TWI822919B - 用於經皮能量輸送之陶瓷施用器 - Google Patents
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Abstract
一種能量輸送裝置，以及一種藉由高頻能量治療組織的方法。能量輸送裝置可包括施用器，施用器包括電極與基板。基板可用陶瓷材料製成，而且可具有厚度可變化的表面，例如凹面。
Description
本發明係有關能量輸送裝置與藉由高頻能量治療組織的方法。
一些種類的能量輸送裝置可藉由電磁能量治療患者的組織。這些能量輸送裝置發出電磁波頻譜的不同頻段中的電磁能量以治療組織，可用於治療多種皮膚疾病。例如，能量輸送裝置可用非燒蝕的和非入侵的方式治療皮膚疾病或其他組織疾病。
有一種能量輸送裝置發射位於電磁波頻譜中的射頻(radio-frequency,RF)頻段的高頻電磁能量。藉由高頻能量經過皮膚表面，可用於治療皮膚組織，同時給皮膚主動地降溫以避免傷害靠近皮膚表面的表皮層(epidermal layer)。高頻能量可將表皮底下的組織加熱到足夠使膠原蛋白(collagen)變性的溫度，使膠原蛋白收縮而使組織繃緊。高頻能量的治療會造成輕微發炎。組織的發炎反應會在治療後的三天到六個月期間內逐漸產生新的膠原蛋白，使組織進一步收縮。
典型的能量輸送裝置包括一個用於接觸或靠近患者皮膚表面的治療端，該治療端發射的電磁能量穿透皮膚表面，進入皮膚表面底下的組織。能量輸送裝置的另一側可包括一個元件，例如包含電極的施用器，以供應高頻能量至患者的組織。傳統施用器包括軟性聚合物薄膜，在薄膜上設置電極。不過聚合物薄膜有材料淘汰的問題，因為它們在其他應用領域通常不被廣泛採用。
雖然用於輸送高頻能量的傳統施用器已足夠適用，現今仍然需要改善的高頻能量輸送裝置，以及改善的高頻能量輸送方法。
在一實施例中，一種能量輸送裝置包括施用器。施用器包括電極和陶瓷材料的基板。基板具有第一表面、相對於第一表面的第二表面、以及位於第一表面和第二表面之間的外邊緣。此外，基板在第一表面和第二表面之間的厚度係根據相對於外邊緣的位置而變化。
在另一實施例中，一種能量輸送裝置包括施用器。施用器包括電極和陶瓷材料的基板。基板具有第一表面、相對於第一表面的第二表面、以及位於第一表面和第二表面之間的外邊緣。此外，基板具有在第一表面和第二表面之間的厚度，其係在一條假想中心線對稱變化。上述的中心線垂直於第一表面和第二表面的一個主要維度(major dimension)。
另一實施例提供一種高頻能量輸送方法。此方法包括從電極輸送高頻能量，使高頻能量穿過基板以治療靠近電極的組織。上述高頻能量在電極的外邊緣附近的電流密度小於從電極的外邊緣向內的電流密
度。基板具有相對於基板的外邊緣的位置而變化的厚度，而且基板在外邊緣附近的厚度為最大。
本發明內容係以簡化形式介紹概念的選擇，其將進一步於下文中詳細描述。本發明內容既不意圖在標識請求標的之關鍵特徵或必要特徵，亦不意圖在單獨輔助用以確定請求標的之範圍。
10:施用器
12:電極
13:外邊緣
14:基板
16、18:表面
20:外邊緣
22:外框
24:連接點
26:中心線
200:能量治療裝置
210:系統控制器
220:人機介面
230:高頻產生器
240:電源供應器
250:手持件
260:治療端
270:液體輸送器
280:振動裝置
以下之附圖係結合於本發明說明書中，並構成本發明說明書之一部分，並且以附圖標記特徵以示意本發明之實施例，以及以上述發明內容的一般描述與下文實施例的詳細描述結合在一起，用以解釋本發明之原理。
第1圖為本發明之一實施例的一種能量治療裝置的方塊圖。
第2圖為本發明之一實施例的一種施用器的前視圖。
第3圖為第2圖之施用器的剖面圖。
請參照第1圖至第3圖，根據本發明的實施例，能量治療裝置200包括系統控制器210、人機介面(human-to-machine,HMI)220、高頻產生器230、電源供應器240、手持件250、以及治療端260。系統控制器210通常藉由控制裝置200的其他元件，例如高頻產生器230和電源供應器240，以控制裝置200的操作與功能。系統控制器210為高階硬體
