JP2015110023A - 光に基づく皮膚科治療装置の電源 - Google Patents

Abstract

【課題】皮膚領域で所望の美容効果の達成を促進するのに十分な光学放射線を放出し、装置の動作時に発生する不要な熱から皮膚領域内の皮膚表面を保護する皮膚科治療装置を提供する。【解決手段】皮膚科治療装置１００は、皮膚領域において所望の美容効果の達成を促進するのに十分な光エネルギーを放出可能な少なくとも1つのパルス可能フラッシュランプ１１２と、間に封止空間を具備した第1ペインと第2ペインを備えた窓とを含み、第1ペインは、皮膚領域の皮膚表面に当接させるためのヒドロキシル成分を備えた光学的に透明な材料からなり、ヒドロキシル成分は0ppmを上回り約5ppm以下であり、第2ペインは、フラッシュランプの2000ナノメートルを上回る赤外線放射の少なくとも一部を吸収する光学的に透明な材料からなり、窓が、装置の動作時に発生する熱の少なくも一部から皮膚表面を断熱する。【選択図】図１

Description

（関連出願）
本願は、2009年10月16日付けで提出された米国仮特許出願第61/252,369号の優先権及び利益を主張し、その全体はここに引用して援用する。また、本願は、2008年3月27日付けで提出された米国特許出願第12/056,612号及び2009年10月8日付けで提出された米国意匠出願第29/345,041号に関連したもので、これら出願は引用してその全体を援用する。

（技術分野）
ここに開示された技術は、概して、光に基づいた皮膚科治療装置のための電源設計に関し、より詳細にはフラッシュランプを繰り返しパルス動作(pulsing)させて、荷電コンデンサによって電気エネルギーが実質的に供給されなくても、こうした治療装置において所望する量の治療光エネルギーを放出可能なスイッチング電源回路に関する。

電磁エネルギーは、長年にわたって広範囲の医学用途で使用されてきた。皮膚科学の分野では、レーザ、フラッシュランプ/超短パルス光システム(IPL)、及び他の電磁放射源(特に光学放射波長帯における)がこれまで皮膚科治療装置に使用され、永久/一時的な脱毛、毛髪の再成長促進、血管及び色素沈着した外傷治療、しわを目立たなくすること、アクネの治療、いぼの除去、あざの外観の改善、皮膚の硬化、皮膚表面の改善、セリュライト除去、入れ墨の除去等が行われてきた。こうした治療に適用される光に基づいた皮膚科治療装置は、通常、治療的レベルの光エネルギーを制御された様態で放出するよう設計されており、皮膚の一領域に照射された1つまたは複数の光パルスが、所望の治療結果をもたらすための所定のフルーエンスレベル、波長領域、パルス持続時間、及びパルス間遅延を備えるようにするものである。放出される光エネルギーのこれらパラメータを適切に制御しないと、有効性を損ね且つ/または対象/対象外組織に過大な損傷を与えることがある。

IPLに基づく皮膚科治療装置は、典型的には、パルス形成回路(本明細書ではパルス駆動回路とも呼ぶ)を備えたスイッチング電源装置を使用する。残念なことに、従来のパルス形成回路は、1つまたは複数のフラッシュランプに放電されるとフラッシュランプをパルス動作させて、治療に効果的な量の光エネルギーを放出させる一次電気エネルギーを与える1つまたは複数の大型コンデンサに依存する。これらの比較的大型のコンデンサのサイズ、重量、及びコストのため、治療装置はかさばり且つ高価なものとなってしまう。従って、より小型且つ軽量で費用対効果の大きい皮膚科治療装置を、特にこうした側面にとりわけ関心が高い消費者市場において開発するために継続的な研究開発が必要である。

ここに開示された技術に従って製造されたスイッチング電源は、比較的大型の容量性素子のサイズ、重量、及びコストの制限を受けることなく、IPLに基づく皮膚科治療装置のフラッシュランプを所望の治療効果を達成するのに十分なレベルで駆動/パルス動作させることができる。前記皮膚科治療装置の前記フラッシュランプを駆動して、交流線源の波形における特定地点に位置合わせされた比較的小さい光パルスシーケンスを放出させることによって(フルーエンス及び/またはパルス持続期間に対して「小さい」)、この改良型電源は、周囲の組織に望ましくない損傷を与えることなく、皮膚領域の標的発色団(例えば、メラニン)を治療的に加熱するのに十分な総計光エネルギーを供給できるだけでなく、対応する電気エネルギーを実質的に荷電コンデンサから得る必要がないという付加的利点を提供する。結果として、開示した技術を組み込んだ皮膚科治療装置のサイズ、重量、及びコストは大きく減少させることができる。

例示的な一実施形態では、開示した技術の少なくと幾つかの側面は、永久的/一時的脱毛、しわ減少、アクネ減少、いぼ除去、毛髪成長の増大、血管及び色素沈着した外傷の軽減、あざの外観の軽減、皮膚の硬化、セリュライト減少などの、標的皮膚領域に所望の美容効果の達成を促進するよう構成された皮膚科治療装置において実現できる。前記改良型装置は、前記所望の美容効果の達成を促進するのに十分な光エネルギーを放出可能な1つまたは複数のパルス可能フラッシュランプを含むことができる。前記フラッシュランプは、所望の発光スペクトルピークを示す希ガスで加圧することが好ましく、例えば、キセノン及び/またはクリプトンによって、且つ0.5気圧以上、1気圧以上とすることができる。幾つかの実施形態では、前記フラッシュランプで放出される前記光エネルギーの少なくとも一部は、2平方センチメートル以上の皮膚接触表面を備えた光学的に透明な皮膚接触要素を介して前記皮膚領域に伝達できる。前記装置は、少なくとも交流線電圧検出器と、パルス駆動回路と、制御回路とを備えたスイッチング電源をさらに含む。

前記交流線電圧検出器は交流線源と電気連通していると共に、前記交流線の電圧が、最小動作電圧閾値に一致するか上回るときを示すデューティサイクルを備えた信号を動的に生成する。前記デューティサイクルは、前記交流線源が高ライン交流電圧か低ライン交流電圧のいずれを供給しているかを確認するのに有用である。前記交流線電圧検出器により生成される前記信号は、前記交流線源の周波数を示すこともできる。

前記パルス駆動回路は前記フラッシュランプ及び前記交流線源と電気連通していると共に、荷電コンデンサから相当量の電気エネルギーを受け取ることなく、そのシマー状態時に前記フラッシュランプをパルス動作させるに十分な電気エネルギーを供給する。前記パルス駆動回路から前記フラッシュランプに供給される前記電気エネルギーの1つまたは複数の特性(例えば、電流レベル、電流パルス持続時間、及び/またはパルス間遅延間隔)は、前記交流線電圧検出器によって生成された前記信号の前記デューティサイクルに少なくとも部分的に基づいている。結果的に、前記デューティサイクルまたは前記デューティサイクルの逆数は、前記放出された光エネルギーのパルス幅に実質的に対応可能である。例えば、前記最小動作電圧閾値を上回る前記交流線電圧の前記デューティサイクルは、前記放出される光エネルギーのパルス幅と実質的に同じかそれを上回ることができる。さらに、前記パルス駆動回路は、前記装置により生成される電磁放射が前記交流線源に及ぼす影響を緩和する濾過回路と、前記交流線源によって供給される前記電気エネルギーを整流する整流器回路と、前記フラッシュランプにおける前記電流の示度を与える電流センサと、前記整流電気エネルギーを受け取ると共に、前記制御回路の制御下で対応する調整電流を前記フラッシュランプに供給するバックレギュレータ回路と、前記整流器及び前記バックレギュレータと電気連通したスイッチであって、前記整流電気エネルギーを前記バックレギュレータに選択的に伝達可能とするスイッチとを含むことができる。

前記制御回路は、前記パルス駆動回路及び前記交流線電圧検出器と電気連通していると共に、前記フラッシュランプをパルス動作させるのに十分な電気エネルギーを前記パルス駆動回路から選択的に伝達可能として、前記フラッシュランプに前記所望の美容効果の達成を促進するのに十分な治療的な量の光エネルギーを放出させる。前記選択的伝達は、前記電圧検出器によって発生される前記信号に少なくとも部分的に基づいている。さらに、前記制御回路は、前記スイッチ及び前記電流センサと電気連通したコンパレータであって、前記電流センサからの前記示度と基準電圧との比較に基づいて前記スイッチを制御するための信号を生成するコンパレータと、前記交流線電圧検出器及び前記コンパレータと電気連通したマイクロプロセッサであって、前記電圧検出器により発生された前記信号の前記デューティサイクルに少なくとも部分的に基づいて前記基準電圧のレベルを求めるマイクロプロセッサとを含んでもよい。前記マイクロプロセッサは、前記フラッシュランプが確実に所望のフルーエンス範囲内で光エネルギーを放出するように前記基準電圧を修正する。前記マイクロプロセッサは、前記装置における冷却システム故障と、高温状態と、ユーザ入力と、前記装置による前記皮膚領域の少なくとも1つの表面への物理的接触を維持できないことと、不適切な構成状態と、及び/または保守状態に応答して前記パルス駆動回路を動作不能にすることもできる。

前記皮膚科治療装置は、前記フラッシュランプがそのシマー状態を維持できる程度の低電流密度を前記フラッシュランプに供給するシマー回路をさらに含むこともできる。前記パルス駆動回路内のダイオードを用いて、前記シマー状態時に与えられる不要な電気エネルギーが前記パルス駆動回路に入り、前記パルス駆動回路の他の要素に実質的に影響を与えるのを防ぐことができる。前記装置は、前記シマー状態の始めに前記フラッシュランプ内でイオン化を開始するのに十分な電気エネルギーを前記フラッシュランプに供給するトリガ回路をさらに含む。

前記皮膚科治療装置を構成して、前記制御回路が前記パルス駆動回路を動作可能として、前記フラッシュランプを所定の光パルスのシーケンスでパルス動作させるのが好ましい。前記光パルスのシーケンスは、約1マイクロ秒と17ミリ秒との間の(好適には60ヘルツの交流線源に接続されたシステムでは約4乃至6ミリ秒との間で、50ヘルツの交流線源に接続されたシステムでは約4乃至8ミリ秒との間)個別パルス持続時間を備えた1つまたは複数の光パルス(好適には少なくとも3つの光パルス)を含むことができ、これらパルスは、例えば、前記皮膚領域内の標的の熱緩和時間より短いパルス間遅延間隔、非標的組織(例えば、表皮)の熱緩和時間と少なくとも同じ長さのパルス間遅延間隔、及び/または前記皮膚領域に関連付けられた皮膚タイプに少なくとも部分的に基づくパルス間遅延間隔によって分離されている。幾つかの実施形態では、前記光パルスシーケンスは毎秒一回以上繰り返される(好適には、0.5乃至0.75秒毎に繰り返される)。他の実施形態では、前記光パルスシーケンスは毎秒一回を上回る頻度で繰り返される(好適には、2秒以上毎に繰り返される)。幾つかの実施形態では、前記パルスシーケンスは、例えば、前記フラッシュランプを収容する手持ちハウジング内の1つまたは複数の温度測定値に基づいて可変間隔で繰り返される。

さらに、前記光パルスのシーケンスは、皮膚領域内の所望の美容効果に合わせて調整されるのが好ましい。一時的な脱毛が望ましい例示的な動作では、前記装置を構成することで、個別パルス幅を約3-8ミリ秒とし且つパルス間遅延間隔を約3-15ミリ秒とし、少なくとも約850-1000ナノメートル範囲の波長を含んだ光パスルのシーケンスが、約5-10J/cm²(好適には6- 8.5J/cm²)の総計フルーエンスを標的皮膚領域に供給できる。

