治疗脱发用的低功率激光照射器.pdf

一种治疗脱发用的低功率激光照射器，用以活化毛囊细胞及增加头皮组织之血液流动，从而提升预防落发及头发再生的效果。该低功率激光照射器包括激光输出单元，其中交替排列有波长630nm至680nm的红光激光二极管及波长750nm至1000nm的近红外激光二极管。这种梳状激光照射器可方便地通过典型的梳理动作来使用，并可有效地用于治疗脱发。

1、  一种低功率激光照射器，包括：
激光输出单元，其设有第一激光二极管及第二激光二极管，该第一激光二极管具有第一输出波长，该第二激光二极管具有第二输出波长，其中该第一输出波长不同于该第二输出波长，且该第一及第二激光二极管交替排列；及
梳部，其在该激光输出单元发射的激光施加于使用者之头皮时，用以梳理使用者之头发。

2、  根据权利要求1所述的低功率激光照射器，其中该第一波长介于630nm至680nm之间，该第二波长介于750nm至1000nm之间。

3、  根据权利要求1或2所述的低功率激光照射器，其中该激光输出单元产生一激光脉冲，其具有1kHz至5kHz之频率。

4、  根据权利要求3所述的低功率激光照射器，其中该激光脉冲具有100秒至500秒之脉冲持续时间。

5、  根据权利要求1或2所述的低功率激光照射器，其中该激光输出单元产生一激光脉冲，其具有1mW至5mW之功率。

6、  一种低功率激光照射器，包括：
激光输出单元，其设有第一激光二极管及第二激光二极管，该第一激光二极管具有介于630nm至680nm之间的第一波长，该第二激光二极管具有介于750nm至1000nm之间的第二波长，且该第一及第二激光二极管交替排列；及
梳部，其在该激光输出单元发射的激光施加于使用者之头皮时，用以梳理使用者之头发；
其中该激光输出单元产生一激光脉冲，其具有1kHz至5kHz之频率、100秒至500秒之脉冲持续时间及1mW至5mW之功率。

7、  根据权利要求1或6所述的低功率激光照射器，其中该激光输出单元设有四个具有630nm至680nm波长的第一激光二极管及三个具有750nm至1000nm波长的第二激光二极管，该第一及第二激光二极管依次排列成一排，该梳部设有沿该第一及第二激光二极管排的两侧排列的多个梳齿。

8、  根据权利要求1或6所述的低功率激光照射器，进一步包括：
中央处理单元，其控制该激光照射器之整体操作；
电源分配器，其转换该激光照射器操作所需之电源，并将转换后之电源供应至该中央处理单元；
开关，其根据使用者之操作，将该电源分配器之电源输出选择性地连接至该中央处理单元；及
激光驱动器，其根据该中央处理单元之输出信号驱动该激光输出单元之激光二极管。

9、  根据权利要求8所述的低功率激光照射器，其中该中央处理单元将振荡输出施加至该激光驱动器之开关晶体管。

10、  根据权利要求8所述的低功率激光照射器，其中该开关包括电源开关及激光开关，其中仅当该电源开关及激光开关都接通时，该激光输出单元才发射激光。

11、  根据权利要求10所述的低功率激光照射器，其中该开关进一步包括声音开关，其中在该声音开关接通时产生蜂鸣。

12、  一种低功率激光照射器，包括：
激光输出单元，其设有第一激光二极管及第二激光二极管，该第一激光二极管具有655nm的波长，该第二激光二极管具有780nm的波长，且该第一及第二激光二极管交替排列；
梳部，其在该激光输出单元发射的激光施加于使用者之头皮时，用以梳理使用者之头发；
中央处理单元，其控制该激光照射器之整体操作；
电源分配器，其转换该激光照射器操作所需之电源，并将转换后之电源供应至该中央处理单元；
开关，其根据使用者之操作，将该电源分配器之电源输出选择性地连接至该中央处理单元；及
激光驱动器，其根据该中央处理单元之输出信号驱动该激光输出单元之激光二极管；
其中该激光输出单元产生一激光脉冲，其具有1kHz至5kHz之频率、100秒至500秒之脉冲持续时间及1mW至5mW之功率。

