CN106714667B - 基于光的胶原测量系统和皮肤处理系统 - Google Patents

Abstract

根据本发明的、使用第一光强度和第二光强度的、用于胶原的基于光的测量的测量系统包括：用于发出具有源波长范围的光束的光源(120)；以及光学系统(130)，用以使源波长范围内的光偏振，从而生成偏振光束(140)，并且用以将偏振光束(140)引导并聚焦于皮肤外表面下方预定聚焦深度处的、皮肤(160)内部的目标位置。测量系统还包括第一检测器(150)和第二检测器。

Description

基于光的胶原测量系统和皮肤处理系统

技术领域

本发明涉及用于皮肤内部胶原的基于光的测量的测量系统。

本发明还涉及包括根据本发明的测量系统的皮肤处理系统。

背景技术

通过减少皮肤中的皱纹来维持年轻外貌的期望是人类社会的重要问题。已经设计许多技术来实现该目标。一种技术例如是嫩肤，具体是涉及胶原变性(诸如胶原的热变性)的方法。虽然一些治疗应用是可能的，但主要关注领域在美容或非治疗领域。这种方法在皮肤中的功效取决于若干因素，诸如组织上的热负荷和机械负荷、经受处理的人的年龄、皮肤内部胶原的解剖分布、皮肤的疾病、环境暴露、皮肤类型等。目前，基于变性的嫩肤处理的参数经常基于反复试验。

越来越多的这些皮肤处理和皮肤处理系统旨在由消费者而不是医学专业人员使用。这些处理系统是非侵入性的——它们在不必物理穿透表皮的情况下在皮肤表面下方产生作用。然而，这种家庭使用系统提出新的担忧，诸如与安全性和处理功效有关的担忧。这在用于执行处理的光源是激光器时特别重要，并且这种激光器的错误操作可能导致激光穿过皮肤层的位置处的皮肤的伤疤或烧伤。

例如，对表皮的损伤是高度不期望的，因为这可能导致被处理人的并发症和健康风险以及社交停工时间。如果在真皮上方产生外表伤害，则瘀点(微出血)可能由于毛细血管的微破裂而发生，这导致功效降低且副作用增大。如果胶原变性，则为了嫩肤目的的新胶原形成将发生。用于胶原变性的热处理以及随后的胶原重塑的功效仅在真皮内部温度超过临界温度65摄氏度时是高的。因此，提供如下处理：其引导大量能量以将皮肤温度上升到高于变性所需的阈值。

没有胶原存在的皮肤区域的处理可能导致过度处理。假定胶原存在，则胶原纤维的长度变化在变性期间继续，直到纤维已经收缩至最小长度——超过该阶段的热处理是过度处理，因为胶原结构被完全破坏。过度处理可能导致对周围组织的不必要损伤以及其他副作用，而未促进任何恢复和紧致效果。

因为胶原变性和产生的嫩肤的效力和安全性取决于若干因素(如上文中指示的)，所以需要测量胶原的存在，并且需要测量处理过程期间皮肤内部胶原的变性。

已知通过追踪在皮肤经受偏振光时在反射光中看到的变化，使用胶原的双折射来确定胶原的存在，并且重复这种测量来监控变性的进展。这是WO2011/112248中所述的测量系统中的一个。这种监控系统可以与许多不同的处理方法结合使用，诸如基于R.F.(射频)的处理方法、基于U.S.(超声)的处理方法或基于激光的处理方法。这样的已知测量方法的缺点在于它们较复杂且耗时。例如，“Quantitative measurements of linearbirefringence during heating of native collagen”(Lasers in Surgery andMedicine，Vol.20,Issue 3,1997,Pages:310-318，Duncan J.Maitland和Joseph T.WalshJr)中详细描述了光学测量。使用补偿晶体和偏振透射显微镜，通过从60个测量导出平均标准偏差，在若干时间点处测量双折射。

WO1995/28135描述了另一技术，其中涉及在使用偏振透射显微镜时观察到的强度的逐渐变化和颜色变化。然而，颜色变化和强度变化的感知可能在不同的观察者之间不同，这使得值变得主观。因为由于胶原而产生的颜色变化和减少依赖于许多因素(包括年龄、皮肤光学和热特性等)，所以测量不是处理的进展的准确且定量测量。

WO2009/089292公开了一种用于估算皮肤类型和皮肤特性以创建独特的光谱特征的方法，该方法包括：将来自入射漫射白光中捕获的第一图像和来自入射偏振光中捕获的第二图像的数据进行卷积；将通过卷积来自第一图像和第二图像的数据而生成的至少两个独特卷积的极限位置进行比较；以及从至少两个独特卷积，确定卷积的红色光谱曲线减去蓝色光谱曲线的最小与最大强度位置之间的距离，以用于生成数值皮肤类型输出。

