专利名称：用于光调制活细胞的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用窄带、多色电磁辐射发射器进行光调制活组织的方法和装置，所述组织特别是含有人细胞的组织。以连续的一段时间或以预定频率的脉冲形式，将活组织暴露在具有经仔细选择的光谱波长-带宽的电磁辐射下，活组织中的细胞能够被刺激以开始遗传确定的程序或再生功能，或这些相同的功能会被抑制。新的光调制装置和方法可以用来控制，刺激，或抑制细胞生长以治疗由不希望的或次最佳的细胞生长或细胞功能所引起的疾病。
背景技术：
传统上认为，激光的相干性(区分激光与所有其它光的特性之一)对于当前光源的医疗性应用是必需的。由于实质上所有此类研究都使用激光进行，这对于活组织中的生物刺激或生物抑制作用而言尤其地正确。然而，激光器是非常昂贵的仪器，它需要大量的能量，并且除非在具有资格的医学人员的严格监督下使用否则会有极大的危险。此外，激光很久以来被认为基本上是用于产生有效的生物刺激或生物抑制效果唯一合适的电磁辐射源，因为此光源被认为必须是单色的，即具有单纯的颜色或波长，也就是单色——以窄谱波长工作。然而已经获得了其它的窄带、多色发射光源，例如激光二极管以及更通常地发光二极管(“LED”——能够发射窄谱波长的电磁辐射的装置)，由于LED的功率输出有限并且仅能够向接受治疗的活组织发射低强度的电磁辐射，故没有被广泛地接受用于医学治疗。此外，尽管最近出现了很高亮度的发光二极管，但在例如皮肤处理等应用中利用发光二极管作为激光器的替代品的关注在本领域中尚未出现。
对于利用发光二极管代替激光器用于医学治疗的关注的缺乏可能是由于大多数目前的激光器具有非常短的脉冲持续时间以及很高的峰值功率。这两个特性是靠目前的发光二极管所不能获得而且可能永远不能获得的特性。但是，最近已经开发出具有“长脉冲”而且使用低得多的峰值功率的新型激光器，用于处理不需要的毛发和静脉。同时，多数生物刺激实验使用的能量比使用发光二极管时所可能达到的能量高。而将成百或成千的发光二极管串在一起的想法从未被考虑过，因为对某些应用来说，这样做可能会被认为是一个光学挑战。
多数用于医学用途的激光技术是从军事激光技术中发展而来的，而且对专门用于医学用途的激光系统的开发仅在最近才变得普遍起来，因此，适合活组织的LED系统不像激光器那样预先存在。几乎所有的激光器研究都涉及通过镜面或光纤传递激光束到活组织。最大光束直径通常是由发射激光的介质——激光头决定的。虽然将激光头发射的光束的光束直径“缩小”很常见，但是很少将光束直径扩大，这是因为在欲保持期望的和需要的治疗参数的情况下激光质量会变成一个显著的光学问题，而且在保持这些参数的情况下也没有充足的功率去覆盖很大的面积。简单地说，没有人想过尝试用激光束覆盖比如1平方英尺，而且目前1平方英寸在多数医学应用中已被认为相当大。因此，直接从LED光源自身将LED发射光直接传送给活组织的概念与激光器的设计逻辑是不同的，这也是解释为何LED从未被彻底地开发作为在医学用途中产生电磁辐射的选择方案的最可能原因。
也许是由于激光器是唯一可用于医学治疗应用的可行光源的看法，或者也许是由于有效的医疗需要高能量光源或高强度脉冲源的看法(由此导致了广泛地相信激光和类似高强度的单色光源是唯一的商业上有用的光源)，目前的临床治疗方案集中在施加足够的能量到活组织上以加热其中的靶分子(即，水，血液，胶原蛋白等)，其中所用能量高于为产生热损伤所需要的最低阈值。然后，热损伤发生在创伤愈合之前，在创伤愈合阶段，皮肤通过形成新的胶原蛋白纤维和许多其它物质开始修复和再生。例如，许多基于激光的治疗引起热损伤，这些热损伤被认为通过释放化学信号物质而具有刺激效果，这些化学信号物质可以发出身体已经受到创伤或被损害的讯息，并由此启动一个总称为创伤愈合的顺序明确限定的系列事件。此创伤愈合机制的最终结果可能是新胶原蛋白的产生，但是这是以多种细胞的致死或非致死性显著损伤为代价的。相反，通过直接光活化(而不是发生光热损伤的治疗方案)，可以在不造成显著水平的热损伤或细胞损害的情况下引发特定细胞或亚细胞成分的直接生物活性。而且，光活化的生物刺激作用趋向于不产生不受控制的创伤愈合或反常的创伤愈合(也称作结疤)，而所有的热损伤事件却会如此。最后，还存在另外一个甚至更高的热损伤级别，它引起蛋白质变性以及细胞破坏和细胞死亡。这样的治疗会引起患者巨大的痛苦或不适并且需要很长的恢复时间。
最后，目前用于医疗的激光器，甚至最低功率的激光器都需要有资格的医疗人员的管理。甚至低功率的激光器也能够引起至少是眼睛的伤害或一定程度的组织损伤；并且多数用于医疗的激光器都有引起严重的电击或死亡的危险。没有一种激光器被分类为“没有显著危险的装置”——对那些由于造成伤害或损伤的危险性极小而被认为适合在没有医学监督时使用的装置(如毛发干燥器，电动牙刷等)的分类。
因此，很希望有一种装置和使用该装置的方法，它能提供激光器治疗的优点，同时显著地减小成本和功率需求，并保留传递足够强度的窄带多色电磁辐射给活组织以诱导作为医学治疗方案之一部分的生物刺激或生物抑制效果的能力。这种治疗方案能提供显著的皮肤学益处，其可以依靠细胞的光活化诱导皮肤更新(即，新胶原蛋白的再生)同时不会热损伤皮肤。
此外，有益的是具有窄带、多色电磁辐射源和使用该装置的方法，这将使得能够诱导有益的生物刺激或生物抑制效果，而无需将组织加热到热损伤水平之上，由此基本上消除了患者的痛苦、不适以及恢复时间。
再一个显著的技术进步是具有如下装置和使用该装置的方法，所述装置能在活组织中诱导有益的生物活化或生物抑制效果，同时此装置不需要医学上的监督，或者在至少一个实施方案中，不会有造成眼睛损伤，电击或死亡的潜在危险。
发明概述根据本发明，活组织的光调制是利用窄带、多色电磁辐射源来获得的。一个优选的实施方案利用至少一个发光二极管。多个的这样的二极管可以被排列为阵列来发射大约300nm至约1600nm的波长。尽管波长是基于所需处理的性质选择的，但优选的波长包括590nm、644nm或810nm，并具有至少+/-5nm的带宽。
一个可选的方法使用单独的激光二极管或结合使用一个或多个发光二极管。该方法可以使用为期大约1.0ms到大约1×106ms的连续波或脉冲，光强度小于1瓦/cm2，并且活组织的温度不超过60℃。如果需要进行进一步刺激，脉冲可以持续10秒到1小时。该方法使用的优选的波长是400nm，445nm，635nm，660nm，670nm，780nm，785nm，810nm，830nm，840nm，860nm，904nm，915nm，980nm，1015nm，或1060nm。
本发明方法的另一个实施方案中，电磁辐射发射器产生大约1纳瓦到小于大约4瓦/cm2的光强度。
皮肤处理可以使用发光二极管、激光二极管、染料激光器、闪光灯、荧光灯、灯丝灯(filamentous)、白炽灯、或者其它发射器，它们配置有电子装置或机械滤波以便只发射以一个主波长为中心的窄带波长；所述主波长尤其是300nm，415nm，585nm，590nm，595nm，600nm，644nm，810nm，940nm，以及1400nm。用于该方法的能量水平从大约1纳瓦/cm2到大约4瓦/cm2或从大约200毫瓦/cm2到大约1000毫瓦/cm2，其中曝光包括使发射器进行大约1ms到大约1×106ms的脉冲。脉冲本身持续的时间可以从大约150ms到大约850ms。
进一步的皮肤处理建议在人体皮肤区域施用局部用药剂来增强选用于这种处理的光波长的穿透性。这包括将人体皮肤暴露在波长从大约300nm到大约1600nm的窄带、多色电磁辐射源下大约1毫秒到大约30分钟。如果需要，每隔1到60天进行持续1毫秒到大约30分钟的再辐射，不超过1000次，脉冲间的间隔从大约1毫秒到大约1000毫秒，并保持皮肤温度在发生热损伤的阈值之下。
适合与本发明发射器联合使用的局部用药剂包括外源发色团(exogenouschromophores)和美容药品(cosmeceutical)；除此之外，包括穿透或去除患者皮肤的至少一部分角质层的预处理也可以提高疗效，使用局部用药剂来调整患者皮肤的吸收光谱或折射率也可以提高疗效。此外，施用于增强或协同增强本发明处理方法的局部药剂也可以发挥作用但不显示外源发色团的特征。
皮肤学处理的另外一个实施方案是，对待处理的皮肤区域实施擦皮术以增强窄带、多色电磁辐射发射器的光波通过角质层的传送。使用从大约300nm到大约1600nm的波长大约1毫秒到大约30分钟。如果需要，可以每隔1到60天进行持续大约1毫秒到大约30分钟的再辐射，不超过1000次，脉冲间的间隔从大约1毫秒到大约1000毫秒。
图1示意性地示出了各种治疗方案，包括本发明的低能量水平的光方法，它也可以结合局部制剂来使用。
图2示意性地示出了与本发明的低能量水平的光的使用有关的治疗方案。
图3是本发明的发光二极管阵列的一个实施方案的举例说明。
图4是用于本发明的面板型发光二极管阵列的一个实施方案的举例说明。
图5是单层培养物中人成纤维细胞吸收光谱的图示性说明。
