CN1212871C - 选择性光热分解皮肤 - Google Patents

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Abstract

选择性光热分解皮肤中目标组织的装置，包括：有一开口的壳体，所述壳体在所述开口与所述皮肤接触时形成一封闭一定量空气的空腔；放置在所述壳体中的一热源，该热源加热该一定量空气，其在该热源与皮肤之间的空气中形成一温度梯度，以使用该受热空气把热量传给皮肤；该空腔中的一独立窄带电磁辐射源，该窄带电磁辐射源用窄带电磁辐射照射该皮肤，从而选择性地加热所述目标组织，其中当该源被激发时，所述窄带辐射被设计成由所述目标组织选择性地吸收以将所述目标组织选择性地加热到高于周围组织的温度；至少一功率源；及一控制器，其将脉动功率传输给该热源和独立窄带辐射源以使所述热源生成脉动热量及所述独立电磁辐射源产生脉动电磁辐射。

Description

选择性光热分解皮肤
技术领域
本发明涉及皮肤病外科，特别涉及这样的选择性光热分解装置和方法，它可不损伤周围健康皮肤地破坏静脉曲张之类大到无法用公知方法破坏的目标以及破坏银屑斑之类目标。
背景技术
选择性光热分解是Anderson and Parrish在1983年(“SelectivePhotothermolysis：Precise Microsurgery by SelectiveAbsorption of Pulsed Radiation”，Science，Vol.220，pp.524-527)提出的一种外科方法，用来破坏皮肤上或近皮肤处的某些有病或难看的组织，但不损伤周围健康组织。待破坏的组织必须具有对某些波长的电磁辐射的光吸收能力比周围健康组织强得多的特点。该方法用电磁辐射脉冲照射目标和周围组织，该电磁辐射通常为可被目标吸收的可见光。脉冲的能量和持续时间选择成把目标加热到约70℃-约80℃，在该温度上目标的蛋白质凝固。由于目标吸收入射光的能力远比周围组织强，因此周围组织接收的热量可忽略不计。
辐射源通常为激光，例如闪光灯-脉动染料激光。激光光源的优点是其固有的单色。其他光源包括与窄带滤光器一起使用的宽带光源，例如见Gustaffson的专利公告WO91/15264。也可使用ESCMedical Systems制造的名称为“Photoderm-VL”的装置。
选择性光热分解的合适目标包括胎记、葡萄酒色痣、蜘蛛痣和静脉曲张，由于它们的含氧血色素的红细胞浓度高，因此颜色比周围组织红得多。Anderson and Parrish使用的光的波长为577纳米，与577纳米氧血色素吸收带对应。后来得知(Tian、Morrison and Kurban，“585nm for the Treatment of Port-Wine Stains”，Plastic andReconstructive Surgery，Vol.86 no.6 pp.1112-1117)，使用585纳米波长更有效。
由于不得把周围组织也加热到开始凝固的程度，因此脉冲持续时间有一定限制。随着目标的加热，热量开始从目标向周围组织扩散。为了防止周围组织被加热到受损伤的程度，脉冲持续时间必须保持在接近目标的热松弛时间上。对于胎记、葡萄酒色痣和蜘蛛痣之类较小目标，脉冲持续时间一般在几百微秒左右。对于静脉曲张，应使用几毫秒的脉冲持续时间。
用选择性光热分解治疗静脉曲张情况比较复杂。静脉曲张周围的正常组织一般包括其他血管、特别是毛细血管，它们也吸收入射光，但是比静脉曲张小得多，因此热松弛时间也短得多。因此，从这些其他血管扩散入周围组织的热量会把周围组织加热到损伤程度，从而造成斑痕。新近还用选择性光热分解治疗银屑病皮肤组织。
银屑病为一种非接触传染皮肤病，最常见的症状是皮肤红肿、其上有银白色鳞片。银屑病的最常见类型称为“斑状银屑病”。
银屑病分成许多不同类型，严重程度也不同。不同类型的银屑病的症状也不同，例如脓状水疱(脓疱银屑病)、皮肤高度腐烂(红皮银屑病)、滴状圆点(滴状银屑病)和光滑发炎(倒银屑病)。银屑病的严重程度分为轻度、中度和重度。
皮肤细胞的生长遵从两种可能的进程：正常生长或伤口愈合。在正常生长方式中，皮肤细胞在基底细胞层生成后经表皮上升到皮肤的最外层角质层。死细胞从皮肤的脱落速度与新细胞的生长速度相同，从而保持平衡。细胞从生成到死亡的过程一般约为28天。
当皮肤受伤时，一也称为再生化脓的伤口愈合进程被触发。细胞的生成速度大大加快，以取代和修复伤口。供血也增加，出现局部发炎。在许多方面，银屑病皮肤与皮肤从受伤到愈合或对感染之类刺激作出反应类似。
银屑病损害的特点是细胞以交替的生长程序生长。虽然银屑病损害处没有伤口，但也称为角化细胞的皮肤细胞的行为与有伤口时类似。这些角化细胞从正常生长程序转换成再生化脓。细胞生成后在2-4天中就被推到皮肤表面，细胞无法足够快地从皮肤脱落。过多的皮肤细胞累积而形成凸起的鳞片状损害。通常覆盖该损害的银白色鳞片(称为“斑”)由死亡的皮肤细胞构成，由于向迅速分裂的皮肤细胞的供血增加，因此该损害呈红色。
发明内容
按照本发明一些实施例的一个方面，提供一种选择性光热分解一在周围组织中的目标的方法和装置，包括：(a)把该目标和周围组织加热到正常体温以上；以及(b)把该目标加热到约70℃-约80℃。
按照本发明一些实施例的一个方面，提供一种选择性光热分解一在周围组织中的目标的装置。该装置最好包括：(a)靠热对流或热传导把周围组织加热到第一温度的加热器；以及(b)一电磁脉冲发生器，该电磁脉冲发生器生成至少一个窄带脉冲或单色电磁辐射，所述至少一个脉冲与所述宽带电磁辐射同步。
