用於治療脂肪組織的方法和設備的製作方法

2023-12-01 17:25:51 2

專利名稱：用於治療脂肪組織的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於減少脂肪(油脂)組織的方法和設備。
技術背景引用以下參考文獻以有利於理解本發明的背景，這些參考文獻不應 理解成限制本發明的範圍或專利性美國專利5,143,063 美國專利5,158,070美國專利申請No.2005/0154431和No.2004/0106867美國專利6，607，498美國專利6,113,558美國專利No.6，889，0卯美國專利No.5,871，524美國專利No.6,662,054S. Gabriel, R. W. Lau， and C. Gabriel, Phys. Med. Biol. 41(1996)， pp 2251-2269Luc Fournier and Be，la Joo，s， Physical review 67, 051908(2003) Alster T. S. and Tanzi, E. L., The Journal of Cosmetic and Laser Therapy. 2005;7:81-85"Physical properties of tissue", by Francis A. Duck， Academic Press Ltd" 1990，p.l38."Physical properties of tissue", by Francis A. Duck, Academic Press Ltd., 1990， p.85Herve Isambert， Phys. Rev. Lett. 80, p3404(1998)K. Y. Saleh and N. B. Smith, Int. J. Hyperthermia Vol. 20， NO. 1 (February 2004), pp.7-31.對減少皮下油脂層或脂肪組織的美容治療的需求日益增加。 一種吸 脂術方法是需要局部或全身麻醉的帶來很大創傷的治療方法，隨後的愈 合過程很長而且痛苦。無創的局部減脂方法基於通過皮膚將電磁能或聲 能傳送到皮下脂肪組織。脂肪組織的無創治療面臨的主要挑戰是將能量 傳送穿過皮膚外層，並以所需的程度將其集中於脂肪組織，而對皮層和 較深的體組織的附帶損傷最小。美國專利5,143,063描述了一種破壞皮下脂肪組織中的油脂細胞(脂 肪細胞)的方法，其中將輻射能聚焦在這些細胞上。輻射能可以是微波 範圍的電磁能，或者超聲。破壞細胞的主要機制是通過輻射能產生的熱。 僅在聚集體積(focal volume)處能量密度才高到足以破壞細胞，而在聚 集體積的外部能量密度低於破壞閾值。破壞脂肪細胞沒有特定的選擇性， 只有聚焦產生的幾何選擇性。美國專利5,158,070公開了使用強得足以撕裂軟組織的短時超聲脈 衝。頻率在3MHz至10MHz之間並且脈衝長度為1微秒至1毫秒的超聲 脈衝被聚焦在軟組織上以實現撕裂和破壞。由於施加的是短的強脈衝， 從而可以認為是機械效應而不是熱效應起到了破壞組織的作用。以下計算提供了對該細胞撕裂所需的超聲波的峰值壓力的估計。假 定細胞尺寸遠小於平面超聲波的波長，那麼局部位移U(x)由下式給出其中Un^是最大位移，由下式給出Vmax是最大速度，CO-27uf， f是超聲頻率，k是波矢量。對於平面波， C0-kc， C是組織處的聲速。取U對於X的導數，獲得應變 f = —;t ^ c。s一 -= - ~^ cos(紐-ifcc)血 (S c最大應變為Vmax/c。已經研究過典型細胞膜的強度，發現將細胞膜 拉伸2°/。以上就會使其撕裂，從而導致細胞壞死(Luc Fouraier and Be'la Joo，s, Physical review 67, 051908 (2003))。這對應於0,02的應變。由於典 型的軟組織中的聲速為約1500m/s，所以為了使細胞膜破裂，Vmax必須超
過30m/s。對於平面波，V=P/Z，其中P是壓力，Z是組織的聲阻抗，Z 的典型值為1.5M瑞利，從而P必須大於45Mpa。這個數字對應於非常強 的超聲，該超聲要利用高度聚焦實現，並且可在幾MHz範圍內的頻率下 獲得。例如，美國專利申請No. 2005/0154431公幵了通過HIFU (高強度 聚焦超聲)破壞脂肪組織，其典型頻率為l-4MHz，壓力約30MPa，接近 於上述45MPa的理論估計。該細胞破裂方法也不會有選擇地針對脂肪組織細胞(脂肪細胞)，因 為脂肪細胞膜並不比其它細胞膜脆弱。而且細胞的形狀和尺寸不在上述 考慮之內。在這方面，通過使細胞膜破裂來破壞細胞類似於通過加熱細 胞(高熱症)破壞細胞。這些方法都不是有選擇地針對脂肪細胞的，並 且方法的任何選擇性都取決於幾何形狀，即，在脂肪組織中進行非常強 的輻射聚焦。對於這兩種方法，高度聚焦產生了發生細胞破壞的非常小 的聚集體積。典型的有效聚焦寬度為幾個毫米。因此，必須在治療區域 上移動聚集體積。美國專利申請No. 2005/0154431和No. 2004/0106867 公開了這類系統。可溶解細胞的聚焦超聲的另一物理效應是空化。空化是來自於初始 的小氣體成核中心的小氣泡，這些氣泡在超聲波負壓相位的驅動下變大。 空化的產生和生長速度是壓力幅值的增函數，因此是超聲功率密度的增 函數。在一定的臨界條件下，氣泡劇烈地破裂，從而在它們附近產生可 破壞細胞的衝擊波和射流。在液體環境下，特別是在水溶液中，有證據 表明空化的破裂導致細胞壞死和凋亡。美國專利6,607,498公開了將超聲 能聚焦在脂肪組織上以引起空化和脂肪組織裂解。美國專利6,113,558公 開了採用引起空化的聚焦脈衝超聲用於組織的無創治療。該後一專利包 含一系列可行的應用，包括誘發凋亡和壞死、凝塊裂解和癌症治療。該 專利包括對於空化產生以及使空化最大的優化脈衝寬度和脈衝重複率的 研究。未脫氣緩衝溶液和血液的空化閾值在1000-1500W/cmS的範圍內， 而對於脫氣流體閾值升至2000W/cr^。這些試驗中的超聲頻率為750kHz。 空化破壞不具有細胞選擇性，而是可以在多種細胞上誘發。空化閾值很 高，並且可預期其在脂肪組織內更高，因為組織體大部分為油脂(脂質 液泡)。如同熱治療和通過超聲使細胞機械破裂一樣，對於空化來說，也 需要高度聚焦以確保僅對所選組織進行治療(幾何選擇性)。在空化治療 中聚焦重要性的另一原因在於空化對超聲具有很強的吸收性。因此， 如果在施加器附近產生空化，即在聚焦區域和超聲輻射換能器之間(例 如在皮膚處)產生空化，那麼大多數超聲能會在那裡消散而不會到達聚 集體積中的目標組織。為了防止發生這一現象，聚焦必須足以確保在聚 集體積處的強度高於空化最小值，而在換能器與聚集體積之間的其它組 織處的強度必須低於空化閾值。除了超聲和微波輻射之外，施加RF (射頻)能量也能影響皮層和皮下層。美國專利No. 6，889,090公開了施加RF能量進行皮膚治療。美國 專利No. 5,871,524描述了穿過皮膚將輻射能施加到皮下層或較深的軟組 織層。主要的能量源是RF。諸如美國專利No. 6,889,090中描述的雙極 RF施加優於單極RF，因為在單極RF中電流流動通過體內不受控制的通 道，從而可能引起不期望的傷害。RF能量通過作用於皮膚的兩個導電電極施加到人體，在這兩個導電 電極之間驅動交流電壓。RF電流根據歐姆定律流過導電組織，產生熱， 這樣就能影響組織。皮層傳導率的大小比脂肪組織的傳導率大一個數量 級。在RF頻率為100kHz與10MHz之間時，典型的皮膚傳導率約為 0.4S/m，脂肪組織的傳導率約為0.04S/m (S. Gabriel, R. W. Lau, and C. Gabriel, Phys. Med. Biol. 41(1996)， pp 2251-2269)。因此大多數電流流過皮 層，這對於諸如去發和皮膚復原的皮膚治療是有益的。然而，對於較深 的脂肪層的治療效果不足。美國專利No. 6,662,054公開了向皮膚區域施加負壓(真空)，使得該 區域從周圍皮膚突出，並且經由電極向突起施加RF能量。在負壓下， RF電極之間沿的路徑沿著皮膚比穿過皮下層長。因此，與經過皮膚相比， 更多的RF能量傳送至皮下層中。基於美國專利No. 6,662,054的商業系 統被證實對於治療脂肪團是有效的(TINA S. ALSTER & ELIZABETH L. TANZI, The Journal of Cosmetic and Laser Therapy. 