)，使得焦点(18)定位在待护理的皮肤的真皮层(24)中。向激光束(42)供能并对其进行聚焦(16)，从而获得LIOB(激光诱导光学击穿)现象，该现象影响皮肤从而刺激组织的再生。这进而减少了皱纹(30)。该设备可以包括皱纹确定装置(52，54，56，58)。聚焦光学器件(50)可以具有至少0.4的数值孔径。本发明还提供相应的方法以护理皮肤，尤其用于通过提供引起皮肤的真皮层(24)中的LIOB的聚焦激光束(16)来减少皱纹(30)。优点在于可以通过使用非常局部的LIOB现象避免对覆盖的表皮层的损伤。

Description

用于皮肤护理的设备和方法以及该设备的使用
技术领域
本发明一般地涉及使用电磁辐射的皮肤护理。更特别地，本发明涉及用于皮肤护理，更特别地皮肤的非侵入减皱的设备和方法。本发明进一步涉及在皮肤护理中设备的使用。
背景技术
希望通过防止或减少皮肤中的皱纹维持年轻的外表是人类社会中的重要问题。已经设计了很多技术来达到上述目的。这些技术之一是损伤皮肤的部分真皮从而引起结缔组织和皮肤新表皮的形成。文档US 5,964,749公开了用于通过对皮肤施加脉动光以加热并且收缩胶原来平复皱纹的方法和装置。在特定实施方式中，以脉冲形式，并且以约100J/cm2的能量密度，应用波长在600-1200nm范围的光。优选地，冷却表皮。
所公开的方法和相应装置的缺点在于其具有损伤表皮的高度风险，因为无差别地提供所有能量。对表皮的损伤是很不希望的，因为这可能对正在进行护理的人导致并发症和健康危险。
发明内容
本发明的目的是提供一种在前序部分中提到的那种设备和方法以及设备的用途，其对进行护理的人更加安全，其中对表皮的损伤减少乃至基本上被防止。
通过一种设备根据本发明达到该目的，所述设备包括：
激光源，用于在预定的脉冲时间期间生成激光束，以及
光学系统，用于将所述激光束聚焦到焦点上，其中，所述焦点的尺寸和生成的激光束的功率使得在所述焦点中，所述激光束具有高于皮肤组织的特征阈值的功率密度，在该阈值之上持续所述预定的脉冲时间，在所述皮肤组织中发生激光诱导光学击穿(LIOB)现象，以及所述光学系统配置用于在所述设备应用于待护理的皮肤时，设置所述焦点到对应于所述待护理的皮肤的真皮层的护理深度。
根据本发明所述的设备能够通过提供足够强的激光脉冲在皮肤中提供激光诱导光学击穿(LIOB)现象。该LIOB基于皮肤组织对激光的很强的非线性吸收，其发生于激光功率密度的特定阈值之上。该很强的吸收造成了非常局部化的等离子体，其能够损伤乃至去除处于所述等离子体位置处的组织。这由次要的、主要是机械的效应引起，诸如生成的等离子体的快速扩展。该效应非常局部，因为在阈值之下，存在零或非常小的线性和非线性吸收，而在阈值之上，生成等离子体，其更强地吸收辐射。换言之，诸如LIOB的效应仅发生在焦点处，而在焦点之上以及之下，不发生或仅发生非常弱的效应。这意味着例如，可以容易地保护表皮不受到不希望的影响或损伤。防止对于表皮的损伤的另一个安全特征是LIOB非常高效的事实。需要非常有限量的能量来获取希望的局部效应。
注意，可以固定护理深度。设备将具有皮肤接触表面，通过该表面，使用中的装置将应用于待护理的皮肤。此类皮肤接触表面可以包括激光束出口窗，或例如设备外壳中的孔。窗具有以下优点：相对于设备，可以更准确地限定皮肤的位置，并由此限定真皮的位置。因此，可以准确地确定焦点的位置。如果激光束和焦点位置固定，则焦点可以例如存在于设备之外的希望的护理深度处。
注意，WO 2005/011510公开了用于缩短毛发的设备，其基于LIOB现象。未提出或公开皮肤护理。然而，关于在本申请中未公开的LIOB的一般背景的其他细节可以在该文档中找到。
