本發(fā)明涉及用于皮膚內(nèi)部膠原的基于光的測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)。

本發(fā)明還涉及包括根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的皮膚處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通過減少皮膚中的皺紋來維持年輕外貌的期望是人類社會(huì)的重要問題。已經(jīng)設(shè)計(jì)許多技術(shù)來實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。一種技術(shù)例如是嫩膚，具體是涉及膠原變性(諸如膠原的熱變性)的方法。雖然一些治療應(yīng)用是可能的，但主要關(guān)注領(lǐng)域在美容或非治療領(lǐng)域。這種方法在皮膚中的功效取決于若干因素，諸如組織上的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷、經(jīng)受處理的人的年齡、皮膚內(nèi)部膠原的解剖分布、皮膚的疾病、環(huán)境暴露、皮膚類型等。目前，基于變性的嫩膚處理的參數(shù)經(jīng)?；诜磸?fù)試驗(yàn)。

越來越多的這些皮膚處理和皮膚處理系統(tǒng)旨在由消費(fèi)者而不是醫(yī)學(xué)專業(yè)人員使用。這些處理系統(tǒng)是非侵入性的——它們?cè)诓槐匚锢泶┩副砥さ那闆r下在皮膚表面下方產(chǎn)生作用。然而，這種家庭使用系統(tǒng)提出新的擔(dān)憂，諸如與安全性和處理功效有關(guān)的擔(dān)憂。這在用于執(zhí)行處理的光源是激光器時(shí)特別重要，并且這種激光器的錯(cuò)誤操作可能導(dǎo)致激光穿過皮膚層的位置處的皮膚的傷疤或燒傷。

例如，對(duì)表皮的損傷是高度不期望的，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致被處理人的并發(fā)癥和健康風(fēng)險(xiǎn)以及社交停工時(shí)間。如果在真皮上方產(chǎn)生外表傷害，則瘀點(diǎn)(微出血)可能由于毛細(xì)血管的微破裂而發(fā)生，這導(dǎo)致功效降低且副作用增大。如果膠原變性，則為了嫩膚目的的新膠原形成將發(fā)生。用于膠原變性的熱處理以及隨后的膠原重塑的功效僅在真皮內(nèi)部溫度超過臨界溫度65攝氏度時(shí)是高的。因此，提供如下處理：其引導(dǎo)大量能量以將皮膚溫度上升到高于變性所需的閾值。

沒有膠原存在的皮膚區(qū)域的處理可能導(dǎo)致過度處理。假定膠原存在，則膠原纖維的長(zhǎng)度變化在變性期間繼續(xù)，直到纖維已經(jīng)收縮至最小長(zhǎng)度——超過該階段的熱處理是過度處理，因?yàn)槟z原結(jié)構(gòu)被完全破壞。過度處理可能導(dǎo)致對(duì)周圍組織的不必要損傷以及其他副作用，而未促進(jìn)任何恢復(fù)和緊致效果。

因?yàn)槟z原變性和產(chǎn)生的嫩膚的效力和安全性取決于若干因素(如上文中指示的)，所以需要測(cè)量膠原的存在，并且需要測(cè)量處理過程期間皮膚內(nèi)部膠原的變性。

已知通過追蹤在皮膚經(jīng)受偏振光時(shí)在反射光中看到的變化，使用膠原的雙折射來確定膠原的存在，并且重復(fù)這種測(cè)量來監(jiān)控變性的進(jìn)展。這是WO2011/112248中所述的測(cè)量系統(tǒng)中的一個(gè)。這種監(jiān)控系統(tǒng)可以與許多不同的處理方法結(jié)合使用，諸如基于R.F.(射頻)的處理方法、基于U.S.(超聲)的處理方法或基于激光的處理方法。這樣的已知測(cè)量方法的缺點(diǎn)在于它們較復(fù)雜且耗時(shí)。例如，“Quantitative measurements of linear birefringence during heating of native collagen”(Lasers in Surgery and Medicine，Vol.20,Issue 3,1997,Pages:310-318，Duncan J.Maitland和Joseph T.Walsh Jr)中詳細(xì)描述了光學(xué)測(cè)量。使用補(bǔ)償晶體和偏振透射顯微鏡，通過從60個(gè)測(cè)量導(dǎo)出平均標(biāo)準(zhǔn)偏差，在若干時(shí)間點(diǎn)處測(cè)量雙折射。

WO1995/28135描述了另一技術(shù)，其中涉及在使用偏振透射顯微鏡時(shí)觀察到的強(qiáng)度的逐漸變化和顏色變化。然而，顏色變化和強(qiáng)度變化的感知可能在不同的觀察者之間不同，這使得值變得主觀。因?yàn)橛捎谀z原而產(chǎn)生的顏色變化和減少依賴于許多因素(包括年齡、皮膚光學(xué)和熱特性等)，所以測(cè)量不是處理的進(jìn)展的準(zhǔn)確且定量測(cè)量。

發(fā)明的目的

本發(fā)明的目的是提供一種用于皮膚內(nèi)部膠原的基于光的測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)不那么復(fù)雜，并且提供了不那么主觀的測(cè)量結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一方面提供了一種用于皮膚內(nèi)部膠原的基于光的測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)使用第一光強(qiáng)度和第二光強(qiáng)度。本發(fā)明的第二方面提供了一種皮膚處理系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)包括光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有光源，光源被配置且布置為發(fā)出具有源波長(zhǎng)范圍的光束，光學(xué)系統(tǒng)被配置且布置為：

