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    以一控制方式來產生高頻震波之裝置及方法。能夠將所產生之震波傳送至患者之某些細胞結構，以具有醫療以及/或者美療之應用。能夠配置震波以將足夠之機械應力施加至組織之標靶細胞，以使標靶細胞破裂。本發明之裝置及方法實施例提供了特定細胞之靶向性破裂，而不會引起周圍非標靶細胞之傷害性副作用，如穴蝕或熱降解。
    公开号:TW201316940A
    申请号:TW101125235
    申请日:2012-07-13
    公开日:2013-05-01
    发明作者:Christopher C Capelli
    申请人:Univ Texas；
    IPC主号:A61B18-00
    专利说明:
    產生治療震波之裝置及其應用
    本發明係有關於2011年7月15日所提出之美國臨時申請案61/508,343，其所揭露者全體皆引用作為本說明書之內容。
    本發明之實施例係有關於治療用震波。本發明之實施例特別是有關於產生治療震波之裝置(治療用震波)及其應用，但不限定於此。
    震波係被用於某些醫療及美療上。舉例來說，係將震波用於體外碎石(extracorporeal lithotripsy)之形式，其脈衝可被用於形成震動波面(shock fronts)，用以打碎腎結石。通常透過測試電極之間的放電電能來產生用於碎石之震波源。
    醫療震波可來自其他來源。舉例而言，Peter J.Klopotek之美國專利US 6,325,769係說明將聚焦超音波束作用於人體皮膚區域，用以產生治療皺紋之震波。於Klopotek之說明中，其問題在於無法預測震波之產生。
    如Klopotek所述，當穿過皮膚時，由於皮膚組織之非線性性質而形成震波。震波之形成取決於聲波之頻率及振幅。除此之外，震波之形成取決於波所行進之介質。根據頻率、振幅及介質，由轉換器接頭所形成震波之距離相對較大，且會根據組織類型而劇烈變化。現行方法無法產生適用於治療之穩定高頻震波。
    本發明所述之某些裝置實施例允許從聲波產生高頻震波。
    本發明所述之某些方法實施例將所產生之高頻震波傳送至患者組織，係選擇性地使具有某些屬性之細胞結構破裂，如內含顆粒之細胞結構。
    本發明所述之某些裝置實施例係具有去除紋身及其他皮膚標記之特別應用，且相較於目前去除紋身之技術係提供了某些優點。
    本發明所述之某些裝置及方法實施例所提供之優點在於，能使患者於幾乎沒有任何疼痛之情況下去除紋身或者去除或減少其他皮膚標記。進一步，對周圍組織之傷害或破壞能夠減到最小。
    本發明係包含方法及裝置實施例，用以將震波導引至患者(如哺乳動物)之細胞。
    於一些實施例中，本發明之方法包括：將震波導引至患者之細胞；其中，震波係被配置用以使一或多個細胞因顆粒而破裂。
    於一些實施例中，本發明之方法包括：提供一裝置(例如，包括：一聲波產生器，係被配置用以發射具有至少一頻率介於1 MHz及1000 MHz之間的聲波；耦接於聲波產生器之一震波殼體；設置於震波殼體中之一震波介質；其中該裝置係被配置用以於聲波產生器發射聲波時，使至少一部分聲波通過震波介質並形成震波)；驅動裝置來配置形成之震波，用以使患者之一或多個細胞因患者內之顆粒而破裂；將震波導引至患者之細胞，震波用以使一或多個細胞因顆粒而破裂。
    於一些實施例中，震波介質22與震波殼體18相結合。於一些實施例中，震波殼體定義出一腔室，並將震波介質設置於腔室中。於一些實施例中，震波介質係被配置用以當聲波從聲波產生器發出時，震波介質會表現出非線性特性。於一些實施例中，震波介質包括一或多種：泡沫、固體顆粒、或泡沫與固體顆粒之組合。
    於一些實施例中，震波殼體定義出一腔室，係具有耦接於聲波產生器之一輸入端及從聲波產生器延伸之一出口端，且其中，震波殼體包含一端蓋，用以覆蓋腔室之出口端。於一些實施例中，端蓋係被配置用以使離開端蓋之震波衰減少於20%。於一些實施例中，當聲波從震波腔室內部入射於震波殼體上時，震波殼體係被配置用以使震波殼體將至少一部分入射聲波反射回震波腔室。於一些實施例中，聲波產生器至腔室之出口端之距離係大於或等於：
    其中，є為震波介質之非線性參數、ω為聲波頻率、ρ 0為震波介質之密度、λ為聲波波長、c 0為震波介質中之聲音速度、P 0為震波介質中之壓力振幅、而M ω 為聲學馬赫數(acoustic mach number)P 0÷(c 0 2 ρ 0)。於一些實施例中，聲波產生器包括一超音波頭。
    於一些實施例中，該裝置包括：耦接於聲波產生器之控制器，係被配置用以驅動聲波產生器發射聲波。於一些實施例中，控制器係被配置用以調整聲波產生器，以改變從聲波產生器所發出之聲波之振幅與頻率至少其中之一。於一些實施例中，控制器係被配置用以於一段時間內驅動聲波產生器連續發射聲波。於一些實施例中，控制器係被配置以間歇性on-off順序驅動聲波產生器發射聲波。
    於一些實施例中，聲波產生器為第一聲波產生器，而該裝置包括：第二聲波產生器，係被配置用以發射聲波，其具有至少一頻率介於1 MHz及1000 MHz之間；其中，震波殼體亦耦接於第二聲波產生器，其中，裝置係被配置用以於第二聲波產生器發射聲波時，使至少一部分聲波通過震波介質並形成震波；且其中，控制器亦耦接於第二聲波產生器，且被配置用以驅動第二聲波產生器發射聲波。於一些實施例中，控制器係被配置用以驅動第一及第二聲波產生器，使得第二聲波產生器所發出之聲波，與第一聲波產生器所發出之波相位不同。
    於一些實施例中，該裝置係被配置用以嵌入長3呎、寬2呎、且高2呎之盒中。於一些實施例中，該裝置係被配置用以嵌入長2呎、寬1呎、且高1呎之盒中。
    於一些實施例中，顆粒包括非天然存在之顆粒。於一些實施例中，顆粒包括紋身顏料。於一些實施例中，將至少一部分紋身顏料置於患者皮膚細胞之間。於一些實施例中，將至少一部分紋身顏料置於患者皮膚細胞之內。於一些實施例中，顆粒包括原子序小於82之元素。於一些實施例中，顆粒包括金。於一些實施例中，顆粒包括選自於下列所組成群組之一或多種材料：二氧化鈦、氧化鐵(iron oxide)、碳、及金。於一些實施例中，顆粒包括顏料顆粒，係具有選自於下列所組成群組之一或多種材料：鈦、鋁、矽、銅、鉻、鐵、碳、或氧。於一些實施例中，顆粒之平均直徑小於1000奈米。於一些實施例中，顆粒之平均直徑小於500奈米。於一些實施例中，顆粒之平均直徑小於100奈米。於一些實施例中，顆粒包括選自於下列所組成群組之一或多種材料：絲、絲蛋白、碳奈米管、微脂粒、及金奈米殼。
    於一些實施例中，顆粒包括天然存在之顆粒。於一些實施例中，顆粒包括結晶微顆粒。於一些實施例中，結晶微顆粒係被置於患者之肌肉骨骼系統。於一些實施例中，顆粒包括選自於下列所組成群組之一或多種材料：尿酸鹽結晶、含鈣結晶、及羥基磷灰石之結晶。於一些實施例中，顆粒包括患者皮膚毛孔中之污垢或碎屑。於一些實施例中，顆粒包括患者皮膚中之角蛋白。於一些實施例中，一或多個震波係被配置，用以於缺乏顆粒之情況下對細胞不會有長期影響。
    於一些實施例中，本發明之方法包括：在將震波導引至細胞之前，導引顆粒至標靶細胞之位置或附近。於一些實施例中，導引顆粒包括將含有顆粒之流體懸浮液注射到患者體內。於一些實施例中，懸浮液包括鹽水。於一些實施例中，懸浮液包括透明質酸。
    於一些實施例中，本發明之方法包括：將化學或生物製劑導引至細胞之位置或附近。於一些實施例中，經皮傳送化學或生物製劑，用以執行化學或生物製劑之導引。於一些實施例中，經全身傳送化學或生物製劑，用以執行化學或生物製劑之導引。於一些實施例中，經由將化學或生物製劑注射到患者體內，用以執行化學或生物製劑之導引。於一些實施例中，化學或生物製劑包括螯合劑或乙二胺四醋酸(EDTA)之一或多種。於一些實施例中，化學或生物製劑包括免疫調節劑或咪喹莫特(Imiquimod)之一或多種。於一些實施例中，係於導引一或多個震波之前，用以執行化學或生物製劑之導引。於一些實施例中，係於導引一或多個震波之後，用以執行化學或生物製劑之導引。於一些實施例中，係於導引一或多個震波之同時，用以執行化學或生物製劑之導引。
