АППАРАТ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ УДАРНЫХ ВОЛН И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
APPARATUS FOR GENERATING THERAPEUTIC SHOCK WAVES AND USE THEREOF

Перекрестная ссылка на связанные заявки
[0001] По данной заявке испрашивают приоритет предварительной заявки США с серийным № 61/508343, которая подана 15 июля 2011 года, и заявки США на патент с серийным № 13/547995, которая подана 12 июля 2012 года, раскрытие которых в полном объеме включены в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники
[0002] Варианты осуществления настоящего изобретения в целом относятся к терапевтическому использованию ударных волн. Более конкретно, но без ограничения, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к аппарату для генерации терапевтических ударных волн (ударные волны для терапевтического использования) и его применению.
Предпосылки
[0003] Ударные волны используют в определенной медицинской и эстетической терапии. Например, ударные волны используют в форме экстракорпоральной литотрипсии, в которой импульсы можно использовать для того, чтобы формировать ударный фронт для того, чтобы фрагментировать почечные камни. Источник ударных волн в литотрипсии типично создают посредством разряда электрической энергии между тестовыми электродами.
[0004] Ударные волны в медицинской терапии могут брать начало из других источников. Например, в патенте США № 6325769, Peter J. Klopotek, описано применение сфокусированного ультразвукового луча к области кожи человека для того, чтобы генерировать ударную волну для того, чтобы лечить морщины. Проблема, связанная с генерацией ударных волн, как описано Klopotek, заключается в том, что она не предсказуема.
[0005] Как описано Klopotek, ударные волны возникают по мере того, как они проходят через кожу, по причине нелинейных свойств кожной ткани. Формирование ударной волны зависит от частоты и амплитуды акустических волн. Дополнительно, формирование ударной волны зависит от среды, в которой волна распространяется. В зависимости от частоты, амплитуды и среды, расстояние от головки преобразователя, на котором ударная волна возникает, является относительно большим и может варьироватьcя существенно в зависимости от типа ткани. Доступные способы не обеспечивают создание единообразных высокочастотных ударных волн, подходящих для терапии.
Краткое изложение
[0006] Определенные варианты осуществления аппарата, описанные в этом раскрытии, позволяют генерировать высокочастотные ударные волны из акустических волн.
[0007] Определенные варианты осуществления способа, описанные в этом раскрытии, доставляют генерируемые высокочастотные ударные волны в ткань пациента для того, чтобы избирательно разрушать клеточные структуры с определенными свойствами, такими как содержащие частицы клеточные структуры.
[0008] Определенные варианты осуществления аппарата, описанные в этом раскрытии, имеют конкретное применение в удалении татуировок или других отметок на коже и обеспечивают определенные преимущества над существующими способами удаления татуировок.
[0009] Преимущества, обеспечиваемые определенными вариантами осуществления аппарата и способа, описанными в этом раскрытии, включают то, что татуировки или другие отметки на коже могут быть удалены или уменьшены при слабых болевых ощущениях пациента или вовсе без них. Кроме того, это можно осуществлять при минимальном повреждении или разрушении окружающих тканей.
[0010] Согласно определенным аспектам, настоящее раскрытие включает варианты осуществления способов и аппаратов для того, чтобы направлять ударные волны к клеткам пациента (например, млекопитающего).
[0011] Некоторые варианты осуществления данных способов включают: направление ударных волн на клетки пациента; причем ударные волны обладают возможностью заставлять частицы разрушать одну или несколько клеток.
[0012] Некоторые варианты осуществления данных способов включают: предоставление аппарата (например, содержащего: генератор акустических волн, выполненный с возможностью испускать акустические волны, которые имеют по меньшей мере одну частоту между 1 МГц и 1000 МГц; корпус для ударных волн, соединенный с генератором акустических волн; и среду ударных волн, расположенную в корпусе для ударных волн; причем аппарат выполнен с такой возможностью, что если генератор акустических волн испускает акустические волны, то по меньшей мере некоторая часть акустических волн будет проходить через среду ударных волн и формировать ударные волны); приведение в действие аппарата для того, чтобы формировать ударные волны, заставляет частицы внутри пациента разрушать одну или несколько клеток пациента; и при направлении ударных волн в клетки пациента ударные волны заставляют частицы разрушать одну или несколько клеток.
[0013] В некоторых вариантах осуществления среда ударных волн представляет собой единое целое с корпусом для ударных волн. В некоторых вариантах осуществления корпус для ударных волн определяет камеру, и в камере располагается среда ударных волн. В некоторых вариантах осуществления среда ударных волн выполнена с такой возможностью, что в присутствии акустических волн от генератора акустических волн среда ударных волн проявляет нелинейные свойства. В некоторых вариантах осуществления среда ударных волн содержит одно или несколько из: пузырьков, твердых частиц или комбинации пузырьков и твердых частиц.
[0014] В некоторых вариантах осуществления корпус для ударных волн определяет камеру, которая имеет конец ввода, соединенный с генератором акустических волн, и конец вывода, выступающий от генератора акустических волн, и корпус для ударных волн содержит концевой колпачок, закрывающий конец вывода в камере. В некоторых вариантах осуществления концевой колпачок выполнен с такой возможностью, что ослабление ударной волны, выходящей из концевого колпачка, составляет меньше чем двадцать процентов. В некоторых вариантах осуществления корпус для ударных волн выполнен с такой возможностью, что если акустические волны падают на корпус для ударных волн изнутри камеры ударных волн, то корпус для ударных волн отражает по меньшей мере некоторую часть падающих акустических волн обратно в камеру ударных волн. В некоторых вариантах осуществления расстояние от генератора акустических волн до конца вывода в камере составляет больше чем или равен:
где Є = нелинейный параметр среды ударных волн; ω = частота акустической волны; ρ0 = плотность среды ударных волн; λ = длина волны акустической волны; c0 = скорость звука в среде ударных волн; P0 = амплитуда давления в среде ударных волн; и Mω = акустическое число Маха = P0 ÷ (c02 ρ0). В некоторых вариантах осуществления генератор акустических волн содержит ультразвуковую головку.
[0015] В некоторых вариантах осуществления аппарат содержит: контроллер, соединенный с генератором акустических волн и выполненный с возможностью приводить в действие генератор акустических волн для того, чтобы испускать акустические волны. В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью регулировать генератор акустических волн для того, чтобы изменять по меньшей мере одно из амплитуды и частоты акустической волны, испускаемой генератором акустических волн. В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью приводить в действие генератор акустических волн для того, чтобы непрерывно испускать акустические волны в течение определенного периода времени. В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью приводить в действие генератор акустических волн для того, чтобы испускать акустические волны в прерывистой последовательности включено-выключено.
[0016] В некоторых вариантах осуществления генератор акустических волн представляет собой первый генератор акустических волн и аппарат содержит: второй генератор акустических волн, выполненный с возможностью испускать акустические волны, которые имеют по меньшей мере одну частоту между 1 МГц и 1000 МГц; причем корпус для ударных волн также соединен со вторым генератором акустических волн; аппарат выполнен с такой возможностью, что если второй генератор акустических волн испускает акустические волны, то по меньшей мере некоторая часть акустической волны проходит через среду ударных волн и образует ударные волны; и контроллер также соединен со вторым генератором акустических волн и выполнен с возможностью приводить в действие второй генератор акустических волн для того, чтобы испускать акустические волны. В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью приводить в действие первый и второй генераторы акустических волн так, что акустические волны, которые испускает второй генератор акустических волн, не совпадают по фазе с волнами, которые испускает первый генератор акустических волн.
[0017] В некоторых вариантах осуществления аппарат выполнен с возможностью помещаться в ящик, который имеет длину 3 фута, ширину 2 фута и высоту 2 фута. В некоторых вариантах осуществления аппарат выполнен с возможностью помещаться в ящик, который имеет длину 2 фута, ширину 1 фут и высоту 1 фут.
[0018] В некоторых вариантах осуществления частицы содержат не природные частицы. В некоторых вариантах осуществления частицы содержат татуировочный пигмент. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть татуировочного пигмента расположена между клетками кожи пациента. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть татуировочного пигмента расположена внутри клеток кожи пациента. В некоторых вариантах осуществления частицы содержат элемент с атомным числом меньше 82. В некоторых вариантах осуществления частицы содержат золото. В некоторых вариантах осуществления частицы содержат один или несколько материалов, выбранных из группы, состоящей из: диоксида титана, оксида железа, углерода и золота. В некоторых вариантах осуществления частицы содержат пигментные частицы, которые имеют один или несколько материалов, выбранных из группы, состоящей из: титана, алюминия, диоксида кремния, меди, хрома, железа, углерода и кислорода. В некоторых вариантах осуществления частицы имеют средний диаметр меньше чем 1000 нм. В некоторых вариантах осуществления частицы имеют средний диаметр меньше чем 500 нм. В некоторых вариантах осуществления частицы имеют средний диаметр меньше чем 100 нм. В некоторых вариантах осуществления частицы содержат один или несколько материалов, выбранных из группы, состоящей из: шелка, фиброина шелка, углеродных нанотрубок, липосом и золотых нанооболочек.
[0019] В некоторых вариантах осуществления частицы содержат природные частицы. В некоторых вариантах осуществления частицы содержат кристаллические микрочастицы. В некоторых вариантах осуществления кристаллические микрочастицы расположены в скелетно-мышечной системе пациента. В некоторых вариантах осуществления частицы содержат один или несколько материалов, выбранных из группы, состоящей из: уратных кристаллов, кальцийсодержащих кристаллов и гидроксиапатитных кристаллов. В некоторых вариантах осуществления частицы содержат грязь или дебрис, расположенный в поре кожи пациента. В некоторых вариантах осуществления частицы содержат белок кератин, расположенный в коже пациента. В некоторых вариантах осуществления одну или несколько ударных волн создают с возможностью по существу не оказывать длительный эффект на клетки в отсутствие частиц.
[0020] В некоторых вариантах осуществления данные способы включают: направление частиц в положение в или рядом с клетками перед правлением ударных волн в клетки. В некоторых вариантах осуществления направление частиц включает инъецирование пациенту текучей суспензии, которая содержит частицы. В некоторых вариантах осуществления текучая суспензия содержит физиологический раствор. В некоторых вариантах осуществления текучая суспензия содержит гиалуроновую кислоту.