使源波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光偏振，從而生成偏振光束；并且

將偏振光束引導(dǎo)并聚焦于皮膚外表面下方預(yù)定聚焦深度處的、皮膚內(nèi)部的目標(biāo)位置；

測(cè)量系統(tǒng)還包括：

第一檢測(cè)器，該第一檢測(cè)器被配置且布置為檢測(cè)從目標(biāo)位置反射的光的第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的第一光強(qiáng)度；

第二檢測(cè)器，該第二檢測(cè)器被配置且布置為檢測(cè)從目標(biāo)位置反射的光的第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的第二光強(qiáng)度；以及

比較器，該比較器耦合到第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器，并且被配置且布置為確定第一光強(qiáng)度與第二光強(qiáng)度之間的差；

其中，參照在天然膠原存在于目標(biāo)位置處時(shí)由該天然膠原反射的偏振光束的光的反射光譜，所述反射光譜包括多個(gè)相鄰的第一和第二波長(zhǎng)區(qū)域，其中，在所述第一波長(zhǎng)區(qū)域中，在偏振光束與天然膠原之間主要存在(prevail)相長(zhǎng)干涉，并且其中，在所述第二波長(zhǎng)區(qū)域中，在偏振光束與天然膠原之間主要存在相消干涉：

第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍被預(yù)定和/或控制為限于所述第一波長(zhǎng)區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)；并且

第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍被預(yù)定和/或控制為限于所述第二波長(zhǎng)區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)。

由天然膠原反射的偏振光的光譜包括多個(gè)相鄰的第一和第二波長(zhǎng)區(qū)域，其中，在所述第一波長(zhǎng)區(qū)域中，在偏振光束與天然膠原之間主要存在相長(zhǎng)干涉，并且其中，在所述第二波長(zhǎng)區(qū)域中，在偏振光束與天然膠原之間主要存在相消干涉。這是由于天然膠原的雙折射特性而引起，并且可以被稱為由于目標(biāo)位置處天然膠原的存在而產(chǎn)生的偏振入射光的光譜調(diào)制。在其中發(fā)生或主要存在偏振入射光與天然膠原之間的相消干涉的所述第二波長(zhǎng)區(qū)域中，由于光波恰好180度反相，在反射波長(zhǎng)光譜中觀察到暗帶。在其中發(fā)生或主要存在偏振入射光與天然膠原之間的相長(zhǎng)干涉的所述第一波長(zhǎng)區(qū)域中，由于光波同相，在反射波長(zhǎng)光譜中觀察到亮帶。

本發(fā)明基于以下洞悉：對(duì)于所選的皮膚中的聚焦深度，由于所述相長(zhǎng)干涉而引起的亮帶在反射波長(zhǎng)光譜中出現(xiàn)的波長(zhǎng)相對(duì)恒定。從目標(biāo)位置反射的光的第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍限于亮帶的這些波長(zhǎng)中的一個(gè)或多個(gè)。類似地，對(duì)于所選的皮膚中的聚焦深度，由于所述相消干涉而引起的暗帶在反射波長(zhǎng)光譜中出現(xiàn)的波長(zhǎng)也相對(duì)恒定。從目標(biāo)位置反射的光的第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍限于暗帶的這些波長(zhǎng)中的一個(gè)或多個(gè)。

換言之，本發(fā)明提供了如下測(cè)量系統(tǒng)：該測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所選聚焦深度處的膠原檢測(cè)，且在處理不同對(duì)象或身體的不同區(qū)域時(shí)令人滿意地操作。通過測(cè)量其中發(fā)生或主要存在入射光與膠原之間的相長(zhǎng)干涉的波長(zhǎng)帶內(nèi)的光強(qiáng)度，并通過將該光強(qiáng)度和其中發(fā)生或主要存在入射光與膠原之間的相消干涉的波長(zhǎng)帶內(nèi)的光強(qiáng)度測(cè)量進(jìn)行比較，可以確定膠原的存在。如果沒有膠原存在于目標(biāo)位置中或存在的膠原已經(jīng)充分變性至低于臨界檢測(cè)點(diǎn)，則反射光的第一光強(qiáng)度和第二光強(qiáng)度將大致相同。如果天然膠原存在于目標(biāo)位置中，則因?yàn)樗形幢惶幚?即，變性)或它僅被部分處理(即，變性)，所以反射光的第一光強(qiáng)度和第二光強(qiáng)度將顯著不同(即，第一光強(qiáng)度將顯著高于第二光強(qiáng)度)。

可以有利的是將第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍預(yù)定和/或控制為限于其中在偏振光束與天然膠原之間主要存在第二階或更高階的相長(zhǎng)干涉的、所述多個(gè)第一波長(zhǎng)區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)，并且預(yù)定和/或控制第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍以便限于其中在偏振光束與天然膠原之間主要存在第二階或更高階的相消干涉的、所述多個(gè)第二波長(zhǎng)區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)。

當(dāng)使用其中發(fā)生或主要存在(代替第一階干涉)第二階或更高階干涉的波長(zhǎng)范圍時(shí)，第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍與第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍的中心波長(zhǎng)之間的間隔將顯著減小。這將減小由于檢測(cè)波長(zhǎng)范圍的較大間隔而產(chǎn)生的反射光的任何強(qiáng)度變化。如果對(duì)應(yīng)于發(fā)生相長(zhǎng)和相消干涉的兩個(gè)檢測(cè)波長(zhǎng)范圍彼此足夠靠近，則將降低依賴于波長(zhǎng)的散射效應(yīng)的影響。在一些情況下，影響甚至可以變得可忽略。

對(duì)于寬隔開的檢測(cè)波長(zhǎng)范圍，反向散射的光量取決于(除其他事物之外)處理前后的波長(zhǎng)。這可能消極地影響測(cè)量結(jié)果，并且可能部分或完全掩蔽由測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的依賴于波長(zhǎng)的雙折射效應(yīng)。

