专利名称：用于光照美容和光照皮肤病治疗的设备和方法
技术领域：
本发明涉及使用光来进行美容和皮肤病治疗，更具体的，本发明涉及用于这种治疗的改进的方法和设备。
背景技术：
光辐射已经在医学和非医学设备中使用了许多年，用来治疗各种医学和美容的皮肤病问题。这样的问题包括但决不局限于多余毛发的去除、微静脉的治疗、静脉曲张以及其它血管病变的治疗、葡萄酒色斑以及其它色素病变的治疗、牛皮癣的治疗、用于治疗皮肤皱纹的皮肤复平和皮肤再生、痤疮的治疗、用于减少或者去除脂肪的各种治疗、脂肪团的治疗、去除纹身、去除各种疤痕，以及其它皮肤瑕疵等。在这样的治疗中使用了通常来自激光的相干光和通常来自闪光灯或者其它灯的不相干光。
近年来，该领域中不断增长的兴趣集中在来自各种灯的不相干光的使用，这是因为使用这样的资源的潜在低成本，以及因为根据对覆盖或者围绕治疗区域的病人皮肤的区域的潜在热伤害或者其它伤害，以及根据对眼睛安全，这样的资源被认为是更安全的。然而，现有的基于灯的皮肤病系统没有完全实现它们的成本或者安全潜力。其中的一个原因是，即使这些装置中最好的装置在将产生的辐射传送到治疗区域的效率也不超过15％。这意味着必须使用更大和更贵的光源，以便获得用于各种治疗的所需的能级。在这样的装置中的能量损耗也会产生热量，这些热量必须有效地被去除，以便防止对系统的热损害，以允许舒适安全地保持涂药器，且避免对病人皮肤产生热损害。用于促进热管理的设备也被加入这些装置的成本中。
在使用这些装置中，对病人皮肤的热损害的一个潜在来源在于施加到病人皮肤的辐射束中的局部热点。为了避免这样的局部热点，期望的是，施加的辐射在基本整个辐射束的强度和光谱含量基本均匀。这对于现有的灯系统经常也不是现实的。
为了同时获得效率和安全性的另一个重要的因素是优化灯的参数，包括每个具体治疗使用的一个波段或者多个波段、应用的辐射的强度和持续时间。用于过滤灯的输出以获得选择的波长、用于冷却设备和用于产生以及控制辐射的改进的机构可以进一步有助于增强效率、减少成本和更好的安全性。
因此，需要改进的设备和方法来使用来自合适的灯或者其它来源的非干涉的辐射，以执行各种医学的和美容的皮肤病治疗。
发明内容
如上所述，本发明提供一种使用灯来治疗病人皮肤的设备。该设备包括适于与病人皮肤光接触的波导，以及用于将来自灯的光子通过波导引导到病人皮肤的机构，该机构包括抑制光子从设备损耗的子机构。该机构可以包括反射器，该反射器和波导这样定尺寸和成形，使得它们可以基本没有间隙地装配。在反射器和波导之间有间隙的情况下，可以使用反射材料来基本密封该间隙。该反射器最好相对于灯来定尺寸和安装，这样可以将每个光子在反射器上的反射次数减到最小，该反射器最好足够小，且安装得靠灯足够近，以实现这样的最小次数的反射。该反射器可以形成在灯的外表面上。可以围绕该灯提供管子，在灯和管子之间有间隙，流体通过该间隙流动，以冷却该灯。该反射器可以形成在该管子的内表面和外表面。该反射器的形状最好是圆筒形的。该反射器可以是漫反射反射器，且可以包括用于控制波长过滤的机构。或者，该反射器可以由这样一种材料构成，该材料从施加到其上的光过滤所选择的光的波长。
对于一些实施例，在该反射器和波导之间有间隙，第二反射器安装在所述间隙中，其与该反射器一起基本上将来自灯的所有的光子都引导到波导。
该设备还可以包括用于选择性的过滤来自灯的光的机构，以获得所期望波长的光谱。该过滤机构可以包括为灯、形成在灯上的涂层、围绕该灯的管子、在该灯和管子之间的间隙中的过滤装置、用于来自灯的光的反射器、波导以及该灯和波导之间的过滤装置中的一个或者多个的一部分。该过滤机构可以是吸收滤波器、选择性的反射滤波器以及光谱谐振散射器。该滤波器可以包括多层涂层。
波导的长度可以选择为增强来自灯的光输出的均匀性。该来自灯的光输出随波导长度而变地可以谐振，该波导的长度最好等于谐振长度之一。该波导的长度最好大于该波导在其邻近该灯的端部的宽度和深度中的较小的一个。
该设备还可以包括用于控制在病人皮肤中的光子的角频谱的机构。更具体的，在灯和波导之间设置间隙，该间隙中充满具有选定的折射率的物质。在管子围绕该灯处，该间隙在管子和波导之间。该间隙的长度应该最小化，对于优选的实施例，该间隙充满空气。
该波导在光接收表面具有的面积比在光输出表面的面积大，且在这些表面之间具有弯曲的侧面。该波导也可以具有多个形成在其中的切口，该切口适于使冷却流体流过其间。该波导还可以具有与病人皮肤接触的表面，该表面的形成图案为可以控制光子到病人皮肤的输送。该波导也可以具有与病人皮肤接触的凹面，该凹面可以通过使该波导本身具有凹面或者使围绕该表面的边缘具有凹边来实现。该凹面的深度最好选择为与施加到该设备的压力一起控制通过该设备治疗的血管的深度。还可以设置一个机构来检测血管的深度，其中在施加到病人皮肤的压力下，通过凹面的应用来限制血流，该机构允许压力被控制，以允许治疗在所期望的深度的血管。或者，该波导可以具有皮肤接触表面，该表面成形为允许施加选择的压力到病人的皮肤上，从而控制实施治疗的深度。该波导也可以至少部分是激光的或者超级荧光的波导，且可以在光学波导中包括激光的波导。或者可以用激光的或者超级荧光的材料来围绕该灯，来自该灯的光子引导到该材料。
还可以提供一种机构，其刚好在病人皮肤和波导的皮肤接触面接触前将冷却喷雾输送到病人皮肤和波导的皮肤接触面。该波导可以包括邻近病人皮肤且由热的良导体的材料制成的下部和由热的不良导体材料制成的上部，该下部的厚度控制冷却病人皮肤的深度。在病人皮肤中的冷却深度的这样的控制也可以通过控制由热传导材料制成的板的厚度实现，该板使冷却流体流过其与病人皮肤接触的面相对的表面。还可以设置检测器，该检测器指示何时设备在病人皮肤的预定距离中，响应于这样的检测器，该冷却喷雾被致动。
该设备也可以包括向后背离波导的光输出通道，该通道通向反向散射的检测器，该通道与皮肤垂线成α角，且只有反向散射的光到达该检测器。该灯可以使用图11中功率分布44、45或者46之一来驱动。该波导可以形成为整体元件，使得灯穿过形成在其中的一个开口。
本发明也包括多种方法，用于利用该灯来执行在病人皮肤上的各种治疗，这些方法包括利用表1的参数来执行毛发移除的方法；利用表2、3和4的参数来执行血管病变治疗的方法；利用表2和6的参数来执行皮肤再生的方法；通过杀死细菌、皮脂腺的热分解和/或杀死供给皮脂腺的微静脉来治疗痤疮的方法；以及利用表5的参数来治疗色素病变的方法。
施加到病人皮肤的来自灯的光辐射的最佳光谱是这样的，使得在治疗目标处的温度和病人表皮上的温度的比例选择为值S，该值最好大于1。可以使用过滤，这样提供来自该灯的输出的一个或者多个波段，以实现上述目标。可以使用具有散射特性的波导，该散射特性依赖于波导温度，且可以自动使用该特征来保护病人的皮肤。一个反射吸收或者相位掩模可以安装在或者形成在该波导的端部，以控制辐射施加到病人皮肤的区域。
如在所附的图中所示，下面通过对本发明的优选实施例的更具体的描述，将会使本发明的上述的以及其它的目的、特征和优点很明显，相似的元件在不同的图中具有相同的或者相关的标号。
图1和图2分别为本发明的一个实施例的灯装置的剖面侧视图和纵向截面图；图1a和图2a分别为本发明的另一个实施例的灯装置的剖面侧视图和纵向截面图；图3是示出了某些自然载色体的吸收光谱的图；图4是示出了对于不同类型的皮肤的渗透深度谱的图；图5是示出了典型的弧光灯对于选定的参数的发射光谱的图；图6a和6b分别是白皮肤和黑皮肤的毛干和毛基质的温度上升相对于基础层的温度上升的图；图7a-7c是对于不同的皮肤类型和/或治疗的初始灯的光谱和轮廓光谱的图；图8是示出在1mm深度和在3mm深度的光照度相对于表皮上的照度与光束尺寸的关系曲线的图。
图9a和图9b分别是示出对于10mm束宽和15mm束宽在表面上的和在深处的光分布图。
图10是示出由于光子循环的通量改进与束宽的关系曲线的图。
图11a-11c是三种不同脉冲形状的脉冲功率相对于时间的特性曲线。
图12是示出微米波长与流体在浅的目标(微静脉)相对于流体在表皮的比例的关系的图。
图13a-13l示意性地示出了适合用于实现本发明的某方面的各种灯的截面。
图14a和14b是用于另外的实施例的具有不同滤波器结构的灯的前剖面图。
图15a和15b是适合用来实现本发明的教导的另外两种波导结构的透视图。
图16是适合用来实现本发明的教导的另一种波导的透视图。
图17是示出光子角频谱与设置在灯的外部管子和波导之间的材料的关系曲线的图。
图18是根据本发明又一个实施例的灯的侧面剖视图，其中波导材料基本包围该灯。
图19是示出辐射均匀性与波导长度的关系曲线的图。
图20a到20d是适合用来实现本发明的教导的不同应用的各种波导的侧视图(图20c是剖视图)。
图20e是其上具有掩模的波导的底面视图。
图21a和21b是使用具有激光作用或者超级荧光特性的波导的灯结构的侧视图。
图22是示出具有标准波导的灯的输出光谱和具有图21的激光作用或者超级荧光的波导的灯的说明性输出光谱的图。
图23a和23b是结合新的滤波技术的另外两种实施例的侧面剖视图。
图24是具有形成在其间的新的冷却通道的波导的透视图。
图25是显示特别的冷却能力的波导实施例的侧视图。
图26是用于冷却波导的另一种机构的侧视图。
图27是用于波导的另一种冷却机构的侧视图；以及图28是本发明的实施例的半示意性的部分剖面的前视图，其提供用于检测病人皮肤辐射安全性的独特机构。
具体实施例方式
在图1和图2中示出了用于皮肤1的美容和医学皮肤病治疗的说明性的装置D的截面图；同时大多数接下来的讨论都是根据该装置，这不是本发明的限制。光源由一个充满气体(Xe、Kr、Hg等)的线性管状弧光灯2来表示，该灯装入一个具有圆柱形截面的玻璃或者晶体管子4中。在灯2和管子4之间的间隙7充满可以被抽吸的液体或者气体。反射器3围绕管子设置，其间有间隙或者没有间隙。该反射器在基底上可以包括真空或者电镀的高反射涂层，该反射器具有弯曲的管状部分和延伸的平直的部分，该平直的部分到达(且最好重叠)波导5的所有侧面。该反射器包括端板3，该端板在图2中很好的显示，该端板起使反射器3和波导5之间的任何间隙最小化的作用。对于有间隙存在的情况下，该间隙可以充满一种反射材料，以使光子泄漏最小化。该反射器也应该以这样的方式制成，即，该反射器和波导之间的间隙最小化，不超过整个反射器表面的10％，且对于施加在其上辐射的所有波长的反射率接近1.00，对于任何这样的波长，反射率最好不要小于0.85。该反射器的形式可以是薄的柔性金属片，其具有朝着该灯的反射面。该反射面可以是高级磨光的表面，或者可以具有高反射性的涂层。该涂层可以是例如银或者金。该涂层可以由保护性的聚合体膜或者薄的非有机绝缘体覆盖，以便防止涂层的化学降解。该反射器涂层可以是漫反射涂层或者在用于皮肤治疗的辐射的光谱范围中具有低吸收的粉末层(例如BaSO4)。