[0021] В некоторых вариантах осуществления данные способы включают: направление химического или биологического средства в положение в или рядом с клетками. В некоторых вариантах осуществления направление химического или биологического средства осуществляют посредством доставки химического или биологического средства трансдермально. В некоторых вариантах осуществления направление химического или биологического средства осуществляют посредством доставки химического или биологического средства системно. В некоторых вариантах осуществления направление химического или биологического средства осуществляют посредством инъецирования химического или биологического средства пациенту. В некоторых вариантах осуществления химическое или биологическое средство содержит одно или несколько из хелатора или этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). В некоторых вариантах осуществления химическое или биологическоe средство содержит одно или несколько из иммуномодулятора или Имиквимода. В некоторых вариантах осуществления направление химического или биологического средства осуществляют перед направлением одной или нескольких ударных волн. В некоторых вариантах осуществления направление химического или биологического средства осуществляют после направления одной или нескольких ударных волн. В некоторых вариантах осуществления направление химического или биологического средства осуществляют одновременно с направлением одной или нескольких ударных волн.
[0022] В некоторых вариантах осуществления данные способы включают: идентификацию целевых клеток пациента, подлежащих разрушению; причем идентификацию целевых клеток осуществляют перед тем, как направлять ударные волны. В некоторых вариантах осуществления целевые клетки содержат татуировку. В некоторых вариантах осуществления целевые клетки содержат скелетно-мышечные клетки, содержащие кристаллические микрочастицы. В некоторых вариантах осуществления целевые клетки содержат одно или несколько нарушений кожи, выбранных из группы, состоящей из: черных точек, кист, пустул, папул и белых точек. В некоторых вариантах осуществления целевые клетки содержат волосяные фолликулы и содержат белок кератин. В некоторых вариантах осуществления целевые клетки содержат зубные фолликулы и содержат эмаль. В некоторых вариантах осуществления целевые клетки содержат клетки злокачественной опухоли.
[0023] В некоторых вариантах осуществления данные способы включают: направление пучка света от лазера с модулируемой добротностью на клетки. В некоторых вариантах осуществления направление одной или нескольких ударных волн и направление пучка света осуществляют в переменной последовательности.
[0024] В некоторых вариантах осуществления направление одной или нескольких ударных волн включает фокусировку одной или нескольких ударных волн в конкретную область ткани, содержащей клетки. В некоторых вариантах осуществления область ткани находится на определенной глубине под кожей пациента.
[0025] Некоторые варианты осуществления данных аппаратов для генерации терапевтических ударных волн содержат: генератор акустических волн, выполненный с возможностью испускать акустические волны, которые имеют по меньшей мере одну частоту между 1 МГц и 1000 МГц; корпус для ударных волн, соединенный с генератором акустических волн; и среду ударных волн, расположенную в корпусе для ударных волн; причем корпус для ударных волн выполнен с возможностью разъемного соединения с генератором акустических волн так, что генератор акустических волн можно приводить в действие для того, чтобы испускать акустические волны, которые проходят через среду ударных волн и образуют одну или несколько ударных волн. В некоторых вариантах осуществления корпус для ударных волн содержит конец ввода, выполненный с возможностью соединения с генератором акустических волн, и конец вывода, выходящий из конца ввода. В некоторых вариантах осуществления корпус для ударных волн содержит среду ударных волн внутри корпуса для ударных волн. В некоторых вариантах осуществления среда ударных волн представляет собой единое целое с корпусом для ударных волн.
[0026] Некоторые варианты осуществления данных способов включают: предоставление варианта осуществления данных аппаратов; и приведение аппарата в действие для того, чтобы формировать ударные волны, выполненные с возможностью заставлять частицы внутри пациента разрушать одну или несколько клеток пациента. Некоторые варианты осуществления включают: направление ударных волн на клетки пациента так, что ударные волны заставляют частицы разрушать одну или несколько клеток. Некоторые варианты осуществления включают: соединение кoрпуса для ударных волн с акустическим волновым исполнительным механизмом перед приведением аппарата в действие.
[0027] Любой вариант осуществления любой из данных систем и/или способов может состоять из или по существу состоять из - вместо того, чтобы содержать/включать/иметь - любые из указанных стадий, элементов и/или признаков. Таким образом, в любом из пунктов формулы изобретения термином «состоит из» или «по существу состоит из» можно заменять любой из перечисленных выше открытых глаголов-связок для того, чтобы менять тот объем данного пункта формулы изобретения, который имел бы место при использовании открытого глагола-связки.
[0028] По другому аспекту, предусмотрен способ, включающий стадии: предоставление множества акустических волн, которые имеют по меньшей мере одну частоту по меньшей мере 1 МГц; распространение по меньшей мере части акустических волн через среду ударных волн, выполненную с возможностью проявлять нелинейные свойства в присутствии распространяемых акустических волн для того, чтобы генерировать множество ударных волн; и доставка по меньшей мере части указанного множества ударных волн по меньшей мере в одну клеточную структуру, которая содержит по меньшей мере одну область гетерогенности; и разрушение по меньшей мере одной клеточной структуры с использованием непрерывной доставки указанного множества ударных волн. В одном из вариантов осуществления по меньшей мере одна область гетерогенности имеет эффективную плотность выше эффективной плотности по меньшей мере одной клеточной структуры.
[0029] Согласно еще одному другому аспекту аппарат содержит: генератор акустических волн, выполненный с возможностью испускать акустические волны, которые имеют по меньшей мере одну частоту между приблизительно 1 МГц и приблизительно 1000 МГц; среду ударных волн, соединенную с генератором акустических волн; причем аппарат выполнен с возможностью распространять по меньшей мере часть испускаемых акустических волн через среду ударных волн для того, чтобы формировать ударные волны; и сформированные ударные волны выполнены с возможностью разрушать по меньшей мере одну клеточную структуру, которая содержит по меньшей мере одну область гетерогенности. В одном из вариантов осуществления среда ударных волн имеет число Голдберга больше чем или равное 1, где число Голдберга определяют делением длины среды ударных волн на длину поглощения среды ударных волн, где длину поглощения определяют по меньшей мере посредством обратного значения коэффициента ослабления среды ударных волн. В другом варианте осуществления по меньшей мере одна область гетерогенности содержит эффективную плотность, которая больше эффективной плотности по меньшей мере одной клеточной структуры.
[0030] Другие преимущества и признаки видны из следующего подробного описания при прочтении в сочетании с приложенными рисунками. Приведенное выше широко обозначает признаки и технические преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения, так что следующее подробное описание будет понять легче. Далее в настоящем документе описаны дополнительные признаки и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения, которые образуют объект формулы изобретения в настоящем раскрытии. Специалисты в данной области признают, что идею и конкретный легко раскрытый вариант осуществления можно использовать в качестве основы для модификации или разработки других структур для достижения те же целей, какие раскрыты здесь. Также специалистам в данной области следует понимать, что такие эквивалентные конструкции не отступают от сущности и объема вариантов осуществления настоящего изобретения, как изложено в приложенной формуле изобретения. Новые признаки, которые полагают характерными для настоящего изобретения, как в отношении его организации, так и способа работы, вместе с дополнительными целями и преимуществами легче понять из следующего описания, рассматриваемого применительно к сопроводительным фигурам. Однако следует ясно понимать, что каждая из фигур предоставлена только с целью иллюстрации и описания и не предназначена в качестве определения пределов вариантов осуществления, описанных в настоящем документе.
Краткое описание чертежей
[0031] Следующие чертежи выполняют роль иллюстрации в качестве примера, а не ограничения. Для краткости и прозрачности, каждый признак данной структуры не всегда помечен на каждой фигуре, на которой эта структура встречается. Идентичные номера позиций не обязательно обозначают идентичную структуру. Скорее, один и тот же номер позиции можно использовать для того, чтобы обозначать схожий признак или признак со схожей функциональностью, подобно неидентичным номерам позиции.
[0032] На фиг.1 изображен один из вариантов осуществления заявленных аппаратов для генерации терапевтических ударных волн.
[0033] На фиг.2 изображен второй вариант осуществления данных аппаратов, который содержит две комплементарных части, которые можно разъемно соединять друг с другом, которые показаны в разобранной и собранной конфигурациях.
[0034] На фиг.3 изображена принципиальная схема одного из данных способов.
[0035] Следует понимать, что чертежи не обязательно изображены в масштабе и что раскрытые варианты осуществления иногда проиллюстрированы схематично и в частичном виде. В определенных случаях детали, которые не обязательны для понимания раскрытых способов и аппаратов или которые делают другие детали трудными для восприятия, могут быть опущены. Конечно, следует понимать, что это раскрытие не ограничено конкретными вариантами осуществления, проиллюстрированными в настоящем документе.
Описание иллюстративных вариантов осуществления
[0036] Термин «соединен» определяют как связан, хотя не обязательно непосредственно и не обязательно механически; два элемента, которые «соединены», могут представлять собой единое целое друг с другом. Формы единственного числа определяют как одно, так и несколько, пока это раскрытие в явной форме не потребует иного. Термины «по существу», «приблизительно» и «около» определяют как главным образом, но не обязательно целиком, что точно определено, как понимает специалист в данной области.
[0037] Термины «содержать» (и любая форма содержать, такие как «содержит» и «содержащий»), «иметь» (и любая форма иметь, такая как «имеет» и «имеющий») и «включать» (и любая форма включать, такая как «включает» и «включающий») представляют собой открытые глаголы-связки. Как результат, способ, который «содержит», «имеет» или «включает» одну или несколько стадий, обладает этими одной или несколькими стадиями, но не ограничиваясь обладанием только этими одной или несколькими стадиями. Например, в способе, который включает направление ударных волн на клетки пациента, способ включает конкретную стадию, но не ограничиваясь наличием только этой стадии. Аналогичным образом, аппарат, который «содержит», «имеет» или «включает» один или несколько элементов, обладает этими одним или несколькими элементами, но не ограничиваясь обладанием только этими элементами. Например, в аппарате, который содержит генератор акустических волн и корпус для ударных волн, соединенный с генератором акустических волн, аппарат содержит конкретные элементы, но не ограничиваясь наличием только этих элементов. Например, такой аппарат также может содержать среду ударных волн, расположенную в корпусе для ударных волн. Кроме того, устройство или структура, которая выполнена определенным образом, выполнена по меньшей мере этим образом, но также может быть выполнена другим образом, нежели тот, что описан конкретно.