图6图示性地说明了人成纤维细胞的吸收光谱，其上叠加了本发明的窄带、多色发光二极管发射器使用的波长。
图7图示性地说明了人成纤维细胞的吸收光谱，其上叠加了本发明的窄带、多色发光二极管发射器使用的波长以及叶绿素a的吸收光谱。
图8图示性地说明了人成纤维细胞的吸收光谱，其上叠加了本发明的窄带、多色发光二极管发射器使用的波长以及叶绿素B的吸收光谱。
图9图示性地说明了人成纤维细胞的吸收光谱，其上叠加了本发明的窄带、多色发光二极管发射器使用的波长以及还原和氧化的细胞色素C的吸收光谱。
图10图示性地说明了人成纤维细胞的吸收光谱，其上叠加了本发明的窄带、多色发光二极管发射器使用的波长以及靛氰绿的吸收光谱。
图11图示性地说明了人成纤维细胞的吸收光谱，其上叠加了本发明的窄带、多色发光二极管发射器使用的波长以及原卟啉IX的吸收光谱，原卟啉IX是痤疮细菌中的活性发色团之一。
图12图示性地说明了人成纤维细胞的吸收光谱，其上叠加了激光发射器使用的波长。
图13A和B示出了多个通过串联和并联连接的单独的光电子装置。
图13A显示本发明控制系统的流程方框图。
图13B示意性地显示组合的串联(从左至右跨行)和并联(上下跨行)线路的实例；以及在本发明的密堆积阵列中LED排列的顶端俯视图。
图14透视了密堆积间隔的本发明光电子装置在一维方向上的间隔。
图15A-C显示排列在三个面板上的光电子装置的阵列。交叉阴影线的区域代表防护盖。这些盖子可以透光或散射光。图15a示出的一组三个面板通过铰链接合以允许调节，这样此装置类似一个三面的化妆镜。
图16举例说明性显示了用于各种治疗应用的阵列的可能构造。
图17A-C示出了根据本发明的单个发光二极管和发射光束的发散角度的实例。
图18A-C示出了照明区上光能量密度模式的三个不同的实例。图18B中显示的照射相对地均衡和均一。图18C中显示的照射相对地不均衡并且不均匀。
图19显示了用于将光电子装置的光输出耦合到光纤上的技术。
图20是将几个单独光电子装置的输出收集成单个光束的示意图。
图21示出了根据本发明的光电子装置的基本简图。
图22A-C示出了可选择的照明模式，它是通过改变支持光电子装置的基底的曲率以及改变光电子装置本身的位置和角度来实现的。
图22A示出了一种模式的实例，它能照明一个宽而且基本上平坦的表面区域图22B和22C示出了聚焦照明模式的实例。
图23示出了根据本发明的光面板阵列的用途，用于照射实验室中的组织培养物或栽培的植物材料。
图24是单层培养物中人成纤维细胞的代表性吸收光谱的图示性说明。
图25图示性地说明了对于组织而言，光活化及光抑制与热效应的不同之处(热效应也可以在较低水平时间接地造成刺激或抑制而在高水平时造成死亡或破坏)。
图26A示出放置以用于照射皮肤的装置阵列的实例。
图26B示出了为获得生物刺激效果而可选择的格局，其中当光与皮肤表面(或任何表面)相交时可以发生多种光学事件。
图27A-F示出了由本发明的处理导致的生物抑制效果。
图27A示出了在例如牛皮癣(一种增生性的皮肤疾病，已经知道它对紫外线疗法起反应)等皮肤疾病中的应用的实例。
图27B示出了另一个应用，用于延迟或抑制毛发生长。
图27C示出了对疤痕或萎缩纹进行处理也是可能的。
图27D显示了利用LED光结合外源发色团来减小脂腺的活性或减少痤疮。
图27E示出了由发光二极管照射神经纤维的实例，其中神经损伤需要被刺激，再生或医治。
图27F示出了被真菌感染的指甲病症。
图28示出了本发明的一个应用，其中动物和植物细胞中的亚细胞成分可以成为靶。
图29示出了本发明的“高功率”实施方案，其中辐射引起破坏(而不是生物刺激和生物抑制)，此实施方案涉及静脉的处理(包括面静脉，腿部蜘蛛静脉和其它更大的静脉)，以及为了造成暂时性毛发减少或永久性毛发去除而对不想要的毛发生长的处理，以及利用外源发色团来破坏痤疮患者的脂腺。
图30示出了利用液晶界面作为LED光源的监测装置。
图31A-F示出了根据本发明的一个实施方案利用非常低水平的光能进行照射后培养物中成纤维细胞的电子显微镜摄影图像实例，所述光能由595nm黄色LED产生，比LED在毫坎或微瓦范围内发射。图31A和图19b的左半部分显示了活的但已经改变的细胞。图31B的右边示出了已经死亡或快死的细胞(后者比前者暴露在高得多的能量水平下)的例子。这些细胞在图31C中可以再次看到，具有反映出细胞变化而非细胞破坏的细胞骨架改变，图31D示出了受到严重损害的细胞的例子。图像“e”和“f”是“a”和“c”中已经变化但仍存活的细胞的更高倍放大图。
图32图示性示出了相对于对照而言胶原蛋白的百分比变化，比较了窄带、多色发光二极管发射器使用的非热光调制作用与单脉冲激光发射器使用的热的光热解作用。
图33显示了在来自3个不同患者的单层组织培养物中人成纤维细胞的吸收光谱，说明吸收最大值存在自然差异。
图34举例地显示了称作“中空波导管”的可选择的采集机制。它提供了一种可用于采集多个单独发光二极管的输出而不需要与每一个发光二极管耦合的有效机制。
图35是根据本发明的手持式电池供电的发光二极管装置的图示。
图36为概览各种治疗间相互关系的流程框图。
图37示出了一个可以产生冷却的可能设计实例。冷却可以由多种方法来实现，其中冷却装置利用密封室和液体冷却剂，冷却剂也起到匹配折射率或造成散射的功能，由此该图以举例方式提供了一种利用冷却剂达到两种目的的途径。
发明详述本发明涉及一种方法和装置，它利用至少一个光电装置产生的电磁辐射来处理活细胞或组织。本发明所用的光电装置的类型可以包括，例如，发光二极管(LED)、激光二极管、闪光灯、染料激光器、荧光光源或灯丝光源(具有或没有波长过滤)。根据本发明使用的合适的光源包括美国专利号6,224,071和6,187,029中所公开的光源，在此并入它们的全部内容作为参考。
更特别地，本发明涉及一种用于光调制组织细胞的处理方法和装置。光调制是指利用光激活(光活化)或抑制(光抑制)细胞天然功能的方法。例如，当新的胶原蛋白形成于皮肤组织内时皱纹就会消除。此光活化方法利用LED以一定脉冲频率，脉冲持续时间和强度来激活人或动物皮肤内产生胶原蛋白的成纤维细胞，以此刺激胶原蛋白的生长。相反地，光抑制可应用于需要对细胞进行抑制的处理情况，这些细胞产生的是消极效果，例如那些能产生疤痕组织的细胞(疤痕是异常的胶原蛋白纤维数量和结构排列)。经过对LED的波长，脉冲频率，脉冲持续时间和强度的仔细选择，脂腺和疮疱丙酸杆菌(priopionibacterium acnes)(痤疮细菌)的活性能被抑制，从而减少痤疮的形成、脂腺的活性、毛孔的大小等。痤疮疤痕可以通过对在凹陷的痤疮疤痕附近产生胶原蛋白的细胞实施光活化来治疗，而光抑制可以用于凸起的增厚痤疮疤痕，从而减小它们的可见度。
在非皮肤应用中，光调制可以被用于治疗多种广泛的医学和兽医学疾病——可以抑制肿瘤生长，可以刺激功能不正常的器官中的细胞以改善这些器官的功能，等等。例如本发明用于体内应用的一个实施方案使用了微型阵列或单个LED植入人体并使其邻近例如，肿瘤生长部位。该装置可以使用预编程的活化方案或受控于一个遥控发射器，以便可以利用期望波长的光作用于肿瘤生长，该光以期望的脉冲频率，脉冲持续时间和强度运行，从而对肿瘤内的细胞生长造成光抑制作用。这可以在与或不与靶外源发色团相互作用的情况下实施，其中该发色团可以由本领域所知的任何药物递送方法导入。
此外，已有益地发现利用LED对细胞进行处理不需要将细胞加热到会产生热损伤的温度点，而现有技术装置却需要如此。例如，利用激光疗法治愈伤口，细胞必须被加热到发生热损伤的温度点以便触发新胶原蛋白的生长。利用LED的本发明疗法能够直接活化胶原蛋白产生细胞成任何活细胞而不需利用热损伤来引发。不产生“开放性”创伤的皮肤处理方法传统上被称作“非侵入性(non-ablative)”。引起热损伤的现有技术方法当产生活性的创伤从而需要创伤护理以触发胶原蛋白生长和创伤愈合时被称作“侵入性(ablative)”。此外，事实上存在两种截然不同类型的“非侵入性”皮肤更新方法一种方法产生热损伤(目前实行的方法)，一种不产生热损伤(本发明的光调制方法)。尽管光调制处理方法不需要热损伤的发生来进子创伤愈合，但根据本发明，如果使用高强度的LED并且靶细胞接受了延长的辐射，则处理期间微小程度的热损伤也是会发生的。然而侵入和非侵入性处理方法的关键区别在于触发胶原蛋白再生的机制不同，而区分这一点很重要，在非侵入性方法中利用特定模式的光照来“启动”胶原蛋白产生细胞，而侵入性方法利用足够强度的光来产生热损伤(细胞会自然地对热损伤起反应而产生胶原蛋白来修复损伤)。图1示出了根据本发明的多种治疗方案以及可以与本发明非侵入性方法相结合的那些利用激光器的方法。图36示出了多种治疗方案，它们可以以侵入的或非侵入的方式实施。