光學(xué)系統(tǒng)還可以被配置且布置為將偏振光束聚焦于皮膚外表面下方100微米至1000微米之間的目標(biāo)位置處。在聚焦深度的這一范圍內(nèi)，由于天然膠原的雙折射而產(chǎn)生的光譜調(diào)制將大致恒定。換言之，第一和第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍可以被預(yù)定和/或控制為在身體上并且甚至在不同對(duì)象上的不同位置處的所選聚焦深度處執(zhí)行膠原測(cè)量，而無(wú)任何顯著再校準(zhǔn)。因?yàn)榈谝缓偷诙z測(cè)波長(zhǎng)范圍可以被認(rèn)為是固定的，所以可以大大簡(jiǎn)化根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)，但在實(shí)踐中，由于其他方面(諸如檢測(cè)器的光譜敏感性以及光源的發(fā)射光譜)而可能需要某一程度的再校準(zhǔn)。

在所選的聚焦深度處，第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍還可以被預(yù)定和/或控制為在小于100nm(優(yōu)選地小于50nm，更優(yōu)選地小于30nm，甚至更優(yōu)選地小于20nm)的帶上延伸。在這種實(shí)施例中，可以應(yīng)用包括強(qiáng)度檢測(cè)器和適當(dāng)設(shè)定尺寸的帶通濾波器的合適檢測(cè)器。在實(shí)踐中，這些檢測(cè)波長(zhǎng)范圍可以在所選聚焦深度的變化為50微米或更小時(shí)令人滿意地操作。

在所選的聚焦深度處，第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍的中心波長(zhǎng)與第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍的中心波長(zhǎng)之間的差可以小于300nm，優(yōu)選地小于100nm，更優(yōu)選地小于50nm，甚至更優(yōu)選地小于30nm。當(dāng)在更低階的干涉下執(zhí)行測(cè)量時(shí)，檢測(cè)波長(zhǎng)范圍的中心波長(zhǎng)通常可以具有在300nm至400nm之間的間隔。在更高階的干涉下且在小聚焦深度處，檢測(cè)波長(zhǎng)范圍的中心波長(zhǎng)之間的間隔可以顯著更小。

在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍被預(yù)定和/或控制為限于所述多個(gè)第一波長(zhǎng)區(qū)域中的單個(gè)第一波長(zhǎng)區(qū)域，并且第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍被預(yù)定和/或控制為限于所述多個(gè)第二波長(zhǎng)區(qū)域中的單個(gè)第二波長(zhǎng)區(qū)域，其中，所述多個(gè)第一波長(zhǎng)區(qū)域中的所述單個(gè)第一波長(zhǎng)區(qū)域與所述多個(gè)第二波長(zhǎng)區(qū)域中的所述單個(gè)第二波長(zhǎng)區(qū)域相鄰。在該優(yōu)選實(shí)施例中，測(cè)量系統(tǒng)的第一檢測(cè)器可以包括用以測(cè)量第一光強(qiáng)度的單個(gè)光電二極管，并且測(cè)量系統(tǒng)的第二檢測(cè)器可以包括用以測(cè)量第二光強(qiáng)度的單個(gè)光電二極管。通過僅將兩個(gè)光電二極管用于檢測(cè)，提供了一種緊湊且廉價(jià)的測(cè)量系統(tǒng)。

測(cè)量系統(tǒng)還可以被配置且布置為使得第一檢測(cè)器包括：

至少兩個(gè)檢測(cè)器通道，每個(gè)檢測(cè)器通道被配置且布置為檢測(cè)所述多個(gè)第一波長(zhǎng)區(qū)域中的不同的一個(gè)第一波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的光強(qiáng)度；和

處理器，該處理器耦合到每個(gè)檢測(cè)器通道，并且被配置且布置為從由所述至少兩個(gè)檢測(cè)器通道檢測(cè)的光強(qiáng)度確定第一光強(qiáng)度。

可以有利的是在多個(gè)亮波長(zhǎng)帶內(nèi)執(zhí)行測(cè)量，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度和可靠性。這可以與單個(gè)暗波長(zhǎng)帶中或多個(gè)暗波長(zhǎng)帶中的測(cè)量結(jié)合進(jìn)行。

類似地，可以有利的是測(cè)量系統(tǒng)還被配置且布置為使得第二檢測(cè)器包括：

至少兩個(gè)檢測(cè)器通道，每個(gè)檢測(cè)器通道被配置且布置為檢測(cè)所述多個(gè)第二波長(zhǎng)區(qū)域的不同的一個(gè)第二波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的光強(qiáng)度；和

處理器，該處理器耦合到每個(gè)檢測(cè)器通道，并且被配置且布置為從由所述至少兩個(gè)檢測(cè)器通道檢測(cè)的光強(qiáng)度確定第二光強(qiáng)度。

可以有利的是在多個(gè)暗波長(zhǎng)帶內(nèi)執(zhí)行測(cè)量，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度和可靠性。這可以與單個(gè)亮波長(zhǎng)帶中或多個(gè)亮波長(zhǎng)帶中的測(cè)量結(jié)合進(jìn)行。

