KR20170118745A

KR20170118745A - 조직에서 이물질을 제거하는 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20170118745A
Application number: KR1020177023157A
Authority: KR
Inventors: 미쉘 에이치. 슬래이톤
Original assignee: 가이디드 테라피 시스템스, 엘.엘.씨.
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2017-10-25
Also published as: EP3247288A1; US10624660B2; US20160206335A1; WO2016118583A1

Abstract

조직의 음향 치료를 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 음향 에너지, 예를 들어 적절한 기능 제어 하에 있는 초음파 에너지는, 조직으로 깊게 침투하고 정확하게 제어 될 수 있다. 몇몇 측면은 조직 내의 이물질과 같은 물체의 적어도 일부분을 제거하도록 구성된 방법을 제공한다.

Description

신체에서 목표된 조직의 제거를 위한 방법 및 시스템

본 발명은 조직에서 이물질을 제거하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

현재 환자의 조직에서 이물질을 제거하는 방법들은, 다양하고 복합적인 결과들을 가진다. 피부에 박힌 물질은 잘려질 수 있으나, 종종 흉터를 남긴다. 체외충격파쇄술 (extracorporeal shock wave lithotripsy, ESWL)과 같은 초음파 방식들은 신장결석을 부수는데 사용될 수 있다. 그러나, ESWL은 복잡한 이미지 처리, 환자에게 진정제 또는 마취제 투여를 요구하고, 주변의 건강한 조직에 영향을 미친다. 이에 따라, 부작용 및 특정 조직들에 대한 특정 기술들의 제한이 적은, 환자의 조직에서 이물질을 제거하는 새로운 기술들의 개발은 유용하다.

본 발명은, 음향 에너지 치료를 이용하여 조직에서 이물질을 제거하는 방법을 제공함으로써, 상술한 문제점들을 극복한다.

본 발명은, 이물질의 제거에 대한 비외과적(non-invasive)일 수 있는 조직의 음향 치료 방법을 제공한다. 상기 방법은, 에너지 분배 함수(energy distribution function)를 만들어서, 조직 내부로 직접적인 음향 에너지 적층을 포함할 수 있다. 에너지 분배 함수는, 이물질 또는 그의 일부분을 제거하기 위하여, 조직, 조직에 박힌 이물질 또는 그들의 결합 내부에서 목표 영역의 치료를 조절하기 위하여 조정될 수 있다. 이물질의 예시로서, 뼈 조작, 신장 결석, 담석, 누도 결석(tear-duct stone), 방광 결석(urinary bladder stone), 비결석(rhinolith), 작석(enterolith), 침샘관 결석(salivary duct calculus), 편도 결석(tonsillith), 파편, 플라스틱 조각, 목재 조각, 금속, 금속 산화물, 연필 심, 합금, 유리 파편, 의료 기기의 일부 및 이들의 조합이 있으며, 단 이에 한정되지는 않는다. 조직은, 표피층, 진피층, 지방층 및 근육층 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

일 측면에서, 본 발명은 이물질이 박힌 매체에 음향 역학적(acousto-mechanical) 또는 음향 탄성적(acousto-elastic) 효과를 유도하여, 이물질을 제거하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음 단계 중 하나 이상을 포함 할 수 있다: 이물질에 초음파 에너지원을 연결; 초음파 에너지원으로부터 펄스화 된 제 1 초음파 에너지를 이물질로 향하게 하고, 이로써 이물질에 음향 역학적 또는 음향 탄성적 효과를 일으킴. 초음파 에너지원은 100 kHz와 200 MHz 사이의 주파수 및 1 ps와 1 ms 사이의 펄스 지속 기간을 갖는 펄스화 된 제 1 초음파 에너지를 생성하도록 구성 될 수 있다. 초음파 에너지원은 100 kHz와 200 MHz 사이의 주파수, 1 ps와 1 ms 사이의 펄스 지속 기간, 1 kW와 50 kW 사이의 전력을 갖는 펄스화 된 제 1 초음파 에너지를 생성하도록 구성 될 수 있다. 펄스화 된 제1 초음파 에너지는 500 nJ에서 5 J까지의 펄스 에너지를 가질 수 있다. 이물질에서 음향 역학적 또는 음향 탄성 효과는 이물질의 파쇄 임계치(fragmentation threshold)을 초과 할 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명은 조직 내의 이물질 또는 그 일부를 치료함으로써, 이물질을 제거하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음 단계 중 하나 이상을 포함 할 수 있다: 조직에 박힌 이물질에 초음파 에너지원을 연결; 상기 초음파 에너지원로부터의 단일 초음파 에너지 펄스를 사용하여, 이물질에서 음향 역학적 또는 음향 탄성 효과를 개시. 음향 역학적 또는 음향 탄성 효과는 이물질의 파쇄 임계치를 초과하고, 서브 입자를 제거할 수 있는 면역반응을 개시할 수 있는 복수의 서브 입자 크기로 이물질 또는 그 일부를 파쇄할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 발명은, 조직 내의 이물질, 그 일부 또는 그 서브 입자를 제거하기 위한 초음파 치료 시스템을 제공한다. 초음파 치료 시스템은 초음파 소스 및 제어 시스템을 포함 할 수 있다. 초음파 소스는 100ps와 1ms 사이의 전파 초음파 펄스 지속 시간, 1kW에서 50kW 범위의 전파 초음파 펄스 전력 및 100kHz와 200MHz 사이의 전파 초음파 주파수를 갖는 전파 초음파 에너지(propagating ultrasound energy)를 방출하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템은, 500 내지 25,000의 강도 이득(intensity gain)에서 이물질을 함유하는 조직 내의 목표 영역에 전파 초음파 에너지를 방출하여 음향 역학적 또는 음향 탄성 효과를 개시하도록, 초음파 에너지원을 지휘하도록 구성될 수 있다. 음향 역학적 또는 음향 탄성 효과는 이물질, 그 일부 또는 그 서브 입자를 이동시킬 수 있다. 이물질, 그 일부 또는 그 서브 입자는 조직 표면으로 이동되거나, 조직으로부터 배출되거나, 또는 조직 내로 더 깊숙이 이동하여 신체에 흡수되거나 면역체계에 의해 제거 될 수 있다.

도 1은 이물질의 배치를 도시하는 조직층의 단면도
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른, 예시적인 초음파 전달 시스템을 도시하는 블록도
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른, 예시적인 초음파 소스의 블록도
도 4A는 본 발명의 일 측면에 따른, 예시적인 방법의 한 단계를 도시하는 단면도
도 4B는 본 발명의 일 측면에 따른, 예시적인 방법의 한 단계를 도시하는 단면도
도 4C는 본 발명의 일 측면에 따른, 예시적인 방법의 한 단계를 도시하는 단면도
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른, 에너지 효과와 음향 펄스 지속 기간 사이의 관계를 나타내는 그래프
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른, 예시적인 방법의 흐름도

본 발명이 더 상세히 설명되기 이전에, 본 발명은 설명된 특정한 실시 예에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용 된 용어는 특정한 실시 양태만을 설명하기 위한 것이며, 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 청구 범위에 의해서만 제한 될 것이다. 본원에서 사용 된 단수 형태 "a", "an"및 "the"는 문맥이 달리 명시하지 않는 한 복수의 실시 양태를 포함한다.

