БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ СВЕТОМ ДЕРМАТОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
POWER UNIT FOR DEVICE FOR LIGHT TREATMENT OF DERMATOLOGICAL DISEASES

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной патентной заявке США № 61/252369, поданной 16 октября 2009 г., которая в полном объеме включена в настоящую заявку путем отсылки. Настоящая заявка является также родственной обычной патентной заявке США № 12/056612, поданной 27 марта 2008 г., и заявке на промышленный образец США № 29/345041, поданной 8 октября 2009 г., каждая из которых в полном объеме включена в настоящую заявку путем отсылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемая технология относится, в общем, к конструкциям блоков питания для устройства лечения светом дерматологических заболеваний и, в частности, к схемам импульсных блоков питания, допускающим многократное импульсное возбуждение лампы-вспышки для испускания требуемого количества энергии терапевтического света упомянутыми лечебными устройствами, без обеспечения сколько-нибудь значительного количества электрической энергии из заряжаемого конденсатора.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Электромагнитную энергию широко применяют в медицине в течение многих лет. В области дерматологии, лазеры, лампы-вспышки/системы интенсивного импульсного излучения (IPL) и другие источники электромагнитного излучения, в частности, в диапазонах длин волн оптического излучения, стали применять в устройствах лечения дерматологических заболеваний, чтобы навсегда/временно удалять волосы, стимулировать возобновление роста волос, лечить сосудистые и пигментные поражения, уменьшать образование морщин, лечить акне, удалять бородавки, уменьшать образование рубцов, подтягивать кожу, регенерировать кожу, уменьшать целлюлит, удалять татуировки и т.п. Устройства лечения светом дерматологических заболеваний, применяемые для описанных видов лечения, обычно, выполнены с возможностью излучения энергии света терапевтических уровней, с таким управлением, чтобы, по меньшей мере, один световой импульс, направляемый на область кожи, обеспечивал предварительно заданные уровни плотности потока, диапазоны длин волн, продолжительности импульсов и межимпульсной задержки для получения требуемого терапевтического результата. Отсутствие возможности надлежащего управления параметрами излучаемой энергии света может иметь следствием снижение эффективности и/или чрезмерное повреждение для целевой/нецелевой ткани.
Устройства лечения дерматологических заболеваний интенсивным импульсным излучением (IPL), обычно, используют импульсные источники питания со схемами формирования импульсов (называемые также импульсными задающими схемами в настоящей заявке). К сожалению, электрическая схема формирования импульсов в соответствии с известным уровнем техники, обычно, содержит, по меньшей мере, один конденсатор большой емкости, который, при разряде через, по меньшей мере, одну лампу-вспышку, обеспечивает первичную электрическую энергию для импульсного включения лампы-вспышки для излучения терапевтически эффективного количества энергии света. Размер, масса и стоимость упомянутых конденсаторов относительно большой емкости обуславливают большие и высокую стоимость лечебных устройств. Соответственно, необходимо продолжать научно-исследовательские работы для разработки менее габаритных, более легких и экономичных устройств для лечения дерматологических заболеваний, в частности, на потребительском рынке, приведенные задачи являются особенно актуальными.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Импульсные источники питания, выполненные в соответствии с предлагаемой технологией, могут возбуждать/импульсно включать лампы-вспышки устройств лечения дерматологических заболеваний интенсивным импульсным излучением (IPL), с уровнями, достаточными для обеспечения требуемого терапевтического эффекта, без столкновения с ограничениями по размеру, массе и стоимости, характерными для емкостных элементов относительно большой емкости. Посредством возбуждения ламп-вспышек устройства для лечения дерматологических заболеваний таким образом, чтобы генерировать последовательность относительно слабых световых импульсов («слабых» с точки зрения плотности потока и/или продолжительности импульса), совмещенных с особыми местами на временной диаграмме сетевого источника переменного тока, усовершенствованный блок питания не только дает достаточно суммарной энергии света, чтобы можно было нагревать целевые хромофоры (например, меланин) в области кожи, без причинения нежелательного поражения окружающей ткани, но также обеспечивает дополнительную выгоду в том, что соответствующую электрическую энергию, по существу, не требуется отбирать от какого-либо заряжаемого конденсатора. Следовательно, можно значительно уменьшить размеры, массу и стоимость устройств для лечения дерматологических заболеваний, созданных на основе предлагаемой технологии.
В одном иллюстративном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые аспекты предлагаемой технологии можно осуществить в устройстве для лечения дерматологических заболеваний, выполненном с возможностью содействия получению требуемого косметического эффекта в целевой области кожи, например, постоянного/временного удаления волос, уменьшения морщин, лечения акне, удаления бородавок, стимуляции роста волос, уменьшения пигментных и сосудистых поражений, уменьшения образование рубцов, подтягивания кожи, уменьшения целлюлита и т.п. Данное усовершенствованное устройство может содержать, по меньшей мере, одну лампу-вспышку, способную генерировать импульсы и излучать достаточно энергии света для содействия получению требуемого косметического эффекта. В предпочтительном варианте лампа-вспышка наполнена инертным газом, обеспечивающим требуемые спектральные максимумы излучения, например, может быть наполнена ксеноном и/или криптоном и может находиться под давлением, составляющим, например, по меньшей мере, половину атмосферы, по меньшей мере, одну атмосферу и т.п. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, какая-то часть энергии света, излучаемой лампой(ами)-вспышкой(ами), может передаваться в область кожи посредством оптически прозрачного элемента контакта с кожей, имеющего площадь поверхности контакта с кожей не менее 2 квадратных сантиметра. Устройство дополнительно содержит импульсный блок питания с, по меньшей мере, детектором напряжения сети переменного тока, импульсной задающей схемой и схемой управления.
Детектор напряжения сети переменного тока электрически связан с сетевым источником переменного тока и динамически формирует сигнал, коэффициент заполнения которого указывает, когда напряжение сетевого источника соответствует минимальному пороговому рабочему напряжению или превышает его. Упомянутый коэффициент заполнения удобен для определения, обеспечивает ли сетевой источник переменного тока высокое или низкое напряжение сети переменного тока. Сигнал, формируемый детектором напряжения сети переменного тока, может также характеризовать частоту сетевого источника переменного тока.
Импульсная задающая схема электрически связана с лампой(ами)-вспышкой(ами) и сетевым источником переменного тока и обеспечивает достаточно энергии для импульсного включения ламп(ы)-вспышек(ки) в ее/их состоянии дежурной дуги, без отбора значительного количества электрической энергии от заряжаемого конденсатора. По меньшей мере, одна характеристика электрической энергии (например, уровень тока, продолжительность импульса тока и/или интервал межимпульсной задержки), обеспечиваемой импульсной задающей схемой для ламп(ы)-вспышек(ки), основана, по меньшей мере, частично, на коэффициенте заполнения сигнала, формируемого детектором напряжения сети переменного тока. Следовательно, коэффициент заполнения или величина, обратная коэффициенту заполнения, может, по существу, соответствовать длительности импульса излучаемой энергии света. Например, коэффициент заполнения для напряжения сети переменного тока, превышающего минимальное пороговое рабочее напряжение, может быть, по существу, таким же, как или больше, чем продолжительность импульса излучаемой энергии света. Кроме того, импульсная задающая схема может содержать схему фильтрации, которая ослабляет эффект электромагнитного излучения, генерируемого устройством, подключенным к сетевому источнику переменного тока, выпрямительную схему, которая выпрямляет электрическую энергию, обеспечиваемую сетевым источником переменного тока, датчик тока, который обеспечивает показание электрического того через лампу(ы)-вспышку(и), схему импульсного понижающего стабилизатора, которая получает выпрямленную энергию и обеспечивает соответствующий стабилизированный электрический ток через лампу(ы)-вспышку(и) под управлением схемы управления, и ключ, электрически связанный с выпрямителем и импульсным понижающим стабилизатором, который селективно включает передачу выпрямленной электрической энергии в импульсный понижающий стабилизатор.
Схема управления электрически связана с импульсной задающей схемой и детектором напряжения сети переменного тока и селективно включает передачу электрической энергии из импульсной задающей схемы в достаточном количестве, чтобы импульсно включать лампу(ы)-вспышку(и) для излучения терапевтически достаточного количества энергии света и, тем самым, для содействия получению требуемого косметического эффекта. Упомянутые селективные передачи выполняются, по меньшей мере, частично, по сигналу, формируемому детектором напряжения. Кроме того, схема управления может содержать компаратор, электрически связанный с ключом и датчиком тока, который формирует сигнал для управления ключом на основании сравнения показания датчика тока и опорного напряжения, и микропроцессор, электрически связанный с детектором напряжения сети переменного тока и компаратором, который определяет уровень опорного напряжения, по меньшей мере, частично, на основании коэффициента заполнения сигнала, формируемого детектором напряжения. Микропроцессор изменяет опорное напряжение, чтобы обеспечивать излучение энергии света лампой(ами)-вспышкой(ами) в пределах требуемого диапазона плотностей потока. Микропроцессор может дополнительно выключать импульсную задающую схему в ответ на выход из строя системы охлаждения в устройстве, состояние повышенной температуры, пользовательский ввод, невыполнение условия поддерживания устройства в физическом контакте с, по меньшей мере, одной поверхностью в области кожи, состояние ненадлежащей конфигурации и/или состояние ухода за оборудованием.
Устройство для лечения дерматологических заболеваний может также содержать схему дежурной дуги, которая обеспечивает невысокую плотность тока через лампу(ы)-вспышку(и), достаточную, чтобы лампа(ы)-вспышка(и) могла(и) поддерживать свое состояние дежурной дуги. В импульсной задающей схеме можно применить диод для блокирования любой нежелательной электрической энергии, обеспечиваемой во время состояния дежурной дуги, от попадания в другие элементы импульсной задающей схемы и нежелательного влияния на данные элементы. Устройство дополнительно содержит пусковую схему, которая обеспечивает подачу достаточной электрической энергии в лампу(ы)-вспышку(и) для инициирования ионизации в лампе(ах)-вспышке(ах) в начале состояния дежурной дуги.
В предпочтительном варианте устройство для лечения дерматологических заболеваний сконфигурировано так, что его схема управления дает возможность импульсной задающей схеме импульсно включать лампу(ы)-вспышку(и) в предварительно заданной последовательности световых импульсов. Последовательность световых импульсов может содержать, по меньшей мере, два световых импульса (предпочтительно, по меньшей мере, 3 световых импульса), с продолжительностями отдельных импульсов, приблизительно, от 1 микросекунды до 17 миллисекунд (в предпочтительном варианте, приблизительно, от 4 до 6 миллисекунд для систем, подключенных к сетевым источникам переменного тока с частотой 60 Герц, и, приблизительно, от 4 до 8 миллисекунд для систем, подключенных к сетевым источникам переменного тока с частотой 50 Герц), разделенных, например, интервалом межимпульсной задержки, который меньше, чем время тепловой релаксации целевого объекта в пределах области кожи, интервалом межимпульсной задержки, который, по меньшей мере, равен времени тепловой релаксации нецелевой ткани (например, эпидермы), и/или который, по меньшей мере, частично, зависит от типа кожи, соответствующего области кожи. В некоторых вариантах осуществления последовательность световых импульсов повторяется, по меньшей мере, один раз в секунду (предпочтительно повторяется через каждые 0,5-0,75 секунд). В других вариантах осуществления последовательность световых импульсов повторяется с интервалами больше, чем одна секунда (например, с интервалами больше, чем или равными 2 секундам). В некоторых вариантах осуществления последовательность световых импульсов повторяется с переменными интервалами, устанавливаемыми на основании, например, по меньшей мере, одного измерения температуры внутри переносного корпуса, который вмещает лампу(ы)-вспышку(и).
2
2
Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления последовательность световых импульсов настраивается для получения требуемого косметического эффекта в области кожи. В наглядном варианте эксплуатации, в котором требуется временное удаление волос, устройство можно сконфигурировать так, чтобы последовательность световых импульсов обеспечивала суммарную плотность потока последовательности, приблизительно, 5-10 Дж/см (в предпочтительном варианте, приблизительно, 6-8,5 Дж/см) в целевой области кожи, с продолжительностями отдельных импульсов, приблизительно, 3-8 мс и интервалами межимпульсной задержки, приблизительно, 3-15 мс и содержала длины волн, по меньшей мере, в диапазоне, приблизительно, 850-1000 нм.
В другом наглядном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые аспекты предлагаемой технологии можно осуществить в устройстве для лечения дерматологических заболеваний, которое содержит, по меньшей мере, одну лампу-вспышку, способную генерировать импульсы, детектор напряжения сети переменного тока и схему управления. Лампа(ы)-вспышка(и) выбрана(ы) так, чтобы обеспечивать возможность излучения достаточной энергии света для содействия получению требуемого косметического эффекта в области кожи. Детектор напряжения сети переменного тока динамически формирует сигнал, коэффициент заполнения которого указывает, когда напряжение сети переменного тока превышает минимальное пороговое рабочее напряжение. Данное минимальное пороговое рабочее напряжение соответствует уровню электрической энергии, достаточному для импульсного включения ламп(ы)-вспышек(ки) (когда лампа-вспышка находится в состоянии дежурной дуги), чтобы излучать терапевтически эффективное количество энергии света в область кожи. Схема управления электрически связана с детектором напряжения сети переменного тока и селективно включает пропускание требуемого тока через лампу(ы)-вспышку(и), по меньшей мере, частично, на основании сигнала, формируемого детектором напряжения сети переменного тока.
В еще одном наглядном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые аспекты предлагаемой технологии можно осуществить в устройстве для лечения дерматологических заболеваний, которое содержит, по меньшей мере, одну лампу-вспышку, способную генерировать импульсы, память и импульсную задающую схему. Лампа(ы)-вспышка(и) выбрана(ы) так, чтобы обеспечивать возможность излучения достаточной энергии света для содействия получению требуемого косметического эффекта в области кожи. Память хранит, по меньшей мере, одно предварительно заданное значение, которое указывает, по меньшей мере, одну характеристику ламп(ы)-вспышек(ки). Импульсная задающая схема электрически связана с лампой(ами)-вспышкой(ами) и периодически импульсно включает лампу(ы)-вспышку(ки) (когда лампа-вспышка находится в состоянии дежурной дуги), чтобы излучать терапевтически эффективное количество энергии света в область кожи. Электрическая энергия, подаваемая импульсной задающей схемой в лампу(ы)-вспышку(ки), не содержит сколько-нибудь значительной электрической энергии из заряжаемого конденсатора и задается, по меньшей мере, частично, на основании предварительно заданного(ных) значения(ний), хранимого(мых) в памяти.
