CN103180013B

CN103180013B - 皮肤理疗系统

Info

Publication number: CN103180013B
Application number: CN201180051448.0A
Authority: CN
Inventors: M·A·卢特斯考尼格; C·米库拉; W·J·韦奇斯勒; R·加瑟
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2031-10-05
Also published as: CN103180013A; US20170325888A1; EP2632548B1; RU2013123938A; RU2587667C2; US10603108B2; JP2013540030A; US20130204239A1; EP2632548A1; BR112013009799B1; JP5852661B2; WO2012056340A1; US9724160B2; BR112013009799A2

Abstract

一种对皮肤理疗系统(1)中的闪光灯(2)进行操作的方法，包括以下步骤：在闪光灯(2)和充电电容器(4)之间建立导电路径而使得在该闪光灯内自由放电，并且在电流密度下降至预定电流密度阈值(Ix)以下时或者在施加于皮肤的能量达到某个最大值(EM)时中断所述导电路径从而切断通过灯的电流。

Description

皮肤理疗系统

技术领域

本发明总体上涉及一种皮肤理疗系统，尤其涉及一种基于强脉冲光的除毛系统。在下文中，将针对除毛系统对本发明进行具体的解释，但是本发明的主旨可以更一般地被应用于皮肤理疗系统之中。

背景技术

去除(人类)体毛的需求由来已久，并且已经研发了许多系统来满足这一需求。例如，存在有基于机械地切断或拔出毛发而进行操作的机械系统。最新的研发是对待去除毛发的皮肤部分施加高强度的光脉冲。该技术本身是已知的，从而这里可以省略对其详细的解释。这里只需要指出的是，光能量在皮肤中被吸收并且破坏毛囊，从而毛发将会脱落。其优势在于除毛更为持久：毛发要更久才会重新长出，或者它们根本不会重新长出。作为现有技术的示例，参见US5735844。

在所述现有技术文献中所描述的系统中，强光脉冲由激光设备产生。然而，这需要使用激光。本发明尤其涉及一种包括闪光灯作为光源的除毛系统。

发明内容

在光脉冲除毛系统中，存在与温度相关的问题。在闪光灯的情况下，光脉冲包含的能量在相对较宽的光谱范围内，但是并非所有的光谱部分都对毛囊破坏有相同程度的贡献。因此，能量被耗费在除毛处理中的并非有效或者并非充分有效的光频率上。另外，并非所有的能量都被皮肤所吸收。

此外，已经发现人们对于光理疗的反应有所不同，这可能是由于皮肤特性的差异导致的。具有更为敏感的皮肤类型的人通常会在其它人并未感觉到疼痛的情况下体验到痛感。

一般来讲，可以将光脉冲中的能量划分为三个部分：1)被皮肤反射的；2)被皮肤吸收但是对除毛无效的；3)被皮肤吸收并且对除毛有效的。另外，在从电功率到光功率的转换中也将存在能量损失，这连同丢弃的光能量一起将会造成装置或其一部分发热。皮肤中吸收的能量将导致皮肤的温度上升。现在，一方面，输入到皮肤中的能量应当足够高而使毛囊被破坏并且因此使得毛发脱落，但是另一方面，应当对热效应进行限制以防止或者在任何情况下限制可能的痛感。

更一般地，期望在保持甚至提高脱毛效率的同时限制能量的消耗。

当对具有闪光灯的除毛系统进行操作时，通常通过对电容器进行放电，从而导致脉冲形态的电流通过闪光灯来产生光脉冲。本发明所基于的见地在于，闪光灯所产生的光线的瞬时频谱取决于闪光灯中的瞬时电流密度，并且另外该瞬时电流密度随时间变化，首先快速升高至最大值并且随后缓慢回落到零。发明人已经意识到，随着时间过去，闪光灯中电流密度的减小使光谱分布逐渐移向更高频率。基于这一理解，在本发明的一个方面中，在闪光灯中的电流密度下降至某个水平以下时中断闪光灯中的电流脉冲。

