KR102068728B1 - 초음파 치료를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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가이디드 테라피 시스템스, 엘.엘.씨.
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Abstract

초음파 치료를 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 초음파를 포함하는 음향 에너지는 어퍼쳐를 갖는 마스크에 입력 에너지로 제공될 수 있다. 이러한 어퍼쳐들은 치료 영역 및 치료 작용들 내에 조절된 출력 음향 에너지를 생성하기 위한 2차 음향 소스로 작용한다. 적절한 제어 하에 출력 에너지는 조직 내에 정밀하게 위치되고 제어될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 방법 및 시스템은 조직 내 출력 에너지 분포를 생성하는 것에 기반한 초음파 치료를 위해 구성된다. 일부 실시예들에 있어 방법 및 시스템은 조직 내 출력 온도 분포를 생성하는 것에 기반하여 구성된다.

Description

초음파 치료를 위한 방법 및 시스템{METHODS AND SYSTEMS FOR ULTRASOUND TREATMENT}
본 출원은 여기에 모두 일체로 참조된 2011년 7월 10일 출원된 미국 가특허출원 제61/506,125호 "Systems and Methods for Creating Shaped Lesions", 2011년 7월 10일 출원된 미국 가특허출원 제 61/506,127호 "Systems and Methods for Treating Injuries to Joints and Connective Tissue", 2011년 7월 10일 출원된 미국 가특허출원 제61/506,126호 "System and Methods for Accelerating Healing of Implanted Materials and/or Native Tissue", 2011년 7월 10일 출원된 미국 가특허출원 제61/506,160호 "Systems and Methods for Cosmetic Rejuvenation", 2011년 7월 10일 출원된 미국 가특허출원 제61/506,163호 "Methods and Systems for Ultrasound Treatment", 2011년 7월 11일 출원된 미국 가특허출원 제61/506,609호 "Systems and Methods for Monitoring Ultrasound Power Efficiency" 및 2011년 7월 11일 출원된 미국 가특허출원 제61/506,610호 "Methods and Systems for Controlling Acoustic Energy Deposition into a Medium"에 대한 우선권을 가지며 그 이익을 향유한다.
조직을 치료하기 위하여, 기계적 수단, 레이저, 그 밖에 광자 기반 소스, 무선 주파수(RF) 전류, 마이크로파, 극저온 기반 기술, 및 이들과 기타 다른 수단들의 조합을 포함하는 다양한 방법과 시스템들이 존재한다.
이들 방식들 각각은 공간적 제어와 치료 중 정밀성에서 높은 정도를 방해하는 제한들을 가지고 있다. 예를 들어, 조직 내에서 광자들의 지나친 흡수 및 분산은 광 기반 치료를 조직에만 해당되는 표면적인 적용으로 격하시킨다. 일반적으로, RF 소스로부터 방출되는 것과 같은 전류는 최소 임피던스의 경로를 따라 흐르고 확산되며 비선택적이어서 조직에 최대 효과는 소스에서 발생한다. 또한 마이크로파의 센티미터 파장은 엄격한 포커싱 및 조직 내 에너지 배치를 불가능하게 한다.
초음파는 조직 내 에너지 배치의 깊이와 정밀성을 제공할 수 있다. 그러나 그것은 물리 치료에서 사용되는 것과 같은 광범위한 평면형 소스에 적용되거나 많은 영역을 거쳐 느린 속도로 전자적 또는 기계적으로 연속 스캔되는 포커싱된 음파의 단일 빔으로 적용되는 것에 제한되어 왔다. 멀티 음파 빔을 생성할 수 있는 어레이 기반 시스템은 다루기 어렵고 고가이어서, 일반적으로 제어 또는 유연성에서 높은 정도를 갖는 출력 에너지를 생성할 수 없다.
분리되고 강한 열 작용과 같은 에너지 작용을 생성하기 위하여, 제어된 에너지의 멀티 빔을 동시에 제공할 수 있는 초음파 치료 방법 및 시스템이 요구된다.
초음파 치료를 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 적절한 기능적 제어 하에 초음파를 포함한 음향 에너지는 조직 내에 깊게 침투하고 정밀하게 제어될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어, 방법 및 시스템은 입력 에너지 분포를 생성하는 것에 기반하고, 출력 분포 작용을 생성하기 위한 2차 음향 소스로서 동시에 작용하는 마스크 내 어퍼쳐를 통해 그것을 통과시키는 초음파 치료를 위해 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 방법 및 시스템은 원하는 온도 분포를 생성하고 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들은 임시적 또는 영구적으로 조직에 영향을 미치거나 그것의 생리 작용을 위해 구성된 초음파 치료 시스템을 제공한다. 초음파 치료 시스템은 치료 영역에 음향 또는 기타 다른 에너지를 전달하기 위한 에너지 소스; 에너지 소스의 제어를 가능하게 하는 제어 시스템; 및 치료 영역 내 에너지의 시공간적 분포를 정의하기 위해 제어 시스템과 통신하는 마스크, 어퍼쳐, 마스크 요소, 입력/출력, 및 2차 시스템의 세트를 포함할 수 있다.
일부 실시예들은 초음파 치료를 제공하는 방법을 제공한다. 해당 방법은 치료 영역의 위치를 결정하는 단계; 치료 영역 내에 에너지 소스로부터 음향 에너지를 전달하는 단계; 음향 에너지의 전달을 제어하는 단계; 음향 에너지의 전달에 따라 치료 영역 내 적어도 하나의 치료 작용을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 해당 방법은 음향 에너지의 전달 도중 및/또는 이후에 초음파 치료의 결과를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해당 방법은 추가적인 치료를 계획하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서는 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 보다 충분하게 이해될 것이다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 초음파 치료 시스템 및 방법을 나타내는 블록도이다.
도 2a는 다양한 실시예들에 따른 초음파 시스템 마스크를 나타낸 도면이다.
도 2b-2e는 다양한 실시예에 따른 공간적 압력 분포를 각각 나타낸 그래프이다.
도 2f는 다양한 실시예들에 따른 전이 깊이(transition depth) 대 주파수를 나타낸 도면이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 다양한 초음파 치료 방법 및 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 상이한 마스크 및 트랜스듀서(transducer)의 세트를 나타낸 도면이다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 대표적인 초음파 치료 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 6은 다양한 실시예에 따른 대표적인 초음파 치료 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 대표적인 초음파 치료 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 8은 다양한 실시예에 따른 다양한 초음파 필드를 기술하는 시공간적 식을 나타낸다.
도 9는 다양한 실시예에 따른 음향 치료 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 10은 다양한 실시예에 따른 음향 치료 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 음향 치료 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 12는 다양한 실시예에 따른 음향 치료 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 13은 다양한 실시예에 따른 음향 치료 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 14는 다양한 실시예에 따른 다양한 공간적 음향 작용을 나타내는 그래프 세트이다.
도 15는 다양한 실시예에 따른 다양한 시간적 음향 작용을 나타내는 그래프 세트이다.
도 16은 다양한 실시예에 따른 공간적 온도 함수를 나타내는 그래프이다.
도 17은 다양한 실시예에 따른 공간적 온도 함수를 나타내는 그래프이다.
도 18은 다양한 실시예에 따른 공간적 온도 함수를 나타내는 그래프이다.
후술하는 설명은 본질적으로 단순한 예시이며, 다양한 실시예들, 그들의 응용들 또는 사용을 제한하려고 의도된 것이 아니다. 여기에서 사용된 바와 같이, "A, B, 및 C 중 적어도 하나"라는 문구는 비배타적 논리연산자 "or"을 이용한 논리식 A or B or C로 해석되어야만 한다. 여기에서 사용된 바와 같이, "A, B, 및/또는 C 중 적어도 하나"라는 문구는 비배타적 논리연산자 "or"을 이용한 논리식 A, B and C 또는 논리식 A or B or C로 해석되어야만 한다. 방법 내 단계들은 본 기술의 원칙들을 변경하지 않으면서도 다른 순서로 실행될 수 있음을 이해하여야 한다.
여기에 설명된 도면들은 예시적인 목적을 위해 선택된 실시예들이지 모든 가능한 구현예들이 아니며, 여기에 개시된 어떠한 다양한 실시예 또는 그 균등물의 범위를 제한하려고 의도되지 않았다. 도면들은 일정한 비율로 작성되지 않았음을 이해하여야 한다. 명확하게 하기 위해서, 동일한 참조번호가 유사한 구성 요소를 식별하기 위해 도면에서 사용된다.
다양한 실시예들은 여기에서 다양한 기능적 요소와 처리 단계로 설명될 수 있다. 그러한 요소들과 단계들은 특정 기능을 수행하는 임의의 개수의 하드웨어 요소에 의해 구체화될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예들은 다양한 의료 치료 장치, 시각적 이미징 및 디스플레이 장치, 입력 터미널 등을 이용할 수 있으며, 이들은 하나 이상의 제어 시스템 또는 다른 제어 장치의 제어 하에 다양한 기능을 수행할 수 있다. 또한, 실시예들은 다수의 의료 상황에서 실행될 수 있으므로 여기에 설명된 음파 조직 치료 방법 및 시스템에 관련된 다양한 실시예들은 본 발명을 위한 예시적인 응용을 나타낼 뿐이다. 예를 들어, 설명된 원칙들, 특징들 및 방법은 임의의 의료 응용에 적용될 수 있다. 더욱이, 다양한 실시예들의 다양한 측면들은 미용 응용에 적절하게 적용될 수 있다. 또한, 일부 실시예들은 피부 및/또는 다양한 피하 조직층의 미용 증진에 적용될 수 있다.
여기에 설명되는 다양한 실시예에 따르면, 방법들은 치료 영역 내에 조절된 시공간적 음향 에너지 분포를 생성하도록 제공된다. 다양한 실시예들은 출력 에너지 분포를 생성하기 위해 마스크를 이용하여 입력 에너지 분포를 조절함으로써 치료 영역 내 음향 에너지의 전달을 제어하는 것을 제공한다. 치료 영역의 타겟된 일부의 온도는 전달된 음향 에너지의 강도에 비례하기 때문에, 다양한 실시예들은 치료 영역 내에 세포 사멸의 한계치(threshold)를 초과하는 음향 에너지 전달을 제어하는 것을 제공한다.
