專利名稱：用脈沖激光減少皮膚皺紋的制作方法
技術領域：
本發明涉及從哺乳動物皮膚組織的表面區域減少皺紋的方法和相關的設備。
眾所周知，激光技術已經應用于身體保健方面，并且自從二十世紀六十年代早期已經開始廣泛的研究激光在醫療中的應用。在最近幾年，在化妝品應用方面越來越呈現出更多的興趣。兩個化妝應用的例子是換膚和消除皺紋；在這方面，激光可以用作外科整容的替代。
在消除皺紋和換膚有明顯的差異。換膚是激光能量蒸發表皮的薄層，不需要穿過基礎層到達真皮層。這本質上是一個表面的過程，基本用于給皮膚一個“更新的”外貌。然而，消除皺紋是更進一步的技術，組織被一層一層的除去，侵入了真皮并且有效的導致了二度燒傷。熱量沉積在真皮，收縮了膠原質并且拉緊了皮膚。
在年輕人的皮膚中，膠原質恰恰在皮膚表面的下邊，形成了有很好彈性和韌性的組織網格。當年齡變大，膠原質改變了它的結構，影響了皮膚表面的容貌。為了產生膠原質結構的回復活力，還皮膚以前的容貌，已經發展了許多技術，引入對真皮的“受控傷害”。在十十世紀九十年代，提出了一種用于除去皺紋的激光方法。
已知的除去皺紋的技術中，為了激光能量被水分高度吸收，選擇了合適的波長。現在所選的激光是10.6μs波長的CO2激光和2.94μs波長的Erbium YAG激光。在這個非選擇的過程中，激光能量的脈沖被用于皮膚表面，每個脈沖蒸發了厚度在30μs和60μs之間的組織層。通常，激光的第一次通過表皮的薄層而對基層沒有傷害。接著通過相同的區域，透入真皮，加熱膠原質。激光操作員“實時”的看見熱量累積收縮了皮膚，拉緊了皮膚的表面。當達到了滿意的臨床成果，操作員停止施加激光脈沖。很明顯，美容結果的質量高度依賴于操作員的經驗和技術。
在CO2激光消除皺紋情況時，對病人治療后的監視是必要的。剛治療之后，皮膚是開放的傷口，需要包扎2-10天。另外，為了病人的舒服和防止感染，局部需要使用洗液。操作后感染是常有的，根據報告其發生率大約在4.5％到7％之間，這基本上是因為皮膚自然防護屏障被去除了。
平均而言，CO2激光消除皺紋，治療后紅斑存在4-5個月。與此相比，化學脫屑后有2-3個月。而且，副作用影響的發生率是明顯的，最通常的色素沉著在30％-40％的情況下產生。在較黑皮膚類型里，有關于較高發生率的報告。延遲的色素沉著可以長達在治療后一年產生，它最近作為侵蝕性激光換膚的并發癥出現了。許多有名的激光移去表皮外科醫生采取了稍小侵蝕性的技術。
已知的過程的影響有兩方面(a)激光誘導真皮里的膠原質改變了性質和交錯連接的結構，這導致拉緊效果伸展皮膚，減少或者消除皺紋(這個效果的熱量極限被認為是70℃；和(b)真皮的變化誘導了新膠原質的生成，新膠原質以改變性質的膠原質產生的基質為基底。
上面概述的換膚過程和消除皺紋過程被許多此領域的專家認為是相對于以前使用的外科方法有重大的進步。此過程使用激光的能力在組織表面提供高能量密度，因此在良好控制下融化表面組織。繼續去除組織，計劃一層接一層的損害膠原質并且從而導致皺紋消除。過程的第2階段是簡單的皮膚滲液，結痂形成，皮膚出現紅潤。
因此，本發明的基本目的是提供一種技術，它從人皮膚組織的表面區域消除皺紋而不會導致二次燒傷和其他與傳統消除皺紋相關的問題。
本發明提供了一種從人皮膚組織的表面區域消除皺紋的方法。組織的真皮層被為使真皮層的載色體可吸收而選擇的輻射線透過基礎層照射，這樣真皮層的膠原質被加熱了，同時基礎層保持完整以致基本抑制真皮層與環境空氣的接觸。
本發明特別的進步在于小毛細管的特定目標，典型的是直徑在15-20μs范圍的位于上部真皮的小毛細血管。這些小毛細血管有開窗，這允許發炎的介質從血管透過血管壁結構遷移而不導致對組織或血管的傷害。選擇目標為這些血管和與其他組織部分互相作用的極小化導致過程的重要加強。
