CN1942147A - 借助于辐射束治疗皮肤的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助于辐射束(5)治疗皮肤(13)的设备(1)。这个设备包括用于产生辐射束的辐射源(9)、束出射窗口(15)、用于确定辐射束相对于皮肤的靶位置(22)的光学探测系统(31)、用于在靶位置中定位辐射束的束操纵装置(17)。所说辐射束和探测系统分别具有第一光轴(45)和第二光轴(47)。按照本发明，从辐射源(9)向束出射窗口(15)看，第一和第二光轴(45、47)在辐射源和束操纵装置(17)之间的一个位置(S)开始重合。结果，辐射束(5)引向皮肤(13)的光路和探测系统(31)确定靶位置(22)的光路都按照相同的方式由束操纵装置(17)操纵控制，以使在束操纵装置的光学部件位置的误差基本上不会影响设定靶位置(22)的精度。

Description

借助于辐射束治疗皮肤的设备

技术领域

本发明涉及借助于辐射束治疗皮肤的设备，这个设备包括用于产生辐射束的辐射源、束出射窗口、用于确定辐射束相对于皮肤的靶位置的光学探测系统、用于在靶位置中定位辐射束的束操纵装置，所说辐射束和探测系统分别具有第一和第二光轴。

背景技术

在本文开始段提到的这种类型的用于治疗皮肤的设备在WO00/62700中公开。这种已知的设备是一种借助于激光束脉冲切除或除去头发的设备。激光束是借助于设备中的激光源产生的。已知设备的束操纵装置包括两个可倾斜的反光镜，借助于反光镜可使激光束在两个相互垂直的X和Y方向偏转，这两个相互垂直的X和Y方向中的每一个都是平行于束出射窗口和皮肤表面延伸的。已知设备的光学探测系统包括一个照明部件，用于照明束出射窗口前面存在的一部分皮肤。由被照明的皮肤部分反射的光通过光学探测系统的CMOS图像传感器进行探测。已知的设备进一步还包括一个控制单元，用于控制激光源和束操纵装置的反光镜的倾斜位置。控制单元包括一个处理器，用于根据由图像传感器探测的皮肤图像确定激光束相对于皮肤的靶位置，即，激光束应该切下的所探测的头发的位置。控制单元向束操纵装置提供控制信号，控制信号对应于反光镜的期望倾斜位置，反光镜的期望倾斜位置对应于期望的靶位置。在调节反光镜的期望倾斜位置以后，控制单元激励激光源，从而可以在期望靶位置切掉探测到的头发。

鉴于要切掉的头发的直径相当小，所以靶位置的设定应该准确，应该借助于束操纵装置将激光束准确地定位在靶位置上。已知设备的缺点就是，例如由于设备的温度升高、制造容差、或者机械间隙(mechanical play)的原因，可能发生束操纵装置的反光镜的倾斜位置误差。作为所说误差的结果，使束操纵装置对于激光束的定位精度不够，从而激光束可能未达到由探测系统确定的靶位置。结果，可能使已知设备的效率受到影响，可能会增加不期望的副作用的发生，如皮肤刺激和损伤。

发明内容

本发明的一个目的是提供在本文开始段描述类型的用于治疗皮肤的设备，其中在借助于探测系统确定的靶位置中定位激光束的精度大幅度地提高，因而可以防止已知设备的上述缺点的发生。

为实现这项目的，按照本发明的用于治疗皮肤的设备的特征在于：从辐射源向束出射窗口看，第一和第二光轴在辐射源和束操纵装置之间的一个位置开始重合。由于辐射束的第一光轴和探测系统的第二光轴在辐射源和束操纵装置之间的位置开始重合，所以辐射束引向靶位置的光路和探测系统确定靶位置的光路都按照相同的方式由束操纵装置操纵控制。结果，如果在束操纵装置的光学部件的位置发生误差，所说的误差将要在由束操纵装置设定的辐射束相对于皮肤的位置导致第一误差，并且在由探测系统确定的靶位置导致基本上相同的第二误差。所说基本上相同的第一和第二误差相互补偿，以使在束操纵装置的光学部件位置的误差基本上不会导致由束操纵装置设定的辐射束相对于皮肤的位置和在由探测系统确定的靶位置之间的偏差。

