CN109662738A - 用于产生治疗冲击波的装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本公开内容涉及用于产生治疗冲击波的装置及其应用。本发明提供以受控方式产生高频率冲击波的装置和方法。所产生的冲击波可以被输送至患者的特定细胞结构以用于医学和/或美容治疗应用。冲击波可以配置为对组织的目标细胞施加足够的机械应力以使目标细胞破裂。本发明的装置和方法的实施例提供特定细胞的目标破裂而无损害副作用，诸如周围的非目标细胞的空蚀或热退化。
Description
本申请是于2012年7月13日提交的、题为“用于产生治疗冲击波的装置及其应用”的国际申请号为PCT/US2012/046674、国家申请号为201280041817.2的专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年7月15日提交的美国临时申请序列号61/508,343以及于2012年7月12日提交的美国实用新型申请序列号13/547,995的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明的实施例总体涉及冲击波的治疗用途。更具体地，但不是以限制的方式，本发明的实施例涉及用于产生治疗冲击波(具有治疗用途的冲击波)的装置及其应用。
背景技术
冲击波已用于某些医学和美容治疗。例如，冲击波已经以体外碎石术的形式得到使用，其中脉冲可以被用来形成激波阵面以粉碎肾结石。在碎石术中的冲击波源通常由测试电极之间的电能的释放而产生。
在医学治疗中的冲击波可以来源于其他源。例如，Peter J.Klopotek的美国专利号6,325,769描述了将聚焦超声波束施加于人体皮肤的区域以产生冲击波来治疗皱纹。如Klopotek所描述的冲击波产生的问题是其是不可预测的。
如Klopotek所描述的，由于皮肤组织的非线性性质，冲击波在其行进通过皮肤时形成。冲击波的形成取决于声波的频率和振幅。此外，冲击波的形成取决于波在其中行进的介质。取决于频率、振幅和介质，形成冲击波的距换能器头的距离相对较大并且会取决于组织的类型而剧烈变化。可用的方法并未准备好生成适用于治疗的一致的高频率冲击波。
发明内容
在本公开中描述的装置的特定实施例能够从声波产生高频率的冲击波。
在本公开中描述的方法的特定实施例将所产生的高频率冲击波输送至患者的组织，以选择性地使具有特定特性的细胞结构(诸如包含颗粒的细胞结构)破裂。
在本公开中描述的装置的特定实施例在去除纹身或其他皮肤标记中具有具体应用并且提供相对于当前纹身去除技术的特定优点。
由在本公开中描述的装置和方法的特定实施例提供的优点包括可以对患者几乎无痛苦地去除或消除纹身或其他皮肤标记。并且，这可以对周围组织造成最小损害或破坏。
根据特定方面，本公开包括用于将冲击波引导至患者(例如，哺乳动物)的细胞的方法和装置。
本方法的一些实施例包括：将冲击波引导至患者的细胞；其中冲击波配置为使颗粒破裂一个或多个细胞。
本方法的一些实施例包括：提供装置(例如，包括：声波发生器，配置为发射具有介于1MHz和1000MHz之间的至少一个频率的声波；耦接至声波发生器的冲击波壳体；以及设置在冲击波壳体中的冲击波介质；其中，所述装置配置为使得如果声波发生器发射声波，则至少一部分声波将行进通过冲击波介质)；致动所述装置以形成冲击波，冲击波配置为使患者内的颗粒破坏患者的一个或多个细胞；以及将冲击波引导至患者的细胞，使得冲击波使颗粒破坏一个或多个细胞。
在一些实施例中，冲击波介质与冲击波壳体是一体的。在一些实施例中，冲击波壳体限定出腔室，并且其中冲击波介质设置在腔室中。在一些实施例中，所述冲击波介质配置为在存在从所述声波发生器发射的声波时冲击波介质将表现出非线性特性。在一些实施例中，所述冲击波介质包括以下中的一个或多个：泡、固体颗粒，或泡和固体颗粒的组合。
在一些实施例中，冲击波壳体限定出腔室，所述腔室具有耦接至所述声波发生器的输入端和从所述声波发生器延伸的输出端，并且其中，所述冲击波壳体包括覆盖所述腔室的所述输出端的端盖。在一些实施例中，所述端盖配置为使得从所述端盖射出的冲击波的衰减将小于20％。在一些实施例中，冲击波壳体配置为如果声波从冲击波腔室内入射在冲击波壳体上，则冲击波壳体将至少一部分入射的声波反射回到冲击波腔室。在一些实施例中，声波发生器至腔室的出口端的距离大于或等于：
其中，∈＝冲击波介质的非线性参数；ω＝声波的频率；ρ0＝冲击波介质的密度；λ＝声波的波长；C0＝声音在所述冲击波介质中的速度；P0＝冲击波介质中的压力振幅；以及Mω＝声学马赫数＝P0÷(C0 2ρ0)。在一些实施例中，声波发生器包括超声头。
在一些实施例中，装置包括：控制器，耦接到声波发生器并且配置为致动声波发生器以发射声波。在一些实施例中，控制器被配置为调整声波发生器，以改变从声波发生器发射的声波的振幅和频率中的至少一个。在一些实施例中，控制器被配置为致动声波发生器，以连续地发射声波一段时间。在一些实施例中，控制器被配置为致动声波发生器，从而以间歇的开关顺序发射声波。
在一些实施例中，声波发生器是第一声波发生器，并且其中装置包括：第二声波发生器，被配置为发射具有介于1MHz和1000MHz之间的至少一个频率的声波；其中冲击波壳体也被耦接到第二声波发生器；其中装置被配置为使得如果第二声波发生器发射声波，则声波中的至少一部分将通过冲击波介质行进并形成冲击波；以及其中控制器还耦接到第二声波发生器并且配置为致动第二声波发生器以发射声波。在一些实施例中，控制器配置为致动第一声波发生器和第二声波发生器，使得从第二声波发生器发出的声波与从第一声波发生器发射的波异相。
在一些实施例中，装置被配置为适配于具有3英尺长度、2英尺宽度以及2英尺高度的箱内。在一些实施例中，装置被配置为适配于具有2英尺长度、1英尺宽度以及1英尺高度的箱内。
在一些实施例中，颗粒可以包含非天然的颗粒。在一些实施例中，颗粒包括纹身色素。在一些实施例中，纹身色素的至少一部分设置在患者的皮肤细胞之间。在一些实施例中，纹身色素的至少一部分设置在患者的皮肤细胞内。在一些实施例中，颗粒包括原子序数小于82的元素。在一些实施例中，颗粒可以包括金。在一些实施例中，颗粒可以包括从由以下项构成的组中选择的一个或多个材料：二氧化钛、氧化铁、碳和金。在一些实施例中，颗粒包括色素颗粒，色素颗粒具有包括从由以下项构成的组中选择的一个或多个材料：钛、铝、硅石、铜、铬、铁、碳和氧。在一些实施例中，颗粒具有小于1000nm的平均直径。在一些实施例中，颗粒具有小于500nm的平均直径。在一些实施例中，颗粒具有小于100nm的平均直径。在一些实施例中，颗粒包括从由以下项构成的组中选择的一个或多个材料：丝，丝素蛋白(silk fibron)、碳纳米管、脂质体和金纳米壳。
在一些实施例中，颗粒包括天然颗粒。在一些实施例中，颗粒包括结晶的微颗粒。在一些实施例中，结晶的微颗粒设置在患者的肌肉骨骼系统中。在一些实施例中，颗粒包括从由以下项构成的组中选择的一个或多个材料：尿酸盐晶体、含钙晶体和/或羟基磷灰石晶体。在一些实施例中，颗粒包括布置在患者皮肤的孔中的污垢或碎屑。在一些实施例中，颗粒包括患者皮肤中设置的角蛋白。在一些实施例中，一个或多个冲击波配置为在不存在颗粒时对细胞基本没有持续影响。
在一些实施例中，本方法包括：在将冲击波引导至细胞之前，将颗粒引导至细胞所处的位置或其附近。在一些实施例中，引导颗粒包括将包含颗粒的流体悬浮液注射到患者体内。在一些实施例中，流体悬浮液包括盐水。在一些实施例中，流体悬浮液包括透明质酸。