在本申请中，表达“焦点的尺寸”可以涉及在其基础上可以确定功率密度的焦点的任何尺寸。特别地，该尺寸可以涉及截面面积或例如激光束的直径或腰部。
特别地，护理深度介于皮肤表面之下0.2mm和2mm之间，更特别地介于0.5mm和1.5mm之间。这基于脸上的介于0.06mm和0.2mm之间的具有角质层的表皮的典型总厚度以及2mm的真皮层的典型厚度。因此，真皮可以在介于0.2mm和约2mm之间的深度处找到。0.5mm和1.5mm之间的护理深度提供允许具有足够的扩展而又对诸如表皮的周围层没有任何危险的真皮护理的范围。在特殊情况中，表皮和/或真皮可能更薄或更厚，或诸如在身体的其他部位(例如手)上，可能出现在略微不同的深度上。在该情况中，技术人员将容易地能够确定真皮的深度和/或厚度，并且相应地调整设备。那么，不同的护理深度在确立了真皮层的深度和厚度之后可以被固定。还可能使用或包括用于自动确定真皮和/或表皮的厚度的设备，诸如超声波设备，例如Stiefel Cutech的“真皮深度检测器”或可替换地OCT设备(光学相干断层摄影术)。
在特定实施方式中，设备进一步包括皮肤表面图像传感器，其配置为确定关于待护理的皮肤表面的形貌信息。特别地，传感器配置为相对于设备确定待护理皮肤的曲率和/或高度图。此类传感器的示例本身是已知的，但是需要特别提到包括投射器和传感器的传感器系统，该投射器配置为在皮肤表面上投射图案，该传感器配置为检测皮肤上的图案的图像，从而根据检测到的图像确定希望的形貌信息。在备选方案中，还可能构思出诸如ccd照相机的两个或多个照相机的系统，其可以配备能够从各个照相机图像中导出(3D)形貌信息的控制单元。
在特定实施方式中，皮肤表面图像传感器配置为确定皮肤的局部最深凹陷的线的位置。此类局部最深凹陷的线对应于皱纹。在一个图像中一次可以存在多于一条此类的线，并且两条或更多条线可以互相连接。皮肤表面图像传感器例如包括配置为例如基于投射图案中最强弯曲、最深阴影或技术人员已知的任何其他技术确定所述位置的控制单元。此类实施方式有助于找到护理的正确位置。这例如可以由音频或视频信号等指示。
在特定实施方式中，设备进一步包括用于显示形貌信息的显示器。这可以是皮肤或仅皱纹的图像的图或其他可视显示形式。还可能指示激光束的瞬间位置，或如果发射，则指示其投射的位置。操作者继而可以根据显示的信息，手工定位设备用于合适的护理。
在特定实施方式中，光学系统可基于所述形貌信息调节，从而焦点在护理深度是可供用的。由于该特征，例如可能考虑到皱纹中的真皮可能出现在比周围皮肤中略深的位置。在皮肤不能由激光束出口窗等完全平滑时可能遇到这种差异。
特别地，光学系统包括可调节的透镜或可调节的镜子。两个元件或其组合可以提供聚焦动作。可以对两个元件进行调节以调节焦点的位置，即相对于皮肤表面的深度和跨过皮肤表面的位置两者。可调节透镜可以包括具有距离设置的透镜或可以是变焦透镜。可调节镜子可以包括在一个或多个(优选地为两个)方向上可旋转的镜子。镜子可以是平的，例如在与透镜组合时，或尤其如果镜子提供聚焦动作时，其可以是凹的。
优势地，可调节透镜包括自动聚焦透镜。此类透镜相对于皮肤表面自动地调节。这确保了在几乎所有情况中的正确的护理深度。
在特定实施方式中，光学系统进一步包括用于定位焦点的激光束操作器。此类激光束操作器可以例如包括可移动镜子和用于移动该镜子的镜子致动器，以及其控制单元。激光束操作器还可以包括可调节透镜或镜子。激光束操作器可以用于在皮肤上或皮肤中定位焦点。操作者例如可以基于显示的关于皮肤的形貌信息来控制激光束操作器。