该反射器光学连接波导5。来自灯2的直射光和来自灯2并由反射器3反射的光通过滤波器6和波导耦合，以传送到皮肤。该波导可以由玻璃或者绝缘晶体制成。该灯的辐射光谱可转化为适于皮肤中所选定的目标的治疗的光谱，该光谱的转换可以通过下述技术之一或其组合来提供(a)在灯2的罩中吸收，(b)在间隙7的液体中吸收，(c)在管子4中吸收，和/或(d)在滤波器6中吸收或者直接散射。由于斯托克斯发光，在灯2的罩中、在间隙7的液体中和/或在管子4中吸收的能量可以被转化为所期望的波长光谱范围。例如，管子4可以由荧光材料制成或者可以在间隙7中使用掺杂染料的液体。这些可以用作高通滤波器，使在选定的截止波长之上发荧光，以从蓝到红移动能量。这样可以为表皮提供一些保护而没有能量损耗。来自灯的转化的辐射和没有转化的辐射都通过波导5输送到了皮肤。
通过对上述的组件掺杂例如Ce、Sm、Eu、Er、Cr、Ti、Nd、Tm、Cu、Au、Pt之类的金属离子、有机的和/或无机的染料，例如半导体微晶体，或者其它溶解在液体或者玻璃中的合适的掺杂物质可以提供吸收。滤波器6可以制成为在波导5的表面上的、在透明基底上的或者在散射介质上的多层绝缘干涉涂层。该散射介质可以制成为特定的规则轮廓，在波导5的表面上例如通过光刻产生。例如它可以是具有治疗所需要的光谱和角度转换的相位光栅。滤波器6也可以是几个堆叠的滤波器部件，每个滤波器在一个选择定的波段或者多个波段中工作，这些波段中的一些可以相对较窄。使用几个滤波器使得更容易获得所期望的波长，且通过使用几个滤波器部件，没有一个滤波器部件会过度加热。对于滤波是通过例如管子4和/或反射器7上的涂层来实现的情况，这样的涂层也可以是多层的。
滤波器6也可以是常温的或者不吸收的滤波器，其最好具有多层，例如30层。这样的滤波器在各层上选择性的反射，以产生干涉，这样就可以消除不期望的波长。该反射的辐射也可以被光学移除。然而，当这些所谓的多层绝缘滤波器在减少热管理问题上有优势时，它们通常在消除短波长时效率不高，而当过滤光对准直射束、高发散灯束很好时，它们不能提供较好的波长选择性所需的锐截止滤光。可以潜在地被用作滤波器6的其它滤波器包括具有一吸收波段的半导体材料薄膜，其是施加到薄膜上的电场的函数。这样的半导体薄膜可以经历斯塔克效应，其中，截止频率可以通过控制通过该材料的电流或者电压来控制。
散射滤波器也可以用作滤波器6。这样的滤波器可以由例如液晶材料制成，且在该材料上施加的电流或者电场控制波长，其中部件的折射率相同，对于这样的波长没有散射，以允许这些波长的光子通过。其它波长通过散射削弱。散射滤波器6可以是具有不同材料的多层，或者不同材料可以被用在单层的液晶材料中，以控制通带的宽度和波长。这样的通带通常依赖于温度和电场。这样的散射滤波器应该设计为主要以大角度散射不希望的波长，包括向后散射。该后向散射束的大角度导致了多重反射，这样进一步削弱了这些不想要的频率。
最后，可以在通道7中安装附加滤波器2，这样该滤波器也通过在该通道中的冷却剂冷却。也可以使用目前已知的或者将来开发的用来从装置D获得所期望的输出波段的滤波器的位置和类型的其它选择。在选择用来从装置D获得所期望的输出波段的滤波器位置或者多个位置以及选择滤波器的类型中，有三个标准是重要的。这些标准是热设计、滤波器的选择和定位，这样使滤波器中产生的热最小，和/或有利于来自滤波器的热量的去除。第二条标准是对于灯的整个角频谱的信号截止的锐度，该标准对于治疗的安全性和效率特别重要。第三条标准是想要的波长的高转换。滤波移除了束中的一些能量，这些在吸收滤波器中作为热量被消耗的能量越多，装置D的效率越低。
至少在治疗期间，波导5与病人的皮肤1光接触和热接触，以便提供有效的将光引导到皮肤，且冷却皮肤表面。对于低平均功率的灯(包括治疗的低重复率)，装置部件(灯2、反射器3、吸收滤波器)的冷却可以通过自然对流来提供。对于高平均功率的灯，可以通过冷却系统11在例如通道或者间隙7中流动液体或者气体(图2)来提供附加的冷却，这种情况下的冷却通过将冷却的部件与流动的冷却剂，例如在间隙7中的液体的热接触来实现。如果有必要冷却皮肤(表皮)，波导5可以在照射前、照射期间和/或照射后冷却。下面描述冷却波导5的典型技术。灯的电源10为皮肤目标的适宜照射提供灯的发射脉冲必要的功率、持续时间和形状。合适的电源的一个例子在2001年3月1日提交的序号为#09/797,501的共同未决的申请中提供。装置D的光学输出提供光的最小损耗，以及反射器3和波导的壁的最大反射率。因此，获得了使用来自灯的能量的最大效率，以允许装置的成本最小。从皮肤反射的光子通过波导5进入装置D，且由具有最大效率的反射器3和波导5引导回皮肤，导致对皮肤1的目标的照射增加。这些光子通常以最小的能量损耗通过灯2。这就进一步增加了能量利用的效率，以允许进一步减少所需的灯输出，因此减少装置的成本。
上面描述的光学系统有时可以称为具有最小光子泄漏(MPL)的皮肤照射光学系统。装置D的光学系统也应该提供皮肤1的表面上的光束的相对大的光点尺寸8、9，以及皮肤表面上的光强度的最大均匀性，以便减小表皮伤害的可能性，以及为皮肤中的目标的破坏提供适宜的光分配。这样，在限定装置的参数时，有必要限定参数，提供1)要被传送到皮肤的所期望的光谱，2)具有空间分配的最大均匀性的皮肤表面上的光束的尺寸，3)皮肤中的光的最适宜分配，以及4)输送到皮肤的光脉冲的所期望的通量、持续时间和瞬时形状。条件(1)-(4)依赖于所选定的目标(血管、毛囊、真皮等)和病人的皮肤类型。这些条件顾及以下几项而考虑的，即，灯光在皮肤中的分配、选择性光热作用理论(Anderson RR，Parrish J.；选择性光热作用理论通过脉冲辐射的选择性吸收的精确显微外科学.科学1983；220524-526)和选择性光热作用的拓展理论(Altshuler G.B.，Anderson，R.R.，Zenzie H.H.，Smimov M.Z.选择性光热作用的拓展理论，外科和内科中的激光29416-432，2001)。
图1a和2a示出了本发明的另一个实施例，其适于用在这样的场合，即，需要来自给定灯的较大的通量，和需要较小的光点尺寸，或者至少是可接受的通量和光点。这样的结果对于例如这样的情况是可接受的，即，这种情况下，治疗是在较浅的深度而不是在较深的深度。通过使用集中式的波导5’代替波导5来实现所期望的结果，波导5’具有倾斜的壁，这样该波导的皮肤接触表面比波导的光接收侧面要小。然而，当直壁波导5其中的光子具有基本上全内反射时，集中式的波导5’的倾斜壁允许一些光子通过这些壁或者面泄漏。为了防止由于这样的泄漏而产生的光子损耗，反射器3”邻近每个这样的壁设置，例如涂覆在该壁上，该反射器具有高的反射率，例如大于95％。波导泄漏问题的承认，以及反射器3”或者类似的外部反射器的使用两者被认为是新颖的，且是本发明的一部分。
图2a也示出了本实施例的另一个新颖的特征，该特征补偿了灯2可能比所期望的光点尺寸长的事实。通常这将导致光子泄漏和光子损耗。然而，在图2a中，反射器3’设置在反射器3和波导5’之间的间隙，该反射器将来自灯的端部的光线或者光子83有效地通过波导5’引导到病人的皮肤。因此，该实施例在通过使用集中式的波导获得的通量增强中导致大约50％增加。
灯光在皮肤中的传播和吸收灯光与激光对比在皮肤中的传播和吸收的不同至少一部分由于它们选择的范围的不同，灯光光谱很宽(200-1000nm)，该光谱比激光辐射光谱范围宽几千到几万倍。灯源的角频谱可以宽到±180°。该宽度比激光辐射的角频谱宽几百到几千倍。因此，灯光在皮肤中的传播和吸收与激光有很大的不同。在近UV、可见光和近IR范围中，水、血色素、氧基血红素、黑色素、脂质和蛋白质的吸收，以及掺杂物(碳粒子、有机染料和无机染料的分子)的吸收可以被用在光学/光治疗学的皮肤治疗中。在图3中，示出了主要的自然皮肤成分的光谱，即，12-水、13-动脉血(95％的血色素、5％的氧基血红素)、14-静脉血(65％的血色素、35％的氧基血红素)、15-phemelanin(红色毛发)、15’-真黑素(黑色毛发，表皮)、16-皮肤的减小的散射系数。在图4中，示出了对于不同类型的皮肤(17-白种人、18-白种人中的浅黑型、19-日本人、20-印第安人、21-白黑混血儿、22-美国黑人)，出现准直的宽光束的三次衰减的深度与波长的函数的关系曲线。
在图5中，示出了对于不同的光脉冲的持续时间和相同的能量，典型的弧光灯发射光谱(没有包括总能量的较小部分的发光带)。这些曲线从相同的灯获得，该灯在压力为450托下，具有充满Xe的5×50mm放电间隙，且具有下述的脉冲持续时间24-1ms、25-5ms、26-20ms、27-50ms、28-100ms、29-200ms、30-500ms。不同的脉冲持续时间相应于灯的不同色温，其决定了灯发射光谱的形状。因此，如图5可见，可以使用改变脉冲宽度来变化输出光谱和色温。如图3、4和5所示，灯的光谱覆盖皮肤中的所有载色体的吸收波段；因此，灯可以用于所有皮肤的载色体。然而，为了获得最适宜的治疗和光能量利用，有必要提供灯的色温、光谱过滤、在波导输出处的光束尺寸和发散、光脉冲的强度、通量、持续时间和瞬时形状的正确组合。这些条件很强地依赖于治疗的类型。本发明中描述的设备主要意在用于美容过程和影响皮肤美容特征的皮肤病问题的治疗。
在这些过程中，下述的是特别感兴趣的毛发生长的处理；血管病变和色素病变的治疗；以及改进皮肤结构，包括减少皱纹/皮肤再生、粗糙、低弹性、不规则色素沉积、炎性痤疮和脂肪团。