2005; 7:81-85)。脂肪團 在臨床上表現為不規則的皮膚輪廓或皮膚凹痕。這是由於在纖維隔膜內 保持過多的脂肪組織而導致的。皮膚的不規則度與突入上真皮中的皮下 脂肪成比例。大多數脂肪細胞體積被稱為脂質液泡的脂肪液滴佔據。細胞的典型直徑為50-100,。在肥胖者的脂肪組織中細胞的典型直徑趨於100pm。 在脂質液泡與細胞膜之間是細胞質。通常細胞質的寬度僅為幾個微米， 並且在脂質液泡周圍並不均勻。細胞質的寬度可以在從細胞某個區域中 的小於lpm到其它區域中的3-5pm的範圍內變動。脂肪組織的宏觀物理性質，即質量密度和聲速取決於在成熟脂肪細 胞中佔據大部分組織體積的脂質液泡的物質，這些成熟脂肪細胞即是要 在減少脂肪層時進行處理的細胞。因此脂質液泡流體的物理性質與脂肪 組織幾乎相同。脂肪組織的密度比其它體組織約低10%。根據Francis A. Duck的"Physical properties of tissue", Academic Press Ltd., 1990, p.138，月旨 肪組織的密度為916Kg/m3，而體液和軟組織的密度高於1000Kg/m3 (即 高於水的密度)。真皮密度約1100Kg/m3，而肌肉密度為1040Kg/m3。細 胞質和胞間流體是水溶液，因此預期它們的密度類似於其它體液和軟組 織，即在1020-1040Kg/m3的範圍內。正常體溫下脂肪組織中的聲速約 1430m/s，相比之下皮膚的聲速為1530m/s。而且，在Duck參考文獻的第 85頁可見到，在聲速對溫度曲線的斜率方面，脂肪與其它體液完全不同。 對於脂肪，聲速隨著溫度增加而下降，在40'C降至1400m/s，而水和其 它體液的聲速隨著溫度增加而上升，水在4(TC約1520m/s，體液和除脂 肪之外的軟組織更高。可以在Herve Isambert, Phys. Rev. Lett. 80, p3404 (1998)中找到在微 觀水平下細胞的電特性的基本模型。細胞膜是不良的導電體，因此在施 加穿過細胞的電場時基本表現為局部電容。細胞膜在施加外部電場時的 充電在這些膜處產生應力，從而產生應變，應變取決於細胞的彈性特性， 並且在強度增加時會使細胞膜破裂，該現象稱為"電穿孔"。發明內容本發明提供了用於治療脂肪(油脂)組織的方法和設備。在本文中
使用時，術語"治療脂肪組織"包括諸如脂肪破壞、誘發脂肪壞死、誘 發脂肪凋亡、脂肪重新分布、脂肪細胞(油脂細胞)尺寸減小和脂肪團 治療的過程。本發明的設備包括至少一個超聲換能器，其構造成作用於皮膚表面 並將超聲能量穿過皮膚輻射到皮下脂肪組織中。本發明的方法包括將超 聲能量穿過皮膚層導入皮下脂肪組織中。本發明的一個實施方式基於一個新發現，即，超聲能量的壓力梯度 可導致脂肪組織細胞的選擇性治療。不希望受特定理論的約束，相信通 過超聲能量產生的壓力梯度來治療或破壞脂肪組織細胞是由於油脂的質 量密度與脂肪細胞的其它成分的質量密度之間的差別造成的。如下所述， 脂肪組織中能夠治療或破壞脂肪組織細胞的壓力梯度可以利用適度聚焦 的超聲換能器產生。在本發明的另一實施方式中，使皮膚和下層脂肪組織的區域從周圍 皮膚表面突出。然後將超聲能量導向突起中的脂肪組織。該突起可例如 通過向皮膚區域施加負壓(真空)或對該皮膚區域進行機械操作而形成。 本發明的該方面的設備包括適於使皮膚區域突起高於周圍皮膚區域的施 加器以及一個或多個將超聲能量優選輻射到該突起中的超聲換能器。在本發明的又一實施方式中，超聲能量和RF能量被導入脂肪組織中。本發明的該方面的設備包括具有至少一對RF電極的施加器以及至少 一個超聲換能器。本發明提供了用於治療脂肪細胞的方法和設備。本發明的一個方面 基於一個新發現，即，超聲能量的壓力梯度可導致對脂肪組織細胞的選 擇性治療。不希望受特定理論的約束，相信通過超聲能量產生的壓力梯 度來選擇性地治療脂肪組織細胞是由於油脂的質量密度與脂肪細胞的其 它成分的質量密度之間的差別造成的。在將超聲能量導向脂肪細胞時，對於約lMHz以下的頻率，超聲波 的波長約1.5mm，遠大於50-100(im的脂肪細胞尺寸。對於穿過組織傳播 的壓力幅值為Pmax、角頻率為co、波矢量為k-27u/X (其中X是波長)的 平面聲波而言，其壓力p(x,t)為 formula see original document page 20 (1)忽略粘性，流體的運動可通過歐拉方程計算formula see original document page 20 (2)其中v是速度矢量，p是流體的質量密度。對於小速度(與聲速c 相比)，項(vV)v可以忽略，從而速度與壓力梯度成比例。對於方程(1) 的平面波，由於運動僅沿X方向，從而(3)formula see original document page 20formula see original document page 20流體的局部位移為formula see original document page 20這是平面聲波的公式，對於該波，CO=kC， kPmax是壓力梯度。 令Pli為脂質液泡的流體密度，Pey為脂肪細胞中細胞質流體的密度( 可利用方程(5)並代入相應密度來計算位移的相應幅值formula see original document page 20所述兩種流體的相對運動通過下式給出formula see original document page 20(7)數值示例取脂肪細胞的典型值，Pli=916Kg/m3 ， pey=1020Kg/m3，並且取 Pmax=4MPa， CD=27if， e250kHz， c=1400m/s， k=co/c=1122m_I ，結果為 AU=0.2,。物理意義是作為脂肪組織中的"少數"流體的細胞質流體 在這些條件下相對於"多數"流體(脂質液泡)振動，振幅為0.2pm。壓 力Pmax=4MPa對應於功率流密度P2/2Z-6.2MW/m2=620W/cm2以及峰值壓 力梯度kPmax=4.5GPa/m。在細胞尺寸的尺度下，0.2,的相對位移是很大的。脂肪細胞中的 細胞質層的厚度為幾個微米，在細胞的一些區域甚至小於l(im。更具體
地說，存在這樣的細胞區域，即，在5-10pm的長度上，細胞質的寬度從 小於一個微米變為幾個微米。在較窄的區域處，細胞質的流體運動被粘 性減弱，而在較寬的區域處細胞質更加自由地運動。在該示例的條件下， 在5-10pm的長度上存在約0.2(im的位移差，這意味著應變為0.04-0.02。 由於細胞膜局限了細胞質，所以細胞膜也受到該應變作用，這高於膜破 裂的閾值。與細胞質流體的以上相對運動相關聯的另一效應是選擇性地加熱細 胞質。粘性會使一些動能轉換為熱。由於細胞質是脂肪組織中的少數流 體，並且由於脂質液泡流體的導熱性差，所以產生的熱會選擇性地升高 細胞質的溫度和局限細胞質的細胞膜的溫度，並且可能直接由於膜處的 局部溫度升高或者由於溫度升高下的強度降低而導致細胞壞死或凋亡。對於非平面波，根據歐拉方程，方程(7)中的kPmax必須被更加一 般性的壓力梯度Vp替代。已知使用超聲能量的聚焦來在聚集體積中產生 非常高的功率密度。這在兩個方面有利首先，其有利於通過超聲換能 器產生高功率密度，其次，其在聚集體積處產生期望效果的幾何選擇性。 然而應注意，聚焦，特別是強聚焦增強的峰值壓力明顯多於壓力梯度。 作為限定實施例，球形換能器會在其中心產生非常高的峰值壓力，但是 壓力梯度為零，這表明在中心處流體不運動。從物理上講，聚焦是平面 波的疊加。壓力幅值是標量，而且在焦點處平面波的相位相同，因此在 焦點處的壓力是壓力幅值的標量和。然而，壓力梯度以及與該梯度成比 例(根據歐拉方程)的位移是矢量，因此它們的矢量和幅值總是小於大 小之和。更具體地說，對於強聚焦，超聲輻射從角偏差較大的方向到達 焦點，使得壓力梯度和流體位移的矢量和減小。因此，根據本發明，優 選的是，限制聚焦從而以焦點處壓力幅值為代價而增加壓力梯度，以獲 得對脂肪細胞的選擇性效應而不會產生與高壓相關的不理想效應，例如 空化。從而，本發明在其第一方面中提供一種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的方法，該方法包括將至少一個超聲能量源導向作用於皮膚表面，以在該區域中產生壓力梯度，所述壓力梯度產生密度不同的
