专利名称：移动驻波的制作方法
移动驻波相关申请的交叉引用本申请要求2010年6月16日提交的美国临时专利申请61/187，407号的优先权的权益，在此通过引用并入该临时申请的全部内容。
背景技术：
已知多种方法用来将声能传送并连接到组织区域以对患者的组织进行诊断的和/ 或治疗的和/或整形的手术。这些手术例如是血液被分析物的非侵入性分析试验、通过超声透入疗法的给药、对结石等的碎石术、组织切除和用于整形去除脂肪组织的脂肪细胞的细胞溶解。对于很多类型的治疗的和/或整形的声学应用，诸如像上述的碎石术、组织切除和细胞溶解，必须将足够的声能传送到组织区域以破坏和去除该区域的组织。一般地，通过将至少一束相对强的超声聚焦到该区域来传送声能。按照惯例以首字母称为“HIFU”的该高强度、聚焦的超声(high intensity, focused ultrasound)可以用于对组织产生各种热效应和机械效应，该热效应和机械效应包括对组织的局部加热和/或分裂和破坏组织的空腔化。升温至并保持在约42°C以上的组织迅速地死亡，并且由空腔化产生的机械应力破坏和撕裂组织的细胞膜。然而，使用HIFU通常难以有效地处理较大体积的组织例如，HIFU声束通常聚焦到较小体积的组织，并且在聚焦体积处能够需要较长的停留时间(dwell time)来破坏其中的组织。典型地，HIFU声束的聚焦体积大致被包含在扁长的椭圆体中。对于超声组织处理中常用的等于约200kHz的超声频率，该椭圆体具有在沿声束的传播方向上的大约15mm的长轴和与所述传播方向垂直的、具有大约7. 5mm直径的最大横截面。对于约IMHz的频率，长轴大约3mm，并且横截面具有约1. 5mm的直径。一般地，聚焦体积具有近似一个波长的横向直径和在约2-3个波长之间的长度。(假定所述聚焦体积的边界处于声强被衰减大约6dB 的区域中。)用HIFU处理扩展的组织区域，例如用来细胞溶解脂肪组织，因此通常能够是要求相对长的执行时间的相对单调乏味的任务。因此，多种技术已经被提出和/或用以扩展 HIFU声束的可用聚焦体积，并用于通过电子方式和/或机械方式扫描所述声束以处理相对大的组织体积。然而，控制HIFU声束以将空间上相对均一的有效声能传递到整个扩展的组织体积上可能会有问题，该扩展的组织体积作为理想的处理目标并且不会不利地影响非目标组织。HIFU声束扩展的聚焦体积的通常构造呈现为“热点”，这限制了声束的治疗和/或整形使用。并且，传播到人体内以大致聚焦在所希望的区域的超声通常传播通过和经过聚焦区域并入射到超声并不意图入射到的组织和/或身体特征上。例如，脂肪组织通常位于皮肤的皮下层并且位于皮肤表面以下从若干毫米至数十毫米的区域中。在组织切除和用于整形去除脂肪组织的脂肪细胞的细胞溶解的手术中，聚焦到皮肤下的脂肪组织的超声可传播超出脂肪组织的范围、冲击并破坏位于皮下层以下的内部器官和身体特征。如果超声被用来处理腹部脂肪，则超声可例如入射到肝脏上。如果超声被用来处理臀部区域的脂肪团，则超声可以入射到皮肤下的骨组织并从所述骨组织被反射。反射的超声能够与向身体内部传播的用于处理脂肪团的超声相干涉而在皮肤表面或附近处产生具有能够损伤皮肤的强度的驻声波。F. L Lizzi 等人在一篇标题为"Asymmetric Focussed Arrays for Ultrasonic Tumor Therapy (用于超声肿瘤治疗的非对称聚焦矩阵)，，的文献中描述了使用“具有分段的矩形电极的球冠换能器”以提供可用于产生具有椭圆形横截面损伤的HIFU声束。通过对成对的矩形电极的定相激励，换能器的聚焦面以外的平面中声束的不期望的高声强度的轴向区域被抑制了。为处理扩展的组织区域，声束被意图于沿着大体上与椭圆形损伤的长轴垂直的方向扫描。J. U. Quistgaard 的标题为"Component Ultrasound Transducer (部件超声换能器)”的美国专利申请公布US 2005/01M314，发布了该申请的发明目的“提供能够同时向两个或更多个聚焦区域传输高强度的超声能的换能器”以及另外“提供能够将两个或更多个不同频率聚焦到单一的聚焦区域或一组聚焦区域的换能器。”S. Vitek和N Brenner的美国专利6，506，171描述了一种聚焦超声系统，该聚焦超声系统“包括多个在中心轴周围布置并与所述中心轴具有一角位置的换能器元件”。各部分元件被定相激励，从而“形成第一在轴(on-axis)聚焦区域和第二离轴(off-axis)聚焦区域”。本申请的附图示出所述第二离轴聚焦区域的特征在于多个聚焦区域，在该多个聚焦区域的每个聚焦区域中，聚焦到该区域的声能量具有大致相同的空间能量分布。Sarvazyan等人的美国专利申请公布US 2009/0099485，描述了在相对大的组织体积中产生扩展的超声驻波(USW)强度图案，以用于“从任意的身体部分中去除大量的脂肪组织”。USff的使用在驻波图案的波腹处提供了相对于传统的HIFU场被大大增大的声场强度。通过捏起和夹住待用一对超声换能器之间的超声处理的相对大体积的组织，提供了扩展的组织体积。所述换能器被控制以在相对方向上以被夹住的组织的共振频率相互彼此辐射超声，使得超声在被夹住的组织中交叠并叠加以产生具有波节和波腹的USW图案。 由于组织处理主要位于USW图案的波腹区域，为试图进行均质化处理，所述组织相继地被以不同共振频率的USW图案处理。转换共振频率导致驻波的节点图案改变它的位置。在本发明的一些实施方式中，所述组织在一对机械钳之间被捏起。在本发明的一些实施方式中， 替代被捏起，待处理的组织被用真空拉起到杯型容器中。