在另一种方法中，将电流密度设置为相对较高，并且在施加到皮肤的总能量达到预定最大数值时中断闪光灯中的电流脉冲。

另外的有利细节将在从属权利要求中提及。

附图说明

参考附图，借助于以下对一个或多个优选实施例的描述，进一步解释本发明的这些和其它方面、特征和优势，其中相同的附图标记指示相同或相似的部分，其中：

图1示意性示出了皮肤理疗系统的电气框图；

图2是针对未中断的自由放电而示出的作为时间的函数的闪光灯的电流密度的图形；

图3是示出氙闪光灯的能量谱的图形；

图4是示意性地示出放电期间的光谱移动的图形；

图5是可与图4相比较的针对依据本发明的切断电流的情形的图形；

图6是可与图5相比的图形。

具体实施方式

图1示意性示出了根据本发明的皮肤理疗系统1的电气框图，所述系统包括闪光灯2。闪光灯2是放电灯，如其本身已知的，包括具有两个电极的充气容器。虽然其它类型的闪光灯也是可能的，但是闪光灯2通常是氙放电灯。放电电容器4安装为与闪光灯2并联，其中第一可控开关5布置在闪光灯2和放电电容器4之间的电流路径中。放电电容器4从通常为电压源的电源3得到供电。第一可控开关5由例如为微处理器等的控制设备6控制。

图2是示出作为时间的函数的闪光灯电流密度的图形，用于图示这样的闪光灯在现有技术中的操作。首先，放电电容器4从电源3充电。第一可控开关5被打开(即，非导通)。在某个时刻t0，控制设备6将第一可控开关5闭合并且点亮电路(未示出)将闪光灯点亮。随着闪光灯被点亮，电容器能够将其能量通过闪光灯释放(放电操作)。电流密度快速上升至(在时间t1达到的)最大值M，并且随后缓慢地指数回落到零，在时间t2达到该情形。理论上，真正指数衰减的话，永远不会达到零的水平，但是在实践中，在电流下降维持放电所需的最低水平以下时放电就会熄灭。这种情形出现的时刻将被指示为“自然熄灭时间”。

为了重复以上循环，第一可控开关5首先再次打开以便允许放电电容器4再次被充电。如果需要，可以在电压源和电容器之间的连接中布置第二可控开关，其仅被闭合以对电容器进行充电，但是出于简明的原因而并未将这种情况示出。

t1和t2的确切数值以及电流最大值的确切数值尤其取决于闪光灯(诸如气体充入、大小)、电容器(诸如电容)、电流放电回路(电阻、电感、电容)以及电源(诸如充电电压)的确切特性。

已经意识到的是，为了避免诸如痛感或灼烧感之类的不期望的效果，施加于皮肤的能量总量不应当超过预定最大值E_M，该最大值可以取决于皮肤类型。这样的最大值的典型数值处于3-6焦耳/m²的范围内。在皮肤理疗系统的现有技术设计中，根据闪光灯2的类型选择放电电容器4，使得在自由的无中断放电时(见图2，从t0到t2)，施加于皮肤的能量总量不会超过所述预定最大值E_M。根据这样的设计的系统将被称作“标称”系统。参考图1，注意到，当电容器被充电至电源3所提供的电压V₀时，该系统包含根据公式Ec＝0.5·CV₀ ²的能量Ec，其中C是放电电容器4的电容。当该电容器在时间t2已经完全放电时，该能量已经被输入到闪光灯中，并且闪光灯已经将该能量施加于皮肤。这在损失可以忽略的情况下适用，而忽略损失实际上是不切实际的：实际上，仅有特定百分比的电能被实际施加于皮肤。因此，在公式中，这可以近似为E_SKIN＝α·Ec，其中α表示放电能量Ec和施加于皮肤的能量E_SKIN之间的比率。在下文中，出于解释的目的，将假设α为常数。于是在标称设计中得出

E_SKIN＝E_M＝α·0.5·C₀V₀ ²

如其本身已知的，放电电流将使闪光灯2产生强光脉冲。所产生的光并不是单色的，而是包含在大的光谱区域中的成分。图3是示出示例性氙闪光灯的说明性能量谱的图形。垂直轴表示光脉冲在特定波长(水平轴，以纳米为单位)处的所发射的能量总量(任意单位)。