脂肪細胞成分之間的相對運動，該相對運動的強度足以對脂肪細胞進行 治療。本發明在其第二方面中提供一種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂 肪組織的方法，該方法包括a. 形成包含該區域的皮膚和下層脂肪組織的突起；以及b. 將超聲能量輻射至該區域中。本發明在其第三方面中提供一種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的方法，該方法包括a. 將超聲能量輻射至該區域中；以及b. 在該區域內產生RF電場。本發明在其另一方面中提供一種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂 肪組織的設備，該設備包括至少一個超聲能量源，該超聲能量源構造成 將超聲能量引導穿過皮膚表面，以在該區域中產生壓力梯度，所述壓力 梯度產生密度不同的脂肪細胞成分之間的相對運動，該相對運動的強度 足以對脂肪細胞進行治療。本發明在其另一方面中提供一種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的設備，該設備包括a. 構造成形成包含該區域的皮膚和下層脂肪組織的突起的裝置；以及b. 構造成將超聲能量輻射至該區域中的至少一個超聲能量源。 本發明在其又一方面中提供一種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的設備，該設備包括-a. 構造成將超聲能量穿過皮膚表面引導至皮下脂肪組織區域中的超 聲能量源；以及b. 構造成在脂肪組織的所述區域內產生RF電場的由RF電源驅動 的至少兩個電極。本發明在其另一方面中提供一種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂 肪組織的方法，該方法包括a.形成包含該區域的皮膚和下層脂肪組織的突起； b. 將超聲能量輻射至該區域中；以及c. 在脂肪組織內產生RF電場。本發明在其又一方面中提供一種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂 肪組織的設備，該設備包括-a. 構造成形成包含該區域的皮膚和下層脂肪組織的突起的裝置；b. 構造成將超聲能量輻射至該區域中的至少一個超聲能量源；以及c. 構造成在所述突起內產生RF電場的至少兩個RF電極和一個RF驅動器。


為了理解本發明並了解它是如何在實踐中實施的，下面將通過參照 附圖僅僅以非限定性實施例的方式描述優選實施方式，附圖中 圖1表示超聲換能器的"視角"以及壓力梯度的矢量和； 圖2表示根據本發明一個實施方式的用於減少脂肪組織的設備； 圖3表示用於圖1的系統的包括超聲換能器的施加器； 圖4a和4b表示通過平坦的相位均勻超聲換能器產生的壓力分布等值線；圖5表示構造成將超聲能量輻射到通過負壓產生的身體突起中的施 加器；圖6表示圖5的施加器，其設有用於超聲換能器旋轉從而適於突起 的自由度；圖7a和7b表示構造成將超聲能量輻射到通過對皮膚的機械操作產生的身體突起中的施加器；圖8表示包括至少一個超聲換能器和至少一對RF電極的施加器； 圖9表示包括至少一個超聲換能器和至少一對RF電極的施加器,其構造成在通過對皮膚的機械操作產生的突起處將RF和超聲能量提供到脂肪組織中；圖10表示包括至少一個超聲換能器和至少一對RF電極的施加器， 其構造成在通過負壓(真空)產生的突起處將RF和超聲能量提供到脂肪 組織中；並且圖11示意性地表示RF電極相對於超聲換能器的可選布置。
具體實施方式
根據本發明，基於以上考慮，用於選擇性破壞脂肪細胞的設備包括 適度聚焦的超聲換能器。參照圖l，超聲換能器21具有焦點22。換能器 邊緣相對於焦點的視角a以很普通的方式與聚焦相關a越大聚焦越大。 來自換能器邊緣的波在焦點處產生的位移和壓力梯度是矢量24a和矢量 24b的矢量和，從而得到產生矢量25。矢量25的大小是矢量24a的大小 乘以2cos(a/2)(假設24a等於24b)。對於a=120° ，該因子為1，相比之 下，在同一點處壓力的標量和的因子為2。也就是說，對於較大的a，通 過聚焦對壓力的提高要比對壓力梯度高得多。因此，為了根據本發明實現 選擇性脂肪減少，角度a受到限制。優選值為0K12(T ,更優選為oK9(T 。根據本發明，基於方程7，為了選擇性破壞脂肪細胞，優選以較低 頻率輻射超聲，優選頻率低於lMHz，更優選低於300kHz。上述數值示 例表明在250kHz的峰值下，預期4.5GPa/m的壓力梯度會選擇性破壞脂 肪細胞。對於適度聚焦，這對應於約700W/cmS的功率流密度，該功率流 密度低於根據本發明優選要避免的空化閾值。根據本發明，脈衝操作是提高用於破壞細胞的超聲的選擇性效果的 另一方式。高強度的短脈衝由於高壓力梯度而在細胞膜處產生高應變， 而平均功率足夠低以防止組織過熱引起的非選擇性損傷。而且，對於通 過粘性有選擇性地加熱細胞質和細胞膜，優選施加短的強脈衝，因為該 粘性加熱效應是非線性的。典型的參數可以是脈衝強度在10微秒與 10毫秒之間，更優選在100微秒與1毫秒之間。脈衝重複率優選與脈衝長度匹配而產生1%至10%的功率佔空 (power duty)。為了控制組織的加熱，優選通過峰值功率和佔空來控制 平均功率。雖然基本效果是非熱的，但一些升溫是理想的，因為其降低 了細胞強度。優選地，高於正常體溫的組織加熱保持低於44°C，這一溫 度是公知的疼痛閾值溫度。根據本發明，可從超聲能量獲得受控的組織 加熱，更優選地，如下所述向治療體積施加RF能量。脈衝寬度和脈衝重複率優選選擇為儘可能遠離在治療組織處的空化最優值。如美國專利6,113,558所公開的，存在產生空化的最優脈衝長度 和脈衝重複率，這優選是要避免的。這些空化最優條件可能取決於組織 類型及其狀況(例如溫度)。因此，特定的最低空化條件可能需要與治療 位點在一定程度上匹配。在系統中可包括空化傳感器以有助於發現最低 空化條件。空化的檢測可基於對在傳送超聲頻率下的增強反射的檢測或 者在傳送頻率的一半下的超聲輻射的檢測，這是公知的空化指示。脂質液泡與脂肪組織中其它流體之間的聲速差是由於可壓縮性的差 別產生的。在溫度升高時差值增大(Francis A. Duck的"Physical properties oftissue", Academic Press Ltd" 1990, p.85， Fig. 4.1 )。例如，脂肪和其它體 液在40'C下的聲速分別為1400m/s和1520m/s。相應的絕熱可壓縮係數 值為卩-5.6X10^和卩-4.2X10"g。因此，在這些條件下，脂肪比其它體 液可多壓縮30%。然而，需要高壓來利用這一點。例如，P-10MPa的壓 力分別對油脂和細胞質產生的相對體積變化為AV/V-卩P-5.6X l(T3和 △V/V=(3P=4.2X1(T3。流體之間的差值為1.4X10'3,其對於典型細胞尺寸 的尺度(50-100微米)將會引起約0.1pm的相對運動。相比之下，質量 密度差在4MPa的較低壓下產生了約0.2pm的運動。根據本發明的一個方面，構造成作用於皮膚表面的至少一個超聲換 能器穿過皮膚將超聲能量輻射到皮下脂肪層以實現脂肪細胞成分之間的 相對運動，並引起脂肪細胞壞死或凋亡。根據本發明，使用在其表面上 相位均勻的平坦換能器，或者具有固定焦點的適度聚焦的換能器，或者 相控換能器陣列，它們可產生適度的焦點並可在脂肪組織內電子掃描以 覆蓋較大的治療體積。如上所述，幾乎所有的現有技術高功率超聲應用都使用程度很高的 聚焦，以提高在目標組織處的希望損傷與進入層(換能器與目標之間) 處的有害損傷之間的比例。然而，由於根據本發明，調諧是為了對脂肪 細胞造成選擇性損傷，所以使用適度聚焦。適度聚焦可在不減少細胞破 裂的同時降低有害的空化效應。這是由於以下事實，即，空化取決於超
