CN102348479A - 用于使用电磁辐射进行局部侵入皮肤治疗的设备 - Google Patents

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Abstract

皮肤组织测量/治疗设备(40)，用于可控地将具有10GHz或更高频率的电磁辐射经由适于穿透皮肤表面的单极天线(44)直接传递到皮肤组织的局部区域。一个实施例包括敷涂器(152)，所述敷涂器具有从敷涂器本身突出的、用于皮肤区域的选择性治疗/测量的多个独立可控的单极天线(158)。可以基于通过确定反射功率相对于参考信号的大小及相位所计算的局部区域中的组织的复阻抗来激活治疗。可以基于传递到皮肤组织的净功率的检测来自适应地控制生成的电磁辐射的功率等级。

Description

用于使用电磁辐射进行局部侵入皮肤治疗的设备
技术领域
本申请涉及用于测量和/或治疗皮肤组织和皮肤内部子结构的设备和方法。
背景技术
存在各种类型的已知皮肤治疗系统，例如，包括有：激光治疗系统、低能量等离子体治疗系统、机械皮肤擦除术、工作于大约500kHz频率的低频射频电外科治疗系统、基于红外线的系统、或使用引入到皮肤表面上以渗透皮肤的乳膏或口服药物的治疗系统。
目前市场上存在许多基于激光的皮肤治疗系统；这些系统趋向于集中在美容治疗(其中，皮肤再生和皱纹去除是主要的兴趣点)领域的应用。示例系统包括Er-YAG激光器、CO2激光器、Nd-YAG激光器、半导体激光器(例如，GaAs激光二极管)和Q开关红宝石激光器。
作为第一级典型定性模型，皮肤可以被看作是从底部向上生长的植物。从此模型可知：如果对生长过程进行干预，则将出现问题，例如，如果用来自阳光的紫外线辐射对皮肤进行冲击，或将危险化学品引入皮肤内/上，则像植物一样，皮肤将会患病并受到损伤，或者如果未提供治疗过程会最终死亡。
然而，存在一些并不适合上述治疗技术的临床情况，这些临床情况目前采用仅提供较原始和短期的解决方案的药物疗法进行治疗。例如，斑秃是一种自身免疫疾病，其中人体的免疫系统错误地攻击毛囊，毛囊是从中长出头发的皮肤组织的一部分。如果这种状况出现，头发通常以小圆斑的方式脱落。目前没有被证明可以治疗斑秃的有效的药物，并且目前没有该疾病的治愈方案。
发明内容
最一般地，本发明提供了一种最小侵入治疗系统，用于直接地、局部地将毫米或亚毫米波长辐射传递到皮肤组织中。在本发明预期使用的辐射频率处，辐射能量的穿透深度非常小。穿透深度随着频率和所关心的组织结构的相对介电常数的增加而减小。结合本发明的直接传递机构，这可以允许精确治疗皮肤本身内的目标结构。
根据本发明，提供了一种皮肤治疗设备，该设备具有：设置成输出具有10GHz或更高频率的电磁信号的信号发生器，以及连接成接收所输出的电磁信号的单极天线，该单极天线包括可插入皮肤组织的侵入或最小侵入结构，该侵入结构具有辐射部，所述辐射部设置成向皮肤组织中发射与所接收的电磁信号对应的局部辐射场，其中信号发生器被设置成输出一定功率等级的电磁信号，其允许辐射场向皮肤组织中传递10mW或更高功率等级的能量。
对于上述设备，所发射的辐射场的物理位置可以通过辐射部的位置精确限定。用于辐射的频率高，这可以使得所发射的辐射被约束到辐射部附近的治疗结构处。与基于表面(即，非侵入)的装置相比，这允许更好的功率导向。
此外，使用10GHz或更高的频率意味着辐射部可以以1mm或更短的长度有效地工作。因此，整个侵入结构的长度可以小于2mm，例如，1-2mm，这可以最小化患者的不适感(例如，轻微的刺痛感或疼痛感)。例如，以100GHz的工作频率且以湿润皮肤为负载的单极天线的四分之一波长为0.28mm。在这种特定装置中，仅单极天线插入到皮肤中。至于辐射部的直径，单极天线的外直径可以小于0.5mm，因而可以采用针灸针的形式。
辐射部可以将辐射发射到皮下层或真皮内的局部结构。例如，该设备可以用于将能量传递到并将能量限制在皮下层中的汗腺内或真皮中的皮脂腺内。
设备可以包括多个单极天线，例如设置成阵列的多个单极天线，每个单极天线具有侵入结构，其中多个侵入结构可以同时插入到皮肤组织中。侵入结构可以很小，以至于有可能同时有多于一个的天线插入到皮肤组织的子结构(例如，汗腺)内。
天线的辐射部可以配置成与要治疗的皮肤组织阻抗匹配。微波能量可以因此有效地传送到皮肤结构内。天线的输入端或近端以及信号发生器的输出端也可以依据阻抗进行良好的匹配，以确保从信号发生器传递的功率有效地传送到天线，这将确保该能量被与天线的辐射部相接触的生物组织所吸收。
或者，该装置允许对皮肤区域上的皮肤组织内的子结构进行局部治疗，例如，用于诸如治疗痤疮的情况。
辐射场传递的能量可以是可控的。该设备可以包括连接在信号发生器和天线之间的、设置成检测从天线传递出来的功率量(从而能量)的传递功率检测器。设备可以包括连接成接收来自传递功率检测器的信息的控制器(例如，微处理器或数字信号处理器)。控制器可以连接到信号发生器，以便基于来自传递功率检测器的信息控制所输出电磁信号的功率等级。信号发生器可以包括由控制器操作的、用于控制输出功率等级的可变衰减器。
传递功率检测器可以包括连接在信号发生器和所述天线或每个天线之间的前向定向耦合器和反向定向耦合器。
定向耦合器的输出可以用于计算传递功率的大小。传递功率的大小可以使用可变衰减器来精确控制。此处所公开的辐射可以以非常局部的方式瞬间升高皮肤的温度。可变衰减器和定向耦合器允许精确控制这种皮肤加热。
可以在耦合器和信号发生器之间连接环形器，来将信号发生器与从天线反射的信号隔离。
信号发生器可以包括稳定的、低功率的源振荡器，例如，压控振荡器(VCO)或介质谐振器(DRO)以及一个或多个功率放大器。微波及毫米波单片集成电路(MMIC)领域的进步意味着现在可以使用小规模器件(例如，基于磷化铟(InP)高电子迁移率晶体管(HEMT))产生高功率等级的高频率信号。使用这样的器件，天线传递的功率等级可以在10mW和2W之间。
功率放大器可以包括这样的器件。其它的类似技术也是适用的，并在下文中进行讨论。这些小规模器件可实现本发明的实际实施例，这是因为功率生成(放大)可以位于辐射结构的附近，这可以降低功率损耗或使得易控制功率损耗。
在具有多个天线的实施例中，单信号发生器(例如，源振荡器和放大器)可以例如使用合适的功率分配装置——即，波导功分器、微带功分器、3dB耦合器、兰格耦合器(Lange coupler)——向多个天线提供功率。在其它实施例中，每个天线可以具有它自己的信号发生器。因此，传递给每个天线的功率可以是独立可控的。单个源振荡器可以为多个信号发生器提供基础信号。