治疗脱发用的低功率激光照射器
技术领域
本发明总的涉及一种低功率激光照射器，特别是一种通过交替排列具有不同输出波长之激光二极管而可用于治疗脱发之低功率激光照射器。
背景技术
人类头发在生长周期内生长在头皮上，该生长周期包括三个阶段：生长期、退化期及休止期，然后会脱落。一般而言，人类出生时具有约10万根头发，每日由头皮脱落约80根头发。脱发意味着头发的掉落比生长更多。脱发可能由睾酮(testosterone)所引起，睾酮在5α还原酶的作用下转变成二氢睾酮(dihydrotestosterone，DHT)，然后与雄激素受体结合。DHT会减弱真皮乳头及毛囊的功能，从而导致落发。许多原因都可能引起脱发，例如遗传因素、荷尔蒙失衡、心理压力、环境污染、头皮血液循环问题、营养不良、甲状腺等疾病、自体免疫失调、服用抗癌药物或抗甲状腺药物、口服避孕药处方及洗发习惯等。
现今广泛使用外科手术及药物治疗来治疗脱发、雄激素性脱发。市售的头发再生产品亦不断研发，以改善皮肤之血液循环，并且向发根提供充足的营养。然而，上述产品并非药物，其仅为有效性未经证实的准药物。再者，经FDA许可之药物仅有米诺地尔(Minoxidil)及非那司特(Propecia)。事实上，仍没有极佳的治疗方法可满足脱发患者之需求。
利用激光治疗脱发之研究已有多年。在1970年左右，匈牙利布达佩斯的Mester教授的初步研究后发现，通过低功率激光照射可对生物系统产生刺激效果。低功率激光之医疗效果揭示于许多论文中，例如：「T.I.Karu′Low-power laser therapy′，在Biomedical Photonics Handbook，Ch.48(2003)，48-1～48-25，Z」，「M.Schaffer，H.Bonel，R.Sroka，P.M.Schaffer，M.Bosch，M.Reiser和E.Dunmke，′Effects of 780nm diode laserirradiation on blood microcirculation：preliminary findings ontime-dependent T1-weighted contrast-enhanced magnetic resonance(MRI)′，J.Photochem.Photibio1.B：Bio1.54(2000)55～60」，「A.Schindl，G.Heinze，M.Schindl，H Pernerstorfer-Schon and L.Schindl，′Systemic effects oflow-intensity laser irradiation on skin microcirculation in patients withdiabetic microangiopathy′，Microvascular Research 64(2002)240～246」等。
再者，将低功率激光的这些医疗效果应用于头发生长的技术亦见于下列文献：「Dankook University Institute of Medical Laser Technology，′Research report on hair growing effects of 890nm low-power laser and680nm LED′，2003」；韩国专利公开第2002-86548号「Laser comb improvedin design and function」；PCT专利公开第02/102,228号「Zigzag beamsplitter for apparatus and method for stimulating hair growth」。上述韩国专利出版物揭示了激光二极管设置成二排齿状排列可产生具有632至670的可见红光束。上述PCT专利出版物揭示了使用分割单个激光束的分光反射器来确保激光束之能量均匀分布，并使用Z字型透镜(zigzag lens)，以便由激光源提供数条光束。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种激光照射器，其治疗脱发的效果优于传统激光治疗技术。
本发明的另一个目的是提供一种激光照射器，其不仅可促进头发生长而且可治疗脱发。
本发明的另一个目的是提供一种低功率激光照射器，其可更方便及更安全地使用。