В еще одном наглядном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые аспекты предлагаемой технологии можно осуществить в устройстве для лечения дерматологических заболеваний, которое содержит, по меньшей мере, одну лампу-вспышку, память и импульсный блок питания. Память хранит, по меньшей мере, одно предварительно заданное значение, которое указывает, по меньшей мере, одну характеристику ламп(ы)-вспышек(ки). Импульсный блок питания способен периодически импульсно включать лампу(ы)-вспышку(ки), без ограничения какой-либо продолжительностью заряда конденсатора и без поддержки сколько-нибудь значительной электрической энергией из заряжаемого конденсатора, с достаточной электрической энергией для возбуждения излучения лампой(ами)-вспышкой(ами) последовательности световых импульсов, достаточных для содействия получению требуемого косметического эффекта в области кожи. Кроме того, количество электрической энергии, подаваемой импульсным блоком питания, задается, по меньшей мере, частично, на основании предварительно заданного(ных) значения(ний), хранимого(мых) в памяти.
В еще одном наглядном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые аспекты предлагаемой технологии можно осуществить в устройстве для лечения дерматологических заболеваний, которое содержит, по меньшей мере, одну лампу-вспышку, способную генерировать импульсы, детектор напряжения сети переменного тока и импульсную задающую схему. Детектор напряжения сети переменного тока электрически связан с сетевым источником переменного тока и динамически формирует указание, когда напряжение сети переменного тока соответствует, превышает или является ниже минимального порогового рабочего напряжения. Импульсная задающая схема подает в лампу-вспышку импульсную электрическую энергию, которая возбуждает излучение лампой достаточно импульсной энергии света для содействия получению требуемого косметического эффекта в области кожи. Продолжительность импульса импульсной энергии света может допускать регулировку на основании указания, формируемого детектором напряжения сети переменного тока.
В еще одном наглядном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые аспекты предлагаемой технологии можно осуществить в устройстве для лечения дерматологических заболеваний, которое содержит источник оптического излучения (например, по меньшей мере, один лазер, светоизлучающий диод, по меньшей мере, одну лампу-вспышку и/или одну лампу или светоизлучающий элемент другого типа), переносной корпус, вмещающий источник оптического излучения, температурный датчик, который измеряет, по меньшей мере, одну температуру внутри корпуса (при этом, упомянутые температуры зависят, главным образом, от работы источника оптического излучения), схему блока питания, которая возбуждает источник оптического излучения, и схему управления, которая управляет блоком питания, по меньшей мере, частично, на основании измеренной температуры. В частности, схема блока питания способна периодически включать источник оптического излучения в импульсном режиме таким образом, чтобы источник оптического излучения излучал первую последовательность световых импульсов, которая достаточна для содействия получению требуемого косметического эффекта в области кожи. Кроме того, схема управления может селективно включать схему блока питания, чтобы импульсно включать источник оптического излучения для излучения второй последовательности световых импульсов, при этом, временной интервал между первой и второй последовательностями световых импульсов является регулируемым на основании, по меньшей мере, одной температуры, измеренной внутри переносного корпуса температурным датчиком.
В еще одном наглядном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые аспекты предлагаемой технологии можно осуществить в устройстве для лечения дерматологических заболеваний, которое содержит, по меньшей мере, одну лампу-вспышку, память (например, EEPROM (электрически программируемую постоянную память)), хранящую, по меньшей мере, одно предварительно заданное значение, указывающее, по меньшей мере, одну характеристику ламп(ы)-вспышек(ки), сменный картридж, который содержит лампу(ы)-вспышку(и) и память и облегчает периодическую замену ламп(ы)-вспышек(ки), блок питания, способный возбуждать лампу-вспышку для генерации оптического излучения, достаточного для содействия получению требуемого косметического эффекта в области кожи, и схему управления, связанную с блоком питания и памятью, которая периодически задает блоку питания увеличивать электрический ток, подаваемый через лампу(ы)-вспышку(и), по меньшей мере, частично, на основании предварительно заданного значения, хранимого в памяти. По меньшей мере, одно предварительно заданное значение, хранимое в памяти, может указывать характеристику старения (например, постепенное снижение светового выхода) ламп(ы)-вспышек(ки) и/или эффективность ламп(ы)-вспышек(ки).
В еще одном наглядном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые аспекты предлагаемой технологии можно осуществить в сменном картридже для устройства для лечения дерматологических заболеваний, при этом, упомянутый сменный картридж содержит, по меньшей мере, одну лампу-вспышку и память, механически соединенную с лампой(ами)-вспышкой(ами) (механическое соединение можно обеспечить, например, с использованием корпуса картриджа, который выдерживает расположение ламп(ы)-вспышек(ки) относительно памяти). Память хранит, по меньшей мере, одно предварительно заданное и/или динамически формируемое значение, которое указывает, по меньшей мере, одну характеристику ламп(ы)-вспышек(ки), например, характеристику старения, эффективность, диапазон фильтруемых длин волн, излучаемых лампой(ами)-вспышкой(ами), (при этом, целесообразно, чтобы сменный картридж был предназначен для отдельного диапазона цветов кожи или типов кожи), максимальное число вспышек ламп(ы)-вспышек(ки) и/или начальную величину электрического тока, необходимого для возбуждения ламп(ы)-вспышек(ки) для генерации оптического излучения, достаточного для содействия получению требуемого косметического эффекта в области кожи. Предварительно заданное значение, хранимое в памяти, может также указывать, что лампа(ы)-вспышка(и), содержащаяся(щиеся) в сменном картридже, разрешена(ы) для использования в данном сменном картридже. Корпус сменного картриджа вмещает лампу-вспышку и память и дополнительно содержит вентиляционный участок, имеющий сечение в виде жалюзи или шеврона, что облегчает охлаждение лампы-вспышки, при одновременном блокировании, по меньшей мере, части светового излучения, исходящего от концов электродов лампы-вспышки.
В еще одном наглядном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые аспекты предлагаемой технологии можно осуществить в устройстве для лечения дерматологических заболеваний, которое содержит, по меньшей мере, одну лампу-вспышку, способную генерировать импульсы и излучать достаточно энергии света для содействия получению требуемого косметического эффекта в области кожи, наряду с окном, выполненным с возможностью изоляции поверхности кожи в области кожи от, по меньшей мере, какой-то части неподходящего тепла, выделяемого во время работы устройства. В предпочтительном варианте окно содержит первую панель и вторую панель из оптически прозрачного материала, с герметизированным пространством, ограниченным между панелями. Вторая панель может содержать отражательные покрытия, которые отражают обратно к лампе-вспышке, по меньшей мере, некоторую часть излучаемого света с длинами волн меньше, чем, приблизительно, 600 нанометров, и, предпочтительно, состоит из оптически прозрачного материала, который поглощает, по меньшей мере, некоторую часть инфракрасного излучения лампы-вспышки (например, с длинами волн больше, чем приблизительно 2000 нанометров). Первая панель состоит, предпочтительно, из оптически прозрачного материала с концентрацией гидроксильной составляющей меньше, чем или равной, приблизительно, 5 частям на миллион, и предназначена для укладки на поверхность кожи в области кожи, подлежащей воздействию со стороны устройства. Герметизированное пространство между двумя панелями может содержать вакуум или некоторое количество воздуха или другого газа.
В другом наглядном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые аспекты предлагаемой технологии можно осуществить в устройстве для лечения дерматологических заболеваний, которое содержит, по меньшей мере, одну лампу-вспышку, которая способная генерировать импульсы и излучать достаточно энергии света в состоянии генерации импульса для содействия получению требуемого косметического эффекта в области кожи, вместе с рефлектором, оптическим волноводом и оптически прозрачным окном. Рефлектор оптически связан с лампой(ами)-вспышкой(ами) и выполнен с возможностью отражения, по меньшей мере, некоторой части энергии света, излучаемой лампой(ами)-вспышкой(ами). Оптический волновод оптически связан с рефлектором и выполнен с возможностью переноса, по меньшей мере, некоторой части энергии света, отраженной рефлектором. Оптически прозрачное окно оптически связано с оптическим волноводом и выполнено с возможностью получения, по меньшей мере, некоторой части энергии света, переносимой оптическим волноводом. Оптический волновод, обычно, разнесен с рефлектором и/или окном на предварительно заданное расстояние, когда лампа-вспышка не находится в своем состоянии генерации импульса, но данное расстояние существенно уменьшается и, в некоторых вариантах осуществления, по существу, исключается, когда лампа-вспышка находится в своем состоянии генерации импульса (например, при излучении, по меньшей мере, одной последовательности интенсивного импульсного излучения). Выдерживание предварительно заданного значения расстояния, когда лампа(ы)-вспышка(и) не излучают последовательность световых импульсов, облегчает охлаждение устройства, а существенное уменьшение расстояния во время излучения последовательности световых импульсов повышает оптическую эффективность устройства за счет временного ослабления охлаждения, по меньшей мере, части устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеприведенное краткое описание легче понять из нижеследующего подробного описания предлагаемой технологии, взятого в связи с прилагаемыми чертежами, при этом, одинаковые или взаимосвязанные цифровые позиции служат для сходных элементов на различных чертежах, на которых:
Фиг. 1 - перспективное изображение наглядного устройства для лечения дерматологических заболеваний, выполненного и применяемого в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми аспектами предлагаемой технологии;
Фиг. 2A-2G - различные виды в перспективе наглядного сменного светоизлучающего картриджа с двумя лампами-вспышками, которые можно использовать в устройстве для лечения дерматологических заболеваний, показанном на фиг. 1, где на фиг. 2A и 2B показана передняя сторона картриджа, на фиг. 2C-2E показана задняя сторона картриджа, вместе с наглядными конфигурациями контактов, и на фиг. 2F-2G представлены виды в разрезе картриджа с наглядными схемами вентиляции в форме жалюзи или шевронов;
Фиг. 3A-3E - фигуры, по существу, идентичные фиг. 2A-2E, за исключением того, что на данных фигурах представлен примерный вариант осуществления, в котором сменный светоизлучающий картридж содержит единственную лампу-вспышку;
Фиг. 4 - высокоуровневая схема системы устройства для лечения дерматологических заболеваний, содержащего наглядный импульсный блок питания, действующий в соответствии с вариантом осуществления предлагаемой технологии;
Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций наглядного способа работы устройства для лечения дерматологических заболеваний, показанного на фиг. 4, в соответствии с вариантом осуществления предлагаемой технологии;
Фиг. 6 - диаграмма сигнала, представляющая состояния высокого или низкого напряжения сети переменного тока, которые могут возникать в сетевом источнике выпрямленного переменного тока, относительно минимального порогового рабочего напряжения, достаточного для работы устройства для лечения дерматологических заболеваний, показанного на фигуре. 4;
Фиг. 7 - диаграмма сигнала для наглядного сигнала, формируемого детектором напряжения сети переменного тока, который указывает частоту и состояния высокого или низкого напряжения сети переменного тока для сетевого источника выпрямленного переменного тока, показанные на фиг. 6;
Фиг. 8 - диаграмма сигнала, представляющая наглядную временную диаграмму напряжения, подаваемого на, по меньшей мере, одну лампу-вспышку в устройстве лечения светом дерматологических заболеваний в ответ на срабатывание схемы дежурной дуги, пусковой схемы и импульсной задающей схемы, показанных на фиг. 13-15, под управлением схемы управления, показанной на фиг. 16, в соответствии со способом, приведенным на фиг. 5;
Фиг. 9 - диаграмма сигнала, представляющая наглядную временную диаграмму тока, проходящего через, по меньшей мере, одну лампу-вспышку и соответствующего временной диаграмме напряжения, показанного на фиг. 8;
Фиг. 10 - диаграмма сигнала, представляющая световое излучение, по меньшей мере, одной лампы-вспышки, когда на/через упомянутую, по меньшей мере, одну лампу-вспышку подается/пропускается напряжение и ток, имеющие временные диаграммы, представленные на фиг. 8 и 9;
Фиг. 11 - наглядная температурная кривая целевой ткани, находящейся в области кожи под эпидермой, при воздействии светового излучения, представленного на фиг. 10;
Фиг. 12 - наглядная температурная кривая нецелевой эпидермальной ткани, при воздействии светового излучения, представленного на фиг. 10;
Фиг. 13 - принципиальная схема наглядной схемы дежурной дуги блока питания, предназначенной для управления работой устройства лечения светом дерматологических заболеваний в соответствии с вариантом осуществления предлагаемой технологии;
Фиг. 14 - принципиальная схема наглядной пусковой схемы блока питания, предназначенной для управления работой устройства лечения светом дерматологических заболеваний в соответствии с вариантом осуществления предлагаемой технологии;
Фиг. 15 - принципиальная схема наглядной импульсной задающей схемы блока питания, предназначенной для управления работой устройства лечения светом дерматологических заболеваний в соответствии с вариантом осуществления предлагаемой технологии; и
Фиг. 16 - принципиальная схема наглядной схемы управления блока питания, предназначенной для управления работой устройства лечения светом дерматологических заболеваний в соответствии с вариантом осуществления предлагаемой технологии.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Если нет иного указания, то наглядные варианты осуществления можно рассматривать с точки зрения представления примерных признаков изменяемых отдельных элементов некоторых вариантов осуществления, и, поэтому, если нет иного указания, то признаки, компоненты, модули, элементы, схемы и/или аспекты, представленные на изображениях можно объединять, соединять между собой, упорядочивать, разделять, заменять, устанавливать и/или переставлять иным образом, без существенного отклонения от предлагаемых систем или способов. Кроме того, элементы, показанные на чертежах, предназначены, главным образом, для облегчения понимания предлагаемой технологии и не обязательно изображены в масштабе.
