毛發生長調節方法及其裝置的制作方法

專利名稱：毛發生長調節方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用光來調節毛發生長的毛發生長調節方法及其調節裝置。
背景技術：
通過光的輻射實現脫毛在醫學界已是眾所周知。這涉及到使用高輸出(4級)的激光破壞位于發根(和毛囊)處的細胞使得毛發壞死以達到脫毛的目的。然而，伴隨破壞細胞的同時容易出現諸如灼傷和老年斑等副作用，因此這種處理方式只能由專科醫生實施。
雖然能夠在家里容易的進行脫毛和毛發再生是一件令人期待的事情，但目前還沒有滿足這種需求的技術。此外，雖然在日本專利公開第2002-541906號中提出了一種輔助毛發生長和毛發再生的儀器，這種儀器在輻射光的同時對頭皮施加輕微振動，但是在這種情況下光輻射只是幫助養發劑(hairtonic)穿透進入頭皮為毛乳頭(hair papilla)提供養分，而這種光輻射不用于對毛發生長和毛發再生產生作用。雖然在日本專利公開第2005-519692號中提出了一種利用低功率光抑制毛發生長的方法，但僅靠這種技術并不能獲得適當的效果。

發明內容
鑒于前述，本發明的目的是提供一種調節毛發生長的方法及其調節裝置，即通過輻射低能量輸出的光以調節毛發生長而不造成實質的有害結果。
如本發明所要求保護的毛發生長調節方法，其特征在于，采用波長為400nm 600nm，能量為0.01 J/cm2 1 J/cm2的調節光輻射人體發根周圍部分，從而使調節光被存在于人體發根周圍部分的光線吸收組織(component)所吸收，從而調節毛發生長。
當調節光被包括發根周圍的黑色素在內的人體組織吸收時，會導致以下現象發生1) 細胞生長的中斷和細胞死亡的誘發(induction)，原因在于引起活性 氧和其他基團(radical)的形成，從而導致DNA、蛋白質、細胞膜等的變性；
2) 細胞死亡的開始，原因在于所產生的熱量導致形成了應激反應蛋白 (stress response protein)(熱休克蛋白(heat shock protein));
3) 毛發生長的中斷，原因在于轉錄調節因子以myc和p53蛋白形式被 活化或激活；
4) 隨著毛發基質細胞(hair matrix cell)數量的減少，再生毛發的稠密 度和長度發生變化；
5) 抑制酶的活動，酶可以防止作為色素細胞受到光輻射的結果在黑色 素形成過程中導致的多巴醌(d叩aquinone)和多巴色素流失，以及由于細胞 毒性多巴醌、多巴色素等的流失導致細胞死亡的出現；
6) 毛發脫落；以及
7) 毛發循環從生長期轉入休止期。
因此，調節毛發生長不是通過常規治療的光學脫發技術破壞細胞來實 現，而是通過人工誘發身體中出現的正常細胞改變或者在毛發循環的退行期 正常發生的生理性細胞死亡(細胞凋亡(apoptosis))來實現。此外，由于吸 收光的組織并非來自身體外部，而是如同黑色素一樣固有地存在于身體內部 以完成對光的吸收，因此幾乎沒有任何熱變化或化學變化等引起的不利結 果。
另外，如果調節光的輻射能量低于0.01 J/cm2，則光輻射的效果無法得 到確認；如果輻射能量高于1 J/cm2,則可能對身體產生其他作用。
調節光最好選擇波長不在卯0nm 1500nm范圍內的。因為該波長范圍 與水的吸收范圍相對應，排除這一波長范圍就阻止了體內水分對光能的吸 收，從而可以減少對身體的不利影響。
調節光的輻射時間周期最好不超過1毫秒。盡管光輻射能量等于輻射功 率和輻射時間的乘積，但是當輻射時間超過l毫秒時，考慮到其與輻射功率 的關系，將無法獲得適當的效果。
本發明也提供一種實現上述毛發生長調節方法的毛發生長調節裝置。