    於一些實施例中，本發明之方法包括：確認患者欲進行破裂之標靶細胞；其中，於導引震波之前執行標靶細胞之確認。於一些實施例中，標靶細胞包括紋身。於一些實施例中，標靶細胞包括具有結晶微顆粒之肌肉骨骼細胞。於一些實施例中，標靶細胞包括選自於下列所組成群組之一或多種皮膚病：黑頭、囊腫、膿皰、丘疹、及白頭。於一些實施例中，標靶細胞包括毛囊並含有角蛋白。於一些實施例中，標靶細胞包括齒濾泡並含有琺瑯質。於一些實施例中，標靶細胞包括腫瘤細胞。
    於一些實施例中，本發明之方法包括：將Q-開關雷射光束導引至標靶細胞。於一些實施例中，以交替順序來執行一或多個震波之導引及雷射光之導引。
    於一些實施例中，導引一或多個震波包括將一或多個震波聚焦在具有細胞之組織之特定區域上。於一些實施例中，組織之區域係深入患者皮膚之下。
    於一些實施例中，本發明之一種產生治療震波之裝置，係包括：聲波產生器，係被配置用以發射具有至少一頻率介於1 MHz及1000 MHz之間的聲波；耦接於聲波產生器之震波殼體；被設置於震波殼體中之震波介質；其中，震波殼體係被配置用以可移除地耦接至聲波產生器，使得聲波產生器能夠被驅動來發射通過震波介質之聲波，並形成一或多個震波。於一些實施例中，震波殼體係包含耦接於聲波產生器之一輸入端，及從該輸入端延伸之一出口端。於一些實施例中，震波殼體係包括震波殼體內部之震波介質。於一些實施例中，震波介質與震波殼體相結合。
    於一些實施例中，本發明之方法包括：提供本發明之裝置實施例；及驅動該裝置來配置形成之震波，用以使患者之一或多個細胞因患者內之顆粒而破裂。一些實施例係包括：將震波導引至患者之細胞，震波用以使一或多個細胞因顆粒而破裂。一些實施例係包括：於驅動該裝置之前，將震波殼體耦接至聲波產生器。
    任何本發明之系統以及/或者方法實施例，並非包括/包含/含有/具有，而是能夠由或基本上由任何所述之步驟、元件、以及/或者特徵所組成。因此，於任何申請專利範圍中，用詞“由…所組成”或“基本上所…組成”可以任何上述之開放式連綴動詞(open-ended linking verbs)取代，用以於使用開放式連綴動詞之情況下改變一既定申請專利範圍之保護範圍。
    另一方面，係提供一種方法，其步驟包括：提供複數之聲波，係具有至少為1 MHz之至少一頻率；傳播至少一部分聲波通過一震波介質，係被配置於所傳播之聲波中表現出非線性特性，用以產生複數之震波；以及傳送至少一部分複數震波至具有至少一異質性區域之至少一細胞結構；以及藉由連續傳送複數震波，用以使該至少一細胞結構破裂。於一實施例中，至少一異質性區域包括一有效密度，係大於該至少一細胞結構之有效密度。
    另一方面，更提供一種裝置，係包括：一聲波產生器，係被配置用以發射具有至少一頻率介於1 MHz及1000 MHz之間的聲波；一震波介質，係耦接於聲波產生器；以及其中，該裝置係被配置用以傳播至少一部分所發射之聲波通過震波介質，以形成震波，且其中，所形成之震波係被配置用以使具有至少一異質性區域之至少一細胞結構破裂。於一實施例中，震波介質具有大於或等於1之Goldberg值，且其中，係將震波介質之長度除以震波介質之吸收長度，用以決定Goldberg值。於另一實施例中，至少一異質性區域包括一有效密度，係大於該至少一細胞結構之有效密度。
    為了讓本發明之其他優點及特徵能更明顯易懂，以下配合所附圖式詳細說明。以上已概述本發明實施例之特徵及技術優勢，以使後續之詳細說明可被清楚知悉。本發明實施例外加之特徵與優勢將述於其後，其可構成本發明申請專利範圍之主體。所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，本發明所揭露之特定實施例與概念可穩定地作為修改設計結構之根基，以實現與此處所揭露之相同目的。所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這樣同等的架構並不會影響本發明實施例之實質精神及其所依附之申請專利範圍的保護範圍。被視為本發明特徵之新穎性特徵，無論是作為其組織及操作方法，連同進一步之目的及優點，將於後續說明中配合所附圖式被清楚知悉。然而，需瞭解的是，圖示僅用以說明及描述，並非用以限制本文所述之實施例。
    10、10a‧‧‧裝置
    14‧‧‧聲波產生器
    18‧‧‧震波殼體
    22‧‧‧震波介質
    26‧‧‧腔室
    38‧‧‧端蓋
    54‧‧‧控制器
    56‧‧‧本體
    第1圖係顯示依據本發明實施例之產生治療震波之裝置。
    第2圖係顯示本發明第二實施例之拆卸及組裝配置，能將所包括之兩互補部分可移除地彼此耦接。
    第3圖係顯示依據本發明方法之概念流程圖。
    “耦接”係被定義為連接，但不一定為直接，且不一定為機械性，兩者之“耦接”彼此可為一整體。除非本文明確地另有定義，“一”係被定義為一或多。所屬技術領域中具有通常知識者需暸解，“大體上”、“近似”及“大約”意指大致上，但不全為具體指定。
    用詞“包括”、“具有”、“包含”及“含有”係為開放式連綴動詞。因此，“包括”、“具有”、“包含”及“含有”一或多個步驟之方法係具備該等一或多個步驟，但並不限定於只具備該等一或多個步驟。舉例來講，當一方法包括將震波導引至患者之細胞時，該方法包含該特定步驟，但並不限定於只具有該步驟。除此之外，“包括”、“具有”、“包含”及“含有”一或多個元件之裝置係具備該等一或多個元件，但並不限定於只具備該等元件。舉例來說，當一裝置包括聲波產生器及耦接於該聲波產生器之震波殼體(housing)時，該裝置包含該等特定元件，但並不限定於只具有該等元件。舉例而言，此一裝置亦可包含震波介質，係被設置於震波殼體中。進一步，依某一方式所配置之一設備或結構，係至少以該方式被配置，但除了那些具體之說明外，仍可以其它方式來配置。
    具體地參考第1圖，如圖所示，參考標號10係為以一控制方式來產生震波之裝置實施例。於本發明之裝置實施例中，係以可預測及穩定之方式來產生高頻震波。於一實施例中，所產生之震波能夠用於包括醫療以及/或者美療之應用。最好將所產生之高頻震波傳送至患者之組織。能夠配置震波以將足夠之機械應力(mechanical stress)施加至組織之標靶細胞，以使標靶細胞破裂。於一實施例中，至少在膜降解傷害(membrane-degradation damage)時會發生標靶細胞之破裂。當標靶細胞接觸到所產生之高頻震波時，會因為細胞之空間異質性參數(spatial heterogeneity parameters)，像是細胞密度及不同成份之剪切彈性模數(shear elasticity modulus)，而遭受機械應力之急速梯度變化。舉例來講，於細胞內部中，相較於較輕成份，緻密以及/或者無彈性成份易受震波影響而承受較大機械應力。尤其是細胞結構內較高密度之顆粒或成份接觸到衝擊波面(impact front)時之加速度通常非常大。同時，當構成細胞結構之密度較低生物結構接觸到這樣的大梯度應力時，所造成之衝擊影響顯著降低，這是因為密度較低生物結構之彈性使其通常能被用來作為低順應物質(low-compliance material)。於細胞內部中，機械應力之差異導致緻密以及/或者無彈性成份之移動。當以既定頻率將細胞接觸既定能量位準之重複震波時，緻密以及/或者無彈性成份會持續地移動直至脫離該細胞，從而使細胞破裂。特別是當接觸到衝擊波面(impact front)而引起上述之細胞破壞時，細胞結構及細胞變形能力之屬性不匹配。Burov,V.A.係提供一種解釋這種細胞結構破裂現象之可能理論，但並非受限於理論，非線性超音波(nonlinear ultrasound)：微觀生物結構之破壞及對惡性腫瘤之非熱能(nonthermal)影響。期刊Doklady Biochemistry and Biophtsics Vol.383之第101-104頁(2002)(以下稱為“Burov”)之全部內容通過引用方式併入本文。
    雖然細胞在受這些壓力波面影響時可以一整體單元振盪，能夠於細胞內部產生機械應力之急速梯度變化，以作為空間異質性參數之結果(即密度與剪切彈性模數)。透過將生物結構模型化為具有質量m 1及m 2之兩鏈接球，用以說明此概念，且在球周圍以速度μ o(t)振盪之液體密度(ρ 0)與球密度(分別為ρ 1和ρ 2)差異並不顯著。若僅考慮勢流(potential flow)阻力，係計算鏈接上之施加力，如等式(1)所示：