发明内容
本发明的一些实施方式的一个方面涉及提供用于使用超声驻波(USW)处理相对大的组织区域的、改进的方法和装置。可选地，所述方法和装置被用于对组织进行脂肪溶解、治疗和/或整形处理。本发明的一些实施方式的一个方面涉及提供一种通过在组织中叠加至少两个不同频率的USW图案而使USW图案对用超声处理的组织的效果进行空间均质化的方法。交叠的驻波图案相叠加以在组织中产生超声波节和波腹相对密集空间分布的图案，所述波节和波腹以相对低的频率循环地移动它们在组织中的位置，该相对低的频率等于两个USW图案的频率差的约一半。波节和波腹的密度以及循环的空间运动均质化了超声作用于组织的效^ ο发明人已经确定，对组织相继地施加USW图案以使超声处理在空间上均质化可能是相对地效率低下的。组织改变，诸如由第一频率的第一 USW图案在组织的局部的压力波腹区域中产生的灼烧或空腔化所导致的细胞破坏，能够干扰第二频率的第二 USW图案在组织中建立自身以及产生所期望的改变的效力。根据本发明的一个实施方式，通过同时施加至少两种不同频率的USW图案，在整个所述组织上大致绝热地并且空间均质化地发生期望的改变。结果，全部至少两个USW图案在组织中相对有效地建立起来并且有效地产生相对均质化的组织处理。本发明的一些实施例的一个方面涉及将组织区域连接到用于产生超声能以处理该组织区域的声换能器的方法。在本发明的一个实施方式中，所述方法包括使用真空将大量的组织拉起到容器中并且以机械方式使被拉起的组织变形以增大所述组织与超声换能器之间的接触面积，所述超声换能器在所述容器的壁中或者安装到所述容器的壁。增大的接触面积改进了超声换能器到组织的声连接。发明人已经确定，在将组织拉起到真空容器中使得组织可用超声进行处理的常规方法中，由于被拉起的组织在容器中所获得的形状，使得相对大的组织的表面面积不能与容器的壁中的或者安装到容器的壁的超声换能器接触。通过使形状变形，被拉起的组织的增大表面被压向容器壁。在本发明的一个实施方式中，使组织变形包括用于“形状适配器，， 按压组织，所述形状适配器突入容器内，所述容器为组织通过真空被拉入其中的容器。根据本发明的一些实施方式的一个方面，使组织机械地变形包括使组织周期性地变形。周期性变形导致组织相对于超声强度图案的位移，所述超声强度图案由将超声传输到组织内的超声换能器产生。该周期性位移提高了超声在组织中的所期望效果的空间均质化。在本发明的一些实施方式中，该周期性位移以与组织的机械共振接近或大致相等的频率被提供。在共振时，组织中的质点(mass point)相对于超声场的位移以及由此处理的均质化均倾向于被最大化。本发明的一些实施例的一个方面涉及提供一种用超声和RF电场同时处理组织区域的方法。在本发明的一个实施方式中，声换能器由时变RF电压定位并激励以在组织区域中产生超声图案，使得同一 RF电压在组织中产生与超声图案大致交叠的时变的RF场。RF 场图案优选地加热组织区域的相对高阻抗的部分。结果，根据本发明的实施方式，RF的构造和组织区域中的超声场能够提供对于组织区域的协同处理。根据本发明的实施方式的超声场和交叠的RF场趋于协同对组织区域提供治疗并且表现出比单独任一个场对待处理组织的相对提高的选择性。例如，如果超声场被构造为通过空腔化来细胞溶解组织区域的一部分中的细胞， 则该被空腔化部分的阻抗相对于周围的非空腔化组织增大。结果，RF场优选地通过引起组织中的离子的位移和振动而加热被空腔化部分，从而放大了超声场的破坏性的效果。超声由此趋于将RF场效应聚焦和集中到待被细胞溶解的部分并且提供在待处理组织与非待处理组织之间的更好的区分。作为另一个示例，注意到，由于USW场和RF场两者在组织中交叠并且以相同频率被激励，所述场协同操作以加热所述区域并且在区域中产生相对大量的热，特别是在USW场的压力波腹处。
本发明的一些实施例的一个方面涉及提供使所述换能器与组织区域接触连接的方法，该方法防止由换能器产生的密集USW场引起的损伤而对于组织区域的皮肤提供改进的保护。由声换能器在组织区域中产生的USW场典型地在换能器与组织的界面处具有压力波腹。USW场在波腹处的压力幅度能够增大到相对地非常大的并能够损伤到皮肤的幅度。 在本发明的一个实施方式中，在下文中也称为“保护缓冲”的保护层形成以将声换能器与待由换能器产生的USW处理的组织连接，使得USW沿所述组织的皮肤表面的压力幅度较小，超声在该表面进入所述组织区域。根据本发明的实施方式，该保护缓冲具有等于换能器产生的超声波长的约四分之一的厚度。与用于使超声换能器与组织区域阻抗匹配的传统声连接器不同，其中传统的声连接器的阻抗典型地约等于组织与换能器阻抗的乘积的平方根，根据本发明的实施方式， 保护缓冲具有的阻抗大致等于所述组织区域的阻抗。该缓冲部由此将USW场的相对地低的压力、即可选地压力波腹区域定位在皮肤表面处，并且降低USW由于灼烧而损伤皮肤表面的趋势。在本发明的一个实施方式中，保护缓冲由具有与生物组织的声阻抗接近的声阻抗的导电材料形成。对于根据本发明的实施方式的构造，在该构造中，用于激励声换能器的电极被用于在被处理的组织中产生RF场，导电性有助于在组织中建立所述RF场及相关的RF 电流。