控制器，能使高頻能量(例如，射頻能量(radio-frequency energy,RF energy))的應用使用於患者的治療區域，例如可藉此進行經皮皮膚治療(transcutaneous dermatological treatment)。裝置200的其他元件中的低階硬體控制器可在系統控制器210的指引與協調下管理元件階層的操作。
為了控制與協調其他元件的操作，系統控制器210也可以在對治療區域施用高頻能量的程序中監視來自低階硬體控制器的狀態訊息和各種操作參數。上述操作參數可例如包括治療端260所發射的最大輸出功率和平均輸出功率、治療端260的溫度、患者施加的機械力、以及治療端260使用數據的目前數值，諸如此類。如果來自低階硬體控制器的狀態訊息或操作參數指示有錯誤狀況，系統控制器210可以停止施用高頻能量至治療區域。例如，如果治療端260的使用數據之目前數值超出門檻值，則系統控制器210將停止施用高頻能量至治療區域。
人機介面220提供操作者(例如臨床醫師)和裝置200之間的介面，用以交流命令、請求、資訊和資料，諸如此類，使操作者得以和裝置200提供的功能互動。在一實施例中，人機介面220可包括提供操作者和裝置200之間的輸入介面和輸出介面的觸控式螢幕。在一實施例中，人機介面220可包括聲音介面，例如麥克風和/或揚聲器。在一實施例中，人機介面220可包括實體輸入裝置，例如按鍵(例如按壓按鍵、搖桿按鈕、或其他已知按鍵)、旋鈕、滑動開關、搖桿、點按式選盤(click wheel)、鍵盤、或游標裝置(例如滑鼠)，諸如此類。高頻產生器230組構以當被系統控制器210致能(enable)時，根據來自操作者而且通過人機介面220接收的命令，產生驅動治療端260中的電極12的高頻能量(例如射頻能量)。在一實
施例中，此高頻能量可以是頻率在1MHz至20MHz的範圍中的射頻能量。
電源供應器240組構以從外部電源(例如交流電(AC)插座)輸送電力至裝置200的各種元件。在一實施例中，電源供應器240組構以將取自外部電源獲得的交流電轉換為直流電並輸送至裝置200的各種元件。在一實施例中，電源供應器240組構以在外部電源和裝置200的其他元件之間提供電性隔離(electrical isolation)。
手持件250組構以沿著高頻能量的傳送路徑中耦接治療端260至裝置200的其他元件。手持件250通過內含導線的軟性纜線連接裝置200，該內含導線的軟性纜線電性耦接手持件250至其他元件。手持件250可具有平滑的輪廓握持部，以便作為操作者之臨床醫師握持使用。手持件250可允許臨床醫師的至少單手握持，以操縱手持件250和治療端260的位置。在治療程序中，操作者將手持件250(連帶治療端260與其施用器10)靠近患者的治療區域並接觸該治療區域。在治療端260的一部分接觸治療區域後，如下文所述，操作者可藉由設置於手持件250的外表面上的控制元件，及/或控制機台上的控制元件，指示控制裝置200從施用器10輸送高頻能量至治療區域。例如手持件250可包括控制元件以供操作者開始輸送高頻能量至治療區域、終止輸送高頻能量至治療區域、及/或調整施用到治療區域的高頻能量的數量。
治療端260耦接手持件250以將高頻產生器230所產生的高頻能量輸送至患者，以達成治療目的。治療端260包括施用器10。施用器10用於在治療程序中以特定密度將高頻能量輸送至患者。治療端260可
包括用於收納施用器10的外殼。治療端260可組構以可拆卸地固定於手持件250。治療端260的溫度指示感測器資料可在使用溫度感應器(例如熱敏電阻)被獲得於治療端260內。
在一實施例中，裝置200的元件的至少一個子集合被包含在一個控制機台或機構附件中。例如該控制機台可包含系統控制器210、高頻產生器230、以及電源供應器240。在一實施例中，手持件250通過內含導線的軟性纜線實體地耦接控制機台，上述內含導線的軟性纜線電性耦接手持件250至裝置200的其他元件。人機介面220的部分或全部可以設置於控制機台的一個朝外的表面上。
液體輸送器270可設置於手持件250及/或治療端260之中。裝置200的控制機台可設置一個冷卻劑供應源(例如冷卻罐)，以管線耦接液體輸送器270。液體輸送器270可組構以配合治療程序可控地將冷卻劑以噴霧或流動方式輸送至施用器10。冷卻劑可被觸發於系統控制器210的控制下，可在施用器10向患者的組織輸送高頻能量之前、期間及/或之後以噴霧或流動方式輸送。