    Burov係提供等式(1)及其變數之其他討論。舉例來說，若球半徑(R)為10 μm(微米)且球密度間之差異為0.1 ρ 0，則應力F/(π R2)m為109dyne/cm2。這足以使細胞膜破裂。於本發明裝置之實施例中，係利用一控制方式來產生震波之裝置實施例，能夠引起某些細胞之靶向性傷害，所具有之醫療以及/或者美療之應用將進一步討論如下。
    另一種解釋細胞破裂現象之可能理論為細胞結構中較緻密物質之累計剪切應力。於異質性介質(heterogeneous media)中，像是具有顆粒之細胞(如色素顆粒)，震波透過漸進式(意即累計)剪切機制而使細胞膜受損。另一方面，於同質性介質(homogeneous media)中，震波之壓縮所引起之膜傷害會最小。當微觀聚焦及失焦之震波通過異質性介質時會局部強化或弱化震波，導致局部剪切之增加。於細胞結構之異質性尺度上會發生細胞膜之相對剪切運動。當震波撞擊異質性區域(像是含有顆粒之細胞)時，與入射波異相位(out of phase)之顆粒運動被認為會產生細胞破壞能量轉移(像是剪切應力)。異相位之運動(像是剪切應力)導致細胞膜之微觀傷害，從而能夠利用額外連續累計之剪切應力而漸進式地使細胞膜受損。可將重複接觸震波之漸進式剪切機制視為細胞膜之動態疲勞。動態疲勞之傷害取決於三項係數：(1)施加之應力或應變(strain)、(2)施加之應變率、及(3)應變週期的累計值。相較於將應變、應變率、及應變週期施加於更具異質性之顆粒，操控這三項係數能使具異質性之細胞發生破壞性細胞膜受損之情況。能夠透過提供具有某些屬性之震波來操縱這些係數，例如震波數目、每一震波間之時間量、以及所施加震波之強度。舉例而言，若於震波之間組織放鬆至未變形(unstrained)狀態之時間太長，則細胞會更耐損。以此方式，於一較佳實施例中，將高頻震波(於頻率為1 MHz之聲波中，每秒至少有1,000,000個震波)傳送至標靶細胞結構，用以使組織動態疲勞且使組織無時間放鬆。
    第三種可能理論為震波會導致細胞結構內含顆粒之直接移動與動態疲勞之組合效果，致使標靶細胞破裂。內含顆粒之細胞係僅為具有異質性細胞結構之例子，其說明非用以限制本發明之範圍。相反地，此處所揭露之實施例可用以使具有異質性之其他細胞結構破裂或傷害，像是具有相異有效密度(effective density)區域之細胞結構。於此所述，根據揭露所產生之震波參數，係至少能夠基於相異有效密度(即異質性)之區域來進行調整，用以傷害細胞。異質性可為單一細胞內之區域、不同類型細胞之一區域、或兩者之組合。於某些實施例中，單一細胞內之一異質性區域係包含一區域，其有效密度大於該細胞之有效密度。於一具體例子中，纖維細胞(fibroblast cell)之有效密度為1.09 g/cm3，細胞之一異質性區域可為細胞所內含之顆粒，其具有大於1.09 g/cm2之一有效密度，像是密度為2.25 g/cm3之石墨(graphite)。於某些實施例中，細胞間之一細胞異質性區域係包含具有不同類型細胞之一區域，其中，每一細胞類型具有相異有效密度，如纖維細胞及脂肪細胞或毛囊(hair follicles)。以下，本發明進一步提供含有異質性細胞結構之例子。
    參考第1圖，裝置10包括：聲波產生器14、耦接於聲波產生器14之震波殼體18、以及設置於震波殼體18中之震波介質22。於較佳實施例中，震波殼體18定義出腔室(chamber)26。舉例來講，震波殼體18可包括聚合物(polymer)、塑膠、矽膠(silicone)、金屬、以及/或者任何其它適合材料。腔室26包括耦接於聲波產生器14之輸入端30、輸出端34、及延伸於輸入端30與輸出端34之間的本體56。於一實施例中，震波殼體18進一步包含端蓋38，用以覆蓋腔室26之輸出端34。參考第1圖，腔室26之橫切面形狀為圓形。於其他實施例中，腔室26之橫切面形狀為矩形、正方形、橢圓形、三角形、八角形、以及/或者任何其它適合之橫切面形狀。於較佳實施例中，裝置10進一步包括設置於腔室26之輸入端30與輸出端34之間的震波介質22。
    於較佳實施例中，聲波產生器14係被配置用以從輸出端50發出一系列或複數之聲波58，其至少一部分會進入腔室26並通過震波介質22流向輸出端34。當聲波通過震波介質22時，震波介質22之屬性改變聲波58，用以於輸出端34或其附近形成震波60。
    於較佳實施例中，配置聲波產生器14所發出之震波係具有至少一頻率介於1兆赫(MHz)及1000 MHz之間(如1 MHz、2 MHz等)。除此之外，或可配置聲波產生器14來發射震波，使其具有至少一波長，係與震波介質22中，或者像是大氣之參考介質中，1 MHz及1000 MHz之間的至少一頻率相對應。於一實施例中，聲波產生器14包括超音波頭(如市售之超音波頭)。於其他實施例中，聲波產生器14包括陶瓷以及/或者壓電式聲學元件(piezoelectric acoustic element)。於一些實施例中，配置聲波產生器14所發出之聲波具有束輻射功率，係介於每平方厘米5瓦特(5 W/cm2)至1000瓦特(1000 W/cm2)之間(例如，5至50 W/cm2、5至100 W/cm2、100至500 W/cm2、100至400 W/cm2)。
    波形之漸進式非線性失真可形成衝擊波面、或震波。為了於輸出端34或其附近形成震波60，震波介質22最好包括之一材料，當聲波通過該材料傳播時，能夠允許從聲波產生器14產生或發出聲波58，進而出現非線性。如第1圖所示，非線性最好能將經此傳播之正弦聲波轉換(transform)成具有每週期(cycle)一震波之鋸齒波。特別是正弦波長之漸進式非線性失真可使衝擊波面週期性以頻率f接續形成。波面之持續時間遠短於週期(period)1/f，如等式(2)所示：
    其中，b為有效黏度(viscosity)、є為非線性係數、且ρ和c分別為介質密度和聲音速度。Burov進一步提供等式(2)及其變數之其他討論。由於聲波之相對高頻，因此亦以高頻之每週期(cycle)一震波來產生震波。舉例來說，能夠配置本發明之某些實施例，用以自1 MHz之聲波產生每秒1,000,000個震波。於其它實施例中，裝置10係被配置用以產生每分鐘100或更多個震波(例如，每分鐘200、300、400、500、1000、2000、5000、或更多個震波)。
    於本發明之某些實施例中，產生治療震波之方法係包括：驅動一聲波產生器(如14)發出聲波，係具有至少一頻率介於1 MHz及1000 MHz之間，使得至少一部分聲波通過設置於震波殼體(如18)中之震波介質(如22)，用以形成一或多個震波。舉例而言，於本發明之方法實施例中，可包括驅動本發明任一裝置之一聲波產生器。
    從震波殼體18壁面所產生之超音波繞射(diffraction)會引起聲波58之非線性失真。除此之外，超音波通過震波介質22所引起之異質性或可導致非線性。進一步，介質所含之顆粒或泡沫(即氣泡、奈米粒等)能夠導致非線性。於一些實施例中，震波介質22包括流體(fluid)。於一些實施例中，震波介質22包括膠體(gel)。於一些實施例中，震波介質22包括液體。於一些實施例中，當聲波從聲波產生器14發出時，震波介質22係被配置而可表現出非線性特性。於一些實施例中，震波介質22包括一或多種：水、甘油(glycerin)，聚(乙二醇)(PEG)、丙二醇、矽油、醇、或上述兩種或以上之組合。於一些實施例中，震波介質22包括一或多種：泡沫(如氣泡)、固體顆粒、或泡沫與固體顆粒之組合。可將氣泡導入介質22，像是加入如二氧化碳之氣體，以及/或者以穩定氣泡，係於超音波對比介質中或作為奈米粒之一部分，之形式導入。
    除此之外，還有另外兩項係數會影響從通過震波介質22傳播之聲波至震波之轉換：震波形成長度及震波介質22之吸收長度(absorption length)。由於漸進式之失真，需訂定足以進行轉換之非線性失真長度係數。於一些實施例中，震波介質22之長度或震波形成距離係為非線性參數、壓力振幅、聲波產生器14所產生之聲波頻率、震波介質22之密度、及震波介質22中之聲音速度的函數。舉例來說，當聲波離開聲波產生器14並進入震波介質22時，與當聲波離開震波介質22時，兩者之距離最好大於或等於等式(3)所示之值：