根据本发明最优选的是产生具有5-20nm带宽的窄带、多色发射光的LED，但高达几千纳米的带宽也可以用于多种处理方案中。进一步优选地，光源能传递低强度辐射到靶，并且工作功率为大约250纳瓦/cm2到大约1瓦/cm2。更优选地，对于发射以大约590nm到644nm为中心的窄带(即，5-20nm的带宽)的LED光源，发射器的功率范围应该是大约500纳瓦到大约2000纳瓦。这些实施方案优选用于“没有显著危险的装置”，这些装置不会造成任何眼睛危险或暴露于高电压下，但是对很大范围的疾病仍能产生临床上的改善，包括皱纹的消除和创伤的愈合。为了优化临床上的改善，也可能需要利用会导致分类在较高的危险级上的光强度及装置设计与光电装置的结合，然而治疗方案可以从高达4J/cm2的光强度中获益。
适用于本发明的装置中，LED被安排在面板上，每个面板有大约100到大约1000个LED。如图4所示，用于临床的优选的实施方案中，每个面板使用525个LED并且在治疗系统中使用4个面板。图2显示了在单个面板上的LED阵列。图3显示了与图2相似的面板，其中LED阵列被散射器所覆盖，从而能光滑、均匀地将电磁辐射应用到被处理的靶皮肤和活组织上。另一个优选的实施方案如图35所示，其中在没有临床监督情况下使用的手持式装置包含少则1-6个LED，多达50-100个LED。图35显示了两种实施方案——一个具有多个LED，一个只有单个LED。尽管LED已在前述附图中显示，但本领域技术人员将认识到，在此所计论的任何窄带、多色发射器都适合用于手持式实施方案和面板阵列中。
本发明的手持式装置可以由电池供电而且不需要患者去诊室就可以实施处理。这种装置尤其适合去除毛发，刺激毛发生长，治疗痤疮，白斑，牛皮癣，萎缩纹，热病性疱疹，刀伤，皮肤擦伤，瘀伤，黑眼圈，肝痣，消除皱纹，以及其它的皮肤病。虽然根据本发明许多波长都可以使用，但取决于所施行的处理的类型，优选的LED波长包括375nm，466nm，473nm，535nm，574nm，590nm，612nm，621nm，630nm，644nm，650nm，875nm，880nm，940nm等，它们可以单独或组合使用。附图5显示了在单层组织培养物中的人成纤维细胞的吸收光谱。对于期望对成纤维细胞实行光调制(即，细胞的光活化或光抑制)的处理情况，优选的光源将发射这样的波长，在此波长下成纤维细胞具有高的吸收值，即，沿吸收曲线的局部最大值。图6示出了在单层培养物中人成纤维细胞的吸收光谱以及在其上叠加的通常能得到的市售LED装置的波长。图7-11显示了在单层培养物中人成纤维细胞的吸收光谱以及叠加在一起的各种外源发色团的吸收光谱。作为对照，图12显示了在单层培养物中人成纤维细胞的吸收光谱以及叠加在一起的普通市售激光装置的波长。图33显示了三个不同的人成纤维细胞系的吸收光谱并且示出了它们之间的变化。当使用单色光源时，只产生一个光波长。如果该波长不能很好地与患者的成纤维细胞吸收谱相对应，那么患者可能不会对治疗有很好的反应。然而利用窄带、多色光源可以让大得多的患者群得到有效的治疗，因为此时没必要让患者成纤维细胞的吸收峰值和最小值与光源的主波长严格地相对应。既然本发明的LED和其它窄带发射器发射的光处于围绕主带的窄谱内，那么不同患者靶组织光吸收的微小起伏和变化将不会减小它们的治疗能力。
尽管使用这类装置的本领域技术人员能够很容易组装和操作本发明的光发射装置，但如图13a所示的框图，优选的装置包括一控制箱组件用于给发射器提供能量以及改变发射器所产生的光强度；至少一个连接到该控制箱组件的LED发射器面板；一个用于设置LED发射器所发射的脉冲的频率和持续时间的脉冲发生器组件；以及用于允许运行的辅助电源线和电缆。图13b示出了排列在阵列中的LED之间的线路连接，以及未布线情况下阵列中密堆积的LED的示图。
本发明的医学治疗方案涉及一种刺激或抑制活细胞、亚细胞成分、活组织和/或器官的生物活性或生长的方法。如前所述，本发明可以被用来例如刺激或抑制人体或动物成纤维细胞的生物活性或生长。此成纤维细胞可以包括天然的成纤维细胞，自体成纤维细胞，和/或遗传修饰的成纤维细胞。对活细胞或活组织的作用可以直接地或间接地通过与其它物质交互作用而产生，其中所述其它物质能在辐射后对活细胞或活组织产生所述的作用。
预处理方案可以包括单独使用光，与外源发色团结合使用光，以及单独使用外源源发色团，这取决于所期望的处理的性质。外源发色团可以包括激素，生长因子，催化剂，辅因子或适当的生化和代谢途径所需的其它药剂，其中一些可以包括金属蛋白酶抑制剂(例如，可用于减少由基质金属蛋白酶——以前称为胶原酶——造成的胶原蛋白降解)。尤其可考虑用于本发明的商业上可以获得的局部组合物包括Appligraf，Dermologen，Isolagen，Zyderm和Zyplast。根据本发明，适合在皮肤施用局部组合物中使用的活性剂包括以下中的一种或多种维生素C，维生素E，维生素A，维生素K，维生素F，维生素A酸(Tretinoin)，阿达帕林(Adapalene)，视黄醇，对苯二酚，曲酸，生长因子，echinacea，抗生素，抗真菌剂，抗病毒剂，漂白剂，α羟酸，β羟酸，水杨酸，抗氧化三元化合物(antioxidant triad compound)，海藻衍生物，盐水衍生物，抗氧化剂，植物花色素苷，植物营养素，植物产物，草本植物产物，激素，酶，无机物，基因工程物质，辅因子，催化剂，抗老化物质，胰岛素，微量元素(包括离子钙，镁等)，矿物质，Rogain，毛发生长刺激物质，毛发生长抑制物质，染料，天然或合成黑色素，金属蛋白酶抑制剂，脯氨酸，羟基脯氨酸，麻醉剂，叶绿素，叶绿酸铜，类胡罗卜素，以及上述物质的天然和合成的衍生物和类似物。
根据本发明，对于实现光束传送的方法和装置，可以改变一个或多个光电装置的设计，构造，组装和功率，以便在辐射的光束中产生期望的能量和工作参数，即，如图14所示。很低的功率(纳瓦)可以与窄带、多色装置一起用来产生对活组织的光调制作用，或者如果期望的话，高功率(瓦)可以用来模拟不具备与非侵入性处理法相关的益处的传统激光治疗的功能。图15a-c示出了一般的面板型阵列，它适合与任何适于本发明的窄带、多色电磁辐射发射器一起使用。图16显示了用于辐射发射器的支撑装置的可选实施方案，以用来执行各种类型的医学治疗。图17a显示了LED发射器的典型发散。阵列中LED的重叠可以实现皮肤处理的无缝性，即，避免处理过程中由多个发散光束(参见图17b)的重叠区域的“热点”引起斑点和不均。为了增强光的聚焦，发射器可以耦合到光波导管上，如图17c中所示。该波导管具有本领域所知晓的形式，典型地由光纤组成。此装置允许将波导管插入患者的体内，以实现高度局部化的体内治疗(肿瘤抑制治疗或其它内部疾病治疗)。如图18a-c所示，对于利用多个LED实施的外部处理情况，可以使用多种光束发散模式。最优选的是，能对被处理的皮肤产生最均匀的辐射应用，并且能根据被处理的患者和病痛的不同而有所变化。
本发明可以使用在人体皮肤上，用于处理皱纹以及其它与光致性皮肤老化或年纪性皮肤老化相关的变化，用于治疗疾病(包括皮肤疾病)，用于减少痤疮及诸如酒渣鼻、毛囊炎、须部假毛囊炎等相关病症或诸如牛皮癣等增生性或丘疹鳞屑性病症，用于糖尿病中处理胰腺，用于刺激或减少毛发的生长，以及用于减少脂肪团、疣、多汗、静脉、色素问题、纹身、白斑、色素消退、黄褐斑、疤痕、萎缩纹、真菌感染、细菌感染、炎症、肌肉骨骼的问题(一个例子是肌腱炎或关节炎)，用于改善外科手术创伤的治愈和烧伤治疗以增强愈合和/或减小疤痕，减少脂肪团，改善皮肤内循环、体外受精、其它皮肤细胞系如黑素细胞，角质细胞，脂肪细胞等。
本发明可以通过与另外的物质相互作用来改变人和动物的皮肤、毛发、指甲或任何活细胞、组织和器官的结构或功能。
本发明可以用于促进伤口愈合，包括但不局限于慢性皮肤溃疡、糖尿病性溃疡、热灼损伤、病毒性溃疡或病症、牙周疾病以及其它牙病。本发明可以用于增强实施美容手术过程中产生损伤或创伤的装置的效果，这些美容手术包括用于处理皮肤皱纹、疤痕、萎缩纹和其它皮肤病的非侵入性热创伤技术。在这种情况下，优选地是使用传统的非侵入性热处理方法与本发明的非热性光调制方法相结合。因为角质层(以及可能的其它上皮层)的去除被证明对一些处理方案有益，本发明还可以与微小的或表面的磨削，擦皮术或者酶或化学的皮肤去皮，或者局部医学美容应用相联合并加上或不加上超声波应用来增强处理效果。在本发明的一个实施方案中，皮肤的角质层至少被部分地去除以对所述处理产生帮助作用。角质层是上皮层的最外层，其以结构、功能、厚度和渗透性为特征，其中改变至少角质层的一部分包括至少以下步骤之一采用机械、磨削、光声、侵入的、热的、化学的、磨擦的以及酶的方法中的至少一种来除掉、消除、薄化及减少角质层的结构、功能、厚度和渗透性中的至少一种，其中改变至少角质层的一部分包括至少以下步骤之一溶剂去皮、磨条去皮(tape stripping)、擦洗、激光消融、激光汽化、化学去皮、微擦皮术(micro dermabrasion)以及利用具有高峰值功率和短脉冲持续时间的激光的激光疗法。
生物刺激和生物抑制均为细胞效应谱的一部分，其可以由利用不同参数的一个或多个装置产生。通常地，当生物活性由光诱导时，术语生物刺激可以与术语光活化互换地使用，术语生物抑制可以与光抑制互换地使用。用来描述光抑制和光活化的一般性术语是光调制，意思是光诱导生物材料产生反应。产生所期望的细胞效应很大程度上取决于特定参数的选择。这些参数中的一些将在下面作更详细的描述。
