JP4116076B2 - 瘢痕コラーゲンの形成及び収縮方法 - Google Patents

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Description

発明の背景
発明の属する技術分野
本発明は、瘢痕コラーゲンの提供方法に関し、さらに詳細には、瘢痕コラーゲン又は骨性カルスの形成及び治癒の開始を行い、続いて次に瘢痕コラーゲン又は骨性カルスの再構築を行う方法に関する。
従来の技術
皮膚は二種類の基本的な要素、表皮及びその下部の真皮からなっている。下部の真皮は皮膚の主要な支持構造を与える。表皮は上皮細胞及びメラノサイトと呼ばれる色素形成細胞を含む。真皮は体中において（体の部位によって）厚さが変化する。例えば、背中の皮膚は眼瞼のそれよりも２５倍厚い。
真皮は主にコラーゲンと呼ばれる細胞外タンパク質からなる。コラーゲンは３種類のポリペプチド鎖の三重ヘリックスとして存在し、これらは熱不安定又は不安定な化学結合により結合している。コラーゲンを加熱すると、このタンパクの物理的性質の変化が特有の温度において生じる。この構造的変化は固有収縮温度（specific shrinkage temperature）において起こる。
コラーゲンの熱収縮現象はコラーゲン分子の三重ヘリックスの変性により開始する。熱エネルギーは三重鎖ヘリックスを安定化している熱不安定性結合を切断する。その結果、分子の縦軸が収縮する。コラーゲン組織の部分的変性はII度のやけどにおいて起こり、また表面がより熱く下部の真皮においてより冷たいという標準的な熱勾配として典型的に適用される。やけどの患者において、真皮のコラーゲンの部分的変性は皮膚上において引き締める効果を提供する。下部のコラーゲン含有層を加熱しながら皮膚の表面を冷却する逆の熱勾配を与えることにより、II度のやけど（及びその固有の水泡及び色素不規則性）を起こさなくてもコラーゲンの収縮が可能である。コラーゲンは、腱、骨、軟骨、及び他の全ての体中の接合組織において見られるため、コラーゲンの逆熱勾配収縮は多くの適用を可能とする。
基本的な創傷の治療プロセスの選択的誘導は、コラーゲンの熱収縮の第二の主要な適用の基礎となるものである。より高度に発達した動物種において、傷害に対する創傷の治癒応答は、続いて瘢痕組織の沈着に導く初期炎症性プロセスを伴う。初期炎症性応答は、細胞性の残骸を処理する白血球又はロイコサイト（白血球）による湿潤からなる。４８時間後、傷害部位における繊維芽細胞の増殖が起こる。これらの細胞は次に治癒した創傷の主要な支持構造として機能する瘢痕コラーゲンを産生する。この発生期の瘢痕コラーゲンの沈着及び続いて起こる再構築は、美的及び再構築の両方の目的において軟部組織の密度及び結合配置を変化させる手段を提供する。
一般に使用される技術による瘢痕、外科的危険又は色素的副作用を起こすことなく、皮膚を構築するという美的な要求が存在する。より引き締まった若い皮膚の外観を与えるためのこれらの技術として、皮膚の外科的切除及びレーザー及び化学的剥離の使用が挙げられる。例え結果的に美的な改善が見込まれたとしても、多くの患者がこれらの処置の適用に躊躇するということは理解されることである。皮膚の切除処置は固有の瘢痕のためにその適用が制限される。美容整形処置の際には、瘢痕は耳の輪郭周辺に隠すことが可能であり、そのため外科的瘢痕及び美的改善の間において許容される交換条件を与える。しかし、臀部、腿、腕、膝及び脚の皮膚の外科的切除は、非常に見苦しい瘢痕を伴う適度の改善を与えるのみである。さらに、患者は苦痛及び不便の双方を伴う可能性のある治療の術後期を経験しなければならない。出血及び感染のような他の危険も治療を延長する可能性もある。
ある分野において脂肪吸引は脂肪の除去に効果的ではあるが、しかしこれは皮膚外被を引き締めない。二次的に過剰の皮膚を引き締める（レーザー及び化学剥離のような）皮膚再生技術（skin resurfacing techniques）は、II度のやけどと同様に皮膚表面を焼くことを必要とする標準的な熱勾配を用いる。コラーゲン収縮の熱効果はより深い真皮において生ずるが、しかしII度のやけどのための苦痛を伴う治癒期が要求される。これらの様式は、皮膚付属器からの細胞移動を伴う表皮の再生に依存している。この表皮の再生プロセスはいずれの熱によるやけどの治癒とも同様であり、表皮のメラノサイトの破壊による色素の不規則性をより起こし易くする。
より一般的には脂肪として知られる脂肪組織（adipose tissue）は、貯蔵資質を含む細胞から形成される。脂肪組織は、繊維性隔膜として機能する接合コラーゲン組織によりしばしば小さな房室に細分されている。
外科的瘢痕又はより侵入的な技術に伴う色素副作用を起こすことなくコラーゲンを皮下収縮することが望まれている。さらに、選択された組織部位の表面上にII度のやけどよりも強度のやけどを起こすことなくその選択された組織部位において瘢痕コラーゲンの形成及び収縮を皮下誘導することに対する希求がある。
発明の要約
本発明の目的は外科的な瘢痕又は色素副作用を生じずにコラーゲンの熱的再構築及び収縮を行う方法を提供することである。
本発明の他の目的は瘢痕コラーゲンの形成及び収縮を誘導する方法を提供することである。
本発明のさらなる目的は選択された組織部位の表面上にII度のやけどにおけるよりも強度のやけどを起こすことなくその選択された組織部位における瘢痕コラーゲンの形成及び収縮を皮下誘導する方法を提供する。