按照本发明的设备的一个特定实施例的特征在于：所说设备在辐射源和束操纵装置之间的所说位置包括一个二向色分束器。二向色分束器是一个实际的光学部件，借助于这个光学部件，从束操纵装置向辐射源的方向看，辐射源和探测系统的光路构成一个必要的分路(split up)，并且借助于这个分路，从辐射源向束操纵装置的方向看，产生所说光路的一个必要的组合。

按照本发明的设备的一个特定实施例的特征在于：所说光学探测系统包括一个图像传感器，第二光轴从图像传感器向束出射窗口延伸。在这个实施例中，使用这个图像传感器产生皮肤的位于束出射窗口之前的一个部分的图像。如果所说设备例如用作剪短或切断头发的设备，则从所说的图像通过设备的控制单元确定在所说皮肤部分上存在的头发的位置和方向。从头发的所说位置和方向，控制单元确定辐射束的一系列连续的靶位置，并且将所说束操纵装置调节到与所说靶位置对应的一系列连续的位置。

按照本发明的设备的一个特定实施例的特征在于：所说光学探测系统包括用于产生辅助辐射束的辅助辐射源和用于探测在辅助辐射束影响下来自头发的特征光学信号的探测器，第二光轴从辅助辐射源向束出射窗口延伸。在这个实施例中，所说设备是用作剪短或切断头发的设备。探测系统的所说探测器最好安排在靠近束出射窗口的地方。由于辐射束的第一光轴和探测系统的第二光轴在辐射源和束操纵装置之间的一个位置开始重合，所以，如果辐射源接通，则辅助辐射束总是在辐射束会击中皮肤的一个位置击中皮肤。如果辅助辐射束击中头发，所说头发例如将会发出或反射所说特征光学信号，这个特征光学信号将立即由探测系统的所说探测器检测到。在检测到所说特征光学信号时，辐射源受到激励，产生辐射脉冲，所说辐射脉冲在借助于辅助辐射束探测到的位置击中头发。

按照本发明的设备的另一个实施例的特征在于：所说探测器是一个双光子荧光探测器，用于探测在辅助辐射束影响下由头发发出的特征双光子荧光信号。借助于特征双光子荧光信号，可以以实际和可靠的方式区分头发，使探测系统具有高可靠性。

按照本发明的设备的一个特定实施例的特征在于：所说设备是用作剪短头发的设备，其中的辐射源是一个激光源。

附图说明

下面参照附图详细描述按照本发明的用于治疗皮肤的设备的实施例，其中：

图1示意地表示按照本发明的用于治疗皮肤的设备的第一实施例；

图2示意地表示按照本发明的用于治疗皮肤的设备的第二实施例。

具体实施方式

图1表示按照本发明的用于治疗皮肤的设备的第一实施例。设备1是一种借助于激光束5剪短或切断从人的皮肤生长出来的头发3的设备。设备1包括一个外壳7，用于容纳产生激光光束5的激光源9。外壳7包括皮肤接触表面10和一个把手11。在操作期间，皮肤接触表面10靠紧皮肤3。激光光束5经过设置在皮肤接触表面10里的束出射窗口15离开外壳7。