图3还示出了，为了进行除毛基本上可以区分出的四个光谱区域，要注意的是并未清晰定义确切的界线：

-第一区域I是从大约550nm到大约750nm的光谱范围，其包含用于脱毛的波长；

-第二区域II是从大约750nm到大约950nm/1000nm的光谱范围，其包含虽然可用程度较低但仍然有用的波长；

-第三区域III是从大约950nm/1000nm起以及更高的光谱范围：这些是实际上不期望的波长，因为它们对毛囊破坏的效果较差但又会导致诸如疼痛和/或灼烧之类的有害效果；

-第四区域IV是从大约550nm起以及更低的光谱范围：这些是实际上不期望的波长，因为它们易于导致皮肤损伤。

能够看到的是，来自氙闪光灯的光脉冲的能量谱在第二区域中具有谱线；大约1400nm处的另外的谱线未在该图中示出。

图3所示的光谱是总光谱，即在从t0到t2的时间上整合(integrate)。然而，由于光谱取决于电流密度而电流密度随时间变化，所以光谱也随时间而变化。大致来讲，可以认为对于较高电流密度，光谱中的相对能量分布集中于较短波长处，而对于较低电流密度则集中于较长波长处。该现象本身是已知的，并且例如在美国专利申请2005/0177141的图11-14中有所图示。在该文献中，灯中的电流密度受到控制以便根据受理疗人员的皮肤类型而获得所期望的能量谱。

在本发明的情况下，闪光灯中的电流密度并不受到控制而是在自由放电中自行发展，如图2所示。图4是可与图2相比较的图形，其也示意性图示了电流脉冲期间作为时间的函数的谱能量分布的移动，并且图示出该移动与电流脉冲中的瞬时电流密度同步。虽然该图形仅是示意性的，但是可以看出，随着时间过去，该能量分布移动至除毛的有益效果有所减弱并且潜在的有害效果有所增强的区域。另外，由于该装置的目标是除毛，所以光谱区域中没有对除毛有所贡献的能量基本上是浪费的能量。另外，高能耗导致系统部件发热并且需要功能有所增强的冷却系统。

本发明所提出的改进基本上是出人意料的简单措施：在达到自然熄灭时间t2之前中断放电。结果，避免产生与中断时刻之后将会出现的较低电流水平相关联的光：所有能量输出都专门用于中断时刻之前的较高电流水平。

对于标称设计的系统，实施本发明使得控制设备6在t2之前的时间tx处发生的电流密度下降至固定电流阈值Ix以下时打开第一可控开关5。这在图5中示出，其是可与图4相比较的图形。作为打开第一可控开关5的结果，电流被立即切断为零并且光脉冲立即终止。根据本发明，只要所产生的光的光谱在有益区域1和2中包含充足的能量，就允许放电电流继续，并且其在该能量主要耗费在区域3中时中止。因此，使能量浪费最小化，降低了冷却要求，并且减少了痛感。

即使对于一种具体的皮肤理疗系统，即闪光灯、电容器和放电电压的具体组合而言，Ix的确切数值并非是至关重要的。当进行一些假设时，可以为Ix定义最优数值，但是该最优数值对于不同系统来说可能是不同的。另外，对于不同皮肤类型这样的最优数值可能是不同的，控制设备6可以设置有用户输入设备7，例如旋钮或按钮，以便输入皮肤类型，并且控制设备6可以基于所输入的皮肤类型来修改其中断设置。

另外，根据本发明的系统的实施例包括电流密度测量装置，但是实际上控制设备可能难以实际测量电流密度并且在电流密度超过密度阈值时断开电流。因此，在另一个更加易于实施的实施例中，该系统包括用于感测所述闪光灯电流的电流传感器，并且控制设备使用与闪光灯相关的数据计算电流密度，或者可替换地，电流密度阈值被在转换为针对具体闪光灯的闪光灯电流幅度的阈值。在又另一个甚至更易于实施的实施例中，该系统包括时间测量装置，并且控制设备监视自t0起(或者自t1起)过去的时间并且在时间tx打开第一可控开关5以断开电流。

