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CN113543738A - 用于经皮能量输送的陶瓷施用器 - Google Patents

用于经皮能量输送的陶瓷施用器 Download PDF

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CN113543738A
CN113543738A CN201980081238.2A CN201980081238A CN113543738A CN 113543738 A CN113543738 A CN 113543738A CN 201980081238 A CN201980081238 A CN 201980081238A CN 113543738 A CN113543738 A CN 113543738A
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CN
China
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substrate
energy delivery
delivery device
centerline
electrode
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Application number
CN201980081238.2A
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English (en)
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F·J·贝内特
C·R·波肯斯泰
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Salta Medical Ireland Ltd
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Bausch Health Ireland Ltd
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Abstract

一种能量输送装置以及借由高频能量治疗组织的方法。能量输送装置可包括施用器，施用器包括电极与基板。基板可用陶瓷材料制成，而且可具有厚度可变化的表面，例如凹面。

Description

用于经皮能量输送的陶瓷施用器
技术领域
本发明涉及能量输送装置与借由高频能量治疗组织的方法。
背景技术
一些种类的能量输送装置可借由电磁能量治疗患者的组织。这些能量输送装置发出电磁波频谱的不同频段中的电磁能量以治疗组织，可用于治疗多种皮肤疾病。例如，能量输送装置可用非烧蚀的和非入侵的方式治疗皮肤疾病或其他组织疾病。
有一种能量输送装置发射位于电磁波频谱中的射频(radio-frequency,RF)频段的高频电磁能量。借由高频能量经过皮肤表面，可用于治疗皮肤组织，同时给皮肤主动地降温以避免伤害靠近皮肤表面的表皮层(epidermal layer)。高频能量可将表皮底下的组织加热到足够使胶原蛋白(collagen)变性的温度，使胶原蛋白收缩而使组织绷紧。高频能量的治疗会造成轻微发炎。组织的发炎反应会在治疗后的三天到六个月期间内逐渐产生新的胶原蛋白，使组织进一步收缩。
典型的能量输送装置包括一个用于接触或靠近患者皮肤表面的治疗端，该治疗端发射的电磁能量穿透皮肤表面，进入皮肤表面底下的组织。能量输送装置的另一侧可包括一个元件，例如包含电极的施用器，以供应高频能量至患者的组织。传统施用器包括软性聚合物薄膜，在薄膜上设置电极。不过聚合物薄膜有材料淘汰的问题，因为它们在其他应用领域通常不被广泛采用。
虽然用于输送高频能量的传统施用器已足够适用，现今仍然需要改善的高频能量输送装置，以及改善的高频能量输送方法。
发明内容
在一实施例中，一种能量输送装置包括施用器。施用器包括电极和陶瓷材料的基板。基板具有第一表面、相对于第一表面的第二表面、以及位于第一表面和第二表面之间的外边缘。此外，基板在第一表面和第二表面之间的厚度可根据相对于外边缘的位置而变化。
在另一实施例中，一种能量输送装置包括施用器。施用器包括电极和陶瓷材料的基板。基板具有第一表面、相对于第一表面的第二表面、以及位于第一表面和第二表面之间的外边缘。此外，基板具有在第一表面和第二表面之间的厚度，其在一条假想中心线对称变化。上述的中心线垂直于第一表面和第二表面的一个主要维度(major dimension)。
