毛发生长调节方法及其装置的制作方法

专利名称：毛发生长调节方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用光来调节毛发生长的毛发生长调节方法及其调节装置。
背景技术：
通过光的辐射实现脱毛在医学界已是众所周知。这涉及到使用高输出(4级)的激光破坏位于发根(和毛囊)处的细胞使得毛发坏死以达到脱毛的目的。然而，伴随破坏细胞的同时容易出现诸如灼伤和老年斑等副作用，因此这种处理方式只能由专科医生实施。
虽然能够在家里容易的进行脱毛和毛发再生是一件令人期待的事情，但目前还没有满足这种需求的技术。此外，虽然在日本专利公开第2002-541906号中提出了一种辅助毛发生长和毛发再生的仪器，这种仪器在辐射光的同时对头皮施加轻微振动，但是在这种情况下光辐射只是帮助养发剂(hairtonic)穿透进入头皮为毛乳头(hair papilla)提供养分，而这种光辐射不用于对毛发生长和毛发再生产生作用。虽然在日本专利公开第2005-519692号中提出了一种利用低功率光抑制毛发生长的方法，但仅靠这种技术并不能获得适当的效果。

发明内容
鉴于前述，本发明的目的是提供一种调节毛发生长的方法及其调节装置，即通过辐射低能量输出的光以调节毛发生长而不造成实质的有害结果。
如本发明所要求保护的毛发生长调节方法，其特征在于，采用波长为400nm 600nm，能量为0.01 J/cm2 1 J/cm2的调节光辐射人体发根周围部分，从而使调节光被存在于人体发根周围部分的光线吸收组织(component)所吸收，从而调节毛发生长。
当调节光被包括发根周围的黑色素在内的人体组织吸收时，会导致以下现象发生1) 细胞生长的中断和细胞死亡的诱发(induction)，原因在于引起活性 氧和其他基团(radical)的形成，从而导致DNA、蛋白质、细胞膜等的变性；
2) 细胞死亡的开始，原因在于所产生的热量导致形成了应激反应蛋白 (stress response protein)(热休克蛋白(heat shock protein));
3) 毛发生长的中断，原因在于转录调节因子以myc和p53蛋白形式被 活化或激活；
4) 随着毛发基质细胞(hair matrix cell)数量的减少，再生毛发的稠密 度和长度发生变化；
5) 抑制酶的活动，酶可以防止作为色素细胞受到光辐射的结果在黑色 素形成过程中导致的多巴醌(d叩aquinone)和多巴色素流失，以及由于细胞 毒性多巴醌、多巴色素等的流失导致细胞死亡的出现；
6) 毛发脱落；以及
7) 毛发循环从生长期转入休止期。
因此，调节毛发生长不是通过常规治疗的光学脱发技术破坏细胞来实 现，而是通过人工诱发身体中出现的正常细胞改变或者在毛发循环的退行期 正常发生的生理性细胞死亡(细胞凋亡(apoptosis))来实现。此外，由于吸 收光的组织并非来自身体外部，而是如同黑色素一样固有地存在于身体内部 以完成对光的吸收，因此几乎没有任何热变化或化学变化等引起的不利结 果。
另外，如果调节光的辐射能量低于0.01 J/cm2，则光辐射的效果无法得 到确认；如果辐射能量高于1 J/cm2,则可能对身体产生其他作用。
调节光最好选择波长不在卯0nm 1500nm范围内的。因为该波长范围 与水的吸收范围相对应，排除这一波长范围就阻止了体内水分对光能的吸 收，从而可以减少对身体的不利影响。
调节光的辐射时间周期最好不超过1毫秒。尽管光辐射能量等于辐射功 率和辐射时间的乘积，但是当辐射时间超过l毫秒时，考虑到其与辐射功率 的关系，将无法获得适当的效果。
本发明也提供一种实现上述毛发生长调节方法的毛发生长调节装置。