조직으로부터 이물질을 제거하기 위한 초음파 치료 및 작동과 관련된 특정 구조, 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 개념을 벗어나지 않고 이미 설명 된 것들 이외의 많은 추가 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 자명하다. 본 명세서를 해석함에 있어서, 모든 용어는 문맥에 따라 가능한 한 가장 넓은 방식으로 해석되어야 한다. "포함하는"이라는 용어의 변형은 요소, 구성 요소 또는 단계를 비독점적인 방식으로 언급하는 것으로 해석되어야 하며, 참조된 요소, 구성 요소 또는 단계는 명시적으로 없는 다른 요소, 구성 요소 또는 단계와 결합 될 수 있다. 특정 구성 요소를 "포함하는"것으로 언급 된 실시예는, 또한 이들 구성 요소로 "본질적으로 구성된다" 및 "구성되는" 것으로 고려된다. 특정 값에 대한 둘 이상의 범위가 열거 될 때, 본 개시는 명시적으로 열거되지 않은 범위의 상한 및 하한의 모든 조합을 고려한다. 예를 들어, 1과 10 사이 또는 2와 9 사이의 값에 대한 열거는, 1과 9 사이 또는 2와 10 사이의 값을 고려한다.

다양한 실시예들이 다양한 기능적 구성 요소들 및 처리 단계들로 설명 될 수 있다. 이러한 구성 요소 및 단계는, 특정 기능을 수행하도록 구성된 임의의 수의 하드웨어 구성 요소에 의해 실현 될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 다양한 실시예는, 하나 이상의 제어 시스템 또는 다른 제어 장치의 제어 하에 다양한 기능을 수행 할 수 있는, 다양한 미용 증진 장치, 시각적 이미징 및 디스플레이 장치, 입력 단자 등을 사용할 수 있다. 또한, 실시 예들은 임의의 수의 의학적, 비의학적 또는 미용적 환경에서 실시될 수 있으며, 여기에 기술된 조직으로부터 이물을 제거하기 위한 음향 조직 치료 방법 및 시스템과 관련된 다양한 실시 예는, 단지 의학 치료 또는 미용 증진에 사용하기 위한 응용의 몇 가지 예입니다. 예를 들어, 논의된 원리, 특징 및 방법들은 의료적, 비의학적 또는 미용적 용도에 적용될 수 있습니다. 더 나아가, 다양한 실시예의 다양한 양태는 피부, 피하층 또는 이들의 조합에 대한 의료적, 비의료적 또는 미용 용도에 적합하게 적용될 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어 "미용 증진(cosmetic enhancement)"은 의학적으로 필요하지 않고 신체 일부의 외관을 개선하거나 변경시키는 데 사용되는 과정을 의미 할 수 있다. 미용 증진은 의학적으로 건강 증진에 도움이 되지 않기 때문에, 질병이나 다른 건강 상태를 진단, 예방, 치료 또는 치유할 수 없습니다. 더불어, 미용 증진은, 사람 또는 동물의 몸에 시행되는 진단 방법 또는 치료가 아니고 수술에 의한 인간 또는 동물의 몸의 치료 방법이 아닙니다. 미용 증진은 비외과적이고 비침습적인 방법입니다. 일부 측면에서, 미용 증진은 의료 전문가가 아닌 사용자가 집에서 수행하는 비외과적이고 비침습적인 절차일 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "병변(lesion)"은 문맥 상 다르게 지시하지 않는 한, 공극, 병변 또는 이들의 조합을 의미한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "이물질(foreign object)"이라는 용어는 현재 존재하는 조직에 일반적으로 이물질인 대상을 지칭하지만 이에 국한되지는 않는다. 이물질의 예로는 뼈 조각, 신장 결석, 담석, 누도 결석, 방광 결석, 비결석, 작석, 침샘관 결석, 편도 결석, 파편, 플라스틱 조각, 목재, 금속, 금속 산화물, 연필 심, 합금, 유리 파편, 의료 기기의 일부분 또는 이들의 조합이 포함하나, 이에 한정되지는 않는다.

본 명세서에 사용된 용어 "조직(tissue)"은 표피층, 진피층, 지방층, 근육층, 피하 조직, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 지칭 할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "파쇄(fragmentation)"는, 다르게 명확히 지시하는 바가 없으면, 미세 폭발, 파쇄 또는 이들의 조합을 포함하는, 물질을 파괴하는 물질 내에서의 압력 또는 온도로 유도된 팽창을 지칭한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 " 파쇄 임계치(fragmentation threshold)"는 이물질을 조각으로 만드는 관심 영역 내의 이물질에 지향된 에너지의 최소량을 지칭한다. 파쇄는 급격하게 압력을 증가시키는 음향 역학적 효과, 급격하게 온도를 증가시키는 음향 탄성 효과 또는 이들의 조합의 결과 일 수 있다.

본 개시는, 조직의 음향 에너지 치료를 이용하는, 조직으로부터 이물질을 제거하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.

도 1을 참조하면, 박힌 이물질의 개략도를 도시하는 조직층(80)의 단면도가 나타나 있다. 면역 세포에 의해 빼내어지거나, 제거될 수 있게 림프 채널(92)로 운반될 수 없는 크기의 이물질(90)이 조직(80)에 존재한다.

도 2를 참조하면, 본 개시는 초음파 전달 시스템(100)을 제공한다. 초음파 전달 시스템은 하나 이상의 통신 도관(106)을 통해 서로 전자적으로 결합될 수 있는 초음파 에너지원 (102) 및 제어 시스템(104)을 포함 할 수 있다. 하나 이상의 통신 도관(106)은 유선 또는 무선 일 수 있다. 초음파 에너지원(102)은 전파 초음파 에너지(108)를 방출하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템(104)은 초음파 에너지원(102)이 전파 초음파 에너지(108)를 방출하게 유도하도록 구성될 수 있다.

계속 도 2를 참조하면, 본 개시는, 초음파 에너지원(102)이 표면과 같은 임의의 경계(110)를 지나고 관심 영역 ("ROI", 112)으로 초음파 에너지(108)를 전송할 수 있는 시스템 및 방법을 제공한다. 전파 초음파 에너지(108)는, 적어도 부분적으로 이물질(90)을 함유하는 ROI(112) 내의 목표 영역(114)에 전달될 수 있다. 전파 초음파 에너지(108)는 ROI(112) 내에 음향 에너지 필드 (116)를 생성 할 수 있다. ROI (112)는 본 명세서에 설명 된 바와 같이 매체를 포함 할 수 있다.

특정한 측면들에서, 초음파 에너지원(102)은 초음파 프로브 내에 위치 될 수 있다. 초음파 프로브는 선택적으로 휴대될 수 있다. 제어 시스템 (104)은 초음파 프로브 내에 또는 초음파 프로브로부터 멀리 위치 될 수 있다.

도 3을 참조하면, 초음파 에너지 소스 (102)는, 전파 초음파 에너지 (108)를 방출하도록 구성된 변환기(118)를 포함 할 수 있다. 초음파 에너지원은 전원 공급기(122)에 의해 작동되는 함수 발생기(120)를 더 포함 할 수 있다. 함수 발생기(120)는, 라디오 주파수("RF") 발생기, 주파수 발생기, 펄스 발생기, 파형 발생기, 또는 이들의 조합 일 수 있다. 전원 공급기(122)는 초음파 에너지원(102) 내에 또는 초음파 에너지원 (102)으로부터 멀리 위치 될 수 있다. 함수 발생기는 전파 초음파 에너지 (108)의 방출을 개시하는 구동 신호를 변환기(118)에 제공 할 수 있다. 구동 신호는 구동 주파수 및 구동 진폭을 가질 수 있다. 구동 신호는 RF 신호일 수 있습니다. 초음파 에너지원 (102)은, 구동 신호를 수신하고, 증폭된 구동 신호를 생성하기 위하여 구동 신호를 제어 가능하게 증폭하고, 증폭된 구동 신호를 변환기(118)로 송신하도록 구성된 증폭기 (124)를 선택적으로 포함 할 수 있다. 초음파 에너지원 (102)은 임피던스 매칭 네트워크(126)를 선택적으로 포함 할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(126)는, 함수 발생기(120) 또는 증폭기(124)의 임피던스가 정합하도록, 변환기(118)의 유효 임피던스 또는 부하를 조정하도록 구성 될 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(126)는, 함수 발생기(120)로부터 구동 신호를 수신하고 정합된 구동 신호를 변환기 (118)에 전송하거나 또는 증폭기 (124)로부터 증폭된 구동 신호를 수신하고 정합, 증폭된 구동 신호를 변환기(118)에 전송할 수 있다.