在本发明的开发中，该设备可以设置成测量皮肤组织的性质，例如，在治疗(例如，传递10mW或更高的功率)开始之前确定位于辐射部处的组织(或皮肤的子结构)的类型。进入组织的微波能量的小穿透深度在治疗较小的组织结构方面以及在识别细微组织结构的特性中都提供了优势。控制器可以设置成检测从天线反射的信号的大小和相位。所检测的大小和相位信息可以用于计算在辐射部处的组织的复阻抗值，该复阻抗值指示组织类型。可以使用连接到反向定向耦合器的外差检波器来检测该大小和相位。该装置也可以用于诊断与各种解剖学结构相关联的多种疾病或临床情况，其中所述解剖学结构与可以引入小的针状天线结构的皮肤或其它组织类型相关联。
外差检波器的参考信号可以与来自信号发生器的前向(输出)辐射一样从同一源振荡器获得。可以具有多级下转换装置以将反射辐射的频率降低到可以测量大小及相位信息的级别。
优选地，当设备被设置成用于测量组织性质时传递到组织的能量远远小于(例如，以两个或更多数量级小于)当设备被设置成用于治疗组织时传递到组织的能量。设备可以具有治疗模式和测量模式，其中治疗模式和测量模式下所传递的功率分别为大于10mW和小于1mW。在测量模式中传递的功率的量优选地小于引起永久组织损伤所需要的功率的量。设备可以具有两个用于输出辐射的通道：包括功率放大器的治疗通道和绕过功率放大器的测量通道。
设备可以包括通道之间切换输出辐射的开关(例如，可由外科医生操作)。由于该装置，设备可以用于在治疗开始之前确定侵入结构(例如，天线)的辐射部处于理想的组织类型中。通过使用高微波频率辐射使发射场的局部化成为可能在测量模式中也是有利的，这是因为反射信号由靠近辐射部的组织支配；而来自邻近组织的反射及散射可以忽略。
在具有可插入单极天线阵列的情况下，每个天线可以具有类似于上述的独立可控双通道设置。因此，每个天线可以与其相邻天线独立地工作在治疗模式或测量模式中。这对导向组织内的特定结构(例如，腺体)有用，而不用必需将单个天线精确定向或定位于位置中。被确定为处于要治疗的组织类型中的天线可以切换成治疗模式，而被确定为不处于要治疗组织类型中的天线将被关闭或留在测量模式。阵列中的天线可以根据所测量的信息选择性地激活。
在可替代实施例中，天线可以是机械可插入的并且是可从皮肤组织中收回的。在为天线阵列的情况下，每个天线都可以是可独立插入和可独立收回的。在这种情况下，被确定不处于要检测的组织类型中的天线可以全部从组织中撤回。这可以降低患者的不适感。
每个单极天线的侵入或最小侵入结构可以包括针或销。辐射部可以是针尖。针状天线结构可以是例如25Ω、50Ω或75Ω的固定阻抗的同轴线。为了实现具有非常小外径(例如0.1mm到0.5mm)的物理同轴结构，可能需要利用纳米技术，以便制造出这样小尺寸的针状结构。例如，可以使用深反应离子刻蚀制作针长度在0.1mm到1mm之间的针状天线阵列。也可以考虑将显微机械加工技术用于该制作过程。
该设备的用于测量皮肤组织特性的能力可以是本发明的一个独立方面。根据此方面，可以提供一种皮肤组织测量设备，该皮肤组织测量设备具有：设置成输出参考信号和具有10GHz或更高频率的测量信号的信号发生器；连接成接收所输出的测量信号的单极天线，所述单极天线包括可插入皮肤组织的刚性结构(即，侵入或最小侵入结构)，该刚性结构具有辐射部(例如，包括具有辐射部的天线)，所述辐射部设置成将与所接收的测量信号对应的局部辐射场发射到皮肤组织中；以及连接在信号发生器和单极天线之间以接收参考信号和从天线返回的反射信号的检测器，其中，检测器被设置成测量反射信号的大小和相位。可以使用大小和相位信息来计算在辐射部处的组织的复阻抗值，该复阻抗值可以指示组织(或皮肤子结构)的类型。可以用其它方式处理相位和大小信息，以使得能够提取诸如复介电常数、介电常数或组织传导率数据等信息。三端口环形器可以连接到信号发生器、单极天线和检测器之间的交叉点处。所输出的测量信号可以输入到环形器的第一端口，并且在连接到单极天线的第二端口处输出。反射信号可以因而输入到第二端口并被转向或发送或输出在连接到检测器的第三端口。由于该配置，前向(测量)信号与检测器隔离，并且反射信号可以直接提供给检测器(即，无需使用耦合器)，使得低功率等级(例如，1mW或更少)可以用于测量信号，即，反射的测量信号的振幅未被线路中的定向耦合器的耦合因子降低。低功率等级减小了或最小化了测量期间对皮肤组织的损伤的风险。
此处所描述的频率的受限穿透深度意味着测量受限于皮肤组织，即，反射信号受辐射部处的组织的性质支配。给定皮肤内所关心的结构的尺寸，有利的是使用45GHz或更高的频率，优选地为100GHz或者更高。使用1THz或更高的频率可以获得增强的测量精确性和灵敏度。
本发明的测量方面对于分析固体或液体组织样本的含量以监视样本成分的浓度或等级也是有用的。例如，本发明可以用于分析尿液或血液样本。
在使用了多个单极天线(例如，针状天线)的情况下，每个天线可以安装在生物适合的材料衬垫上。侵入或最小侵入结构(例如，针)本身可以由生物适合的材料制成，或者涂覆有生物适合材料，以便确保在引入身体内时该结构不会引起污染。例如，针可以涂覆有聚氯代对二甲苯(Parylene C)薄层。
附图说明
下面将参照附图详细讨论本发明的示例，其中：
图1是贯穿其中插入两根针状天线的皮肤组织的示意性横截面视图；
图2是示出了作为本发明实施例的单通道皮肤治疗设备的部件的方框图；
图3是示出了作为本发明实施例的双通道皮肤治疗设备的部件的方框图；
图4是示出了图2中所示皮肤治疗设备的信号发生器的细节的方框图；
图5是示出了图3中所示皮肤治疗设备的信号发生器细节的方框图；
图6是可以在本发明的实施例中使用的单极天线的侧视图；
图7是可以在本发明的实施例中使用的单极天线阵列的透视侧视图；
图8是根据本发明的多天线设备的方框图，在该设备中，多个天线共享共同的辐射源；
图9是根据本发明的多天线设备的方框图，在该设备中，每个天线具有独立的辐射源；以及
图10是作为本发明的实施例的手持敷涂器的侧视图。
具体实施方式
以下所讨论的实施例利用了下述能力：使用固态器件技术生成太赫兹(THz)频率及以下的高微波(例如亚毫米和毫米)能量。如果这样的微波、毫米波或亚毫米波能量用于激发短的单极天线结构(例如，针状天线)，整个辐射天线结构可以具有短于1mm的长度。
在本说明书中，所参照的高微波、亚毫米和毫米波长对应在10GHz和5THz(5000GHz)之间的频率范围。优选的范围是在30GHz和200GHz之间。本发明也可以在例如45GHz、77GHz、94GHz、96GHz、110GHz、170GHz和200GHz的点频率处实现。