В целях настоящего описания, термин «схема» относится к взаимосвязи электрических (аналоговых или цифровых), электронных, оптических, акустических, механических, магнитных, электромеханических, электрооптических, оптоэлектронных, фотонных, электромагнитных и/или электроакустических и т.п. элементов, расположенных, по существу, любым образом или в любом сочетании, подходящим для выполнения, по меньшей мере, одной требуемой функции. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что функции, описанные для конкретной схемы, могут быть заложены в, по меньшей мере, одну другую схему, что отдельные элементы схемы могут совместно применяться разными схемами, и/или что сами схемы можно объединять, соединять между собой, разделять и/или организовывать иным образом, без неблагоприятного влияния на порядок работы предлагаемой технологии, и, следовательно, предназначены только для пояснения.
Если прямо не заявлено противоположное, термин «по существу» можно истолковывать расширительно для указания точной взаимосвязи, состояния, схемы расположения, ориентации и/или другой характеристики, а также отклонений от них, в смысле, понятном специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники, в той мере, в которой упомянутые отклонения не оказывают существенного влияния на предлагаемые способы и системы.
Кроме того, термины «свет» и «оптическое излучение» применяются равнозначно, и ссылки на «длины волн» относятся к оптическому излучению, содержащему длины волн такого типа, который описан в данной связи. Термины «устройство» и «система» также применяются равнозначно, как термины «схема» и «блок питания».
Устройство лечения светом дерматологических заболеваний, обычно, использует спектральное излучение, по меньшей мере, одного лазера, лампы-вспышки и/или LED (светоизлучающего диода), чтобы обеспечивать достаточное оптическое излучение для теплового лечения требуемого состояния эпидермы или дермы. Лампы-вспышки, в частности, обеспечивают универсальное и недорогое средство для генерации интенсивных импульсов света в диапазоне требуемых длин волн, который можно настраивать (фильтрацией и/или преобразованием длин волн) для содействия получению требуемого косметического или некосметического эффекта в целевой области кожи.
Лампы-вспышки являются газоразрядными устройствами, содержащими оптически прозрачный баллон (выполненный, например, из плавленого кварца/диоксида кремния, боросиликата или подобного материала), который герметизирован на каждом конце электродного узла и наполнен инертным газом (например, ксеноном, криптоном и т.п.) под требуемым давлением (равным, например, половине атмосферы, одной атмосфере и т.п.). Перед испусканием оптического излучения, полное сопротивление лампы-вспышки является, сначала, относительно высоким из-за сопротивления неионизированного инертного газа между катодом и анодом. Чтобы излучать оптическое излучение, газ внутри лампы-вспышки требуется ионизировать, что также приведет к существенному снижению полного сопротивления. Упомянутую ионизацию можно реализовать приложением пускового импульса высокого напряжения (например, 6-10 киловольт длительностью от 200 наносекунд до 1 миллисекунд) на электродный узел лампы-вспышки, с использованием схемы внешнего запуска, запуска с последовательным поджигом или псевдопоследовательным поджигом, как известно специалистам в данной области техники. Как только газ ионизируется, газ излучает оптическое излучение в широком спектре длин волн. Количество излучаемого оптического излучения зависит, по меньшей мере, частично, от степени ионизации газа, на которую влияет плотность электрического тока, пропускаемого между электродами после пускового импульса. Повышенные плотности тока вызывают интенсивное световое излучение (состояние, называемое в настоящей заявке «состоянием генерации импульса» лампы-вспышки), тогда как низкие плотности тока вынуждают ионизированный газ проявлять себя в виде узкого светящегося стримера между электродами лампы-вспышки (состояние, называемое в настоящей заявке «состоянием дежурной дуги» лампы-вспышки). Срок службы лампы-вспышки сокращается по мере того, как увеличивается продолжительность подачи и максимальное значение электрической энергии, подводимой во время состояния генерации импульса, при этом, в конечном счете, лампа-вспышка выходит из строя в результате сильного взрыва, разрушающего ее оптически прозрачный баллон, или в результате постепенного ослабления излучения света. Когда требуется последовательность интенсивных световых импульсов, лампа-вспышка, предпочтительно, находится в состоянии дежурной дуги или в состоянии генерации импульса с относительно низким уровнем интенсивности в период между импульсами, чтобы ослаблять термический и механический удар, испытываемый лампой-вспышкой, и, тем самым, продлить срок ее эксплуатации.
Разработчики устройств для лечения дерматологических заболеваний с использованием ламп-вспышек затрачивают значительные усилия на разработку блоков питания, способных возбуждать лампы-вспышки для генерации оптического излучения с требуемым профилем импульса, при одновременном обеспечении надежных рабочих характеристик блока питания, коммерчески-обоснованного расчетного срока службы ламп-вспышек и низкой стоимости устройства/блока питания. Приведенный конфликт интересов оказался сложно решаемой задачей и вынудил изготовителей известных устройств применять дорогие блоки питания на основе конденсаторов, которые накапливают большие количества электрической энергии, которая возбуждает лампы-вспышки с микропроцессорным управлением, то есть, отдать предпочтение формированию требуемого профиля светового импульса в ущерб стоимости устройств/блоков питания. Особо следует заметить, что известные устройства традиционно применялись в условиях клиник, где стоимость является важным, но второстепенным фактором. Напротив, коммерческий успех устройств, предназначенных для потребительского рынка, зависит от обеспечения соответствующей эффективности лечения, при намного сниженной стоимости.
Авторы настоящего изобретения, обнаружили, что существует несколько последовательностей световых импульсов для лечения любого конкретного дерматологического заболевания, и что можно производить рациональный выбор среди упомянутых последовательностей (и точную синхронизации, при реализации упомянутый последовательностей световых импульсов относительно временной диаграммы входного переменного тока), чтобы электрическую энергию, обеспечиваемую источником питания для возбуждения ламп(ы)-вспышек(ки) в состоянии генерации импульса, можно было отбирать, по существу, непосредственно из сети переменного тока и без подачи сколько-нибудь значительной электрической энергии из заряжаемых конденсаторов (например, с обеспечением от конденсаторов менее, чем, приблизительно, 10% от требуемой электрической энергии, с отбором остальной энергии из сети переменного тока), что обеспечивает, в результате, недорогое и эффективное устройство для лечения дерматологических заболеваний, которое оказывается коммерчески конкурентным на потребительском рынке. Например, предлагаемую технологию можно применить в наглядном устройстве для лечения светом дерматологических заболеваний, предназначенном для временного удаления волос, в котором сетевой источник переменного тока обеспечивает 120 Вольт при 60 Гц (при этом, продолжительность каждого полупериода составляет 8,3 миллисекунд), и, в данном случае, устройство можно сконфигурировать для излучения последовательности световых импульсов, содержащую множество импульсов (например, 4 импульса), обеспечивающих на поверхности воздействия на кожу суммарную плотность потока, приблизительно, 6-8,5 Джоулей на квадратный сантиметр, при длительности импульса каждого импульса до, приблизительно, 5,8 миллисекунд (соответствующей такому участку 8,3-миллисекундного полупериода переменного тока, который превышает показанное минимальное пороговое рабочее напряжение) и межимпульсной задержкой, приблизительно, 2,5 миллисекунд (соответствующей такому участку полупериода переменного тока, который опускается ниже минимального порогового рабочего напряжения после максимума периода, вместе с участком следующего полупериода переменного тока, который повышается до минимального порогового рабочего напряжения). Выбор упомянутой наглядной последовательности световых импульсов позволяет отбирать большую часть электрической энергии, подаваемой в лампу-вспышку во время ее состояния генерации импульса, по существу, непосредственно от выпрямленного двухполупериодного сетевого источника переменного тока в течение периода времени, когда напряжение сети переменного тока больше, чем или равно, приблизительно, 107 Вольт (напряжению, соответствующему показанному минимальному пороговому рабочему напряжению). Аналогично, наглядная последовательность световых импульсов (содержащая, например, 3 импульса), в которой каждый импульс имеет длительность до, приблизительно, 7 миллисекунд, при межимпульсной задержке, приблизительно, 3 миллисекунды, пригодна в условиях, когда сетевой источник переменного тока обеспечивает напряжение 240 Вольт при 50 Гц (при этом, продолжительность каждого полупериода составляет 10 миллисекунд).
Кроме того, предлагаемую технологию можно настроить так, чтобы обеспечить фиксированную длительность импульсов для каждого из отдельных импульсов в последовательности световых импульсов и/или фиксированной суммарной длительности импульсов для самой последовательности световых импульсов, чтобы гарантировать повторяемость точно контролируемых параметров лечебно-оздоровительной энергии во время одного или разных сеансов лечения. Например, в сценарии, при котором требуются фиксированные длительности импульсов, при использовании предлагаемой технологией сначала определяется, имеет ли участок полупериода переменного тока, превышающий минимальное рабочее напряжение, продолжительность, достаточную для поддержки длительности импульса электрической энергии, используемой для импульсного включения, по меньшей мере, одной лампы-вспышки в устройстве для лечения дерматологических заболеваний. Если в полупериоде переменного тока определяется достаточная продолжительность, то предлагаемая технология обеспечивает работу устройства для лечения дерматологических заболеваний в таком режиме, что данное устройство возбуждает лампу-вспышку для излучения терапевтических уровней оптического излучения в течение периода времени, когда уровень в полупериоде переменного тока равен минимальному рабочему напряжению или выше него. Если продолжительность полупериода переменного тока не достаточна для возбуждения ламп-вспышек в требуемом режиме, то определяется и сообщается пользователю состояние сбоя устройства для лечения дерматологических заболеваний.
Аналогично, возможно, полезно обеспечить определенную регулировку длительностей импульсов для отдельных импульсов, при условии, что суммарная длительность импульсов в последовательности световых импульсов остается постоянной. Например, длительность импульса первого импульса в последовательности световых импульсов может быть несколько короче, чем длительности других импульсов потому, что первый импульс зажигается вблизи максимума полупериода переменного тока (намного выше минимального порогового рабочего напряжения), для облегчения запуска ламп-вспышек, без уменьшения суммарного терапевтического оптического излучения, подводимого к целевой области воздействия на кожу последовательностью световых импульсов.
В альтернативном варианте предлагаемую технологию можно реализовать в более гибкой системы для обеспечения изменяемых длительностей импульсов для отдельных импульсов и/или для самой последовательности световых импульсов, чтобы динамически учитывать состояния падения или «снижения напряжения сети», которые могут возникать в сетевом источнике переменного тока, ухудшение характеристик лампы-вспышки, изменение типов кожи в разных областях воздействия на кожу, или в других обстоятельствах, в которых возможно измерение условий эксплуатации или лечения. Например, и для надлежащей работы в разных состояниях повышения или снижения напряжения сети, которые могут иметь место в сетевом источнике переменного тока, предлагаемая технология может содержать детектор напряжения сети переменного тока, который динамически определяет такой участок полупериода переменного тока, который превышает минимальное пороговое рабочее напряжение, независимо от конкретного состояния электрической энергии, получаемой при посредстве сетевого источника переменного AC, и, затем, использует процессор для определения (методом вычисления, табличного поиска или другим методом) подходящих длительностей импульсов, межимпульсных задержек и/или последовательностей импульсов, которые способны возбуждать, по меньшей мере, одну лампу-вспышку для облучения терапевтически эффективным количеством энергии света представляющую интерес область кожи.
Кроме того, предлагаемая технология позволяет таким образом изменять минимальное пороговое рабочее напряжение в ответ на ухудшение характеристик/старение лампы-вспышки, чтобы порог периодически повышался для облегчения подведения более сильного электрического тока и, тем самым, более интенсивного возбуждения ламп-вспышек, чтобы обеспечивать относительно постоянный световой выход по мере старения/ухудшения характеристик ламп-вспышек. Данную функцию можно поддержать обеспечением памяти, которая хранит указания, касающиеся старения/ухудшения характеристик, вместе с другой полезной информацией, (например, эффективность лампы-вспышки, максимальное число вспышек, текущее сосчитанное число вспышек, начальную величину электрического тока, требуемого для возбуждения лампы-вспышки с целью генерации оптического излучения терапевтических уровней, диапазон фильтрованных длин волн, излучаемых лампой-вспышкой, информацию о производственной партии, указания, касающиеся других участков оптической подсистемы и/или т.п.). В вариантах осуществления, содержащих упомянутую память, целесообразно заключение ламп(ы)-вспышек(ки) и памяти в сменном картридже, который можно легко вставлять в устройство для лечения дерматологических заболеваний или извлекать из данного устройства.
Предлагаемая технология позволяет также изменять суммарную продолжительность самой последовательности световых импульсов (например, введением более продолжительных межимпульсных задержек между отдельными импульсами, которые немного больше, чем значения, кратные продолжительности применимого полупериода переменного тока, или введением дополнительных отдельных импульсов) для учета разных значений времени тепловой релаксации целевой и нецелевой ткани (например, увеличением продолжительности межимпульсных задержек для кожи более темного типа) и/или лечения разных дерматологических заболеваний. В некоторых вариантах осуществления к области воздействия на кожу подводят единственную последовательность световых импульсов во время лечебного сеанса, а, в других вариантах осуществления к части той же области воздействия на кожу или всей данной области можно подводить, по меньшей мере, две последовательности световых импульсов во время лечебного сеанса.
Частота, с которой повторяются последовательности световых импульсов во время работы наглядного устройства для лечения дерматологических заболеваний, может устанавливаться, по меньшей мере, частично, на основании кратковременного нажатия кнопки, которое приводит к излучению единственной последовательности световых импульсов, (что полезно, в частности, когда требуется точечно облучать относительно небольшие/ограниченные области кожи с площадью, например, около 1-6 квадратных сантиметров) или на основании кратковременного/длительного нажатия кнопки, когда компоненты защитной блокировки остаются включенными в течение продолжительного периода времени, что приводит к излучению повторяющихся последовательных световых импульсов, (что полезно, в частности, при облучении больших площадей кожи, например, больше, чем 6 квадратных сантиметров). Повторяющиеся последовательности световых импульсов в некоторых наглядных вариантах осуществления могут происходить через интервалы, более длительные, чем или равные, приблизительно, 2,25 секунд, но, в предпочтительном варианте происходят через укороченные интервалы, например, приблизительно, 0,4-1 секунду и, в наиболее предпочтительном варианте, приблизительно, 0,5-0,75 секунды, чтобы энергию терапевтического света можно было подавать в смежные области воздействия на кожу с плавными переходами.