本发明方法和装置基于下列事实：热量从一热体到一冷体的扩散速度与这两体之间的热梯度成正比。因此，把周围组织加热到一高于正常体温、但又不高到会烧伤周围组织的温度，然后才把该目标加热到凝固温度会生成这样一种环境，在该环境中，一方面目标与周围血管之间的热梯度、另一方面目标与其他周围组织之间的热梯度足够小，从而不烧伤周围组织。在本发明中，“高于正常体温”指至少约40℃、但最好为约55℃-约65℃的一温度。此外，由于用更高初始温度加热目标，因此用来加热目标的窄带脉冲可比现有技术功率小、持续时间短。
为此，本发明装置主要使用从一热源传导或对流的热量加热周围组织。用来生成热量的优选装置为氙弧灯之类高光强灯。该装置最好包括一使该灯发出光(热)脉动的机构。最好是，从该灯发出的热把皮肤表面周围的空气加热到第一温度。一般来说，这会在该热源与该皮肤之间生成一温度梯度，从而造成皮肤温度以一定斜率升高。当皮肤达到预定温度时，激发窄带辐射，加热要治疗的组织。
可用两种优选装置产生用来加热目标的辐射。第一种为一工作在预定波长上的激光，该波长最好为约570nm-约610nm。第二种方法是使一高光强灯发出的光通过窄带滤光器或单色光镜之类的一合适的波长选择装置。
本发明装置使该窄带脉冲与该加热同步，以确保辐射脉冲激发、进一步加热目标前周围组织得到充分加热并确保周围组织冷却前进一步加热目标。这意味着，如脉动发出宽带电磁辐射，则每一辐射脉冲与一宽带脉冲大致同步。“大致同步”指在宽带脉冲激发的同时或在宽带脉冲关闭随后立即激发辐射脉冲。
然后除去皮肤表面的热空气或冷却皮肤，防止皮肤过热。
从而，按照本发明一优选实施例，提供选择性光热分解皮肤的一区域中一目标组织的装置，该装置包括：
具有一开口的壳体，所述壳体在所述开口与所述皮肤接触时形成一封闭一定量空气的空腔；
放置在所述壳体中的一热源，该热源加热该一定量空气，其在该热源与皮肤之间的空气中形成一温度梯度，以使用该受热空气把热量传给皮肤；
该空腔中的一独立窄带电磁辐射源，该窄带电磁辐射源用窄带电磁辐射照射该皮肤，从而选择性地加热所述目标组织，其中当该窄带电磁辐射源被激发时，所述窄带电磁辐射被设计成由所述目标组织选择性地吸收以将所述目标组织选择性地加热到高于周围组织的温度；
至少一功率源；及
一控制器，其将脉动功率传输给该热源和独立窄带电磁辐射源以使所述热源生成脉动热量及所述独立窄带电磁辐射源产生脉动电磁辐射。
最好是，该装置包括一装在所述壳体上、检测所述皮肤的温度的传感单元。最好是，该传感单元包括至少一个检测所述皮肤的温度的光传感器，所述至少一个光传感器接收从位于所述壳体下方的所述皮肤的一区域发出、经过一最好装在所述壳体中一孔中的光元件的红外线辐射，检测所述红外线辐射的光强，然后把表示所述光强的信号传给所述控制器。在本发明一优选实施例中，该至少一个光传感器包括一个红外线敏感的光二极管。作为替代或另加，该传感单元包括至少一个接触所述皮肤、检测所述皮肤的温度、把表示所述温度的信号传给所述控制器的接触式温度传感器。最好是，该至少一个接触式温度传感器包括一热敏电阻。
在本发明一优选实施例中，该控制器控制所述热源和所述电磁辐射源以响应所述传感温度，协调所述热源和所述电磁辐射源的激发次序。
最好是，该控制器有一可接收数据的数据输入端，其可接收确定从多个治疗参数中选择的至少一个治疗参数，以便协调所述热源和所述窄带电磁辐射源中任一个的激发的定时和持续时间的数据。
在本发明一优选实施例中，该装置包括：一泵，该泵装在所述壳体上、在所述控制器的控制下把温度比所述一定量空气低的一冷却气体泵入所述壳体中取代由所述热源加热的所述一定量空气，从而防止皮肤过热。最好是，激发所述热源后当所述皮肤达到预定温度时所述控制器激发该泵。
在本发明一优选实施例中，该控制器包括在其上存储所述多个治疗参数的一可移动存储装置，所述可移动存储装置可从所述控制器断开并取下以改变所述多个治疗参数的至少一个参数的值，然后重新与所述控制器连接。该存储装置可为快闪存储装置、磁泡存储装置、EPROM存储装置、EEPROM存储装置、光存储装置、光磁存储装置或磁存储装置。
在本发明一优选实施例中，该装置包括一冷却单元，该冷却单元装在所述壳体上、在所述控制器的控制下冷却所述皮肤，防止所述皮肤过热。最好是，激发所述热源后当所述皮肤达到预定温度时所述控制器激发该冷却单元。
在本发明一优选实施例中，该热源与所述窄带电磁辐射源大致同时激发。
在本发明一优选实施例中，当皮肤温度达到40℃以上一预定温度时该控制器激发该窄带电磁辐射源。该预定温度最好为约55℃-65℃。
在本发明一优选实施例中，该控制器在目标温度达到约70℃-80℃时切断所述独立窄带电磁辐射源。
最好是，该至少一个功率源包括至少一个电池、至少一个电容器和一电子控制电路。该至少一个功率源也可包括直流电源、至少一个电容器和一电子控制电路。
在本发明一优选实施例中，该空腔除了通向皮肤的开口外封闭。
在本发明一优选实施例中，该热源还提供照射皮肤所述区域的脉动光。最好是，该壳体还包括一反射所述脉动宽带光和所述窄带电磁辐射的反射器。最好是，所述壳体的至少一部分涂有一层高反射率材料，用来反射所述脉动宽带光和所述窄带电磁辐射。
在本发明一优选实施例中，该热源为一闪光灯或一弧光放电灯。在本发明一优选实施例中，该闪光灯为一玻璃氙气灯。