在一些实施例中，本方法包括：将化学或生物制剂引导至细胞所在的位置或其附近。在一些实施例中，通过经皮肤输送化学或生物制剂来执行引导化学或生物制剂。在一些实施例中，通过全身输送化学或生物制剂来执行引导化学或生物制剂。在一些实施例中，通过将化学或生物制剂注射到患者内来执行引导化学或生物制剂。在一些实施例中，化学或生物试剂包括：螯合剂和乙二胺四乙酸(EDTA))中的一个或多个。在一些实施例中，化学或生物制剂包括免疫调节剂和咪喹莫特中的一个或多个。在一些实施例中，在引导一个或多个冲击波之前执行引导化学或生物制剂。在一些实施例中，在引导一个或多个冲击波之后执行引导化学或生物制剂。在一些实施例中，与引导一个或多个冲击波同时执行引导化学或生物制剂。
在一些实施例中，本方法包括：识别要破裂的患者的目标细胞；其中，在引导冲击波之前执行识别目标细胞。在一些实施例中，目标细胞包括纹身。在一些实施例中，目标细胞包括包含结晶微颗粒的骨骼肌肉细胞。在一些实施例中，目标细胞包括选自下组中的一种或多种皮肤疾病：黑头、囊肿、脓疱、丘疹和白头。在一些实施例中，目标细胞包括毛囊并且包含角蛋白。在一些实施例中，目标细胞包括牙囊并且包含釉质。在一些实施例中，目标细胞包括癌细胞。
在一些实施例中，本方法包括：将来自Q开关激光器的光束引导至细胞。在一些实施例中，引导一个或多个冲击波和引导光束以交替的顺序执行。
在一些实施例中，引导一个或多个冲击波包括将一个或多个冲击波聚焦至包括细胞的组织的特定区域。在一些实施例中，组织的区域在患者皮肤下的一深度处。
用于产生治疗冲击波的本装置的一些实施例包括：声波发生器，配置为发射具有介于大约1MHz与大约1000MHz之间的至少一个频率的声波；耦接至所述声波发生器的冲击波壳体；以及设置在冲击波壳体中的冲击波介质；其中，冲击波壳体配置为可去除地耦接至声波发生器，使得声波发生器可以被致动以发射声波，该声波将行进通过冲击波介质并且形成一个或多个冲击波。在一些实施例中，冲击波壳体包括配置为耦接至所述声波发生器的输入端和从输入端延伸的输出端。在一些实施例中，冲击波壳体包括在冲击波壳体内的冲击波介质。在一些实施例中，冲击波介质与冲击波壳体是一体的。
本方法的一些实施例包括：提供本装置的实施例；以及致动该装置以形成配置为使患者体内的颗粒破裂患者的一个或多个细胞的冲击波。一些实施例包括：将冲击波引导至患者的细胞，以使得冲击波使颗粒破裂一个或多个细胞。一些实施例包括：在致动该装置之前，将冲击波壳体耦接至声波致动器。
本系统和/或方法的任一个的任一实施例可以由所描述的步骤、元件和/或特征构成或基本构成——而不是包括/包含/含有/具有所描述的步骤、元件和/或特征。因此，在任一权利要求中，术语“由…构成”或“由…基本构成”可以由上述开放式的连接动词代替，以便从使用开放式连接动词所限定的范围改变给定权利要求的范围。
根据另一方面，提供了一种方法，包括步骤：提供具有至少1MHz的至少一个频率的多个声波；使所述声波的至少一部分传播通过冲击波介质，以产生多个冲击波，其中所述冲击波介质配置为在存在所传播的声波时表现出非线性特性；以及将所述多个冲击波的至少一部分输送至包括具有异质性的至少一个区域的至少一个细胞结构；以及利用连续输送的所述多个冲击波，使所述至少一个细胞结构破裂。所述具有异质性的至少一个区域包括大于所述至少一个细胞结构的有效密度的有效密度。
根据又一方面，提供一种装置，包括：声波发生器，配置为发射具有介于大约1MHz与大约1000MHz之间的至少一个频率的声波；耦接至所述声波发生器的冲击波介质；以及其中，所述装置配置为使所发射的声波的至少一部分传播通过所述冲击波介质，以形成冲击波；并且其中，所形成的冲击波配置为使包括具有异质性的至少一个区域的至少一个细胞结构破裂。在一个实施例中，所述冲击波介质具有大于或等于1的戈德堡数，其中通过将所述冲击波介质的长度除以所述冲击波介质的吸收长度来确定所述戈德堡数，其中吸收长度至少由冲击波介质的衰减系数的倒数定义。在另一实施例中，所述具有异质性的至少一个区域包括大于所述至少一个细胞结构的有效密度的有效密度。
根据结合附图阅读以下详细描述，其他优点和特征将是显而易见的。前述内容已相当广泛地概述本发明的实施例的技术优点和特征，以便可以更好地理解下面的详细描述。本发明实施例的附加特征和优点将在下文中描述，其构成本公开的权利要求的主题。本领域技术人员应该理解，在此公开的概念和特定实施例可被容易地用作用于修改或设计其他结构以实施这里所公开的相同目的的基础。本领域技术人员还应当意识到，这样的等效构造未脱离如所附权利要求中阐述的本发明实施例的精神和范围。通过下面的描述，当与附图结合考虑时，将更好地理解被认为是本发明的特征，无论就其组织和操作方法，以及进一步的目的和优点的新颖特征。但是，应当清楚地理解，每个图是仅仅为了说明和描述的目的，并且不打算作为这里所描述的实施例的限制的定义。
附图说明
下面的附图通过示例而不是限制的方式进行说明。为了简洁和清楚，给定结构的每个特征并不总是在该结构出现的每个图中标记。相同的附图标记并不必然指示相同的结构。相反，如同非相同的附图标记那样，相同的附图标记可以用于指示类似的特征或具有类似功能的特征。
图1示出用于产生治疗冲击波的本装置的一个实施例。
图2示出本装置的第二实施例，其包括以拆装和组装配置示出的两个可去除地彼此耦接的互补部分。
图3示出本方法之一的概念流程图。
应当理解，附图并非必然按比例绘制，并且所公开的实施例有时示意性地并以局部视图示出。在某些情况中，对于理解所公开的方法和装置没有必要的或使得其他细节难以察觉的细节可以省略。当然，应该理解，本公开并不限于本文所说明的特定实施例。
具体实施方式
术语“耦接”被定义为连接，虽然并非必然是直接地，并且并非必然是机械地连接；被“耦接”的两个项目可以是彼此一体的。术语“一”和“一个”被定义为一个或多个，除非本公开中明确地另有所指。术语“基本上”、“大约”和“约”被定义为在很大程度上但并非必然为全部的所指定事物，如本领域普通技术人员所理解的。
术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”是开放式系动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”和“含有”一个或多个步骤的方法拥有这一个或多个步骤，但不限于拥有仅仅这一个或多个步骤。例如，在包括将冲击波引导至患者的细胞的方法中，该方法包括该指定的步骤，但不限于仅具有该步骤。同样地，“包括”、“具有”、“包含”和“含有”一个或多个元件的装置拥有这一个或多个元件，但并不限于拥有仅仅这些要素。例如，在包括声波发生器和耦接于声波发生器的冲击波壳体的装置中，该装置包括这些指定的元件，但不限于仅具有这些元件。例如，这样的装置还可以包括设置在冲击波壳体中的冲击波介质。进一步地，以特定方式配置的设备或结构至少以该方式配置，但其也可以与具体描述的方式不同的其他方式配置。
现在参照附图，更具体地参照图1，其中示出并以附图标记10指定的是用于以受控方式产生冲击波的本装置的一个实施例。本公开的装置的某些实施例以可预测且一致的方式产生高频率冲击波。在一个实施例中，所产生的冲击波包括可用于医学和/或美容治疗应用中的冲击波。优选地，所产生的高频率冲击波被输送到患者的组织。冲击波可以被配置为对组织的目标细胞施加足够的机械应力以使目标细胞破裂。在一个实施例中，目标细胞的破裂至少通过细胞膜退化破坏而发生。当目标细胞暴露于所产生的高频率冲击波时，由于细胞的空间异质性参数，诸如细胞的不同成分的密度和/或剪切弹性模量，它们经受陡峭梯度的机械应力。例如，与较轻成分比较，细胞内的致密和/或无弹性成分在受到冲击波时经受更大的机械应力。特别是，暴露于冲击阵面的细胞结构内的更高密度的颗粒或成分的加速度通常非常大。同时，在暴露于如此大梯度的压力时，对于组成细胞结构的低密度生物结构的冲击被显著减小，因为较低密度的生物结构的弹性使得它们通常能够作为低顺应性材料。机械应力的差异导致细胞内的致密和/或无弹性成分的运动。当细胞暴露于特定频率和能量水平的重复的冲击波时，致密和/或无弹性成分反复运动，直到它们突破细胞，由此使细胞破裂。特别是，细胞结构与细胞在暴露于冲击阵面时经受变形的能力的特性不匹配导致所描述的细胞破坏。并非旨在受理论的束缚，一种用于解释细胞结构的破裂现象的可能理论可在Burov,V.A.，Nonlinear ultrasound:breakdown of microscopic biologicalstructures and nonthermal impact on malignant tumor.Doklady Biochemistry andBiophysics，383卷，101-104页(2002)(下文称为“Burov”)中找到，其全部内容通过引用并入本文。