外壳7进一步还包括一个束操纵装置17，束操纵装置17包括用于在靶位置22中相对于皮肤13定位激光光束5的第一和第二倾斜的可摇动反光镜19、21。第一反光镜19借助于第一电驱动装置25可围绕第一倾斜轴23摇动，第二反光镜21借助于第二电驱动装置29可围绕第二倾斜轴27摇动。第一倾斜轴23沿第一反光镜19的镜面延伸并且平行于Y方向，即，沿平行于皮肤接触表面10的方向延伸。第二倾斜轴27沿第二反光镜21的镜面延伸并且垂直于Y方向。经过第一和第二反光镜19、21向束出射窗口15引导并反射由激光光源9产生的激光光束5。第一反光镜19的倾斜移动导致激光光束5的靶位置22在皮肤13上产生平行于X方向的位移，即，平行于皮肤接触表面10并且垂直于Y方向延伸。第二反光镜21的倾斜移动导致激光光束5的靶位置22在皮肤13上产生平行于Y方向的位移。

外壳7进一步还包括一个光学探测系统31，用于确定激光光束5相对于皮肤13的靶位置22。光学探测系统31包括一个光源33，用于产生可见光谱部分的光束35，照明在束出射窗口15的前方存在的皮肤13的一个部分。经过第一和第二反光镜19、21，并且经过设置在束操纵装置17的激光光源9和第一反光镜19之间的一个位置的二向色分束器41，向光学探测系统31的CMOS图像传感器39引导并反射由照明的皮肤13反射的光束37。二向色分束器41对于激光光束5来说是透明的，激光光束5的波长在近红外光谱区，二向色分束器41对于可见光谱部分是反射性的。要说明的是，除了二向色分束器以外，还可以使用其它类型的分束器，如偏振光束分光器。

CMOS图像传感器39产生输出信号u_s，它对应于在束出射窗口15的前方存在的皮肤13的部分的图像。输出信号u_s提供给设备1的电控制单元43，用于控制第一和第二反光镜10、21的倾斜位置以及激光光源9的操作。控制单元43根据图像识别方法从输出信号u_s确定在束出射窗口15的前方的皮肤13部分存在的头发3的位置和取向。控制单元43根据头发3的位置和取向确定激光光束5在头发3上的一系列连续靶位置22，即，在头发3上的一系列连续位置，其中激光光源9应该产生激光脉冲以切断头发3。在这里不再描述有关控制单元43和图像识别方法的另外的细节。可以参照WO-A-00/62799，其中描述了控制单元和图像识别方法的实施例，它们也可以用在设备1中。控制单元43产生：提供给第一驱动装置25并且对应于期望的靶位置22的X位置的第一输出信号u_M1，提供给第二驱动装置29并且对应于期望的靶位置22的Y位置的第二输出信号u_M2，提供给激光光源9以便激励激光光源9的第三输出信号u_LS。对于根据信号u_s确定的每个期望的靶位置22，控制单元43将第一和第二反光镜19、21调节到与所说的期望靶位置22对应的位置，在反光镜19、21调节之后，控制单元43激励激光光源9，以便产生在所说靶位置22具有足以切断头发3的脉冲的持续时间和能量密度的激光脉冲。

激光光束5具有第一光轴45，第一光轴45从激光光源9开始经过分束器41并且经过束操纵装置17的第一和第二反光镜19、21向束出射窗口15延伸。光学探测系统31有一个第二光轴47，第二光轴47从图像传感器39开始经过分束器41并且经过束操纵装置17的第一和第二反光镜19、21向束出射窗口15延伸。按照本发明，将设备1的光学部件的相互位置关系安排成如下形式：从激光光源9向束出射窗口15看，第一光轴45和第二光轴47在激光光源9和束出射窗口17之间的一个位置开始重合。在设备1的第一实施例中，本发明实现为：第一光轴45的部分49和第二光轴47的部分51是彼此相对地垂直的，所说部分49在激光光源8和二向色分束器41之间延伸，所说部分51在图像传感器39和二向色分束器41之间延伸；二向色分束器41通过所说的两个部分49、51的交点S延伸，并且将所说二向色分束器41安排成相对于所说的部分49和51中的每一个部分都成45度的角度。结果，向束出射窗口15看，第一和第二光轴45、47在所说的交点S开始重合，即，第一和第二光轴45、47在交点S和第一反光镜19之间、在第一反光镜19和第二反光镜21之间、进而从第二反光镜21朝向束出射窗口15并且越过束出射窗口15是重合的。由于第一和第二光轴45、47从所说交点S开始是重合的，并且向束出射窗口15看所说交点S存在在束操纵装置17的前方，所以由图像传感器39检测到的激光光束5和光束37受到束操纵装置17相同的操纵控制。如果例如由于设备1的温度升高、制造容差、或机械间隙的原因发生反光镜19、21的倾斜位置的误差，即，如果信号u_M1和u_M2的某些预定值没有准确地导致反光镜19、21的所需的预定调节量，所说误差将导致在实际由束操纵装置17设定的激光光束5的靶位置22的第一误差，并且将导致由控制单元43根据由探测系统31探测的图像确定的靶位置的第二误差。由于激光光束5和光束37受到束操纵装置17的相同的操纵控制，所以所说第一和所说第二误差基本上相同，并且相互补偿。结果，反光镜19、21的倾斜位置误差基本上不会导致由控制单元43、探测系统31确定的靶位置和由来操纵装置17实际设定的靶位置之间的偏差。因此，借助于束操纵装置17可以准确地设定靶位置，因而在相当大的程度上减小了激光光束5未达到头发3上的靶位置的风险。