另一实施例提供一种高频能量输送方法。此方法包括从电极输送高频能量，使高频能量穿过基板以治疗靠近电极的组织。上述高频能量在电极的外边缘附近的电流密度小于从电极的外边缘向内的电流密度。基板具有相对于基板的外边缘的位置而变化的厚度，而且基板在外边缘附近的厚度为最大。
本发明内容仅以简化形式介绍概念的选择，其将进一步于下文中详细描述。本发明内容既不意图在标识请求标的的关键特征或必要特征，也不意图在单独辅助用以确定请求标的的范围。
附图说明
以下的附图结合于本发明说明书中，并构成本发明说明书的一部分，并且以附图标记特征以示意本发明的实施例，以及以上述发明内容的一般描述与下文实施例的详细描述结合在一起，用以解释本发明的原理。
图1为本发明的一实施例的一种能量治疗装置的方块图。
图2为本发明的一实施例的一种施用器的前视图。
图3为图2的施用器的剖面图。
具体实施方式
请参照图1至图3，根据本发明的实施例，能量治疗装置200包括系统控制器210、人机界面(human-to-machine,HMI)220、高频产生器230、电源供应器240、手持件250、以及治疗端260。系统控制器210通常借由控制装置200的其他元件，例如高频产生器230和电源供应器240，以控制装置200的操作与功能。系统控制器210为高阶硬件控制器，能使高频能量(例如，射频能量(radio-frequency energy,RF energy))的应用使用于患者的治疗区域，例如可借此进行经皮皮肤治疗(transcutaneous dermatological treatment)。装置200的其他元件中的低阶硬件控制器可在系统控制器210的指引与协调下管理元件阶层的操作。
为了控制与协调其他元件的操作，系统控制器210也可以在对治疗区域施用高频能量的程序中监视来自低阶硬件控制器的状态信息和各种操作参数。上述操作参数可例如包括治疗端260所发射的最大输出功率和平均输出功率、治疗端260的温度、患者施加的机械力、以及治疗端260使用数据的目前数值，诸如此类。如果来自低阶硬件控制器的状态信息或操作参数指示有错误状况，系统控制器210可以停止施用高频能量至治疗区域。例如，如果治疗端260的使用数据的目前数值超出门槛值，则系统控制器210将停止施用高频能量至治疗区域。
人机界面220提供操作者(例如临床医师)和装置200之间的界面，用以交流命令、请求、资讯和资料，诸如此类，使操作者得以和装置200提供的功能互动。在一实施例中，人机界面200可包括提供操作者和装置200之间的输入界面和输出界面的触控式萤幕。在一实施例中，人机界面200可包括声音界面，例如麦克风和/或扬声器。在一实施例中，人机界面200可包括实体输入装置，例如按键(例如按压按键、摇杆按钮、或其他已知按键)、旋钮、滑动开关、摇杆、点按式选盘(click wheel)、键盘、或游标装置(例如鼠标)，诸如此类。高频产生器230组构以当被系统控制器210致能(enable)时，根据来自操作者而且通过人机界面220接收的命令，产生驱动治疗端260中的电极12的高频能量(例如射频能量)。在一实施例中，此高频能量可以是频率在1MHz至20MHz的范围中的射频能量。
电源供应器240组构以从外部电源(例如交流电(AC)插座)输送电力至装置200的各种元件。在一实施例中，电源供应器240组构以将取自外部电源获得的交流电转换为直流电并输送至装置200的各种元件。在一实施例中，电源供应器240组构以在外部电源和装置200的其他元件之间提供电性隔离(electrical isolation)。
手持件250组构以沿着高频能量的传送路径中耦接治疗端260至装置200的其他元件。手持件250通过内含导线的软性缆线连接装置200，该内含导线的软性缆线电性耦接手持件250至其他元件。手持件250可具有平滑的轮廓握持部，以便作为操作者的临床医师握持使用。手持件250可允许临床医师的至少单手握持，以操纵手持件250和治疗端260的位置。在治疗程序中，操作者将手持件250(连带治疗端260与其施用器10)靠近患者的治疗区域并接触该治疗区域。在治疗端260的一部分接触治疗区域后，如下文所述，操作者可借由设置于手持件250的外表面上的控制元件，及/或控制机台上的控制元件，指示控制装置200从施用器10输送高频能量至治疗区域。例如手持件250可包括控制元件以供操作者开始输送高频能量至治疗区域、终止输送高频能量至治疗区域、及/或调整施用到治疗区域的高频能量的数量。
治疗端260耦接手持件250以将高频产生器230所产生的高频能量输送至患者，以达成治疗目的。治疗端260包括施用器10。施用器10用于在治疗程序中以特定密度将高频能量输送至患者。治疗端260可包括用于收纳施用器10的外壳。治疗端260可组构以可拆卸地固定于手持件250。治疗端260的温度指示感测器资料可在使用温度感应器(例如热敏电阻)被获得于治疗端260内。