В немногих словах, со ссылкой на фиг. 1, можно указать, что, по меньшей мере, некоторые аспекты предлагаемой технологии можно осуществить в наглядном устройстве 100 для лечения дерматологических заболеваний, содержащее базовый блок 102 и ручной блок 104, соединенные между собой гибким кабелем 106 длиной, предпочтительно, по меньшей мере, около 5 футов (1,525 м). Устройство 100 содержит также кабель электропитания (не показанный), соединяющий базовый блок 102 с сетевым источником переменного тока (не показанный). В предпочтительном варианте устройство 100 выполнено в размер, облегчающий хранение и транспортировку в условиях, в которых находится конечный пользователь, (например, в доме пользователя, гостиничном номере и т.п.) и, в одном наглядном варианте осуществления имеет размеры менее, чем, приблизительно, 9,5 дюймов (24,1 см) в длину, менее, чем, приблизительно, 6,5 дюймов (16,5 см) в ширину и менее, чем, приблизительно, 3,5 дюймов (8,9 см) в высоту (или менее, чем, приблизительно, 6 дюймов (15,2 см) в сумме по высоте, когда ручной блок 104 вставлен в гнездо 110 для ручного блока на базовом блоке 102).
В предпочтительном варианте корпус базового блока 102 изготовлен из пластикового материала и вмещает импульсный блок питания (более полно описанный ниже), пригодный для возбуждения, по меньшей мере, одной лампы-вспышки 112 в ручном блоке 104 с целью излучения терапевтического света с требуемым профилем, а также пользовательский интерфейс 108, снабжающий пользователя информацией о состоянии (например, о нормальном/сбойном рабочих состояниях, показаниями об остающихся вспышках, режимах работы, показаниями, относящимися к пригодности устройства 100 для типа кожи пользователя и т.п.), а также возможностями управления, которые допускают или облегчают управление устройством 100 и его эксплуатацию, (например, параметрами настройки уровней мощности, переключателем режимов работы, детектором 111 типа кожи и т.п.).
В предпочтительном варианте корпус ручного блока 104 также выполнен из пластикового материала и вмещает систему охлаждения (например, вентилятор с регулируемой скоростью), компоненты для измерения температуры, компоненты пользовательского интерфейса (например, кнопку 113 поджига вспышки), компоненты защитной блокировки (например, емкостные или механические элементы контакта с кожей), оптическую систему (содержащую, например, по меньшей мере, одну лампу-вспышку 112, криволинейный, угловой или плоский зеркальный/рассеивающий рефлектор, оптический волновод 105 и/или оптически прозрачное окно) и/или подобные элементы. Хотя ручной блок 104 может быть выполнен в такой конфигурации, которая не пригодна для обслуживания конечным пользователем, ручной блок 104 целесообразно выполнять в такой конфигурации, чтобы его рукоятку 114, сменный светоизлучающий картридж 116 и/или выступающий колпачок 118 можно было разделять для облегчения периодического обслуживания и ремонта. В предпочтительном варианте рукоятка 114 содержит систему охлаждения, компоненты для измерения температуры и компоненты пользовательского интерфейса. В предпочтительном варианте сменный светоизлучающий картридж 116 содержит, по меньшей мере, одну лампу-вспышку 112 (которая может содержать особые отражательные покрытия, нанесенные на нее, для отфильтровывания неподходящих длин волн), рефлектор и память (не показанную), хранящую, по меньшей мере, одну характеристику ламп-вспышек 112. В предпочтительном варианте выступающий колпачок 118 содержит оптический волновод 105 (например, по существу, прямоугольную полую и зеркальную световую трубку, предпочтительно, содержащую серебряную покрытие и имеющую длину, по меньшей мере, приблизительно 15 миллиметров), оптически прозрачное окно (которое может содержать отражательные покрытия, нанесенные на него) и компоненты защитной блокировки. В некоторых вариантах осуществления компоненты внутри сменного светоизлучающего картриджа 116 могут быть встроены в выступающий колпачок 118 и составлять его неразъемную часть, так что объединенный выступающий колпачок служит одним компонентом, заменяемым пользователем, вместо применения раздельно заменяемых светоизлучающих картриджей и выступающих колпачков.
Во время сеанса лечения дерматологического заболевания, участок переднего внешнего корпуса выступающего колпачка 118, сквозь который проход оптическое излучение, устанавливают, по существу, на коже, чтобы элементы контакта с кожей определяли близость корпуса к представляющей интерес области воздействия на кожу и допускали безопасную работу устройства 100. Свет, излучаемый лампой(амии)-вспышкой(ами) 112, фильтруется (для пропускания длин волн, например, длиннее, чем приблизительно 600 нанометров, и, предпочтительно, длиннее, чем 650 нанометров) и проходит сквозь оптически прозрачное окно выступающего колпачка 118 таким образом, что свет попадает на область воздействия на кожу. Во время работы, лампа(ы)-вспышка(ки) 112 в состоянии генерации импульса выделяют значительное количество тепла, которое должно рассеиваться системой охлаждения. К сожалению, экономические эффективные, воздушно-охлаждаемые устройства 100, пригодные для потребительского рынка, не очень эффективно отводят данное тепло, и, следовательно, возможна ситуация, в которой окно в выступающем колпачке может достигать температуры, которая превышает порог, подходящий для укладки на поверхность кожи. Соответственно, либо воздушно-охлаждаемые устройства 100 для лечения дерматологических заболеваний, предназначенные для потребительского рынка, следует применять так, чтобы не допускать перегревания, если окно располагают в контакте с кожей, (например, следует уменьшать частоту вспышек ламп-вспышек 112 посредством увеличения периода времени между следующими одна за другой последовательностями световых импульсов, чтобы предоставлять системе охлаждения достаточно времени для охлаждения окна), либо следует утапливать окно внутри корпуса выступающего колпачка 118 (на глубину, по меньшей мере, например, 4 миллиметра для окна площадью, приблизительно, 2 квадратных сантиметра), чтобы окно не приходило в контакт с кожей во время сеанса лечения, либо следует обеспечивать конфигурацию, которая изолирует окно, контактирующее с кожей, от источников тепла (например, лампы-вспышки 112 и/или металлической световой трубки 105).
В данном последнем сценарии, окно можно выполнить в конфигурации двухпанельного окна с герметизированным пространством между двумя панелями. Данное герметизированное пространство может содержать частичный вакуум, газ, например, ксенон, или только воздух. В предпочтительном варианте внутренняя панель, расположенная ближе к лампе(ам)-вспышке(ам) 112, содержит отражательные покрытия для отфильтровывания, по меньшей мере, некоторых неподходящих длин волн (например, длин волн короче, чем приблизительно 600 нанометров, и/или более 1200 нанометров, при дерматологической обработке с целью удаления/уменьшения количества волос) и выполнена из боросиликата с высокой концентрацией гидроксильной составляющей (например, выше, чем приблизительно 100 частей на миллион), тогда как внешняя панель, предназначенная для укладки, по существу, на кожу, предпочтительно, выполнена из специальной композиции из плавленого кварца/диоксида кремния с относительно низкой концентрацией гидроксильной составляющей (например, меньше, чем или равной, приблизительно, 50 частям на миллион и, предпочтительно, меньше, чем или равной, приблизительно, 5 частям на миллион). При этом, относительно высокое гидроксильное содержание композиции самой внутренней панели дополняет фильтрующие характеристики отражательных покрытий на данной панели посредством поглощения некоторой неподходящей части инфракрасного излучения с длинами волн больше 2000 нанометров, с предоставлением остальной части инфракрасного излучения (с длинами волн, приблизительно, 2000-4000 нанометров или более) возможности прохождения сквозь внешнюю панель, по существу, беспрепятственно и без чрезмерного повышения температуры внешней панели. Остающееся неподходящее инфракрасное излучение, которое проходит сквозь внешнюю панель на кожу, имеет значительно меньшую плотность потока, не опасно для кожи и не сказывается иным неблагоприятным образом на эффективности лечения дерматологических заболеваний. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что число панелей окна может быть больше двух, и/или что пространство между окнами может быть открытым (т.е. не герметизированным с, по меньшей мере, 2 сторон), чтобы обеспечивать течение охлаждающего воздуха, газа или жидкости между панелями.
Кроме предупреждения перегревания кожи, воздушно-охлаждаемые устройства 100 для лечения дерматологических заболеваний должны дополнительно поддерживать температуру своих компонентов в пределах безопасного рабочего диапазона, без создания возможности для излишнего рассеяния света (например, более, чем приблизительно 3 Джоулей), которое может мешать пользователю во время его работы с устройством 100. По меньшей мере, один температурный датчик в ручном блоке 104 и/или базовом блоке 102 может формировать сигналы, показывающие чрезмерные или почти чрезмерные температуры, которые можно снижать посредством, например, перевода в режим охлаждения, в котором устройство 100 заблокировано от включения ламп(ы)-вспышек(ки) 112 в состояние генерации импульса, пока не достигается предварительно заданная безопасная температура, повышения скорости вентилятора в ручном блоке 104 и/или базовом блоке 102 и/или снижения частоты, с которой повторяются последовательности световых импульсов.
Для обеспечения требуемого воздушного потока, при одновременном предотвращении чрезмерного рассеяния света, можно выполнять рациональный выбор количества, ориентации, местоположения и конфигурации воздушных впускных/выпускных вентиляционных отверстий 120/122 в ручном блоке 104. Например, воздушные впускные вентиляционные отверстия 120 можно разместить на выступающем колпачке 118 ручного блока 104, а воздушные выпускные вентиляционные отверстия 122 можно разместить, по существу, около конца кабеля ручного блока 104, чтобы, тем самым, отводить относительно горячий вытяжной воздух в направлении от области воздействия на кожу. В предпочтительном варианте, по меньшей мере, некоторые из вентиляционных отверстий, которые, по всей вероятности, должны испытывать нежелательное воздействие энергии света, который исходит от концов электродов ламп(ы)-вспышек(ки) 112 и/или из зазора между лампой-вспышкой 112 и волноводом 105 во время работы устройства 100, выполнены с возможностью допуска прохода охлаждающего воздуха, при одновременном ослаблении или, по существу, исключении распространения упомянутой энергии рассеянного света наружу из ручного блока 104, посредством применения, например, вентиляционных отверстий в форме жалюзи или шевронов. Вентиляционные отверстия могут быть выполнены из отражательного материала (например, белого тефлона, алюминия и т.п.), чтобы отражать, по меньшей мере, некоторую часть рассеянного света обратно во внутреннюю область ручного блока 104, или могут быть выполнены из поглощающего материала (например, наполненного пигментом пластика), чтобы поглощать, по меньшей мере, существенное количество рассеянного света, попадающего на вентиляционное отверстие.
В альтернативном варианте или в комбинации вентиляционные отверстия с упомянутой конфигурацией в форме жалюзи, шевронов или другой форме могут составлять часть сменного картриджа 116, чтобы, по существу, перехватывать рассеянный свет до того, как он выходит из картриджа. Преимущества включения упомянутых вентиляционных отверстий в конструкцию сменного картриджа 116 содержат уменьшение количества тепла, передаваемого другим элементам ручного блока, вследствие поглощения упомянутыми отверстиями рассеянного света и, в случае, когда вентиляционное отверстие выполнено из отражательного материала, перенаправления, по меньшей мере, какой-то части рассеянного света обратно по требуемому оптическому пути, так что суммарная плотность потока в области воздействия на кожу снижается.
На фиг. 2A-2G представлены различные виды в перспективе наглядного сменного светоизлучающего картриджа 116 с двумя лампами-вспышками 112, которые можно использовать в устройстве 100 для лечения дерматологических заболеваний, а на фиг. 3A-3E представлены аналогичные виды наглядного сменного светоизлучающего картриджа 116 с одной лампой-вспышкой 112. В частности, на фиг. 2A-2B и фиг. 3A-3B передняя сторона (т.е. светоизлучающая сторона) корпуса картриджа 116, на которой определены границы, по существу, открытого участка 202, соответствующего положению дуги ламп(ы)-вспышек(ки), который допускает, по существу, беспрепятственное распространение энергии света в примыкающий оптический волновод 105 (фиг. 1). Конфигурация вентиляционного отверстия в приведенном наглядном варианте осуществления усиливает структурную опорную конструкцию картриджа 116 и допускает протекание требуемого воздушного потока через упомянутое отверстие, при одновременном предотвращении прикасания пользователя к потенциально горячей(им) лампе(ам)-вспышки(ам) 112 вблизи их электродов.
Жалюзийные вентиляционные отверстия 204, показанные на фиг. 2F, дополнительно специально доработаны для более полного блокирования (т.е. отражения обратно и/или поглощения) неподходящей энергии света, который исходит от концов электродов ламп(ы)-вспышек(ки) 112, без значительного ограничения воздушного потока, протекающего над упомянутой лампой(ами) вспышкой(ами) 112. Аналогично, вентиляционные отверстия 206 шевронной формы, показанные на фиг. 2G, выполнены с возможностью более полного блокирования рассеянного света, чем жалюзийные вентиляционные отверстия, показанные на фиг. 2F, но за счет некоторого ослабления воздушного потока. Жалюзийные и шевронные вентиляционные отверстия 204, 206, изображенные на фиг. 2F и 2G, показаны в связи с конфигурацией, содержащей две лампы-вспышки, однако, упомянутые отверстия можно также встраивать в передние корпуса сменных светоизлучающих картриджей 116, содержащих единственную лампу-вспышку 112 или, по меньшей мере, три лампы-вспышки 112. Хотя на фигурах показано, что жалюзийные вентиляционные отверстия 204 и шевронные вентиляционные отверстия 206 проходят горизонтально вдоль переднего корпуса сменного светоизлучающего картриджа 116, упомянутые отверстия могут быть ориентированы вертикально или, по существу, под любым углом в переднем корпусе, без ущерба для работы устройства 100. Кроме того, жалюзийные и шевронные вентиляционные отверстия 204, 206 могут содержать большее число упомянутых вентиляционных отверстий, расположенных одно перед другим и имеющих одинаковую или разную ориентацию/конфигурацию, с образованием, тем самым, лабиринта, который, по существу, блокирует прохождение рассеянного света, без излишнего ослабления воздушного потока, необходимого для охлаждения ламп(ы)-вспышек(ки) 112 и других элементов сменного картриджа 116. Светозапорным вентиляционным отверстиям, которые допускают протекание требуемого воздушного потока, могут быть также приданы множество различных других форм и конфигураций, например, волнистая, сетчатая, шестиугольная, сотовая или подобные конфигурации.