除了輻射波長分布在400nm到600nm之間的調節光的光輻射器之外，
毛發生長調節裝置還包括測量裝置和控制裝置測量裝置用于測量人體在受到調節光輻射時的吸收光譜；控制裝置用于比較在測量到的吸收光譜內的吸 收率峰值和在特定波長的吸收率，并可變地控制調節光的功率和輻射時間。
根據這個控制裝置，當處于毛發循環的生長期或退行期時可以給予發根適當
的能量；當處于毛發循環的生長期時能夠抑制毛發生長；當處于毛發循環的
休止期時能夠促進毛發生長。
在這種情況下，控制裝置優選地至少控制功率和輻射時間，以恒定能量 的方式輻射光束。


圖1 (A)是用于本發明的光輻射器的橫向剖面示意圖，圖1 (B)是光 輻射器的縱向剖面示意圖2(A)、 2(B)和2(C)是受到光輻射10小時后毛發基質細胞的顯微示意
圖3是受到光輻射24小時后毛發基質細胞的顯微示意圖； 圖4是受到光輻射72小時后出現脫發時毛發基質細胞的顯微示意圖； 圖5是在毛囊形式中用于形成毛發的器官周圍的血管說明圖； 圖6是進入皮膚的光的傳輸速率(mte)說明圖； 圖7是使用老鼠進行實驗的結果說明圖； 圖8是毛發循環的說明圖； 圖9是本發明中毛發生長調節裝置的框圖； 圖IO是本發明中裝置的操作流程圖； 圖11是本發明中裝置所使用的照明電路的電路圖； 圖12是顯示利用三個人的采樣來測量皮膚對各種波長光的光譜反射系 數結果的本發明的說明圖；以及
圖13是本發明中光的波長和黑色素自身的吸光率之間關系的說明圖。
具體實施例方式
圖1顯示用于本發明的調節光輻射器10。調節光輻射器10設置有氙閃 光燈12形式的光源，并經過濾波器(filter) 14輸出一定波長的閃光形式的 調節光，比如波長在400nm 600nm的調節光。因此，調節光輻射器10具有電容14，其累積電荷用于使氙閃光燈12發射光；以及充電/放電電路18，
對電容16進行充電和放電。充電/放電電路18配置為利用單脈沖(one-shot pulse)使電容放電，從而使氙閃光燈12發出短時(不超過lms)的光，并 以調節光的形式輸出閃光。
調節光輻射器10輻射的調節光需要被皮膚吸收，當確定被吸收的光的 波長時，如圖12所示，使用三個人的采樣，測量對每一光波長的皮膚光譜 反射系數。在所有采樣中，400nm 600nm附近的反射系數降低，并且發現 皮膚對這一波長范圍的光具有容易吸收的特性。這是因為存在于皮膚內的黑 色素起到了相當大的作用。圖13顯示黑色素自身的吸光率的光譜特性，例 如，當輻射光的波長為567nm時，黑色素單獨吸收了 39%的輻射光。由此， 使用波長帶在400nm 600nm范圍內的低功率輸出的光能夠對毛發產生刺 激，所述波長帶包括567nm的波長，其容易被皮膚吸收。而且，對皮膚有害 的波長不大于400nm的紫外線被UV截止濾波器過濾掉。
氙閃光燈輻射的調節光以1500000 7000000勒克斯(lux)的照度輻射， 閃光持續(峰值功率的一半值)100 70(^s。由于輻射光的量可被確定為照 度和閃光持續時間的乘積，因此輻射光的量為150勒克斯-秒 4900勒克斯-秒。另夕卜，輻射能量(J/cm勺等于輻射功率(W)和輻射時間(秒)的乘積，通過控 制輻射功率(W)和輻射時間(秒)，使得輻射能量K為例如O.l J/cm2，能夠 可靠地抑制輻射帶來的不利影響。與此同時，比較每間隔數天輻射光一次/ 天與連續5 10天反復輻射光一次/天這兩種輻射方式，后者可以使用更低功 率光源。