本发明利用下述事实：这种高频率产生的辐射穿透深度可适于治疗与皮肤结构相关的特定临床情况，而皮肤是人体内的一种复杂器官，其包含了多种复杂的结构。
本发明可以用来治疗皮肤病毒，并且当以此处所公开的频谱的较高端的频率运行本系统时，可用来治疗其它病毒。使用本发明的治疗可以改变病毒的DNA结构，以便使病毒不活动(即，可以阻止病毒的DNA结构的进一步改变)。
本发明可以与用于非侵入皮肤治疗的设备——例如，使用单个连接板或连接板阵列将能量施加于皮肤表面的设备——结合使用。
本发明可以体现为非常高的微波频率、或毫米波频率、或亚毫米波频率的最小侵入皮肤治疗系统，该系统使用单个针状天线或多个针状天线结构以及能够在适当的频率处产生足够能量来引起期望的皮肤效果的单个或多个半导体器件。
本发明可以用于对良性皮肤肿瘤(例如，光化性角化病、皮垂、皮角、皮脂溢性角化病或常规疣)的治疗。本发明可以用于治疗皮肤的恶性肿瘤。本发明可以治疗皮肤的所有结构，包括皮肤细胞、血管、神经系统和皮肤的免疫系统。因此，本系统可以有效地用于治疗下述与皮肤相关的情况：坏疽性脓皮病、白癜风、痒疹、斑秃、局限性硬皮病、肥厚性瘢痕和瘢痕瘤等。本发明也可以用来缓解慢性疼痛——疱疹后神经痛(PHN)。可以根据期望的治疗来选择频率和功率等级。因此，器械的设备可以用于治疗或消灭与皮肤相关联的多种状况。以下将对一些特定用途进行解释。
本发明的特定临床用途可以是治疗异位性皮炎和溢脂性皮炎或痤疮，其中皮脂腺或汗腺的过渡活跃引起过多出汗，这可以导致在皮肤表面上形成细菌或真菌。产生的真菌被称为糠疹癣菌属，即在皮肤上形成的并出现在人们出汗区域(例如，头部、胸下、前额和腋窝)的常见细菌。由于患有溢脂性皮炎的人会产生比正常更多的汗，故这将导致产生更多的糠疹癣菌属真菌。下述单个针状天线或针状天线阵列可以插入到皮肤的毛孔内并进入皮脂腺或汗腺内，其中理想的治疗深度可以定位为从皮肤表面下的1mm到2mm之间(这取决于身体区域及患者的年龄)，可以激活微波或毫米波功率源以将受控量的能量传递到腺体内以抑制其过分的活跃。销状天线结构可以用于这样的装置，以将受控高频率微波能量发射至毛孔或汗腺内。例如，可以使用具有外径小于0.15mm且长度小于1mm的、配有天线产生的较小辐射穿透深度的销状天线。
不期望能量发射到毛囊中，因为这可能损伤形成毛囊的下述结构：表皮、赫胥黎层、汉勒氏层、外皮、玻璃膜和连接层。期望的是：使用本发明的测量方面来确保在将改变状态或引起永久改变的更高能量施加到该结构之前，针不位于毛囊内。本发明的测量方面可以允许毛囊和皮脂腺及汗腺之间的差异。在一个实施例中，可以使用组合测量或识别以及选择性高能量传递特征，将毛发永久性地从身体区域移除。在其它实施例中，如果测量到的复阻抗或者可从反射信号的大小及相位获得的其它介电信息表明针位于毛囊内部，则可以标记或激活警报状态，以指示外科医生应当将针移除。可以手动或自动地移除针。在后一情况中，可以激活机械机构以移除针，而发送激活信号的决定基于测量到的组织信息。可以提供一机构来防止系统在测量到一定范围的组织阻抗值时传递能量。
图1示出了皮肤10的结构的示意性横截面视图，并给出了本发明的两种可能用途的示意图。可以认为皮肤10包括三层：表皮12、真皮14和皮下层16。毛干18突出穿过表皮12中的毛孔(未示出)，暴露在皮肤10的外部。毛干18是如下复杂结构的一部分，该复杂结构包括：皮下层16中的毛基质20、延伸到真皮14的毛囊22、用于竖起毛囊22的立毛肌24、以及皮脂腺26。还示出了从皮下层16延伸至表皮12中的毛孔的汗腺28。
图1示出了引入通过皮肤组织10表面的两个针状天线结构30。一个天线插入到汗腺28，而另一个天线插入到皮脂腺26。这样的设置可能对治疗痤疮或溢脂性皮炎有用，其中皮脂腺和汗腺过于活跃，并产生过多的汗液，过多的汗液导致在皮肤表面上形成细菌。每个天线结构30在其近端具有微波连接器32，该微波连接器32被设置成通过馈送结构34将高频率微波辐射(例如，亚毫米波辐射或毫米波辐射)传输至天线结构30，或从天线结构30传输出来。每个天线结构的远端包括侵入结构；在本实施例中，侵入结构包括针尖。这使得天线容易插入到皮肤组织。侵入结构还包括辐射部——在本实施例中为针的尖端，传递到天线的能量可以在针的尖端处发送到组织内。
在文中公开的频率(例如10GHz或更高)处，发射的辐射场具有非常小的穿透深度，因此由天线引入的能量可以局部地限制到汗腺28及皮脂腺26中。能量的局部化意味着治疗期间例如毛囊22的毛发结构可以不受影响。这是有利的，因为如果毛囊受到损伤，将会导致肿胀到皮肤的表面，这是不期望的效果。
图1中所示的针状天线结构30可以插入到存在于表皮、真皮和皮下层中的其它皮肤组织结构内。为了将由插入天线引起的患者的不适和物理损伤最小化，针的物理穿透的最大深度介于0.1mm和10mm之间，或更优选地介于0.5mm和2mm之间。
图2是示出本发明实施例的皮肤治疗设备40的方框图。设备40包括连接到单极天线44(诸如上述针状天线)的信号发生器42。信号发生器42还连接到设置成用于控制信号发生器42的微处理器或数字信号处理器(DSP)46。用户接口48连接到DSP 46，以接收并显示关于治疗的信息，并允许来自用户的指令(例如，控制指令)传递到DSP 46。设置信号发生器42产生具有10GHz或更高的频率和功率等级的电磁信号，使得在单极天线44的辐射部传递到皮肤组织的能量为10mW或更高。信号发生器内的部件的细节在后面参照图4进行讨论。
图3是示出了本发明的另一实施例的皮肤治疗及测量设备50的方框图。设备50具有两种工作模式：治疗模式和测量模式，在治疗模式中，以与参照图2所讨论的设备40的方式相同的方式工作，在测量模式中，来自天线的反射信号用于测量在天线的辐射部处的组织的介电特性或复阻抗，例如，识别针已引入其中的组织的类型。返回参照图1，测量模式可以用于确保针状天线30是合适地引入到汗腺28或皮脂腺26，并且没有进入任何邻近结构。如果测量到的介电特性或复阻抗表示针处于正确的组织类型中，则可以开始治疗，即，可以将更高等级的功率传递到天线。