在本发明一优选实施例中，该闪光灯为一石英氙气灯，所述装置还包括一装在所述壳体上、位于所述闪光灯与所述开口之间的滤光器，用来吸收所述脉动宽带光的预选择部份，所述预选择部份包括对所述皮肤有害的紫外线辐射。
最好是，所述热源是一闪光灯且其中该闪光灯是可配置的。
在本发明一优选实施例中，该窄带电磁辐射源包括一闪光灯或弧光放电灯和一装在所述壳体上、位于所述闪光灯与所述开口之间的滤光器，用来吸收所述脉动宽带光的预选择部份、生成为所述目标组织选择性吸收的窄带电磁辐射。
在本发明一优选实施例中，该独立窄带电磁辐射源发出波长为550-610nm的光。
在本发明一优选实施例中，该壳体还包括一沿所述开口的周长装在所述壳体上的密封圈，从而在所述皮肤与所述热源之间形成一封闭空气腔。最好是，该装置包括一延伸部份，所述延伸部份包括可装在所述开口上的第一端和可放置在所述皮肤上的第二端，所述延伸部份中有一穿孔界定所述皮肤的治疗区。
最好是，该壳体用绝热材料制成。
最好是，该装置可握住在手掌中。
最好是，该独立窄带电磁辐射源为一激光。
在本发明一优选实施例中，，该控制器控制该热源以将一所要求量的热量提供给空气，以传送所述受热空气中的热量，其热足以把皮肤加热到40℃以上的温度，所述温度为55℃-65℃。
在本发明一优选实施例中，所述热源可以相同量加热所述目标组织和围绕所述目标组织的组织。
附图说明
下面结合附图举例说明本发明，附图中相同部件用同一标号表示，附图中：
图1为本发明装置一优选实施例的示意图，其中，该单色光光源为一激光；
图2按照本发明一优选实施例示出图1装置的脉冲曲线；
图3为本发明装置一优选实施例的示意图，其中，单色光与宽带光使用同一光源；
图4按照本发明一优选实施例示出图3装置的脉冲曲线；
图5按照本发明一优选实施例示出图3装置的另一实施例；
图6按照本发明一优选实施例示出图5装置的脉冲曲线；
图7为本发明另一优选实施例的选择性光热分解装置的剖面图，包括一热源和一窄带电磁辐射源；
图8按照本发明一优选实施例示出图7装置的脉冲曲线；
图9为本发明又一优选实施例的选择性光热分解装置的剖面图，包括一玻璃-氙气闪光灯；
图10为本发明另一优选实施例的选择性光热分解装置的剖面图，包括接触式温度传感器；
图11为本发明另一优选实施例的可与多个形状不同的延伸部份一起使用的选择性光热分解装置的剖面图；
图12-14为可与图11装置一起使用的三种形状不同的延伸部份的立体示意图；以及
图15为按照本发明又一实施例的一可编程系统的方框图，包括图7选择性光热分解装置。
具体实施方式
本发明为一种选择性光热分解较大外科目标的方法和装置。确切说，可用本发明去除静脉扩张之类有病或难看组织而对周围健康组织的损伤最小。也可用本发明治疗银屑病。
从结合附图的下述说明中可清楚看出本发明选择性光热分解方法和装置的原理和工作情况。
图1为本发明装置一优选实施例的示意图。一高光强灯10用作宽带(白色)光14的光源。由于灯10在所有方向上发光，因此用一抛物面反射器12和一凹透镜16准直宽带光14，使得灯10发出的所有能量都射向该目标和周围组织上。一激光20发出的波长最好为585nm的单色光24也射向该目标和周围组织。一控制系统30向灯10和激光20供电并按照图2所示脉冲曲线打开和关闭灯10和激光20。
最好是，灯10为一氙弧灯，激光20为一闪光灯脉动染料激光，例如Candela Corporation of Wayland MA制造的ScleroLASER。
图2示出图1装置的脉冲曲线。图2中的实线表示宽带光14一个脉冲的持续时间和光强。图2中的虚线表示单色光24一个脉冲的持续时间和光强。宽带光14在时刻T0激发后保持相当长时间到时刻T2，把目标和周围组织加热到约60℃。随着周围组织的温度接近预定最终值，单色光24在时刻T1激发后保持到时刻T3，这段时间足以造成目标凝固，但不足以损伤周围组织。最好是，单色脉冲的持续时间为约0.1毫秒-约10毫秒。
图3为本发明装置另一优选实施例的示意图。在该实施例中，灯10同时用作照射到目标和周围组织上的宽带光和单色光的光源。在该实施例中，一机械光闸32交替堵塞和开通宽带光14，使得从该装置发出的光脉动。一分为两个扇形即一白色扇形36和一有色扇形38的圆形转动滤光器34用来过滤由光闸32产生的宽带脉冲。白色扇形36把所有波长衰减到相同程度，从而生成光强和持续时间合适的宽带脉冲把目标和周围组织加热到约60℃。有色扇形38衰减所有波长，但不衰减波长在585nm左右的窄带光。控制系统30使光闸32与滤光器34的动作同步，从而生成图4脉冲曲线所示光脉冲。
应该看到，灯10的功率在图3实施例中必须比在图1实施例中大得多，因为在图3实施例中，灯10必须提供足以凝固目标的585nm左右的光谱功率。为此该实施例需要使用滤光器34的白色扇形36。
图4示出图3装置的脉冲曲线。与图2一样，实线表示宽带脉冲。虚线表示单色脉冲。在时刻T0，滤光器34位于使得白色扇形36处于宽带光14的光路上的位置上，光闸32打开，因此允许宽带光14通过，被白色扇形36衰减。滤光器34转动，直到时刻T1，此时有色扇形38开始遮断宽带光14。在时刻T2，所有宽带光14通过有色扇形38，从而从该装置发出的光为单色光。在时刻T3，光闸32关闭，单色光脉冲终止。