특정한 측면들에서, 전파 초음파 에너지 (108)는 펄싱 될 수 있다. 전파 초음파 에너지 (108)는 100ps 내지 1ms 범위의 전파 초음파 초음파 지속 기간을 가질 수 있다. 100ps 내지 1ms 범위는, 100ps 내지 1㎲, 100ps 내지 100㎲, 500ps 내지 500 ns, 500ps 내지 750 ns, 1 ns 내지 10 us, 1 ns 내지 500 us, 200 ns 내지 1 ms, 500 ns 내지 500 us, 1 us 내지 50 us, 1 us 내지 1 ms 또는 명시적으로 나타내지 않은 이들 범위의 상한과 하한의 조합을 포함하나 이에 한정되지는 않는다.

전파 초음파 에너지(108)는, 1 kW 내지 5 kW, 또는 1 kW 내지 10 kW 범위의 전파 초음파 펄스 전력을 포함하고 이에 제한되지 않는 1 kW 내지 50 kW 범위의 전파 초음파 펄스 전력을 가질 수 있다.

전파 초음파 에너지 (108)는 500 nJ 내지 5 J 범위의 전파 초음파 펄스 에너지를 가질 수 있으며, 500 nJ 내지 2.5 mJ, 500 nJ 내지 37.5 mJ, 500 nJ 내지 100 mJ, 500 nJ 내지 500 mJ, 200 uJ 내지 5 J, 500 uJ 내지 5 J, 1 mJ 내지 250 mJ, 1 mJ 내지 5 J 범위 또는 명시적으로 나타내지 않은 이들 범위의 상한과 하한의 조합을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

여기에 기술된 초음파 펄스 지속 시간은, 초음파 펄스의 지속 기간 자체에 대응되고, 구동 펄스의 지속 기간 또는 초음파 발생과 관련된 어떠한 다른 펄스에 대응하지 않는다. 초음파 펄스 지속 시간은 -6dB 펄스 빔 폭 또는 -3dB 펄스 빔 폭으로 측정될 수 있다.

특정 측면들에서, 전파 초음파 에너지 (108)는 특정 주파수를 가질 수 있다. 전파 초음파 에너지 (108)는 100 kHz 내지 200 MHz 범위의 전파 초음파 주파수를 가질 수 있다. 100 kHz 내지 200 MHz 범위의 전파 초음파 주파수는, 500 kHz 내지 25 MHz, 500 kHz 내지 200 MHz, 1 MHz 내지 5 MHz, 1 MHz 내지 7 MHz, 1 MHz 내지 10 MHz, 1 MHz 내지 20 MHz, 1 MHz 내지 25 MHz, 1 MHz 내지 30 MHz, 1 MHz 내지 50 MHz, 1 MHz 내지 200 MHz, 2 MHz 내지 5 MHz, 2 MHz 내지 10 MHz, 2 MHz 내지 200 MHz, 3 MHz 내지 7 MHz 또는 명시적으로 설명되지 않은 범위의 상한 및 하한의 조합의 전파 초음파 주파수 범위를 포함하나 이에 한정되지는 않는다.

특정 측면들에서, 초음파 에너지원(102)는, 초음파 에너지원(102)로부터의 방사 직후의 강도에 대한 소정의 강도 이득(intensity gain)을 갖는 목표 영역(116)에 전달 초음파 에너지(108)를 전달하도록 구성 될 수 있다. 강도 이득은 500 내지 25,000 범위 내일 수 있다(1000 내지 10,000의 범위를 포함하지만 이에 한정되지는 않음). 강도 이득은 적어도 500 또는 적어도 1000 일 수 있다.

특정 측면들에서, 초음파 에너지(108)는 표면 아래의 다양한 깊이로 전달되도록 구성 될 수 있다. 예를 들어, 초음파 에너지(108)는, 표면 아래 0.1mm와 50mm 사이의 깊이로, 표면 아래의 0.2mm와 2mm 사이의 깊이 또는 적어도 3mm 아래의 깊이를 포함하지만 이에 국한되지 않는, 전달되도록 구성 될 수 있다

특정 측면들에서, 초음파 전달 시스템(100)은, ROI(112)의 적어도 일부를 이미징 하도록 구성된 초음파 영상기(imager)를 더 포함 할 수 있다. 상기 초음파 영상기는 상기 초음파 프로브 내에 또는 상기 초음파 프로브로부터 멀리 위치 할 수 있다. 초음파 영상기는 조직(80) 내의 이물질(90)의 깊이 또는 크기를 결정하는데 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

특정 측면들에서, 초음파 전달 시스템(100)은, 2 차 전파 초음파 에너지를 ROI(112) 또는 이물질(90)에 전달하여, 그곳에 2 차 초음파 에너지 필드를 설정하도록 구성된 2 차 초음파 에너지원을 더 포함 할 수 있다. 2 차 초음파 에너지를 전달하기 위한 한 세트의 파라미터는, 100kHz 내지 200MHz 범위의 2 차 초음파 주파수, 1kW 내지 10kW 범위의 2 차 초음파 전력 및 500us 내지 10s 범위의 2 차 초음파 펄스 지속 기간을 포함 할 수 있다. 이러한 조건들 하에서 2 차 초음파 에너지를 전달하는 것은 이물질 (90)에서의 열 효과, 캐비테이션 효과 또는 이들의 조합을 개시 할 수 있다.

특정 용도에 있어서, 2 차 초음파 주파수는, 약 500 kHz 내지 25 MHz, 500 kHz 내지 200 MHz, 1 MHz 내지 5 MHz, 1 MHz 내지 7 MHz, 1 MHz 내지 10 MHz, 1 MHz 내지 20, 1 MHz 내지 25 MHz, 1 MHz 내지 30 MHz, 1 MHz 내지 200 MHz, 2 MHz 내지 5 MHz, 2 MHz 내지 10 MHz, 2 MHz 내지 200 MHz, 또는 명시적으로 제시되지 않은 범위의 상한 및 하한의 조합의 범위일 수 있다.

특정 용도에 있어서, 2 차 초음파 출력은, 1kW 내지 10kW 범위 일 수 있다. 특정 용도에 있어서, 2 차 펄스 지속 시간은, 500us 내지 1ms, 500us 내지 10ms, 500us 내지 100ms, 500us 내지 1s, 1ms 내지 50ms, 1ms 내지 500ms, 1 ms 내지 1 s, 1 ms 내지 10 s, 50 ms 내지 100 ms, 50 ms 내지 1 s, 50 ms 내지 10 s, 100 ms 내지 1 s, 500 ms 내지 10 s 또는 1 s 내지 10s초, 또는 명시적으로 기재되지 않은 범위의 상한 및 하한의 조합의 범위일 수 있다.