在一实施例中，装置200的元件的至少一个子集合被包含在一个控制机台或机构附件中。例如该控制机台可包含系统控制器210、高频产生器230、以及电源供应器240。在一实施例中，手持件250通过内含导线的软性缆线实体地耦接控制机台，上述内含导线的软性缆线电性耦接手持件250至装置200的其他元件。人机界面220的部分或全部可以设置于控制机台的一个朝外的表面上。
液体输送器270可设置于手持件250及/或治疗端260之中。装置200的控制机台可设置一个冷却剂供应源(例如冷却罐)，以管线耦接液体输送器270。液体输送器270可组构以配合治疗程序可控地将冷却剂以喷雾或流动方式输送至施用器10。冷却剂可被触发于系统控制器210的控制下，可在施用器10向患者的组织输送高频能量之前、期间及/或之后以喷雾或流动方式输送。
振动装置280可设置于手持件250及/或治疗端260内。振动装置280组构以相对于手持件250和治疗区域较低的频率振动或震荡治疗端260和施用器10。特别的是，振动装置280可使治疗端260沿一个垂直或大致垂直治疗区域的轴向震荡或振动，此时治疗端260至少有一部分接触治疗区域，以将振动传递至治疗区域。在不以任何特定理论限定下，这样的振动可在治疗程序中为患者提供疼痛控制机制。
请参照图2和图3，施用器10包括电极12以及为电极12提供机构支撑的基板14。基板14包括表面16、相对于表面16的表面18、以及外边缘20。外边缘20设置于表面16和表面18之间，并延伸至基板14的整个周缘。电极12也包括位于基板14的外边缘20内部的外边缘13，以使电极12仅部分覆盖基板14的表面16。
基板14可包括外框22，外框22围绕基板14上设置电极12的区域。电极12和外框22可以是互相独立的元件，也可以是用同一件材料加工或塑造而制成。因此，外框22和电极12可由同一种材料组成，或用至少两种不同材料组成。电极12嵌入外框22。表面16位于外框22的部分比表面16被电极12覆盖的部分相对凹陷，而且表面16位于外框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，而与设置电极12的区域的厚度不同。
基板14具有表面16和表面18之间分离的厚度。表面16和表面18之间的厚度随着相对于基板14的外边缘20的位置而变化。特别的是，如图3所示，基板14的厚度可随着相对于假想中心线26的距离而增加，中心线26垂直于表面16、18。上述厚度不需要从中心线26均匀增加，不过在中心线26两边的距离增加应该是对称于中心线26。例如非线性轮廓包括环形圆(torus)的轮廓或起始随着与中心线26的径向距离增加而增加厚度的轮廓，经过给定半径以界定转折点之后，再开始随着中心线26的径向距离增加而减少厚度的轮廓。在一实施例中，基板14的表面16可以是凹形，由其曲率半径(radius of curvature)呈现上述的根据位置的厚度变化。在一实施例中，基板14的厚度可以中心线26为中心呈现旋转对称(rotationally symmetric)，使上述的根据位置的厚度变化呈现相对中心线26同样的旋转对称。在一实施例中，基板14的厚度可以缺乏对中心线的旋转对称，以使上述的根据位置的厚度变化相对于中心线26缺乏旋转对称。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可作为基板14的厚度变化量测的参考平面。
施用器10可设置于治疗端260之中，以使基板14位于电极12和要被高频能量治疗的组织之间。在一代表实施例中，电极12可设置于基板14的表面16上，表面18可从治疗端260朝外并直接接触患者的组织。在另一实施例中，电极12可设置于表面18上，表面16可从治疗端260朝外并直接接触患者的组织。电极12的形状可以和图2绘示的不同。
电极12可以基板14的中心线26为中心。或者，电极12的中心可以偏离基板14的中心线26。多个连接点24可设置在包含电极12的表面16上，做为附加的金属部件。例如连接点24可以是用于连接温度感测器(例如已封装的热敏电阻或其他种类的感测器)的金属垫。
在治疗程序中，高频能量从电极12输送，穿过基板14以治疗靠近治疗端260的组织。基板14的上述厚度变化可有效降低被输送的高频能量在靠近电极12的边缘13附近的电流密度，此电流密度通常大于从电极12的边缘13向内的电流密度。上述的在电极12的边缘13附近的电流密度的降低可改善高频能量输送到患者组织的均匀度，据此，进而改善组织加热与治疗的均匀度。