さらに、本発明の目的は収縮したコラーゲン組織の下部の組織部位上にII度のやけどよりも低強度、かつ好ましくはＩ度のやけどよりも低強度に瘢痕コラーゲン形成されたの収縮を行う方法を提供する。
本発明のこれらの及び他の目的は選択された組織部位における組織表面の下部の瘢痕コラーゲンの形成及び収縮を行う方法を提供する。電磁エネルギー装置が提供され、これは電磁エネルギー源及び供給（delivery）装置を含む。供給装置は組織表面上に位置する。電磁エネルギーは、電磁エネルギー源から産出され、組織表面を通して選択された組織部位に、その部位において瘢痕コラーゲンの形成を誘導するのに十分な時間供給される。これにより前記疲痕コラーゲンは収縮する。この方法は、特にコラーゲンが全くないか又は不十分な軟部組織において特に有効である。
他の態様において、選択された骨膜組織部位におけるカルス沈着を形成する方法が記載される。電磁エネルギー装置が提供され、これは電磁エネルギー源及び供給装置を含む。供給装置は選択された骨膜組織部位の組織表面上に位置する。電磁エネルギーは電磁エネルギー源から産出される。電磁エネルギーは供給装置から組織表面を通じて、選択された骨膜組織部位においてカルス形成を誘導するのに十分な時間、該組織部位に経皮的に供給される。瘢痕コラーゲン形成後、カルスは収縮する。
本発明の方法の適当な適用としては、以下に制限されないが、軟部組織の引き締め及び固定化、側枝靱帯のゆるみによる不安定な関節、不安定な脊柱障害の治療、弱い腹壁の治療、他の結合組織の治療、逆流を伴う食道ヘルニア、女性の尿失禁、心筋の運動不全部分（dysdynamic segments of myrocardium）及び他の血管動脈瘤拡大、睡眠性無辜給、皮膚のたるみ及びしわなどが挙げられる。
皮膚のしわは、表皮の不十分な支持の結果生じる。瘢痕コラーゲン沈着の誘導は、しわの治療に使用される。改善された皮膚のトルゴールは（膨圧）は、初めに加齢と共に失われたコラーゲンマトリックスの補充により行われる。真皮における発生期の瘢痕コラーゲンの沈着に続いて、逆熱勾配によるコラーゲンの収縮は、皮膚への標準熱勾配やけどの適用を必要とする皮膚再生技術によることなく、皮膚のしわを矯正する。これは長い術後治癒プロセスを受けることなく行われる。出血及び感染も減少する。表面皮膚に対するII度のやけども最小化される。
メラノサイトはダメージを受けず、かつ色素の不規則性も回避される。
逆熱勾配を生じさせるために使用される一つの装置は、冷却要素及び電磁供給装置が連合された加熱パッドである。加熱パッドは治療部位の形状に合わせて形作られており、かつ弾性外被中に挿入されている。皮膚の収縮を伴う部分的なコラーゲンの変性は各治療により行われる。熱交換器は治療部位の表面温度を測定し、水泡を回避する。一つの実施態様において、深い真皮はコラーゲン収縮のために65℃より高い温度に加熱される。温度は局部組織の因子に依存して変化させることができる。一連の処置は、最終結果がより正確になるように企画されている。適用部位は、外科的切り口を隠すこと又は審美的な境界に沿った転移のいずれの要求によっても限定されることがない。
瘢痕及び色素の不規則性を避けることができるので、外科的な一部削除、レーザー及び化学的表面再生において従来“不可能（off-limit）”であると考えられていた部位の皮膚又は他の引き締めが生じる。コラーゲンの逆熱勾配収縮による皮膚引き締めは、限定されないが、腿、膝、腕、背中及び臀部を含む部位を標準技術の見苦しい瘢痕を伴わずに矯正することができる。さらに、顔及び首の整形のような美容処置により従来矯正された部位は、耳周辺の外科手術又は典型的な切開を必要とせずに矯正することができる。弾力繊維症又は妊娠による腹部皮膚の伸びは、腹部形成の広範囲な切開を行うことなく矯正することができる。本発明の方法はまた、乳房固定又は胸部持ち上げのために使用することができる。
皮下脂肪層における繊維質隔膜は軟部組織を収縮して引き締めることができる。コラーゲンの細胞外効果によって、熱誘導による脂肪細胞又はリポサイト上の細胞内効果がリポサイト中の脂肪の正味の減少を起こし、これは治療部位の容積の正味の減少を達成する。第二の熱装置を第一の熱装置と直列に使用して治療部位の脂肪の削除（liposculpture）を達成する。この第二装置は皮下組織上の適当な高さに焦点を合わせる収束レンズを備えるようにデザインすることができる。
様々な電磁エネルギー源を使用することができる。適するエネルギー源は限定されないが、ＲＦ、マイクロ波、超音波などが挙げられる。一つの態様において、好ましいエネルギー源はＲＦである。
【図面の簡単な説明】
図１は、コラーゲンの部分的変性を起こし、皮膚を引き締めるために皮膚を通じて電磁エネルギーを与えるための装置の透視図である。
図２は、皮膚及び下部組織の断面図である。
図３は、コラーゲンネットワークの図式的な描画である。
図４は、下部皮下層又はより深い軟部組織に電磁エネルギーを与えて、表皮中のメラノサイト及び他の上皮細胞を実質的に変化させることなく、コラーゲン組織の部分的変性により目的の輪郭（contour）効果を与えるための装置の該略図である。
図５は、本発明において使用することができるＲＦシステムのブロックダイヤグラムである。
図６は、本発明の一実施態様である加工回路のブロックダイヤグラムである。
詳細な説明
本発明の目的において、以下の定義が適用される。