返回至图3，设备50包括与图2中所述的具有相同名称的部件相对应的信号发生器52、单极天线54、DSP单元56和用户接口58。另外，具有用于产生低功率等级(例如，低于1mw)信号的测量信号发生器60。在一个实施例中，两个信号发生器可以共享同一源振荡器。在其它实施例中，可以使用不同的源，例如使得使用不同的频率用于治疗和测量。例如，设备可以使用200GHz的治疗频率和500GHz的测量频率。测量信号发生器可以为天线提供不同的通道，该通道绕过了信号发生器52的高功率生成部件。由可由DSP单元56控制的开关62(例如，低损耗波导开关)连接在天线54和信号发生器52、60之间，以选择哪路信号发送到天线54。设备50因此工作于测量模式或治疗模式。信号发生器内的部件的细节在后面参照图5进行讨论。
图4是示出了图2中的设备40的方框图，其更详细地示出了信号发生器42的部件。图2和图4之间相同的部件用相同的附图标记给出。
信号发生器42包括源振荡器64，该源振荡器64以在认为对实现本发明有利的范围内的频率处(即，超过10GHz，优选地在30GHz到5THz之间)产生低等级能量。源振荡器64的输出连接到功率分配器66，该功率分配器66将源功率分为两部分，可能是均衡的(或相同振幅)，也可能是不均衡的，即1/3和2/3。第一部分馈送到检测器70，例如二极管检测器，其输出馈送到DSP单元46，用于监测源振荡器64的状态以确保其正常运行。检测器70可以使用肖特基二极管，即，零偏压肖特基二极管或隧道二极管。第二部分馈送到可变衰减器68，可以是PIN衰减器，由从DSP单元46输出的信号V2控制其衰减。
可变衰减器68的输出被馈送至功率放大器72的输入端口，功率放大器72将由源振荡器64产生的信号放大或升压至对治疗所关心的生物(即，皮肤)组织结构有用的等级。功率放大器72可由从DSP单元46输出的信号V1控制。毫米波环形器74的第一端口连接到功率放大器72的输出级，以防止放大器受到高等级反射功率，该高等级反射功率可能是由生物组织和天线的辐射部之间的阻抗失配引起的。连接环形器74的第二端口以允许前向(放大)信号前进到天线。任何来自天线的反射信号因而到达第二端口，随后被转向或导向第三端口。环形器74的第三端口连接到功率倾卸负载76。选择功率倾卸负载76的阻抗，使得反射回环形器74的第二端口的所有或高百分比的功率被转向第三端口，在第三端口处能量被倾卸到负载中。在一个实施例中，倾卸负载的阻抗是50Ω，但并不限于此值。优选地，阻抗等于在系统中所使用的微波部件的特性阻抗。
环形器74的第二端口连接到第一定向耦合器78，第一定向耦合器78被配置成前向功率耦合器，并用于采样前向功率的一部分，以使得能够监测功率等级。可以使用-10dB到-30dB之间的耦合因子，这分别使得10％到0.1％之间的主线功率被采样。为了保留尽可能多的主线功率，耦合因子优选地在-20dB到-30dB之间。第一定向耦合器78的耦合端口的输出连接到检测器79(例如，二极管检测器)，该检测器79将该输出转换为直流或低频率交流信号S1并将其馈送至DSP单元46。可以由DSP处理所检测到的前向功率等级，并将其显示在用户接口48上。第一定向耦合器78的位置并不限于环形器74的第二端口，即，其可连接到环形器74的第一端口。
第一定向耦合器78的主线输出被馈送至第二定向耦合器80的输入端口，其中该第二定向耦合器80被配置成反射(或反向)功率耦合器，用于采样一部分反射功率，以使得能够监测返回或反射功率的等级，并提供对生物组织和针状天线的辐射部(远端尖端或天线)之间的阻抗匹配(或失配)的指示。第二定向耦合器80的耦合端口的输出连接到检测器81(例如，二极管检测器、零差检波器或外差检波器)，该检测器81将以上输出转换为可以包含大小或大小和相位信息的直流或低频率交流信号S2，并将其馈送至DSP单元46。检测到的反射功率等级可以由DSP处理，并显示在用户接口48上。
DSP单元46可以被设置成通过以下方式来计算和使用用户接口48显示传递到组织的净功率，所述方式例如为：从前向功率等级减去反射功率等级，考虑连在第二定向耦合器80的输出端口和针状天线的输入之间的传递线缆或PCB走线45(例如，柔性同轴电缆、柔性/可扭波导、微带线或共面线)的损耗(插入损耗)，以及针状天线自身的插入损耗，即，
Pnet＝Pforward-Pch_loss-Pant_loss-Preflected，
其中，Pnet是净功率，Pforward是前向功率，Pch_loss是传递通道损耗，Pant_loss是天线结构损耗，Preflected损耗为反射功率造成的损耗，该反射功率由天线的辐射部和生物组织负载之间的阻抗失配引起。
可替换成微处理器、微控制器、微处理器及DSP组合单元、单片机或单片机及DSP单元的DSP单元46可以用于控制设备的功能及操作。DSP单元46可以负责控制可变衰减器48、检查源振荡器64的状态、测量前向及反射功率等级、计算净功率、产生用户信息以及标记错误情况。用户接口48可以包括输入/输出设备，该输入/输出设备设置成能够使用户将信息输入到系统并用于显示用户可能关心的参数。该输入/输出设备可以是触摸屏显示单元、键盘/辅助键盘和LED/LCD显示器、LED数码管和开关或任何其它用于输入/输出设备的合适装置。
设备可以包括连接在发生器和患者之间的直流隔离阻障(此处未示出)，以防止在发生器和患者之间的直流电压路径。这样的阻障可以采用如下形式：微带电容器或其间夹有低损耗介电材料板的两部分波导，其中低损耗介电材料板例如为：微波陶瓷薄层、Kapton
Figure BPA00001431364300121
片或聚四氟乙烯。
图5是示出了图3中的设备50的方框图，其更详细地示出了信号发生器52和测量信号发生器60的部件。图3和图5之间共有的部件用同一附图标记给出。因此，使用从DSP单元56到开关62的信号V6，对治疗模式或测量模式进行选择，其引起共有开关触点在连接到治疗信号发生器52的触点(即，用于产生治疗信号的微波部件线路或局部配件)和连接到测量信号发生器60的触点(或者微波部件线路或局部配件)之间进行切换，以选择哪路信号沿着线缆55传输到天线。开关62是单刀双掷器件，且优选地引入通过开关62的信号的最小衰减量，即，通过开关的损耗可以小于0.2dB。开关62可以是波导开关或同轴开关。对于此处所公开的上频率范围，优选波导开关，这是因为其具有较低的插入损耗。波导开关本质上使得两片波导能够移动，从而使得来自测量电路或治疗电路的能量能够连接到包括线缆组件(或微带线/共面线)和天线的共用通道。
在图5中，共有频率源振荡器82由治疗信号发生器52和测量信号发生器60两者所共用。频率源82包括源振荡器84，源振荡器84的输出连接到功率分配器86(例如，3dB功率分配器或功率耦合器)，功率分配器86将信号的第一部分发送到治疗信号部分的线路中，用于治疗模式下的操作。第二部分发送到测量信号部分的线路中，用于测量模式下的操作。
