专利名称：用于输送低功率光学治疗的方法和设备的制作方法
优先权本申请要求2003年11月4日提交的美国申请10/702,104的优先权，该美国申请是2001年11月29日提交的美国申请No.09/996,662的继续部分。
背景技术：
本发明涉及利用光辐射治疗各种皮肤病、美容、健康和免疫疾病(condition)的方法和设备，具体涉及以非常低的功率和能级工作的这样的方法和设备以使它们可在医疗或非医疗环境(包括健康中心、沙龙和家庭)中足够安全和便宜地实施。
光辐射治疗各种皮肤病和其他医学疾病已经应用了许多年。这样的治疗通常涉及利用激光器、小电珠或其他相对高功率光辐射源，将超过100瓦/cm2的能量输送至患者的皮肤表面，并且通常输送基本上超过该值的能量。这些治疗所需要的高功率光辐射源(a)是昂贵的并且还可能体积庞大以及安装起来很昂贵；(b)产生大量热量，如果不加以驱散的话，这些热量可损坏辐射源并导致其他问题，因此至少对于光辐射源来说需要利用大容量、昂贵的冷却技术；以及(c)把安全风险带给患者和操作者(如人眼和患者皮肤的非目标区域)。结果，必须不断地将昂贵的安全特征添加至设备中，并且通常这样的设备必须是FDA批准的并且只能由医务人员来操作。患者皮肤表面的高能量还提出了安全问题并且可能限制了可进行治疗的患者的类别；例如，对肤色非常深的个体的治疗通常是不可能的。高能量还可能通过要求上述的组织冷却和/或以其他方式邻接治疗区域以此保护某一非目标组织而增加治疗设备的成本。
迄今为止，用于实施光学治疗皮肤病过程的设备的高成本(通常好几万美元)以及这样的过程要由医务人员来实施的要求，已经意味着这样的疗法通常是很少发生的并且只用于有限数量的相对较富裕的患者。然而，这种疗法见效的疾病却是世界上大部分人口所经历的疾病。例如，这样的疗法包括但不限于毛发生长控制，其包括在不期望的区域上限制或消除毛发生长而在期望的区域上刺激毛发的生长；PFB、血管病变、皮肤再青春的疗法；包括有改善皮肤肌理、毛孔大小、弹性、皱纹和皮肤起皱的抗衰老；改善血管和淋巴系统、改善皮肤湿润、痤疮、除去色素病变、再色素沉着、减少/除去纹身、牛皮癣、减轻体臭、减少油性、减少出汗、减少/除去疤痕、皮肤抗衰老、预防并防止皮肤疾病(包括皮肤癌)、改善皮下区域(包括减少脂肪和减少脂肪团)、减轻疼痛、肌肉和关节等的生物刺激以及大量其他的情况(下文有时共同地称为“患者疾病”或“疾病”)。因此，期望如果能够提供足够便宜的以及功率和能量足够低的方法和设备，以使这样的治疗能够经济安全地由非医务人员实施并且甚至由被治疗的人员自行施行，从而允许这种治疗可用于世界上极大部分的人口。
发明内容
本发明提供了利用安全、便宜的功率和能级的光辐射治疗各种疾病的方法和设备。公开了一种在适当的头部使用至少一个低功率光辐射源的设备，所述的设备头部可在每次治疗期间于治疗区域上保持一段基本时间或者可在治疗区域上移动若干次。该设备为手持发光敷贴器(LEA)或发光皮肤敷贴器(LESA)，它可以是刷子或辊子形式的，在将辐射施加于患者皮肤时适合于在患者的皮肤表面上移动。LEA或LESA的皮肤接触表面可具有能够按摩皮肤并输送辐射的突起(如突出部或刚毛)。另外，公开了一种将光辐射输送至治疗区域的设备，该设备包含了适合连接到皮肤接触装置的改型的外壳。
在一个实施例中，公开了一种用于治疗患者疾病的设备，该设备具有敷贴器和至少一个光辐射源，所述的敷贴器具有包含至少一个突起的皮肤接触表面，所述的至少一个光辐射源在某种意义上耦合至敷贴器以便被激活时将光辐射通过皮肤接触表面输送至与所述表面接触的患者的皮肤。敷贴器可以是刷子或辊子形式的，在将辐射施加于患者皮肤时适合于在患者的皮肤表面上移动。敷贴器可以是手持单元。皮肤接触表面可具有由此伸出来的至少一个突起，如突出部或刚毛。突起适合于在使用期间将压缩力施加于皮肤上。每个突起的皮肤接触端在未与患者皮肤接触时可具有总的辐射内反射，但是在与患者皮肤接触时将辐射输送至患者的皮肤。该设备还可包括在照射患者的皮肤时将物质施加于皮肤的机构。
在一个实施例中，至少一个光辐射源可以是光辐射源阵列，所安装的每个所述源用来将光辐射传送过至少一个相应的突起。多个源的每一个可安装成用来将辐射传送过相应的突起。至少一个光辐射源可以是半导体辐射发射元件阵列。至少一个光辐射源可在不同的波长下工作以此实现所期望的治疗方案。至少一个光辐射源可以是连续波辐射源。对辐射源进行改型以适合敷贴器并且辐射源可包括将该源附加至敷贴器的机构。另外，至少一个辐射源可以是敷贴器的一部分。
该设备还可包括热沉。另外，设备可包括使用该设备时适合于操作者手持的手柄、将热量从至少一个辐射源汇集到手柄以及将热量从手柄汇集到操作者手上的热沉。在另一个实施例中，设备还包括敷贴器和患者皮肤之间接触的探测器、以及响应于探测器而操作的用于允许将来自至少一个源的辐射施加于患者皮肤的若干控制。
在又一个实施例中，皮肤接触表面由具有良好的热传导性的板构成。可将至少一个光辐射源安装到该板上以使来自至少一个源的热量加热该板。被加热的板因此适合于在使用期间加热皮肤区域。设备可包括与至少一个源进行热接触的热沉部件，其中在使用设备之前，该部件适合于被冷却。在被冷却时该部件可经历相变，而在从至少一个源中提取热量时该部件返回到初始状态。
在本发明的另一方面，公开了一种使患者疾病好转的方法，其中选择了通常对光治疗辐射的已知功率密度有响应的患者疾病并且向患者提供一系列临时间隔的治疗时间，其中每段时间提供的治疗辐射的功率密度低于治疗医学环境中的治疗患者疾病所需要的典型功率密度。方法可包括下列步骤选择通常对光治疗辐射的已知功率密度有响应的患者疾病并且向患者提供一系列临时间隔的治疗时间。每段时间提供的治疗辐射的功率密度低于治疗患者疾病所需要的典型功率密度。可持续系列的临时间隔的治疗时间直至患者的疾病通过系列治疗时间的累积效果而有所好转为止。施加于患者皮肤表面的功率密度介于大约1mW/cm2和大约100W/cm2之间，并且至少取决于所治疗的疾病和辐射波长。优选地，患者皮肤表面的能量介于10mW/cm2和10W/cm2之间。所施加的辐射可持续一秒到一个小时。该方法可使用提供给患者的系列治疗时间的功率密度，所述的功率密度由下面的方程来确定P(N)＝P(1)/σ(N，ΔT，β)，其中P(1)是单次治疗的已知功率密度，N是治疗次数，ΔT是经历P(1)治疗的组织或细胞的温升，β是P(N)治疗时间与P(1)治疗时间的比率，以及σ为如下σ(N,τ1,τN,G):=ER·ln(A·τ1G)-310·KER·ln(A·τN·NG)-310·K·1-exp(-τNTRT)1-exp(-τ1TRT)]]>其中A＝3.1×1098s-1，E为150000J/mol以及R为1.986J/mol·K。
在一个实施例中，方法包括在将辐射施加于患者皮肤表面时于患者皮肤表面上移动包含有光辐射源的头部。头部在皮肤表面移动的速度、以及头部在患者皮肤表面的指定区域上通过的次数是如此的，以使在各指定区域上的停留时间是在持续时间内。在施加步骤期间所施加的光辐射可以是连续波辐射。
在另一个实施例中，方法包括在将辐射施加于患者皮肤表面时于患者皮肤表面上移动包含有辐射源的头部。头部可具有皮肤接触表面，在将头部于患者皮肤表面上移动时，皮肤接触表面清洁和/或摩擦患者的皮肤表面。在施加步骤期间所施加的光辐射可以是连续波辐射。频繁的间隔约为从每日若干次治疗到每月一次的治疗。本发明的另一个特征是可将其他治疗与皮肤治疗相结合，如卫生习惯(即淋浴、洗澡、剃须、刷牙等)、机械和电按摩、刺激、热或冷治疗、局部药物或洗剂治疗、以及针刺疗法。
正在治疗的疾病可以是表1中列示的其中一种疾病，并且辐射波长可在表1所示的对应范围内。辐射源在适合于治疗皮肤病、美容或健康疾病的波长和/或波段下工作。源可以是辐射源阵列，其中源可在不同波长下工作以此实现所期望的治疗方案。