诸如导电性环氧树脂、导电性树脂或者导电性硅树脂的各种材料具有与组织的声阻抗接近的声阻抗并且可用于所述缓冲部。因此，根据本发明的实施方式，提供了用超声处理组织区域的方法，所述方法包括在所述区域中以第一频率产生第一超声驻波(USW)图案；同时在所述区域中以不同于所述第一频率的第二频率产生与所述区域中的所述第一 USW图案空间交叠的第二 USW图案。可选地，产生所述第一和第二 USW图案包括产生所述图案，使得大体上不论所述 USW图案中的一个图案在组织区域中位于何处，该图案被另一图案交叠。此外或或者，产生所述第一和第二 USW图案可选地包括以所述第一频率和所述第二频率同时激励跨过所述组织区域彼此面对的两个超声换能器。可选地，所述第一频率和第二频率是由在所述组织区域中的声速以及所述换能器之间的距离确定的共振频率。此外或或者，所述方法包括构造所述换能器使得所述换能器具有与第一共振频率和第二共振频率大致相等的振动共振频率。在本发明的一个实施方式中，所述方法包括将一材料层夹在换能器与皮肤之间， 使得所述USW沿着超声进入组织区域的皮肤的压力幅度较小。根据本发明的一种实施方式，进一步提供了一种用超声处理组织区域的方法， 所述方法包括激励超声换能器将超声传输通过皮肤以在所述组织区域中产生超声驻波 (USff)；和将一材料层夹在换能器与皮肤之间，使得USW沿着超声进入组织区域的皮肤的压力幅度较小。此外或或者，所述层可选地具有与所述组织区域的声阻抗大致相等的声阻抗。在本发明的一个实施方式中，所述层的厚度大致等于所述换能器在所述组织区域中传输的超声的波长的四分之一。在本发明的一个实施方式中，所述换能器包括电极，所述电极用于激励所述换能器以产生所述USW图案，并且所述方法包括使所述换能器的该电极带电荷以产生所述USW 图案并且同时在所述区域中产生覆盖所述USW图案的电场。根据本发明的一种实施方式，进一步提供了一种用于处理患者的组织区域的方法，所述方法包括将具有电极的至少两个超声换能器连接到患者的皮肤；并且使所述换能器上的电极带电荷，所述电极激励所述换能器在所述组织区域中产生超声图案，其中所述带电荷的电极上的电压同时在所述区域中产生覆盖在所述超声图案上的电场。此外或或者，所述电场可选地是RF(射频，radio frequency)场。在本发明的一个实施方式中，所述方法包括将所述超声换能器安装在容器中； 使用真空将所述组织区域拉起到容器中；并且使被拉起的组织区域变形以提高所述区域到所述换能器的连接。根据本发明的一种实施方式，进一步提供了一种将皮肤区域下的组织区域连接到超声换能器的方法，所述方法包括提供包括超声换能器的容器；使用真空将所述组织区域拉起到所述容器中；并且使被拉起的组织区域变形以增大皮肤连接到所述换能器的面积。此外或或者，变形可选地包括施加机械力到所述区域。可选地，施加力包括机械地将力施加到所述组织区域。在本发明的一个实施方式中，所述方法包括使所述组织区域周期性地变形。可选地，周期性地变形包括以所述组织区域的共振频率变形。此外或或者，周期性地变形可选地包括以所述组织区域的驰豫时间确定的频率变形。根据本发明的一种实施方式，进一步提供了一种使用超声处理皮肤下组织区域的设备，所述设备包括与皮肤连接的至少一个换能器；电源，被构造用以激励所述至少一个换能器以在所述组织区域中以第一频率产生第一超声驻波(USW)，并且同时在所述区域中以不同于所述第一频率的第二频率产生与所述第一 USW图案空间交叠的第二 USW图案。可选地，所述第一和第二图案大致完全地相互交叠。此外或或者，所述至少一个超声换能器可选地包括跨过所述组织区域彼此面对的两个超声换能器。可选地，所述第一频率和第二频率是由所述组织区域中的声速以及所述换能器之间的距离确定的共振频率。此外或或者，所述换能器可选地具有与所述第一共振频率和第二共振频率大致相等的振动共振频率。在本发明的一个实施方式中，所述设备包括材料层，所述材料层夹在所述至少一个换能器中的一个换能器与皮肤之间并且将所述USW定位成使得所述USW沿皮肤的压力幅
度较小。根据本发明的实施方式，进一步提供了一种使用超声处理皮肤下组织区域的设备，所述设备包括超声换能器，用于将超声传输通过皮肤以在所述组织区域中产生超声驻波(USW)；和所述换能器与皮肤之间的材料层，所述材料层将所述USW定位使得所述USW沿着皮肤的压力幅度较小。此外或或者，所述层可选地具有与所述组织区域的声阻抗大致相等的声阻抗。在本发明的一个实施方式中，所述层的厚度大致等于所述换能器在所述组织区域中传输的超声的波长的四分之一。在本发明的一个实施方式中，所述换能器包括电极，所述电极用于激励所述换能器以产生所述USW图案，并且所述设备包括电源，所述电源使所述换能器上的电极带电以产生所述USW图案，其中带电荷的电极同时在所述区域中产生覆盖所述USW图案的电场。根据本发明的一种实施方式，进一步提供了一种使用超声处理皮肤下组织区域的设备，所述设备包括具有电极的至少两个超声换能器，所述电极用于激励所述换能器以在所述组织区域中产生超声；和电源，所述电源使所述电极带电荷以激励所述换能器在所述组织区域中产生超声图案，其中带电荷的电极同时在所述区域中产生覆盖所述超声图案的电场。此外或或者，所述电场可选地是RF场。在本发明的一个实施方式中，所述设备包括容器，所述容器包括至少一个超声换能器；真空泵，所述真空泵在所述容器中产生真空以用于将所述组织区域拉起到所述容器内；和元件，所述元件突出到所述容器中并且使被拉起的组织区域变形以增强所述区域到所述至少一个换能器的连接。根据本发明的一个实施方式，进一步提供了一种使用超声处理皮肤下组织区域的设备，所述设备包括容器，所述容器包括至少一个超声换能器；真空泵，所述真空泵在所述容器中产生真空以用于将所述组织区域拉起到所述容器内；和元件，所述元件突出到容器中并且使被拉起的组织区域变形以增强所述区域到所述至少一个换能器的连接。此外或或者，所述元件可选地可被控制以使所述组织区域产生时变的变形。可选地，所述时变的变形包括在所述组织区域的共振频率下的周期性变形。此外或或者，所述时变的变形可选地包括在由所述组织区域的驰豫时间确定的频率下的周期性变形。