根据本发明的激光照射器其包括激光输出单元，其中交替排列有波长630nm至680nm的红光激光二极管及波长750至1000的近红外激光二极管。该激光输出单元产生一激光脉冲，其频率为1至5，脉冲持续时间为100秒至500秒，且其功率为1mW至5mW。
在本发明的一个示例性实施例中，四个红光激光二极管及三个近红外线激光二极管依次排列成一排，多个梳齿沿该激光二极管排的两侧排列。经由电源分配器供应电源至中央处理单元，该中央处理单元控制激光二极管之整体操作，该电源分配器之电源输出由操作员选择性地耦合至该中央处理单元。驱动激光二极管的驱动单元将该中央处理单元之输出电源供应至开关晶体管，以便以脉冲形式输出激光。
在本发明的一个示例性实施例中，互连在该电源分配器及中央处理单元之间的开关包括电源开关及激光开关。当该电源开关及激光开关都接通时输出激光。
附图说明
图1至4是示出本发明的激光照射器的透视图和侧视图。
图4至6是示出适用于本发明的激光照射器的梳部的剖视图。
图7是示出本发明的激光照射器中使用的电路板上的诸如激光输出单元的部件的设置的剖视图。
图8是示出本发明的激光照射器之电路布局之框图。
图9是示出本发明一个示例性实施例的激光照射器之电路图。
图10至16是示出可用于本发明的激光照射器的电路图。
图17是示出第一临床试验之治疗期间的平均头发数量变化之曲线图。
图18是示出第一临床试验之治疗期间的静默期(silent period)的头发数量变化之曲线图。
图19是示出第一临床试验之治疗期间的生长期的头发数量变化之曲线图。
图20是示出第一临床试验之治疗效果评估之曲线图。
图21是示出第二临床试验之治疗期间的平均头发数量变化之曲线图。
图22是示出第二临床试验之治疗期间的静默期的头发数量变化之曲线图。
图23是示出第二临床试验之治疗期间的生长期的头发数量变化之曲线图。
图24是示出第临床试验之治疗效果评估之曲线图。
具体实施方式
参照图1至3，本发明之激光照射器100包括激光输出单元10、第一梳20a、第二梳20b、激光开关按钮30、扬声器40、电源引入孔50、电源开关按钮60、声音指示灯70、电源指示灯80及声音开关按钮90。当使用者利用把手102梳理其头发时，该激光照射器100将激光送出至头皮。
该激光输出单元10设有四个具有630nm至680nm波长的红光激光二极管10a及三个具有750nm至1000nm波长的近红外激光二极管10b，其交替排列成一排。优选地，该激光输出单元10之长度应当能提供足够之激光照射范围，以便在该激光照射器100用于一般梳理时能获得诸如增加头皮血液流动之效果。例如，该激光输出单元10之长度为60mm。优选地，该激光输出单元10产生一激光脉冲，其频率为1kHz至5kHz，脉冲持续时间为100秒至500秒，且其功率为1mW至5mW。
该激光照射器100之元件，如该第一、第二梳20a、20b，并不限于图1至3所示之示例性配置，而亦可具有替选配置。然而，该激光照射器100之整体长度应当足以方便使用者梳理其头发。再者，电源开关按钮60及声音开关按钮90应当设置在远离把手102而接近梳20a、20b之位置，以便于操作。在一个优选实施例中，该激光照射器100之长度(图1之L1)约为230mm，到该电源开关按钮60的长度(图2之L2)约为125mm。
该第一、第二梳20a、20b分别具有多个梳齿，沿该激光输出单元10的所述排的两侧排列。该第一、第二梳20a、20b使头发变得宽松，因而激光容易到达头皮。再者，该第一、第二梳部20a、20b使该激光输出单元10能与头皮保持一常规距离。
优选地，只有当该电源开关按钮60接通时，该激光开关按钮30才能接通该激光输出单元10。亦即，在该电源开关按钮60接通后推动该激光开关按钮30才能使该激光输出单元10发射激光束。在该激光输出单元10操作期间，若再次推动该激光开关按钮30，则会停止发射激光束。
该扬声器40是用以发出蜂鸣声(beep sound)的部件。
例如，该电源引入孔50可容纳适配器。经由该适配器将外部电源(例如220V交流电，60Hz)转变成直流电(例如7.5V直流电)，以供应该激光照射器操作所需之电源。