本发明的方法还可包括从辐射源汇集热量。源可位于具有由操作者手持的手柄的敷贴器中，其中汇集热量包括将热量从源汇集到手柄以及其中将热量从手柄汇集到操作者手上。辐射源还可位于具有皮肤接触表面的敷贴器中。可将压力施加于皮肤接触表面以此提高来自源的能量输送效率。压力可导致皮肤接触表面的突出部压紧患者的皮肤。
在又一个实施例中，本发明的方法可包括利用位于具有皮肤接触表面的敷贴器中的辐射源。皮肤接触表面可具有从表面伸出来的光突出部和/或刚毛。光突出部/刚毛可用来集中来自适当的辐射源的光辐射。
本发明的方法还可包括在实施施加步骤之前冷却和冷冻包含有适当的辐射源的敷贴器的其中一种作法。可将辐射源耦合至具有皮肤接触表面或如刷子上的点的敷贴器。方法可包括探测皮肤接触表面和从表面伸出的突出部/刚的毛其中之一与患者皮肤的接触，并且允许根据探测将光辐射从适当的辐射源输送至患者皮肤。另外，辐射源可耦合至具有皮肤接触表面的敷贴器。敷贴器可适合于在至少部分施加步骤期间将洗剂施于患者皮肤。辐射源还可位于具有皮肤接触表面的敷贴器内，其中方法用于皮肤再青春以及其中在施加步骤期间，敷贴器摩擦患者皮肤表面的死皮同时所施加的光辐射促进了胶原质的再生。
在另一个实施例中，本发明的方法还可包括同时被输送至患者皮肤上的多个间隔的小斑点以此加热斑点的辐射。方法还可包括将物质施于患者皮肤并加热斑点以促进至少部分物质通过加热的斑点输送至患者的身体。辐射的输送可与振动或以其他的方式刺激皮肤、磁场、电场和声场的至少一种相结合。还可能的是，回射光能可从患者皮肤出来又返回到皮肤。
在本发明的一个方面，公开了一种使患者疾病好转的方法，其中所施加的光辐射渗入患者皮肤的目标区域并且在施加了光辐射的同时目标区域被搅动，据此辐射的光程在治疗期间是可变的以此在目标区域内实现更大的辐射量。
还提供了使患者疾病好转的方法，其中所施加的光辐射渗入患者皮肤的目标区域并且在施加光辐射之前或期间摩擦目标区域的表面，据此可消除对辐射的表面阻塞以此在目标区域内实现更大的渗透。
在又一个方面，本发明提供了一种用于治疗患者疾病的设备，该设备包含具有输出表面的发光敷贴器(LEA)或发光皮肤敷贴器(LESA)，其可直接接触皮肤或者可将物质直接施于表面，如洗剂、凝胶体、层或透光材料或间隔。至少一个光辐射源在某种意义上耦合至敷贴器以便被激活时将光通过皮肤接触表面输送至与所述表面接触的患者的皮肤，至少一个辐射源被选择并且敷贴器被设计成以便输送具有患者皮肤表面处能量的光辐射，在单次治疗期间该能量不足以具有任何明显的治疗效果。可选择至少一个辐射源并且可设计敷贴器以便在一系列临时间隔的治疗时间内将光辐射输送给患者，其中每段时间提供的治疗辐射的功率密度低于治疗患者疾病所需要的典型功率密度。系列的临时间隔的治疗时间具有导致患者疾病好转的累积效果。患者皮肤表面处的能量可介于大约1mW/cm2和大约100W/cm2之间，所施加的能量至少取决于要治疗的疾病和辐射波长。患者皮肤表面处的能量优选地介于10mW/cm2和10W/cm2之间。
敷贴器可以是在将辐射施加于患者皮肤表面时适合于在患者皮肤表面上移动的刷子的形式。皮肤接触表面可具有从此处伸出来的突出部和/或刚毛。至少一个光辐射源可以是光辐射源阵列，每个源被安装成以使光辐射通过相应的一个或多个突出部或刚毛而输送。每个突出部/刚毛的皮肤接触端在未与患者皮肤接触时可具有总的辐射内反射，但在与患者皮肤接触时可将辐射传送至患者的皮肤。
在本发明的另一个实施例中，在伴有高摩擦的情况下，敷贴器可通过透光层来接触治疗区域。可将敷贴器按压在皮肤上以使其在目标区域处或附近接触皮肤。可机械搅动敷贴器以便于在未将敷贴器从接触区域移开的情况下治疗皮下器官或其他生物结构。例如，可将敷贴器按压在患者的脸颊上，以使敷贴器在接触区域接触患者的脸颊。可将敷贴器按摩进患者的脸颊以此治疗患者的牙齿或者下面的腺体或器官而皮肤表面的身体接触点保持不变。
在本发明的又一个实施例中，可将发光敷贴器附加或结合进现有的皮肤敷贴器内，如皮肤刷、淋浴刷、剃须刷、牙刷、剃刀、微摩擦敷贴器、按摩装置、海绵、洗剂、凝胶体、肥皂、局部药物分配器、以及热和冷敷贴器。
在一个实施例中，至少一个光辐射源是光辐射源阵列。辐射源阵列可以是安装在热沉上的半导体晶片。可将晶片设计成发光二极管或垂直表面发射激光二极管的矩阵或阵列。辐射源可在不同波长下工作以此实现所期望的治疗方案。至少一个光辐射源可以是连续波辐射源，或者可以是具有足够高频率以此覆盖治疗区域的脉冲辐射源。
在另一个实施例中，设备可包括热沉，其能够将热量从光源、电源和该设备内的其他散热部件移走。本发明的设备还可包括设备的手柄，其适合于在使用该设备时由操作者手持，热沉将热量从至少一个辐射源汇集到手柄以及将热量从手柄汇集到操作者手上。
在又一个实施例中，设备还可包括敷贴器和患者皮肤之间接触的探测器、以及响应于探测器而操作的用于允许将来自至少一个源的辐射施加于患者皮肤的控制。该设备还可包括保护患者眼睛和/或治疗区域部分或治疗区域以外区域的机构，以使需要很少或不需要治疗的区域能够免受潜在的伤害。
设备还可包括在患者皮肤被照射时将物质施于其皮肤的机构。这种物质可为皮肤以及人身体的其他部位(如毛发或指甲)提供好处。这种物质可被该设备激活以便更好地输进皮肤、腺体、毛发、指甲内和/或增强辐射的治疗效果。
敷贴器可以是洗澡刷，其中可使水通过敷贴器以此用于洗澡并冷却辐射源。水通过表面的开口施加以此形成水流。来自至少一个源的辐射也通过开口施加并且水流起到了将辐射输送至患者的波导作用。敷贴器还可被定形使其适合将要治疗的患者身体部分。
本发明的设备还可包括用于振动和/或以其他方式刺激皮肤的机构。该设备还可包括将磁场、电场和声场的至少一种施加于患者皮肤的机构。在另一个实施例中，本发明还包括由敷贴器在患者皮肤上移动所激活的发电机，以此为辐射源产生电能。
可创建本发明的皮肤接触表面以使其将由患者皮肤反射的辐射回射入皮肤。可使辐射源改型以此适合敷贴器，并且辐射源可包括使辐射源附加至敷贴器的机构。优选地，至少一个辐射源是敷贴器的部分。在优选实施例中，敷贴器是手持单元。
皮肤接触表面可以由具有良好的热传导性的板构成。可将光辐射源安装到板上以使从至少一个源汇集的热量加热该板，并且被加热的板可加热与其接触的患者皮肤。在一个实施例中，本发明可包括与辐射源热接触的热沉部件。在使用设备之前或期间，该部件适合于至少被冷却。在被冷却时热沉或相关联的元件可经历相变，而在汇集来自至少一个源的热量时热沉或相关联的元件返回到其初始状态(如通过熔化或蒸发来提取热量)。
在本发明的另一个方面，公开了一种通过将来自适当源的光辐射施加于患者皮肤而治疗患者疾病的方法。辐射可具有患者皮肤表面处的介于大约1mW/cm2和大约100W/cm2之间的能量，其中所施加的能量至少取决于要治疗的疾病和辐射波长。患者皮肤表面处的能量优选地介于10mW/cm2和10W/cm2之间。所施加的辐射可持续一秒到一个小时。
在又一方面，本发明提供了一种通过将来自适当源的低能量光辐射施加于患者的皮肤同时清洁/摩擦患者皮肤而治疗患者的皮肤病、美容或健康疾病的方法。具有化学或摩擦性质的特殊洗剂可提供这些好处。
在其他方面，本发明提供了利用本发明的敷贴器连同包含有标记的洗剂来治疗患者的方法和设备，以使设备只在如果标记位于治疗区域上时才工作。治疗患者的皮肤病、美容和健康疾病的方法基本上如这里所示出和描述的。
在另一个实施例中，公开了一种治疗患者疾病的设备，该设备具有敷贴器和至少一个光辐射源，所述敷贴器包括用于在皮肤表面上引导液体的至少一个液体输送管道，所述至少一个光辐射源在某种意义上耦合至敷贴器以便被激活时将光辐射连同液体输送至皮肤表面。敷贴器可以是手持的。敷贴器可以是洗澡刷，其中可使水通过敷贴器被施加以此用于洗澡或淋浴。水还可用来冷却至少一个辐射源。水还可通过表面的开口被使加以此形成水流。来自至少一个源的辐射也可通过开口被使加，以使水流起到了将辐射输送至患者的波导作用。敷贴器还可被定形使其适合将要治疗的患者身体部分。设备可包括用于振动和/或以其他方式刺激皮肤的机构。可使辐射源改型以适合敷贴器，并且辐射源可包括使辐射源附加至敷贴器的机构。辐射源还可以是敷贴器的一部分。