На фиг. 2C-2E и 3C-3E изображен примерный корпус с задней стороны сменного картриджа 116, показанного на фиг. 2A-2B и 3A-3B. На данном участке корпуса образованы две, по существу, открытых области 210, которые облегчают прохождение охлаждающего воздуха над лампой(ами)-вспышкой(ами) и другими частями картриджа 116. По существу, центральная область 212 заднего корпуса между открытыми областями 210 фиксирует положение рефлектора 214 (фиг. 2G) в непосредственной близости от ламп(ы)-вспышек(ки). Хотя данный рефлектор 214 изображен плоским, он может иметь множество различных криволинейных, угловых, содержащих регулярные углубления или другие формы/конфигурации и может быть выполнен из рассеивающего или зеркального материала. Задний корпус содержит также пусковой контакт 216, который служит для ввода электрического пускового импульса, достаточного для ионизации газа в лампе(ах)-вспышке(ах) 112, анодный и катодный контакты 218, которые пропускают электрический ток, достаточный для поддержания состояния дежурной дуги и состояния генерации импульса в лампе(ах)-вспышке(ах) 112, и входной/выходной контакты 220 памяти (не показанной), которая хранит данные характеристик ламп-вспышек, используемые в процессе эксплуатации ламп(ы)-вспышек(ки) 112 и устройства 100 (в частности, по мере того, как со временем снижается световой выход ламп(ы)-вспышек(ки) 112). Специалистам в данной области техники будет очевидно, что конкретное показанное расположение упомянутых контактов 216-220 является просто иллюстративным, и что возможно множество различных расположений контактов; например, анодный и катодный контакты 218 могут находиться вблизи один к другому, как показано на фиг. 2C, 2E, 3C и 3E, или могут быть расположены на противоположных сторонах заднего корпуса, как показано на фиг. 2D и 3D.
В частности, как показано на фиг. 1 и 4, наглядное устройство 100 для лечения дерматологических заболеваний светом ламп-вспышек, выполненное в соответствии с предложенной технологией, содержит пользовательский интерфейс 108, который дает возможность пользователю взаимодействовать с устройством 100, оптическую систему 404, которая генерирует и доставляет терапевтическое количество оптического излучения к области воздействия на кожу, систему 406 охлаждения, которая обеспечивает требуемый диапазон рабочих температур для работы устройства 100, систему 408 измерения температуры, которая определяет состояние перегрева, систему 410 защитной блокировки, которая предотвращает непреднамеренную генерацию оптического излучения и другие опасные события, систему 412 получения характеристик ламп-вспышек, которая служит в качестве основы для динамической регулировки электрических рабочих параметров в процессе работы устройства 100 в соответствии со свойствами лампы-вспышки или другой оптической системы 406, и импульсный блок питания 414, который отбирает электрическую энергию из сетевого источника 426 переменного тока и приводит данную энергию в определенное состояние для требуемого возбуждения оптической системы 404.
Пользовательский интерфейс 108 снабжает пользователя устройства 100 вариантами выбора требуемого режима работы устройства 100 (например, по меньшей мере, одного параметра настройки уровня мощности, который одновременно влияет на эффективность лечения дерматологического заболевания и восприятие, испытываемого пользователем во время проведения упомянутого лечения; параметров настройки, которые управляют работой устройства 100 в режиме генерации импульсов, в котором излучается одна последовательность световых импульсов, или в стробоскопическом режиме, в котором излучаются множество последовательностей световых импульсов предварительно заданным последовательным образом; и/или подобных параметров настройки), в также возможностью включения лечения дерматологического заболевания (например, кнопкой 113 поджига вспышки, показанной на фиг. 1) и различными визуальными, звуковыми, тактильными или другими сенсорными механизмами обратной связи, которые информируют пользователя о рабочих или сбойных состояниях (например, пригодно ли устройство 100 для лечения типа кожи конкретного пациента, превышено ли максимальное число произведенных вспышек, правильно ли установлены сменный светоизлучающий картридж 116 (фиг. 1) или выступающий колпачок 118, возникло ли состояние перегрева, произошел ли отказ блока питания и/или подобное состояние). При выполнении упомянутых функций, пользовательский интерфейс 108 взаимодействует, прямо или косвенно, со схемой 424 управления импульсного блока 414 питания, как более подробно поясняется ниже.
В предпочтительном варианте оптическая система 404 содержит, по меньшей мере, одну лампу-вспышку 112, рефлектор, фильтр и оптический волновод 105, которые содержатся внутри переносного корпуса. Как упоминалось выше, лампа(ы)-вспышка(и) 112 и рефлектор (предпочтительно, установленный на расстоянии не далее, чем, приблизительно, 1 миллиметр от ламп-вспышек 112) дополнительно содержатся внутри сменного светоизлучающего картриджа 116, который вставляют в ручной блок 104, а фильтр и оптический волновод 105 содержатся в корпусе выступающего колпачка 118 ручного блока 104. В некоторых вариантах осуществления непосредственно на внешнюю поверхность ламп(ы)-вспышек(ки) 112 может быть нанесено, по меньшей мере, одно отражательное покрытие для обеспечения фильтрации требуемых длин волн и/или для блокирования нежелательного света, исходящего от концов электродов ламп(ы)-вспышек(ки) 112. Хотя упомянутые непосредственно нанесенные покрытия повышают стоимость и сложность изготовления оптической системы 404, суммарное оптическое излучение через участок дуги ламп(ы)-вспышек(ки) 112 увеличивается благодаря циркуляции света и улавливания света (т.е. свет, который, в ином случае, исходил от концов электродов ламп(ы)-вспышек(ки) 112, отражается обратно в требуемый оптический путь), что дает возможность меньшему количеству электрической энергии обеспечивать заданное количество оптической энергии. В других вариантах осуществления отражательные покрытия встроены в отдельный фильтр, чтобы дополнительное тепло, выделяющееся в результате любой фильтрации, не создавало дополнительной тепловой нагрузки на лампу(ы)-вспышку(ки) 112, что особенно полезно, когда лампы-вспышки 112 выполнены из боросиликата, а не из кварца или сапфира. Кроме того, оптический волновод 105 может быть выполнен из сплошного, оптически прозрачного материала, например, PMMA (полиметилметакрилата), или может иметь конфигурацию полой зеркальной световой трубки с отражательными изнутри стенками с серебряным покрытием (имеющими коэффициент отражения, например, больше, чем 98% для длин волн в диапазоне, приблизительно, 600-1200 нанометров). Оптический волновод 105 в конфигурации полой световой трубки, предпочтительно, содержит параллельные отражательные стенки для минимизации обратных отражений, а также вырезы секций из двух боковых стенок, так что волновод, по существу, охватывает участок дуги лампы-вспышки 112 (примерное расстояние между волноводом 105 и баллоном ламп(ы)-вспышек(ки), предпочтительно, составляет приблизительно 0,5 миллиметров), при одновременной поддержке охлаждения концов электродов лампы-вспышки 112.
Система 406 охлаждения содержит, по меньшей мере, один вентилятор, а также вентиляционные отверстия, выполненные с соответствующими размерами и в соответствующих положениях, (например, показанные на фиг. 1-3) для обеспечения достаточного охлаждения устройства 100 во всем предполагаемом диапазоне его рабочих режимов. Вентилятор можно обеспечить внутри корпуса базового блока 102, чтобы охлаждать импульсный блок 414 питания, однако, предпочтительна такая конструкция устройства 100, в которой импульсный блок 414 питания охлаждается пассивно, и вентилятор предназначен, главным образом, для охлаждения ламп-вспышек 112 и других элементов в ручном блоке 104. В данных предпочтительных конфигурациях, вентилятор может быть выполнен с возможностью либо обдува воздухом ламп-вспышек 112, либо всасывания воздуха над лампами-вспышками 112. Вентилятор может быть также односкоростным вентилятором, который работает на полной скорости после включения питания устройства 100, или вентилятором с регулируемой скоростью, который усиливает свой воздушный поток с учетом данных измерения температуры в ручном блоке 104. Вентилятор с регулируемой скоростью предпочтителен в таких случаях, когда требуется воздействовать на относительно небольшую область кожи (например, до, приблизительно, 60 квадратных сантиметров площади кожи), поскольку данная возможность обеспечивает, в результате, относительно тихую работу устройства 100, которая легче переносится пользователем устройства. По мере того, как размер области воздействия увеличивается, и температура в ручном блоке 104 повышается, вентилятор может быть приведен в движение с более высокой скоростью для обеспечения безопасной работы устройства 100. Например, вентилятор можно приводить в действие с относительно высокой скоростью, когда температура в ручном блоке 104 превышает, приблизительно, 40 градусов Цельсия, и с меньшей скоростью, когда температура опускается ниже, приблизительно, 35 градусов Цельсия.
Кроме того, оптическая система 404 может быть сконфигурирована с возможностью содействия охлаждению ручного блока 104, без потери чрезмерного количества энергии вследствие рассеяния света. Например, первый конец оптического волновода 105 может располагаться на расстоянии, приблизительно, 1 миллиметр от рефлектора, и второй конец располагаться на расстоянии, приблизительно, 1 миллиметр от выходного окна, что создает возможность охлаждения поверхности окна некоторой частью воздушного потока, в также охлаждение внутренней области полого волновода 105 и рефлектора и участка дуги ламп(ы)-вспышек(ки) 112, хотя и за счет некоторой потери энергии света. В одном варианте осуществления расстояние до, по меньшей мере, одного из упомянутых элементов можно сделать регулируемым с учетом того, переведена(ы) ли лампа(ы)-вспышка(и) 112 в состояние генерации импульса в данный момент времени. Например, расстояние между оптическим волноводом 105 и рефлектором и/или окном можно уменьшать (например, приблизительно, до 0,5 миллиметра) или полностью исключать, когда лампу(ы)-вспышку(и) 112 переводят в состояние генерации импульса и, в ином случае, оставляют прежним 1-миллиметровым расстоянием, и, тем самым, сводят к минимуму рассеяние света во время интенсивного светового излучения (например, во время излучения одного светового импульса или во время излучения последовательности световых импульсов) и облегчают охлаждение во время состояния дежурной дуги или другого рабочего состояния.
Система 408 измерения температуры содержит, по меньшей мере, один температурный датчик, который может быть установлен в базовом блоке 102 для измерения рабочей температуры импульсного блока 414 питания и/или в ручном блоке 104 для измерения рабочей температуры оптической системы 404. При установке в ручном блоке 104, температурный(ые) датчик(и), предпочтительно, располагают на пути вытяжного воздуха, выпускаемого системой 406 охлаждения и дополнительно экранируют от любой значительной засветки излучением оптической системы 404. При обнаружении состояния перегрева (например, температуры 50 или выше градусов Цельсия), система 408 измерения температуры может формировать сигнал, который вынуждает устройство 100 переключиться в режим охлаждения, в котором импульсный блок 414 питания заблокирован от переключения ламп(ы)-вспышек(ки) 112 в состояние генерации импульса, или увеличить временной интервал между следующими друг за другом последовательностями световых импульсов и/или иначе приостановить нормальную работу, пока измеренная температура не снизится до попадания в пределы безопасного температурного диапазона, который, очевидно, будет на несколько градусов Цельсия ниже порога перегрева (например, 45 градусов Цельсия).
Система 410 защитной блокировки обнаруживает, правильно ли расположено устройство 100, при облучении области воздействия на кожу, и правильно ли собрано устройство для предотвращения случайного попадания под действие опасной электрической энергией в ручном блоке 104. Например, система 410 защитной блокировки может содержать емкостные, оптические, механические, биоимпедансные датчики и/или датчики других типов вблизи того участка выступающего колпачка 118 устройства 100, который предназначен для размещения, по существу, на или вблизи поверхности кожи в подлежащей облучению области кожи. Когда, во время сеанса лечения, требуется плавное передвижение, предпочтителен вариант, в котором множество механических датчиков соединяют с образующей рамку частью выступающего колпачка 118, которая, по существу, окружает оптическую апертуру устройства 100 (например, рамку, которая закрепляет выходное окно в требуемом(ых) положении(ях) в оптическом пути), что облегчает плавное перемещение выступающего колпачка 118, при переходе между соседними областями воздействия на кожу во время лечения дерматологического заболевания, вместо применения отдельных датчиков/штифтов, которые более соответствуют перемещению с пошаговым облучением, и которые не так приспособлены для перемещений при лечении с плавным переходом. В варианте осуществления, в котором механический датчик, по меньшей мере, частично встроен в рамку, закрепляющую окно, расстояние, на которое вдавливается упомянутый механический датчик, предпочтительно, соответствует величине уменьшенного расстояния между окном и оптическим волноводом 105, описанного выше в связи с повышением оптической эффективности устройства 100 в состоянии генерации импульса лампой(ами)-вспышкой(ами) 112. Система 410 защитной блокировки может также содержать резистор (или другое идентификационное средство) в выступающем колпачке 118, который обеспечивает основу для однозначной идентификации разрешенных выступающих колпачков и проверку правильной вставки любых выступающих колпачков 118 в рукоятку 114 ручного блока 104 прежде, чем импульсный блок 414 питания подаст какую-либо электрическую энергию в оптическую систему 404, что обеспечивает надлежащую работу устройства 100 и снижение риска удара током и опасности причинения вреда пользователю оптическим излучением.
В предпочтительном варианте система 412 получения характеристик ламп-вспышек встроена, по меньшей мере, частично, в сменный светоизлучающий картридж 116 и содержит память 413, которая хранит, по меньшей мере, одну характеристику ламп(ы)-вспышек(ки) 112, чтобы обеспечивать излучение устройством 100 требуемого количества оптического излучения во время сеанса лечения дерматологического заболевания. В предпочтительном варианте память 413 является элементом EEPROM (электрически стираемой программируемой постоянной памяти), который обеспечивает энергонезависимую память с произвольным доступом к записанным в ней характеристикам ламп-вспышек, например, максимальному числу вспышек, доступных для ламп(ы)-вспышек(ки) 112, текущему сосчитанному числу вспышек, произведенных упомянутой(ыми) лампой(ами)-вспышкой(ами) 112, диапазону длин волн, излучаемому лампой(ами)-вспышкой(ами) 112 (что, в частности, полезно, когда ламп(ы)-вспышек(ки) 112 содержат фильтрующие покрытия на своей внешней поверхности), начальному количеству электрической энергии, требуемому для приведения ламп(ы)-вспышек(ки) 112 в состояние генерации импульса, первому коэффициенту коррекции электрических параметров для введения поправки на ослабление светового выхода ламп(ы)-вспышек(ки) 112 в результате старения, второму коэффициенту коррекции электрических параметров для введения поправки на эффективности электрооптического преобразования конкретных(ой) ламп(ы)-вспышек(ки) 112 или типы ламп-вспышек, информации, относящейся к лампе-вспышке 112 и картриджу (например, дате, номеру детали и т.п.), идентификационному коду сменного светоизлучающего картриджа 116 и/или подобным данным.