聲波的壓力大小(更具體地說負壓大小)，而不是壓力梯度。本發明在其另一方面提供了將超聲能量傳送到皮下脂肪組織的方法 和設備。根據本發明的該方面，使皮膚和下層脂肪組織的區域從周圍的 皮膚表面突出。然後將超聲能量導向突起中的脂肪組織。突起可例如通 過向皮膚區域施加負壓(真空)或對皮膚區域的機械操作而形成。本發 明的該方面的設備包括適於使皮膚區域突出高於周圍皮膚區域的施加 器，以及一個或多個將超聲能量優選輻射到所述突起中的超聲換能器。產生皮膚和下層脂肪組織的突出區域，並優選與未突出皮膚表面平 行或接近平行地輻射超聲能量，這樣的優點在於輻射優選被導入突起內 的脂肪組織，而導入其它體組織的超聲能量要少得多。這降低了對於可 能對超聲能量敏感得多的深層體組織(例如肺)造成有害損傷的風險， 並且減輕了在高強度超聲輻射加熱骨頭時公知會引起的疼痛。根據本發 明的優選設備可包括至少兩個超聲換能器，它們在脂肪組織中的輻射聚 集體積重疊。可對從所述換能器發射的輻射的相對相位進行控制，以使 得在被治療組織內所選位置處的壓力梯度最大化。本發明在其另一方面提供了用於治療皮下脂肪組織的方法和設備。該方法包括將超聲能量和RF能量導向脂肪組織。本發明的該方面的設備 包括具有至少一對RF電極和至少一個超聲換能器的施加器。申請人的未 決美國專利申請11/189,129公開了在皮膚復原治療中組合高頻超聲能量 和RF能量。該申請公開了通過聚焦超聲加熱所選的組織體積而產生較高 的RF傳導率路徑，並且將RF施加於人體，RF優選經過該高傳導率路 徑。然而對於脂肪組織的情況複雜得多，因為佔多數的脂質液泡流體和 佔少數的細胞質和胞間流體在機械、電和熱特性方面有很大不同。組織 內的總傳導率包括胞間流體的直接的歐姆傳導率、與細胞膜(不良導體) 的電容串聯的細胞內流體的歐姆傳導率。由於在成熟的脂肪細胞中，大 多數細胞體積填充著脂質液泡的不良導電流體，所以大部分電流在細胞 質和胞間流體的狹窄通道內流動。從而，儘管公知RF能量和超聲能量在 脂肪組織中吸收不良，但大部分被吸收的能量進入到脂質液泡之間的很 薄的流體層，這些流體層佔脂肪組織體積的非常小的一部分。雖然平均 起來，在脂肪組織中吸收的能量相對較少，但是傳送到細胞質和胞間流 體的這些小體積的比能可以很高。細胞膜局限了這些流體，這使得這些 流體中的能量投入對於破壞細胞膜、之後導致細胞壞死或凋亡非常有效。 如上所述，可通過利用細胞流體特性的差異實現對這些流體的選擇性加熱。RF能量和超聲能量在脂肪組織的這些特定流體中進行組合，從而增 強了理想效果而沒有增加附帶損傷的危險，如果增加單一類型的能量以 獲得相同效果，那麼可能在其它組織中(特別是在傳送能量所穿過的皮 膚處)產生附帶損傷。超聲能量和RF能量的組合在幾個方面更加有效。 通過超聲加熱組織增加了RF傳導性，從而更多的能量通過RF傳送，並 且總加熱降低了細胞強度。在脂肪細胞中，這些效果主要集中在細胞質 的薄層中，因此破壞脂肪細胞更加有效並且通過組合增強了選擇性。超 聲能量和RF能量的組合還增加了脂肪細胞膜的應變，因為超聲和RF都 在脂肪細胞上誘發應變。超聲波如上所述在脂肪細胞膜處產生應變。RF 的電場也由於細胞膜的充電而產生應變(例如參見Herve Isambert, Supm)。在相同組織體積上同時施加RF和超聲產生了組合應變。在脂肪 組織中，這兩種效果都集中在脂肪細胞的薄細胞質和相鄰細胞膜處。該 組合可減小每個能量源所需的強度，因此可降低附帶損傷的風險。在本發明的該方面的優選實施方式中，至少一個超聲換能器和至少 兩個RF電極作用於突起。使待治療的皮膚和下層脂肪組織的區域突出成 高於周圍皮膚表面。可在形成突起之前或形成突起的過程中施加RP能量 以預加熱組織。可在超聲能量之前或至少部分同時地施加RF能量。當生 成該突起時，驅動換能器以將超聲能量輻射到突起的組織中。經由至少 兩個電極將RF能量施加到該組織，這兩個電極或者是導電的以將電流直 接注入皮膚，或者是被絕緣材料薄層絕緣的以將能量電容耦合到組織。向皮膚突起區域施加RF能量和超聲能量可以治療皮下脂肪組織和 脂肪團。圖2表示根據本發明一個實施方式的用於向皮下脂肪組織施加超聲 的設備4。下面詳細描述的施加器3包含一個或多個超聲換能器。施加器 適於在待治療的皮膚和下層脂肪組織的區域中作用於個體5的皮膚。施 加器3經由線束2連接到控制單元1 。控制單元1包括電源8。電源8連 接到超聲驅動器6。控制單元1包含用於監控和控制系統的各種功能的處 理器9。控制單元1具有允許操作者向處理器9輸入治療參數(例如待導 向脂肪組織的超聲能量的頻率、脈衝持續時間和強度)所選值的輸入裝 置，例如鍵盤IO。除了超聲換能器之外，施加器3可任選包含一對或多對RF電極。在 這種情況下，電源8連接到RF發生器15， RF發生器15經由線纜2中 的線連接到施加器3中的RF電極。當施加器3中包括RF電極時，處理 器9可監控電極之間的電阻抗並根據阻抗測量確定目標附近的溫度分布。 系統1可任選包括用於在治療期間冷卻皮膚表面的冷卻裝置。例如，控 制單元可包含將諸如乙醇或水的流體冷卻以冷卻施加器3的製冷單元12。 冷卻的流體經由線束2中的第一管從製冷單元12流向施加器，並經由線 束2中的第二管從施加器3流回製冷單元。控制單元還可包括用於抽空施加器3中的內室的真空泵18,從而使 皮膚表面的區域突出高於周圍表面。泵18通過線纜2中的真空軟管連接 到施加器3的內室，如下所述。根據本發明的一個方面，施加器3構造成將超聲能量傳送到皮下脂 肪組織的區域，從而在該區域中產生選擇性地使區域中的脂肪細胞破裂 的壓力梯度。圖3表示施加器3的實施方式3a。施加器3a包括至少一個超聲換能 器37。該換能器通過線纜，優選是線束2中的同軸線纜連接到控制單元 1中的超聲驅動器6。在使用中，超聲換能器優選利用超聲導電膏或其它 超聲傳輸材料附接到皮膚表面27，並產生在皮下脂肪組織35內圍繞焦點 22延伸的聚集體積33。根據本發明的一個方面，對視角a23進行限制， 以使得在聚集體積處壓力梯度與壓力比最大。優選值為cK120。，更優選 為cK卯。。控制單元1驅動超聲換能器，使其強度在聚集體積處產生 0.5GPa/m至50GPa/m之間、更優選在2GPa/m至15GPa/m之間的壓力梯 度。優選的是，超聲輻射的頻率低於lMHz，更優選低於300KHz。換能 器的脈衝操作是優選的，優選脈衝長度在10微秒與IO毫秒之間，更優 選在100微秒與1毫秒之間。脈衝重複率優選與脈衝長度匹配而產生1% 至10°/。的功率佔空。實施方式的超聲換能器3a可在其輻射表面上是平坦的，並且相位均 勻。該實施方式的優點在於簡化了換能器和驅動電子設備。平坦、相位 均勻的換能器產生的壓力分布在焦點區域處最大，該處的壓力可比換能 器表面大出1.5倍。圖4表示具有20X20mm輻射區域的平坦換能器的具 體實施例。在圖4中，x軸平行於換能器表面，z軸垂直於換能器表面。 原點位於換能器的中心。尺寸以mm為單位。圖4 (a)是對於180kHz 超聲頻率的計算，圖4 (b)是對於250kHz超聲頻率的計算。等值線標 數為以換能器表面上的單位壓力正規化(normalized)的壓力。由於聚焦 很小，所以在焦點區域(未示出)的壓力梯度等值線非常接近壓力等值 線。超聲頻率的選擇控制從換能器表面到最大值的距離，而這一距離從 而確定了治療深度。在圖4 (a)中，最大壓力的區域29a的幅值為1.68， 並位於z-10mm至z-20mm之間。對於頻率為250kHz的相同輻射區域， 最大壓力為1.66，並且移動到z^6mm至F32mm之間的區域，距換能 器表面更遠，如圖4 (b)所示。而且優選的是將輻射表面與皮膚之間的 層的厚度選為使得皮膚表面是輻射強度最小的區域。人類皮膚的厚度通 常為1.5-2.5mm。再次參照圖4 (a)，最小壓力的等值線位於距輻射表面 約4mm的距離處。通過用聲阻抗與人類組織相近並且厚度約4mm的材 料層塗覆換能器表面，皮下脂肪組織中的最大壓力與皮膚處的最大壓力 之間的比例可約為1.66。根據本發明可應用彎曲的換能器和/或具有產生更強固定聚焦的透 鏡的換能器。另一實施方式將換能器37製成為相控陣列，並在控制單元 1中具有多通道相控驅動器。相控陣列超聲系統的一個實施例可以在K.Y. Saleh和N. B. Smith的論文(Int. J. Hyperthermia Vol. 20， NO. 1 (February 2004)， pp. 7-31)中找到，其中詳細描述了現有技術公知的高強度相控陣 列技術。基於相控陣列的設備在換能器和驅動電子設備方面都更加複雜。 然而其具有以下優點a.控制聚焦程度。