다양한 실시예들은 대상 영역 내 조직을 치료하기 위해 에너지의 집중 및 증가된 파워 출력을 위해 구성되는 초음파 시스템을 제공한다. 일부 실시예들은 소스로부터의 초음파 에너지 강도 보다 마스크로부터의 초음파 에너지 강도가 크도록 하는 마스크를 포함하는 초음파 시스템을 구비한다. 일부 실시예들에 있어, 마스크에서 초음파 에너지의 강도는 마스크의 어퍼쳐 및 너비의 사이즈를 조절함으로써 상이한 깊이, 병변 사이즈 또는 형상에 맞게 조절될 수 있다. 일부 실시예들에 있어 소스는 초음파 에너지의 1차 소스고, 마스크의 출력인 에너지는 에너지의 2차 소스이다.
일부 실시예들에 있어, 마스크는 대상 영역 내 조직 온도를 제어하기 위해 냉각될 수 있다. 조직 내 얕은 깊이에 초음파 시스템을 사용할 때, 커플링 매개체는 어퍼쳐를 채우게 된다. 일부 실시예들에 있어 고주파수는 대상 영역의 조직 내 얕은 깊이를 타겟팅하는 것을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어 1차 소스는 1차 에너지를 각 어퍼쳐의 출구에서 2차 소스인 새로운 에너지 필드로 변환하는 복수의 어퍼쳐를 포함하는 마스크에 초음파 에너지를 제공한다. 일부 실시예들에 있어 마스크의 너비는 도파관으로서 어퍼쳐를 구성할 수 있도록 보다 클 수 있다. 일부 실시예들에 있어 마스크의 두께는 2차 소스의 에너지 필드에 맞게 조절될 수 있다.
일부 실시예들에 있어 마스크는 평평하지 않은 형상을 가질 수 있고, 하나의 포인트에 에너지를 집중시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어 마스크를 포함하는 초음파 시스템은 피부 표면 내 병변을 생성할 수 있다. 마스크는 대상 영역 내 피부 표면에 병변을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어 초음파 시스템은 마스크에 결합되거나 마스크에 통합되고 마스크의 온도를 조절하도록 구성되는 온도 조절기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 마스크의 온도는 전류 또는 펠티어 모듈(Peltier module)을 이용하여 조절될 수 있다. 마스크의 온도를 조절하는 것은 피부 표면의 치료를 위한 에너지의 2차 소스를 구성하기 위해 이용될 수 있다. 마스크의 온도를 조절하는 것은, 에너지의 3차 소스일 수 있는 광자 기반 에너지 소스의 이용을 위해 구성될 수 있다. 일반적으로 마스크는 초음파 에너지를 흡수함에 의해 가열되지 않도록 음향 또는 초음파 에너지를 흡수할 것이다.
다양한 실시예들은 치료 작용을 생성하기 위해 마스크의 어퍼쳐 상에 음파 에너지 소스를 집중하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 일부 실시예들에 있어 어퍼쳐들은 어퍼쳐 영역이 트랜스듀서에 의해서만 커버되는 경우보다 강한 파워 출력을 제공할 수 있다. 어퍼쳐들은 다양한 사이즈, 깊이 및 형상의 치료 작용을 생성하기 위해 다양한 사이즈 및 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어 음향 에너지는 치료에 있어 다양한 사이즈, 깊이 및 형상을 생성하기 위해 하나 이상의 주파수들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어 어퍼쳐들은 예를 들어 열 제어 요소와 같은 보조 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 음파 에너지 소스와 마스크 사이의 커플링 매개체는 액상일 수 있고 열적, 수압(hydraulic) 및/또는 공압(pneumatic) 제어를 포함할 수 있다. 액상 커플링 매개체는 치료 영역에 외적인 커플링을 제공하기 위해 어퍼쳐를 통해 제공될 수 있다. 커플링 매개체는 온도가 제어될 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 치료 작용은 대상 영역 내 조직의 열 작용일 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 치료 작용은 대상 영역 내 조직 내의 비열 작용(non-thermal effect)일 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 치료 작용은 피부 표면 아래에서 시작되거나 피부 표면으로 연장될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 음파 에너지 및 마스크의 어퍼쳐는 3차원적으로 가변될 수 있고, 및/또는 시간적으로 가변될 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 초음파 치료 시스템은 초음파 영상화와 조합될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 초음파 치료 시스템은 다른 영상화, 다른 센싱 시스템, 및/또는 조직 파라미터 모니터링 시스템과 조합될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 초음파 치료 시스템은 광자 기반, RF 전류 또는 다른 에너지 소스와 조합될 수 있다.
다양한 실시예들은 초음파 치료를 제공하기 위한 방법을 제공한다. 일부 실시예들에 있어 해당 방법은 1차 에너지 소스로부터 1차 초음파 에너지 필드를 방출하는 단계; 마스크 내 복수의 어퍼쳐 내에 1차 초음파 에너지 필드를 전달하는 단계; 1차 초음파 에너지 필드를 강도가 증가된 복수의 2차 초음파 에너지 필드로 변환하는 단계; 조직을 포함하는 치료 영역 내에 복수의 2차 초음파 에너지 필드를 전달하는 단계; 및 치료 영역 내 열 작용을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 방법은 출력 에너지를 전달하는 동안 치료 영역 내 적어도 하나의 치료 작용을 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 방법은 출력 에너지를 전달한 이후 치료 영역 내 상기 적어도 하나의 치료 작용의 결과를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 방법은 추가적인 치료를 계획하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어 적어도 하나의 치료 작용은 미용 증진이다. 일부 실시예에 있어 적어도 하나의 치료 작용은 응고, 관류 증가, 염증 감소, 열충격단백질 발생 및 치유 과정의 개시 중 적어도 어느 하나이다. 일부 실시예들에 있어 적어도 하나의 치료 작용은 부상 위치 내 염증을 감소시키고 치료 영역의 적어도 일부 내에 응고 반응을 개시한다. 일부 실시예에 있어 적어도 하나의 치료 작용은 치료 영역의 일부 내에 콜라겐 성장을 활성화시킨다. 일부 실시예에 있어 방법은 치료 영역을 영상화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들은 초음파 치료 시스템을 제공한다. 일부 실시예들에 있어, 시스템은 1차 초음파 에너지 필드의 전달을 위해 구성되는 1차 에너지 소스; 초음파 에너지를 전달받아 초음파 에너지를 2차 초음파 에너지 필드를 제공하기 위해 구성된 2차 에너지 소스로 변환시키기 위해 구성되는 마스크; 및 1차 에너지 소스 및 2차 에너지 소스의 제어를 가능하게 하기 위한 제어 시스템을 포함할 수 있고, 2차 초음파 에너지 필드의 강도는 1차 초음파 에너지 필드의 강도보다 클 수 있다.
일부 실시예들에 있어 마스크는 제1 초음파 에너지 필드를 2차 초음파 에너지 필드로 변환하기 위해 구성되는 복수의 어퍼쳐를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 시스템은 마스크에 결합되어 마스크의 온도를 조절하도록 작동되는 온도 조절기를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 시스템은 치료 영역 내에 2차 에너지 소스를 통하여 광자 기반 에너지를 전달하기 위해 구성되는 광자 기반 에너지 소스를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 시스템은 치료 영역 내에 2차 에너지 소스를 통하여 무선 주파수 에너지를 전달하기 위해 구성되는 무선 주파수 기반 에너지 소스를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 출력 에너지는 치료 영역 내 치료 작용을 개시하기 위해 구성된다.
다양한 실시예들은 초음파 치료 시스템을 제공한다. 일부 실시예들에 있어 시스템은 1차 초음파 에너지 필드의 전달을 위해 구성되는 1차 에너지 소스; 초음파 에너지를 전달받아 초음파 에너지를 2차 초음파 에너지 필드를 제공하기 위해 구성된 2차 에너지 소스로 변환시키기 위해 구성되는 마스크; 및 1차 에너지 소스 및 2차 에너지 소스의 제어를 가능하게 하기 위한 제어 시스템을 포함할 수 있고, 2차 초음파 에너지 필드의 강도는 1차 초음파 에너지 필드의 강도보다 클 수 있다.
일부 실시예들에 있어 열 작용은 조직을 가열하거나, 치료 영역 내에 온도가 상승된 공형 영역을 생성한다. 일부 실시예들에 있어 열 작용은, 대상 영역 내 병변 생성, 치료 영역의 일부 내 조직 괴사, 치료 영역 내 조직 응고, 치료 영역의 일부 내 조직의 열 용량의 초과, 및 이들의 조합 중 어느 하나이다.
일부 실시예들에 있어, 방법은 1차 에너지 소스와 2차 에너지 소스 중 어느 하나를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 방법은 치료 영역 내에 광자 기반 에너지를 전달하여 치료 영역 내에 제2 치료 작용을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 방법은 치료 영역의 위치를 결정하는 단계; 1차 에너지 소스를 선택하는 단계; 출력 에너지를 생성하기 위해 1차 에너지 소스로부터 복수의 마스크 어퍼쳐를 통해 음향 입력 에너지를 전달하는 단계; 치료 영역 내에 출력 에너지를 전달하는 단계; 및 치료 영역 내 적어도 하나의 치료 작용을 생성하기 위해 출력 에너지를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1에 따르면 초음파 치료의 방법이 도시되어 있다. 다양한 실시예들에 있어, 초음파 치료 방법은 1차 에너지 소스(102)를 조준 배치하는 단계, 및 커플링 매개체(106)을 통해, 2차 소스가 잠재적인 층(116)을 관통한 후에 치료 영역(114) 내에 출력 에너지(112)를 생성하도록 작용하는 마스크(108) 상에 그리고 어퍼쳐(110)를 통해 입력 에너지(104)를 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어 마스크 요소(120)는 마스크(108) 상에 장착되거나, 마스크(108)에 인접하거나, 또는 마스크(1080) 내에 배치되고, 수동 또는 능동 온도 제어 요소를 포함한다. 일부 실시예에 있어 마스크(108)는 몇가지 예를 들면 온도 센서, 접촉 센서, 압력 센서, 광 위치 센서를 포함하는 위치 추적 센서, 임피던스 센서, 트랜스듀서, 흡수기, 반사기, 멤브레인, 매칭층(matching layer), 유체 제어, 수압, 및 공압 요소를 포함할 수 있다.