US2008/0194928公开了一种非侵入性成像设备，其包括：照明源，包括入射光源，以将光引导在皮肤上；以及检测器，用于检测从皮肤反射的光的偏振程度，其中照明源被定位为以所选角度α来引导光，并且其中改变角度α会改变皮肤中的层的测量深度。

发明的目的

本发明的目的是提供一种用于皮肤内部胶原的基于光的测量的测量系统，该测量系统不那么复杂，并且提供了不那么主观的测量结果。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种用于皮肤内部胶原的基于光的测量的测量系统，该测量系统使用第一光强度和第二光强度。本发明的第二方面提供了一种皮肤处理系统。

根据本发明的测量系统包括光学系统，该光学系统具有光源，光源被配置且布置为发出具有源波长范围的光束，光学系统被配置且布置为：

使源波长范围内的光偏振，从而生成偏振光束；并且

将偏振光束引导并聚焦于皮肤外表面下方预定聚焦深度处的、皮肤内部的目标位置；

测量系统还包括：

第一检测器，该第一检测器被配置且布置为检测从目标位置反射的光的第一检测波长范围内的第一光强度；

第二检测器，该第二检测器被配置且布置为检测从目标位置反射的光的第二检测波长范围内的第二光强度；以及

比较器，该比较器耦合到第一检测器和第二检测器，并且被配置且布置为确定第一光强度与第二光强度之间的差；

其中，参照在天然胶原存在于目标位置处时由该天然胶原反射的偏振光束的光的反射光谱，所述反射光谱包括多个相邻的第一和第二波长范围，其中，在所述第一波长范围中，在偏振光束与天然胶原之间主要存在(prevail)相长干涉，并且其中，在所述第二波长范围中，在偏振光束与天然胶原之间主要存在相消干涉：

第一检测波长范围被预定和/或控制为限于所述第一波长范围中的一个或多个；并且

第二检测波长范围被预定和/或控制为限于所述第二波长范围中的一个或多个。

由天然胶原反射的偏振光的光谱包括多个相邻的第一和第二波长范围，其中，在所述第一波长范围中，在偏振光束与天然胶原之间主要存在相长干涉，并且其中，在所述第二波长范围中，在偏振光束与天然胶原之间主要存在相消干涉。这是由于天然胶原的双折射特性而引起，并且可以被称为由于目标位置处天然胶原的存在而产生的偏振入射光的光谱调制。在其中发生或主要存在偏振入射光与天然胶原之间的相消干涉的所述第二波长范围中，由于光波恰好180度反相，在反射波长光谱中观察到暗带。在其中发生或主要存在偏振入射光与天然胶原之间的相长干涉的所述第一波长范围中，由于光波同相，在反射波长光谱中观察到亮带。

本发明基于以下洞悉：对于所选的皮肤中的聚焦深度，由于所述相长干涉而引起的亮带在反射波长光谱中出现的波长相对恒定。从目标位置反射的光的第一检测波长范围限于亮带的这些波长中的一个或多个。类似地，对于所选的皮肤中的聚焦深度，由于所述相消干涉而引起的暗带在反射波长光谱中出现的波长也相对恒定。从目标位置反射的光的第二检测波长范围限于暗带的这些波长中的一个或多个。

换言之，本发明提供了如下测量系统：该测量系统实现所选聚焦深度处的胶原检测，且在处理不同对象或身体的不同区域时令人满意地操作。通过测量其中发生或主要存在入射光与胶原之间的相长干涉的波长带内的光强度，并通过将该光强度和其中发生或主要存在入射光与胶原之间的相消干涉的波长带内的光强度测量进行比较，可以确定胶原的存在。如果没有胶原存在于目标位置中或存在的胶原已经充分变性至低于临界检测点，则反射光的第一光强度和第二光强度将大致相同。如果天然胶原存在于目标位置中，则因为它尚未被处理(即，变性)或它仅被部分处理(即，变性)，所以反射光的第一光强度和第二光强度将显著不同(即，第一光强度将显著高于第二光强度)。

可以有利的是将第一检测波长范围预定和/或控制为限于其中在偏振光束与天然胶原之间主要存在第二阶或更高阶的相长干涉的、所述多个第一波长范围中的一个或多个，并且预定和/或控制第二检测波长范围以便限于其中在偏振光束与天然胶原之间主要存在第二阶或更高阶的相消干涉的、所述多个第二波长范围中的一个或多个。

当使用其中发生或主要存在(代替第一阶干涉)第二阶或更高阶干涉的波长范围时，第一检测波长范围与第二检测波长范围的中心波长之间的间隔将显著减小。这将减小由于检测波长范围的较大间隔而产生的反射光的任何强度变化。如果对应于发生相长和相消干涉的两个检测波长范围彼此足够靠近，则将降低依赖于波长的散射效应的影响。在一些情况下，影响甚至可以变得可忽略。