通过测量作为时间的函数的闪光灯电流，并且基于闪光灯设计的知识而将该闪光灯电流转换为电流密度，时间tx可以由制造商事先计算。根据电流密度和光谱之间的基本关系，制造商能够决定其希望在什么电流水平处切断电流，并且其能够根据所述测量找出对应的时间tx。

另一方面，在具体系统配置中，也可能通过改变切断时间tx并且测量所产生的总的理疗光谱来进行实验。通过决定哪些光谱是可接受的而哪些则不是，产生对tx的选择。用来决定哪些光谱是可接受的而哪些光谱则不是的确切标准可取决于各制造商。对于可能的标准而言，可决定例如550-590nm区域的第一光谱区域中的瞬时能量含量，并且决定例如950nm及更高区域的第二光谱区域中的瞬时能量含量，以计算两个测得的含量之间的比率，并且在该比率高于例如50％的某个数值，偏向于第二区域时切断电流。

在任何情况下，虽然可能定义用于切断电流的最优时刻，但是要注意到的是，本发明已经提供了电流在t1和t2之间的任意时间被切断的情况下的优势。另外，发明人已经对氙闪光灯、电容器和充电电压的一些实际组合进行了测试，并且发现在所有所测试的组合中，最佳切断时刻tx处于1.5ms和2.0ms之间，从而即使在没有进行实验的情况下在所述范围中选择tx也是合理的。

在另一种详细方式中，本发明提供了一种超标称设计的系统，这意味着与图2和图4的标称设计相比，电流水平更高并且自然熄灭时间t2'晚于图2中所指示的t2。从以上所解释的标称设计开始，可以通过增大放电电容器4的电容值来获得超标称的设计。该增大的电容值将被指示为C₁。因此应当清楚的是，如果电容器被允许在闪光灯上自由放电，即直至自然熄灭时间t2'，则输入到皮肤中的能量E_SKIN将高于所假设的最大值E_M。在该超标称设计的系统中，根据本发明，控制设备6在早于标称设计的自然熄灭时间t2的时间t_E打开第一可控开关5以便中断放电，其中该中断时间t_E被设置为使得施加于皮肤的能量E_SKIN的总量小于或等于能量的最大量E_M。

该操作模式在图6中进行图示，其可与图5相比较。曲线61指示了作为时间(任意单位)的函数的闪光灯电流(或电流密度)。虚线指示图2和图4的可比较的标称设计的电流。能够看到的是，在电流最大值M之后，电流比标称设计中更高。实际上，甚至电流最大值本身也可以更高，但是这并未示出。曲线62指示作为时间的函数的施加于皮肤的累加能量E_A；基本上，曲线61与曲线62的导数成比例。在该示例中，所施加的能量E_A在时间t_E等于最大能量E_M。在该时刻，放电电流被切断，从而输入到皮肤中的光变为零。

在根据本发明的该方法中，一方面确保了输入到皮肤中的最大可允许能量不会被超出，同时另一方面确保了用增大的电流在闪光灯中执行放电，从而在闪光期间，光主要由有用波长所构成，而无用甚至有害的波长部分则已经被减小。由于“有用”频率的输出更高，所以得到更为有效的除毛。

在本发明的一个可能的实施例中，控制设备6设置有电流传感器(未示出)以感测作为时间的函数的闪光灯电流，并且可能甚至设置有电压传感器(未示出)以感测作为时间的函数的闪光灯电压，从而能够计算作为电流与电压的乘积的闪光灯功率。在存储器8中，控制设备6具有定义了能量最大值E_M的信息。在操作期间，通过在时间上积分所算出的闪光灯功率(即，所测量的电流乘以所测量的电压，或者所测量的电流乘以假设的固定闪光灯电压值)，控制设备6监控闪光灯输出的作为时间的函数的能量E_A，并且将此与能量最大值E_M进行比较。当控制设备6发现所施加的能量E_A达到最大值E_M时，其打开第一可控开关5。

在另一种实施方式中，控制设备6设置有电压传感器(未示出)以感测作为时间的函数的电容器电压。在放电期间的所有时间，瞬时电容器电压V_R对应于依据E_R＝0.5·V_R·C²剩余在电容器中的能量E_R的量，并且因此所施加的能量E_A能够轻易地被计算为E_A＝E_C-E_R。