下面参考这里所附的
本发明的实施方式的非限定性示例，在本段后列出附图。在一个以上的附图中出现的相同的结构、元件或部件通常在它们出现的全部附图中被标注为相同的附图标记。图中所示的部件和特征的尺寸是为了方便和清楚表现而选择的，并不必要按比例示出。图1示意性地示出了根据现有技术的超声设备的透视图的横截面，所述超声设备包括真空容器，该真空容器用于定位用于超声处理的组织区域。图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于处理组织区域的超声处理设备(UTA)，所述设备包括用于保持和定位用于超声处理的皮肤的容器，并且具有用于使组织区域变形的形状适配器；和图3示意性地示出了根据本发明的实施方式的与图2类似的UTA，所述UTA包括一种超声换能器的构造，该超声换能器用于在用所述设备处理的组织区域中产生超声驻波 (USff)。
具体实施例方式图1示意性地示出了根据现有技术的用于利用超声处理患者的超声设备20的透视图的横截面，所述设备可选地用以从患者的组织区域细胞溶解和去除皮下脂肪组织。在图1中，设备20示出为正在处理患者的组织区域40。设备20包括真空容器22，所述真空容器22形成为具有出口孔口 24，并且包括超声换能器30的阵列以及用以驱动所述换能器的适当的电源(未示出)。通过举例的方式， 真空容器22是拉长的杯形容器并且包括沿容器22的底部边缘23布置并且面对彼此的两个超声换能器30。可选地，换能器30大致是平面的且平行的。换能器30 —般地用匹配层 32即声连接部32覆盖，所述匹配层的材料具有的厚度约等于由换能器30产生的超声的波长的四分之一以降低换能器30与皮肤40之间的声错配。典型地，匹配层32的阻抗约等于换能器30的阻抗与皮肤组织区域40的阻抗的乘积的平方根。在运转中，空气通过出口孔口 M被从真空容器送出，以拉起患者的表面组织的组织区域40并且将所述区域定位在超声换能器30之间从而能够用超声处理脂肪组织44，其中组织区域40包括表皮41、真皮42和具有脂肪组织44的皮下层43。通过将组织区域40 向上拉起并远离患者的身体，皮下层43被定位成使得脂肪组织44的相对地大的部分位于换能器30之间，并位于与患者的身体皮肤在该区域40被拉起到容器中之前的正常位置大致平行的层中。因此，换能器30可被控制以沿着不进入身体的方向传输用于处理脂肪组织 44的超声并且可能不会不利地影响患者的内部器官。然而，因为皮肤的以及组织区域40的下方区域的正常弹性，被拉起到容器22中的组织区域40并不与声连接部32连续地密切接触，并且在换能器30与被拉入到容器内的皮肤之间的声接触一般是不完全的。结果，所包括的换能器产生的超声对于脂肪组织44的处理效力受到影响。图1示意性地使人联想到高斯表面的形状，该形状标示了当组织区域40 被拉起到容器22中时如何成形以及表皮41与匹配层32的不完全接触。图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的超声处理设备50 (UTA)的透视图的横截面。UTA 50包括真空容器52，真空容器52用于拉起并保持组织区域40的待用超声处理的区域；和超声换能器30的阵列，用于产生超声。在本发明的实施例中，换能器30被通过保护缓冲层132连接到组织区域40。保护缓冲132具有的厚度约等于换能器30产生的超声的波长的四分之一，并且其具有的声阻抗大致等于组织40的声阻抗。下面讨论保护缓冲的操作。可选地，真空容器52具有的形状与现有技术设备20中包括的真空容器22的形状类似，并且超声换能器30的构造和布置与现有技术设备中示出的构造和布置类似。但是，UTA 50包括一种装置，即“形状适配器”，其使被拉起到真空容器52内的组织的形状变形而使被拉起的组织与缓冲部132形成大致连续且紧密的接触。在本发明的一个实施方式中，所述形状适配器包括具有杆(stem)62的“柱塞(plunger) ”60，杆62穿过孔 53突入到真空容器52内并且安装有柱塞头64。可选地，杆62包括形成为具有气孔67的管道66，空气可通过气孔67从容器52排气以提供用于将皮肤拉入到容器内的部分真空。所述管道在孔53中被密封以降低管道与孔壁之间的空气泄漏从而能够在容器52中形成用于拉起皮肤的适当的部分真空。箭头68示意性地表示从容器52排出的空气流。可选地，柱塞头64是扁球状的“南瓜状”体。在本发明的一些实施方式中，柱塞60的位置是固定的并且布置成使得当组织40被拉起到容器52中时，柱塞头64使被拉起的组织变形，如图2所示，被拉起的组织横向伸展并且与缓冲部132形成密切连续的接触。在本发明的一些实施方式中，柱塞60构造为使得其可上下移动以调节柱塞头64 突入容器52的深度。可选地，柱塞头64通过使杆62沿其长度在孔53中移动而上下移动。 可使用本领域中已知的任意各种方法和材料提供杆62在孔53中的密封以保持杆与孔之间的适当降低的空气泄漏。例如，可使用0形环的构造和/或真空油脂来密封杆62以防止空气泄漏。