[0038] Со ссылкой на чертежи, и более конкретно на фиг.1, на ней показан и обозначен номером позиции 10 один из вариантов осуществления данных аппаратов для генерации ударных волн управляемым образом. Определенные варианты осуществления аппарата по настоящему раскрытию генерируют высокочастотные ударные волны предсказуемым и согласующимся образом. В одном из вариантов осуществления генерируемые ударные волна содержат то, что можно использовать для медицинского и/или эстетического терапевтического применения. Предпочтительно, генерируемые высокочастотные ударные волны доставляют в ткань пациента. Ударные волны можно конфигурировать для того, чтобы вызывать достаточное механическое напряжение в целевых клетках ткани для того, чтобы разрушать целевые клетки. В одном из вариантов осуществления разрушение целевых клеток возникает по меньшей мере через разрушающую мембрану повреждение. Когда целевые клетки подвергают воздействию генерируемых высокочастотных ударных волн, они испытывают резкие градиенты механического напряжения из-за пространственно-гетерогенных параметров клеток, таких как плотность и модуль упругого сдвига различных компонентов клетки. Например, плотные и/или неэластичные компоненты внутри клетки подвергаются более сильному механическому напряжению, когда на них воздействуют ударные волны, по сравнению с более легкими компонентами. В частности, ускорение частиц более высокой плотности или компонентов внутри клеточной структуры, подвергаемых воздействию ударного фронта, типично очень велико. Одновременно удар по биологическим структурам низкой плотности, образующим структуру клетки, когда воздействуют таким большим градиентом давления, значительно ослаблен, поскольку эластичность биологических структур низкой плотности позволяет им в целом действовать в качестве материала низкой пластичности. Разность в механическом напряжении ведет к движению плотных и/или неэластичных компонентов внутри клетки. Когда на клетку воздействуют повторяющиеся ударные волны с определенной частотой и энергетическим уровнем, плотные и/или неэластичные компоненты перемещают повторно до тех пор, пока они не разрушат клетку, тем самым разрывая клетку. В частности, несовпадение свойств клеточной структуры и способности клетки испытывать деформацию, когда воздействуют ударным фронтом, ведет к разрушению клеток, как описано. Не желая ограничиваться теорией, одну возможную теорию, объясняющую феномен разрушения клеточной структуры, можно найти в Burov, V. A., Nonlinear ultrasound: breakdown of microscopic biological structures and nonthermal impact on malignant tumor. Doklady Biochemistry and Biophysics том 383, стр.101-104 (2002) (далее в настоящем документе «Burov»), включенной в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме.
m
m
ρ
µ
t
ρ
ρ
1
2
0
o
1
2
[0039] Хотя клетка может колебаться как единое целое, когда об нее ударяются эти фронты давления, резкие градиенты механического напряжения можно генерировать внутри клетки как результат пространственно-гетерогенных параметров (т.е. плотности и модуля упругого сдвига). Эту идею можно проиллюстрировать посредством моделирования биологической структуры в виде двух сцепленных шариков с массами  и  и плотностью () жидкости, колеблющейся вокруг шариков со скоростью (), которая незначительно отличается от плотностей шариков ( и , соответственно). Если учитывать только сопротивление потенциальному течению, усилие, прикладываемое к сцеплению, вычисляют как показано в уравнении (1):
ρ
0
2
9
[0040] Дополнительное обсуждение уравнения (1) и его переменных дополнительно предоставлено в Burov. Например, если радиус шарика (R) составляет приблизительно 10 мкм и разность между плотностями шариков составляет 0,1 , получают силу напряжения F/(πR)m 10дин/см. Этого достаточно для того, чтобы разрушать клеточную мембрану. Варианты осуществления данных аппаратов генерируют ударные волны управляемым образом, который можно использовать для того, чтобы вызывать целевое повреждение в определенных клетках, что имеет медицинское и/или эстетическое терапевтическое применение, которые рассмотрены дополнительно далее.
например
т.е.
например
например
например
[0041] Другая возможная теория для объяснения феномена разрушения клеток заключается в накоплении напряжения сдвига в более плотном материале в клеточной структуре. В гетерогенных средах, таких как клетки с частицами (, пигментными частицами), ударные волны вызывают разрушение клеточных мембран посредством механизма прогрессивного ( накапливаемого) сдвига. С другой стороны, в гомогенных средах сжатие ударными волнами вызывает минимальное повреждение мембран, если оно вообще имеет место. Микроскопическое фокусирование и расфокусирование ударной волны по мере того как она проходит через гетерогенные среды может вести к локальному усилению или ослаблению ударных волн, что ведет к увеличению локального сдвига. Относительное сдвигающее движение клеточной мембраны возникает в масштабе гетерогенностей клеточной структуры. Полагают, что когда ударные волны ударяются об область гетерогенностей (, клетки, содержащие частицы), движение частицы, которое не совпадает по фазе с приходящими волнами, генерирует разрушающий клетку перенос энергии (, напряжение сдвига). Не совпадающее по фазе движение (, напряжение сдвига) вызывает микроскопическое повреждение клеточной мембраны, которое может прогрессивно перерастать в разрушение клеточной мембраны с дополнительным последовательным накоплением напряжения сдвига. Механизм прогрессивного сдвига при повторном воздействии ударных волн можно рассматривать как динамическую усталость клеточных мембран. Повреждение динамической усталостью зависит от трех факторов: (1) приложенное напряжение или деформация, (2) скорость, с которой прикладывают напряжение, и (3) накопленное число циклов напряжения. Этими тремя факторами можно манипулировать для того, чтобы заставлять клетку с гетерогенностями переносить катастрофическое разрушение клеточной мембраны по сравнению с относительными гомогенностями при конкретном приложенном напряжении, скорости деформации и циклах напряжения. Манипуляцию этими факторами можно осуществлять посредством предоставления ударных волн с определенными свойствами, такими как число ударных волн, количество времени между каждой ударной волной и сила подаваемых ударных волн. Например, если слишком много времени между ударными волнами для расслабления ткани до ее ненапряженного состояния, клетки будут более устойчивы к разрушению. По существу, в предпочтительном варианте осуществления высокочастотные ударные волны (по меньшей мере приблизительно 1000000 ударных волн в секунду из акустических волн с частотой приблизительно 1 МГц) доставляют в целевые клеточные структуры для того, чтобы достигать динамической усталости ткани и не давать ткани времени для расслабления.
т.е.
3
2
3
[0042] Третья возможная теория состоит в том, что ударные волны вызывают комбинацию эффектов прямого движения частиц, содержащихся в клеточной структуре, и динамической усталости, которая разрушает клетки. Хотя содержащие частицы клетки представляют собой очевидный пример клеточных структур, демонстрирующих гетерогенность, их описание не предназначено для того, чтобы ограничивать объем настоящего раскрытия. Вместо этого, варианты осуществления, описанные в настоящем документе можно использовать для того, чтобы разрушать или вызывать повреждение других клеточных структур, которые проявляют гетерогенность, таких как клеточные структуры, которые имеют различные области эффективной плотности. Параметры ударных волн, генерируемых согласно раскрытым аспектам, можно корректировать, основываясь по меньшей мере на областях различных эффективных плотностей ( гетерогенностях) для того, чтобы вызывать клеточные повреждения, как описано в настоящем документе. Гетерогенности могут представлять собой области внутри одной клетки, область различных типов клеток или комбинацию и того и другого. В определенных вариантах осуществления область гетерогенности внутри клетки содержит область, которая имеет эффективную плотность больше эффективной плотности клетки. В одном конкретном примере эффективная плотность клетки фибробласта составляет приблизительно 1,09 г/см, область гетерогенности в клетке представляет собой частицы, содержащиеся в клетке, которые имеют эффективную плотность больше 1,09 г/см, такие как графит с плотностью 2,25 г/см. В определенных вариантах осуществления область клеточной гетерогенности между клетками содержит область с различными типами клеток, где каждый тип клеток имеет отличающуюся эффективную плотность, такую как клетки фибробласты и жировые клетки или волосяные фолликулы. Ниже в настоящем раскрытии предоставлены дополнительные примеры клеточных структур, содержащих гетерогенности.
[0043] Со ссылкой на фиг.1, аппарат 10 содержит: генератор 14 акустических волн, корпус 18 для ударных волн, соединенный с генератором 14 акустических волн, и среду 22 ударных волн, расположенную в корпусе 18 ударных волн. В предпочтительном варианте осуществления корпус 18 для ударных волн определяет камеру 26. Корпус 18 для ударных волн может содержать, например, полимер, пластмассу, силикон, металл и/или какой-либо другой подходящий материал. Камера 26 содержит конец 30 ввода, соединенный с генератором 14 акустических волн, конец 34 вывода, и корпус 56, идущий между концом 30 ввода и концом 34 вывода. В одном из вариантов осуществления корпус 18 для ударных волн дополнительно содержит концевой колпачок 38, закрывающий конец 34 вывода камеры 26. Со ссылкой на фиг.1, камера 26 имеет круглую форму поперечного сечения. В других вариантах осуществления камера 26 имеет прямоугольную, квадратную, овальную, треугольную, восьмиугольную и/или какую-либо другую подходящую форму поперечного сечения. В предпочтительном варианте осуществления аппарат 10 дополнительно содержит среду 22 ударных волн, расположенную в камере 26 между концом 30 ввода и концом 34 вывода.
[0044] В предпочтительном варианте осуществления генератор 14 акустических волн выполнен с возможностью испускать серию или множество акустических волн 58 из вывода 50, по меньшей мере часть которых входит в камеру 26 и проходит через среду 22 ударных волн в направлении конца 34 вывода. По мере движения акустических волн через среду 22 ударных волн, свойства среды 22 ударных волн изменяют акустические волны 58 для того, чтобы формировать ударные волны 60 на или рядом с концом 34 вывода.
