PT1283690E - Aparelho para terapia lipolítica - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

APARELHO PARA TERAPIA LIPOLÍTICA Âmbito da Invenção

Esta invenção está relacionada com um aparelho para fazer a ablação de gordura humana através da destruição ultra-sónica de células num padrão seleccionado, particularmente adequado para a terapia lipolítica.

Antecedentes da invenção A remoção permanente de gordura do corpo humano é muito desejável mas muito dificil de conseguir. As dietas ou a aprendizagem de bons hábitos alimentares são eficazes até um certo grau mas não são soluções a longo prazo para a maioria das pessoas; nem são aproximações eficazes em situações em que há depósitos de gordura localizados indesejados no corpo.

Tipicamente, as células gordas são produzidas no corpo humano apenas até à puberdade. Depois, as células gordas existentes expandem-se e contraem-se com a acumulação e libertação de gordura mas não variam em número. Se as células gordas são destruídas após a puberdade, as células gordas que permanecem vão tentar compensar em certo grau, mas cerca de 70% da gordura destruída nunca é recuperada pelo corpo.

Um método convencional de destruir as células gordas é a terapia lipolítica, ou liposucção, na qual todas ou parte da camada de células gordas subcutâneas nas áreas alvo do corpo são removidas cirurgicamente. Isto é um procedimento 1

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Transdutor ultra-sónico (10) que compreende: um sistema (10) de elementos transdutores ultra-sónicos (12) para gerar um feixe de energia ultra-sónica; e um circuito de excitação (14, 16, 20, 24) operável para excitar simultaneamente os referidos elementos transdutores (12) do referido sistema (10) com sinais condutores que possuem diferentes atrasos de fase para focar simultaneamente o referido feixe de energia ultra-sónica numa pluralidade de zonas focais discretas (36); caracterizado pelo referido circuito de excitação (14, 16, 20, 24) ser operável: i) para excitar os diferentes elementos transdutores (12) do referido sistema (10) com sinais condutores que possuem diferentes amplitudes e fases; ii) para aplicar simultaneamente um primeiro conjunto de sinais condutores aos elementos transdutores (12) de modo a produzir um feixe focado num primeiro padrão de zonas focais (36); e então iii) para aplicar simultaneamente um segundo conjunto de sinais condutores aos elementos transdutores (12) de modo a produzir um feixe focado num segundo padrão de zonas focais (38).
2. 2. Transdutor da reivindicação 1, que compreende meios (22) para determinar, para cada elemento transdutor (12), as fases de uma pluralidade de componentes de sinais condutores a serem aplicados ao elemento transdutor (12) 1 para atingir a focagem em várias zonas focais e no qual o referido circuito de excitação (14, 16, 20, 24) é operável para aplicar um sinal condutor ao elemento (12) que é formado pela soma dos componentes dos sinais condutores.
3. 3. Transdutor de qualquer uma das reivindicações 1 ou 2 no qual o referido circuito de excitação compreende: a) um oscilador (14) arranjado para produzir uma onda sinusoidal; b) um linha de atraso com derivação (16) ligada ao referido oscilador (14) de modo a proporcionar várias fases da referida onda sinusoidal nas derivações da referida linha de atraso com derivação (16); c) um comutador de ligação (20) arranjado para ligar selectivamente cada elemento (12) do referido sistema transdutor (10) a uma, e apenas uma, das referidas derivações; d) cada uma das referidas derivações é arranjada para proporcionar ao elemento (12), ligado a ela, uma onda sinusoidal de fase que representa a fase da onda sinusoidal que é a soma das ondas sinusoidais necessárias aplicar ao referido elemento (12) de modo a focar o referido sistema (10) separadamente em cada uma das zonas focais (36) referidas.
4. 4. Transdutor da Reivindicação 3, no qual o circuito de excitação compreende: e) um amplificador de ganho variável interposto em cada ligação entre um dos referidos elementos (12) e a sua derivação.