毛发生长的处理如果发生了对毛球的选择性的、实质性的损害，就可能停止或者延缓毛发的生长，且降低了毛发的尺寸和色素沉积。相反，对毛基质的很轻的损害可以加速毛发生长和色素沉积。对毛囊干细胞的损害可以导致毛发的永久去除，该毛囊干细胞位于外根鞘的凸起处。如果围绕毛发毛囊的真皮损害了，这样该毛囊结构完全或者部分被连接组织替代，即，出现微疤痕替代毛囊，也可能产生毛发的永久移除。由于包含在毛基质或者毛干中的黑色素吸收光而加热毛囊，就发生了光脱发。黑色素的最大浓度是在毛基质中，该毛基质位于皮肤表面下深度为2-5mm的真皮内部或者皮下脂肪中。因此，为了提供毛发生长的处理，第一个损害目标是毛球和皮肤表面下大约1-1.7mm的毛球深度处的干细胞，第二损害目标是位于皮肤表面下2-5mm的毛基质。在毛发生长处理中的一个重大问题是保留覆盖的表皮，该表皮也包含黑色素。从图3、4和5可以断定，为了提供毛发毛囊的选择性损害，辐射光谱应该为360-2400nm。光谱的短波部分通过对包括DNA的蛋白质的潜在损害来限制。上部的波长通过强烈的水吸收来限制。黑色素的有效吸收发生在360-1200nm的范围。然而光谱的1200-2400nm部分的总截止是不期望的，因为深入渗透的红外光被水吸收，且对毛发毛囊提供附加的，但不是选择性的加热。在这种情况下，邻近1.4μm和1.9μm附近的水吸收波段(图4)的光谱成分应该从辐射光谱中去除，因为这些波长在表皮中被吸收，且可以导致表皮的过热，导致病人疼痛和潜在的表皮破坏。过滤这些波长的最好方法是使用水作为“水”光谱滤波器。在装置D(图1，2)中，过滤水设置在灯2和管子4的间隙7中。有效过滤的水的合适厚度估计在0.5-3mm范围内。由于黑色素吸收主要在360-800nm的范围内，灯的色温Tc应该为Tc＝3000-10000°K(图5)。短波长的过滤由皮肤的类型确定。在图6a、6b中，示出了在固定能量的灯输出条件下，毛基质(3mm深)温度相对于基础层(31)的温度的比例对于短波长截止滤波器的波长的关系曲线，以及在凸出部分的深度(1mm)的毛干温度相对于基础层(32)的温度的比例对于短波长截止滤波器的波长的关系曲线。对于按压的或者冷却的皮肤的相同的关系曲线由虚曲线(33，34)显示，其中在该按压的或者冷却的皮肤处，血从真皮中的小血管移除。从图6a可以看出，在白皮肤的情况下，短波长辐射的使用基本增加了干细胞破坏的效率，且皮肤的按压或者冷却引起毛基质的相同结果。在这种情况下，在表皮中的热影响增加了，但是在绝对值上比色素沉积的毛干和毛基质要小。在很强色素沉积的皮肤中(图6b)，短波长截止应该提高。在图6a、6b中描述的关系曲线显示了不同类型的皮肤的短波长辐射的过滤要求。这些数据在表格1中表示。
在图7a中，示出了灯在Tc＝5000°K(35)且滤波(36)以后的光谱。该光谱对于治疗具有棕黑色毛发的白黑混血儿的皮肤进行了优化。使用这样的光谱，对于灯脉冲的限定能量，在不过度加热表皮的情况下，获得了对毛基质的最大加热。该光谱的上部的或者远的波长由间隙7中的1mm厚的水滤波器过滤。
在图7b中，示出了灯在Tc＝6000°K时在滤波前(35)和滤波以后(36)的光谱。该光谱对于治疗深的(0.3-1.0mm深度)血管进行了优化。在图7c中，示出了灯在Tc＝3000°K时在滤波前(35)和滤波以后(36)的光谱。该光谱对于由于水吸收的胶原治疗进行了优化。
在图7a-7c中示出的光谱36的每一个被称为灯的轮廓光谱[PSL]。灯的光谱在短波长和远或者长波长两者都衰减(成形)，以便对目标提供最大加热，而不过度加热表皮。这种情况可以要求几个过滤的波段(如表2-4的光谱所示)。对于给定过程的优化PSL可以是通常通过过滤来自灯的输出光谱获得的一个或者多个波段，选定了该波段或者多个波段，使得目标(毛干、毛基质、血管、静脉、色素病变、纹身等)温度上升相对于表皮温度上升的比例大于一定的数字S，该数字S依赖于该过程的安全性等级。数字S越高，安全性等级越高。为了使灯的效率最大，S应该为大约1。
束的尺寸也很重要。已知为了增加表面的束的尺寸和恒定强度(通量)，一旦获得束的横向尺寸(如图8)，光在一定深度的强度(照射)增加且饱和。
当该尺寸增加时，在深度3-5mm(毛球的位置)的照度相对于表皮的照度的比例到达了最大，因此，使得可以在对表皮损害/破坏的危险最小的情况下，在毛球或者干细胞处提供最大的温度。
图8示出了，对于色温Tc＝6000K和合适的PSL的灯，在皮肤中深度为1mm(F＝1mm)(曲线37)和3mm(F＝3mm)(曲线38)处的黑色素目标发热量相对于和目标处的黑色素浓度相同的基础层Fepi的发热量的比例，与由如图1、2所示的装置D形成的束的尺寸的关系曲线。束的长度9是固定的且等于45mm。通常该长度受灯的放电间隙的长度限制。束的宽度在1-45mm的范围内变化。图8示出了对于皮肤中的一定深度的目标，束的宽度应该大于10mm(最小的束宽度d＝10mm)。当宽度8大于15mm时获得最好的结果。
宽束的第二个优点是对深处的毛囊的照度的均匀性。对于宽度小于10mm的束，在深处的分布为具有尖锐的最大值的高斯形。因此，当沿着皮肤扫描时，为了对毛囊的均匀照射，有必要使束的很大百分比重叠。这导致治疗速率、能量的利用效率的很大下降，以及增加过程成本。此外，由于不均匀的重叠，存在“错过”毛囊的可能性，因此，错过的毛发的快速增长仍然存在。对于由装置D产生的束为10mm(曲线39、40)和16mm(曲线41、42)的光强度的分布在图9中示出。曲线39和41示出了在表面上的分布，而曲线40和42描述了在深处的分布。图9示出了具有10mm宽度的束的均匀重叠需要至少27％的重叠(图9)，而对于具有16mm宽度的束的均匀重叠只需要15％的重叠。
较宽的束的第三个优点在如图1、2所示的基于灯的具有MPL光学系统的装置中是很明显的。如上所述，对于这些MPL系统，从表面反射的光子返回到皮肤，增加了灯能量的利用效率。如果基于灯的具有MPL光学系统的装置的光子泄漏很低，所述的利用效率可以使皮肤中的照射增加三倍。然而，如果束的尺寸增加，效率也更高。图10示出了由于从皮肤反射的光子的返回引起的皮肤照射的放大率g与束的尺寸d的关系曲线43，其条件与图8一样。图10示出了，如果束的宽度大于10mm，可以获得放大率的效果。因此，对于毛发处理应用的束的最小尺寸最好为大约10mm，优选大于15mm。
现在考虑脉冲持续时间和瞬时形状的要求，以及强度和光通量的要求。为了提供瞬时伤害或者生长刺激，毛囊的关键部分包括毛球，且更重要的，在毛发生长期阶段，毛囊的关键部分包括毛基质。对于具有直径为30-120μm的成人毛发，毛基质的热弛豫时间在0.6-10ms范围内。(在Altshuler G.B.，Anderson，R.R.，Zenzie H.H.，SmimovM.Z.选择性光热作用的拓展理论，外科和内科中的激光29416-432，2001中可见)。因此，由于毛基质的加热，具有达到10ms持续时间的脉冲对于毛基质的破坏或者毛发生长周期的转换是合适且有效的。毛乳头可以通过光在微血管中的直接吸收来损害。然而，毛囊的毛乳头损害的比较好的方法可以是在足够损害从毛基质到毛乳头的组织的温度(～65℃-75℃)的热前缘扩散。这种扩散的时间有时称为热损害时间(TDT)，对于具有上述尺寸的头发，该时间为15-20ms。根据毛囊的尺寸和辐射的强度，整个毛囊结构的TDT，即，从毛干或者毛基质到毛囊的外连接的热前缘组织损害的传播时间，为大约30-2000ms。在这样的情况下，应该限制强度，以便维持毛干或者毛基质的黑色素的吸收到脉冲的结尾，(即，在脉冲期间，防止毛干或者毛基质的破坏)。
对于毛干，相应于加热毛干到温度小于250℃。同时，脉冲应该足够长，以输送足够的能量到毛囊来破坏毛囊。因此，整个毛囊结构的优化的脉冲持续时间是TDT。毛囊的TDT(30-2000ms)基本上比在表皮中的吸收层中的热弛豫时间(320ms)要长。当使用具有TDT持续时间的长脉冲时，表皮的温度必须通过冷却来下降，这样更多的能量可以施加到毛囊而没有损害表皮的危险。长脉冲的效果不能确切的通过包括几个短脉冲(达到10ms)的序列来模拟，因为短脉冲的峰值强度可以高到足够损坏毛囊中的载色体或者高到足够损害表皮。脉冲的瞬时形状也很重要。因此，脉冲的形状依赖于表皮的性质、毛发直径和长度的差量、毛干色素沉积和冷却。
在图11中，示出了最大破坏毛囊所使用的三种主要脉冲的形状，这些形状依赖于这三个因素。这些脉冲被称为轮廓脉冲(PP)。曲线44是灯脉冲的形状，其具有前沿持续时间τf和后沿持续时间τr，其中τf＜τr。持续时间τf应该比表皮的热弛豫时间(TRT)要长相当多，但是比目标的TDT要小得多，TRT＜＜τf＜＜TDT。持续时间τr应该基本等于TDT。由脉冲类型44提供的加热模式允许目标(毛干或者毛基质)中的载色体快速加热到最大温度，其中该载色体仍然没有漂白且可以生存，然后维持这些温度(即，不过度加热载色体)。因此载色体(毛干或者毛基质)的温度保持几乎恒定，且邻近载色体破坏的温度。该脉冲温度具有基本均匀的形状。
对于快速加热毛干或者毛基质到最大温度且具有形状44的脉冲，由于周围组织的变性和散射增加，吸收的效率增加。载色体和周围组织的碳化也可以发生，引起吸收的增加。如果发生表皮的预冷却，表皮温度和周围组织(包括接触冷却器)的温度较低，且部分补偿了脉冲前部分的加热效果。此外，在脉冲前部分的加热期间，一旦τf＜＜TRT，由于热泄漏到周围的预冷却组织，表皮就被冷却了。脉冲边缘的功率下降防止表皮在脉冲边缘处皮肤输入能量期间的过热。在这样的情况下，使用接触波导的并行冷却尤其有效。
曲线45，准均匀脉冲，具有脉冲上升持续时间τf和平顶持续时间τm。脉冲在顶部的功率以这样的方式选择，即，τm≈TDT只在脉冲的末尾附近实现，且载色体的温度正好在载色体吸收下降之前到达最大值。曲线45的加热模式要求的功率较小，但是要求较长的TDT和较高的总能量。该模式的优点是，其不要求像由曲线44所描述的模式那样强的预冷却，且电源10的输出功率减到最小。
曲线46描述了具有长上升时间τ1的光脉冲和具有持续时间τ2的短的较高功率的末端脉冲。这样的脉冲对于治疗具有色素沉积和毛发直径的高分散的病人最有效。在这种情况下，具有强吸收性的毛囊一开始就被损坏，而在脉冲的末端，需要较高功率的具有低吸收性的毛囊被损坏。由于具有持续时间τ1的脉冲前面部分的预加热效果，具有形状46的光脉冲是有效的。在这种情况下，在间隔τ1(0.1-5s)期间，灯的温度低，且灯在水的吸收范围内辐射很多能量。由于通过接触波导5的并行冷却，表皮的温度保持较低，因此，在这个阶段，发生了表皮和真皮(毛球位于此处)预加热。在持续大约TDT的阶段τ2期间，发生了目标的损坏，当目标的温度为45-60℃时，损坏需要很少的能量。描述光脉冲44、45、46的前面部分和边缘部分的函数可以是阶梯状的、线性的、二次的、指数的或者其它相似的函数。在表1中，示出了使用推荐的装置的毛发处理模式。这些模式是基于考虑优化能量使用和所期望的成本的要求而进行的数值优化获得的。