皮肤接触表面可由具有良好的热传导性的板构成。可将至少一个光辐射源安装到板上以使从至少一个源提取的热量加热该板。被加热的板因此适合于在使用期间加热皮肤区域。设备还可包括与至少一个源进行热接触的热沉部件，其中在使用该设备之前，该部件适合于被冷却。在被冷却时该部件可经历相变，而在汇集来自至少一个源的热量时该部件可返回到其初始状态。
在另一个实施例中，公开了一种用于治疗患者疾病的设备，该设备具有敷贴器和至少一个光辐射源，所述的敷贴器具有皮肤接触表面，所述的至少一个光辐射源在某种意义上耦合至敷贴器以便被激活时将光辐射通过皮肤接触表面输送至与所述表面接触的患者的皮肤。设备还包含将磁场、电场和声场的至少一种施加于患者皮肤的机构。敷贴器可以是手持单元。可创建皮肤接触表面以使其将由患者皮肤反射的辐射回射入皮肤。设备可包括由敷贴器在患者皮肤上移动所激活的发电机，以此为辐射源产生电能。可使辐射源改型以适合敷贴器，并且辐射源可包括使辐射源附加至敷贴器的机构。至少一个辐射源可以是敷贴器的一部分。
敷贴器的皮肤接触表面可由具有良好的热传导性的板构成，其中将至少一个光辐射源安装到板上以使从至少一个源提取的热量加热该板。敷贴器还可包括与至少一个源进行热接触的热沉部件，其中在使用设备之前，该部件适合于被冷却。在被冷却时该部件可经历相变，而在汇集来自所述至少一个源的热量时该部件可返回到其初始状态。
在又一个实施例中，公开了一种用于治疗患者疾病的设备，该设备具有改型的外壳和至少一个光辐射源，所述外壳适合连接到皮肤接触装置，所述的至少一个光辐射源在某种意义上耦合至改型的外壳以便被激活时将光辐射输送至皮肤表面，并同时与皮肤接触装置一起使用。皮肤接触装置可以是刷子或辊子形状，在将辐射施加于患者的皮肤时适合于在患者的皮肤表面上移动。皮肤接触表面可具有至少一个突起，例如从此处伸出来的突出部和刚毛，其适合于在使用期间将压缩力施加于皮肤上。至少一种光辐射源可以是半导体辐射发射元件的阵列。至少一个光辐射源可在不同波长下工作以此实现所期望的治疗方案。
图1是根据本发明的敷贴器头部的简化示意性剖面图，其具有平坦的皮肤接触表面；图2是可选用的头部的示意性剖面图，其中刚毛用来将来自晶片/包中辐射源的光输送到患者皮肤；图3是头部的示意性剖面图，其中突出部用来将来自晶片/包中辐射源的光输送到患者皮肤；图4是显示η作为治疗次数的函数的Arrhenius积分的曲线图；图5A是总的内反射现象的示意图，其中的窄发散通常完全从突出部的远端被反射；图5B是突出部的远端接触皮肤时总的内反射现象的示意图；图5C是总的内反射现象的示意图，其中的窄发散通常完全从透明刚毛的远端被反射；图5D是透明刚毛的远端接触皮肤时总的内反射现象的示意图；图6是淋浴头LEA的示意图；图7是发光剃须刷的一个实例的示意图；图8是具有光和热效应的高效敷贴器的示意图；图9是细菌总数对定期治疗时间的关系曲线图，该图比较了高强度、小剂量治疗方法(1)与本发明的低强度、多剂量治疗方法(2)；图10是每次治疗的光剂量对治疗次数的关系曲线图；图11A是具有光突出部系统的辊子装置的顶部透视图；图11B是图11A的辊子的剖面前视图；以及图12A是根据本发明的手持发光装置的横断面图；图12B是根据本发明的手持发光装置的自底向上的视图；图13是本发明另一个实施例的示意图，其中改型的或“直接固定的”附属光治疗设备被连接到皮肤表面治疗装置；以及图14是与淋浴头一起使用的另一个改型设备的示意图。
具体实施例方式
本发明通常涉及在适当的头部内低功率光辐射源的使用，或者优选地可为低功率光辐射源阵列的使用，在每次治疗期间，可使所述头部在治疗区域上保持一段基本时间段(即一秒到一小时)或者使之在治疗区域上移动若干次。取决于将要治疗的患者身体的区域和疾病，在治疗期间于区域上累积的停留时间可以是在所示的范围内。有时将所使用的设备称为手持发光敷贴器(LEA)或发光皮肤敷贴器(LESA)。可以频繁的间隔(即每日乃至一天、每周、每月若干次)或以其他适当的间隔重复治疗。治疗之间的间隔可以是基本固定的或者可以是以“根据需要”为基础的。例如，治疗可以是最初以基本规则或固定的基准来治疗疾病，而后以“根据需要”为基准来维持。治疗可持续若干周、月、年和/或可结合进患者的定期例行的卫生实践中。
因此，虽然已经在过去使用光来治疗各种疾病，这样的治疗通常包括在较宽隔开的间隔(如每周、每月或更长)中重复的一到十次的治疗。相反地，针对本发明的治疗次数可以从十到几千，同时治疗之间的间隔可以从几个小时到一周或以上。发明人已经通过利用光对血管和色素病变治疗的实验证明，利用低功率的多次治疗可提供与利用高功率的一次治疗相同的效果。治疗机构可包括光化学、光热、光感受器、细胞相互作用的光控制或者这些效果的组合。对于多次的系统治疗，小剂量对于以与系统地使用药物相同的方式调节细胞、器官或身体功能可能是有效的。
理论上，对于热震动响应类型机构来说，N次治疗的功率密度PN与单次治疗的功率密度P1相比可能较低，但是却取得了相同的生物结果。利用Arrhenius积分，下列方程已经被确定为σ(N，τ1，τN，G)＝P1/PNσ(N,τ1,τN,G):=ER·ln(A·τ1G)-310·KER·ln(A·τN·NG)-310·K·1-exp(-τNTRT)1-exp(-τ1TRT)]]>
A:=3.1·1098·s-1,E:=150000Jmol,R:=1.986Jmol·K---(1)]]>其中G是治疗后的Arrhenius积分值，它是对所治疗器官内热功能紊乱生物分子的测量。τ1和τN分别是P1和PN的治疗次数。TRT是所治疗器官的热驰时间。
图4示出了作为目标治疗次数的函数σ(N，τ1，τN，G)，其中TRT为5ms，它对于较小的90微米的血管来说是典型的，τ1为0.5ms，它对于选择性散热作用来说是典型的治疗模式，在τ＜＜TRT时，τN为900s(15分钟的过程)，G为0.015。图4所示的曲线显出140次治疗(一个月的日治疗)的功率密度可能比一次治疗所需的功率密度下降了70倍，并且300次治疗(一年的日治疗)可能下降了2250倍。治疗的次数、频率和长度之间的关系针对每一种疾病可能是不同的，但是在提供多次、相对紧密的间隔治疗时，却具有要求更低功率密度的相同趋势。对于已知的疾病，所要求的功率密度或能量还可作为用于治疗的波长或波段的函数来变化。
方程(1)和图4可用来评价通过多次治疗而使皮肤再青春以及减少皱纹的治疗参数。在以Fitzpatrick皱纹严重性尺度测量时，在有皱纹的外貌上已经观察到美容改善具有平均值为1.88的减少量(Bjerring P.，Clement M.，Heickendorff L.，Egevist H.，Kiernan M.Selective non-ablative wrinkle reduction by laser，J.Cutaneous LaserTherapy，2000；29-15)。利用585nm波长、0.00035s脉宽和2.4J/cm2积分通量和6900W/cm2功率密度的染料激光器在一次治疗中可取得这种改善。正如方程(1)和图4所说明的，利用功率密度为50W/cm2、波长为585nm的光源进行每天15分钟的治疗的一个月之后，以及利用功率密度为3W/cm2、波长为585nm的光源进行每天15分钟的治疗的一年之后可取得相同的结果。可将这样的参数装入本发明提出的、将LED、激光二极管或低功率灯作为光源的发光敷贴器(LEA)。另外，通过同时将皮肤加热至38-42℃也可减少治疗次数。利用相同的敷贴器或外部加热源可实现这一点。
同样地，利用多次治疗可降低积分通量或功率以此在生物组织上取得其他光化学效果。在一个实施例中，利用降低的积分通量或功率以及多次治疗的光化学过程是利用蓝光进行的痤疮治疗(A.R.Shalita，Y.Harth和M.Elman，“Acne PhotoClearing(APCTM)Using aNovel，High-Intensity，Enhanced，Narrow-Band，Blue Light Source”Clinical Application Notes，V.9，N1)。痤疮是皮脂腺疾病，其中在痤疮细菌(即丙酸杆菌痤疮或P.acnes)经历反常增殖时，腺体被皮脂和角质碎屑所堵塞。P.acnes的破坏是任何有效的痤疮治疗所必不可少的部分。
