TWI532514B - 結合能量治療資料之系統 - Google Patents

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TWI532514B TW097116816A TW97116816A TWI532514B TW I532514 B TWI532514 B TW I532514B TW 097116816 A TW097116816 A TW 097116816A TW 97116816 A TW97116816 A TW 97116816A TW I532514 B TWI532514 B TW I532514B
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巴瑟 彼得Ｇ
雷Ｓ 麥金 印德
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Description

結合能量治療資料之系統 【相關申請案】
本申請案主張2007年5月7日申請之美國臨時專利申請案第60/916,475號之優先權，其名稱為「結合能量資料之方法及系統(Method and System for Combined Energy Profile)」，此臨時申請案之整體結合於此作為參考，且此申請案為2004年9月16日申請之美國專利申請案第10/944,500號之部份延續案，其名稱為「可變深度超音波處理之系統及方法(System and Method For Variable Depth Ultrasound Treatment)」，其整體結合於此作為參考。
本發明係關於利用如超音波能量之能量處理之方法及系統。本發明尤其是關於利用超音波能量處理於不同位置之組織，其中在組織內之不同位置施加不同層級超音波能量。
可施加能量(例如超音波能量)處理組織或以非侵入性方式執行傳統地侵入性程序。施加超音波能量提供熱及/或機械效應，其有助於處理特定疾病(例如粉刺(acne))，且使許多傳統的侵入性程序能非侵入性地執行。
目前超音波裝置提供能量給關注區域內之組織。能量自超音波系統發射並行經組織內特定深度，且對組織具有作用。此 作用可為燒蝕的(ablative)、凝聚的(coagulative)、非燒蝕的、或非凝聚的，且一般是由超音波作用於組織之熱及/或機械性質所造成的。熱性質增加關注區域內組織的溫度，而機械效應則藉由空化(cavitation)、串流、輻射力、及其他超音波的自然機械效應所達成。
再者，當施加於關注區域時，超音波能量具有特定的時間與空間特性。「時間(temperol)」特性表示施加超音波能量的時間，而「空間(spatial)」特性表示於特定時間量組織內受超音波能量影響的空間。
然而，有效的既存超音波裝置基於超音波裝置的組態，僅影響關注區域內特定深度組織之特定部份。舉例而言，超音波裝置可用以影響皮膚表面下5毫米的區域。皮膚表面到5毫米深度的組織被超音波能量排除且未處理。排除組織的這些中介空間阻礙了超音波的整體效益，因為處理這些中介組織增加了超音波處理的整體效率。
因此，提供處理關注區域中包含中介組織以及甚至是末端層組織之多重區域組織之超音波裝置及處理方法是有益的。提供藉由於不同深度，變化超音波之時間與空間效應，來處理數個深度的組織之系統及方法，亦有其優勢，例如於組織的特定深度施加具有燒蝕或凝聚的超音波，而於組織的其他深度施加非燒蝕的超音波。
提供藉由提供能量到關注區域內不同位置之組織而產生結合能量資料之方法及系統。於例示實施例中，能量為超音波能量，其提供於各種位置及/或深度，以利用超音波能量之熱及/或機械效應，非侵入性地執行傳統侵入性程序。於某些例示實施例，施加具有不同時間與空間特性之超音波能量至關注區域(ROI)以處理關注區域。
例示的系統及方法提供具有不同時間與空間特性之超音波能量，而於處理的組織內之不同位置及/或深度產生不同的效應。舉例而言，可於一深度施加具有較大幾何形狀之超音波能量，而於其他深度施加具有較小幾何形狀之超音波能量，而不排除從皮膚表面到超音波穿透最深的深度間的中介組織。於某些例示實施例，施加不同空間特性的超音波能量可用較少能量增加關注區域之整體溫度。
再者，施加超音波能量的時間亦可改變於不同組織位置或深度之超音波能量效應。於一例示實施例，於某些深度可施加較長時間的超音波能量，而於其他深度可施加較短的時間而不排除中介組織。施加超音波能量之時間性改變，可影響於關注區域之超音波處理的結果。
於某些例示實施例，超音波能量之時間及空間特性兩者，皆影響所提供的整體處理。又於其他實施例，僅時間性的改變 影響處理。再又於其他實施例，僅空間特性影響處理。
用以提供結合能量資料之各種不同超音波系統落入本發明之範疇。於一例示實施例，提供具有轉換器(transducer)探針之超音波系統，其包含不同的轉導元件。各轉導元件能產生不同時間長度及不同幾何圖案之超音波能量。
以不同時間與空間特性施加超音波能量增加了溫度，及/或利用超音波能量之機械效應遍及從皮膚表面到超音波能量16穿透的最深位置之整個關注區域，而未排除中介組織。以結合能量資料處理關注區域，對於處理某些疾病可能高度有效。
舉例而言，於關注區域的粉刺可影響組織的多重深度，且可於面皰形成處之組織的最頂部處理粉刺，其藉由施加燒蝕性超音波能量於組織的最頂部。皮膚表面下各種的皮下組織亦可以非燒蝕性超音波能量處理，以處理造成粉刺之個別毛囊皮脂腺(pilosebaceous glands)。
本發明於此可以各種功能性組件以及處理步驟形式描述。應了解這些組件以及步驟可藉由用以實施特定功能之任何數量的硬體元件實現。舉例而言，某些實施例可利用各種醫藥處理裝置、視覺顯像與顯示裝置、輸入終端及類似者，其可實 行多種功能且能發射用於顯像或處理或其組合之超音波能量。