血管病变随着过滤的灯光谱、脉冲持续时间和形状的仔细优化，所述的装置对于治疗血管病变最有效。对于治疗浅的血管病变，束的尺寸不是很重要。对于治疗深的血管病变，束尺寸的要求与上述毛发处理考虑的要求一样。光谱优化的标准与上述的标准类似。然而，应该考虑在图3中所示的血色素的光谱。对于白皮肤，PSL可以包括能有效的被血液吸收的蓝光，且需要的能量比黄光谱低。使用蓝光使装置更有效。选择脉冲的持续时间和形状以使得内皮的热坏死一发生，就对血管壁产生热损害。脉冲的功率足够在TDT内保持血液的温度在65-75℃范围内，但是决不超过100℃。脉冲的形状从如图11所示三个形状中选择。其也可以以和毛发处理相同的方法形成。选择性的表皮冷却的应用允许使用灯光谱，该灯光谱在短波长范围中更宽，且提供更高的灯能量效率。在表2(表面的微静脉(spider vein)、红斑痤疮、血管丛、葡萄酒色斑、gemanginoma等)、3(较深的静脉、供给血管)和4(深层大腿静脉)中，基于数值优化示出了使用所述装置治疗位于不同深度的血管病变的模式。在表格2、3中所示，用于血管治疗的优化PSL可以包括一个、两个(图7b)或者三个波段。
色素病变所述的装置可以用来治疗不同的色素病变。色素病变通常位于50-300μm的深度处；因此，束的尺寸不重要。在辐射光谱中，存在可以被黑色素吸收的包括UV辐射的所有成分。脉冲的持续时间应该小于用于色素病变或者灯辐射穿过层厚度的TRT的最短时间。有些色素病变的治疗要求损坏周围的组织层。在这种情况下，脉冲的持续时间应该小于所有目标的TDT。可以使用冷却来减少痛苦效果，且减少了起泡的危险。在表3中，基于数值优化示出了使用所述装置治疗色素病变的模式。高度色素沉积和/或深层病变可以使用较红的光谱治疗。较低的色素沉积和/或表面的病变可以使用更多的绿色或者蓝色光谱来治疗。
可以使用类似的参数来治疗纹身，但是用于这种治疗的优化PSL是从灯光谱过滤的波长的一个或者几个波段，因此，纹身微粒或者干燥组织的温度上升相对于表皮的温度上升的比例要大于1。
皮肤再生皮肤的有限损害可以刺激受损组织由新组织来替换，且增加皮肤的美容特征。所述的装置可以用作这个目的，用来损坏乳头和网状真皮中的组织和周围血管，在真皮中的色素沉积基底膜和胶原。在一开始的两种情况下，治疗的模式和装置的参数应该接近前面描述的血管病变和色素病变的治疗。为了对真皮的较深层(100-500μm)提供损害，可以使用水的吸收结合皮肤表面的冷却。在这种情况下，灯的色温应该低，光谱过滤器应该选择被水高度吸收的光谱成分(如图7c的PSL所示)。在表6中，由于在深处(100-500μm)的真皮损害，皮肤再生的模式是基于数值优化来表示的。对于皮肤再生，可以使用轮廓脉冲(PP)(图11)。因此，曲线类型44的PP对于真皮薄层的破坏是优化的。曲线类型45的PP对于较深层的破坏是优化的。由于水的吸收和位于基础层附近的血管和真皮的破坏，曲线类型46的PP可以用于真皮的组合损害。在这种情况下，根据曲线44的脉冲照射可以结合装置输出光谱的转换。在具有持续时间τ1的曲线44的长的部分，灯的功率较低，且光谱转换为水吸收的范围。在脉冲τ2的短的部分，功率迅速增加，且光谱最大值朝着可见光或者UF范围移动。持续时间τ2可以比薄血管的TDT(0.1-10ms)和真皮薄层的TDT(1-20ms)要短。为了提供光谱的转换，可以使用具有受控传送的附加光谱滤波器或者具有依赖于灯辐射功率的传送光谱的非线性光谱滤波器。
由于在乳头真皮中的小血管周围的发炎反应，新的胶原也可以获得生长。在这样的情况下，治疗的参数与表2中的参数一样。这种模式的治疗可以作为前面所述的实现胶原生长的模式的附加，或者替代前面所述的实现胶原生长的模式。
痤疮治疗寻常痤疮是最普通的皮肤病之一，且与皮脂腺和痤疮细菌的活性过度有关。可以使用灯辐射来减少细菌的生长和暂时地或者永久地损坏皮脂腺结构。为了减少细菌生长，可以在有助于细菌的卟啉上使用光力学效应。卟啉具有从红光到UV范围吸收的调整的宽光谱。该优化的治疗模式是延长(1-30min)的痤疮照射，其通过在340-1200nm光谱范围中具有被用来选择为匹配卟啉的吸收光谱的光谱波段(多个波段)的CW模式中的灯光来延长。输送到细菌(深度0-3mm)的光的强度应该尽量高。在推荐的装置中，通过与照射同时的表皮的强烈并行冷却来提供。因此，由于冷却(-5-+5℃)，乳头真皮的血管中的血循环减小，且皮肤真皮对于蓝光和UV光的传播增加。由于通过波导5施加到皮肤的压力也可以获得增加的传播。
根据上面描述的方法，具有强度达到20W/cm2在340-900nm范围内的灯辐射可以输送到皮肤。因此，光谱的短波长部分，例如410nm被propherin更强烈的吸收，但是，这样的吸收在深度～0.5mm处极大的减少。同时，红光辐射被propherin的吸收比较弱，但是仅仅在深度1mm处减小。因此，通过光动力效应，宽光谱对于损害细菌很有效。
治疗寻常痤疮第二种且更有效的机制是减少皮脂腺的皮脂生产功能。这可以通过破坏皮脂细胞或者破坏供应皮脂细胞营养物质的血管的凝结来实现。在皮脂细胞的活性过度期间，血管网充满血液。宽带(340-2400nm)光源和水过滤结合，该水过滤消弱了在水吸收波段(1400-1900nm)的辐射，且随着表皮的强烈冷却(-5-+5℃)以及按压皮肤，允许对供应皮脂腺的微静脉选择性的损坏。因此，脉冲的持续时间应该和这些血管的TDT相关，且对于能量密度为5-50J/cm2可以是大约1-100ms，能量密度随着脉冲长度的增加而增加。为了整体地或者部分地损坏皮脂腺，可以使用皮肤表面和皮脂腺之间的直接传播通道。该通道由毛干和外根鞘之间的间隙表示，且通常充满皮脂。具有亲脂(lypophil)特性的尺寸小于3μm的分子和微粒可以通过该间隙传播，且在皮脂腺中积累。此外，这些分子和微粒通过灯辐射可以用于皮脂腺的选择性的光热作用。为此，灯的辐射光谱必须被过滤，这样其过滤部分与分子和微粒的吸收光谱相同。例如有机染料分子、黑色素、碳、具有PDT效应的富勒烯、Au、Cu、Ag微粒，由于等离子谐振可以增加微粒附近的照射。脉冲的持续时间应该比皮脂腺的热弛豫时间短，皮脂腺的热弛豫时间是50-1000ms。
强度和通量依赖于分子或者微粒的浓度和衰减，但是它们不应该超过表皮损坏或者破坏的域值。因此，可以使用表皮冷却来增加破坏的效率。为了更有效地将吸收分子和微粒输送到皮脂腺，它们可以与亲脂微粒结合在一起。染料分子可以由食用色素、用于染发的染料和其它的分子表示。微粒可以由黑色素、碳(例如墨汁)等微粒表示。富勒烯的分子(例如C60)是最有效的之一。这些分子在可见光范围内具有宽的波段吸收光谱。这些分子的重要的特性是在光致激发下纯态氧的产生。纯态氧可以另外损坏皮脂细胞和细菌。可以通过加热皮肤、声致迁动、电泳、磁致迁动(如果微粒具有电矩或者磁矩)来实现吸收分子和微粒介入皮脂腺。
介入毛囊和皮脂细胞的微粒可以用于毛发处理。在这种情况下，毛囊相对于表皮的吸收对比度增加。这就使得浅的/灰白的毛发和高度色素沉积的皮肤的治疗更容易，且提供了更持久的毛发损耗(即，吸收微粒或者分子可以很容易地输送到邻近凸出部分的区域)。通过对腺体相对周边真皮使用选择性的比热，皮脂腺也可以被破坏，这种选择性是由于腺体中脂质的高浓度。因此，腺体可以这样加热，通过使用具有较高水/脂吸收和较深渗透，例如0.85-1.85μm的光谱的波段，由1-3mm的水滤波器截止/过滤围绕1.4μm的水吸收的较强峰值，且选择性地冷却真皮到皮脂腺的深度(0.5-1mm)。
基于上述情况，现在考虑在图1、2中显示的装置D的优选组件。
灯在图1中显示的装置中的灯2可以是基于惰性气体Xe、Kr、Ne的气体放电灯，和其它金属卤化物灯、汞蒸汽灯、高压钠灯、荧光灯、卤素灯、白炽灯等。该灯具有直线管子的形状。其它变化包括U形或者环形。灯的尺寸是根据装置的输出参数选择的。对于直线管子的灯，输出束的优化形状是a×b的矩形。放电间隙的长度，也就是电极之间的距离1，选择为等于或者大于矩形尺寸之一的b。灯的内直径应该最小化，但是必须足够提供灯的给定寿命N(其中N＝灯工作周期数)。最小化的灯直径提供将辐射能量传送给皮肤的最高效率，且由于灯中的吸收使光的损耗最小。光在灯内部最小吸收增加了来自皮肤的背反射光的效率。对于较低的脉冲重复率，灯可以通过间隙7中的气体冷却，而对于高重复率和高平均功率的灯，可以通过间隙7中的液体冷却。灯管可以包括吸收不想要的光谱成分，和将这些成分转化为所期望的光谱范围的离子。实现这样的优化方法是使涂层将不希望的辐射反射回灯中。由于在等离子体中反射的成分的附加吸收，在所期望的光谱范围中的灯的效率增加了。
反射器反射器3可以具有不同的形状(图13)。提供最大反射器效率的主要条件如下1.提供主要反射的反射器的部件的总面积相对于提供很少或者不提供反射的反射器的部件的总面积的比例必须最大化。为了提供这样的条件，反射的工作部分的反射率必须邻近光谱工作范围中的一个。镜面反射反射器的最好材料是Ag(可见光或者IR光范围)或者Al(UV光范围)。反射器可以涂覆聚合体或者无机涂层，或者涂层可以被涂覆在管子4的内部或者外部或者涂覆在灯2上。在后面这种情况中，从管子或者其它反射翼延伸的薄片可以延伸到波导以最小化光子损失。对于漫反射反射器，使用BaSO4粉末。垂直于灯的轴线的平面中的低反射或者不反射部件的面积应该最小化。如果满足该要求，装置的设计将会变得简单，且可以避免反射器的冷却。
2.在来自反射器3的灯光照射到波导中以前，镜面反射反射器的几何形状应该提供该灯光的最小数目的反射。这样的原因是每次反射有大约5％到15％的光子损失；因此，反射次数越少，光子损失越少。减少反射数目的一个方法是使反射器尽量小，通常通过将反射器移动接近该灯。在灯的高色温下(T＞6000K)，光线通过灯的放电间隙的通路的总长度也应该最小化，以便降低由于在灯中吸收的损失。漫反射反射器比镜面反射反射器的效率要低，因为漫反射反射器从低反射表面反射的次数比优化的镜面反射的反射器要大，且在灯中的光路总长度要长。然而，如果漫反射的反射器的低反射部件的面积小，且灯具有低色温，那么该漫反射反射器可以具有高效率。对于这些条件，在装置输出处的角频谱将最宽。因此，该反射器可以在这样的情况下使用，即，不要求将光很深地渗透到皮肤中，例如用于皮肤再生和色素病变，但是不用于深处微静脉。该装置的镜面反射反射器可以是成像的或者不成像的。成像反射器对于将灯光聚集到最小尺寸的点是有优势的，特别是发射源的尺寸小的时候。然而，发射源的尺寸大时，成像反射器是不利的，因为辐射体是设置在机头中的。这些反射器的成本也很高(即，它们需要质量好的多的反射器部件)。