对于宽隔开的检测波长范围，反向散射的光量取决于(除其他事物之外)处理前后的波长。这可能消极地影响测量结果，并且可能部分或完全掩蔽由测量系统测量的依赖于波长的双折射效应。

光学系统还可以被配置且布置为将偏振光束聚焦于皮肤外表面下方100微米至1000微米之间的目标位置处。在聚焦深度的这一范围内，由于天然胶原的双折射而产生的光谱调制将大致恒定。换言之，第一和第二检测波长范围可以被预定和/或控制为在身体上并且甚至在不同对象上的不同位置处的所选聚焦深度处执行胶原测量，而无任何显著再校准。因为第一和第二检测波长范围可以被认为是固定的，所以可以大大简化根据本发明的测量系统，但在实践中，由于其他方面(诸如检测器的光谱敏感性以及光源的发射光谱)而可能需要某一程度的再校准。

在所选的聚焦深度处，第二检测波长范围还可以被预定和/或控制为在小于100nm(优选地小于50nm，更优选地小于30nm，甚至更优选地小于20nm)的带上延伸。在这种实施例中，可以应用包括强度检测器和适当设定尺寸的带通滤波器的合适检测器。在实践中，这些检测波长范围可以在所选聚焦深度的变化为50微米或更小时令人满意地操作。

在所选的聚焦深度处，第一检测波长范围的中心波长与第二检测波长范围的中心波长之间的差可以小于300nm，优选地小于100nm，更优选地小于50nm，甚至更优选地小于30nm。当在更低阶的干涉下执行测量时，检测波长范围的中心波长通常可以具有在300nm至400nm之间的间隔。在更高阶的干涉下且在小聚焦深度处，检测波长范围的中心波长之间的间隔可以显著更小。

在根据本发明的测量系统的优选实施例中，第一检测波长范围被预定和/或控制为限于所述多个第一波长范围中的单个第一波长范围，并且第二检测波长范围被预定和/或控制为限于所述多个第二波长范围中的单个第二波长范围，其中，所述多个第一波长范围中的所述单个第一波长范围与所述多个第二波长范围中的所述单个第二波长范围相邻。在该优选实施例中，测量系统的第一检测器可以包括用以测量第一光强度的单个光电二极管，并且测量系统的第二检测器可以包括用以测量第二光强度的单个光电二极管。通过仅将两个光电二极管用于检测，提供了一种紧凑且廉价的测量系统。

测量系统还可以被配置且布置为使得第一检测器包括：

至少两个检测器通道，每个检测器通道被配置且布置为检测所述多个第一波长范围中的不同的一个第一波长范围内的光强度；和

处理器，该处理器耦合到每个检测器通道，并且被配置且布置为从由所述至少两个检测器通道检测的光强度确定第一光强度。

可以有利的是在多个亮波长带内执行测量，以提高测量的准确度和可靠性。这可以与单个暗波长带中或多个暗波长带中的测量结合进行。

类似地，可以有利的是测量系统还被配置且布置为使得第二检测器包括：

至少两个检测器通道，每个检测器通道被配置且布置为检测所述多个第二波长范围的不同的一个第二波长范围内的光强度；和

处理器，该处理器耦合到每个检测器通道，并且被配置且布置为从由所述至少两个检测器通道检测的光强度确定第二光强度。

可以有利的是在多个暗波长带内执行测量，以提高测量的准确度和可靠性。这可以与单个亮波长带中或多个亮波长带中的测量结合进行。

根据本发明的另外方面的皮肤处理系统包括根据本发明的测量系统。

胶原的变性例如可以使用聚焦处理能量源(例如，射频(RF)能量源或超声能量源或例如提供处理光的光或激光源)来进行。测量系统例如可以在提供处理的RF能量源或激光源的操作期间实时测量变性过程。在处理期间，胶原纤维的长度变化，直到纤维已经收缩至临界长度，并且超过该阶段的变性处理看起来对于另外的皮肤处理(例如，嫩肤)不再有效(因为该处理位置处的胶原结构完全被破坏)。处理期间由测量系统测量的第一光强度与第二光强度之间的差将逐渐减小，并且例如可以稳定在大致为零的差，该大致为零的差指示另外的处理看起来无效且优选地应停止，以避免诸如皮肤损伤的不利副作用。

本发明的这些和其他方面将从下文中所述的实施例显而易见且将参照下文中所述的实施例来阐明。

附图说明

在附图中：

图1示意性示出了根据本发明的测量系统；

图2A是示出了在天然胶原存在于目标位置中时，从目标位置反射的光的多个波长下的光强度的变化的图；以及

图2B是示出了在没有胶原存在于目标位置中时或在胶原已经变性或几乎完全变性时，从目标位置反射的光的多个波长下的光强度的变化的图。

具体实施方式

图1示意性示出了根据本发明的皮肤测量系统110。测量系统110被配置且布置用于皮肤160内部胶原的基于光的测量。测量系统110包括光学系统130，该光学系统包括光源120，光源120用于发出预定和/或受控源波长范围上的光。

