DE102009016550B4 - Device for gentle removal of cornification of the stratum corneum - Google Patents

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Abstract

Gerät zur schonenden Abtragung von Verhornungen des Stratum Corneum (1a), bestehend aus einem mechanisch angetriebenen Abtragungswerkzeug (3) und einer Elektronik (6) welche das Auftreffen des Abtragungswerkzeuges (3) auf lebende Hautschichten (1b) unterhalb des Stratum Corneum (1a) detektiert und dies dem Anwender (9) signalisiert oder den Antrieb (4) des Abtragungswerkzeuges (3) beeinflusst,
wobei das Gerät einen elektrisch leitfähigen Handgriff (7) hat
und wobei die Oberfläche des Abtragungswerkzeugs (3) niederohmig leitfähig ist und eine Verbindung zu seiner mechanischen Halterung besitzt,
und wobei zwischen dem Abtragungswerkzeug (3) und dem Handgriff (7) ein elektrisches Potential von einigen Volt angelegt wird,
wobei durch Umfassen des Handgriffs (7) durch den Anwender (9) ein elektrischer Stromkreis zwischen dem Anwender (9) und aufgesetztem Abtragungswerkzeug (3) auf die Haut des Anwenders geschlossen wird,
damit die Elektronik (6) das Auftreffen des Abtragungswerkzeugs (9) auf lebende Hautschichten (1b) unterhalb des Stratum Corneum (1a) detektieren kann.Device for gentle removal of cornifications of the stratum corneum (1a), comprising a mechanically driven removal tool (3) and electronics (6) which detects the impact of the ablation tool (3) on living skin layers (1b) below the stratum corneum (1a) and signals this to the user (9) or influences the drive (4) of the ablation tool (3),
wherein the device has an electrically conductive handle (7)
and wherein the surface of the ablation tool (3) is low-resistance conductive and has a connection to its mechanical support,
and wherein between the ablation tool (3) and the handle (7) an electrical potential of a few volts is applied,
wherein by enclosing the handle (7) by the user (9) an electrical circuit between the user (9) and attached ablation tool (3) is closed to the skin of the user,
so that the electronics (6) can detect the impact of the ablation tool (9) on living skin layers (1b) below the stratum corneum (1a).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Bei der mechanischen Abtragung von Verhornungen der Haut im Stratum Corneum oder Verhornungen von Nägeln werden bisher abtragende Verfahren mittels entsprechender Werkzeuge, welche elektrisch oder manuell angetrieben werden, verwendet. Diese Werkzeuge rotieren oder vibrieren an der Abtragungsfläche.In the mechanical removal of keratinization of the skin in the stratum corneum or cornification of nails previously erosive methods using appropriate tools that are driven electrically or manually used. These tools rotate or vibrate on the ablation surface.

Um festzustellen ob der Anwender bei der Abtragung bereits lebendes Gewebe erreicht hat, musste er sich bisher auf seinen Tastsinn, optischen Eindruck oder Schmerzempfinden verlassen. Dies ist bei einigen Krankheiten, wie zum Beispiel der Diabetis, problematisch, da Tastsinn und Schmerzempfinden stellenweise stark eingeschränkt sind. So kommt es sehr häufig bei der Behandlung der Haut oder Nägeln zu Verletzungen.To determine whether the user has already reached living tissue during ablation, he had to rely on his sense of touch, visual impression or pain. This is problematic in some diseases, such as diabetics, since sense of touch and pain sensation are locally severely limited. So it often happens in the treatment of the skin or nails to injuries.

Auf dem Markt gibt es Geräte welche nur den Anpressdruck des Werkzeuges beim Andruck auf die Haut an der Antriebswelle überwachen und bei Überschreiten eines Grenzwertes das Werkzeug mechanisch vom Antrieb abkoppeln. Dies lässt sich allerdings nicht zuverlässig anwenden da diese Abschaltung unabhängig von der Eindringtiefe des Werkzeugs in die Haut erfolgt.On the market, there are devices which only monitor the contact pressure of the tool when pressing against the skin on the drive shaft and mechanically disconnect the tool from the drive when a limit value is exceeded. However, this can not be reliably applied because this shutdown is independent of the depth of penetration of the tool into the skin.