別の例示的な実施形態では、開示した技術の少なくとも幾つかの側面は、1つまたは複数のパルス可能フラッシュランプと、交流線電圧検出器と、制御回路とを含む皮膚科治療装置において実現できる。前記フラッシュランプは、皮膚領域において所望の美容効果の達成を促進するのに十分な光エネルギーを放出可能とするように選択される。前記交流線電圧検出器は、交流線電圧が最小動作電圧閾値を上回るときを示すデューティサイクルを備えた信号を動的に生成する。前記最小動作電圧閾値は、前記皮膚領域に治療効果のある量の光エネルギーを放出させるように(シマー状態にある期間に)前記フラッシュランプをパルス駆動するに十分な電気エネルギーレベルに対応する。前記制御回路は、前記交流線電圧検出器と電気連通していると共に、前記交流線電圧検出器によって前記発生された信号に少なくとも部分的に基づいて、所望の電流を前記フラッシュランプに選択的に伝達可能とする。

さらに別の例示的な実施形態では、開示した技術の少なくとも幾つかの側面は、1つまたは複数のパルス可能フラッシュランプと、メモリと、パルス駆動回路とを含む皮膚科治療装置において実現できる。前記フラッシュランプは、皮膚領域において所望の美容効果の達成を促進するのに十分な光エネルギーを放出可能とするように選択される。前記メモリは、前記フラッシュランプの1つまたは複数の特性を示す1つまたは複数の所定値を記憶する。前記パルス駆動回路は前記フラッシュランプと電気連通すると共に、治療効果のある量の光エネルギーを前記皮膚領域に放出させるように(シマー状態にある期間に)前記フラッシュランプを繰り返しパルス駆動する。前記パルス駆動回路によって前記フラッシュランプに供給される前記電気エネルギーは、荷電コンデンサからの電気エネルギーを実質的に含まず、前記メモリに記憶された前記所定値に少なくとも部分的に基づいている。

さらに別の例示的な実施形態では、開示した技術の少なくとも幾つかの側面は、1つまたは複数のパルス可能フラッシュランプと、メモリと、スイッチング電源とを含む皮膚科治療装置において実現できる。前記メモリは、前記フラッシュランプの1つまたは複数の特性を示す1つまたは複数の所定値を記憶する。前記スイッチング電源は、コンデンサ再電荷期間によって制限されず且つ荷電コンデンサから電気エネルギーに実質的に依存することなく、皮膚領域で所望の美容効果の達成を促進するのに十分な光パルスのシーケンスを放出させる電気エネルギーを用いて、前記フラッシュランプを繰り返しパルス動作させることができる。さらに、前記スイッチング電源により供給される電気エネルギーの量は、前記メモリに記憶された前記所定値に少なくとも部分的に基づいている。

さらに別の例示的な実施形態では、開示した技術の少なくとも幾つかの側面は、1つまたは複数のパルス可能フラッシュランプと、交流線電圧検出器と、パルス駆動回路とを含む皮膚科治療装置において実現できる。前記交流線電圧検出器は交流線源と電気連通していると共に、前記交流線電圧が最小動作電圧閾値に一致するか、上回るか、下回るときに関する示度を動的に生成する。前記パルス駆動回路は、パルス電気エネルギーを前記ランプ供給すると、これが前記フラッシュランプを駆動して、皮膚領域で所望の美容効果の達成を促進するのに十分なパルス光エネルギーを放出させる。前記パルス光エネルギーのパルス幅は、前記交流線電圧検出器によって生成された前記示度に基づいて可変としてよい。

さらに別の例示的な実施形態では、開示した技術の少なくとも幾つかの側面は、光学放射線源(例えば、1つまたは複数のレーザ、発光ダイオード、フラッシュランプ、及び/または他の種類のランプまたは発光素子)と、前記光学放射線源を収容した手持ちハウジングと、前記ハウジング内で1つまたは複数の温度を感知する温度センサ(こうした温度が前記光学放射線源の動作に実質的に影響する場合)と、前記光学放射線源を駆動する電源回路と、少なくとも前記感知温度に基づいて前記電源を制御する制御回路とを含む、皮膚科治療装置において実現できる。より具体的には、前記電源回路は、前記光学放射線源を繰り返しパルス動作させて、前記光学放射線源に、皮膚領域において所望の美容効果の達成を促進するのに十分な第1光パルスシーケンスを放出させることができる。さらに、前記制御回路は、前記光学放射線源をパルス動作させて第2光パルスシーケンスを放出させるよう前記電源回路を選択的に動作可能であり、前記第1光シーケンスと前記第2光シーケンスとの間の時間間隔が、前記温度センサによって前記手持ちハウジング内で感知された1つまたは複数の温度に基づいて可変である。

さらに別の例示的な実施形態では、開示した技術の少なくとも幾つかの側面は、1つまたは複数のフラッシュランプと、前記フラッシュランプの1つまたは複数の特性を示す1つまたは複数の所定値を記憶するメモリ(例えばEEPROM)と、前記フラッシュランプ及び前記メモリを収容すると共に、前記フラッシュランプの定期的な交換を容易にする交換可能カートリッジと、前記フラッシュランプを作動させ、皮膚領域において所望の美容効果の達成を促進するのに十分な光学放射線を放出させうる電源と、前記電源及び前記メモリと連通した制御回路であって、前記電源に、前記フラッシュランプに供給される電流を、前記メモリに記憶された前記所定値に少なくとも部分的に基づいて定期的に増加させる制御回路とを含む皮膚科治療装置において実現できる。前記メモリに記憶された1つまたは複数の所定値は、前記フラッシュランプの老化特性(例えば光出力の漸次低下)及び/または前記フラッシュランプの効率を示す1つまたは複数の所定値を記憶する。

さらに別の例示的な実施形態では、開示した技術の少なくとも幾つかの側面は、光に基づく皮膚科治療装置用の交換可能カートリッジにおいて実現でき、そうした交換可能カートリッジは、1つまたは複数のフラッシュランプと、前記フラッシュランプに機械的に結合されたメモリとを含む(機械的結合は、例えば、前記フラッシュランプと前記メモリとの相対位置を維持する前記カートリッジのハウジングを用いて達成できる)。前記メモリは、老化特性、効率、前記フラッシュランプが放出する濾過波長の範囲(前記交換可能カートリッジが特定範囲の皮膚の色または皮膚タイプに合わせて設計されていることが好ましい場合)、前記フラッシュランプの最大フラッシュカウント、及び/または皮膚領域で所望の美容効果の達成を促進するのに十分な光学放射線を放出させるよう前記フラッシュランプを駆動するのに必要な初期電流量などの、前記フラッシュランプの1つまたは複数の特性を示す1つまたは複数の所定値及び/または動的に生成される値を記憶する。メモリに記憶された所定値は、前記交換可能カートリッジ内に収容された前記フラッシュランプがこうした交換可能カートリッジでの使用を承認されていることを示すこともできる。前記交換可能カートリッジの前記ハウジングは、前記フラッシュランプ及び前記メモリを収容し、さらに、よろい及びヘリンボン断面を示す孔部分を備え、前記孔部分は前記フラッシュランプの冷却を促進しつつ、同時に前記フラッシュランプの電極端部から漏れ出す光放出の少なくとも一部を遮断する。

さらに別の例示的な実施形態では、開示した技術の少なくとも幾つかの側面は、皮膚科治療装置において実現することができ、前記装置は、皮膚領域で所望の美容効果の達成を促進するのに十分な光学放射線を放出可能な1つまたは複数のパルス可能フラッシュランプとともに、前記装置の動作時に発生する不要な熱の少なくとも一部から前記皮膚領域内の皮膚表面を断熱するよう適合されている窓とを含む。前記窓は光学的に透明な材料製の第1ペイン及び第2ペインであって、それらの間に封止空間が画定された第1ペイン及び第2ペインを含む。前記第2ペインは、約600ナノメートル未満の波長を備えた光放出の少なくとも一部を前記フラッシュランプに反射して戻す反射コーティングを含むことができ、前記コーティングは、前記フラッシュランプの赤外線放射の少なくとも一部(例えば、約2000ナノメートルを上回るもの)を吸収する光学的に透明な材料からなるのが好ましい。前記第1ペインは、好適には約5ppm以下のヒドロキシル成分を備えた光学的に透明な材料からなり、前記装置の治療を受ける前記皮膚領域の皮膚表面に当接するよう適合されている。前記2枚のペインの間にある前記封止空間は、真空、一定量の空気、または他の気体を封入すればよい。

さらに別の例示的な実施形態では、開示した技術の少なくとも幾つかの側面は、皮膚領域で所望の美容効果の達成を促進するのに十分な光学放射線をパルス状態の期間に放出可能な1つまたは複数のパルス可能フラッシュランプと共に、反射体と、光導波路と、光学的に透明な窓とを含む皮膚科治療装置において実現できる。前記反射体は前記フラッシュランプに光学結合されると共に、前記フラッシュランプにより放出される前記光エネルギーの少なくとも一部を反射するよう適合されている。前記光導波路は前記反射体に光学結合されると共に、前記反射体から反射される前記光エネルギーの少なくとも一部を伝達するよう適合されている。前記光学的に透明な窓は前記光導波路に光学結合されると共に、前記光導波路により伝達される前記光エネルギーの少なくとも一部を受け取るよう適合されている。前記光導波路は、前記フラッシュランプがパルス状態でないときは前記反射体及び/または前記窓から所定の距離で通常は離間されているが、この距離は、前記フラッシュランプがそのパルス状態にあるときは実質的に減少し、幾つかの実施形態では、実質的に除去される(例えば、1つまたは複数の超短パルス光シーケンスを放射しているとき)。前記フラッシュランプが光パルスシーケンスを放出していないときに前記距離を所定値に維持することで前記装置の冷却が促進され、前記光パルスシーケンスの放出時には前記距離を実質に減少させることで、前記装置の一部の冷却を一時的に減少させるという犠牲を払いつつ前記装置の光学的な効率を向上させる。

添付した図面と組み合わせれば、上述の説明は、開示した技術の次の詳細な説明からより完全に理解できるはずであり、同一または関連した参照番号は様々な図面で類似要素に関して使用されている。
図1は、開示した技術に従って製造し且つ動作可能な例示的な皮膚科治療装置の三次元透視図を示す。 (2A)-（2G） 図1の皮膚科治療装置において使用可能なデュアルフラッシュランプを備えた例示的な交換可能ライトカートリッジの様々な透視図を示し、（A）及び(B)はカートリッジの前部を示し、(C)及び(E)は幾つかの例示的なピン配列構成を備えたカートリッジに示し、(F)-(G)は、よろい孔またはヘリンボン形状孔を備えたカートリッジの断面図を示す。 (3A)-(3E) 交換可能ライトカートリッジが単一フラッシュランプを収容すること以外は図2(A)-(E)と概ね同一である。 開示した技術に従って動作する例示的なスイッチング電源を組み込んだ皮膚科治療装置のハイレベルシステム図を示す。 開示した技術の実施形態に従って図4のスイッチング電源を動作させるための例示的な方法論のフローチャートを示す。 図4の皮膚科治療装置を動作するのに十分な最小動作電圧閾値に関する、整流された交流線源に現れる高ライン及び低ライン交流状態を示す信号グラフである。 図7は、図6の整流された交流線源の周波数及び高/低ライン交流状態を示す、交流線電圧により生成される例示的な信号を示す信号グラフである。 図16の制御回路の制御下で、図13-15のシマー、トリガ、及びパルス駆動回路の動作に応答して、図5に示した方法論に従って、光に基づく皮膚科治療装置の1つまたは複数のフラッシュランプに印加される例示的な電圧波形を表す信号グラフである。 1つまたは複数のフラッシュランプを流れ且つ図8に示した電圧波形に対応する例示的な電流波形を表す信号グラフを示す。 フラッシュランプが図8及び8の電圧及び電流波形に曝される際に、こうしたフラッシュランプにより放出される光を表す信号グラフを示す。 標的組織が図10に示した光の放出に曝された際の、表皮下の皮膚領域における標的組織の例示的な熱プロファイルを示す。 標的でない表皮組織が図10に示した光放出に曝された際の、当該組織の例示的な熱プロファイルを示す。 開示した技術の実施形態に従って光に基づく皮膚科治療装置を動作させるために設計された電源の例示的なシマー回路の概略図を示す。 開示した技術の実施形態に従って光に基づく皮膚科治療装置を動作させるために設計された電源の例示的なトリガ回路の概略図を示す。 開示した技術の実施形態に従って光に基づく皮膚科治療装置を動作させるために設計された電源の例示的なパルス駆動回路の概略図を示す。 開示した技術の実施形態に従って光に基づく皮膚科治療装置を動作させるために設計された電源の例示的な制御回路の概略図を示す。