当细胞在由这些压力阵面冲击时可作为整体单元发生振荡的同时，由于空间异质性参数(即，密度和剪切弹性模量)，细胞内部会产生陡峭梯度的机械应力。这个概念可以通过将生物结构建模为具有质量m1和m2的两个联接的球并且以速度μo(t)在球周围振荡的液体的密度(ρ0)与球的密度(分别为ρ1和ρ2)差异不显著来说明。如果仅考虑对于潜在流动的阻力，则施加于该联接的力如等式(1)所示地计算：
Burov中进一步提供了等式(1)及其变量的附加讨论。例如，如果球半径(R)为约10μm，并且球的密度之间的差异是0.1ρ0，并导致应力力，109dyne/cm2的F/(πR2)m。这足以使细胞膜破裂。本装置的实施例以受控方式产生可以用于对特定细胞造成目标破坏的冲击波，其具有下文将进一步讨论的医学和/或美容治疗的应用。
解释细胞破裂现象的另一种可能的理论是细胞结构中的较致密材料的积累剪切应力。在异质性介质中，诸如具有颗粒(例如，色素颗粒)的细胞中，冲击波通过渐进(即，累积)的剪切机制使得细胞膜失效。另一方面，在均匀介质中，由冲击波造成的压缩对细胞膜造成最小的(如果有的话)损害。冲击波在其穿过异质性介质时的微观聚焦和失焦会导致冲击波局部地强化或弱化，其导致局部剪切的增大。细胞膜的相对剪切运动的发生与细胞结构的异质性的程度有关。据认为，当冲击波撞击异质性区域(例如，包含颗粒的细胞)时，与输入波异相的颗粒运动产生细胞分裂能量转移(例如剪切应力)。异相运动(例如剪切应力)对细胞膜造成微观损坏，其会随着剪切应力的附加的连续积累而逐步发展成细胞膜失效。反复暴露于冲击波的渐进剪切机制可以被认为是细胞膜的动态疲劳。来自动态疲劳的损坏取决于三个因素：(1)施加的应力或应变，(2)，施加该应变的速率，以及(3)应变周期的累积数量。可以操纵这三个因素，以使得在特定的施加应变、应变速率和应变周期下，具有异质性的细胞与相对更均匀的细胞相比经受灾难性的细胞膜失效。因素的操纵可以通过提供具有某些特性的冲击波来完成，所述特性诸如冲击波的数量、每个冲击波之间的时间量以及所施加的冲击波的强度。例如，如果冲击波之间有太多时间使组织松弛到其无应变状态，则细胞将更不容易失效。因此，在优选实施例中，高频率冲击波(来自具有约1MHz频率的声波的每秒至少约1,000,000个冲击波)被输送到目标细胞结构以实现组织的动态疲劳并且不使组织有时间松弛。
第三个可能的理论是，冲击波引起包含在细胞结构中的颗粒的直接运动和使细胞破裂的动态疲劳的组合效应。而包含颗粒的细胞是表现出异质性的细胞结构的明显示例，它们的描述并不意在限制本公开的范围。相反，本文所公开的实施例可用于使表现出异质性的其他细胞结构(例如具有不同的有效密度区域的细胞结构)破裂或损坏。根据所公开的方面的所产生的冲击波的参数可以至少基于不同有效密度(即异质性)的区域进行调节以引起如本文所述的细胞损坏。异质性可以是单个细胞内的区域、不同类型的细胞的区域，或两者的组合。在某些实施例中，细胞内的异质性区域包括有效密度大于细胞的有效密度的区域。在一个具体示例中，成纤维细胞的有效密度为约1.09g/cm3，细胞中的异质性的区域是包含在细胞内的有效密度大于1.09g/cm3的颗粒，例如密度为2.25g/cm3的石墨。在某些实施例中，细胞之间的细胞异质性的区域包括具有不同类型的细胞的区域，其中每个细胞类型具有不同的有效密度，例如成纤维细胞和脂肪细胞或毛囊。本公开在下面提供包含异质性的细胞结构的进一步示例。
参考图1，装置10包括：声波发生器14、耦接到声波发生器14的冲击波壳体18，以及设置在冲击波壳体18中的冲击波介质22。在优选实施例中，冲击波壳体18限定出腔室26。冲击波壳体18可以包括，例如，聚合物、塑料、硅树脂、金属和/或任何其他合适的材料。腔室26包括耦接到声波发生器14的输入端30、输出端34和在输入端30和输出端34之间延伸的主体56。在一个实施例中，冲击波壳体18还包括端盖38，其覆盖腔室26的输出端34。参照图1，腔室26具有圆形横截面形状。在其他实施例中，腔室26具有矩形、方形、卵形、三角形、八边形和/或任何其他合适的横截面形状。在优选实施例中，装置10还包括设置在腔室26中输入端30和输出端34之间的冲击波介质22。
在优选实施例中，声波发生器14被配置为从输出50发出一系列或多个声波58，其至少一部分进入腔室26并穿过冲击波介质22朝向输出端34行进。在声波移动穿过冲击波介质22时，冲击波介质22的特性改变声波58，以在输出端34处或附近形成冲击波60。
在优选实施例中，声波发生器14被配置为发射具有约1兆赫(MHz)至约1000MHz之间的至少一个频率(例如，1MHz，2MHz等)的冲击波。另外或可替代地，声波发生器14被配置为在冲击波介质22中或者在例如大气空气的参考介质中发射对应于1MHz和1000MHz之间的至少一个频率的至少一个波长。在一个实施例中，声波发生器14包括超声头(例如，市售的超声头)。在其他实施例中，声波发生器14包括陶瓷和/或压电声学元件。在一些实施例中，声波发生器14被配置为发射束辐射功率介于约或基本上等于5至约1000瓦每平方厘米(W/cm2)(例如，5至50W/cm2，5至100W/cm2，100至500W/cm2，100至400W/cm2)之间的声波。
波形的渐进非线性失真会导致压力冲击阵面或冲击波的形成。为了在输出端34处或附近形成冲击波60，冲击波介质22优选包括的材料表现出或能够使得在从声波发生器14产生或发出的声波58传播通过该材料时该声波58经受非线性。非线性优选足以将传播通过其中的正弦声波转变成如图1所示的每个周期一个冲击的锯齿形波。特别地，正弦波长的渐进非线性失真会导致具有频率f的周期性地彼此跟随的冲击阵面。阵面的持续时间可以远短于周期1/f，如等式(2)所示：
其中，b是有效粘度；∈是非线性因数；以及ρ和c分别是介质密度和声速。Burov中提供了等式(2)及其变量的附加讨论。因为声波的相对高频率，冲击波也以每个周期一个冲击波高频率产生。例如，本公开的某些实施例可以被配置为从约1MHz的声波产生每秒约1,000,000个冲击波。在其他实施例中，装置10被配置为产生每分钟100个或更多的冲击波(例如，每分钟200、300、400、500、1000、2000、5000或更多冲击波)。
产生治疗冲击波的本方法的一些实施例包括：致动声波发生器(例如，14)以发射具有1MHz和1000MHz之间的至少一个频率的声波，以使得声波中的至少一部分行进通过设置在冲击波壳体(例如，18)中的冲击波介质(例如，22)，以形成一个或多个冲击波。例如，在本方法的实施例中，可包括致动任何本装置的声波发生器。