    其中，є為震波介質之非線性參數、ω為聲波頻率、ρ 0為震波介質之密度、λ為聲波波長、c 0為震波介質中之聲音速度、P 0為震波介質中之壓力振幅、而M ω 為聲學馬赫數(acoustic mach number)P 0÷(c 0 2 ρ 0)。一般而言，若聲波之頻率越高以及/或者強度越大，當波能離開震波介質22時，震波形成所需之震波介質22之最小長度則越短。參考第1圖，於較佳實施例中，震波介質22之長度以標號40表示之，係從聲波產生器14之輸出端50延伸至震波腔室26之輸出端38。
    於較佳實施例中，震波介質22具有至少將聲波轉換成震波之最小長度，而所發出之聲波之振幅及頻率係於一特定範圍內，操作所需範圍最好至少為1 MHz。最小長度最好由上述之等式(3)決定。於一些實施例中，震波介質22之長度大於所決定之最小長度，以確保在能量離開震波介質22前會於震波介質22內產生震波。於一實施例中，震波殼體18係被配置用以具有與震波介質22大致相同之長度，因此立即將所產生之震波從輸出端34傳送至治療表面。於其他實施例中，殼體18能於震波介質22末端及輸出端34之間提供間隙(gap)。隨著震波介質22所配置之長度用以從具有既定振幅及頻率之聲波產生震波，該長度亦足以將具有大於設計範圍之振幅及頻率之任何聲波轉換成震波。
    除了震波形成長度(如震波介質22之長度)之外，另一係數為震波介質22之吸收長度，係因聲能之吸收會阻礙震波形成，或能夠消除已形成之震波。吸收至少取決於震波介質22之材料衰減係數(attenuation coefficient)。衰減則取決於聲波之頻率，最好至少為上述之1 MHz。吸收係為震波介質22之衰減係數(α)之倒數，或為1/衰減係數(α)。
    於較佳實施例中，係基於震波形成長度及吸收之關係來選擇震波介質22之材料。於一實施例中，以Goldberg(r)值來表示該關係，如等式(4)所示：r=Is/Ia (4)
    其中，Is為等式(3)所示之震波形成距離(c03 ρ 0)/(є ω P0)，而Ia為吸收長度，係等於衰減係數之倒數1/(α)。
    Goldberg值之進一步討論能見於期刊Proceedings of ACOUSTICS 2005,9-11之Brooks LA,Zander AC,Hansen CH，於主動噪音控制系統中參數陣列控制源使用之可行性調查(Investigation into the feasibility of using a parametric array control source in an active noise control system)，其全部內容通過引用方式併入本文。震波介質22所包括之材料於頻率至少為1 MHz且壓力至少為1 MPa之聲波產生器14之輸出端50上具有正Goldberg值較佳。震波介質22所包括之材料或材料之組合最好具有至少為1或大於1之Goldberg值。進一步，震波介質22最好包括具有固體之固體聚合物。於頻率大於1 MHz且壓力大於1 Mpa之情況下，Goldberg值大於1之固體聚合物例子包含：鯊烯(aqualene)、聚醚嵌段胺(Pebax)、水、凝膠(gelatin)、如Pellethane 2363-80之聚胺酯彈性體(polyurethane elastomer)，但不限定於此。
    因此，聲波受足量漸進式失真之非線性影響，用以將正弦波轉換成震波，由此方式，本發明得以使聲波受控產生震波。基於上述關係來選擇所需頻率及幅度範圍、材料之吸收屬性、材料之長度，這樣就能夠實現。可調整這些互相影響之係數，用以實現所需尺寸。舉例而言，針對震波介質22所需之長度，所發出之聲波之頻率和振幅、及震波介質22之材料，用以實現此所需長度。因此可配置其他係數，用以實現從聲波產生震波之所需結果。
    參考第1圖，聲波產生器16係耦接於殼體18、腔室26、震波介質22，用以使所發出之聲波58至少有一部分通過震波介質22傳播而形成震波60。於一些實施例中，腔室26之輸入端30之橫向內部尺寸(如直徑42)至少與聲波產生器14之對應橫向外部尺寸(例如，在輸出端50上)一樣大。舉例來講，於所示之實施例中，腔室26之直徑42至少相同於(例如，剛好大於)聲波產生器14所對應部分(如輸出端50)之外徑。於其他實施例中，直徑42可為較大(例如，以及/或者可使用襯墊或耦合器將殼體18耦接至聲波產生器14之輸出端50)。於所示之實施例中，腔室26之輸入端30及出口端34間之橫切面大致不變。於其他實施例中，腔室26之輸入端30及出口端34間之橫切面不同。
    於一些實施例中，震波介質22及殼體18包括相同材料，像是聚合物、矽膠、或任何其它適合材料(例如，介質22可與殼體18以及/或者端蓋38相結合)。於其他實施例中，震波介質22與震波殼體18相結合(例如，包括同一材料件)。舉例來說，震波介質22包括固體材料，而不需另一殼體18。於一些實施例中，震波殼體18及震波介質22包括矽膠。於其他實施例中，震波介質22包括一或多個泡沫(如氣泡等)。
    於一些實施例中，係配置震波殼體18，使得從聲波產生器14(例如，在腔室26之輸入端30上)到腔室26之出口端38的距離42介於腔室26之至少一(如最小)內部橫向尺寸(如直徑42)之100到1000%之間。於一些實施例中，從聲波產生器14(例如，在腔室26之輸入端30上)到腔室26之出口端34的距離46係介於腔室之至少一(如最小)內部橫向尺寸(如直徑42)之300到900%(以及/或者400到800%)之間。
    除此之外，於所示之實施例中，當聲波58從震波腔室26內部入射於震波殼體18上時，震波殼體18係被配置用以使震波殼體18將至少一部分入射聲波反射回震波腔室26。
    參考第1圖，端蓋38係被配置用以將腔室26之出口端34圍起來，有效地防止震波介質22從腔室26排出，並容許震波離開震波腔室26之輸出端34。於一些實施例中，端蓋38係被配置用以具有低震波衰減(例如，使得離開端蓋38之震波衰減少於20%)以及/或者低震波反射。於一些實施例中，端蓋38包括聚合物、水凝膠(hydrogel)、隔膜(membrane)、塑膠、或矽膠至少其中之一。
    參考第1圖，裝置10進一步包括：耦接於聲波產生器14之控制器54，係被配置用以驅動聲波產生器14發射聲波。控制器54可包括任何適合之已編程硬體，像是具有記憶體之處理器、可編程邏輯控制器(PLC)、及個人數位助理(PDA)等。儘管將控制器54作為一單獨組件來說明，亦能將其整合至(如共享一殼體)聲波產生器14。於一些實施例中，控制器54係被配置用以調整聲波產生器14，以改變從聲波產生器14所發出之聲波之振幅與頻率至少其中之一。於一些實施例中，控制器54係被配置用以於一段時間內(例如，當聲波產生器14被驅動為“on”時)驅動聲波產生器14連續發射聲波。於一些實施例中，控制器54係被配置以週期性on-off順序(例如，具有規則性、週期性間隔之順序)驅動聲波產生器14發射聲波58。於一些實施例中，控制器54係被配置以間歇性on-off順序(例如，不具有規則性、週期性間隔之非週期性順序)驅動聲波產生器14發射聲波58。舉例而言，以on-off順序驅動聲波產生器14能夠減少組織之熱量累積。於一些實施例中，控制器54係被配置以on-off順序驅動聲波產生器14發射聲波58，並根據或對應於所測量以及/或者所預測之溫度來調整該on-off順序之“on”以及/或者“off”部分之持續時間。舉例來講，利用耦接於控制器54之溫度計(如紅外溫度計)便能夠測量溫度，以及/或者控制器54可被配置用以至少有一部分根據聲波產生器14所發出之聲波58之強度以及/或者其他屬性，以及/或者殼體18所產生或已傳送至組織之震波，來預測組織溫度。
    於一些實施例中，聲波產生器14為第一聲波產生器，而裝置10進一步包括：第二聲波產生器(未圖示)，係被配置用以發射震波，其具有至少一頻率介於1 MHz及1000 MHz之間，其中，震波殼體18亦耦接於該第二聲波產生器。於此實施例中，裝置10係被配置用以於第二聲波產生器發射聲波時，使至少一部分聲波通過震波介質22並形成一或多個震波。於這些實施例中，一些實施例更包括耦接於第二聲波產生器之控制器54，係被配置用以驅動第二聲波產生器發射聲波。於一些實施例中，控制器54係被配置用以驅動第一聲波產生器14及第二聲波產生器(未圖示)，使得第二聲波產生器所發出之聲波，與第一聲波產生器14所發出之波相位不同(out-of-phase)。