5. 5. Transdutor da Reivindicação 3, que ainda compreende: 2 e) um microprocessador (22) ligado ao referido comutador de ligação (20) para comutar o mesmo, o referido microprocessador (22) é arranjado para calcular as fases da referida onda sinusoidal, gerada pelo referido oscilador (14), a ser aplicada a cada elemento (12) do referido sistema (10), de modo a focar simultaneamente o referido sistema (10) em cada uma das zonas focais, e para comutar o referido comutador de ligação (20) de acordo com os valores de fase calculados.
6. 6. Transdutor da Reivindicação 5, que ainda compreende: e) amplificadores de ganho variável (24) interpostos nas ligações entre os referidos elementos (12) e as referidas derivações, sendo o referido microprocessador (22) arranjado para calcular as amplitudes da referida onda sinusoidal, gerada pelo referido oscilador (14), a ser aplicada a cada elemento (12) do referido sistema de modo a produzir um feixe de intensidade seleccionada em cada zona focal referida (36), e para controlar os referidos amplificadores de ganho variável de acordo com os valores de fase calculados.
7. 7. Transdutor da Reivindicação 3, que ainda compreende: f) aparelho para o controlo referido sistema transdutor manter o referido sistema determinada. da temperatura ligado ao (10) e operado de modo a a uma temperatura pré-
8. 8. Transdutor da Reivindicação 3, que ainda compreende: 3 h) um aparelho de visualização ligado ao referido sistema transdutor (10) e operado de para se visualizarem as zonas focais (36) referidas.
9. 9. Transdutor da reivindicação 1, no qual o circuito de excitação (14, 16, 20, 24) é operado para aplicar diferentes conjuntos de sinais condutores aos elementos transdutores (12) de modo a movimentar as zonas focais num espaço tridimensional sem mover ou fazer o varrimento do sistema (10). 4 muito invasivo e potencialmente desfigurante com uma recuperação prolongada e desconfortável devido à separação resultante da pele e do corpo. Por esta razão, a liposucção não é prática para a terapia de controlo de peso, mas apenas para reesculpir áreas limitadas. De modo a tornar a terapia de destruição das células gordas prática no controlo de peso, é necessário destruir células gordas de forma que permaneça uma rede, no tecido subcutâneo, suficiente para suportar a pele enquanto as células gordas destruídas são absorvidas e os tecidos subcutâneos saram. Por outras palavras, as células gordas têm de ser destruídas em áreas pequenas, discretas e não ligadas, num dado tratamento. Ao mesmo tempo, é necessário destruir as células gordas em número suficiente e de forma suficientemente rápida de modo a que a terapia seja prática. Em nenhuma técnica anterior se conseguiu isto. Também já existiram tentativas, na técnica anterior, para destruir selectivamente o tecido por hipertermia, isto é, aquecimento ultra-sónico. Contudo, na técnica anterior estes procedimentos aumentaram a temperatura na zona de destruição para os 40°C. A esta temperatura são necessários minutos, ou mesmo horas, para destruir o tecido. A EP-A-0367117 descreve um transdutor ultra-sónico e um método para operar o transdutor de modo a gerar um feixe de energia ultra-sónica que esteja focado numa pluralidade de zonas focais discretas. Este transdutor ultra-sónico é formado por grupos de elementos transdutores separados, sendo os elementos em cada grupo especificamente adaptados para focar um feixe dentro da respectiva zona focal. A focagem de zonas diferentes é conseguida através da aplicação de sinais condutores, que possuem diferentes 2 tempos de atraso, aos elementos transdutores nos diferentes grupos. Sumário da invenção A presente invenção proporciona um transdutor ultra-sónico que compreende: um conjunto de elementos transdutores ultra-sónico gerar para gerar um feixe de energia ultra-sónica; e um circuito de excitação operável para excitar simultaneamente os referidos elementos transdutores do referido arranjo com os sinais condutores, tendo diferentes fases de atraso para focar simultaneamente o referido feixe de energia ultra-sónica numa pluralidade de zonas focais