CN107206152A - 用于刺青递送的自动测量和控制系统 - Google Patents

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Abstract

为了美观和实用的目的，实施刺青或将色素递送到皮肤中，以在皮肤上产生临时或永久标记。用来刺青的人力和机械控制可以通过传感器增强，该传感器联接到能够改善结果并且减轻对操作者的需求的自适应控制系统。

Description

用于刺青递送的自动测量和控制系统
相关申请的交叉引用
2014年12月30日提交的美国临时申请62/097,926和2015年5月26日提交的美国临时申请62/166,266，其内容通过参考并入本文中。
技术领域
本发明涉及刺青油墨的递送，以在头皮上产生临时或永久标记，从而模拟密切切割的毛囊的外观。更具体地，本发明涉及用于刺青的设备和方法，其能够监测和控制由刺青装置输送的油墨的深度和量。
背景技术
通常，刺青设备是传统上用于将颜料放置在皮肤表面下方以产生符号、字母、图案或图片的设备。传统上，刺青过程使用可变针设计、手动或马达控制的针、以及高度的操作者输入。头皮上的模拟单毛囊的刺青是传统刺青过程的一部分，具有自己的特质，因此需要特殊的技术和仪器。
在人的头皮上使用刺青以通过点样图案掩饰头发脱落或疤痕、模拟毛囊或短发的外观，是相对较新的，被称为头皮微色素沉淀(Scalp Micro Pigmentation，SMP)。SMP目前由微着色仪执行，该微着色仪可以容纳1-6个针，这些针每秒可以循环100-200次。操作者使用仪器在头皮上创建单个标记，从而在整个头皮上产生“点状”效果，使其类似短毛或剃过的毛囊。目前，操作者负责维护三个动态变量：(1)手持件的正确角度，从而控制针相对于头皮的进入角度；(2)施加在手持件上的压力，因此控制针进入头皮的刺穿深度；(3)手持件保持在单个区域上的时间间隔，从而控制针与头皮接触的时间间隔。该时间变量受到针的循环速度的影响。换句话说，上述时间间隔也可以看作针与头皮接触的次数。目前，循环速度不是动态变量，因为它在大多数情况下只能在程序开始时调整一次。整个SMP过程需要高度的关注、集中以及以精确的正时重复使用精细和大运动技能，特别是认识到头皮不是同质的画布。
人类头皮由两个基本层组成，这些层是SMP应用所关注的部分。第一和最表层是表皮，其大致的厚度可以在0.5mm至1.5mm之间变化。沉积在表皮层中的颜料或油墨不被认为是永久性的。针在其行进过程中必须穿过表皮到达头皮的第二层(真皮)，在这里颜料或油墨沉积以用于SMP的永久性。真皮层不均匀并且其边界相对较厚。考虑到这种变化，SMP的结果取决于在皮肤真皮层的特定位置(深度)沉积的少量颜料或油墨。SMP的目标是将颜料或油墨沉积在刚好表皮层下方的真皮的上部部段中。由于皮肤层在同一个个体上是不一致的，并且操作者不断地调整外部控制变量，例如仪器的角度、压力和正时，因此SMP在整个头皮上的均匀施加是具有挑战性的。
为了便于刺青程序，常规的刺青设备被配置成使得刺青针以可调节的速度或每秒循环(通常在每秒100个循环的范围内)往复运动。在实践中，针穿透真皮的实际深度和时间由操作者控制，将尖端推到皮肤表面上并手动“感觉”遇到的阻力。因此，排出油墨的针行程的深度和数量根据操作者在皮肤上的位置施加在仪器上的一段时间的力的施加而变化。
当递送刺青时，仪器的操作者限于两种方法：刺青油墨的实际放置期间的“感觉”，以及评估刺青效果的视觉反馈。这个有限组的参数实际上取决于很多因素：
针相对于皮肤的垂直表面的角度(α)
行程的数量(速率·时间或n)
针直径(0.20mm-0.4mm，微米)
针的数量(1-9)
针图案(线性、径向或期望图案)
针尖锐度(1～5级)