声波58的非线性失真可以从超声波从冲击波壳体18的壁的衍射来诱生。另外或替代地，可由行进通过冲击波介质(或多个介质)22的超声波诱生的异质性导致非线性。此外，可由在介质中包括颗粒或泡(即，气泡，纳米颗粒等)导致非线性。在一些实施例中，冲击波介质22包括流体。在一些实施例中，冲击波介质22包括凝胶。在一些实施例中，冲击波介质22包括液体。在一些实施例中，冲击波介质22被配置为使得在存在来自声波发生器14的声波时，冲击波介质22将表现出非线性特性。在一些实施例中，冲击波介质22包括以下中的一种或多种：水、甘油、聚(乙二醇)(PEG)、丙二醇、硅油、乙醇或其中两种或多种的组合。在一些实施例中，冲击波介质22包括以下中的一个或多个：泡(例如气泡)、固体颗粒，或泡和固体颗粒的组合。例如，通过加入诸如二氧化碳的气体，和/或可以以超声造影剂中发现的稳定气泡的形式或作为纳米颗粒的一部分，气泡可被引入到介质22中。
此外，存在两个影响传播通过冲击波介质22的声波转变为冲击波的其他因素：冲击波形成长度和冲击波介质22的吸收长度。非线性失真的长度是一个因素，因为该失真是渐进的并且需要充分传播以使转变发生。
在一些实施例中，冲击波介质22的长度或冲击波形成距离是非线性参数、由声波发生器14产生的声波的频率、压力振幅、冲击波介质22的密度和声音在冲击波介质22中的速度的函数。例如，当声波离开声波发生器14并进入冲击波介质22与当声波从冲击波介质22出射之间的距离优选大于或等于由等式(3)给出的值：
其中∈＝冲击波介质的非线性参数；ω＝声波的频率；ρ0＝冲击波介质的密度；λ＝声波的波长；C0＝声音在冲击波介质中的速度；P0＝冲击波介质中的压力振幅；以及Mω＝声学马赫数＝P0÷(C0 2ρ0)。一般而言，声波的频率越高和/或声波的强度越高，在波能量出射冲击波介质22时允许冲击波形成所需要的冲击波介质22的最小长度越短。参照图1，在优选实施例中，冲击波介质22的长度由标记46表示，其从声波发生器14的输出50直到冲击波腔室26的输出端38。
在优选实施例中，对于发出的具有在特定范围(优选至少1MHz的所需操作范围)中的振幅和频率的声波，冲击波介质22至少具有将声波转变为冲击波的最小长度。最小长度优选由上面的等式3来确定。在一些实施例中，冲击波介质22所具有的长度大于确保能量在出射冲击波介质22之前在冲击波介质22内产生的冲击波而确定的最小长度。在一个实施例中，壳体18被配置成具有与冲击波介质22基本上相同的长度，从而产生的冲击波被迅速地从输出端34输送到处理表面。在其他实施例中，壳体18可提供冲击波介质22的端部和输出端34之间的间隙。就被配置为从特定的振幅和频率的声波产生冲击波的冲击波介质22的长度而言，该长度也足以将任意大于设计范围的振幅和频率的声波转换为冲击波。
除了冲击波形成长度(例如，冲击波介质22的长度)，冲击波介质22的吸收长度是另一个因素，因为声波能量的吸收阻止冲击波的形成或可以导致任何形成的冲击波消除。吸收至少基于冲击波介质22的材料的衰减系数。衰减又取决于声波的频率，如上所述，其优选至少约1MHz。吸收是冲击波介质22的衰减系数(α)的倒数，或1/衰减系数(α)。
在优选实施例中，基于冲击波形成长度和吸收之间的关系来选择冲击波介质22的材料。在一个实施例中，该关系由等式(4)中所示的戈德堡(r)数来表示：
r＝Is/Ia (4)
其中：Is＝冲击波形成距离＝等式(3)中描述的(C0 3ρ0)/(∈ωP0)并且Ia＝吸收长度＝衰减系数的倒数＝1/α。
戈德堡数的进一步讨论可以在Brooks LA,Zander AC,Hansen CH，Investigationinto the feasibility of using a parametric array control source in an activenoise control system，Proceedings of ACOUSTICS 2005，9-11中找到，其公开内容通过引用整体并入本文。优选地，冲击波介质22包括的材料在至少约1MHz的频率和在声波发生器14的输出端50处至少约1MPa的压力下具有正戈德堡数。更优选地，冲击波介质22包括的材料或材料组合具有至少为1或大于1的戈德堡数。进一步地，冲击波介质22优选地包括具有固体的固体聚合物。在大于1MHz的频率和大于1MPa压力下具有大于1的戈德堡数的固体聚合物的示例包括，但不限于，鲨烯、Pebax(聚醚嵌段酰胺)、水、明胶、聚氨酯弹性体，如Pellethane 2363-80。
因此，本公开通过使声波经受足够的渐进失真非线性以将正弦波转变为冲击波，实现从声波受控地产生冲击波。这可以通过选择所需的频率和振幅范围、材料的吸收特性、基于上述关系的材料的长度来实现。因为这些因素彼此影响，它们可以调整，以实现所需的尺寸。例如，如果冲击波介质22的所需长度已知，则可得到实现这一所需长度的所发射声波的频率和振幅以及冲击波介质22的材料。其他因素可以相应地配置以实现从声波产生冲击波的期望结果。
参考图1，声波发生器16耦接到壳体18、腔室26和冲击波介质22，以允许所发射的声波58的至少一部分传播通过冲击波介质22以形成冲击波60。在一些实施例中，腔室26的输入端30具有至少与(例如，在输出50处的)声波发生器14的对应横向外部尺寸一样大的横向内部尺寸(例如，直径42)。例如，在所示的实施例中，腔室26的直径42至少与声波发生器14的对应部分(例如，输出50)的外径一样大(例如，恰好大于)。在其他实施例中，直径42可以较大(例如，和/或垫圈或耦接器可用于将壳体18耦接到声波发生器的输出端50)。在所示的实施例中，腔室26在输入端30和出口端34之间具有基本恒定的横截面。在其他实施例中，腔室26在输入端30和出口端34之间具有变化的横截面。
在一些实施例中，冲击波介质22和壳体18包括相同的材料，诸如，聚合物、硅或任何其他合适的材料(例如，介质22可以与壳体18和/或端盖38为一体的)。在其他实施例中，冲击波介质22与冲击波壳体18是一体的(例如，包括相同的材料块)。例如，冲击波介质22包括固体材料，其中单独的壳体18是没有必要的。在一些实施例中，冲击波壳体18和冲击波介质22包括硅树脂。在其他实施例中，冲击波介质22包括一个或多个泡(例如气泡等)。
在一些实施例中，冲击波壳体18被配置为使得从声波发生器14(例如，腔室26的输入端30)至腔室26的出口端38的距离46介于腔室26的至少一个(例如，最小的)内部横向尺寸(例如，直径42)的100％与1000％之间。在一些实施例中，从声波发生器14(例如，腔室26的输入端30)至腔室26的出口端34的距离46介于腔室的至少一个(例如，最小的)内部横向尺寸(例如，直径42)的300％与900％之间(和/或400％与800％之间)。
此外，在所示的实施例中，冲击波壳体18被配置为使得如果声波58自腔室26并在其内入射到冲击波壳体18上，则冲击波壳体18将入射声波的至少一部分反射回到冲击波腔室26中。
参考图1，端盖38被配置封闭腔室26的出口端34，以基本上防止冲击波介质22离开腔室26，并且允许冲击波离开冲击波腔室26的输出端34。在一些实施例中，端盖38被配置为具有低冲击波衰减(例如，使得射出端盖38的冲击波的衰减将小于20％)和/或低冲击波反射。在一些实施例中，端盖38包括以下中的至少一个：聚合物、水凝胶、膜、塑料或硅树脂。
参考图1，装置10还包括：控制器54，其耦接到声波发生器14并且配置为致动声波发生器14以发射声波。控制器54可以包括任何合适的编程硬件，诸如，具有存储器的处理器、可编程逻辑控制器(PLC)，以及个人数字助理(PDA)，和/或类似物。虽然示出为单独的组件，控制器54可以集成到声波发生器14(例如，使用共同的壳体)。在一些实施例中，控制器54被配置为调整声波发生器14，以改变从声波发生器14发出的声波的振幅和频率中的至少一个。在一些实施例中，控制器54被配置为致动声波发生器14，以连续地发射声波一段时间(例如，当声波发生器被致动为“开”)。在一些实施例中，控制器54被配置为致动声波发生器14，从而以周期的开关顺序(例如，具有规则的、周期性间隔的顺序)发射声波58。在一些实施例中，控制器54被配置为致动声波发生器14，从而以间歇的开关顺序(例如，不具有规则的、周期性间隔的非周期顺序)发射声波58。声波发生器14的开关顺序的致动可以例如，减少组织中积聚的热量。在一些实施例中，控制器54被配置为致动声波发生器14，从而以开关顺序发射声波58，并且基于或者响应于测量和/或预测的温度来调整开关顺序的“开”和/或“关”的持续时间。例如，可以使用耦接到控制器54的温度计(例如，红外测温仪)测量温度，和/或控制器54可以被配置成至少部分基于从声波发生器14发射的声波58和/或在壳体18中产生或输送到组织的冲击波60的强度和/或其他特性来预测组织温度。