특정 측면들에서, 초음파 전달 시스템(100)은 2 차 에너지를 ROI (112)의 적어도 일부에 전달하도록 구성된 2 차 에너지원을 더 포함 할 수 있다. 2 차 에너지원은 광자 기반 에너지 원, RF 에너지원, 마이크로파 에너지원, 플라즈마 소스, 자기 공명 소스 또는 정압 또는 부압을 생성 할 수 있는 기계적 장치일 수 있다. 광자 기반 에너지원의 예는, 레이저, 강한 펄스 광원, 발광 다이오드 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 2 차 에너지원은 초음파 프로브 내에 위치하거나 초음파 프로브로부터 멀어 질 수 있습니다. 2 차 에너지원은 전파 초음파 에너지(108)의 전달 이전, 도중 또는 이후에 2 차 에너지를 전달하도록 구성 될 수 있다. 특정한 측면들에서, 초음파 전달 시스템(100)은 ROI(112)로부터 에너지를 제거하도록, 예를 들어, ROI (112)에 냉각 효과로 제공, 구성된 에너지 싱크를 더 포함 할 수 있다.

도 4A, 도 4B 및 도 4C를 참조하면, 피부 표면(98)과 같은 제1 매질 표면(136) 및 표피층(96)과 같은 제1 매질 층 (138)을 통해, 진피층 (94)과 같은 제2 매질 층 (140) 내부로 전파 초음파 에너지 (108)를 지향시키고, 피하 조직층과 같은 제 3의 매질 층 (142)으로는 전달되지 않고 결과 효과를 이끄는 초음파 에너지원(102)의 연속적 단면도가 나타난다. 전파 초음파 에너지(108)는 제2 매질 층(140)에 박힌 이물질 (90) 내부로 전달 될 수 있다.

도 4A를 참조하면, 이물질 (90) 및 제2 매질 층 (140)의 주위 부분 내에 음향 에너지 필드(116)가 설정되지 이전을 나타낸 단면도가 도시되어있다. 이물질의 외부 표면과 같은 경계(110)는 제2 매질 층으로부터 이물질 (90)을 분리한다.

도 4B를 참조하면, 이물질(90) 및 제2 매질 층(140)의 주위 부분에 음향 에너지 필드(116)를 생성하기 위하여, 전달 초음파 에너지(108)가 경계 (110)를 통과해 이물질 (90)을 내부로 가고, 이물질(90) 내부에 비선형 효과를 일으킬 수 있다. 특정한 측면들에서, 비선형 효과는 이물질 (90) 내의 음향 역학적 효과, 음향 탄성 효과, 또는 이들의 조합 일 수 있다.

도 4C를 참조하면, 비선형 효과가 복수의 서브 입자(146)를 생성 할 수 있는 이물질 (90)의 파쇄를 일으킨 후에 단면도가 도시된다. 특정한 측면들에서, 서브 입자들(146)은 표면으로부터 이물질 (90)보다 보이지 않게 되는 크기이다. 특정한 측면들에서, 서브 입자 (146)는 면역 세포에 의해 잡힐(up-take) 수 있고, 제거를 위해 림프 채널(92)을 통해 림프계로 운반 될 수 있는 크기이다. 특정한 측면들에서, 이물질 (90)의 음향 임피던스는 제2 매질 층(140)의 음향 임피던스보다 클 수 있고, 경계(110)는 이물질(90)과 제2 매질 층(140) 사이의 음향 임피던스 부정합의 위치 일 수 있다.

이물질 (90)은 10 nm 내지 500 um의 직경을 가질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 25 nm 내지 250 um, 50 nm 내지 100 um, 100 nm 내지 50 um, 250 nm 내지 10 um, 500 nm 내지 1 um, 또는 명시적으로 제시되지 않은 이들 범위의 하한과 상한의 조합의 직경일 수 있다.

도 5를 참조하면, 시간으로 표현된 초음파 펄스 지속 기간의 x축(201) 및 초음파 펄스 강도의 y축(211)을 갖는 그래픽 표현(200)은, 매체에서의 다양한 초음파 음향 에너지 개시 효과의 영역을 도시한다. 또한 도시된 바와 같이, 일부 도메인은 중복 될 수 있습니다. 이러한 도메인은 근사치이며, 주파수의 변화, 매체의 차이 또는 둘 다와 같은 다양한 이유로 인해 도메인의 경계가 바뀔 수 있다. 당업자는 본 명세서에 기술된 방정식 및 당업자에게 공지된 방정식을 사용하여 이러한 변화의 효과를 계산할 수 있다. 이러한 도메인은 1MHz 내지 2GHz의 주파수 범위에서 근사치가 될 수 있습니다. 그러나 주파수 범위는 더 좁을 수 있습니다(예, 1MHz 내지 30MHz). 일부 응용에서, 주파수 범위는 1MHz 내지 10MHz, 1MHz 내지 7MHz 또는 2MHz 내지 5MHz 일 수 있다.

계속 도 5를 참조하면, 논의될 제1 도메인은 열 효과 도메인(208)이다. 열 효과는 음향 에너지의 진동으로부터 매체의 목표영역에서 분자들의 마찰을 발생시킴으로써 매체의 온도를 상승시킨다. 상이한 에너지 분포 필드는 매체에 하나 이상의 열 효과를 생성 할 수 있다. 에너지 분포 필드는 매체의 목표영역에서 등각(conformal) 상승된 온도 분포를 생성할 수 있다. 열 효과 도메인 (208)에 대한 초음파 펄스 지속 기간은, 전술 한 바와 같이, 주파수 범위에서 밀리세컨드(ms) 에서 수분의 범위이다.

계속 도 5를 참조하면, 논의 될 제2 도메인은 캐비테이션의 도메인(206)이다. 충분히 높은 음향 강도에서, 캐비테이션은 매체의 액체 부분에서 미세 기포가 형성되는 것이다. 초음파 필드와 미세 기포의 상호 작용은, 미세 기포를 매개체에서 진동 시키거나(비관성 캐비테이션 또는 동적 캐비테이션), 성장 시키고 결국 자체적으로 붕괴(관성 캐비테이션)시킬 수 있습니다. 관성 캐비테이션 동안에, 기포 내부의 매우 높은 온도가 발생하고, 붕괴는 매체에 역학적 손상을 일으킬 수 있는 충격파와 연관된다. 그러나 매체에 대한 손상의 결과는 예측할 수 없습니다. 진정한 고체 매질은 미세 기포 형성에 필요한 액체를 전혀 포함하지 않기 때문에, 초음파 에너지는 고체 매질에서 캐비테이션 효과를 유발할 수 없다. 캐비테이션 도메인(206)에 대한 초음파 펄스 지속 기간은, 전술 한 바와 같이, 주파수 범위에서 밀리세컨드(ms)에서 수초의 범위이다. 열 효과의 영역(208)과 캐비테이션 영역(206)의 오버랩(226)이 있다. 오버랩(226)에서, 열 효과 및 캐비테이션 효과 모두가 발생할 수 있다.

계속 도 5를 참조하면, 논의될 제3 도메인은 음향 역학적 효과의 도메인(204)이다. 음향 역학적 효과는, 초음파 에너지와 함께 목표영역 내의 분자들의 상호작용 에너지를 극복함으로써, 매체 내에서 목표영역의 파괴이다. 예를 들어, 음향 역학적 효과는, 목표영역의 압력을 안쪽에서 바깥으로 극적으로 증가시킬 수 있는 역학적 수단을 통해서, 매체의 열 용량을 극복 할 수 있으며, 따라서 목표영역에서 온도가 상당히 상승 할 수 있다. 음향 역학적 효과에 의해 시간 t와 위치 r에서 발생된 압력 P(r,t)은, 다음 식으로 나타낼 수 있다.