1차 에너지 소스(102)와 마스크 요소(120)은 제어 시스템(130)을 통해, 관련 소프트웨어 및 방법으로 제어된다. 제어 시스템(130)은 터치 패널, 스위치, 인디케이터(indicator) 및 가청 알람(audible alarm)과 같은 입출력(I/O) 시스템(140)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 2차 시스템(150)은 또한 제어 시스템(130)에 결합되고, 초음파 영상화, 치료 및/또는 모니터링(152), 조직 파라미터 모니터링을 위해 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 추가 에너지 소스는 레이저 또는 광자 기반 치료, 무선 주파수(RF) 기반 치료를 제공할 수 있다. 제어 시스템(130)은 임피던스 모니터링, 비디오 모니터링, 동작 제어에 결합되고, 및/또는 이들을 제어한다. 또한 EEPROM와 같은 메모리 디바이스, 또는 휴대하거나, 손에 쥐고 사용하거나(hand-held), 또는 무선 초음파 치료 시스템을 위한 충전 가능 배터리와 시스템을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어, 1차 에너지 소스(102)는 초음파 또는 다른 음향 소스이다. 다양한 실시예들에 있어, 1차 에너지 소스(102)는, 기하학적 구조, 파워 진폭(power amplitude) 및 타이밍에 있어, 단일 또는 다중 소자 원통형, 구형, 평면형, 렌즈형 또는 전자적 위상(electronically phased)을 갖거나 또는 포커싱되지 않는 음향 소스 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있으며, 이에 따라 입력 에너지(104)의 임의의 공간적 및 시간적 분포를 생성할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어, 초음파 기반 1차 에너지 소스(102)는 납 지르콘산염 티탄산염(lead zirconate titanate) 압전 세라믹 또는 니오브산리튬(lithium niobate)과 같은 다른 트랜스듀서 재질로 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 커플링 매개체(106)는 액체이다. 다양한 실시예들에 있어 커플링 매개체(106)은 겔(gel)이다. 다양한 실시예들에 있어 커플링 매개체(106)는 고체이다. 다양한 실시예들에 있어 커플링 매개체(106)는 기체이다. 다양한 실시예들에 있어 커플링 매개체(106)은 복합 재료이다. 다양한 실시예들에 있어, 치료 영역(114 또는 대상 영역)은 피부 표면 및 피하 조직 하부를 포함한다. 다양한 실시예들에 있어 치료 영역(114)은 플라스틱 또는 출력 에너지(112)에 의해 치료될 수 있는 다른 재질을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어, 초음파 치료 시스템 및 방법은 체내에 또는 함께 이용될 수 있다.
다양한 실시예들에 있어 마스크(108)는 금속이다. 다양한 실시예들에서 마스크(108)는 복합 재질이다. 다양한 실시예들에 있어 마스크(108)는 다층 구조이다. 다양한 실시예들에 있어 마스크(108)는 수동으로 이동되거나 동작 메커니즘을 통해 이동될 수 있고, 또한 다른 마스크들과 교체될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 어퍼쳐(110)는 홀(개구)이다. 다양한 실시예들에 있어 커플링 매개체(106)은 고체이고, 어퍼쳐(110)는 고체이고 음파를 안내한다. 그리고 마스크(108)는 빈 공간이거나 음파가 통과하지 않는 그 밖의 재질들로 구성된다. 다양한 실시예들에 있어 마스크(108)는 멤브레인에 의해 커버된다. 다양한 실시예들에 있어 어퍼쳐(110)는 수동 또는 능동 물질이다. 다양한 실시예들에 있어 어퍼쳐(110)는 평면형이거나 렌즈형과 같이 형상을 갖는다. 다양한 실시예들에 있어 어퍼쳐(110)는 도파관이다. 다양한 실시예들에 있어 마스크(108)는 잠재적인 층(116)을 통해 치료 영역(114)으로 음파를 부분적으로 전달한다. 다양한 실시예들에 있어 마스크(108)는 입력 에너지(104)의 일부 또는 전부를 반사하거나, 방향을 바꾸거나, 및/또는 분산시킬 수 있다.
다양한 실시예들에 있어 출력 에너지(112)는 치료 영역(114) 내에 기계적인 작용을 생성할 수 있다. 예를 들어 기계적인 작용은, 캐비테이션(cavitation), 진동(vibration), 유체 역학(hydrodynamic), 공진 유도(resonance-induced), 스트리밍(streaming), 진동-음향 자극(vibro-accoustic stimulation), 또는 압력 변화(pressure gradient) 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 출력 에너지(112)는 치료 영역(114) 내 제거 작용(ablative effect)을 생성할 수 있다. 예를 들어 제거 작용은 병변 생성, 조직 괴사, 응고 또는 조직 열 용량의 초과 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 출력 에너지(112)는 치료 영역(114) 내 열 작용을 생성한다. 예를 들어 열 작용은 피하 조직의 가열, 온도가 상승된 공형 영역의 생성 또는 온도가 상승된 공형 영역과 온도가 상승된 제2 공형 영역의 생성 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 있어 출력 에너지(112)는 치료 영역(114) 내 하나 이상의 생물학적 작용을 유발(개시 및/또는 활성화)할 수 있다. 생물학적 작용은 열충격단백질의 활성화 또는 그 양의 증가일 수 있다. 그러한 생물학적 작용은 백혈구가 치료 영역(114) 내 피하 조직의 일부의 치료를 증진하도록 야기할 수 있다. 생물학적 작용은 치료 영역(114) 및/또는 그에 근접한 조직 내 상처 치유 과정을 재시작하거나 가속할 수 있다. 생물학적 작용은 치료 영역(114) 및 그에 근접한 조직 내에 혈액 관류(blood perfusion) 증가일 수 있다. 생물학적 작용은 콜라겐 성장의 자극일 수 있다. 생물학적 작용은 시토킨의 유리(liberation of cytokines)를 증가시키고, 조직 영역(114) 및/또는 그에 근접한 조직 내에 반작용적인 변화를 생성할 수 있다. 생물학적 작용은 조직 영역(114) 및/또는 그에 근접한 조직 내에 염증 감소일 있다. 생물학적 작용은 적어도 부분적으로 조직 영역(114) 및/또는 그에 근접한 조직 내의 콜라겐 일부의 수축일 수 있다. 생물학적 작용은 조직 영역(114) 및/또는 그에 근접한 조직 내에 단백질의 변성일 수 있다.
생물학적 작용은 조직 영역(114) 및/또는 그에 근접한 조직 내에 즉각적인 또는 지연된 세포 사멸(cell death, apoptosis)의 생성일 수 있다. 생물학적 작용은 조직 영역(114) 및/또는 그에 근접한 조직 내 콜라겐의 리모델링일 수 있다. 생물학적 작용은 생화학적 과정의 분열 또는 변경일 수 있다. 생물학적 작용은 새로운 콜라겐의 생성일 수 있다. 생물학적 작용은 조직 영역(114) 및/또는 그에 근접한 조직 내 세포 성장의 자극일 수 있다. 생물학적 작용은 혈관 형성(angiogenesis)일 수 있다. 생물학적 작용은 세포 투과 반응(cell permeability response)일 수 있다. 생물학적 작용은 조직 영역(114) 및/또는 그에 근접한 조직에 약물 전달의 증가일 수 있다.
다양한 실시예들에 있어, 출력 에너지(112)는 여기서 설명되는 바와 같이 치료 영역 (114) 내의 하나 이상의 생물학적 반응을 개시 및/또는 활성화할 수 있다. 예를 들어 생물학적 반응은 투열 요법(diathermy), 지혈(hemostasis), 혈관 재생(revascularization), 혈관 형성(angiogenesis), 연결 조직의 성장(growth of interconnective tissue), 조직 개선(tissue reformation), 기존 조직의 제거(ablation of existing tissue), 단백질 합성(protein synthesis) 및/또는 세포 투과의 증가(enhanced cell permeability) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
도 2a 및 다양한 실시예들에 따르면, 초음파 치료 시스템은 측면 치수 s의 어퍼쳐(110)를 갖고 치료 영역(114) 내에 출력 에너지(112)를 생성하는, 마스크(108)에 입사되는 하나 이상의 파장(λ)의 입력 에너지(104)를 포함할 수 있다. 도 2b 내지 도 2e를 참조하면, 치료 영역(114) 내 출력 에너지(112)의 공간적 분포는 어퍼쳐의 측면 s가 λ/2 로부터, λ, 2λ, 10λ로 증가되는 단일 어퍼쳐(110)로부터 도시되어 있다. 예를 들어 음향적으로 작은 어퍼쳐, 즉 λ ≤ 1인 경우, (x 또는 y에 따른) 측방향 및 (z에 따른) 축방향 정규화된 압력 크기는 부드럽고 단조로운 곡선을 따른다. 그러나, 음향적으로 큰 어퍼쳐, 즉 λ > 1인 경우, 치료 영역(114) 내 음향적 보강 간섭 및 상쇄 간섭이 측면 s를 갖는 사각형 어퍼쳐에 대해 s2/4λ 또는 반경 a의 원형 어퍼쳐에 대해 a2/λ인 소위 원거리음장(far-field) 전이 거리에 근접하여 일어나는 축방향 피크를 갖는 보다 복잡한 출력 에너지 분포를 생성한다. 도 2f에 따르면, 다양한 실시예들에서 마스크(108), 어퍼쳐(110), 에너지 소스(102), 마스크 요소(120) 및 제어 시스템(130)은 치료 영역(114) 내 원하는 깊이에 출력 에너지(112)의 자유장(free-field) 최대치를 두도록 구성된다. 다양한 실시예들에 있어 렌즈형 어퍼쳐는 치료 영역(114) 내 음향 필드 공간 분포를 더 제어할 수 있다.
도 3으로 이동하여, 일부 실시예들에 있어 입력 음향 에너지(104), 마스크(108) 및 어퍼쳐(110)는 치료 영역(114) 내 깊이(304)가 온도 제어 요소와 같은 마스크 요소(120)를 통해 선택적으로 조절되는 열 작용과 같은 치료 작용(302)을 생성하는 출력 에너지(112)를 생성한다. 다양한 실시예들에 있어, 원하는 치료 작용(302)은 표면을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 입력 에너지(104)의 주파수 변화는 치료 작용(302)의 위치를 이동시키고, 및/또는 치료 작용(302)의 다중 깊이를 제공하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 마스크(108)는 어퍼쳐(110)을 갖거나 갖지 않고, 액체 커플링 매개체(106)을 보유하기 위해 이용되는 멤브레인층 또는 기타 다른 층 등의 층(108A)과 같은 요소들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 층(108A)는 플라스틱 필름이다. 다양한 실시예들에 있어 치료 작용(302)은 어퍼쳐(110)에서 입력 에너지(104)의 크기 및 위상(phase)에 기반하여 마스크(108)에 대해 다양한 각도로 일어날 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 적어도 하나의 치료 작용(302)은 치료 영역(114) 내에서 교차될 수 있다.