眾所周知，毛發(體表毛發和頭皮毛發)的毛發循環(其間毛發發生 變化)包括生長期、退行期和休止期。本發明的發明人通過老鼠試驗確認 若在毛發循環的生長期內輻射光，如果以上述輻射條件對皮膚進行光輻射， 將有效抑制毛發生長，并且其與現有激光治療技術等的不同之處在于沒有改 變細胞形態，也沒有引起細胞壞死。此外，如果在毛發循環的休止期實施光 輻射，已確認在毛發循環的生長期毛發生長進程會加快。另外，也證實不會 出現諸如灼傷之類的有害結果。
盡管在生長期使用不會引起細胞形態變化的能級(level)的光輻射毛發 會抑制毛發生長的原因尚不清楚，但是基于RNA水平的分析結果，可知光輻射的結果是激活了炎癥細胞因子(inflammatory cytokines)，而炎癥細胞因子激活的結果是導致毛發生長被抑制。
此外，基于在毛發循環內引發變化而出現效果的500nm 600nm的光譜反射系數，輻射功率根據輻射目標位置上皮膚的光譜反射系數變化率(或吸收率)進行變化。當把用作基準的特定波長的反射系數(或吸收率)設為R0，受到輻射的皮膚的反射系數(或吸收率)設為R1，對于反射系數為RO的皮膚能夠激活其炎癥細胞因子的光源的功率設為P0時，則輻射功率P可被確定為P = R1/R0XP0。由于對毛發循環起作用的能量是恒定值，在皮膚的光譜反射系數高的情況下，輻射功率增加，輻射時間縮短。
此外，由于毛發按照所在位置的不同，比如胳膊或頭皮，其毛發循環的生長期、退行期和休止期各自的持續時間也有所不同，因此對于需要抑制毛發生長的位置，應該首先確定毛發循環是否處于生長期，之后再輻射光。
如前所述，由于波長區域400nm 600nm是氧基血紅素的吸收波長，盡管據說可能對血管內壁產生影響，但是因為輻射能量低，所以由于黑色素對'光的吸收而能夠以低能量水平獲得有效的毛發生長調節效果，而避免對血管內壁產生影響。
如圖2所示，當使用上面所述的光輻射處于生長中的毛發發根附近時，會導致發根處的細胞死亡。圖2 (A)描繪了受到輻射后IO小時的細胞。此時，出現導致細胞死亡(細胞凋亡)的成分以胱冬肽酶3(caspase3)的形式被激活的狀態，并且毛發基質(hairmatrix)的上半部分(接近皮膚表面的一側)也被激活。此外，圖2 (B)表明，毛發基質中被確認發生細胞死亡(細胞凋亡)的部分說明細胞死亡可被確認為處于毛發基質的中心附近。然而，如圖2 (C)所示，受到輻射后IO小時細胞形態并未發生形態改變，這表示在;皮膚內沒有組織或細胞被破壞。
在輻射后10小時和24小時分析細胞因子，確認炎癥細胞因子被激活。由于生長中的毛發發根有傳送黑色素進入毛發并可容納大量的黑色素的功能，因此在發根處光輻射可以有效地展開毛發生長調節。但是，由于光輻身寸來自于皮膚的上表面，因此只在發根的上半部分出現細胞死亡。由于發根的上半部分幾乎吸收了全部的光，因此細胞死亡不會出現在下半部分。另外，圖3表明在光輻射后24小時發根周圍出現細胞分裂的激活(圖中白點表明細胞分裂被激活的細胞)，而圖4則表明在光輻射后72小時出現脫發。
下面對上述現象發生的可能原因做一個說明，即黑色素吸收光—炎Si
細胞因子被激活—p53蛋白和myc蛋白按一定比率變化或進行特定活動 —p53進入激活狀態后誘發細胞死亡，該狀態下p53處于優勢地位(在輻身寸 后約10小時內)—取消p53的優勢并增強myc蛋白的特定活動—激活細胞 分裂(輻射后約24小時)—發根脫落，此時細胞死亡與毛發脫落同時發生 (輻射后約72小時)。
下面對上述過程做進一步的說明，黑色素吸收光后引發反應的結果是發 生光熱反應和光化學反應，改變了p53蛋白和myc蛋白之間的平衡。雖然炎 癥細胞因子是在平衡發生改變之前被激活，但是引起平衡改變的因素還包括 由毛發基質中黑色素的光熱反應所引發的毛發基質上半部分局部溫度的升 高，以及氧化-還原狀態的改變。因此可以認為伴隨著以熱休克蛋白形式的應 激反應蛋白的形成或激活，發生轉錄調節作用(transcription regulation effect) 禾口分子伴侶作用(molecular chaperone effect)。
