用于診斷皮膚和/或頭皮狀況的裝置的制造方法
【專利摘要】一種用于診斷皮膚和/或頭皮狀況的裝置，包括一個或多個照明幾何結(jié)構(gòu)，其具有帶一個或多個可見或不可見光源的發(fā)射器以及反射器，其中所述光源可以被開閉、改變強度或結(jié)合。所述裝置還包括用于讓專家觀察的目鏡和讓患者觀察其自身皮膚的鏡子。
【專利說明】
用于診斷皮膚和/或頭皮狀況的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種皮膚和頭皮診斷工具，更具體地涉及一種裝置，其功能可以被認為是對傳統(tǒng)伍德燈的改進。
【背景技術(shù)】
[0002]伍德燈發(fā)明于1903年，以其
【發(fā)明人】羅伯特.威廉姆.伍德(Robert WilliamWood)的名字命名，是一種通常用于皮膚病學、美容術(shù)和法醫(yī)學的診斷工具。伍德燈發(fā)射在光譜中波長在320-400nm之間的紫外線，通常在大約365nm處有最大發(fā)射。在本公開的內(nèi)容中，光線或照明要么可以指可見光要么可以指不可見光(例如UV輻射)。
[0003]伍德燈最早是在1925年在美國由Margarot和Deveze將其用于皮膚病學實踐中用來檢查頭發(fā)中的真菌感染。
[0004]如今，伍德燈在現(xiàn)代實踐中的應用已經(jīng)很好地確立了。其主要使用于涉及淺表皮膚感染、色素性疾病、撲啉病(porphyries)、惡性腫瘤、損傷和各種美容狀況的診斷手術(shù)中。伍德燈在對這些狀況進行診斷、將這些狀況與其它狀況相區(qū)別以及定位這些狀況的精確邊界時是有用的。
[0005]伍德燈可以從市場上獲得，其具有各種商品名，例如皮膚掃描儀或皮膚鏡。通常，最常用類型的皮膚鏡的UV源使用四個F10T8 BLB型的熒光黑光管和兩個F6T5 BLB型的燈管構(gòu)建。首字母縮略詞BLB代表Black Light Blue(藍黑光)，表示存在濾掉大部分可見光成分的藍色濾光器。在本文件中，術(shù)語“黑光”指的是這種特殊的燈型，其不是沒有藍色濾光器的BL型。許多燈制造商生產(chǎn)BLB燈型，例如日本的山洋電氣株式會社(Sanyo Denki)。使用該類型燈管的皮膚鏡可從很多制造商獲得。而且，也可以獲得基于相同技術(shù)原理但使用不同形狀燈泡的手持式伍德燈。
[0006]這些類型的伍德燈具有許多缺點。例如，在裝置的運輸過程中，易碎的玻璃熒光管很容易破碎，釋放有毒物質(zhì)(例如汞)。而且因為基于BLB熒光管的裝置需要重的零件，例如鎮(zhèn)流器、金屬反射器、啟動器和機械結(jié)構(gòu)部件，因此此類裝置相對大而笨重。
[0007]而且，在裝置可以被有效使用之前，這些伍德燈的燈管需要幾分鐘的預熱時間。此夕卜，因為這些裝置被頻繁啟動一小段時間，由于這些頻繁啟動帶來的耗損導致燈管需要頻繁更換。
[0008]另一個缺點是這些裝置的電子部件不是節(jié)能的，因此會產(chǎn)生熱量，其中大部分熱量保留在裝置的密閉空間中，導致待在裝置中的人(也被稱為患者)感覺不舒服。
[0009]BLB熒光管在365nm萊i線上產(chǎn)生UV，通常存在一種通常由摻雜銪的氟硼酸鍶、摻雜銪的硼酸鍶或鉛活性硅酸鈣組成的磷光體，其包含在伍德玻璃管的外殼中。
[0010]緊鄰不可見的365nm UV，BLB管中的磷光體產(chǎn)生主要在405nm區(qū)間內(nèi)的可見副產(chǎn)物。盡管這些可見光成分中的一些被認為在某些診斷應用中是有用的，但是當試圖觀察非常微弱的熒光時，其也降低了可見對比度。