图5为图3装置的一种变化的示意图。在图5装置中，用一可移动镜40把通过光闸32的光折射到一固定镜41和一单色光镜42上。图5装置生成图6所示脉冲曲线，在图6中，同样，实线表示宽带脉冲，虚线表示单色脉冲。在时刻T0，镜40退出，光闸32打开，使宽带光14通过一衰减滤光器44后照射到目标和周围组织上。与滤光器34的白色扇形36一样，衰减滤光器44把所有白色光衰减到相同程度，生成持续时间和光强合适的宽带脉冲，把目标和周围组织加热到约60℃。在时刻T1，镜40移入，宽带脉冲终止，折射宽带光14，使得宽带光经镜41通过单色光镜42，从而开始生成单色脉冲。因此，宽带脉冲一终止单色脉冲就开始。单色光镜42只容许波长在585nm左右的窄带光照射到目标上。在时刻T2，光闸32关闭，单色脉冲终止。
应该指出，图1-6各实施例是公知的，见1998年6月2日授权的美国专利5,759,200。
可用成本比公知方法低得多的本发明其他实施例治疗静脉扩张和银屑病。
图7为本发明另一实施例的选择性光热分解装置50的剖面图，包括一热源和一窄带电磁辐射源。
装置50最好包括一鼐用耐高温塑料、陶瓷材料之类绝热材料或任何其他合适绝热材料制成的壳体52。壳体52有一可放置在待治疗组织表面上、例如皮肤60表面上的开口53。壳体52的内表面52A上最好涂有细碎二氧化钛之类高反射率漫反射涂层。作为替代或另加，可用装在壳体52上的形状合适的反射器(未示出)把如下文详述在该壳体中生成的电磁辐射反射到皮肤60上。
装置50最好包括一用软橡胶之类制成的密封圈54，在装置50的开口53放置到皮肤上时密封与皮肤60的接触。当把壳体52轻轻压到皮肤上时，形成一封闭空腔57。封闭空腔57中有密封闭在皮肤60与壳体52之间的一定量空气。
壳体52的上部最好包括一热源51和一窄带电磁辐射源59。一个从壳体52伸出的隔板52B把热源51与辐射源59隔开。热源51和辐射源59可呈长方形或椭圆形横截面或任何其他合适的横截面或形状。热源51最好包括一最好装在壳体52上的灯62和一最好装在壳体52和隔板52B上的滤光器56。
灯62可为任何合适的闪光灯或气体放电弧光灯，例如TheElectronic Goldmine，AZ，USA销售的G5109型石英-氙气闪光灯。滤光器56可为任何合适的滤光器，用来过滤掉由闪光灯62生成的有害紫外线而使脉动闪光灯62生成的宽带光的无害部分通过。例如，滤光器56可为Andover Corporation，NH，USA销售的450FH90-25型长波通滤光器。
辐射源59最好包括一最好装在壳体52上的灯64和一最好装在壳体52和隔板52B上的滤光器58。灯64可为任何合适的闪光灯或气体放电弧光灯，例如The Electronic Goldmine，AZ，USA销售的G5109型石英-氙气闪光灯。滤光器58为吸收由灯64生成的大部分辐射、同时只通过可为目标组织选择性吸收的窄带电磁辐射的任何合适的带通滤光器。例如，在治疗银屑病皮肤时，目标组织为该皮肤中的血管，因此滤光器64应选择性通过能吸收最大量氧基血色素的窄带辐射。
最好是，滤光器58由两个滤光器、即由Andover Corporation销售的550FH90-25型之类可见光长波通滤光器和600FL07-25型近红外短波通滤光器组合而成。该滤波器组合只通过范围为550-600nm的波长。应该指出，也可使用其他合适的窄带滤光器或滤光器组合，只要它们能传播可为目标组织选择性吸收、而不为目标组织周围组织吸收的预定窄带辐射。
应该指出，由于从闪光灯64发出的光以很大入射角照射到该滤光器上，因此本发明装置中不推荐使用干扰滤光器。
装置50最好包括一冷却单元8，该冷却单元包括一用一合适管子67与壳体52连接的泵66，该泵把空气泵入空腔57中。由于皮肤表面的空气温度随着时间的推移不断升高，因此这可防止皮肤过热。
应该指出，虽然装置50的冷却单元8包括一泵66，但本发明其他实施例也可使用如下所述其他种类的冷却装置。
装置50最好包括一装在壳体52上、用来检测皮肤温度的传感单元71。在本发明一优选实施例中，传感单元71包括一传感器68和一光准直元件69。最好是，光元件69装在壳体52的一孔65中。光元件69与传感器68对齐，使得用标有FOV双箭头的传感单元71的视野覆盖开口53下方皮肤的部分，但最好不包含壳体52的任何部分。
最好是，传感单元71为Edmund Scientific Company，NJ，USA销售的A53,367型红外线温度计之类红外线传感单元。但是，只要对有关温度范围(约30℃-80℃)足够灵敏，也可使用任何其他合适的光传感单元。透镜69为对红外线透明的红外线透镜。
应该指出，尽管在图7所示本发明优选实施例中该光元件为一红外线准直透镜69，但本发明其他优选实施例也可使用其他光元件，例如光窗、全息透镜、复合透镜、微透镜阵列或任何其他用来准直检测视野FOV中的皮肤表面温度所需光谱带中红外线的光元件。
还应指出，尽管图7所示本发明优选实施例只有一个包括一光传感器68的传感单元71，但本发明其他优选实施例也可包括不止一个传感单元。当皮肤表面积更大或出于对齐或制造方面的考虑时，可能需要不止一个传感单元。此时，壳体52中的孔数增加。
装置50最好还包括一控制器70和一电源55。电源55与控制器70连接，以向控制器供电。控制器70最好与灯62和64连接，以控制灯62和64的供电。控制器70还与传感单元71连接，以接收来自传感单元的表示皮肤在视野FOV中的部分的表面温度的信号。控制器70还与泵66连接，以控制泵66的运行。
在本发明一优选实施例中，电源55为与AC电力线插座连接的DC电源之类电源。但也可使用一个或多个可任意使用电池、一个或多个可充电电池或任何其他合适电源。