所揭露的是提供結合治療資料到關注區域數組織深度之方法及系統。於一例示實施例，例如超音波系統10之能量發射系統可用以提供治療性處理至兩個或多個組織深度，其係藉由發射不同時間與空間特性之超音波能量到關注區域12內之不同深度或區域。系統10及本發明相關的方法於病人皮膚表面施加超音波能量16到關注區域12，且超音波能量16自表面行徑到關注區域12內之位置，並以結合能量資料處理關注區域12內之所有組織而不排除任何的組織。
關注區域12可包含內部處理區域、表面區域、關注的皮下區域、及/或病人內之內部處理區域、表面區域、及/或皮下區域間之任何其他關注的區域。於各種例示實施例中，關注區域12包含至少一毛囊皮脂腺(pilosebaceous unit)14以及相關的皮脂腺。於本案中，「毛囊皮脂腺」包含毛囊皮脂腺14以及相關皮脂腺的所有內容物。
再者，關注區域12可包含多層或多種類型的組織，例如但不限於：皮膚、脂肪、肌肉、肌腱、軟骨、韌帶、表面肌肉腱膜系統、其他纖維或締結組織、真皮、表皮、器官組織、黏膜、毛球、毛幹、於毛球、頂端汗分泌腺、位於真皮內之外分泌腺、脂肪或肌肉間的毛囊、腫瘤、及/或其他關注的組織。
再者，關注區域12可限於特定深度，例如0－20毫米，或其可更深入身體。於一例示實施例，關注區域12為0.2至8毫米範圍之深度，而於另一例示實施例，關注區域12為0.3至6毫米範圍。
選替地，關注區域12可限於皮膚表面或緊接在表面之下，或表面與身體較大深度間的區域。雖僅繪示一個關注區域12，然而於例示實施例中可處理複數個關注區域12。再者，本發明之方法及系統可處理其他腺體。因此，本發明之方法及系統可用以處理粉刺、油性皮膚、毛髮、以及其他疾病。關注區域12亦可由一或多個器官構成，例如皮膚，或是表面或身體內深層的組織之組合。
於一例示實施例，自系統10發射例如超音波能量16之能量於關注區域12的多個深度，以特定關注區域12內組織的許多深度為目標。除超音波能量16之外，其他能量形式例如光子基能量，例如雷射能量、射頻能量(射頻能量的某些範例包含單極及雙極射頻電流)、機械能量(例如按摩或其他震動基能量)、以及其他能量，均可被利用並落入本發明範疇。再者，各種光能量可與超音波能量16用以處理關注區域12。光的某些範例頻率為400nm到可使用紅外線光之各種波長之範圍。
舉例而言，在施加超音波能量16之前，可利用波長約400至450nm的藍光預先處理關注區域12，或此頻率的藍光可與 超音波能量一起使用來增加處理的效率。於另一實施例，於處理期間範圍，在600至1350nm之可見光可與超音波一起使用。
於本發明一實施例，處理關注區域12內自表面下至超音波穿透的最深點之組織的多重深度，且不排除中介組織。舉例而言，來自一個來源的超音波能量16可具有影響皮膚表面下5毫米而直徑15毫米之區域的空間特性，而來自另一來源的超音波能量可影響皮膚表面下9毫米而直徑30毫米之區域。
超音波能量16之各種不同的時間範圍可用於本發明。某些例示時間範圍包含約50微秒至15分鐘。另一例示時間範圍為五百毫秒至60秒，而又一例示時間範圍1秒至60秒。
再者，影響關注區域12之超音波能量16的時間特性可因包含關注區域12之總區域內的各位置而改變。舉例而言，導向皮膚表面下5毫米之超音波能量16可僅發射10秒，而導向皮膚表面下9毫米之超音波能量16則可發射20秒。於其他例示實施例，可改變超音波能量16的這些時間特性，使得超音波能量16於某期間為脈衝式。超音波能量的各脈衝期間亦可改變。舉例而言，可於皮膚表面下5毫米的深度發射20個1秒脈衝的超音波能量16，而在皮膚表面下10毫米的深度發射10個4秒脈衝的超音波能量。超音波能量16的不同時間與空間特性可因總關注區域12之各位置及/或深度而改變，以產生結合溫度資料。
如圖1A所示且根據本發明例示實施例，發射超音波能量16且達到組織的不同層級。如所示，一些超音波能量16達到皮下脂肪內位置18的深度。於位置20及22，超音波能量16達到將其直接置於毛囊皮脂腺14及其內容物之區域的層級。如圖1B所示，燒蝕性能量可施加於接近表面處，而非燒蝕性能量可施加於較深深度的非燒蝕性層級。
本發明方法及系統有許多可能的醫藥應用。本發明系統及方法完成的許多處理，起因於關注區域12增加的血液灌注(blood perfusion)以及增加灌注相關的益處。舉例而言，施加超音波能量16於關注區域12內之特定區域可導致區域化灌注。
增加灌注可助於及/或刺激許多效應，例如表皮刺激以及稱為「膠原症(collagenosis)」之程序，或增加關注區域12之膠原量。增加灌注亦帶來更多身體的自然修復胞(如於此所討論)到關注區域12，且其可幫助細胞再生以及其他細胞修復程序與纖維原細胞活動。於關注區域12增加灌注亦增加表皮厚度及真皮質量。增加血液灌注的其他益處為較佳的膚色及紋理。
施加超音波能量16亦減少某些病症或疾病。舉例而言，施加超音波能量16減少毛孔大小及傷疤(不論傷疤是否與粉刺相不相關)。可藉由施加超音波能量減少的其他疾病或病症包含但不限於：血管缺陷、表面皺紋、不均勻膚色、異色症 (dischromia)/污疤(blotchiness)、以及某些腺體活動(例如油脂分泌腺)。
施加足夠強之高層級超音波能量16使皮膚表面或關注區域12內較大深度燒蝕或凝聚產生其他效應。這些效應包含自關注區域12移除疣、疤痕、痣、雞眼(coms)、calvi/結痂。以本發明之方法及系統可處理或避免刨修凸塊或「偽毛囊炎癬(pseudofolliculitis barbae)」。關於此點，藉由施加燒蝕性級超音波能量16可自人體燒蝕凸塊，或藉由施加非燒蝕級超音波能量16於更深的深度可處理或避免凸塊，以增加具有刨修凸塊之區域的灌注來處理造成刨修凸塊的原因，例如受感染的腺體。再者，於關注區域12施加超音波能量16，藉由加熱或燒燙組織可產生損害(lesion)及/或於關注區域12內之空化。