[0011]而且，因為這些可見光成分與患者皮膚或皮膚上存在的物質(zhì)或菌群產(chǎn)生的熒光相比看起來相對強烈，觀察結(jié)果的照相捕捉經(jīng)常是困難的。主要因為現(xiàn)代的照相機和智能手機相機在深藍為主的照明中有自動聚焦、增益和白平衡控制的問題。另外，由于CMOS和CCD傳感器的光譜靈敏性與人眼的光譜靈敏性差別顯著，捕捉到的圖像不能很好地展現(xiàn)人所看到的觀察結(jié)果。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)的另一個缺點是醫(yī)生、研究人員或皮膚病醫(yī)生(也被稱為專家)不能容易地將伍德燈下看到的觀察結(jié)果和日光下看到的觀察結(jié)果進行比較，因為對于每一次比較這都需要患者進出裝置;考慮到事實是專家的眼睛需要時間來調(diào)整以適應在目鏡和日光中亮度的巨大差異，這是一個困難的任務。
[0013]此類傳統(tǒng)裝置的另一個的缺陷是通常它們發(fā)射0.5到lmw/cm2范圍內(nèi)的UV輻射。在這樣的能量中，一大部分是在325到350nm范圍內(nèi)和375到390nm范圍內(nèi)輻射，對于許多應用來說，這些波段幾乎沒有價值或甚至有不利的價值。限制UV輻射量是重要的，因為長期和高能級UV輻照被認為對人體皮膚和眼睛是危險的。
[0014]現(xiàn)有技術(shù)的另一個缺陷是不能觀察特定的血管性皮膚病變或分析皮膚表面紋理，例如改變的角質(zhì)化和皺紋。
[0015]為了此目的，數(shù)字成像裝置(如CanfieldVisia膚色分析儀)是可以獲得的，但是因為此類構(gòu)思仍然需要照相，它們不能允許對鏡子中的皮膚狀況進行“實時”觀察或通過攝影機捕捉進行“實時”觀察。
【實用新型內(nèi)容】
[0016]在此提出的本公開可以被認為是一種在皮膚病學和法醫(yī)學領(lǐng)域中使用伍德燈裝置(如皮膚鏡或皮膚掃描儀)的重要改進。相比于這些裝置，在此提出的實用新型是可靠的、低重量的、緊湊的、便于運輸?shù)摹⒐?jié)約能源的并具有較長的壽命，是不含汞物質(zhì)的、發(fā)射較少的有害UV輻射并產(chǎn)生較少的熱量。
[0017]本實用新型另外的優(yōu)點是改善了起因于UV輻射的熒光觀察結(jié)果相對于來自發(fā)射器的可見光投影而言的對比度。另一個優(yōu)點是能夠控制伍德燈光譜的主要成分并且以這種方式為專家在皮膚異?；蚱つw狀況的觀察過程中提供額外的診斷控制參數(shù)。
[0018]其他改進在于能夠在日光、交叉-平行、平行-平行照明和觀察模式之間切換或者能夠逐漸改變照明的光譜成分，使其能夠在不同類型照明下即刻對皮膚損傷或皮膚狀況進行比較。
[0019]這些改進還可以允許捕捉具有改進的質(zhì)量和更高對比度的照片和數(shù)字圖像。
[0020]在此公開的裝置也可以被放到一種照明模式中，該照明模式模仿傳統(tǒng)伍德燈的光譜發(fā)射且以這種方式重新產(chǎn)生照明條件，皮膚病醫(yī)生和美容醫(yī)生在過去用這種照明條件受過訓練。
[0021]本公開的示例性實施例可以提供一種皮膚診斷裝置，其包括:
[0022]第一照明系統(tǒng)，包括一個或多個:
[0023]1.發(fā)射器，其構(gòu)造成:
[0024]a.載體，其上安裝有一個或多個:
[0025]b.單色 LED;
[0026]c.UV 輻射 LED;
[0027]d.白色LED。
[0028]2.反射器，以寬光束將所發(fā)射的射線朝向觀察的表面進行導向，并以這種方式最小化陰影和陰暗圖案的形成。
[0029]3.在光路內(nèi)的漫射元件，其使得射線漫射到一定程度，使其產(chǎn)生沒有投影“熱點”的均勻射線光束并且同時避免將危險能級的源輻射鏡面反射到人眼中去。
[0030]目鏡，使得診斷專家觀察在裝置密閉空間內(nèi)部的患者；
[0031]患者鏡，允許患者用他們自己的眼睛觀察他們的皮膚狀況；
[0032]遮光簾，遮擋環(huán)境光線；
[0033]第二照明和觀察系統(tǒng)，包括:
[0034]1.直接照明目標區(qū)域的可控水平偏振光源；
[0035]2.直接照明目標區(qū)域的可控豎直偏振光源；
[0036]3.在專家觀察窗前方的水平偏振濾光器；