在特定的实施方式中，激光束操作器配置为相对于局部最深凹陷的线，并且尤其在必然在真皮内的所述线上定位焦点。出于此目的，控制单元可以基于所述线的位置信息(例如，基于关于皮肤表面的形貌信息)适当地控制激光束操作器。该实施方式对于使用尤其是家庭使用是非常容易和安全的。用户可以将装置应用于皮肤。图像传感器确定例如由传感器或控制单元估计的形貌信息。然后，控制单元控制激光束操作器将待发射的一个或多个激光束脉冲指向适当的一个或多个方向。一旦设备完成了护理，则可以给出信号。
发明作为整体使用皮肤透射以非常小的焦点聚焦在真皮中的电磁辐射的环境。为了最大化该效应，激光束的波长介于800nm和1100nm之间。在该范围中，透射高，而散射和线性吸收低。因此，LIOB可以容易地、准确地(即，非常局部地)以及有效地达到。然而，不排除使用其他波长。
特别地，预定的脉冲时间介于100ps和10ns之间。在该范围中，LIOB生成的等离子体非常局部，即，具有很小的空间扩展，这最小化了对周围组织的不希望的损伤的风险。而且，获取LIOB所需的峰值功率基本上独立于该范围中的脉冲时间。然而，也可以使用其他脉冲时间，例如在约100fs到100ps范围中的脉冲时间。
在特定实施方式中，在皮肤表面测量的、激光束脉冲中可传递的能级介于0.1mJ和10mJ之间。已经证明，这种能级在护理中是有用的，即，产生刺激新组织生长的足够损伤。更特别地，能级介于0.5mJ和5mJ之间，并且通常约1mJ。注意，然而不排除其他能级，诸如针对高达2mm的大护理深度高达约20mJ的能级。在上述能级指示中，在皮肤的表面处测量能量，即，其涉及实际发射到皮肤中的能量。
在特定实施方式中，在由LIOB现象产生的等离子体中测量的、激光束脉冲中可传递的能级介于0.1mJ和5mJ之间。特别地，所述能级介于约0.5mJ和5mJ之间，通常约1mJ。这些能级被测量或估计以实际包括在LIOB现象的等离子体中。
在上文所有内容中，应该理解代替单脉冲，只要脉冲产生LIOB现象，还可能提供多个脉冲。
在特定实施方式中，光学系统具有至少0.2的数值孔径，优选为至少0.4、更优选地为至少0.6。数值孔径的此类值涉及针对覆盖皮肤层、尤其是表皮的安全性。因为，特别地，表皮包含很多发色团，诸如黑色素，表皮中剩余的线性吸收是不能忽略的。因此，在此类层中保持能量密度足够低是有优势的。这可以通过提供强聚焦激光束来达到，即利用大角度的会聚，并且因此利用光学系统的大数值孔径。然后，激光束覆盖足够大的面积以在可接受的范围内保持表皮中的能量密度。特别地，表皮中的能量密度应该最多为3J/cm2。注意，数值孔径取决于护理深度以及脉冲中的实际能量。模型计算显示至少0.4的数值孔径对于0.5mm的护理深度和等离子体中1mJ的能量(在焦点区域中)是足够的，而较高能级和较小护理深度需要较高NA，并且反之亦然。
本发明还涉及护理皮肤的方法，尤其涉及皮肤组织的非侵入式护理方法，包括提供在预定脉冲时间期间具有激光功率的激光束，将所述激光束聚焦在具有尺寸的焦点中，使得在所述焦点中，激光束具有高于皮肤组织的特征阈值的功率密度，在该阈值之上持续所述预定的脉冲时间，在所述皮肤组织中发生激光诱导光学击穿(LIOB)现象，其特征在于焦点定位在皮肤的真皮层中。此类美容护理对于例如希望减少皮肤中皱纹的人是希望的。已经在对根据本发明的设备的讨论中阐述了该机制，并且因此不在此进行重复。然后，还可以在根据本发明的方法中使用特定技术特征，除非它们特别地涉及设备。下面将不重复所有此类特征，尽管认为详细地公开了组合。而且，强调该方法提供以安全的方式(可以由非专业用户以安全和方便的方式使用)处理皱纹的方式。
特别地，焦点定位在皮肤表面之下介于0.2mm和2mm之间，尤其介于0.5mm和1.5mm之间的深度，从而定位在真皮中，具有安全的余量以防止其他皮肤组织的不希望的损伤。