根據(jù)本發(fā)明的另外方面的皮膚處理系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)。

膠原的變性例如可以使用聚焦處理能量源(例如，射頻(RF)能量源或超聲能量源或例如提供處理光的光或激光源)來進(jìn)行。測(cè)量系統(tǒng)例如可以在提供處理的RF能量源或激光源的操作期間實(shí)時(shí)測(cè)量變性過程。在處理期間，膠原纖維的長(zhǎng)度變化，直到纖維已經(jīng)收縮至臨界長(zhǎng)度，并且超過該階段的變性處理看起來對(duì)于另外的皮膚處理(例如，嫩膚)不再有效(因?yàn)樵撎幚砦恢锰幍哪z原結(jié)構(gòu)完全被破壞)。處理期間由測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的第一光強(qiáng)度與第二光強(qiáng)度之間的差將逐漸減小，并且例如可以穩(wěn)定在大致為零的差，該大致為零的差指示另外的處理看起來無(wú)效且優(yōu)選地應(yīng)停止，以避免諸如皮膚損傷的不利副作用。

本發(fā)明的這些和其他方面將從下文中所述的實(shí)施例顯而易見且將參照下文中所述的實(shí)施例來闡明。

附圖說明

在附圖中：

圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)；

圖2A是示出了在天然膠原存在于目標(biāo)位置中時(shí)，從目標(biāo)位置反射的光的多個(gè)波長(zhǎng)下的光強(qiáng)度的變化的圖；以及

圖2B是示出了在沒有膠原存在于目標(biāo)位置中時(shí)或在膠原已經(jīng)變性或幾乎完全變性時(shí)，從目標(biāo)位置反射的光的多個(gè)波長(zhǎng)下的光強(qiáng)度的變化的圖。

具體實(shí)施方式

圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的皮膚測(cè)量系統(tǒng)110。測(cè)量系統(tǒng)110被配置且布置用于皮膚160內(nèi)部膠原的基于光的測(cè)量。測(cè)量系統(tǒng)110包括光學(xué)系統(tǒng)130，該光學(xué)系統(tǒng)包括光源120，光源120用于發(fā)出預(yù)定和/或受控源波長(zhǎng)范圍上的光。

光源120優(yōu)選地為發(fā)出較寬波長(zhǎng)光譜的多色源。換言之，光源不應(yīng)為單色的?；蛟贀Q言之，光源應(yīng)為多色或?qū)拵Щ颉鞍咨摹?。技術(shù)人員可以使用本領(lǐng)域中已知的技術(shù)來確定最佳源波長(zhǎng)范圍或帶寬(同時(shí)使用多個(gè)光源，或?qū)拵Ч庠磁c一個(gè)或多個(gè)合適帶通濾波器結(jié)合使用)。

多色或?qū)拵Ч庠吹氖纠秊椋?/p>

具有300-1000nm范圍內(nèi)的發(fā)射光譜的鎢燈；

通常發(fā)出10-100nm范圍(Δλ)內(nèi)的光的超輻射激光二極管(SLD)、或通常發(fā)出50-200nm范圍(Δλ)內(nèi)光的發(fā)光二極管(LED)。

另選地，多色或?qū)拵г纯梢园ㄍ瑫r(shí)操作的兩個(gè)或更多個(gè)單色(或窄帶)源。例如，可以使用第一和第二單色光源，每個(gè)單色光源具有200-500nm范圍內(nèi)的光譜發(fā)射和10-50nm的光譜帶寬。更優(yōu)選地，每個(gè)單色光源可以具有300-400nm范圍內(nèi)的光譜發(fā)射和10-20nm的光譜帶寬。

光學(xué)系統(tǒng)130還包括光學(xué)元件，使得大致在整個(gè)源波長(zhǎng)范圍內(nèi)偏振來自光源120的光束，從而生成偏振光束140，并且使得偏振光束140被引導(dǎo)并聚焦于皮膚外表面下方預(yù)定聚焦深度處的、皮膚160內(nèi)部的目標(biāo)位置。技術(shù)人員可以選擇本領(lǐng)域中已知的光源與光學(xué)元件的任何組合來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。例如，可以結(jié)合偏振元件來提供非偏振光源130，或者可以提供偏振光源130。類似地，可以提供偏振元件的組合，其中，所述偏振元件中的一個(gè)或多個(gè)被包括在光源120中，并且一個(gè)或多個(gè)偏振元件130被包括在光學(xué)系統(tǒng)130中。

在另一個(gè)示例中，透射偏振元件可以被放置為使得它和光源120與皮膚160內(nèi)部的目標(biāo)位置之間的光束相交。測(cè)量系統(tǒng)110將以用于光波長(zhǎng)的寬光譜的相同偏振方向或定向在目標(biāo)位置中提供入射光。例如，可以使用線柵偏振器。

如技術(shù)人員將意識(shí)到的，目標(biāo)區(qū)域處的偏振光束可以通過使用反射偏振元件130(諸如LCOS(硅上液晶)元件)來提供。在一些實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)130中的透射和反射光學(xué)元件的組合也可以是有利的。

光學(xué)系統(tǒng)130提供優(yōu)選地被線性偏振的偏振光束140。

偏振光束140在使用期間在皮膚的外層上入射。大致貫穿整個(gè)源波長(zhǎng)范圍，光學(xué)系統(tǒng)130被預(yù)定和/或控制為使得偏振的方向(或定向)大致相同。

測(cè)量系統(tǒng)110被配置且布置為使得所發(fā)出的光可以穿過皮膚的外層，到達(dá)皮膚外表面下方預(yù)定聚焦深度處的、皮膚內(nèi)部的目標(biāo)位置。聚焦深度被選擇為對(duì)應(yīng)于預(yù)期發(fā)現(xiàn)膠原的深度。