特記しない限り、以下の例示的な実施形態は、様々な詳細を備える実施形態の典型的な特徴を実現するものとして理解できるはずである。従って、特記しない限り、実例の特徴、構成要素、モジュール、要素、回路、及び／又は様態を、開示したシステム又は方法から著しく逸脱することなく、他の方法で、相互接続したり、配列したり、組み合わせたり、分離したり、交換したり、位置決めしたり、且つ／或いは再編成したりすることができる。さらに、図に示した要素は、開示した技術の理解を促進するのが主たる目的であり、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。

本開示の目的では、「回路」という用語は、電気的(アナログまたはデジタル)、電子的、光学的、音響学的、機械的、磁気的、電気機械的、電子光学的、光子的、電磁的、且つ/または電気音響的要素などが相互接続されたものであって、1つまたは複数の所望機能を実行するために実質的に任意適切な様態及び組み合わせで配列されたものを指す。当業者であれば、個別の回路に関して記載された機能は1つまたは複数の他の回路に組み込み可能であり、また、ある回路内の特定の要素は異なる回路と共有可能であり、且つ/もしくは回路自体も、ここで開示した技術の動作に悪影響を及ぼすことなく、組み合わせ、相互接続し、分離し、且つ/または編成できるので、これらは例示的な目的のみを意図していることは理解するはずである。

特に記載した場合を除き、「実質的に」という用語は、厳密な関係、条件、構成、配向、及び／又は他の特徴並びにそれらの変更を示すものと広く解釈できるが、こうした変更が、通常の技能を備えた当業者の理解では開示した方法及びシステムに著しく影響しない程度のものを言う。

さらに、「光」及び「光学放射(線)」という用語は交換可能に用いられており、「波長」に言及する場合は、この文脈で説明される種類の波長を備えた光学放射線に関するものである。「装置」及び「システム」という用語も交換可能に用いられており、「回路(circuit)」及び「供給(supply)」という用語も同様である。

光に基づいた皮膚科治療装置は、典型的には、所望の表皮性または皮膚状態を熱的に治療するのに十分な光学放射線を与える1つまたは複数のレーザ、フラッシュランプ、及び/またはLEDのスペクトル放射に依存する。特に、フラッシュランプは、(濾過及び/または波長変換によって)調節して標的皮膚領域で所望の美容または非美容効果を促進できる所望の波長領域を示す超短パルス光を生成する融通性と費用対効果が高い手段を提供する。

フラッシュランプは、各端部が電極アセンブリまで封止され且つ所望の圧力(例えば、0．5気圧、1気圧など)まで希ガス(キセノン、クリプトン等)を充満した光学的に透明なエンベロープ(例えば、溶融石英/ケイ酸、ホウケイ酸等からなる)を備えたガス放電装置である。光学放射線を放出する前は、フラッシュランプのインピーダンスは、カソードとアノードとの間の非イオン化希ガスの抵抗率によって初期では比較的高い。光学放射線を放出するため、フラッシュランプ内のガスはイオン化している必要があり、これがインピーダンスを大幅に減少させる。当業者には公知であるが、こうしたイオン化は、高電圧トリガパルス(例えば、200ナノ秒から1ミリ秒間に6-10キロボルト)を、外部の直列注入または疑似直列注入トリガ方式を用いてフラッシュランプの電極アセンブリに印加することで実行できる。ガスがイオン化されれば、これが広い波長スペクトルにわたって光学放射線を放出する。放出される光学放射線の量は少なくとも部分的にはガスのイオン化の程度に依存し、これは、トリガパルスに続いて電極間に印加される電流密度に影響を受ける。電流密度が高いと、強い光の放出を引き起こし(本明細書ではフラッシュランプの「パルス状態」と呼ぶ)、電流密度が低いとイオン化ガスは、フラッシュランプの電極間で細い光のストリーマー状に見える(本明細書ではフラッシュランプの「シマー状態」と呼ぶ)。フラッシュランプの寿命は、パルス状態の期間における電気エネルギーピークの期間の増加に伴って減少し、最終的にフラッシュランプは壊損的爆発によって破壊されて光学透明エンベロープが割れるか、或いは放出光が徐々に減少により破損する。強い光パルスのシーケンスが望ましいときは、フラッシュランプは、パルス間期間ではシマー状態または比較的低い強度レベルのパルス状態で動作させ、フラッシュランプへの熱的及び機械的衝撃を減少させ、よってその有効寿命を長くするのが好ましい。

フラッシュランプに基づいた皮膚科治療装置の設計者たちは、所望のパルス形状を示す光学放射線を放出させるようにフラッシュランプを駆動可能な電源装置を開発する際に、信頼性の高い電源性能、フラッシュランプの商業的に妥当な寿命、低い装置/電源コストを維持するために大きな努力を払っている。これらの競合する重要性を両立させるのは容易でなく、これは、従来技術の製造者が、フラッシュランプをマイクロプロセッサ制御下で駆動させる大きな電気エネルギーを蓄える高価なコンデンサに基づく電源を使う原因となっており、従って、装置/電源コストよりも所望の光パルス形状を生成することを大きく優先してきた。従来技術装置に関して留意するべき点は、コストは重要だが二次的な要因である臨床環境でこれが長年にわたり用いられてきたことである。対照的に、消費者市場に照準を合わせた装置の商業的成功は、遙かに低いコストで適切な治療的有効性を達成できるかどうかに依存する。

本願発明者たちは、任意の皮膚科治療に利用可能な幾つかの光パルスシーケンスが存在し、これらのシーケンス(及び入力交流波形に対してこうした光パルスシーケンスを発生する際の慎重なタイミング)から適したものを慎重に選択すれば、荷電コンデンサから実質的に電気エネルギーを得ることなく(例えば、必要な電気エネルギーの約10％未満をコンデンサから得て、残りを交流線から得る)、フラッシュランプをパルス状態の期間に駆動するために電源から供給される電気エネルギーを交流線から実質的に直接得ることが可能となり、従って消費者市場で商業的に成り立つ低コストで効果的な皮膚科治療装置が得られることを認識している。例えば、ここで開示した技術は、一時的な脱毛を目的とする例示的な光に基づいた皮膚科治療装置に組み込むことができ、この場合、交流線源は60ヘルツで120ボルト(各半サイクルは8.3ミリ秒の持続時間)を供給できる。すると、この装置は、一平方センチメートルあたり約6-8.5ジュールの総計フルーエンスを皮膚治療表面に複数のパルス(例えば4回のパルス)を備えた光パルスシーケンスを放出でき、各パルスは、最大約5.8ミリ秒のパルス幅(例示的な最小動作電圧閾値を上回る8.3ミリ秒交流半サイクルの部分に対応する)と、約2.5秒のパルス間遅延(サイクルのピーク後に最小動作電圧閾値を下回る交流半サイクルの部分と、最小動作電圧閾値まで立ち上がる次の交流半サイクルの部分に対応する)とを示す。この例示的な光パルスシーケンスを選択すると、そのパルス状態の期間にフラッシュランプに供給される電気エネルギーの大部分を、全波整流交流線の電圧が約107ボルト(例示的な最小動作電圧閾値に対応する)以上である期間はこの交流線源から実質的に直接得ることができる。同様に、各パルスが最大約7ミリ秒の持続時間と約3ミリ秒のパルス間遅延とを備えた例示的な光パルスシーケンス(例えば、3つのパルスを含む)は、交流線源が50 Hz(各半サイクルが10ミリ秒の持続期間)で240ボルトを供給する状態に適している。

さらに、ここで開示した技術は、光パルスシーケンスにおいて個別パルスそれぞれに固定パルス幅を、且つ/または光パルスシーケンス自体に固定総計パルス幅を設定できるので、同一または異なる治療セッションにおいて厳密に管理された治療エネルギーパラメータの繰返し精度を保証できる。例えば、固定パルス幅を所望する場合は、ここで開示した技術は、最小動作電圧を上回る交流半サイクル部分が、皮膚科治療装置の1つまたは複数フラッシュランプをパルス動作させるための電気エネルギーのパルス幅をサポートするのに十分な持続期間であるか否かを最初に判断する。この交流半サイクルに十分な持続期間があれば、開示した技術は、皮膚科治療装置を動作させる際に、交流半サイクルが最小動作電圧以上である期間において治療レベルの光学放射線を放出するようフラッシュランプを駆動する。交流半サイクルの持続期間が所望の様態でフラッシュランプを駆動するのに十分でなければ、エラー状態が識別され、これが皮膚科治療装置のユーザに報告される。

同様に、光パルスシーケンスの総計パルス幅が一定状態を維持する限り、個々のパルスのパルス幅にいくらかの変動があれば有利かもしれない。例えば、光パルスシーケンスの第1パルスのパルス幅を他のパルスの幅よりいくらか短くして、この第1パルスが交流半サイクルのピーク近くで発生し(最小動作電圧閾値を実質的に上回る)、光パルスシーケンスにより標的皮膚領域に与えられる治療的光学放射線の総計量を犠牲にすることなく、フラッシュランプのトリガリングを促進できる。

さらに、ここで開示した技術をより柔軟に構成することで、交流線源で発生しうる下降すなわち「低ライン」状態、フラッシュランプ劣化、複数の皮膚治療領域における皮膚タイプの変動に動的に対処するため、または処置若しくは治療条件が変化しやすい条件において個別パルス及び/又は光パルスシーケンス自体に可変パルス幅を与えることができる。例えば、交流線源で起こりうる高ラインまたは低ライン状態下で適切に動作させるため、ここで開示した技術は、交流線源を介して受け取る電気エネルギーの状態にかかわらず、最小動作電圧閾値を上回る交流半サイクルの部分を動的に識別し、続いて、対象とする皮膚領域に治療に効果的な量の光エネルギーを放出させるように1つまたは複数フラッシュランプを駆動できる適切なパルス幅、パルス間遅延、及び/またはパルスシーケンスを(計算、テーブルルックアップ等を介して)求めるためプロセッサを用いる交流線電圧検出器を含むことができる。

さらに、ここで開示した技術は、フラッシュランプの劣化/老化特性に応答して最小動作電圧閾値を修正し、この閾値が周期的に増加してより大きな電流が容易に供給されるようにでき、従って、フラッシュランプが老化/劣化するにつれ比較的一定の光出力が得られるようにフラッシュランプをより強く駆動する。フラッシュランプの老化/劣化特性に関する示度とともに他の有用な情報(例えば、フラッシュランプ効率、最大フラッシュカウント、現在のフラッシュカウント、治療レベルの光学放射線を放出するようフラッシュランプを駆動するのに望ましい初期の電流量、フラッシュランプが放出する濾過波長域、製造バッチ情報、光学サブシステムの他の部分に関する示度、及び/または類似情報)を記憶するメモリを備えることでこの機能を促進可能である。こうしたメモリを組み込んだ実施形態では、皮膚科治療装置内に容易に着脱できる交換可能なカートリッジ内にフラッシュランプ及びメモリを含めることが望ましい。