[0037]4.在患者鏡前方的水平偏振濾光器；
[0038]照明控制系統(tǒng)，其允許控制任何單獨的照明源的開關(guān)和強度，并且能夠使得裝置自動停止以將輻照很好地保持在極限范圍之內(nèi)；
[0039]用戶顯示器，顯示當前照明模式的狀態(tài)和設(shè)置。
【附圖說明】
[0040]除了附圖la、lb、lc之外，并入并形成申請文件一部分的附圖圖示了本公開的實施例并且與書面描述一起用于解釋本公開的原理、特點和特征。在附圖中:
[0041 ]圖la、lb、lc示出了現(xiàn)有技術(shù)的裝置的圖像。
[0042]圖2a、2b是患者頭部、專家頭部以及沒有安裝遮光罩的本公開的示例性實施例的透視側(cè)視圖。
[0043]圖3示出了具有遮光罩的該裝置的示例性實施例的透視側(cè)視圖。
[0044]圖4a示出了根據(jù)一些實施例的裝置的側(cè)視圖。
[0045]圖4b示出了自圖4a所示的相同視角的穿透視圖。
[0046]圖5示出了沒有遮光罩的該裝置的示例性實施例的正視圖。
[0047]圖6示出了一個照明幾何結(jié)構(gòu)的光投影的示意圖。
[0048]圖7示出了多個照明幾何結(jié)構(gòu)的光投影的示意圖。
[0049]圖8示出了一個示例性照明幾何結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0050]圖9a、9b、9c、9d示出了光源的投影射線。
[0051 ]圖10示出了現(xiàn)有技術(shù)的BLB型熒光管的光譜發(fā)射圖。
[0052]圖11示出了36511111 UV LED的光譜發(fā)射圖。
[0053]圖12示出了405nm UV LED的光譜發(fā)射圖。
[0054]圖13和14對比示出了現(xiàn)有技術(shù)的BLB管的光譜發(fā)射與本公開包含的發(fā)射器的光譜發(fā)射。
[0055]圖15a、15b、15c是照明幾何結(jié)構(gòu)的示例性實施例的示意圖。
[0056]圖16a、16b圖示了圖15a和15b所示的表面漫射表面光潔度對于“表觀源尺寸”的影響。
[0057]圖17圖示了示例性實施例，其中增加了交叉和平行偏振光和觀察窗。
【具體實施方式】
[0058]在一方面，本公開涉及一種用于觀察頭皮和皮膚狀況的裝置，其包括目鏡3，專家I可以通過該目鏡觀察患者2，患者2的頭部放置在裝置外罩6的前方。使用底座7可以將該裝置放置在桌面上。專家I可以使用控制器4來操作該裝置的功能。在內(nèi)部，設(shè)置過濾窗9用于屏蔽向?qū)＜疑⑸涞腢V射線?；颊?可以在診斷過程中在鏡子8中觀察他/她的皮膚。
[0059]遮光罩10被用于遮擋環(huán)境光線。此類不透光織物可以安裝在螺旋物11狀結(jié)構(gòu)上，以便遮光罩的折疊和緊湊運輸。重疊的幕布簾12防止光線進入該裝置的密閉空間。
[0060]在外罩的內(nèi)部，發(fā)射器14安裝在反射表面13前方。這些反射器的形狀以這種方式構(gòu)造，使得發(fā)射器和反射器的組合形成一種照明幾何結(jié)構(gòu)，其使得寬射線光束16投影在患者2的臉15上。
[0061]該裝置可以配置有多個此類照明幾何結(jié)構(gòu)，使得來自不同角度的重疊射線能夠投影在臉15上，從而產(chǎn)生整個臉15的均勻的無陰影和“熱點”的照明。
[0062]發(fā)射器14可以出于一個19或多個18、20光源而存在。這些18、19、20光源在載體17上緊密地安裝在一起，載體相對于反射器13具有特定的取向，結(jié)果是載體與反射器形狀的結(jié)合產(chǎn)生了照明臉的照明光束。
[0063]例如但不限于，第一光源19可以是產(chǎn)生光束22的白色LED，第二光源20可以是產(chǎn)生光束23的具有峰值波長為365nm的UV LED，且第三光源18可以是產(chǎn)生光束21的具有峰值波長為40511111的1^00