於上述範例中，藉由施加燒蝕級超音波能量16可自關注區域12移除某些組織，而較低的非燒蝕級超音波能量16則可施加於關注區域12內更深的深度。舉例而言，可施加燒蝕或凝聚級超音波能量16以自皮膚表面移除痣，而可施加較低的非燒蝕及非凝聚級超音波能量於更深的深度，以於這些深度增加血液灌注。於不同位置改變超音波能量16應用的時間與空間參數，決定其是否施加於燒蝕級或非燒蝕級。
起因於施加超音波能量16於關注區域12之各種其他效應包含，高峰期出(peaking out)關注區域12之發炎及浮腫。再 者，增加的血管生成(angiogenesis)(血管成長)可由應用造成，可起因於施加超音波能量16至關注區域12。
如於此所描述，施加超音波能量16於關注區域12可有治療及非治療效應。再者，已於此描述處理的許多範例，而可完成其他處理並落入本發明範疇。再者，於一例示實施例，兩個或多個類型的處理可同時發生於關注區域12。舉例而言，可於皮膚表面燒掉痣，而於關注區域12之組織內的更深層級發生增加的血管生成。
於例示實施例，可改變超音波能量16的時間與空間特性，以有效地處理粉刺及相關的毛囊皮脂腺14。具體而言，可施加具有導致皮膚表面組織燒蝕之時間與空間特性之超音波能量16，其藉由提升皮膚表面溫度高於造成燒蝕之60℃約1秒，或高於任何時間－溫度臨界。根據一例示實施例，施加非燒蝕級超音波能量16於關注區域12之表面下靠近毛囊皮脂腺14之處。藉由變化超音波能量16之時間與空間特性至不會提升溫度高於燒蝕層級或60℃，而施加非燒蝕級超音波能量。
再者，參考圖1B，施加超音波能量16於關注區域12內之各種深度，可於組織內產生燒蝕或凝聚可能發生之區。於關注區域12內之另一區域(之上或之下)可接收非燒蝕級之超音波能量。以不同等級的超音波能量處理區域或區提供結合的處理效應，如於此所說明。
於另一例示實施例，於關注區域12內之不同深度或位置非同時地施加超音波能量16。於此非同時超音波能量16發射之例示實施例，可施加來自一來源之超音波能量16，以提升某預定深度之溫度至特定層級。來自另一來源之超音波能量瞄準第一個來源當作目標之第一區域之上的關注區域12內之區域以作為目標。因為關注區域12中之第一區域已被加熱且鄰近第二區域，因此第二區域有效地預熱而需要較少的超音波能量16來加熱第二區域。利用來自兩個來源的超音波能量16並以步階形式施加，較使用單一來源之能量，需要較少的總能量。
圖2顯示此類型溫度增加的圖式。如圖所示，溫度以「y」軸表示，而時間以「x」軸表示。線17表示因第一發射超音波造成的溫度增加，而線19表示因第二發射超音波造成的溫度增加。如本例示實施例所示，藉由施加第一發射超音波能量16，溫度提升至新的基準或40℃的臨界層級。增加的臨界使第二發射超音波能量提升溫度至又更高之50℃層級，如線19所示。
圖3A－3C顯示根據本發明不同例示實施例中施加例如超音波能量之能量之各種不同的時間與空間特性範例。尤其是參考圖3A，可變化施加到脂肪之超音波能量16及施加到皮膚及表皮之超音波能量16’。「Y」軸表示施加於關注區域12內之能量的量，而「X」軸表示施加超音波能量16的時間期間。
於此範例，超音波能量16’在靠近皮膚及表皮處施加較長的時間期間，而超音波能量16在關注區域12之皮下脂肪處施加較短的時間期間。根據處理所需，於本發明其他例示實施例中可改變超音波能量16的時間與空間特性。
現參考圖3B，顯示在特定時刻於關注區域12內之超音波能量之空間特性。「Y」軸表示組織的處理體積，而「X」軸表示超音波能量16的深度。如本例示實施例所示，施加於靠近皮膚之超音波能量16所處理的體積可少於施加於皮下脂肪之超音波能量16’所處理的體積。於本發明其他例示實施例中，圖式所繪之空間特性亦可根據所需處理而變化。
圖3C亦顯示在特定時間期間於關注區域12內(以及鄰近處)之超音波空間分佈。如圖所示，超音波能量16及16’具有兩種不同的圖案。如16所示之超音波能量圖案於關注區域12中為深且寬的，而如16’所示之圖案為長且窄的，且影響關注區域12中組織的較高部份。可利用兩種不同的轉導元件施加不同超音波能量圖案，如於此所說明。於一例示實施例，這些圖案同時施加於關注區域12內，而於另一例示實施例，這些圖案為不同時間施加。當圖案為不同時間施加，超音波能量16的圖案可用以增加關注區域之基準溫度，並增加超音波能量16’之圖案的效應，如上所說明。
於組織不同深度施加不同層級的超音波能量16於關注區 域產生結合治療資料。例如，並非僅利用燒蝕或非燒蝕級能量以毛囊皮脂腺14及周遭區域為目標處理粉刺(如同審查中之美國專利申請案第11/163,177及11/738,682所述，其名稱分別為「處理粉刺及皮脂腺之方法(Method For Treating Acne and Sebaceous Glands)」’以及「非燒蝕性粉刺處理及預防之方法及系統(Method and System for Non－Ablative Acne Treatment and Prevention)」)，來破壞或影響毛囊皮脂腺14及其內容物，而是所有關注區域12之組織皆可為目標來處理並避免粉刺或其他疾病。
舉例而言，可以燒蝕級處理毛囊皮脂腺14來破壞它，並避免不要的皮脂產生。當毛囊皮脂腺被破壞或被抑制，暫停了皮脂產生並避免未來逐漸養成粉刺。但是，結瘢、傷疤、黑頭、白頭、囊腫、以及瘢痕仍可呈現於皮膚頂層，例如真皮。可藉由較施加於毛囊皮脂腺14之層級為低的非燒蝕及非凝聚級之超音波能量處理組織的這些層。