ここで開示した技術は、光パルスシーケンス自体の総計持続期間を変化させて(例えば、個別パルス間に、該当する交流半サイクルの持続期間の倍数より僅かに大きなパルス間遅延を挿入し、或いはより多くの個別パルスを挿入することで)、標的及び非標的組織のそれぞれ異なる熱緩和時間(例えば、より色が濃い皮膚のタイプに関してはパルス間遅延の持続期間を長くする)、並びに/若しくは異なる皮膚科治療に対応できる。幾つかの実施形態では、一度の治療セッションで単一の光パルスシーケンスを皮膚治療領域に放射するが、他の実施形態では、一度の治療セッションで、複数の光パルスシーケンスを同一の皮膚治療領域の一部または全てに放射してもよい。

例示的な皮膚科治療装置の動作時に光パルスシーケンスが繰り返される速度は、少なくとも部分的に、単一の光パルスシーケンスの放出(例えば、約１-6平方センチメートルの比較的小さい/限られた皮膚領域をスポット治療する場合に特に有用)を引き起こす瞬間的なボタンの押圧または、反復的光パルスシーケンスの放出(例えば、約6平方センチメートルを上回るの比較的大きい皮膚領域を治療する場合に特に有用)を引き起こす安全保護装置が長時間にわたり作動している時の瞬間的/持続的なボタン押圧によるものとしてよい。反復的光パルスシーケンスは、幾つかの例示的な実施形態では、約2.25秒以上の間隔で発生可能だが、約0.4-1秒範囲などのより短い間隔で発生するのがより好ましく、治療的な光エネルギーが隣接する皮膚治療領域に滑らせるように印加されるよう約0.5-0.75秒範囲の間隔で発生するのが最も好ましい。

手短に概観すると、図1によれば、ここで開示した技術の少なくとも幾つかの側面は、好適には約5フィート以上の長さを備えた可撓ケーブル106で相互連結されたベース102と、ハンドピース104とを備えた例示的な治療装置100において実施できる。装置100は、ベース102を交流線源(図示しない)に相互連結する電力ケーブル(図示しない)も含む。装置100は、好適にはエンドユーザ環境(例えば、ユーザの家、ホテルの部屋等)での容易な保管と持ち運びが容易になるようにサイズ決めされており、例示的な一実施形態では、長さ約9.5インチ未満、幅約6.5インチ未満、高さ約3．5インチ未満(或いは、ハンドピース104をベース102上の受け台110内に入れた状態で、約6インチ未満の合計高さ)の寸法である。

ベース102のハウジングはプラスチック材料製とすることが好ましく、ハンドピース104内の1つまたは複数のフラッシュランプ112を駆動して所望の治療的光プロファイルを放出させるのに適したスイッチング電源(後に詳述する)と、ユーザに状態情報(例えば、正常/エラー動作状態、残りのフラッシュ回数の示度、動作モード、ユーザの皮膚タイプへの装置100の適合性に関する示度等)を与えるユーザインターフェース108と、装置100の制御及び動作を可能または容易にする制御機能(電力レベル設定、動作モードセレクタ、皮膚タイプ検出器111等)とを内蔵している。

ハンドピース104のハウジングもプラスチック材料製とするのが好ましく、冷却システム(例えば、可変速ファン)、温度測定構成要素と、ユーザインターフェース構成要素(例えば、フラッシュ開始ボタン113)、安全保護装置構成要素(例えば、容量性または機械的皮膚接触要素)、光学系(例えば、1つまたは複数のフラッシュランプ112、湾曲、角度付き、または平面の鏡面/拡散反射体、光導波路105、及び/または光学的に透明な窓)、並びに/若しくはそれらに類するものとを含む。ハンドピース104はエンドユーザが保守できないように構成することもできるが、ハンドピース104は、そのハンドル114、交換可能ライトカートリッジ116、及び/またはノーズキャップ118を分離して定期的な保守や修理を可能とするように構成するのが好ましい。ハンドル114は冷却システムと、温度測定構成要素と、ユーザインターフェース構成要素とを含むのが好ましい。交換可能ライトカートリッジ116は、好適には、1つまたは複数のフラッシュランプ112(望ましくない波長を濾過して取り除くため特定の反射コーティングを含んでもよい)と、反射体と、フラッシュランプ112の1つまたは複数の特性を記憶するメモリ(図示しない)とを含む。好適には、ノーズキャップ118は、光導波路105(例えば、概ね長方形状で、中空の鏡面ライトパイプであって、銀コーティングされ少なくとも15ミリの長さを備えたもの)、と、光学的に透明な窓(表面に反射コーティングを施してもよい)と、安全保護装置構成要素とを含む。幾つかの実施形態では、交換可能ライトカートリッジ116内の構成要素はノーズキャップ118に組み込んでその一体的な部分とすることができ、別々に交換可能なライトカートリッジとノーズキャップとを備える代わりに一体的ノーズキャップがユーザによる交換可能な単一の構成要素となる。

皮膚科治療治療セッションにおいて、光学放射線が通過するノーズキャップ118の前面で外側ハウジング部分は皮膚に概ね当接して配置され、この皮膚接触要素が、対象とする皮膚治療領域へのハウジングの近接度を検出し、装置100を安全に動作させる。フラッシュランプ112により放出される光は濾過され(例えば、約600ナノメートル、より好適には約650ナノメートルを上回る波長を通過させる)、皮膚治療領域に当たるようにノーズキャップ118の光学的に透明な窓を介して伝えられる。パルス状態におけるフラッシュランプ112の動作によって、冷却システムにより散逸される必要がある相当量の熱が発生される。残念ながら、消費者市場に適した費用対効果が高い空冷装置100はこの熱を除去する効率があまり高くなく、従って、ノーズキャップの窓が皮膚表面への当接に適した閾値を上回る温度に達してしまうことがある。従って、消費者市場向けの空冷式の皮膚科治療装置100は、窓が皮膚に接触して配置される場合は加熱を防止する様態で動作させるか(例えば、冷却システムが窓を冷却する十分な時間を確保できるように、連続的光パルスシーケンス間の時間を増加させることでフラッシュランプ112のフラッシュ速度を減らす)、窓をノーズキャップ118のハウジング内でくぼみに配置して(約2平方センチメートルの窓に関して、例えば、少なくとも4ミリ)、窓が治療セッション時に皮膚に接触しないようにするか、或いは、皮膚に接触する窓を熱源(フラッシュランプ112及び/または金属ライトパイプ105)から断熱する構成とすべきである。

この最後の場合では、窓は二重ペイン構成として、それら二枚のペインの間に封止空間を設けてもよい。この封止空間は、部分真空、キセノンなどのガス、または単なる空気を封入すればよい。フラッシュランプ112に最も近い内側ペインは、少なくともいくらかの望ましくない波長(例えば、脱毛/減少皮膚科治療に関しては、600ナノメートル未満及び/または1200ナノメートルを上回る波長)を濾過して取り除くための反射コーティングを含み、且つ相当量のヒドロキシル成分を備えたホウケイ酸製(例えば、約100ppmを上回る)とすることが好ましく、皮膚に概ね当接するよう設計されている外側ペインは、比較的少量のヒドロキシル成分を備えた(例えば、約50ppm未満、好適には約5ppm以下)石英ガラス/溶融石英の専用組成物製とすることが好ましい。この様態で、内側ペイン自体の比較的高いヒドロキシル成分が、2000ナノメートルを上回る望ましくない赤外線放射のいくらかを吸収することで、塗布されている反射コーティングのフィルタ性能を補う一方で、残りの低レベル赤外線放射(2000-4000ナノメートル以上)を実質的に妨害を受けず且つ外側ペインの温度を過度に高めることなく通過させる。外側ペインを通過し皮膚に当たる残りの望ましくない赤外線放射は、有意に減少したフルーエンスであって、皮膚に有害でなく、それ以外でも皮膚科治療の有効性に悪影響を及ぼさない。当業者であれば、窓に含まれるペインの数は3枚以上とし、且つ/またはペイン間の空間を開放して(すなわち、少なくとも2つの側面で封止されていない)、冷却空気、ガス、または液体がその間を通過可能としてもよいことは理解するはずである。

皮膚の加熱防止に加え、空冷式治療装置100は、さらに、装置100の動作時にユーザの注意をそらす可能性がある過剰な光の漏れを起こすことなく、安全な動作範囲内でその構成要素の温度を維持しなければならない。ハンドピース104及び/またはベース102内の1つまたは複数の温度センサは、過度またはそれに近い温度を示す信号を生成することができ、こうした温度状態を緩和するには、例えば、所定の安全温度に達するまで装置100がそのフラッシュランプ112をパルス状態へと駆動しないようにする冷却モードに入り、ハンドピース104及び/またはベース102内のファンの速度を上昇させ、且つ/または光パルスシーケンスが繰り返される速度を減少させればよい。

ハンドピース104内の空気入り口孔/出口孔120/122の量、配向、及び配置を慎重に選択することで、過剰な光の漏れを防ぐ一方で所望の空気流を確保できる。例えば、空気入り口孔120はハンドピース104のノーズキャップ118に配置し、空気出口孔122は、概ねハンドピース104のケーブル端付近に配置することで、比較的熱い排気を皮膚治療領域から離れる方向に通気させることができる。装置100の動作時にフラッシュランプ112の電極端部から、且つ/またはフラッシュランプ112と導波路105との間のギャップから漏れ出た光エネルギーに曝されやすい孔の少なくとも幾つかは、冷却空気が通過できるように構成する一方、例えば、よろい孔またはヘリンボン形状孔を用いて、この漏れた光エネルギーのハンドピース104の外への通過を減少させるか、実質的に除去可能とするのが好ましい。これら孔は、漏れた光の少なくとも一部をハンドピース104内部に反射して戻す反射材料(例えば、白テフロン（登録商標）、アルミニウム等)製とするか、孔に当たる漏れた光の少なくとも大部分が吸収されるように吸光物質製とすることができる。代替的に或いは他との組み合わせにおいて、漏れた光がカートリッジから出る前にその大部分をトラップできるように、よろい孔、ヘリンボン孔、または他の適切な形状構成を備えた孔を、交換可能ライトカートリッジ116の一部として構成してもよい。こうした孔を交換可能ライトカートリッジ116に組み込む利点には、漏れた光の吸収により他のハンドピース要素に伝わる熱量を減少させ、これら孔が反射材料製である場合、皮膚治療領域におけるフルーエンス全体が増加するように、漏れた光の少なくとも一部を所望の光学路内に方向転換することが含まれる。

図2A-2Gは、皮膚科治療装置100において使用可能なデュアルフラッシュランプ112を備えた例示的な交換可能ライトカートリッジ116の様々な透視図を示し、図3A-3Eは、単一のフラッシュランプ112を備えた例示的な交換可能ライトカートリッジ116の類似した図を示す。より詳細には、図2A-2B及び3A-3Bはカートリッジ116の前部(すなわち、光放出側)ハウジングを示し、このハウジングでは、フラッシュランプの円弧の位置に対応した概ね開放された領域202が画定されており、これにより光エネルギーが隣接する光導波路105内に実質的に妨害されることなく通過できる(図1)。この例示的な実施形態の孔構成はカートリッジ116の構造的支持を向上させ、所望の空気流をその内部に通過させる一方で、ユーザがフラッシュランプ112の電極付近で高温となる可能性があるこれらランプに触れることを防止する。