停留(时间μ，微秒或弧度)
深度(dneedle，0.5-3.0mm)
力或压力(F，牛顿)
油墨粘度(η，(N·s)/m2)
油墨粒径(d，中径，纳米)
油墨光谱响应(λ，反射光谱)
油墨浓度(Ci，油墨颗粒/体积)
头发颜色(RGB坐标)
肤色(△s，透射和反射功能谱)
表皮韧性(以标准点穿刺的力，牛顿kg·m·s-2)
真皮-皮下模量(E，(Pa或N/m2或m-1kg·s-2))
真皮-皮下厚度(t，mm，从表皮-真皮连接处至脂肪底部)
皮肤局部温度(T)
皮肤局部血管分布(V)
深度的控制和一致性至关重要。为了产生稳定的刺青，染色剂位于皮肤/表皮边界的上层真皮内，针必须将受控量的刺青颜料置于表皮正下方。皮肤和颅骨之间的总距离以及每层的相对深度根据年龄、遗传、体重、头皮的健康、头皮的头发数量以及头皮中是否存在疤痕而在个体之间变化。皮肤的生物力学/粘弹性行为在个体与个体之间变化很大，在同一个体的头皮中从一个区域到另一个区域变化很大。此外，头皮的每个小区域在头皮的潜在的大体解剖结构的轮廓上具有局部变化，具有不规则的结缔组织、脂肪袋、诸如卵泡和腺体的结构、下面的脉管系统、各种疤痕和颗粒，包括那些来自以前的手术或伤害导致的变化，这些在微观上以毫米的尺度改变了头皮的解剖结构。
刺青装置的操作者经过长期的经验，通过检查进度，持续不断地对其技术和设备设定进行必要的调整，学会了保持不间断的反馈循环。操作者在患者头皮上的每个点处发现每个患者的皮肤的解剖和机械性质的“感觉”，然而，这被认为是在身体和精神上疲劳的和易出现失误的。此外，操作者不能在不停止清洁和检查周边区域的情况下，在颜料被递送时逐点地主动解决颜料的状态、位置和数量的问题，严重降低其工作速度。如果操作者停顿、检查工作、分心或以其它方式中断、或者疲劳，那么结果的一致性和连续性可能会丢失。当不同的操作者在同一个患者身上工作时，一致性和连续性也会受到影响。如果操作者应与其它操作者交替工作，那么知识不容易转移，因此一致性也受到影响。因此，一个操作者的结果可能与由其它操作者在同一患者身上执行时的结果不同。期望操作者递送理想深度并在理想时间内保持该深度以递送理想量的颜料是不切实际的。随着表皮深度对于个体的变化和从头皮的一个区域到另一个区域的变化，以及在不断变化的微观局部尺度上的变化，简单地设定深度计来控制深度是无效的。类似地，为皮肤中的停留时间设定单个值，或者设定行程的数量类似地是无效的。此外，即使受过训练的操作者也不能保持这种努力并且在单个患者的头皮上对可能超过50,000个点重复严格的任务。换句话说，即使受过训练的操作者也不能在数千个点待压印的整个头皮上保持一致的SMP模式。
已经观察到，在太多的循环中将针留在表皮中产生了扩大和过度创伤的伤口，这使得油墨从表面泄漏。如果仪器太长时间保持在上部真皮上，递送太多的针行程，或针更深入真皮，那么油墨可能会更深地扩散到真皮层中，并侧向地造成油墨的汞齐扩散并围绕组织出现，而不是离散的墨点。扩散的油墨汞齐并不是SMP的成功的点状结果。这些事件发生在几毫秒，精细的意识控制是不可能的，因此使用传感器和自动控制是控制上述变量的最佳手段。
发明人认识到的在头皮上刺青单个离散区域或点的一个方面在于，每个点的递送过程中“感觉”发生变化。当手持件与皮肤表面接触时，手持件具有初始阻力，但随着其穿透表皮，当针进入并穿过表皮而到达上部脂肪真皮时，操作者感觉到的振动减小。这被假设为因为针反复穿透韧皮皮样表皮中的点，并且在针前进进入并穿过表皮的情况下，阻力是由于表皮内的结构的初始破裂、由于在仪器的每个后续循环的情况下初始孔的扩大、以及由于伤口被递送到表皮的油墨润湿而引起的。一旦针穿过表皮并进入上部真皮，就会注意到阻力的显着降低。