除了辐射波长分布在400nm到600nm之间的调节光的光辐射器之外，
毛发生长调节装置还包括测量装置和控制装置测量装置用于测量人体在受到调节光辐射时的吸收光谱；控制装置用于比较在测量到的吸收光谱内的吸 收率峰值和在特定波长的吸收率，并可变地控制调节光的功率和輻射时间。
根据这个控制装置，当处于毛发循环的生长期或退行期时可以给予发根适当
的能量；当处于毛发循环的生长期时能够抑制毛发生长；当处于毛发循环的
休止期时能够促进毛发生长。
在这种情况下，控制装置优选地至少控制功率和辐射时间，以恒定能量 的方式辐射光束。


图1 (A)是用于本发明的光辐射器的横向剖面示意图，图1 (B)是光 辐射器的纵向剖面示意图2(A)、 2(B)和2(C)是受到光辐射10小时后毛发基质细胞的显微示意
图3是受到光辐射24小时后毛发基质细胞的显微示意图； 图4是受到光辐射72小时后出现脱发时毛发基质细胞的显微示意图； 图5是在毛囊形式中用于形成毛发的器官周围的血管说明图； 图6是进入皮肤的光的传输速率(mte)说明图； 图7是使用老鼠进行实验的结果说明图； 图8是毛发循环的说明图； 图9是本发明中毛发生长调节装置的框图； 图IO是本发明中装置的操作流程图； 图11是本发明中装置所使用的照明电路的电路图； 图12是显示利用三个人的采样来测量皮肤对各种波长光的光谱反射系 数结果的本发明的说明图；以及
图13是本发明中光的波长和黑色素自身的吸光率之间关系的说明图。
具体实施例方式
图1显示用于本发明的调节光辐射器10。调节光辐射器10设置有氙闪 光灯12形式的光源，并经过滤波器(filter) 14输出一定波长的闪光形式的 调节光，比如波长在400nm 600nm的调节光。因此，调节光辐射器10具有电容14，其累积电荷用于使氙闪光灯12发射光；以及充电/放电电路18，
对电容16进行充电和放电。充电/放电电路18配置为利用单脉冲(one-shot pulse)使电容放电，从而使氙闪光灯12发出短时(不超过lms)的光，并 以调节光的形式输出闪光。
调节光辐射器10辐射的调节光需要被皮肤吸收，当确定被吸收的光的 波长时，如图12所示，使用三个人的采样，测量对每一光波长的皮肤光谱 反射系数。在所有采样中，400nm 600nm附近的反射系数降低，并且发现 皮肤对这一波长范围的光具有容易吸收的特性。这是因为存在于皮肤内的黑 色素起到了相当大的作用。图13显示黑色素自身的吸光率的光谱特性，例 如，当辐射光的波长为567nm时，黑色素单独吸收了 39%的辐射光。由此， 使用波长带在400nm 600nm范围内的低功率输出的光能够对毛发产生刺 激，所述波长带包括567nm的波长，其容易被皮肤吸收。而且，对皮肤有害 的波长不大于400nm的紫外线被UV截止滤波器过滤掉。
氙闪光灯辐射的调节光以1500000 7000000勒克斯(lux)的照度辐射， 闪光持续(峰值功率的一半值)100 70(^s。由于辐射光的量可被确定为照 度和闪光持续时间的乘积，因此辐射光的量为150勒克斯-秒 4900勒克斯-秒。另夕卜，辐射能量(J/cm勺等于辐射功率(W)和辐射时间(秒)的乘积，通过控 制辐射功率(W)和辐射时间(秒)，使得辐射能量K为例如O.l J/cm2，能够 可靠地抑制辐射带来的不利影响。与此同时，比较每间隔数天辐射光一次/ 天与连续5 10天反复辐射光一次/天这两种辐射方式，后者可以使用更低功 率光源。