마스크(108) 및 어퍼쳐(110)의 다양한 실시예들이 도 4에 도시되어 있다. 어퍼쳐(110A)는 어퍼쳐(110B)가 보다 작은 어퍼쳐(110)를 갖고 보다 폐쇄되어 있는 것에 반해, 큰 어퍼쳐부 또는 메쉬형 마스크(108)를 나타낸다. 다양한 실시예들에 있어 인접한 어퍼쳐(110) 간 상대적인 음향적 간격은 그들의 출력 에너지(112)가 부분적으로 또는 완전하게 치료 영역(114) 내에서 조합되는지 또는 독립적인 음파 필드로서 고려될 수 있는지 여부를 결정한다. 일부 실시예들에 있어, 어퍼쳐(110C)는 직선형 또는 주기적인 패턴과 반대로 경계 내에서 불규칙한 공간적 패턴 내에 위치되고, 피부 표면 상의 부종(edema) 또는 홍반(erythema) 과 같은 잠재적인 치료 부작용을 가리는데 이용될 수 있다. 다양한 실시예에 있어 마스크(108)는 치료 영역(114) 내 출력 에너지(112)의 다중 패턴을 생성할 수 있는 어퍼쳐(110D, 110D')와 같이 다중 사이즈 또는 형상을 갖는 어퍼쳐를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 적어도 2개의 상이한 직경 또는 크기를 갖는 어퍼쳐(110D, 110D')는 상이한 2개의 치료 깊이를 생성할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어, 적어도 2개의 상이한 직경 또는 크기의 어퍼쳐(110D, 110D')는 2개의 상이한 크기의 치료 영역을 생성할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 마스크(108)는 어퍼쳐(110E)들의 라인, 또는 상이한 축들을 따라 출력 에너지(112)의 상이한 필드 패턴을 생성할 수 있는 슬롯과 같은 다차원 어퍼쳐(110F)로 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어, 마스크(402)는 하나 이상의 존(zone), 및 초음파 이미징 또는 모니터링 시스템을 위한 트랜스듀서 등 통합될 수 있는 2차 시스템(150)으로 분할될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 트랜스듀서는 마스크(402)를 따라 선형으로 구성될 수 있거나 횡방향 또는 마스크(404)의 중심을 따라 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 다양한 실시예들에 따르면, 1차 에너지 소스(102)는, 치료 영역(114) 내에 출력 에너지(112)의 패턴을 생성하기 위해, 큰 표면 영역(예를 들어 구형 쉘(shell))로부터 방출된 음향 입력 에너지(104)를 물과 같은 폐쇄된 커플링 매개체(106) 및 어퍼쳐(110)를 통해 스테인리스 스틸 마스크와 같은 마스크(108) 상에 집중시키는, 구형으로 포커싱되거나 렌즈형을 갖는 초음파 소스일 수 있다. 그러한 실시예들에 있어, 출력 에너지(112)의 레벨은 작은 어퍼쳐부(110)를 통해 방출되더라도 매우 강하게 만들어질 수 있다. 그리고 그러한 강한 음파 레벨은 치료 영역(114) 내에서 열 작용과 같은 치료 작용(302)를 위해 활용될 수 있다. 그러한 실시예들은 어퍼쳐(110)가 물리적으로 작거나 음향적으로 작은 경우에도 파워의 많은 양이 어퍼쳐(110)에서 방출될 수 있음을 도시한다. 단일 능동 트랜스듀서 소자가 어퍼쳐(110)에 배치된다면 그러한 큰 파워 출력이 쉽게 전달되지 않을 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 액체 커플링 매개체(106)는 대기압 이상으로 수용될 수 있거나 캐비테이션을 피할 수 있는 물질로 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어, 액체 저장부는 커플링 매개체(106)의 수위를 유지하기 위해 이용될 수 있다. 다양한 실시예들은 외부에서 치료 영역(114)에 음향적인 커플링(결합)을 제공하도록 액체 커플링 매개체(106)를 배출하기 위해 이용될 수 있다.
다양한 실시예들과 도 6을 참조하면, 1차 에너지 소스는 치료 영역(114) 내에 출력 에너지(112)의 패턴을 생성하기 위해, 큰 표면 영역(예를 들어 원통형 쉘(shell))로부터 방출된 음향 입력 에너지(104)를 마스크(108) 상에 그리고 어퍼쳐(110)를 통해 집중시키는, 원통형 포커싱 초음파 소스이다. 다양한 실시예들에 있어, 1차 에너지 소스는 위상 변화 및/또는 빔 조종을 포함하고, 마스크(108) 및 어퍼쳐(110) 상에 빔 형성을 포함하는 위상 어레이(phased array)이다.
도 7에 도시된 바와 같은 다양한 실시예들에 따르면, 1차 에너지 소스는 입사되는 음향 입력 에너지(105)를 마스크(108) 상에 집중시킨다. 그리고 그러한 입사되는 음향 에너지(105)의 일부는 그러한 마스크(108)에 의해 반사되어 되돌아 가고, 반사된 입력 에너지(104')는 흡수기(702)에 의해 흡수된다. 일 실시예에 있어, 1차 에너지 소스의 어퍼쳐부는 반사된 입력 에너지(104')가 통과하도록 한다. 다른 실시예에 있어 흡수기(702)는 소스의 표면 상에 또는 전방에 위치된다. 다른 실시예에 있어 1차 소스는, 저항을 포함하는 네트워크에 의해 전자적으로 약해진 전기적으로 절연된 영역과 같이, 반사된 에너지가 그것을 방해하는 위치에서 전기적으로 절연된다. 다른 실시예에 있어 1차 에너지 소스(102)의 어퍼쳐부는 음파를 흡수하고 약화시키며 액체 커플링 유체 수압 제어로서 제공되는 플라스틱 관을 포함한다.
도 8로 이동하여, 수학적인 관계(802)는 초음파 치료 시스템을, 시공간적 출력 에너지(112) 분포 함수 O(x, y, z, t)를 생성하기 위해 시공간적 어퍼쳐(110) 마스크(108) 함수 M(x, y, z, t)에 의해 조절되는 시공간적 입력 에너지(104) 분포 함수 I(x, y, z, t)로 요약한다. 음향 필드 분포 및 타이밍은 출력 에너지 함수(112)를 위해 합성될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 마스크 표면은 3차원 및/또는 시간 변화일 수 있다.
다양한 실시예들에 있어 초음파 치료 시스템(100)은, 음향 에너지 및 예를 들어 레이저, 광자 방출 및/또는 무선 주파수 에너지를 포함한 기타 다른 에너지 소스 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 치료, 영상화 또는 치료 도중 및 이후 모니터링 중 적어도 어느 하나를 수행 수 있는 전체적인 시스템이다. 일 실시예에 있어 초음파 치료 시스템(100)은 음향 1차 에너지 소스(102), 제어 시스템(130), 및 적어도 하나의 다른 에너지 소스를 포함하여 모든 것을 하나의 유닛 내에 망라한다.
다양한 실시예들은 초음파 치료를 제공하기 위한 방법을 제공한다. 해당 방법은 치료 영역(114)의 위치를 결정하는 단계, 1차 에너지 소스(102)를 선택하는 단계, 1차 에너지 소스로부터 마스크(108) 어퍼쳐(110)를 통해 치료 영역(114) 상에 음향 입력 에너지(104)를 전달하는 단계, 및 치료 영역(114) 내 적어도 하나의 치료 작용(302)을 생성하기 위해 출력 에너지(112)를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 해당 방법은 출력 에너지(112)를 전달하는 동안 및/또는 이후 초음파 치료의 결과를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해당 방법은 추가적인 치료를 계획하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 해당 방법은 미용 증진의 방법이다.
해당 방법은 적어도 하나의 치료 영역(114)에 적어도 하나의 생물학적 작용의 제공을 포함할 수 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 치료 영역(114) 내 조직의 파괴를 포함할 수 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 치료 영역(114)에 근접한 조직 내 적어도 하나의 생물학적 작용의 발생을 더 포함할 수 있다. 출력 에너지(112)의 하나 이상의 파라미터에 대한 제어는 치료 영역(114)의 분명한 형상을 정의하여 초음파 치료에 영향을 미친다. 출력 에너지(112)가 여기에서 설명된 임의의 방법 및/또는 시스템에 이용될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 지정된 치료 작용(302)은 초음파 치료 시스템(100)에 의해 공간적 및 시간적으로 제어되고 하나 이상의 공형적 체적들로 확장될 수 있는 공형적 체적을 가진다는 점이 인정되어야 할 것이다. 그러한 작용은 음향 1차 에너지 소스(102) 및 연관된 요소들, 마스크(108) 등의 전기적 및/또는 기계적 배치에 의해 제어되고 예측 가능한 파라미터 및 차원을 갖는 하나 이상의 구별된 존을 생성할 것이다.
여기에서 사용되는 바와 같이 미용 증진이라는 용어는 필수적으로 의학적인 것이 아니고 신체 일부의 외모를 개선하거나 변화시키는데 이용되는 시술에 관련될 수 있다. 예를 들어, 미용 증진은 코, 눈, 눈썹, 및/또는 다른 얼굴 부위의 외모를 개선 또는 변화시키거나, 피부의 외모 및/또는 감촉 및/또는 탄성을 개선 또는 변화시키거나, 피부 표면 상의 자국 또는 흉터의 외모를 개선 또는 변화시키거나, 피부 표면에 인접한 지방의 외모 및/또는 함량을 개선 또는 변화시키거나, 신체 일부의 외모를 개선 또는 변화시키기 위해 분비선을 타겟팅하는데 이용될 수 있다. 그것은 사람의 육체적인 행복을 개선하기 위해 의학적으로 나타나는 것이 아니므로, 미용 증진은 선택적인 시술이다. 여기에서 사용된 바와 같이 미용 증진은 질병 또는 기타 다른 의학적 조건을 진단, 예방, 치료 또는 치유를 하지 않는다. 또한 미용 증진은 인간 또는 동물의 신체에 시행되는 수술 또는 치료 및 진단 방법에 의한 인간 또는 동물 신체 치료 방법이 아니다. 미용 증진은 비수술적 및 비침습적 시술이다. 일부 실시예에 있어 미용 증진은 의학 전문가 아닌 사용자에 의해 가정에서 수행될 수 있는 비수술적 및 비침습적 시술일 수 있다.