治疗信号部分线路与上述参照图4讨论的信号发生器42相似。具有相同名称的部件执行相应的功能。因此，治疗信号发生器52包括连接成接收来自功率分配器86的信号的可变衰减器88、功率放大器90、设置成用于将功率放大器90从反射信号隔离的环形器92、用于在治疗模式中从反射信号接收能量的功率倾卸负载94、将前向功率耦合到检测器97的前向定向耦合器96和将反射功率耦合到检测器99的反向定向耦合器98。
在另一实施例中，可以在功率放大器90的输出和开关62之间连接调谐电路或匹配电路(未示出)，以便将由天线所得到的组织阻抗与信号发生器52的阻抗动态地进行阻抗匹配，以提供传送到组织的最大功率。这种设置将会提高从源可获得的微波功率和传递的微波功率之间的效率。这在使用非常高的微波频率能量或毫米波频率能量或亚毫米波频率能量用于治疗的情况下是非常有利的，因为在这些频率处产生高等级能量是极其昂贵的，因此即使损失该能量的一小部分也是不期望的。在传递的能量等级需要用于引起消融相对大量的组织的情况下，这种特征也是期望的。对于文中所考虑的较小规模治疗，此特征可以是可选的。然而，如果实施了这种特征，调谐电路优选地使用变容二极管或PIN二极管作为调谐元件，而不是机械调谐杆或螺杆；这归因于物理尺寸的约束。检测器97、99可以被配置成外差检波器，以测量相位及幅度信息来控制调谐元件。
测量信号部分线路设置在与治疗信号部分线路分隔的信号线路(例如，通道)上。这绕过功率放大器90及可能影响测量灵敏度的其它潜在噪声部件。这也意味着测量信号没有经由定向耦合器的耦合端口进入检测器，所以在测量信号到达检测器的输入端之前，不被耦合器的耦合因子衰减的返回信号所限制。因此，测量信号发生器60包括参考定向耦合器100，该参考定向耦合器100连接成接收从功率分配器86到其输入端口的信号。参考定向耦合器100用于耦合前向功率的一部分，以为组织测量系统提供参考。取决于从功率分配器86可获得的功率等级，可能需要包括低噪声低功率放大器以提高测量信号的振幅。如果这是需要的，那么可以在功率分配器86和参考定向耦合器100之间插入升压放大器。
来自参考定向耦合器100的耦合信号连接到电控单刀双掷开关112(由来自DSP单元56的信号V5控制)的第一端子，开关112的功能是将耦合信号(下文称为“参考信号”)或反射信号发送到外差接收机的输入端，其中外差接收机用于提取与参考信号和反射信号相关的大小和相位信息。
参考定向耦合器100的主要输出被输入到载波定向耦合器102，载波定向耦合器102采样前向传输功率信号的另一部分，以用于如下电路中，该电路提供载波抵消或增加前向传输测量信号和反射测量信号之间的隔离。在该实施例中，载波抵消电路提供低功率环形器104的第一端口和第三端口之间的增强隔离，其中该低功率环形器104用于隔离反射信号与前向信号。
来自载波定向耦合器102的主输出连接到环形器104的第一端口。环形器104的第二端口连接到开关62，以使得来自源的前向定向信号沿着线缆55并沿着天线传送到组织。环形器的第二端口还(经由线缆55和开关62)接收来自天线的反射信号。环形器104被设置成将反射信号转向其第三端口，由此使反射信号与在第一端口处接收到的前向信号隔离。
出自环形器第三端口的反射信号进入隔离定向耦合器106的输入端口，隔离定向耦合器106向主线路注入与任意击穿环形器104的第一端口和第三端口之间的隔离进入到第三端口的前向信号反相的信号。注入信号被称为载波抵消信号，并且该注入信号产生自来自载波定向耦合器102的耦合载波信号。耦合载波信号输入到可变衰减器108(在本实施例中由来自DSP单元56的信号V3控制；在其它实施例中可以使用手工可调衰减器)，该可变衰减器108调整载波信号的振幅，使得注入信号具有与出自环形器的第三端口并朝向检测器的输入端的不期望信号相等的振幅。来自可变衰减器108的输出被输入到可变相位调节器110(在本实施例中由来自DSP单元56的信号V4控制；在其它实施例中可以使用手工可调移相器)，可变相位调节器110调整载波信号的相位，以确保在来自环形器104的第三端口的信号的不期望部分与注入信号之间具有180°的相移。相位调节器110可以是电子控制器件，例如，PIN二极管调节器或机械控制的调节器，例如同轴可调U形波导节。
可以通过调整装配有典型线缆组件的相位调节器和可变衰减器的相位和大小建立抵消电路；这将确保由线缆引起的相位和大小的改变也被抵消。通过仔细调整注入第三定向耦合器的耦合端口的信号相位和大小，不期望的信号分量可以完全被抵消，所以从隔离定向耦合器106输出的信号可仅由于针状天线和组织之间的阻抗失配。这种设置增加了整个测量系统的测量灵敏度。
隔离定向耦合器106的输出提供到开关112的第二端，在开关112中，根据所选开关配置，外差接收机选择性地接收该输出。
在本实施例中，外差接收机包括设置成从参考信号和反射信号提取相位和大小信息的双中频外差检波器。如以上提及的，DSP单元56产生信号V5，信号V5控制开关112的配置，以将参考信号或反射信号发送到外差接收机。开关可以是反射类型或吸收类型的PIN开关或同轴开关。
开关112的输出连接到第一混频器114的射频输入端。连接第一本地振荡器116，以将信号传递到第一混频器114的本地振荡器(LO)输入端。因此，第一混频器114的输出信号(为第一中间频率)包括具有下述频率的信号，该频率对应于第一本地振荡器信号的频率与输入(反射或参考)信号的频率之间的差。
第一混频器114的输出信号被馈送至第一低通滤波器118，第一低通滤波器118的功能是确保仅由第一混频器114产生的差频被允许通过链中的下一部件，即，为两个输入频率的总和的信号和任何其它不期望信号被滤波掉。
第一低通滤波器118的输出被馈送到第二混频器120的射频输入端。第二本地振荡器122连接到第二混频器120的本地振荡器(LO)输入端。因此，第二混频器120的输出信号(为第二中间频率)包括具有下述频率的信号：该频率对应于第二本地振荡器信号的频率与第一中间信号的频率之间的差。
第二混频器120的输出信号被馈送至第二低通滤波器124，第二低通滤波器124的功能是确保仅由第二混频器120产生的差频被传递到链中的下一部件。
第二低通滤波器124的输出被馈送至模数转换器(ADC)126，模数转换器(ADC)126的功能是将由外差接收机产生的模拟信号转换为数字格式，以使得该信号能够由DSP单元56处理。需要使用两级以上来将用于执行组织测量的毫米波频率或亚毫米波频率降低到标准模数转换器可使用的频率，以便能够从信号中有效地提取所需相位和大小信息。因此，原始信号的下变换可以多级发生，例如，上述两级以上。例如，使用六个混频器、六个低通滤波器和六个本地振荡器的下变换系统，其可如下配置：
