針對皮膚特性的測量設備和非侵入式處理設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及使用諸如激光之類的電磁處理輻射對皮膚特性、特別是與皮膚處理相關的特性進行測量。其更具體地涉及用于皮膚處理的非侵入式設備和方法，其中這些測量被進行并用來修改或控制皮膚處理。
【背景技術】
[0002]多年來，各種形式的電磁輻射(特別是激光束)已經在皮膚上被用于各種處理，諸如除毛、為了減少皺紋的嫩膚、以及諸如痤瘡、日光性角化癥、表面瑕疵、疤痕組織、變色、血管損傷、痤瘡處理、脂肪團和紋身去除之類的狀況的處理。眾所周知這些處理中的一些可以被執行以提供治療效果，但是它們經常全部都被執行以提供非治療或美容效果。這些處理中的大多數依賴于光熱分解(photothermolysis)，其中處理福射以處理位置為目標。例如，為了對皺紋進行處理，通過加熱(熱分解)破壞真皮層，從而在并不破壞表皮的情況下感應創傷響應。
[0003]在一些處理中，由電磁輻射所進行的所述加熱通過使用可以穿透皮膚直至真皮層那么遠的輻射而在真皮層中發生。圖1示意性地示出了本領域已知的皮膚處理設備10，其包括輻射源20以及束成形和導引組件27。輻射源20提供適于對人類或動物皮膚進行處理的入射輻射束22。所使用的輻射可以是在皮膚中提供有益效果的任何類型的電磁或熱輻射。例如，當使用激光時，皮膚處理設備10可以包括脈沖激光源20，諸如以1064nm和l-1000ps脈沖持續時間進行發射的Nd:YAG激光器。
[0004]束成形和導引組件27從輻射源20接收輻射束22，并且形成沿處理軸線21離開設備10的具有所期望特性的輻射束22。
[0005]例如，當使用激光時，這些束成形和導引組件27可以是光學元件，諸如鏡、透鏡、分束器、棱鏡等，其用于導引激光束22沿處理軸線21離開設備，并且用于將光束22在處理軸線21上的處理位置90處聚焦于皮膚之內。
[0006]在其它示例中，如果使用射頻輻射，則這些束成形和導引組件27可以是波導、開孔、反射器等，其用于導引射頻束22沿處理軸線21離開設備。
[0007]皮膚包括具有不同輻射透射和吸收特性的多個層。表皮16由最外層所組成并且形成防水保護屏障。表皮的最外層是角質層，其由于其粗糙度的微觀波動性而阻礙了設備10和皮膚之間的輻射(特別是光)的耦合。典型地，在設備10上輻射束離開的地方與皮膚表面上該輻射進入皮膚的地方之間使用輻射耦合器12。這對處理輻射束22到皮膚之中的穿透進行了優化。例如，在激光束22的情況下，可以使用包括透鏡、鏡、棱鏡、折射率匹配的流體或者它們的組合的光學耦合器12。真皮17位于表皮16之下，真皮17是許多皮膚處理所針對的區域。
[0008]如果設備10被用來減少皮膚中的皺紋，則處理位置90處于真皮17的膠原蛋白之中，以便在該處理位置形成微觀損傷，這導致新的膠原蛋白形成。
[0009]激光處理設備10利用了皮膚對要聚焦于真皮17中的非常小的焦斑的電磁輻射進行透射的事實。為了最大化這一效應，激光的波長處于800和llOOnm之間。在該范圍中，透射高而散射和線性吸收低。因此，使用皮膚處理所加以利用的現象一諸如光熱分解或激光感應光學擊穿(L10B)—可以輕易、準確(即，非常局部地)且高效地被實現。然而，并不排除使用其它的波長。
[0010]提供了數量越來越多的這樣的非侵入式皮膚處理設備供消費者而不是醫療專業人員所使用。這樣的使用主要是出于美容或非治療的原因。這樣的家庭使用帶來了新的問題，諸如安全性和處理功效。這在輻射源20是高功率的(例如激光)時特別重要。
[0011]為了成功且安全的皮膚處理，向處理位置90遞送適當量的能量是至關重要的。過多能量的遞送導致不期望的副作用，諸如皮膚的結疤或灼傷。過少能量的遞送導致低功效的處理。而且，即使在正常環境下，處理結果的再現性也可以在人與人之間甚至在同一人的解剖區域之間變化。這是由于皮膚特性固有的變化性，其嚴重影響能量遞送的效率。
[0012]因此需要不僅有效而且遞送可再現結果的輻射皮膚處理設備。
【發明內容】
[0013]本發明的目的是提供測量與皮膚處理相關的皮膚特性的非侵入式測量設備和方法。