非成像反射器具有低的效率；然而，它们比较便宜、具有较小的尺寸和可以为大光点尺寸提供更均匀的照射。在表5中，示出了如图13所示的不同镜面反射反射器的效率的值。灯的尺寸为5×50mm，在灯中的平均吸收为0.1cm-1(Tc＝6000K)，反射器的反射率为0.94。灯2的中心和波导输入之间的距离为h＝7.5mm(不包括所示的13a、13c和13l反射器)。从表5可见，所示的反射器的效率差别在12％的范围内。反射器效率的增加可以通过减少施加到反射器表面上的灯光线的数目来获得，其中电极和用于灯冷却的间隙位于该反射器表面。为了提供该规格，反射器的轴向截面(图14)可以表示为中心位于灯的中心的弯曲的表面(球形、抛物线形、椭圆形)，或者表示为梯形。然而，这增加了该结构的成本。一种简单且有效的结构是如图13a或者13b中所示的反射器。在这种反射器中，反射表面具有简单的圆筒形，且可以和灯罩或者管子4的表面相结合。在第一种情况中，灯和反射器的冷却可以在反射器外部实现，在第二种情况中，冷却在管子内部实现。此外，由于电极通常是非反射性的，因此它们是光子损耗的主要来源。一种选择是使用没有电极的灯，其通过RF或者其它合适的技术充电或者激励。另一种选择是使用由具有高反射的材料形成的电极。
波导在所述的装置中的波导具有下述功能1.反射器3和皮肤1之间的光结合(即，以最小的损耗将灯光和反射光传送到皮肤和返回)。换句话说，设置了具有最小光子泄漏的光学系统，波导也是由于光子返回或者循环而使皮肤照度增加的主要因素。
2.以固定的光点尺寸在皮肤表面产生均匀的照度。
3.冷却皮肤以保护表皮。
4.压下皮肤以增强光传送和更好的热接触及光接触。
5.光的激光或者超级荧光转换。
6.从皮肤测量光的反射率，以便根据皮肤的性质控制输送进入皮肤的光的功率。
7.提供从灯到皮肤的附加的机械和电子隔离，以便增加病人安全性。
波导5的形状可以是直角棱镜(图1)、切割棱椎(图15)或者复杂的弯曲切割棱椎(图16)。对于没有涂层的直角棱镜。对于从灯到皮肤的没有损耗的辐射传送，折射率应该满足条件n＞1.4，其中，n是波导的折射率，对于从皮肤反射的光子返回到皮肤，n＞1.7。因此，在灯2或者管子4与波导6之间设置空气间隙。为了提供在皮肤表面的均匀照度和最小的光子损耗，管子4和波导之间的间隙应该是最小的尺寸。当灯和波导之间可以点接触时，灯的潜在的震动使这种接触为不太期望的选择。
在图17中示出了皮肤照度的非均匀性相对于波导长度的关系曲线(灯的尺寸为5×50mm，波导的横向尺寸为16×46，波导的折射率为1.76)。波导5的形状可以是切割直角棱椎(图15)或者弯曲的棱椎(图16)，以提高皮肤表面的通量的强度。该弯曲的切割棱椎也允许将矩形光点转换为对称的正方形或者圆形。如果在波导中的损耗不高，就获得了能量密度聚集的最大值，且输入开口的正方形相对于输出开口的比例最大。
如果在波导中的损耗限制到5％，对于在二维上限定一定角度的棱椎可以获得最大的聚集(即，使用截止棱椎(图15)在皮肤表面上的能量密度相对于使用直角棱镜(图1)在皮肤表面上的能量密度的比例)。对于长轴线，该角度等于17度，对于短轴线，该角度等于3.8度。
波导的长度受波导的吸收损耗和机头的尺寸限制。对于波导长度H＝60mm，A＝46mm，B＝16mm；对于nw＝1.45(石英)，通过截止棱椎相比于直角棱镜的光的最大聚集等于1.95，对于nw＝1.76(兰宝石)，通过截止棱椎相比于直角棱镜的光的最大聚集等于2.3。A等于波导沿着长轴在波导的光接收端的长度，B等于沿着短轴的长度。
通过波导进入皮肤的角频谱宽度依赖于设置在管子4和波导之间的间隙中的介质的折射率，以及棱椎的角度。在图17中，示出了来自装置(图1)在表面附近的皮肤中的角辐射光谱(冲击式光子)。对于具有兰宝石波导的装置(图1、2)，曲线47示出了冲击式光子在皮肤中的角度能量分布，该波导制成直角棱镜(A＝46mm，B＝16mm，H＝15mm)且在管子4和波导5之间的间隙中有空气。曲线48描述了相同的情况；然而在管子4和波导5之间的间隙中充满具有折射率n＝1.42的透明物质。曲线49示出了冲击式光子能量的角度分布，其中波导制成为截止石英棱锥(A＝46mm，B＝16mm，a＝11.6mm，b＝28mm，H＝50mm)。从图17可见，通过使用波导5和改变设置在管子和波导之间的物质的折射率可以控制皮肤中的光子的角频谱。根据已知的理论，改变光子在皮肤中的角频谱是控制光渗透进入皮肤的深度的最好方法，尤其是对于长波。为了获得特别窄的角频谱和最大的渗透深度，应该在管子4和波导5之间的间隙中填充空气，且波导应该制成直角棱镜或者制成“发散的”截止棱锥51(图15)。表面A×B面朝灯，表面a×b接触皮肤。这种形状最适合治疗深的目标，诸如毛发凸起物、毛球、真皮/皮下连接、皮下脂肪、深的静脉等。为了提供最大的角频谱和光入射皮肤的最小深度，管子和波导之间的空间应该充满具有折射率大于1的物质，最好等于或者大于皮肤的折射率，但是小于波导的折射率。由于应用由收敛性的截止棱锥50制成的波导，该角频谱可以另外扩大。具有辐射在皮肤中的高扩散和低渗透深度的装置可以用于色素病变、血管病变和皮肤再生。
图18示出了具有最简单的波导的装置，其结合反射管子在皮肤表面附近提供最大能量聚集。在该装置中，波导52平稳地变换，以实施管子4和在该波导和灯之间形成的间隙7的功能。反射器53安装在、涂覆在，或者另外形成在波导上。在波导52的表面上的反射器是必要的。在该实施例中，由于辐射的宽角频谱，不可能在波导接合处提供全内反射。反射器53可以在绝缘波导52上制成为真空或者电化金属涂层(Ag、Cu、Au、Al)，或者制成为具有反射涂层的柔性片。在波导和灯之间的间隙7中的液体或者气体流用来冷却波导52和灯2(且通过波导反射器53)。
波导的一个重要功能是提供在皮肤表面上的辐射均匀分布，这对于表皮安全性是一个重要的参数。由于正确选择了波导的长度，可以提供均匀的照度。在皮肤表面54上的辐射分布强度的非均匀性与波导长度H的典型的关系曲线在图19中示出。该非均匀性(不匀性)Z限定为Z＝(Imax-Imin)/2(Imax+Imin)，其中Imax是皮肤表面上的最大能量密度(功率)，Imin是皮肤表面上的最小能量密度(功率)。为了更好的安全性，Z＝0。从图19中可见，该曲线关系对于增加的H具有周期谐振衰减的特征。对于短波长，当长度H≈B时，波导的长度应该接近谐振的长度H1，H2，H3，H4。对于H＞＞B时，辐射分布是均匀的，且不依赖于波导的长度H。
为了提供灯辐射进入皮肤的最大效率，波导52的前面应该与皮肤1光学接触。为了提供该接触，波导按压靠着皮肤，且波导输出平面和皮肤之间的所有大于0.2μm的间隙应该充满具有折射率n＞1.2的液体。为了使这些间隙最小化，在接触区域扩张皮肤是有用的。波导5和皮肤1之间的好的光学接触自动提供好的热接触。皮肤被波导按压，特别是在邻近骨骼的区域或者在被治疗的皮肤下有硬板的区域，例如插入病人的内唇和牙齿/齿龈之间的间隙的硬反射板，以防止辐射被病人牙齿或者其中的填充物吸收，因此，在病人的唇被治疗的区域的牙齿加热，允许光渗入皮肤的深度相当大的增加。由于在压力下和血液从下面的血管移除使得在皮肤中的散射下降，因此可以获得上述效果。当上面所描述的是很明显优选的情况下，由于波导很接近皮肤，但不是必须接触皮肤，有很多可以获得充分的光学接触的应用。
为了增加皮肤上的压力，波导的前表面可以制成为凸起表面(图20a)。在要实施血管治疗的地方，由于在血管中的血液通常用作治疗的载色体，因此通常需要避免按压皮肤。在这样的情况下，波导的表面可以制成为凹进表面的形状(图20b)或者其可以具有边缘55(图20c)。边缘55或者波导的锐边(图20b)可以在治疗区域的两边阻止血管中的血流，导致在治疗区域中的非流动血流的聚集。
例如图20b和20c中的波导也可以用来控制治疗的血管。具体地，刚好在皮肤的真皮表皮(DE)接合下面的血管丛中的薄血管，例如10-30μm产生汇集；在这些血管丛下面的血管是较厚的微静脉，但是相对仍然薄，而在微静脉下面的是更厚的血管。通常不期望治疗血管丛的血管。然而，在这些血管中的辐射吸收可以引起血管丛的不期望的加热和吸收能量，不期望的加热然后会引起起泡和疼痛，吸收能量会减少到达所期望治疗的血管的光子。因此，期望这些血管丛被压缩(和/或冷却血管丛)，这样可以从中移除血液，同时不压缩要被治疗的血管。图20b的波导的凹陷或者边缘55(图20c)可以选择，这样凹槽的顶部按压在血管丛的血管上且从中移除血液，而凹槽的边缘只紧压要实施治疗的血管，并在其中收集血液。在波导/边缘中的更深的凹槽将允许血液，例如也从微静脉移除，以有助于更深、更大的血管的治疗。因此，通过控制凹槽在波导/边缘中的深度和施加的压力，可以控制要治疗的血管的深度。根据要被治疗的血管，红光或者蓝光可以被用来检测血管中的血流，因此可以提供反馈，以通过波导来控制施加到病人皮肤的压力。使用图20a的凸起波导，只通过控制压力就可以用来控制要治疗的血管的深度。通过使用合适形状的波导来控制血管的深度是本发明的另一个特征。
皮肤质地的改善也可以通过如下方法实现，即，通过加热血管丛中的小血管和表面的乳头真皮以在血管中产生发炎反应，导致弹性蛋白的产生和刺激纤维原细胞以生长新的胶原。在这种情况下，通过边缘55(图20c)，围绕治疗区域的皮肤的受控压缩可以极大地增加小血管的血管化，和增加治疗的效率。
波导的输出边缘或者表面可以具有空间的不均匀性。在这样的情况下，皮肤的损害将会不均匀。该不均匀的区域的尺寸可以小于50μm。该不均匀性损害对皮肤再生或者对于血管病变或者色素病变、纹身等有用，因为其减少了对皮肤特别强的损害的峰值起泡、紫癜等。同时，受损的区域很快地治愈，因为受损的区域之间的组织没有受损，因此可以提供细胞增殖。为了提供对皮肤表面的不均匀损害，波导的表面可以具有调整的轮廓56，如图20d所示。空间掩模58(图20e)也可以被涂覆(反射掩模)在波导的前表面上，例如平的掩模。也可以在波导中使用被组成图案的折射率变化(相位掩模)。其它的光学技术也可以用来实现这个目标。至少一些技术使得光重新分配，以提供选定的治疗光点。