注意到，根据本发明的实施方式的形状适配器并不局限于柱塞60，并且根据本发明的实施方式的形状适配器可以不同于柱塞60。例如，柱塞式形状适配器可具有圆柱体状或环状柱塞头。或者，柱塞头可包括多个部件元件，比如被压靠于拉起到真空容器52内的皮肤的平行圆柱体阵列。在本发明的一些实施方式中，柱塞头64由弹性膜形成，并且通过用气体或液体填充柱塞头使其膨胀或者移除气体或液体使柱塞头收缩而完成柱塞头的位移。在本发明的一些实施方式中，柱塞头64在用超声照射组织区域40期间重复地移动，以改变柱塞头施加到组织区域的力并且由此改变该区域中的质点相对于换能器30传输的超声的位置。在本发明的一些实施方式中，为改变所述区域中的质点的位置，真空容器 52被以适当的频率扰动以重复地改变质点的位置。组织区域40中的质点的空间移位有助于均质化超声在组织区域中的效果。可选地，以大致等于组织区域40的机械驰豫时间和/ 或共振频率的频率执行柱塞头64的重复运动。皮肤组织的机械共振和驰豫时间频率在约 300Hz至约IOkHz的范围内。通过使组织区域40以共振频率机械振动，组织区域中的质点的运动趋于相对地大并且运动效果，例如组织加热放大了。通过使组织区域40以驰豫时间频率机械振动，所述组织区域中的空腔化效果被放大了。根据本发明的一些实施方式，UTA包括超声换能器，所述超声换能器构造为在组织区域中同时叠加不同频率的至少两个超声驻波(USW)图案。图3示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的UTA 70，UTA 70构造为在待由UTA处理的组织区域中叠加至少两个 USff图案。根据本发明的实施方式，UTA 70可选地包括真空容器52，用于拉起组织区域40 并将组织区域40定位在超声换能器130之间；和形状适配器60，用于提供组织区域到换能器的改进的声连接。换能器130可选地通过缓冲部132与组织区域40连接。可选地，真空容器、形状适配器和换能器与图2中所示的UTA 50中包括的那些类似。根据本发明的实施方式，UTA 70包括电源72，所述电源72可被控制以激励换能器130以产生至少两个USW图案，所述至少两个USW图案在定位在换能器之间的区域40中交叠以叠加。电源72被示意性地示出为连接到电极131并且使电极131带电荷以激励换能器130，并且电源72被示意性地示出为提供例如下面所述的至少两个频率fn和fn+2的AC (alternating current，交流电)电源。而在图中，示出为电源72以频率fn为一组电极131供电，而以频率fn+2为另一组电极131供电，一般地，通过用适当地调幅的AC电压使电极带电荷为两组电极同时提供两种频率。在本发明的一些实施方式中，AC电源以脉冲供给。根据本发明的一个实施方式，电源72控制换能器130以可选地相对接近的共振频率产生两种驻波图案。发明人已经确定在组织区域中叠加相对地接近的共振频率的至少两个驻波图案产生相对密集的波节和波腹的图案，该波节和波腹以等于两个USW图案的频率差的约一半的相对地低的频率循环地移动它们在组织中的位置。波节和波腹的循环的空间运动使超声对组织的效果均质化。以共振频率运转提供了相对强的USW图案在组织中的累积。注意到，与现有技术中由非共振态(off-resonance)产生图案以保护皮肤的使用超声驻波图案的方法不同，根据本发明的实施方式的缓冲部132的使用使得能够以皮肤安全的方式产生共振态(on-resonance)USW图案。在本发明的一些实施方式中，两个USW图案的频率差响应于组织成分的驰豫时间或共振频率来确定，以增强USW图案在组织中的效果。例如，该频率被可选地确定，使得由一个USW在组织中形成的大量微气泡的以组织驰豫时间为特征的减少率，通过另一 USW图案的作用而变慢。根据本发明的实施方式的两个USW图案的双重效果增强了组织中的空腔化。在给定距离间隔的两个边界之间建立驻波图案，要求建立所述驻波的行波的波长满足一约束，即给定的距离是行波半波长的整数倍即“η”倍。以D来表示换能器130之间的距离。以“λ η”表示由换能器产生以在组织区域40中形成驻波的超声行波的波长。则该约束要求D = ηλη/2。如果组织中的声速以“C”表示，则该约束可根据行波的频率“fn ”表示为 fn = nc/2D。每个换能器30大致作为入射到其上的声波的刚性反射器来运转。结果，在换能器表面处，入射到换能器30的声波的反射的位移相量(按惯例为“S”向量或波)相对于该表面处的入射波的位移相量相差相位180°，而反射波的压力相量与入射波的压力相量同相。 因此，对于换能器130在组织区域40中产生的驻波图案，该图案具有在每个换能器30处的压力波腹以及在相对于换能器移动约1/4的λ的距离的位置处的压力波节。根据本发明的一种实施方式，保护缓冲132运转以使换能器30处的压力波腹从组织区域40的皮肤41 移动并且将“ λ/4压力波节”定位在皮肤表面处。