有多个不同的工作参数可能包括了能有效地导致有益细胞效应的条件，例如触发细胞再生或者光活化或光抑制从而例如可以减少皮肤脂腺的活性并由此减少痤疮细菌的条件。也可以将诸如痤疮细菌等天然发色团作为光活化和光抑制的靶。除此之外，靶还可以是外源发色团，如类胡罗卜素、叶绿素及其衍生物(这些衍生物包括叶绿酸铜)和例如靛氰绿染料、亚甲蓝染料等其它染料以及本领域技术人员所熟知的类似组合物。外源发色团是能吸收至少一个窄波带中的光或电磁辐射的物质，通过将它们施加到接受处理的皮肤区域可以帮助本发明的处理方法和系统。外源发色团的选择决定于人成纤维细胞的发色团的吸收光谱并且取决于用于处理的窄带、多色发射器的波长。根据本发明的一个优选实施方案，发色团可以通过如下方式有助于处理的实施使窄带、多色辐射中的至少主要或中心波长穿透至少皮肤的角质层，从而允许对角质层下的活组织实现光调制。在一些例子中，被光调制的组织可以在所有的皮肤上皮层以下。
可能的工作参数的例子可以包括，用来照射待被再生、刺激或抑制的含有细胞的活组织的电磁辐射波长，电磁辐射脉冲的持续时间(脉冲持续期间)，脉冲个数，脉冲间的持续时间，也称作重复频率或脉冲间的间隔。两次处理的间隔可以长达数小时、数天、数星期或数月，等等；处理的总次数决定于患者的个体反应。进一步，可以同时或按顺序的组合利用一个以上波长实施处理方案。同样，在活组织处所测量到的辐射能量强度(典型地以焦耳每平方厘米、瓦特每平方厘米等来测量)，细胞、组织或皮肤的pH值，皮肤温度，以及使用外源发色团(它可以是局部的、注射的、由超声波驱动的或系统的)时从应用到光处理的时间都取决于处理的性质，这将在实施例中作进一步说明。
波长——每一个靶细胞或亚细胞成分或其中的分子键均趋向于具有至少一个独特且特征性的“作用光谱”，在此作用光谱处它显示出特定的电磁或光吸收峰或最大值。例如，图3显示了在单层组织培养物中一个人成纤维细胞系的吸收光谱。不同的细胞系(具有相同的细胞，例如来自3个不同患者的成纤维细胞)在它们的吸收光谱中显示出一些不同，这样利用窄带、多色光(而不是单色光)对产生最佳的临床效果也是有用的。当这些细胞或亚细胞成分用与吸收峰或最大值相对应的波长照射时，能量从可见光子发生转移并且被靶吸收。被传送的能量的具体特性决定了细胞的效应。这些参数结合的复杂性在现有技术中产生了很多混乱。基本上，波长应该大致与靶细胞或亚细胞成分或活组织或外源发色团的最大吸收相关联。一些情况下，可能希望在相同或不同的处理日期中同时地或相继地靶向一个以上的最大值。对于给定的细胞或亚细胞成分或外源发色团来说，存在多个最大作用光谱是常见的，并且利用不同的最大作用波长照射可以产生不同的结果如果波段过宽，那么所期望的光调制效果可能与预期的有所不同。因此，与本发明使用多个窄带发射器相比，宽带非相干强光源的使用可能不如特异用于本发明的光源令人满意。激光二极管也可以是多色的，具有围绕主带的窄波段，即，它们是窄带、多色装置，这种装置对称也或非对称地围绕主波长发射窄带电磁辐射。为了本发明的目的，任何围绕主波长发射大约+/-1000纳米带宽的电磁辐射的装置都可以被认为是窄带、多色发射器。LED尽管不是单色的，但发射这种窄带以致可以被认为是窄带、多色发射器。该窄带使得可以发射具有稍微不同波长的光子。这可能潜在地有利于产生某些期望的多光子相互作用。相反地，多数商业上的激光器发射单个波长的光，因此被认为是单色的。根据现有技术，激光器的使用依赖于其电磁辐射的相干性，即，单色性。
波长还可以决定组织的穿透深度。对于期望的波长而言，达到靶细胞、组织或器官是重要的。完整皮肤的组织穿透深度可能与溃烂或灼伤皮肤的组织穿透深度有所不同，并且可能与经过擦皮或酶去皮的皮肤不同，或者与那些经过任何方法去除了至少一部分角质的皮肤不同。穿透在相同波长处也具有吸收的干扰发色团(例如黑色人种的皮肤，用于组织或细胞培养物的塑料培养皿)也很重要。穿透处于其途径中的任何组织或器官(例如，胰腺囊；或为了到达某些神经组织，可能需要通过腱，筋膜，骨骼)也很重要。
这样，合适波长的选择是重要的参数之一，但是其它的参数也很重要能量密度——能量密度对应于在照射期间传递的能量的量，也称能量强度和光强度。最佳的“剂量”受脉冲持续时间和波长的影响——这样，这些参数相互关联，并且脉冲持续时间非常的重要，通常高能量产生抑制，低能量产生刺激。
脉冲持续时间——暴露于照射的时间很关键，并且随所期望的效果和靶细胞、亚细胞成分、外源发色团组织或器官而有所变化(例如，0.5微秒至10分钟可以对人成纤维细胞产生效果，尽管长些或短些也可以成功地使用)。
连续波(CW)对比脉冲波——例如最佳的脉冲持续时间受到这些参数的影响。通常，如果使用脉冲模式，则与连续(CW)模式相比较，能量需求是不同的。通常地，脉冲模式首选用于某些处理方案而CW用于另外的处理方案。
频率(如果实施脉冲的活)——例如，高频趋向于抑制而低频趋向于刺激，但是也会有例外发生。
占空因数——这是装置光输出重复的周期，由此照射周期间隔地重复，在此也称作脉冲间延迟(当处理期包括了一系列的脉冲时，为脉冲之间的时间)。
作为一个例子，当受到光刺激时，人成纤维细胞提高了所期望的成分，例如胶原蛋白的产量。细胞本身也可以增殖。在细胞活性增长的期间，细胞可以利用增加量的“原料”由增加的细胞活性产生产物(例如，维生素C在胶原蛋白的产生中是需要的，离子钙和镁可能是至关重要的)以及例如生长因子这样的物质，等等。因此，当成纤维细胞被刺激时，可能需要增加数量的此类物质，以用来获得最大地产生，例如，胶原蛋白，弹性蛋白和真皮基质(GAG)等。类似情况存在于几乎所有每一个活细胞类型中，只是使用了不同的底物和辅因子。预期，为了从动物或植物的细胞、亚细胞成分、组织、器官、培养物、移植物、自体移植物的光活性中获得最大的益处，可能需要这种“原料”或辅因子来作为本发明方法的补充，以便从本发明中获得最大的益处。并且，遗传改变的细胞或亚细胞成分可能具有特定的不同需求，而处于特定疾病状态或肿瘤生长中的细胞以及受特定环境危害影响的细胞也可能如此。此外，还有酶的刺激或抑制的问题；它们的例子可以包括基质金属蛋白酶(MMP)和它们的抑制剂(TIMP)。在增加或刺激成纤维细胞活性来产生蛋白质例如胶原蛋白，弹性蛋白，GAG和其它相关的物质的情况下，抑制可以在这些蛋白质产生后降解或破坏这些蛋白质的酶对于提高这些物质的“净积累”很有用。因此，阻止或抑制这些MMP的药剂可以在口服摄取的营养药或局部增强皮肤制剂中用作活性剂。由于在许多期望刺激成纤维细胞活性的情况下(例如MMP在日光损伤的皮肤和吸烟者皮肤中升高)，这种MMP的活性常常升高至正常基线水平以上，故这些抑制对于从成纤维细胞刺激中获得最大效果显得更加重要。这同样适用于光抑制的方面，光抑制中也可以使用能够阻止，延迟，中断或干扰不期望的细胞活性的物质。
不想受限于一个特定的理论，可以认为本发明通过将光能传递给细胞色素系统内的一组金属复合物而起作用，所谓的细胞色素系统位于称作线粒体(成纤维细胞和其它活细胞的“能量工厂”)的亚细胞成分中。对于植物，相应的系统也是细胞色素系统，但是此外植物光敏素也可能有作用。
当照射细胞时，细胞通过线粒体呼吸链中的电子流动调节而产生细胞反应。当与这些光子所传送到电子的量子能量发生相互作用时，可以导致复杂的相互作用。这些相互作用可以包括线粒体的“能荷”的变化。氧化磷酸化可以被刺激以进行得更快或变得更有效或两者兼具。对于效率的这种提高，一种可能机制是膜构象的改变，这可能与跨膜的钙离子流以及膜通透性的变化相关。效率的提高可以导致每单位被氧化的底物产生更多的ATP，即，就刺激细胞活性和增加这些细胞的能量产量而言，这种效率的提高类似于每加仑氧可以行驶“更多英里”。对细胞的能量产生和活性的这种“超刺激”可能是短暂的，并且还取决于，针对给定的细胞类型，所有合适辅因子的供给以及合适比例和生物利用度，这在本申请其它处有描述。这样，“过多”刺激或“过长”或“过快的反复刺激”以及不正确的刺激参数可能导致无效或低效或停止不前，因为会有别的东西成为进一步刺激的限制因素。由于在LED的窄带、多色输出中存在可变的波长，这种情况在使用LED光源时可能尤其正确。这种波长变化性可以通过使用不同的能量和不同的波束图(beam pattern)在某种程度上得以操纵和控制。
细胞的整体健康和营养也可以影响对本发明处理的反应。局部或口服的药剂施用可以增强或优化某些希望的效果。这类药剂可以包括例如维生素，游离脂肪酸、丙酮酸和它的相关化合物，抗氧化剂，谷胱甘肽，各种形式的微量元素，以及本领域公知应用在例如活细胞的细胞代谢或生化循环或路径中的其它辅因子或底物。影响细胞健康的其它因素包括化学制剂和污染、疾病、用于疾病的药品和治疗诸如X射线辐射，饮食和营养、激素状况、实龄，诸如端粒/端粒酶状态等因素，等等。