光源120优选地为发出较宽波长光谱的多色源。换言之，光源不应为单色的。或再换言之，光源应为多色或宽带或“白色的”。技术人员可以使用本领域中已知的技术来确定最佳源波长范围或带宽(同时使用多个光源，或将宽带光源与一个或多个合适带通滤波器结合使用)。

多色或宽带光源的示例为：

具有300-1000nm范围内的发射光谱的钨灯；

通常发出10-100nm范围(Δλ)内的光的超辐射激光二极管(SLD)、或通常发出50-200nm范围(Δλ)内光的发光二极管(LED)。

另选地，多色或宽带源可以包括同时操作的两个或更多个单色(或窄带)源。例如，可以使用第一和第二单色光源，每个单色光源具有200-500nm范围内的光谱发射和10-50nm的光谱带宽。更优选地，每个单色光源可以具有300-400nm范围内的光谱发射和10-20nm的光谱带宽。

光学系统130还包括光学元件，使得大致在整个源波长范围内偏振来自光源120的光束，从而生成偏振光束140，并且使得偏振光束140被引导并聚焦于皮肤外表面下方预定聚焦深度处的、皮肤160内部的目标位置。技术人员可以选择本领域中已知的光源与光学元件的任何组合来实现这一点。例如，可以结合偏振元件来提供非偏振光源130，或者可以提供偏振光源130。类似地，可以提供偏振元件的组合，其中，所述偏振元件中的一个或多个被包括在光源120中，并且一个或多个偏振元件130被包括在光学系统130中。

在另一个示例中，透射偏振元件可以被放置为使得它和光源120与皮肤160内部的目标位置之间的光束相交。测量系统110将以用于光波长的宽光谱的相同偏振方向或定向在目标位置中提供入射光。例如，可以使用线栅偏振器。

如技术人员将意识到的，目标区域处的偏振光束可以通过使用反射偏振元件130(诸如LCOS(硅上液晶)元件)来提供。在一些实施例中，光学系统130中的透射和反射光学元件的组合也可以是有利的。

光学系统130提供优选地被线性偏振的偏振光束140。

偏振光束140在使用期间在皮肤的外层上入射。大致贯穿整个源波长范围，光学系统130被预定和/或控制为使得偏振的方向(或定向)大致相同。

测量系统110被配置且布置为使得所发出的光可以穿过皮肤的外层，到达皮肤外表面下方预定聚焦深度处的、皮肤内部的目标位置。聚焦深度被选择为对应于预期发现胶原的深度。

测量系统110还包括检测单元50，该检测单元50包括第一检测器150和第二检测器250。检测单元50还被配置为向第一检测器150和第二检测器250两者引导从皮肤160中的目标位置反射的光145。检测单元50还包括本领域中已知的一个或多个光学构件来实现这一结果，诸如图1中描绘的50/50分束器和折叠式反射镜。因为胶原测量与由第一检测器150和第二检测器250测量的、并且在第一检测器150与第二检测器250之间的光强度差有关，所以可以有利的是将到检测器的光束路径配置为尽可能相等。

第一检测器150被配置且布置为检测从目标位置反射的光145的第一检测波长范围内的第一光强度。第二检测器250被配置且布置为检测从目标位置反射的光145的第二检测波长范围内的第二光强度。为此目的，例如，每个检测器150、250前面可以是合适设定尺寸的带通滤波器。

图1中未示出的比较器耦合到第一检测器150和第二检测器250两者，并且被配置且布置为确定第一光强度与第二光强度之间的差。

测量系统110被配置为测量皮肤中预定聚焦深度处的胶原。这包括预定和/或控制第一检测波长范围和第二检测波长范围。这些波长范围可以通过对宽范围的对象和皮肤区域的测量来实验地预定，或者通过用于所选聚焦深度的计算机模拟来预定。除了其他事物之外，检测波长范围依赖于胶原的双折射特性(这是众所周知的)，并且依赖于光学路径长度，该光学路径长度依赖于皮肤外表面下方的聚焦深度。

例如，基于300-1000nm源波长范围内的模拟数据，可以使用以下波长范围。在该示例中，第二检测波长范围在反射光谱内的暗带的预期边界之间延伸，并且第一检测波长范围对应于两个相邻暗带之间具有最高强度(亮带)的波长范围。