直观地显而易见的是，如果针被简单地弄湿，则针和刺青头部之间的摩擦力将比干燥时小。这将立即降低对马达运动的阻力，允许增加速率并降低电阻，从而降低电流负载，所有这些都可以电气地和声学地检测。
利用所提出的控制方案，可以根据需要实现并一致地递送理想的深度和额外的或更少的行程，而不需要对操作者的注意力提出任何进一步的要求。目前，针深度受人的触感和感觉控制。针周期持续时间是固定的，尽管速率和持续时间可以调整，但调整不是动态的。针穿透的角度是取决于操作者，通常在六十到九十度(60-90°)之间。局部区域的温度控制可能会影响颜料如何进入以及减轻疼痛。凉爽的皮肤血液流量较低，保持颜料不会渗出。目前，将针数固定为三个是最佳的，但是如果针数可以动态地改变，例如在一到三个针之间切换，那么在本领域中将是一个进步。目前，通常在皮肤上使用抗菌基石油，但是可以向油墨中添加佐剂以促进皮肤愈合，例如类固醇。
[非专利文献引用]
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[专利文献引用]
授予Rickard的题为“Retrofit control system and power supply for atattoo gun(改装控制系统和刺青枪电源)”的美国专利No.8,228,666公开了一种紧凑的、耐磨的、电池供电的电源和控制器。
授予Adams的题为“magnetic coil tattooing machine(磁线圈刺青机)”的美国专利No.8,171,825公开了一种改进的致动器/断路器开关，用于去除弹簧调谐。
授予Cooper的题为“Pneumatic regulator unit and method of use(气动调节器单元和使用方法)”的美国专利No.8,091,585公开了一种用于从单个压力源操作多个刺青头部的歧管和阀。
授予Copeland的题为“Power supply for a tattoo machine(刺青机的电源)”的美国专利No.7,969,715主要公开了适于清洁的电源壳体的专利。
授予Garitano的题为“Device for tattooing and method of using the same(用于刺青的装置及其使用方法)”的美国专利No.7,748,294公开了单线圈和PWM以减轻重量，消除了定位螺丝深度的调整。
授予Dixon的题为“Intradermal color introducing needle device,andapparatus and method involving the same(真皮色引入针装置和设备及其涉及的方法)”的美国专利No.7,695,486公开了本领域的良好参考；在最好地解决眼睑和眉毛的深度处的多个针的布置、常规的驱动装置和控制。
授予Garitano的题为“Needleless permanent makeup and tattoo device(无针永久化妆和刺青装置)”的美国专利No.6,689,095公开了完全不同的油墨递送方法，而不考虑检测和控制。
授予Matera的题为“Surgical tattooing apparatus and method(外科手术刺青装置和方法)”的美国专利No.6,685,719公开了一种用于标记放射性药物患者的单次使用的无菌油墨储存器。
授予Underwood的题为“Tattoo technology(刺青技术)”的美国专利No.6,550,356公开了具有无线(脚)开-关切换的无绳刺青针杆动力头。
授予Moniz的题为“Contact bar assembly for a tattooing device(刺青装置的接触杆组件)”的美国专利No.6,282,987公开了标准刺青针杆动力头的较小机械改进。