通过测试合适细胞的组织培养物，可以确定这些因素中的一些。这些物质随着细胞靶的改变而改变，并取决于是以生物活化还是以生物抑制作为期望的目标。(举例来说，结合本发明使用抑制或刺激毛发生长的局部药剂可以比只单独使用本发明产生大得多的效果。一个用于毛发生长抑制的这类实例是chaparral植物的衍生物)。
在图31A-F中可以看到这种选择性生物刺激的特殊效果。这些图举例说明了在根据本发明的一个实施方案辐射之后5分钟扫描培养的成纤维细胞得到的电镜图像的实例。在所述的实例中，使用能量范围是75-450微瓦的其他参数固定的黄色590±5nm LED光来进行光活化。可以看到细胞骨架的变化但无细胞破坏，然而在使用高许多的光辐射剂量同时照射的邻近区域内发生了细胞的实际热破坏。可以在这些成纤维细胞的一个低功率图像中同时看到使用不同能量的辐射造成细胞的非热刺激和热破坏的情况，在图像中，视野的一端能够看见活的改变的成纤维细胞，而在另一端可以看见被热破坏的和死亡的细胞。
在对这些细胞的热损伤或杀伤(而不是生物激活或生物抑制)的几十年研究中，大量已知的技术被特别设计出来并进行了完善。通过靶向细胞或组织中的水或血细胞中的血红蛋白或皮肤色素或可以被加热然后对细胞或周围细胞或组织造成损伤的各种天然间接靶标，可以实现这种热损伤。由这种公知技术产生的“创伤”和释放的细胞“碎片”和生化“信使”旨在触发“伤口愈合”过程，在该过程中例如将产生和/或释放新胶原蛋白、弹性蛋白、粘多糖(GAG)和其它物质。这些产物的产生和/或这些产物的释放可以间接造成可以改善或减小外在的皮肤皱纹、肤色、和可见老化痕迹、疤痕、萎缩纹的过程。它可以增加期望的或有益的物质产生，从而改善健康或所治疗疾病的状态或防止疾病或老化改变。这种作用的热机理依赖于细胞或组织的死亡或损伤。
通过本发明光调制作用实现的生物激活或生物抑制不需要杀死或热损伤任何细胞。这是本发明和现有技术之间的根本差别，在现有技术中要求加热活组织至热损伤阈值以上，以获得组织中的变化。
潜在地，可以使用大范围的可见、红外和紫外波长。例如，对人成纤维细胞，有意义的是处于如下范围的波长包括，但并不局限于，450nm，532nm，595nm，620nm，670nm，760nm，820nm，890nm，1060nm+/-5-15nm。
图13A和B举例说明了适合应用于本发明实施方案(举例说明性质而非唯一的)中的多色窄带电磁辐射发射器如何由多个单独的光电装置通过串联和并联连接形成。已知二极管允许电流在从正极到负极的唯一方向上流动。在图13A中电流方向由箭头指示。图13B是举例组合的串行和并行线路的示意图。所示的串行线路的实例是跨行的从左到右的连接。所示的并行线路的例子可在顶部行和低部行之间看到。圆顶形状的区域代表LED的透明盖。圆顶可以由环氧材料制备。
图14举例说明了间隔光电装置的方法实例，在一维上它可以被称为“密堆积”间隔。也可以使用在LED之间允许更多空间的其它方式。可以加入本发明装置中的其它元件有诸如反射膜、特殊的散射器(诸如具有高的向前传送光的性质以致不会大幅度降低光传送的全息散射器)、往复旋转的装有LED的旋转柱——这可以减少所需LED的数量。
图15A-C显示了排列成三个面板的光电装置阵列。交叉阴影线的区域表示防护盖。这些盖可以传送或散射光。很多不同的材料可以用于这些盖。也可以没有盖而简单地具有无遮掩外露的光电装置。可以使用各种规格和尺寸的面板。排列在面板上的光电装置的数量可以从只有几个LED到上千个LED。在图15A中显示的一套三个面板用铰链接合以允许调整，从而使这种装置类似于具有三个面的化妆镜子。图示装置中的每个面板可以是大约8×10英寸，并可以包括好几百个LED或激光器二极管。电源和控制器可以通过导线连接到该装置，或可内置于装置中。
图16显示了一个使用在诸如外科手术室中提供照明的抛物面灯实例。这个灯可以小而轻便，并可以利用低压或太阳电池板工作。未显示出的很多其他构造也是可能的，包括嵌入合适材料中的可植入装置。
图17A-C举例说明了根据本发明的一个单独的LED和发射光束的发散角度。LED倾向于通过相对窄的角度发射光线。这有助于使发射的光线比由典型的白炽灯炮发射的光线更为定向，从白炽灯炮发射的光线几乎存在于所有的方向上。
图18A-18C显示了在照明区域中三种不同的光能量密度模式或实例。在图18B中显示的辐射相对一致和均匀。在图18C中显示的辐射相对不一致和不均匀。能量密度模式可以根据LED的式样、LED的堆积密度、距LED的距离以及LED的发散角度而变化。输出的能量密度和光能的一致性或均匀性可以通过选择这些式样而显著的改变。
图19显示了一个将光电装置的光线输出与光纤耦合的技术实例。在所示的实例中LED显示在底部，在其顶部具有透明环氧圆顶并且在其底部具有线路。耦合器作为连接或接合装置将LED的圆顶部分连接到光纤。该光纤适用于传送由LED发射的特定波长的光，以致该连接既安全又有效。效率是由几个因素来确定，包括最佳对准(alignment)以耦合光纤，从而使它能适当地捕获由LED发射出的窄角度发散光。当光线穿过不同光密度的表面时会发生光能损耗。这种光能损耗可以通过减少表面或界面的数量以及仔细挑选它们的材料以使它们更好的匹配而得到最小化，在一些情况下还可以涂上防反射的物质来最小化这种光能损耗。
图20显示了如何将多个单独的光电装置的输出聚集成一个单一光束的实例。这种装置可用于期望得到大于单个平面面板的能量输出的情况下。图17C显示了单个LED的一个装配实例，其中每个LED连接到一个光纤上。来自各个LED的光纤聚集成光纤束。光纤可以进行再组合，以使单个更大的光纤或包含几个光纤的光纤束能够传送来自所有LED的光线。光纤可以连接各种光学装置或透镜。
在某些情况下，波导管可以是如图34中所示的中空波导管。中空波导管提供了可有效收集多个LED输出而不需要与每个LED耦合的机制。中空波导管可以连接诸如图19和20中所示的光纤或透镜系统，或各种设计用于传递光线的其它装置。
图21显示了适用于简单装置的基本路线图的实例。光源接收来自电源的能量。电源被调整和调制以便为本发明的各种应用提供希望的参数。能量可以来源于所有可应用的能源，只要它能被转换或调节以满足所应用的LED的规格。可以对电源或光源或对它们两者应用冷却装置。
图22A-C示例性显示了三个可能的构造，其产生三种可能的照射模式。在所示的实例中通过改变支撑光电装置的基底的曲率和/或通过改变光电装置自身的位置和角度来形成不同的构造。图22A显示了能够照射一个宽阔且大体平坦的表面区域的模式实例。图22B和22C显示了更为聚焦于指定的表面区域上的模式实例。这也可以通过在先前附图中描述的光纤或波导管或透镜来实现。
图23显示了使用根据本发明的光面板阵列来照射实验室中的组织培养物或培育的植物材料的实例。这样的一种可能应用包括人胚胎的体外受精。
图24显示了诸如可以从期望靶标获得的吸收光谱的实例。所示的实例类似于培养的人成纤维细胞的吸收光谱。每个活组织、细胞或亚细胞结构都具有不同光波长的特征性吸收。外部施加的或外源的发色团也具有类似的特性。当使用光尝试刺激、抑制或调节这种活组织时，希望获知在包括光源的波长范围内的吸收特征和特性。从图上可以看到光线被充分吸收的区域(较高的“山峰”区域)和几乎不发生吸收的区域(“低谷”)。峰代表最大吸收，并表明在活组织内有某些物质正在吸收该波长的光能。例如绿色植物在它们的绿色叶绿素中吸收日光，但如果提取并检验叶绿素，它将具有与人成纤维细胞不同的“山峰和低谷”组合。
图25示意性的显示了当使用非常类似或相同的参数，但有一个变量不同的情况下，低水平能量既可以产生生物刺激又可以产生生物抑制效果(以及没有效果)的实例。在所示的实例中，低光能产生刺激，中间能量不产生效果，而高的能量水平产生生物抑制效果。
值得注意的是，使用某些LED配置可以产生比不引起光调制效果的能量水平要高的能量水平，从而能够产生热损伤。热损伤也能具有刺激效果，但程度、持续时间或临床益处不一定等同于通过释放出化学信号物质达到的程度、持续时间或临床益处，所述化学信号物质可以通知身体受到伤害或损伤并由此启动被称为伤口愈合的一系列顺序明确的事件。这种伤口愈合机理的最终效果可能是产生新胶原蛋白，但这是以多种细胞的非致死性热损伤为代价的结果。相反，通过光活化而不是光热损伤或细胞损伤能够触发对特殊细胞或亚细胞成分的直接生物活化。而且，生物活化倾向于不引起会在所有热事件中发生的不受控制的伤口愈合或异常的伤口愈合(也称作结疤)。最后，存在另一个甚至更高水平的热损伤，它能引起蛋白质变性和细胞破坏和细胞死亡。高水平的热损伤会引起汽化。根据本发明，对窄带多色电磁辐射发射器的功率进行操作以避免或最小化热损伤。确定热损伤是否发生的一个方法是监测处理期间靶组织的真皮内皮肤温度(intradermalskin temperature)，并将辐射发射器的功率水平维持在不会使组织超过发生蛋白质变性和汽化的温度。