discretas; caracterizado pelo referido circuito de excitação ser operável: i) para excitar os diferentes elementos transdutores do referido conjunto com sinais condutores que possuem diferentes amplitudes e fases; ii) para aplicar simultaneamente um primeiro conjunto de sinais condutores aos elementos transdutores de modo a produzir um feixe focado num primeiro padrão de zonas focais; e então iii) para aplicar simultaneamente um segundo conjunto de sinais condutores aos elementos transdutores para produzir um feixe focado num segundo padrão de zonas foco. Breve descrição dos desenhos A Figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra a focagem num sistema de transdutores em fase; A Figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra a focagem do conjunto da Figura 1 numa pluralidade de pontos foco; A Figura 3 é um diagrama de blocos do sistema em fase encontrado; A Figura 4 é um fluxograma que ilustra como se opera o microprocessador da Figura 3; 3 A Figura 5a é uma elevação lateral de um conjunto focado em linha; A Figura 5b é uma secção ao longo da linha 5b-5b da Figura 5a; A Figura 6 é uma vista frontal de um conjunto tridimensional focável; e As Figuras 7-9 apresentam vários padrões atingidos com a invenção. Descrição de formas de realização preferidas Os ultra-sons de alta intensidade (HIFU)tem sido utilizados com sucesso na técnica anterior para destruir tecido, em particular na cirurgia da próstata. 0 feixe HIFU concentra energia térmica suficiente na sua zona focal para matar as células que estão nessa zona, mas não danifica significativamente as células fora da zona focal. Assim, é possível destruir, com os HIFU, um grupo de células localizado a partir de um local próximo acessível, sem danificar o tecido circundante ao grupo de células (por exemplo, matar o tecido da próstata ao longo da uretra a partir do recto) . A aplicação da tecnologia dos HIFU para a destruição selectiva e substancialmente instantânea (isto é, ablativa) de células gordas subcutâneas a partir do exterior do corpo apresenta, contudo, problemas significativos. Um problema fundamental é o facto de que quando um sistema transdutor é aplicado na pele para a transmissão transcutânea de energia ultra-sónica, a camada de gordura do corpo tem uma dimensão muito mais pequena na direcção axial ao feixe de ultra-sons do que nas direcções transversais a este. Contudo, a zona focal do feixe é relativamente longa na sua direcção axial e estreita nas direcções transversais. 4 A dimensão axial da zona focal pode ser diminuída, se é mais longa do que a profundidade da camada de células gordas, aumentando a frequência do sinal ultra-sónico. Contudo, porque a razão entre o comprimento e a largura da zona permanece constante, o volume da zona focal fica muito pequeno, e a destruição de poucas libras de tecido gordo pode demorar horas. Pode considerar-se aumentar o poder e fazer fisicamente o varrimento do transdutor mais rápido, ou utilizar um sistema e electronicamente fazer o varrimento do feixe mais rápido. Nenhuma destas situações é satisfatória porque, a uma dada intensidade de feixe, ocorre cavitação, e um maior aumento da intensidade não produz um aumento proporcional na taxa de aquecimento. Além disso, as bolhas produzidas pela cavitação fazem com que o feixe se comporte de maneira imprevisível. A presente invenção faz a destruição ultra-sónica das células gordas prática mesmo em pacientes com uma camada de células gordas relativamente fina, usando um sistema para criar zonas focais múltiplas ao mesmo tempo. 0 poder do transdutor é utilizado para trazer cada zona a um nível ablativo (isto é, ca. 80 °C) mesmo abaixo ou na cavitação, em vez de colocar uma zona bem acima da cavitação. Estas zonas podem ser lateralmente arranjadas ou arranjadas numa matriz arbitrária. Esta aproximação evita o problema da cavitação, e possui também outras vantagens: 1) A dimensão axial pode ser mantida baixa ou ajustada se necessário através do controlo electrónico das dimensões das zonas focais. 5 2) A taxa de destruição de células pode ser elevada porque a soma dos volumes das múltiplas zonas é elevada. 