여기서, β는 매질의 열팽창 계수, v는 매질 속의 소리의 속도, C _p 는 매질의 열용량, h(r,t)는 매질 내의 단위 시간 및 부피 당 발열량이다.

음향 역학적 효과는 매체의 목표영역에서 파쇄를 일으킬 수 있습니다. 음향 역학적 효과는 목표영역에서의 매체의 파쇄의 임계치 이상으로 목표영역의 압력을 증가시킬 수 있다. 파쇄 압력은, 특정한 매체(예, 조직)의 목표영역에 있는 물질(예, 이물질)이 폭발(부서짐, 파쇄)할 때 발생하는 최소 압력입니다. 음향 역학적 효과(204)의 도메인에 대한 초음파 펄스 지속 기간은, 전술 한 바와 같이, 주파수 범위에서 나노세컨드(ns) 내지 밀리세컨드(ms)의 범위 내에 있다. 캐비테이션의 도메인(206)과 음향 역학적 효과의 도메인(204)의 중첩영역(224)이 존재한다. 중첩영역(224)에서 캐비테이션 및 음향 역학적 효과 모두가 발생할 수 있다.

계속 도 5를 참조하면, 논의될 제4 도메인은 음향 탄성 효과의 도메인(202)이다. 음향 탄성 효과는, 음향 파의 압력 진동과 수반되는 음향 파에 의해 발생된 매체 내의 단열 온도 진동의 조합으로부터 발생하는 매체에서의 효과이다. 주변 매질의 온도는 변하지 않는다. 음향 탄성 효과는, 매체의 목표영역에서 분자들의 탄성 임계치를 극복할 수 있는 효과이다. 음향 탄성 효과는, 열 확산에 의해 내부에서 외부로 온도를 상승시켜서, 목표영역에서 온도를 급격히 상승시켜 목표영역의 압력을 상승시킬 수 있다. 음향 탄성 효과에 의해 시간 t와 위치 r에서 발생된 온도 T(r,t)는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

여기서 α는 매체의 열확산 계수이고 ρ는 매체의 밀도입니다.

음향 탄성 효과는 매체의 목표영역에서 파쇄를 일으킬 수 있는 목표영역(114) 내 분자들의 열 탄성 연결을 파괴 할 수 있다. 음향 탄성 효과는, 목표영역에서 매체의 파쇄 온도보다 높은 온도로 목표영역의 온도를 상승시킬 수 있다. 파쇄 온도는 특정한 매체(예, 조직)의 목표영역에 있는 물질(예, 이물질)이 폭발(부서짐, 파쇄)되는 최소 온도이다. 음향 역학적 효과의 도메인(202)에 대한 초음파 펄스 지속 기간은, 전술 한 바와 같이, 주파수 범위에서 피코세컨드(ps) 내지 밀리세컨드(ms)의 범위에 있다. 음향 역학적 효과의 도메인(204)과 음향 탄성 효과의 도메인(202)의 중첩(222)이 있다. 중첩(222)에서 음향 역학적 효과 및 음향 탄성 효과 모두가 발생할 수 있다.

음향 역학적 효과는 매체의 목표영역에서 엄청나고 빠른 압력 증가를 야기한다. 음향 탄성 효과는 매체의 목표영역에서 엄청나고 빠른 온도 증가를 야기한다. 음향 역학적 효과와 음향 탄성 효과는 광 음향 효과와 다르다. 광 음향 효과는 광 에너지를 음향 에너지로 변환하는 것이다. 음향 역학적 효과와 음향 탄성 효과는 광 역학적 효과와 다르다. 광 역학적 효과는 광 에너지를 기계 에너지로 변환하는 것이다. 따라서, 초음파 소스는 광 음향 또는 광 역학적 효과를 개시 할 수 없다. 특정한 측면에서, 음향 역학적 또는 음향 탄성 효과는 물질의 물질 상태의 변화를 개시 할 수 있다.

음향 에너지 필드(116)의 공간 제어는 전파 초음파 에너지(108) 방사의 공간 제어에 의해 달성 될 수 있다. 전파 초음파 에너지(108) 방출의 공간 제어를 달성하는 한가지 수단은, 제어 시스템(104)에 의한 초음파 에너지원(102)의 구성을 통하는 것이다. 예를 들어, 공간 제어는 다음 중 하나 이상을 통해 달성 될 수 있다: 음향 에너지원(102)의 배치를 변화시킴; 세 개의 병진 운동 자유도와 세 개의 회전 자유도를 포함한 여섯 개의 자유도 중 어느 하나에서 음향 에너지원(102)의 방향을 변화시킴; 음향 커플링 인터페이스의 온도와 같은 환경 파라미터를 변화시킴; 커플링 물질을 변화시킴; 음향 에너지원(102)의 기하학적 구성을 변화시킴; 초음파 에너지원(102) 내의 전달 요소 또는 전극의 수를 변화시킴; 하나 이상의 렌즈, 가변 집속 장치, 스탠드 오프(stand-off), 변환기 배킹(backing) 또는 음향 정합 층을 이용; 및 초음파 기술 분야에서 당업자에게 알려진 다른 공간 제어 프로세스. 공간 제어는 개방 루프 또는 폐 루프의 피드백 알고리즘(예, 신호 또는 효과, 그리고 신호 또는 효과를 최적화하기 위해 신호 또는 효과를 생성하는 공간적 특성을 모니터링)에 의해 가능하게 될 수 있다. 전파 음향 에너지(108)는 파장 의존적인 최소 초점 스폿 크기로 초점을 맞출 수 있다.

음향 에너지 필드 (116)의 시간 제어는, 전파 초음파 에너지 (108)의 방출을 시간적으로 제어함으로써 달성될 수 있다. 전파 초음파 에너지 (108) 방출의 시간 제어를 달성하는 하나의 수단은 제어 시스템(104)에 의한 초음파 에너지원(102)의 구성을 통하는 것이다. 예를 들어, 시간 제어는 다음 중 하나 이상을 통해 달성 될 수 있다: 구동 진폭을 변화시킴; 구동 주파수를 변화시킴; 구동 파형을 변화시킴; 구동 타이밍 시퀀스를 변화시킴; 펄스 반복율을 변화시킴; 전파 초음파 에너지 (108) 방출의 아포디제이션(apodization); 초음파 기술 분야에서 당업자에게 알려진 다른 시간 제어 프로세스. 개방 루프 또는 폐 루프의 피드백 알고리즘에 의하여, 예를 들어 신호 또는 효과 그리고 신호 또는 효과를 최적화하기 위해 신호 또는 효과를 생성하는 시간적 특성을 모니터링 하여, 시간 제어가 가능하게 될 수 있다.

본 명세서에 개시된 방정식과 현상 및 초음파 치료 분야의 당업자에게 공지된 다른 방정식과 현상을 이용하여, 사용자는 적절한 공간 및 시간 파라미터를 결정하여 제어 시스템 (104)에 제공 할 수 있으며, 이는, 목표 매체(예, 조직 (80)) 또는 물체(예, 이물질(90)과 같은 물질 내에서 예측 가능한 음향 에너지 필드(116)를 야기시키는 예측 가능한 전파 초음파 에너지(108)를 생성하도록 초음파 에너지원(102)을 지휘할 수 있다. 본 명세서에 개시된 방정식과 현상 및 당업자에게 공지된 다른 방정식과 현상을 이용함으로써, 당업자에 의해 수학적으로 결정될 수 있는 음향 에너지 함수에 의해, 음향 에너지 필드(116)는 설명 될 수 있다. 음향 에너지 함수는 세 개의 공간 차원과 하나의 시간 차원을 포함 할 수 있다.