Dieses Problem wird wie folgt von der Erfindung gelöst:
Zwischen Werkzeug und zu behandelnder Hautoberfläche wird durch einen aufgeprägten niederfrequenten Wechselstrom oder, wie im Ausführungsbeispiel angegeben, Gleichstrom im Bereich von wenigen Mikroampere der momentane Übergangswiderstand (2) zwischen der Hautoberfläche (1) und dem behandelnden, elektrisch leitfähigen Werkzeug (3) gemessen. Die tote Hornhaut Keratinschicht im Stratum Corneum (1) mit ca. 15% Wasseranteil im Kollagengewebe hat gegenüber der gesunden durchbluteten, lebenden, mit Schweissdrüsen durchsetzten unteren Hautschicht der Epidermis (9) eine stark reduzierte Ionenleitfähigkeit. Dies bedingt eine hohe elektrische Impedanz.This problem is solved by the invention as follows:
Between the tool and the surface of the skin to be treated, the instantaneous contact resistance is determined by an impressed low-frequency alternating current or, as indicated in the exemplary embodiment, direct current in the range of a few microamps ( 2 ) between the skin surface ( 1 ) and the treating, electrically conductive tool ( 3 ). The dead corneal keratin layer in the stratum corneum ( 1 ) with approx. 15% water content in the collagen tissue has compared to the healthy perfused, living, with sweat glands interspersed lower skin layer of the epidermis ( 9 ) a greatly reduced ionic conductivity. This requires a high electrical impedance.

Durch Messung des momentanen Widerstandes zwischen zu behandelnder Hautoberfläche (1) und leitfähiger Werkzeugoberfläche (3) mit einer elektronischen Schaltung nach Stand der Technik (6), kann das Auftreffen des Abtragungswerkzeuges (3) auf gesunde untere Hautschichten (9) detektiert, und so die Bewegung des Werkzeuges verlangsamt oder gestoppt werden. Dadurch werden Hautverletzungen weitestgehend vermieden.By measuring the instantaneous resistance between skin surface to be treated ( 1 ) and conductive tool surface ( 3 ) with an electronic circuit according to the prior art ( 6 ), the impact of the ablation tool ( 3 ) on healthy lower skin layers ( 9 ), thus slowing or stopping the movement of the tool. As a result, skin injuries are largely avoided.

Gewerblich anwendbar ist diese Technik bei Geräten zur Haut und Nagelpflege; im speziellen bei Hyperkeratose Patienten, Diabetikern, Querschnittsgelähmten sowie in der Behandlung von Horngewebe in der Veterinärmedizin.This technique is commercially applicable to devices for skin and nail care; especially in hyperkeratosis patients, diabetics, paraplegics and in the treatment of horn tissue in veterinary medicine.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben:
Ein elektrisch leitfähiges Abtragungswerkzeug, vorzugsweise mit einem Widerstand kleiner 100 Ohm, ist über die Antriebsachse eines Elektromotors elektrisch mit einer Steuerelektronik verbunden. Der Handgriff des Gehäuses welches Motor und Steuerelektronik beinhaltet ist grossflächig elektrisch leitfähig und ebenfalls mit der Steuerelektronik verbunden.In the following an embodiment is described:
An electrically conductive ablation tool, preferably with a resistance of less than 100 ohms, is electrically connected to control electronics via the drive axis of an electric motor. The handle of the housing which includes motor and control electronics is electrically conductive over a large area and also connected to the control electronics.

Zwischen dem Abtragungswerkzeug und dem leitfähigen Handgriff wird ein elektrisches Potential von einigen Volt, vorzugsweise 5 V Gleichspannung, angelegt. Über einen im Gerät integrierten hochohmigen Schutz-Vorwiderstand wird der elektrische Stromkreis zwischen dem Anwender welcher das Griffstück umfasst und der Werkzeug Oberfläche beim Aufsetzen des Werkzeuges auf die Haut, geschlossen. Der momentane Strom des geschlossenen Stromkreises wird nun mit einer elektronischen Schaltung in der Steuerelektronik nach Stand der Technik, gemessen.An electrical potential of a few volts, preferably 5 volts DC, is applied between the ablation tool and the conductive handle. About a built-in high impedance protective resistor in the device, the electrical circuit between the user which includes the handle and the tool surface when placing the tool on the skin, closed. The instantaneous current of the closed circuit is now measured with an electronic circuit in the control electronics of the prior art.

Während des Abtragens der Verhornung steigt der fliessende Strom langsam an, da die Hornschicht dünner wird. In der Nähe der unteren lebenden, von Schweissdrüsen und Blutgefäßen durchsetzte Hautschicht steigt der fliessende Strom schnell an. Die Drehzahl des Werkzeuges wird dabei proportional zum ansteigenden Strom heruntergeregelt und ab einer bestimmten Stromschwelle wird der Antriebsmotor gestoppt.During the erosion of the keratinization, the flowing stream rises slowly as the horny layer becomes thinner. In the vicinity of the lower living skin layer penetrated by sweat glands and blood vessels, the flowing current rises rapidly. The speed of the tool is thereby regulated down in proportion to the rising current and from a certain threshold current, the drive motor is stopped.