다양한 실시예들은 예측 가능한 열 필드 분포를 생성하도록 프로그래밍된 시간적 및 공간적 파라미터를 통해 제어되는 에너지 소스를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어, 시스템은 음향 에너지 함수에 의해 제어되는 에너지 소스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 음향 에너지 함수는 에너지 소스의 공간적 파라미터 및 시간적 파라미터를 위한 파라미터들을 제공한다. 에너지 소스는 대상 영역(ROI)을 포함하는 매개체로 에너지를 제공한다. 일부 실시예들에 있어 음향 에너지 함수는 에너지 소스로부터 매개체의 타겟된 일부로의 에너지 방출을 제어한다. 일부 실시예들에 있어 매개체의 타겟된 일부는 대상 영역이다.
매개체는 어떤 고체, 액체, 기체 또는 이들의 조합일 수 있다. 매개체는 진공일 수는 없다. 다양한 실시예에 있어 매개체는 균질하다. 다양한 실시예에 있어 열 저항(열 전도성) 및 열 용량(비열)은 고정된 또는 일정한 또는 선형적인 것 중 적어도 하나이다. 다양한 실시예들에 있어 매개체는 폐쇄 시스템(closed system)이다. 일부 실시예들에 있어 매개체는 부드러운 조직이다. 일부 실시예들에 있어 매개체는 피하 조직과 피하 조직 상의 표면 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
음향 에너지 함수는 대상 영역 내부에 증착되는 에너지 방출 분포를 제어할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 음향 에너지 함수는 음향 에너지 증착의 정밀한 공간적 및 시간적 제어를 제공한다. 따라서 음향 에너지의 제어는 매개체에 독립되고 선택된 시간 및 공간 파라미터 내에 국한된다.
다양한 실시예들에 있어, 에너지 방출 분포와 매개체의 상호 작용은 대상 영역 내 열 에너지 분포를 생성한다. 다양한 실시예들에 있어 열 에너지 분포는 4개의 차원, x, y, z 및 t를 갖는(여기서 t는 온도가 x, y, z 좌표에서 측정된 시간임) 온도 함수에 의해 정의된다. 열 에너지 분포는 시간에 의존된다. 열 에너지 분포는 열 에너지 증착의 공형적 체적일 수 있다. 열 에너지 분포는 3개의 차원, x, y, z를 갖는 매개체 내 체적이다. 분포의 경계는 경계와 경계 외부의 매개체 내의 열 에너지 분포를 정의한다. 분포의 경계는 매개체의 열 용량이 일정하다면 열 에너지에 대해 투명하다. 분포의 경계는 정의될 수 있고 따라서 시스템에 의해 선택 가능하다. 분포의 경계는 정의 가능하다. 음향 에너지 함수에 의해 프로그램되고 및/또는 제어되는 에너지 소스는 공형적 에너지 방출 분포를 제공하여 대상 영역 내 정의된 경계 내에 열 에너지 분포를 생성할 수 있다.
다양한 실시예들에 있어, 열 분포 필드는 작용을 생성하도록 매개체와 상호작용한다. 상이한 열 분포 필드는 매개체 내에 상이한 온도 레벨을 생성한다. 매개체 내에 생성된 작용은 매개체 내 온도 레벨에 의존한다. 다양한 실시예들에 있어 작용은 제거, 캐비테이션, 공진 작용 또는 기계적 에너지 중 하나일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 다양한 실시예에 있어 열 에너지 분포는 공형적 온도 분포의 상승을 생성할 수 있다.
일반적으로, 초음파 에너지는 초음파 주파수에 의존하여 조직 내 수 센티미터 이하의 깊이에 걸쳐 비교적 작은 분산을 가지고 파동으로 전파된다. 전파되는 파동 에너지를 달성 가능한 초점 사이즈는 파장에 의존한다. 초음파 파장은 초음파 주파수로 나누어지는 음향 속도와 동일하다. 매개체에 의한 초음파의 감쇠(주로, 흡수) 또한 주파수에 의존한다. 온도가 증가된 형상화된 공형 분포는 포커싱의 세기, 깊이 및 타입, 에너지 레벨 및 타이밍 흐름(timing cadence)의 조정을 통해 생성될 수 있다. 예를 들어, 포커싱된 초음파는 미세한 열 제거 존의 정밀한 어레이를 생성하기 위해 이용될 수 있다. 초음파 에너지는 예를 들어 부드러운 조직층과 같은 매개체 내에 깊은 제거 존의 어레이를 생성할 수 있다. 초음파 에너지의 반사에 있어 변화의 검출은 원하는 작용을 검출하기 위한 피드백 제어을 위해 이용되고, 노출 강도, 시간 및/또는 위치를 제어하는데 이용될 수 있다.
다양한 실시예들에 있어, 에너지 소스는 음향 에너지 증착의 정밀한 공간적 및 시간적 제어를 통해, 대상 영역 내 매개체의 온도가 증가된 공형적 분포를 제어적으로 생성하는 기능을 갖도록 구성될 수 있다. 즉 초음파 프로브의 제어는 선택된 시간 및 공간 파라미터로 국한되어 그러한 제어는 매개체에 독립된다. 초음파 에너지는 공간적 파라미터를 이용하여 제어될 수 있다. 초음파 에너지는 시간적 파라미터를 이용하여 제어될 수 있다. 초음파 에너지는 시간적 파라미터와 공간적 파라미터의 조합을 이용하여 제어될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제어 시스템 및 에너지 소스는 초음파 에너지 분포 방식을 제어함으로써 초음파 에너지의 공간적 제어를 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 공간적 제어는 대상 영역에 고주파를 방출하는 하나 이상의 트랜스듀서 구성의 타입의 선택, 대상 영역에 대한 초음파 에너지의 전달을 위한 에너지 소스의 배치 및 위치의 선택, 및/또는 에너지 소스의 조직에 대한 커플링을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어 에너지 소스는 특정 방향 또는 그렇지 않으면 대상 영역으로부터의 거리 변화를 갖는 연속된 열 작용을 생성하기 위해 대상 영역 일부 또는 전체에 걸친 스캐닝 및/또는 기타 다른 환경 파라미터의 제어, 예를 들어 초음파 커플링 경계면에서의 온도 제어를 위해 구성될 수 있다. 다른 공간적 제어는 에너지 소스 또는 트랜스듀서 어셈블리의 기하학적 구조, 렌즈, 가변 포커싱 디바이스, 가변 포커싱 렌즈, 스탠드 오프(stand-off), 6자유도 동작 내에서 초음파 프로브의 이동, 트랜스듀서 뒤판(backing), 매칭층, 트랜스듀서 내 변환 소자의 개수, 전극의 개수 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
다양한 실시예들에 있어, 제어 시스템 및 에너지 소스는 구동 진폭 레벨, 주파수, 파형 선택(예를 들어 펄스 타입, 버스트(burst) 또는 연속 파형 및 타이밍 시퀀스), 및 조직의 열 제거를 제어하는 기타 다른 에너지 구동 특성의 조정 및 최적화에 의하는 것과 같이 시간적 제어를 위해 구성될 수 있다. 다른 시간적 제어는 에너지의 전출력(full power) 버스트, 버스트의 형상, 펄스 속도 기간, 연속, 지연 등 에너지 버스트의 타이밍, 버스트 주파수의 변화, 버스트 진폭, 위상, 아포디제이션(apodization), 에너지 레벨 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
공간적 및/또는 시간적 제어는 또한 다양한 공간적 및 시간적 특성의 모니터링에 의한 것과 같이 개루프 및 폐루프 피드백 배열을 통해 가능할 수 있다. 결과적으로 6자유도, 예를 들어 공간적으로 X, Y, Z 영역은 물론 XY, YZ 및 XZ 영역 내 회전축 내에서 음향 에너지의 제어는 가변 형상, 사이즈, 방향의 온도가 증가된 공형적 분포를 발생시키도록 적절히 달성될 수 있다. 예를 들어 공간적 및/또는 시간적 제어를 통해, 에너지 소스는 온도가 상승된 분포의 영역이 함수에 기반하여 제어되는 것을 보유하게 할 수 있다.
일부 실시예들에 있어 초음파 에너지는 포커싱되지 않고 매개체의 표면으로부터 매개체 아래의 일부에 걸쳐 이어지는 체적 내에 증착될 수 있다. 초음파 에너지는 여기에서 설명되는 바와 같은 어떤 특징들을 가질 수 있다. 초음파 에너지는 공간적 파라미터를 이용하여 제어될 수 있다. 초음파 에너지는 시간적 파라미터를 이용하여 제어될 수 있다. 초음파 에너지는 시간적 파라미터와 공간적 파라미터의 조합을 이용하여 제어될 수 있다.
대상 영역의 타겟된 일부 내 온도가 전달된 음향 에너지의 강도에 비례하기 때문에, 다양한 실시예들은 대상 영역 내 조직의 열 용량을 초과하는 분포 함수를 이용하여 대상 영역으로의 전달 음향 에너지의 제어를 제공한다. 일부 실시예들은 대상 영역의 타겟된 일부 내에 세포 사멸의 한계치를 초과하는 분포 함수를 이용하여 대상 영역 내 전달 음향 에너지의 제어를 제공한다. 다양한 실시예들은 대상 영역 내 조직의 열 용량을 초과하지 않는 분포 함수를 이용하여 대상 영역 내 전달 음향 에너지의 제어를 제공한다. 다양한 실시예들은 스텝 함수를 이용하여 대상 영역으로의 전달 음향 에너지의 제어를 제공한다.
조직의 음향적 치료를 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 적절한 기능적 제어 하에 초음파를 포함한 음향 에너지는 조직 내에 깊게 침투하고 정밀하게 제어될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어, 방법 및 시스템은 에너지 분포 함수를 생성하는 것에 기반한 조직 내 음향 에너지 증착을 위해 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 방법 및 시스템은 매개체 내에 온도 분포 함수를 생성하는 것에 기반하여 구성될 수 있다.