作为有效的痤疮治疗方法，APC基于痤疮细菌产生卟啉作为其正常新陈代谢过程一部分的事实。对卟啉的光照射导致用于比如癌症的光力学治疗的光敏作用。最强的卟啉吸收带被称为Soret带，其位于可见光谱(405-425nm)的紫-蓝范围内。在吸收光子时，卟啉分子经历了单态-三重态转换并生成使损伤组织的细菌氧化的单态原子氧。在照射痤疮细菌时，相同的光化学过程被启动。过程包括由细菌产生的内生卟啉内的光吸收。结果，卟啉减少了释放使细菌氧化的单态氧并根除了P.acnes，以此明显减少了炎性病变次数。这种治疗的详细临床结果被报告(A.R.Shalita，Y.Harth和M.Elman，“Acne PhotoClearing(APCTM)Using a Novel，High-Intensity，Enhanced，Narrow-Band，Blue Light Source”Clinical Application Notes，V.9，N1)。在临床研究中，在利用来自金属卤化物灯的90mW/cm2以及剂量为54J/cm2的光对35个患者进行一周两次10分钟的治疗时，遭遇了平均病变次数的60％的下降。治疗总过程持续了4周，在此期间每个患者经历了八次治疗。
不是利用必须在有监督的条件(如卫生部门)下才能实施的强光的单次或若干次治疗，而是利用本发明所提出的发光敷贴器(LEA)进行明显更低功率和剂量的更多次治疗可达到相同的细菌总数水平的减少。这种利用LEA的更低功率治疗可在家庭环境中进行。应当注意的是，每个预定时间周期的治疗次数和细菌总数水平的总变化之间的关系由于治疗过程期间复杂的细菌总数动力学而造成其不是直接的关系。因此，通过使用这种每次治疗小剂量的方法并缩短治疗之间的时间，用户将通常不会取得成功的结果。这一点将在下面利用传统的Verhulst模型来解释。
Verhulst模型建议总数增长率由个体之间的竞争来限制。将这个模型用于细菌可产生下列差分方程ddtB=aB(1-BBst),---(2)]]>其中β是时间t时的细菌总数水平，Bst是固定的总数水平，α是缺少竞争(即B＜＜Bst)时的总数增长率。方程(2)在光治疗中间是有效的。方程(2)的解为B(t)=B(0)·B(0)·exp(at)1+(exp(at)-1)·B(0)Bst,---(3)]]>其中B(0)为初始总数水平。
通过将新的参数χ加入到方程2的右侧必定能说明治疗效果，其描述了光引发的总数水平减少。治疗部位的光强是W(t)，其中假定是任意时间相关的。光对细菌的作用由参数χ来描述，也就是，每单位光强和每单位总数水平的根除率。假定根除率与强度和总数水平是线性相关的，则控制差分方程假定是下列形式ddtB=aB(1-BBst)-χW(t)B.---(4)]]>方程(4)提出了对原始Verhulst模型的某些修正。如同原始模型，上述方程可通过解析方式来解出。
还可将周期性治疗模型化。函数W(t)是矩形脉冲的周期序列。脉冲和第一脉冲之前的时间延迟之间的时间间隔是τ1，并且脉冲持续时间是τ2。周期由τ＝τ1+τ2给出。在本例中，我们对每个脉冲结束时(即时刻tn＝n·τ，其中n是从1开始排列的任意脉冲数)的总数水平感兴趣。对于α·τ2＜＜1，在n次治疗之后的细菌总数Bn的相应表达式为
Bn=B(0)·exp[n·(aτ-χF)]1+exp[n·(aτ-χF)]-1exp(aτ-χF)-1·[exp(aτ)-1]---(5)]]>F＝W·τ2是每次治疗的光剂量。
通过将由Shalita等人(Clinical Application Notes，V.9，N1)报告的实验数据和模型(5)相比较，我们获得了下列模型参数的值α＝0.3周-1、χ＝0.013cm2/J以及Bst＝105菌落/cm2。这些参数被用于方程(5)来评价相对于时间的总数水平。这种比较结果被呈现在图9中，其证明了本发明的实验模型非常接近地模拟了Shalita等人的临床数据的模型。曲线1是Shalita等人的临床数据，其中使用了10分钟的来自金属卤化物灯的90mW/cm2以及剂量为54J/cm2的光。曲线2示范了根据本发明发光敷贴器(LEA)的每日治疗，其中使用了10分钟的来自具有波长为410-420nm的LED的13mW/cm2以及剂量为7.8J/cm2的光。总数水平在治疗期间突然下降并且在治疗之间慢慢增长。图9证明了利用本发明提出的手持发光敷贴器(LEA)进行低功率(13mW/cm2)每日治疗可以取得与利用ClearLightTM高功率(90mW/cm2)固定192磅装置(可以从加拿大Santa Clara的Lumenis公司买到)相同的对细菌的作用。
图10是曲线图，其证明了在4周的时间内在不同光剂量情况下所需要的治疗量，以便获得相同的细菌减少。例如，将近28次治疗的剂量比用于一次治疗的要低24倍。通过使用下列技术，利用本发明方法的痤疮治疗的效果可能增强。皮肤的紧压可导致光更好地渗透到包括有腺体的皮脂小囊。可利用400-700nm范围内不同波长的最佳组合。更长的波长可能对皮脂腺更有效，并且可用来控制皮脂的产生。可加热漏斗状器官和/或皮脂腺。可将光治疗与清洁黑头粉刺和皮脂小囊的孔相结合。光治疗可结合抗菌和/或消炎洗剂来使用，所述的抗菌和/或消炎洗剂可在光治疗之前或之后应用。光治疗可结合包含光敏剂的洗剂应用来使用。光治疗可结合包含有起动如5-氨基果糖酸(ALA)的光敏剂产品的分子的洗剂应用。另外，可使用包含吸收化合物(如碳)、黑色素、或增加光吸收导致更好的加热效应的颜料的洗剂。
在本发明中提出的辅助化合物的特定光参数和公式提供了这个治疗策略。由于很高的治疗次数以及必须频繁实施治疗的基础(如每日到每周)，这些治疗可优选地在家庭中进行。正如后面将要讨论的，各种基于光的装置可用来将所需要的光剂量输送至身体。
所利用的光辐射源可在患者的皮肤表面提供大约1mW/cm2至大约100W/cm2的功率密度，优选地为10mW/cm2至大约10W/cm2的范围。所使用的功率密度将是如此以使单次治疗将导致无明显的治疗效果。如上所述，通过在延长的时期内相对频繁的治疗可获得治疗效果。功率密度还将作为大量因子的函数而变化，这些因子包括但不限于正在治疗的疾病、所使用的波长或若干波长、以及所期望治疗的身体部位(即治疗深度)、患者的皮肤类型等。适当的辐射源可提供比如大约5-10瓦的功率。
适当的辐射源包括半导体光发射器，如·发光二极管(LED)，包括边缘发射LED(EELED)、表面发射LED(SELED)或高亮度LED(HBLED)。LED可以基于不同的材料，如AlInGaN/AlN(从285nm开始发射)、SiC、AlInGaN、GaAs、AlGaAs、GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN、BaN、InBaN、AlGaInP(在NIR和IR发射)等，其具有晶格结构及其他结构。另一种适当类型的LED是有机LED，其将聚合物用作活性材料，并且在非常低成本的情况下具有很宽的发射光谱。
·超发光二极管(SLD)。SLD可用作宽发射光谱光源。
·激光二极管(LD)。激光二极管是最有效的光源(LS)。波导激光二极管(WGLD)非常有效但由于将光耦合进光纤因此不是最佳的。垂直腔表面发射激光器(VCSEL)对耦合了在晶片基础上建立的大面积发射器矩阵的光纤来说是最有效的。这可能是能量和成本有效的。用于LED的相同材料可用于激光二极管。
·光纤激光器(FL)，具有激光二极管泵浦。
·荧光固态光源，具有来自LD、LED或电流/电压源的电泵浦或光泵浦。FLS可以是具有电泵浦的有机光纤。