在一些实施例中，声波发生器14是第一声波发生器，并且装置10还包括：第二声波发生器(未示出)，被配置为发射具有介于1MHz和1000MHz之间的至少一个频率的声波；其中冲击波壳体18也被耦接到第二声波发生器。在这种实施例中，装置10被配置为使得如果第二声波发生器发射声波，则声波中的至少一部分将通过冲击波介质或多个介质22行进并形成一个或多个冲击波。这些实施例中的一些进一步包括控制器54，耦接到第二声波发生器并且配置为致动第二声波发生器以发射声波。在一些实施例中，控制器54配置为致动第一声波发生器14和第二声波发生器(未示出)，使得其从第二声波发生器发出的声波与从第一声波发生器14发射的波异相。
在一些实施例中，装置10被配置为适配于具有3英尺长度、2英尺宽度以及2英尺高度的箱内。在一些实施例中，装置10被配置为适配于具有3英尺长度、1英尺宽度以及1英尺高度的箱内。在一些实施例中，装置10被配置为适配于具有2英尺长度、1英尺宽度以及1英尺高度的箱内。在一些实施例中，装置10被配置为适配于具有1英尺长度、8英寸宽度以及8英寸高度的箱内。例如，在一些实施例中，壳体18具有小于3英寸的内部长度以及小于3英寸的内部最大横向尺寸(例如，直径)。在一些实施例中，(声波发生器14的输出端50与输出端34和/或端盖38的内表面之间的)内部长度。在一些实施例中，装置10可被配置成在目标细胞处产生超过3兆帕(MPa)(例如10MPa或以上)的压力。
在图2的实施例中，本装置的第二个实施例10a以拆装和组装配置示出。装置10a在许多方面与装置10类似，并且可以包括装置10中的未明确排除在外的任何特征，使得在此主要说明差异。在所示的实施例中，装置10a的声波发生器14和冲击波壳体18被配置成可去除地彼此耦接，使得声波发生器可被致动以发射声波，该声波将通过冲击波介质行进并且形成一个或多个冲击波(例如，如对于装置10描述的)。在这种实施例中，输入端30可独立于声波发生器14密封，以防止在声波发生器14未耦接到壳体18的情况下介质22从壳体18中逸出。声波发生器14和/或壳体18可以以任何合适的方式可去除地耦接在一起(例如，利用螺纹、互锁片、用于允许声波发生器被插入到壳体的输入端30内的压配合，等)。在一些实施例中，声波发生器14和壳体18未以物理上抵抗分离的方式连接。例如，在一些实施例中，壳体18被放置为邻近患者，其中输出端34指向目标细胞，并且声波发生器14耦接到壳体18(例如，定位成与壳体18接触)而没有将声波发生器14插入壳体18或以其他方式物理地互连两者。在一些实施例中，不同的壳体18可以具有不同的特性(例如，尺寸、介质22、端盖38等)，以使得不同的壳体18可被耦接到单个声波发生器18以产生具有不同特性的冲击波。在这种实施例中，壳体18可以是一次性的和/或在每次使用后丢弃的单次使用的装置。
虽然由本公开的特定实施例产生的高频率冲击波以及产生它们的受控且可预测的方式具有许多应用，本公开的某些实施例和所产生的冲击波在治疗应用中特别有用。具体而言，在处理患者的某些皮肤状况中。如上所述，高频率冲击波可基于细胞结构的成分的弹性差异导致细胞结构的受控和有目标的破裂。提供有目标的和受控的破裂或损坏某些细胞结构的能力特别适用于处理涉及聚集在细胞中的颗粒(“细胞颗粒聚集体”)的疾病和/或状况，聚集在细胞中的颗粒造成细胞结构的弹性差异。特别是，本发明的某些实施例，例如，装置10可以连续和/或可预测地以高频率产生冲击波，从而以有目标的方式破裂特定细胞，而不会在患者的组织中引发空蚀并且不会在患者的皮肤中产生可能导致进一步意外损伤的高量热能(例如，热)。释放的颗粒可以通过患者的正常吸收过程从周围组织中去除。
涉及在细胞结构中聚集的颗粒的疾病和/或状况的示例包括癌症、肌肉骨骼系统中的结晶性微颗粒，或去除纹身。这些仅仅是可以由破裂或破坏含有颗粒聚集体的细胞来处理或解决的非限制性示例状况。在一些实施例中，可通过对于伴随高频率冲击波的传播的非线性过程而言次要的特定细胞的非热细胞膜退化，造成含有颗粒聚集的细胞的破坏，如上面所讨论的。
纹身基本上是包含油墨颗粒的聚集体的成纤维细胞。因为所捕获的油墨颗粒比成纤维细胞的生物结构致密，包含油墨颗粒的纹身或成纤维细胞在其结构的弹性上具有较大差异。当遭受冲击波时，包含油墨颗粒的成纤维细胞相比于未包含致密颗粒的其他成纤维细胞受到更大的机械应变。冲击波可以被配置为以最优的频率和振幅输送以充分加速油墨颗粒，从而使特定成纤维细胞破裂，同时留下完整的没有特定弹性差异的成纤维细胞。纹身和从成纤维细胞的释放的去除的生物过程的细节在下面进一步讨论。
A.纹身
纹身油墨和染料历史上是来自于在自然界中发现的物质，并且通常包括色素颗粒和其他杂质的异质性悬浮液。一个示例是印度油墨，它包括在诸如水的液体中的碳颗粒的悬浮液。纹身通常是通过将文身油墨施加到真皮中产生的，其中油墨通常基本上永久保持。这种技术通过由皮肤的弹性与纹身针的上下运动的结合引起的交替压力抽吸动作，引入色素悬浮液通过皮肤。用于引入皮肤中的色素的水和其他载体通过组织扩散并且被吸收。在大多数情况下，不可溶的色素颗粒沉积在所布置的真皮中。在纹身的皮肤中，色素颗粒和聚集体通常存在于皮肤细胞(例如，真皮成纤维细胞)(即，在称为次级溶酶体的膜结合结构中)的细胞质中。这可能是由于活性吞噬作用而进入真皮细胞(如巨噬细胞，成纤维细胞)中的。所得到的色素聚集体(“颗粒凝聚体”)的直径可高达几微米。一旦皮肤愈合，大多数色素颗粒保留在皮肤组织的间隙空间。由于纹身油墨的惰性和不可溶色素颗粒的相对较大尺寸，纹身油墨通常不容易消除。纹身会随着时间而褪色，但一般保持在纹身的人的一生中。
纹身油墨典型地包括铝(色素的87％)、氧(色素的73％)、钛(色素的67％)和碳(色素的67％)。元素对纹身油墨组成的相对贡献在不同化合物之间高度变化。在Timko,A L；Miller,C H；Johnson,F B；Ross E V的:In Vitro Quantitative Chemical Analysis ofTattoo Pigments,Arch Dermatol 137卷,2001年2月,143-147中可以找到额外的信息，其公开内容通过引用整体并入本文。色素的直径可以从约20nm到约900nm。色素的透射电子显微镜(TEM)图像显示各种形状(例如，针状、血小板、立方体、条状以及大量不规则形状)的。除了初级颗粒，在相同的TEM图像中观察到包括在它们的表面一起生长的初级颗粒和聚集体(agglomerate)(在它们的边缘结合在一起的单晶的基团)的聚合体(aggregate)。在Baumler,W；Eibler,ET；Hohenleutner,U；Sens,B；Sauer,J和Landthaler,M；Q-switchedlaser and tattoo pigments:First results of the chemical and photophysicalanalysis of 41 compounds.Lasers in Surgery and Medicine 26:13-21(2000)中可以找到TEM图像的全部细节，其全部内容通过引用并入本文。