일부 실시예들은 임시적 또는 영구적으로 조직에 영향을 미치거나 그것의 생리 작용을 위해 구성된 초음파 치료 시스템을 제공한다. 초음파 치료 시스템은 대상 영역에 치료 함수를 제공하기 위해 음향 또는 기타 다른 에너지를 전달하기 위한 에너지 소스; 에너지 소스의 제어를 가능하게 하는 제어 시스템; 및 제어 시스템과 통신하고, 대상 영역 내 치료 함수를 제공하기 위해 에너지의 시공간적 분포를 정의하는 함수 f(x,y,z,t)의 세트를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 함수 f(x,y,z,t)의 세트는 치료 함수를 제공하기 위해 대상 영역에 전달되는 음향 에너지의 열 분포를 제어한다. 일부 실시예들에 있어, 함수 f(x,y,z,t)의 세트는 대상 영역 내 원하는 치료 함수를 생성한다.
일부 실시예들에 있어, 시스템은 대상 영역을 영상화하기 위해 구성되는 영상화 함수를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 시스템은 대상 영역 내 치료 함수를 제공하도록 에너지를 전달하기 위해 구성되는 제2 에너지 소스를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 제2 에너지 소스는 광자 기반 에너지 소스, RF 에너지 소스 및 마이크로파 에너지 소스 중 어느 하나이다.
일부 실시예들에 있어, 방법은 음향 에너지의 전달 도중 치료 함수의 결과를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어 방법은 음향 에너지의 전달 이후 음향 조직 치료의 결과를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 방법은 추가적인 치료를 계획하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 치료 함수는 대상 영역 내 적어도 하나의 열 작용을 개시한다. 일부 실시예에 있어 적어도 하나의 열 작용은 대상 영역의 가열 또는 대상 영역 내 온도가 상승된 공형 영역의 생성 중 어느 하나이다. 일부 실시예들에 있어 열 작용은 대상 영역 내 병변 생성, 대상 영역 일부 내 조직 괴사, 대상 영역 내 조직 응고 또는 대상 영역 일부 내 조직의 열 용량 초과 및 이들의 조합 중 어느 하나이다.
일부 실시예들에 있어, 치료 함수는 대상 영역 내 적어도 하나의 기계적 작용을 개시한다. 일부 실시예들에 있어 적어도 하나의 기계적 작용은 캐비테이션, 진동, 유체 역학, 공진 유도, 스트리밍, 진동-음향 자극, 또는 압력 변화 및 이들의 조합 중 적어도 어느 하나이다.
다양한 실시예들은 조직의 음향적 치료를 제공하기 위한 방법을 제공한다. 해당 방법은 대상 영역의 위치를 결정하는 단계; 시공간적 치료 함수 e(x,y,z,t)를 산출하는 단계; 에너지 소스로부터 대상 영역으로 음향 에너지를 전달하는 단계; 시공간적 치료 함수 e(x,y,z,t)를 이용하여 음향 에너지 전달을 제어하는 단계; 음향 에너지 전달로 대상 영역 내 적어도 하나의 치료 함수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어 방법은 음향 에너지의 전달 도중 및/또는 이후에 치료 함수의 결과를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해당 방법은 추가적인 치료를 계획하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들은 조직의 음향적 치료를 제공하기 위한 방법을 제공한다. 일부 실시예들에 있어 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역을 식별하는 단계; 시공간적 치료 함수 e(x,y,z,t)를 산출하는 단계; 에너지 소스로부터 대상 영역으로 음향 에너지를 전달하는 단계; 음향 에너지 전달로 적어도 하나의 대상 영역 내 원하는 온도 함수 T(x,y,z,t)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 방법은 적어도 하나의 대상 영역 내 원하는 온도 함수 T(x,y,z,t)의 온도를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역 내 원하는 온도 함수 T(x,y,z,t)를 유지하도록 음향 에너지 전달을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어, 해당 방법은 음향 에너지의 전달 도중 및/또는 이후에 음향 조직 치료의 결과를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해당 방법은 그 결과에 근거하여 계속적인 치료를 계획하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역에 적어도 하나의 생물학적 작용의 제공을 포함할 수 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역 내 조직의 파괴를 포함할 수 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역에 근접한 조직 내 적어도 하나의 생물학적 작용의 발생을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어 방법은 적어도 하나의 대상 영역 내 원하는 온도 함수 T(x,y,z,t)의 온도를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역 내 원하는 온도 함수 T(x,y,z,t)를 유지하도록 음향 에너지 전달을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 해당 방법은 음향 에너지의 전달 도중 및/또는 이후에 음향 조직 치료의 결과를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어 방법은 온도 함수에 기반하여 적어도 하나의 대상 영역 내 적어도 하나의 생물학적 작용을 제공하는 것을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 적어도 하나의 생물학적 작용은 대상 영역의 적어도 일부 내 조직의 파괴이다.
일부 실시예들에 있어 방법은 온도 함수에 기반하여 적어도 하나의 대상 영역에 근접한 조직 내 적어도 하나의 생물학적 작용을 발생시키는 것을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 방법은 대상 영역 내에 광자 기반 에너지를 전달하여 대상 영역 내에 치료 작용을 개시하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 방법은 대상 영역 내에 무선 주파수 기반 에너지를 전달하여 대상 영역 내에 치료 작용을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
도 9에 따르면, 음향 조직 치료의 방법이 도시되어 있다. 다양한 실시예들에 있어, 음향 조직 치료 방법은 소스 영역(1104) 내 에너지 소스(1102)를 배치하는 단계, 에너지(1115)를 잠재적인 표면(1110)을 통해 대상 영역(1108) 내부로 전달하는 단계 및 타겟된 함수 영역(1106) 내의 시공간적 음향 에너지 함수(1112)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 에너지 소스(1102)는 음향 에너지(1115)를 타겟된 함수 영역(1106)으로 전달하는 음향 에너지 소스이다. 일부 실시예들에 있어, 에너지 소스(1102)는 적어도 하나의 다른 에너지 소스를 갖는 음향 에너지 소스의 조합이고, 타겟된 함수 영역(1106) 및 소스 영역(1104) 중 적어도 어느 하나에 예를 들어 냉각 등 에너지의 삭감을 포함하여 음향 에너지 및 적어도 하나의 다른 에너지를 전달하기 위해 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 있어 음향 에너지(1115)는 에너지 소스(1102)에 전파되거나 에너지 소스(1102)로부터 전파된다. 다양한 실시예들에 있어 에너지 소스(1102)는 초음파 에너지를 방출하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 음향 에너지 함수(1112)는 대수적, 기하학적, 컨볼루션(convolution) 또는 동일 또는 상이한 에너지 소스 또는 소스(1102)를 위한 동일 또는 상이한 함수들 중 하나 이상의 기타 다른 수학적 조합일 수 있다. 예를 들어 음향 에너지 함수(1112)는 시간 t은 물론 3개의 직교축 x, y 및 z에 의해 대변되는 공간의 함수 f로 정의되어 에너지 분포 e는 e = f(x, y, z, t)라는 수학적 기호로 간단히 대변될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 음향 에너지 함수(1112)는 에너지 소스(1102)를 제어하여, 일부 실시예들에서 열 에너지 분포인 타겟된 함수 영역(1106)을 생성한다. 일부 실시예들에 있어 타겟된 함수 영역(1106)은 열적 3D 화소(voxel)이다.
조직 표면과 같은 잠재적인 표면(1110)은 에너지 소스(1102)와 타겟된 함수 영역(1106) 사이에 존재하거나 그렇지 않을 수 있다. 그리고 이러한 경우 소스 영역(1104) 내에 놓인 에너지 소스(1102)는 또한 대상 영역(1108) 내에 위치할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 음향 조직 치료 방법은 여기에서 설명되는 바와 같이 미용 증진 방법에 제한된다.
다양한 실시예들에 있어, 음향 에너지 함수(1112)는 타겟된 함수 영역(1106) 내에 기계적 작용을 생성한다. 예를 들어 기계적 작용은 캐비테이션, 진동, 유체 역학, 공진 유도, 스트리밍, 진동-음향 자극, 또는 압력 변화 또는 이들의 조합 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 음향 에너지 함수(1112)는 타겟된 함수 영역(1106) 내에 제거 작용을 생성한다. 예를 들어 제거 작용은 병변 생성, 조직 괴사, 응고 또는 조직 열 용량의 초과 또는 이들의 조합 중 어느 하나일 수 있다. 다양한 실시예들에 있어 음향 에너지 함수(1112)는 타겟된 함수 영역(1106) 내에 열 작용을 생성한다.
예를 들어 열 작용은 피하 조직의 가열, 상승된 온도 분포를 갖는 공형 영역의 생성, 또는 상승된 온도 분포의 공형 영역의 생성 및 상승된 온도 분포를 갖는 제2 공형 영역의 생성 또는 이들의 조합일 수 있다. 온도가 상승된 형상화된 공형적 분포는 포커싱의 세기, 깊이 및 타입, 에너지 레벨 및 타이밍 시퀀스의 조정을 통해 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 있어 음향 에너지 함수(1112)는 타겟된 함수 영역(1106) 내 하나 이상의 생물학적 작용을 유발(개시 및/또는 활성화)할 수 있다. 생물학적 작용은 열충격단백질의 활성화 또는 그 양의 증가일 수 있다. 그러한 생물학적 작용은 백혈구가 타겟된 함수 영역(1106) 내 피하 조직의 일부의 치료를 증진하도록 야기할 수 있다. 생물학적 작용은 타겟된 함수 영역(1106) 및/또는 그에 근접한 조직 내 상처 치유 과정을 재시작하거나 가속할 수 있다. 생물학적 작용은 타겟된 함수 영역(1106) 및 그에 근접한 조직 내에 혈액 관류 증가일 수 있다. 생물학적 작용은 콜라겐 성장의 자극일 수 있다. 생물학적 작용은 시토킨의 유리를 증가시키고, 타겟된 함수 영역(1106) 및/또는 그에 근접한 조직 내에 반작용적인 변화를 생성할 수 있다. 생물학적 작용은 타겟된 함수 영역(1106) 및/또는 그에 근접한 조직 내에 염증 감소일 있다. 생물학적 작용은 적어도 부분적으로 타겟된 함수 영역(1106) 및/또는 그에 근접한 조직 내의 콜라겐 일부의 수축일 수 있다. 생물학적 작용은 타겟된 함수 영역(1106) 및/또는 그에 근접한 조직 내에 단백질의 변성일 수 있다.