[0064]可以根據(jù)應用增加一些光源，這些光源的發(fā)射光譜被認為是與法醫(yī)學或皮膚病學領(lǐng)域相關(guān)的。不同照明光譜的有用應用的范例可以在例如Mary-Ann Mycek和BrianW.Pogue于2003出版的《生物醫(yī)學熒光手冊》中找到。
[0065]在圖9a、9b、9c中示出了，對于每個光源19、20、18，光束22、23、21投影是非常相似的，這樣使得在物體照明方式非常類似的同時能夠快速切換照明模式。這種在照明中的一致性在皮膚病學領(lǐng)域是非常重要的，因為皮膚損傷外表的小變化容易被誤認為是照明偽影。
[0066]圖9d顯示了本公開非常具體的特征。此處公開的結(jié)構(gòu)在保持非常類似的物體照明模式的同時使不同輻射強度的光源相混合。該特征將在本公開中進一步詳細說明。
[0067]圖10示出了所謂“BLB型”“黑光”的光譜發(fā)射。圖1所示的很多現(xiàn)有技術(shù)中的伍德燈的例子中所使用的熒光管就是這種類型。
[0068]圖10中所示的是常用類型的BLB伍德光管的典型光譜發(fā)射。其示出了典型的汞發(fā)射，尤其是365nm處的1-線和404.5nm處的h-線。外罩中的磷光體產(chǎn)生環(huán)繞1-線峰值發(fā)射的發(fā)射光譜帶26和27。
[0069]在法醫(yī)學和皮膚病學中，共同被稱為伍德光譜的365nm和405nm區(qū)域要么對于觀察隨后來自皮膚的熒光，要么對于直接觀察在照明皮膚的可見藍光成分下照明的皮膚狀況，都是讓人感興趣的。
[0070]在此提出的本公開利用固態(tài)照明和輻射源例如LED或者激光二極管，它們在本文中一同被稱為LED。
[0071]圖11示出了窄波段36511111的1^020的光譜發(fā)射29，其在市場上可以廣泛獲得。該光源20的發(fā)射強度峰值準確地在汞1-線上。
[0072]圖12示出了通?？蓮氖袌錾汐@得的405nmLED的光譜發(fā)射30。此LED的發(fā)射峰值在汞h-線上。LED勝過熒光管的優(yōu)點是使用常用技術(shù)(例如電流驅(qū)動器或脈沖寬度調(diào)制器)容易調(diào)整輻射強度31。
[0073]在圖13中，對比繪制了典型的BLB管(虛線)的發(fā)射光譜與發(fā)射器14的發(fā)射光譜，在發(fā)射器14中，405nm光源18和365nm光源20已經(jīng)被以這樣一種方式驅(qū)動，使得對于人眼來說，照明看上去顯得與傳統(tǒng)的伍德光線相似。在本公開的內(nèi)容中，這也被稱為“仿伍德光線”。
[0074]這特別的LED燈光源20還不具有邊波段27和32，它們是BLB型管固有產(chǎn)生的副產(chǎn)物。以這種方式，本公開沒有將皮膚和眼睛暴露于過多的輻射能中。
[0075]本公開的實用新型允許對每個單獨的光源18、19、20的發(fā)射強度進行逐級控制。特別有趣的是調(diào)整光源18和20，并且以這種方式控制伍德光光譜成分的混合。在圖13和14中，顯示了光源18的強度變化如何影響由發(fā)射器14產(chǎn)生的光譜。
[0076]以這種方式，專家可以研究此類光譜混合變化對于皮膚損傷不同于健康皮膚暴露于這些不同照明混合所反映出的表現(xiàn)的影響。
[0077]圖15a示出了反射器13具有鏡狀表面光潔度。來自發(fā)射器的光線在表面33上朝向16正在被照明的物體鏡面反射33。發(fā)射定律是適用的，意味著相對于法線的入射角34等于反射角36。
[0078]盡管此類鏡面反射在將光線有效投影到目標區(qū)域時是有效率的，但是在此應用中其具有兩個缺陷。第一是發(fā)射器的光學器件中的任何光學雜質(zhì)或不規(guī)則結(jié)構(gòu)或者反射器鏡狀表面光潔度的不規(guī)則結(jié)構(gòu)都會導致投影偽影，例如熱點、投射陰影或者光學投影圖案。