图2表示按照本发明的用于治疗皮肤的设备1’的第二实施例。与以前描述的设备1类似，设备1’是一个借助于激光光束5’剪短或切断由人的皮肤13’生长的头发3’的设备。在图2中，用对应的参考数字表示与以前描述的设备1对应的设备1’的部分。对于这些对应的部分将不做进一步的讨论。下面只讨论设备1和设备1’之间的主要差别。

设备1’包括一个束操纵装置17’，束操纵装置17’具有第一反光镜53和第二反光镜21’，第二反光镜21’与设备1的第二反光镜21基本上相同。第一反光镜53是一个多边形反光镜，借助于电机57第一反光镜53可以围绕平行于Y方向延伸的转动轴55转动。经过第一和第二反光镜53、21’向束出射窗口15’引导并反射由激光光源9’产生的激光光束5’。多边形反光镜53的转动导致激光光束5’的靶位置22’在皮肤13’上经过平行于X方向的扫描路径的扫描移动，同时第二反光镜21’的倾斜移动导致所说扫描路径的平行于Y方向的位移。

所说设备1’进一步还包括一个光学探测系统31’，用于确定激光光束5’的靶位置22’，其中的激光光源9’应该是接通的。光学探测系统31’包括一个辅助激光光源59，用于产生辅助激光光束61。经过二向色分束器41’并且经过第一和第二反光镜53、21’向束出射窗口15’引导并反射辅助激光光束61。二向色分束器41’对于激光光束5’是透明的，激光光束5’的波长在近红外光谱区，但二向色分束器41’对于辅助激光光束61是反射性的。探测系统31’具有第二光轴47’，第二光轴47’从辅助激光光源59开始经过分束器41’并且经过第一和第二反光镜53、21’向束出射窗口15’延伸。与设备1类似，设备1’的光学部件的相互位置关系应该安排成这样的：从激光光源9’向束出射窗口15’看，激光光束5’的第一光轴45’和探测系统31’的第二光轴47’在激光光源9’和束操纵装置17’之间的一个位置开始重合，即，在图中所示的实施例中，在第一光轴45’和第二光轴47’的相互垂直部分49’和51’的交点S’开始重合。结果，激光光束5’和辅助激光光束61按照相同的方式由束操纵装置17’操纵控制，因而激光光束5’相对于皮肤13’的靶位置22’和辅助激光光束61相对于皮肤13’的靶位置63总是重合的。