该保护缓冲由此保护皮肤不受通常在USW 图案中产生的大幅值压力的损伤。注意到，对于奇数编号的频率fn，如果对于fl，保护缓冲被构造为将波节定位在皮肤表面，则对于所有其它的奇数编号的频率，该保护缓冲也将波节定位在皮肤表面。为表述方便起见，当提及声波的相位或幅度时，如果未另外指明，则指代所述波的压力相量而非位移相量。根据本发明的一个实施方式，由于换能器30处的位移相量的反相，为在换能器30 之间建立并保持声驻波，对于表达式D = ηλη/2中的奇数η，换能器130由电源72以同相驱动，而对于偶数η，换能器被以相差相位180°驱动。并且，根据本发明的一个实施方式， 为建立不同频率的两个驻波图案，如果一个频率为fn = nc/2D,则另一频率为fn+2 = (n+m2) c/2D，其中m为整数。可选地，m= 1。在本发明的一些实施方式中，130的固有共振频率被匹配成与包括换能器和组织区域40的系统的共振频率大致相符。例如，换能器130 —般地以奇数编号的谐波激励以产生超声，例如换能器的第一、第三、第五等谐波振动频率。典型地，第一和第三谐波被激励。 在本发明的一个实施方式中，换能器构造成使得它们与组织区域的共振频率和换能器之间间隔D大致相符。在图3中，换能器130和电源72被指示为构造成在组织40中产生频率为fn = nc/2D和fn+1 = (n+2) c/2D的驻波。通过举例的方式，在图中，fn = f8和fn+1 = flO。由换能器130产生的频率为f8和Π0的驻波示意性地分别由表示所述波的压力的实线80和虚线82表示。驻波80和82的压力波腹的位置分别被示意性地用开放的圆84和闭合的圆 86指示。注意到，最接近换能器130的压力波节大致位于皮肤41的表面处，由此保护皮肤不受到“压力灼烧”。可选地，为产生驻波80和82，电源72激励换能器130中的第一个以传输频率为fn 的超声波，并激励换能器30中的第二个以传输频率为fn+2的超声波。传输的超声波的来自第二和第一换能器130的反射波分别与传输的波组合以产生驻波80和82。在本发明的一些实施方式中，每个换能器30被激励以朝向其它换能器130传输频率为fn的超声波和频率为fn+2的超声波。在相对方向上传播的被传输的波组合以产生驻波80和82。叠加的驻波80和82提供了具有压力波节和波腹的、移位的“USW”图案，这可通过下面的表达式描述(1) A (X，t) = 2Acos (k0x) cos ( Δ kx/2) cos ( Δ ω t/2) cos ( ω ot) +2Asin (k0x) sin ( Δ kx/2) sin ( Δ ω t/2) sin (ω。t)。在上面的方程中，A (χ, t)是时间t时在换能器130之间的坐标χ处的超声幅度， 并且 k0= (π/λη+ /λ η+1)，Ak= |(Ji/Xn-Ji/X n+1) I，ω o = (Ji f n+ ji fn+1)，并且 Δ ω =I (^fn-JI fn+1) I。表达式(1)未示出在组织区域40和换能器130的共振处的幅度A (X， t)的增长。期望在组织区域40中的通过激励换能器130产生的USW图案中储存的声能的增加将导致A (X，t)具有大致等于4QA的最大值，其中Q是表征组织和换能器30中的声能的耗散率的品质因子。根据本发明的与UTA 70类似的实施方式，对于脂肪组织和超声处理设备UTA，该品质因子Q能够具有在10至20之间的较大的值。根据方程(1)和图3，观察到叠加的驻波80和82在换能器130之间的组织区域 40中产生相对密集的超声驻波图案，所述驻波图案具有交叉的波节和波腹。相邻波腹处的超声幅度A(x，t)缓慢地以频率为△ ω/2并且相差相位90°调和地在大致零和由空间“包络”函数COS(Akx)和Sin(Akx)确定的最大值之间循环。因此，交叠的驻波图案80和82 叠加以产生具有超声波节和波腹的图案，该波节和波腹以相对低的频率循环地移动它们在组织中的位置，即约等于两个USW图案的频率差的Δω。波节和波腹的该循环的空间运动使超声作用于组织的效果均质化。通过数例的方式，假设换能器130之间的距离D为30mm，并且设n = 8和n+1 = 10。脂肪组织中的声速约为 1，500m/s。则 fn = 200kHz, λη =约 7，5mm, fn+1 = 250kHz 并且λ n = 6mm。驻波80和82的波腹和波节以约25kHz的频率(Δ ω /2 (见表达式1))的调和地循环。并且空间包络函数具有等于约π/60mm1的空间频率(Ak/2)和等于约19mm的空间周期。需要说明的是，数值和图3的细节是示意性的并且是针对理想构造，在实际中， 给出的值以及所示的声图案可不同于所呈现的这些。在本发明的一些实施方式中，通过图3所示的示例，频率fn和fn+2具有偶数η。根据本发明的一个实施方式，对于这样的频率，换能器130被以相差相位180°驱动。结果，相对且跨过组织区域40朝向彼此的换能器电极131具有相反的极性并且以与用以激励换能器130的AC电源相同的频率在组织区域中产生AC场。在本发明的一个实施方式中，电源 72和换能器130构造成使得用以驱动换能器130的电压的频率和幅度在组织区域中提供所期望的RF场。如上提到的，由于使用相同电极来激励换能器130并产生RF场，所述RF场与换能器130在组织中产生的超声图案大致交叠并叠加。由此促进了 RF场和声场对于组织区域的协作处理。