3) A matriz da zona focal pode ser ajustada para diferentes formas e tamanhos durante o tratamento para se adaptar aos diferentes indivíduos. 4) As zonas focais podem ser ajustadas para permitir uma matriz tipo esponja de tecido vivo para permanecer entre o tecido destruído. Isto é uma grande vantagem em relação à liposucção, em que toda a camada é destruída, que separa essencialmente a pele do corpo. Com a liposucção, o paciente tem de ser colocado num fato para fixar a pele ao corpo durante a recuperação. Preservando a matriz viva, o paciente pode deixar o tratamento e voltar à sua actividade normal com um tempo de recuperação mínimo ou sem tempo de recuperação. A tecnologia desta invenção não está limitada à destruição de células gordas. Pode igualmente ser usada noutras condições médicas que envolvam a necessidade de eliminar células subcutâneas. Inclui peito masculino dilatado, tumores adiposos benignos, lipomatose, transpiração excessiva debaixo dos braços, tecido adiposo pós traumático, e outros. Noutros órgãos informais, pode não ser necessária a cobertura lateral e a cobertura axial estreita, mas é útil e muitas vezes necessária a possibilidade de dar forma à zona de destruição. Nestes casos, o feixe múltiplo será mais satisfatório do que o feixe que se movimenta porque permite que sejam usadas maiores frequências para proporcionar pontos focais mais pequenos e, desta forma, limites mais precisos da região do tecido destruído. 6 0 aparelho criado que produz zonas focais múltiplas para os objectivos acima descritos é um sistema transdutor plano ou curvo com um novo arranjo em fase. A Figura 1 mostra esquematicamente um sistema linear de 10 transdutores individuais 12. Excitando cada um dos transdutores 12 com uma fase diferente de um sinal ultra-sónico, o sistema 10 pode produzir um foco de feixe ultra-sónico em qualquer local desejado no seu campo de visão. De modo a produzir o foco do feixe do sistema 10 num ponto focal F, a respectiva fase aplicada a qualquer elemento transdutor 12 é 0e/ = (^f^)x360°, módulo 360 (1) na qual e,f é a fase para o elemento e do ponto focal f, de é a distância do dado elemento do sistema 12 ao ponto focal F desejado, dmin é a distância do sistema 10 ao ponto F ao longo de uma linha perpendicular ao sistema 10, e λ é o comprimento de onda do sinal de excitação ultra-sónico. A Figura 2 mostra o mesmo sistema 10 em fase para produzir pontos focais múltiplos Fi e F2. De modo a focar o feixe em Fi, o elemento mais elevado 12i do sistema 10 tem de ser excitado com uma onda sinusoidal de fase 011 = (dl1 ^mtnl)x3 60°, módulo 360 (2) e de modo a focar o feixe em F2, o mesmo elemento tem de ser excitado com uma onda sinusoidal da mesma frequência mas de fase 012 = (á12 ^mtn2)x3 60°, módulo 360 (3) 7 De modo a que o feixe seja focado em ambos os pontos Fi e F2, estas duas ondas sinusoidais têm de ser somadas. É um facto matemático que a soma de duas ondas sinusoidais da mesma frequência mas com diferente fase é uma onda sinusoidal dessa frequência mas com fase resultante das fases dos componentes da onda sinusoidal, e com amplitude diferente das amplitudes dos componentes da onda sinusoidal. A este respeito, deve ser entendido que a amplitude dos componentes das ondas sinusoidais pode ser diferente, de modo a produzir diferentes intensidades de feixe em diferentes pontos focais. 0 cálculo anterior para os dois pontos focais Fi e F2 pode ser expandido para produzir qualquer número de pontos focais Fi, F2, ..... Fn que podem, mas não precisam, ser alinhados uns com os outros. Se a fase calculada para o elemento i e o ponto focal j é ij e a amplitude do ponto focal j é Aj, então a fase resultante φ ± no elemento i é Φ i tan -1 _J__ ^AjSerrfy (4) e a amplitude resultante A{ é A ( Y V } ) YjAjSetu^ V i (5) A limitação é que a separação lateral entre os pontos focais deve não deve ser menor do que a resolução lateral do feixe, que é Admi"mflt* em que dmin max é o maior valor de dmin 8 para os vários pontos focais, e A é o comprimento do sistema 10 na direcção transversal do feixe na Figura 2. Um aparelho