図2Fのよろい孔は、フラッシュランプ112の周囲を通過する空気流を有意に制限することなく、フラッシュランプ112の電極端部から漏れ出てしまう光エネルギーのより多くを遮断する(すなわち、反射して戻す且つ/または吸収する)ようにさらに調整されている。同様に、図2Gのヘリンボン孔206は、いくらかの空気流は犠牲にするが、図2Fのよろい孔よりも多くの漏れた光をブロックできるように適合されている。図2F及び2Gに示したよろい孔及びヘリンボン形状孔204、206をデュアルフラッシュランプ構成との関連で示したが、これらは、単一のフラッシュランプ112または3つ以上のフラッシュランプ112を備えた交換可能ライトカートリッジ116の前面ハウジング内に組み込むこともできる。よろい孔204及びヘリンボン孔206は交換可能ライトカートリッジ116の前部ハウジングに沿って水平に延伸するよう図示されているが、これらは、装置100の動作に悪影響を及ぼすことなく、前部ハウジングで垂直に或いは実質的に任意角度に配向できる。さらに、よろい孔及びヘリンボン孔204、206は、1つの孔を別の孔の前に同一または異なる配列/構成で積み重ねたより多数の孔を含むことができ、従って、フラッシュランプ112及び交換可能ライトカートリッジ116の他の要素の冷却に必要な空気流を過度に犠牲にすることなく、漏れた光の通過を実質的に妨げる迷路を形成できる。所望の空気流を通過させる光遮断孔は、波状、メッシュ、六角形、蜂の巣構成などの様々な他の形状及び構成としてもよい。

図2C-2E及び図3C-3Eは、図2A-2B及び図3A-3Bに示した交換可能ライトカートリッジ116の後部側の例示的なハウジングを示す。ハウジングのこの部分は、冷却空気をフラッシュランプ及びカートリッジ116の他の部材に沿って容易に通過させる2つの概ね開放された領域210を画定する。開放領域210の間にある後部ハウジングの概ね中央部分212は、反射体214(図2G)をフラッシュランプに対して固定した近接地点に位置決めしている。この反射体214は平面として図示されているが、様々な湾曲、角度付き、凹み付き、または他の形状/構成とすることができ、さらに拡散性または鏡面材料製とすることもできる。さらに、後部ハウジングは、フラッシュランプ112内のガスをイオン化するの十分な電気トリガパルスを伝達するのに用いられるトリガピン216と、フラッシュランプ112のシマー状態及びパルス状態を維持するのに十分な電流を伝えるアノード及びカソードピン218と、フラッシュランプ112及び装置100の動作に有用な(特にフラッシュランプ112の光出力が経時劣化するにつれて)フラッシュランプ特性決定データを記憶するメモリ(図示しない)の入出力ピン220とを含む。当業者であれば、これらピン216-220のこうした配置は例示的なものにすぎず、様々なピン配置が可能であって、例えば、アノード及びカソードピン218は図2C、2E、3C、及び3Eに示したように互いに近接して配置してもよいし、或いは図2D及び3Dに示したように後部ハウジングの対向側に配置してもよいことは理解するはずである。

さらに詳細に、図1及び4を参照すると、ここに開示した技術に従って製造された例示的なフラッシュランプに基づいた皮膚科治療装置100は、ユーザによる装置100との対話を可能とするユーザインターフェース108と、治療的な量の光学放射線を発生し且つ皮膚治療領域まで伝達する光学系404と、装置100の動作を所望の動作温度内に維持する冷却システム406と、温度上昇状態を検出する温度測定システム408と、光学放射線の意図しない放出や他の危険な事態を防止する安全保護装置410と、フラッシュランプまたは他の光学系406特性に応答して装置100の動作時に電気動作パラメータを動的に調節する基準となるフラッシュランプ特性決定システム412と、交流線源426から電気エネルギーを受け取り、所望の様態で光学系404を駆動するためにこうしたエネルギーを調節するスイッチング電源414とを含む。

ユーザインターフェース108は、装置100のユーザに、装置100の所望の動作に関する選択肢(例えば、皮膚科治療の有効性及びこうした治療の実施時にユーザが経験する感覚に同時に影響する1つまたは複数のパワーレベル設定、単一光パルスシーケンスが放出されるパルスモードで、或いは複数の光パルスシーケンスが所定の順序で放出されるストローブモードで動作させる設定など)を提示し、さらに、皮膚科治療を開始する機能(フラッシュ開始ボタン113)や、ユーザに動作またはエラー状態(装置100が特定のユーザの皮膚タイプの治療に適しているか、最大フラッシュカウントを超過したか、交換可能ライトカートリッジ116(図1)またはノーズキャップ118は適切に取り付けられているか、温度上昇状態が発生しているか、電源不良が発生しているか、及び/またはそれら類する状態が発生しているか)を通知する様々な視覚、聴覚、触覚、または他の感覚フィードバック機構を提示する。これらの機能を実行するに際して、ユーザインターフェース108は、より具体的に後述するようにスイッチング電源414の制御回路424と直接的または間接的に相互作用する。

好適には、光学系404は、1つまたは複数のフラッシュランプ112と、反射体と、フィルタと、光導波路105とを含み、それら全てが手持ちハウジング内に収容されている。上述したように、フラッシュランプ112及び反射体(フラッシュランプ112から約1ミリ以内に取り付けられているのが好ましい)は、ハンドピース104内に挿入される交換可能ライトカートリッジ116内にさらに収容されており、フィルタ及び光導波路105は、ハンドピース104のノーズキャップ118のハウジング内に収容されている。幾つかの実施形態では、1つまたは複数の反射コーティングをフラッシュランプ112の外面に直接塗布して、所望の波長濾過を実現し、且つ/またはフラッシュランプ112の電極端部における望ましくない光の漏れを防止できる。これらの直接塗布コーティングは光学系404のコスト及び製造の複雑さを増大するが、フラッシュランプ112の円弧部分を介した光放射全体は、光の再利用及び回収(すなわち、フラッシュランプ112の電極端部から漏れてしまうはずの光が、所望の光学路に反射して戻される)によって増加し、従って、比較的小さな電流で所望量の光エネルギーが発生される。他の実施形態では、この反射コーティングは、濾過の結果として発生する付加的な熱がフラッシュランプ112の熱負荷をさらに増大しないように別個のフィルタに組み込まれる。これはフラッシュランプ112が石英やサファイアでなくホウケイ酸からなる場合は特に有利である。さらに、光導波路105はPMMAなどの固体の光学的に透明な物質製とすることもできるし、内部の反射壁を銀でコーティングした中空の鏡面ライトパイプ(例えば、約600-1200ナノメートルの波長に関して98%を上回る反射率を示す)として構成してもよい。中空ライトパイプとして構成する場合、光導波路105は、好適には、後方反射を最小限とする平行反射壁と、その側壁の2つに切り抜き部分とを含み、この導波路が実質的にフラッシュランプ112の円弧部分を囲みつつ(導波路105とフラッシュランプのエンベロープとの代表的な間隔は約0.5ミリが好ましい)、フラッシュランプ112の電極端部の冷却を促進するようにする。

冷却システム406は、装置100の意図した動作範囲にわたって装置を適切に冷却するための、適切な寸法決めされ且つ位置決めされた通気孔(例えば、図1-3に示したように)とともに少なくとも1つのファンを含む。ファンは、スイッチング電源414を冷却するためにベース102のハウジング内に設けることは可能だが、スイッチング電源414が受動的に冷却されるよう、また、ファンがフラッシュランプ112及びハンドピース104内の他の要素を主として冷却するように装置100を設計するのが好ましい。こうした好適な構成では、ファンは空気をフラッシュランプ112に吹きかけるようにも、フラッシュランプ112を介して空気を吸い込むようにも構成できる。このファンは装置100の起動時に最高速度で動作する単速度ファンとしてよいし、ハンドピース104内の温度測定値に基づいてその空気流を増加させる可変速度ファンとしてもよい。可変速度ファンは、皮膚の相対的に小さい領域(例えば、約60平方センチメートルまでの皮膚表面)が治療される場合に好適であるが、それは、ユーザがより容認しやすい装置100の比較的静かな動作が得られるからである。治療領域の大きさが増大するにつれ、またハンドピース104内の温度が高くなるにつれ、ファンは、装置100の安全動作を維持するためより高速で駆動させることができる。例えば、ファンは、ハンドピース104内の温度が摂氏約40度を上回ったときは、比較的高速で動作させ、この温度が摂氏約35度未満に下がったときは比較的低速で動作させればよい。

さらに、光学系404は、光の漏れによって大量のエネルギーを失うことなくハンドピース104の冷却を促進するように構成できる。例えば、光導波路105の第1端部は反射体から約1ミリ地点に配置させ、第2端部は出力窓から約1ミリ地点に配置させることができ、従って、光エネルギーの多少の損失は伴うが、いくらかの空気流が窓の表面を冷却でき、さらに中空の導波路105の内部と、反射体と、フラッシュランプ112の円弧部分とを冷却できる。一実施形態では、1つまたは複数のこうした要素間の距離は、フラッシュランプ112がその瞬間にパルス状態で駆動されているかどうかに基づいて可変とすることができる。例えば、光導波路105と反射体及び/または窓との間の距離は、フラッシュランプ112がパルス状態で駆動される時は減少させ(例えば、約0.5ミリまで)或いは完全に除去され、さらに、それ以外では元々の1ミリ位置を保持でき、従って、強い光の放出時には光の漏れを最小化し(例えば単一光パルスの放出時または光パルスシーケンスの放出時)、シマー状態または他の動作状態時では冷却を促進する。

温度測定システム408は、スイッチング電源414の動作温度を測定するためにベース102内に、且つ/または光学系404の動作温度を測定するためにハンドピース104内に配置できる1つまたは複数の温度センサを含む。ハンドピース104内に配置する場合は、温度センサは冷却システム406が放出する排気の通路に配置することが好ましく、さらに、このセンサは光学系404からの光放出から十分遮蔽されている。温度上昇状態(例えば、摂氏50度以上)を検出すると、温度測定システム408は装置100を冷却モードに移行させる信号を発生でき、この冷却モードでは、スイッチング電源414は、フラッシュランプ112をパルス状態で駆動することを禁止される。さらに、この信号は装置100に、連続的な光パルスシーケンス間の間隔を増大させ、且つ/または測定温度が、温度上昇状態閾値を摂氏数度下回る(例えば摂氏45度)安全温度範囲に入るまでは通常動作を停止させる。

安全保護装置410は、皮膚治療領域を治療するにあたって装置100が適切に位置決めされているか、さらに、ハンドピース104内で危険な電気エネルギーに不用意に暴露されないように装置が適切に組み付けられているかを検出する。例えば、安全保護装置410は容量性、光学的、バイオインピーダンス、及び/または他の種類のセンサを含むことができ、これらセンサは、装置100のノーズキャップ118の部分であって、治療対象である皮膚領域の表面上に接触させることを意図した部分或いはそれに近い部分に位置している。治療セッションにおいて滑らせる動作が望ましい場合は、押しつけるような治療動作に適していて、滑らせる治療動作にはそれほど適さない個別のセンサ/プランジャを用いるのでなく、装置100の光学開口部を実質的に囲むノーズキャップ118のフレーム構成部分(例えば、出力窓を光学通路内の所望位置に保持するフレーム)に複数の機械センサを取り付けるのが好ましく、これによって、皮膚科治療時に隣接する皮膚治療領域間を移行する場合にノーズキャップ118の滑り動作が容易になる。機械センサが窓を保持するフレームに少なくとも部分的に組み込まれている実施形態では、こうした機械センサを押し込む距離は、フラッシュランプ112のパルス状態の期間における装置100の光学的有効性の向上に関連して上述したように、窓と光導波路105との間の減少距離に対応するのが好ましい。安全保護装置410は、ノーズキャップ118内に抵抗器(或いは他の識別手段)を含むことができ、これが正規のノーズキャップを一意に識別し、スイッチング電源414が電気エネルギーを光学系404に印加する前に、ハンドピース104のハンドル内にこうしたノーズキャップ118が正しく挿入されていることを保証する。従って、装置100の適切な動作が保証され、ユーザに感電や光学的な危険性が加えられる危険が減少する。