图27A-F显示了用于各种医学治疗中放置以照射皮肤的装置实例。图26B显示了可以被应用而获得刺激效果的几种可能方法。当光与皮肤表面(或任何表面)相交时会发生多种光学事件。光能可以被反射或散射，因此可能不会到达它的预定靶标。但存在各种减少这类损耗的方法。例如，可以将折射率匹配材料应用到皮肤表面，或直接应用到表面之下。或者，可以从皮肤表面除去部分角质层。一种可用于去除部分角质层从而提高光线穿透进入皮肤较下层的装置是微擦皮器。这些装置典型地具有大量微米大小的突起(可以是小刀或针的形式)，它们能简单去除最上层的上皮层或皮肤层，并同时递送局部用组合物，诸如外源发色团、美容药品(cosmaceutical)或合适的折射率匹配材料。另一种微擦皮方法涉及使用各种材料的微米大小的磨料颗粒，诸如各种盐、氧化铝、金刚石颗粒等，这些磨料颗粒通过正压或负压、衬垫、各种机械装置等作用于皮肤表面上。还存在其它去除角质层的方法，诸如先前叙述的那些。
多种兽医学应用是可能的，包括伤口愈合。本发明的重要辅助手段是在大约相同时间和/或作为一个正在进行的独立治疗，使用选择用于特异地增强由LED产生的抑制或刺激作用的各种局部用药剂。这种药剂可以通过体外测试来开发，其中在体外培养用于LED处理的靶细胞，并确定单独或与特定LED光源组合时，此类活性药剂的最佳类型、浓度和组合。最后的附图显示了本发明的多种可能的牙齿和口外科应用的一个应用实例牙周疾病的治疗，其中通过LED治疗可以刺激受损伤或损失的牙龈组织变得更健康或发生再生或得以修复，或可以减少细菌菌落。
图27A-F也显示了可以起“抑制”效果的实例。图27A显示了在诸如牛皮癣(众所周知响应于紫外线治疗的增生性皮肤疾病)等皮肤疾病上应用的实例。另一个应用是延缓或抑制毛发的生长(单独地或与局部用活性药剂结合使用，所述局部用活性药剂也能抑制毛发生长或利于延迟或减少毛发生长)。也可以应用在对伤痕或萎缩纹的处理中(或者预防性的抑制疤痕的形成，或者减少已经形成的疤痕组织…或者可以刺激以填平凹陷的疤痕或萎缩纹)。一个特别重要的应用是使用LED光结合外源发色团来降低脂腺活性或减小痤疮。该图中所示的是封装在大约5微米直径的载体(可以选择或非随机地积聚在脂腺中)中的活性药剂，该药剂然后可以由LED光(箭头)激活，以便从生物学上抑制脂腺的活性，或者在其他实施方案中损害、损伤或破坏脂腺，从而使痤疮和其它脂腺障碍(包括油性皮肤)得到好转。另一个实施方案涉及将在疮疱丙酸杆菌中自然产生的卟啉化合物(一个实例是原卟啉LX)作为靶，在疮疱丙酸杆菌中痤疮细菌本身就是靶发色团，它的破坏、改变或失活会减少痤疮。听力损失和其它的耳的障碍(包括但并不局限于耳鸣)可以通过单独使用本发明、或者组合使用能够增强本发明的希望效果的局部或系统给药的发色团或非发色团物质而得到改善。在本实施方案中，LED或其他光源能够经过光纤或波导管或本领域的其他方法来传送，在一个实施方案中也可以是家用装置。
图27E显示了LED照射神经纤维的实例，其中需要对神经损伤进行刺激、使其再生、或进行治愈。真菌感染性指甲病症是非常普遍的，并且常常会由于药剂缺少穿透能力而对局部治疗无反应。这里显示了可以使用LED光来抑制或破坏真菌的生长，以使指甲能够长出并能除去受感染的部分(如果真菌的生长被减慢到指甲的生长快于真菌向表皮的生长，那么对生长的抑制就足以消除患病的指甲，可以持续治疗/抑制直到指甲的患病部分被除去)。对于这种治疗(和上面诸如牛皮癣等病症)以及痤疮的治疗，也可以应用叶绿素或叶绿酸铜或类胡罗卜素或它们的天然或合成的衍生物或类似物，通过外源发色团的激活来实现。
图28显示了可以将动物和植物细胞中的亚细胞成分作为靶的实例。细胞色素和植物光敏素是包含特定化学键的物质，这些化学键能够吸收所选波长的光。如果具有适当参数，光能可以在所处理的细胞中产生“加强”或“削弱”线粒体活性的改变，线粒体为细胞的“发电厂”。由此，简单地，通过增加能量将允许“制造厂”(细胞)产生更多的产品，而减少能量则抑制生产。
在所示成纤维细胞中“产品”就是胶原蛋白，弹性蛋白和基质。也可以发出生产“变更”的“信号”，就如同对装配线在产品类型上进行某些改变，但不改变装配线生产产品的速率。也可以改变细胞生产的物质的比例，对于成纤维细胞的情况，例如可以刺激产生较多的III型胶原蛋白而较少的I型胶原蛋白(这将是有用的，因为I型比III型胶原蛋白“僵硬”，而III型比I型更适合于皮肤年轻化的需要)。
继续这个类比，“制造厂”需要不断供应的“原材料”以制造它的产品。因此，添加如前所述的局部用药剂可能是优化该过程的重要因素。当“制造厂”被刺激时，将需要更多的原材料。当希望减缓或抑制生产时，限制某些原材料和辅因子(添加也具有抑制作用的物质)可能是非常有益的。举例来说，可以想到将这些活性药剂作为“成纤维细胞肥料”，其中“被授肥”的“植物”是靶细胞和它们周围的组织源，这就如同混合或配制某些肥料以便更好地作用于特定类型的植物一样，其中一些与微量元素混合或添加其它的特定物质(例如可以向一些肥料中添加除草剂，对于成纤维细胞而言的类似添加物是“MMP杀手”——基质金属蛋白酶的抑制剂，基质金属蛋白酶可以攻击新形成的胶原蛋白、弹性蛋白、GAG等)。为了使授肥的植物的生长和生产力最大化，重要的是选择适当的“肥料”组合物和对它的适当应用，以使它最佳地渗透土壤。因此，与本发明联合使用辅因子和增强物质。
另一个类比可以是给温室中的植物施肥，然后将它们放置以接受额外的光线从而促进生长(也可以增加热度，但这不是必要的，而且如果太热将会破坏生长，这有几分象修剪植物——使它们受伤并使它们再生，但如果太热所有植物都会死亡)。这里举例说明了本技术和现有技术之间的关键区别，现有技术对诸如成纤维细胞等细胞(以及甚至不是靶的周围组织)进行加热，而本发明不通过热机理来起作用(尽管存在高功率实施方案，根据选择性光热解作用理论的原理，该实施方案也能产生受控的热效果)。
图29显示了辐射引起热破坏(而不是光调制——生物激活或生物抑制)的“高功率”实施方案。所示实例涉及对静脉的处理(包括面静脉、蜘蛛静脉和其它更大的静脉)，但通过生物抑制作用也可以对它们进行改善。图29显示了为了造成临时的毛发减少或永久的毛发清除而对不需要的毛发生长进行处理的实例。此外，还显示了通过将天然痤疮细菌或如叶绿素或叶绿酸铜或甲基蓝染料或ICG染色等外源发色团作为靶，使用外源发色团破坏痤疮患者中的脂腺的实例(这不同于先前论述的脂腺活性的抑制)。
图30显示了使用液晶界面作为监测装置的实例。LED源(但也可以是任何光源，包括激光或其它强脉冲光源)穿过应用在皮肤表面的LCD。耦合剂可以局部地施加在LCD和皮肤之间(可选择地，在LED板和LCD之间)，以便帮助匹配两个表面的折射率。LCD连接监测装置(未显示)，其测量吸收/反射百分率，然后用于调节进入LED的电流(或使用其它光源时，调节其它合适参数)。也可以测量LCD任何一面的温度，这可以用于具有不同肤色的患者，也可以应用在反馈回路中来调节温度或冷却装置(诸如图37所示)，但也可以作为安全部件来帮助预防不希望的热损伤，诸如皮肤损害或起疱。
图31A-F显示了根据本发明的一个实施方案，使用595nm黄色LED(在毫坎或微瓦范围内放射)所产生的极低水平光能进行照射之后，培养的成纤维细胞的电子显微摄影图象的实例。图31A和图31B的左半部分显示了活着但改变了的细胞。图31B的右半部分显示了死亡或垂死的细胞实例(后者暴露在比前者高得多的能量下)。在图31C中再次看到的这些细胞具有反映细胞发生改变但不是被破坏的细胞骨架变化，图31D显示了受到严重破化的细胞实例。图像“e”和“f”是对图像“a”和“c”中发生改变但仍活着的细胞的更高信放大。
本发明将通过下面的实例来进行更好的举例说明和更全面的描述。在这里，除非另行指出外，所有的温度都是摄氏度。
实施例1皮肤弹性的改善测试三名光老化女性在接受根据本发明的非侵入性方法处理之前和之后皮肤弹性的改善情况，光老化女性为出现皱纹、细纹、褐色色斑、细微毛细管、皮肤松垂、皮肤弹性丧失等的女性。由经过专门训练的医学人员对她们的面颊进行主观评估。LED处理包括使患者皮肤的靶区域受到具有脉冲宽度250msec和脉冲间隔250msec的LED光照射，共90个脉冲。使用强度范围从1.05-2.05μ瓦的590nm多色LED在12周时间内对整个面部进行八次处理。LED具有+/-5-15nm的带宽，因此产生波长范围从575nm到605nm的光。而且，此处理使皮肤温度维持在热损伤阈值以下。皮肤弹性的平均改善如表1所示。
表1
实施例2皱纹减少与脉冲处理一个不知情的专家评分组在观察经历过本发明非侵入性LILT(“低强度光处理”)的患者的照片之前和之后，对可见皮肤皱纹的整体改善打分。
测试了六名光老化女性的皱纹减少。LED处理包括使患者皮肤的靶区域受到具有脉冲宽度250msec和脉冲间隔250msec的LED光照射，为期90个脉冲。在12周时间内使用强度范围从1.0-2.0μ瓦的590nm多色LED对整个面部进行八次处理。LED具有+/-5-15nm的带宽，因此产生波长范围从575nm到605nm的光。而且，此处理使皮肤温度维持在热损伤阈值以下。可见皱纹的平均减少如表2所示。
表2