授予Becker的题为“Reciprocating shaft device(往复式轴装置)”的美国专利No.5,471,102公开了一种合理的轻型手持件、线性驱动和方波驱动脉冲方案。
授予Yacowitz的题为“Apparatus for injecting a substance into the skin(用于将物质注入皮肤的装置)”的美国专利No.5,401,242公开了接续的内容，通过环形环和脚增加了深度控制。
授予Yacowitz的题为“Tattooing assembly(刺青组件)”的美国专利No.5,054,339公开了一种用于将油墨递送到针的电动泵。
授予Chang的题为“Eyebrow tattooing machine(眉笔纹机)”的美国专利No.4,914,988公开了小型化和电池供电的、其它常规的电机和凸轮驱动。
授予Angres的题为“Microsurgical method for applying permanent eyelidliner(用于施用永久性眼睑衬垫的显微手术方法)”的美国专利No.4,508,106公开了用于眼睑刺青的手术步骤，无相关的驱动控制要素。
发明内容
本发明的示例性实施例解决了深度控制问题，以及在表皮的基底层的2mm内放置到上层真皮中的颜料的体积的控制。因此，本发明的一个方面是提供一种刺青设备，其可以检测并且然后控制设备操作的深度和排出颜料的行程的数量。
本发明允许操作者教导该装置，然后简单地“点和射”，用操作者的手施加的固定力将针带到皮肤上，并使其保持就位，直到针被自动停止。操作者的手在施加到刺青装置时目前控制力、深度和行程数量，以获得一致的点。本发明不需要对“感觉”进行监控，并且不需要快速的“急拉”缩回来获得刺青接收者的最佳结果。循环的控制允许针被留在缩回的位置，从而节省皮肤的额外穿孔，并且允许操作者通过从患者的皮肤移除仪器并将其推进到下一个位置而移动到下一个位置。
本发明的一个重要方面是减少职业伤害的暴露。已知刺青艺术家，特别是专门从事“点状”图案那样的人，类似微量色素沉积(“SMP”)，会引起诸如腕管综合症等重复性压力障碍，本发明可以减少造成这种损伤的腕部和手臂运动。类似地，在点完成时停止针运动具有最小化操作占空比的附加益处，直接减少操作者暴露于最常被引用作为手臂振动综合征(HAVS)的原因的50-150Hz振动的时间，并且提供破坏性的机械或声学干扰也可进一步减少振动暴露。
本发明的另一方面是提供一种刺青设备，其可以很容易地由不太熟练的人在点状刺青过程中使用。此外，不同的物质(如水VS盐水VS油墨VS血液VS粘稠或结块凝块材料)的润湿行为包括电阻和声阻尼的梯度，该梯度允许识别什么润湿针。这具有允许控制针的着墨和解决尖端的清洁度的主要优点。因此，操作者对油墨量的注意力可以被可靠地减轻，并且可以容易地检测针被积聚的材料弄脏的情况。
本发明的另一方面用于利用装置将预定量的刺青油墨沉积到头皮的脂肪皮下层中，所述装置包括深度传感器，其响应于：(i)当针与皮肤相互作用(这种方式可以解释为在针进入皮肤之前或之后)时针反馈信号的变化；和(ii)当由传感器观察时针位置的变化(传感器可以是超声、光、热、相机、电压、或由传感器的电气元件吸收的电流强度)，以控制：(a)针深度；(b)针的周期速度；(c)针的循环持续时间；(d)针的穿透角度；(e)局部工作区域的温度以及用于固化和稳定目的的待沉积油墨；(f)刺穿皮肤的针数；(g)稳定愈合化合物的额外递送和具有微处理器的传感器，该微处理器控制油墨在皮肤中的最佳递送以达到期望效果。
附图说明
图1示出了包括简单电源和手持件的传统刺青设备的示意图。
图2示出了令人满意的致密且一致的头皮色素沉积结果的照片。
图3示出了包括具有不一致的尺寸和点状密度的不令人满意结果的照片。