先在する（pre-existing）コラーゲンは、皮膚、腱、骨性軟骨及び他の結合組織の白色繊維（コラーゲン状繊維）に通常存在するタンパク性物質である。
瘢痕コラーゲン沈着の熱誘導は、熱的傷害により誘導される炎症に対する反応として起こるコラーゲン沈着の非切除的新合成的プロセスである。得られる瘢痕コラーゲンは、先在するものに対してしばしば発生期のものを意味する。
標準熱勾配は皮膚表面においてより大きい組織の熱量である。
逆熱勾配とは、（i）組織表面の最小の水泡を伴うコラーゲンの生物物理的性質（すなわち収縮）を変化させる電磁エネルギーの適用、（ii）組織表面温度が下部コラーゲン組織におけるよりも低い勾配、（iii）標準熱勾配が組織表面及び下部コラーゲンの間の温度で減少又は平衡となる条件、又は（iv）下部コラーゲン組織に対する組織表面温度に関係なく、治療中の水泡を回避するために組織表面の熱量（温度及び暴露時間）のモニター、である。
直接経皮的（transcutaneously）とは、供給装置が組織表面を通じて電磁エネルギーを直接供給することを意味する。
間接経皮的（percutaneously）とは皮膚又は組織表面を通じて内視鏡、関節鏡などを通して供給装置が挿入されることを意味する。
直接経粘膜（transmucosal）とは、粘膜表面を通じて電磁エネルギーが直接供給装置により供給されることを意味する。
間接経粘膜的（permucosal）とは、粘膜を通じて内視鏡、関節鏡などを通して供給装置が挿入されることを意味する。
Ｉ度のやけどは、表皮のみが関係することを意味する。紅斑により特徴付けられる。
II度のやけどは、表皮及び真皮の可変部位が破壊されることを意味する。
III度のやけどは、表皮及び真皮を含む皮膚の全てが破壊されることを意味する。
本発明は選択された組織部位における組織表面の下の瘢痕コラーゲンを形成及び収縮する方法を提供する。瘢痕コラーゲン構造の形成又は誘導は、間接経皮的、直接経粘膜的、間接経粘膜的又は限定されないが内視鏡を例とする装置を通じて行う逆熱勾配により直接経皮的に行うことができる。電磁エネルギー装置が提供され、これは電磁エネルギー源及び供給装置を含む。供給装置は組織表面上に位置する。電磁エネルギーは電磁エネルギー源から産出され、組織表面を通じて選択された組織部位に瘢痕コラーゲン形成を誘導するのに十分な時間、該組織に供給される。組織表面上にII度のやけどより低強度のものが形成される。瘢痕コラーゲンはその後収縮する。この方法はコラーゲンが全くなかったり、又は不足している軟部組織において特に有効である。
他の態様において、選択された骨膜組織部位におけるカルス沈着を形成する方法が記載される。電磁エネルギー装置が提供され、これは電磁エネルギー源及び供給装置を含む。供給装置は選択された骨膜組織部位の組織表面上に位置する。電磁エネルギーは電磁エネルギー源から産出される。電磁エネルギーは供給装置から組織表面を通じて、選択された骨膜組織部位においてカルス形成を誘導するのに十分な時間、該組織部位に経皮的に供給される。瘢痕コラーゲン形成後、カルスは収縮する。カルス形成は、間接経皮的、直接経粘膜的、間接経粘膜的又は限定されないが内視鏡を例とする装置を通じて行う逆熱勾配により直接経皮的に行うことができる。
本発明の方法は電磁エネルギー源を選択された組織部位に電磁エネルギーを与えるために使用する。電磁エネルギーは間接経皮的、直接経粘膜的、間接経粘膜的又は限定されないが内視鏡を例とする装置を通じて行う逆熱勾配により直接経皮的に供給することができる。電磁エネルギーは、（i）先在するコラーゲンを含む、（ii）先在するコラーゲンが不足している、又は（iii）先在するコラーゲンが存在しない、組織部位において瘢痕コラーゲン形成を誘導することができる。
さらに、本発明の方法は組織表面部位の下部のコラーゲン組織の収縮を提供する。前記組織の上層は除去されていない。II度のやけどより低強度のもの、好ましくはＩ度のやけどよりも低強度のものが組織の上層で生じる。
本発明の方法の適当な適用としては、以下に制限されないが、軟部組織の引き締め及び固定化、側枝靱帯のゆるみによる不安定な関節、不安定な脊柱障害の治療、弱い腹壁の治療、他の結合組織の治療、逆流を伴う食道ヘルニア、女性の尿失禁、心筋の運動不全部分（dysdynamic segments of myrocardium）及び他の血管動脈瘤拡大、睡眠性無辜給、皮膚のたるみ及びしわなどが挙げられる。
皮膚のたるみ及びしわは、表皮の不十分な支持の結果生じる。瘢痕コラーゲン沈着の誘導は、しわの治療に使用される。改善された皮膚のトルゴールは（膨圧）は、初めに加齢と共に失われたコラーゲンマトリックスの補充により行われる。真皮における発生期の瘢痕コラーゲンの沈着に続いて、逆熱勾配によるコラーゲンの収縮は、皮膚への標準熱勾配やけどの適用を必要とする皮膚再生技術によることなく、皮膚のしわを矯正する。これは長い術後治癒プロセスを受けることなく行われる。出血及び感染も減少する。表面皮膚に対するII度のやけども最小化される。メラノサイトはダメージを受けず、かつ色素の不規則性も回避される。
一つの実施態様においてコラーゲンの逆熱勾配収縮による皮膚引き締めは、腿、膝、腕、背中、顔及び首を含む部位を標準技術の見苦しい瘢痕を伴わずに矯正することができる。弾力繊維症又は妊娠による腹部皮膚の伸びは、腹部形成の広範囲な切開を行うことなく矯正することができる。本発明の方法はまた、乳房固定のような胸部持ち上げは、もはや広範囲な切開を必要としない。