探测系统31’进一步还包括一个探测器65，用于探测在辅助激光光束61的影响下由头发发出的特征双光子荧光信号。探测器65的安排位置靠近束出射窗口15’。

设备1’进一步还包括一个控制单元43’，控制单元43’控制第一反光镜53的转速、第二反光镜21’的倾斜位置、和激光光源9’的操作。在操作期间，控制单元43’产生提供给第一反光镜53的电机57的并且对应于靶位置22’、63在皮肤13’上平行于X方向的期望扫描速度的第一输出信号u_M1。控制单元43’进一步还产生提供给第二反光镜21’的电驱动装置29’并且对应于靶位置22’、63的扫描装路径的期望Y位置的第二输出信号u_M2。在靶位置22’、63平行于X方向的每个完整的扫描移动之后，这对应于第一反光镜53在60度角上转动因为第一反光镜53具有6个小面，扫描路径在平行于Y方向有一个相当小距离的调节。以此方式。按照预定的线图案扫描了皮肤13’的在束出射窗口15’前边存在的部分。

在扫描期间，辅助激光光源59产生辅助激光光束61，它是一个连续脉冲的激光光束，它的频率对于扫描目的是足够高的。当在扫描期间辅助激光光束61击中皮肤13’上存在的头发3’的时候，在击中的辅助激光光束61的影响下，头发3’发出特征双光子荧光信号。双光子荧光探的原理通常是已知，例如从显微镜技术领域可知，在这里对此不作进一步的解释。本领域的普通技术人员还能够确定为得到来自头发3’的期望双光子荧光信号所必需的波长、能量密度、和辅助激光光源59的聚焦直径。由头发3’发出的双光子荧光信号的光谱是头发组织的特性曲线。所说信号由探测器65探测，探测器65向控制单元43’提供输出信号u_D。控制单元43’根据输出信号u_D一旦探测到头发3’的存在，控制单元43’经过它的第三输出信号u_LS激励激光光源9’，从而使激光光源9’在与辅助激光光束61的靶位置63重合的靶位置22’产生激光脉冲，并且使头发3’在所说靶位置22’被切断。设备1’的控制单元43’比设备1的控制单元43简单快速得多，因为控制单元43’不必分析和解释在束出射窗口15’前边存在的皮肤部分的十分复杂的图像，而设备1的控制单元43则应该这样做。

要说明的是，代替设计成探测特征双光子荧光信号，可以按照另一种方式将辅助激光光源59和光学探测系统31’的探测器65设计成检测在击中的辅助激光光束的影响下来自头发的另外一种特征光学信号。一个例子是，光学信号是头发组织的光学吸收性质的特征。

最后要说明的是，本发明还要覆盖借助于辐射束治疗皮肤的其它类型的设备。这样一些设备的例子是用于医学治疗或美容处理胎记、牛皮癣或者在皮肤内存在的血管变形的设备，胎记例如有在皮肤上存在的紫褐痣(naevus vinosus)和色素痣(naevus pigmentosus)，在皮肤内存在的血管变形例如有曲张静脉。

Claims (6)

1、一种借助于辐射束治疗皮肤的设备，这个设备包括用于产生辐射束的辐射源、束出射窗口、用于确定辐射束相对于皮肤的靶位置的光学探测系统、用于在靶位置中定位辐射束的束操纵装置，所说辐射束和探测系统分别具有第一和第二光轴，其特征在于：从辐射源向束出射窗口看，第一和第二光轴在辐射源和束操纵装置之间的一个位置开始重合。

2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所说设备包括在所说辐射源和束操纵装置之间的位置的一个二向色分束器。

3、根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所说光学探测系统包括一个图像传感器，第二光轴从图像传感器向束出射窗口延伸。

4、根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所说光学探测系统包括用于产生辅助辐射束的辅助辐射源和用于探测在辅助辐射束影响下来自头发的特征光学信号的探测器，第二光轴从辅助辐射源向束出射窗口延伸。

5、根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所说探测器是一个双光子荧光探测器，用于探测在辅助辐射束影响下由头发发出的特征双光子荧光信号。

6、根据权利要求1、2、3、4、或5所述的设备，其特征在于：所说设备是用作剪短头发的设备，其中的辐射源是一个激光光源。

Images