雖然p53是能誘發細胞死亡的蛋白質且通常存在于細胞中，但是p53被 激活卻是對于光輻射的反應。盡管正常狀態下p53蛋白和myc蛋白在細胞中 保持平衡，但是作為光輻射的結果，p53變得具有優勢，這種不平衡狀態在 幾個小時后會消失，因而導致myc的增加或者被激活。因此，與輻射后10 小時觀察到細胞死亡相反的是，輻射后24小時觀察到細胞生長活動。
另外，光輻射也能有效地阻止皮膚內成熟的色素細胞(黑色素細胞)成 為誘發細胞死亡的另一個因素。在黑色素細胞(其為形成黑色素的細胞)中 形成黑色素的過程中產生了多巴、多巴色素或二羥基吲哚等物質，這些成分 是具有細胞毒性的。在正常的形成過程中，雖然酶的作用是抑制這種毒性， 但是當在形成過程中受到光輻射并且光被先前生成的黑色素吸收時，酶的作 用最終被抑制，從而產生了多巴色素或二羥基吲哚等對細胞產生影響的情 況。因此誘發細胞死亡。
活性氧是誘發細胞死亡的另一因素。在血紅蛋白的結構中，鐵(Fe)位 于四吡咯環的中心，已知這種結構通過吸收可見光形成活性氧。如圖5所示， 血管環繞在生長中的毛發的周圍，并且在細胞循環的生長期血管的數量要高 于休止期，而活性氧則由血紅蛋白產生，其中血紅蛋白是這些血管中血液的構成成分。所以，由于血液中的血紅蛋白吸收光并產生了活性氧，從而使細胞受到傷害。此外，由于所用光源的能量保持在低水平，上述效果只延伸到
毛發基質所在的皮下約4mm處，對深層的血管沒有影響。圖6表明了各種
波長的光在組織深度方向的傳輸率。
圖7表明了老鼠受到光輻射后的結果。毛發生長放慢的位置就是受到光輻射的區域。光輻射對人體的這種影響已經得到證實。此外，由于毛發生長(長度和稠密度)受到毛囊生發細胞(hair follicular germinative cell)數量的限制，毛囊生發細胞的數量又與毛發基質細胞的數量相關，在細胞死亡會卩咸少毛發基質細胞數量的情況下，再生新發只來自于少量的毛囊生發細胞。戶/r以，通過光輻射誘發毛發基質細胞死亡，并在毛發脫落之前降低毛發基質細胞數量，即可降低新生毛發的稠密度，并縮短生長期。因此，通過重復毛發基質細胞減少效應，細胞循環最終可以變為一個茸毛型毛發循環，其中幾乎沒有毛發出現在皮膚表面。
換句話說，雖然在毛發循環內毛發(體毛)的變化是從生長期到退行期再到休止期(見圖8)，但是由于重復進行如上所述的光輻射，毛發循環使得生長期縮短，從而有可能使毛發生長轉變到以下狀態皮膚表面的毛發變細且不長那么多。此外，由于在毛發循環內的這種變化僅僅是一種循環模式的變化，而伴隨毛發循環所發生的一系列組織變化對于身體而言是正常的，因此對于人體不會產生有害影響。
圖9是毛發生長調節裝置的示意圖，該裝置能夠控制調節光對目標位置的輻射。除了使用氙閃光燈作為光源12的調節光輻射器10之外，所述的裝置還包括設置調節光的輻射時間的輻射時間設定單元26，設置調節光的輻射功率的輻射功率設定單元28，用于投射測量皮膚反射特性的光的白色LED20，接收擴散反射光的光接收器22 (當光經過鏡子27投射到皮膚9，在與入射方向成45。角傾斜的方向接收擴散的反射光)，和用于處理各種亮度RGB信號的RGB信號比較器24 (RGB信號從帶有各自的RGB彩色濾波器的光接收器22獲得)。此外，可以使用精密分析儀例如光譜反射系數測量裝置以替代RGB彩色濾波器。