    於一些實施例中，裝置10係被配置用以嵌入長3呎(feet)、寬2呎、且高2呎之盒中。於一些實施例中，裝置10係被配置用以嵌入長3呎、寬1呎(foot)、且高1呎之盒中。於一些實施例中，裝置10係被配置用以嵌入長2呎、寬1呎、且高1呎之盒中。於一些實施例中，裝置10係被配置用以嵌入長1呎、寬8吋(inch)、且高8吋之盒中。舉例來說，於一些實施例中，殼體18之內部長度小於3吋，且內部最大橫向尺寸(如直徑)小於3吋。於一些實施例中，內部長度聲波產生器14之輸出端50、與輸出端34以及/或者端蓋38之內部表面之間。於一些實施例中，裝置10可被配置用以於超過3 MPa(如10 MPa或以上)之標靶細胞上產生壓力。
    於第2圖之實施例中，係顯示本發明第二實施例之裝置10a之拆卸(disassembled)及組裝(assembled)配置。裝置10a於許多方面類似於裝置10，且可包括裝置10未具體排除之任何特徵，於此主要說明不同之處。於所示之實施例中，裝置10a之聲波產生器14及震波殼體18係被配置用以可移除地彼此耦接，致使聲波產生器能被驅動用以發射聲波，其通過震波介質並形成一或多個震波(例如，如裝置10所述)。於此實施例中，若聲波產生器14並未耦接於殼體18，則可密封輸入端30使其獨立於聲波產生器18，用以防止介質22從殼體18漏出來。能以任何適合方式配置聲波產生器14以及/或者震波殼體18，用以可移除地耦接在一起(例如，利用細線、互鎖接頭、允許聲波產生器插入殼體輸入端30之壓配器等)。於一些實施例中，聲波產生器14及震波殼體18並不以此物理阻抗式分離方式連接。舉例而言，於一些實施例中，將殼體18置於患者附近，以輸出端34指向標靶細胞，並將聲波產生器14耦接至(如定位以接觸)殼體18，毋需將聲波產生器14插入殼體18或其他物理性互連兩者之方式。於一些實施例中，可使殼體18具有不同之特徵(如尺寸、介質22、端蓋38等)，因此可將不同殼體18耦接至單一聲波產生器18，以產生具有不同特徵之震波。於此實施例中，殼體18可為每次使用後可丟棄以及/或者進行處理之一次性使用裝置。
    儘管本發明某些實施例所產生之高頻震波及其產生之控制及可預測方式具有許多應用，本發明某些實施例及所產生之震波在治療上的應用特別有用。具體地，在治療患者之某些皮膚問題。如上所述，根據細胞結構成份之彈性差異，高頻震波能導致細胞結構之受控及靶向性破裂。造成某些細胞結構之受控及靶向性破裂或傷害之能力特別適用於治療細胞中顆粒聚集(“細胞顆粒附聚物”)，係引起細胞結構之彈性不均勻，之疾病以及/或者問題。特別地，本發明之某些實施例，如裝置10，能夠穩定地以及/或者可預測地產生高頻震波，利用靶向性方式使特定細胞破裂，而不會引起患者組織之穴蝕(cavitation)，且不會於患者皮膚產生高熱能(如熱度)，其可能導致進一步之非預期傷害。經由患者之正常吸收過程，可從周圍組織去除所釋出之顆粒。
    與細胞結構中顆粒聚集有關之疾病以及/或者問題之例子包含癌症、肌肉骨骼系統之結晶微顆粒(crystalline micropauticles)、或紋身(tattoos)之去除。這些僅為非用以限制之示範性問題，係能夠透過含有顆粒附聚物之細胞破裂或破壞來進行處理或解決。如上所述，於一些實施例中，由非線性過程所引起之特定細胞之非熱能細胞膜降解傷害，隨著高頻震波之傳播，可造成含有顆粒聚集之細胞破壞。
    紋身本質上為含有油墨顆粒聚集之纖維細胞。由於所擷取之油墨顆粒密度高於纖維細胞之生物結構，含有油墨顆粒之紋身或纖維細胞在其結構上之彈性差異很大。含有油墨顆粒之纖維細胞，相較於不具高密度顆粒之其他纖維細胞，易受震波影響而承受較大機械應變。可配置震波，使其以最佳頻率及振幅被傳送，用以充分加速油墨顆粒以使特定纖維細胞破裂，同時留下不具有特定彈性差異之完整纖維細胞。紋身之細節與從纖維細胞釋出並加以去除之生物過程將進一步討論如下。 A.紋身(tattoos)
    紋身油墨及染料過去係為自然界中發現之物質，且通常包含有色顆粒或其他雜質之異質性懸浮液。其中一例為印度油墨(India ink)，係包含碳顆粒懸浮液，例如，水。通常是將紋身油墨施加於真皮來產生紋身，其中，油墨一般來講大致上會永遠存在。透過紋身針上下來回移動結合皮膚之彈性所引起之交替壓吸動作(pressure-suction action)技術，用以將顏料懸浮液導入皮膚。用來將顏料導入皮膚之水及其他載體，係通過組織擴散並且被吸收。於多數情況下，不溶性顏料顆粒會沉積於所在部位之真皮中。就紋身之皮膚而言，於皮膚細胞(如真皮纖維細胞)之細胞質中(意即，於次級溶酶體之膜結合結構中)通常會發現顏料顆粒及附聚物。這可能是因為真皮細胞(如巨噬細胞、纖維細胞)之主動吞噬作用。所產生之顏料附聚物(“顆粒附聚物”)直徑範圍可達幾微米。當皮膚癒合後，大多數色素顆粒會留在皮膚組織之間隙空間(interstitial space)中。由於紋身油墨之惰性及不溶性顏料顆粒之相對大尺寸使其通常無法被去除。紋過身的人其紋身可能會隨著時間褪色，但一般來說終其一生會存在。
    紋身油墨通常含有鋁(顏料之87%)、氧(顏料之73%)、鈦(顏料之67%)、及碳(顏料之67%)。不同化合物間之紋身油墨組成元素貢獻變化很大。進一步資訊能見於期刊Arch Dermaol Vol 137,Feb 2001,143-147之A L；Miller,C H；Johnson,F B；Ross E V：在體外紋身顏料之定量化學分析(In Vitro Quantitative Chemical Analysis of Tattoo Pigments)，其全部內容通過引用方式併入本文。顏料之直徑可從20奈米(nm)至900奈米。穿透式電子顯微鏡(TEM)之顏料影像顯示出各種形狀(例如，針形、盤形、立方體、條狀、及一些不規則形狀)。除了主要顆粒之外，組成主要顆粒之聚合體在其表面一起變大，而於同樣的TEM影像中觀察到附聚物(邊緣處結合在一起之單晶組)。於期刊Lasers in Surgery and Medicine 26：13-21(2000)中，Baumler,W；Eibler,ET；Hohenleutner,U；Sens,B；Sauer,J；and Landthaler,M之Q-開關雷射及紋身顏料：41種化合物之化學及光物理分析之第一結果(Q-switched laser and tattoo pigments：First results of the chemical and photophysical analysis of 41 compounds)係提供TEM影像之完整細節，其全部內容通過引用方式併入本文。
    至少有一項研究已確定了三種商用紋身油墨的粒徑(particle size)，如表1所示： B.紋身之去除
    於傳統紋身(裝飾、美容及整形)中，一旦顏料或染料已進入真皮形成紋身，顏料或染料通常會永遠存在。這通常可以歸因於真皮細胞(巨噬細胞、纖維細胞)之主動吞噬作用，以防止顆粒被身體吸收及散播。所產生之顏料附聚物(“顆粒附聚物”)直徑範圍可達幾微米。
    雖然紋身永遠存在，希望改變的人會因各種原因而去除紋身。舉例來講，人們心境(或想法)會隨著時間改變，而可能想要去除裝飾紋身或更改其設計。舉另一例子來講，具有美容紋身的人，像是紋眼線、紋眉、或紋唇色，可能會希望所紋之顏色或區域範圍隨著潮流而變。遺憾的是目前尚未有簡而易成之方式來去除紋身。習知揭露一種方法，係使用可依需求去除之紋身油墨(參考美國專利公開號US 2003/0167964)。此油墨可包含由特定電磁波吸收以及/或者結構屬性所構成之微顆粒，透過施加特定之能量(例如，雷射或閃光燈之電磁波輻射)會有助於改變及/或去除。於其他實施例中，特定之外部施加能量源，像是熱或光(例如，雷射、紅外線或紫外線)，容易影響顏料以及/或者顏料載體。此類型方法之問題在於，需要新型之油墨，且對傳統顏料之紋身影響很小或不影響。