Diese Stromschwelle kann in der Schaltungsauslegung festgelegt werden, oder es kann mit einem Mikrocontroller eine Nullpunktkalibration durchgeführt werden, bei der vor der Behandlung das stillstehende Abtragungswerkzeug auf einen Hautbereich ohne Verhornung aufgelegt, und die Schwellenstromstärke ermittelt wird.This threshold current can be set in the circuit design, or a zero calibration can be performed with a microcontroller, in which prior to treatment the resting ablation tool is applied to a skin area without cornification, and the threshold current level is determined.

Um die Stromänderung durch die veränderlichen Anpresskräfte des Werkzeugs auf die Haut zu kompensieren kann die Stromaufnahme des Antriebsmotors mit dem Stromsignal der Hautschichtenerkennung verrechnet werden. Ein hoher Antriebstrom des Motors und damit Anpressdruck des Wekzeugs führt zu einer empfindlicheren Einstellung der Drehzahlregelung vor der Ausschaltschwelle.In order to compensate for the change in current due to the variable pressure forces of the tool on the skin, the current consumption of the drive motor can be offset with the current signal of the skin layer recognition. A high drive current of the motor and thus contact pressure of the tool leads to a more sensitive setting of the speed control before the switch-off threshold.

Zur Dokumentation der Behandlung können die Werte der Leistungsaufnahme des Motors und der des momentanen Hautübergangswiderstandes zwischen Werkzeug und Hautoberfläche über eine Schnittstelle an einen PC gesendet werden.For documentation of the treatment, the values of the power consumption of the motor and the current skin contact resistance between the tool and the skin surface can be sent to a PC via an interface.

Einige typische Beispiel Parameter:Some typical example parameters:

  • Interner hochohmiger Schutz-Vorwiderstand: 20 kOhmInternal high-impedance protective resistor: 20 kOhm
  • Spannungspotential zwischen Handgriff und Abtragungswerkzeug: 5 V, DCVoltage potential between handle and removal tool: 5 V, DC
  • Messbarer Strombereich: 0,5 bis 250 μAMeasurable current range: 0.5 to 250 μA
  • Oberer Schwellenstrom der Hautschichtenerkennung für die Deaktivierung des Antriebsmotors: 50 μAUpper threshold current of the skin layer recognition for the deactivation of the drive motor: 50 μA
  • Kommunikations-Schnittstelle: RS232Communication interface: RS232
  • Abtragungswerkzeug: V2A Metallfräser, zylindrisch mit rauher OberflächeRemoval tool: V2A metal milling cutter, cylindrical with rough surface

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1a1a
Oberer Haut- oder Hornbereich (Stratum Corneum) des Anwenders.Upper skin or horn area (stratum corneum) of the user.
1b1b
unterer lebender Hautbereich der Epidermis des Anwenderslower living skin area of the epidermis of the user
22
Kontaktfläche Werkzeug zu Haut bildet den zu messenden ÜbergangswiderstandContact surface Tool to skin forms the contact resistance to be measured
33
Leitfähiges rotierendes Werkzeug mit rauher OberflächeConductive rotating tool with rough surface
44
Antriebsmotordrive motor
55
Mikrocontroller SchnittstelleMicrocontroller interface
66
Elektronik zur Antriebsmotorsteuerung und Messung des Haut/Werkzeug ÜbergangswiderstandesElectronics for drive motor control and measurement of skin / tool contact resistance
77
Elektrisch leitfähige Handgriff MetallisierungElectrically conductive handle metallization
88th
Geschlossener Stromkreis zur Messung des Haut/Werkzeug ÜbergangswiderstandesClosed circuit for measuring skin / tool contact resistance
99
Anwenderuser

Claims (8)