[0079]第二個缺陷是眼睛安全性。如圖16a所示，鏡狀37光潔度會使得來自發(fā)射器的亮光能夠以鏡面方式反射到患者2的眼睛中去。實際上，患者的眼睛直接暴露于UV輻射以及來自光源18、19和20的光線下。
[0080]關(guān)于UV和藍光暴露極限和臨界值的指南由美國政府工業(yè)衛(wèi)生工作者會議(American Conference of Governmental Industrial Hygienists)和歐洲議會和理事會(European Parliament and the Council)出版。特別相關(guān)的出版物是2006/25/EC指令。
[0081]—個最重要的難題是設(shè)計出一種方式將皮膚暴露于UV輻射，這種方式足以做出清楚的診斷觀察同時還遵從眼睛安全指南。
[0082]實際上，在發(fā)展過程中一個重要難題是提出一種方法，其中“表觀光源尺寸”變得足夠大從而將來自所有觀察狀況的眼睛的暴露保持在安全極限之內(nèi)，同時還保持反射器的效率。解決方案在于光漫射元件37的應用。此類漫射元件的例子是粗糙表面或有小面的表面圖案。
[0083]圖15b示出了射線如何在反射器13的表面上漫反射39并從鏡子上以各種角度38輻射出去。
[0084]如圖16所示，“表觀光源尺寸”變得更大44，其有效減少了眼睛暴露在有害輻射中。
[0085]然而，增加反射器表面的漫射能力導致反射器定向反射效率的降低，尤其是在入射角增大的時候。通過根據(jù)區(qū)域改變反射器13表面的漫射能力設(shè)計出一種解決方案。
[0086]圖15c示出了具有小入射角的反射39光線比起以大入射角度反射41的光線可以具有更小的擴散40角。這通過將高漫射紋理施加到具有低入射角的區(qū)域39上而實現(xiàn)。該漫射紋理在更高的入射角處變得更加精細，因此具有窄角度發(fā)射光束42。
[0087]在其范例實施例圖示于圖17中的另一示例性實施例中，該裝置可以額外配置所謂的平行照明45光源和交叉偏振46光源，與在觀察者47前方和患者鏡48前方的線性偏振濾光器組合。
[0088]以這種方式，專家I還可以切換到直接偏振光照明并且在交叉偏振模式下觀察例如在其他模式下不能很好看到的血管性皮膚狀況的觀察結(jié)果以及在平行偏振模式下觀察皮膚表面紋理狀況，如細小皺紋或者角質(zhì)化。
[0089]公開的范例實施例中的尺寸和形狀適合于觀察具有大概為人頭尺寸的物體。然而，在此公開的構(gòu)思可以在尺寸和形狀上進行縮放。例如，本公開的一個替換實施例(未示出)可以被做得更小，因而其可以被用于更小的皮膚區(qū)域上，例如用于臉或身體的一部分上。例如，一個范例設(shè)計方案可以具有倒置的桶的形狀，其覆蓋從下顎、臉頰、鼻子和眼下區(qū)域的臉的一整側(cè)。
[0090]在當前的公開中，專家I可以通過裝置殼體中的觀察口3來觀察患者2。在此實施例的變型中，用于照相機、智能手機或平板的支架可以放置在觀察口 3的位置上。以這種方式，可以觀察并以數(shù)字方式存儲圖像。
【主權(quán)項】
1.用于診斷皮膚和/或頭皮狀況的裝置，其特征在于，包括一個或多個照明單元，每個照明單元包括: -用于福射光束的發(fā)射器;和 -用于對所述發(fā)射器輻射的所述光束進行導向和加寬的光學元件， 其中，所述發(fā)射器包括光源，所述光源是LED，或者所述光源是尺寸和光譜窄波段等同于LED的光源。2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光學元件包括反射器。3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述光學元件包括透鏡。4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述一個或多個照明單元的至少一個包括用于漫射所述光束的光漫射元件。