2
2
2
2
2
[0045] В предпочтительном варианте осуществления генератор 14 акустических волн выполнен с возможностью испускать ударные волны, которые имеют по меньшей мере одну частоту между приблизительно 1 мегагерцом (МГц) и приблизительно 1000 МГц (например, 1 МГц, 2 МГц и т.д.). В дополнение к или альтернативно, генератор 14 акустических волн выполнен с возможностью испускать волны по меньшей мере одной длины, соответствующие по меньшей мере одной частоте между 1 МГц и 1000 МГц в среде 22 ударных волн, или в эталонной среде, такой как, например, атмосферный воздух. В одном из вариантов осуществления генератор 14 акустических волн содержит ультразвуковую головку (например, коммерчески доступную ультразвуковую головку). В других вариантах осуществления генератор 14 акустических волн содержит керамический и/или пьезоэлектрический акустический элемент. В некоторых вариантах осуществления генератор 14 акустических волн выполнен с возможностью испускать акустические волны с излучаемой мощностью пучка между приблизительно, или по существу равной 5 и приблизительно 1000 Ватт на квадратный сантиметр (Вт/см) (например, от 5 до 50 Вт/см, от 5 до 100 Вт/см, от 100 до 500 Вт/см, от 100 до 400 Вт/см).
f
f
[0046] Прогрессивное нелинейное искажение формы волны может вести к формированию ударных фронтов давления или ударных волн. Для того, чтобы формировать ударные волны 60 на или рядом с концом 34 вывода, среда 22 ударных волн предпочтительно содержит материал, который испытывает нелинейность или способен сделать возможным, что генерируемые или испускаемые акустические волны 58 из генератора 14 акустических волн испытывают нелинейность, когда акустические волны распространяются через материал. Нелинейности предпочтительно достаточны для того, чтобы преобразовывать синусоидальные акустические волны, распространяющиеся через них, в пилообразные волны с одним ударом на цикл, как проиллюстрировано на фиг.1. В частности, прогрессивное нелинейное искажение длины синусоидальной волны может вести к формированию ударных фронтов, которые периодически следуют друг за другом с частотой . Длительность фронта может быть значительно короче, чем период 1/, как показано в уравнении (2):
b
Є
ρ
c
где  представляет собой эффективную вязкость;  представляет собой нелинейный коэффициент; и  и  представляют собой среднюю плотность среды и скорость звука, соответственно. Дополнительное обсуждение уравнения (2) и его переменных дополнительно приведено в Burov. По причине относительно высокой частоты акустических волн, ударные волны также генерируют с высокой частотой, по одной ударной волне на цикл. Например, определенные варианты осуществления настоящего раскрытия можно конфигурировать для того, чтобы генерировать приблизительно 1000000 ударных волн в секунду из акустической волны приблизительно 1 МГц. В других вариантах осуществления аппарат 10 выполнен с возможностью генерировать 100 или больше ударных волн в минуту (например, 200, 300, 400, 500, 1000, 2000, 5000 или больше ударных волн в минуту).
[0047] Определенный вариант осуществления данных способов генерирования терапевтических ударных волн включает: приведение в действие генератора акустических волн (например, 14) для того, чтобы испускать акустические волны, которые имеют по меньшей мере одну частоту между 1 МГц и 1000 МГц, так, что по меньшей мере некоторая часть акустических волн проходит через среду ударных волн (например, 22), которая расположена в корпусе для ударных волн (например, 18), чтобы формировать одну или несколько ударных волн. Например, варианты осуществления данных способов могут включать приведение в действие генератора акустических волн какого-либо из данных аппаратов.
[0048] Искажение акустических волн 58 нелинейностями можно вызывать дифракцией ультразвуковых волн от стенки корпуса 18 для ударных волн. Дополнительно или альтернативно нелинейности могут являться результатом гетерогенностей, вызываемых ультразвуковыми волнами, проходящими через среду (или среды) 22 ударных волн. Кроме того, нелинейности могут являться результатом включения частиц или пузырьков в среды (т.е. пузырьки газа, наночастицы и т.д.). В некоторых вариантах осуществления среда 22 ударных волн содержит текучее вещество. В некоторых вариантах осуществления среда 22 ударных волн содержит гель. В некоторых вариантах осуществления среда 22 ударных волн содержит жидкость. В некоторых вариантах осуществления среда 22 ударных волн выполнена с такой возможностью, что в присутствии акустических волн от генератора 14 акустических волн среда 22 ударных волн проявляет нелинейные свойства. В некоторых вариантах осуществления среда 22 ударных волн содержит одно или несколько из: воды, глицерина, поли(этиленгликоля) (PEG), пропиленгликоля, силиконового масла, спирта или комбинации двух или более из них. В некоторых вариантах осуществления среда 22 ударных волн содержит одно или несколько из: пузырьков (например, пузырьков газа), твердых частиц или комбинации пузырьков и твердых частиц. Пузырьки газа можно вводить в среду 22, например, посредством добавления газа, такого как диоксид углерода, и/или можно вводить в форме стабилизированных пузырьков газа, обнаруживаемых в УЗ-контрастном веществе или в качестве части наночастиц.
[0049] Кроме того, имеют место два других фактора, которые влияют на преобразование акустических волн, распространяющихся через среду 22 ударных волн, в ударные волны: длина формирования ударных волн и длина поглощения среды 22 ударных волн. Длина искажения нелинейностями представляет собой фактор, почему искажение является прогрессивным и требует достаточного распространения для того, чтобы преобразование имело место.
[0050] В некоторых вариантах осуществления протяженность среды 22 ударных волн или расстояние формирования ударных волн представляет собой функцию нелинейного параметра, амплитуды давления, частоты акустической волны, генерируемой посредством акустического генератора 14, плотности среды 22 ударных волн и скорости звука в среде 22 ударных волн. Например, расстояние между тем, когда акустические волны покидают генератор 14 акустических волн и входят в среду 22 ударных волн, и когда акустические волны выходят из среды 22 ударных волн, предпочтительно составляет больше чем или равно тому, что задает уравнение (3):
Є
ω
ρ
c
P
M
P
c
ρ
0
0
0
ω
0
0
0
2
где  = нелинейный параметр среды ударных волн;  = частота акустической волны;  = плотность среды ударных волн; λ = длина волны акустической волны;  = скорость звука в среде ударных волн;  = амплитуда давления в среде ударных волн; и  = акустическое число Маха = ÷(). В целом, чем выше частота и/или чем выше интенсивность акустических волн, тем короче минимальная длина среды 22 ударных волн, необходимая для того, чтобы сделать возможным формирование ударных волн, когда энергия волны выходит из среды 22 ударных волн. Со ссылкой на фиг.1, в предпочтительном варианте осуществления длина среды 22 ударных волн, представленная числом 40, идет от 50 вывода генератора 14 акустических волн до конца 38 вывода камеры ударных волн 26.
[0051] В предпочтительном варианте осуществления среда 22 ударных волн имеет по меньшей мере минимальную длину для того, чтобы преобразовывать акустические волны в ударные волны для испускаемых акустических волн с амплитудой и частотой в конкретном диапазоне, предпочтительно желаемом рабочем диапазоне по меньшей мере 1 МГц. Минимальную длину предпочтительно определяют посредством приведенного выше уравнения 3. В некоторых вариантах осуществления среда 22 ударных волн имеет длину, которая больше определяемой минимальной длины для того, чтобы гарантировать генерирование ударных волн в среде 22 ударных волн прежде, чем энергия выйдет из среды 22 ударных волн. В одном из вариантов осуществления корпус 18 выполнен с возможностью иметь по существу ту же длину, что и среда 22 ударных волн, так что генерируемые ударные волны быстро доставляют из конца 34 вывода к обрабатываемой поверхности. В других вариантах осуществления корпус 18 может обеспечивать пропуск между концом среды 22 ударных волн и концом 34 вывода. Если длина среды 22 ударных волн выполнена с возможностью генерировать ударные волны из акустических волн определенной амплитуды и частоты, то этой длины также достаточно для того, чтобы превращать какие-либо акустические волны большей амплитуды и частоты, чем разработанный диапазон, в ударные волны.
[0052] В дополнение к длине формирования ударных волн (например, длина сред 22 ударных волн), длина поглощения среды 22 ударных волн представляет собой другой фактор, почему поглощение акустической энергии препятствует формированию ударных волн или может вести к устранению каких-либо сформированных ударных волн. Поглощение основано по меньшей мере на коэффициенте ослабления материала среды 22 ударных волн. Ослабление, в свою очередь, зависит от частоты акустических волн, которая предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 1 МГц, как описано выше. Поглощение представляет собой обратное значение коэффициента ослабления (α) среды 22 ударных волн, или 1/коэффициент ослабления (α).
[0053] В предпочтительном варианте осуществления материал среды 22 ударных волн выбирают, основываясь на зависимости между длиной формирования ударных волн и поглощением. В одном из вариантов осуществления зависимость представлена числом Голдберга (r), представленного уравнением (4):
s
где: I = расстояние формирования ударных волн = (c03 ρ0)/(Є ω P0), описанное в уравнении (3) и
a
I = длина поглощения = обратное значение коэффициента ослабления = 1/α
[0054] Дополнительное обсуждение числа Голдберга можно найти в Brooks L.A, Zander A.C, Hansen C.H, Investigation into the feasibility of using a parametric array control source in an active noise control system, Proceedings of ACOUSTICS 2005, 9-11, раскрытие которой включено посредством ссылки в полном объеме. Предпочтительно, среда 22 ударных волн содержит материалы, которые имеют положительное число Голдберга при частотах по меньшей мере приблизительно 1 МГц и давлениях на выводе 50 генератора 14 акустических волн по меньшей мере приблизительно 1 мПа. Более предпочтительно среда 22 ударных волн содержит материал или комбинацию материалов, которые имеют число Голдберга по меньшей мере 1 или больше чем 1. Кроме того, среда 22 ударных волн предпочтительно содержит твердые полимеры с твердым веществом. Примеры тверды полимеров с числом Голдберга больше 1 при частотах больше 1 МГц и давлениях больше 1 мПа включают, но не ограничиваясь этим, аквален, Pebax (полиэстер блок амиды), воду, желатин, полиуретановый эластомер, такой как Pellethane 2363-80.
[0055] Соответственно, настоящее раскрытие делает возможным управляемое генерирование ударных волн из акустических волн, подвергая акустические волны достаточным прогрессивным искажениям нелинейностями для того, чтобы преобразовывать синусоидальные волны в ударные волны. Этого можно достичь посредством выбора желаемого диапазона частоты и амплитуды, свойств поглощения материала, длины материала, основываясь на зависимостях, описанных выше. Поскольку факторы влияют друг на друга, их можно корректировать для того, чтобы достигать желаемых размеров. Например, если имеет место желаемая длина среды 22 ударных волн, частота и амплитуда испускаемых акустических волн и материал среды 22 ударных волн для того, чтобы достигать этой желаемой длины. Другие факторы можно конфигурировать соответствующим образом для того, чтобы достигать желаемого результата генерирования ударных волн из акустических волн.
[0056] Со ссылкой на фиг.1, генератор 16 акустических волн соединен с корпусом 18, камерой 26 и средой 22 ударных волн для того, чтобы сделать возможным распространение по меньшей мере части испускаемых акустических волн 58 через среду 22 ударных волн для того, чтобы формировать ударные волны 60. В некоторых вариантах осуществления конец 30 ввода камеры 26 имеет поперечный внутренний размер (например, диаметр 42) по меньшей мере не меньше соответствующего поперечного внешнего размера генератора 14 акустических волн (например, на выводе 50). Например, в представленном варианте осуществления диаметр 42 камеры 26 по меньшей мере не меньше чем (например, немного больше чем) внешний диаметр соответствующей части (например, 50 вывода) генератора 14 акустических волн. В других вариантах осуществления диаметр 42 может быть больше (например, и/или уплотнительное кольцо или соединитель можно использовать для того, чтобы соединять корпус 18 с концом 50 вывода генератора акустических волн). В представленном варианте осуществления камера 26 имеет по существу постоянное поперечное сечение между концом 30 ввода и концом вывода 34. В других вариантах осуществления камера 26 имеет переменное поперечное сечение между концом 30 ввода и концом вывода 34.