根據本發明的重要特征，刺激的電磁輻射波波長選擇為基本在范圍500nm-800nm(更適合的是500-600nm)并且刺激的電磁輻射波的脈沖有一基本為或小于200μs(較好為基本分布在范圍1μs到150μs，更好的是在范圍5μs到150μs)的上升時間。
波長范圍特定的針對毛細血管，基本的載色體是氧合血紅蛋白。
在脈沖里傳遞的能量的迅速上升時間是很重要的，因為血管是在開列的尺寸范圍，熱弛豫時間很短(典型的是100μs到200μs)。這意味著熱量從目標血管以迅速的速率消失；從而保證能量足夠迅速的傳遞以刺激所需的發炎的介質的移動，同時彌補能量脈沖之間的熱量損失。典型的能量脈沖上升時間的范圍為50μs到150μs。盡管低脈沖持續在到200μs的范圍里可以是充分和合適的，脈沖的持續時間為100ms(更好的是持續2ms)已經充足。
輻射傳遞系統有利的傳遞預定的單色波長或者窄波長帶寬的輻射波束到皮膚。
傳遞給皮膚的整個輻射能量密度最好基本為或者小于每個脈沖5J/cm2(最好大致位于每個脈沖0.5J/cm2到5J/cm2的范圍)。
人工的載色體可以為減少皺紋被引入到需要的區域，或者選擇一個自然產生的載色體。在本技術的較佳實施例中，選擇的自然產生的載色體是真皮叢的氧合血紅蛋白，它在585nm和815nm處具有波長吸收峰值，在此波長上周圍的組織吸收相對較低。
根據進一步的方面，本發明因而提供減少人皮膚表面區域的皺紋而美容的設備，此設備包含一個輻射傳遞系統，它傳遞帶寬大致為15nm或者更少的在570nm到600nm和750nm到850nm范圍中的至少一個的單色輻射。傳遞系統包含脈沖系統，它用于根據預定的狀態形成傳遞輻射的脈沖。在此狀態，能量脈沖的上升時間是基本為或小于200μs(較好的為1μs到150μs的范圍，更好的為5μs到150μs的范圍)。
傳遞給皮膚的帶寬為15nm或更少的基本上單色輻射的能量密度較好為或少于每脈沖5J/cm2。
根據本發明的方法是非入侵的和非剝離的并且可以容易的為非醫務人員所實行。每脈沖所傳遞的總體能量足夠實現需要的在目標載色體周圍的組織的物理變化，而不會導致當輻射線穿過它時，消融目標或其他的皮膚部分。
輻射線合適基本上為單色或者至少是相對較窄的波段，這樣可以確保被目標載色體優先選擇吸收。可以使用激光源來產生需要的波長，或者經過濾色的寬波段光源，例如可用發光二極管(LED)并通過合適的濾色來允許所選擇的波長(或者窄波長的波段)透過。
照射可以通過可見源或者紅外線輻射(如果必要，合適的過濾來除去有害的紫外線輻射)的方法。輻射可以是相干的(那是從一個激光光源出射的)。這種激光光源可以是，例如，染料激光器，紅寶石激光器，或者半導體激光器。如果使用染料激光器，它的波長最好是能被氧合血紅蛋白吸收的(氧合血紅蛋白在真皮層血管的載色體上自然發生的)。
另一方面，表面區域可以用被真皮層吸收的人工載色體治療。這樣的人工載色體可以應用于包含脂質體的局部構成形式的表皮層。載色體可以接著為傳遞到真皮層而透過基礎層。
當使用激光時，可以安排以脈沖形式掃描表面區域和/或照射真皮層。當激光在脈沖模式下，典型的脈沖有10μs到10ms(更適合為200μs到1ms)的持續時間。
根據本發明，有時需要先于照射真皮層而優先除去表皮層的部分。表皮的去除(已知的為移去表皮)可以機械方式實現(例如磨損)，或者通過激光輻射。當以此目的使用激光輻射，典型的是控制的CO2激光源掃描器。
每脈沖的能量密度最好精確控制以保證不超過最大的極限標準(約5J/cm2)。
現在將在特定實施例中，通過合適的例子和參考附圖進一步說明本發明，附圖包含