施加較低層級之超音波能量16於皮膚表面來加熱表面。身體對關注區域12升高的溫度之自然反應為增加血液灌注到關注區域12。增加的血液灌注輸送較多的血液到關注區域12。於關注區域12增加的血液導致血液內所含之增加的修復細胞數被輸送到關注區域12。具體而言，越多血液流到關注區域12，在關注區域12就越多纖維原細胞及其他治療的白血球細胞(leucocyte cells)(白血球細胞(white blood cells))，例如淋 巴球(lymphocyte)、巨噬細胞、以及嗜中性球，來處理當前的粉刺並避免未來逐漸形成的粉刺。修復細胞藉由幫助粉刺損害快速治癒來處理既存粉刺。因為於關注區域12有較多的滋養能夠對抗造成粉刺的細菌，例如P－粉刺，因此可避免未來的粉刺。
因此，於此範例，藉由以關注區域12多重組織深度為目標來處理粉刺。毛囊皮脂腺14位於關注區域內之深度，以終止皮脂產生層級之超音波能量16來處理，以避免未來粉刺逐漸形成。再者，可見到粉刺效應的層(於皮膚)亦以超音波能量16來處理，以幫助治癒疤痕及粉刺可見的效應。
於另一例示實施例，於組織深度內之溫度範圍可反轉。於此例示實施例，例如超音波能量16之能量以燒蝕或凝聚級施加於皮膚表面，或以較低的非燒蝕及非凝聚級施加於更深的深度。於此例示實施例，可自皮膚的關注區域「燒」掉痣或囊腫，而施加能量於更深的深度可引起增加的血液灌注，一旦痣或囊腫被移除及/或處理後其治癒該區域。
同時施加例如超音波能量16之能量於多重深度且以不同層級，以超音波的熱及/或機械效應處理於關注區域12之所有組織。熱效應將溫度提升至人體自然溫度之上。溫度範圍可於任何影響特定結果之範圍。根據本發明，特定量的超音波能量16可施加於預定深度，以提升該深度的溫度而達到特定結 果。可依據所提供能量的層級，於組織的各種層級產生具有特定溫度之特定區。
舉例而言，於組織的表面及真皮層可能需要將溫度提升到50度或更高，以燒掉痣、腫瘤、或其他皮膚或組織不要的部份。於施加超音波能量16的期間，亦可能想遠較低地提升更深的深度之溫度到僅高於人體自然溫度5或10度之上，以達到例如增加血液灌注之結果。於組織內一區或層之較低溫度以及另一區之較高溫度處理整個關注區域12。
除了在組織內各種深度之時間性改變外，超音波能量16亦具有某些可用以處理之機械效應。於一例示實施例，這些機械效應包含空化、串流、輻射力、震盪力、以及剪應力於細胞之細胞膜上，其包含被作為目標之組織。例如空化及串流之機械效應產生各種接觸細胞壁的力。舉例而言，當使用本發明之方法及系統處理粉刺時，可用超音波能量接觸P－粉刺之細胞壁以及其他粉刺，造成有機體來破壞或殺死它們。再者，這些機械效應亦幫助驅動醫藥霜膏及其他藥劑到組織細胞，以較佳地完成處理並有助於粉刺或其他形式處理之皮膚滲透藥輸送。
於熱效應的案例中，可於關注區域12內之某些深度及區提供機械效應。施加某層級之能量於某深度可造成該層級之某些機械效應。於一例示實施例，施加越多超音波能量16，實現越多機械效應。舉例而言，較低的能量導致較少的效應。舉 例而言，施加較大層級的能量於組織內某些位置將導致較大的機械效應，例如在這些位置達到某結果可能需要的串流及空化。
能量的量於不同層級可改變，且在一層級造成特定效應而同時在另一層級造成另一效應。不同層級的處理可產生結合的處理，其與上述之熱效應一起或獨立作用。舉例而言，可能需要提供較高層級之超音波能量16，以於毛囊皮脂腺14位置所在之深度造成足夠的空化及/或串流，且可能為破壞毛囊皮脂腺內之細菌以避免及治療粉刺所必需的。
當施以足夠層級之超音波能量16以造成足以破壞細菌之空化及/或串流時，可施加較低能量層級於關注區域12之其他區域。可能需要施加較低層級之超音波能量16於關注區域12其他深度及位置，以達到其他效應，例如皮膚滲透藥輸送。皮膚滲透藥輸送可藉由利用機械效應將醫藥或其他藥劑推入關注區域12之組織細胞而達成。再者，於例示實施例，醫藥可含於耦合膠、霜膏、或其他物質中，其用以耦合探針26或轉換器至病人身體之關注區域12。
提供一種結合治療資料處理之例示系統10且繪示於圖4。於此實施例，超音波系統包含探針26、控制系統28、以及顯示系統30，用以輸送例如超音波能量16之能量至關注區域12並監控關注區域12。其他例示實施系統揭露於同審查中之 美國專利申請案第11/163,177號，名稱為「處理粉刺及皮脂腺之方法及系統」，以及美國專利申請案第10/950,112號，名稱為「結合的超音波處理之方法及系統」，兩者結合於此作為參考。
例示探針26為轉換器，其發射超音波能量入關注區域12，以加熱關注區域12之特定深度，及/或於特定深度造成某些機械效應。於一例示實施例，耦合劑用以將探針26耦合至病人身體。於其他例示實施例，利用抽吸將探針26附接到病人身體。
額外參照圖5，例示探針26為具有數個轉導元件置於環34、36、38、40及42內之環形陣列。於此例示實施例，各轉導元件用以發射不同時間及/或空間層級之超音波能量16，其能於關注區域12內達到不同效應。於此例示實施例，轉換器分成數個環34－42，且各環含有個別的轉導元件。舉例而言，環36中之轉導元件可能可產生達到皮膚表面下5mm之超音波能量16，而環38中之轉導元件則可能可產生達到皮膚表面下10mm之超音波能量。於其他例示實施例，各環可具有多個轉導元件，其於環內可或可不發射相同層級的能量。
於此例示實施例，環內之元件可能可發射分別達到皮膚表面下15mm、20mm、及25mm之超音波能量。為了達到關注區域12內之特定深度，各轉導元件之構成使得其可發射超音 波能量達此深度。系統10可發射各種頻率範圍之超音波能量。某些例示範圍包含0.10MHz至100MHz或更高。更具體而言，例示頻率包含0.15MHz至0.2MHz之較低頻率，以及0.15MHz至100MHz或更高之較高頻率。舉例而言，為了達到0－15mm之深度，轉導元件50具有10－100瓦之操作功率，且發射頻率1－12MHz之超音波能量16。為了達到0－20mm之深度，轉導元件50具有20－200瓦之操作功率，且發射頻率1－9MHz之超音波能量。最後，為了達到0－25mr之深度，轉導元件50具有1－120瓦之操作功率，且發射頻率1－20MHz之超音波能量16。