[0057] В некоторых вариантах осуществления среда 22 ударных волн и корпус 18 содержат тот же материал, например, такой как полимер, кремний или какой-либо другой подходящий материал (например, среда 22 может представлять собой единое целое с корпусом 18 и/или концевым колпачком 38). В других вариантах осуществления среда 22 ударных волн представляет собой единое целое с корпусом 18 для ударных волн (например, содержит тот же кусок материала). Например, среда ударных волн 22 содержит твердый материал, при этом отдельный корпус 18 не требуется. В некоторых вариантах осуществления корпус 18 для ударных волн и среда 22 ударных волн содержат силикон. В других вариантах осуществления среда 22 ударных волн содержит один или несколько пузырьков (например, пузырьков газа или тому подобное).
[0058] В некоторых вариантах осуществления корпус 18 для ударных волн выполнен так, что расстояние 42 от генератора 14 акустических волн (например, на конце 30 ввода камеры 26) до конца 38 вывода камеры 26 составляет между 100 и 1000 процентами по меньшей мере одного (например, минимального) внутреннего поперечного размера (например, диаметра 42) камеры 26. В некоторых вариантах осуществления расстояние 46 от генератора 14 акустических волн (например, на конце 30 ввода камеры 26) до конца вывода 34 камеры 26 составляет между 300 и 900 процентами (и/или между 400 и 800 процентами) по меньшей мере одного (например, минимального) внутреннего поперечного размера (например, диаметра 42) камеры.
[0059] Дополнительно, в представленном варианте осуществления корпус 18 для ударных волн выполнен с такой возможностью, что если акустические волны 58 падают на корпус 18 для ударных волн изнутри камеры ударных волн 26, то корпус 18 для ударных волн отражает по меньшей мере некоторую часть падающих акустических волн обратно в камеру ударных волн 26.
[0060] Со ссылкой на фиг.1, концевой колпачок 38 выполнен с возможностью закрывать конец вывода 34 камеры 26 так, что по существу предотвращают выход среды 22 ударных волн из камеры 26 и позволяют ударным волнам выходить из конца 34 вывода камеры ударных волн 26. В некоторых вариантах осуществления концевой колпачок 38 выполнен так, чтобы иметь низкое ослабление ударных волн (например, такое, что ослабление ударных волн, выходящих из концевого колпачка 38, составляет меньше чем двадцать процентов), и/или слабое отражение ударных волн. В некоторых вариантах осуществления концевой колпачок 38 содержит по меньшей мере одно из: полимера, гидрогеля, мембраны, пластмассы или силикона.
[0061] Со ссылкой на фиг.1, аппарат 10 дополнительно содержит: контроллер 54, связанный с генератором 14 акустических волн и выполненный с возможностью приводить в действие генератор 14 акустических волн для того, чтобы испускать акустические волны. Контроллер 54 может содержать какое-либо соответствующим образом запрограммированное аппаратное обеспечение, например, такое как процессор с памятью, программируемый логический контроллер (PLC) и персональный цифровой помощник (PDA) и/или тому подобное. Несмотря на то, что проиллюстрирован в виде отдельного компонента, контроллер 54 можно встраивать в генератор 14 акустических волн (например, совместно использовать общий корпус). В некоторых вариантах осуществления контроллер 54 выполнен с возможностью корректировать генератор 14 акустических волн для того, чтобы варьировать по меньшей мере одно из амплитуды и частоты акустических волн, испускаемых генератором 14 акустических волн. В некоторых вариантах осуществления контроллер 54 выполнен с возможностью приводить в действие генератор 14 акустических волн для того, чтобы непрерывно испускать акустические волны в течение определенного периода времени (например, когда генератор акустических волн приводят во включенное состояние). В некоторых вариантах осуществления контроллер 54 выполнен с возможностью приводить в действие генератор 14 акустических волн для того, чтобы испускать акустические волны 58 в периодической последовательности включено-выключено (например, последовательность с правильными, периодическими интервалами). В некоторых вариантах осуществления контроллер 54 выполнен с возможностью приводить в действие генератор 14 акустических волн для того, чтобы испускать акустические волны 58 в прерывистой последовательности включено-выключено (например, непериодической последовательности без правильных периодических интервалов). Приведение в действие генератора 14 акустических волн в последовательности включено-выключено может, например, снижать образование тепла в ткани. В некоторых вариантах осуществления контроллер 54 выполнен с возможностью приводить в действие генератор 14 акустических волн для того, чтобы испускать акустические волны 58 в последовательности включено-выключено, и для того, чтобы регулировать длительность частей «включено» и/или «выключено» последовательности включено-выключено, основываясь на измеряемой и/или прогнозируемой температуре или в ответ на нее. Например, температуру можно измерять с использованием термометра (например, инфракрасного термометра), связанного с контроллером 54, и/или контроллер 54 можно конфигурировать для того, чтобы предсказать температуру ткани, основываясь по меньшей мере частично на интенсивности и/или других свойствах акустических волн 58, испускаемых генератором 14 акустических волн, и/или ударных волн 60, генерируемых в корпусе 18 или доставляемых в ткань.
[0062] В некоторых вариантах осуществления генератор 14 акустических волн представляет собой первый генератор акустических волн, и аппарат 10 дополнительно содержит: второй генератор акустических волн (не показано), выполненный с возможностью испускать акустические волны, которые имеют по меньшей мере одну частоту между 1 МГц и 1000 МГц; при этом корпус 18 для ударных волн также соединен со вторым генератором акустических волн. В таких вариантах осуществления аппарат 10 выполнен с такой возможностью, что если второй генератор акустических волн испускает акустические волны, то по меньшей мере некоторая часть акустических волн проходит через среду или среды 22 ударных волн и образует одну или несколько ударных волн. Некоторые из этих вариантов осуществления дополнительно содержат контроллер 54, связанный со вторым генератором акустических волн и выполненный с возможностью приводить в действие второй генератор акустических волн для того, чтобы испускать акустические волны. В некоторых вариантах осуществления контроллер 54 выполнен с возможностью приводить в действие первый генератор 14 акустических волн и второй генератор акустических волн (не показана) так, что акустические волны, которые испускает второй генератор акустических волн, не совпадают по фазе с волнами, которые испускает первый генератор 14 акустических волн.
[0063] В некоторых вариантах осуществления аппарат 10 выполнен с возможностью помещаться в ящик, который имеет длину 3 фута, ширину 2 фута и высоту 2 фута. В некоторых вариантах осуществления аппарат 10 выполнен с возможностью помещаться в ящик, который имеет длину 3 фута, ширину 1 фут и высоту 1 фут. В некоторых вариантах осуществления аппарат 10 выполнен с возможностью помещаться в ящик, который имеет длину 2 фута, ширину 1 фут и высоту 1 фут. В некоторых вариантах осуществления аппарат 10 выполнен с возможностью помещаться в ящик, который имеет длину 1 фут, ширину 8 дюймов и высоту 8 дюймов. Например, в некоторых вариантах осуществления корпус 18 имеет внутреннюю длину меньше чем 3 дюйма и внутренний максимальный поперечный размер (например, диаметр) меньше чем 3 дюйма. В некоторых вариантах осуществления внутренняя длина (между концом 50 вывода генератора 14 акустических волн и концом 34 вывода и/или внутренней поверхностью концевого колпачка 38). В некоторых вариантах осуществления аппарат 10 можно конфигурировать для того, чтобы генерировать давление на целевых клетках более 3 мегапаскалей (мПа) (например, 10 мПа или больше).
[0064] В варианте осуществления на фиг.2, второй вариант осуществления 10a данных аппаратов представлен в разобранной и собранной конфигурациях. Аппарат 10a схож во многих отношениях с аппаратом 10, и может содержать какие-либо признаки аппарата 10, которые конкретно не исключены, так что различия в первую очередь относятся к этому. В представленном варианте осуществления, генератор 14 акустических волн и корпус 18 для ударных волн аппарата 10a выполнены с возможностью разъемного соединения друг с другом так, что генератор акустических волн можно приводить в действие для того, чтобы испускать акустические волны, которые проходят через среду ударных волн и формируют одну или несколько ударных волн (например, как описано для аппарата 10). В таких вариантах осуществления конец 30 ввода можно герметизировать независимо от генератора акустических волн 18 для того, чтобы предотвращать выход среды 22 из корпуса 18, если генератор 14 акустических волн не соединен с корпусом 18. Генератор 14 акустических волн и/или корпус 18 можно конфигурировать любым подходящим образом для разъемного соединения вместе (например, с использованием резьбы, блокировочных ушек, тугой посадки, позволяющих вставлять генератор акустических волн в конец 30 ввода корпуса и т.д.). В некоторых вариантах осуществления генератор 14 акустических волн и корпус 18 не соединены таким образом, что для разделения существует физическое препятствие. Например, в некоторых вариантах осуществления корпус 18 помещают смежно с пациентом концом 34 вывода, указывающим в направлении целевых клеток, и генератор 14 акустических волн соединяют с (например, располагают в контакте с) корпусом 18, не вставляя генератор 14 акустических волн в корпус 18 или иным образом физически соединяя их. В некоторых вариантах осуществления в различных корпусах 18 могут быть предусмотрены различные характеристики (например, размеры, среды 22, концевые колпачки 38 и т.д.), так что различные корпусы 18 можно соединять с одним генератором акустических волн 18 для того, чтобы получать ударные волны с различными характеристиками. В таких вариантах осуществления, корпус 18 может представлять собой устройство одноразового использования, которое является одноразовым и/или выбрасываемым после каждого использования.
например
[0065] Хотя высокочастотные ударные волны, генерируемые посредством определенных вариантов осуществления настоящего раскрытия, и управляемый и прогнозируемый образ их генерации имеют много применений, определенные варианты осуществления настоящего раскрытия и генерируемые ударные волны в частности можно использовать для терапевтического применения. В частности, при лечении определенных состояний кожи пациента. Как описано выше, высокочастотные ударные волны могут вести к управляемому и нацеленному разрушению клеточных структур, основываясь на разности эластичности компонентов клеточных структур. Способность обеспечивать нацеленное и управляемое разрушение или повреждение определенных клеточных структур в частности можно применять к лечению нарушений и/или состояний, в которых присутствуют агломераты частиц в клетках («агломераты клеточных частиц»), которые создают разницу в эластичности клеточных структур. В частности, определенные варианты осуществления настоящего изобретения, , аппарат 10, могут постоянно и/или прогнозируемым образом генерировать ударные волны с высокой частотой для того, чтобы разрушать конкретные клетки нацеленным образом, не вызывая кавитации в ткани пациента и не образуя большие количества тепловой энергии (например, тепла) в коже пациента, которая может вести к дополнительному непредусмотренному повреждению. Высвобожденные частицы могут быть удалены из окружающей ткани посредством нормальных поглощающих процессов пациента.