フラッシュランプ特性決定システム412は、少なくとも部分的には交換可能ライトカートリッジ116内に組み込むことが好ましく、装置100が皮膚科治療セッション時に所望量の光学放射線を確実に放出するようにフラッシュランプ112の1つまたは複数の特性を記憶するメモリ413を含む。メモリ413は、好適には、記憶したフラッシュランプ特性への非揮発性のランダムメモリアクセスを実現するEEPROM素子であり、これら特性には、例えば、フラッシュランプ112で使用可能な最大数のフラッシュ、こうしたフラッシュランプ112の現在のフラッシュカウント、フラッシュランプ112が放出する波長帯(フラッシュランプ112がその外側にフィルタコーティングを含む場合に特に有用)、フラッシュランプ112をパルス状態に駆動するための電気エネルギーの望ましい初期量、老化によってフラッシュランプ112から減少した光出力を補正するための第1電気補償係数、特定のフラッシュランプ112または特定種類のフラッシュランプの電気/光学変換効率を補正するための第2電気補償係数、フラッシュランプ112及びカートリッジ製造情報(例えば、日付、部品番号など)、交換可能ライトカートリッジ116の認証番号、及び/またはそれに類するものがある。

スイッチング電源414は、所望レベルの治療的光エネルギーを放出するようにフラッシュランプ112を駆動するための必須電気エネルギーを供給するのに十分な、交流線源426から得られる交流半サイクル内の位置を検出する交流線電圧検出器416と、フラッシュランプ112内のガスのイオン化を開始するトリガ電力回路420と、皮膚治療領域における所望の皮膚科美容効果を容易に実現する1つまたは複数の所望の光パルスシーケンスを放出するようにフラッシュランプ112を駆動するための必須電力エネルギーを供給するパルス駆動回路422と、光パルス間において低電流密度でフラッシュランプ112内のガスのイオン化を維持するシマー電力回路418と、装置100の動作時に回路、システム、及び装置100の要素を制御且つ/またはそれらと相互作用する制御回路424とを含む。

交流線電圧検出器416は、交流線源426が供給する電気エネルギーの電圧レベルを、最小動作電圧閾値を示す1つまたは複数の基準電圧(基準電圧は、所定レベルまたは制御回路424が動的に発生するレベルでよい)と比較する。交流線電圧検出器416は制御回路424に伝達され、交流半サイクルが最小動作電圧閾値に一致または上回った時を示す信号を発生する。例えば、この信号のデューティサイクルは、最小動作電圧閾値に一致するとき、或いは、この閾値に一致する/それを上回る交流半サイクルの期間において「高」として上回ったときを示すことができる。代替的には、この信号は、閾値に一致する/それを上回る交流半サイクルの期間において「低」となり、交流線電圧が閾値を下回る隣接交流半サイクル間の移行期間のみに「高」とすることができる。従って、交流線電圧検出器416が生成した信号のデューティサイクルまたはデューティサイクルの逆数は、交流線源426のその時点で存在した状態に基づいて動的に生成され、且つ制御回路424に時宜にかなった情報を与える。続いてこの情報は、フラッシュランプ112を適切に動作させるのに十分な電流を、交流線源426から供給できる交流半サイクルの部分においてフラッシュランプ放射の時間を決定するのため使用される。この装置100は、初期起動時及び/または定期的な間隔でこうした電圧比較を実行して、下降、スパイク、または装置100の動作に影響を与えかねない他の電力関連変動が原因となりうる交流線源426の変化を動的に特定できる。適切な交流線電圧検出器416の例示的回路を図16に示したが、これはさらに後述する。

トリガ電力回路420は制御回路424の制御下にあり、電気エネルギーの入力電圧を約6-10キロボルトまで増加させるトランスを含む。この増加電圧は、フラッシュランプ112内のガスのイオン化をトリガ/開始させるのに十分な大きさである。例えば、制御回路424はトリガ電力回路420にイオン化を開始させることができる。ここでは、約200ナノ秒から1ミリ秒の持続期間の10キロボルトパルスを、フラッシュランプ112の外側の少なくとも一部に塗布された導電性で光学的に透明なコーティングに印加して、この高電圧パルスをフラッシュランプ112内に静電結合させて、ガスのイオン化をもたらす。幾つかの実施形態では、トリガ電力回路420に供給される入力エネルギーは交流線源426から実質的に直接供給される。別の実施形態では、トリガ電力回路420はシマー電力回路418と構成要素を共有し、入力電気エネルギーが実質的にシマー電力回路418から供給され、トリガ専用構成要素に印加されてこの高電圧パルスを発生するようになっている。そうした実施形態に従って製造された例示的なトリガ電力回路420は図14に示したが、後に詳述する。

パルス駆動回路422は制御回路424の制御下で動作し、ランプ内部のガスがイオン化されている間に、例えば約30-80アンペア（より好適には約40-65アンペア）の調整された高密度電流をフラッシュランプ112の電極に印加するバックレギュレータを含み、これにより、皮膚治療領域において所望の美容効果を容易に達成するのに適した強い光が放出される。フラッシュランプ112に供給される調整電力は、光パルスシーケンスに望ましいものと実質的に同一のプロファイルを概ね備えており、交流線電圧検出器416が識別する最小動作電圧閾値を上回る交流半サイクルの部分に一致するよう時間決定されている。この様態で、所望の皮膚科治療を行うのに十分なピーク電流が、外部電力回路に過度なストレスを掛けたり、高価な容量性回路構成要素を必要としたりせずに、交流線源426から得られる。

シマー電力回路418も制御回路424の制御下にあり、強い光パルス放出の間に低電流密度（例えば50-100ミリアンペア）をフラッシュランプ112に印加するトランス及びコンデンサ要素を含む。シマー電力回路418のトランスは、デュアルフラッシュランプ装置用には交流線源426からの入力電圧を約750ボルトまで昇圧し(単一フラッシュランプ装置には約375ボルト)、この「シマー」エネルギーを、フラッシュランプのパルス状態の前、その期間中、及び/またはその後にフラッシュランプに印加する。例えば、シマー電力回路418及びトリガ電力回路420の構成要素が共有される実施形態では、シマー電圧とトリガ電圧との組み合わせはフラッシュランプ112内のガスをイオン化するのに十分なので、シマーエネルギーはトリガ回路から供給される高電圧パルスに先立ってフラッシュランプ112に与えられる。イオン化に続き、シマーエネルギーを装置の動作時における様々な時刻で印加できる。例えば、個別の光パルスシーケンスの期間中に連続的に、複数の光パルスシーケンスの期間中またはそれらの間に、光パルスシーケンスの個別パルスの間におけるパルス間遅延の期間中などに印加できる。当業者であれば、シマー電力回路418は皮膚科治療装置100の適切な動作の要件ではなく、フラッシュランプ112への熱的且つ機械的衝撃荷重を減少する機構を提供するものであることは理解するはずである。例示的なシマー電力回路418は図13に示し、後に詳述する。

例示的な制御回路424は、装置100の動作を監視且つ制御するプロセッサと、パルス駆動回路422の動作をサポートする電流調整回路とともに、シマー電力回路418の動作をサポートするシマー制御回路と、トリガ電力回路420の動作をサポートするトリガ制御回路と、スイッチング電源414内における構成要素の故障が、フラッシュランプ112から望ましくない光の放出に至る可能性があるフラッシュランプへの過剰な電気エネルギーが意図せず供給された場合に、装置100を使用不能にする安全機構を提供するパルス持続時間保護回路とを含む。手短に概括すると、制御回路424は、装置100が適切に構成され且つ交流線源426に接続された際に設計通りに動作可能かを判断し、1つまたは複数のユーザ選択に従って装置100を動作させて、皮膚科治療セッションにおいて1つまたは複数の皮膚治療領域に治療に効果がある量の光学放射線を与える。制御回路424のプロセッサはアルゴリズムを実行し、データ、変数、及びこうしたプロセッサのメモリ内部に少なくとも部分的に記憶された他の実行時要素を処理するものであって、さらに、図5に示した例示的方法論を参照すればうまく説明できる。例示的な制御回路424の補助的ハードウェア要素は、図16及びその関連した後述する記載を参照すればよく理解できる。

例示的な動作において、図5を参照して、開示した技術の少なくとも幾つかの側面に従って製造且つ動作する例示的な皮膚科治療装置100は、プロセッサ（例えば、Microchip Technology, Inc社の製品であるPIC16F883マイクロコントローラ）を備えた制御回路424を含み、これは、非時間制約型タスクが背景で状態機械により実行され、時間制約型タスクが割り込み優先度の元で前景において実行される割り込み優先権マルチタスキング様態で記憶命令を実行する。始動されると、このプロセッサはその内部クロックを初期化し、その入出力ポートを初期化し、システムドライバを初期化し、状態値を初期化し、割り込みを可能とし、発光ダイオード及びユーザインターフェース108における他の要素の状態を設定し、且つ装置100を上述以外の様態でも初期化する（502）。

すると、プロセッサは装置100に自己診断ルーチンを行い、それが適切な動作状態となっているかどうかを確認する(504)。例えば、プロセッサは、ｉ}冷却システム406からの信号または他の示度を評価して、そのファンが適切な速度で動作していることを確認し、ii}温度測定システム408からの信号または他の示度を評価して、装置100が現在の温度において安全に動作していることを確認し、iii}制御回路424内のパルス持続時間保護回路からの信号または他の示度を評価して、ユーザに危険を及ぼしうる過大な電気エネルギーで光学系404を駆動させうる1つまたは複数の状態が、パルス駆動回路422またはスイッチング電源414の他の要素内に存在するかを判断し、且つ/またはハードウェア故障時にこうした危険状態を防止するよう設計された安全回路が適切に動作していることを確認し、iv}フラッシュランプ特性決定システム412からの信号または他の示度を評価して、交換可能ライトカートリッジ116及びフラッシュランプ112が装置100の製造者から承認されており、従って意図されたように動作するはずであって、装置100内部に適切に取り付けられていることを確認し、v}ノーズキャップ118からの信号または他の示度を評価して、これが製造者から承認されており、特定の皮膚科治療のための光学系404の適切な要素を含み、装置100内部に適切に取り付けられていることを確認し、且つ/またはｖｉ}安全保護装置410からの信号または他の示度を評価して、装置100が適切に組み付け/構成され、ユーザが危険な電気的または光学的状態(これは、例えば、故障した皮膚接触センサが作動位置に固定され、よって光学系404から強い光パルスを放出しても安全であると誤った情報を示すことによって起こりうる)に暴露されないよう安全要素が適切な動作状態となっていることを確認する。

制御回路424のプロセッサは、例えば、交流線源426が供給する交流エネルギーの特性（例えば、周波数、高または低ライン状態、下降状態等）を表す1つまたは複数の信号を交流線電圧検出器416から受け取ることで、そうした特性を確認する(506)。例示的な一実施形態では、こうした検出器416により生成される信号は少なくとも2つのパルスを含み、第1パルスの立ち上がり端は、第1交流半サイクルのピークに続く最小動作電圧閾値にあるこの半サイクルの部分に実質的に位置合わせされており、第1パルスの立ち下がり端は、次の整流された交流半サイクル（すなわち、第2交流半サイクル）のピークの前の最小動作電圧閾値にあるこの半サイクルの部分に実質的に位置合わせされている。同様に、第2パルスの立ち上がり端は、第2半サイクルの減少スロープにおける最小動作電圧閾値地点に位置あわせされており、第2パルスの立ち下がり端は、第3半サイクルの増加スロープにおける最小動作電圧閾値地点に位置あわせされており、これが繰り返される。第1及び第2パルスの立ち上がり端の間の時間差は、交流線源426が供給する交流エネルギーの周波数を示し、各パルスのパルス幅（すなわち、所与のパルスの立ち上がり端と立ち下がり端との間の時間差）は、高ライン、低ライン、または下降電力状態を示す。例えば、50Hz交流ラインの低ライン状態は、隣接パルスにおける立ち上がり端の間で10ミリ秒の時間差になるはずであり（60Hz交流線では8.3秒の時間差）、それぞれのパルス持続時間は通常または高ライン状態よりも僅かに長くなる。交流線の特性を確認する際に、制御回路424のプロセッサは、多数の隣接パルス（例えば、32個の隣接パルス）について上述の時間差及びパルス持続時間を平均して、異常値または誤り測定値が装置100の電力及び動作設定に過度の影響を及ぼさないようにするのが好ましい。