음향 에너지 필드 (116)는, 하나 이상의 음향 에너지원(102)에 의해 생성된 2개 이상의 음향 에너지 필드(116)의 대수적, 기하학적, 컨볼루션된(convolved) 또는 다른 수학적 조합으로부터 발생할 수 있다. 음향 에너지 필드(116)는 설계된 3차원 열 에너지 분포에 대응될 수 있다.

특정한 응용에 있어서, 초음파 에너지를 전달하기 위한 한 세트의 파라미터는, 약 500kHz 내지 약 25MHz 범위의 초음파 주파수, 약 1kW 내지 약 10kW의 범위의 초음파 전력, 약 500 ns 내지 약 500 us 의 범위의 초음파 펄스 폭 및 약 500 uJ 내지 약 5 J 범위의 초음파 에너지일 수 있다. 특정한 응용에 있어서, 초음파 주파수는 약 1 MHz 내지 약 5 MHz의 범위 일 수 있다. 이러한 조건 하에서 초음파 에너지를 전달하는 것은, 목표영역(114)에서 파괴의 복쉘(voxel of destruction)을 생성하고, 목표영역(114)에서 음향 기계적 효과를 개시하고, 목표영역(114)에서 음향 탄성 효과를 개시하거나 이의 조합과 같은, 목표영역(114)에서 비선형 효과를 개시할 수 있다.

특정한 응용에 있어서, 초음파 에너지를 전달하기 위한 파라미터 세트는, 약 1 MHz 내지 약 10 MHz 범위의 초음파 주파수, 약 1 kW 내지 약 5 kW 범위의 초음파 전력, 약 1 us 내지 약 50 us 범위의 초음파 펄스 폭 및 약 1 mJ 내지 약 250 mJ 범위의 초음파 에너지를 포함할 수 있다. 이러한 조건들 하에서 초음파 에너지를 전달하는 것은, 목표영역(114)에서 음향 역학적 효과를 개시하는 것과 같이, 목표영역(114)에서 비선형 효과를 개시 할 수 있다. 몇몇 측면들에서, 이러한 조건들 하에서 초음파 에너지를 전달하는 것은, 목표영역(114)에서 음향 역학적 효과 및 캐비테이션 효과를 개시하는 것과 같이, 목표영역(114)에서 비선형 효과 및 역학적 효과를 개시할 수 있다.

특정한 응용에 있어서, 초음파 에너지를 전달하기 위한 파라미터 세트는, 약 2 MHz 내지 약 200 MHz의 범위의 초음파 주파수, 약 1 kW 내지 약 5 kW 범위의 초음파 전력, 약 500 ps 내지 약 500 ns 범위의 초음파 펄스 폭 및 약 500 nJ 내지 약 2.5 mJ 범위의 초음파 에너지를 포함할 수 있다. 특정한 응용에 있어서, 초음파 주파수는 약 2MHz 내지 약 5MHz의 범위 일 수 있다. 이러한 조건 하에서 초음파 에너지를 전달하는 것은, 목표영역(114)에서 음향 역학적 효과, 음향 탄성적 효과 또는 이들의 조합을 개시하는 것과 같이, 목표영역(114)에서 비선형 효과를 개시할 수 있다.

특정한 응용에 있어서, 초음파 에너지를 전달하기 위한 한 세트의 파라미터는, 약 100kHz 내지 약 200MHz 범위의 초음파 주파수, 약 1kW 내지 약 50kW 범위의 초음파 전력, 약 500ps 내지 약 750ns 범위의 초음파 펄스 폭 및 약 500 nJ 내지 약 37.5 mJ 범위의 초음파 펄스 폭을 포함할 수 있다. 이러한 조건 하에서 초음파 에너지를 전달하는 것은, 목표영역(114)에서 음향 역학적 효과, 음향 탄성적 효과 또는 이들의 조합을 개시하는 것과 같이, 목표영역(114)에서 비선형 효과를 개시할 수 있다.

특정한 응용에 있어서, 초음파 에너지를 전달하기 위한 한 세트의 파라미터는, 약 2 MHz 내지 약 10 MHz의 범위의 초음파 주파수, 약 1 kW 내지 약 5 kW 범위의 초음파 전력, 약 200 ns 내지 약 1 ms 범위의 초음파 펄스 폭 및 약 200uJ 내지 약 5J 범위의 초음파 에너지를 포함할 수 있다. 이러한 조건 하에서 초음파 에너지를 전달하는 것은, 목표영역(114)에서 목표영역(114)에서 파괴의 복쉘(voxel of destruction)을 생성하고, 목표영역(114)에서 음향 기계적 효과를 개시하고, 목표영역(114)에서 음향 탄성 효과를 개시하거나 이의 조합과 같은, 목표영역(114)에서 비선형 효과를 개시할 수 있다.

특정한 측면들에 있어서, 전술한 파라미터 세트 중 임의의 파라미터는, 파라미터 세트에 개시된 범위 내에서 맞는 본 개시의 다른 곳에서 개시된 범위를 포함 할 수 있다. 원하는 효과에 따라, 시간 파라미터를 변경하기 위해 인터리빙 펄스(interleaving pulses)가 이용될 수 있거나, 공간 파라미터, 시간 파라미터 또는 둘 다를 변경하기 위해 2개 이상의 펄스화 된 초음파 에너지가 이용 될 수 있다.

특정한 측면들에 있어서, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 물체(예, 이물질) 내에서 발생 된 음향 역학적 효과 또는 음향 탄성 효과는 매체의 영률(Young's Modulus)을 극복하기에 충분할 수 있다. 영률을 극복하면 물체가 조각나거나 부서지거나 폭발할 수 있다. 영률 (E)는 다음 식으로 계산할 수 있다.

여기서 σ는 물체에 작용하는 인장 응력, ε은 물체에 작용하는 힘, F는 물체에 작용하는 힘, A ₀ 는 힘이 가해지는 원래의 단면적, L ₀ 는 물체의 원래 길이 그리고 ΔL은 물체의 길이가 변하는 양이다.

초음파 에너지원(102)은, 커플링 물질(coupling agent)에 의해, 목표영역(114), ROI(112), 경계(110) 또는 이들의 임의의 조합에, 직접 또는 간접적으로 음향적으로 결합 될 수 있다. 특정한 측면들에서, 음향 커플링 물질은, 물, 음향 커플링 겔, 음원으로부터 물체로의 음향 임피던스의 원하는 변형을 제공하는 다른 재료 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택 될 수 있다.

도 6을 참조하면, 이물질(90) 또는 그 일부를 서브 입자(146)로 조각내기 위한 음향 역학적 또는 음향 탄성 효과를 생성함으로써 이물질을 제거하는 방법(300)이 도시되어 있다. 서브 입자(146)는 이물질보다 조직에서 잘 보이지 않을 수 있다. 서브 입자(146)는 면역 세포에 의해 잡힐(up-take) 수 있는 크기 일 수 있고, 제거를 위해 림프 채널(92)을 통해 림프계로 이송 될 수 있다.