振動裝置280可設置於手持件250及/或治療端260內。振動裝置280組構以相對於手持件250和治療區域較低的頻率振動或震盪治療端260和施用器10。特別的是，振動裝置280可使治療端260沿一個垂直或大致垂直治療區域的軸向震盪或振動，此時治療端260至少有一部分接觸治療區域，以將振動傳遞至治療區域。在不以任何特定理論限定下，這樣的振動可在治療程序中為患者提供疼痛控制機制。
請參照第2圖和第3圖，施用器10包括電極12以及為電極12提供機構支撐的基板14。基板14包括表面16、相對於表面16的表面18、以及外邊緣20。外邊緣20設置於表面16和表面18之間，並延伸至基板14的整個周緣。電極12也包括位於基板14的外邊緣20內部的外邊緣13，以使電極12僅部分覆蓋基板14的表面16。
基板14可包括外框22，外框22圍繞基板14上設置電極12的區域。電極12和外框22可以是互相獨立的元件，也可以是用同一件材料加工或塑造而製成。因此，外框22和電極12可由同一種材料組成，或用至少兩種不同材料組成。電極12嵌入外框22。表面16位於外框22的部分比表面16被電極12覆蓋的部分相對凹陷，而且表面16位於外框22的部分所在的平面和表面18所在的平面平行，以使外框22具有一致的厚度，而與設置電極12的區域的厚度不同。
基板14具有表面16和表面18之間分離的厚度。表面16和表面18之間的厚度隨著相對於基板14的外邊緣20的位置而變化。特別的是，如第3圖所示，基板14的厚度可隨著相對於假想中心線26的距離而增加，中心線26垂直於表面16、18。上述厚度不需要從中心線26均勻增加，不過在中心線26兩邊的距離增加應該是對稱於中心線26。例如非線性輪廓包括環形圓(torus)的輪廓或起始隨著與中心線26的逕向距離增加而增加厚度的輪廓，經過給定半徑以界定轉折點之後，再開始隨著中心線26的逕向距離增加而減少厚度的輪廓。在一實施例中，基板14的表面16可以是凹形，由其曲率半徑(radius of curvature)呈現上述的根據位置的厚度變化。在一實施例中，基板14的厚度可以中心線26為中心呈現旋轉
對稱(rotationally symmetric)，使上述的根據位置的厚度變化呈現相對中心線26同樣的旋轉對稱。在一實施例中，基板14的厚度可以缺乏對中心線的旋轉對稱，以使上述的根據位置的厚度變化相對於中心線26缺乏旋轉對稱。基板14的表面18可以大致上是平面，而且缺乏故意造成的凹陷或凸起。表面18可作為基板14的厚度變化量測的參考平面。
施用器10可設置於治療端260之中，以使基板14位於電極12和要被高頻能量治療的組織之間。在一代表實施例中，電極12可設置於基板14的表面16上，表面18可從治療端260朝外並直接接觸患者的組織。在另一實施例中，電極12可設置於表面18上，表面16可從治療端260朝外並直接接觸患者的組織。電極12的形狀可以和第2圖繪示的不同。
電極12可以基板14的中心線26為中心。或者，電極12的中心可以偏離基板14的中心線26。多個連接點24可設置在包含電極12的表面16上，做為附加的金屬部件。例如連接點24可以是用於連接溫度感測器(例如已封裝的熱敏電阻或其他種類的感測器)的金屬墊。
在治療程序中，高頻能量從電極12輸送，穿過基板14以治療靠近治療端260的組織。基板14的上述厚度變化可有效降低被輸送的高頻能量在靠近電極12的邊緣13附近的電流密度，此電流密度通常大於從電極12的邊緣13向內的電流密度。上述的在電極12的邊緣13附近的電流密度的降低可改善高頻能量輸送到患者組織的均勻度，據此，進而改善組織加熱與治療的均勻度。
基板14可用陶瓷材料組成，可用機械加工以提供上述的厚度變化。上述的陶瓷材料例如包括但不限於氮化鋁(aluminum nitride)、氧化鋁(alumina)、釔安定氧化鋯(yttria stabilized zirconia；簡稱YTZP或YSZ)、或以上材料的組合。在一實施例中，上述陶瓷材料可以是氧化鋁。
在一實施例中，基板14可用具有熱傳導率(thermal conductivity)大於傳統聚合物基板(例如聚醯亞胺，polyimide)的熱傳導率的陶瓷材料組成，以改善相對於傳統聚合物基板的導熱能力。在某些實施例中，基板14可由熱傳導率大於20W/mK(watts per meter-Kelvin)的陶瓷材料組成。例如，氧化鋁具有30W/mK的熱傳導率，氮化鋁具有60W/mK的熱傳導率，而聚醯亞胺具有0.46W/mK的熱傳導率。