測(cè)量系統(tǒng)110還包括檢測(cè)單元50，該檢測(cè)單元50包括第一檢測(cè)器150和第二檢測(cè)器250。檢測(cè)單元50還被配置為向第一檢測(cè)器150和第二檢測(cè)器250兩者引導(dǎo)從皮膚160中的目標(biāo)位置反射的光145。檢測(cè)單元50還包括本領(lǐng)域中已知的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果，諸如圖1中描繪的50/50分束器和折疊式反射鏡。因?yàn)槟z原測(cè)量與由第一檢測(cè)器150和第二檢測(cè)器250測(cè)量的、并且在第一檢測(cè)器150與第二檢測(cè)器250之間的光強(qiáng)度差有關(guān)，所以可以有利的是將到檢測(cè)器的光束路徑配置為盡可能相等。

第一檢測(cè)器150被配置且布置為檢測(cè)從目標(biāo)位置反射的光145的第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的第一光強(qiáng)度。第二檢測(cè)器250被配置且布置為檢測(cè)從目標(biāo)位置反射的光145的第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的第二光強(qiáng)度。為此目的，例如，每個(gè)檢測(cè)器150、250前面可以是合適設(shè)定尺寸的帶通濾波器。

圖1中未示出的比較器耦合到第一檢測(cè)器150和第二檢測(cè)器250兩者，并且被配置且布置為確定第一光強(qiáng)度與第二光強(qiáng)度之間的差。

測(cè)量系統(tǒng)110被配置為測(cè)量皮膚中預(yù)定聚焦深度處的膠原。這包括預(yù)定和/或控制第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍和第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍。這些波長(zhǎng)范圍可以通過對(duì)寬范圍的對(duì)象和皮膚區(qū)域的測(cè)量來實(shí)驗(yàn)地預(yù)定，或者通過用于所選聚焦深度的計(jì)算機(jī)模擬來預(yù)定。除了其他事物之外，檢測(cè)波長(zhǎng)范圍依賴于膠原的雙折射特性(這是眾所周知的)，并且依賴于光學(xué)路徑長(zhǎng)度，該光學(xué)路徑長(zhǎng)度依賴于皮膚外表面下方的聚焦深度。

例如，基于300-1000nm源波長(zhǎng)范圍內(nèi)的模擬數(shù)據(jù)，可以使用以下波長(zhǎng)范圍。在該示例中，第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍在反射光譜內(nèi)的暗帶的預(yù)期邊界之間延伸，并且第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相鄰暗帶之間具有最高強(qiáng)度(亮帶)的波長(zhǎng)區(qū)域。

1、聚焦深度：250微米±50微米

A、第一階干涉波長(zhǎng)帶

B、第二階干涉波長(zhǎng)帶

C、第三階干涉波長(zhǎng)帶

D、第四階干涉波長(zhǎng)帶

A、第一階干涉波長(zhǎng)帶

B、第二階干涉波長(zhǎng)帶

C、第三階干涉波長(zhǎng)帶

雖然可以使用其中任何階的干涉發(fā)生的波長(zhǎng)區(qū)域，但因?yàn)轭A(yù)期對(duì)于更高階干涉波長(zhǎng)區(qū)域發(fā)生的、檢測(cè)波長(zhǎng)范圍之間的更小間隔減少影響所測(cè)量光強(qiáng)度值的波長(zhǎng)依賴散射，所以優(yōu)選其中更高階干涉發(fā)生的波長(zhǎng)區(qū)域。技術(shù)人員可以使用試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)來確定最適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)范圍。

還可以有利的是測(cè)量系統(tǒng)110還包括處理器，該處理器連接到比較器，并且被配置為基于所測(cè)量的第一光強(qiáng)度與第二光強(qiáng)度之間的差來確定膠原變性的程度。雖然不同差的檢測(cè)可以給出指示膠原存在與否的合適信號(hào)，但其中每個(gè)差測(cè)量與更早差測(cè)量進(jìn)行比較的更復(fù)雜系統(tǒng)可以用于確定處理過程中變性程度和/或變性點(diǎn)。

可選地，處理器可以被提供有附加的數(shù)據(jù)，諸如關(guān)于被處理的人或身體區(qū)域、或處理的細(xì)節(jié)。附加數(shù)據(jù)的示例包括：年齡、皮膚顏色、處理的階段、目標(biāo)位置的定位和身體上的強(qiáng)度測(cè)量位置。在最簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，可以僅對(duì)于更詳細(xì)的報(bào)告而記錄該數(shù)據(jù)。雖然對(duì)本發(fā)明不是必要的，但如果處理器被提供有適當(dāng)?shù)挠?jì)算算法或查找表，則數(shù)據(jù)還可以用于提高膠原測(cè)量的準(zhǔn)確度。

在使用期間，偏振光束140聚焦于皮膚外表面下方預(yù)定聚焦深度處(優(yōu)選地在100-1000微米范圍內(nèi))的目標(biāo)位置處。檢測(cè)器單元從目標(biāo)位置接收反射光145，并且借助第一帶通濾波器將反射光引導(dǎo)到測(cè)量第一光強(qiáng)度的第一檢測(cè)器，并且還借助第二帶通濾波器將反射光引導(dǎo)到測(cè)量第二光強(qiáng)度的第二檢測(cè)器。比較器確定第一光強(qiáng)度與第二光強(qiáng)度之間的差。