其他适当的低功率激光器、小型灯或其他低功率灯或类似的灯也可用作辐射源。LED因为其低成本、易于封装以及在适合治疗疾病的很宽的波长范围内有效的事实而使之成为目前优选的辐射源。尤其是，MCVD技术可用来生长包含有所期望的相对低成本的LED和/或VCSEL阵列的晶片，优选地为两维阵列的晶片。固态光源对于单色应用来说可能是优选的。然而，灯(比如白炽灯、荧光灯、微型卤化物灯或其他适合的灯)是优选的白色、红色、NIR和IR照射的LS。
因为固态光源的效率是1-50％并且光源被安装在非常高密度包装内，从发射区域排出的热量通常是对源功率的主要限制。为了更好地冷却，可将LS矩阵安装到金刚石、蓝宝石、BeO、Cu、Ag、Al、热导管、或其他适当的散热器上。用于特定设备的LS可作为包含有大量基本的LS部件的包被建造或构成。对于改进从半导体发射结构至皮肤的光输送，结构和皮肤之间的间隔可用折射率为约1.3或更高的透明材料填充并且不留空隙。
具有将光耦合进皮肤的机构的光源可安装进或安装到适用于皮肤的任何手持件上，例如任何类型的刷子(包括淋浴刷或面部清洁刷)、按摩器或辊子(参见比如2001年11月29日提交的美国申请09/996,662，该申请是关于控制皮肤温度的装置，在这里通过参考其全部内容而将其结合于此)。另外，可将光源耦合进淋浴头、按摩器、皮肤清洁装置等。可将光源安装进附属装置，该附属装置可被夹在、搭扣到(velcroed)或以其他的方式粘贴在/改型以适应现有产品，或者可将光源集成到新产品中。
正如图11A所示，可以将光源1102附加到如2001年11月29日提交的美国申请09/996,662中所公开的、可用来控制用户温度的辊子组件1148的外表面，在这里通过参考该申请而将其结合于此。另外，光源1102′可以从辊子组件的透明外部表面伸出来，所述透明的外部表面可包含具有良好热传导性的透明材料，如蓝宝石或石英或塑料。例如，通过用如图11B所示的光源代替某些通道1118可实现这一点。另外，可将光源放置到辊子1112的内部。
所使用的光源可生成单波长的输出，或者可生成选择的波长范围或一个或多个波段的输出。对于宽带光源，可要求过滤以此将输出限制到所期望的波段。在使用辐射源阵列之处，每个或若干辐射源可以所选择的不同波长或波段工作(或者可被过滤以提供不同的波段)，其中所提供的波长和/或波段取决于正在治疗的疾病以及正在使用的治疗方案。使用不同波长的光源可允许同时在皮肤的不同深度处对疾病进行治疗，或者甚至可以允许在单次治疗期间治疗两种或多种疾病。所使用的波长的范围可以是290nm到20000nm。稍后将提供针对各种治疗的波长范围的实例。所使用的辐射源还可以是连续波(CW)，这个术语还包括以等于或高于0.5Hz的频率脉动的辐射源或者可以是以适当的频率工作(如每秒10个脉冲到10000Hz)的脉冲辐射源。这个频率可以和被治疗个体的生物循环频率(如心率或呼吸周期)同步，或者可以和同时随光输送至身体的声波的振动频率同步。
用于治疗的头部优选地为类似于刷子的设备，其具有从头部伸出来的刚毛，所述刚毛优选地为有机或无机材料的光纤，通过所述光纤使光辐射施加于患者的皮肤；或者头部可以为类似于按摩器的设备，其具有用于接触皮肤的点状或圆形突出部，通过所述突出部使光辐射施加于患者的皮肤。在用于喷水的淋浴头或其他装置的情形中，水可以起到将光输送到患者皮肤的波导作用并且不需要其他类型的耦合器。如果使用了辐射源阵列，则其可被设计以使在每个突出部、每个刚毛或每组刚毛上具有辐射源。在刚毛或突出部的接触部分未传输光的地方，光被施加于刚毛/突出部之间和/或周围的皮肤。突出部或刚毛可清洁患者的皮肤以此清除死皮、污垢、细菌和各种治疗残余物，并且突出部或刚毛还可刺激和按摩皮肤，该过程促进了各种治疗。突出部和刚毛还可使辐射集中于皮肤表面的小斑点上，因此对于给定的辐射源功率来说基本上增加了输送至治疗斑点的能量，并且尤其是如果在治疗期间将压力施加于头部的话，它们可凹进患者的皮肤，使所施加的辐射更接近所期望的治疗或目标区域。对于给定的辐射源功率来说，刚毛或突出部因此可明显提高输送至目标区域的能效，允许更有效的治疗。源功率、源的间隔、头部设计(即所使用的突出部或刚毛)以及其他设备参数被选择成以便在以前讨论过的患者皮肤表面处生成能量或功率密度。所使用的刚毛可以是坚硬的或柔软的，或者突出部的形状是可以调节的，这取决于对特定治疗所期望的摩擦程度、患者皮肤的敏感度以及其他因素。具有可能是平坦的或弯曲的以及可能是平滑的或粗糙的均匀皮肤接触表面的头部也在本发明的预计之内，尽管这样的头部目前不是优选的，至少因为它不会集中辐射以此如突出部/刚毛那样增加能效。
所使用的头部或刷子的大小可以根据身体部分而改变，头部被设计成比如治疗身体时可变为更大而治疗面部时可变为较小。较大的身体刷子可以用作比如洗澡刷，其可以同时输送光辐射和水以此如淋浴刷一样清洁身体而在同时实施光辐射治疗，如生物刺激。水还可用来冷却辐射源。如果刷子的刚毛不是光纤，则水还可以起到用于被输送至患者皮肤的光的波导的作用。接触皮肤的LEA的前部可由软材料制成以此防止机械改变。例如，它可以是具有非常小直径的挠性光纤的刷子或者是光学树脂垫或者是具有光通道的弹性垫。
虽然用于该发明的低功率辐射源生成的热量远远少于以前所使用的高功率辐射源，但是它们确实生成了一些热量，这对于驱散来自辐射源的热量来说(尤其是较长的治疗)是期望的。与辐射源接触的热传导材料(如铝或一些其他金属或者热传导陶瓷)的热沉可驱散来自头部的热量，并且可将热量从热沉移进环境空气中。在头部具有与患者皮肤接触的突出部之处，这些突出部可以是热传导材料，允许使将要排除的热量通过患者的身体。该热量将不会足够高到导致患者疼痛或不适，并且可导致患者皮肤的适度高热，这可促进某些治疗。同样地，可使热沉伸展至设备的手柄，允许热量通过热导管以此通过操作者的手散热。此外，热量将不会足以导致任何危险或不适。在治疗之前还可将敷贴器放在冷藏箱或冷冻箱内以此在初始治疗期间为患者的皮肤提供适度高热并促进热量从辐射源排除。例如，热沉可以是与辐射源相接触的包，其包含了可冷冻的液体，如水、蜡或者具有适合于冷却光源和/或皮肤的范围内的熔化温度或蒸发温度的其他材料，在被辐射源加热时其经历相变，而相变导致了明显的热量排除。治疗之后，通过使用特定的冷却剂或者通过冷却环境温度，可使这种材料循环回到初始状态。例如，这种材料可以是蜡或石蜡，其具有介于室温(20-30℃)和容许的皮肤温度(38-42℃)之间范围的熔化温度。
上面所表示的设备的能量输出是很低的以使即使来自该设备的光辐射是未加注意地照射到了人眼，也应当不会对人眼造成即刻的伤害，并且人可能会体会到不适，从而使得在伤害可能发生之前使其把脸转过去或者将辐射移离其眼睛。这类似于直接盯着灯泡看的效果。同样地，在本发明的能级下，对患者皮肤的伤害应当是不会发生的，即使所建议的暴露间隔被超过。此外，在一定程度上，参数的组合在某些情形下可导致某种伤害，患者不适最好在任何这样的伤害之前发生，从而导致过程的终止。
通过设有只在突出部、刚毛或其他皮肤接触表面与患者皮肤接触时被激活的辐射源或者通过只在存在这样的接触时才允许由此的输出，可使能效提高并改善安全，尽管如前所述安全对于本发明的设备来说不是一个问题。这可以只为接触的突出部或刚毛提供输出，以使比如与接触的刚毛/突出部相关联的某些辐射源是接通的，而与未接触的刚毛/突出部相关联的其他辐射源是关闭的，或者任何接触可导致所有突出部/刚毛提供输出。例如可在每个刚毛或刚毛组的近端提供适当的压力传感器，作为对传感器输出的响应而激活相应的辐射源；可提供一个或多个传感器来探测接触并据此激活所有辐射源；或者刚毛或其他输出窗口具有总的内反射直至其中的远端接触患者皮肤为止，只在存在这样的接触时光才从刚毛/窗口中被输出。接触传感器可以是机械的、电的、磁的或光学的。装置可装有传感器，其可提供关于治疗结果的信息。例如荧光传感器可用来探测痤疮中原卟啉的荧光。随着治疗的进行，荧光信号将减弱。也就是说，这种方法可用来表示什么时候治疗应当完成。