比較器24與輻射時間設定單元26、輻射功率設定單元28 —起工作，在亮度信號的基礎上判斷光源10是否向皮膚輻射光，并在光源10使用光輻射皮膚時確定光源10的輻射時間S和輻射功率P。在這里，照明電路18使,L 閃光燈12發出光，以使氙閃光燈12發射調節光并穿過帶通濾波器14來輻 射皮膚。
圖10是描述了判斷是否允許調節光輻射和確定在上述裝置中的輻射條 件的有關操作的流程圖。如果在接收到的RGB信號中，每一種亮度的和W氐 于預設閾值，可以判定因為日曬使得皮膚變黑，導致反射系數減小。在曰曬 引起皮膚變黑的過程中，黑色素水平升高并延伸到全部皮膚。因為這導致了 光容易被吸收的狀態，所以應該降低輻射功率P。
接著，檢查R和G之間的亮度比。雖然在皮膚沒有被太陽曬時G/R的 比一般是稍微大的值，但是在皮膚受到日曬變紅時G/R的比值會減小。如果 G/R的比值小于預設閾值，則判定目標位置的皮膚由于日曬顯示紅色，而且 由于皮膚內部發炎，所以禁止輻射調節光。
此外，在比較各個R、 G、 B亮度信號，并且G的亮度不是最小的情況 中，那么可以判定目標位置是除了不應該被輻射的皮膚(比如眼球)以外的 位置，并且該位置不被輻射。
雖然在經過這些步驟以確定安全后才執行輻射，但是在此時如果輻射功 率P大于預設的G的亮度的閾值，就增加功率以加強效果并同時縮短輻射時 間。特別地，是在圖ll所示的照明電路中，控制輻射時間的電感13的值發 生變化，而這種變化引起電容容量的變化。
如果在毛發循環的休止期進行光輻射，那么毛發循環的生長期的毛發生 長反而得以迅速進行，這種現象己在老鼠和人的身上得到確認。在此基礎上 可知，上面所述的光輻射不僅能夠抑制毛發生長，而且對毛發生長和毛發再 生也有效果。由于毛發循環的生長期、退行期和休止期的持續時間根據不同 位置(如胳膊和頭皮)而有所不同，因此根據處于輻射位置上的毛發生長是 需要被促進還是被抑制，在確定毛發循環是處于休止期還是生長期之后，進 行光輻射。
權利要求
1、一種毛發生長調節方法，包括步驟將波長為400nm～600nm、能量為0.01J/cm2～1J/cm2的調節光輻射到人體發根周圍的部分，從而使所述調節光被存在于人體發根周圍的光線吸收組織所吸收，以調節毛發生長。
2、 如權利要求1所述的毛發生長調節方法，其特征在于， 所述調節光被選擇為具有除900 nm 1500 nm范圍以外的波長。
3、 如權利要求1或2所述的毛發生長調節方法，其特征在于， 所述調節光的輻射時間周期不超過1毫秒。
4、 一種毛發生長調節裝置，包括光輻射器，所述光輻射器配置為輻射 如權利要求1 3中任一項所述的調節光。
5、 一種毛發生長調節裝置，包括光輻射器，配置為對人體輻射波長分布為400 nm 600 nm的調節光； 測量裝置，配置為測量人體在受到所述調節光輻射時吸收的吸收光譜； 控制裝置，配置為將所述測量裝置測量的所述吸收光譜處的吸收率峰值與特定波長處的吸收率相比較，用于可變地調節所述調節光的功率和輻射時間周期。
6、 如權利要求5所述的毛發生長調節裝置，其特征在于， 所述控制裝置配置為控制所述功率和輻射時間，用于以恒定能量輻射光
全文摘要
一種波長位于400nm～600nm之間、能量為0.01J/cm²～1J/cm²的調節光以閃爍光的形式輻射發根周圍的部分，輻射時間周期不超過1ms，從而使存在于人體發根周圍部分的光線吸收組織吸收調節光，以調節毛發生長，而且沒有引起實質性的有害結果。
文檔編號A61N5/06GK101641133SQ20078005246
公開日2010年2月3日 申請日期2007年12月25日 優先權日2007年3月30日
發明者乃木田俊辰, 木下雅登, 松崎貴, 濱田長生 申請人:松下電工株式會社;國立大學法人島根大學