さらに、プロセッサは、フラッシュランプ特性決定システム412のメモリ413内に記憶された最大フラッシュカウント及び現在のフラッシュカウント情報にアクセスして、フラッシュランプ112がまだ動作可能か（すなわち、最大フラッシュカウントを超えていないか）を確認する(508)。フラッシュランプ112が動作可能でなければ、プロセッサは、ユーザインターフェース108に、こうしたフラッシュランプの交換を促す指示メッセージを装置100のユーザに送らせる(510)。例えば、このユーザインターフェースは、1つまたは複数の発光ダイオードを点滅させたり、ビープ音を出させたり、且つ/またはこれ以外の方法で、こうしたフラッシュランプ112を収容する交換可能ライトカートリッジ116を交換する必要があることをユーザに示す。ユーザインターフェース108は、現在のフラッシュカウントが最大フラッシュカウントに近づいていて、ユーザは取り付けられているカートリッジの寿命が尽きる前に、別の交換可能ライトカートリッジを購入できることをユーザに気づかせることもできる。フラッシュランプ112が動作可能であれば、プロセッサは、ユーザインターフェース108の信号または他の示度を評価して、皮膚科治療タイプ、パワーレベル設定、ストローブ及びパルス動作モード、皮膚/毛髪タイプ設定、及び/または類似の項目などの、装置100のユーザによりまたはユーザに代わってなされた選択肢を検出する（512）。

プロセッサは、少なくもと部分的にはユーザ選択と、交流線源426が供給する交流エネルギーの特性と、フラッシュランプ特性とに基づいて特定の皮膚科治療に望ましい電力補償及びパルス波形設定を求める(514)。より具体的には、プロセッサは、皮膚科治療タイプ、パワーレベル設定、及び/または皮膚/毛髪タイプ設定に関する情報を使って、所望の皮膚科治療を容易に行うのに望ましい1つまたは複数の光パルス並びに/若しくは光パルスシーケンスのフルーエンス、パルス持続時間、及び/またはパルス間/シーケンス間遅延を（計算及び/またはデータ構造ルックアップに基づいて）求める。さらに、プロセッサは交流線及びフラッシュランプ特性を使って、所望の光プロファイルを実現するために、スイッチング電源414から光学系404に供給される電気エネルギーの対応するパラメータを求める。例えば、電圧レベルが公称電圧に対して低くなる期間を示す下降または低ライン交流入力状態は、こうした低電圧を補正し且つフラッシュランプ112において実質的に一定の電力を維持するためより大きな電流の印加を必要とする。また、こうした状態は、電気パルスシーケンスにおける各電気パルス(光パルスシーケンスにおける光パルスに対応する)に関して短いパルス持続時間(可変パルス実施形態において)をもたらすことがある。高ライン交流入力状態は高電圧を供給するので、同様に、フラッシュランプ112において実質的に一定の電力を維持するためには、こうした高電圧を補正するため低い電流を必要とする。さらに、フラッシュランプ112の老化及び電気/光変換特性は、こうしたフラッシュランプ112に与えられる電流への更なる修正を必要とするかもしれない。例えば、フラッシュランプ特性決定システム412のメモリ413に記憶されているフラッシュランプ老化/劣化特性は、この劣化を補正するのに十分な量でフラッシュランプ112への電流を増加させる電気補正値の計算に使用可能な幾つかの数の光パルスまたは光パルスシーケンス当たりの光損失の所定のパーセンテージ(例えば、1000回の光パルスシーケンス毎の光学フルーエンスの5%損失)を含むことが好ましい。これによって、同一または次の皮膚科治療セッションにおいて所望の実質的に安定した光学フルーエンスが達成される。同様に、交換可能ライトカートリッジ116内に取り付けられるフラッシュランプ112は、カートリッジ毎に異なる場合もあるため、そうしたフラッシュランプ112の電気/光学変換効率が異なることもあり、この場合、フラッシュランプ特性決定システム412のメモリ413に記憶されている補正係数は、プロセッサがスイッチング電源414の電気的出力を調整して皮膚科治療において所望の光パルスシーケンスを可能とする機構を提供する。

装置100のユーザがユーザインターフェース108のフラッシュ開始ボタン113を押すと、制御回路424のプロセッサがこうした選択を検出し、好適には、ボタン113が押されている間は、安全保護装置410を監視して、安全保護装置410の皮膚接触センサが作動している時を示す信号をそこから検出し、少なくとも光学放射線を放出するハンドピース104の部分が、治療対象の皮膚領域と実質的に接触またはその領域を実質的に囲んだことを示す(516)。次に、好適には、このプロセッサは温度測定システム408にアクセスし、ハンドピース104及び/または装置100内の他の位置における温度が、対処可能な温度動作範囲内にあるかを判断する(518)。温度が安全な動作温度を意味する第1温度域値を下回っている場合、プロセッサは制御回路424内のシマー制御回路に、シマー電力回路418を動作可能とさせるよう命令できる(520)。この温度が第1温度域値と第2温度域値との間の対処可能な温度動作範囲であれば、プロセッサはオプションとして、冷却システム406の動作を修正するか(例えば、ハンドピース104内のまたは装置100の他の場所にある可変速度ファンの速度を増大する)、且つ/または光パルスシーケンス及び/または関連した電気パルスに関連付けられたパラメータを修正して(例えば、連続的な光パルスシーケンス間の時間間隔を増加させることで、装置100のフラッシュ速度全体を少なくとも一時的に減少させる)、次の光パルスシーケンスにおいて且つ/または次の光パルスシーケンスに続いて、装置内部の温度が所望の温度制限に維持されるようにするかを決定できる(522)。測定した温度がこれら2つの温度域値の高い方を上回っていて安全でない動作状態を示している場合、プロセッサは装置100の電源を切る信号をスイッチング電源414に出力できる(524)。

一実施形態では、シマー電力回路418がその全出力電圧(デュアルフラッシュランプ装置では約750ボルト)に達するのは、この回路418が動作可能となってから約125ミリ秒後であり、この場合、プロセッサはその内部クロックを用いてこの期間を測定し、この時間が経過するまではそれ以上の電力関連動作を一時停止する。シマー電力回路418が所望の出力電圧に達すると、プロセッサはオプションで安全保護装置が作動状態にあるかどうかをチェックするか(526)、或いは、制御回路424のトリガ制御回路に、トリガ電力回路420を動作可能とする信号を送る(528)。安全保護装置が作動していないことをプロセッサが検出すると、シマー電力回路418を動作不能にする信号をシマー制御回路に送ることができる(530)。

上述したように、好適には、シマー電力回路418及びトリガ電力回路420は構成要素を共有することで、シマー出力電圧がトリガ電力電圧(例えば、約6-10キロボルト)に付加/変換され、フラッシュランプ112内のガスのイオン化をトリガ/開始するのに十分な大きさに合計で達するようにする(これがフラッシュランプのシマー状態の開始となる)(532)。イオン化に続いて、シマー状態は、約50-100ミリアンペアの電流をシマー電力回路418からフラッシュランプに印加し続けることで維持できる。プロセッサは、オプションで、安全保護装置が作動状態にあるかどうかをチェックするか(534)、或いは、パルス駆動回路422を動作可能とする信号を制御回路424の電流調整器回路に送る(536)。安全保護装置が作動していない場合は、プロセッサは、シマー電力回路418を動作不能にする信号をシマー制御回路に送ることができ、これはフラッシュランプ112のシマー状態を実質的に終了させることになる。

プロセッサは、信号を出力し、且つスイッチング電源414のパルス駆動回路422を駆動して電気エネルギーのパルス(光パルスシーケンスの形状及びその他の属性を実質的に忠実に反映する)を発生させる基準電圧を電流調整器回路に与える。この電圧は、シマー状態にある時にフラッシュランプ112を作動させて、ランプのパルス状態時に超短パルス光を放出させる(538)。上述したように、フラッシュランプ112をシマー状態からパルス状態へと作動させるパルス駆動回路422によって与えられる電気エネルギーは、最小動作電圧閾値を上回る交流半サイクル内の期間に交流線源426から実質的に供給される。交流半サイクルのこの部分は、荷電コンデンサから実質的にエネルギーを得ることなく、パルス状態時に、フラッシュランプを駆動するのに必要な所望のピーク電流レベルを供給できる。パルス駆動回路422により生成される電気パルス及び電気パルスのシーケンスの形状(例えば、パルス持続時間、パルス間遅延間隔、公称電流値の付近及び上下限内における電流振動の程度)及び大きさ(例えば、ピーク及び平均電流)は、プロセッサにより求められる所望のパルスプロファイル内に維持できる。より具体的には、プロセッサは、スイッチング電源414のバックレギュレータ回路における電界効果トランジスターまたは他の電力スイッチング素子によるフラッシュランプ112への電気エネルギーの伝達を選択的に可能とする信号を電流調整器回路に出力する。多くの皮膚科治療は実質的に方形光プロファイルで行うのが好ましいので、プロセッサは、電力スイッチング素子を制御して電気エネルギーの伝達を選択的に可能または禁止させ、従って、フラッシュランプに供給される電気エネルギーは、電流が概ね調整されるように、所望の電流レベル付近で且つその上下限範囲で振動する(例えば、50-100キロヘルツの速度で、且つより好適には約80キロヘルツの速度で)。プロセッサは、パルス状態における所与の瞬間にフラッシュランプ112を流れる電流量(例えば、電流感知抵抗器を介して判断される)と、最小動作電圧閾値以上である交流半サイクル内の期間において交流線電圧検出器により生成された信号のデューティサイクルまたはデューティサイクルの逆数(電気/光パルスシーケンスの期間及びその後にフラッシュランプ112のパルス状態とシマー状態との間を移行するのに用いられる)と、に少なくとも部分的に基づいて電力スイッチング素子を動作可能または不能とし、これは、所望レベル(例えば、約35-80アンペアの間であって、より好適には+/-10アンペアで約47-65アンペアの間)付近の電流振動の大きさに影響する。

スイッチング電源414の制御回路424は、光パルスシーケンスの放出時またはその後にハードウェアまたはソフトウェア誤動作の結果として発生しうる1つまたは複数の重大な故障を検出できる(540)。例えば、電力スイッチング要素を連続導電状態に短絡させるこの要素の故障は、フラッシュランプを駆動する過度で無調整の電気エネルギーを発生させ、結果的にランプのパルス状態において望ましくない光を放出させることがある。重大な故障(すなわち、回復不能な故障状態)が発生すると、プロセッサ、パルス持続時間保護回路、及び/または制御回路424内の他の回路は、IGBTまたは他のスイッチング素子を用いて装置100を永久的または一時的に動作不能にできる(542)。一実施形態では、重大な故障状態が所与の期間内に数回繰り返された後は、装置100は永久的に動作不能になる。重大な故障状態が発生せず、光パルスシーケンスが成功裏に放出された場合、プロセッサは、シマー、トリガ、及びパルス駆動回路418-422を動作不能にし(544)、装置100のその後の動作に備えて、フラッシュランプ特性決定システム412のメモリ413に記憶された現在のフラッシュカウントまたは他のフラッシュランプ特性を更新する(546)ように制御回路424に命令する。

図5に示し且つ上述した例示的方法論は、ここに開示した技術の利益から大きく逸脱することなく様々な方法で修正できることは注意すべきである。限定を意図しない一例として、ブロック502-518に記載した方法論は全体または一部を組み合わせ、或いは異なる順序で実行できる。すなわち、安全保護装置がいつ作動するのかの判断は、フラッシュランプ112のシマー状態で始まりパルス状態の終了で終わる期間に行われる必要はなく、トリガパルスの放出の実質的に直後にフラッシュランプをパルス状態で動作させることによって、シマー状態は完全に回避することもでき、且つ/或いは、フラッシュランプのシマー状態はパルス状態の終了を超えて、従って隣接する光パルスシーケンス間の期間に継続できる。