至少有一项研究已经确定如表1所示的三种商业纹身油墨的颗粒尺寸：
表1:纹身色素颗粒尺寸
| 颜色 | 平均直径 | 标准差 |
| 蝰蛇红 | 341nm | 189nm |
| 药剂橙 | 228nm | 108nm |
| 浅黄 | 287nm | 153nm |
B.纹身去除
在传统的纹身(装饰、化妆和重建)中，一旦色素或染料已经施加到真皮中以形成纹身，色素或染料通常永久地保持在原位。这通常可以归因于活性吞噬作用进入真皮细胞(巨噬细胞、成纤维细胞)，从而防止了颗粒被吸收并分散到体内。所得到色素聚集体(“颗粒聚集体”)的直径可以高达几微米。
尽管纹身通常是永久性的，个人可能出于各种原因希望改变意愿去除纹身。例如，随着时间的推移，人们的心情(或想法)可能变化，并可能希望去除或改变装饰性纹身的设计。通过另一个示例的方式，具有化妆性纹身，例如眼线、眉毛或嘴唇着色的个体可能希望随着时尚变化而改变所纹的颜色或区域。遗憾的是，目前还没有简单和成功的方法来去除纹身。已公开的一种方法(参见美国专利申请公开号US2003/0167964)是利用按照需要可去除的纹身油墨。这种油墨可包括利用特定的电磁吸收和/或结构特性构造的微颗粒，其通过施加特定的能量(例如，来自激光器或闪光灯的电磁辐射)来促使改变和/或去除。在其他实施例中，色素和/或色素载体可以是易受特定的外部施加的能量源——例如热或光(例如，激光、红外光或紫外光)的影响的。与这种类型的方法有关的一个问题在于，它需要这些新类型的油墨，并且对利用传统色素的纹身很少或没有影响。
目前，去除传统纹身(例如，含色素的皮肤)的方法可能包括盐摩擦术、冷冻、手术切除和CO2激光。这些方法可能需要与潜在的并发症(如感染)有关的侵入性操作，且通常会产生明显的疤痕。最近，采用Q开关激光器已被广泛接受用于去除纹身。关于使用Q开关激光器去除纹身的附加信息可以在Ross,E V；Naseef,G；Lin,C；Kelly,M；Michaud,N；Flotte,TJ；Raythen,J；Anderson,R R；Comparison of Responses of Tattoos to Picosecond andNanosecond Q-Switched Neodymium:YAG Lasers.Arch Dermatol 134:167-171(1998)中找到，其公开内容通过引用整体并入本文。通过限制脉冲持续时间，油墨颗粒通常在对邻近正常皮肤损伤相对最小的情况下达到非常高的温度。这显著减小了在非选择性去除纹身的方法(例如磨皮或利用二氧化碳激光器处理)之后往往导致的疤痕。通过Q开关激光器辐射去除纹身的机制仍然知之甚少。据认为，Q开关激光器通过选择性光热解和热动力学选择性的机制，实现更具体的纹身去除。在Solis,R R；Dayna,D G；Colome-Grimmer M O；Snyder,M；Wagner R F:Experimental nonsurgical tattoo removal in a guinea pig modelwith topical imiquimod and tretinoin,Dermatol Surg 2002；28:83-877中可以找到更进一步的细节，其全部内容通过引用并入本文。具体地，据认为，色素颗粒能够吸收使颗粒加热的激光，从而造成包含所述颗粒的细胞的热破坏。这些细胞的破坏导致颗粒的释放，颗粒随后可以通过正常吸收过程从该组织中去除。
虽然Q开关激光器会比用于去除纹身的一些替代方法更好，但是它并不完美。尽管通过选择性光热作用实现了预测的高颗粒温度，某些纹身可抵抗所有激光治疗。对于清除某些纹身失败所列举的原因包括色素的吸收光谱、色素的深度以及一些油墨的结构特性。利用Q开关红宝石激光器减小激光纹身处理后的不良反应会包括纹理的变化、疤痕和/或色素性改变。已经报告分别高达50％和12％的利用Q开关紫翠宝石激光器处理的患者中出现短暂的色素减退和纹理的变化。色素沉着和纹理改变是Q开关Nd:YAG激光器的罕见的不良影响并且色素缺失(hypopigmentary)变化的发生率一般低于利用红宝石激光。局部和全身过敏反应的发展也是利用Q开关红宝石和Nd:YAG激光器去除纹身的不可能的(即使不寻常的)并发症。此外，激光处理会是痛苦的，因此在激光处理之前通常使用局部注射利多卡因或表面麻醉霜。在Kuperman-Beade,M；Levine,V J；Ashinoff,R；Laser removal oftattoos.Am J Clin Dermatol.2001；2(1):21-5中可以找到有关激光处理效果的附加信息，其公开内容通过引用整体并入本文。
最后，激光去除通常需要多个处理阶段(例如，5至20)，并且可能需要昂贵的设备以获得最大的消除。通常，因为需要许多波长来处理多色纹身，无法仅仅使用一个激光系统来去除所有的可用油墨和油墨的组合。即使使用多重处理，激光处理也仅能够消除纹身色素的50-70％，导致残留污迹。
本方法的一些实施例包括：将(例如，来自本装置的实施例的)冲击波引导至患者的细胞；其中冲击波被配置成使颗粒破裂一个或多个细胞。一些实施例包括：提供本装置的实施例；致动装置以形成配置为使患者体内的颗粒破裂患者的一个或多个细胞的冲击波；和将冲击波引导至患者的细胞，以使得冲击波使颗粒破裂的一个或多个细胞(例如，通过细胞壁或细胞膜的降解)。在一些实施例中，一个或多个冲击波被配置成在不存在颗粒的情况下对细胞基本上没有持续的影响(例如，配置为在存在冲击波的情况下，对于将由颗粒损坏的、与颗粒并非足够接近的细胞基本上没有永久或持久的损坏)。
本方法的一些实施例包括将一个或多个冲击波聚焦至包含细胞的组织的特定区域。在一些实施例中，一个或多个冲击波所聚焦的组织的区域是患者的皮肤下方的深度。冲击波可以由多种机制中的任一种聚焦。例如，在声波发生器包括超声头的情况下，超声头可以是抛物型超声头，使得产生的声波按照抛物线形状聚焦在目标方向上。通过另一个示例的方式，本装置的实施例包括多个声波发生器，可以通过产生不同频率的声波，使得声波和由此产生的冲击波通过频率的相互作用被聚焦和引导(例如，以类似于相位或阵列雷达的方式)，来聚焦冲击波。聚焦冲击波会在目标细胞处导致较高的压力，诸如，10MPa、15-25MPa或更大的压力。
本方法的一些实施例还包括：识别要破裂的患者的目标细胞(例如，在将一个或多个冲击波引导至目标细胞之前)。在各种实施例中，目标细胞可以包括任何种类的目标细胞，例如，包括涉及细胞颗粒聚集体的状况或疾病的目标细胞。例如，目标细胞可以包括：纹身、包含结晶微颗粒的骨骼肌肉细胞、含有角蛋白的毛囊、含有釉质的牙囊、癌细胞，和/或类似物。通过另一个示例的方式，目标细胞可以包括选自下组中的一种或多种皮肤疾病：黑头、囊肿、脓疱、丘疹和白头。
在一些实施例中，颗粒可以包含非天然的颗粒。非天然颗粒的一个示例包括纹身色素颗粒，诸如通常设置在人的真皮中以产生纹身。在一些实施例中，色素可以包括原子序数小于82的元素。在一些实施例中，颗粒可以包括以下中的任意一个或其组合：金、二氧化钛、氧化铁、碳和/或金。在一些实施例中，颗粒具有小于1000nm(例如，小于500nm和/或小于100nm)的平均直径。