1、聚焦深度：250微米±50微米

A、第一阶干涉波长带

B、第二阶干涉波长带

C、第三阶干涉波长带

D、第四阶干涉波长带

A、第一阶干涉波长带

B、第二阶干涉波长带

C、第三阶干涉波长带

虽然可以使用其中任何阶的干涉发生的波长范围，但因为预期对于更高阶干涉波长范围发生的、检测波长范围之间的更小间隔减少影响所测量光强度值的波长依赖散射，所以优选其中更高阶干涉发生的波长范围。技术人员可以使用试错实验来确定最适当的波长范围。

还可以有利的是测量系统110还包括处理器，该处理器连接到比较器，并且被配置为基于所测量的第一光强度与第二光强度之间的差来确定胶原变性的程度。虽然不同差的检测可以给出指示胶原存在与否的合适信号，但其中每个差测量与更早差测量进行比较的更复杂系统可以用于确定处理过程中变性程度和/或变性点。

可选地，处理器可以被提供有附加的数据，诸如关于被处理的人或身体区域、或处理的细节。附加数据的示例包括：年龄、皮肤颜色、处理的阶段、目标位置的定位和身体上的强度测量位置。在最简单的实施例中，可以仅对于更详细的报告而记录该数据。虽然对本发明不是必要的，但如果处理器被提供有适当的计算算法或查找表，则数据还可以用于提高胶原测量的准确度。

在使用期间，偏振光束140聚焦于皮肤外表面下方预定聚焦深度处(优选地在100-1000微米范围内)的目标位置处。检测器单元从目标位置接收反射光145，并且借助第一带通滤波器将反射光引导到测量第一光强度的第一检测器，并且还借助第二带通滤波器将反射光引导到测量第二光强度的第二检测器。比较器确定第一光强度与第二光强度之间的差。

众所周知，天然胶原是双折射组织构成，并且双折射(Δn)被估算为2.8x10-3-3.0x10-3。当线性偏振光与双折射天然胶原结构互相作用时，所检测的反射光的强度依赖于入射偏振方向相对于胶原纤维的定向。在一些现有技术系统中，由于因身体或区域吸收一些光引起的光强度测量的非预期波动，这有时可以给出错误的胶原存在估计。在本发明中，目标位置用宽带或多色光来照射，使得测量更可靠(因为由于皮肤中的吸收区域或身体而产生的波动对胶原存在的整体测量具有更小的影响)。这种吸收区域或身体通常仅在窄的波长范围内吸收。

如果天然胶原以未处理胶原或部分处理胶原或初始状态胶原的形式存在于目标位置处，则入射宽带偏振光140与双折射胶原结构互相作用，这取决于(除了其他事物之外)双折射胶原纤维的光学路径长度差、入射光的源波长范围、双折射胶原的特性(包括两个光束的折射率和双折射之间的差，该差具有取决于样本且取决于光的行进方向的最大值)，而导致反射光的所测量光强度中的特定波长处的最大值和最小值的交替模式。换言之，由目标位置中的天然胶原反射的偏振光束140的光的反射光谱包括多个相邻的第一和第二波长范围，其中，在所述第一波长范围中，在偏振光束与天然胶原之间主要存在相长干涉，并且其中，在所述第二波长范围中，在偏振光束与天然胶原之间主要存在相消干涉。反射光谱中的最小值由于相消干涉而可以被观察为特定频率处的暗带。

第二检测波长范围被预定和/或控制为限于其中发生或主要存在相消干涉的波长范围。相消干涉形成其中所检测光强度较低并且甚至可能近似为零的反射光谱中的暗带。第二检测波长范围包括反射光谱中的暗带中的一个的至少一部分。通常，第二检测波长范围可以具有与对于测量所选的暗带的边界近似相等的边界，在这种情况下，第二检测波长范围将包括大致整个带。在一些情况下，第二检测波长范围可以包括暗带和暗带外围处的相邻亮带的一小部分。在这些情况下，第二检测波长范围的大小应使得在所检测的第二波长范围内，主要存在相消干涉，从而在天然胶原存在于目标位置中时，在第二检测波长范围内测量的光强度或平均光强度小于在相邻第一检测波长范围内测量的光强度。

第一检测波长范围被预定和/或控制为限于其中发生或主要存在相长干涉的波长范围。第一检测波长范围大致可以避免暗带，换言之，它可以被限于两个相邻暗带之间的波长范围，在该处所测量光强度较高。第二检测波长范围包括反射光谱中的亮带中的一个的至少一部分。优选地，第二检测波长范围包括其中所测量光强度处于最高水平(即，处于最亮水平)的波长范围，并且优选地它包括其中相长干涉发生的波长带的近似中心部分。这在胶原存在于目标位置处时提供所测量的第一光强度与第二光强度之间的最大可能差。在一些情况下，第一检测波长范围可以包括亮带和亮带外围处的相邻暗带的一小部分。在这些情况下，第一检测波长范围的大小应使得在所检测的第一波长范围内，主要存在相长干涉，从而在天然胶原存在于目标位置中时，在第一检测波长范围内测量的光强度或平均光强度高于在相邻第二检测波长范围内测量的光强度。