5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述一個或多個照明單元的至少一個包括用于漫射所述光束的光漫射元件。6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述光漫射元件包括分布于所述光學元件的表面的結(jié)構(gòu)。7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述光漫射元件包括分布于所述光學元件的表面的結(jié)構(gòu)。8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)在所述表面上根據(jù)在光束中傳播的光線相對于所述表面的入射角而變化。9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)在所述表面上根據(jù)在光束中傳播的光線相對于所述表面的入射角而變化。10.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，人眼對所述裝置中的或來自所述裝置的光束的暴露符合2006/25/EC指令。11.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，人眼對所述裝置中的或來自所述裝置的光束的暴露符合2006/25/EC指令。12.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器包括多個相應的光源和/或多個不同的光源。13.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器包括UV輻射器，其具有365nm的峰值波長和/或405nm的峰值波長。14.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器能夠輻射白光。15.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述一個或多個照明單元能夠被獨立地打開或關(guān)閉和/或能夠被獨立地改變強度。16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述光源能夠被控制以模擬伍德燈光譜成分。17.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括目鏡。18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述目鏡包括偏振濾光器。19.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括患者鏡。20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述患者鏡包括偏振濾光器。21.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括平行偏振照明光源和/或交叉偏振光源。22.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置與放置于或能夠放置于目鏡附近的照相機相結(jié)合，使得通過所述照相機，能夠存儲通過所述目鏡看到的圖像。23.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括遮光罩以遮擋環(huán)境光線，從而能夠基于由光束中傳播的光線而得到的觀察結(jié)果進行診斷。
【文檔編號】A61B5/00GK205597891SQ201490000667
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年3月10日
【發(fā)明人】W·阿爾克斯特杰
【申請人】西邁技術(shù)控股私人有限公司