该电源开关按钮60将电源供应给该激光照射器100，因而使其准备好发射激光束。当该电源开关按钮60接通时，该电源指示灯80接通。例如，该电源指示灯80包括红光发光二极管(LED)。当该电源开关按钮60关断时，即使推动该激光开关按钮30，也不会发射激光束。在激光发射期间，若再次推动该电源开关按钮60，则会切断电源，因而停止发射激光束。再者，若激光发射持续一固定时间(例如15分钟)，则电源自动切断。
当推动该声音开关按钮90时，该声音指示灯70接通。例如，在激光束发射期间，每8秒钟将发出一次蜂鸣。再者，在激光发射经过一段固定时间(例如10分钟)之后，连续发出三次蜂鸣，以预先告知停止时间。当使用15分钟时，发出三次长时间蜂鸣，然后停止激光束发射。
图4至6示出适用于本发明激光照射器100的梳部构造。第一梳20a及第二梳20b各包括9个排列成一排的齿。举例而言，在一优选实施例中，该第一和第二梳之间的距离L3为26mm，该齿的长度L4为13.5mm。该梳部可通过梳部的本体22的钩子23固定于该激光照射器100之本体。
另一方面，可通过将激光输出单元10和梳20a、20b与光纤相连，在梳20a、20b的尖端发射激光束。
图7是示出本发明之激光照射器100中使用的电路板110上的诸如激光输出单元10的部件的设置的剖视图。举例而言，该电路板110是印刷电路板(PCB)。如图7所示，该电路板110上由左至右装有该电源引入孔50、扬声器40、激光开关按钮30、声音开关按钮90、声音指示灯70、电源指示灯80、电源开关按钮60及激光输出单元10。该激光输出单元10具有如此配置，其中具有不同输出波长的半导体激光二极管交替排列成一排。该半导体激光二极管配置成发射相对于该电路板110之水平面成直角的激光束。举例而言，如上所述，该激光输出单元10设有四个具有630nm至680nm波长的红光激光二极管10a及三个具有750nm至1000nm波长的近红外激光二极管10b，其交替排列成一排。
图8是示出本发明之激光照射器之电路布局之框图。图9是本发明一个示例性实施例之激光照射器之电路图。图10至16示出可用于本发明之激光照射器的电路图。
参照图8至16，本发明之激光照射器包括诸如MPU(微处理单元)的中央处理单元120、共振器122、振荡器124、激光驱动器126、激光二极管130、开关132、134、136、声音驱动器138、扬声器140、LED显示器142、LED146及电源分配器152。
该中央处理单元120控制该激光照射器之整体操作，并且使该激光驱动器126、声音驱动器138、LED显示器142根据使用者之按钮控制来操作。
适配器(未示出)之电源供应器150将外部电源(例如220V交流电)转变成7.5V/600mA电源，供应至该电源分配器152，该电源分配器152将其转换成稳定的5.0V/0.4A，然后供应至内部电路，以驱动该中央处理单元120、激光二极管130、扬声器140及发光二极管146。依赖于电源开关132(SW1)、声音开关134(SW2)及激光开关136(SW3)之动作，相对应之电源由该电源分配器152供应至该中央处理单元120。本发明之激光照射器除了从外部电源转换供应电源之外，亦可选择使用二次电池，如锂离子电池。由于可以充电且不需要电线，因此使用二次电池的激光照射器便于四处携带。
该共振器122连接至该中央处理单元120，以产生信号振荡。该振荡器124可内置于该中央处理单元120中。举例而言，在该振荡器124之输出信号中，5kHz的输出信号被施加至该激光驱动器126之开关晶体管Q1，使得激光二极管(SLDl至SLD4及SLD5至SLD7)130可发射具有均匀波形的脉冲形状的激光。再者，举例而言，2.7kHz之输出信号被施加至该声音驱动器138之开关晶体管Q2。
举例而言，具有630nm至680nm之输出波长的红光激光二极管SLDl至SLD4及具有750nm至1000nm之输出波长的近红外激光二极管SLD5至SLD7可如图10至16所示而配置。红光激光二极管可采用InGaAIP半导体激光二极管(例如QL65D5SA)；近红外激光二极管可采用AlGaAs半导体激光二极管(例如QL78C6SA)。