圖1是人皮膚組織的三個最外層的示意性的表述；圖2是表示移去表皮(換膚)的示意圖，它是本發明的可選步驟；圖3是先前外科去皺技術方法的結果示意圖，因為它包括在選中的區域完全除去表皮，因此暴露了真皮導致了二度燒傷；圖4是本發明方法的結果示意圖，顯示了表皮部分完整，基底層完全完整；圖5是本發明消除皺紋裝置的第一實施例的示意圖；圖6是本發明消除皺紋裝置的另一實施例的示意圖；圖7是表示形成本發明部分裝置的光學傳送系統的示意圖；和圖8表示用本發明裝置發射輻射的強度分布的圖示。
參照圖1，哺乳動物皮膚組織的基本皮膚結構包括三層，最外層的表皮1，接近于基底層2，然后是真皮3。
參照圖2，用CO2激光輻射的方法部分移去表皮區域4，用作換膚已眾所周知。該階段表示先前技術方法的第一步，但是它是本發明的可選步驟。基底層2和真皮3都不受激光輻射的影響。
如圖3所示，先前去皺的技術方法通過反復暴露在CO2激光輻射下，導致了完全移去表皮區域5和基底層2。還部分移去了真皮3，如6所示，使真皮暴露在空氣中。這導致了減緩復原和可能感染的二度燒傷。
如圖4所示，本發明的去皺方法導致部分移去表皮1(如以上圖2所述這是可選步驟)，基底層完整的留下，所以真皮3未暴露到空氣中。激光輻射7施加于組織，選擇性地被真皮3中的載色體吸收，加熱膠原質收縮皮膚，因此移去了皺紋的外貌。
在較佳實施例中，選中的目標載色體是真皮3中的氧合血紅蛋白，它具有吸收峰值在大約585nm到815nm處。圖5所述裝置包含激光輻射傳遞系統101，該系統包含小電珠激發的抽吸染料激光器，該激光器包括激光頭102、染料池103和泵104。流量計105控制染料流向激光頭102中的激光腔，冷卻系統106冷卻激光頭102和染料池103。該系統由微處理器控制器107控制，它進行脈沖形成網絡(包括電容和電感網絡)的電壓控制，脈沖形成網絡形成發射脈沖，從而形成脈沖束激光從激光頭102輸出。在微處理器控制器107和脈沖形成網絡108之間通過線路109提供電壓控制和反饋。在冷卻系統和控制器107之間通過線路110提供溫度監控反饋。
系統參數和激光頭用于輸出控制的激光輻射脈沖，激光輻射的波長在577nm到585nm范圍內，典型的脈沖持續時間在200μs到1ms范圍內。考慮到真皮中選擇性地瞄準小毛細管的需要，精確控制能量脈沖上升時間，以滿足快速產生想要的選擇加熱效果(如以上在說明書中描述的)。能量脈沖上升時間要滿足于150ms或低于150ms。為了產生需要的波長，選擇適當的激光染料(例如Rhodamine 575或Pyromethene 590)，控制染料溶液的濃度。
通過設計脈沖形成網絡108中的電容和電感值，精確控制發射到激光頭102內激發小電珠的能量，從而達到控制染料激光器裝置101的脈沖持續時間。
通過光導纖維管112(見圖7)和聚焦光學透鏡裝置113，能量發射到皮膚表面，聚焦光學透鏡裝置將光斑聚焦到皮膚組織的表面上使得光斑的直徑在1mm到10mm的范圍內，強度均勻分布于光斑直徑中(也就是“頂帽”分布)，如圖8所示具有所需的等于或不到150ms的快速上升時間。提供光學裝置以確保均勻能量分布均勻加熱組織，而不會出現導致組織損傷/消融的“熱斑”。
還要選擇輻射參數以確保發射到每個脈沖的總輻射能量密度大致落在0.5J/cm2到5J/cm2范圍內。尤其重要的是不能超過選中的上限值(5J/cm2)，因為發射過高能量密度的輻射/每個脈沖，會導致對皮膚有害的效果(例如消融和/或其它損傷)。
對于圖1的染料激光器系統101，發射到皮膚的輻射能量密度由小電珠的輸出能量調節控制(它依次控制激光器的輸出能量)。激光器輸出能量與斑點一起確定發射的能量密度。通過控制染料循環速率、染料溫度和小電珠輸出能量來達到精確控制。染料循環速率很重要，由于同樣容量染料的重復脈沖調制，沒有循環，降低了激光頭102的輸出能量。升高或降低染料溫度會影響到激光頭102的能量輸出。通過變化電壓控制小電珠的輸出能量，以此電壓充電脈沖形成網絡108中的電容；因此電容電壓通過線路109的反饋很重要。