preferido para colocar adequadamente em fase os elementos transdutores 12 é apresentado na Figura 3. O sinal ultra-sónico básico produzido pelo oscilador 14 é aplicado a uma linha de atraso com derivação 16. A linha de atraso deriva em 18 e forma a entrada de um comutador de ligação 20 controlado por um microprocessador 22. Cada um dos elementos transdutores 12 do sistema 10 está ligado a uma das x saldas do comutador de ligação 20 através de um amplificador de ganho variável 24. Os amplificadores de ganho 24 também são controlados pelo microprocessador 22. As derivações da linha de atraso 18 são suficientemente numerosas, e possuem diferenças de fase suficientemente pequenas entre elas, para proporcionar ao comutador de ligação 20 uma selecção de fases suficiente do sinal ultra-sónico básico para colocar em fase os elementos 12 com precisão suficiente. Na prática isto significa, por exemplo, 72 derivações espaçadas por uma diferença de fase de 5o. Deve ser compreendido que cada elemento 12 do sistema 10 está ligado pelo comutador de ligação 20 a uma, e apenas uma, das derivações 18 da linha de atraso 16. Na utilização da invenção, as coordenadas dos pontos focais desejados, em relação ao sistema 10, podem ser dadas no microprocessador 22 a partir de um teclado 26 ou semelhante. A função do microprocessador 22 está ilustrada no fluxograma da Figura 4. As ligações no comutador de ligação 20 e os amplificadores de ganhos relativos são iterativamente computorizados e regulados pelo microprocessador 22. O fluxograma da Figura 4 ilustra duas rotinas iterativas encaixadas designadas por a e b, respectivamente, na rotina a calcula-se e impõem-se as 9 fases combinadas e o ganho dos elementos individuais 12 para uma pluralidade de pontos focais Fi a Fn, enquanto que na rotina b repetem-se estes cálculos e imposições para cada um dos elementos transdutores 12i a 12n. Na Figura 4, f é um número de iteração na rotina a; e é o número de iteração na rotina b; nf é o número de pontos focais F; ne é o número de elementos transdutores 12; Af é a amplitude de feixe desejada no ponto focal Ff; ef é a fase necessária para o elemento 12b focar no ponto focal Fa; ef é a fase da onda sinusoidal que é a soma de todas as fases das ondas sinusoidais ef para um elemento 12b; e Ae é a amplitude relativa das ondas sinusoidais somadas em relação à amplitude do componente das ondas sinusoidais para o elemento 12b. Na discussão anterior assumiu-se um sistema unidimensional linear
10. 10. Como mostram as Figuras 5a e 5b, as quais representam um sistema bidimensional planar 10 com elementos transdutores alongados 12, a focagem na segunda dimensão é feita, em geral, por uma lente fisica 28. Como resultado, os vários pontos focais F neste sistema ficam todos no mesmo plano, que é o plano perpendicular à lente 28 no seu centro. Se for desejado ter liberdade na localização dos pontos focais F num espaço tridimensional, cada elemento 12 alongado pode ser substituído por uma linha de elementos 12 individualmente excitáveis (Fig. 6). Isto complica o cálculo geométrico de d para cada elemento mas não altera o facto de d ser a distância do elemento a uma posição do ponto focal seleccionada; consequentemente, continua aplicável a mesma fórmula para o cálculo da fase. O aparelho das Figuras 1-6 é extremamente versátil e proporciona, ele próprio, um número de aplicações práticas. Como foi salientado acima, permite não só a criação de 10 qualquer padrão desejado de grande intensidade nas zonas focais num espaço tridimensional, mas permite também que a intensidade do feixe ultra-sónico seja controlada separadamente para cada uma dessas zonas focais. Adicionalmente, é possível alterar dinamicamente as intensidades fazendo com que o microprocessador 22 recalcule continuamente a soma das ondas sinusoidais enquanto altera a ponderação da amplitude, do componente das ondas sinusoidais, de acordo com o movimento do sistema transdutor sobre o corpo do paciente. Na terapia lipolitica, por exemplo, as amplitudes podem ser iguais numa camada gorda central, e então decrescentes nas bordas (ver Figura 