此外，电源55可装在控制器70中，也可包括多个供电电压和/电流值不同的电源(未示出)。例如，可用一个电源(未示出)向控制器70供电，而用另一个供电电流更大的电源向灯62和64以及泵66供电。
为使用图7装置50，使用者把开口53靠近放置在待治疗皮肤60上，轻轻地把装置50压到皮肤上，用密封圈54把一定量的空气封闭在空腔57中。使用者然后按下一按钮或一合适开关(未示出)启动治疗顺序，控制器70然后激发闪光灯62，生成持续时间为1-3毫秒的一脉冲，用能量密度约为每平方厘米0.5-5焦耳的宽带光照射皮肤。滤光器56滤去大部分紫外线范围内的辐射，防止紫外线照射到皮肤上。开口53下方的皮肤和皮肤中的目标因此被加热到远低于组织凝固温度和低于预定温度的一温度。紧随该脉冲，闪光灯62的温度达到约600-800℃。闪光灯62的精确温度决定于所使用闪光灯的类型、闪光灯的工作电压和电流。闪光灯62加热其周围的空气和滤光器56，在封闭在密封空腔57中的一定量空气中生成一温度梯度，迫使热量沿该梯度流向皮肤，从而进一步加热皮肤和目标。一般来说，这一热传导或热扩散使得皮肤被加热到预定温度。
光传感器68最好检测视野中皮肤发出的红外线光强后，把信号传给控制器70，控制器70处理这些信号以确定视野FOV中的皮肤的温度。当视野中的皮肤的温度达到最好约为65℃的预定温度时，控制器70激发闪光灯64，生成持续时间约为0.5-5毫秒的一脉冲，用功率密度为每平方厘米0.75-3.0焦耳的窄带光照射目标。该窄带辐射为目标组织、例如银屑病皮肤中的血管和毛细血管选择地接收，从而选择地加热和凝固血管和毛细血管而不损伤周围皮肤组织。
由于壳体52的内表面52A的良好的反射性和壳体52的绝热性，因此闪光灯62和64的几乎所有热能经过滤光器56和58后加热皮肤和皮肤中的毛细血管。
血管和毛细血管凝固后，控制器70开动泵50，该泵经管子67把室温下的空气泵入壳体52的空腔53中，冷却皮肤，防止皮肤由于热量不断沿封闭在空腔53中的一定量空气中的温度梯度传导而达到凝固温度。控制器70在由控制器70根据光传感器68传来的信号确定的皮肤温度达到一预定值时开动泵66。泵66泵入较冷空气的速率高到足够快地冷却皮肤，防止皮肤被烧伤或凝固。控制器70也可在闪光灯64的窄带光脉冲终止时开动泵66。控制器70也可在闪光灯64的窄带光脉冲终止后隔一段时间开动泵66。泵的最佳开动时间可根据经验确定。
应该指出，装置50的开口53的面积应足以提高受热体积与该表面之比，从而减小热量在周围组织上的损耗而最佳地传导到目标组织上。
下面参见示意性示出图7装置的脉冲曲线的图8。
图8中的纵轴表示任意脉冲光强，横轴表示时间。实线80表示闪光灯62的第一宽带辐射脉冲的持续时间和光强。虚线82表示闪光灯64的窄带辐射脉冲的持续时间和光强。闪光灯62在时刻T5激发，一直保持到时刻T6，以把目标和周围组织加热到正常体温以上。在时刻T6，闪光灯62切断，热量从闪光灯62和滤光器56流向皮肤。
当目标组织和周围组织的温度接近约65℃的预定最终值时，闪光灯64在时刻T7激发，一直保持到时刻T8，从而生成一照射皮肤的窄带辐射脉冲，其持续时间足以造成目标组织凝固而不损伤周围组织。最好是，窄带辐射脉冲的持续时间为约0.5-5毫秒。
按照本发明一优选实施例，控制器70在时刻T8开动泵66，把室温下的新鲜空气泵入壳体52中，防止皮肤达到凝固温度。
按照本发明另一优选实施例，控制器70在由传感单元71传感的皮肤温度达到预定值时开动泵66。
最好是，该预定温度的值为约70℃-75°。但是该预定温度值可稍有变动，这决定于皮肤温度上升速率和泵66之类冷却单元冷却皮肤的效率。
应该指出，尽管图7装置50使用寿命很长的石英-氙气灯，但也可使用不发出高光强紫外线的玻璃-氙气闪光灯或其他种类的气体放电弧光灯。使用此类灯可不必使用图7滤光器56之类紫外线滤光器。
下面参见图9，图9为本发明又一优选实施例的一包括一玻璃-氙气闪光灯的选择性光热分解装置的剖面图。装置100与图7装置50相同，只是装置100用热源61取代图7热源51，该热源61包括The Electronic Goldmine，AZ，USA销售的A1033型玻璃-氙气闪光灯之类玻璃-氙气闪光灯63或任何其他不发出对活组织有害的紫外线的闪光灯或气体放电灯。热源61由于闪光灯63的玻璃外壳吸收弧光放电发出的大部分有害紫外线而无需使用紫外线滤光器。
下面参见图10，图10为本发明又一优选实施例的一包括接触式温度传感器的选择性光热分解装置150的剖面图。装置150的壳体102与图7壳体52相同，只是它不包括图7壳体52中的孔65那样的孔。此外，与图7和9包括一泵55的装置50和100比较，装置150不包括一泵。装置150也包括一控制器110和两个与控制器110合适连接的接触式温度传感器115和120。装置150也包括一与控制器110合适连接的电源55。
装置150与结合图7所述装置50一样，也包括闪光灯62和64、滤光器56和58和密封圈54。
图10装置150的操作方法与上述装置50和100稍有不同。热源51和窄带辐射源59的操作方式和顺序与图7装置50相同。但是，与图7和9的装置50和100用光传感温度比较，当装置110与皮肤接触时，两个与皮肤接触的接触式传感器115和120在装置150内检测皮肤温度。接触式传感器115和120所生成的信号表示接触式传感器与皮肤60的接触点处的皮肤温度。控制器110接收这些信号后处理这些信号，确定皮肤温度。