    目前，去除傳統紋身(如含顏料之皮膚)之方法可包含鹽磨擦(salabrasion)、冷凍治療(cryosurgery)、手術切除、及二氧化碳雷射(CO2-laser)。這些方法所需之侵入性程序可能伴隨著潛在併發症，如感染，且經常會產生明顯疤痕。近來，Q-開關雷射已廣泛用於去除紋身。使用Q-開關雷射來去除紋身之進一步資訊能見於期刊Arch Dermatol 134：167-171(1998)之Ross,E V；Naseef,G；Lin,C；Kelly,M；Michaud,N；Flotte,T J；Raythen,J；Anderson,R R：Q-開關釹雅各雷射之皮秒及奈秒紋身響應比較(Comparison of Responses of Tattoos to Picosecond and Nanosecond Q-Switched Neodymium：YAG Lasers)，其全部內容通過引用方式併入本文。藉由限制脈衝持續時間，一般而言溫度很高之油墨顆粒對鄰近正常皮膚之傷害相對最小。這顯著地減少了在非選擇性之紋身去除方法，像是以二氧化碳雷射磨皮或治療，術後所引起之疤痕。藉由Q-開關雷射輻射來去除紋身之機制仍知之甚少。一般認為藉由選擇性光熱解(selective photothermolysis)及熱動力學選擇性(thermokinetic selectivity)之機制，Q-開關雷射允許更具體之去除紋身。進一步細節能見於期刊Dermatol Surg 2002；28：83-877之Solis,R R；Dayna,D G；Colome-Grimmer M O；Snyder,M；Wagner R F：以外用咪喹莫特及A酸來實驗天竺鼠之非手術性去除紋身(Experimental nonsurgical tattoo removal in a guinea pig model with topical imiquimod and tretinoin)，其全部內容通過引用方式併入本文。具體地，一般認為顏料顆粒能吸收雷射光，使得這些顆粒加熱，而導致含有上述顆粒之細胞熱破壞。這些細胞破壞之結果為，能夠經由正常吸收過程，從組織去除所釋出之顆粒。
    雖然Q-開關雷射之去除紋身優於一些替代方法，但仍不夠完善。儘管經由選擇性光熱解已達所預測之高顆粒溫度，有些紋身能抵御所有之雷射治療。一些紋身清除失敗之原因包含顏料之吸收光譜、顏料之深度、及一些油墨之結構屬性。以Q-開關紅寶石(ruby)雷射進行雷射紋身治療後之副作用可包含紋理(textural)改變、疤痕、以及/或者色素改變(pigmentary alteration)。患者以Q-開關紫翠玉(alexandrite)雷射治療後發生暫態性色素過少(transient hypopigmentation)及紋理改變機率分別為50%及12%。Q-開關釹雅各雷射少有色素過少及紋理改變之副作用發生，且色素減退性改變之發生率通常低於紅寶石雷射。以Q-開關紅寶石及釹雅各雷射去除紋身也不可能(即使為罕見)發生局部性及全身性過敏反應之併發症。除此之外，雷射治療可能會痛，因此於雷射治療前，通常會局部注射利多卡因(lidocaine)或使用外用麻醉藥膏。使用雷射療效之進一步資訊能見於期刊Am J Clm Dermatol.2001；2(1)：21-5之Kuperman-Beade,M；Levine,V J；Ashinoff,R：雷射去除紋身(Laser removal of tattoos)，其全部內容通過引用方式併入本文。
    最後，雷射去除通常需要多個治療療程(如5至20)，且會需要昂貴設備以達最大去除能力。一般來講，由於處理多色紋身(multicolored tattoos)需要多種波長，因此無法單獨使用一個雷射系統來去除所有可用之油墨及油墨之組合。即使經過多次治療，雷射治療可能只能消除50-70%之紋身顏料而造成殘留之污斑(smudge)。
    於一些實施例中，本發明之方法包括：將震波導引(例如，從本發明之裝置實施例)至患者之細胞，其中，震波係被配置用以使一或多個細胞因顆粒而破裂。一些實施例係包括：提供本發明之裝置實施例；驅動裝置來配置形成之震波，用以使患者之一或多個細胞因患者內之顆粒而破裂；將震波導引至患者之細胞，震波用以使一或多個細胞因顆粒而破裂(例如，透過細胞壁或膜降解)。於一些實施例中，一或多個震波係被配置，用以於缺乏顆粒之情況下對細胞不會有長期影響(例如，當震波出現時，係被配置用以於細胞不夠接近顆粒而不受顆粒傷害之情況下，大致上對細胞並不會有永久或長期傷害)。
    於一些實施例中，本發明之方法包括將一或多個震波聚焦在具有細胞之組織之特定區域上。於一些實施例中，一或多個震波所聚焦之組織區域係深入患者皮膚之下。於各種機制中，能透過任一種進行震波聚焦。舉例來說，聲波產生器包括超音波頭，而該超音波頭可為拋物面型(parabolic)超音波頭，用以使所產生之聲波透過拋物線形狀於靶向方向上進行聚焦。舉另一例子來說，於本發明之裝置實施例中，係包括多個聲波產生器，透過產生不同頻率之聲波能進行震波聚焦，用以使聲波及所產生之震波受頻率相互作用之導引而進行聚焦(例如，類似於相位或陣列雷達)。聚焦之震波可於標靶細胞上產生較高壓力，如10 MPa、15-25 MPa、或更大之壓力。
    於一些實施例中，本發明之方法進一步包括：確認患者的欲進行破裂之標靶細胞(例如，將一或多個震波導引至標靶細胞之前)。於各種實施例中，標靶細胞可包括各種標靶細胞之任一種，例如，標靶細胞具有細胞顆粒附聚物之問題或疾病。舉例而言，標靶細胞可包括：紋身、具有結晶微顆粒之肌肉骨骼細胞、含有角蛋白之毛囊、含有琺瑯質之齒濾泡(dental follicles)、腫瘤細胞等。舉另一例子來講，標靶細胞可包括選自於下列所組成群組之一或多種皮膚病：黑頭、囊腫(cysts)、膿皰(pustules)、丘疹(papules)、及白頭。
    於一些實施例中，顆粒可包括非天然存在之顆粒。非天然存在顆粒之一例係包括紋身顏料顆粒，例如，通常將其置於人體之真皮以產生紋身。於一些實施例中，顏料可包括原子序(atomic number)小於82之元素。於一些實施例中，顆粒可包括下列任一或其組合：二氧化鈦(titanium dioxide)、氧化鐵(iron oxide)、碳、以及/或者金。於一些實施例中，顆粒之平均直徑小於1000奈米(像是小於500奈米以及/或者小於100奈米)。
    第3圖係顯示使用裝置10a來將震波導引至標靶組織之方法100之實施例。於所示之實施例中，方法100包括步驟104，係確認患者組織112之標靶細胞108，用以進行治療。舉例來講，組織112可包括皮膚組織，以及/或者標靶細胞108可包括皮膚組織內或附近之脂肪細胞。於所示之實施例中，方法100亦包括步驟116，係將殼體18置於組織112以及/或者組織116附近，使得震波能夠朝向標靶細胞108。於所示之實施例中，方法100亦包括步驟120，係將聲波產生器14定位以相鄰於(以及/或者耦接至)殼體18。於所示之實施例中，方法100亦包括步驟124，如圖所示，係驅動聲波產生器14產生聲波(當聲波產生器及殼體為聲學耦接時)，以於殼體18中形成震波，用以傳送至標靶細胞108。於所示之實施例中，方法100亦包括步驟128，係將聲波產生器14從殼體18斷開耦接(de-coupled)，並從組織112上移開或相對地移動殼體18。於所示之實施例中，係刪除步驟128之標靶細胞108用以表示其破壞。本發明之其他方法實施例可包括如第3圖所示之一些或所有步驟。裝置10之實現可類似於裝置10a，除了可不用將裝置10配置為拆卸之外，因此可將其設置為用以導引震波至標靶細胞之單件(single piece)。 去除組織標記(Markings)之方法