图4示出了在真皮/表皮边界处的纤维原细胞中的颜料颗粒的组织学图像。
图5示出了扩散到真皮中的颜料颗粒的组织学图像。
图6示出了用于控制的方法，由四个要素的设备组成：解剖结构；刺青装置，电声传感器和换能器；以及处理单元。
图7示出了该方法的各阶段的图示。
具体实施方式
根据本发明的示例性实施例的一个方面，提供了一种刺青设备，其包括刺青针，该刺青针在给定的时间期间并以受控的深度往复循环到皮肤中，以使得颜料溶液穿透超过表皮并进入上层真皮。尽管在本文中提及颜料溶液，但应当理解，存在许多用于刺青的市售油墨和颜料。还应当理解，本发明的发明方面是引入额外的佐剂，例如胶原蛋白或胶原蛋白产生的刺激性化学物质、蛋白质或其它天然存在的胶原蛋白刺激剂。颜料溶液可以具有额外的临床有益水平的维生素。
根据本发明的示例性实施例的另一方面，提供了一种刺青设备，其包括具有手柄部分的主体，所述手柄部分具有诸如马达的机械驱动器以及循环用于排出刺青颜料的一系列针。
刺青装置还可以包括机械、电子和声学检测元件，该检测元件可以从以下输入中检测由于从刺青针循环穿过表皮并进入上层真皮中的机械阻力所导致的针的操作状态的变化：来自用于确定旋转方向和位置的编码器的信号，以及来自计数转数/频率、电阻、电流、电压、反电动势速度、射频发射和声发射的零或索引或参考信号编码器的信号。这些编码器输入协同工作，以使得针在具有多个传感器时操作，这些传感器主要用于确定针运动的相对阻力，因为它涉及皮肤的生物力学性质。编码器可以利用诸如陀螺仪或加速度计的位置检测装置来帮助定位操作者。
由此提供的刺青设备的针与表皮接触而用作真皮的粘弹性、真皮的深度以及在递送油墨时皮肤被重复穿刺的程度的主要传感器。针经历遇到不同条件的循环时的每个行程产生机械、电和声波反馈的特征曲线，并且频率将通过与针体上不同密度和不同分数阻力的材料接触而变化地延迟，这可由编码器进行监控和分析。马达可以是交流电、直流电、线圈、其它通常在如今的刺青装置中可商购获得的马达。
在替代实施例中，该装置可以由机器人代替人类操作者来操作。可以通过优选实施例的微处理器与能够围绕患者头皮进行三轴运动的机器人之间的通信来进行机器人操作。在该替代实施例中，操作者可以是能够围绕患者头部定位的智能机器人。在该机器人实施例中，该装置可以扫描患者头部并且基于前述因素确定用于递送油墨的正确方向。
处理单元是计算机或诸如现场可编程门阵列(“FPGA”)的微处理器，其配备有能够从人类操作者学习每个单独患者解剖结构的理想技术的用户界面和算法，并且处理单元能够调整刺青设备的操作，包括从主体单元进行的机械调整和动力输送，以便在循环中的任何时点(point)将针的深度保持在适当的位置。市场上可用的赛灵思(Xilinx)现场可编程门阵列(FPGA)拥有多项专利，在营业额和技术方面都是可编程逻辑市场的明显领先者。
在优选实施例中，方法由两个阶段组成，其中用户首先教导刺青设备，其次，刺青设备基于来自第一阶段的学习自适应地调整操作参数，以便在刺青过程的持续时间获得一致的期望结果。例如，在第一采样阶段期间，操作者在有限的区域内应用少的统计学上重要的样本(可能十个部位或点(spot))，利用操作者手动控制的所有参数和成功的视觉主观判断，同时刺青设备编码器收集每个循环的数据。处理单元分析输入，这些输入最重要地是包括针的穿透深度、在正确深度处的行程数量、以及在刺青点(point)被最佳定位的精确时刻将刺青针从皮肤上取出。然后可以通过在机器学习领域中建立的监督学习算法来处理这些输入。这建立起并向刺青设备教导患者皮肤的正常或平均条件以及对正常或平均条件之外的条件的必要的适应性反应。在递送阶段期间，刺青设备在每个点的递送期间从编码器收集数据，并且利用处理单元已经学到的内容来控制针行程的速度和/或力和深度以及行程的频率，从而在最佳位置递送最佳量的颜料溶液。此外，针的数量和操作可以独立地操作。