众所周知，毛发(体表毛发和头皮毛发)的毛发循环(其间毛发发生 变化)包括生长期、退行期和休止期。本发明的发明人通过老鼠试验确认 若在毛发循环的生长期内辐射光，如果以上述辐射条件对皮肤进行光辐射， 将有效抑制毛发生长，并且其与现有激光治疗技术等的不同之处在于没有改 变细胞形态，也没有引起细胞坏死。此外，如果在毛发循环的休止期实施光 辐射，已确认在毛发循环的生长期毛发生长进程会加快。另外，也证实不会 出现诸如灼伤之类的有害结果。
尽管在生长期使用不会引起细胞形态变化的能级(level)的光辐射毛发 会抑制毛发生长的原因尚不清楚，但是基于RNA水平的分析结果，可知光辐射的结果是激活了炎症细胞因子(inflammatory cytokines)，而炎症细胞因子激活的结果是导致毛发生长被抑制。
此外，基于在毛发循环内引发变化而出现效果的500nm 600nm的光谱反射系数，辐射功率根据辐射目标位置上皮肤的光谱反射系数变化率(或吸收率)进行变化。当把用作基准的特定波长的反射系数(或吸收率)设为R0，受到辐射的皮肤的反射系数(或吸收率)设为R1，对于反射系数为RO的皮肤能够激活其炎症细胞因子的光源的功率设为P0时，则辐射功率P可被确定为P = R1/R0XP0。由于对毛发循环起作用的能量是恒定值，在皮肤的光谱反射系数高的情况下，辐射功率增加，辐射时间縮短。
此外，由于毛发按照所在位置的不同，比如胳膊或头皮，其毛发循环的生长期、退行期和休止期各自的持续时间也有所不同，因此对于需要抑制毛发生长的位置，应该首先确定毛发循环是否处于生长期，之后再辐射光。
如前所述，由于波长区域400nm 600nm是氧基血红素的吸收波长，尽管据说可能对血管内壁产生影响，但是因为辐射能量低，所以由于黑色素对'光的吸收而能够以低能量水平获得有效的毛发生长调节效果，而避免对血管内壁产生影响。
如图2所示，当使用上面所述的光辐射处于生长中的毛发发根附近时，会导致发根处的细胞死亡。图2 (A)描绘了受到辐射后IO小时的细胞。此时，出现导致细胞死亡(细胞凋亡)的成分以胱冬肽酶3(caspase3)的形式被激活的状态，并且毛发基质(hairmatrix)的上半部分(接近皮肤表面的一侧)也被激活。此外，图2 (B)表明，毛发基质中被确认发生细胞死亡(细胞凋亡)的部分说明细胞死亡可被确认为处于毛发基质的中心附近。然而，如图2 (C)所示，受到辐射后IO小时细胞形态并未发生形态改变，这表示在;皮肤内没有组织或细胞被破坏。
在辐射后10小时和24小时分析细胞因子，确认炎症细胞因子被激活。由于生长中的毛发发根有传送黑色素进入毛发并可容纳大量的黑色素的功能，因此在发根处光辐射可以有效地展开毛发生长调节。但是，由于光辐身寸来自于皮肤的上表面，因此只在发根的上半部分出现细胞死亡。由于发根的上半部分几乎吸收了全部的光，因此细胞死亡不会出现在下半部分。另外，图3表明在光辐射后24小时发根周围出现细胞分裂的激活(图中白点表明细胞分裂被激活的细胞)，而图4则表明在光辐射后72小时出现脱发。
下面对上述现象发生的可能原因做一个说明，即黑色素吸收光—炎Si
细胞因子被激活—p53蛋白和myc蛋白按一定比率变化或进行特定活动 —p53进入激活状态后诱发细胞死亡，该状态下p53处于优势地位(在辐身寸 后约10小时内)—取消p53的优势并增强myc蛋白的特定活动—激活细胞 分裂(辐射后约24小时)—发根脱落，此时细胞死亡与毛发脱落同时发生 (辐射后约72小时)。
下面对上述过程做进一步的说明，黑色素吸收光后引发反应的结果是发 生光热反应和光化学反应，改变了p53蛋白和myc蛋白之间的平衡。虽然炎 症细胞因子是在平衡发生改变之前被激活，但是引起平衡改变的因素还包括 由毛发基质中黑色素的光热反应所引发的毛发基质上半部分局部温度的升 高，以及氧化-还原状态的改变。因此可以认为伴随着以热休克蛋白形式的应 激反应蛋白的形成或激活，发生转录调节作用(transcription regulation effect) 禾口分子伴侶作用(molecular chaperone effect)。