天然（真皮）コラーゲン及び治癒プロセスの一部として産生されたコラーゲンのどちらもコラーゲンの熱的再構築を行うことができる。創傷治癒は初期炎症段階とそれに続く、急速な発生期期間の形態学的に瘢痕と見られるコラーゲン産生を含む。コラーゲンの生物物理学的性質は、その起源に関係なく同じである。
逆熱勾配を与えるための一つの装置は、冷却要素及び電磁供給装置を含む複合加熱パッドである。この加熱パッドは、治療部位の形状に合わせて形作られており、かつ弾性外被中に挿入されている。部分的なコラーゲンの変性は各治療により行われる。熱交換器は治療部位の表面温度を測定し、水泡を回避する。一つの実施態様において、より深い真皮はコラーゲン収縮のために65℃より高い温度に加熱される。一連の処置は、最終結果がより正確になるように企画されている。
適用部位は、外科的切り口又は審美的な境界に沿った転移を隠すといういずれの要求によっても限定されることがない。
本発明において様々な型の電磁エネルギーを使用することができる。電磁エネルギーはコラーゲン組織へ適用して細胞の加熱又は物理的破壊を行えるものであれはいずれのものであってもよい。適する電磁エネルギー源としては、限定されないが、ＲＦ、マイクロ波、超音波、レーザー等が挙げられる。
図１について説明すると、装置１０が表皮を例とする皮膚層１２を通して、表皮層１２の下層に見られるメラノサイト及び他の上皮細胞１６を実質的に変化させることなく、下部のコラーゲン組織１４に電磁エネルギーを与えていることを示している。
多孔性膜１８は電解液２０を受け取るように適用されている。多孔性膜１８は多孔性膜１８の接触外側表面２２に実質的に適合するように膨張しており、表皮層１２と近接に熱接触している。多孔性膜１８は表皮層１２上の冷却効果を伝達する冷却流体を受け取る冷却管腔２４を含む。
一種以上の電磁電極２６は多孔性膜１８中の様々な場所に位置している。一つの実施態様において、電磁電極２６は接触外側表面２２に対して実質的に反対側に位置する。他の態様において、電磁電極２６は冷却管腔２４に近接して置かれる。特に臀部に対して適する態様において、多孔性膜は卵型であり、約２０ｃｍ×３０ｃｍである。
電磁エネルギー源２８は電磁電極２６と連結しており、及び電解液源３０と多孔性膜１８が連結されている。
本発明の一つの実施態様において、皮膚の表皮下部にある真皮中のコラーゲン組織は加熱装置の使用により直接経皮的に収縮する。電磁エネルギーは表皮を通って下部の真皮へ直接経皮的に供給される。繊維芽細胞増殖は下部の真皮中で開始する。瘢痕コラーゲンは下部の真皮中で形成される。瘢痕コラーゲンは実質的に収縮し、かつ皮膚は引き締められる。
他の実施態様において、上部の表皮層を通して皮下脂肪層におけるコラーゲン組織を収縮する方法が提供される。加熱装置が電磁エネルギーを産生する。電磁エネルギーは供給装置から間接経皮的、直接経粘膜的、間接経粘膜的又は限定されないが内視鏡を例とする装置を通じて行う逆熱勾配により直接経皮的に行うことができる。電磁エネルギーは表皮を通して下部の皮下脂肪層に直接向かう。繊維芽細胞増殖は皮下脂肪層中で開始する。瘢痕コラーゲンが形成され、次に引き締められる。
図２について説明する。電磁エネルギーは表皮層１２を通して、乳頭真皮層３２、網状真皮層３４、皮下層３５、及び下部軟部組織３６へ供給される。様々な層中のコラーゲンの存在量は、表皮において＜５％、真皮において〜５０％、皮下において〜２０％、上層筋膜を含む筋肉において〜１０％である。コラーゲン組織の収縮はコラーゲン繊維の軸に対して平衡な方向において起こる。コラーゲンの熱的収縮はコラーゲン繊維の三重ヘリックス構造の変性と共に開始する。これは電磁エネルギーがコラーゲン組織に供給されコラーゲンネットワークの熱不安定な架橋を加水分解して生じる。
図３は、加熱影響下におけるコラーゲンネットワークの挙動の模式的な描画である。太い線は共有的架橋により本来結合している鎖を表す。矢印は加熱の効果によるコラーゲン鎖状に働いている張力である。より詳細には、図３は（ｉ）天然のコラーゲンネットワーク４０、（ii）等尺（isometric）条件下のコラーゲン４２、（iii）いずれの抑制力もないコラーゲン４４、（iv）節点（node）が安定である範囲の等尺条件下におけるコラーゲン４６、及び（ｖ）幾つかの架橋が切断した後の等尺張力下のコラーゲンネットワーク４８、を示している。
電磁エネルギー電極２６は単電極を含むＲＦ電極、又は分節されたフレキシブル回路を形成することができる複数ものでもよい。電磁力源２８は次にＲＦ発生機である。電解液２０はＲＦ電極２８からのＲＦ電力を目的の下部のコラーゲン組織へ移動させ、コラーゲン分子の部分的変性を達成する。
一般に、ＲＦ電極２６は単極又は二極であることができる。単極モードでは、ＲＦ電流は、患者の外皮に適用される伝導性パッドの形態であることができる復帰電極から体組織を通して流れる。電流密度が最大の場合に最大の加熱が起きる。
治療段階中において、コラーゲン分子の変性をフィードバックコントロール下において行うことができる。治療は医学的な監督下の留意を必要とせずに行うことができる。フィードバックは（ｉ）視覚化、（ii）インピーダンス、（iii）超音波、又は（iv）温度計測により行われる。一種以上の温度センサー５２並びに一種以上のインピーダンスモニター５４を任意に含むことができ、且つ好ましくは接触外側表面２２上に位置させることができる。温度センサー５２は、表皮層１２の表面温度の正確な測定を可能にする。