优选地，在由LIOB现象产生的等离子体中测量的、激光束脉冲中传递的能级介于0.1mJ和5mJ之间。在焦点的位置测量或至少估计该能级。
特别地，激光束脉冲的能量密度在皮肤表面和真皮层之间的皮肤中最多为3J/cm2。认为此类能量密度对于所述皮肤层是安全的。连同激光束脉冲的优选的能级，这导致了优选的激光束顶角，特别地，对于1mJ和0.5mm护理深度至少为11°(半角)。根据希望的护理深度和脉冲能量，技术人员可以容易地确定优选的顶角或相关的数值孔径，优选地借助于图2中图形的帮助。
在特定实施方式中，方法进一步包括以下步骤：提供待护理的皮肤和所述设备之间的物质，所述物质具有介于约1.3和1.6之间，尤其为约1.4的折射率。此类折射率匹配物质帮助防止皮肤引起的光学弯曲效应，其由皱纹处曲率在宏观上引起，以及由皮肤本身的表面结构在微观上引起。而且，减少了由于接触面的反射的损耗。
本发明还涉及在皮肤护理，尤其涉及在皮肤的非侵入减皱中，根据本发明的设备的使用。在这方面使用LIOB在护理皮肤中具有的优势，即，其可以非常局部地并且在希望的深度提供少量能量，而不影响上层。因此，对比于应用电磁辐射的其他护理，该使用本质上是安全的。
附图说明
图1图示地示出了护理皮肤时使用的设备的最重要的部件，
图2示出了作为护理深度的函数的最小NA的图解模型，
图3图示地示出了根据本发明的设备的实施方式，以及
图4图示地示出了有皱纹的皮肤上的示例性图像图案。
具体实施方式
图1图示地示出了护理皮肤时使用的设备的最重要的部件。通过参考数字10指示设备的一部分，而20指示待护理的皮肤。设备10包括具有激光束出口窗14的外壳12，通过该出口窗，发射聚焦在焦点18中的激光束16。
皮肤20包括表皮22和真皮24。皮肤20具有皱纹30，以折射率匹配的介质对该皱纹进行填充。
在使用中，设备10或这里示出的至少部分应用于皮肤20。激光束16通过激光束出口窗14发射，该窗可以由透明材料制成或可以仅是外壳12中的孔。然而，透明材料的窗具有以下优点：其相对于设备10更好地限定皮肤20的位置。
激光束16粗略地类似于具有顶角α和腰或焦点18的双曲线体。焦点也是LIOB现象的位置，其通过爆炸符号指示。激光束到焦点的会聚有助于局部化LIOB现象并且有助于防止对表皮22的损伤，因为表皮处功率密度远低于真皮24中的焦点18中的功率密度。
焦点18定位在皱纹30之下以及真皮24中。为了防止皮肤和皱纹30的曲率引起的透镜效应，折射率匹配材料施加于皮肤，从而填充表皮22和窗14之间的皱纹。折射率匹配材料应该具有约介于窗14的折射率和表皮22的折射率之间的折射率，优选地约等于表皮22的折射率。在理想情况中，窗14和折射率匹配材料具有与表皮相同的折射率，大约为1.4。
图2示出了作为皮肤表面之下的护理深度的函数，通过在焦点区域中应用1mJ的能量而不引起对上面表皮层的伤害，生成激光诱导光学击穿现象所需的最小数值孔径(NA)的模型计算的图示。例如，在皮肤表面之下0.5mm处以1mJ获得LIOB所需的光学系统的NA大约为0.4。为了具有安全的余量以防止对表皮层的损伤，因此NA应该至少为0.4。注意，大护理深度所需的NA必然小于小护理深度所需的NA，这是由于到不被损伤的表皮层的较大距离。然而，由于覆盖层中的剩余吸收和散射，在护理深度处获得充足的LIOB等离子体形成所需的总密度和能量变得较大。
上述计算和图形支持通常1mJ的能量。在较高能量的情况中，图形将改变到较高的NA值，而对于较低能量，最小NA将变得更小。
图3图示地示出了根据本发明的设备的实施方式。在该图中，以及在任何其他图中，类似的部件由相同的参考数字表示。