此外，可设置具有类似驱动检测能力的诸如压电晶体或小马达的振动元件，以用作监测针状态的第二声脉冲发生器，其次可以提供振动以对主机械振动产生破坏性干扰。
因此，在第一阶段之后，使用随后的头皮位置中的前几个行程来进行检测和分析，并且调整剩余的针的行程以便最好地处理局部头皮状况。这些因素与操作者在第一阶段的输入相结合，以便能够控制每个点的刺青。
例如，如果点具有增厚的表皮区域，那么针将遇到比正常行程中的早期阻力更大的阻力，正如当针接触并穿透表皮时的情况，这可在一定幅度和/或周期中检测到，然后正常完成穿刺/缩回循环的持续时间。在检测到这种变化条件的情况下，处理单元可以拟合曲线以确定不同条件的性质，并且计算“正常”循环的差异或扰动的面积，并相应地进行调整。简单的机械调整在机械工程领域中是公知的，例如凸轮从动件或可调节深度板，用于加深或改变行程的不同阶段的持续时间，尽管在现场不存在。在优选实施例中，可以向马达提供额外的电力，或者可以调节电力输送波形，以增加针的速度，从而补偿更严格的解剖结构。应当理解，针循环还可以涵盖相对于表皮不那么严格的垂直轨迹的振动，例如在平面中的边对边、圆形或其它图案，或者针相对于皮肤表面的垂直穿透和收缩具有轻微变化。
本文描述的该编码器并非局限于市售的多种类型的传感器，而是被公开以帮助实现刺青设备。温度传感器采用热电偶、电阻温度检测器和热敏电阻的形式。热敏电阻与电阻温度检测器(“RTD”)不同，因为热敏电阻中使用的材料通常是陶瓷或聚合物，而RTD使用纯金属。温度响应也不同；RTD在较大的温度范围内是有用的，而热敏电阻通常在有限的温度范围内达到较高的精度，通常在-90℃至130℃。红外传感器发射和/或检测红外辐射以检测环境中的特定相。红外传感器可以检测嵌入有颜料的真皮和没有嵌入颜料的真皮之间的辐射差异，这是人眼不可见的。类似地，紫外线(“UV”)传感器测量入射的紫外线辐射的强度或功率。这种形式的电磁辐射具有比X射线长的波长，但仍比可见光辐射短。被称为多晶金刚石的活性材料被用于可靠的紫外线检测。紫外线传感器可以测量有多少颜料已经被输送到真皮。
在另一个优选实施例中，超声波或光敏传感器可以测量表皮的厚度和密度并将其与表皮正下方的皮下脂肪区分开。
针本身将由实心材料制成，由于其与皮肤的所有层的周围解剖结构相关而容易被检测到。当这些实心针移入并穿过表皮到达刺青针进入皮下空间的确切点时，这些传感器将可以测量到。由于颜料具有比皮下空间中的脂肪更高的密度，当颜料构建到一定尺寸的聚集体中时可被直观地看到。当颜料沉积在表皮正下方的皮下空间时，可以在颜料积聚在皮下空间中时用超声波或光学传感器进行观察。由于脂肪(其具有接近水的密度)和颜料汞齐之间的密度差异，超声波和/或光学传感器可以测量沉积在皮下空间中的颜料聚集体的物理尺寸，其中颜料汞齐具有比水更高的密度并且可以包含将发射声音和/或光的少量金属分子。通过测量针穿透表皮的点和颜料聚集体的尺寸，一旦确定了理想深度和聚集体尺寸，就可以获得精确的反馈信号来停止颜料沉积。
如今的颜料包括原始矿物颜料、现代工业有机颜料、少数植物色素和一些基于塑料的颜料。许多颜料可能会导致过敏反应、瘢痕形成、光毒性反应(即暴露于光，特别是阳光下的反应)和其它副作用。
基于塑料的颜料的颜色非常强烈，但很多人对此表示存在反应。有几种颜料在不可见光(紫外线)照射下会发光。这些颜料具有众所周知的风险——有些可能是安全的，但其它颜料是放射性的或有毒的。最古老的天然颜料来自地下矿物质和炭黑(印度油墨的主要成分之一)。一些最常用作天然颜料的矿物是云母(AKA珠光粉)、云母粉和珠光颜料，它们均为化妆品级，也通过了FDA的批准。天然着色剂是理想的化妆品颜料，它们是水分散的，约一茶匙的着色剂将容易地对四磅肥皂进行染色。广泛的氯氧化铋和液体食品着色剂被广泛用作化妆品颜料。