眾所周知，天然膠原是雙折射組織構(gòu)成，并且雙折射(Δn)被估算為2.8x10-3-3.0x10-3。當(dāng)線性偏振光與雙折射天然膠原結(jié)構(gòu)互相作用時(shí)，所檢測(cè)的反射光的強(qiáng)度依賴于入射偏振方向相對(duì)于膠原纖維的定向。在一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，由于因身體或區(qū)域吸收一些光引起的光強(qiáng)度測(cè)量的非預(yù)期波動(dòng)，這有時(shí)可以給出錯(cuò)誤的膠原存在估計(jì)。在本發(fā)明中，目標(biāo)位置用寬帶或多色光來照射，使得測(cè)量更可靠(因?yàn)橛捎谄つw中的吸收區(qū)域或身體而產(chǎn)生的波動(dòng)對(duì)膠原存在的整體測(cè)量具有更小的影響)。這種吸收區(qū)域或身體通常僅在窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收。

如果天然膠原以未處理膠原或部分處理膠原或初始狀態(tài)膠原的形式存在于目標(biāo)位置處，則入射寬帶偏振光140與雙折射膠原結(jié)構(gòu)互相作用，這取決于(除了其他事物之外)雙折射膠原纖維的光學(xué)路徑長(zhǎng)度差、入射光的源波長(zhǎng)范圍、雙折射膠原的特性(包括兩個(gè)光束的折射率和雙折射之間的差，該差具有取決于樣本且取決于光的行進(jìn)方向的最大值)，而導(dǎo)致反射光的所測(cè)量光強(qiáng)度中的特定波長(zhǎng)處的最大值和最小值的交替模式。換言之，由目標(biāo)位置中的天然膠原反射的偏振光束140的光的反射光譜包括多個(gè)相鄰的第一和第二波長(zhǎng)區(qū)域，其中，在所述第一波長(zhǎng)區(qū)域中，在偏振光束與天然膠原之間主要存在相長(zhǎng)干涉，并且其中，在所述第二波長(zhǎng)區(qū)域中，在偏振光束與天然膠原之間主要存在相消干涉。反射光譜中的最小值由于相消干涉而可以被觀察為特定頻率處的暗帶。

第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍被預(yù)定和/或控制為限于其中發(fā)生或主要存在相消干涉的波長(zhǎng)區(qū)域。相消干涉形成其中所檢測(cè)光強(qiáng)度較低并且甚至可能近似為零的反射光譜中的暗帶。第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍包括反射光譜中的暗帶中的一個(gè)的至少一部分。通常，第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍可以具有與對(duì)于測(cè)量所選的暗帶的邊界近似相等的邊界，在這種情況下，第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍將包括大致整個(gè)帶。在一些情況下，第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍可以包括暗帶和暗帶外圍處的相鄰亮帶的一小部分。在這些情況下，第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍的大小應(yīng)使得在所檢測(cè)的第二波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，主要存在相消干涉，從而在天然膠原存在于目標(biāo)位置中時(shí)，在第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)量的光強(qiáng)度或平均光強(qiáng)度小于在相鄰第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)量的光強(qiáng)度。

第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍被預(yù)定和/或控制為限于其中發(fā)生或主要存在相長(zhǎng)干涉的波長(zhǎng)區(qū)域。第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍大致可以避免暗帶，換言之，它可以被限于兩個(gè)相鄰暗帶之間的波長(zhǎng)區(qū)域，在該處所測(cè)量光強(qiáng)度較高。第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍包括反射光譜中的亮帶中的一個(gè)的至少一部分。優(yōu)選地，第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍包括其中所測(cè)量光強(qiáng)度處于最高水平(即，處于最亮水平)的波長(zhǎng)區(qū)域，并且優(yōu)選地它包括其中相長(zhǎng)干涉發(fā)生的波長(zhǎng)帶的近似中心部分。這在膠原存在于目標(biāo)位置處時(shí)提供所測(cè)量的第一光強(qiáng)度與第二光強(qiáng)度之間的最大可能差。在一些情況下，第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍可以包括亮帶和亮帶外圍處的相鄰暗帶的一小部分。在這些情況下，第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍的大小應(yīng)使得在所檢測(cè)的第一波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，主要存在相長(zhǎng)干涉，從而在天然膠原存在于目標(biāo)位置中時(shí)，在第一檢測(cè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)量的光強(qiáng)度或平均光強(qiáng)度高于在相鄰第二檢測(cè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)量的光強(qiáng)度。

與已知方法相比，測(cè)量系統(tǒng)提供較簡(jiǎn)單且穩(wěn)定的測(cè)量膠原的方式。所測(cè)量的第一與第二光強(qiáng)度之間的差與未處理或未變性膠原的數(shù)量有關(guān)，從而還可以提供定量測(cè)量。這使得將測(cè)量系統(tǒng)集成到皮膚處理設(shè)備中更簡(jiǎn)單，并且與當(dāng)前可用的測(cè)量系統(tǒng)相比，重復(fù)測(cè)量可以提供對(duì)膠原變性過程的更準(zhǔn)確的監(jiān)控。

檢測(cè)單元50可以為其可以確定暗帶與亮帶之間的反射光的強(qiáng)度差的任何合適布置。

第一檢測(cè)器150和第二檢測(cè)器250可以為較簡(jiǎn)單的光電二極管、或能夠檢測(cè)反射光的強(qiáng)度的任何其他檢測(cè)器，前面是合適選擇的窄帶通濾波器，以選擇用于檢測(cè)的相應(yīng)波長(zhǎng)。

第一檢測(cè)器150可以包括兩個(gè)或更多個(gè)檢測(cè)器通道，每個(gè)檢測(cè)器通道被配置且布置為檢測(cè)其中發(fā)生或主要存在相長(zhǎng)干涉的、反射光的第一波長(zhǎng)區(qū)域中的不同的一個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的光強(qiáng)度。在該實(shí)施例中，測(cè)量系統(tǒng)包括處理器，該處理器耦合到每個(gè)檢測(cè)器通道，并且被配置且布置為從由所述兩個(gè)或更多個(gè)檢測(cè)器通道檢測(cè)的光強(qiáng)度來確定第一光強(qiáng)度。