图3示出使用装置10a将冲击波引导至目标组织的方法100的一个实施例。在所示的实施例中，方法100包括步骤104，其中患者组织112的目标细胞108被识别为进行处理。例如，组织112可以包括皮肤组织，和/或目标细胞108可包括皮肤组织内或附近的脂肪细胞。在所示的实施例中，方法100还包括步骤116，其中壳体18被设置为邻近组织112和/或组织116，以使得冲击波可以被引导朝向目标细胞108。在所示的实施例中，方法100还包括步骤120，其中声波发生器14定位为邻近(和/或耦接到)壳体18。在所示的实施例中，方法100还包括步骤124，其中声波发生器14被启动以产生声波(声波发生器和壳体被声学耦合)，以在壳体18中形成冲击波以用于输送至目标细胞108，如图所示。在所示的实施例中，方法100还包括步骤128，其中声波发生器14与壳体18去耦合并且壳体18被从组织112去除或相对于组织112移动。在所示的实施例中，目标细胞108从步骤128省略，表示它们的破坏。本方法的其他实施例可包括图3中所示的步骤中的一些或全部。装置10可以实现为类似于装置10a，除了装置10可不被配置成可拆装的，并且因此可以作为单一件被设置成将冲击波引导至目标细胞。
去除组织标记的方法
在减小由真皮组织中的色素引起的组织标记(例如纹身)的本方法的一些实施例中涉及使用本装置的其中之一。在这样的方法中，高频率冲击波被发送到并且进入患者的皮肤，使得当从本公开的装置产生的冲击波到达真皮细胞并且振动或加速皮内颗粒时，这些颗粒经历相对于细胞膜的运动，其可导致疲劳降解和细胞破裂，从而释放出色素颗粒。释放的颗粒随后可以通过患者身体的正常吸收过程从周围组织中去除。在一些实施例中，本装置之一可以被设置为邻近和/或使得来自装置的冲击波被引导到具有纹身、其他组织标记或含有颗粒聚集体的其他细胞结构的组织部位。为了使颗粒改变(例如，足以释放颗粒以便吸收的细胞降解)，冲击波可以被输送到特定区域并持续一段足以破裂含有和/或邻近于色素颗粒的细胞的时间，以使得色素颗粒被释放。在一些实施例中，本装置具有可相对于纹身较小的焦点或有效区域，使得装置可以周期性地和顺序地聚焦，被引导至纹身的不同区域，以导致可感知的色素在整个纹身区域上的减小。例如，在此公开的装置的实施例的参数可以被修改以实现在期望的时间量内输送到特定部位冲击的期望数量。例如，在一个实施例中，冲击波由根据本发明的各方面的具有至少1MHz的频率的声波产生并且暴露于特定处理部位合适时间段，以将至少约100、200、300、400、500或1000的冲击波输送到治疗部位。冲击波可一次全部输送或按照冲击波的间隔(例如，突发)(诸如一次5、10、15、20、25、30、40、50等的冲击波)输送。适当的间隔以及间隔之间的时间可以被修改和/或确定以实现处理部位处的期望效果，例如目标细胞结构的破裂。应理解，如果使用具有更高频率例如2MHz、3MHz、4MHz或5MHz的声波，则处理时间可以调整，如较短的暴露时间，以实现输送到处理区域的所需量的冲击波。
如本领域普通技术人员将理解的，在用于去除纹身的本方法的实施例中，受冲击波影响的颗粒包括纹身色素(颗粒)，其可以例如至少部分地设置在患者的皮肤细胞之间和/或患者的皮肤细胞内。这样的色素颗粒可以例如包括任何以下中的至少一个或组合：钛、铝、二氧化硅、铜、铬、铁、碳或氧。
利用高频率的冲击波去除或减少皮肤标记相对于利用激光具有许多优点。例如，激光处理去除纹身会是非常痛苦的。相比而言，高频率冲击波(例如，超声冲击波)可以配置和/或应用，使得纹身或其他皮肤标记可以被去除或减小，而几乎不会对患者造成任何痛苦，特别是，例如在冲击波有目标地或以其他方式配置为仅仅使包含纹身色素的细胞降解的情况下。通过另一个示例的方式，已经发现引导至组织的激光会损坏或破坏周围组织；而高频率冲击波可以施加为几乎不会损坏或破坏周围组织(例如，因为非纹身周围组织通常缺失纹身色素或其他颗粒，否则其会与邻近细胞相互作用，导致细胞降解)。最后，激光去除纹身往往需要多重处理阶段(例如5-20个阶段)以实现最大程度的纹身消除，和/或经常需要使用昂贵的设备。另外，由于需要许多波长的激光来去除多彩纹身，会需要多个激光系统来去除各种可用的油墨和/或可用油墨的组合。结果，激光去除纹身的总花费会非常昂贵。即使使用多重处理，激光治疗也限于消除仅仅50％至70％的纹身色素，并会留下残留“污迹”。相比而言，高频率冲击波不取决于纹身色素的颜色，使得高频率冲击波的治疗应用不需要用于不同色素颜色的不同装置，并使得高频率冲击波可施加到相对较大的区域(例如，纹身的整个区域)，从而减少实现患者可接受的纹身去除或减少水平(例如，患者皮肤中可感知色素的30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或更大的减少)所需的处理阶段数量。
在一些实施例中，本方法包括施加高频率冲击波(例如，使用本装置的一个或多个)和施加激光。例如，本方法的一些实施例还包括将来自Q开关激光器的光束引导至目标细胞(例如，纹身皮肤)。在一些实施例中，引导一个或多个冲击波和引导光束以交替的顺序执行。
在一些实施例中，本方法包括在将一个或多个冲击波引导至目标细胞之前、之后和/或同时输送一种或多种化学或生物制剂(例如，配置为辅助去除诸如纹身的组织标记)至目标细胞所在的位置或附近。例如，本方法的一些实施例还包括将化学或生物制剂施加至皮肤(例如，在将一个或多个冲击波和/或激光束引导至皮肤之前、之后和/或同时)。化学或生物试剂的示例包括：螯合剂(如乙二胺四乙酸(EDTA))；免疫调节剂(例如，咪喹莫特[5])；它们的组合；和/或其他合适的化学或生物制剂。在各种实施例中，化学或生物制剂是经皮肤和/或全身(例如，注射)输送至目标细胞(例如，可局部施加于纹身的皮肤)。
纹身去除的本方法的一些实施例包括将冲击波多次施加至纹身的皮肤组织(例如，至少1秒(例如，10秒或以上)的持续时间，每周一次持续6周或以上)。
处理附加疾病和状况的方法
除了纹身去除以外，本方法的实施例可包括施加高频率冲击波，以处理由和/或包括细胞颗粒聚集体和/或布置在细胞内空间中和/或间隙空间中的颗粒的症状造成的状况下的各种疾病。例如，这样的疾病和/或状况可以包括：晶体关节、韧带、肌腱和肌肉疾病和/或涉及包括粉刺、老年斑等的颗粒聚集体的皮肤疾病。此外，本方法的实施例可包括在将纳米颗粒输送到包括目标细胞的患者的区域之后施加高频率冲击波。例如，在一些实施例中，纳米颗粒(例如，金纳米颗粒)被通过静脉输送到患者的血流中并且允许行进到患者的包括目标细胞(例如癌性肿瘤)的区域，使得高频率冲击波可以被引导至目标区域，以使纳米颗粒与目标细胞进行相互作用并且使目标细胞破裂。
此外，本装置的实施例(例如，装置10)可用于减少皱纹。例如，产生治疗冲击波的本方法的一些实施例包括：提供任一本装置(例如，装置10)；以及致动该装置，以产生一个或多个冲击波。一些实施例还包括：将装置(例如，壳体18的出口端34)设置为邻近患者的组织，使得至少一个冲击波进入该组织。在一些实施例中，组织包括在患者面部上的皮肤组织。
在本方法的实施例中，包括将颗粒(例如微颗粒和/或纳米颗粒)，引导至目标细胞所处的位置或其附近(在将冲击波引导至细胞之前)，颗粒可包括：丝、丝素蛋白、碳纳米管、脂质体和/或金纳米壳。例如，在一些实施例中，引导颗粒可包括将包含颗粒的流体悬浮液注射到患者体内。包括悬浮液可以例如包括盐水和/或透明质酸。
在关节和特定组织中的晶体和其他杂晶的沉积可导致许多疾病状态。例如，关节中的尿酸钠晶体(MSUM)沉积可能导致痛风。作为另一个例子，关节组织和体液中的脱水焦磷酸钙(CPPD)可能导致许多疾病状态，例如，软骨钙化(即，关节软骨中作为辐射密度(radiodensities)检测到的含钙晶体的存在)。通过进一步示例的方式，羟基磷灰石(HA)晶体沉积可能导致钙化性肌腱炎和关节周炎(perarthritis)。在本方法的一些实施例中，颗粒可包括天然颗粒(例如，身体内自然发生的颗粒)，诸如可以形成和/或变得设置在患者的肌肉骨骼系统中的结晶的微颗粒。可以在本方法中被处理和/或分布的天然粒子的其他示例包括：尿酸盐结晶、含钙晶体和/或羟基磷灰石晶体。
在用于处理痤疮或其他基于皮肤的状况的本方法的实施例中，颗粒可包括布置在患者皮肤的一个或多个孔中的污垢和/或碎屑，和/或可以包括患者的皮肤上去除的角蛋白。