波导5可以制成为激光的或者超级荧光的波导。在这样的情况下，灯的波谱可以积极地成形，且灯的角频谱可以变窄，以便提供将光输送到更深的地方。波导5可以部分的或者整个的由注满在灯辐射的范围内具有吸收波段，且激光或者超级荧光在所期望的光谱范围中转化的离子、原子或者分子的材料制成。波导表面59和60(图21a)应该高精度的平行，这样提供了激光振荡(比30分钟好，最好比10秒好)的最小损耗，且具有最小化衍射损耗的曲率。表面59和60具有涂层，表面59上的涂层具有对于激光或者超级荧光波长接近100％的折射率，且对于在所期望的光谱范围和在离子、原子和分子吸收范围中的灯辐射有最小的折射率。表面60上的涂层具有对于激光振荡优化的折射率的值。为了增加激光振荡的强度或者通量，波导5可以由两部分制成主动部分61和被动部分62(图21b)。主动部分61被掺杂，而部分62没有吸收掺杂剂。波导可以包括几个部分61和62，或者主动部分61可以由空间选择性掺杂来形成。高反射涂层59和60可以只在波导的主动部分的边缘上制成。此外，波导的主动部分的折射率可以大于被动部分的折射率，以便为激光辐射实现波导效果。灯的辐射沿着波导5传播，与主动部分61交叉多次，且激励主动掺杂剂。如果波导包括几个部分，振荡发生在具有小于波导的横截面的元件61中。因此，辐射减少波动和空间光谱，且增加了通量。合适的激光材料包括Cr3+:Al2O3、Ti3+:Al2O3、Nd:YAG、SiO2:Rodamin 6G和其它。因此，图21b的实施例提供使用灯和激光的组合来治疗，波导61是激光器，其由灯62照射；该组合是要求的，因为如果整个波导都由激光器构成，就没有足够的通量来进行所期望的治疗，或者换句话说，就没有足够的增益。图22示出了所推荐的装置的辐射光谱63。在该例子中，具有元件61的主动波导由红宝石制成，且使用了Nd:YAG。该波导具有涂层59、60，在波长694nm和1064nm处提供激光。示出了没有波导的灯的光谱64以作为对比。光谱63对治疗深处的静脉有效。
光的过滤灯的优化的轮廓光谱(OPSL)由治疗目标确定。优化条件为1)表皮温度低于热坏死的温度，2)目标的温度高于热坏死的温度，3)光能量在滤波器中损耗最小。数学上已经证明，OPSL要求锐的截止。图7a-7c示出了满足上述条件的计算结果的OPSL图7a用于白黑混血儿的皮肤/毛发移除，图7b用于白皮肤/微静脉治疗，以及图7c通过胶原加热用于皮肤再生。对于OPSL的简单标准可以包括从灯光谱选择的/过滤的一个或者多个波段，该波段(多个波段)这样选择，使得目标(毛干、毛基质、血管、静脉、色素病变、纹身等)温度上升相对于表皮的温度上升的比例大于某个值S。该值S依赖于过程安全性的所期望的水平。较高的S给出较高的安全性等级。为了使灯的效率最高，S应该约为1。
通过所推荐的设备的所有光学部件可以实现光谱的过滤。可能的过滤机制包括在灯2、间隙7中的液体、管子4、波导5、滤波器6中光的波长选择性吸收，以及在反射器3的光的波长选择性反射。滤波器6可以实施为多层绝缘涂层、反射涂层、吸收介质或者光谱谐振散射物质。
使用反射涂层作为滤波器是希望避免另外的光损耗、过度的光加热，以及使所需的冷却最小化。这种类型的滤波器通过对在灯中的多余光的再吸收和增加其光输出来增加在所推荐的装置中的灯的辐射效率。然而，在大角度入射时，绝缘干涉滤波器将光谱中的短波长部分传送到皮肤比长波长部分的传送要好。这只导致了对于治疗色素病变和血管病变有用的表皮的附加加热，只要血管病变很肤浅。相反，吸收滤波器传送光谱中的长波长部分比传送短波长部分要好。这对于治疗更深的目标更好，且对表皮更安全。不幸的是，吸收滤波器被光加热，需要冷却。因此，将该滤波器设置在灯2上或者在管子4中更有效。如果是这样的情况，在间隙7中的液体或者气体冷却滤波器的同时冷却灯，后者是热量的主要来源。该滤波器可以实现为将吸收掺杂(离子、原子、分子、微晶体)加入间隙7中的液体，或者加到制成灯2或者管子4的材料中。在希望水过滤的地方，间隙7中的流体可以是水，仅为水或者掺杂所期望的物质。其它流体，例如油、酒精等也可以在间隙7中使用。
此外，附加的管子65(图23a)可以包含在管子4中，前面的管子由吸收材料制成，例如掺杂有Ce、Sm、Eu、Cr、Nd、La、Fe、Mg、Tm、Ho、Er等离子或者半导体微晶体的玻璃。该管子可以由嵌入到灯2和管子4之间的空腔中的微粒或者板、纤维或者其它相同材料(图23b)的部件66来代替。管子65和部件66被冷却，因为推荐的设备的强过滤性和高平均功率，部件66是一个优点。通过和折射率有关的谐振散射可以实现过滤。例如，选择微粒66的折射率使得与冷却液的折射率在波长λ处相符合。然后，在该波长处，管子中没有散射，因此，传送最大化。当波长从λ失调，折射率的不匹配增加，增加了光的散射和衰减。如果部件7或者66中的至少一个的折射率作为光功率或者温度的函数改变，该散射介质可以自动(自身)调节组织上的通量。例如，对于低功率，7和66之间的折射率差别Δn最小化，且由于散射的光衰减也最小化。但是，对于高功率，由于7或者(和)66的折射率的非线性，Δn增加，且光衰减也增加。该机构可以用来保护皮肤以防止高通量。滤波器6可以使用相同的原理实现。在这样的情况下，透射的光谱可以控制，例如通过电场，只要散射部件之一显示对电场很强的依赖性，例如液晶或者segnetelectrical陶瓷。滤波器6可以制成为液体(例如水)悬浮，且当液体冻结(冰)时为具有匹配折射率Δn≈0的固态微粒。在这种条件下，光的散射和衰减很低。波导5的温度(大约0℃)将保持滤波器6的融化温度，直到液体完全融化。这段时间可以被用来治疗具有好的冷却的皮肤。在液态和晶体条件下的介质的折射率很不同。因此，在融化后，液体6将成为对束具有极大衰减的高散射的板。当6失去其冷却能力时，因此组织上的通量将自动下降，以保护组织防止伤害。
为了过滤在水的IR吸收峰值在1.4和1.9μm附近的光谱，可以使用厚度为1-3mm的液态水滤波器，该水也可以用来冷却。
冷却为了增加沉积到皮肤的光能量，可以选择冷却皮肤。皮肤冷却到温度4℃以下对于减少或者消除疼痛是有效的。在推荐的设备中，通过接触波导5的冷却的顶部来实现皮肤冷却。有几种用于冷却波导5的机构是可行的。图24示出了用于波导5的冷却机构，其对大A和B尺寸且来自皮肤的热通量相当大的情况(高度色素沉积的皮肤，长脉冲)最有效。由具有好的热传导特性的材料，诸如蓝宝石制成的波导具有形成其中的多个切口67，冷却液或者冷却气体穿过这些切口循环。这些切口可以具有圆形的、矩形的或者其它的截面。切口的内表面应该在总面积上超过波导接触皮肤的顶部的面积。切口在波导上均匀分布，从而消除温度梯度或者至少减少了只要侧面被冷却而产生的梯度。冷却也可以通过像氟利昂这样的液体从切口表面蒸发来实现。图25示出了一种合成波导中的冷却机构，其由部分69和板70装配成，该部分69可以是由不良热传导材料制成，板70由高热传导材料制成，冷却液或者冷却气体68在部分69和板70之间的窄间隙中循环，且充满该窄间隙。此外，光挥发液体(例如蒸发喷雾R134A)可以被注入69和70之间的间隙。图25的机构也为大波导提供了皮肤的均匀冷却。图26示出了一种用于波导侧面的冷却机构，其利用循环流体、气体或者喷雾。该机构包括从波导5侧面消除热量的部件71。部件71可以是循环冷却液体或者可以是珀耳帖效应或者其它热电部件。该机构适用于设置在足够小的A、B的至少一维上。附加的板72由可以设置的相同的冷却部件71冷却，当设备在皮肤表面上扫描时，板72用来预先冷却和随后冷却皮肤。
图27示出了合成的波导69、70，其由具有像氟利昂之类的低汽化温度的流体的喷雾73冷却。包含液化流体的容器76通过管子75连接到由电机构或者机械机构74控制的阀77。当阀77开启时，液化气体在压力下从容器76输送到管子71，然后通过喷嘴72喷射。当阀开启时，脉冲持续时间选择为输送足够的流体到部件70以将其冷却到规定的温度。元件70的温度和厚度选择为冷却皮肤到规定的深度，防止表皮损伤。管子71最好包括接触传感器，这样当管子71接触皮肤时，阀77工作。可以看出，管子71和皮肤的接触发生在元件或者板70接触皮肤之前。这导致了致冷剂或者其它冷却喷雾施加到皮肤和板70两者上，导致了皮肤的预先冷却，且当板70接触皮肤时，也并行冷却板。板70的厚度可以控制冷却的深度。
部件70可以由蓝宝石或者钻石制成；波导69的材料必须通过其低的热传导性和低的热容量(例如，树脂玻璃或者玻璃)中的至少一个，或者通过胶水与波导70部分地热绝缘。
图27的机构的优点在于，其防止表皮的过度冷却，以正确选择板70的厚度，即使板70的初始温度较低。此外，当流体喷射到板70上，不可避免(当不使用喷雾时)的温度梯度被消除了。在波导70接触皮肤之前，流体被喷射。板或者波导70可以设置的很接近皮肤表面，因此，喷射的流体同时预先冷却了波导和皮肤。然而，建立皮肤和波导之间的光接触和热接触，引进了可选的时间延迟，然后来自灯的光照射皮肤。数字仿真示出了，在温度-26℃沸腾的氟利昂有效地冷却表皮，只要蓝宝石板的厚度1为0.5-3mm。预先冷却的持续时间为0.2-1s。对于要被同步的所有过程，开启阀77的机构最好由皮肤接触传感器控制，例如在管子71中的传感器。
对于光学皮肤病设备，其中冷却流体，例如水或者空气在接触板70上流动，该板的厚度也可以选择为控制冷却深度，如图27的板70。
附加的安全性测量本发明的装置不仅仅意在给医生使用，还可以在大会客室、理发店使用，以及可能在家使用。由于上述原因，系统提供一个方案来检测与皮肤的接触。该系统防止光照射人眼，也可以评估病人皮肤的色素沉积。具体的，后者的性能提供自动为特定的病人确定最安全的照射参数的能力。这样的检测系统的一个实施例在图28中示出。来自弧光灯2或者附加光源82(微型灯，波导)的光引导到波导5的出口。光纤79通过例如棱镜78耦合到波导5。角度α选择为最小化或者防止来自灯2或者光源82的光穿过棱镜78，这样，理想的，只有从皮肤1反射的光(光子)到达检测器81。角α的范围在下面的限制中 对于蓝宝石，34.6°＜α＜90°。一接触皮肤，来自皮肤的反向散射的光进入波导78。在该波导中，反向散射光比来自2或者82的直射光具有更宽的角频谱。前者的光在角度范围 中传播。对于蓝宝石，该区域为53.8°＜α＜90°。因此，如果保持条件arcsin(1nw)<α<arcsin(nskinnw),]]>且波导的孔径张角在该角度范围内，则除了来自皮肤的反向散射光外，没有光进入波导78。该光的强度依赖于皮肤的类型，特别是在优选的光谱范围600nm＜λ＜800nm内。该反射信号通过滤波器80由光学检测器81测量，该滤波器截止不期望的波长。从光学检测器81的输出被系统用来控制电源10(图2)。用于波导和皮肤的完美光学接触所达到的最小信号等级是根据病人皮肤的漫反射系数来预先设置的。通过这样的事实，即，施加到检测器81的信号有效地施加到接触，可以有助于接触检测。滤波器80确保这只对反射光出现。图27的光学系统防止皮肤受到由皮肤参数的变化引起的伤害，例如由于不均匀的色素沉积。光学检测器81可以直接连接到波导5。此外，该设备也可以根据具有最小光子泄漏的光学系统内部的辐照度的测量来控制。如果灯发射光到空气中或者发射到标准的反射器，该辐照度与灯的输出能量成比例。但是，如果该灯在皮肤中发射，该辐照度与来自皮肤的反射成比例。在后者这种情况，该光学系统像累计球一样工作。