Gerät zur schonenden Abtragung von Verhornungen des Stratum Corneum (1a), bestehend aus einem mechanisch angetriebenen Abtragungswerkzeug (3) und einer Elektronik (6) welche das Auftreffen des Abtragungswerkzeuges (3) auf lebende Hautschichten (1b) unterhalb des Stratum Corneum (1a) detektiert und dies dem Anwender (9) signalisiert oder den Antrieb (4) des Abtragungswerkzeuges (3) beeinflusst, wobei das Gerät einen elektrisch leitfähigen Handgriff (7) hat und wobei die Oberfläche des Abtragungswerkzeugs (3) niederohmig leitfähig ist und eine Verbindung zu seiner mechanischen Halterung besitzt, und wobei zwischen dem Abtragungswerkzeug (3) und dem Handgriff (7) ein elektrisches Potential von einigen Volt angelegt wird, wobei durch Umfassen des Handgriffs (7) durch den Anwender (9) ein elektrischer Stromkreis zwischen dem Anwender (9) und aufgesetztem Abtragungswerkzeug (3) auf die Haut des Anwenders geschlossen wird, damit die Elektronik (6) das Auftreffen des Abtragungswerkzeugs (9) auf lebende Hautschichten (1b) unterhalb des Stratum Corneum (1a) detektieren kann.Device for gentle removal of cornification of the stratum corneum ( 1a ), consisting of a mechanically driven ablation tool ( 3 ) and electronics ( 6 ) which impacts the ablation tool ( 3 ) on living skin layers ( 1b ) below the stratum corneum ( 1a ) and this to the user ( 9 ) or the drive ( 4 ) of the ablation tool ( 3 ), wherein the device has an electrically conductive handle ( 7 ) and wherein the surface of the ablation tool ( 3 ) is low-resistance conductive and has a connection to its mechanical support, and wherein between the ablation tool ( 3 ) and the handle ( 7 ) an electrical potential of a few volts is applied, wherein by gripping the handle ( 7 ) by the user ( 9 ) an electrical circuit between the user ( 9 ) and attached ablation tool ( 3 ) is closed on the skin of the user so that the electronics ( 6 ) the impact of the ablation tool ( 9 ) on living skin layers ( 1b ) below the stratum corneum ( 1a ) can detect. Gerät nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschlossener Stromkreis (8) mit einigen Mikroampere Strom zwischen dem Werkzeug (3) und der Haut (1a, 1b) geschaffen wird und im abtragenden Betrieb mit einer Elektronik der momentan fliessende Strom (8) und damit indirekt der Übergangswiderstand (2) zwischen Werkzeugoberfläche (3) und Hautoberfläche (1a), gemessen wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a closed circuit ( 8th ) with some microamps of current between the tool ( 3 ) and skin ( 1a . 1b ) is created and in the erosive operation with electronics the current flowing current ( 8th ) and thus indirectly the contact resistance ( 2 ) between the tool surface ( 3 ) and skin surface ( 1a ), is measured. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die übrigen Übergangswiderstände durch großflächige leitfähige Metallisierungen des Griffes (7) klein gegenüber dem Übergangswiderstand zwischen Werkzeug (3) und Hautoberfläche (1a) gehalten werden.Apparatus according to claim 2, characterized in that the remaining contact resistances by large-area conductive metallizations of the handle ( 7 ) small compared to the contact resistance between tool ( 3 ) and skin surface ( 1a ) being held. Gerät nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet dass, abhängig vom gemessenen Strom (8) im Stromkreis zwischen Haut und Abtragungswerkzeug (3), der Antrieb (4) des Abtragungswerkzeuges (3) bis zum Stillstand heruntergeregelt wird.Apparatus according to claim 2 or 3 characterized in that, depending on the measured current ( 8th ) in the circuit between skin and ablation tool ( 3 ), the drive ( 4 ) of the ablation tool ( 3 ) is controlled down to a standstill. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Aufsetzen des stehenden Abtragungswerkzeuges (3) für einige Sekunden auf einen Hautbereich mit sehr dünner Stratum Corneum Oberfläche (1a) in der Nähe der zu behandelnden Stelle und durch Messung des momentanen Widerstandes zwischen Haut und Werkzeug, eine Nullpunktkalibration zur Detektion des lebenden Gewebes mit einem Mikrocontroller durchgeführt wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that with a placement of the standing ablation tool ( 3 ) for a few seconds on a skin area with a very thin stratum corneum surface ( 1a ) in the vicinity of the site to be treated and by measuring the instantaneous resistance between the skin and the tool, a zero point calibration for the detection of the living tissue is performed with a microcontroller. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufnahme des Antriebs (4) während des Betriebs mit einem Mikrocontroller (6) gemessen wird und bei zu hoher Leistungsaufnahme im Bereich von einigen Sekunden, welche einen zu hohen Anpressdruck oder eine Blockierung des Werkzeuges auf die Hautoberfläche bedeutet, die Motorleistung automatisch heruntergeregelt wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the power consumption of the drive ( 4 ) during operation with a microcontroller ( 6 ) is measured and at too high power consumption in the range of a few seconds, which means too high contact pressure or blocking of the tool on the skin surface, the motor power is automatically controlled down. Gerät nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsleistungsaufnahme und der Übergangswiderstand (2) des Abtragungswerkzeugs (3) mit der Haut (1a, 1b) miteinander verrechnet werden um elektrische Widerstandsänderungen durch erhöhte Anpresskräfte des Werkzeuges auf die Haut zu kompensieren.Apparatus according to claim 6, characterized in that the drive power consumption and the contact resistance ( 2 ) of the ablation tool ( 3 ) with the skin ( 1a . 1b ) are offset against each other to compensate for electrical resistance changes due to increased contact pressure of the tool on the skin. Verwendung des Gerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüchen zur schonenden Abtragung von Nägeln und Horn.Use of the device according to one of the preceding claims for gentle removal of nails and horn.
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