实施例3皱纹减少与连续波处理根据实施例2中所述的方法，对一名光老化女性进行皱纹减少的测试。在使用强度范围从1.05-2.05μ瓦的590nm多色LED进行一次总共200秒的连续波脉冲处理之前和之后，专家评分员对她的面颊进行了评定。在12周内对患者的整个面部进行均匀间隔的八次处理。
表3
实施例4具有不同强度的脉冲染料激光器与皮肤(真皮内)温度的增加在患者皮肤上使用相干的595nm的脉冲染料激光器来确定在处理时患者皮肤的温度增加。为进行测量，使用IT-21真皮内温度探测器。本实施例中，Physiotemp Thermalert型TH-5监测温度计经过导管插入真皮中(mid-dermis)，然后使用通过带子固定在皮肤上的导线来测量基线真皮内皮肤温度，以及暴露于激光处理的皮肤的真皮内温度。对象具有II型皮肤，使用真皮内放置的探测器在未晒黑的左前臂上进行测试。激光设定为10mm束宽，皮肤暴露于具有表4中所示能量水平的一次0.5msec的脉冲，所述能量水平是在辐射发射器的校准端口(calibration port)处测量的。表4中显示了基线温度和辐照后的真皮内皮肤温度，从表4中能清楚看到在接受激光脉冲之后真皮内皮肤温度增长，其中温度增长相对于激光脉冲的能量强度而成比例的改变(由探测器中导线造成的某些吸收被扣除)。
表4
实施例5具有不同强度的脉冲染料激光器与皮肤(真皮内的)温度的增加在患者皮肤上使用相干的595nm的脉冲染料激光器来确定在处理期间皮肤的温度增长。为进行测量，使用IT-21真皮内温度深测器来测定基线真皮内皮肤温度，以及暴露于激光处理后的皮肤的真皮内温度。患者具有II型皮肤，使用真皮内放置的探测器在未晒黑的左前臂上进行测试。激光设定为10mm束宽，皮肤暴露于具有表5中所示能量水平的一次0.5msec的脉冲。表5中显示了基线温度和照射后的真皮内皮肤温度，从表5中能清楚看到在接受激光脉冲之后真皮内皮肤温度上升，其中温度增长相对于激光脉冲的能量强度成比例地改变。
表5
实施例6具有不同脉冲持续时间的脉冲染料激光器与皮肤(真皮内)温度的增长在患者皮肤上使用相干的595nm的脉冲染料激光器来确定在处理期间皮肤的温度增长。为进行测量，使用IT-21真皮内温度探测器来测定基线真皮内皮肤温度，以及暴露于激光处理后皮肤的真皮内温度。患者具有II型皮肤，使用真皮内放置的探测器在未晒黑的左前臂上进行测试。激光设定为10mm束宽，皮肤暴露于具有表6中所示不同持续时间的0.5J/cm2能量的一次脉冲。表6中清楚显示了基线温度和照射后的真皮内皮肤温度，从表6中能清楚看到在接受激光脉冲之后真皮内皮肤温度的增长，其中温度增长相对于激光脉冲的能量强度成比例地改变。
表6
实施例7使用不同脉冲持续时间的LED处理不引起皮肤(真皮内的)温度的增加多色590nm+/-15nm、5mm直径的LED产生640纳瓦/cm2强度水平的光线，所述强度灵使用具有818系列光电探测器的Newport型1835C多功能光学仪表测得。使用IT-21真皮内温度探测器来测定具有II型皮肤的患者的真皮内皮肤温度。使用真皮内放置的探测器对患者未晒黑的左前臂进行处理。如表7所示，探测器未察觉到真皮内皮肤温度的增长。
表7
实施例8脉冲染料激光器与发光二极管相比较引起皮肤温度的增加在未晒黑的前臂上测量具有II型皮肤的患者的真皮内温度，以便比较由LED光源和脉冲染料激光器造成的皮肤温度增加。相干595nm脉冲染料激光器以表8中所示的不同能量强度进行0.5msec的脉冲。多色590nm LED使用2.0微瓦/cm2的最大能量输出进行0.5msec的脉冲。表8中比较了由每个光发射器导致的真皮内温度。
表8(在2.0微瓦/cm2照射强度下进行所有测量)
实施例9脉冲染料激光器与发光二极管相比较引起皮肤温度的增加在未晒黑的前臂上测量具有II型皮肤的患者的真皮内温度，以便比较由LED光源和脉冲染料激光器所导致的皮肤温度的增加。相干595nm脉冲染料激光器以表9中所示的脉冲持续时间及2.5J/cm2能量强度进行脉冲。多色590nm LED以表9中所规定的持续时间及2.0微瓦的能量输出进行脉冲。表9中比较了由每个光发射器导致的真皮内温度。
表9
实施例10用于皱纹减少的非侵入性皮肤处理脉冲处理人体皮肤暴露于窄带、多色590nm LED(具有1.05微瓦到2.05微瓦的能量输出)的180次脉冲，其中该脉冲具有100毫秒脉冲持续时间(每个脉冲的长度)和100毫秒的脉冲间隔(两个脉冲之间的时间)。在12周内对—组6名光老化女性的整个面部重复处理8次。表10中显示了由一组不知情的专家在观察处理前后的皮肤照片后通过评分确定的皱纹减少量。
表10
实施例11用于皱纹减少的非侵入性皮肤处理连续波处理人体皮肤暴露于具有1.0微瓦到2.0微瓦的能量输出的窄带、多色590nm LED的200秒连续波。在12周内对一名光老化女性的整个面部重复处理8次。表11中显示了由一组不知情的专家在观察处理前后的皮肤照片后通过评分确定的皱纹减少量。。
表11
实施例12用于皱纹减少的非侵入性皮肤处理脉冲激光二极管激光二极管也适合应用在本发明中。对于脉冲处理来说典型的脉冲持续时间将从大约100毫秒到大约1秒，对于连续波处理来说脉冲持续时间将从大约1秒到大约30分钟。适合激光二极管的工作功率包括从大约10毫瓦到大约1瓦的范围，优选范围是从大约200毫瓦到800毫瓦。可以使用市售具有400nm到1000nm之间波长的激光二极管。例如，使人体皮肤暴露于具有2.0微瓦的能量输出的810nm激光二极管下，接受90次脉冲。使用250毫秒的脉冲间间隔。在12周内对一名光老化女性的整个面部重复处理6次。表12中显示了皱纹减少的数量。
表12
实施例13鱼尾纹的减少与脉冲处理在接受本发明非侵入性LILT(“低强度光处理”)的患者拍照之前和之后，由一组不知情的评分专家观察并对眼区域周围显著可见的“鱼尾纹”的整体改善进行打分。
六名光老化女性进行了鱼尾纹减少的测试。激光二极管处理包括使患者皮肤的靶区域接受具有10cm射束直径和1hz(每秒1次脉冲)脉冲频率的脉冲宽度为400msec的激光二极管照射。实施三次脉冲。在12周时间内使用强度在200毫瓦/cm2左右变化的810nm激光二极管对整个面部进行三次处理。包括在靶发色团中的血管受到热损伤(但不需要进行皮肤伤口护理)。表13中显示了鱼尾纹的平均减少。
表13
实施例14鱼尾纹的减少与脉冲处理在接受本发明非侵入性LILT(“低强度光处理”)的患者拍照之前和之后由一组不知情的评分专家观察，并对眼区域周围显著可见的“鱼尾纹”的整体改善打分。
六名光老化女性进行了鱼尾纹减少的测试。激光二极管处理包括使患者皮肤的靶区域接受具有脉冲宽度为600msec和脉冲频率为1hz(每秒1次脉冲)的激光二极管照射。实施三次脉冲。在12周时间内使用强度在250毫瓦/cm2左右变化的10cm射束直径的940nm激光二极管对整个面部进行六次处理。而且，该处理导致了足够造成非侵入性热损伤的皮肤温度。表14中显示了鱼尾纹的平均减少。
表14
实施例15实施例15中除了使用具有10微瓦/cm2功率的940nm二极管激光器对患者进行具有250毫秒脉冲间隔的20次250毫秒脉冲辐射之外，其余条件同上。在12周时间内进行6次处理，产生类似的结果。机理是非热光活化。
实施例16实施例16在几乎相同的条件下实施，但使用具有2000纳瓦/cm2功率的810nm二极管激光器对患者进行具有900毫秒脉冲间隔的60次100毫秒脉冲辐射。在12周时间内进行6次处理具有类似的结果。作用的机理是非热光活化。
实施例17实施例17在相同条件下实施，其中使用具有2mw/cm2功率的940nm二极管激光器对患者进行100秒连续波辐射。在12周时间内进行4次处理具有类似的结果。作用的机理是非热光活化方法。
实施例18实施例18在相同条件下实施，其中使用具有3.0焦耳/cm2功率的595nm闪光管脉冲染料激光器对患者进行40毫秒脉冲辐射，平均间隔4周一次。在16周时间内进行4次处理具有类似的结果。作用的机理是非侵入性光热方法。
实施例19
实施例19是为了减少疤痕在相同条件下的实施。使用具有7.0焦耳/cm2功率的595nm闪光管脉冲染料激光器对患者进行一次40毫秒脉冲辐射，每4周1次。在20周时间内进行5次处理。疤痕可见度减少了57％，疤痕红色减少了82％。作用的机理是非侵入性热方法。
实施例20实施例20是为了减少皱纹(鱼尾纹)在相同条件下的实施。使用具有100毫瓦/cm2功率和10cm射束直径的532NdYAG激光器对患者进行一次最低限度重叠的30毫秒脉冲辐射，每4周一次。在20周时间内进行5次处理。皱纹的出现减少了42％。作用的机理是非侵入性热技术。
实施例21实施例21是于相同条件下为了实现整个面部光老化和皱纹的减少而在5名光老化女性面部实施的。使用250msec间歇时间，250msec脉冲及590nm进行90次脉冲辐射。以1周为间隔进行8次处理，到第12周进行最后的评定。除了与实施例10中的皱纹减少类似之外，注意到几个其它显著的改变，包括褐色斑点和雀斑的减少，肤色和弹性的改善、小毛细管的减少或消失，和由新胶原蛋白形成所致的均一可见的皮肤“奶油”色。