電解液２０は選択された温度に予め加熱することができ、また必要に応じて修正することができる。これはコラーゲン分子の十分な変性及び続く皮膚の引き締めに効果を与えるのに必要な時間を短縮させる。
多孔性膜１８は絶縁体物質からなることができる。本発明の目的において、絶縁体は温度又は電気的エネルギーの流れに対するバリアである。多孔性膜１８は電解液２０の表皮層１２へのコントロールされた供給を可能にする物質からなることができる。多孔性膜１８は限定されないが結合されたポリエステル、連続フィラメントポリエステル、ポリエステル−セルロース、レーヨン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエチレンなどを含む様々な物質からなることができる。適する市販生産物としては、（ｉ）オプセル（Opcell）（Cetinal Producs Corp., Hyannis, Mass）及び（ii）ウルトラソープ（UltraSorb）HC4201又はHT4644 MD（Wilshire Contamination Control, Carlsbad, California）が挙げられる。ポケット又はゾーン５６はＲＦ電極２６付近に形成することができる。各ポケット５６は、多孔性膜１８の他の全ての区分よりも電解液２０の流れに対する低い多孔度を有する。多孔度における差異は多孔性膜１８を形成する物質の異なる型により達成することができる。電解液２０は多孔性膜１８の非ポケット区分におけるよりも長くポケット５６中に維持され、かつＲＦエネルギーの電解液２０への移動が大きいほど、より大きな電極を与える。より大きな電極はＲＦ及び温度エネルギーを生じ、より大きな電極効果を与える。しかし、これは逆熱勾配の生成には効果がない。表皮層１２においてより低い温度を与えるためにＲＦエネルギーは多孔性膜１８を通して依然として移動して冷却管腔２４の近傍を通過し、また温度はより深い層になるほど上昇する。
本発明の皮膚収縮方法において、より固く引き締まり、より若い皮膚外被を達成することができる。これは手術後の長期間の治癒プロセスを受けることなく行われる。出血及び感染も減少する。皮膚表面におけるII度のやけども最小化される。メラノサイトは傷害を受けず、また色素不規則性も回避できる。
瘢痕及び色素不規則性が回避できるため、外科的な一部削除、レーザー及び化学的表面再生において従来“不可能（off-limit）”であると考えられていた部位における皮膚又は他の引き締めが起こる。コラーゲンの逆熱勾配収縮による皮膚引き締めは、限定されないが、腿、膝、腕、背中及び臀部を含む部位を標準技術の見苦しい瘢痕を伴わずに矯正することができる。さらに、顔及び首の整形のような美容処置により従来矯正された部位は、耳周辺の外科手術又は典型的な切開を必要とせずに矯正することができる。弾力繊維症又は妊娠による腹部皮膚の伸びは、腹部形成の広範囲な切開を行うことなく矯正することができる。本発明の方法はまた、乳房固定又は胸部持ち上げのために使用することができる。
皮下脂肪層における繊維質隔膜を収縮して軟部組織を引き締めることができる。コラーゲンの細胞外効果によって、脂肪細胞又はリポサイト上の細胞内熱誘導効果がリポサイト中の脂肪の正味の減少を起こし、これは治療部位の容積の正味の減少を達成する。第二の熱装置を第一の熱装置と直列に使用して治療部位の脂肪の削除（liposculpture）を達成する。この第二装置は皮下組織上の適当な高さに焦点を合わせる収束レンズを備えるようにデザインすることができる。
図４について説明する。部皮下層又はコラーゲン組織からなる繊維質隔膜を伴う脂肪の房室を含むより深い軟部組織下より深い軟部組織に目的の輪郭（contour）効果を与えるための装置５８が示されている。図４の装置５８は、多孔性膜１８、電解液２０、接触外側表面２２、冷却管腔、電磁電極２６、電磁力源２８、電解液源３０、一つ以上の温度センサー５２及び一つ以上のインピーダンスモニター５４を含む。装置５８はまた、電解液２０からの電磁エネルギーを下部のコラーゲン組織に焦点を合わせる収束要素６０を含む。収束要素６０及び電解液２０は表皮層１２から下部コラーゲン組織１４への熱逆勾配を与える。収束要素６２は、超音波エネルギーの場合には、放射波の入射部位及び凹面発散部位上にフラットなならした表面を有するレンズであることができる（Ultrasonics Theory and Application, by G. L. Goberman, Heart Publishing Co., New York(1959), at section 2.6.）。このような平らな波受容面及び凹発散面を有する超音波用収束レンズはまた、“Deep Local Hypothermia for Cancer Therapy:Extreme electromagnetic and Ultrasound Technics,”A. Y. Cheung and A. Neyzari, Cancer Reserach, Vol. 44, pp. 4736-4744, October 1984.に記載されている。