계속 도 6을 참조하면, 방법(300)은, 프로세스 블록 302에서, 조직(80) 내의 이물질(90)의 깊이 및 크기를 결정함으로써, 초음파 전달 시스템에 통합된 초음파 영상기에 의해 이물질 (90)을 표적화 하는 것으로 시작될 수 있다. 특정한 측면들에서, 방법(300)은 이물질(90)과 조직(80) 사이의 경계(110)를 표적화 하는 것을 포함 할 수 있다. 조직 표면에 약물(예, 마취제 또는 초음파 커플링 겔)을 가하거나(304) 기계적 효과가 가해지는(306), 표적화 후의 추가적 단계들이 방법(300)에 포함될 수 있다.

계속 도 6을 참조하면, 방법(300)은, 프로세스 블록 304에서, 이물질(90)에 초음파 에너지원(102)를 결합시키고, 초음파 에너지원(102)으로부터 펄스화 된 초음파 에너지(108)를 이물질(90)로 향하게 하는 단계를 포함 할 수 있다. 특정한 측면들에서, 방법(300)은, 초음파 에너지원(102)을 이물질(90)과 조직(80) 사이의 경계(110)에 결합시키고, 초음파 에너지원(102)으로부터 펄스화 된 초음파 에너지(108)를 이물질(90)과 조직(80) 사이의 경계 (110)로 향하게 하는 단계를 포함 할 수 있다.

이물질(90) 내부로 펄스 초음파 에너지(108)를 향하게 하는 것은, 이물질(90)에서 음향 역학적 또는 음향 탄성 효과를 개시 할 수 있다. 펄스 초음파 에너지(108)는, 본 명세서에 개시된 바와 같은, 초음파 특성을 가질 수 있다. 방법 (300)은 제1 에너지, 제2 에너지, 제3 에너지 또는 제n 에너지를 동시에 또는 다양한 시간 지연을 가지고 전달하는 단계를 포함 할 수 있다. 제1, 제2, 제3 또는 제n 에너지는 초음파 에너지 또는 부차적인 에너지일 수 있다. 방법(300)은 펄스화 된 초음파 에너지의 전달 이전에 이물질(90)에 제2 초음파 에너지를 전달하는 단계를 포함 할 수 있다. 제2 초음파 에너지는 목표영역 또는 이물질(90)과 주변 조직(80) 사이의 음향 불일치를 생성하거나 증대 시킬 수 있다.

프로세스 블록 310에서, 방법(300)에 의해 생성된 음향 역학적 또는 음향 탄성 효과는 파쇄 임계치를 극복할 수 있고, 이에 따라 목표영역(114)에 위치한 이물질(90) 내에서 파쇄를 일으킬 수 있다. 특정한 특면들에서, 파쇄는 서브 입자들(146)을 생성할 수 있다.

프로세스 블록 312에서, 특정 크기의 서브 입자는 면역 세포에 의해 채취되고, 조직에서 제거되는 림프 채널(92)로 이송될 수 있다. 방법(300)은, 이물질 또는 그의 일부를 제거하기 위해, 이물질의 충분한 수의 서브 입자가 조직으로부터 제거 될 때까지 프로세스 블록 312에 의해 지시되는 동안에 반복 될 수 있다

초음파 에너지가 광 흡수와 같은 공진 과정에서 흡수되지 않기 때문에, 이 방법 (300)은 이물질의 색에 무관하다고(color blind to the color of the foreign object) 이해되어야 한다. 더욱이, 방법 (300)은 피부에 색소침착저하(hypo-pigmentation)를 생성하지 않는다.

특정한 측면들에서, 여기에 개시된 시스템 및 방법은, 이물질(90) 및 조직(80)의 음향 임피던스가 다른 시스템에도 적용될 수 있다. 이물질(90)의 음향 임피던스는 조직(80)의 음향 임피던스보다 적어도 10 % 더 클 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니지만, 적어도 25 % 이상, 적어도 50 % 이상, 적어도 75 % 이상, 적어도 100 % 이상, 적어도 200 % 이상, 적어도 500 % 이상 또는 이물질(90)의 음향 임피던스는 조직(80)의 음향 임피던스보다 적어도 1000 % 클 수 있다. 이물질(90)의 음향 임피던스는 조직(80)의 음향 임피던스보다 작을 수 있다. 물체 또는 매체의 음향 임피던스는, 통상적으로 레일(rayl) 단위로 보고되고, 임의의 물체 또는 매체에 대하여 계산될 수 있다(Z = ρV, 여기서 ρ는 물체 또는 매체의 밀도, V 는 물체 또는 매체에서의 음향 속도).

특정한 측면들에서, 조직 (80)은, 1.5MRayls 내지 1.8MRayls 사이의 음향 임피던스 또는 1.6MRayls 내지 1.7MRayls 사이의 음향 임피던스를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 1.3MRayls 및 2.0MRayls 사이의 음향 임피던스를 가질 수 있다.

특정한 측면들에서, 이물질(90)은, 2.5MRayls와 10MRayls 사이의 음향 임피던스를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 2MRayls와 100MRayls 사이의 음향 임피던스를 가질 수 있다.

특정한 측면들에서, 이물질(90)은 뼈 조각일 수 있다. 뼈 조각의 음향 임피던스는 7.7MRayls 내지 7.8MRayls 또는 약 7.75MRayls 일 수 있다.

특정한 측면들에서, 이물질(90)은 플라스틱 조각 일 수 있다. 플라스틱 조각의 음향 임피던스는 2.5MRayls와 5MRayls 사이 일 수 있다.

특정한 측면들에서, 이물질 (90)은, 예를 들어 목재의 파편과 같은, 목재 조각 일 수 있다. 목재 조각의 음향 임피던스는 0.1MRayls에서 1.5MRayls 사이 일 수 있다.

특정한 측면들에서, 이물질(90)은, 예를 들어 황동, 알루미늄, 금 또는 몰리브덴 조각과 같은, 금속 조각 일 수 있다. 금속 조각의 음향 임피던스는 40MRayls와 64MRayls 사이 일 수 있다. 이 범위를 벗어나는 금속 조각의 음향 임피던스는 본 발명에 포함되는 것으로 고려되어야 한다.

특정한 측면들에서, 이물질(90)은 의료 장치일 수 있다. 의료 장치는 플라스틱 및 금속과 같은 재료의 조합일 수 있습니다. 의료 장치는 의료 장치를 둘러싼 조직과 음향 불일치를 가질 수 있다.

여기에 기술 된 시스템 및 방법은, 본 명세서에 기재된 다양한 이물질(90) 및 조직(80)에 관한 음향 임피던스의 데이터베이스를 포함 및 / 또는 이용할 수 있다.

제어 시스템(104)은 이물질(90)의 재질 또는 음향 임피던스를 식별하는 입력과 같은 사용자 입력을 수신하도록 구성 될 수 있다. 제어 시스템(104)은 원하는 효과를 달성하기 위해 필요한 음향 에너지를 자동으로 계산할 수 있고, 계산된 특성을 갖는 전파 초음파 에너지(108)를 전달하도록 초음파 에너지원(102)을 지시하게 구성 될 수 있다.

본 명세서에 기재된 매질 또는 조직은, 거시 환경 내에서 거시 환경 및 미세 환경을 가질 수 있다. 경계는 거시 환경 내의 미세 환경을 정의 할 수 있습니다. 목표영역은 미세 환경을 포함할 수 있다. 관심 영역은 미세 환경과 거시 환경의 적어도 일부를 모두 포함 할 수 있다. 미세 환경은 제1 음향 임피던스를 갖는 제1 재료를 포함 할 수 있고, 거시 환경은 제1 음향 임피던스와 다른 제2 음향 임피던스를 갖는 제2의 상이한 재료를 포함 할 수 있다. 일부 측면에서, 거시 환경은 피하 조직일 수 있으며, 미세 환경은 이물질일 수 있습니다.