需要的能量密度會根據皮膚的顏色，在具體的因人而異的范圍內變化。
參考圖6，它顯示了實現本發明的裝置的另一實施例，其中利用LED或半導體激光裝置202產生輸出輻射220。用戶接口213實現微處理器控制器207的輸入，控制器用于控制供電單元214以確保所需的電流供應到LED或半導體激光裝置220。溫度傳感器215通過線路210提供溫度反饋。控制器207的輸出216將供電單元214供應的電流傳給裝置202；控制器207的輸入217提供電流監控反饋。通過脈沖調制供電單元214供應給LED或半導體激光裝置202的電流，以達到控制脈沖的持續時間。
高強度LED裝置能產生相當于氧合血紅蛋白585nm吸收峰值的波長。光學系統(包括透鏡113)可以包括濾感器，用于壓縮從LED到皮膚目標區域的輻射的波段。在使用激光器時，輸出可能是單色的。另外，或者在使用LED的情況下，發射的輻射可能是“有效”的單色，或者是相對的窄帶寬(典型的帶寬在15nm或更小的范圍內)。
在使用半導體激光裝置的地方，輸出可能相當于氧合血紅蛋白的第二(較高的)吸收峰值(815nm)。
雖然通過關于在氧合血紅蛋白吸收峰值585nm和815nm處發射有效單色輻射，描述了本發明，但顯而易見的是通過使用接近于每個吸收峰值(任一邊)的波長，本發明的有益效果可達到一個相當的程度。工作的較佳波長范圍是目標氧合血紅蛋白的570nm到600nm，和750nm到850nm。
在使用人造載色體的地方，選擇波長(或波長窄帶)對應于相應載色體的特征吸收波長。確保發射到每個脈沖的總能量低于門限破壞水平(大約5J/cm2)仍然重要。
在所述實施例中，重要的是確保沒有目標內建立的過度能量(和由此產生的熱量)，因此選擇內脈沖持續時間在避免這種情況的發生的水平。較佳的是脈沖重復率在最大3Hz或更小的范圍內。
權利要求
1.一種用于減少人皮膚表面區域的皺紋的美容設備，其特征在于，設備包含一個將光波長的電磁輻射傳遞到皮膚的輻射傳遞系統，傳遞系統包含一個根據預定方式形成傳遞的輻射脈沖的脈沖系統，所述設備配置為，傳遞給皮膚的輻射是基本在500nm到800nm范圍的預定單色波長或者窄波長帶寬，并且脈沖能量上升時間基本為或小于200μs。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，脈沖能量上升時間基本在50μs到150μs范圍。
3.如權利要求1或2所述的設備，其特征在于，傳遞給皮膚的輻射能量密度基本為或低于每脈沖5J/cm2。
4.如前述任一項權利要求所述的設備，其特征在于，能量脈沖持續時間基本為或少于100ms。
5.如權利要求4所述的設備，其特征在于，脈沖能量持續時間基本為或少于2ms。
6.如權利要求5所述的設備，其特征在于，脈沖能量持續時間基本為或少于200μs。
7.一種為減少人皮膚表面區域的皺紋的美容設備，設備包含一個為傳遞基本單色輻射的輻射傳遞系統，其特征在于，所述輻射為基本15nm或更小，和范圍570nm到600nm和750nm到850nm中至少一個的波長帶寬，所述傳遞系統包含一個為根據預定方式形成傳遞的輻射脈沖的脈沖系統，其中傳遞給皮膚的輻射的能量密度基本為或小于每脈沖5J/cm2。
8.如前述任一項權利要求所述的設備，其特征在于，所述輻射傳遞系統設置為傳遞基本單色的輻射，輻射的帶寬基本為15nm或更小，基本在范圍577nm到585nm和800nm到815nm的至少一個。
9.如前述任一項權利要求所述的設備，其特征在于，所述輻射傳遞系統設置為傳遞集中波束的輻射，在所述波束的橫斷面上具有基本均勻的能量分布。