放射波周波数が電磁エネルギー源であることもでき、当業者において既知の様々なロカライズ技術（localizing technique）を用いることができる。一つの実施態様において、無線周波数エネルギーは表皮層１２の真皮組織に近接した部位に対して直接容量性の結合により供給される。無線周波数の誘導収束技術は、目的のゾーンにおいて適用可能であり、また他の場合に減ずる複数の収束コイルの使用により達成することができる。又は、無線周波数エネルギーは、複数のビームの位相配列により収束させてもよい。凹面収束については、“Tumor reduction by radio frequency therapy response”,H.H. Lavien et a1., JAMA, Vol. 233, at 2198-2200. を参照されたい。
他の無線周波数収束法は“Equipment for Local Hypothermia Therapy of Cancer”,C.F. Babbs et al.,Medical Instrumentation, Vol. 16,No.5,Sept-Oct 1982, pp.245-248. に記載されている。
収束要素６０は収束レンズであることもできる。さらに、収束要素６０は多孔性膜１８、及び表皮層１２及び多孔性膜１８との間の外側１６に位置することもできる。さらに、連結装置６２は収束要素６０と多孔性膜１８とを連結するものを含むことができる。一つの実施態様において、連結装置６２は、多孔性膜１８の周囲に位置するブラケットであり、及び多孔性膜１８に関係して収束要素５０を支持する。
皮膚の引き締め方法において、多孔性膜１８及び熱エネルギー源２６が提供される。下部のコラーゲン含有層を加熱しながら表皮層１２の表面を冷却する逆熱勾配が与えられる。表皮層１２及び下部のコラーゲン含有組織は加熱され、表皮層１２中のメラノサイト及び他の上皮細胞に実質的に影響することなく、コラーゲン分子の変性を起こし、コラーゲン組織の収縮及び皮膚の引き締めを起こす。この方法は多数回適用できる。多くの例において、皮膚をあるレベルに引き締めることが必要であってもよく、続く治療において皮膚はさらに引き締められる。より正確に輪郭（contour）効果を調整する４つの優れた治療があってもよい。この方法において、コラーゲン含有組織は部分的に変性され、脂肪細胞の破壊は最小化される。これはコラーゲン分子の熱不安定な架橋を切断して部分的に変性することにより行われる。
逆熱勾配は様々な組織層に渡って温度変化を与える。例えば、様々な実施態様において、逆熱勾配は約４０〜６０℃の温度範囲の組織表面を有し、及び選択された下部組織部位温度（すなわち、瘢痕コラーゲンが形成される部位又はコラーゲンが収縮する部位）は約６０〜８０℃である。他の実施態様において、逆温度勾配が縮小したり又は均等化した標準温度勾配である場合には、温度範囲はより広い範囲であることができる。
他の実施態様において、繊維質隔膜としてコラーゲン組織を含む脂肪の房室からなる下部領域が存在する体域の脂肪の削除方法はまた、表皮層１２から目的の下部の脂肪層の房室への逆熱勾配を与える。十分な電磁エネルギーを表皮層１２を通して、メラノサイト及び他の上皮細胞を破壊したり又は実質的に変化させることなく、他の皮膚層を通して、繊維質隔膜のコラーゲン組織上へ収束させられる。電磁エネルギーは脂肪細胞破壊を最小にしてコラーゲン組織を部分的に変性する。またこれは、例えば熱不安定なコラーゲン分子の架橋を切断することによる部分的に変性により達成される。逆熱勾配は脂肪細胞の破壊の減少を伴う細胞内脂肪の正味の流動化を起こす。
さらに本発明の他の態様において、骨膜における骨芽細胞の熱誘導は、カルス（カルシウムマトリックス）の沈着を起こす。カルスは成熟した骨よりも高い割合のコラーゲンを含み、続く熱収縮による再構築が可能である。再構築したカルスのカルシウム沈着による成熟化は、治療部位の安定な骨融合を起こす。
制限することなく、電力源２８はＲＦ源であることができる。ＲＦ電力源２８はＲＦ電力発生機６４に対してエネルギーを供給し、次にＲＦ電極２６にエネルギーを供給する。マルチプレクサー６６は電流、電圧、及び温度を各ＲＦ電極２６に伴う多数の熱センサーにおいて測定する。マルチプレクサー６６はデジタル又はアナログコントローラーであることができるコントローラー６８、又はソフトウェアを含むコンピューターにより制御される。コントローラー６８がコンピューターである場合には、これはシステムバス（system bus）を通して連結するＣＰＵを含むことができる。このシステムにおける、キーボード、ディスクドライブ、又は他の非揮発性メモリーシステム、ディスプレイ及び他の周辺機器は当業者において既知のものであることができる。また、プログラムメモリー及びデータメモリーもバスに連結している。
オペレーターインターフェース７０はオペレーターコントロール７２及びディスプレイ７４を含む。コントローラー６８は、超音波、温度センサー５２及びインピーダンスモニター５４を含む異なる型の画像形成システムと連結することができる。
電流及び電圧を用いてインピーダンスを計算する。治療活性のレベルを決定するために診断段階を初めに行うことができる。これは超音波及び他の手段を通して行うことができる。診断は治療の前及び後の両方において行うことができる。