미세 환경으로의 초음파 에너지의 전달은 주변 거시 환경에 최소한의 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 초음파 에너지의 전달은, 미세 환경에서 물질의 상태를 변화시키고 주변 거시 환경에서 물질의 상태에 최소한의 영향을 줄 수 있다.

본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은, 의학적 및 비의학적 용도에 유용 할 수 있다. 일 측면에서, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 음향 조직 치료에 유용 할 수 있다. 일 측면에서, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은, 피부, 피하 조직층 또는 이들의 조합의 미용적 증진과 같은 미용적 용도에 유용 할 수 있다. 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 비침습성 및/또는 비외과적 용도에 유용 할 수 있다.

본 발명은 다양한 예시적인 구성을 참조하여 위에서 설명되었다. 그러나, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 예시적인 구성에 변경 및 수정이 가해질 수 있음을 인식 되어야 할 것이다. 예를 들어, 다양한 동작 단계 및 동작 단계를 수행하기 위한 구성 요소는, 특정한 응용 또는 시스템의 동작과 관련된 임의의 수의 비용에 따라 대체 방법으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 다양한 단계들이 삭제되거나, 수정되거나, 다른 단계들과 결합 될 수 있다. 또한, 전술 한 바와 같은, 초음파 처리를 위한 방법 및 시스템은 환자 근처의 사용자에 의해 사용하기에 적합하지만, 시스템은 또한 원격으로 액세스 될 수 있다. 즉, 사용자는 위성/무선 이나 IP 또는 디지털 케이블 네트워크와 같은 유선 접속에 의한 것과 같은 다양한 통신 방식으로 전송된 영상 정보를 갖는 원격 디스플레이를 통해 볼 수 있고, 트랜스 듀서에 대한 적절한 배치에 관해서는 현장 시술자에게 지시 할 수 있다. 또한, 다양한 예시적인 실시예가 비침습적 구성을 포함 할 수 있지만, 침습적 치료 용도의 적어도 일정 레벨에 대해서 시스템이 구성될 수도 있다. 이들 및 다른 변경 또는 수정은 다음의 청구 범위에 설명 된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims

조직과 음향 임피던스가 매칭되지 않는 이물질을 조직에서 제거하는 비외과적 방법으로서,
a) 상기 이물질을 표적화 하는 단계;
b) 상기 이물질에 초음파 에너지원을 연결시키는 단계; 상기 초음파 에너지원은 100 kHz와 200 MHz 사이의 주파수, 1 ps와 1 ms 사이의 펄스 지속 기간 및 1 kW와 50 kW 사이의 전력을 갖는 펄스화 된 제 1 초음파 에너지를 생성하도록 구성됨
c) 500 nJ에서 5 J까지의 펄스화 된 상기 제1 초음파를 상기 초음파 에너지원으로부터 상기 이물질로 향하게 하여, 상기 이물질 내에서 음향 역학적 또는 음향 탄성적 효과를 개시하는 단계를 포함하는, 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 펄스 지속 기간은 1 ns 내지 10 ?s 인 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 초음파 주파수는 1 MHz 내지 30 MHz 인 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제1항에 있어서,
d) 상기 c) 단계에 이어서, 적어도 100 ?s의 펄스 지속 기간을 가지는, 상기 초음파 에너지원 또는 제2 초음파 에너지원으로부터의 제2 초음파 에너지를 상기 이물질 또는 그 일부로 향하게 하여, 상기 이물질 또는 그 일부 내에서 제2 효과를 개시하는 단계를 더 포함하는 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 제2 효과는 캐비테이션 효과 또는 열효과인 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 음향 역학적 또는 상기 음향 탄성적 효과는 상기 이물질의 파쇄 임계치(fragmentation threshold)를 초과하는 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 펄스화 된 제1 초음파 에너지는 단일한 초음파 펄스인 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 조직은 피하 조직인 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 음향 역학적 또는 음향 탄성적 효과는, 상기 조직에서 상기 이물질의 적어도 일부를 이동시키는 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 음향 역학적 또는 음향 탄성적 효과는, 상기 조직에서 상기 이물질의 적어도 일부를 상기 조직의 표면을 향하여 이동시키는 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제10항에 있어서,
상기 음향 역학적 또는 음향 탄성적 효과는, 상기 조직에서 상기 이물질의 적어도 일부를 배출시키는 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 음향 역학적 또는 음향 탄성적 효과는, 상기 조직의 표면에서 멀리 상기 이물질의 적어도 일부를 이동시키는 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 음향 역학적 또는 음향 탄성적 효과는, 표피를 통하여 더 이상 보이지 않는 깊이로 상기 이물질의 적어도 일부를 이동시키는 조직에서 이물질을 제거하는 방법.
100ps와 1ms 사이의 전파 초음파 펄스 지속 시간, 1kW에서 50kW 범위의 전파 초음파 펄스 전력 및 100kHz와 200MHz 사이의 전파 초음파 주파수를 갖는 전파 초음파 에너지를 방출하도록 구성된 초음파 소스;
500 내지 25,000의 강도 이득(intensity gain)에서 매체 내부의 목표 영역에 위치된 이물질에 전파 초음파 에너지를 방출하게 하여, 상기 이물질 내에서 음향 역학적 또는 음향 탄성 효과를 개시시키게 구성되는 제어 시스템; 을 포함하는 이물질을 제거하는 초음파 치료 시스템.
제14항에 있어서,
상기 펄스 지속 기간은 1 ns 내지 10 ?s 인 이물질을 제거하는 초음파 치료 시스템.
제14항에 있어서,
상기 초음파 주파수는 1 MHz 내지 30 MHz 인 이물질을 제거하는 초음파 치료 시스템.
제14항에 있어서,
제2 초음파 소스를 더 포함하고,
상기 초음파 소스 또는 제2 초음파 소스는, 적어도 100 ?s의 제2 전파 초음파 펄스 지속 기간을 가지는 제2 전파 초음파 에너지를 배출하도록 구성되고,
상기 제어 시스템은, 상기 목표 영역으로 상기 제2 전파 초음파 에너지를 방출하도록, 상기 초음파 에너지원 또는 상기 제2 초음파 에너지원을 지휘하게 구성되는 이물질을 제거하는 초음파 치료 시스템.
제14항에 있어서,
상기 초음파 에너지원은, 단일 초음파 펄스를 방출하도록 구성되고,
상기 단일 초음파 펄스는, 상기 이물질 내에서 상기 음향 역학적 또는 음향 탄성적 효과를 개시하는 이물질을 제거하는 초음파 치료 시스템.
조직에 박힌 이물질을 치료하는 비외과적 방법으로서,
a) 상기 조직에 박힌 상기 이물질에 초음파 에너지원을 연결시키는 단계;
b) 상기 초음파 에너지원으로부터의 단일한 초음파 에너지 펄스를 이용하여, 상기 이물질의 파쇄 임계치(fragmentation threshold)를 초과하는 음향 역학적 또는 음향 탄성적 효과를 상기 이물질에서 개시하는 단계; 를 포함하는 조직에 박힌 이물질을 치료하는 비외과적 방법.
제19항에 있어서,
상기 조직은, 피하 조직인 조직에 박힌 이물질을 치료하는 비외과적 방법.