在又另一种实施方式中，在实验阶段，所述系统的制造商执行测试以确定所施加能量E_A达到最大值E_M的时间t_E。定义该时间的信息被存储在存储器8中。在操作期间，控制设备6简单监控该时间并且在时间达到t_E时打开第一可控开关5。

在所有的所述实施例中，系统都可能包括用于允许用户输入指示皮肤类型的信号的用户输入设备7，同时在存储器8中存储对应于相应皮肤类型的数据。基于所接收的皮肤类型输入，控制设备6从存储器8获取对应的信息。在其它方面，操作与以上所描述的相同。

应当清楚的是，本发明因此节约了能量。由于电容器并未完全放电，所以电容器的充电能够更快完成和/或对充电电压源的要求有所降低。另外，由于能耗降低，所以转化为热量的能量更少。

概言之，一种对皮肤理疗系统中的闪光灯进行操作的方法，包括下述步骤：在闪光灯和充电电容器之间建立导电路径而使得在该闪光灯内自由放电，并且在电流密度下降至预定电流密度阈值水平以下时或者在施加于皮肤的能量达到某个最大值时中断所述导电路径从而切断通过闪光灯的电流。

虽然已经在附图和以上描述中图示并详细描述了本发明，但是本领域技术人员将清楚的是，这样的图示和描述要被理解为说明性或示例性的而非是限制性的。本发明并不局限于所公开的实施例；相反，可以在如所附权利要求中所定义的本发明的保护范围内进行若干种变化和修改。

通过研习附图、本文公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时能够理解并实施所公开的实施例。在权利要求中，词语“包括”并不排除其它部件或步骤，并且不定冠词“一个”(“a”或“an”)并不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所记载的若干事项的功能。互相不同的从属权利要求中记载了的特定措施这一事实并非指示这些措施的组合无法被有利地利用。权利要求中的任何附图标记都不应当被理解为对范围进行限制。

在上文中，已经参考框图对本发明进行了解释，其图示了根据本发明的设备的功能模块。要理解的是，这些功能模块中的一个或多个可以以硬件实施，其中这样的功能模块的功能由个体硬件组件来执行，但是这些功能模块中的一个或多个也可能以软件来实施，从而这样的一个或多个功能模块的功能由计算机程序的一个或多个程序行或者诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器等可编程设备来执行。

Claims

1.对皮肤理疗系统(1)进行操作的方法，所述皮肤理疗系统(1)包括闪光灯(2)和电容器(4)，该方法包括在布置在所述闪光灯(2)和所述电容器(4)之间的电流路径中的开关(5)被打开的同时从电源(3)对所述电容器(4)充电的步骤，所述方法还包括执行以下步骤的循环：

通过闭合所述开关(5)在所述闪光灯(2)和充电的所述电容器(4)之间建立导电路径并使该电容器在该闪光灯上放电，其中所述放电的放电电流在第一时刻(t1)达到最大电流密度并且具有自然熄灭时间(t2)；

在晚于所述第一时刻(t1)但是早于所述自然熄灭时间(t2)的时间(t_X；t_E)处通过打开所述开关(5)中断所述导电路径以便切断通过所述闪光灯的所述放电电流；

其中建立和中断所述导电路径的所述步骤在所述循环的期间仅执行一次；并且

再次从所述电源(3)对所述电容器(4)充电；

其中所述方法还包括重复所述循环。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电路径在在电流密度下降至预定电流密度阈值水平(Ix)以下时被中断。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括下述步骤：确定作为电流密度的函数的所产生光的光谱，确定在哪个电流密度下所产生光的光谱在与皮肤理疗相关的期望频率区域中不再具有充足的能量并且将该电流密度设置为所述预定电流密度阈值水平(Ix)。

4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括下述步骤：测量瞬时灯电流，计算相对应的瞬时灯电流密度，并且当所计算的瞬时灯电流密度下降至低于所述预定电流密度阈值水平(Ix)时断开放电电流。