基板14可用陶瓷材料组成，可用机械加工以提供上述的厚度变化。上述的陶瓷材料例如包括但不限于氮化铝(aluminum nitride)、氧化铝(alumina)、钇安定氧化锆(yttria stabilized zirconia；简称YTZP或YSZ)、或以上材料的组合。在一实施例中，上述陶瓷材料可以是氧化铝。
在一实施例中，基板14可用具有热传导率(thermal conductivity)大于传统聚合物基板(例如聚酰亚胺，polyimide)的热传导率的陶瓷材料组成，以改善相对于传统聚合物基板的导热能力。在某些实施例中，基板14可由热传导率大于20W/mK(watts per meter-Kelvin)的陶瓷材料组成。例如，氧化铝具有30W/mK的热传导率，氮化铝具有60W/mK的热传导率，而聚酰亚胺具有0.46W/mK的热传导率。
基板14的有效导热的能力与其热传导率直接相关，在使用施用器10的治疗程序中是有利的，因为施用器10会将组织冷却以保护皮肤表层组织，并且将组织加热到具有疗效的温度。较高的热传导率可提供较佳的降温分布及/或更加一致的表面温度，相较之下，使用传统的聚酰亚胺基板通常会造成集中的热点。为了降温，施用器10可从配置于手持件250及/或治疗端260之内的液体输送器270(请参照图1)接收冷却剂。冷却剂供应源(例如冷却罐)可设置于装置200的控制机台。液体输送器270可组构以配合治疗程序可控地将冷却剂以喷雾或流动方式输送至施用器10。冷却剂可被触发于系统控制器210的控制下，可在电极12向患者的组织输送高频能量之前、期间及/或之后以喷雾或流动方式输送。由于降温的施用器10与其接触的被高频能量加热的组织之间有温差，热量会从接触的组织传导通过基板14的厚度，因而自接触的组织被抽离。手持件150及/或治疗端260的一些部分可提供散热器，将抽取的热量消散到周围环境。这样的散热可自组织表面向内冷却接触的组织，以平衡接近组织表面的加热，而且可因而产生从组织表面深入组织的反向温度梯度(reversethermal gradient)。上述的冷却和能量输送可以平衡，以避免过于干扰欲治疗的组织深度的加热，同时也冷却组织深度和组织表面之间不需要加热到治疗温度的组织。
在某些实施例中，基板14可用在1MHz到20MHz的频率范围中具有大于8的介电常数(dielectric constant；或permittivity)的陶瓷材料组成。例如，氧化铝在1MHz到20MHz的频率范围中具有大约为10的介电常数，氮化铝在1MHz到20MHz的频率范围中具有大约为9的介电常数，而聚酰亚胺在相同的频率范围中具有的介电常数较低，大约为4.2。在某些实施例中，基板14可用在1MHz到20MHz的频率范围中具有小于1x10-4的介电损耗(dielectricloss tangent)的陶瓷材料组成，而聚酰亚胺在此频率范围的介电损耗小于5x10-3。在某些实施例中，基板14的陶瓷材料可具有上述的热传导率、介电常数和介电损耗这些特性其中的至少一项特性或全部特性。
电极12可由导体组成，例如铜或铝。电极12可用层压法(lamination)、气相沉积(vapor deposition)、溅镀沉积(sputter deposition)、或其他已知方式设置于基板14上，而且可借由使用光刻(photolithography)或蚀刻(etching)制程图案化后续应用以界定电极12的外边缘13以及设置于电极12的外边缘13附近的连接点24。当治疗端260耦接手持件250时，电极12可被，例如，手持件250或治疗端260之内的弹片(pogo pin)接触。
本文所使用的参考术语如“垂直”、“水平”、以及范例中的类似术语，并不作为限制的意图以建立参考的框架。应当理解各种不同参考的框架可用于描述本发明而非偏离本发明的精神和范围。也应理解本发明的特征不以附图显示的比例为必要。此外，本文中用于实施方式或是申请专利范围的术语“由…组成”、“包含”、“具有”、“和”或其变体，其为涵括相似于“包括”的开放方式。
本文中“近似”的语言修饰术语为例如“大约”、“接近”、及“大致上”并不以此限制特定的精确值。这些“近似”的语言可对应用于量测数值的仪器的精确度。除非以其他方式依据仪器精确度，这些“近似”词语修饰的数值也可以替代为其数值+/-10％的数值范围。
两个“连接”或“耦接”的技术特征可为直接连接或直接耦接，或者，也可以存在一个或多个存在的中介的技术特征。如果没有中介的技术特征，则两个技术特征可以直接连接或直接耦接。如果存在至少一个中介的技术特征，则两个技术特征可以间接连接或间接耦接。在另一技术特征“上”或“接触”另一技术特征的特征可直接位于另一技术特征上或直接接触另一技术特征，或者，也可以存在一个或多个中介的技术特征。如果没有中介的技术特征，则一个技术特征可直接位于另一技术特征上或直接接触另一技术特征。如果至少存在一个中介的技术特征，则一个技术特征可间接位于另一技术特征上或间接接触另一技术特征。