    於一些實施例中，本發明之方法係使用本發明之裝置來減少由真皮組織之色素所造成之組織標記(如紋身)。於此方法中，係將高頻震波傳送至患者皮膚之中，當本發明之裝置所產生之震波到達真皮細胞並使皮內之顆粒振動或加速時，這些顆粒會相對於細胞膜移動，可導致細胞之疲勞降解及破裂，進而釋出顏料顆粒。接著可經由患者身體正常的吸收過程，用以從周圍組織去除所釋出之顆粒。於一些實施例中，可將本發明之裝置相鄰設置，以及/或者使裝置之震波被導引至具有紋身、其它組織標記、或其他含有顆粒附聚物之細胞結構之組織部位。為使顆粒改變(例如，細胞降解到足以釋出顆粒來吸收)發生，於一段時間內，其足以使含有以及/或者相鄰於顏色顆粒的細胞發生破裂，可將震波傳送至特定區域範圍，以便釋出顏色顆粒。於一些實施例中，本發明之裝置具有比紋身還小之一焦點或有效區域範圍，使得裝置可以週期性地依序聚焦導引在一個紋身之不同區域範圍上，而減少整個紋身區域範圍之可見顏料。舉例來說，於本發明此處所揭露之裝置實施例中，可修改其參數，用以將所需之一些震波於一段所需時間內傳送至特定部位。舉例而言，於一實施例中，係根據本發明從頻率至少為1 MHz之聲波產生震波，並於一段適合時間內將其接觸特定治療部位，用以將至少100、200、300、400、500或1000個震波傳送至治療部位。可同時或經由震波之間隔(如叢發)(如震波數量每次為5、10、15、20、25、30、40、50等)傳送這些震波。可修改以及/或者確定適合之間隔及間隔時間，用以於治療部位達到預期效果，如標靶細胞結構之破裂。需暸解，當使用高頻聲波時，如2 MHz、3 MHz、4 MHz、或5 MHz，能夠調整治療之時間，如較短之接觸時間，用以將所需數量之震波傳送至治療區域範圍。
    所屬技術領域中具有通常知識者需暸解，於本發明之用來去除紋身之方法實施例中，受震波影響之顆粒係包括紋身顏料(顆粒)，例如，至少有一部分可被置於患者皮膚細胞之間以及/或者之內。舉例來講，此顏料顆粒可包括下列至少其中之一或其組合：鈦、鋁、矽、銅、鉻、鐵、碳、或氧。
    相較於使用雷射，使用高頻震波來去除或減少皮膚標記具有許多優點。舉例來說，用於去除紋身之雷射治療可能會非常痛。相比之下，所配置以及/或者所施加之高頻震波(如超音波震波)能使患者於幾乎沒有任何疼痛之情況下去除或減少紋身或其他皮膚標記，尤其是，例如，震波係被導向或以其他方式被配置，僅降解含有紋身顏料之細胞。舉另一例子來說，導引至組織之雷射光已被發現會傷害或破壞周圍組織，反之，對周圍組織施以高頻震波所造成之傷害或破壞極少(例如，由於沒有紋身之周圍組織通常缺乏紋身顏料或其他粒子，可能會與相鄰的細胞相互作用而導致細胞降解)。最後，雷射去除紋身經常需要多個治療療程(如5至20)，以及/或者經常會需要使用昂貴設備以達最大紋身去除能力。除此之外，由於去除多色紋身可能會需要具有多種波長之雷射光，因此需要多個雷射系統來去除各種可用油墨以及/或者可用油墨之組合。其結果是，雷射去除紋身之總成本可能非常昂貴。即使經過多次治療，雷射治療可能受限於只能消除50-70%之紋身顏料，且可能殘留“污斑”。反之，由於高頻震波與紋身顏料之顏色無關，因此高頻震波之治療應用並不需要不同裝置來處理不同顏色之顏料，且因此於相對大之區域範圍(例如，紋身之整個區域範圍)上可施以高頻震波，進而減少所需之治療療程數量，使所去除或減少之紋身達到患者可接受之程度(例如，於患者皮膚上可察覺之顏料，係減少30、40、50、60、70、80、90、95%或更多)。
    於一些實施例中，本發明之方法包含高頻震波之應用(例如，利用一或多個本發明之裝置)，及雷射光之應用。舉例而言，於一些實施例中，本發明之方法進一步包括將Q-開關雷射光束導引至標靶細胞(如紋身之皮膚)。於一些實施例中，以交替順序來執行一或多個震波之導引及雷射光之導引。
    於一些實施例中，本發明之方法包含在將一或多個震波導引至標靶細胞之前、之後、以及/或者同時，係將一或多種化學或生物製劑(agents)傳送(例如，被配置來幫助去除如紋身之組織標記)至標靶細胞之位置或附近。舉例來講，於一些實施例中，本發明之方法進一步包括對皮膚施以化學或生物製劑(在將一或多個震波以及/或者雷射光導引至皮膚之前、之後、以及/或者同時)。化學或生物製劑之例子包含：螯合劑(chelators)(如乙二胺四醋酸(EDTA))、免疫調節劑(如，咪喹莫特[5])、其組合以及/或者適合之化學或生物製劑。於各種實施例中，化學或生物製劑經皮以及/或者經全身(如注射)被傳送至標靶細胞(例如，可局部施加於紋身之皮膚上)。
    於一些實施例中，本發明之去除紋身方法包含對紋身之皮膚組織進行多次之震波應用(例如，每週一次，時間至少為1秒(如10秒、或更多)，持續六週或以上)。 治療其他疾病或問題之方法
    除了去除紋身之外，本發明之方法實施例可包含將高頻震波應用於治療各種疾病，其問題係源自於以及/或者其症狀係包含置於細胞內空間(intracellular spaces)以及/或者間隙空間之細胞顆粒附聚物以及/或者顆粒。舉例來說，這樣的疾病或問題可包含：結晶性關節(crystal joint)、韌帶、肌腱及肌肉病變、以及/或者皮膚病，係與含有痤瘡、老年斑等之顆粒附聚物有關。除此之外，本發明之方法實施例可包含傳送奈米粒至患者之含有標靶細胞之一區域後，進行高頻震波之應用。舉例而言，於一些實施例中，奈米粒(如金奈米粒)經靜脈被傳送至患者之血液，並被允許移動至患者之含有標靶細胞(如癌腫瘤)之一區域，因此能將高頻震波導引至標靶區域，用以使標靶細胞受奈米粒相互作用而破裂。
    進一步，本發明之裝置實施例能夠用來減少皺紋。舉例來講，於一些實施例中，本發明之產生治療震波之方法係包括：提供任一本發明之裝置(如裝置10)，以及驅動裝置用以產生一或多個震波。於一些實施例中，係進一步包括：將裝置(如殼體18之出口端34)置於患者之組織附近，使至少一震波進入組織。於一些實施例中，組織包括患者臉上之皮膚組織。
    於本發明之方法實施例中，包括導引顆粒(如微顆粒以及/或者奈米粒)至標靶細胞之位置或附近(在將震波導引至細胞之前)，顆粒可包括：絲、絲蛋白(silk fibroin)、碳奈米管(carbon nanotubes)、微脂粒(liposomes)、以及/或者金奈米殼。舉例來說，於一些實施例中，導引顆粒可包括將含有顆粒之流體懸浮液注射到患者體內。舉例而言，懸浮液可包括鹽水(saline)以及/或者透明質酸(hyaluronic acid)。
    關節及特定組織中結晶與其他雜晶之沉積會造成一些病變型態。舉例來講，鈉尿酸鹽水合物(MSUM)沉積於關節中會導致痛風。舉另一例子來講，關節組織及關節液之焦磷酸鈣(CPPD)可導致一些病變問題，如軟骨鈣化(chondrocalcinosis)(意即，將所偵測到之含鈣結晶之作用視為關節軟骨之放射密度(radiodensities))。再舉另一例子來說，羥基磷灰石(HA)之結晶沉積，可導致鈣化性肌腱炎(calcific tendonitis)及肩關節周圍炎(perarthritis)。於一些本發明之方法實施例中，顆粒可包括天然存在之顆粒(例如，體內自然出現之顆粒)，像是結晶微顆粒，係被形成以及/或者被置於患者之肌肉骨骼系統。於本發明之方法中，可被治療以及/或者被分配之天然存在顆粒之其它例子包含尿酸鹽結晶、含鈣結晶、以及/或者羥基磷灰石之結晶。
    於本發明之方法實施例中，係用以治療痤瘡或其他皮膚問題，顆粒可包括患者皮膚之一或多個毛孔中之污垢以及/或者碎屑，以及/或者可包括患者皮膚中之角蛋白。
    於一些實施例中，本發明之方法所治療之腫瘤或其他疾病包含對標靶組織進行多次之震波應用(如腫瘤、出現痤瘡或其他問題之皮膚區域等)，例如，每週一次，時間至少(如10秒、或更多)，持續六週或以上。
    於各種所舉之實施例中，此處所說明之裝置、系統、及方法非用以限制所揭露之特定形式。而本發明之保護範圍內之所有更動及其他可行方法包含於其中。舉例來說，本發明之能包含上述實施例中所說明之步驟及特徵之任何組合以及/或者重複之任何組合。
    申請專利範圍非用以包含，且不應解讀為包含，手段結合(means-plus-)或步驟結合(step-plus-)功能(function)之限制，除非於一既定申請專利範圍中分別使用“…手段用以…(means for)”或“…步驟用以…(step for)”之功能用語來明確地敘述。