虽然本发明设备的能量要求可以很小以使其利用不可再充电电池实施合理次数的治疗是可能的，但是目前预计比如由敷贴器的移动所激活的机电式发电机或可再充电电池(例如当前与比如电动牙刷一起使用的)将会被利用。还可使用连接到AC线路的适当电源。
虽然单个类似刷子的敷贴器被用于优选实施例，但是这不是对本发明的限制。例如，敷贴器可以是面具形式或者是与将要治疗的患者身体的其他部位相一致的形状，就优选实施例而言，这种敷贴器的面向皮肤一侧具有突出部、喷水口或刚毛以此输送辐射。虽然可使这种设备在患者皮肤上移动，但是在一定程度上它是固定的，它将不提供优选实施例的摩擦或清洁作用。
头部还可具有开口，在治疗之前、期间或之后，通过开口，可将物质(如洗剂、药物或局部物质)施于皮肤。这种洗剂、药物、局部物质或类似的物质可以包含比如光激活的PDT分子以此促进某些治疗。在治疗之前，还可施加类似洗剂的PDT或ALA，除此之外或作为替代在治疗期间施加。LEA可与止汗药或除臭剂一起使用以此借助于光热或光化学机构增强洗剂和汗腺之间的相互作用。洗剂、药物或局部物质可包含对于皮肤和人的健康有不同益处的分子，如皮肤清洁、胶原质的产生等。
利用本发明的教导可治疗的疾病至少包括前面所述的大部分疾病，并且这些教导的应用列表将随着教导的经验增加必定会扩张。表1列示了关于这些教导的某些应用连同用于这些应用的每一个的教导的适当参数。
鉴于用于皮肤再青春的某些可能应用，光辐射可刺激胶原质生长。在皮肤上移动的具有优化的微结构轮廓的突出部或刚毛可提供微摩擦，通过剥落或以其他方式去掉死皮并导致皮肤的微小创伤，光刺激胶原质生长而有助于修复皮肤。因为该治疗的目标区域是皮肤下大约0.1mm至0.5mm深度处的乳突状真皮，并且因为组织中的水是该治疗的主要发色团，因此来自辐射源的波长应当在被水或液体或蛋白质高度吸收的范围内，以使几乎没有光子通过乳突状真皮。900nm至20000nm的波段满足了这些标准。对于皮脂腺治疗，波长可以在900-1850nm的范围，优选地落在如915nm、1208nm、1715nm的液体吸收峰值的附近。对于痤疮治疗，其中光可杀死引起痤疮的细菌，290nm至700nm的波段可实现这个目标。根据所施加的能量和其他因素，通过作用于毛囊矩阵以此加速转变或以其他的方式控制毛发的生长状态可实现毛发生长控制，从而加速或延缓毛发的生长。
图1是适于实施本发明的简化的头部10的半示意性剖面图，该头部具有平坦的皮肤接触表面，所述的皮肤接触表面可以是平滑的或粗糙的。皮肤接触表面12优选地为具有与皮肤良好光学匹配的材料层(通常为薄层)，皮肤接触表面12是光学透明的并且优选地具有良好的热传导性，如有机或无机玻璃、介质晶体或蓝宝石。为了更好地与皮肤接触，它可以是挠性的透明塑料。包含LED或其他适当的辐射源阵列(如矩阵阵列)的晶片或其他适当的包14与层12相接触地安装，并且引导辐射穿过该层到达患者皮肤16。辐射源阵列由适当的电源18来驱动，所述电源可包括比如可再充电或可置换的电池或者连接到标准的墙上电源插座，并且还包含适当的控制，所述的控制可包括用于接通或关闭辐射源以及另外控制其中操作的手工操作控制。虽然来自辐射源的热量可通过层12汇集到患者的皮肤16，在一定程度上额外的热量汇集是需要的，可设置具有良好热传导性的适当材料的热沉或热导管20与晶片/包14进行热接触。所示出的热沉或热导管20伸进手柄22以使热量还可汇集到操作者的手上。另外，热沉/热导管20可与具有相变转换材料(如冰或蜡)的容器接触。箭头24表示其中头部10可移过患者皮肤16的两个方向。头部还可在图的内外的方向上移动，以及在邻近或平行皮肤表面的所有其他方向上移动。如果可使辐射源和患者皮肤表面之间的间隔保持的足够小，则从每个辐射源到达皮肤表面的光可能是相当集中的。还可在晶片/包14、层12或其间设置适当的光学部件，以此使来自每个源的光集中于皮肤表面以此提高能效。例如，复眼透镜阵列可用于这种功能。
在本发明的另一个实施例中，敷贴器可通过透光层以高摩擦来接触治疗区域。可将敷贴器按压在皮肤上以使其在目标区域或附近接触皮肤。可以机械搅动敷贴器以便于在没有将敷贴器从接触区域移开的情况下治疗皮下器官。例如，可将敷贴器按压在患者的脸颊上，以使敷贴器接触到接触区处的患者脸颊。可用敷贴器按摩患者的脸颊以此治疗患者的牙齿或下面的腺体或器官，同时保持身体接触点不变。正如图12A和12B所示，敷贴器的头盔1203可包含由透明的、热传导材料组成的接触窗口1201。接触窗口1201适于是可移动的以使其可被用户所替换。可安置LED或VCSEL或其他光源阵列1202以使来自光源阵列1202的光透过接触窗口1201。热沉1204可以与光源阵列1202热耦合，并且被热沉插脚1205保持在适当的位置。热沉1204和热沉插脚1205可以与高热容性或相变材料1210(如冰、水、蜡或石蜡)进行热接触。敷贴器可具有手柄1206，电源线1207通过该手柄1206被连接。另外，手柄1206可具有内部电源(如电池)。洗剂筒1208可位于手柄1206内以使洗剂可被存储并且可通过洗剂出口1209流至皮肤。
图2和3说明了更优选的实施例，其中刚毛和突出部分别用来将来自晶片/包14内辐射源的光输送至患者的皮肤表面。为了简化这些图形，热沉20和手柄22未示出，然而，对于每个实施例来说，将通常使用如手柄22(图1)的手柄或某种把手，并且如果需要的话可使用热沉20。与图3所示的突出部30具有的性质和功能一样，图2所示的刚毛26的性质和功能已经在以前详细讨论过。突出部30可被铸造进头部10″的外壳内并且优选地为透光材料，对某些实施例来说，其还可具有良好的热传导性。为了确保良好的光和热传导，应当在晶片/包14和突出部之间存在有尽可能小的间隙。虽然在图3中突出部30被示为尖头，并且这可能对许多应用来说是优选的，但是存在有其中更圆的突出部可能是优选的应用。如果将少许压力施加于头部10″，突出部30将在皮肤表面下有轻微的伸展以此进一步增强辐射向目标区域的输送。突出部30可以被设计并被定形成以使在没有与皮肤接触的情况下所有或几乎所有来自光源14的光全部被内反射并保持在头部内，但是，如果突出部30的表面与皮肤有轻微的光接触，则光在该接触部位处耦合进皮肤。具有正折射率的洗剂可改进光耦合。图5A-5D示出了利用突出部和刚毛的总内反射现象这个概念的实施例。因为空气的折射率为1，来自具有窄发散光源31的光由于TIR而通常从突出部30或透明刚毛26的远端被完全反射(图5A和5C)。然而，如果突出部30或透明刚毛26的远端接触皮肤16(图5B和5D)，由于皮肤的高折射率n＝1.4-1.5，大部分光耦合进皮肤。这个概念可提供增加的眼部安全和舒适。另外，反射回的光可用作减少到光源的功率的信号，以此节约电池能量。通过使用高反射前表面32以此使得从皮肤反射掉的光返回至皮肤，可增加发光敷贴器10的效率。
表1.利用发光敷贴器(LEA)的优选治疗参数
本发明的许多附加实施例也是可能的；如具有LEA的淋浴头。图6是淋浴头LEA的示意图。水33通过手柄进入头部并且通过孔37分布呈水流。将光源36(例如微型灯或LED)安装到靠近每个孔37以便光可耦合进流出孔的水流中，水流起到了将光更好地输送至身体的波导作用。出于这个目的，可用高反射材料涂敷每个孔的内表面。
LEA将药物、洗剂或其他物质输送进皮肤。可将LEA构建成具有刚毛或突出部的刷子，刚毛或突出部对于被层角膜(水、脂类、角质化的细胞)高度吸收的波长的光是透明的。与皮肤接触的每个刚毛/突出部的远端可加热层角膜达到足够高的温度，以此增加洗剂、药物或其他物质渗透过层角膜。因为角膜的高温区域相对较小并且这个区域继续随刚毛/突出部移动，这种治疗可以是无痛的。通过将LEA与其他行为(如刚毛的旋转或振动、其他机械振动、磁场、电场、声场等)结合可提高这种治疗。
可将小的电磁发电机安装进LEA以使在LEA持续移过皮肤期间，可产生电能以此驱动和/或泵浦光源。