b.控制聚集體積的深度和位置。 C.可以掃描所選組織體積內的聚集體積。陣列中的至少一個元件，或者非陣列實施方式中的任何附加的小換 能器可以是包括接收器的傳感器，該接收器被調諧至發射頻率的一半， 以檢測體組織中的空化產生，並且/或者被調諧至發射頻率以檢測來自硬 的體組織或空化的增強反射率。根據該傳感器的輸出，控制單元1改變 輻射超聲的特性(脈衝長度、重複率和強度)以使它們的有害效應最小。 相控陣列實施方式還能夠使聚集體積遠離硬組織定位並且/或者減少聚焦 以減少空化。施加器的實施方式3a具有簡單的優點，然而由於限制了聚焦，所以 存在殘餘超聲能量會進入體內更深處併到達諸如肺的敏感組織，從而導 致有害損傷的風險。而且，如果殘餘超聲能量到達骨頭，那麼可能引起 疼痛。為了減少這些風險，可使用實施方式3b至3g。這些實施方式利用 脂肪組織非常高的柔性，並且基於產生突出身體表面的突起並將至少一 個超聲換能器附接至該突起。該換能器優選在平行於未受幹擾體表面的 方向上輻射，或者至少與該最佳角度儘可能接近的方向上輻射。在這些 情況下，突起內的脂肪組織優選露出，而到達較深體組織處的輻射要少 得多。這些實施方式可基於機械操作和/或應用負壓(真空)，如下所述。圖5表示施加器3的實施方式3b。施加器3b在圖5中以剖面圖示 出，並包括具有內室41的中空拱頂40。在內室41中定位有至少一個超 聲換能器42a和可能更多的換能器，例如42b。拱頂40作用於皮膚，並 通過位於控制單元1中的真空泵18將空氣通過埠 44抽出而在內室41 中產生負壓，該真空泵通過線束2中的真空軟管46連接到內室。包括皮 膚和皮下組織35的體組織45由於負壓而被吸入容積41，從而突出高於 周圍的皮膚表面。該抽吸將皮膚表面作用於超聲換能器42a和42b上。 換能器通過線束2中的線纜48a和48b連接到控制單元1中的超聲驅動 器6。線纜可包括同軸線纜，用於驅動換能器，並任選用於將來自位於施 加器3b中的傳感器(例如溫度傳感器或超聲傳感器)的輸出信號發送至 控制單元1中的處理器9，以供處理器9處理。 超聲換能器42a和42b具有優選位於脂肪組織層35的突起部分中的 聚集體積47a和47b。超聲換能器可以是以上針對實施方式3a所述的任 何類型。以適當選擇的尺寸和頻率應用具有圖4所示的輻射圖案的平坦、 相位均勻的換能器以在突起處的脂肪組織內獲得最大強度。也可應用聚 集體積優選在該區域處的任何焦點固定的換能器。根據優選實施方式， 換能器42a (如果包含42b的話，還有42b)是如同關於施加器3a所描 述的相控陣列。相控陣列或者將輻射聚焦在突起的最佳區域，或者掃描 突起內的脂肪組織。雖然相控陣列更加複雜，但其優點在於將能量最優 地傳送至突起處的脂肪組織中，並且使得到達其它組織的殘餘能量最少。在優選實施方式中，使用至少兩個換能器42a、 42b，使得它們的最 大強度體積47a和47b重疊。優選地，對換能器的相位進行控制，並且 使它們匹配從而使重疊體積中的超聲強度最大，或者使該處的壓力梯度 最大。換能器42a(和換能器42b以及任何其它換能器，如果它們存在的 話)優選在內室41中定向為使得來自換能器的超聲輻射的方向接近於平 行突起外的皮膚表面。在該定向中，減少或消除了穿透至皮下脂肪層下 方的內部組織和器官的超聲能量。另一實施方式將通過構建與其表面成 角度輻射的換能器而生成該優選輻射方向。該角度可通過在換能器前方 插入聲速適當的材料而生成和固定，或者通過來自由單元1控制的相控 陣列的可變輻射角而生成和固定。在內室41內可包括壓力傳感器。在這種情況下，控制單元1可構造 成在測量壓力處於預定範圍內時驅動超聲換能器42a和42b。超聲輻射從 換能器到組織內的傳播可通過測量換能器的電阻抗而監控，也就是通過 測量換能器上的AC電壓和電流進行監控。換能器上的電壓-電流關係變 化表明了來自換能器的輸電變化。根據待治療組織的體積，每個換能器42a和42b的輻射區域例如可 以是在5X5mm至50X50mm之間，更優選在10X20mm至20X40mm 之間。圖6表示施加器3的實施方式3c，其中換能器42a和42b有一定的 自由度，因此它們可呈現為與突起中的皮膚表面相符的定向。在圖6的 實施方式中，至少一個換能器或者所述兩個換能器42a和42b分別安裝 在鉸鏈52a和52b上，並且通過相應的彈簧55a和55b朝向中心移位。 電纜48a和48b是柔性的，使得換能器能夠圍繞鉸鏈52a和52b旋轉。 如上參照圖5所述，在內室41內生成負壓。當組織被吸入內室41內時， 其抵抗彈簧55a和55b的力推動換能器42a和42b，從而使它們抵抗彈簧 55a和55b的力繞鉸鏈52a和52b旋轉。換能器42a的最大聲學輻射方向 (光束方向)在圖6中用射線58表示，與未突起的皮膚表面的法線57 形成角度J3。如上參照圖5所述，角度p優選儘可能接近90° (即，輻 射接近於平行未突起的皮膚表面)。在實施方式3c中，角度p取決於在 治療位點處組織的特性以及可受控的參數，例如負壓幅值、其作用時間 和彈簧55a和55b的彈簧常數。角度(3越接近90。，穿過脂肪組織35進 入體內更深的其它組織的能量就越少。實施方式3c的超聲換能器可以是可應用於實施方式3a和3b的任何 超聲換能器。在使用相控陣列時，每個元件的相位受到控制單元1中的 電子驅動電路的控制，使得可通過陣列的電子控制將聚集體積容易地對 準脂肪組織內的期望區域。當施加器3的實施方式3c中的換能器42a和 42b是相控陣列時， 一角度編碼器可與每個鉸鏈52a和52b相關聯，以確 定換能器42a和42b的定向。然後可根據它們的定向確定期望的焦點， 並且控制單元1將為陣列定相以使聚集體積位於脂肪組織內的該位置。 真空泵吸的時間尺度在50毫秒與1秒之間，這也是換能器角度變化的時 間尺度，而焦點可在幾十微秒內移位到期望位置。相控陣列的另一重要 優點在於能夠通過對陣列元件相位的電子控制來掃描脂肪組織內所選體 積。電子掃描很快，並且可在典型泵吸時間內覆蓋較大體積。而且可通 過電子設備控制聚焦程度。在另一實施方式中，通過對皮膚表面進行機械操作而產生皮膚和下 層脂肪組織的突起。該實施方式不必像通過負壓形成突起那樣需要真空 系統。圖7表示施加器3的實施方式3d的實施例，該實施例傳遞皮膚表面 的機械操作以產生皮膚組織和下層脂肪組織的突起區域。施加器3d包括 可連接到把手(未示出)的基部元件300。槽301和302設置在基部元件 300中，其中棒303和304可分別側向移動。杆305和306分布附接到棒 303和304。板307和308分布連接到杆305和306的下端。這些板的下 表面優選是粗糙的，或者塗覆有適當的高摩擦材料309，從而增強摩擦以 減少在皮膚上的滑動。超聲換能器311和312分別通過鉸鏈313和314 附接到板307和308，從而可分別繞鉸鏈旋轉。彈簧315和316使換能器 311和312分別朝向皮膚表面27移動。在杆305和306的上端分別連接 杆317和318。杆317和318通過致動器319驅動。實施方式3d具有兩個對稱布置的超聲換能器。這僅是一個實施例， 在需要時可以使用具有僅一個換能器或兩個以上換能器的非對稱機械操 作器用於任何應用。施加器3的實施方式3d用於如下生成皮膚表面的突起。板309和 310在待處理位點處作用在皮膚表面27上，如圖7a所示。致動器319將 杆305和306與板307和308以及換能器311和312 —起向內推動。如 圖7b所示，由於層309與皮膚表面之間的高摩擦係數，體組織320被向 上推動而形成突起330。彈簧313和314設計成使它們施加在換能器311 和312上的力矩足夠低以允許換能器分別圍繞鉸鏈313和314旋轉，從 而可以形成突起，而同時確保超聲能量從換能器311和312到皮膚表面 27的良好耦合。在已經形成突起之後，換能器311和312將超聲能量輻 射到體組織中，以實現皮下脂肪組織35中聚集體積47a和47b內的脂肪 減少。超聲換能器可容納在板307和308內。在該情況下，理想的是可 以賦予這些板一定的運動自由度，從而允許它們或者自由地或者通過強 迫它們與側向運動同時旋轉而在突起形成時與該突起相符合。板307和306以及/或者換能器311和312可以彎曲成任何期望形狀， 以獲得具有期望形狀的突起。實施方式3d的換能器311和312可以是可 應用於其它實施方式3a-3c的任何換能器，即平面換能器、焦點固定換能 器或者相控陣列換能器。如果以與實施方式3c (圖6)類似的方式使用 相控陣列，那麼優選為鉸鏈313和314增設位置編碼器，並且使焦點位 置與換能器定向電子匹配。 具有施加器3b或3c或3d的設備4可構造成將超聲能量傳送至皮下 脂肪組織區域，從而在該區域中產生使該區域細胞破裂的壓力梯度。由 於該效果利用超聲輻射在待治療皮下脂肪組織體積內的適度聚焦而獲 得，所以在使上層皮膚表面突起高於周圍表面時，可施加較大的功率而 對內部器官和組織的風險較小。如上所述，超聲能量可與RF能量一起傳送到皮膚。圖8示意性表示 施加器3的實施方式3e,其中超聲換能器71位於兩個RF電極72和73 之間。