생물학적 작용은 타겟된 함수 영역(1106) 및/또는 그에 근접한 조직 내에 즉각적인 또는 지연된 세포 사멸의 생성일 수 있다. 생물학적 작용은 타겟된 함수 영역(1106) 및/또는 그에 근접한 조직 내 콜라겐의 리모델링일 수 있다. 생물학적 작용은 생화학적 과정의 분열 또는 변경일 수 있다. 생물학적 작용은 새로운 콜라겐의 생성일 수 있다. 생물학적 작용은 타겟된 함수 영역(1106) 및/또는 그에 근접한 조직 내 세포 성장의 자극일 수 있다. 생물학적 작용은 혈관 형성일 수 있다. 생물학적 작용은 세포 투과 반응일 수 있다. 생물학적 작용은 타겟된 함수 영역(1106) 및/또는 그에 근접한 조직에 약물 전달의 증가일 수 있다.
다양한 실시예들에 있어, 음향 에너지 함수(1112)는 타겟된 함수 영역(1106) 내의 하나 이상의 생물학적 반응을 개시 및/또는 활성화할 수 있다. 예를 들어 생물학적 반응은 투열 요법, 지혈, 혈관 재생, 혈관 형성, 연결 조직의 성장, 조직 개선, 기존 조직의 제거, 단백질 합성 및/또는 세포 투과의 증가 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 다양한 실시예들은 제1 및 제2 에너지일 수 있는 에너지를 제공한다. 예를 들어 제2 에너지는 즉각적으로 또는 지연된 기간 이후 제1 에너지를 따라올 수 있다. 다른 예에 있어, 제1 에너지 및 제2 에너지는 동시에 전달될 수 있다. 일부 실시예들에 있어 제1 에너지 및 제2 에너지는 초음파 에너지이다. 일부 실시예들에 있어, 제1 에너지는 초음파이고 제2 에너지는 레이저, 강한 펄스 광(IPL, intense pulsed light), 발광다이오드, 무선 주파수 발생기, 광자 기반 에너지 소스, 플라즈마 소스, 자기 공진 소스(magnetic resonance source) 또는 예들 들어 양압 또는 음압과 같은 기계적 에너지 소스 중 어느 하나에 의해 발생된다. 일부 실시예들에 있어, 에너지는 동시에 또는 시간 지연되거나 이들의 조합으로 방출되는 제1 에너지, 제2 에너지 및 제3 에너지일 수 있다. 일부 실시예들에 있어 에너지는 동시에 또는 시간 지연되거나 이들의 조합으로 방출되는 제1 에너지, 제2 에너지, 제3 에너지 및 제n 에너지일 수 있다. 제1 에너지, 제2 에너지, 제3 에너지 및 제n 에너지는 레이저, 강한 펄스 광(IPL), 발광다이오드, 무선 주파수 발생기, 광자 기반 에너지 소스, 플라즈마 소스, 자기 공진 소스 및/또는 기계적 에너지 소스 중 어느 하나에 의해 발생될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어, 제2 에너지는 제2 에너지 함수에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예들에 있어 제2 열 에너지 분포는 제2 에너지 소스에 의해 생성된다. 일부 실시예들에 있어 열 에너지 분포 및 제2 열 에너지 분포는 조합될 수 있다.
도 10을 참조하고, 다양한 실시예들에 따르면, 음향 치료 시스템(1200)은 제어 시스템(1103)에 유선 또는 무선으로 결합된 음향 에너지 소스(1102)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 음향 치료 시스템(1200)은 제어 시스템(1103) 및 그 모든 제어가 예를 들어 시스템(1200)이 핸드-헬드(hand-held) 디바이스로 구성되는 경우와 같이 음향 에너지 소스(1102) 내에 내장되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어 음향 에너지 소스(1102) 및 제어 시스템(1103)은 하나의 유닛 내에 통합될 수 있다. 제어 시스템(1103)을 위한 제어는 에너지 소스(1102)가 타겟된 함수 영역(1106) 내 원하는 음향 에너지 함수(1112)를 생성하도록 할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 음향 에너지 함수(1112)는 조직 내 원하는 온도 함수를 생성한다. 음향 에너지 소스(1102)는 기하학적, 출력 파워 진폭과 타이밍, 및 소스 에너지(1115)의 공간적 분포의 관점에서 제어될 수 있다.
다양한 실시예들에 있어 음향 치료 시스템(1200)은 타겟된 함수 영역(1106)에 음향 또는 다른 에너지(1115)를 전달하기 위해 구성된 에너지 소스(1102), 에너지 소스(1102)의 제어를 가능하게 하는 제어 시스템(1103), 및 예를 들어 제어 시스템(1103)과 통신하고, 타겟된 함수 영역(1106) 내 에너지(1115)의 시공간적 분포를 정의하는 함수 f(x,y,z,t)의 세트와 같은 음향 에너지 함수(1112)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 있어 음향 에너지 시스템(1200)은, 음향 에너지 및 예를 들어 레이저, 광자 방출 및/또는 무선 주파수 에너지를 포함한 기타 다른 에너지 소스 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 치료, 영상화 또는 치료 도중 및 이후 모니터링 중 적어도 어느 하나를 수행 수 있는 전체적인 시스템이다. 일부 실시예들에 있어 음향 에너지 시스템(1200)은 음향 에너지 소스(1102), 제어 시스템(1103), 및 적어도 하나의 다른 에너지 소스를 포함하여 모든 것을 하나의 유닛 내에 망라한다.
다양한 실시예들은 조직의 음향적 치료를 제공하기 위한 방법을 제공한다. 해당 방법은 대상 영역(1108)의 위치를 결정하는 단계, 시공간적 치료 함수 e(x,y,z,t)를 산출하는 단계, 에너지 소스로(1102)부터 대상 영역(1108)으로 음향 에너지(1115)를 전달하는 단계, 시공간적 치료 함수 e(x,y,z,t)를 이용하여 음향 에너지(1115) 전달을 제어하는 단계, 음향 에너지(1115) 전달로 대상 영역(1108) 내 적어도 하나의 치료 함수(1106)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 해당 방법은 음향 에너지(1115)의 전달 도중 및/또는 이후에 음향 조직 치료의 결과를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해당 방법은 추가적인 치료를 계획하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 해당 방법은 미용 증진을 위한 방법이다.
다양한 실시예들은 조직의 음향적 치료를 제공하기 위한 방법을 제공한다. 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역(1108)을 식별하는 단계, 시공간적 치료 함수 e(x,y,z,t)를 산출하는 단계, 에너지 소스(1102)로부터 대상 영역(1108)으로 음향 에너지(1115)를 전달하는 단계, 시공간적 치료 함수 e(x,y,z,t)를 이용하여 음향 에너지(1115) 전달을 제어하는 단계, 음향 에너지(1115) 전달로 적어도 하나의 대상 영역(1108) 내 원하는 온도 함수 T(x,y,z,t)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역(1108) 내 원하는 온도 함수 T(x,y,z,t)의 온도를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역(1108) 내 원하는 온도 함수 T(x,y,z,t)를 유지하도록 음향 에너지(1115) 전달을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해당 방법은 음향 에너지(1115)의 전달 도중 및/또는 이후에 음향 조직 치료의 결과를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해당 방법은 결과에 근거하여 계속적인 치료를 계획하는 단계를 더 포함할 수 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역(1108)에 적어도 하나의 생물학적 작용의 제공을 포함할 수 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역(1108) 내 조직의 파괴를 포함할 수 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 대상 영역(1108)에 근접한 조직 내 적어도 하나의 생물학적 작용의 생성을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어 해당 방법은 미용 증진을 위한 방법이다.
도 11로 이동하여, 일부 실시예들에 있어 음향 에너지 소스(1102)는 특정 음향 에너지 함수(1340), e = a(t) [u(x - x1) - u(x - x2)] [u(y - y1) - u(y - y2)] [u(z - z1) - u(z - z2)] g(x, y, z)을 생성하도록 제어된다. 여기서 u(γ)는 스텝 함수(1330)이고, a(t)는 시간 여기(excitation)를 나타내고, g(x, y, z)는 축(1320)에 따른 [x1, x2], [y1, y2], 및 [z1, z2]에 의해 경계지어지는 영역 내에서의 공간적 조절을 나타낸다. 특정 음향 에너지 함수(1340)에서 하나 이상의 파라미터의 제어는 음향 조직 치료에 영향을 미치는 타겟된 함수 영역(1106)의 명확한 형상을 정의한다. 당업자에게 명백한 바와 같이 음향 에너지 함수(1340)은 음향 에너지 함수(1112)의 부분 집합으로 여기에서 설명된 어떤 방법 및/또는 시스템에도 이용될 수 있다.
도 12에 따르면, 일부 실시예들에 있어 특정 음향 에너지 함수(1440), e = a(t) u(z - z1) g(x, y, z)는 에너지 소스(1106)에 의해 생성될 수 있다. 여기서 에너지의 축방향 스텝 함수는 깊이 z1에서 시작되어, 타겟된 음향 함수 영역(1106)을 정의한다. 이러한 스텝 함수는 공간 분포에 의해 더 조절되고 여기 a(t)의 시간적 특성에 의해 더 정의된다. 일부 실시예들에 있어 음향 에너지 소스(1102)는 원하는 특정 음향 에너지 함수(1440)을 달성하도록 제어된다. 음향 에너지 함수(1440)는 깊이 z1에서의 온도에서 큰 변화를 생성할 수 있다. 또한 음향 에너지 함수(1102)는 원하는 특정 음향 에너지 함수(1440)을 달성하도록 제어될 수 있다. 음향 에너지 함수(1440)는 제2 깊이(도 12에 도시되지 않음)에서의 온도에서 큰 변화를 생성할 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이 음향 에너지 함수(1440)은 음향 에너지 함수(1112)의 부분 집합으로 여기에서 설명된 어떤 방법 및/또는 시스템에도 이용될 수 있다.