    本發明所揭露之某些實施例提供了優於超音波在治療上之應用之其他方法。舉例而言，於美國專利US 5,618,275所提供之方法中，係對密集度夠高之皮膚施以範圍介於15,000至25,000 Hz之間的相對低頻超音速壓力波(ultrasonic pressure waves)，這有助於治療劑滲透人體皮膚，從而造成皮膚之穴蝕。低頻超音速壓力波之影響在於，增加皮膚之滲透性(permeability)，用以於有限時間內允許治療劑之滲透。於另一例子中，美國專利US 6,487,447係揭示一種裝置，係對欲施加於患者身上之藥液施以超音波輻射(ultrasound radiation)。超音波輻射之頻率範圍在15 KHz及1 MHz之間，而所施之強度持續一段時間，且與上述皮膚區域範圍相隔一段距離，用以有效地產生穴蝕泡沫(cavitation bubbles)。穴蝕泡沫潰滅(collapse)所轉移至皮膚之能量，造成皮膚區域範圍中氣孔之形成。美國專利公開號US 2008/009774(本發明之發明人)係揭示一種經由使用超音波輻射來治療由組織顆粒所引起之疾病的方法。超音波輻射之頻率範圍在15 KHz及2 MHz之間，而所施之強度持續一段時間，用以有效地產生穴蝕泡沫，並有效地讓潰滅所轉移至顆粒之能量引起顆粒之改變。如上所述，Klopotek之方法(美國專利US 6,325,769)在脈衝之後於組織中產生負壓、或真空效應-係能夠引起組織傷害、組織結構破壞、區域發熱，進而引發新連接組織之合成。美國專利US 6,325,769與6,487,447，及美國專利公開號US 2008/009774與US 2003/0167964所揭示之全部內容通過引用方式併入本文。
    與這些方法不同的是，於本發明所揭露之某些實施例中，係以最小穴蝕破壞來實現具有異質性之細胞結構(例如，含有顆粒之細胞)之靶向性破壞。進一步，於習知方法中，除了含有顆粒附聚物之那些細胞以外，高超音速能量之直接應用會造成細胞之無區別性改變及潛在破壞。能夠配置本發明所產生之震波，用以使標靶細胞破裂，而不會使非標靶細胞(non-targeted cells)受到熱傷害。也就是說，能夠將周圍區域範圍之無區別性發熱減到最小來實現破裂。
    儘管本發明之各種實施例及其優點已詳述如上，然而應瞭解的是，在不脫離本發明後附之申請專利範圍中所界定之精神及範圍內，當可作各種變化、替換及改變。除此之外，說明書中所述之流程、機器、製造、物質組合物、手段、方法及步驟非用以限制本發明應用之範圍。所屬技術領域中具有通常知識者易理解本發明所揭露之流程、機器、製造、物質組合物、手段、方法及步驟，不論為現有或之後欲建立者，相較於根據本發明於此所述之對應實施例，大體上執行相同之功能或大體上實現相同之結果。因此，後附之申請專利範圍意在包含這些流程、機器、製造、物質組合物、手段、方法及步驟之範圍。
    10‧‧‧裝置
    14‧‧‧聲波產生器
    18‧‧‧震波殼體
    22‧‧‧震波介質
    26‧‧‧腔室
    30‧‧‧輸入端
    34‧‧‧輸出端
    38‧‧‧端蓋
    42‧‧‧直徑
    46‧‧‧距離
    50‧‧‧輸出端
    54‧‧‧控制器
    56‧‧‧本體
    58‧‧‧聲波
    60‧‧‧震波
    权利要求:
    Claims (21)
    [1] 一種方法，包括：提供複數之聲波，係具有至少為1 MHz之至少一頻率；傳播至少一部分聲波通過一震波介質，係被配置於所傳播之聲波中表現出非線性特性，用以產生複數之震波；以及傳送該等震波之至少一部分至具有至少一異質性區域之至少一細胞結構；以及藉由連續傳送該等震波，用以使該至少一細胞結構破裂。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該至少一異質性區域包括一有效密度，係大於該至少一細胞結構之有效密度。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括改變該等聲波頻率之步驟。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括改變該等聲波振幅之步驟。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該傳送步驟係包括傳送該等震波之至少一部分至患者之一真皮層。
    [6] 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，該傳送步驟更包括將該震波介質置於該真皮層附近之步驟。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，係於該震波介質中產生該等震波。
    [8] 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括驅動一第一聲波產生器，用以提供該等聲波之步驟。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述之方法，更包括驅動一第二聲波產生器，用以提供該等聲波之步驟。
    [10] 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括：確認欲進行破裂之至少一標靶細胞結構，並於傳送該等震波之至少一部分至該至少一標靶細胞結構之前。
    [11] 一種裝置，包括：一聲波產生器，係被配置用以發射具有至少一頻率介於1 MHz及1000 MHz之間的聲波；一震波介質，係耦接於該聲波產生器，以及其中，該裝置係被配置用以傳播至少一部分所發射之聲波通過該震波介質，以形成震波，且其中，所形成之震波係被配置用以使具有至少一異質性區域之至少一細胞結構破裂。
    [12] 如申請專利範圍第11項所述之裝置，更包括一震波殼體，係被配置用以包含該震波介質。
    [13] 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，該震波殼體與該震波介質相結合。
    [14] 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中，當該等聲波從該聲波產生器發出時，該震波介質係被配置用以表現出非線性特性。
    [15] 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中，該震波介質包括一或多種：泡沫、固體顆粒、或泡沫與固體顆粒之組合。
    [16] 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中，該震波殼體定義出一腔室，係具有耦接於該聲波產生器之一輸入端及從該聲波產生器延伸之一輸出端，且其中，該震波殼體更包括一端蓋，係可移除地耦接至該腔室之該輸出端。
    [17] 如申請專利範圍第16項所述之裝置，其中，該端蓋係被配置用以使離開該端蓋之一震波衰減少於20%。
    [18] 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中，所發射之該等聲波之傳播係通過該震波介質，其長度大於或等於L，取決於下列等式： 其中，є為震波介質之非線性參數、ω為聲波頻率、ρ 0為震波介質之密度、λ為聲波波長、c 0為震波介質中之聲音速度、P 0為震波介質中之壓力振幅、而M ω 為聲學馬赫數(acoustic mach number)P 0÷(c 0 2 ρ 0)。
    [19] 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中，該聲波產生器包括一超音波頭。
    [20] 如申請專利範圍第18項所述之裝置，其中，該震波介質具有大於或等於1之一Goldberg值，且其中，係將該震波介質之長度除以該震波介質之吸收長度，用以決定該Goldberg值。
    [21] 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中，該至少一異質性區域包括一有效密度，係大於該至少一細胞結構之有效密度。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US201161508343P| true| 2011-07-15|2011-07-15||
    US61/508,343||2011-07-15||
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