參考圖6，顯示另一例示環形陣列。於此例示實施例，如所示，環形陣列具有三個環44、46、及48。各環包含不同的轉導元件50，其發射不同時間及/或空間參數之超音波能量16。舉例而言，環44可用以發射5毫秒時間期間之超音波能量，環46可用以發射10毫秒時間期間之超音波能量，而環48可用以發射15毫秒時間期間之超音波能量。於一例示實施例，從各環發射超音波能量之時間由控制系統28控制。可以各種時間及深度重複發射超音波能量16，以產生所需之熱及/或機械效應於關注區域12。
可自各轉導元件發射各層級之能量，例如超音波能量16。這些層級可藉由變化發射能量的量或自系統10發射之時間來改變。舉例而言，可藉由發射較高功率且較短時間或較低 功率且較長時間，來發射燒蝕或凝聚級之超音波能量。可變化能量發射及時間範圍來達到所需層級的能量發射。再者，可依據是從環46－48哪個發射出的，來改變超音波能量16的穿透深度。如圖6所示，相較於環48所發射之超音波能量，環46所發射之超音波能量僅達到淺層。在環46發射超音波能量16之前，環48發射之超音波能量16可用以預熱關注區域12，以產生如圖2所示之資料。
於一例示實施例，轉導元件50用以發射聚焦深度3－4毫米之超音波能量。於其他例示實施例，具有多個轉導元件50之單一轉換器或探針用以產生各種量的超音波能量。具體而言，轉換器可含有許多元件50，且各元件50建構以發射不同參數之超音波能量。某些例示參數包含超音波能量16之穿透深度、供給各元件50之功率、各元件50之操作頻率、聚焦強度或「F數」、深度或聚焦深度、以及能量。於一例示實施例，轉導元件50以特定方式配置於探針26，以產生受控制可預期發射之超音波能量16。舉例而言，轉換器可建構成藉由以提供元件於關注區域12產生已知預期圖案之超音波能量。
於另一例示實施例，轉導元件50配置於探針26內，以於關注區12內產生「一群」損害，其中各損害具有不同尺寸及深度。根據本例示實施例，選擇不同的元件50之發射時間、頻率、聚焦強度、能量、以及其他、於此所討論之相關參數。元件50置於裝置上，其移動並根據元件相對於關注區域12 之位置，使損害置於關注區域12內之不同位置。
於其他例示實施例，從含於探針26之一元件50到另一元件50變化這些參數，可產生超音波能量16之偽隨機發射圖案。產生超音波能量16之偽隨機發射產生寬空間及/或時間帶之治療功效。
本方法之時間－溫度資料可利用熱劑量觀點來模型化及最佳化。熱劑量，或t43 ，為於43℃暴露的時間，其由於任意時間－溫度加熱資料造成等量生物效應。典型地，燒蝕損害於56℃形成於一秒的等級，其對應於43℃之熱劑量一百及24分鐘。相同的熱劑量對應至50℃約為一分鐘。因此，非燒蝕資料可含有高溫度且較短時間，及/或低溫度且較長時間，或各種時間－溫度資料的組合。舉例而言，可利用一秒之高如56℃之溫度或15分鐘之46℃。此程序可實施於各例示實施例，其中一或多個資料可結合於單一處理。
於一例示實施例，關注區域12提升至高層級，例如約50℃或更高且持續約數秒。於另一例示實施例，溫度提升至高層級(例如大於50℃)且約一秒到五秒或更多，然後關掉約一秒到五秒或更多，且重複以產生脈衝資料。
於另一例示實施例，溫度快速提升至高層級(例如大於50℃)，然後掉到較低溫(小於50℃)，然後於此溫度維持一給定 時間，例如一秒至數秒或超過一分鐘。
於另一例示實施例，溫度快速增加至高層級(THIGH )，其中THIGH 大於40℃，然後關掉系統電力，但當溫度掉到較低臨界.(TLOW )時再打開，其中TLOW 小於THIGH 。一旦溫度達到THIGH 再次關掉系統電力，且重複此程序，效應上類似於溫變自動啟閉裝置(thermostat)。
於另一例示實施例，溫度快速增加至高層級(TSTART )，其中TSTART 大於40℃，然後關掉，但在溫度可查覺地掉到低於TSTART 前(即低了幾度)再打開，藉此在電力再次關閉前溫度可小量增加超過TSTART (即高了幾度)。於此例示實施例，溫度可快速地達到起始點，然後在處理結束前可容許增加到較高溫度而仍維持於非燒蝕或凝聚範圍。
除了圖5所示之環形陣列32，可使用其他轉換器及探針26且落入本發明範疇。其他例示陣列包括截形的環形陣列、線性陣列、線性相陣列、或二維相陣列。某些例示轉換器包含移動於任何垂直或水平方向之轉換器，或可調整角度大小之轉換器。可使用任何已知或未來發展用以發射超音波能量16至組織內深度之轉換器配置，且落入本發明範疇。
所發射之超音波能量16可以各種能量場發射。能量場可被聚焦、失焦，且/或由轉換器造成實質平面以提供複數個不 同的效應。能量可藉由自動或手動移動，而以一或多個C面或C掃描施於一或多個點。例如，實質平面能量場可提供加熱及/或預處理效應，聚焦的能量場可提供較集中的熱源或極高熱的效應，而非聚焦的能量場可提供較擴散的加熱效應。應了解於此所用之術語「非聚焦」意指涵蓋未聚焦或失焦的能量。
例示轉換器發射超音波能量，以顯像、或處理、或是顯像與處理的組合。於一例示實施例，轉換器用以發射超音波能量於關注區域12中的特定深度，如上所述。
參考圖7A－7D，轉換器可包含一或多個用以助於處理之轉導元件50。轉導元件50可包含壓電活化材料，例如鋯鈦酸鉛(PZT)、或任何壓電活化材料，例如壓電陶瓷、水晶、塑料、及/或複合材料、以及鈮酸鋰、鈦酸鉛、鈦酸鋇、及/或偏鈮酸鉛(lead metaniobate)。除了或取代壓電活化材料，轉換器可包含任何產生輻射及/或聲波能量之其他材料。轉換器亦可包含一或多個匹配及/或支持層，以與轉導元件50組態，例如耦合至壓電活化材料。轉換器亦可組態有單一或多重阻尼元件以及轉導元件50。