換能器和RF電極被絕緣殼體77支撐。將施加器3e作用於皮膚表 面27，使得超聲換能器71和RF電極72和73都作用於皮膚表面27以 獲得RP和超聲能量與皮膚表面的良好耦合。在治療之前可將導電超聲導 電膏塗於皮膚。超聲換能器被通過線束2中的線纜74驅動，而線纜75 和76從控制單元1中的RF發生器15向電極供應RF電壓。圖9表示施加器3的實施方式3f，其中RF電極已經結合到圖7的 實施方式3d中。例如在圖9中，RF電極341和342鄰近換能器311和 312定位。RF電極通過包含在線束2 (未示出)中的線纜75和76被驅 動。RF電極可結合在板307和308中或換能器311和312上。在後一實 施方式中，優選在接觸皮膚27的每個換能器表面施加超聲衰減可忽略的 導電材料的薄膜，並且將其連接到控制單元1中的RF電源15。圖10表示施加器3的另一實施方式3g，其中已經為圖5的實施方 式3b增設一對RF電極81和82。 RF電極81和82位於拱頂40側，因 此它們可接觸皮膚。RF電極81和82藉助於線束2中的線纜83和84被 控制單元1中的RF驅動器15驅動。電極81和82以及線纜83和84與 殼體和超聲換能器電絕緣。殼體40優選由絕緣材料製成。與圖8所示的 平面實施方式3e相比，穿過皮膚層85的高傳導率型線(contour)較長 並且耗能較少，因此在深處的脂肪組織中產生較強電場86。電場加熱脂 肪組織中的少數流體並且在脂肪組織細胞膜上產生應變，如上所述。優 選地，施加器3f和3g設計成使最大電場區域和最大超聲強度區域在脂肪 組織內至少部分疊加，從而使RF和超聲能量的組合效果最大化。可類似 地為施加器3c增設一對RF電極。
施加器3g的RF電極平行於超聲換能器。根據本發明還可以將RF 電極定位在其它位置，該位置提供了 RF電場和超聲輻射在脂肪組織中的 至少部分重疊。圖11以側視圖(圖lla)和俯視圖(圖lib)示意性示出 RF電極和超聲換能器的另一可行布置。為了簡便，圖11僅示出一對RF 電極91和92以及一對超聲換能器93和94。對於所有實施方式，優選的RF參數為RF頻率在100kHz與50MHz 之間，更優選在500kHz與5MHz之間。電極之間的距離為10mm時，施 加的RP電壓在10V峰值至1000V峰值之間，更優選在30V峰值至300V 峰值之間，電極間距越大，電壓就越高。RF電極間距可在5mm至50mm 之間，它們的長度可在5mm至50mm之間。優選的是，超聲換能器覆蓋 電極之間的大部分區域。超聲換能器可以是相位均勻的平坦換能器，其 中通.過頻率控制治療深度，或者是能夠掃描聚集體積的焦點固定換能器 或相控陣列換能器，如實施方式3a-3d中所述。優選的是，RF能量以脈 衝施加，通常在10微秒至500毫秒之間，更優選在1毫秒至100毫秒之 間。優選的是，RF和超聲脈衝至少部分疊加。可通過測量電極之間的電壓與電流，並據此測量電極之間的阻抗來 監控RF電極和身體之間的接觸。基於對某個電極結構的經驗，可以限定 出足以施加RF功率的阻抗範圍。如同前述實施方式中那樣，可通過測量 換能器阻抗來監控超聲能量與身體的耦合。施加器實施方式3b-3g獨立於任何破壞脂肪細胞的特定物理模型。 然而，有利的是在所有實施方式中施加超聲能量使得對脂肪細胞的選擇 性破壞最大化，如同實施方式3a—樣，也就是說，利用脂肪細胞的獨特 結構來實現脂肪細胞成分之間的相對運動，從而導致細胞邊界處產生應 變和選擇性加熱，之後破壞細胞膜，從而引起細胞壞死或凋亡。以上任一實施方式都可適用於將紅外線(IR)能量傳送到皮膚表面。 將IR照射傳送到皮膚表面促進了美容治療，從而可同時治療脂肪、脂肪 團和皮膚。IR照射可應用於未被超聲換能器或RF電極覆蓋的皮膚區域。
權利要求
1. 一種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的方法，該方法包括將至少一個超聲能量源導向作用於皮膚表面，以在該區域中產生壓力梯度，所述壓力梯度產生密度不同的脂肪細胞成分之間的相對運動，該相對運動的強度足以對脂肪細胞進行治療。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，脂肪組織中的壓力梯度為從0.5GPa/m到50GPa/m。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中，脂肪組織中的壓力梯度為從 2GPa/m至lJ 15GPa/m。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，超聲頻率低於lMHz。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中，超聲頻率低於300kHz。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中，超聲是脈衝式的。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中，脈衝長度是10微秒至10毫秒。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，脈衝長度是100微秒至1毫秒。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中，通過相對於焦點的視角小於 120°的超聲源傳送超聲能量。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中，通過相對於焦點的視角小 於90°的超聲源傳送超聲能量。
11. 根據權利要求6所述的方法，其中，超聲輻射的脈衝長度和脈 衝重複率選擇為使體組織處的空化產生最少化。
12. 根據權利要求1所述的方法，其中，通過超聲能量源的功率佔 空將體組織溫度控制為上升至從37。到44°之間的溫度。
13. 根據權利要求1所述的方法，其中，超聲源是具有均勻輻射相 位的平坦換能器，通過超聲頻率控制最大壓力梯度區域的深度。
14. 根據權利要求1所述的方法，其中，通過相控陣列超聲換能器 產生超聲能量。
15. 根據權利要求1所述的方法，該方法還包括形成包含所述區域 的皮膚和下層脂肪組織的突起，並將超聲能量導入該區域中。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中，所述突起通過向所述皮膚 表面的區域施加負壓而形成。
17. 根據權利要求15所述的方法，其中，所述突起通過向所述皮膚 表面的區域施加機械力而形成。
18. 根據權利要求15所述的方法，其中，應用兩個以上的超聲源， 所述超聲源在突起的脂肪組織內具有最大超聲強度重疊區域。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中，所述超聲源的相對相位受 到控制。
20. 根據權利要求15所述的方法，其中，通過具有均勻輻射相位的 平坦換能器施加超聲能量，通過超聲頻率控制最大強度區域的深度。
21. 根據權利要求15所述的方法，其中，通過相控換能器陣列施加 超聲。
22. 根據權利要求15所述的方法，其中，通過具有適應突起的至少 一個機械自由度的源施加超聲能量。
23. 根據權利要求21所述的方法，其中，所述相控陣列的輻射圖案 與源和突起位置動態匹配。
24. 根據權利要求1所述的方法，該方法還包括在脂肪組織內產生 RF電場。
25. 根據權利要求24所述的方法，其中，與施加超聲能量至少部分 同時地施加RF能量。
26. 根據權利要求24所述的方法，其中，RF電場的頻率在100KHz 和100MHz之間。
27. 根據權利要求26所述的方法，其中，RF頻率在500KHz和5MHz 之間。
28. 根據權利要求24所述的方法，其中，RF電壓在10V峰值與1000V峰值之間。
29. 根據權利要求28所述的方法，其中，RF電壓在30V峰值與300V峰值之間。
30. 根據權利要求24所述的方法，該方法還包括監控RF電極上的 RF阻抗。
31. 根據權利要求15所述的方法，該方法還包括在所述區域內產生 RF電場。
32. 根據權利要求1所述的方法，該方法還包括測量超聲換能器的 電阻抗以監控超聲能量與身體的耦合。
33. 根據權利要求1所述的方法，該方法還包括用紅外光照射身體 表面的至少一部分。