与已知方法相比，测量系统提供较简单且稳定的测量胶原的方式。所测量的第一与第二光强度之间的差与未处理或未变性胶原的数量有关，从而还可以提供定量测量。这使得将测量系统集成到皮肤处理设备中更简单，并且与当前可用的测量系统相比，重复测量可以提供对胶原变性过程的更准确的监控。

检测单元50可以为其可以确定暗带与亮带之间的反射光的强度差的任何合适布置。

第一检测器150和第二检测器250可以为较简单的光电二极管、或能够检测反射光的强度的任何其他检测器，前面是合适选择的窄带通滤波器，以选择用于检测的相应波长。

第一检测器150可以包括两个或更多个检测器通道，每个检测器通道被配置且布置为检测其中发生或主要存在相长干涉的、反射光的第一波长范围中的不同的一个波长范围内的光强度。在该实施例中，测量系统包括处理器，该处理器耦合到每个检测器通道，并且被配置且布置为从由所述两个或更多个检测器通道检测的光强度来确定第一光强度。

另选和/或另外地，第二检测器150可以包括两个或更多个检测器通道，每个检测器通道被配置且布置为检测其中发生或主要存在相消干涉的、反射光的第二波长范围中的不同的一个波长范围内的光强度。在该实施例中，测量系统包括处理器，该处理器耦合到每个检测器通道，并且被配置且布置为从由所述两个或更多个检测器通道检测的光强度来确定第二光强度。

通过在相长干涉的两个或更多个不同波长范围和/或相消干涉的两个或更多个不同波长范围中进行测量，可以提高整体测量的可靠性。每个检测器通道可以包括单个光电二极管。

检测单元50可以类似地为领域中已知的任何合适布置，诸如分光仪、分光光度计、光谱仪、分光仪或光谱分析仪。在又一示例中，检测单元50例如可以包括检测器阵列(诸如CCD阵列)，前面是被适当设定尺寸的光栅，以在CCD阵列上的多个位置上分布多个波长。CCD阵列可以具有范围在几毫米与一厘米或多厘米之间的尺寸，并且可以被提供有具有数十微米节距的衍射光栅。技术人员将能够使用简单的试错实验来提供对反射光谱中的暗带和亮带的合适散布和检测。处理器可以被配置用于比较阵列的区域，以确定暗带与亮带的光强度之间的差。

在测量系统的实施例中，由光源发出的光束的源波长范围的中心波长在从可见光至红外光的范围内。光源可以提供例如在300nm至1000nm范围内的多色或宽带光。优选宽范围来提高测量的可靠性，使得可以避免诸如由于发色团吸收特定波长而引起的错误最小值。技术人员可以基于诸如可用光源、要测量的皮肤的预期吸收波长以及制作宽带线性偏振器的难度的因素来选择源波长范围。

源波长范围的中心波长可以在300纳米与2000纳米之间。较高强度光源可用的合适红外波长为1064nm波长，该波长广泛用于玻璃纤维通信网络中。发出1064纳米光的高强度光电二极管是用于根据本发明的测量系统中的较好光源(因为这些光电二极管具有较高的强度，仍然较小，且具有所发出的光到皮肤内部目标位置中的较好穿透深度)。可以同时使用多个这种激光二极管来提供多色或宽带源。

还可以在光学系统130中提供本领域中已知的附加光学元件，以进一步引导并修改入射光束140和反射光束145。

测量系统110还可以被配置为排除特定波长。在皮肤上入射的光波长140的范围可以与由光源产生的波长范围相同，或者通过提供另外的合适选择的带通滤波器，范围可以与光源120的波长范围相比减小。另选或另外地，带通滤波器可以被置于反射光145的路径中，以进一步改善检测。

在实践中，还可以有必要校正皮肤中的依赖波长的吸收和散射损耗。这可以通过合适地修改测量系统110和/或配置处理器来进行。

偏振入射光束140与双折射胶原纤维的互相作用依赖于入射偏振光束140的偏振方向相对于胶原纤维轴线的定向，使得还可以有利的是提供在使用期间控制偏振方向的装置，使得用户可以确定最佳配置。

图2A和图2B描绘了在天然胶原存在于目标位置中时，反射光的所测量光强度225(沿着纵轴210)相对于反射光的波长(沿着横轴220)的图。

图2B示出了在目标位置中的胶原已经变性且不再可检测时，在处理之后的光强度测量275。对于光谱的最低波长，检测最小或零光强度水平。对于光谱的更高波长，反射光强度急剧提高。随着波长进一步增大，反射光强度轻微地增大至整体最大值，其后是光谱的最高波长的逐渐降低。接近横轴220，图2B还描绘了对应于横轴220的波长的可见色谱285(范围从紫色到红色)。光强度轮廓275未示出与天然胶原的存在关联的特定最小值，并且可见色谱285未示出暗带。该光强度轮廓275还可以被描述为在目标位置中没有胶原(或具有完全变性的胶原)的、在用宽带偏振源照射时的皮肤的反射光谱响应。