基板14的有效導熱的能力與其熱傳導率直接相關，在使用施用器10的治療程序中是有利的，因為施用器10會將組織冷卻以保護皮膚表層組織，並且將組織加熱到具有療效的溫度。較高的熱傳導率可提供較佳的降溫分布及/或更加一致的表面溫度，相較之下，使用傳統的聚醯亞胺基板通常會造成集中的熱點。為了降溫，施用器10可從配置於手持件250及/或治療端260之內的液體輸送器270(請參照第1圖)接收冷卻劑。冷卻劑供應源(例如冷卻罐)可設置於裝置200的控制機台。液體輸送器270可組構以配合治療程序可控地將冷卻劑以噴霧或流動方式輸送至施用器10。冷卻劑可被觸發於系統控制器210的控制下，可在電極12向患者的組織輸送高頻能量之前、期間及/或之後以噴霧或流動方式輸送。由於降溫的施用器10與其接觸的被高頻能量加熱的組織之間有溫差，熱量會從接觸的組織傳導通過基板14的厚度，因而自接觸的組織被抽離。手持件250及/
或治療端260的一些部分可提供散熱器，將抽取的熱量消散到周圍環境。這樣的散熱可自組織表面向內冷卻接觸的組織，以平衡接近組織表面的加熱，而且可因而產生從組織表面深入組織的反向溫度梯度(reverse thermal gradient)。上述的冷卻和能量輸送可以平衡，以避免過於干擾欲治療的組織深度的加熱，同時也冷卻組織深度和組織表面之間不需要加熱到治療溫度的組織。
在某些實施例中，基板14可用在1MHz到20MHz的頻率範圍中具有大於8的介電常數(dielectric constant；或permittivity)的陶瓷材料組成。例如，氧化鋁在1MHz到20MHz的頻率範圍中具有大約為10的介電常數，氮化鋁在1MHz到20MHz的頻率範圍中具有大約為9的介電常數，而聚醯亞胺在相同的頻率範圍中具有的介電常數較低，大約為4.2。在某些實施例中，基板14可用在1MHz到20MHz的頻率範圍中具有小於1x10-4的介電損耗正切(dielectric loss tangent)的陶瓷材料組成，而聚醯亞胺在此頻率範圍的介電損耗小於5x10-3。在某些實施例中，基板14的陶瓷材料可具有上述的熱傳導率、介電常數和介電損耗這些特性其中的至少一項特性或全部特性。
電極12可由導體組成，例如銅或鋁。電極12可用層壓法(lamination)、氣相沉積(vapor deposition)、濺鍍沉積(sputter deposition)、或其他已知方式設置於基板14上，而且可藉由使用光刻(photolithography)或蝕刻(etching)製程圖案化後續應用以界定電極12的外邊緣13以及設置於電極12的外邊緣13附近的連接點24。當治療端260耦接手持件250
時，電極12可被，例如，手持件250或治療端260之內的彈片(pogo pin)接觸。
本文所使用的參考術語如「垂直」、「水平」、以及範例中之類似者，並不作為限制之意圖以建立參考的框架。應當理解各種不同參考的框架可用於描述本發明而非偏離本發明之精神和範圍。也應理解本發明之特徵不以附圖顯示之比例為必要。此外，本文中用於實施方式或是申請專利範圍之術語「由…組成」、「包含」、「具有」、「和」或其變體，係為涵括相似於「包括」之開放方式。
本文中「近似」的語言修飾術語為例如「大約」、「接近」、及「大致上」並不以此限制特定的精確值。這些「近似」之語言可對應用於量測數值的儀器的精確度。除非以其他方式依據儀器精確度，這些「近似」詞語修飾的數值也可以替代為其數值+/-10%的數值範圍。
兩個「連接」或「耦接」的技術特徵可為直接連接或直接耦接，或者，也可以存在一個或多個存在的中介的技術特徵。如果沒有中介的技術特徵，則兩個技術特徵可以直接連接或直接耦接。如果存在至少一個中介的技術特徵，則兩個技術特徵可以間接連接或間接耦接。在另一技術特徵「上」或「接觸」另一技術特徵的特徵可直接位於另一技術特徵上或直接接觸另一技術特徵，或者，也可以存在一個或多個中介的技術特徵。如果沒有中介的技術特徵，則一個技術特徵可直接位於另一技術特徵上或直接接觸另一技術特徵。如果至少存在一個中介的技術特徵，則一個技術特徵可間接位於另一技術特徵上或間接接觸另一技術特徵。