设备包括具有激光源40的外壳12，该激光源发射未聚焦激光束42，并且连接至还控制具有镜子46的激光束操作器48的控制单元44。光学系统50将未聚焦激光束42聚焦为具有焦点18的聚焦激光束16。
条纹投影仪和条纹投影光学器件已经分别表示为52和54，同时皱纹图像传感器和皱纹成像光学器件已经分别表示为56和58。
参考数字60表示显示装置，而62表示折射率匹配介质。
注意，可以提供虚线框内的部件，从而通过例如光纤连接至激光源40。这提供了小型且轻量的施加器单元，而在独立和静止单元中，具有庞大以及较重激光源等。
控制单元44控制激光源40以未聚焦束42发射激光辐射。这可以以具有预定脉冲时间(例如，在0.1纳秒和100纳秒之间，不排除其他脉冲时间)的脉冲方式实现。可以通过光学系统50对束进行聚焦，这里仅通过单个透镜非常示意性地指示光学系统50。该透镜50还可以是复杂透镜，并且可以优选地是变焦透镜。变焦透镜可以具有可变的焦距或可以是具有可调节位置的透镜。在所有情况中，焦点18相对于皮肤的位置可以调节。
而且，可由依次由控制单元44控制的激光束操作器48操作的镜子46配置为相对于皮肤，尤其相对于皱纹30对焦点18进行定位。
此类皱纹30的位置可以如下确定。条纹投影仪52通过条纹投影光学器件54将一个或多个条纹的图案投影到皮肤上。如在具有皱纹的皮肤上呈现的图案经由皱纹成像光学器件58通过皱纹成像传感器56成像。通过本领域中已知的(软件)方法由控制单元44估计由此感应的图像。这样，获得关于皮肤的形貌信息，尤其是作为皮肤上的位置的函数的高度的信息。基于该信息，控制单元44控制激光束操作器48将焦点18指向皱纹30之下的位置。
注意，还可能以其他方式获取该信息。例如，部件52和56两者可以是具有相应光学器件54和58的照相机。两个照相机获取皮肤表面的图片，该图片通过已知的成像软件可以转换为3D表面图。
上述设备容易自动化，其中在对皮肤应用设备时，可以制作皮肤的表面图。基于在所述表面图中检测到的任何皱纹，控制单元44将激光束脉冲瞄准所述皱纹之下的真皮。在护理了所有或所选数量的皱纹之后，可以给出信号，指示护理已经完成。不需要操作者执行护理，确定皱纹等。此类设备很好地适合消费者使用。
信息或将护理的皮肤的图像还可以显示在显示器60上。这提供了在实际护理皮肤之前视觉检查的可能性。其还提供了使用具有焦点的固定位置，即没有激光束操作器和/或没有变焦透镜的设备的可行性。例如，如果焦点配置在1.5mm的固定深度，以及处于相对于设备的固定位置，其可以通过十字形等在显示器中指示，操作者可以手工地将设备定位在皱纹顶部。然后，他应用所需量的激光能量，之后，可以选择新的护理点。
图4图示地示出了皮肤上交替的暗线70和亮线的示例性线条图案，这是将平行线的图案投影在有皱纹的皮肤上的结果。可清楚地看到，皱纹如山谷，由虚线72所示。以将由激光照射的点的形式，已经通过一系列十字形指示了典型的护理草案。显然，可以选择虚线上或接近虚线的任何点以处理皱纹。
不认为这里公开的本发明限于描述的实施方式。而是，由于技术人员可以在他的领域内改装和修改此类实施方式，本发明的范围由所附权利要求书确定。

Claims (16)

1.一种设备(10)，用于护理皮肤，尤其用于皮肤组织的非侵入护理，所述设备包括：
激光源(40)，用于在预定的脉冲时间期间生成激光束(42)，以及
光学系统(46，48，50)，用于将所述激光束(42)聚焦到焦点(18)上，
其中，所述焦点(18)的尺寸和生成的激光束(42)的功率使得在所述焦点中，所述激光束具有高于皮肤组织的特征阈值的功率密度，在该阈值之上持续所述预定的脉冲时间，在所述皮肤组织(22，24)中发生激光诱导光学击穿(LIOB)现象，