34. —種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的方法，該方法 包括a. 形成包含該區域的皮膚和下層脂肪組織的突起；以及b. 將超聲能量輻射至該區域中。
35. 根據權利要求34所述的方法，其中，所述突起通過向所述皮膚 表面施加負壓而形成。
36. 根據權利要求34所述的方法，其中，所述突起通過向皮膚表面 的區域施加機械力而形成。
37. 根據權利要求34所述的方法，其中，與未突起的皮膚表面的法 線成一角度地引導超聲能量。
38. 根據權利要求37所述的方法，其中，所述角度大於30。。
39. 根據權利要求38所述的方法，其中，所述角度大於45。。
40. 根據權利要求34所述的方法，其中，應用兩個以上的超聲源， 所述超聲源在突起的脂肪組織內具有最大超聲強度重疊區域。
41. 根據權利要求40所述的方法，其中，所述超聲源的相對相位受 到控制。
42. 根據權利要求34所述的方法，其中，通過具有均勻輻射相位的 平坦換能器施加超聲能量，通過超聲頻率控制最大強度區域的深度。
43. 根據權利要求34所述的方法，其中，從相控陣列施加超聲能量。
44. 根據權利要求34所述的方法，其中，從具有適應突起的至少一個機械自由度的源施加超聲能量。
45. 根據權利要求43所述的方法，其中，所述相控陣列具有與所述 陣列和突起位置動態匹配的輻射圖案。
46. 根據權利要求34所述的方法，其中，超聲頻率低於lMHz。
47. 根據權利要求46所述的方法，其中，超聲頻率低於300kHz。
48. 根據權利要求34所述的方法，其中，超聲是脈衝式的。
49. 根據權利要求48所述的方法，其中，脈衝長度是10微秒至 IO毫秒。
50. 根據權利要求49所述的方法，其中，脈沖長度是100微秒至 1毫秒。
51. 根據權利要求35所述的方法，其中，施加負壓的持續時間在 50毫秒與1秒之間。
52. 根據權利要求51所述的方法，其中，施加負壓的持續時間在 100毫秒與500毫秒之間。
53. 根據權利要求35所述的方法 壓時，開始超聲輻射。
54. 根據權利要求34所述的方法 電阻抗以監控超聲能量至身體的耦合。
55. 根據權利要求34所述的方法 RF電場。
56. 根據權利要求55所述的方法 同時地施加RF能量。
57. 根據權利要求55所述的方法 和100MHz之間。
58. 根據權利要求57所述的方法，其中，RF的頻率在500KHz和 5MHz之間。
59. 根據權利要求55所述的方法，其中，RF電壓在10V峰《直與1000V 峰值之間。
60. 根據權利要求59所述的方法，其中，RF電壓在30V峰值與300V，其中，在向皮膚表面施加預定負 ，該方法還包括測量超聲換能器的 ，該方法還包括在脂肪組織內產生 ，其中，與施加超聲能量至少部分 ，其中，RF電場的頻率在100KHz峰值之間。
61. 根據權利要求55所述的方法，該方法還包括監控RF電極上的 RF阻抗。
62. 根據權利要求34所述的方法，該方法還包括用紅外光照射被治 療的身體表面的至少一部分。
63. —種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的方法，該方法 包括a. 將超聲能量輻射至該區域中；以及b. 在該區域內產生RF電場。
64. 根據權利要求63所述的方法，其中，與施加超聲能量至少部分 同時地施加RF能量。
65. 根據權利要求63所述的方法，其中，超聲頻率低於lMHz。
66. 根據權利要求65所述的方法，其中，超聲頻率低於300kHz。
67. 根據權利要求63所述的方法，其中，超聲是脈衝式的。
68. 根據權利要求67所述的方法，其中，脈衝長度是IO微秒至 IO毫秒。
69. 根據權利要求68所述的方法，其中，脈衝長度是100微秒至 1毫秒。
70. 根據權利要求63所述的方法，其中，RF電場的頻率在100KHz 和100MHz之間。
71. 根據權利要求79所述的方法，其中，RF的頻率在500KHz和 5MHz之間。
72. 根據權利要求63所述的方法，其中，RF電壓在IOV峰值與1000V峰值之間。
73. 根據權利要求72所述的方法，其中，RF電壓在30V峰值與300V峰值之間。
74. 根據權利要求63所述的方法，其中，監控RF電極上的RF阻抗。
75. 根據權利要求63所述的方法，該方法還包括測量超聲換能器的 電阻抗以監控超聲能量至身體的耦合。
76. 根據權利要求63所述的方法，該方法還包括用紅外光照射被治 療的身體表面的至少一部分。
77. —種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的設備，該設備 包括至少一個超聲能量源，該超聲能量源構造成將超聲能量引導穿過皮 膚表面，以在該區域中產生壓力梯度，所述壓力梯度產生密度不同的脂 肪細胞成分之間的相對運動，該相對運動的強度足以對脂肪細胞進行治 療。
78. 根據權利要求77所述的設備，其中，脂肪組織處的壓力梯度為 從0.5GPa/m到50GPa/m。
79. 根據權利要求78所述的設備，其中，脂肪組織處的壓力梯度為 從2GPa/m至IJ 15GPa/m。
80. 根據權利要求77所述的設備，其中，超聲能量的頻率低於lMHz。
81. 根據權利要求80所述的設備，其中，超聲能量的頻率低於 300kHz。
82. 根據權利要求77所述的設備，其中，超聲能量是脈衝式的。
83. 根據權利要求82所述的設備，其中，脈衝長度是IO微秒至 IO毫秒。
84. 根據權利要求83所述的設備，其中，脈衝長度是100微秒至1毫秒。
85. 根據權利要求77所述的設備，其中，超聲源相對於焦點的視角 小於120° 。
86. 根據權利要求85所述的設備，其中，超聲源相對於焦點的視角 小於90° 。
87. 根據權利要求77所述的設備，其中，超聲輻射的脈衝長度和脈 衝重複率選擇為使體組織處的空化產生最少化。
88. 根據權利要求87所述的設備，該設備還包括空化傳感器和控制 單元，該控制單元改變超聲源的脈衝長度和脈衝重複率以使所述空化傳 感器的輸出最小化。
89.根據權利要求77所述的設備，該設備還包括控制單元，該控制 單元構造成控制脈衝長度或脈衝重複率以實現預定的組織溫度。
90.根據權利要求89所述的設備，其中，預定的組織溫度為從37。 至44° 。
91. 根據權利要求77所述的設備，其中，所述超聲源是具有均勻輻 射相位的平坦換能器，通過超聲頻率控制最大壓力梯度區域的深度。
92. 根據權利要求77所述的設備，其中，所述超聲源是相控陣列換 倉旨器。
93. 根據權利要求77所述的設備，該設備還包括構造成形成包含該 區域的皮膚和下層脂肪組織的突起的裝置，並將超聲能量導入該區域中。
94. 根據權利要求93所述的設備，其中，所述裝置構造成通過向皮 膚施加負壓而形成突起。
95. 根據權利要求93所述的設備，其中，所述裝置構造成通過向皮 膚表面的區域施加機械力而形成突起。
96. 根據權利要求93所述的設備，該設備包括兩個以上的超聲源， 所述超聲源在突起的脂肪組織內具有最大超聲強度重疊區域。
97. 根據權利要求96所述的設備，其中，所述超聲源的相對相位受 到控制。
98. 根據權利要求93所述的設備，其中，所述超聲源具有適應所述 突起的至少一個機械自由度。
99. 根據權利要求98所述的設備，其中，所述超聲源是輻射圖案與 所述源和突起位置動態匹配的相控陣列。
100. 根據權利要求77所述的設備，該設備還包括至少兩個電極和 驅動這些電極的RF電源，從而在脂肪組織內產生RF電場。
101. 根據權利要求100所述的設備，該設備還包括控制器，該控制 器構造成與施加超聲能量至少部分同時地施加RF能量。
102. 根據權利要求IOO所述的設備，其中，RF電場的頻率在lOOKHz 和lOOMHz之間。
103. 根據權利要求102所述的設備，其中，RF電場的頻率在500KHz 和5MHz之間。
104. 根據權利要求100所述的設備，其中，RF電壓在10V峰值與 1000V峰值之間。
105. 根據權利要求104所述的設備，其中，RF電壓在30V峰值與 300V峰值之間。
106. 根據權利要求100所述的設備，該設備還包括用於監控RF電 極上的KF阻抗的裝置。
107. 根據權利要求77所述的設備，該設備還包括測量超聲換能器 的電阻抗以監控超聲能量至身體的耦合。
108. 根據權利要求77所述的設備，該設備還包括用紅外光照射被 治療的身體表面的至少一部分的紅外線光源。