图2A示出了强度测量225和可见光谱235如何被天然胶原的存在而修改。在图2A中，光强度轮廓225具有与图2B中所描绘的光强度轮廓275的上光强度水平近似相同的上光强度水平。图2A的光强度轮廓225包括交替的最大值和最小值，其中，最大值达到所述上光强度水平，并且最小值达到最小或零光强度水平。光强度轮廓225近似正弦，其中最小值彼此分离。可见光谱235包括强度最小值225出现的波长处的暗带。

在图2A中，在胶原的处理(变性)之前，最小值中的每一个与紧邻的最大值之间的光强度的差是显著的。例如，每个最小值处的光强度近似为紧邻最大值的光强度的0％至20％，并且在许多情况下将达到零水平。

该近似正弦图案的幅值的检测提供了一种测量胶原纤维的双折射的方法。当胶原完全变性(或不存在)时，强度轮廓275和可见光谱285根本不示出最小值或暗带。反射光谱中的相邻最大值与最小值之间的光强度的差提供胶原变性程度的指示。

在胶原的热变性期间，胶原的双折射特性取决于温度的升高而损失。通常，胶原从近似40摄氏度加热到至少65摄氏度，这导致双折射损失为十分之一。随着胶原变性，变性的程度可以通过将当前情况与处理开始时的情况进行比较或通过将当前情况与参照值进行比较来确定。

例如在“Skin responses to fractional photothermolysis”(Laubach、Tannous等人，Lasers Surg.Med.，38:142-149(2006))中描述了由热处理进行的胶原变性和胶原纤维收缩。例如在“Collagen denaturation can be quantified in burned human skinusing polarization-sensitive optical coherence tomography”(Pierce、Sheridan等人，Burns，30(6)，(2004))中公开了测量对胶原收缩的偏振依赖。

测量系统110还可以被包括在包括处理源的皮肤处理系统中。这种处理源例如可以为RF辐射源或例如用于提供处理光(通常为脉冲式激光束)的激光源。处理源例如可以是在1064nm处具有发射的Nd:YAG激光器。

处理源光束路径可以与测量系统的光束路径完全分离或部分集成到该光束路径中。例如，如果处理源是激光器，则所述激光器还可以用作光源120。如果处理束是R.F束，则测量系统110将在功能上与处理功能完全分离。在这种实施例中，测量系统110可以用作用于测量由处理源进行的胶原纤维的变性处理的功效的反馈系统。在这种情况下，比较器还可以连接到处理源以控制处理源，例如来控制处理持续时间或处理强度。

测量系统110可以在变性处理期间连续执行实时测量，或者可以在变性处理期间执行若干测量，该若干测量一起提供关于变性过程和变性处理的当前状态的反馈。

另外或另选地，测量系统可以被配置且布置为使得入射光束140和反射光束145的路径部分一致。这可以减小测量系统的尺寸，并且允许入射光束140和反射光束145两者与皮肤外层近似垂直。

虽然本发明特别适于胶原测量，但技术人员还将能够将本发明配置为用于检测其他皮肤双折射结构(诸如腱、弹性蛋白、毛发)，并且用于监控由于对应的处理(诸如光脱毛)而引起的测量的变化。

还可以有利的是将测量系统配置并布置为确定多个类型的皮肤双折射结构的存在。

应注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求范围的情况下设计许多另选实施例。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除除了权利要求中叙述的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件且借助于合适编程的计算机来实现。在列举了若干装置的系统权利要求中，这些装置中的若干可以由同一硬件项来具体实施。在彼此不同的从属权利要求中记载特定措施的简单事实，不指示不可以有利地使用这些措施的组合。

Claims (17)

1.一种用于皮肤内部的胶原的基于光的测量的测量系统(110)，所述测量系统使用第一光强度和第二光强度，所述测量系统(110)包括：

光学系统(130)，所述光学系统具有被配置且布置为发出具有源波长范围的光束的光源(120)；

所述光学系统(130)被配置且布置为：

-使所述源波长范围内的光偏振，从而生成偏振光束(140)；并且

-将所述偏振光束(140)引导并聚焦于所述皮肤(160)内部的目标位置，所述目标位置处于所述皮肤的外表面下方的预定聚焦深度处；

所述测量系统还包括：

第一检测器(150)，所述第一检测器被配置且布置为检测从所述目标位置反射的光(145)的第一检测波长范围内的所述第一光强度；

第二检测器(250)，所述第二检测器被配置且布置为检测从所述目标位置反射的光(145)的第二检测波长范围内的所述第二光强度；以及

比较器，所述比较器耦合到所述第一检测器(150)和所述第二检测器(250)，并且被配置且布置为确定所述第一光强度与所述第二光强度之间的差；

其特征在于，参照在天然胶原存在于所述目标位置处时由所述天然胶原反射的所述偏振光束(140)的光的反射光谱，所述反射光谱包括相邻的多个第一波长范围和多个第二波长范围，其中，在所述第一波长范围中，在所述偏振光束与所述天然胶原之间主要存在相长干涉，并且其中，在所述第二波长范围中，在所述偏振光束与所述天然胶原之间主要存在相消干涉：