本文中使用的词语仅用以描述特定的实施例，而非意图限制本发明。如本文所使用，单一形式“一个”或“一”的词语也意图包含数量为多个的实施例，除非上下文明确排除多个的状况。应可进一步理解说明书中使用的术语“包括”、“包含”表示存在所述的技术特征、数值、步骤、操作、元件及/或组件，但不排除至少一个其他技术特征、数值、步骤、操作、元件、组件及/或上述事物组成的群组的存在或附加。
本发明经由实施方式的各种实施例例示，且这些实施例的细节以相当的描述，其并非申请人意图限制或以任何形式限制权利要求书的范围。附加的优点及修改应易于被本领域技术人员所发觉。因此，本发明较广的实施例因而不被限制于特定的细节、代表设备或方法，以及示例的实施例。据此，在不背离申请人整体发明概念的精神或范围下，可作此类细节的修正。

Claims (21)

1.一种能量输送装置，包括：
施用器，包括电极和由陶瓷材料组成的基板，该基板具有第一表面、相对于该第一表面的第二表面、以及位于该第一表面和该第二表面之间的一个或更多个外边缘，该基板具有在该第一表面和该第二表面之间的厚度，该厚度相对于该外边缘的位置而变化。
2.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该基板的该第一表面为具有曲率半径的凹形。
3.如权利要求2所述的能量输送装置，其中，该基板的该第二表面为平面。
4.如权利要求3所述的能量输送装置，其中，该电极设置于该基板的该第二表面上。
5.如权利要求2所述的能量输送装置，其中，该电极设置于该基板的该第一表面上。
6.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该基板具有中心线，而且该基板的该厚度随着相对于该中心线的距离增加而增加。
7.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该基板具有中心线，而且该基板的该厚度相对于该中心线呈现旋转对称。
8.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该基板具有中心线，而且该电极以该基板的该中心线为中心。
9.如权利要求1所述的能量输送装置，还包括：
治疗端，具有外壳，其中，该施用器设置于该外壳内。
10.如权利要求9所述的能量输送装置，还包括：
手持件，其中，该治疗端经组构以可拆卸地固定于该手持件。
11.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该陶瓷材料为氧化铝。
12.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该陶瓷材料为氮化铝、氧化铝、钇安定氧化锆、或以上材料的组合。
13.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该陶瓷材料具有大于聚酰亚胺的热传导率的热传导率。
14.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该陶瓷材料具有大于20W/mK的热传导率。
15.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该陶瓷材料具有在1MHz到20MHz的频率范围中大于8的介电常数。
16.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该陶瓷材料具有在1MHz到20MHz的频率范围中小于1x10-4的介电损耗。
17.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该基板的厚度缺乏相对于该中心线的旋转对称。
18.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该基板具有中心线，并且该电极自该基板的该中心线偏离。
19.如权利要求1所述的能量输送装置，其中，该基板具有中心线，并且该基板具有随着相对于该中心线的距离增加而呈现非线性变化的厚度。
20.如权利要求19所述的能量输送装置，其中，该基板的该厚度相对于该中心线呈现旋转对称。
21.一种高频能量输送方法，该方法包括：
从电极输送高频能量，使该高频能量穿过基板以治疗靠近该电极的组织，其中该高频能量在该电极的外边缘附近的电流密度小于从该外边缘向内的电流密度，其中，该基板具有相对于该基板的外边缘的位置而变化的厚度，而且该基板在该外边缘附近的厚度为最大。
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