ＲＦ発生機６４に含まれる温度センサー５２及び温度センサー７６は目的の治療部位に供給される電圧及び電流を測定する。これらのセンサーの出力はＲＦ電力の供給をコントロールするためにコントローラー６８により使用される。コントローラー６８はまた温度及び電力をコントロールすることができる。電力および／または温度のオペレーターセットレベルを測定してもよく、これは他よりも大きくならない。コントローラー６８は変化する条件下においてセットレベルを維持する。供給されたＲＦエネルギー量は電力量をコントロールする。供給された電力のグラフ及び現在供給されるべきエネルギー量をコントローラー６８中に挿入することができる。フィードバックは、もしコントローラーに組み込むならばインピーダンス、温度又は他のインジケーターの測定であることができ、及びコントロール６８又はＲＨ発生機６４のいずれかにおいて発生する。インピーダンスの測定については、少量の非治療学的ＲＦエネルギーを供給することにより行うことができる。
回路構成、ソフトウェア及びコントローラー６８へのフィードバックは完全なプロセスコントロールを与え、これらは（ｉ）電力、（ii）使用サイクル（duty cycle）、（iii）単極又は二極エネルギー供給、（iv）電解液２０の供給、流速及び圧力、を変化させるために使用され、及び（ｖ）時間、温度および／またはインピーダンスを通じて、いつプロセスが終了するか決定することができる。これらのプロセス変化はコントロールすることができ、接触外側表面２２上の複数部位においてモニターされる組織温度およびプロセス中の組織の電流保持容量における変化を示す各ＲＦ電極２６における電力フローに対してモニターするインピーダンスに基づいて変化させることができる。さらに、コントローラー６８は多重送信するモニター回路の連続性を提供することができ、およびＲＦ電極２６を活性化するものを測定することができる。
適する加工回路構成の一つの実施態様のブロックダイヤグラムが図６に示されている。熱センサー５２は温度により変化する抵抗を有するサーミスタであることができる。アナログ増幅器７８はサーミスタ及び交換器と共に使用するための従来型の微分増幅回路であることができる。アナログ増幅器の出力は連続的にアナログマルチプレクサー８０によりアナログデジタル変換器８２の入力へ連結されている。増幅器７８の出力は検知した各々の温度を表す電圧である。デジタル化した増幅器出力電圧はアナログ−デジタル変換器８２からマイクロプロセッサー８４へ供給される。マイクロプロセッサー８４は組織の温度及びインピーダンスを計算する。マイクロプロセッサー８４は６８００型であることができる。しかし、いずれの適するマイクロプロセッサー又は一般的な目的のデジタル又はアナログコンピューターも、インピーダンス又は温度に使用できることは認められるであろう。
マイクロプロセッサー８４はインピーダンス及び温度のデジタル表示を連続的に受け取りかつ貯蔵する。マイクロプロセッサー８４により受け取った各デジタル値は異なる温度及びインピーダンスに相当する。
計算した温度及びインピーダンス値はディスプレイ７４上に示すことができる。代案として、又は温度及びインピーダンスの数字的表示に加えて、計算したインピーダンス又は温度の値をマイクロプロセッサー８４により温度及びインピーダンスの境界（limit）と比較することができる。値が予め決定した温度又はインピーダンス値を超える場合には、ディスプレイ７４上で警告を与えることができ、またさらに、ＲＦエネルギーのその各々の電極への供給を減少するか、又は他の電極へと多重送信することができる。マイクロプロセッサー８４からのコントロールシグナルはＲＦ発生機６４によりその電力レベルを減少させることができるか、又はいずれの個々の電極へ供給される電力の動力源も切断することができる。コントローラー６８は検知した温度及びインピーダンスを表示するデジタル値を受け取り、かつ貯蔵することができる。計算された表面温度及びインピーダンスはコントローラー６８よりディスプレイ７４へと送ることができる。もし必要な場合には、表皮層１２の計算された表面温度を温度限界と比較し、警告シグナルをディスプレイ７４に送ることができる。同様に、温度又はインピーダンス値が予め設定したレベルを超える場合にはコントロールシグナルをＲＦ電力源２６に送ることができる。
本発明の好ましい実施態様に関する上記の記載は例示及び説明の目的で記載された。網羅的な記載又は発明を記載されたものどおりに制限することを意図していない。多数の変更及び変化が当業者に明らかであることは、自明である。本発明の範囲は以下のクレーム及びその均等物により定義される。

Claims (30)

  1. 表皮層(12)を通じて、下部のコラーゲン組織(14)に熱エネルギーを移動してコラーゲン組織を加熱するように構成された電磁エネルギー供給装置(26、28)；前記電磁エネルギー供給装置(26、28)と結合したコントローラー(68)であって、前記電磁エネルギー供給装置(26、28)によりコラーゲン組織(14)に供給するのに十分な熱エネルギーを発生させて、コラーゲン組織(14)を収縮させるのに十分に高い温度でコラーゲン組織(14)を加熱し表皮層(12)を引き締めるように構成されたコントローラー(68)；
    表皮層(12)において低温でありかつコラーゲン組織(14)において高温である逆熱勾配を生成するように十分に表皮層(12)を冷却し、それにより表皮層(12)に水泡を作らないように十分に表皮層(12)を冷却するように構成された冷却要素(24)；を備えたことを特徴とする、皮膚を引き締めるための装置(10)：。
  2. 電磁エネルギー供給装置が、電磁エネルギー源(28)を含み、前記電磁エネルギー源が無線周波数、マイクロ波、超音波またはレーザーエネルギー源のいずれかを含む、請求項1記載の装置(10)。