实施例22实施例22是为了减少痤疮在相同条件下的实施。使用具有10毫瓦/cm2的能量强度和设计用于覆盖整个面部的大面板的415nm荧光窄带多色光源对患者进行每2周一次持继12分钟的连续波照射，共4次治疗。局部用制剂包括1.5％叶绿酸铜，2.5％类胡罗卜素和5％绿茶，在每次治疗之前将该制剂连续应用5个晚上。辅助治疗为使用具有660nm LED光源的电池供电、小射束直径、手持家用装置对各痤疮损伤进行每个痤疮损伤2分钟的2.0微瓦/cm2连续光照射。活性痤疮减少了64％。
实施例23实施例23是为了刺激毛发增长在相同条件下的实施。患者具有男性模式的脱发，并在20-40岁的年龄，没有头皮的疾病。使用具有2.2微瓦/cm2功率的644nmLED装置对患者进行总计50次的250msec脉冲处理，两次脉冲间停止时间为250msec。在24周时间内进行6次处理。毛发生长出现增加了22％。
实施例24实施例24是对一名女性患者包括大腿外侧区域的可见脂肪团实施的。使用具有250毫瓦/cm2和10cm直径射束的940nm激光二极管对患病区域的皮肤进行4分钟连续光照射。在18周内每间隔3周进行一次处理。脂肪团显示减少了32％。
实施例25实施例25是为了刺激伤口愈合在急性伤口(未感染的烧伤)上实施的。使用623nm的LED阵列对皮肤上7英寸×10英寸的矩形区域进行1.5微瓦/cm2的60次脉冲治疗，脉冲具有250毫秒工作时间和250msec间歇时间。1周进行2次治疗，直到恢复完整皮肤。恢复时间取决于烧伤的深度。
实施例26使用具有2.0微瓦/cm2的590nm LED对患有严重痤疮疤痕的成年男子进行处理。每周一次，使用具有250毫秒脉冲间隔的250毫秒脉冲进行90次脉冲，共两次处理。在最后处理之后的一周疤痕的直径和深度减少了大约70％。使用644nmLED作为替换，接受相同处理方案的第二名患者显示出了疤痕直径和深度的30％减少。
实施例27在对照研究中，处理含有人成纤维细胞的一系列细胞组织培养物，证实使用595nm脉冲染料激光器和590nm LED进行处理的处理效果之间存在差异。LED具有2微瓦/cm2的能量强度，以100ms为脉冲间隔，实施100ms的脉冲。使用LED的非热光调制处理进行了10次脉冲。595nm脉冲染料激光器以2.5焦耳/cm2的能量强度实施一次脉冲进行光热处理，脉冲长度为0.5毫秒。在实施处理后7天对成纤维细胞产生的I和III型胶原蛋白进行分析，对照没有显示出显著改变。相对于对照，光热染料激光器处理的成纤维细胞在I和III型胶原蛋白的生产上减少了25％。相对于对照，采用本发明的非光热性光调制法处理的成纤维细胞在I和III型胶原蛋白的生产上增加了46％。这些结果描述在图32中。
权利要求
1.一种光调制活组织的方法，包括在有效刺激活组织的条件下使活组织处于窄带多色电磁辐射源的照射下。
2.如权利要求1所述的方法，其中窄带多色电磁辐射源为至少一个发光二极管。
3.如权利要求2所述的方法，包括排列成阵列的多个发光二极管。
4.如权利要求3所述的方法，包括多个发光二极管阵列。
5.如权利要求4所述的方法，其中发光二极管发射从大约300nm到大约1400nm+/-5nm的波长。
6.如权利要求5所述的方法，其中发光二极管发射包括590nm、644nm或800nm在内的波长并具有至少+/-5nm带宽。
7.如权利要求1所述的方法，其中窄带多色电磁辐射源是激光二极管。
8.如权利要求3所述的方法，其中激光二极管发射的波长包括400nm、430nm、445nm、635nm、655nm、660nm、670nm、780nm、785nm、810nm、830nm、840nm、860nm、904nm、915nm、980nm、1015nm或1060nm。
9.如权利要求7所述的方法，其中有效刺激活组织的条件包括使激光二极管脉冲持续大约10ms到大约1×106ms。
10.如权利要求9所述的方法，其中有效刺激活组织的条件还包括使激光二极管反复脉冲，为期大约10秒到大约1小时。
11.如权利要求9所述的方法，其中激光二极管以小于1瓦/cm2的能量水平工作。
12.如权利要求9所述的方法，其中激光二极管以不使活组织温度超过60摄氏度的能量水平工作。
13.如权利要求9所述的方法，其中激光二极管以不引起热损伤的能量水平工作。
14.如权利要求1所述的方法，其中窄带多色电磁辐射源以小于4瓦/cm2的能量水平工作。
15.如权利要求14所述的方法，其中窄带多色电磁辐射源以大约1纳瓦到大约4瓦的能量水平工作。
16.如权利要求15所述的方法，其中窄带多色电磁辐射源以大约1纳瓦到大约1000毫瓦的能量水平工作。
17.如权利要求14所述的方法，其中窄带多色电磁辐射源以不会使活组织受到热损伤的的能量水平工作。
18.如权利要求1所述的方法，还包括光调制活组织而不引起热损伤。
19.一种用于皮肤处理的方法，包括将人体皮肤暴露于窄带多色电磁辐射源；光调制人体皮肤内的活组织；和维持真皮内皮肤温度在发生活组织热损伤的阈值以下。
20.如权利要求19所述的方法，其中窄带多色电磁辐射源是发光二极管、激光二极管、染料激光器、闪光灯、机械过滤的荧光源、机械过滤的白炽灯源或它们的组合。
21.如权利要求19所述的方法，其中窄带多色电磁辐射源发射从大约300nm到大约1400nm的波长。
22.如权利要求20所述的方法，其中窄带多色电磁辐射源所发射的波长选自300nm、415nm、585nm、590nm、595nm、600nm、630nm、644nm、810nm、940nm和1400nm。
23.如权利要求21所述的方法，其中窄带多色电磁辐射源的能量水平是大约1纳瓦/cm2到大约4瓦/cm2。
24.如权利要求23所述的方法，其中窄带多色电磁辐射源的能量水平是大约200毫瓦/cm2到大约1000毫瓦/cm2。
25.如权利要求20所述的方法，其中所述暴露包括窄带多色电磁辐射源以大约0.1ms到大约1×106ms的脉冲持继时间进行脉冲。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述暴露还包括使窄带多色电磁辐射源以大约1ms到大约1000ms的脉冲间隔反复脉冲不超过1000次。
28.一种用于皮肤处理的方法，包括对人体皮肤的区域施加局部用药剂，以增强选择用于所述处理的光波的穿透性；使人体皮肤暴露于窄带多色电磁辐射源，其中由窄带多色辐射源发出的电磁辐射的光谱包括从大约300nm到大约1600nm的波长且持续时间为大约1毫秒到大约30分钟；使人体皮肤再暴露于窄带多色电磁辐射源，持续时间从大约1毫秒到大约30分钟，次数不超过1000次，且脉冲间隔为大约1毫秒到大约1000毫秒；维持真皮内皮肤温度在发生热损伤的阈值以下。
29.每1到60天重复权利要求28所述的处理方法直到完成皮肤处理。
30.如权利要求29所述的方法，其中局部用药剂包括局部或口服给药的组合物，其具成选自下组中的至少一个的活性剂维生素C，维生素E，维生素A，维生素K，维生素F，维生素A酸(Tretinoin)，阿达帕林(Adapalene)，视黄醇，对苯二酚，曲酸，生长因子，echinacea，抗生素，抗真菌剂，抗病毒剂，漂白剂，α羟酸，β羟酸，水杨酸，抗氧化三元化合物，海藻衍生物，盐水衍生物，抗氧化剂，植物花色素苷，植物营养素，植物产物，草本植物产物，激素，酶，无机物，遗传工程物质，辅因子，催化剂，抗老化物质，胰岛素，微量元素(包括离子钙，镁等)，矿物质，Rogaine，毛发生长刺激物质，毛发生长抑制物质，染料，天然或合成黑色素，金属蛋白酶抑制剂，脯氨酸，羟基脯氨酸，麻醉剂，叶绿素，叶绿酸铜，类胡罗卜素，以及上述物质的天然和合成的衍生物和类似物。
31.一种用于皮肤处理的方法，包括擦除待接受处理的人体皮肤的一部分，以增强电磁辐射通过角质层的传送；使人体皮肤暴露于窄带多色电磁辐射源，其中由窄带多色辐射源发出的电磁辐射的光谱包括从大约300nm到大约1600nm的波长且持续时间从大约1毫秒到大约30分钟；使人体皮肤再暴露于窄带多色电磁辐射源，持续时间从大约1毫秒到大约30分钟，次数不超过1000次，且脉冲间隔为大约1毫秒到大约1000毫秒；维持真皮内皮肤温度在发生热损伤的阈值以下。
32.每1到60天重复权利要求28所述的处理方法直到完成皮肤处理。
全文摘要
本发明涉及一种用于活组织的光调制的系统和方法。当进行光调制时，根据本发明，活组织将显示出生物活化或生物抑制，而且当利用所公开的窄带、多色辐射源时可以产生显著的皮肤学优点，例如去除毛发，刺激毛发生长，减少皱纹，减少痤疮以及去除疤痕，白斑等。本发明还可应用于非皮肤学的医学治疗，包括抑制肿瘤生长，再生细胞，刺激器官内的组织等。
文档编号A61B18/20GK1578688SQ02816794
公开日2005年2月9日 申请日期2002年7月1日 优先权日2001年6月29日
发明者D·H·麦克丹尼尔 申请人:光生物科学有限公司