[0066] Примеры нарушений и/или состояний, в которых присутствуют агломераты частиц в клеточных структурах, включают злокачественную опухоль, кристаллические микрочастицы в скелетно-мышечной системе или удаление татуировок. Они представляют собой только не ограничивающие образцовые состояния, которые можно лечить или на которые можно воздействовать посредством разрыва или разрушения клеток, содержащих агломераты частиц. В некоторых вариантах осуществления разрушение клеток, содержащих агломерации частиц, может быть обусловлено не тепловым разрушением клеточной мембраны конкретных клеток, вторичных по отношению к нелинейным процессам, сопровождающим распространение высокочастотных ударных волн, как рассмотрено выше.
[0067] Татуировки по существу представляют собой клетки фибробласты, которые содержат агломераты чернильных частиц. Поскольку захваченные чернильные частицы плотнее, чем биологические структуры клеток фибробластов, татуировки или клетки фибробласты, содержащие чернильные частицы, имеют большое различие в эластичности их структуры. Когда подвергают ударным волнам, клетки фибробласты, содержащие чернильные частицы, подвергают более сильному механическому напряжению по сравнению с другими клетками фибробластами, которые не содержат плотные частицы. Можно конфигурировать ударные волны, подлежащие доставке с оптимальной частотой и амплитудой, чтобы ускорять чернильные частицы в достаточной мере для того, чтобы разрушать конкретные клетки фибробласты, при этом оставляя интактными клетки фибробласты, которые не имеют конкретной разности в эластичности. Подробности о татуировках и биологическом процессе удаления высвобожденного из клеток фибробластов дополнительно рассмотрены ниже.
A. Татуировки
например
[0068] Чернила и краски для татуировок исторически получали из веществ, найденных в природе, и в целом они содержат гетерогенную суспензию пигментированных частиц и других примесей. Одним из примеров является китайская тушь, которая содержит суспензию частиц углерода в жидкости, такой как вода. Татуировки в целом получают посредством внесения чернил для татуировок в дерму, где чернила в целом остаются по существу постоянно. Этим способом вводят суспензию пигмента через кожу посредством чередования действий давление-всасывание, обусловленных эластичностью кожи в комбинации с движением вверх-вниз иглы для татуировок. Воду и другие носители для пигмента, вводимого в кожу, диффундируют через ткани и всасываются. Преимущественно нерастворимые пигментные частицы оседают в дерме, где располагаются. В татуированной коже пигментные частицы и агломераты в целом находят в цитоплазме клеток кожи (, фибробластах дермы) (т.е. в мембраносвязанных структурах, известных как вторичные лизосомы). Это может происходить из-за активного фагоцитоза дермальными клетками (например, макрофагами, фибробластами). Диаметр получаемых агломератов пигмента («агломератов частиц») может находиться в диапазоне вплоть до нескольких микрометров. После заживления кожи большинство пигментных частиц остается в интерстициальном пространстве кожной ткани. Чернила для татуировок в целом препятствуют элиминации из-за их инертности и относительно большого размера нерастворимых пигментных частиц. Татуировка может расплываться с течением времени, но в целом сохранится на протяжении жизни татуированного человека.
Arch Dermatol
Lasers in Surgery and Medicine
[0069] Чернила для татуировок типично содержат алюминий (87% пигментов), кислород (73% пигментов), титан (67% пигментов) и углерод (67% пигментов). Относительные вклады элементов в композиции чернил для татуировок значительно варьируют между различными соединениями. Дополнительную информацию можно найти в Timko, A. L; Miller, C. H; Johnson, F. B; Ross E. V: In Vitro Quantitative Chemical Analysis of Tattoo Pigments,  Vol.137, Feb 2001, 143-147, содержание которой включено посредством ссылки в полном объеме. Диаметры пигментов могут варьировать приблизительно от 20 нм приблизительно до 900 нм. Изображения трансмиссионной электронной микроскопии (TEM) показывают пигменты различных форм (например, иглы, пластинки, кубы, бруски и множество неправильных форм). В дополнение к основным частицам, агрегаты, состоящие из первичных частиц, выросших вместе на их поверхностях, и агломераты (группы отдельных кристаллов, соединенных вместе их ребрами) наблюдали на тех же изображениях TEM. Все подробности об изображениях TEM приведены в Baumler, W; Eibler, E.T; Hohenleutner, U; Sens, B; Sauer, J; и Landthaler, M; Q-switched laser and tattoo pigments: First results of the chemical and photophysical analysis of 41 compounds.  26:13-21(2000), которая включена посредством ссылки в полном объеме.
[0070] По меньшей мере в одном исследовании определяли размер частицы для трех коммерческих чернил для татуировок, как показано в таблице 1:
<b>Таблица 1</b>Размеры частиц татуировочных пигментов
<b>Цвет</b>
<b>Средний диаметр</b>
<b>Стандартное отклонение</b>
Viper Red
341 нм
189 нм
Agent Orange
228 нм
108 нм
Hello yellow
287 нм
153 нм
B. Удаление татуировок
[0071] В стандартных татуировках (декоративных, косметических и реконструктивных), когда пигмент или краску ввели в дерму для того, чтобы формировать татуировку, пигмент или краска в целом остается на месте постоянно. Это в целом может быть связано с активным фагоцитозом клетками дермы (макрофагами, фибробластами), которые предотвращают поглощение частиц и рассредоточение частиц по организму. Получаемые агломераты пигмента («агломераты частиц») могут иметь диаметр в диапазоне вплоть до нескольких микрометров.
[0072] Несмотря на общую неизменность татуировок, индивидуум может пожелать изменить удалить татуировки по различным причинам. Например, с течением времени у человека может произойти изменение намерений (или взглядов) и он может пожелать удалить или изменить художественное решение декоративной татуировки. В качестве другого примера, индивидуум с косметическими татуировками, такими как подводка глаз, бровей, или окраска губ, может пожелать изменить цвет или площадь татуировки с изменениями моды. К сожалению, в настоящее время нет простого и успешного способа, чтобы удалять татуировки. Один подход, который раскрыт (см. публикацию патентной заявки США № US 2003/0167964), представляет собой использование чернил для татуировок, которые можно удалять по требованию. Такие чернила могут состоять из микрочастиц, которые конструируют с удельным поглощением электромагнитных волн и/или структурными свойствами, которые облегчают изменение и/или удаление посредством применения конкретной энергии (такой как электромагнитное излучение от лазера или импульсной лампы). В других вариантах осуществления пигменты и/или носители пигментов могут быть восприимчивы к применяемому снаружи конкретному источнику энергии, такому как тепловой или световой (например, лазерный свет, инфракрасный свет или ультрафиолетовый свет). Одна проблема с подходом этого типа состоит в том, что он требует чернила этих новых типов и оказывает небольшой или нулевой эффект на татуировки, в которых использованы традиционные пигменты.
2
2
Arch. Dermatol.
Dermatol Surg
[0073] В настоящее время способы удаления традиционных татуировок (например, содержащая пигменты кожа) могут включать салабразию, криохирургию, хирургическое иссечение и CO-лазер. Эти способы могут требовать инвазивных процедур, связанных с потенциальными осложнениями, такими как инфекции, и обычно ведут к заметным шрамам. В последнее время использование лазеров с модулируемой добротностью широко принято для удаления татуировок. Дополнительную информацию относительно использования лазера с модулируемой добротностью для удаления татуировок можно найти в Ross, E. V; Naseef, G; Lin, C; Kelly, M; Michaud, N; Flotte, T. J; Raythen, J; Anderson, R. R; Comparison of Responses of Tattoos to Picosecond and Nanosecond Q-Switched Neodymium:YAG Lasers.  134:167-171 (1998), содержание которой включено посредством ссылки в полном объеме. За счет ограничения длительности импульса чернильные частицы в целом достигают очень высоких температур при относительно малом повреждении смежной нормальной кожи. Это значительно снижает образование шрамов, которое часто является результатом после неизбирательных способов удаления татуировок, таких как дермабразии или лечение CO-лазером. Механизмы удаления татуировок с помощью излучения лазера с модуляцией добротности до сих пор плохо изучены. Полагают, что лазер с модуляцией добротности делает возможным более специфичное удаление татуировок за счет механизмов избирательного фототермолизиса и термокинетической избирательности. Дополнительные подробности можно найти в Solis, R. R; Dayna, D G; Colome-Grimmer M. O; Snyder, M; Wagner R. F: Experimental nonsurgical tattoo removal in a guinea pig model with topical imiquimod and tretinoin,  2002; 28:83-877, которая включена посредством ссылки в полном объеме. В частности, полагают, что пигментные частицы способны поглощать лазерный свет, который вызывает нагревание частиц, что ведет к тепловому разрушению клеток, содержащих указанные частицы. Разрушение этих клеток ведет к высвобождению частиц, которые затем можно удалять из ткани посредством нормальных процессов поглощения.
Am J Clin. Dermatol
[0074] Несмотря на то, что лазер с модуляцией добротности может быть лучше, чем некоторые альтернативы для удаления татуировок, он не идеален. Некоторые татуировки устойчивы ко всем видам лазерной терапии, несмотря на прогнозируемые высокие температуры частиц, достигаемые посредством избирательного фототермолизиса. Приводимые причины невозможности удаления некоторых татуировок включают спектр поглощения пигмента, глубину пигмента и структурные свойства некоторых чернил. Неблагоприятные эффекты после лазерной терапии татуировок с использованием рубинового лазера с модулируемой добротностью могут включать изменения текстуры, образование шрамов и/или изменения пигментации. Временную гипопигментацию и изменения текстуры отмечают у вплоть до 50% и 12%, соответственно, пациентов, которых лечили александритовым лазером с модулируемой добротностью. Гиперпигментация и изменения текстуры представляют собой нечастые неблагоприятные эффекты Nd:YAG лазера с модулируемой добротностью и заболеваемость гипопигментационными изменениями в целом ниже чем при использовании рубинового лазера. Развитие локализованных и генерализованных аллергических реакций также является невозможным (даже если нестандартным) осложнением удаления татуировок с использованием рубинового и Nd:YAG лазеров с модулируемой добротностью. Дополнительно, лечение лазером может быть болезненным, так что местную инъекцию лидокаина или крем для местной анестезии типично используют перед лечением лазером. Дополнительную информацию об эффектах лечения лазером можно найти в Kuperman-Beade, M; Levine, V. J; Ashinoff, R; Laser removal of tattoos. . 2001; 2(1):21-5, содержание которой включено посредством ссылки в полном объеме.