根據本發明一例示實施例，轉換器之轉導元件50可組態為一致的，因而具有窄頻共振頻率分佈。根據本發明另一例示實施例，轉導元件50亦可組態成不同厚度及/或作為多重阻尼裝置，因而具有寬頻共振頻率分佈。舉例而言，轉換器之轉導 元件50可提供較低範圍之中心操作頻率，例如約1kHz至3MHz。轉導元件50亦可提供較高範圍之中心操作頻率，例如約3至100MHz，或更高。又於其他例示實施例，轉導元件50用以發射頻率範圍為1－15MHz之超音波能量16。再於其他例示實施例，轉導元件50用以發射頻率範圍約為0.5至100MHz之超音波能量16，又再於其他例示實施例，轉導元件50用以發射頻率範圍為0.75至25MHz之超音波能量。其他例示頻率約於0.75MHz至1.75MHz之範圍。調和及次調和亦可用於本發明各種實施例。
轉換器可組態為單一寬頻轉換器，且以至少兩個或更多頻率激發，例如4MHz及7MHZ，以提供適當的輸出來提升關注區域內之溫度及/或導致機械效應。轉換器亦可組態有兩個或更多個別的轉換器，其中各轉換器包含個別的轉導元件50。
再者，於例示實施例中，任何種類的機械透鏡或變焦透鏡，例如液體填充透鏡，亦可用以聚焦及/或失焦能量場。舉例而言，轉換器亦可組態有電子聚焦陣列，其結合一或多個轉導元件50以助於增加處理關注區域的彈性。陣列可以類似於轉換器之方式組態。換言之，陣列可組態成電子孔徑陣列，其可由各種相對可變電子時間延遲操作，例如T1 、T2 、T3 ...Tj 。藉由「操作」一詞，電子孔徑陣列可被操控、驅動、利用、及/或組態，以對應電子時間延遲所造成之相變化之方式產生及/或輸送能量。舉例而言，三相變化可用於輸送失焦束、平面束、 及/或聚焦束，其各可結合使用以於關注區域12達到不同生理效應。
轉導元件50可組態為凹的、凸的、及/或平面的。例如於圖7A之例示實施例，轉導元件50組態為凹的，以提供聚焦能量處理關注區域12。額外的實施例揭露於美國專利申請案第10/944,500號，名稱為「可變深度超音波處理之系統及方法(System and Method for Variable Depth Ultrasound Treatment)」，再次結合於此作為參考。
於一例示實施例，轉導元件50為治療線聚焦單一元件。再者，下註之陣列56、58、60、及62可更包含至少一顯像元件50或顯像元件及處理元件之組合50。於另一例示實施例，多重元件、多重延遲之轉換器50可為垂直於圖7A及7B所示者之多重元件多重延遲轉換器，藉此如此垂直設置之轉換器為治療、顯像、或雙模式顯像－治療元件。
於圖7B所示之另一例示實施例中，轉導元件50可組態為實質平的，以提供實質一致的能量至關注區域12。雖然圖7A及7B顯示例示實施例之轉導元件50分別組態為凹的或實質平的，然而轉導元件50可組態為凹的、凸的、及/或實質平的。此外，轉導元件50可組態為任何凹的、凸的、及/或實質平的結構之組合。舉例而言，第一轉導元件50可組態為凹的，而第二轉導元件50可組態為實質平的。
參考圖5、6、及7C，轉換器亦可組態成環形陣列32，以提供平面的、聚焦的及/或失焦的聲波。環可機械地且電地隔離成個別元件組，且可產生平面的、聚焦的及/或失焦的波。舉例而言，此類波可集中於軸上，藉由如調整對應傳輸及/或接收延遲Tl 、T2 、T3 ...TN 之方法。電子聚焦可適當地沿各種深度位置移動，且可致能可變的強度或束的緊度，而電子失焦可具有不同的失焦量。根據一例示實施例，亦可提供透鏡及/或凹的或凸的形狀之環形陣列，以助於聚焦或失焦，使得可降低任何時間差異延遲。可實施環形陣列移動於一維、二維、或三維，或沿任何路徑，例如透過使用探針及/或任何習知的機械手臂機制，以掃描及/或處理關注區域12中之大量空間或任何對應的空間。
參考圖7D，例示轉換器亦可配置如球形聚焦之單一元件51、環形/多元件52、具有顯像區之環形陣列54、線聚焦之單一元件56、1－D線性陣列58、1－D曲形(凸/凹)線性陣列60、及/或2－D陣列62，具有機械聚焦、凸透鏡聚焦、凹透鏡聚焦、化合/多透鏡聚焦、及/或平面陣列形式，以達到顯像及/或治療兩者之聚焦、未聚焦、或失焦音場。類似於球形聚焦之單一元件51將因多環形元件52及/或顯像區54而組態，治療的線聚焦之單一元件56及1－D與2－D陣列58、60、及62之一例示實施例，乃設置一或多個顯像元件或顯像陣列於其孔徑。一般可利用顯像及治療轉換器或雙模式轉換器之組合。於某些例示實施例，可利用球形透鏡於處理粉刺，而利用圓柱形透鏡處理 關注區域12。於本發明其他例示實施例仍可其他透鏡形狀。
現參考圖8A－8C，控制系統28適當地控制且操作例示轉換器。控制系統28可為手持形式。某些例示控制系統28接露於同審查中之美國專利申請案第11/738,682號，其結合於此作為參考。再者，例示控制系統28亦包含顯示器30。例示顯示器30亦揭露於同審查中之美國專利申請案第11/738,682號。
於例示實施例中，控制系統28為整個處理程序之協調及控制而組態。例如，控制系統28可適當地包含電源組件66、感測及監控組件68、冷卻及耦合控制器70、及/或處理及控制邏輯組件72。控制系統28可以多種方式與更多或更少子系統及組件組態並最佳化。
舉例而言，控制系統28可包含一或多個直流(DC)電源供應74，以提供電能給整個控制系統，包括轉換器電子放大器/驅動器所需的電力。亦可提供DC電流感測裝置76，為安全及監控目的而確認流到放大器/驅動器之電力層級。