-反射信号频率＝200GHz
-第一RF输入(RF1)＝反射信号＝200GHz
-第一本地振荡器信号(LO1)＝40GHz
-第一滤波中间信号(IF1)＝RF1-LO1＝160GHz
-第二RF输入(RF2)＝IF1＝160GHz
-第二本地振荡器信号(LO2)＝40GHz
-第二滤波中间信号(IF2)＝RF2-LO2＝120GHz
-第三RF输入(RF3)＝IF2＝120GHz
-第三本地振荡器信号(LO3)＝40GHz
-第三滤波中间信号(IF3)＝RF3-LO3＝80GHz
-第四RF输入(RF4)＝IF3＝80GHz
-第四本地振荡器信号(LO4)＝40GHz
-第四滤波中间信号(IF4)＝RF4-LO4＝40GHz
-第五RF输入(RF5)＝IF4＝40GHz
-第五本地振荡器信号(LO5)＝39GHz
-第五滤波中间信号(IF5)＝RF5-LO5＝1GHz
-第六RF输入(RF6)＝IF5＝1GHz
-第六本地振荡器信号(LO6)＝950MHz
-第六滤波中间信号(IF6)＝RF6-LO6＝50MHz
由外差检波器产生的第六滤波中间信号处于充分低的频率，以使得该信号能够被标准ADC单元使用。前四个本地振荡器信号可以从结合有合适的功率分配器的同一频率源获得。
DSP单元56用于从参考信号和反射功率测量信号两者数字地提取相位和大小信息，并计算与针状天线的远端尖端相接触的组织的复阻抗(或其它期望特性)。
第一和第二本地振荡器116、122的频率可以与源振荡器84同步，以最小化由振荡器之间的相对频率漂移引起的任意不利效果。此外，将本地振荡器与测量频率同步，使系统中的相位改变能够参照单个源。
可以在天线的远端处进行单端口校准。这可以通过将多个负载连接到天线的端部、并运行校准程序而实现。优选的是：将天线浸入多种液体负载，其中每种液体负载具有不同的、但可重复的特性阻抗。还期望的是：使用多个固体负载或由固体材料打磨成粉尘或粉末而制成的负载，这样的负载可以使天线的辐射部被包围。然后，可以运行数学程序，使得能够使用阻抗不同但是值具有可重复性的三个负载进行单端口校准。本系统所需的校准与由矢量网络分析仪进行的校准程序有点相似，由矢量网络分析仪进行的校准程序中需要将明确定义的开路、短路和50Ω负载附连到标准测试线缆的端部。此处使用的校准程序更为复杂：针状天线不适于很好地附连三个标准负载，因此多种液体或粉末可以为这个问题提供有用的解决方案。一旦找到三个可重复负载，则可以进行单端口校准以及将测量结果映射到史密斯图。史密斯图用于方便地示出任何复阻抗值。然后由图上示出的特定复阻抗值识别出特定组织类型或组织状态。
可以使用连接到DSP单元56的脚踏开关或手柄控件(未示出)激活设备。
图6示出了适于在本发明的实施例中使用的天线结构。该结构包括针形式的单个单极天线128，即，具有削尖的远端130。针可以形成于坚硬的生物适合材料上或可以由具有生物适合薄涂层的不锈钢制成，该生物适合薄涂层例如聚氯代对二甲苯(Parylene C)等。天线128附接于连接板132并从连接板132伸出。连接板可以是用于将天线结构附着于皮肤表面的粘性连接板(即，在其远端表面134上具有粘附层)。载有电磁信号的线缆组件136(例如，对应于以上讨论的线缆45和55)可以通过连接板附接于针的近端。针的长度优选地小于2mm，并且其直径优选地小于0.5mm。
图7示出了适于在本发明的实施例中使用的另一种天线结构。该结构包括规则阵列的针状天线136，每个针状天线136以图6中所示设置相似的方式附接于粘性连接板138并从粘性连接板138伸出。在本实施例中，每个天线136具有附接于其近端的它自己的线缆140。粘性连接板可以由柔性材料制成，以使其适合于皮肤表面。
衬垫或柔性连接板上大阵列的销状或针状天线对于与能够执行测量和治疗两者的设备使用来说是特别有利的。在这样的实施例中，每个针状天线可能具有它自己的独立可控的测量和治疗信号发生器。可以获得阵列中的所有天线的测量结果，然后仅有被检测到位于所关心的组织结构(例如，汗腺或皮脂腺)中的那些天线可以切换到治疗模式或者被使用足够的微波或毫米波或亚毫米波能量进行激励以影响组织结构。
另外地或可替换地，该设备可以包括这样的机构：该机构相对于连接板移动单独的天线以将它们更深地插入到皮肤结构中或将它们完全收回。可以根据所测量的信息控制这种移动。压电材料或磁致伸缩材料或者线性电机装置可用于移动单独的销或销簇。
图8示出了作为本发明实施例的设备的示意图，其中附接到柔性连接板144的天线阵列中的每个天线142具有专用信号线路，该信号线路具有独立可控的放大器146，而所有放大器具有共同的源振荡器148。图9示出了可替换的构造：其中，每个天线具有它自己的源振荡器150。
在以上所讨论的所有实施例中，功率放大器可以安装在针状或销状天线的附近。例如，功率放大器可以安装在用于支撑针状天线阵列的柔性连接板(基底)的上方的层中。在源振荡器和功率放大器之间可能需要使用驱动放大器，以便升高由源振荡器生成的信号电平。可以使用单个驱动放大器驱动多个功率放大器，例如，可以使用一个驱动放大器来驱动四个功率放大器，使得40个驱动器的阵列可以配置成驱动160个功率放大器。
图10是用来实现上述侵入或最小侵入皮肤治疗系统的完整器械的物理装置的示意图。该装置对于治疗斑秃特别有用，其中针状天线阵列被引入到需要治疗的头皮区域。
皮肤治疗器械152包括由夹层组成的独立分层结构，该夹层包括：包括诸如以上所讨论的多个针状天线158的针状天线阵列156、基底材料160、以及包括更多层的壳体162。所述更多层可以包括毫米波或亚毫米波功率晶体管装置、驱动晶体管和功率分配网络装置、源振荡器装置、控制电路装置、功率供给系统(可以是电池组和升压和/或降压转换器装置或外部功率线缆166)以及用于输入并显示用户信息的装置(与以上结合图4和图5所讨论的设备的部件对应)。该器械可以通过整体式手柄164抓握。
可以通过将治疗器械152放置在头皮154的表面上来将该治疗器械152施用于患者。在治疗期间通过使用手柄装置可以使器械固定定位，手柄装置使得外科医生能够很轻松地使器械固定定位，同时确保患者的不适感最小化。