例如，RF场图案优选地加热组织区域40的较高阻抗的部分。如果换能器130产生的超声场构造为通过空腔化细胞溶解组织区域40的皮下层43中的脂肪组织44，则空腔化的部分的阻抗相对于周围非空腔化的组织增大。结果，RF场优选地加热空腔化的脂肪组织区域44，放大了超声场对于脂肪组织的破坏效果并且趋于将所述效果停留在脂肪组织。超声由此趋于将RF场效果聚焦和停留在待被细胞溶解的部分并且对由UTA 70提供的治疗提供了更好的辨别力。注意到，跨过组织区域40朝向彼此的电极131以及组织区域对于电极之间产生的电压呈现出复杂的、主要为容性的电阻抗。根据本发明的一种实施方式，使用在电极之间施加的电压来监测复杂阻抗的变化。复杂阻抗的变化可选地用以监测并控制由于由UTA 70产生的场对于组织区域的处理而在组织区域40中引起的变化。另外值得注意的是， 根据本发明的一个实施方式，同时使用多个频率的USW来处理组织区域是较为自我限制 (self-limiting)的。当在组织区域中产生大致的加热和/或空腔化时，USW趋于“自消失” (self extinguish)。所述加热和/或空腔化导致组织区域中的声衰减增大到如此程度以致于强烈地抑制用以产生USW的声行波。所述加热和/或空腔化还引起组织区域中的声速的变化。声速的变化反过来又导致组织和换能器的系统偏离共振(off resonance)并且区域中的USW的幅度大大减少。虽然通过举例的方式，用具有平行的平面声换能器和换能器上的电极的UTA描述了对组织应用USW和RF场，但本发明并不局限于具有平行平面换能器的构造。例如，根据本发明的一个实施方式的UTA可具有圆柱体形状并且可选地具有被提供动力以在组织区域中产生交叠的USW的单个圆柱体形换能器。但是，对于这样的构造，所述波的频率被限制为“η”为奇数时的频率fn。对于η为偶数时的频率，可使用多个被独立驱动的换能器，而不是使用单个换能器。在本申请的说明书和权利要求书中，动词“包括(comprise) ”、“包括(include)，， 和“具有(have) ”中的每一个动词以及它们的结合被用以指示该动词的对象不必然是对于所述动词的主语的构件、部件、元件或零件的穷尽列表。已经参考本发明的实施方式说明了本发明，所述实施方式通过举例方式给出，并且并不旨在限制本发明的范围。所述的实施方式包括不同的特征，但在本发明的全部实施方式并不需要全部这些特征。本发明的一些实施方式仅利用这些特征中的一些特征或者这些特征的可能的组合。本领域的技术人员将能够实现包括所描述的实施方式中提到的特征之外的所述特征的不同组合的、所描述的发明的实施方式以及本发明的实施方式的变形例。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
权利要求
1.一种用超声处理组织区域的方法，所述方法包括在所述区域中以第一频率产生第一超声驻波(USW)图案；和以不同于所述第一频率的第二频率在所述区域中同时产生与所述区域中的所述第一 USff图案在空间上交叠的第二 USW图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述第一和第二USW图案包括产生所述图案，使得大体上不论所述USW图案中的一个图案在组织区域中位于何处，该图案被另一个图案交叠。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中产生所述第一和第二USW图案包括以所述第一频率和所述第二频率同时激励跨过所述组织区域彼此面对的两个超声换能器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一频率和第二频率是由所述组织区域中的声速以及所述换能器之间的距离确定的共振频率。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法包括构造所述换能器使得所述换能器具有与第一共振频率和第二共振频率大致相等的振动共振频率。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法包括将一材料层夹在换能器与皮肤之间，使得所述USW沿着超声进入组织区域的皮肤的压力幅度较小。
7.根据权利要求3所述的方法，其中所述换能器包括电极，所述电极用于激励所述换能器以产生所述USW图案，并且所述方法包括使所述换能器的该电极带电荷以产生所述 USff图案并且同时在所述区域中产生覆盖在所述USW图案上的电场。
8.一种用超声处理组织区域的方法，所述方法包括激励超声换能器将超声传输通过皮肤以在所述组织区域中产生超声驻波(USW)；以及将一材料层夹在所述换能器与皮肤之间，使得所述USW沿着超声进入组织区域的皮肤的压力幅度较小。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述层具有与所述组织区域的声阻抗大致相等的声阻抗。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述层的厚度大致等于所述换能器在所述组织区域中传输的超声的波长的四分之一。