-所述第一检测波长范围被预定和/或控制为限于所述第一波长范围中的一个或多个；并且

-所述第二检测波长范围被预定和/或控制为限于所述第二波长范围中的一个或多个；以及

其中，所述第一检测波长范围被预定和/或控制为限于其中在所述偏振光束与所述天然胶原之间主要存在第二阶或更高阶的相长干涉的所述多个第一波长范围中的一个或多个，并且其中，所述第二检测波长范围被预定和/或控制为限于其中在所述偏振光束与所述天然胶原之间主要存在第二阶或更高阶的相消干涉的所述多个第二波长范围中的一个或多个。

2.根据权利要求1所述的测量系统(110)，其中，所述光学系统(130)被配置且布置为将所述偏振光束(140)聚焦于所述皮肤(160)的所述外表面下方的100微米至1000微米之间的目标位置处。

3.根据权利要求中1或2所述的测量系统(110)，其中，所述第二检测波长范围被预定和/或控制为在小于100nm的带上延伸。

4.根据权利要求3所述的测量系统(110)，其中，所述第二检测波长范围被预定和/或控制为在小于50nm的带上延伸。

5.根据权利要求4所述的测量系统(110)，其中，所述第二检测波长范围被预定和/或控制为在小于30nm的带上延伸。

6.根据权利要求5所述的测量系统(110)，其中，所述第二检测波长范围被预定和/或控制为在小于20nm的带上延伸。

7.根据权利要求1、2和4-6中的任一项所述的测量系统(110)，其中，所述第一检测波长范围的中心波长与所述第二检测波长范围的中心波长之间的差小于300nm。

8.根据权利要求7所述的测量系统(110)，其中，所述第一检测波长范围的中心波长与所述第二检测波长范围的中心波长之间的差小于100nm。

9.根据权利要求8所述的测量系统(110)，其中，所述第一检测波长范围的中心波长与所述第二检测波长范围的中心波长之间的差小于50nm。

10.根据权利要求9所述的测量系统(110)，其中，所述第一检测波长范围的中心波长与所述第二检测波长范围的中心波长之间的差小于30nm。

11.根据权利要求1、2、4-6和8-10中的任一项所述的测量系统(110)，其中，所述光学系统(130)被配置且布置为在所述皮肤(160)中的所述目标位置处生成线性偏振光束(140)。

12.根据权利要求1、2、4-6和8-10中的任一项所述的测量系统(110)，其中，所述第一检测波长范围被预定和/或控制为限于所述多个第一波长范围中的单个第一波长范围，并且其中，所述第二检测波长范围被预定和/或控制为限于所述多个第二波长范围中的单个第二波长范围，其中，所述多个第一波长范围中的所述单个第一波长范围与所述多个第二波长范围中的所述单个第二波长范围相邻。

13.根据权利要求1、2、4-6和8-10中的任一项所述的测量系统(110)，其中，所述第一检测器(150)包括：

至少两个检测器通道，每个检测器通道被配置且布置为检测所述多个第一波长范围中的不同的一个第一波长范围内的光强度；和

处理器，所述处理器耦合到每个检测器通道，并且被配置且布置为从由所述至少两个检测器通道检测的光强度确定所述第一光强度。

14.根据权利要求1、2、4-6和8-10中的任一项所述的测量系统(110)，其中，所述第二检测器(250)包括：

至少两个检测器通道，每个检测器通道被配置且布置为检测所述多个第二波长范围中的不同的一个第二波长范围内的光强度；和

处理器，所述处理器耦合到每个检测器通道，并且被配置且布置为从由所述至少两个检测器通道检测的光强度确定所述第二光强度。

15.根据权利要求12所述的测量系统(110)，其中，所述第一检测器包括用以测量所述第一光强度的单个光电二极管，并且所述第二检测器包括用以测量所述第二光强度的单个光电二极管。

16.根据权利要求1、2、4-6、8-10和15中的任一项所述的测量系统(110)，其中，所述源波长范围的中心波长在从可见光至红外光的范围内。

17.一种用于胶原变性的皮肤处理系统(100)，其中，所述皮肤处理系统(100)包括根据权利要求1-16中的任一项所述的测量系统(110)。

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