阵列156的尺寸可以开发成容纳特定患者由于秃头症引起的头发损失量，例如，尺寸可以由1cm2到100cm2。治疗斑秃也可能需要在0.2mm到2mm之间的毫米波或亚毫米波能量的穿透深度。因此，当使用超过100GHz的频率时，例如使用300GHz或500GHz的频率时，该实施例对于临床应用特别有效。
通过在微波、毫米波和亚毫米波功率产生技术中的最新进展，使得实现本发明(特别是图10中所示的紧凑器械)成为可能。传统地，使用半导体或固态设备在微波频带的较高端及进入毫米波或亚毫米波的区域中产生功率是不可能的。过去，在上述频率处的功率产生只可能发生在使用诸如速调管、磁控管的基于大型管的器件或使用基于放射线激射的微波放大器(Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation，MASER)技术的器件的情况下。这些功率产生方法是非常不切实际的，例如，使用基于速调管的系统，可能需要大的设备空间来在200GHz处产生10W及以下的功率。在这样系统的实现中，需要水冷却和非常高的电压/电流功率供给。这些基于管式的源也趋于不稳定，并且可能比较困难控制传递到组织的功率等级，即，平均功率等级通常通过改变功率信号的占空比或脉冲宽度来控制。
本发明特别利用了微波、毫米波及亚毫米波单片集成电路(MMIC)的最新进展。为了成功实现与本发明相关联的新医学治疗器件，被称为磷化铟(InP)高电子迁移率晶体管(HEMT)的器件受到特别关注。InPHEMT器件中的最新进展表明技术正在朝实现可以在高达太赫(1THz＝1000GHz)频率下操作的功率器件发展。在InP HEMT的构造中，磷化铟是InGaAs半导体在其上生长的基底。InGaAs与InP共享相同的晶格常数。InP基底通常很小(例如76mm)，并且具有高介电常数(例如为12.4)，该高介电常数接近于GaAs基底的介电常数。
GaAs赝高电子迁移率晶体管(pHEMT)作为实现微波和毫米波功率放大器的可选择器件出现。为了能够实现高输出功率密度，需要具有高电流密度和高薄层电荷的器件结构。在单异质结AlGaAs/InGaAs pHEMT中的薄层电荷密度限于2.3×1012cm-2，因此必须使用双异质结器件结构以增加薄层电荷。
同样还展示了单异质结AlInAs/GaInAs HEMT的毫米波功率能力。对合适的功率HEMT器件的要求为：高增益、高电流密度、高击穿电压、低接入电阻以及低膝处电压，以提高输出功率和功率附加效率(PAE)。AlInAs/GaInAs/InP(InP HEMT)满足了除高击穿电压之外的所有这些要求。可以通过在较低漏偏压条件下运行器件来克服这种限制。InPHEMT在低漏极偏压电压下的高增益和高PAE特性使得其成为在电池供电设备中的使用中的理想候选。InP基底的另一个优点在于其呈现出比GaAs高出40％的导热率，从而允许对于相同功率分布的较低工作温度或者器件的较高的每单位面积的消散功率。因此，期望的是使用InP HEMT器件来实现手持治疗器件或使器件能够安装在单极天线或销状天线附近，因此可以制造出包括夹层的医疗设备。高导热率还可以允许使用多个器件来驱动辐射针状天线阵列。可以使用单个InP HEMT器件提供每个销状或针状辐射结构。
以下给出可以用于实现本发明的器件的一些具体示例：
1.TRW公司研发了一种基于75mm直径InP基底和0.1μm钝化InPHEMT器件的生产工艺，其可以在200GHz及200GHz以下工作；
2.Terabeam hxi毫米波产品公司(www.terabeam-hxi.com)制造出一种功率模块，当该功率模块在92GHz和96GHz之间频率范围的1dB压缩点处工作时，其产生具有22dB增益的17dBm(50mW)及17dBm以下的输出功率(型号：HHPAW-098)；
3.Castle微波有限公司生产出了一种W波段功率放大器(器件号：AHP-94022624-01)，其遵循以下规格：
a.中心工作频率：94GHz
b.带宽：94GHz+/-1GHz
c.典型饱和输出功率：26dBm(400mW)
d.最小增益：24dB；
4.已示出：n+-p-n-n--n+纤维锌矿GaN结构可以在230GHz到250GHz之间的频率范围内的频率处工作，以提供350mW及350mW以下的连续波功率以及1.3W及1.3W以下的脉冲功率
(http://iop.org/EJ/02681242/16/9/311)；
5.Northrop Grumman空间技术(NGST)已研发了一种用于在100mm InP基底上制作0.1μm的InGaAs/InAlAs/InP HEMT MMIC的工艺。
基于InP的HEMT技术是今后大容量、高性能毫米波应用的强有力候选。以下参考提供了基于InP的HEMT器件的细节，该器件呈现出高达400GHz的截止频率：K.Shinohara，Y.Yamashita，A.Endoh，K.Hikosaka，T.Matsui，T.Mimura，和S.Hiyamizu，于2001年11月在IEEEElectron Device Letters，Vol.22，No.11，pp.507-509上发表的“Ultrahigh-Speed Pseudomorphic InGaAs/InAlAs HEMTs With 400-GHzCutoff Frequency”。
概括地说，可以用于使本发明能够在实际中实现的半导体器件技术包括：基改性高电子迁移率晶体管(mHEMT)、赝高电子迁移率晶体管(pHEMT)、金属半导体场效应晶体管(MESFET)、异质结双极型晶体管(HBT)、氮化镓(GaN)。这些和其它类似的器件技术的全部细节可以在下述参考书中找到：“射频及微波半导体器件手册”(RF and MicrowaveSemiconductor Device Handbook)，M.Golio，CRC Press，ISBN：0-8493-1562-X。特别受关注的章节为：第八章—高电子迁移率晶体管，第五章—异质结双极性晶体管，以及第七章—金属半导体场效应晶体管。
如上所述，使用高频毫米波能量或亚毫米波能量以进行组织识别或状态测量的明显优势在于：由天线产生的低功率电磁场将以在辐射针状天线尖端局部的非常小的距离辐射，因此反射信号或测量信号将不会受到邻近的生物组织层的影响。例如，如果在干燥皮肤上进行测量，并且特别受关注的层具有2mm的总组织厚度，并且100GHz的频率用于进行测量，那么由于在100GHz处的微波能量在干燥皮肤中的穿透深度是0.36mm这一事实，获得的反射信号将仅由皮肤组织引起。另一方面，如果使用20GHz代替，则由于在20GHz处在干燥皮肤中的穿透深度是1.38mm这一事实，测量信号可能会受到干扰或由邻近组织引起的信号分量的影响。应当注意，穿透深度在此处定义为：当波的振幅减少到其初始发射振幅的37％时波所传输的距离。