11.一种处理患者的皮肤区域下方的组织区域的方法，所述方法包括将具有电极的至少两个超声换能器连接到皮肤；以及使所述换能器上的电极带电荷，所述电极激励所述换能器在所述组织区域中产生超声图案，其中所述带电荷的电极上的电压同时在所述区域中产生覆盖在所述超声图案上的电场。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述电场是RF场。
13.根据权利要求11所述的方法，所述方法包括将所述超声换能器安装在容器中；使用真空将所述组织区域拉起到所述容器内；以及使被拉起的组织区域变形以增强所述区域到所述换能器的连接。
14.一种将皮肤区域下方的组织区域连接到超声换能器的方法，所述方法包括提供包括超声换能器的容器；使用真空将所述组织区域拉起到所述容器内；以及使所述被拉起的组织区域变形以增大皮肤连接到所述换能器的面积。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述变形包括施加机械力到所述区域。
16.根据权利要求15所述的方法，其中施加力包括机械地将力施加到所述组织区域。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述变形包括使所述组织区域周期性地变形。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述周期性地变形包括以所述组织区域的共振频率变形。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述周期性地变形包括以由所述组织区域的驰豫时间确定的频率变形。
20.一种使用超声处理皮肤下组织区域的设备，包括与皮肤连接的至少一个换能器；和电源，构造为激励所述至少一个换能器以在所述组织区域中以第一频率产生第一超声驻波(USW)，并且同时在所述区域中以不同于所述第一频率的第二频率产生与所述第一 USff图案空间交叠的第二 USW图案。
21.根据权利要求20所述的设备，其中所述第一和第二图案大致完全地相互交叠。
22.根据权利要求20所述的设备，其中所述至少一个超声换能器包括跨过所述组织区域彼此面对的两个超声换能器。
23.根据权利要求22所述的设备，其中所述第一频率和第二频率是由所述组织区域中的声速以及所述换能器之间的距离确定的共振频率。
24.根据权利要求23所述的设备，其中所述换能器具有与第一共振频率和第二共振频率大致相等的振动共振频率。
25.根据权利要求23或M所述的设备，并且所述设备包括夹在所述换能器中的一个换能器与皮肤之间的材料层，所述材料层将所述USW定位成使得所述USW沿皮肤的压力幅度较小。
26.一种使用超声处理皮肤下组织区域的设备，所述设备包括超声换能器，用于将超声传输通过皮肤以在所述组织区域中产生超声驻波(USW)；和材料层，所述材料层位于所述换能器与皮肤之间并且将所述USW定位成使得所述USW 沿皮肤的压力幅度较小。
27.根据权利要求沈所述的设备，其中所述层具有与所述组织区域的声阻抗大致相等的声阻抗。
28.根据权利要求沈或27所述的设备，其中所述层的厚度大致等于所述换能器在所述组织区域中传输的超声的波长的四分之一。
29.根据权利要求20、21、沈或27中任一项所述的设备，其中所述换能器包括电极，所述电极用于激励所述换能器以产生所述USW图案，并且所述设备进一步包括电源，所述电源使所述换能器上的电极带电荷以产生所述USW图案，其中带电荷的所述电极同时在所述区域中产生覆盖在所述USW图案上的电场。
30.一种使用超声处理皮肤下组织区域的设备，所述设备包括具有电极的至少两个超声换能器，所述电极用于激励所述换能器以在所述组织区域中产生超声；和电源，所述电源使所述电极带电荷以激发所述换能器在所述组织区域中产生超声图案，其中带电荷的电极同时在所述区域中产生覆盖在所述超声图案上的电场。
31.根据权利要求30所述的设备，其中所述电场是RF场。
32.根据权利要求20、21J6、27、30或31所述的设备，所述设备包括 容器，所述容器包括至少一个超声换能器；真空泵，所述真空泵在所述容器中产生真空以用于将所述组织区域拉起到所述容器中；和元件，所述元件突出到所述容器中并且使被拉起的组织区域变形以增强所述区域到所述至少一个换能器的连接。
33.一种使用超声处理皮肤下组织区域的设备，所述设备包括 容器，所述容器包括至少一个超声换能器；真空泵，所述真空泵在所述容器中产生真空以用于将所述组织区域拉起到所述容器中；和元件，所述元件突出到所述容器中并且使被拉起的组织区域变形以增强所述区域到所述至少一个换能器的连接。
34.根据权利要求33所述的设备，其中所述元件可被控制以使所述组织区域产生时变的变形。
35.根据权利要求34所述的设备，其中所述时变的变形包括在所述组织区域的共振频率下的周期性变形。
36.根据权利要求34或35所述的设备，其中所述时变的变形包括在由所述组织区域的驰豫时间确定的频率下的周期性变形。
全文摘要
一种用超声处理组织区域的方法，所述方法包括在所述区域中以第一频率产生第一超声驻波(USW)图案；同时在所述区域中以不同于所述第一频率的第二频率产生与所述第一USW图案空间交叠的第二USW图案。
文档编号A61N7/00GK102481459SQ201080035784
公开日2012年5月30日 申请日期2010年6月12日 优先权日2009年6月16日
发明者安德烈·莱恩比安奈斯 申请人:威欧麦德有限公司