10.如前述任一項權利要求所述的設備，其特征在于，所述輻射傳遞系統設置為傳遞集中波束的輻射，所述波束直徑基本在1毫米到10毫米的范圍。
11.如前述任一項權利要求所述的設備，其特征在于，所述輻射傳遞系統包含一個激光輻射傳遞系統。
12.如權利要求11所述的設備，其特征在于，所述激光輻射傳遞系統包含一個染色激光器輻射傳遞系統。
13.如權利要求12所述的設備，其特征在于，所述染色激光器輻射傳遞系統包含一個閃光燈激發的染色激光器，激光器包含脈沖形成網絡，它根據預定的脈沖狀態使激光形成脈沖。
14.如權利要求11所述的設備，其特征在于，所述激光輻射傳遞系統包含一個半導體激光器輻射傳遞系統。
15.如權利要求1到11中任意一條所述的設備，其特征在于，輻射傳遞裝置包含一個寬波段輻射發射設備。
16.如權利要求12所述的設備，其特征在于，輻射傳遞裝置包含至少一個輻射濾鏡，輻射濾鏡過濾輻射允許基本單色(或者窄帶寬)的輻射傳遞到皮膚。
17.如前述任一項權利要求所述的設備，其特征在于，還包含一個控制系統，控制系統允許能量密度的變化范圍在0.5J/cm2和5J/cm2之內。
18.如權利要求17所述的設備，其特征在于，控制裝置抑制能量密度基本超過5J/cm2。
19.如任意前述權利要求所述的設備，其特征在于，包含為了聚焦輻射波束而作的光學安排。
20.一種為減少人皮膚組織表面區域的皺紋的美容方法，皮膚組織以特定的次序包含表皮層、基底層和真皮層，其特征在于，所述方法包含通過可見的或紅外線輻射透過所述基底層照射所述真皮層，選擇所述照射為所述真皮層內目標毛細血管的載色體可以吸收，目標毛細血管包含開口根據選擇性的加熱到極限程度允許發炎介質通過毛細血管壁傳輸，所述基底層保持無損以基本抑制所述真皮層與環境空氣接觸，所述照射被脈沖化并且有i)基本為5J/cm2或更小的能量密度；和/或，ii)基本為200μs或更小的能量脈沖上升時間。
21.如權利要求20所述的方法，其特征在于，照射是從基本單色帶寬基本為15nm或更小的輻射源產生的。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述照射是來自相干的輻射源。
23.如權利要求22所述的方法，其特征在于，輻射源包含為照射真皮層安排的紅寶石激光器。
24.如權利要求22所述的方法，其特征在于，輻射源包含染色激光器，其波長選擇為照射所述真皮層血管里的氧合血紅蛋白。
25.如權利要求22所述的方法，其特征在于，輻射源包含染色激光器、紅寶石激光器、或半導體激光器，它掃描所述人皮膚組織的區域。
26.如權利要求20到25中任意一條所述的方法，其特征在于，脈沖能量上升時間基本在50μs到150μs范圍。
27.如權利要求20到26中任意一條所述的方法，其特征在于，能量脈沖持續時間基本是100ms或更短。
28.如權利要求27所述的方法，其特征在于，能量脈沖持續時間基本是2ms或更短。
29.如權利要求28所述的方法，其特征在于，能量脈沖持續時間基本是200μs或更短。
30.如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述人皮膚組織表面區域用吸收入真皮層的人造載色體來治療。
31.如權利要求30所述的方法，其特征在于，人造載色體應用到包含脂質體的局部構成形式的表皮層。
全文摘要
為美容而通過透過基底層照射真皮層減少包含表皮層、基底層和真皮層的人皮膚組織表面區域的皺紋。照射線的能量密度為5J/cm
文檔編號A61N5/06GK1342058SQ0080465
公開日2002年3月27日 申請日期2000年3月3日 優先權日1999年3月5日
發明者M·N·基爾南, R·M·克萊蒙特 申請人:Icn光子學有限公司