当根据多个实施例对本发明进行上述的描述时，已经讨论了许多变化，这些描述只是示意性的目的，对于本领域的普通技术人员来说，可以实施进一步的改变，而仍然保持在本发明的精神和范围中，本发明的精神和范围只通过附加的权利要求书来限定。例如，虽然上述的概念已经在基于灯的设备中使用，这些概念中的许多概念不限制只在使用灯作为辐射源的系统中使用，或者甚至是不限制只在使用不相干的辐射源的系统中使用。
在接下来的表格中，所有波长都限定公差+/-5％。例如0.51μm意味着0.485-0.536μm表1用于毛发移除的闪光灯辐射的特性
表2用于小的表面血管治疗和为改进质地/皱纹的表面血管治疗的闪光灯辐射的特性
表3用于深处静脉治疗(直径0.2-0.5mm；深度0.5-1mm)的闪光灯辐射的特性
表4用于大腿静脉治疗的闪光灯辐射的特性
表5用于色素病变治疗的闪光灯辐射的特性
表6用于改善皱纹的真皮治疗的闪光灯辐射的特性
权利要求
1.一种使用灯来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导；以及将来自所述灯的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构，所述机构包括抑制从所述设备的光子损耗的子机构。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述机构包括反射器，包括所述反射器和波导的所述子机构这样定尺寸和形状，使得它们配装在一起且相互间基本没有间隙。
3.如权利要求2所述的设备，包括基本密封所述反射器和波导之间的任何间隙的反射材料。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述机构包括反射器，所述反射器相对于所述灯定尺寸和安装，这样使得每个光子在所述反射器上的反射次数最小化。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于所述反射器足够小且安装得离所述灯足够近，以获得所述最小化的反射次数。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于所述反射器形成在所述灯的外表面上。
7.如权利要求4所述的设备，包括包围所述灯的管子，在所述灯和管子之间有间隙，流体通过该间隙流过，以冷却该灯。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述反射器形成在所述管子的内表面和外表面之一上。
9.如权利要求4所述的设备，其特征在于所述反射器具有基本圆筒形的形状。
10.如权利要求4所述的设备，其特征在于所述反射器是漫反射反射器。
11.如权利要求10所述的设备，包括用于控制由所述漫反射反射器过滤的波长的机构。
12.如权利要求4所述的设备，其特征在于所述反射器是由这样的材料制成的，即，该材料过滤照射到其上的来自所述灯的光的选定的波长。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述机构包括反射器，其中在所述反射器和所述波导之间有间隙，且在所述间隙中包括第二反射器，该第二反射器与所述反射器一起基本将来自所述灯的所有光子都引导到所述波导。
14.如权利要求1所述的设备，包括用于选择性地过滤来自所述灯的光的机构，以获得所期望的波长光谱，用于选择性地过滤的所述机构被包含为所述灯、形成在所述灯上的涂层、包围所述灯的管子、在所述灯和所述管子之间的间隙中的滤波装置、用于来自所述灯的光的反射器、波导以及在所述灯和所述波导之间的滤波装置中的至少一个的部分。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于用于选择性地过滤的所述机构被包括为列在权利要求14中的多个部件的部分。
16.如权利要求14所述的设备，其特征在于用于选择性地过滤的所述机构至少为吸收滤波器、选择性的反射滤波器以及光谱谐振散射器之一。
17.如权利要求14所述的设备，其特征在于所述机构包含多层涂层。
18.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述波导的长度选择为增强来自所述灯的光输出的均匀性。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于来自所述波导的光输出的均匀性随波导长度而变地具有谐振，其中所述波导的长度等于谐振长度之一。
20.如权利要求18所述的设备，其特征在于所述波导在邻近该灯的波导的一端具有一宽度和深度，其中波导的长度比所述宽度和深度中的较小的那个要大很多。
21.如权利要求1所述的设备，包括用于控制在病人皮肤中的光子的角频谱的机构。
22.如权利要求21所述的设备，包括在该灯和所述波导之间的间隙，该间隙充满具有选定的折射率的物质。
23.如权利要求22所述的设备，其特征在于所述间隙的长度最小化。
24.如权利要求22所述的设备，其特征在于所述间隙充满空气。
25.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述波导在光接收表面具有的面积比在光输出表面的面积大，其中所述波导在所述表面之间具有弯曲的侧面。
26.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述波导具有多个穿过其自身形成的切口，所述切口适于使冷却流体流过其中。
27.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述波导具有与病人皮肤接触的表面，该表面形成图案为控制光子到病人皮肤的输送。
28.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述波导具有与病人皮肤接触的表面，该表面为凹面。
29.如权利要求28所述的设备，其特征在于所述波导具有凹进的皮肤接触表面和用凹边包围该波导的边缘之一。
30.如权利要求28所述的设备，其特征在于所述凹进表面的深度选择为结合施加到设备的压力来控制由该设备治疗的血管的深度。
31.如权利要求30所述的设备，包括用于检测血管深度的机构，其中通过在压力下将所述凹进表面施加到病人皮肤来限制血流，所述机构允许控制压力，以允许治疗所期望深度的血管。
32.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述波导具有皮肤接触表面，其成形为允许施加选择性的压力到病人的皮肤，因此允许控制实施治疗的深度。
33.如权利要求32所述的设备，其特征在于所述设备用来治疗血管，且包括用来检测血管深度的机构，其中通过在压力下将所述表面施加到病人皮肤来限制血流，从而控制实施治疗的深度。
34.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述波导至少部分为激光波导和超级荧光波导之一。
35.如权利要求34所述的设备，其特征在于所述波导包括在光学波导中的激光波导。
36.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述波导具有皮肤接触表面，且包括一机构，恰好在所述表面接触该皮肤前，该机构输送冷却喷雾到病人皮肤和所述皮肤接触表面。
37.如权利要求36所述的设备，其特征在于所述波导包括邻近病人皮肤且由热的良导体材料制成的下面部分，以及由热的不良导体材料制成的上面部分，所述下面部分的厚度控制在病人皮肤中的冷却深度。
38.如权利要求36所述的设备，其特征在于所述机构包括显示何时该设备在病人皮肤的预定距离之内的检测器，所述冷却喷雾响应于所述检测器被致动。
39.如权利要求1所述的设备，包括向后背离所述波导的光输出的通道，该通道通向反向散射检测器，所述通道与皮肤垂线成α角，这就确保了只有反向散射光到达该检测器。
40.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述灯由图11的功率分布44、45和46之一驱动。
41.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述波导形成为一整体部件，所述灯穿过形成在该整体部件中的开口。
42.一种利用表1中的参数来利用灯执行毛发去除的方法。
43.一种利用表2、3和4中的参数来利用灯执行血管病变治疗的方法。
44.一种利用表2和6中的参数来利用灯执行皮肤再生的方法。
45.一种利用灯通过杀死细菌、皮脂腺的热分解以及杀死供给皮脂腺的微静脉中的至少一种方式来执行痤疮治疗的方法。
46.一种利用表5中的参数来利用灯执行色素病变的治疗的方法。
47.一种使用灯来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导；以及将来自所述灯的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构，所述机构包括反射器，所述反射器安装得离所述灯足够近且足够小，以最小化每个光子在所述反射器上的反射次数。
48.如权利要求47所述的设备，其特征在于所述反射器形成在所述灯的外表面上。
49.如权利要求47所述的设备，包括包围所述灯的管子，在所述灯和管子之间有间隙，流体通过该间隙流过，以冷却该灯。
50.如权利要求49所述的设备，其特征在于所述反射器形成在所述管子的内表面和外表面之一上。
51.如权利要求47所述的设备，其特征在于所述反射器具有基本圆筒形的形状。
52.如权利要求47所述的设备，其特征在于所述反射器是漫反射反射器。
53.如权利要求52所述的设备，包括用于控制由所述漫反射反射器过滤的波长的机构。
54.如权利要求47所述的设备，其特征在于所述反射器是由这样的材料制成的，即，该材料过滤照射到其上的来自所述灯的光的选定的波长。