另選和/或另外地，第二檢測(cè)器150可以包括兩個(gè)或更多個(gè)檢測(cè)器通道，每個(gè)檢測(cè)器通道被配置且布置為檢測(cè)其中發(fā)生或主要存在相消干涉的、反射光的第二波長(zhǎng)區(qū)域中的不同的一個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的光強(qiáng)度。在該實(shí)施例中，測(cè)量系統(tǒng)包括處理器，該處理器耦合到每個(gè)檢測(cè)器通道，并且被配置且布置為從由所述兩個(gè)或更多個(gè)檢測(cè)器通道檢測(cè)的光強(qiáng)度來確定第二光強(qiáng)度。

通過在相長(zhǎng)干涉的兩個(gè)或更多個(gè)不同波長(zhǎng)區(qū)域和/或相消干涉的兩個(gè)或更多個(gè)不同波長(zhǎng)區(qū)域中進(jìn)行測(cè)量，可以提高整體測(cè)量的可靠性。每個(gè)檢測(cè)器通道可以包括單個(gè)光電二極管。

檢測(cè)單元50可以類似地為領(lǐng)域中已知的任何合適布置，諸如分光儀、分光光度計(jì)、光譜儀、分光儀或光譜分析儀。在又一示例中，檢測(cè)單元50例如可以包括檢測(cè)器陣列(諸如CCD陣列)，前面是被適當(dāng)設(shè)定尺寸的光柵，以在CCD陣列上的多個(gè)位置上分布多個(gè)波長(zhǎng)。CCD陣列可以具有范圍在幾毫米與一厘米或多厘米之間的尺寸，并且可以被提供有具有數(shù)十微米節(jié)距的衍射光柵。技術(shù)人員將能夠使用簡(jiǎn)單的試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)來提供對(duì)反射光譜中的暗帶和亮帶的合適散布和檢測(cè)。處理器可以被配置用于比較陣列的區(qū)域，以確定暗帶與亮帶的光強(qiáng)度之間的差。

在測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)施例中，由光源發(fā)出的光束的源波長(zhǎng)范圍的中心波長(zhǎng)在從可見光至紅外光的范圍內(nèi)。光源可以提供例如在300nm至1000nm范圍內(nèi)的多色或?qū)拵Ч狻?yōu)選寬范圍來提高測(cè)量的可靠性，使得可以避免諸如由于發(fā)色團(tuán)吸收特定波長(zhǎng)而引起的錯(cuò)誤最小值。技術(shù)人員可以基于諸如可用光源、要測(cè)量的皮膚的預(yù)期吸收波長(zhǎng)以及制作寬帶線性偏振器的難度的因素來選擇源波長(zhǎng)范圍。

源波長(zhǎng)范圍的中心波長(zhǎng)可以在300納米與2000納米之間。較高強(qiáng)度光源可用的合適紅外波長(zhǎng)為1064nm波長(zhǎng)，該波長(zhǎng)廣泛用于玻璃纖維通信網(wǎng)絡(luò)中。發(fā)出1064納米光的高強(qiáng)度光電二極管是用于根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)中的較好光源(因?yàn)檫@些光電二極管具有較高的強(qiáng)度，仍然較小，且具有所發(fā)出的光到皮膚內(nèi)部目標(biāo)位置中的較好穿透深度)?？梢酝瑫r(shí)使用多個(gè)這種激光二極管來提供多色或?qū)拵г础?/p>

還可以在光學(xué)系統(tǒng)130中提供本領(lǐng)域中已知的附加光學(xué)元件，以進(jìn)一步引導(dǎo)并修改入射光束140和反射光束145。

測(cè)量系統(tǒng)110還可以被配置為排除特定波長(zhǎng)。在皮膚上入射的光波長(zhǎng)140的范圍可以與由光源產(chǎn)生的波長(zhǎng)范圍相同，或者通過提供另外的合適選擇的帶通濾波器，范圍可以與光源120的波長(zhǎng)范圍相比減小。另選或另外地，帶通濾波器可以被置于反射光145的路徑中，以進(jìn)一步改善檢測(cè)。

在實(shí)踐中，還可以有必要校正皮膚中的依賴波長(zhǎng)的吸收和散射損耗。這可以通過合適地修改測(cè)量系統(tǒng)110和/或配置處理器來進(jìn)行。

偏振入射光束140與雙折射膠原纖維的互相作用依賴于入射偏振光束140的偏振方向相對(duì)于膠原纖維軸線的定向，使得還可以有利的是提供在使用期間控制偏振方向的裝置，使得用戶可以確定最佳配置。

圖2A和圖2B描繪了在天然膠原存在于目標(biāo)位置中時(shí)，反射光的所測(cè)量光強(qiáng)度225(沿著縱軸210)相對(duì)于反射光的波長(zhǎng)(沿著橫軸220)的圖。

圖2B示出了在目標(biāo)位置中的膠原已經(jīng)變性且不再可檢測(cè)時(shí)，在處理之后的光強(qiáng)度測(cè)量275。對(duì)于光譜的最低波長(zhǎng)，檢測(cè)最小或零光強(qiáng)度水平。對(duì)于光譜的更高波長(zhǎng)，反射光強(qiáng)度急劇提高。隨著波長(zhǎng)進(jìn)一步增大，反射光強(qiáng)度輕微地增大至整體最大值，其后是光譜的最高波長(zhǎng)的逐漸降低。接近橫軸220，圖2B還描繪了對(duì)應(yīng)于橫軸220的波長(zhǎng)的可見色譜285(范圍從紫色到紅色)。光強(qiáng)度輪廓275未示出與天然膠原的存在關(guān)聯(lián)的特定最小值，并且可見色譜285未示出暗帶。該光強(qiáng)度輪廓275還可以被描述為在目標(biāo)位置中沒有膠原(或具有完全變性的膠原)的、在用寬帶偏振源照射時(shí)的皮膚的反射光譜響應(yīng)。