[0075] Наконец, лазерное удаление в целом требует множество сеансов лечения (например, от 5 до 20) и может требовать дорогостоящего оборудования для максимального устранения. Типично, поскольку многие длины волн необходимы для лечения многоцветных татуировок, ни одну лазерную систему нельзя использовать отдельно для того, чтобы удалять все доступные чернила и комбинации чернил. Даже используя множество сеансов лечения, лазерная терапия может быть способна только устранять 50-70% татуировочного пигмента, что ведет к остаточным пятнам.
[0076] Определенные варианты осуществления данных способов включают: направление ударной волны (например, из варианта осуществления данных аппаратов) на клетки пациента; причем ударные волны выполнены с возможностью заставлять частицы разрушать одну или несколько клеток. Определенные варианты осуществления включают: предоставление варианта осуществления данных аппаратов; приведение аппарата в действие для того, чтобы формировать ударные волны, выполненные с возможностью заставлять частицы внутри пациента разрушать одну или несколько клеток пациента; и направление ударных волн на клетки пациента так, что ударные волны заставляют частицы разрушать одну или несколько клеток (например, посредством разрушения клеточной стенки или мембраны). В некоторых вариантах осуществления одну или несколько ударных волн выполняют с возможностью по существу не оказывать длительный эффект на клетки в отсутствие частиц (например, выполняют с возможностью по существу не вызывать постоянного или длительного повреждения клеток, которые не находятся достаточно близко к частицам, которые подлежат повреждению посредством частиц в присутствии ударных волн).
[0077] Определенные варианты осуществления данных способов включают фокусирование одной или нескольких ударных волн в конкретной области ткани, которая содержит клетки. В некоторых вариантах осуществления область ткани, в которой фокусируют одну или несколько ударных волн, находится на глубине под кожей пациента. Ударные волны можно фокусировать посредством любого из множества механизмов. Например, когда генератор акустических волн содержит ультразвуковую головку, ультразвуковая головка может представлять собой параболическую ультразвуковую головку, так что генерируемые акустические волны фокусируют посредством параболической формы в целевом направлении. В качестве другого примера, в вариантах осуществления данных аппаратов, которые содержат множество генераторов акустических волн, ударные волны можно фокусировать посредством генерации акустических волн различной частоты так, что фокусируемые акустические волны и получаемые ударные волны направляют посредством взаимодействия частот (например, подобно радару с фазовой решеткой). Фокусирование ударных волн может вести к более высокому давлению на целевые клетки, например, такому как давление 10 мПа, 15-25 мПа или более.
[0078] Определенные варианты осуществления данных способов дополнительно включают: идентификацию целевых клеток пациента, подлежащих разрушению (например, перед тем как направлять одну или несколько ударных волн на целевые клетки). В различных вариантах осуществления целевые клетки могут содержать любые из множества целевых клеток, такие как, например, целевые клетки, которые содержат состояние или нарушение, в котором участвуют клеточные агломераты частиц. Например, целевые клетки могут включать: татуировку, скелетно-мышечные клетки, содержащие кристаллические микрочастицы, волосяные фолликулы, которые содержат белок кератин, зубные фолликулы, которые содержат эмаль, клетки злокачественной опухоли и/или тому подобное. В качестве другого примера целевые клетки могут содержать одно или несколько нарушений кожи, выбранных из группы, состоящей из: черных точек, цист, пустул, папул и белых точек.
[0079] В некоторых вариантах осуществления частицы могут содержать не природные частицы. Один из примеров не природных частиц включает татуировочные пигментные частицы, такие как те, что обыкновенно располагают в дерме человека для того, чтобы создавать татуировку. В некоторых вариантах осуществления пигменты могут содержать элемент с атомным числом меньше 82. В некоторых вариантах осуществления частицы могут содержать какое-либо одно или комбинацию из: золота, диоксида титана, оксида железа, углерода и/или золота. В некоторых вариантах осуществления частицы имеют средний диаметр меньше чем 1000 нм (например, меньше чем 500 нм и/или меньше чем 100 нм).
[0080] На фиг.3 проиллюстрирован один из вариантов осуществления способа 100 использования аппарата 10a для того, чтобы направлять ударные волны в целевую ткань. В представленном варианте осуществления, способ 100 включает стадию 104, в которой целевые клетки 108 ткани 112 пациента идентифицируют для лечения. Например, ткань 112 может содержать кожную ткань и/или целевые клетки 108 могут содержать жировые клетки внутри кожной ткани или рядом с ней. В представленном варианте осуществления способ 100 также включает стадию 116, в которой корпус 18 располагают смежно с тканью 112 и/или тканью 116, так что ударные волны можно направлять к целевым клеткам 108. В представленном варианте осуществления способ 100 также включает стадию 120, в которой генератор 14 акустических волн располагают смежно с (и/или соединяют с) корпусом 18. В представленном варианте осуществления способ 100 также включает стадию 124, в которой генератор 14 акустических волн активируют для того, чтобы генерировать акустические волны, (при этом генератор акустических волн и корпус акустически связаны) для того, чтобы формировать ударные волны в корпусе 18 для доставки к целевым клеткам 108, как показано. В представленном варианте осуществления, способ 100 также включает стадию 128, в которой генератор 14 акустических волн отсоединяют от корпуса 18, и корпус 18 удаляют от ткани 112 или двигают относительно нее. В представленном варианте осуществления целевые клетки 108 не показаны на стадии 128, представляющей их разрушение. Другие варианты осуществления данных способов могут включать некоторые или все стадии, проиллюстрированные на фиг.3. Аппарат 10 можно реализовать аналогично аппарату 10a за тем исключением, что аппарат 10 может не быть выполнен с возможностью разборки и, таким образом, его можно располагать для того, чтобы направлять ударные волны к целевым клеткам, как целое.
Способы удаления отметок в тканях
например
например
[0081] В некоторых вариантах осуществления данных способов уменьшения отметок в тканях (например, татуировок), обусловленных пигментами в ткани дермы, включено использование одного из данных аппаратов. В таких способах, высокочастотные ударные волны передают на и в кожу пациента, так что когда ударные волны, генерируемые аппаратом по настоящему изобретению, достигают клеток дермы и возбуждают вибрацию внутрикожных частиц или ускоряют их, эти частицы совершают движение относительно клеточных мембран, что может вести к разрушению от усталости и разрыву клеток, тем самым высвобождая пигментные частицы. Затем высвобождаемые частицы можно удалять из окружающей ткани посредством нормальных процессов поглощения организмом пациента. В некоторых вариантах осуществления один из данных аппаратов можно располагать смежно с и/или так, что ударные волны от аппарата направляют на место в ткани, которое содержит татуировку, другие отметки в тканях или другие клеточные структуры, содержащие агломераты частиц. Для того чтобы вызывать изменение частиц (например, разрушение клеток, достаточное для того, чтобы высвобождать частицы для поглощения), ударные волны можно доставлять в конкретную область в течение периода времени, достаточного для того, чтобы разрушать клетки, содержащие пигментные частицы и/или расположенные смежно с ними, так что происходит высвобождение пигментных частиц. В некоторых вариантах осуществления данные аппараты имеют фокусную или эффективную область, которая может быть относительно малой по сравнению с татуировкой, так что аппарат можно периодически и последовательно фокусировать, направляя в различные области татуировки для того, чтобы вызывать уменьшение различимых пигментов по всей области татуировки. Например, параметры вариантов осуществления аппарата, раскрытого здесь, можно модифицировать для того, чтобы достигать желаемого числа ударов, доставляемых в конкретное место за желаемое количество времени. Например, в одном из вариантов осуществления ударные волны получают из акустических волн с частотой по меньшей мере 1 МГц согласно аспектам настоящего раскрытия и располагают в конкретном месте лечения в течение подходящего периода времени для того, чтобы доставлять по меньшей мере приблизительно 100, 200, 300, 400, 500 или 1000 ударных волн в мест* лечения. Ударные волны можно доставлять все сразу или через интервалы (, импульсы) ударных волн (такие как 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, и т. д. ударных волн за раз). Подходящий интервал и время между интервалами можно модифицировать и/или определять для того, чтобы достигать желаемого эффекта в месте лечения, , разрушения целевых клеточных структур. Понятно, что если используют акустические волны с более высокими частотами, такими как 2 МГц, 3 МГц, 4 МГц или 5 МГц, время лечения можно корректировать, вероятно, укорачивать время воздействия, чтобы достигать желаемого количества ударных волн, доставляемых в область лечения.
[0082] Как примут во внимание средние специалисты в данной области, в вариантах осуществления данных способов удаления татуировок частицы, поражаемые ударными волнами, содержат татуировочный пигмент (частицы), какой, например, может быть по меньшей мере частично расположен между и/или внутри клеток кожи пациента. Такие пигментные частицы, например, могут содержать по меньшей мере одно или комбинацию из любого из следующего: титан, алюминий, диоксид кремния, медь, хром, железо, углерод или кислород.
[0083] Использование высокочастотных ударных волн для того, чтобы удалять или уменьшать отметки на коже, имеет множество преимуществ над использованием лазеров. Например, лечение лазером для удаления татуировок может быть очень болезненным. В отличие от этого, высокочастотные ударные волны (например, ультразвуковые ударные волны) можно конфигурировать и/или применять так, что татуировки или другие отметки на коже могут быть удалены или уменьшены при небольших болевых ощущениях у пациента или безболезненно, в частности, например, когда ударные волны нацеливают или иным образом конфигурируют для того, чтобы разрушать только клетки, которые содержат татуировочные пигменты. В качестве другого примера, обнаружено, что лазерный свет, направленный на ткань, вызывает повреждение или разрушение окружающих тканей; тогда как высокочастотные ударные волны можно применять с тем, чтобы вызывать небольшое повреждение или разрушение окружающих тканей (например, поскольку в не татуированных окружающих тканях в целом отсутствует татуировочный пигмент или другие частицы, которые могут иным образом взаимодействовать с соседними клетками, чтобы вызывать разрушение клеток). Наконец, лазерное удаление татуировок часто требует множества сеансов лечения (например, 5-20 сеансов) для максимального устранения татуировки и/или часто требует использования дорогостоящего оборудования. Дополнительно, поскольку многие длины волн лазерного света могут быть необходимы для того, чтобы удалять многоцветные татуировки, множество лазерных систем может быть необходимо для того, чтобы удалять различные доступные чернила и/или комбинации доступных чернил. Как результат, общая стоимость лазерного удаления татуировок может быть чрезмерно высокой. Даже при использовании множества сеансов лечения, лазерная терапия может быть ограничена устранением только от 50 до 70% татуировочного пигмента, и может оставлять остаточные «пятна». В отличие от этого, высокочастотные ударные волны не зависят от цвета татуировочного пигмента, так что терапевтическое применение высокочастотных ударных волн не требует различных аппаратов для различных цветов пигмента, и так что высокочастотные ударные волны можно применять к относительно большой области (например, вся область татуировки), тем самым уменьшая число сеансов лечения, необходимое для достижения уровня удаления татуировок или снижения, который является приемлемым для пациента (например, снижение воспринимаемого пигмента в коже пациента на 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95 или больше процентов).