以及配置所述光学系统(46，48，50)用于在所述设备(10)应用于待护理的皮肤时，将所述焦点(18)定位在对应于所述待护理的皮肤的真皮层(24)的护理深度。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述护理深度介于所述皮肤表面之下0.2mm和2mm之间。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述护理深度介于所述皮肤表面之下0.5mm和1.5mm之间。
4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括皮肤表面图像传感器(52，56)，其能够确定关于待护理的皮肤的表面的形貌信息。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述皮肤表面图像传感器(52，56)配置为确定皮肤的局部最深凹陷的线的位置。
6.根据权利要求4所述的设备，其中所述光学系统(46，48，50)是基于所述形貌信息可调节的。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述光学系统进一步包括用于定位所述焦点(18)的激光束操作器(46，48)。
8.根据权利要求5所述的设备，其中所述光学系统进一步包括激光束操作器(46，48)，用于相对于所述线，并且尤其在所述线上或所述线下定位所述焦点(18)。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述激光束(42)的波长介于800nm和1100nm之间。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述预定的脉冲时间介于100ps和10ns之间。
11.根据权利要求1所述的设备，其中在皮肤表面测量的、所述激光束脉冲中可传递的能级介于0.1mJ和10mJ之间，优选地约为1
mJ。
12.根据权利要求1所述的设备，其中在由LIOB现象产生的等离子体中测量的、在所述激光束脉冲中可传递的能级介于0.1mJ和5mJ之间。
13.根据权利要求1所述的设备，其中所述激光束脉冲的能量密度在皮肤表面和真皮层(24)之间的皮肤区域中最多为3J/cm2。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述光学系统(50)具有至少0.2的数值孔径，优选为至少0.4，更优选地为至少0.6。
15.一种方法，用于护理皮肤，尤其用于皮肤组织的非侵入护理，所述方法包括：
在预定的脉冲时间期间提供具有激光功率的激光束(42)，
将所述激光束(42)聚焦到具有尺寸的焦点(18)上，使得在所述焦点中，所述激光束具有高于皮肤组织(22，24)的特征阈值的功率密度，在该阈值之上持续所述预定的脉冲时间，在所述皮肤组织中发生激光诱导光学击穿(LIOB)现象，
其中所述焦点(18)定位在皮肤的真皮层(24)中。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括以下步骤：提供待护理的皮肤(22，24)和所述设备(10)之间的物质(62)，所述物质具有介于约1.3和1.6之间，尤其为约1.4的折射率。
17.一种在皮肤护理，尤其在皮肤的非侵入减皱中，根据权利要求1至15中任一项所述的设备的使用。
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