圖2A示出了強(qiáng)度測(cè)量225和可見光譜235如何被天然膠原的存在而修改。在圖2A中，光強(qiáng)度輪廓225具有與圖2B中所描繪的光強(qiáng)度輪廓275的上光強(qiáng)度水平近似相同的上光強(qiáng)度水平。圖2A的光強(qiáng)度輪廓225包括交替的最大值和最小值，其中，最大值達(dá)到所述上光強(qiáng)度水平，并且最小值達(dá)到最小或零光強(qiáng)度水平。光強(qiáng)度輪廓225近似正弦，其中最小值彼此分離。可見光譜235包括強(qiáng)度最小值225出現(xiàn)的波長(zhǎng)處的暗帶。

在圖2A中，在膠原的處理(變性)之前，最小值中的每一個(gè)與緊鄰的最大值之間的光強(qiáng)度的差是顯著的。例如，每個(gè)最小值處的光強(qiáng)度近似為緊鄰最大值的光強(qiáng)度的0％至20％，并且在許多情況下將達(dá)到零水平。

該近似正弦圖案的幅值的檢測(cè)提供了一種測(cè)量膠原纖維的雙折射的方法。當(dāng)膠原完全變性(或不存在)時(shí)，強(qiáng)度輪廓275和可見光譜285根本不示出最小值或暗帶。反射光譜中的相鄰最大值與最小值之間的光強(qiáng)度的差提供膠原變性程度的指示。

在膠原的熱變性期間，膠原的雙折射特性取決于溫度的升高而損失。通常，膠原從近似40攝氏度加熱到至少65攝氏度，這導(dǎo)致雙折射損失為十分之一。隨著膠原變性，變性的程度可以通過將當(dāng)前情況與處理開始時(shí)的情況進(jìn)行比較或通過將當(dāng)前情況與參照值進(jìn)行比較來確定。

例如在“Skin responses to fractional photothermolysis”(Laubach、Tannous等人，Lasers Surg.Med.，38:142-149(2006))中描述了由熱處理進(jìn)行的膠原變性和膠原纖維收縮。例如在“Collagen denaturation can be quantified in burned human skin using polarization-sensitive optical coherence tomography”(Pierce、Sheridan等人，Burns，30(6)，(2004))中公開了測(cè)量對(duì)膠原收縮的偏振依賴。

測(cè)量系統(tǒng)110還可以被包括在包括處理源的皮膚處理系統(tǒng)中。這種處理源例如可以為RF輻射源或例如用于提供處理光(通常為脈沖式激光束)的激光源。處理源例如可以是在1064nm處具有發(fā)射的Nd:YAG激光器。

處理源光束路徑可以與測(cè)量系統(tǒng)的光束路徑完全分離或部分集成到該光束路徑中。例如，如果處理源是激光器，則所述激光器還可以用作光源120。如果處理束是R.F束，則測(cè)量系統(tǒng)110將在功能上與處理功能完全分離。在這種實(shí)施例中，測(cè)量系統(tǒng)110可以用作用于測(cè)量由處理源進(jìn)行的膠原纖維的變性處理的功效的反饋系統(tǒng)。在這種情況下，比較器還可以連接到處理源以控制處理源，例如來控制處理持續(xù)時(shí)間或處理強(qiáng)度。

測(cè)量系統(tǒng)110可以在變性處理期間連續(xù)執(zhí)行實(shí)時(shí)測(cè)量，或者可以在變性處理期間執(zhí)行若干測(cè)量，該若干測(cè)量一起提供關(guān)于變性過程和變性處理的當(dāng)前狀態(tài)的反饋。

另外或另選地，測(cè)量系統(tǒng)可以被配置且布置為使得入射光束140和反射光束145的路徑部分一致。這可以減小測(cè)量系統(tǒng)的尺寸，并且允許入射光束140和反射光束145兩者與皮膚外層近似垂直。

雖然本發(fā)明特別適于膠原測(cè)量，但技術(shù)人員還將能夠?qū)⒈景l(fā)明配置為用于檢測(cè)其他皮膚雙折射結(jié)構(gòu)(諸如腱、彈性蛋白、毛發(fā))，并且用于監(jiān)控由于對(duì)應(yīng)的處理(諸如光脫毛)而引起的測(cè)量的變化。

還可以有利的是將測(cè)量系統(tǒng)配置并布置為確定多個(gè)類型的皮膚雙折射結(jié)構(gòu)的存在。

應(yīng)注意，上述實(shí)施例說明而不是限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠在不脫離所附權(quán)利要求范圍的情況下設(shè)計(jì)許多另選實(shí)施例。在權(quán)利要求中，置于括號(hào)之間的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求。動(dòng)詞“包括”及其變形的使用不排除除了權(quán)利要求中敘述的那些元件或步驟之外的元件或步驟的存在。元件之前的冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)這種元件的存在。本發(fā)明可以借助于包括若干不同元件的硬件且借助于合適編程的計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在列舉了若干裝置的系統(tǒng)權(quán)利要求中，這些裝置中的若干可以由同一硬件項(xiàng)來具體實(shí)施。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中記載特定措施的簡(jiǎn)單事實(shí)，不指示不可以有利地使用這些措施的組合。