특정 음향 에너지 함수(1440) e = a(t) u(z - z1) g(x, y, z)와 같이 기술된 함수에 의해 공간적 및 시간적으로 제어되는 지정된 공형 체적은 하나 이상의 공형 체적으로 확장될 수 있음이 인정되어야 할 것이다. 그러한 작용은 음향 에너지 소스(1102)의 전기적 및/또는 기계적 배치에 의해 제어되고 예측 가능한 파라미터 및 차원을 갖는 하나 이상의 구별된 존을 생성할 것이다. 또한 음향 에너지 소스(1102)는, 몇가지 예를 들면 조직 파라미터, 압력, 진폭, 에너지 흡수 및 감쇠와 같은 다양한 모니터링 파라미터로부터 피드백을 통해 또는 그렇지 않고, 예측 가능한 및/또는 반복 가능한 공간적 및 시간적 에너지 변환을 수행하도록 프로그램될 수 있다.
도 13에 도시된 일부 실시예들에 있어 e = a(t) δ(x - x0) δ(y - y0) δ(z - z0) g(x, y, z)(여기서 δ(γ)는 델타 함수(1530))에 의해 정의되는 특정 음향 에너지 함수(1540)는 타겟된 조직 영역(1106) 내 위치(x0, y0, z0)에 에너지 임펄스(energy impulse)를 생성하도록, 에너지 소스(1102)를 제어함에 의해 생성된다. 이러한 특정 음향 에너지 함수는 공간 분포에 의해 더 조절되고 여기 a(t)의 시간적 특성에 의해 더 정의된다. 일부 실시예들에 있어 함수는 위치(x0, y0, z0)의 온도에 있어 임펄스 변화를 생성한다. 다양한 실시예들에 있어 특정 음향 에너지 함수(1540)은 대수적, 기하학적, 또는 동일 또는 상이한 에너지 소스(1102)를 위한 동일 또는 상이한 함수들 중 하나 이상의 컨볼루션 조합일 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이 음향 에너지 함수(1540)는 음향 에너지 함수(1112)의 부분 집합으로 여기에서 설명된 어떤 방법 및/또는 시스템에도 이용될 수 있다.
도 14에 도시된 다양한 실시예들에 있어, 복수의 함수는 음향 에너지 함수(1612), e(x, y, z, t)에 의해 정의된다. 공간적 영역에 있어 γ는 하나 이상의 좌표 {x, y, z}의 세트에 대한 부분 집합 및 변수의 치환을 나타낸다. 복수의 함수 중 어느 하나는 임펄스 함수(1650)이다. 복수의 함수 중 어느 하나는 스텝 또는 스퀘어(square, two step) 함수(1651)이다. 복수의 함수 중 어느 하나는 빠르게 증가하고 느리게 감소하는(fast-attack slow-decay)(또는 느리게 증가하고 빠르게 감소하는(slow-attack fast-decay)) 함수(1652)이다. 복수의 함수 중 어느 하나는 램프(ramp) 함수(1653)이다. 복수의 함수 중 어느 하나는 조화(harmonic 또는 sinusoidal) 함수(1654)이다. 복수의 함수 중 어느 하나는 공간(1655) 내 임펄스들의 집합이다. 이들 복수의 함수 중 어느 하나는 여기에서 설명된 바와 같이 조직에 작용을 생성하기 위해 대상 영역에 배치될 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 음향 에너지 함수(1612)는 음향 에너지 함수(1112)의 부분 집합으로 여기에서 설명된 어떤 방법 및/또는 시스템에도 이용될 수 있다.
도 15에 도시된 다양한 실시예들에 있어 복수의 함수는 함수(1712), 즉 e(x, y, z, t)에 의해 정의된다. 복수의 함수 중 시간 영역의 어느 하나는 임펄스 함수(1750)이다. 복수의 함수 중 시간 영역의 어느 하나는 스텝 또는 스퀘어(square, two step) 함수(1751)이다. 복수의 함수 중 시간 영역의 어느 하나는 빠르게 증가하고 느리게 감소하는(fast-attack slow-decay)(또는 느리게 증가하고 빠르게 감소하는(slow-attack fast-decay)) 함수(1752)이다. 복수의 함수 중 시간 영역의 어느 하나는 조화(harmonic 또는 sinusoidal) 함수(1753)이다. 복수의 함수 중 시간 영역의 어느 하나는 램프(ramp) 함수(1754)이다. 복수의 함수 중 시간 영역의 어느 하나는 공간(1755) 내 시간 샘플 또는 임펄스들의 집합이다. 이들 복수의 함수 중 어느 하나는 여기에서 설명된 바와 같이 조직에 작용을 생성하기 위해 대상 영역에 배치될 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 음향 에너지 함수(1712)는 음향 에너지 함수(1112)의 부분 집합으로 여기에서 설명된 어떤 방법 및/또는 시스템에도 이용될 수 있다.
도 16으로 이동하면, 그래프는 하나 이상의 좌표 {x, y, z}의 세트에 대한 부분 집합 및 변수의 치환을 다시 나타내는 공간 파라미터 γ에 대한 온도 분포 함수를 도시한다. 다양한 실시예들에 있어, 빠르게 증가하는 온도 분포와 같은 온도 분포(1860)는 축방향 및/또는 횡방향으로 공간 내에 배치되고, 대수적, 기하학적, 컨볼루션 또는 그들의 수학적인 조합일 수 있다. 에너지 소스의 제어, 예를 들어 냉각 및/또는 파라미터 컨트롤 제어는 근거리 온도 분포(1862) 또는 원거리 온도 분포(1864)에 대한 공간 내에서 어떤 온도 분포 함수의 위치를 변화시키는데 이용될 수 있다. 도 17로 이동하면, 그래프는 하나 이상의 좌표 {x, y, z}의 세트에 대한 부분 집합 및 변수의 치환을 다시 나타내는 공간 파라미터 γ에 대한 온도 분포 함수를 도시한다. 다양한 실시예에 있어 스퀘어 스텝(square step, two-step) 온도 분포와 같은 온도 분포(1960)는 축방향 및/또는 횡방향으로 공간 내에 배치되고, 음향 조직 치료를 위한 대수적, 기하학적, 컨볼루션 또는 그들의 수학적인 조합일 수 있다.
이제 도 18을 참조하면, 그래프는 하나 이상의 좌표 {x, y, z}의 세트에 대한 부분 집합 및 변수의 치환을 다시 나타내는 공간 파라미터 γ에 대한 온도 분포 함수를 도시한다. 임펄스 온도 분포와 같은 온도 분포(1060)는 축방향 및/또는 횡방향으로 공간 내에 배치되고, 음향 조직 치료를 위한 대수적, 기하학적, 컨볼루션 또는 그들의 수학적인 조합일 수 있다. 그러한 대수적 조합은 1062로 나타난다.
다음 등록특허 및 특허출원은 참조에 의해 병합된다: 미국 공개특허 제20050256406호 "제어된 스캐닝, 이미징 및/또는 치료를 위한 방법 및 시스템" (2005. 11. 17.); 미국 공개특허 제20060058664호 "가변 깊이 초음파 치료를 위한 시스템 및 방법" (2006. 3. 16.); 미국 공개특허 제20060084891호 "초고주파수 초음파 치료를 위한 방법 및 시스템" (2006. 4. 20.); 미국 등록특허 제7,530,958호 "조합된 초음파 치료를 위한 방법 및 시스템" (2009. 5. 12.); 미국 공개특허 제2008071255호 "근육, 힘줄, 인대, 연골 조직을 치료하기 위한 방법 및 시스템" (2008. 3. 20.); 미국 등록특허 제6,623,430호 "이미징, 치료 및 온도 모니터링 초음파 시스템을 이용하여 조직의 영역에 약물을 안전하게 전달하기 위한 방법 및 장치" (2003. 9. 23.); 미국 등록특허 제7,571,336호 "호스트 컴퓨터가 AC 파워인 경우 모니터링에 의해 의료 주변 장비에 안전성을 강화하는 방법 및 시스템" (2009. 8. 4.); 미국 공개특허 제20080281255호 "음향 에너지를 이용하여 약물을 조절하기 위한 방법 및 시스템" (2008. 11. 13.).
본 발명이 여기에서 설명되는 동안 설명되고 도시된 특정 실시예들이 제한적인 의미로 고려되어서는 안되고 수많은 변형이 가능한 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 주제는 모든 신규하고 진보된 조합 및 여기에 개시된 다양한 구성요소, 특징, 기능 및/또는 특성들의 하위 조합을 포함한다.
여기에 설명된 다양한 실시예들 및 예시들은 본 발명의 시스템 및 방법에 대한 전체적인 권리범위를 설명함에 있어 제한이 되도록 의도된 것이 아니다. 실질적으로 유사한 결과를 갖는 다양한 실시예, 물질, 시스템 및 방법에 대한 균등한 변경, 수정, 변형도 본 발명의 권리범위 내에 포함될 것이다.

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  10. 초음파 에너지의 전달을 위해 구성되는 1차 에너지 소스;
    초음파 에너지를 전달받고 상기 초음파 에너지를, 상기 1차 에너지 소스보다 큰 강도를 구비한 에너지 필드를 전달하기 위해 각각 구성된 복수의 2차 에너지 소스로 변환시키기 위해 구성되는 복수의 어퍼쳐를 포함하는 마스크; 및
    상기 1차 에너지 소스 및 상기 마스크의 제어를 가능하게 하기 위한 제어 시스템을 포함하고,
    상기 복수의 어퍼쳐의 제1 그룹은 치료 영역에서 제1 깊이로 에너지 필드의 제1 분포를 전달하도록 구성되고, 상기 복수의 어퍼쳐의 제2 그룹은 상기 치료 영역에서 제2 깊이로 에너지 필드의 제2 분포를 전달하도록 구성되고, 상기 제1 깊이는 상기 제2 깊이와 상이한 초음파 치료 시스템.
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  12. 제10항에 있어서,
    상기 마스크에 결합되어 상기 마스크의 온도를 조절하도록 작동되는 온도 조절기를 더 포함하는, 초음파 치료 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 치료 영역 내에 광자 기반 에너지(photon based energy)를 전달하기 위해 구성되는 광자 기반 에너지 소스를 더 포함하는, 초음파 치료 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 치료 영역 내에 무선 주파수 에너지(radio frequency energy)를 전달하기 위해 구성되는 무선 주파수 기반 에너지 소스를 더 포함하는, 초음파 치료 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 에너지 필드의 제1 분포와 상기 에너지 필드의 제2 분포 중 적어도 어느 하나는, 상기 치료 영역 내 치료 작용을 개시하기 위해 구성되는, 초음파 치료 시스템.
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