7). Para conseguir isto, o microprocessador 22 pode ser programado para criar múltiplas camadas focais na camada central de gordura e apenas uma camada focal perto das bordas da gordura. Como alternativa, o feixe pode ser focado para grupos de pontos, e então comutar entre grupos 36 e 38 (Figura 8) No extremo, o sistema 10 pode ser sequenciado a uma velocidade elevada em cada ponto focal, mas aos niveis normalmente usados, isto pode produzir cavitação em cada ponto e pode ter resultados imprevisíveis. Outra alternativa é comutar a posição das zonas focais durante o varrimento para criar bolsas isoladas de tecido morto. Isto pode ser feito num padrão tipo favo de mel num plano ou em padrões múltiplos em planos múltiplos. Este ultimo procedimento permite tecido vivo muito próximo de todo o tecido morto o que proporciona uma eliminação mais rápida do tecido morto através dos processos naturais do corpo. Também proporciona uma ligação contínua de um lado da camada gorda ao outro do tecido vivo. Assim, não é necessário nenhum aparelho artificial para fixar a pele ao tecido que está por baixo. O sistema 10 também pode ser programado para proporcionar 11 uma zona de morte contínua fixando o sistema 10 estacionário e sequenciando os padrões focais. A Figura 9 ilustra a sequência de 4 padrões. Esta utilização pode ser adequada para a eliminação de tumores ou para o tratamento de glândulas de forma arbitrária. A habilidade do microprocessador 22 para continuar a recalcular as fases e as intensidades dos elementos transdutores 12 torna possível o movimento das zonas focais F no espaço tridimensional sem mover ou fazer o varrimento do sistema 10. Isto é útil em situações em que o sistema 10 não pode ser movido, por exemplo, se é usado dentro do corpo do paciente. Embora o aparelho desta invenção possa ter muitas, utilizações, a sua principal vantagem é tornar prática a terapia lipolítica não invasiva. Como foi salientado acima na ausência da invenção, reduzir o comprimento da zona focal para onde não transcenda os limites da camada de gordura de um paciente que apenas tenha um ligeiro excesso de peso resulta em fazer o ponto focal tão pequeno que é necessário um espaço de tempo ilimitado e impraticável para uma única zona focal para destruir um pequeno numero de células gordas. Contudo, com os múltiplos pontos focais desta invenção, o tempo de tratamento é muito reduzido. Ao mesmo tempo, os pontos focais discretos produzidos por esta invenção podem resultar na preservação de uma estrutura esponjosa de tecido saudável à volta das células gordas destruídas para suportar a pele e acelerar a absorção do tecido morto. Pode ser usado um aparelho de visualização 40 (Figura 3) para proporcionar um diagnóstico quantitativo da medida da 12 profundidade e localização do tecido antes da terapia, e para monitorizar a destruição do tecido durante a terapia lipolitica. 0 aparelho de visualização pode ser de qualquer tipo bem conhecido dos peritos, por exemplo, a visualização por ultra-sons, CT, MRI, termografia, ou semelhante. 0 aparelho de visualização por ultra-sons pode ser integrado com a terapia do transdutor e amplificado com este; mas também pode ser um aparelho separado independente. Também pode ser usada uma circulação de fluido e um aparelho de controlo de temperatura 42 para manter a temperatura desejada no transdutor e na superfície da pele onde este contacta. 0 aparelho de controlo da temperatura pode ser de qualquer tipo bem conhecido dos peritos, por exemplo, uma bomba de aquecimento eléctrico, refrigerador de evaporação, reservatório de grande volume, ou semelhantes. Deve ser compreendido que o aparelho exemplificado para a terapia lipolitica, aqui descrito e apresentado nos desenhos, representa apenas presentemente uma forma de realização preferida da invenção. De facto, podem ser feitas várias modificações e adições a esta forma de realização sem fugir do âmbito da invenção. Assim, podem ser óbvias para os peritos outras modificações e adições e podem ser implementadas para adaptar a presente invenção para ser usada numa variedade de diferentes aplicações. 13