对根据本发明制造的激光二极管进行了测试。通过使用激光功率计量器在该激光输出单元10之尖端测量激光发射的精度。测试结果显示：红光激光二极管10a之最大输出为2.3mW0.9％；近红外激光二极管10b之最大输出为1.5mW2.0％，两者皆符合可接受之误差范围，亦即20％。再者，在开始操作后，通过在5分钟内测量第一输出功率P1及在10分钟内测量第二输出功率P2来检查激光发射的稳定性[(P1-P2)/P1100]。红光激光二极管10a及近红外激光二极管10b皆显示良好的结果，分别为1.3％及2.0％。再者，在梳齿尖端发射的激光的面积测量结果为宽度80mm、长度9mm(误差1％)。通过激光波长分析器测量的最大激光强度之波长，红光激光为655nm 6.4nm；近红外激光为780nm 5.2nm。通过示波器测量的激光脉冲之频率为5kHz 0.8％。在激光波长分析器的测量后通过半最大值全宽(FWHM)获得的输出激光脉冲之脉冲持续时间，红光激光为70nm 4.5nm；近红外激光为60nm 4.0nm。
应指出，本发明之激光照射器并非仅限于图8至16的结构。
用于效果评估的临床试验：
为了评估该低功率激光照射器用于预防落发之效果，进行了临床试验。根据以下来选择测试对象。
可接受的测试对象：(1)20岁以上之雄激素性脱发患者；(2)符合Norwood-Hamilton分级中的II至V级的雄激素性脱发患者；(3)在临床试验期间保持一致发型之男性；(4)在临床试验期间未染发或护发之患者；及(5)签署同意书之患者。
不可接受的测试对象：(1)服用或使用肾上腺皮质荷尔蒙药物之患者：(2)在临床试验前6个月内使用抗雄激素药物之患者；(3)在临床试验前6个月内使用非那雄胺(finasteride)之患者；(4)在临床试验前6个月内使用米诺地尔或类似物之患者；(5)患有雄激素性脱发之外的其它类型脱发的患者；及(6)基于其它因素判定为不适当之患者。
测试对象每天使用本发明之低功率激光照射器1次，每周5次，每次10分钟。共使用14周，并且不使用其它组合治疗。测试对象使用及维护本发明之低功率激光照射器的方式如下：
(1)使用前之准备要点：(i)如何使用的全部知识；(ii)污物或灰尘之清除。
(2)如何使用：(i)向激光照射器供电；(ii)在将激光发射路径指向头皮后，推动激光开关按钮；(iii)将激光发射至头皮的一处，8秒后将该激光照射器移动约2cm，并再次发射激光；(iv)重复上述步骤(iii)，直至激光发射到整个头皮；(v)关掉电源。
(3)使用后如何维护：(i)关掉电源；(ii)清洁该激光照射器之表面，然后放入盒子内；(iii)将该盒子放置在一安全位置，以免受振动、撞击或湿气影响。
该临床试验之程序如下。
(1)根据上述可接受和不可接受之标准选择测试对象。
(2)向测试对象指示相关信息，如临床试验的目的和程序及激光照射器的使用。
(3)负责该临床试验的人在该临床试验开始前及选择测试对象后执行下列事项：
(i)将测试对象的Norwood-Hamilton分级等级记录在一记录文件上；
(ii)全局摄影(global photography)：对头部之上部进行拍照，并将照片附着于该记录文件上，记录摄影条件(相机、焦距、距离、闪光等)。测试对象应清洗头发，以去除头发上之油光；
(iii)毛发分析器(phototrichogram)：在继续雄激素性脱发的落发部位及非落发部位中分别选择目标区，以测量每单位面积之头发数量。接着，在具有圆形面积1的每个目标区剪下1mm之头发，通过刺标(tattooing)来标示其中心点。CCD显微镜用以获取目标区之放大照片。影像分析器捕获照片影像，并在计算机中将该圆形目标区示为一假想线。通过标记头发在目标区中的位置，将其表示为使用者之所选颜色，并自动测量头发数量。接着，将头发数量记录于该记录文件，并且将打印的照片影像附着于该记录文件。
(4)测试对象开始使用本发明之激光照射器来治疗，每周5次，每天1次，每次使用10至15分钟。
(5)在治疗开始后之第4、9及14周时，测试对象回答关于满意度的问题。再者，测量及记录每单位面积之头发数量。在第14周期间，负责该临床试验的人再次执行上述步骤(ii)和(iii)，然后综合判断治疗效果，并加以记录。
(6)在所有测试对象皆完成该临床试验后，向委员会报告测试结果。
临床试验之结果1：
26个测试对象参与在韩国汉阳大学医院进行的临床试验。测试对象之年龄介于26岁至60岁。在治疗期间未发生任何有害的反应。
在14周的治疗期间的平均头发数量变化的观测结果如下表一及图17所示。
表一