放大器/驅動器78可包含多通道或單通道電力放大器及/或驅動器。根據一例示實施例之轉換器陣列組態，放大器/驅動器亦可組態有成束器(beamformer)以促進陣列聚焦。例示成束器可由振盪器/數位控制的波形合成器/振盪器77及相關切換邏輯激發。
電源組件亦可包含各種過濾組態80。舉例而言，可切換諧波濾波器及/或匹配可用於放大器/驅動器/成束器78之輸出，以增加驅動頻率及效應。亦可包含電力偵測組件82，以確認適當的操作及校正。舉例而言，電力及其他動力偵測組件亦可用以監控流到探針的電力量。
亦可適當地實施各種感測及監控組件84於控制系統。舉例而言，根據一例示實施例，監控、感測、介面控制組件84可操作實施於轉換器中之各種運動偵測系統，以接收及處理來自關注區域12之資訊，例如聲音的或其他空間的及/或時間的資訊。感測及監控組件84亦可包括各種控制、介面及開關86以及/電力偵測器。此類感測及監控組件可促進於系統中之開路及/或閉路回饋系統。
於一例示實施例，感測及監控組件包含感測器，其連接至聲音或視覺警報系統，以避免系統過度使用。於此例示實施例，感測器感測轉移至皮膚之能量的量，或系統已活化地發射能量的時間。當達到某時間或溫度臨界時，警報器發出聽覺警報或啟動視覺指示器，以警告使用者達到了臨界。如此避免使用者過度使用系統。於一例示實施例，感測器可操作地連接到控制系統，且迫使控制系統停止自探針發射超音波能量。
可提供冷卻/耦合控制系統88以自例示探針移除廢熱，而於表面組織介面且於組織更深處提供受控溫度，及/或自探針 提供聲波耦合至關注區域。此類冷卻/耦合控制系統亦可以各種耦合及回饋組件操作於開路及/或閉路回饋配置。
此外，例示控制系統28可更包含各種系統處理器及數位控制邏輯90，例如一或多個控制器或介面開關以及關聯的組件，包括韌體及控制軟體92，其介面於使用者控制及介面電路以及輸入/輸出電路及系統，供通訊、顯示、介面、儲存、紀實、及其他有用的功能。系統軟體控制所有初始化、時序、層級設定、監控、安全監控、及所有其他完成使用者界定處理目的之系統功能。再者，各種控制開關亦可適當地組態以控制操作。於例示實施例，控制系統28更包含機制及驅動器控制器94。
參考圖8C，例示轉換器藉由手持形式控制系統96而適當地以各種方式控制及操作。外部充電器98可與可充電式電池97一起使用，或電池可為單次使用拋棄式，例如AA型電池。電力整流器(power converter)100產生適於提供動力給驅動器/回饋電路之電壓，而調整網路102驅動轉換器，經由一或多個聲波耦合蓋(caps)103耦合至病人。蓋可至少由以下其中之一組成：固態媒介、半固態媒介(例如膠狀媒介)、及/或液態媒介，均等於聲波耦合劑(含於殼體中)。蓋103以聲波耦合劑104耦合至病人。蓋103及/或耦合劑104可被冷卻，例如於冰箱、冰水、帕耳帖冷卻裝置、封閉迴路冷卻控制或任何其他冷卻裝置。蓋103及/或耦合劑104亦可預熱於例如烤箱、熱水、耐 熱裝置、封閉迴路加熱或任何其他已知加熱裝置或機制。
此外，具關聯的軟體及演算法之微控制器及時序電路106提供控制及使用者介面，經由顯示器30、振盪器107、及其他輸入/輸出控制器109例如開關及聲音裝置。儲存元件108例如EEPROM、安全EEPROM、防竄改EEPROM、或類似裝置，存有校正及使用資料。具有回饋110之運動機制可適當地控制以掃描轉換器，如需要時可以線或二維圖案及/或於變化的深度掃描。其他回饋控制包含電容式、聲波式、力或其他耦合偵測手段及/或限制控制及熱感測器111。安全EEPROM與耦合蓋、轉換器、熱感測器、耦合偵測器、或調整網路之至少其之一組合以及塑料或其他殼體可包含拋棄式頂端。
再次參考圖4，例示系統亦包括顯示器30或顯示系統，以於某些例示實施例中提供關注區域12之影像，其中自轉換器以適於顯像之方式發射超音波能量。顯示器30亦可為任何類型的系統，其傳送除關於系統10或關注區域12之影像外之影像或資訊給使用者。因此，於各種例示實施例中，顯示器30可為電腦監視器、電視螢幕，或可為簡單的指示系統類型，例如液晶顯示器、發光二極體顯示器。當系統為手持系統時，液晶顯示器及發光二極體顯示器尤其有用。
顯示器30使得使用者能促進處理區域及周圍結構之局部化。於局部化後，輸送超音波能量16於深度、分佈、時序、 以及能量等級，以達到所需的治療效應。在治療之前、期間、及/或之後，即輸送超音波能量16之前、期間、及/或之後，可進行處理區域及周圍結構之監控，以進一步計畫及存取結果，及/或提供回饋給控制系統並經由顯示器30給系統操作者。
根據本發明另一例示實施例，例示監控方法可包含監控溫度資料或關注區域12之其他組織參數，例如衰減、聲音速度、或機械性質，例如處理區域之硬度及應變，且適當地調整自探針26發射之超音波能量之空間及/或時間的特性、以及能量等級。此類監控技術之結果可藉由一維、二維、或三維影像監控結果指示於顯示系統，或可簡單地包含成功或失敗型指示器，或其組合。額外的監控技術可基於一或多個溫度、視訊、資料(profilometry)、及/或硬度或應變量測器、或任何其他合適的感測技術。
於某些例示實施例，系統10配備有某些特徵來幫助使用者。一特徵為使用時覆蓋探針26之可拋棄式頂端。可拋棄式頂端使超音波能量16可通過頂端並接觸病人。但是使用後可拋棄式頂端可自探針26移除並以新的可拋棄式頂端置換，以避免病人的病菌散播至其他病人，其可能是在接觸病人的皮膚後駐留於探針上。可使用不同尺寸的可拋棄式頂端，且仍落入本發明之範疇中。
本發明於此可以各種功能性組件以及處理步驟形式描 述。應了解這些組件以及步驟可藉由用以實施特定功能之任何數量的硬體元件實現。舉例而言，其他實施例可利用各種醫藥處理裝置、視覺顯像與顯示裝置、輸入終端及類似者，其可在一或多個控制系統或其他控制裝置的控制之下實行多種功能。此外，例示實施例可實施於任何數量的醫藥背景，且於此所描述之例示實施例相關之系統，僅作為所揭露標的之例示性應用的說明。舉例而言，所討論之原理、特徵、以及方法，可應用於任何醫藥應用。再者，本發明各種方面可適當地應用於其他的應用，例如其他醫藥或工業應用。