治疗肿瘤或其他疾病的本方法的一些实施例包括将冲击波多次施加至目标组织(例如，肿瘤、具有痤疮或其他状况的皮肤区域)，诸如，至少(例如，10秒或更多)的持续时间，每周一次持续6周或更多周。
本文描述的装置、系统和方法的各种示例性实施例并非旨在被限定于所公开的特定形式。相反，它们包括落入权利要求的范围之内的所有修改和替代。例如，本方法可包括以任何组合和/或重复在上述实施例中所述的步骤和特征的任意组合(例如，与其他步骤或特征的组合)。
权利要求并不旨在包括，并且不应该被解释为包括“装置+功能”或“步骤+功能”限定，除非这样的限定分别使用短语“用于…..的装置”或“用于…..的步骤”明确记载在给定权利要求中。
如所公开的，本发明的某些实施例提供了超过在治疗应用中使用超声的其他方法的优点。例如，美国专利5618275论述了一种通过将足够高强度的约15,000至约25,000Hz的范围中的相对低频率的超声压力波施加至皮肤以引起皮肤中的空蚀来促进治疗制剂渗透通过人的皮肤的方法。低频率超声压力波的作用在于增加皮肤的渗透性，以允许治疗制剂在有限的时间段内渗透。在另一个示例中，美国专利6487447公开了将超声辐射施加至将提供给患者的药物溶液的装置。超声辐射具有介于15KHz和1MHz的范围内的频率，并且以有效地产生空蚀泡的强度、时间段内以及与所述皮肤区域相距的距离施加。空蚀泡崩溃并且将它们的能量转移到皮肤区域，从而导致皮肤区域中孔的形成。(本发明人的)美国专利公开号US2008/009774公开了通过利用超声辐射来处理由组织中的颗粒导致的疾病的方法。超声辐射具有介于15KHz和2MHz的范围内的频率并且以有效地产生空蚀泡的强度和时间段施加，空蚀泡有效地崩溃并且将它们的能量转移到颗粒，从而导致颗粒的改变。如上所述，Klopotek的美国专利号6325769的方法在脉冲之后产生负压或真空效应，这可以诱导组织损伤、撕裂组织结构分开、加热区域，并且由此引发新的连接组织的合成。美国专利号6325769和6487447和美国专利申请公开号US2008/009774和US2003/0167964的公开内容通过引用整体并入本文。
不像这些方法，本公开的某些实施例实现了具有异质性的细胞结构(例如，含有颗粒的细胞)的目标破坏，并且具有最小的空蚀破坏。并且，现有方法的直接施加高超声能量会导致除了那些含有颗粒聚集体的细胞以外的细胞的无区分改变和潜在破坏。本公开的所产生的冲击波可以被配置为使目标细胞破裂，而不会将非目标细胞暴露于热损伤。也就是说，可以在对周围区域的最小无区分加热的情况下实现破裂。
尽管已经详细描述了本公开的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求书所定义的本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种变化、替换和改变。此外，本申请的范围并不旨在限于在说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的具体实施例。如本领域普通技术人员根据本发明的公开内容易于理解的，根据本发明可以利用，执行与在此描述的相应实施例基本上相同功能，或者实现基本上相同结果的目前现存的或者以后将开发的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在包括在其范围内的此类过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。
Claims (15)
1.一种系统，包括：
被配置为能够与激光器光源一起操作的装置，所述激光器光源被配置为将激光输送至包括具有异质性的至少一个区域的至少一个细胞结构；以及
其中，所述装置进一步被配置为将多个体外产生的冲击波发射并输送至所述至少一个细胞结构，直到所述至少一个细胞结构经受细胞膜退化破坏为止，以及
其中，相对于由所述装置进行的冲击波的部分的输送以交替的顺序输送激光的部分。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括所述激光器光源。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述光源包括Q开关激光器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述装置被配置为能够在对患者的目标细胞进行治疗处理期间与所述激光器光源一起操作，所述治疗处理包括将激光输送至所述目标细胞以及将多个体外产生的冲击波输送至所述目标细胞。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，进一步包括：
耦接至所述装置的控制器，所述控制器被配置为发起由所述装置进行的冲击波的输送；
其中，所述装置包括：
冲击波壳体；以及
耦接至所述冲击波壳体的波源。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述冲击波壳体限定腔室，并且被配置为包含冲击波介质。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述波源被配置为可去除地耦接至所述冲击波壳体，并且端盖耦接至所述冲击波壳体的一端。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，具有异质性的所述至少一个区域包括比所述至少一个细胞结构的有效密度大的有效密度。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个细胞结构处于患者的表皮层中，以及其中，所述至少一个细胞结构包括纹身色素。
10.一种纹身去除的化妆的非治疗且非手术的方法，所述方法包括：
在治疗处理期间，通过包括激光器光源和被配置为产生一个或多个冲击波的装置的系统，对于包括至少一个细胞结构的目标细胞：
发起治疗激光从所述激光器光源至包括具有异质性的至少一个区域的所述至少一个细胞结构的输送；以及
发起多个体外产生的冲击波从所述装置至所述至少一个细胞结构的输送，直到所述至少一个细胞结构经受细胞膜退化破坏为止，所述装置能够与所述激光器光源一起操作，
其中，相对于由所述装置进行的冲击波的部分的输送以交替的顺序输送激光的部分。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
通过耦接至所述装置的控制器，发起所述多个体外产生的冲击波的产生。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
在输送激光的至少一部分之前并且在输送冲击波的至少一部分之前，识别要破裂的至少一个目标细胞结构；以及
将一种或多种制剂注射到所述至少一个细胞结构，其中，所述一种或多种制剂包括免疫调节剂和/或螯合剂中的至少一个。
13.一种装置，包括：
用于将激光输送至包括具有异质性的至少一个区域的至少一个细胞结构的部件；以及
用于将多个体外产生的冲击波输送至所述至少一个细胞结构，直到所述至少一个细胞结构经受细胞膜退化破坏为止的部件，
其中，相对于由所述装置进行的冲击波的部分的输送以交替的顺序输送激光的部分。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，用于输送激光的部件包括Q开关激光器。
15.根据权利要求13至14中任一项所述的装置，其中，具有异质性的所述至少一个区域包括比所述至少一个细胞结构的有效密度大的有效密度。
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