针对需要使用LEA的并且将要治疗的身体部分可优化每个LEA的大小和形状。因此，可提供头LEA、梳LEA、面LEA、胡须LEA、胸部LEA、腿LEA、身体LEA、背LEA、腋下LEA、颈LEA等。可使光源改型以适合现有的皮肤敷贴器，如皮肤刷、淋浴刷、剃须刷、剃刀、牙刷、微摩擦敷贴器、按摩器、洗剂、凝胶体、肥皂、海绵、局部药物分配器、热或冷敷贴器垫，以此形成LEA。例如，可通过搭扣(Velcro)、夹具或其他适当的工具将光源阵列附加至洗澡刷或其他刷子或身体按摩器。
图13说明了本发明的另一个实施例，其中改型的或“直接固定的”附属光治疗设备1300被连接到皮肤表面治疗装置，如刷子1302。设备1300可包括具有连接机构的外壳1304，如一个或多个夹具1306，以此把设备固定到皮肤治疗装置上。正如连同上面其他图形所讨论的，在外壳1304内是至少一个辐射源1314以及可选地布置了比如电源1318。外壳还可包括弯曲的“鹅颈管”连杆1308，用于调节辐射源1314的部署。
图14说明了与淋浴头1402(或类似的手持洗澡装置)一起使用的另一个改型设备1400。设备1400可包括定位带1404和至少一个辐射源1414，以输送光治疗并同时输送水通过淋浴头的喷嘴1406。
发光剃须刷可具有用于乳膏/凝胶体分布和/或皮肤按摩的刚毛以及带适当功率和波长的光源。光可用于加热乳膏和/或皮肤或毛干以便更好地剃须，并且光还可起到控制毛发再生的作用。发射的光的波长应当是在黑色素、水、脂类或干/层角膜细胞高吸收的范围内。系统使用发光剃须刷可控制皮肤敏感度和皮肤消毒。在这种情形下，波长应当选自用于清理细菌的290-1350nm的范围。这类刷子可用于痤疮治疗和预防。发光剃须刷还可用于控制毛发生长。在这种情形下，波长应当选自400-1350nm的范围。系统地使用发光剃须刷将对延缓毛发生长速度和/或改变毛发结构和/或毛发着色是有效的。作为好处，剃须之间的间隔由于毛发生长延迟而增加。另外，它可有效地治疗/预防剃刀撞击(PFB)以及由胡须生长导致的其他皮肤问题。约300-400nm范围内的波长可用来软化毛干，而约600-1200nm范围内的波长可用来延缓毛干生长，如预防PFB。这种刷子还可用于痤疮的治疗和预防。发光剃须刷还可与光激活的洗剂一起结合使用，例如带有光敏剂或光敏剂产品化合物(如LAL)的洗剂。光敏剂的浓度应当低于来自太阳或其它发光系统的副作用的阈值，但是高于来自发光敷贴器对毛囊、皮脂腺或皮脂小囊的光化学效应的阈值。结果，这种治疗对毛发生长、痤疮、皮肤油性、肤色或皮肤肌理可能是有效的。
图7是发光剃须刷的一个实施例的示意图。来自光源50的光被部分地或完全地耦合进透明刚毛51中。安装到手柄53的电源52可以是可再充电电池或可置换的电池。图8是具有光和热效应的高效敷贴器的示意图。光源50被安装进高导热板54(Cu、Al)。光源50的效率可以是来自电源52的总电能的1-30％。剩余70-99％是来自光源和电源的热能，这个热能耦合进被安装到低导热手柄53的板54。可用来冷却光源和电子部件52的相变材料可放置于导热板54和手柄53之间。板54应当被设计成带有插脚或其他特征，如热导管，其增加了与相变材料的接触面。在治疗期间，板54的温度应当接近热转换材料的熔化或蒸发温度。在治疗期间，加温的板54加热皮肤表层和/或皮肤上的任何洗剂。来自光源的光渗入更深的皮肤层用于更深目标的热治疗或用于光化学治疗。可将振动器放置于敷贴器内以此按摩皮肤并增加光渗入皮肤。在另一个实施例中，接触板可以是可移动的或可旋转的。这种可旋转的接触板可耦合至微型电动机并用于皮肤微摩擦和清洁。
虽然上面已经参考大量的实施例对本发明进行了描述，并且对这些实施例的变更也已经进行了描述，但是这些实施例和变更仅仅是为了说明，并且仍然属于本发明精神和范围内的其他实施例和变更对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发明的范围仅仅由后面的权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于治疗患者疾病的设备，包含敷贴器，所述敷贴器具有包含至少一个突起的生物目标接触表面，以及至少一个光辐射源，所述至少一个光辐射源在某种意义上耦合至所述敷贴器以便被激活时将光辐射通过所述至少一个突起输送至与所述表面接触的患者的生物目标。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述突起能够防止除了在与所述生物目标接触以外的时候的光发射。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个光辐射源是光辐射源阵列，每个所述源被安装成输送光辐射通过至少一个相应的突起。
4.如权利要求3所述的设备，其中多个所述源的每一个被安装成输送辐射通过相应的突起。
5.如权利要求3所述的设备，其中每个突起的皮肤接触端在未与所述患者皮肤接触时具有总的辐射内反射，但是在与所述患者皮肤接触时将辐射传送到所述患者皮肤。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述敷贴器是在将辐射施加于患者的生物目标表面时适合于在所述患者的生物目标表面上移动的刷子形式。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述敷贴器是在将辐射施加于患者的生物目标表面时适合于在所述患者的生物目标表面上移动的辊子形式。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述生物目标接触表面具有选自由此伸出的突出部和刚毛的组中的至少一个突起。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述突起适合于在使用期间将压缩力施加于所述生物目标。
10.如权利要求1所述的设备，其中在所述患者生物目标表面的所述辐射介于大约1mW/cm2和大约100W/cm2之间，所述辐射至少取决于所治疗的疾病和所述辐射的波长。
11.如权利要求6所述的设备，其中所述患者生物目标表面的所述辐射介于10mW/cm2和10W/cm2之间。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个光辐射源是半导体辐射发射元件阵列。
13.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个光辐射源可在不同波长下工作以此实施期望的治疗方案。
14.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个光辐射源是连续波辐射源。
15.如权利要求1所述的设备，还包含热沉。
16.如权利要求15所述的设备，包括使用所述设备时适合于由操作者手持的所述设备的手柄，所述热沉将热量从所述至少一个辐射源汇集到所述手柄以及将热量从所述手柄汇集到所述操作者手上。
17.如权利要求1所述的设备，包括所述敷贴器和所述患者生物目标之间的接触的探测器、以及响应于所述探测器而操作的用于允许将辐射从所述至少一个辐射源施加于所述患者皮肤的控制。
18.如权利要求1所述的设备，其中所述设备包括在照射所述生物目标时将物质施加于所述患者的生物目标的机构。
19.如权利要求1所述的设备，其中所述辐射源被改型以适合所述敷贴器，并且包括将所述源附加至所述敷贴器的机构。
20.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个辐射源是所述敷贴器的一部分。
21.如权利要求1所述的设备，其中所述敷贴器是手持单元。
22.如权利要求1所述的设备，其中所述生物目标接触表面由具有良好的热传导性的板构成，可将所述至少一个光辐射源安装到所述板上以使来自所述至少一个源的热量加热所述板，所述加热的板因此适合于在使用期间加热皮肤区域。
23.如权利要求1所述的设备，包括与所述至少一个源热接触的热沉部件，在使用所述设备前，所述部件适合于被冷却。