虽然p53是能诱发细胞死亡的蛋白质且通常存在于细胞中，但是p53被 激活却是对于光辐射的反应。尽管正常状态下p53蛋白和myc蛋白在细胞中 保持平衡，但是作为光辐射的结果，p53变得具有优势，这种不平衡状态在 几个小时后会消失，因而导致myc的增加或者被激活。因此，与辐射后10 小时观察到细胞死亡相反的是，辐射后24小时观察到细胞生长活动。
另外，光辐射也能有效地阻止皮肤内成熟的色素细胞(黑色素细胞)成 为诱发细胞死亡的另一个因素。在黑色素细胞(其为形成黑色素的细胞)中 形成黑色素的过程中产生了多巴、多巴色素或二羟基吲哚等物质，这些成分 是具有细胞毒性的。在正常的形成过程中，虽然酶的作用是抑制这种毒性， 但是当在形成过程中受到光辐射并且光被先前生成的黑色素吸收时，酶的作 用最终被抑制，从而产生了多巴色素或二羟基吲哚等对细胞产生影响的情 况。因此诱发细胞死亡。
活性氧是诱发细胞死亡的另一因素。在血红蛋白的结构中，铁(Fe)位 于四吡咯环的中心，已知这种结构通过吸收可见光形成活性氧。如图5所示， 血管环绕在生长中的毛发的周围，并且在细胞循环的生长期血管的数量要高 于休止期，而活性氧则由血红蛋白产生，其中血红蛋白是这些血管中血液的构成成分。所以，由于血液中的血红蛋白吸收光并产生了活性氧，从而使细胞受到伤害。此外，由于所用光源的能量保持在低水平，上述效果只延伸到
毛发基质所在的皮下约4mm处，对深层的血管没有影响。图6表明了各种
波长的光在组织深度方向的传输率。
图7表明了老鼠受到光辐射后的结果。毛发生长放慢的位置就是受到光辐射的区域。光辐射对人体的这种影响已经得到证实。此外，由于毛发生长(长度和稠密度)受到毛囊生发细胞(hair follicular germinative cell)数量的限制，毛囊生发细胞的数量又与毛发基质细胞的数量相关，在细胞死亡会卩咸少毛发基质细胞数量的情况下，再生新发只来自于少量的毛囊生发细胞。戶/r以，通过光辐射诱发毛发基质细胞死亡，并在毛发脱落之前降低毛发基质细胞数量，即可降低新生毛发的稠密度，并縮短生长期。因此，通过重复毛发基质细胞减少效应，细胞循环最终可以变为一个茸毛型毛发循环，其中几乎没有毛发出现在皮肤表面。
换句话说，虽然在毛发循环内毛发(体毛)的变化是从生长期到退行期再到休止期(见图8)，但是由于重复进行如上所述的光辐射，毛发循环使得生长期縮短，从而有可能使毛发生长转变到以下状态皮肤表面的毛发变细且不长那么多。此外，由于在毛发循环内的这种变化仅仅是一种循环模式的变化，而伴随毛发循环所发生的一系列组织变化对于身体而言是正常的，因此对于人体不会产生有害影响。
图9是毛发生长调节装置的示意图，该装置能够控制调节光对目标位置的辐射。除了使用氙闪光灯作为光源12的调节光辐射器10之外，所述的装置还包括设置调节光的辐射时间的辐射时间设定单元26，设置调节光的辐射功率的辐射功率设定单元28，用于投射测量皮肤反射特性的光的白色LED20，接收扩散反射光的光接收器22 (当光经过镜子27投射到皮肤9，在与入射方向成45。角倾斜的方向接收扩散的反射光)，和用于处理各种亮度RGB信号的RGB信号比较器24 (RGB信号从带有各自的RGB彩色滤波器的光接收器22获得)。此外，可以使用精密分析仪例如光谱反射系数测量装置以替代RGB彩色滤波器。