109. —種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的設備，該設備包括a. 構造成形成包含該區域的皮膚和下層脂肪組織的突起的裝置；以及b. 構造成將超聲能量輻射至該區域中的至少一個超聲能量源。
110. 根據權利要求109所述的設備，其中，所述裝置構造成通過向 皮膚表面施加負壓而形成突起。
111. 根據權利要求109所述的設備，其中，所述裝置構造成通過在 皮膚表面上施加機械力而形成突起。
112. 根據權利要求109所述的設備，其中，與未突起的皮膚表面的 法線成一角度地引導超聲能量。
113. 根據權利要求112所述的設備，其中，與所述法線成的所述角 度大於30° 。
114. 根據權利要求113所述的設備，其中，所述角度大於45。。
115. 根據權利要求109所述的設備，該設備包括兩個以上的超聲源， 所述超聲源在突起的脂肪組織內具有最大超聲強度重疊區域。
116. 根據權利要求115所述的設備，其中，所述超聲源的相對相位 受到控制。
117. 根據權利要求109所述的設備，其中，所述超聲源是具有均勻 輻射相位的平坦換能器，通過超聲頻率控制最大強度區域的深度。
118. 根據權利要求109所述的設備，其中，所述超聲源是相控陣列 換能器。
119. 根據權利要求109所述的設備，其中，所述超聲源具有適應所 述突起的至少一個機械自由度。
120. 根據權利要求119所述的設備，其中，所述超聲源是具有與所 述源和突起位置動態匹配的可選輻射圖案的相控陣列。
121. 根據權利要求109所述的設備，該設備構造成產生頻率低於 1MHz的超聲能量。
122. 根據權利要求121所述的設備，該設備構造成產生頻率低於 300kHz的超聲。
123. 根據權利要求109所述的設備，該設備構造成應用脈沖超聲能
124. 根據權利要求123所述的設備，該設備構造成應用脈衝長度為 10微秒至10毫秒的脈衝超聲能量。
125. 根據權利要求124所述的設備，該設備構造成應用脈衝長度為 100微秒至1毫秒的脈衝超聲能量。
126. 根據權利要求123所述的設備，該設備構造成應用脈衝長度和 脈衝重複率選擇為使體組織處的空化最少化的超聲輻射。
127. 根據權利要求109所述的設備，該設備還包括空化傳感器和控 制單元，該控制單元構造成確定所述超聲源的脈衝長度和脈衝重複率以 使所述空化傳感器的輸出最小化。
128. 根據權利要求110所述的設備，該設備構造成在50毫秒至1 秒之間的持續時間內向皮膚表面施加負壓。
129，根據權利要求128所述的設備，該設備構造成在100毫秒至 500毫秒之間的持續時間內施加負壓。
130.根據權利要求110所述的設備，該設備構造成在皮膚表面上實 現預定負壓時施加超聲輻射。
131. 根據權利要求109所述的設備，該設備還構造成測量超聲換能 器的電阻抗以監控超聲能量至皮膚的耦合。
132. 根據權利要求109所述的設備，該設備還包括構造成在所述突 起內產生RF電場的至少兩個RF電極和一個RF驅動器。
133. 根據權利要求132所述的設備，該設備還包括控制器，該控制 器構造成與施加超聲能量至少部分同時地施加RF能量。
134. 根據權利要求132所述的設備，其中，RF電場的頻率在lOOKHz 和lOOMHz之間。
135. 根據權利要求134所述的設備，其中，RF的頻率在500KHz 和5MHz之間。
136. 根據權利要求132所述的設備，其中，RF電壓在10V峰值與 IOOOV峰值之間。
137. 根據權利要求136所述的設備，其中，RF電壓在30V峰值與 300V峰值之間。
138. 根據權利要求132所述的設備，該設備還包括監控RF電極上 的RF阻抗的裝置。
139. 根據權利要求110所述的設備，該設備還包括a. 拱頂形施加器，該施加器具有包含所述一個或多個超聲換能器的 內容積；以及b. 真空泵，該真空泵用於在拱頂作用於皮膚表面時在內室中產生負壓。
140. 根據權利要求lll所述的設備，該設備包括用於對皮膚進行機 械操作的裝置，該裝置包括適於接觸皮膚表面的至少兩個板，這些板可 從其中這些板隔開第一距離的第一構造移動到其中這些板隔開第二距離 的第二構造，所述第二距離小於所述第一距離，當所述板作用於皮膚表 面並且從所述第一構造移動到所述第二構造時形成所述突起。
141. 根據權利要求140所述的設備，該設備還包括用於使所述板從 所述第一構造移動到所述第二構造的致動器。
142. 根據權利要求140所述的設備，該設備還包括用於向所述突起施加超聲換能器陣列的裝置。
143. 根據權利要求140所述的設備，其中，在一個所述板中包括至少一個超聲換能器陣列。
144. 根據權利要求140所述的設備，其中，所述超聲換能器具有至 少一個自由度以相對於所述板運動。
145. 根據權利要求140所述的設備，該設備還包括構造成在所述突 起內產生RF電場的至少兩個RF電極和一個RF驅動器。
146. 根據權利要求145所述的設備，該設備還包括控制器，該控制 器構造成與施加超聲能量至少部分同時地施加RF能量。
147. 根據權利要求109所述的設備，該設備還包括用紅外光照射被 治療的身體表面的至少一部分的紅外線光源。
148. —種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的設備，該設備包括a. 構造成將超聲能量穿過皮膚表面引導至皮下脂肪組織區域中的超 聲能量源；以及b. 構造成在脂肪組織的所述區域內產生RF電場的由RF電源驅動 的至少兩個電極。
149. 根據權利要求148所述的設備，該設備還包括控制器，該控制 器構造成與施加超聲能量至少部分同時地施加RF能量。
150. 根據權利要求M8所述的設備，其中，RF電場的頻率在lOOKHz 和lOOMHz之間。
151. 根據權利要求150所述的設備，其中，RF的頻率在500KHz 和5MHz之間。
152. 根據權利要求148所述的設備，其中，RF電壓在10V峰值與 1000V峰值之間。
153. 根據權利要求152所述的設備，其中，RF電壓在30V峰值與 300V峰值之間。
154. 根據權利要求148所述的設備，該設備還包括監控RF電極上 的RF阻抗的裝置。
155. 根據權利要求148所述的設備，該設備還包括測量超聲換能器 的電阻抗以監控超聲能量至身體的耦合。
156. 根據權利要求148所述的設備，該設備構造成傳送脈衝超聲能
157. 根據權利要求156所述的設備，其中，超聲脈衝長度為10微 秒至IO毫秒。
158. 根據權利要求157所述的設備，其中，超聲脈衝長度為100微 秒至1毫秒。
159. 根據權利要求148所述的設備，其中，超聲能量的頻率低於l顧Zo
160. 根據權利要求159所述的設備，其中，超聲能量的頻率低於 300kHz。
161. 根據權利要求148所述的設備，該設備還包括構造成照射被治 療的身體表面的至少一部分的紅外光源。
162. —種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的方法，該方法包括a. 形成包含該區域的皮膚和下層脂肪組織的突起；b. 將超聲能量輻射至該區域中；以及c. 在脂肪組織內產生RF電場。
163. —種用於治療皮下脂肪組織區域中的脂肪組織的設備，該設備包括a. 構造成形成包含該區域的皮膚和下層脂肪組織的突起的裝置；b. 構造成將超聲能量輻射至該區域中的至少一個超聲能量源；以及c. 構造成在所述突起內產生RF電場的至少兩個RF電極和一個RF驅動器。
全文摘要
本發明提供用於治療脂肪組織的方法和設備(4)。所述方法包括將超聲能量施加到脂肪組織的區域，所述設備包括至少一個超聲能量源(42a，42b)，超聲能量源構造成將超聲能量穿過皮膚表面引導至皮下脂肪組織中。在一個實施方式中，在所述區域中產生壓力梯度，該壓力梯度產生密度不同的脂肪細胞成分之間的相對運動。在另一實施方式中，形成包含該區域的皮膚和下層脂肪組織的突起，並將超聲能量輻射至該突起中的脂肪組織。在另一實施方式中，在脂肪組織的區域內與超聲能量一起產生RF電場。
文檔編號A61B17/00GK101400405SQ200780008298
公開日2009年4月1日 申請日期2007年2月15日 優先權日2006年2月16日
發明者希蒙·埃克豪斯, 麥可·凱琳德爾, 阿夫納·羅森貝格 申請人:西納龍醫藥有限公司