24.如权利要求23所述的设备，其中在被冷却时所述部件经历相变，而在从所述至少一个源中提取热量时所述部件返回到它的初始状态。
25.如权利要求1所述的设备，其中所述敷贴器还包括至少一个液体输送管道，用于将液体引导到生物目标表面上，以及其中所述至少一个光学辐射源能够将光辐射连同所述液体输送至所述生物目标表面。
26.如权利要求25所述的设备，其中所述敷贴器是洗澡刷，所施加的水通过所述敷贴器用于洗澡或淋浴。
27.如权利要求26所述的设备，其中水还被用来冷却至少一个辐射源。
28.如权利要求25所述的设备，其中所施加的水通过所述表面的开口以此形成水流，并且其中来自所述至少一个源的辐射也通过所述开口被施加，所述水流对所述辐射输送至所述患者起到了波导的作用。
29.如权利要求25所述的设备，其中所述敷贴器被成形以适合将要治疗的所述患者身体的部分。
30.如权利要求25所述的设备，包括用于振动和以别的方式刺激所述生物目标的至少一种的机构。
31.如权利要求25所述的设备，其中所述辐射源被改型以适合所述敷贴器，并且包括使所述源附加至所述敷贴器的机构。
32.如权利要求25所述的设备，其中所述至少一个辐射源是所述敷贴器的一部分。
33.如权利要求25所述的设备，其中所述敷贴器是手持单元。
34.如权利要求25所述的设备，其中所述生物目标接触表面由具有良好的热传导性的板构成，将所述至少一个光辐射源安装到所述板上以使从所述至少一个源提取的热量加热所述板，所述加热的板因此适合于在使用期间加热皮肤区域。
35.如权利要求25所述的设备，包括与所述至少一个源热接触的热沉部件，在使用所述设备前，所述部件适合于被冷却。
36.如权利要求35所述的设备，其中在被冷却时所述部件经历相变，而在从所述至少一个源中提取热量时所述部件返回到它的初始状态。
37.如权利要求1所述的设备，其中所述设备还包含用于将磁场、电场和声场中的至少一个施加于所述患者生物目标的机构。
38.如权利要求37所述的设备，其中所述生物目标接触表面被创建成以使其将由所述患者的生物目标反射的辐射回射入所述生物目标。
39.如权利要求37所述的设备，包括由所述敷贴器在所述患者生物目标上移动所激活的发电机，以此为所述辐射源产生电能。
40.如权利要求37所述的设备，其中所述辐射源被改型以适合所述敷贴器，并且包括使所述源附加至所述敷贴器的机构。
41.如权利要求37所述的设备，其中所述至少一个辐射源是所述敷贴器的一部分。
42.如权利要求37所述的设备，其中所述敷贴器是手持单元。
43.如权利要求37所述的设备，其中所述生物目标接触表面由具有良好的热传导性的板构成，将所述至少一个光辐射源安装到所述板上以使从所述至少一个源提取的热量加热所述板，所述加热的板因此适合于在使用期间加热生物目标。
44.如权利要求37所述的设备，包括与所述至少一个源热接触的热沉部件，在使用所述设备前，所述部件适合于被冷却。
45.如权利要求44所述的设备，其中在被冷却时所述部件经历相变，而在汇集来自所述至少一个源中的热量时所述部件返回到它的初始状态。
46.如权利要求1所述的设备，还包含改型的外壳，所述改型的外壳适合于连接到生物目标接触装置。
47.如权利要求46所述的设备，其中所述生物目标接触装置是在将辐射施加于患者的生物目标表面时适合于在所述患者的生物目标表面上移动的刷子形式。
48.如权利要求46所述的设备，其中所述生物目标接触装置是在将辐射施加于患者的生物目标表面时适合于在所述患者的生物目标表面上移动的辊子形式。
49.如权利要求46所述的设备，其中所述生物目标接触表面具有选自由此伸出的突出部和刚毛的组中的至少一个突起。
50.如权利要求46所述的设备，其中所述突起适合于在使用期间将压缩力施加于所述生物目标。
51.如权利要求46所述的设备，其中所述生物目标接触装置是在将辐射施加于患者的生物目标表面时适合于将水输送至生物目标表面的洗澡刷的形式。
52.如权利要求46所述的设备，其中在所述患者生物目标表面的所述辐射介于大约1mW/cm2和大约100W/cm2之间，所述辐射至少取决于所治疗的疾病和所述辐射的波长。
53.如权利要求52所述的设备，其中所述患者生物目标表面的所述能量介于10mW/cm2和10W/cm2之间。
54.如权利要求46所述的设备，其中所述至少一个光辐射源是半导体辐射发射元件阵列。
55.如权利要求46所述的设备，其中所述至少一个光辐射源在不同波长下工作以此实施期望的治疗方案。
56.一种基本如上所示和所述的用于光治疗的设备。
57.一种用于治疗患者疾病的设备，包含敷贴器，所述敷贴器包括用于将液体引导到皮肤表面上的至少一个液体输送管道，以及至少一个光辐射源，所述至少一个光辐射源在某种意义上耦合至所述敷贴器以便被激活时将光辐射连同所述液体输送至所述皮肤表面。
58.一种用于治疗患者疾病的设备，包含敷贴器，所述敷贴器具有皮肤接触表面，以及至少一个光辐射源，所述至少一个光辐射源在某种意义上耦合至所述敷贴器以便被激活时将光辐射通过所述皮肤接触表面输送至与所述表面接触的患者的皮肤，其中所述敷贴器包含液体输送管道，以此在暴露于所述光辐射期间机械地压紧至少部分所述皮肤。
59.一种用于治疗患者疾病的设备，包含敷贴器，所述敷贴器具有皮肤接触表面，以及至少一个光辐射源，所述至少一个光辐射源在某种意义上耦合至所述敷贴器以便被激活时将光辐射通过所述皮肤接触表面输送至与所述表面接触的患者的皮肤，其中所述设备还包含用于将磁场、电场和声场中的至少一个施加于所述患者皮肤的机构。
60.一种用于治疗患者疾病的设备，包含改型的外壳，所述改型的外壳适合于连接到皮肤接触装置，以及至少一个光辐射源，所述至少一个光辐射源在某种意义上耦合至所述改型的外壳以便被激活时将光辐射输送至皮肤表面并同时与所述皮肤接触装置一起使用。
61.一种用于治疗患者疾病的设备，包含敷贴器，所述敷贴器具有皮肤接触表面，以及至少一个光辐射源，所述至少一个光辐射源在某种意义上耦合至所述敷贴器以便被激活时将光辐射通过所述皮肤接触表面输送至与所述表面接触的患者的皮肤，所述至少一个光辐射源被选择成并且所述敷贴器被设计成以便在一系列临时间隔的治疗时间内将光辐射输送给所述患者，每段时间提供的治疗辐射的功率密度低于治疗所述患者疾病所需要的已知功率密度，其中所述一系列临时间隔的治疗时间具有导致所述患者疾病好转的累积效果。
62.一种用于治疗患者疾病的设备，包含敷贴器，所述敷贴器具有皮肤接触表面，以及至少一个光辐射源，所述至少一个光辐射源在某种意义上耦合至所述敷贴器以便被激活时将光辐射通过所述皮肤接触表面输送至与所述表面接触的患者的皮肤，其中所述敷贴器包含至少一个突起以此在暴露于所述光辐射期间机械地压紧至少部分所述皮肤。
63.一种用于治疗患者疾病的设备，包含敷贴器，所述敷贴器用于接触患者皮肤，多个低功率光辐射源，所述多个低功率光辐射源在某种意义上耦合至所述敷贴器以便被激活时将累积剂量的光辐射输送至患者的皮肤以此治疗皮肤疾病，以及至少一个热沉部件，所述至少一个热沉部件与所述源热接触，并且可选地包括热交换器和/或冷却剂流体，用于移除来自所述热沉部件的热量。
全文摘要
公开了一种设备，该设备在适当的头部内使用至少一个低功率光辐射源，该头部可在每次治疗期间于治疗区域上保持一段基本时间或者可在治疗区域上移动若干次。该设备为手持发光敷贴器(LEA)或发光皮肤敷贴器(LESA)，它可以是刷子或辊子形式的，在将辐射施加于患者皮肤时适合于在患者的皮肤表面上移动。LEA或LESA的皮肤接触表面可具有能够按摩皮肤并输送辐射的突起，如突出部或刚毛。另外，公开了一种将光辐射输送至治疗区域的设备，其包含了适合连接到皮肤接触装置的改型的外壳。
文档编号A61N5/00GK1901968SQ200480039588
公开日2007年1月24日 申请日期2004年11月3日 优先权日2001年11月29日
发明者G·B·阿尔特舒勒, J·P·卡鲁索 申请人:帕洛玛医疗技术公司