比较器24与辐射时间设定单元26、辐射功率设定单元28 —起工作，在亮度信号的基础上判断光源10是否向皮肤辐射光，并在光源10使用光辐射皮肤时确定光源10的辐射时间S和辐射功率P。在这里，照明电路18使,L 闪光灯12发出光，以使氙闪光灯12发射调节光并穿过带通滤波器14来辐 射皮肤。
图10是描述了判断是否允许调节光辐射和确定在上述装置中的辐射条 件的有关操作的流程图。如果在接收到的RGB信号中，每一种亮度的和W氐 于预设阈值，可以判定因为日晒使得皮肤变黑，导致反射系数减小。在曰晒 引起皮肤变黑的过程中，黑色素水平升高并延伸到全部皮肤。因为这导致了 光容易被吸收的状态，所以应该降低辐射功率P。
接着，检查R和G之间的亮度比。虽然在皮肤没有被太阳晒时G/R的 比一般是稍微大的值，但是在皮肤受到日晒变红时G/R的比值会减小。如果 G/R的比值小于预设阈值，则判定目标位置的皮肤由于日晒显示红色，而且 由于皮肤内部发炎，所以禁止辐射调节光。
此外，在比较各个R、 G、 B亮度信号，并且G的亮度不是最小的情况 中，那么可以判定目标位置是除了不应该被辐射的皮肤(比如眼球)以外的 位置，并且该位置不被辐射。
虽然在经过这些步骤以确定安全后才执行辐射，但是在此时如果辐射功 率P大于预设的G的亮度的阈值，就增加功率以加强效果并同时縮短辐射时 间。特别地，是在图ll所示的照明电路中，控制辐射时间的电感13的值发 生变化，而这种变化引起电容容量的变化。
如果在毛发循环的休止期进行光辐射，那么毛发循环的生长期的毛发生 长反而得以迅速进行，这种现象己在老鼠和人的身上得到确认。在此基础上 可知，上面所述的光辐射不仅能够抑制毛发生长，而且对毛发生长和毛发再 生也有效果。由于毛发循环的生长期、退行期和休止期的持续时间根据不同 位置(如胳膊和头皮)而有所不同，因此根据处于辐射位置上的毛发生长是 需要被促进还是被抑制，在确定毛发循环是处于休止期还是生长期之后，进 行光辐射。
权利要求
1、一种毛发生长调节方法，包括步骤将波长为400nm～600nm、能量为0.01J/cm2～1J/cm2的调节光辐射到人体发根周围的部分，从而使所述调节光被存在于人体发根周围的光线吸收组织所吸收，以调节毛发生长。
2、 如权利要求1所述的毛发生长调节方法，其特征在于， 所述调节光被选择为具有除900 nm 1500 nm范围以外的波长。
3、 如权利要求1或2所述的毛发生长调节方法，其特征在于， 所述调节光的辐射时间周期不超过1毫秒。
4、 一种毛发生长调节装置，包括光辐射器，所述光辐射器配置为辐射 如权利要求1 3中任一项所述的调节光。
5、 一种毛发生长调节装置，包括光辐射器，配置为对人体辐射波长分布为400 nm 600 nm的调节光； 测量装置，配置为测量人体在受到所述调节光辐射时吸收的吸收光谱； 控制装置，配置为将所述测量装置测量的所述吸收光谱处的吸收率峰值与特定波长处的吸收率相比较，用于可变地调节所述调节光的功率和辐射时间周期。
6、 如权利要求5所述的毛发生长调节装置，其特征在于， 所述控制装置配置为控制所述功率和辐射时间，用于以恒定能量辐射光
全文摘要
一种波长位于400nm～600nm之间、能量为0.01J/cm²～1J/cm²的调节光以闪烁光的形式辐射发根周围的部分，辐射时间周期不超过1ms，从而使存在于人体发根周围部分的光线吸收组织吸收调节光，以调节毛发生长，而且没有引起实质性的有害结果。
文档编号A61N5/06GK101641133SQ20078005246
公开日2010年2月3日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年3月30日
发明者乃木田俊辰, 木下雅登, 松崎贵, 滨田长生 申请人:松下电工株式会社;国立大学法人岛根大学