10‧‧‧超音波系統
12‧‧‧關注區域
14‧‧‧毛囊皮脂腺
16‧‧‧超音波能量
16’‧‧‧超音波能量
17‧‧‧線
18‧‧‧位置
19‧‧‧線
20‧‧‧位置
22‧‧‧位置
26‧‧‧探針
28‧‧‧控制系統
30‧‧‧顯示系統
32‧‧‧環形陣列
34、36、38、40、42‧‧‧環
44、46、48‧‧‧環
50‧‧‧轉導元件
51‧‧‧球形聚焦之單一元件
52‧‧‧環形/多元件
54‧‧‧具有顯像區之環形陣列
56‧‧‧線聚焦之單一元件
58‧‧‧1－D線性陣列
60‧‧‧1－D曲形(凸/凹)線性陣列
62‧‧‧2－D陣列
66‧‧‧電源組件
68‧‧‧感測及監控組件
70‧‧‧冷卻及耦合控制器
72‧‧‧處理及控制邏輯組件
74‧‧‧直流電源供應
76‧‧‧DC電流感測裝置
77‧‧‧波形合成器/振盪器
78‧‧‧放大器/驅動器/成束器
80‧‧‧過濾組態
82‧‧‧電力偵測組件
84‧‧‧感測及監控組件
86‧‧‧控制、介面及開關
88‧‧‧冷卻/耦合控制系統
90‧‧‧系統處理器及數位控制邏輯
92‧‧‧韌體及控制軟體
94‧‧‧機制及驅動器控制器
96‧‧‧控制系統
97‧‧‧可充電式電池
98‧‧‧外部充電器
100‧‧‧電力整流器
102‧‧‧調整網路
103‧‧‧聲波耦合蓋
104‧‧‧聲波耦合劑
106‧‧‧微控制器及時序電路
107‧‧‧振盪器
108‧‧‧儲存元件
109‧‧‧輸入/輸出控制器
110‧‧‧回饋
111‧‧‧熱感測器
本發明標的具體指明並明確主張於說明書之最後部份。然而，本發明之結構與操作方法皆可參照詳細說明並伴隨圖式而更加了解，其中圖式中類似的元件以類似的標號表示。
圖1A－1B顯示可根據本發明例示實施例處理之組織之示意圖；圖2顯示根據本發明例示實施例於特定時間期間溫度增加之示意圖；圖3A－3C顯示根據本發明例示實施例於各種組織深度改變超音波能量之時間與空間特性之示意圖；圖4顯示根據本發明例示實施例之處理系統之示意圖；圖5顯示根據本發明例示實施例之環形轉換器陣列之示意圖；圖6顯示根據本發明例示實施例之環形轉換器陣列之示 意圖；圖7A－7D顯示根據本發明各種實施例之例示轉換器陣列之截面示意圖；以及圖8A－8C顯示根據本發明實施例之例示控制系統之方塊圖。
16‧‧‧超音波能量
16’‧‧‧超音波能量

Claims (14)

  1. 一種用以產生一結合能量資料之處理系統，包含：一控制系統(28)，用以控制該處理系統(10)；一轉換器，包含面向關注區域(12)之一第一轉導元件，且用以發射具有一第一組時間與空間參數之超音波能量(161)的一圖案，以在該關注區域(12)之至少一皮膚表面內產生一較小幾何形狀，以及面向該關注區域之一第二轉導元件，且用以發射具有一第二組時間與空間參數之超音波能量(16)的一圖案，以在該皮膚表面下方之該關注區域(12)內之皮下組織內產生一較大幾何形狀；其中該第一組時間與空間參數不同於該第二組時間與空間參數。
  2. 如請求項1所述之處理系統，其中該第一轉導元件發射一頻率為0.15至10MHz範圍之超音波能量(161)之該圖案，而該第二轉導元件發射一頻率為2至20MHz範圍之超音波能量(16)之該圖案。
  3. 如前述請求項1至2之其中一項所述之處理系統，其中該較小幾何形狀不同於該較大幾何形狀。
  4. 如請求項1所述之處理系統，其中該發射超音波能量(161)的該圖案大體上與該發射超音波能量(16)的該圖案同時開始。
  5. 如請求項1所述之處理系統，其中該較小幾何形狀與該較大幾何形狀皆用以燒蝕該關注區域(12)之至少一部份。
  6. 如請求項1所述之處理系統，其中該較小幾何形狀與該較大幾何形狀皆用以增加該關注區域(12)之至少一部份內的溫度，但不造成燒蝕。
  7. 如請求項1所述之處理系統，其中該較小幾何形狀與該較大幾何形狀中的一個係用以增加溫度，在該皮膚表面之該組織內造成燒蝕，而該較小幾何形狀與該較大第二幾何形狀中的另一個係用以增加溫度，但不在該皮下組織內造成燒蝕。
  8. 如請求項1所述之處理系統，其中該較小幾何形狀與該較大幾何形狀中的一個係用以提供一熱劑量，大於一相當於將該皮膚表面內之一部分組織維持在43℃達120分鐘之熱劑量，而該較小幾何形狀與該較大幾何形狀中的另一個係用以提供一熱劑量，小於一相當於將該皮下組織之一部分維持在43℃達120分鐘之熱劑量。
  9. 如前述請求項1至2及4至8之其中一項所述之處理系統，更包含一光源用以在該關注區域(12)內發射介於400-450nm範圍之光。
  10. 如前述請求項1至2及4至8之其中一項所述之處理系 統，更包含一光源用以在該關注區域(12)內發射介於紅外線範圍之光。
  11. 如前述請求項1至2及4至8之其中一項所述之處理系統，更包含一與該控制系統通訊(28)的顯示器(30)。
  12. 如前述請求項1至2及4至8之其中一項所述之處理系統，其中該處理系統(10)封閉於一手持形式內。
  13. 如前述請求項1至2及4至8之其中一項所述之處理系統，更包含一可拋棄頂端，附接於該轉換器。
  14. 如前述請求項1至2及4至8之其中一項所述之處理系統，更包含一來源用以發射一能量束至該關注區域(12)內，該關注區域包含該皮膚表面以及該皮下組織，其中該能量束係以下其中之一：a)單極或雙極射頻電流；b)光子基能量；以及c)機械能量。
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