本文中使用之詞語僅用以描述特定之實施例，而非意圖限制本發明。如本文所使用，單一形式「一個」或「一」的詞語也意圖包含數量為多個的實施例，除非上下文明確排除多個的狀況。應可進一步理解說明書中使用的術語「包括」、「包含」表示存在所述的技術特徵、數值、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除至少一個其他技術特徵、數值、步驟、操作、元件、組件及/或上述事物組成的群組的存在或附加。
本發明經由實施方式的各種實施例例示，且這些實施例的細節以相當的描述，其並非申請人意圖限制或以任何形式限制所付請求項的範圍。附加的優點及修改應易於被本領域熟習技藝者所發覺。因此，本發明較廣之實施形態因而不被限制於特定的細節、代表設備或方法，以及示例之實施例。據此，在不背離申請人整體發明概念的精神或範圍下，可作此類細節的修正。
10:施用器
200:能量治療裝置
210:系統控制器
220:人機介面
230:高頻產生器
240:電源供應器
250:手持件
260:治療端
270:液體輸送器
280:振動裝置
Claims (18)
- 一種能量輸送裝置，包括：施用器，包括電極和由陶瓷材料組成的基板，該基板具有第一表面、相對於該第一表面的第二表面、以及位於該第一表面和該第二表面之間的一個或更多個外邊緣，該基板具有中心線以及在該第一表面和該第二表面之間的厚度，且該厚度隨著從該中心線朝該一個或更多個外邊緣的距離增加而呈現非線性變化。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，其中，該基板的該第一表面為具有曲率半徑的凹形。
- 如申請專利範圍第2項所述之能量輸送裝置，其中，該基板的該第二表面為平面。
- 如申請專利範圍第3項所述之能量輸送裝置，其中，該電極設置於該基板的該第二表面上。
- 如申請專利範圍第2項所述之能量輸送裝置，其中，該電極設置於該基板的該第一表面上。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，其中，該電極以該基板的該中心線為中心。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，更包括：治療端，具有外殼，其中，該施用器設置於該外殼內。
- 如申請專利範圍第7項所述之能量輸送裝置，更包括：手持件，其中，該治療端係組構以可拆卸地固定於該手持件。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，其中，該陶瓷材料為氧化鋁。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，其中，該陶瓷材料為氮化鋁、氧化鋁、釔安定氧化鋯、或以上材料的組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，其中，該陶瓷材料具有大於聚醯亞胺之熱傳導率的熱傳導率。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，其中，該陶瓷材料具有大於20W/mK的熱傳導率。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，其中，該陶瓷材料具有在1MHz到20MHz的頻率範圍中大於8的介電常數。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，其中，該陶瓷材料具有在1MHz到20MHz的頻率範圍中小於1x10-4的介電損耗。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，其中，該基板的厚度缺乏相對於該中心線的旋轉對稱。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，其中，該電極自該基板的該中心線偏離。
- 如申請專利範圍第1項所述之能量輸送裝置，其中，該基板的該厚度相對於該中心線呈現旋轉對稱。
- 一種高頻能量輸送方法，包括：從電極輸送高頻能量，使該高頻能量穿過基板，其中該高頻能量在該電極的一個或更多個外邊緣附近的電流密度小於從該一個或更多個外邊緣向內的電流密度，其中，該基板具有相對於該基板的一個或更多個外邊緣 的位置而變化的厚度，而且該基板在該一個或更多個外邊緣附近的厚度為最大。
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