表1给出了在用于实现本发明的所关心的频率处的干燥皮肤和湿润皮肤的相关电特性和介电特性列表。当设计合适的针状天线结构时，应当考虑到这些特性。
Figure BPA00001431364300211
表1：在所选微波频率范围内干燥和潮湿皮肤的组织参数和单极天线长度 需求
上述表中给出的符号εr、λ、λ/4和d分别表示相对介电常数、负载波长、1/4负载波长(或单极天线长度)以及穿透深度。

Claims (15)

1.一种皮肤治疗设备，包括：
信号发生器，所述信号发生器设置成输出具有10GHz或更高频率的电磁信号；以及
单极天线，所述单极天线连接成接收所输出的电磁信号，所述单极天线具有可插入皮肤组织的穿透结构，所述穿透结构包括辐射部，所述辐射部设置成向所述皮肤组织中发射与所接收的电磁信号对应的局部辐射场，
其中，所述信号发生器设置成输出一定功率等级的所述电磁信号，其允许所述辐射场向皮肤组织中传递10mW或更高功率等级的能量。
2.根据权利要求1所述的皮肤治疗设备，其中，所述穿透结构包括针，所述针具有与当所述针接触预定负载阻抗时的所述电磁信号的1/4波长的奇数倍对应的长度，所述针具有锋利的尖端，并且所述辐射部位于所述尖端处。
3.根据权利要求2所述的皮肤治疗设备，其中，所述辐射部从所述针的尖端向前延伸1mm或更短。
4.根据前述任一权利要求所述的皮肤治疗设备，其中，所述信号发生器包括功率等级控制器，所述功率等级控制器用于可调节地控制所输出的电磁信号的功率等级。
5.根据权利要求4所述的皮肤治疗设备，包括：连接在所述信号发生器和所述天线之间的传递功率检测器，所述传递功率检测器设置成用来检测：
(i)传送功率等级，所述传送功率等级指示从所述信号检测器传送到所述天线的功率，以及
(ii)反射功率等级，所述反射功率等级指示从所述辐射部通过所述天线反射回的功率，
其中，所述功率等级控制器设置成基于由所述传递功率检测器检测到的传送功率等级和反射功率等级，可调节地控制所输出的电磁信号的功率等级。
6.根据权利要求5所述的皮肤治疗设备，包括：与所述传递功率检测器和功率等级控制器进行通信的处理装置，所述处理装置被设置成：
从所述传递功率检测器接收用于指示所述传送功率等级和反射功率等级的信号；
确定净传递功率等级，所述净传递功率等级指示传递到所述辐射部处的皮肤组织中的能量；以及
基于所确定的净传递功率等级，生成用于所述功率等级控制器的控制信号，
其中，所述功率等级控制器被设置成：基于来自所述处理装置的控制信号，可调节地控制所输出的电磁信号的功率等级。
7.根据权利要求6所述的皮肤治疗设备，包括：多个单极天线，每个单极天线设置成从所述信号发生器接收输出电磁信号，并且每个单极天线具有可插入皮肤组织的穿透结构，所述穿透结构包括辐射部，所述辐射部设置成向所述皮肤组织中发射与所接收的电磁信号对应的局部辐射场，
其中，所述设备包括多个功率等级控制器和传递功率检测器，每个单极天线具有与其相关联的相应的功率等级控制器和传递功率检测器，每个相应的功率等级控制器是独立可控的。
8.根据权利要求7所述的皮肤治疗设备，其中，所述多个天线安装在手持敷涂器结构上并从所述手持敷涂器结构突出，所述敷涂器结构包括所述多个功率等级控制器和传递功率检测器，并且其中，所述信号发生器包括所述敷涂器结构中的多个独立可控的功率放大器，每个天线连接成接收来自相应功率放大器的所述输出电磁信号。
9.根据前述任一权利要求所述的皮肤治疗设备，其中，由所述单极天线接收的所述输出电磁信号具有10mW或更高的功率等级。
10.根据前述任一权利要求所述的皮肤治疗设备，其中，所述信号发生器被设置成输出参考信号，并且所述设备包括测量检测器，所述测量检测器连接在所述信号发生器与所述单极天线或每个单极天线之间，以接收所述参考信号和从所述天线或每个天线返回的反射信号，其中，所述测量检测器被设置成输出用于指示所述反射信号相对于所述参考信号的大小和相位的信号。
11.根据权利要求10所述的皮肤治疗设备，包括：与所述测量检测器和信号发生器进行通信的处理装置，所述处理装置被设置成：
基于所述测量检测器输出的、用于指示所述反射信号相对于所述参考信号的大小和相位的所述信号，计算在所述天线或每个天线的所述辐射部处的组织的复阻抗值，所述复阻抗值指示所述组织的类型；以及
基于所计算的复阻抗值，生成用于所述信号发生器的控制信号。
12.根据权利要求11所述的皮肤治疗设备，其中，所述信号发生器被设置成：经由治疗通道或测量通道将电磁信号传递到所述单极天线或每个单极天线，所述治疗通道包括用于将所述输出电磁信号的功率等级提高到10mW或更高的功率放大器，所述测量通道绕过所述功率放大器，其中，基于来自所述处理装置的所生成的控制信号，来自所述信号发生器的所述电磁信号能够在所述测量通道和所述治疗通道之间切换。
13.根据权利要求12所述的皮肤治疗设备，其中，从所述测量通道传递的电磁信号具有比从所述治疗通道传递的电磁信号的功率等级小两个或更多个数量级的功率等级。
14.根据权利要求10所述的皮肤治疗设备，包括：
天线移动机构，所述天线移动机构用于在治疗位置和收回位置之间移动所述单极天线或每个单极天线；以及
处理装置，所述处理装置与所述测量检测器和所述天线移动机构进行通信，所述处理装置被设置成：
基于所述测量检测器输出的、用于指示所述反射信号相对于所述
参考信号的大小和相位的信号，计算在所述天线或每个天线的所述辐
射部处的组织的复阻抗值，所述复阻抗值指示所述组织的类型；以及
基于所计算的复阻抗值，生成用于所述天线移动机构的控制信
号，
其中，所述天线移动机构被设置成：基于所述控制信号，在所述治疗位置和收回位置之间移动所述天线或每个天线。
15.一种皮肤组织测量设备，具有：
信号发生器，所述信号发生器被设置成输出参考信号和具有10GHz或更高频率的测量信号；
单极天线，所述单极天线连接成接收所输出的电磁信号，所述单极天线具有可插入皮肤组织的穿透结构，所述穿透结构包括辐射部，所述辐射部被设置成向所述皮肤组织中发射与所接收的电磁信号对应的局部辐射场；以及
检测器，所述检测器连接在所述信号发生器和单极天线之间，以接收所述参考信号和从所述天线返回的反射信号，其中，所述检测器设置成输出用于指示所述反射信号相对于所述参考信号的大小和相位的信号。
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