与装置50的使用方法相同，控制器110激发闪光灯62后当控制器110根据来自传感器115和120的信号确定的皮肤平均温度接近约65℃时，控制器110激发闪光灯64生成上述窄带辐射脉冲。但是，与装置50的使用方法比较，装置150的使用者在目标组织凝固后把装置150从皮肤上提起，用室温下的空气逐渐冷却皮肤，从而终止对皮肤的加热。
应该指出，尽管图10装置150包括两个用来确定皮肤平均温度的接触式传感器115和120，但本发明其他实施例也可只使用一个接触式传感器在一接触点上监控皮肤温度。也可使用两个以上的接触式传感器以精确计算皮肤温度平均值。
还应指出，在使用多个接触式传感器时，所有传感器的模拟信号可在由控制器110进一步处理前平均化，以简化皮肤平均温度的确定过程。
还应指出，接触式传感器115和120必须非常灵敏，以便随着皮肤温度的升高足够快地检测皮肤表面温度，使得控制器110及时激发脉冲82(图8)和/或冷却单元8(图7)。为此可使用热敏电阻和热质最少的其他合适接触式温度传感器。
还应指出，使用红外线光传感器或一个或多个接触式传感器确定一表面的温度的各种方法是公知的。因此在此不再赘述。
图11为按照本发明另一实施例与多种形状不同的延伸部份一起使用的选择性光热分解装置200的剖面图。与图7装置50比较，装置200的壳体252上有一凸缘217。
装置200也包括闪光灯62和64、滤光器56和58、一控制器70和一电源55、一泵66和一管子67以及一传感单元71，其结构和工作情况与上述图7装置相同。装置200还包括一可卸下地装在壳体252上的延伸部份263。把延伸部份263紧紧套在凸缘217上就可把延伸部份263装到壳体252上。
延伸部份263为一空心延伸部份，其第一端263A与凸缘217连接，第二端与皮肤接触。延伸部份263中的穿孔219界定皮肤的治疗区。在一优选实施例中，延伸部份263为一金属延伸部份。但延伸部份263也可用塑料或陶瓷材料之类绝热材料制成。装置200工作时把孔219压靠皮肤，装置200治疗皮肤的过程与上述图7装置50相同。
应该指出，延伸部份263可制成各种不同形状，其孔的形状或大小做成可用装置200光热分解治疗皮肤或不同器官、例如四肢、躯干等等的不同部位。
图12-14简示出与图11装置200一起用来进行光热分解的三种形状不同的延伸部份265、267、269的立体图。图12所示延伸部份265的孔275呈长方形。图13延伸部份267的孔277呈椭圆形。图14延伸部份269的孔279呈圆形。延伸部份265、267和269可与装置200一起光热分解治疗皮肤的各部位。
还应指出，图11-14延伸部份263、265、267和269包括一个不在装置200一边的、用软橡胶之类弹性软材料或任何其他合适的密封材料制成的密封圈(未示出)，使与皮肤(未示出)的接触区获得更好密封。图11-14的延伸部份263、265、267和269的内表面上可涂、也可不涂用来提高光在相应延伸部份中的孔219、275、277和279中的传播的漫反射涂层(未示出)。
按照本发明一优选实施例，闪光灯62、63和64为可任意使用的，以便在闪光灯烧坏时更换闪光灯。
还应指出，尽管图7、9、10和11装置50、100、150和200的优选实施例的壳体形状呈开口长方形盒，但在其他实施例中，壳体可呈其他形状，例如圆柱形、三角棱柱形开口盒、截头三角棱柱形开口盒或具有开口边、在放置在皮肤上时形成一封闭空腔的任何其他合适形状。
图15为按照本发明另一优选实施例一包括图7选择性光热分解装置50的可编程系统的方框图。该系统250包括图7装置50和一编程装置245。编程装置245包括一与一打印机247连接的计算机246。控制器70包括一与一存储装置252、一接口256和一可移动存储装置260连接的中央处理器(CPU)255。接口256可为标准的RS-232接口或任何其他合适的串行或并行接口装置。如上文详述，控制器70与电源55和检测皮肤表面温度的传感单元71连接。存储装置252最好为一只读存储集成电路，但也可为任何其他类型的电、磁、光、磁-光存储装置。
控制器70还与冷却单元8和闪光灯62和64连接，控制它们的激发。应该指出，控制器70还包括与传感单元71连接和控制、激发冷却单元8和闪光灯62和64所必需的所有其他电路。
一操纵控制器70的程序最好存储在存储装置252中。治疗参数、例如启动第二脉冲82(图8)所据皮肤温度、启动冷却装置8所据皮肤预定温度值、脉冲80和82的持续时间(图8)、或(与所使用装置的具体实施例有关的)泵的激发时间、或操纵控制器70所需的任何其他参数最好存储在快闪存储器260中。
按照本发明一优选实施例，医生可在办公室中根据对病人的试验治疗对控制器70编程。根据试验治疗的结果，医生经接口256连接计算机246与控制器70后把治疗参数下载到存储器252或快闪存储器260中，从而把治疗参数编程成所需值。医生还可把所编程的治疗参数存储在计算机246中硬盘之类存储装置或任何其他合适存储装置中，以便以后用作参考。医生也可比方说用打印机247生成所编程治疗参数的硬拷贝。
也可从控制器70中取出快闪存储器260，医生可使用一与计算机246的通信端口连接的合适程序接口对治疗参数编程。