[0084] В некоторых вариантах осуществления данные способы включают применение высокочастотных ударных волн (например, с использованием одного или нескольких данных аппаратов) и применение лазерного света. Например, определенные варианты осуществления данных способов дополнительно включают направление пучка света из лазера с модулируемой добротностью на целевые клетки (например, татуированную кожу). В некоторых вариантах осуществления направление одной или нескольких ударных волн и направление пучка света осуществляют в переменной последовательности.
[0085] В некоторых вариантах осуществления данные способы включают доставку одного или нескольких химических или биологических средств (например, выполненных с возможностью содействовать удалению отметок в тканях, таких как татуировки) в положение у целевых клеток или рядом с ними до, после и/или одновременно с направлением одной или нескольких ударных волн на целевые клетки. Например, определенные варианты осуществления данных способов дополнительно включают нанесение химических или биологических средств на кожу (например, до, после и/или одновременно с направлением одной или нескольких ударных волн и/или пучка лазерного света на кожу). Примеры химических или биологических средств включают: хелаторы (например, этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА)); иммуномодуляторы (например, Имиквимод [5]); их сочетания; и/или другие подходящие химические или биологические средства. В различных вариантах осуществления, химические или биологические средства подлежат доставке трансдермально и/или системно (например, инъекция) в целевые клетки (например, можно наносить топически на татуированную кожу).
[0086] Определенные варианты осуществления данных способов удаления татуировок включают множество применений ударных волн к татуированной кожной ткани (например, длительность по меньшей мере 1 секунда (например, 10 секунд или больше), один в неделю в течение 6 недель или больше).
Способ лечения дополнительных нарушений и состояний
[0087] В дополнение к удалению татуировок, варианты осуществления данных способов могут включать применение высокочастотных ударных волн для лечения различных нарушений в состояниях, обусловленных и/или включающих симптомы клеточных агломератов частиц и/или частиц, расположенных во внутриклеточных пространствах и/или интерстициальных пространствах. Например, такие нарушения и/или состояния могут включать: заболевания суставов, связок, сухожилий и мышц с отложениями кристаллов и/или дерматологические нарушения, в которых участвуют агломераты частиц, включая акне, возрастные пятна и т.д. Дополнительно варианты осуществления данных способов могут включать применение высокочастотных ударных волн после доставки наночастиц в область пациента, которая содержит целевые клетки. Например, в некоторых вариантах осуществления наночастицы (например, наночастицы золота) доставляют в кровоток пациента внутривенно и позволяют перемещаться в область пациента, которая содержит целевые клетки (например, злокачественная опухоль), так что высокочастотные ударные волны можно направлять на целевую область для того, чтобы вызывать взаимодействие наночастиц с целевыми клетками и их разрушение.
[0001] Кроме того, варианты осуществления данных аппаратов (например, аппарат 10) можно использовать для уменьшения морщин. Например, определенные варианты осуществления данных способов генерации терапевтических ударных волн включают: предоставление какого-либо из данных аппаратов (например, аппарат 10); и приведение аппарата в действие для того, чтобы генерировать одну или несколько ударных волн. Определенные варианты осуществления дополнительно включают: расположение аппарата (например, конца вывода 34 корпуса 18) смежно с тканью пациента так, что по меньшей мере одна ударная волна входит в ткань. В некоторых вариантах осуществления ткань содержит кожную ткань лица пациента.
[0088] В вариантах осуществления данных способов, которые включают направление частиц (например, микрочастиц и/или наночастиц) в положении в целевых клетках или рядом с ними (перед тем как направлять ударные волны на клетки), частицы могут содержать: шелк, фиброин шелка, углеродные нанотрубки, липосомы и/или золотые нанооболочки. Например, в некоторых вариантах осуществления направление частиц может включать инъекцию пациенту текучей суспензии, которая содержит частицы. Суспензия, например, может содержать физиологический раствор и/или гиалуроновую кислоту.
[0089] Отложение кристаллов и других смешанных кристаллов в суставных и специфичных тканях может чести к множеству состояний заболеваний. Например, отложение урата моногидрата мононатрия (MSUM) в суставе может вести к подагре. В качестве другого примера, дигидрат пирофосфата кальция (CPPD) в суставных тканях и жидкостях может вести к множеству патологических состояний, таких как, например, хондрокальциноз (т.е. присутствие кальцийсодержащих кристаллов, обнаруживаемых в виде рентгеноконтрастных структур в суставном хряще). В качестве дополнительного примера, отложения кристаллов гидроксиапатита (HA) могут вести в кальцифицирующий тендинит и периартриту. В некоторых вариантах осуществления данных способов частицы могут содержать природные частицы (например, частицы, встречающиеся в природе внутри организма), такие как, например, кристаллические микрочастицы, такие как могут быть из и/или могут располагаться в скелетно-мышечной системе пациента. Другие примеры природных частиц, которые можно лечить и/или использовать в данных способах, включают: уратные кристаллы, кальцийсодержащие кристаллы и/или гидроксиапатитные кристаллы.
[0090] В вариантах осуществления данных способов, которые предназначены для лечения акне или других состояний кожи, частицы могут содержать грязь и/или дебрис, который расположен в одной или нескольких порах кожи пациента, и/или могут содержать белок кератин из кожи пациента.
[0091] Определенные варианты осуществления данных способов лечения опухолей или других нарушений включают множественное применение ударных волн к целевой ткани (например, опухоли, области кожи с акне или другим состояниям и т.д.), таким как, например, в течение по меньшей мере определенного времени (например, 10 секунд или больше), раз в неделю в течение 6 недель или больше.
[0092] Различные иллюстративные варианты осуществления устройств, систем и способов, описанные в настоящем документе, не предназначены для ограничения конкретными раскрытыми формами. Скорее, они включают все модификации и альтернативы, попадающие в объем формулы изобретения. Например, данные способы могут включать какие-либо комбинации стадий и признаков, описанных в приведенных выше вариантах осуществления (например, в комбинации с другими стадиями или признаками) в какой-либо комбинации и/или повторении.
[0093] Не подразумевают, что формула изобретения включает, и не следует ее интерпретировать как включающую, ограничения средство-плюс- или стадия-плюс-функция, пока такое ограничение в явной форме не изложено в данном пункте формулы изобретения с использованием фразы(фраз) «средство для» или «стадия для», соответственно.
[0094] Как раскрыто, определенные варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют преимуществам над другими способами использования ультразвука в терапевтических применениях. Например, в патенте США 5618275 рассмотрен способ облегчения проникновения терапевтического средства через кожу человека посредством применения относительно низкочастотных волн ультразвукового давления в диапазоне приблизительно от 15000 приблизительно до 25000 Гц к коже достаточно высокой интенсивности для того, чтобы вызывать кавитацию в коже. Эффект низкочастотных волн ультразвукового давления заключается в повышении проницаемости кожи для того, чтобы сделать возможным проникновение терапевтических средств в течение ограниченного периода времени. В другом примере, в патенте США 6487447 раскрыт аппарат, который применяет ультразвуковое излучение к раствору лекарственного средства, подлежащего применению к пациенту. Ультразвуковое излучение имеет частоту в диапазоне от 15 КГц до 1 МГц и его применяют при интенсивности, в течение определенного периода времени и на расстоянии от указанной области кожи, которые эффективны для того, чтобы генерировать кавитационные пузырьки. Кавитационные пузырьки схлопываются и переносят свою энергию на область кожи, таким образом вызывая формирование пор в области кожи. В публикации патента США № US2008/009774 (авторов настоящего изобретения) раскрыт способ лечения нарушений, обусловленных частицами в ткани, через использование ультразвукового излучения. Ультразвуковое излучение имеет частоту в диапазоне от 15 КГц до 2 МГц и его применяют при интенсивности и в течение периода времени, которые эффективны для того, чтобы генерировать кавитационные пузырьки, эффективные для того, чтобы схлопываться и переносить их энергию в частицы, что ведет к изменению частиц. Как указано выше, способ Klopotek из патента США № 6325769) создает отрицательное давление или эффект вакуума в ткани после импульса - который может вызывать повреждение ткани, разрыв структур ткани, нагревание области и, тем самым, запуск синтеза новой соединительной ткани. Раскрытия патентов США №№ 6325769 и 6487447 и публикаций патентных заявок США №№ US2008/009774 и US2003/0167964 включены посредством ссылки в полном объеме.
например
[0095] В отличие от этих способов, определенные варианты осуществления по настоящему раскрытию достигают нацеленного разрушения клеточных структур с гетерогенностями (, клетками, содержащими частицы) при минимальном кавитационном разрушении. Кроме того, непосредственное применение высокой ультразвуковой энергии согласно предшествующим способам может вести к неизбирательным изменениями и потенциально к разрушению клеток, отличных от тех клеток, которые содержат агломераты частиц. Генерируемые ударные волны по настоящему раскрытию можно конфигурировать для того, чтобы разрушать целевые клетки, не подвергая нецелевые клетки тепловому повреждению. То есть, разрушения можно достичь при минимальном неизбирательном нагревании окружающей области.
[0096] Несмотря на то что варианты осуществления по настоящему раскрытию и их преимущества описаны в деталях, следует понимать, что различные вариации, замены и изменения можно выполнять в настоящем документе, не отступая от сущности и объема раскрытия, как определено приложенной формулой изобретения. Кроме того, объем настоящей заявки не предназначен для того, чтобы ограничиваться конкретными вариантами осуществления процесса, машины, изготовления, композиции веществ, средств, способов и стадий, описанных в описании. Специалист в данной области с легкостью поймет из раскрытия настоящего изобретения, процессы, машины, изготовление, композиции веществ, средства, способы или стадии, которые существуют в настоящее время или будут разработаны позднее, которые осуществляют по существу ту же функцию или достигают по существу того же результата, что и соответствующие варианты осуществления, описанные в настоящем документе, можно использовать в соответствии с настоящим изобретением. Соответственно, предполагают, что приложенная формула изобретения включает в свой объем такие процессы, машины, изготовление, композиции веществ, средства, способы или стадии.