然而，非天然色彩颜料产生比天然化妆品颜料更强烈的颜色，并且是水分散的、透明的并且能够与肥皂充分混合。颜料混合物包括黄色颜料混合物和红色颜料混合物，其中黄色颜料混合物由二氧化钛与FDA批准的氧化铁、氧化铁棕和氧化铁红制成，红色颜料混合物含有经FDA批准的二氧化钛、铁赭石、氧化铁棕和氧化铁红。
此外，颜料刺青油墨由载体组成。载体可以是单一物质或混合物。载体的目的是保持颜料均匀分布在流体基质中，抑制病原体的生长，防止颜料聚集，并有助于施加到皮肤。用于制造液体的最安全和最常用的成分有：
·乙醇(酒精)
·纯净水
·金缕梅(witch hazel)
·李施德林(listerine)
·丙二醇
·丙三醇(甘油)
一个关键的考虑是，化妆品颜料可能会在一段时间内氧化和褪色，并可能需要润色。颜料的应用应始终包括对形状选择、技术选择、疼痛和肿胀控制以及保守应用的全面了解。
下表列出了在刺青油墨中使用的普通颜料的颜色。应注意，许多油墨混合了一种或多种颜料1：
1http://chemistry.about.com/library/weekly/aa121602a.htm
不同的颜料具有不同量的金属颜料，并且应当理解，可以添加、减少或去除超声波和/或光学颜料特性以优化检测器装置的灵敏度。
电传感器在许多设计中便宜、精确且易于获得。电传感器可以针对电流、电压或功率。
压电压力传感器在快速变化的条件下工作，并且是优选的实施例。
超声波换能器可以测量皮肤的厚度和密度。
极化和去极化的光可以用于显现血管和皮肤的解剖结构。

Claims (22)

1.一种刺青装置，其包括一个或多个针，所述针可操作以用于将颜料从贮存器移动到针尖，从而用于将颜料递送到患者头皮中的选定位置的上层真皮层，所述装置包括一个或多个传感器，所述传感器在所述针穿透头皮的皮肤时动态地检测皮肤特征的变化，所述传感器可操作以便在针尖到达上层真皮中的选定位置的上层真皮层时发出信号。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述传感器包括电、压力、温度、声音或光信号中的一个或多个。
3.如权利要求1所述的装置，其包括一个或多个中空的或实心的针。
4.如权利要求1所述的装置，其包括微处理器，所述微处理器响应于所述信号进行操作，以确定一个或多个所述针的穿透深度以及一个或多个所述针的停留时间。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述装置适于以45度角或90度角穿透皮肤。
6.如权利要求4所述的装置，其中所述微处理器可操作以控制所述穿透深度和停留时间，从而在所选位置的上部脂肪上层真皮的深度处将预先指定量的颜料递送至头皮的所选位置。
7.如权利要求3所述的装置，其适用于人或机器人操纵。
8.如权利要求4所述的装置，其包括适于人或机器人操纵的一个或多个中空的或实心的针。
9.如权利要求4所述的装置，其中所述装置还包括致动器、针注射器、或变速马达和旋转凸轮从动件以及用于调节针的延伸的螺杆，所述螺杆可操作以使得所述一个或多个针响应于第一信号或微处理器的输出而延伸。
10.如权利要求1所述的装置，其中进入皮肤的针的深度在0.3mm-4.0mm之间。
11.如权利要求1所述的装置，其中，进入皮肤的针的停留时间在1.0秒至0.005秒之间。
12.如权利要求4所述的装置，其包括多个针组件，每个所述针组件包括一个或多个针，所述微处理器可操作以控制每个所述组件的穿透和停留时间。
13.如权利要求1所述的装置，其中所述微处理器利用来自人手的感觉或由机器人操作者检测的反馈来基于学习算法而预先确定颜料的精确递送。