按照本发明一优选实施例，医生还可使用系统250进行治疗参数的远程编程。在该实施例中，使用者使用一摄像机(未示出)或一数码相机(未示出)把待治疗部位的数字图象在互连网上使用远程实时电视会诊发给他的医生，也可使用互连网或任何其他合适数据通信方法把数字图象作为数据文件进行发送。医生收到表示治疗结果的数据或数字图象后检查治疗结果，决定是否改变治疗参数。医生然后用互连网或任何其他合适数据通信方法、例如使用一调制解调器和数据文件把新治疗参数发给使用者。使用者然后可把数据文件中的新参数装入控制器70中，从快闪存储器260上擦去原先存储的参数而存储新参数。本发明该实施例的优点是病人在家中就可获得医生的治疗，不必亲身会见医生。
应该指出，尽管上述实施例在控制器70和110中把快闪存储器256用作优选的可编程和/或可擦除存储器，但也可不使用快闪存储器256，而使用其他种类的存储装置，例如可擦可编程只读存储器(EEPROM)、磁泡存储器、或任何可反复编程和/或可擦除型磁、光或磁-光存储装置。
应该指出，尽管装置50、100和200的泵66工作时把空气泵入空腔中皮肤上方冷却皮肤，但该泵也可泵入其他冷却剂。冷却剂可为二氧化碳之类其他气体或乙基氯化物之类液态冷却剂或用一合适的冷却剂容器(未示出)供应的任何合适的液态冷却剂。
还应指出，装置50、100和200的泵66可用一内装冷却剂的容器(未示出)和一由控制器70或110之一控制的阀(未示出)取代。冷却剂可为压缩气体或液态冷却剂。当控制器70或100之一向该阀发出一信号时，该阀打开，一些冷却剂流出容器、膨胀、流入装置50、100或200的空腔中。压缩冷却剂的膨胀使得冷却剂的温度下降到室温以下，从而冷却皮肤。容器中的冷却剂可为压缩二氧化碳或任何其他合适的压缩气体。容器中的冷却剂也可为乙基氯化物之类液态冷却剂或任何其他合适的液态冷却剂。
应该指出，装置50、100、150和200可为手持、便携式装置和/或便于使用者本人使用的装置。该装置的大小最好可握住在手掌中。但该装置也可更大而无需握住在手掌中。
本领域普通技术人员显然可看出，本发明不受以上所述和附图所示的限制。尽管以上结合若干实施例说明了本发明，但显然可对本发明作出种种改动、修正，本发明也可应用于其他场合。例如，尽管本发明特别适合于治疗银屑病，但也可稍经修正用来治疗静脉扩张、葡萄酒色痣或适合于选择性光热分解方法治疗的人或动物。此外，尽管图5-15的窄带源为合适的灯和滤光器，但也可用一激光或其他单色光源取代该灯。
此外，上述各实施例具有许多互不相同的特征。但应指出，一实施例中的特征可加到第二实施例上或取代第二实施例的特征。此外，某些特征，尽管需要，但在某些实施例中并不重要而可省略。
本文中的“包括”一词或其同源词的意思是“包括但不限于”。

Claims (40)

1、选择性光热分解皮肤的一区域中一目标组织的装置，该装置包括：
具有一开口的壳体，所述壳体在所述开口与所述皮肤接触时形成一封闭一定量空气的空腔；
放置在所述壳体中的一热源，该热源加热该一定量空气，其在该热源与皮肤之间的空气中形成一温度梯度，以使用该受热空气把热量传给皮肤；
该空腔中的一独立窄带电磁辐射源，该窄带电磁辐射源用窄带电磁辐射照射该皮肤，从而选择性地加热所述目标组织，其中当该窄带电磁辐射源被激发时，所述窄带电磁辐射被设计成由所述目标组织选择性地吸收以将所述目标组织选择性地加热到高于周围组织的温度；
至少一功率源；及
一控制器，其将脉动功率传输给该热源和独立窄带电磁辐射源以使所述热源生成脉动热量及所述独立窄带电磁辐射源产生脉动电磁辐射。
2、按权利要求1所述的装置，其特征在于，包括：
一装在所述壳体上、检测所述皮肤的温度的传感单元。
3、按权利要求2所述的装置，其特征在于，所述传感单元包括至少一个检测所述皮肤的温度的光传感器，所述至少一个光传感器接收从位于所述壳体下方的所述皮肤的一区域发出的红外线辐射，检测所述红外线辐射的光强，然后把表示所述光强的信号提供给所述控制器。
4、按权利要求3所述的装置，其特征在于，该传感器接收经过一装在所述壳体中一孔的光元件红外线辐射。
5、按权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个光传感器包括一个红外线敏感的光二极管。
6、按权利要求2-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述传感单元包括至少一个接触所述皮肤以便检测所述皮肤的温度、把表示所述温度的信号提供给所述控制器的接触式温度传感器。
7、按权利要求6所述的装置，其特征在于，所述至少一个接触式温度传感器包括一热敏电阻。
8、按权利要求2-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，该控制器控制所述热源和所述电磁辐射源以响应所述检测温度，协调所述热源和所述电磁辐射源的启动次序。
9、按权利要求8所述的装置，其特征在于，该控制器为一可编程控制器。
10、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述控制器为具有一数据输入端的控制器，其可接收确定从多个治疗参数中选择的至少一个治疗参数，以便协调所述热源和所述窄带电磁辐射源中任一个的激发定时和持续时间的数据。
11、按权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括一个泵，该泵装在所述壳体上、在所述控制器的控制下把温度比所述一定量空气低的一冷却气体泵入所述壳体中取代由所述热源加热的所述一定量空气，从而防止所述皮肤过热。