Импульсный блок 414 питания содержит детектор 416 напряжения сети переменного тока, который определяет координаты участков в пределах полупериодов переменного тока, отбираемого из сетевого источника 426 переменного тока, которые достаточны для обеспечения электрической энергии, необходимой для возбуждения ламп(ы)-вспышек(ки) 112 в режиме излучения требуемых уровней энергии терапевтического света, схему 420 пускового питания, которая инициирует ионизацию газа в лампе(ах)-вспышке(ах) 112, импульсную задающую схему 422, которая обеспечивает электрическую энергию, необходимую для возбуждения ламп(ы)-вспышек(ки) 112 в режиме излучения, по меньшей мере, одной требуемой последовательности световых импульсов, которая содействует получению требуемого дерматологического косметического эффекта в области воздействия на кожу, схему 418 питания дежурной дуги, которая поддерживает ионизацию газа в лампе(ах)-вспышке(ах) 112, при низкой плотности тока между световыми импульсами, и схему 424 управления, которая управляет и/или иным образом взаимодействует со схемами, системами и элементами устройства 100 во время работы устройства.
Детектор 416 напряжения сети переменного тока сравнивает уровни напряжения электрической энергии, обеспечиваемой сетевым источником 426 переменного тока с, по меньшей мере, одним опорным напряжением (опорные напряжениям могут быть с предварительно заданным уровнем или динамически формируемыми схемой 424 управления), которое характеризует минимальное пороговое рабочее напряжение. Детектор 416 напряжения сети переменного тока формирует сигнал, который передается в схему 424 управления и указывает, когда полупериод переменного тока соответствует или превышает минимальное пороговое рабочее напряжение. Например, коэффициент заполнения упомянутого сигнала может указывать, когда достигается или превышается минимальное пороговое рабочее напряжение, наличием у него «высокого» значения в течение периода времени полупериода переменного тока, когда последний равен упомянутому порогу/выше него. В альтернативном варианте сигнал может быть «низким» в течение периода времени полупериода переменного тока, когда последний равен упомянутому порогу/выше него, и «высоким» только в переходные периоды времени между соседними полупериодами переменного тока, когда сетевое напряжение ниже порога. Соответственно, коэффициент заполнения или величина, обратная коэффициенту заполнения сигнала, формируемого детектором 416 напряжения сети переменного тока, динамически формируется на основании текущего режима сетевого источника 426 переменного тока и своевременно обеспечивает в схему 424 управления информацию, которая затем используется для синхронизации испускания излучения лампами вспышками с таким участком полупериода переменного тока, на котором из сетевого источника 426 переменного тока можно получить достаточный электрический ток для требуемой надлежащей работы ламп(ы)-вспышек(ки) 112. Устройство 100 может быть сконфигурировано с возможностью выполнения упомянутых сравнений напряжений сразу после первоначального включения питания и/или через периодические интервалы, чтобы динамически определять изменения, возникающие в сетевом источнике 426 переменного тока, которые могут быть вызваны падениями напряжения сети, всплесками напряжения сети или другими флуктуациями питания, которые могут влиять на работу устройства 100, и с учетом которых данную работу можно динамически подстраивать для компенсации упомянутых флуктуаций. Наглядная схема для подходящего детектора 416 напряжения сети переменного тока приведена на фиг. 16 и дополнительно поясняется ниже.
Схема 420 пускового питания работает с управлением от схемы 424 управления и содержит трансформатор, который повышает входное напряжение электрической энергии до, приблизительно, 6-10 киловольт, т.е. до величины, достаточной для запуска/инициирования ионизации газа в лампе(ах)-вспышке(ках) 112. Например, схема 424 управления может включать схему 420 пускового питания для инициирования ионизации посредство подачи импульса 10 киловольт длительностью, приблизительно, от 200 наносекунд до 1 миллисекунды на электропроводящие, оптически прозрачные покрытия на, по меньшей мере, части внешней поверхности ламп(ы)-вспышек(ки) 112, чтобы вводить, через емкостную связь, в лампу(ы)-вспышку(ки) 112 упомянутый импульс высокого напряжения, вызывающий ионизацию газа. В некоторых вариантах осуществления подводимая энергия, подаваемая в схему 420 пускового питания, отбирается, по существу, непосредственно из сетевого источника 426 переменного тока. В другом варианте осуществления схема 420 пускового питания использует компоненты, общие со схемой 418 питания дежурной дуги, так что подводимая электрическая энергия отбирается, по существу, из схемы 418 питания дежурной дуги и подается в компоненты, специально предназначенные для запуска, чтобы формировать импульс высокого напряжения. Наглядная схема 420 пускового питания, выполненная в соответствии с данным вариантом осуществления изображена на фиг. 14 и более подробно поясняется ниже.
Импульсная задающая схема 422 работает с управлением от схемы 424 управления и содержит импульсный понижающий стабилизатор, который пропускает стабилизированный электрический ток высокой плотности, например, приблизительно, 30-80 Ампер (в более предпочтительном варианте, приблизительно, 40-65 Ампер) через электроды ламп(ы)-вспышек(ки) 112 в то время, когда газ в лампе(ах)-вспышке(ках) ионизирован, что приводит к интенсивному световому излучению, которое подходит для содействия получению требуемого косметического эффекта в области воздействия на кожу. Стабилизированный электрический ток, подаваемый в лампу(ы)-вспышку(и), характеризуется, по существу, таким же профилем, который необходим для последовательностей световых импульсов и синхронизирован так, чтобы совпадать с таким участком полупериода переменного тока, который выше минимального порогового рабочего напряжения, как установлено детектором 416 напряжения сети переменного тока. Таким образом, из сетевого источника 426 переменного тока можно отбирать достаточный максимальный электрический ток, чтобы поддерживать выполнение требуемого лечения дерматологического заболевания, без излишней нагрузки на внешние схемы питания или потребности в дорогих емкостных схемных компонентах.
Схема 418 питания дежурной дуги также работает с управлением от схемы 424 управления и содержит трансформатор и емкостные элементы, которые пропускают ток низкой плотности (например, 50-100 миллиампер) через лампу(ы)-вспышку(и) 112 между излучениями интенсивных световых импульсов. Трансформатор схемы 418 питания дежурной дуги повышает входное напряжение из сетевого источника 426 переменного тока до, приблизительно, 750 Вольт для устройства с двумя лампами-вспышками (приблизительно, 375 Вольт для устройства с одной лампой-вспышкой) и подает энергию «дежурной дуги» в лампу(ы)-вспышку(и) до, во время и/или после состояния генерации импульса лампой(ами)-вспышкой(ами). Например, в вариантах осуществления, в которых компоненты схемы 418 питания дежурной дуги и схемы 420 пускового питания являются совместно используемыми, энергия дежурной дуги подается в лампу(ы)-вспышку(и) 112 перед импульсом высокого напряжения, обеспечиваемым схемой пускового питания, так как сумма напряжений дежурной дуги и пуска является достаточной для ионизации газа в лампе(ах)-вспышке(ах) 112. После ионизации, энергия дежурной дуги может подаваться в различные периоды времени во время работы устройства, например, постоянно во время отдельных последовательностей световых импульсов, во время и между несколькими последовательностями световых импульсов, во время интервалов межимпульсной задержки между отдельными импульсами в последовательности световых импульсов и/или подобным образом. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что схема 418 питания дежурной дуги не обязательна для надлежащей работы устройства 100 для лечения дерматологических заболеваний, а обеспечивает механизм снижения тепловых и механических ударных нагрузок на лампу(ы)-вспышку(и). Наглядная схема 418 питания дежурной дуги изображена на фиг. 13 и более подробно описана ниже.
Наглядная схема 424 управления содержит процессор для контроля и управления работой устройства 100, вместе со схемой стабилизации тока для поддержки работы импульсной задающей схемы 422, схемой управления дежурной дугой для поддержки работы схемы 418 питания дежурной дуги, схемой управления пуском для поддержки работы схемы 420 пускового питания и схемой защиты от длительного импульса для обеспечения защитного механизма, который выключает устройство 100 в случае, когда отказ компонента в импульсном блоке 414 питания случайно приводит к подаче излишней электрической энергии в лампу(ы)-вспышку(и) 112, что может иметь следствием нежелательное излучение света лампой(ами) вспышкой(ами). В немногих словах, схема 424 управления определяет, правильно ли сконфигурировано устройство 100 и способно ли к работе заданным способом, при соединении с конкретным сетевым источником 426 переменного тока, и дополнительно приводит устройство 100 в действие в соответствии с, по меньшей мере, одним пользовательским предпочтением, чтобы подавать терапевтически эффективное количество оптического излучения в, по меньшей мере, одну область воздействия на кожу во время сеанса лечения дерматологического заболевания. Процессор схемы 424 управления исполняет алгоритмы и работает с данными, переменными параметрами и другими компонентами, используемыми во время исполнения программы, которые, по меньшей мере, частично хранятся в памяти упомянутого процессора и могут быть наилучшим образом описаны со ссылкой на наглядный способ, изображенный на фиг. 5. Вспомогательные аппаратные элементы наглядной схемы 424 управления наиболее понятны из прилагаемого ниже их описания со ссылкой на фиг. 16.
В одном наглядном варианте функционирования, представленном также на фиг. 5, примерное устройство 100 для лечения дерматологических заболеваний, выполненное и применяемое в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми аспектами предложенной технологии, содержит схему 424 управления с процессором (например, микроконтроллером PIC16F883, выпускаемым компанией Microchip Technology, Inc.), который исполняет записанные в памяти команды методом многозадачности с реализацией приоритетов, когда несрочные задачи исполняются в конечном автомате в фоновом режиме, и срочные задачи исполняются с приоритетом прерывания в приоритетном режиме. После включения питания, процессор инициализирует свои внутренние часы, конфигурирует и инициализирует свои порты ввода/вывода, инициализирует системные драйверы, инициализирует значения переменных состояния, разрешает прерывания, устанавливает состояние светоизлучающих диодов и других элементов в пользовательском интерфейсе 108 и инициализирует устройство 100 в других отношениях (этап 502).
Затем процессор выполняет самотестирование устройства 100, чтобы убедиться, находится ли устройство в надлежащем рабочем состоянии (этап 504). Например, процессор может оценивать сигналы или другие указания из i) системы 406 охлаждения, чтобы удостовериться, что вентилятор системы работает с надлежащей скоростью, ii) системы 408 измерения температуры, чтобы удостовериться, что устройство 100 может безопасно работать при ее текущей температуре, iii) схемы защиты от длительного импульса в схеме 424 управления, которая определяет, существует ли в импульсной задающей схеме 422 или других элементах импульсного блока 414 питания, по меньшей мере, одно состояние, которое может вызвать приведение оптической системы 404 в действие чрезмерной электрической энергией, которая может быть опасна для пользователя, и/или подтверждает, что защитная схема, предназначенная для предотвращения упомянутых опасных состояний в случае аппаратурной неисправности, работает надлежащим образом, iv) системы 412 получения характеристик ламп-вспышек, чтобы удостовериться в том, что сменный светоизлучающий картридж 116 и лампа(ы)-вспышка(и) 112 разрешены изготовителем устройства 100 и, поэтому, должны работать как запланировано, и установлены в устройство 100 надлежащим образом, v) выступающего колпачка 118, чтобы удостовериться в том, что выступающий колпачок также разрешен изготовителем и содержит надлежащие элементы оптической системы 404 для лечения конкретного дерматологического заболевания, а также надлежащим образом установлен в устройство 100, и/или vi) системы 410 защитной блокировки, чтобы удостовериться, что устройство 100 надлежащим образом собрано/сконфигурировано, и что защитные элементы находятся в надлежащем рабочем состоянии, так что пользователь не остается незащищенным от опасных электрических или оптических режимов (которые могут иметь место, например, когда неисправные датчики контакта с кожей залипают в положении контакта и, тем самым, ошибочно показывают, что состояние безопасно для генерации интенсивного излучения световых импульсов оптической системой 404).
Процессор схемы 424 управления определяет характеристики (например, частоту, состояния высокого или низкого напряжения сети, состояния падения напряжения сети и т.п.) энергии переменного тока, обеспечиваемой сетевым источником 426 переменного тока, например, при получении, по меньшей мере, одного сигнала из детектора 416 напряжения сети переменного тока, представляющего упомянутые характеристики (этап 506). В одном наглядном варианте осуществления сигнал, формируемый упомянутым детектором 416, содержит, по меньшей мере, два импульса, при этом, нарастающий фронт первого импульса, по существу, совмещен с таким участком первого полупериода переменного тока, который соответствует минимальному пороговому рабочему напряжению после максимума полупериода, и срез первого импульса, по существу, совмещен с таким участком следующего соседнего выпрямленного полупериода переменного тока, (т.е. второго полупериода переменного тока), который соответствует минимальному пороговому рабочему напряжению перед максимумом данного полупериода. Аналогично, нарастающий фронт второго импульса совмещен с положением минимального порогового рабочего напряжения на нисходящем склоне второго полупериода, и срез второго импульса совмещен с положением минимального порогового рабочего напряжения на восходящем склоне третьего полупериода переменного тока, и т.д. Разность по времени между нарастающими фронтами первого и второго импульсов указывает частоту энергии переменного тока, обеспечиваемой сетевым источником 426 переменного тока, а длительность импульса каждого импульса (т.е. разность по времени между нарастающим фронтом и срезом данного импульса) указывает состояния высокого, низкого или падения напряжения сети. Например, состояние низкого напряжения сети в 50-Гц сети переменного тока будет давать, в результате, 10-миллисекундную разность по времени между нарастающими фронтами соседних импульсов (8,3-миллисекундную разность по времени для 60-Гц сети переменного тока) и длительность каждого импульса, несколько большую, чем нормальное состояние или состояние высокого напряжения сети. В процессе определения характеристик сети переменного тока, процессор схемы 424 управления, предпочтительно, усредняет вышеупомянутые разности по времени и длительности импульсов по нескольким соседним импульсам (например, по 32 соседним импульсам) для обеспечения того, чтобы никакие резко отклоняющие или ошибочные измерения не имели избыточного влияния на параметры настройки питания и работы устройства 100.