  3. 少なくとも１つのセンサー(52)を含み、該コントローラー(68)が前記センサー(52)に結合されており、前記センサー(52)の出力が前記コントローラー(68)により使用されて、熱エネルギーの供給をコントロールする、請求項1または2に記載の装置(10)。
  4. 該電磁エネルギー源(28)がレーザー源である、請求項2記載の装置(10)。
  5. 該電磁エネルギー源(28)が無線周波数源である、請求項2記載の装置(10)。
  6. 該電磁エネルギー源(28)が超音波源である、請求項2記載の装置(10)。
  7. 該電磁エネルギー供給装置が少なくとも１つの電極(26)を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置(10)。
  8. 該電極が伝導性パッド復帰電極を含む単極電極である、請求項7記載の装置(10)。
  9. 該電極が二極電極である、請求項7記載の装置(10)。
  10. 該コントローラーがソフトウェアを含むコンピューターである、請求項1〜9のいずれか一項に記載の装置(10)。
  11. 表皮層(12)が約40〜60℃の温度範囲を有し、その下部コラーゲン組織が約60〜80℃の温度範囲を有するように該コントローラーがコントロールする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の装置(10)。
  12. 該センサーが熱測定、インピーダンス測定または両測定を行う、請求項3記載の装置(10)。
  13. 該コントローラー(68)が温度及び電力をコントロールする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の装置(10)。
  14. 該コントローラー(68)が、モニターされた組織温度または電力フローに対するインピーダンスに基づいて処理プロセス変数をコントロールするように構成されている、請求項1〜13のいずれか一項に記載の装置(10)。
  15. 処理プロセス変数が、電力、デューティーサイクル、単極又は二極エネルギー供給、電解液の供給、流速及び圧力、及び時間、温度および／またはインピーダンスによるプロセスの終了時の決定、から選択される、請求項14記載の装置(10)。
  16. コントローラー(68)が、治療活性のレベルを決定するために診断段階を初めに行うことができるソフトウェアとコンピューターとを含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載の装置(10)。
  17. コントローラー(68)が、コラーゲン組織(14)への十分な熱エネルギー供給をコントロールして、表皮層(12)の下部の線維質隔膜組織におけるコラーゲンを変性するように構成されている、請求項1〜16のいずれか一項に記載の装置(10)。
  18. コントローラー(68)が、コラーゲン組織(14)への十分な熱エネルギー供給をコントロールして、脂肪の房室を減少させ、リポサイトにおける脂肪の正味の減少を起こし、処理皮膚領域の下の体積の正味の減少を達成するように構成されている、請求項1〜17のいずれか一項に記載の装置(10)。
  19. コントローラー(68)が、コラーゲン組織(14)への十分な熱エネルギー供給をコントロールして、コラーゲン組織(14)におけるコラーゲンを変性するように構成されている、請求項1〜18のいずれか一項に記載の装置(10)。
  20. コントローラー(68)が、コラーゲン組織(14)への十分な熱エネルギー供給をコントロールして、瘢痕コラーゲンの形成を誘導するように構成されている、請求項1〜19のいずれか一項に記載の装置(10)。
  21. コントローラー(68)が、コラーゲン組織(14)への十分な熱エネルギー供給をコントロールして、瘢痕コラーゲン(14)を収縮するように構成されている、請求項20に記載の装置(10)。
  22. 連続的マルチプル処理を使用して、瘢痕コラーゲン(14)を収縮する、請求項21記載の装置(10)。
  23. コントローラー(68)が、表皮層(12)及びその下の層における逆熱勾配の生成をコントロールするように構成されている、請求項1〜22のいずれか一項に記載の装置(10)。
  24. 表皮層(12)が腿、膝、腕、背中、臀部、顔、首、腹部、または胸部上に存在する、請求項1〜23のいずれか一項に記載の装置(10)。
  25. コラーゲン組織(14)が、表皮層(12)の下の真皮層に存在する、請求項1〜24のいずれか一項に記載の装置(10)。
  26. コラーゲン組織(14)が、皮下脂肪層に存在する、請求項1〜24のいずれか一項に記載の装置(10)。
  27. コントローラー(68)がフィードバックコントロールを使用している、請求項1〜26のいずれか一項に記載の装置(10)。
  28. 冷却要素(24)が、熱エネルギー供給装置内に含まれる、請求項1〜27のいずれか一項に記載の装置(10)。
  29. 熱エネルギー供給装置が弾性外被を含む、請求項1〜28のいずれか一項に記載の装置(10)。
  30. 装置(10)がしわを治療するために使用される、請求項1〜29のいずれか一項に記載の装置(10)。
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