55.一种使用灯来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导；将来自所述灯的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构；以及选择性地过滤来自所述灯的光的机构，以获得所期望的波长光谱，用于选择性地过滤的所述机构被包含为所述灯、形成在所述灯上的涂层、包围所述灯的管子、在所述灯和所述管子之间的间隙中的滤波装置、用于来自所述灯的光的反射器、波导以及在所述灯和所述波导之间的滤波装置中的至少一个的部分。
56.如权利要求55所述的设备，其特征在于用于选择性地过滤的所述机构被包括为列在权利要求53中的多个部件的部分。
57.如权利要求55所述的设备，其特征在于用于选择性地过滤的所述机构至少为吸收滤波器、选择性的反射滤波器以及光谱谐振散射器之一。
58.如权利要求55所述的设备，其特征在于所述机构包含多层涂层。
59.一种使用光辐射源来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导；以及将来自所述源的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构，所述波导的长度选择为增强来自所述设备的光输出的均匀性。
60.如权利要求59所述的设备，其特征在于来自所述波导的光输出的均匀性随波导长度而变地具有谐振，其中所述波导的长度等于谐振长度之一。
61.如权利要求59所述的设备，其特征在于所述波导在邻近该源的波导的一端具有一宽度和深度，其中波导的长度比所述宽度和深度中的较小的那个要大很多。
62.一种使用灯来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导；将来自所述灯的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构；以及在该灯和所述波导之间的间隙，该间隙充满具有折射率的物质，这样可以选择性地控制在病人皮肤中的光子的角频谱。
63.如权利要求62所述的设备，包括与所述灯隔开且基本包围所述灯的管子，其中所述间隙在所述管子和所述波导之间。
64.如权利要求62所述的设备，其特征在于所述间隙的长度最小化。
65.如权利要求62所述的设备，其特征在于所述间隙充满空气。
66.一种使用光辐射源来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导，所述波导在辐射接收表面具有的面积比在辐射输出表面的面积大，其中所述波导在所述表面之间具有弯曲的侧面；以及将来自所述源的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构。
67.一种使用光辐射源来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导，所述波导在辐射接收表面具有的面积比在辐射输出表面的面积大，且在所述表面之间具有侧壁；在所述侧壁的每一个上的反射器，其抑制通过所述壁的光子泄漏；以及将来自所述源的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构。
68.一种使用光辐射源来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导，所述波导具有多个穿过其自身形成的切口，所述切口适于使冷却流体流过其中；以及将来自所述源的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构。
69.一种使用光辐射源来实施病人皮肤上的光学皮肤病治疗的设备，所述设备包括适于与病人皮肤接触的波导，所述波导具有与病人皮肤接触的表面，该表面形成图案为控制光子到病人皮肤的输送；以及将来自所述源的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构。
70.一种使用光辐射源来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导，所述波导具有与病人皮肤接触的表面，该表面为凹面；以及将来自所述源的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构。
71.如权利要求70所述的设备，其特征在于所述波导具有凹进的皮肤接触表面和用凹边包围该波导的边缘之一。
72.如权利要求70所述的设备，其特征在于所述凹进表面的深度选择为结合施加到设备的压力来控制由该设备治疗的血管的深度。
73.如权利要求72所述的设备，包括用于检测血管深度的机构，其中通过在压力下将所述凹进表面施加到病人皮肤来限制血流，所述机构允许控制压力，以允许治疗所期望深度的血管。
74.一种使用光辐射源来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导，所述波导具有皮肤接触表面，其适于施加选择性的压力到皮肤，以控制治疗的深度；以及将来自所述源的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构。
75.如权利要求74所述的设备，其特征在于所述设备用来治疗血管，且包括用来检测血管深度的机构，其中通过在压力下将所述表面施加到病人皮肤来限制血流，所述机构允许控制压力，以允许治疗所期望深度的血管。
76.一种使用光辐射源来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导，所述波导至少部分地为激光波导和超级荧光波导之一；以及将来自所述源的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构。
77.如权利要求76所述的设备，其特征在于所述波导包括在光学波导中的端部上具有镜子的激光作用的材料。
78.一种使用光辐射源来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导；包围所述灯的激光材料和超级荧光材料中的至少一种；以及将来自所述源的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构。
79.一种使用光辐射源来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括具有皮肤接触表面且适于与病人皮肤接触的波导；将来自所述灯的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构；以及恰好在所述表面接触该皮肤前，输送冷却喷雾到病人皮肤和所述皮肤接触表面的机构。
80.如权利要求79所述的设备，其特征在于所述波导包括邻近病人皮肤且由热的良导体材料制成的下面部分，以及由热的不良导体材料制成的上面部分，所述下面部分的厚度控制在病人皮肤中的冷却深度。
81.如权利要求79所述的设备，其特征在于所述机构包括显示何时该设备在病人皮肤的预定距离之内的检测器，所述冷却喷雾响应于所述检测器被致动。
82.一种使用光辐射源来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导；将来自所述灯的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构；以及向后背离所述波导的光输出的通道，该通道通向反向散射检测器，所述通道与皮肤垂线成α角，这就确保了只有反向散射光到达该检测器。
83.一种使用灯来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导；将来自所述灯的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构；以及灯驱动器，其用图11的功率分布(44)、(45)和(46)之一驱动所述灯。
84.一种使用灯来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括适于与病人皮肤光学接触的波导，所述波导形成为一整体部件，所述灯穿过形成在该整体部件中的开口，所述波导包括将来自所述灯的光子通过所述波导引导到病人皮肤的机构。
85.一种使用光辐射来治疗病人皮肤的方法，所述方法包括将来自光辐射源的光辐射通过具有与病人皮肤接触的第一表面的板施加到皮肤；以及将冷却流体施加到该板的与所述第一表面相对的表面上；所述板的厚度选择为控制冷却出现在病人皮肤中的深度。
86.一种使用光辐射来治疗病人皮肤中的血管的方法，所述方法包括将来自光辐射源的光辐射通过波导施加到病人的皮肤，该波导具有选择性成形的皮肤接触表面；以及将选定的压力施加到波导，该压力结合该波导的形状足够将血液基本从实施治疗的血管之上的所有血管中移出。
87.如权利要求86所述的方法，其特征在于所述波导具有凹进的皮肤接触表面，该凹进表面的深度结合施加的压力可以控制治疗的血管的深度。
88.一种使用光辐射来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括光辐射源；以及波导，通过该波导将来自该源的辐射施加到病人的皮肤，该波导具有散射特性，该特性随波导温度而变，因此，该波导可以自动控制施加到病人皮肤的辐射，以补偿在病人皮肤中的温度变化。
89.一种使用来自灯的光辐射来治疗病人皮肤的设备，所述设备包括用于将来自该灯的辐射施加到病人皮肤的机构；以及滤波机构，其防止所有来自该灯的辐射波段到达病人皮肤，但至少有一个波段到达病人皮肤，所述至少一个波段这样选择，使得在病人皮肤中的所期望的目标处的温度相对于病人表皮的温度有一个选定的值。
90.如权利要求89所述的设备，其特征在于所述选定的值大于一。
91.如权利要求89所述的设备，其特征在于有多个波段通过所述滤波机构。
全文摘要
本发明涉及使用灯来治疗病人皮肤的设备，该灯比以前这样的装置更有效，本发明也涉及一种使用灯来进行各种皮肤治疗的方法。该设备通过最小化光子泄漏和通过其它改进来提供效率。本发明也包括用于在病人皮肤上光学治疗的波导的各种改进。
文档编号A61N5/06GK1568163SQ02809310
公开日2005年1月19日 申请日期2002年2月22日 优先权日2001年3月2日
发明者G·B·阿尔特舒勒, M·因诺克金, V·Y·克拉穆夫, S·B·比鲁钦斯基, A·埃罗费夫, A·V·贝利科夫 申请人:帕洛玛医疗技术公司