Процессор также выбирает информацию о максимальном числе вспышек и текущем сосчитанном числе вспышек, хранящуюся в памяти 413 системы 412 получения характеристик ламп-вспышек, чтобы определить, пригодна(ы) ли еще лампа(ы)-вспышка(и) 112 к эксплуатации (т.е., не превышено ли еще максимальное число вспышек) (этап 508). Если лампа(ы)-вспышка(и) 112 не пригодна(ы) к эксплуатации, то процессор дает команду пользовательскому интерфейсу 108 предложить пользователю устройства 100 заменить данные лампы-вспышки (этап 510). Например, пользовательский интерфейс может включать в импульсном режиме, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, зуммерный сигнал и/или иначе указывать пользователю, что требуется произвести замену сменного светоизлучающего картриджа 116, содержащего упомянутую(ые) лампу(ы)-вспышку(и) 112. Пользовательский интерфейс 108 может также давать знать пользователю о том, когда текущее сосчитанное число вспышек достигнет максимального числа вспышек, чтобы пользователь мог приобрести другой сменный светоизлучающий картридж заранее, до завершающего этапа жизненного цикла установленного картриджа. Если лампа(ы)-вспышка(и) 112 пригодна(ы) к эксплуатации, то процессор оценивает сигналы или другие из пользовательского интерфейса 108 для определения вариантов выбора, сделанного пользователем или от имени пользователя устройства 100, например, тип лечения дерматологического заболевания, параметры настройки уровней мощности, стробоскопический или импульсный режимы работы, параметры настройки типа кожи/волос и/или подобные варианты выбора (этап 512).
Процессор определяет параметры настройки компенсации питания и форм импульсов, которые требуются при лечении конкретного дерматологического заболевания на основании, по меньшей мере, частично, пользовательских вариантов выбора, характеристик энергии переменного тока, обеспечиваемой сетевым источником 426 переменного тока, и характеристик ламп-вспышек (этап 514). В частности, процессор использует информацию, относящуюся к типу лечения дерматологического заболевания, параметрам настройки уровней мощности и/или параметрам настройки типа кожи/волос, для определения (на основании вычисления и/или поиска по структуре данных) плотности потока, длительности импульсов и/или задержки между импульсами/между последовательностями, по меньшей мере, одного светового импульса и/или одной последовательности световых импульсов, которые требуются для содействия лечению требуемого дерматологического заболевания. Процессор дополнительно использует характеристики сети переменного тока и ламп-вспышек, чтобы определить соответствующие параметры электрической энергии, которая должна подаваться импульсным блоком 414 питания в оптическую систему 404 для обеспечения требуемого профиля света. Например, условия падения или низкого напряжения сети на входе, которые соответствуют периодам времени, в течение которых уровни напряжения ниже номинальных напряжений, требуют применения более сильных электрических токов для поправки на упомянутые низкие напряжения и поддерживания, по существу, постоянной мощности на лампе(ах)-вспышке(ах) 112 и могут также приводить к сокращению длительностей импульсов (в вариантах осуществления с регулируемыми импульсами) для каждого электрического импульса в последовательности электрических импульсов (которые соответствуют световым импульсам в последовательности световых импульсов). Аналогично, условия высокого напряжения сети на входе обеспечивают повышение напряжений, что требует ослабления токов для поправки на упомянутые высокие напряжения, чтобы поддерживать, по существу, постоянную мощность на лампе(ах)-вспышке(ах) 112. Кроме того, характеристики старения и электрооптического преобразования ламп(ы)-вспышек(ки) 112 могут потребовать внесения дополнительных изменений в электрический ток, пропускаемый через упомянутую(ые) лампу(ы)-вспышку(и) 112. Например, характеристики ламп-вспышек, относящиеся к старению/ухудшению свойств, для ламп(ы)-вспышек(ки), которые хранятся в памяти 413 системы 412 получения характеристик ламп-вспышек, содержат, предпочтительно, предварительно заданное процентное ослабление светоизлучения через некоторое число световых импульсов или последовательностей световых импульсов (например, 5% ослабление плотности оптического потока через каждые 1000 последовательностей световых импульсов), которым можно воспользоваться для вычисления значения электрической компенсации, которое увеличивает электрический ток через лампу(ы)-вспышку(и) 112 на величину, достаточную для компенсации упомянутого ухудшения свойств и обеспечения, тем самым, требуемой и, по существу, стабильной плотности оптического потока во время одного и того же или последующего сеанса лечения дерматологического заболевания. Аналогично, отдельная(ые) лампа(ы)-вспышка(и) 112, установленные в сменный светоизлучающий картридж 116, могут различаться между разными картриджами, так что возможно различие между упомянутыми лампами-вспышками 112 по эффективности электрооптического преобразования, и тогда коэффициент коррекции, хранящийся в памяти 413 системы 412 получения характеристик ламп-вспышек обеспечивает механизм, посредством которого процессор может настраивать электрическую выходную мощность импульсного блока 414 питания для приведения требуемой последовательности световых импульсов в соответствие во время лечения дерматологического заболевания.
Когда пользователь устройства 100 нажимает кнопку 113 поджига вспышки на пользовательском интерфейсе 108, процессор схемы 424 управления определяет данный вариант выбора, предпочтительно, пока кнопка 113 еще нажата, контролирует систему 410 защитной блокировки для определения сигнала из данной системы, характеризующего момент, когда датчики контакта с кожей системы 410 защитной блокировки включаются, и показывающего, что, по меньшей мере, участок ручного блока 104, из которого должно исходить оптическое излучение, находится, по существу, в контакте с областью кожи, подлежащей облучению или, по существу, окружает данную область кожи (этап 516). После этого, процессор, предпочтительно, обращается к системе 408 измерения температуры и определяет, не выходит ли температура в ручном блоке 104 и/или других местах внутри устройства 100 за пределы контролируемого диапазона (этап 518) рабочих температур. Если температура ниже первого температурного порога, обозначающего безопасную рабочую температуру, то процессор может выдать в схему управления дежурной дугой в составе схемы 424 управления команду включения схемы 418 питания дежурной дуги (этап 520). Если температура находится в пределах контролируемого диапазона рабочих температур, между первым температурным порогом и вторым температурным порогом, то, по желанию, процессор может принимать решение, следует ли изменять работу системы 406 охлаждения (например, повышать скорость вентилятора с регулируемой скоростью внутри ручного блока 104 или в любом другом месте устройства 100) и/или изменять параметры, связанные с последовательностями световых импульсов и/или соответствующими электрическими импульсами, (например, увеличивать временной интервал между следующими друг за другом последовательностями световых импульсов, чтобы, тем самым, по меньшей мере, временно, снизить общую частоту вспышек устройства 100), чтобы температура внутри устройства оставалась в требуемых температурных пределах во время и/или непосредственно после следующей последовательности световых импульсов (этап 522). Если измеренная температура превышает верхний из двух температурных порогов, что означает небезопасный рабочий режим, то процессор может выдать в импульсный блок 414 питания сигнал, который выключает питание устройства 100 (этап 524).
В одном варианте осуществления после того, как схема 418 питания дежурной дуги включается, требуется около 125 миллисекунд, чтобы схема 418 вышла на свое полное выходное напряжение (приблизительно 750 Вольт для устройства с двумя лампами вспышками), при этом, процессор использует собственные внутренние часы для измерения данного периода времени и приостанавливает любые дальнейшие операции, связанные с питанием, пока не истекает данный период времени. Как только схема 418 питания дежурной дуги достигает своего требуемого выходного напряжения, процессор может, по желанию, проверить, остаются ли защитные блокировки включенными (этап 526) или приступить к передаче сигнала в схему управления пуском схемы 424 управления, чтобы включить схему 420 пускового питания (этап 528). Если процессор обнаруживает, что защитные блокировки больше не включены, то процессор может передать в схему управления дежурной дугой сигнал, который выключает схему 418 питания дежурной дуги (этап 530).
Как упоминалось выше, предпочтителен вариант, в котором схема 418 питания дежурной дуги и схема 420 пускового питания совместно используют общие компоненты таким образом, что выходное напряжение дежурной дуги добавляется/повышается трансформатором до напряжения пускового питания (например, приблизительно, 6-10 киловольт), чтобы получить, в совокупности, достаточную абсолютную величину для пуска/инициирования ионизации газа в лампе(ах)-вспышке(ах) 112, что означает начало состояния дежурной дуги лампы-вспышки (этап 532). После ионизации, состояние дежурной дуги может поддерживаться путем продолжения подачи электрического тока около 50-100 миллиампер в лампу(ы)-вспышку(и) из схемы 418 питания дежурной дуги. Затем, процессор, по желанию, может проверить, остаются ли защитные блокировки включенными (этап 534) или продолжить посредством передачи сигнала в схему стабилизации тока схемы 424 управления, чтобы включить импульсную задающую схему 422 (этап 536). Если защитные блокировки больше не включены, то процессор может выдать в схему управления дежурной дугой сигнал, который выключает схему 418 питания дежурной дуги, что, фактически, выключает состояние дежурной дуги ламп(ы)-вспышек(ки) 112.
Процессор выдает сигналы и обеспечивает подачу опорных напряжений в схему стабилизации тока, которая вынуждает импульсную задающую схему 422 импульсного блока 414 питания генерировать импульсы электрической энергии, которые, по существу, отражают форму и другие признаки последовательностей световых импульсов, и которые возбуждают лампу(ы)-вспышку(ки) 112 в состоянии дежурной дуги, чтобы происходила генерация интенсивных импульсов оптического излучения в состоянии генерации импульса (этап 538). Как пояснялось выше, электрическая энергия, обеспечиваемая импульсной задающей схемой 422 для возбуждения переключения ламп(ы)-вспышек(ки) 112 из состояния дежурной дуги в их состояние генерации импульса, отбирается, по существу, из сетевого источника 426 переменного тока в течение таких периодов в пределах полупериода переменного тока, когда имеет место превышение минимального порогового рабочего напряжения. На упомянутом участке полупериода переменного тока можно также обеспечить требуемые максимальные уровни тока, необходимые для возбуждения ламп(ы)-вспышек(ки) в течение их состояния генерации импульса, без отбора сколько-нибудь значительной энергии из каких-либо заряжаемых конденсаторов. Форму (например, длительность импульса, интервалы межимпульсной задержки, степень колебания электрического тока относительно номинального значения тока и между верхним и нижним пределами) и размер (например, максимальный и средний электрический ток) электрических импульсов и последовательностей электрических импульсов, генерируемых импульсной задающей схемой 422, можно выдерживать в пределах заданного профиля импульсов, определяемого процессором. В частности, процессор выдает сигналы в схему стабилизации тока, которая селективно отпирает полевой транзистор или элемент коммутации питания в схеме импульсного понижающего стабилизатора импульсного блока 414 питания, чтобы пропускать электрическую энергию в лампу(ы)-вспышку(и) 112. Поскольку в предпочтительном варианте лечение многих дерматологических заболеваний проводят импульсами света, по существу, прямоугольного профиля, то процессор может управлять элементом коммутации питания в режиме селективного пропускания или блокирования передач электрической энергии таким образом, что электрическая энергия, подаваемая в лампу(ы)-вспышку(и), колеблется (например, с частотой 50-100 килогерц и, в более предпочтительном варианте, с частотой, приблизительно, 80 килогерц) относительно требуемого уровня тока и между верхним и нижним пределами тока, так что ток, по существу, стабилизируется. Процессор отпирает или запирает элемент коммутации питания на основании, по меньшей мере, частично, величины тока, который проходит через лампу(ы)-вспышку(и) 112 в данный момент во время состояния генерации импульса (определяемого, например, токочувствительным резистором), что оказывает влияние на амплитуду колебаний тока относительно требуемого уровня (например, в пределах около 35-80 Ампер, и, в более предпочтительном варианте, в пределах около 47-65 Ампер +/-10 Ампер), и на основании коэффициента заполнения или величины, обратной коэффициенту заполнения сигнала, формируемого детектором напряжения сети переменного тока в такие периоды в пределах полупериодов переменного тока, когда превышаются минимальные пороговые рабочие напряжения (применяемые для перехода между состояниями генерации импульса и дежурной дуги ламп(ы)-вспышек(ки) 112, во время и после электрической последовательности/последовательностей световых импульсов).
Схема 424 управления импульсного блока 414 питания может обнаруживать, по меньшей мере, один серьезный отказ, который может происходить в результате неправильного функционирования аппаратного или программного обеспечения во время или после излучения последовательности световых импульсов (этап 540). Например, повреждение элемента коммутации питания, которое замыкает элемент накоротко в постоянно проводящее состояние, может приводить к возбуждению ламп(ы)-вспышек(ки) чрезмерной, нерегулируемой электрической энергией, что может иметь следствием нежелательное излучение света в течение состояния генерации импульса лампы. Если возникает серьезный отказ (т.е. неустранимое состояние отказа), то процессор, схема защиты от длительного импульса и/или другая схема в схеме 424 управления могут использовать IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) или другой коммутирующий элемент для постоянного или временного отключения устройства 100 (этап 542). В одном варианте осуществления устройство 100 навсегда отключается после того, как состояние серьезного отказа повторяется несколько раз в течение данного периода времени. Если состояние серьезного отказа не возникает, и последовательность световых импульсов излучается успешно, то процессор может выдать в схему 424 управления команду на отключение схем 418, 420 питания дежурной дуги, пускового питания и импульсной задающей схемы 422 (этап 544) и обновление текущего сосчитанного числа вспышек или других характеристик ламп-вспышек, хранящихся в памяти 413 системы 412 получения характеристик ламп-вспышек (этап 546) в ходе подготовки к последующим операциям устройства 100.