図6-12も参照すると、例示的な電気的、光学的、及び熱的波形を示すが、これらは、開示した技術の少なくとも幾つかの局面に従って製造且つ動作させた代表的な皮膚科治療装置100を用いた一時的脱毛に関する例示的な皮膚科治療セッションにおいて発生しうるものである。より具体的には、図6は、高ライン状態602または低ライン状態604を示す全波整流交流電力信号(50ヘルツの周波数と対応する10ミリ秒期間を備えている)を示す。図を見難くしないように公称交流電圧状態は示していないが、当業者であれば、こうした公称電圧波形は、高ライン波形602と低ライン波形604との間に位置することは理解するはずである。例示的な最小動作電圧閾値606も図示した。この閾値606と高ライン波形602との交点は、閾値606を上回る交流半サイクルの部分の期間が、低ライン波形604の対応する期間より大きいことを示している。従って、高ライン交流状態は、低ライン交流状態に比べて、皮膚科治療に必要とされる、より長い電気及び光パルス幅及びより低いピーク電流を可能にする。

図7は、交流線電圧検出器416が発生できる例示的な信号702を示し、この信号は、制御回路424のプロセッサが、交流半サイクル内で最小動作電圧閾値606に一致するか上回る交流線周波数及び持続期間を特定する際の補助となる。図示した実施形態では、信号702の各パルスは、交流半サイクルの電圧がいつ最小動作電圧閾値606を下回るかを示す。こうしたパルスの持続時間は低ライン交流状態よりも高ライン交流状態に関して短くなり、この場合は、図示したデューティサイクルの逆数が、治療セッション時に、荷電コンデンサから実質的に電気エネルギーを得ることなく、皮膚科治療装置100のフラッシュランプ112を(シマー状態からパルス状態へと)駆動するのに十分な電気エネルギーを供給できる交流半サイクルの部分を特定する。別の実施形態では、交流線電圧検出器416は図示した信号702の逆の信号を発生でき、その場合、そのデューティサイクルは、開示した様態でフラッシュランプ112を駆動可能な交流半サイクルの部分を実質的に直接反映するはずである。

図8は、交流高ライン状態が存在する一時的脱毛治療セッション時に、皮膚科治療装置のデュアルフラッシュランプに印加できる例示的な電圧波形802の信号グラフを示す。この実施形態では、シマー電力回路418はまず約750ボルトをフラッシュランプに印加し、これが続いてトリガ電力回路420によって供給される電圧と組み合わされて、フラッシュランプ内のガスを静電的にトリガ/開始するのに十分な合計10キロボルトのトリガ信号となる。すると、制御回路424が、パルス駆動回路422に、実質的に最小動作電圧閾値606を上回る交流半サイクルの期間(この場合は、約7ミリ秒の期間)において電圧パルスをフラッシュランプに伝達させる。ここで、こうした電圧パルスは、約3ミリ秒だけ分離されるが、この期間もシマー電圧はフラッシュランプにおいて維持される。図示したように、これら電圧パルスは、100ボルトの平均電圧を中心とする約+/-25ボルトの振動を伴った実質的に方形プロファイルを示すことができる。

図9は、図8の電圧波形802に対応する例示的な電流波形902の信号グラフを示す。この実施形態では、フラッシュランプにおいてガスイオン化が開始されると、約100ミリアンペアの低レベル電流がフラッシュランプに流れ始め、こうした低レベル電流は、少なくとも対応する光パルスシーケンスが完了するまでガスがイオン化状態を維持するように、パルス間期間においても流れ続ける。フラッシュランプのパルス状態の間は、電流は約50アンペアまで増大し、上述したようにパルス駆動回路422の80キロヘルツスイッチング動作の結果として、その+/-10アンペア以内に維持される。フラッシュランプへの熱衝撃及び機械的衝撃をさらに減少させる関連した実施形態では、中程度の強度レベル(例えば、約1-25アンペアで、好適には約1-15アンペア)おける付加的な調整電流が、フラッシュランプのイオン化に続く期間で、50アンペア電流レベルで発生する強い光の放出までフラッシュランプに連続的に印加されるように、電流波形902の総計パルス幅は延長できる(例えば、合計で約50-250ミリ秒まで、好適には約 60-130ミリ秒まで、最も好適には約110ミリ秒まで)。この中程度の電流レベルは温度を安定させ、フラッシュランプの機械的応力を減少させるのみならず、標的でない周囲組織に実質的に損傷を与えることなく、皮膚治療領域の標的組織を予熱する役割も果たす。

図10は、図9の電流波形902に対応する例示的な光パルスシーケンス1002の信号グラフを示す。この実施形態では、フラッシュランプのパルス状態の期間に発生する強い光放出は、電流波形902のパルス持続時間と実質的に位置合わせされており、且つ光出力において対応する振動を示している。一時的に脱毛する治療セッションでは、図示された4つの光パルスそれぞれ(所望の波長を示す)は、総計15ジュールに対して3.75ジュールの光学放射線を放出でき、これは2平方センチメートルの開口部を介して皮膚に印加可能であり、1平方センチメートルあたり約7.5ジュールのフルーエンスとなる。もちろん、パルス数、パルス毎のエネルギー、パルス間期間、及びこの例示的波形1002の他の側面、並びに関連する電気波形802、902のこれら側面は、開示した技術の教示から大きく逸脱することなく容易に修正可能であるが、それは、ランプのパルス状態並びに対応する電流及び電圧パルスの期間における強い光の放出が、実質的に交流半サイクルが最小動作電圧閾値606以上である期間内で発生する限りにおいてである。

図11は、一時的な脱毛治療セッション時に、標的組織(例えば、毛嚢、毛隆起など)が図10の光パルスシーケンス1002に曝された際の、標的組織の例示的な熱プロファイル1102を示す。図示したように、標的組織の温度は各光パルスの期間に大きく上昇し、こうした光パルスの間のパルス間期間では実質的に同じ温度を維持するか、僅かに減少する。こうした光パルスの総計効果は、標的組織の温度を一時的な脱毛に至るレベルまで上昇させることである。

同様に、図12は、一時的な脱毛治療セッション時に、表皮などの非標的組織図10が光パルスシーケンス1002に曝された際の、非標的組織の例示的な熱プロファイル1202を示す。標的組織の温度プロファイル1102の場合と同様に、表皮の温度は各光パルスの間は上昇するが、パルス間期間では標的組織よりも迅速に下がる。従って、皮膚科治療セッションにおける表皮の温度は、顕著な損傷閾値未満に維持できる一方、所望の熱プロトコルを標的組織に与えられる。

図13は、開示した技術に従って製造し且つ動作可能な例示的なシマー電力回路418の回路部品及び配線を示す。図示したように、且つプロセッサ、シマー制御回路、及び/または制御回路424のパルス持続時間保護回路の制御下で、シマー電力回路418は、交流線源426の交流電流から形成される直流の電圧レベルを所望レベル(デュアルフラッシュランプでは750ボルト)まで増大させるトランスを含む。シマー電力回路418は、さらに、フラッシュランプ112のシマー状態の前及びそのその期間にこれらランプに印加されることになるシマー電力を平滑化する様々なコンデンサを含む。

図14は、開示した技術に従って製造し且つ動作可能な例示的なトリガ電力回路420の回路部品及び配線を示す。図示したように、プロセッサ及び制御回路424のトリガ制御回路の制御下で、トリガ電力回路420は、より高い電圧エネルギーのいくらかをシマー電力回路418のトランスから受け取り、さらに、この電圧をそれ自身のトランスを使って約10キロボルトまで引き上げる。次に、上述のように、得られたトリガパルスを用いることで、シマー状態が開始されるようにフラッシュランプ112を静電的にトリガできる。

図15は、開示した技術に従って製造し且つ動作可能な例示的なパルス駆動回路422の回路部品及び配線を示す。パルス駆動回路422は、EMIフィルタ回路1502と、整流器回路1504と、バックレギュレータ回路1506とを含む。EMIフィルタ回路1502は、交流線源426に/から電磁障害からの電気エネルギーを効果的に濾過する1つまたは複数のチョーク及び容量性素子を含む。濾過された電気エネルギーは、次に、整流器回路1504のダイオードブリッジに印加して交流を全波整流でき、すると、整流されたエネルギーは回路1504内の容量性素子に印加され、整流された交流を高電圧直流波形に平滑化できる。次に、この高電圧直流は電界効果トランジスターまたは他の電力スイッチング素子1508に印加できるが、これは、上述したように制御回路424のプロセッサ、電流調整回路、及び/またはパルス持続時間保護回路の制御下で、導電及び非導電状態へと選択的に駆動される。装置100の動作時にスイッチ内でのリンギングを防止するため、スナバ回路1510を電力スイッチング素子1508の両端に使用してもよい。スイッチ1508が導電状態にあるとき、電気エネルギーはインダクター及びダイオード回路を通過し、フラッシュランプ112の電極に印加される。ダイオード1512は、シマー電力回路418が作動している時は、電気エネルギーがシマー電力回路418からパルス駆動回路422に入るのを禁止し、従って、パルス駆動回路422の回路部品が損傷することを防止する。導電路にある電流感知抵抗器1514は、プロセッサ及び/または電流調整器に、任意の時刻にフラッシュランプ112を流れる電流に関する示度を与え、従って制御回路424がスイッチ1508を選択的に動作可能/動作不能とするためのよりどころとなり、よって、光パルスシーケンス放出を駆動するフラッシュランプ112への電気エネルギー放出を制御する。

図16は、開示した技術に従って製造し且つ動作可能な例示的な制御回路424及び交流線電圧検出器416の回路部品、配線、及びインターフェースを示す。制御回路424は、プロセッサ1602と、シマー制御回路1604と、トリガ制御回路1606と、電流調整器1608と、パルス持続時間保護回路1610とを含み、これらは全て開示した実施形態に従って装置100を動作させるよう設計且つ構成されている。

幾つかの実施形態及びその変形例をこれまで説明してきたが、これら実施形態は例示目的のみを意図したものであり、開示した技術の教示を実施する一方で多数の他の変形例が可能であることも意図されている。例えば、開示した技術は毛髪成長管理/脱毛用途に関連して記載したが、広範囲の医療または美容皮膚科治療に適用できる。回路構成及び関連した機能も例示的なものであって、本開示の教示から大きく離れることなく容易に修正できる。従って、好適な実施形態を参照しつつ本発明を具体的に図示し且つ上述してきたが、当業者であれば、次の特許請求の範囲に定義された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形式及び細部における上述及び他の変更を行うことができる。

Claims (5)

1. 皮膚科治療装置であって、
   皮膚領域において所望の美容効果の達成を促進するのに十分な光エネルギーを放出可能な少なくとも1つのパルス可能フラッシュランプと、
   間に封止空間を具備した第1ペインと第2ペインを備えた窓とを含み、前記第1ペインは、前記皮膚領域の皮膚表面に当接させるためのヒドロキシル成分を備えた光学的に透明な材料からなり、前記ヒドロキシル成分は0ppmを上回り約5ppm以下であり、前記第2ペインは、前記フラッシュランプの2000ナノメートルを上回る赤外線放射の少なくとも一部を吸収する光学的に透明な材料からなり、前記窓が、前記装置の動作時に発生する熱の少なくも一部から前記皮膚表面を断熱する、皮膚科治療装置。
2. 前記封止空間がガスを含む、請求項1の皮膚科治療装置。
3. 前記封止空間が空気を含む、請求項1の皮膚科治療装置。
4. 前記封止空間が真空を含む、請求項1の皮膚科治療装置。
5. 前記第2ペインが、約600ナノメートル未満の波長を備えた光放出を反射して前記フラッシュランプに戻す複数の反射コーティングをさらに含む、請求項1に記載の皮膚科治療装置。

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