5.根据权利要求2所述的方法，进一步包括下述步骤：确定所述电流密度下降至所述预定电流密度阈值水平(Ix)以下所需时间的阈值时间(tx)，测量自放电开始时间(t0)起所过去的时间，并且当所测量时间经过所述阈值时间(tx)时断开放电电流。

6.根据权利要求2所述的方法，其中所述放电电流在自放电开始时间(t0)起的固定开关时间处被切断，其中所述固定开关时间被设置在1.5ms和2ms之间的范围内。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：确定被允许施加于每平方厘米的皮肤的能量的最大量(E_M)，利用比所述能量的最大量(E_M)更大的能量(E_C)对电容器(4)进行充电，并且当实际施加于皮肤的能量的量对应于所述能量的最大量(E_M)时中断所述放电。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括下述步骤：测量瞬时灯电流和瞬时灯电压，计算对应的瞬时灯功率，在时间上积分所计算的灯功率以计算所施加的能量(E_A)，并且当所计算的施加能量(E_A)达到所述能量的最大量(E_M)时断开所述放电电流。

9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括下述步骤：确定所施加能量(E_A)达到所述能量的最大量(E_M)所需的时间的阈值时间(t_E)，测量自放电开始时间(t0)起所过去的时间，并且在所测量的时间经过所述阈值时间(t_E)时断开放电电流。

10.皮肤理疗系统(1)，包括：

闪光灯(2)；

放电电容器(4)，其与该闪光灯并联连接；

电源(3)，其用于对所述放电电容器充电；

第一可控开关(5)，其布置在所述闪光灯和所述放电电容器之间的电连接中；

第二可控开关，其布置在所述电源和所述放电电容器之间的连接中；

控制设备(6)，其用于控制所述第一可控开关和所述第二可控开关；

点亮装置，其用于点亮所述闪光灯；

其中该控制设备被设计用于闭合所述第二可控开关以用于对所述放电电容器充电并且随后根据以下的循环操作：

闭合所述第一可控开关；

在所述第一可控开关已经被闭合之后在开始时间(t0)处触发该点亮装置以便在所述闪光灯中开始放电，所述放电的放电电流在时间上的第一时刻(t1)达到最大电流密度并且具有自然熄灭时间(t2)；

在晚于时间上的所述第一时刻(t1)但是早于所述自然熄灭时间(t2)的时刻(t_X；t_E)打开所述第一可控开关以便切断所述放电电流；

其中所述控制设备被设计用于在所述循环的期间仅闭合并随后打开所述第一可控开关一次；

再次闭合所述第二可控开关以用于对所述放电电容器充电；

其中所述控制设备被设计用于重复所述循环。

11.根据权利要求10所述的系统，其中该控制设备设置有存储器(8)，所述存储器包含定义固定时间阈值(tx)的信息，其中该控制设备被设计为将时间与所述固定时间阈值(tx)相比较，并且其中该控制设备被设计为在自开始时间(t0)起所过去的时间达到所述固定时间阈值时打开所述第一可控开关(5)。

12.根据权利要求10所述的系统，其中该控制设备设置有存储器(8)，所述存储器包含定义固定电流阈值(Ix)的信息，其中该系统包括用于感测灯电流的电流传感器，其中该控制设备被设计为将所测得的电流与所述固定电流阈值(Ix)比较，并且其中该控制设备被设计为在所测得的电流达到所述固定电流阈值时打开所述第一可控开关(5)。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制设备设置有存储器(8)，所述存储器包含定义能量的最大量(E_M)的信息，其中所述电源(3)的电压为使得所述放电电容器(4)被充电至高于所述能量的最大量(E_M)的能量(E_C)，其中该控制设备被设计为计算或测量作为时间的函数输出的能量的量(E_A)，其中该控制设备被设计为将所算出或测得的输出的能量的量(E_A)与所述能量的最大量(E_M)相比较，并且其中该控制设备被设计为在所算出或测得的输出的能量的量(E_A)达到所述能量的最大量(E_M)时打开所述第一可控开关(5)。

14.根据权利要求10所述的系统，其中该闪光灯是氙灯。

15.根据权利要求10所述的系统，其中该皮肤理疗系统是除毛系统。