12、按权利要求11所述的装置，其特征在于，激发所述热源后当所述皮肤达到预定温度时所述控制器激发所述泵。
13、按权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制器包括在其上存储所述多个治疗参数的一可移动存储装置，所述可移动存储装置可从所述控制器断开并取下以改变所述多个治疗参数的至少一个参数的值，然后重新与所述控制器连接。
14、按权利要求13所述的装置，其特征在于，所述存储装置为快闪存储装置、磁泡存储装置、EPROM存储装置、EEPROM存储装置、光存储装置、光-磁存储装置或磁存储装置。
15、按权利要求8所述的装置，其特征在于，包括一冷却单元，该冷却单元装在所述壳体上、在所述控制器的控制下冷却所述皮肤，防止所述皮肤过热。
16、按权利要求15所述的装置，其特征在于，激发所述热源后当所述皮肤达到预定温度时所述控制器激发所述冷却单元。
17、按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述热源与所述窄带电磁辐射源同时激发。
18、按权利要求8所述的装置，其特征在于，当皮肤温度达到40℃以上一预定温度时所述控制器激发所述窄带电磁辐射源。
19、按权利要求18所述的装置，其特征在于，所述预定温度为55℃-65℃。
20、按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制器在目标温度达到70℃-80℃时切断所述独立窄带电磁辐射源。
21、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述至少一个功率源包括至少一个电池、至少一个电容器和一电子控制电路。
22、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述至少一个功率源包括直流电源、至少一个电容器和一电子控制电路。
23、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述空腔除了通向皮肤的开口外为一封闭空腔。
24、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述热源还提供照射皮肤所述区域的脉动宽带光。
25、按权利要求24所述的装置，其特征在于，所述壳体还包括一反射所述脉动宽带光和所述窄带电磁辐射的反射器。
26、按权利要求24所述的装置，其特征在于，所述壳体的至少一部分涂有一层反射性材料，用来反射所述脉动宽带光和所述窄带电磁辐射。
27、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述热源为一闪光灯或一弧光放电灯。
28、按权利要求27所述的装置，其特征在于，所述闪光灯为一玻璃氙气灯。
29、按权利要求24所述的装置，其特征在于，所述闪光灯为一石英氙气灯；所述装置还包括一装在所述壳体上、位于所述闪光灯与所述开口之间的滤光器，用来吸收所述脉动宽带光的预选择部份，所述预选择部份包括对所述皮肤有害的紫外线辐射。
30、按权利要求27所述的装置，其特征在于，所述热源是一闪光灯且其中该闪光灯是可配置的。
31、按权利要求24所述的装置，其特征在于，所述窄带电磁辐射源包括一闪光灯或弧光放电灯和一装在所述壳体上、位于所述闪光灯与所述开口之间的滤光器，该滤光器用来吸收所述脉动宽带光的预选择部份、生成为所述目标组织选择性吸收的窄带电磁辐射。
32、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述独立窄带电磁辐射源发出波长为550-610nm的辐射。
33、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述壳体还包括一沿所述开口的周长装在所述壳体上的密封圈，从而在所述皮肤与所述热源之间形成一封闭空气腔。
34、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，该装置包括一延伸部份，所述延伸部份包括可装在所述开口上的第一端和可放置在所述皮肤上的第二端，所述延伸部份中有一穿孔界定所述皮肤的治疗区。
35、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述壳体用绝热材料制成。
36、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，该装置可握在手掌中。
37、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，该独立窄带电磁辐射源为一激光。
38、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，该控制器控制该热源以将一所要求量的热量提供给空气，以传送所述受热空气中的热量，其热足以把皮肤加热到40℃以上的温度。
39、按权利要求38所述的装置，其特征在于，所述温度为55℃-65℃。
40、按权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述热源可以相同量加热所述目标组织和围绕所述目标组织的组织。
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