Важно отметить, наглядный способ, представленный на фиг. 5 и описанный выше, можно модифицировать различным образом, без существенной потери преимуществ предлагаемой технологии. В качестве неограничивающего примера, части способа, описанные для этапов 502-518, можно полностью или частично объединять в разных последовательностях; определения, касающиеся того, когда включены защитные блокировки, не обязательно должны выполняться в период времени, начинающийся с состояния дежурной дуги и заканчивающийся после окончания состояния генерации импульса лампой(ами)-вспышкой(ами) 112; состояние дежурной дуги можно полностью исключить посредством обеспечения работы ламп(ы)-вспышек(ки) в состоянии генерации импульса, по существу, сразу после генерации пускового импульса; и/или состояние дежурной дуги ламп(ы)-вспышек(ки) может сохраняться после прекращения состояния генерации импульса и, следовательно, в течение периода времени между соседними последовательностями световых импульсов.
На фиг. 6-12 представлены также электрические, оптические и тепловые временные диаграммы, которые могут встречаться в процессе наглядного сеанса лечения дерматологического заболевания, проводимого для временного удаления волос, с использованием примерного устройства 100 для лечения дерматологических заболеваний, выполненного и применяемого в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми аспектами предлагаемой технологии. В частности, на фиг. 6 изображен двухполупериодный выпрямленный сигнал питания переменного тока (с частотой 50 Гц и соответствующим 10-миллисекундным периодом), отражающий либо состояние 602 высокого напряжения сети, либо состояние 604 низкого напряжения сети. Состояние номинального напряжения переменного тока не показано для исключения чрезмерного загромождения фигуры, но специалистам в данной области техники понятно, что временная диаграмма номинального напряжения будет находиться между временными диаграммами 602, 604 высокого и низкого напряжений сети. Наглядное минимальное пороговое рабочее напряжение 606 также показано, и пересечение упомянутого порога 606 с временными диаграммами 602 высокого напряжения сети показывает, что продолжительность данного участка полупериода переменного тока выше порога 606 больше, чем соответствующая продолжительность для временной диаграммы 604 низкого напряжения сети. Соответственно, состояния высокого напряжения сети переменного тока может соответствовать более продолжительным электрическим и световым импульсам и меньшим максимальным токам, необходимым для лечения конкретного дерматологического заболевания, чем в состояниях низкого напряжения сети переменного тока.
На фиг. 7 представлен наглядный сигнал 702, который может быть сформирован детектором 416 напряжения сети переменного тока для поддержки процессора схемы 424 управления при определении данным процессором частоты сети переменного тока и отрезков времени в пределах полупериодов переменного тока, когда достигается или превышается минимальное пороговое рабочее напряжение 606. В наглядном варианте осуществления каждый импульс в сигнале 702 характеризует время, когда напряжения полупериодов переменного тока ниже минимального порогового рабочего напряжения 606. Следует отметить, что продолжительности упомянутых импульсов короче для состояний высокого напряжения сети переменного тока, чем для состояний низкого напряжения сети переменного тока, при этом, величина, обратная изображенному коэффициенту заполнения определяет такой участок полупериода переменного тока, на котором можно обеспечить достаточно электрической энергии для возбуждения ламп(ы)-вспышек(ки) 112 (из состояния дежурной дуги в состояние генерации импульса) устройства 100 для лечения дерматологических заболеваний во время сеанса лечения, без отбора сколько-нибудь значительной электрической энергии из заряжаемого конденсатора. В другом варианте осуществления детектор 416 напряжения сети переменного тока может формировать сигнал, который является обратным показанному сигналу 702, при этом, его коэффициент заполнения будет, по существу, непосредственно отображать такой участок полупериодов переменного тока, на котором возможно возбуждение ламп(ы)-вспышек(ки) 112 предлагаемым способом.
На фиг. 8 представлена диаграмма сигнала в виде наглядной временной диаграммы 802 напряжения, которое может подаваться на сдвоенные лампы-вспышки устройства для лечения дерматологических заболеваний в процессе сеанса облучения для временного удаления волос, во время которого имеет место состояние высокого напряжения сети переменного тока. В данном варианте осуществления схема 418 питания дежурной дуги сначала подает напряжение около 750 Вольт на лампы-вспышки, которое затем суммируется с напряжением, обеспечиваемым схемой 420 пускового питания для получения в совокупности напряжения 10 киловольт пускового сигнала, который достаточен для емкостного запуска/инициирования ионизации газа в лампах-вспышках. После этого, схема 424 управления дает команду импульсной задающей схеме 422 подавать импульсы напряжения на лампы-вспышки, по существу, в течение такого отрезка времени полупериода переменного тока, когда превышено минимальное пороговое рабочее напряжение 606 (в данном случае, в течение отрезка времени, приблизительно, 7 миллисекунд), при этом, упомянутые импульсы напряжения разделены, приблизительно, 3-миллисекундными отрезками времени, в течение которых на лампах-вспышках поддерживается напряжение дежурной дуги. Как показано, импульсы напряжения могут иметь, по существу, прямоугольный профиль с колебаниями, приблизительно, +/-25 Вольт относительно среднего напряжения 100 Вольт.
На фиг. 9 представлена диаграмма сигнала в виде наглядной временной диаграммы 902 электрического тока, соответствующей временной диаграмме 802 напряжения, представленной на фиг. 8. В данном варианте осуществления ток низкого уровня, приблизительно, 100 миллиампер начинает протекать через лампу(ы)-вспышку(и) после инициирования ионизации газа в лампе(ах)-вспышке(ах), и упомянутый ток низкого уровня продолжает протекать в течение межимпульсного периода, чтобы обеспечивать сохранение ионизации газа, по меньшей мере, пока не заканчивается соответствующая последовательность световых импульсов. Во время состояния генерации импульса лампой(ами)-вспышкой(ами), ток повышается до, приблизительно, 50 Ампер и поддерживается на данном уровне с точностью до, приблизительно, +/-10 Ампер в результате операции коммутации с частотой 80 килогерц, выполняемой, как описано выше, импульсной задающей схемой 422. В зависимом варианте осуществления, в котором дополнительно ослабляются термические и механические удары, испытываемые лампой(ами)-вспышкой(ами), суммарная длительность импульса на временной диаграмме 902 тока может быть увеличена (например, в итоге, до приблизительно 50-250 мс, предпочтительно, до приблизительно 60-130 мс и, в наиболее предпочтительном варианте, до приблизительно 110 мс) так, чтобы через лампу(ы)-вспышку(и) пропускался дополнительный стабилизированный ток с уровнем средней интенсивности (например, приблизительно 1-25 Ампер, предпочтительно, приблизительно 1-15 Ампер) в течение периода после ионизации ламп(ы)-вспышек(ки) и вплоть до интенсивного светового излучения, происходящего при уровне тока 50 Ампер. Упомянутый ток среднего уровня не только стабилизирует температуру и ослабляет механические напряжения ламп(ы)-вспышек(ки), но также служит для предварительного нагревания целевой ткани в области воздействия на кожу, без причинения существенного повреждения нецелевой окружающей ткани.
На фиг. 10 показана диаграмма сигнала наглядной последовательности 1002 световых импульсов, соответствующей временной диаграмме 902 тока, представленной на фиг. 9. В данном варианте осуществления акты интенсивного светового излучения, которое происходит в состоянии генерации импульса лампами-вспышками, по существу, совпадают с длительностями импульсов на временной диаграмме 902 электрического тока и характеризуются соответствующими колебаниями светового выхода. Во время сеанса облучения для временного удаления волос, каждый из четырех изображенных световых импульсов (содержащих представляющие интерес длины волн) может выдавать приблизительно 3,75 Джоулей оптического излучения для получения, в сумме, 15 Джоулей, которые могут быть подведены через апертуру 2 квадратных сантиметра к коже, что дает, в результате, плотность потока, приблизительно, 7,5 Джоулей на квадратный сантиметр. Разумеется, число импульсов, энергия на один импульс, межимпульсный период и другие аспекты данной наглядной временной диаграммы 1002 и аспекты связанных с ней электрических временных диаграмм 802, 902 можно легко видоизменять, без существенного отклонения от принципов предлагаемой технологии, при условии, что акты интенсивного светового излучения в течение состояний генерации импульсов лампами и соответствующих импульсов электрического тока и напряжения происходят, по существу, в периоды времени, когда полупериоды переменного тока находятся на уровне или выше минимального порогового рабочего напряжения 606.
На фиг. 11 представлена наглядная температурная кривая 1102 целевой ткани (например, волосяного фолликула, волосяной луковицы и т.п.), при облучении последовательностью 1002 световых импульсов, показанной на фиг. 10 во время сеанса облучения для временного удаления волос. Как показано, температура целевой ткани значительно повышается во время каждого светового импульса и остается, по существу, той же самой температурой или немного снижается в межимпульсный период между упомянутыми световыми импульсами. Суммарным эффектом воздействия упомянутых световых импульсов является повышение температуры целевой ткани до уровня, при котором, в результате, будет происходить временное удаление волос.
Аналогично, на фиг. 12 представлена наглядная температурная кривая 1202 нецелевой ткани, например, эпидермы, при облучении последовательностью 1002 световых импульсов, показанной на фиг. 10 во время сеанса облучения для временного удаления волос. Как в случае температурной кривой 1102 целевой ткани, температура эпидермы повышается во время каждого светового импульса, но снижается значительно быстрее, чем температура целевой ткани в течение межимпульсного периода. Соответственно, температуру эпидермы во время сеанса лечения дерматологического заболевания можно выдерживать ниже любого порога значительного поражения, с обеспечением требуемого температурного протокола для целевой ткани.
На фиг. 13 показаны схемные компоненты и межсоединения наглядной схемы 418 питания дежурной дуги, которая может быть собрана и может работать в соответствии с предложенной технологией. Как показано, схема 418 питания дежурной дуги, работающая с управлением от процессора, схемы управления дежурной дугой и/или схемы защиты от длительного импульса схемы 424 управления, содержит трансформатор, который повышает уровень напряжения постоянного тока, формируемого из переменного тока сетевого источника 426 переменного тока, до требуемого уровня (750 Вольт для устройства с двумя лампами-вспышками). Схема 418 питания дежурной дуги содержит также множество различных конденсаторов, которые сглаживают питание дежурной дуги, которое затем подается на лампы-вспышки 112 до и во время их состояния генерации импульса.
На фиг. 14 показаны схемные компоненты и межсоединения наглядной схемы 420 пускового питания, которая может быть собрана и может работать в соответствии с предложенной технологией. Как показано, схема 420 пускового питания, работающая с управлением от процессора и схемы управления пуском схемы 424 управления, получает некоторую часть высоковольтной энергии от трансформатора схемы 418 питания дежурной дуги и дополнительно повышает напряжение до, приблизительно, 10 киловольт, с помощью собственного трансформатора. Затем получаемый пусковой импульс можно использовать для емкостного запуска ламп-вспышек 112, чтобы инициировать их состояние дежурной дуги, как пояснялось выше.
На фиг. 15 показаны схемные компоненты и межсоединения наглядной импульсной задающей схемы 422, которая может быть собрана и может работать в соответствии с предложенной технологией. Импульсная задающая схема 422 содержит схему 1502 фильтрации электромагнитных помех (EMI), выпрямительную схему 1504 и схему 1506 импульсного понижающего стабилизатора. Схема 1502 фильтрации электромагнитных помех содержит, по меньшей мере, один электрический дроссель и емкостной элемент, которые эффективно отфильтровывают электромагнитные помехи из электрической энергии, поступающей в/из сетевого источника 426 переменного тока. Затем отфильтрованная электрическая энергия может подаваться на диодный мост выпрямительной схемы 1504 для двухполупериодного выпрямления переменного тока, и, после этого, выпрямленная энергия пропускается через емкостные элементы в схеме 1504 для сглаживания выпрямленного переменного тока, с получением, тем самым, временной диаграммы постоянного тока высокого напряжения. Затем, упомянутый постоянный ток высокого напряжения можно подводить к полевому транзистору или другому элементу 1508 коммутации питания, который селективно переключается в проводящее и непроводящее состояния под управлением процессора, схемы стабилизации тока и/или схемы защиты от длительного импульса схемы 424 управления, как пояснялось выше. Параллельно элементу 1508 коммутации питания можно включить схему 1510 гашения колебаний для предотвращения переходных колебаний в ключе во время работы устройства 100. Когда ключ 1508 находится в проводящем состоянии, электрическая энергия пропускается через дроссельную и диодную схему и подается на электроды ламп-вспышек 112. Диод 1512 блокирует попадание сколько-нибудь значительной электрической энергии в импульсную задающую схему 422 из схемы 418 питания дежурной дуги, когда схема питания дежурной дуги включена, и, тем самым, не допускает возможности повреждения схемных компонентов импульсной задающей схемы 422. Токочувствительный резистор 1514 в проводящем пути обеспечивает, для процессора и/или стабилизатора тока, указание на электрический ток, который протекает через лампы-вспышки 112 в любое данное время и, тем самым, служит основой для схемы 424 управления, чтобы селективно отпирать/запирать ключ 1508, с управлением, тем самым, актами подачи, в лампы вспышки 112, электрической энергии, которая возбуждает излучение последовательностей световых импульсов.
На фиг. 16 показаны схемные компоненты, межсоединения и интерфейсы наглядной схемы 424 управления и детектора 416 напряжения сети переменного тока, которые могут быть собраны и могут работать в соответствии с предложенной технологией. Схема 424 управления содержит процессор 1602, схему 1604 управления дежурной дугой, схему 1606 управления пуском, стабилизатор 1608 тока и схему 1610 защиты от длительного импульса, каждая из которых предназначена и сконфигурирована для управления работой устройства 100 в соответствии с предложенными вариантами осуществления.
Выше приведено описания ряда вариантов осуществления и их изменений, однако, предполагается, что приведенные варианты осуществления предназначены только для иллюстрации, и что, при практической реализации принципов предложенной технологии, возможно внесение других многочисленных изменений. Например, описание предложенной технологии приведено, главным образом, в связи с применениями для регулирования роста/удаления волос, но возможно также применение для различных видов лечения в обширных областях медицины или косметической дерматологии. Конкретные схемные конфигурации и связанные функции также приведены для наглядности и могут быть легко видоизменены без существенного отклонения от принципов настоящего изобретения. Таким образом, хотя изобретение детально показано и описано выше со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления специалистом в данной области техники могут быть внесены вышеупомянутые и другие изменения по форме и в деталях, без выхода за пределы существа и объема изобретения, которые должны определяться только прилагаемой формулой изобретения.