14.通过刺青装置将规定量的材料经由皮肤递送至上层脂肪真皮的方法，所述方法包括步骤：(1)使权利要求1的刺青装置前进到选定位置的皮肤中；(2)观察传感器的深度限制信号；(3)当出现深度限制信号时，启动刺青装置以用于通过刺青装置中的一个或多个针递送颜料。
15.通过刺青装置将规定量的材料经由皮肤递送至上层脂肪真皮的方法，所述方法包括步骤：(1)使权利要求14的刺青装置前进到选定位置的皮肤中；(2)观察传感器的来自用于表示颜料体积的压力、电、温度、声音或光信号的反馈；(3)当出现能够限制动态递送的体积信号时，启动刺青装置以用于通过刺青装置中的一个或多个针递送颜料。
16.通过权利要求15所述的刺青装置将规定量的材料经由皮肤递送至上层脂肪真皮的方法，所述方法包括步骤：(1)使权利要求1的刺青装置前进到选定位置的皮肤中；(2)由微处理器处理所述传感器；(3)启动刺青装置以用于通过刺青装置中的一个或多个针递送颜料，其中所述微处理器动态地控制和调节针进入上层脂肪真皮的停留时间和/或深度。
17.通过权利要求16所述的刺青装置将规定量的材料经由皮肤递送至上层脂肪真皮的方法，所述方法包括步骤：(1)使权利要求1的刺青装置前进到所选位置的皮肤中；(2)由微处理器处理所述传感器信号；(3)启动刺青装置以用于通过刺青装置中的一个或多个针递送颜料，所述刺青装置进一步包括致动器、针注射器、或变速马达和旋转凸轮从动件以及用于调节针的延伸的螺杆，所述螺杆可操作以便：(a)响应于第一信号使所述一个或多个针循环地延伸，和/或(b)响应于微处理器的输出，相对于传感器信号动态地调整针注射器或变速马达和/或旋转凸轮从动件以及用于调节针的螺杆。
18.通过权利要求15所述的刺青装置将规定量的材料经由皮肤递送至上层脂肪真皮的方法，所述方法包括步骤：(1)使权利要求1的刺青装置前进到选定位置的皮肤中；(2)由微处理器处理所述传感器信号；(3)启动刺青装置以用于通过刺青装置中的一个或多个针递送颜料；(3)如权利要求17所述，向患者皮肤递送精确量的颜料，其中(a)所述方法响应检测信号和微处理器输出在0.5mm-4.0mm之间动态地调整针深度。
19.如权利要求16所述的向患者皮肤递送精确量的颜料的方法，其中所述方法动态地(a)在1秒至0.005秒之间调整针的停留时间，以(b)递送特定量的颜料。
20.如权利要求16所述的向患者皮肤递送精确量的颜料的方法，其中所述方法调节针至(a)45度，(b)90度，或(c)相对于皮肤将某些针调节为45-90度之间，并且响应于压力信号、电信号、温度信号、声音信号、光信号或微处理器的输出来调节递送，以改变进入到皮肤的颜料递送。
21.通过权利要求16所述的刺青装置将规定量的材料经由皮肤递送至上层脂肪真皮的方法，所述方法包括步骤：(1)使将权利要求1的刺青装置前进到选定位置的皮肤中；(2)由微处理器处理所述传感器信号；(3)启动刺青装置以用于通过刺青装置中的一个或多个针递送颜料，其中所述颜料递送通过(a)人手或(b)通过机器人响应于压力信号、电信号、温度信号、声音信号、光信号或微处理器的输出来操作，以改变进入到皮肤中的颜料递送。
22.通过权利要求15所述的刺青装置将规定量的材料经由皮肤递送至上层脂肪真皮的方法，所述方法包括步骤：(1)使权利要求14的刺青装置前进到选定位置的皮肤中；(2)由微处理器处理所述传感器信号；(3)启动刺青装置以用于通过刺青装置中的一个或多个针递送颜料，其中微处理器利用来自以下的反馈(a)人手的感觉或(b)机器人操作者的检测或(c)学习算法，并基于此来预先确定精确的颜料递送，还根据输入的压力信号、电信号、温度信号、声音信号或光信号进一步进行调整，以改变颜料进入上层脂肪真皮的递送量。
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