[0014]根據本發明，該目的借助于用于使用激光測量皮膚特性的非侵入式測量設備而實現，設備包括探測模塊和成像模塊，其中:
[0015]-探測模塊包括第一光學系統和用于生成探測光束的激光源，探測模塊被配置并設置為使得在使用中，探測光束沿探測軸線離開設備并且撞擊在待被處理的皮膚的外表面上；第一光學系統被配置并設置為在使用中將探測光束導引至皮膚內的探測區；
[0016]-成像模塊，其包括第二光學系統和光學檢測器陣列，光學檢測器陣列沿包括于第二光學系統的像平面中的檢測器軸線進行部署，第二光學系統被配置并設置為在使用中在光學檢測器陣列中所包括的多個光檢測元件上分別形成探測區內的沿探測軸線進行分布的多個探測位置的圖像，其中第二光學系統具有與探測軸線相交的成像光學軸線。
[0017]本發明的目的還通過提供用于使用生成激光的設備對皮膚特性進行非侵入式測量的方法而實現，設備包括探測模塊和成像模塊，
[0018]方法包括:
[0019]-提供探測模塊，其包括第一光學系統和用于生成探測光束的激光源；
[0020]-將探測模塊配置并設置為使得在使用中，探測光束沿探測軸線離開設備并且撞擊在待被處理的皮膚的外表面上；
[0021]-將第一光學系統配置并設置為在使用中將探測光束導引至皮膚內的探測區；
[0022]-提供成像模塊，其包括第二光學系統和光學檢測器陣列，光學檢測器陣列沿包括于第二光學系統的像平面中的檢測器軸線進行部署；
[0023]-將第二光學系統配置并設置為在使用中在光學檢測器陣列中所包括的多個光檢測元件上分別形成探測區內的沿探測軸線進行分布的多個探測位置的圖像，其中第二光學系統具有與探測軸線相交的成像光學軸線。
[0024]本發明所基于的洞察在于，本領域已知的皮膚測量設備受到固有限制，原因在于它們在處理輻射的應用期間僅對處理位置處的皮膚的具體參數進行測量。本發明提供了沿探測軸線進入皮膚的探測光束。探測光束是與處理輻射束分離的輻射束(其可以在測量之前、期間或之后使用)，使得探測光束的特點可以在測量之前預先確定。探測模塊因此可以針對測量進行優化。
[0025]第二洞察在于，雖然處理位置的特性是重要的，但是處理輻射束通過在皮膚的外層和處理位置之間的皮膚，并且被導引至處理位置的能量將會擴散到周圍組織。因此，本發明提供了更為可靠的皮膚測量系統，因為其測量在探測區內的沿探測軸線的多個位置。由于處理位置(或者將在測量之后)被包括在該探測區內，所以本發明測量沿探測軸線的處理位置以及周圍點處的皮膚特性。諸如US 2005/0154382、US 2007/0252997和US2010/0130969中所描述的已知測量設備未對沿探測軸線的多個點進行成像。
[0026]第三洞察在于，當成像模塊對多個位置進行成像時，提供了更為可靠的測量。諸如US 2008/0215038中所描述的設備之類的許多本領域已知的測量設備簡單地對皮膚的頂部表面形成圖像，并且嘗試從該圖像解譯皮膚特性。由于本發明包括成像模塊和探測模塊，所以探測軸線和成像光學軸線之間的角度被預先確定，并且探測軸線和皮膚外層之間的角度也被預先確定。第二光學系統因此可以被配置為并設置為使得多個點處于第二光學系統的物平面之中，并且使得光學檢測器陣列被部署在第二光學系統的像平面之中。這意味著分別使用檢測器陣列中所包括的多個光檢測元件同時對多個點進行成像。
[0027]換句話說，測量設備通過在處理期間或者在處理之前或者在處理之后進行測量而提供了包括多個點一這些是皮膚中與處理相關的位置一的探測軸線的分段的光學深度分布。所測量的皮膚參數然后可以被用來設置或修改處理參數，或者指示不需要進一步處理。
[0028]因此，該測量設備和方法是快速、準確的，并且可以提供與輻射處理的優化相關的適當皮膚生理信息。
[0029]可以有利的是，進一步配置測量設備而使得檢測器軸線被包括在其包括探測軸線和成像光學軸線的平面之中。這可以導致光學檢測器陣列上的圖像的像差更少，從而減少校正圖像以便對檢測器軸線并未處于相同平面中進行補償的需求。
[0030]還可以有利的是，配置并設置測量設備而使得探測軸線和成像光學軸線所夾的角度處于20至90度的范圍之內。使用成像模塊意味著測量設備