专利名称：用于对组织层进行实时监测的方法及设备的制作方法美体塑形装置操作成通过采用多种理疗方法来对脆弱的身体组织层进行处理。所述方法向组织施加各种形式的能量，其中一种为温热疗法，其包括以光、射频(RF)、超声波、 电解脂肪电泳、电离子透入和微波以及它们的任意组合的形式向组织施加热能。由于所有的温热疗法将组织温度提高到大约40-60摄氏度，有必要对组织温度和组织层的类型进行监测。现有技术中所采用的方法典型地采用诸如热电偶或热敏电阻的传感器来对所处理的身体组织温度进行监测，热电偶或热敏电阻包含在电极或转换器中，通过电极或转换器能量被施加到皮肤上。其他的方法采用超声波监视器，其基于超声波回波反射或折射来确定温度的变化。许多美体塑形方法还采用真空室。真空室中的吸力将要被处理的组织吸入到室内且处理能量被施加到组织上。通常，美体塑形装置施用器被耦连到要被处理的组织区块，而不对组成该部分的组织层的构成进行仔细监测。这可导致将不打算被处理的、诸如肌肉的组织层吸入真空室，并施加导致不可逆损害的热能到其上。通常，在美体塑形期间也可通过采用主要仅对被处理的脂肪组织层进行的定量监测，采用超声波回波成像来跟随处理期间的进程。目前，所采用的监测方法，正如上述所提到的，不监测离散组织层中的温度。
所公开的方法和设备采用超声波束来对要被处理的身体组织的组织类型构成和每个身体组织类型或层处的温度进行实时监测。此外，所公开的方法和设备还提供美体处理期间的基于超声波的热控制。根据所公开的方法和设备的示例性实施例，施用器包括外壳、操作成将超声波束发射到组织区块中的超声波束第一转换器和操作成接收所发射的波束的第二转换器。第一转换器和第二转换器中的每一个都由一个或多个压电元件组成。附加地或可替换地，第一和第二转换器中的每一个都可发射和/或接收超声波束。根据所公开的方法和设备的另一个示例性实施例，外壳可包括真空室，其施加真空以便将组织区块吸入到室内。根据所公开的方法和设备的另一个示例性实施例，室壁也可操作成将所发射的超声波束的传播路径从第一传播路径转换到与其平行的第二传播路径。这允许对较远组织区域中的组织构成和温度进行监测，该较远组织区域由于物理限制 (诸如处于真空室内部的组织突出部的顶端)先前没有被监测。根据所公开的方法和设备的另一个示例性实施例，转换器元件可被设置在一个或多个两维或三维的空间构造内。第一转换器元件可操作成将脉冲形式的超声波束发射穿过要被处理的组织突出部。控制器可被用于从接收白第二转换器的超声波束获得信息，并与第二转换器进行通信。这种信息可包括传播速度、幅值和衰减中的变化。控制器可分析该信息以在处理期间之前和在处理期间过程中确定组织构成(例如，皮肤和脂肪、脂肪和肌肉等等)以及每个组织类型或层处的层类型(例如，皮肤、脂肪、肌肉等等)和温度。根据所公开的方法和设备的另一个示例性实施例，控制器也可操作成从所接收的超声波束信号获得包括穿过离散组织层的波束传播速度中的变化的信息，并分析该信息以实时确定组织层类型(例如，皮肤、肌肉或脂肪)和组织层构成中的变化(例如，穿透肌肉层到达被处理的脂肪组织层，等等)。根据所公开的方法和设备的另一个示例性实施例，控制器可将处理参数中的变化通信给能量发生器。根据从设备的控制器所接收的输入信息，该发生器可停止或开始第一转换器的激励，或者可选择地，可改变激励的水平。根据所公开的方法和设备的另一个示例性实施例，施用器可采用以由光、射频 (RF)、超声波、电解脂肪电泳、电离子透入和微波组成的组中的至少一个的形式的一个或多个热能源。根据下面的详细说明，连同参考附图，将会理解和领会所公开的方法和设备，其中图IA和IB为互相成直角的简化剖视图，其阐释了在美体处理施用器真空室中被采用以便对组织处理区域的构成和/或温度进行监测的所公开的方法和设备的示例性实施例。图2为阐释了在美体处理施用器的真空室中被采用以便对较远的组织处理区域的构成和/或温度进行监测的所公开的方法和设备的另一个示例性实施例的简化剖视图。图3A，;3B和3C为在美体处理施用器中被采用以便对组织处理区域的构成和/或温度进行监测的所公开的方法和设备的另一个示例性实施例中的压电元件的构造的简图。图4A和4B为根据所公开的方法和设备的另一个示例性实施例的第一和第二转换器中的压电元件的构造的简图和用于控制该压电元件的电子系统的框图。图5为在诸如图IA和IB和/或3A和中的美体处理施用器的美体处理施用器的真空室中被采用以便对组织处理区域的构成和/或温度进行监测的所公开的方法和设备的另一个示例性实施例的电子系统构造的简易框图。图6为根据所公开的方法和设备的另一个示例性实施例描述所接收的超声波束脉冲信号的曲线图。图7A，7B, 7C和7D为根据所公开的方法和设备的示例性实施例阐释超声波传播的简图。术语表在本公开中所使用的术语“转换器”和“收发器”表示能量转换装置，例如压电元件，其发射和/或接收超声波束并可被交换地使用，它们的功能(诸如发射或接收超声波) 由它们在设备中的预定位置和连接到控制器的电连接来限定，这将在下面详细描述。本公开中的术语“身体组织”表示任何表面身体组织层，主要为下面的身体组织层皮肤、脂肪及肌肉中的一个或多个。本公开中所使用的术语“柱体”表示具有直的平行侧面和选白诸如圆形、方形、三角形等等的几何形状的组的横截面的三维形状。
转换器1 和128的压电元件134可由选自由陶瓷、聚合物和组合物组成的组的一个或多个压电材料构成，并可被定位在选自由两维和三维空间构造组成的组中的一个或多个预定构造中。例如，在图IA和IB中，压电元件134被定位在形成两维弧状构造的单块平面上。在图3A和;3B中，压电元件334还被定位在形成两维平行构造的单个平面上。可从信号中提取的信息量取决于脉冲的形状。上升时间越短(几毫秒)它可提供的信息量越大。应选择声波的源以及其尺寸来使得能产生这样的脉冲。根据所公开的方法和设备的示例性实施例，元件134由具有压电特性的聚合材料，尤其聚偏二氯乙烯(PVDF) 制成。另一个实施例可采用压电复合材料，其由陶瓷和聚合物构成。PVDF的选择允许产生宽的波长范围(spectrum of wavelength)和具有较短脉冲信号上升时间的超声波脉冲。这允许接收与光束在组织层内部传播的行为(例如，声速、幅值、频率和/或衰减)有关的最大量的信息。所接收的信息可被进一步分析以便标识波束传播穿过的组织的类型和温度。 脉冲信号上升时间可小于200ns，典型地小于100ns，且更典型地小于50ns。所接收的中心线(声轴)频率谱可位于500KHz与IOMHz之间，典型地位于1. 5MHz与4MHz之间，且更典型地位于2. 5MHz与3. 5MHz之间。PVDF元件的厚度，商业上可获得的厚度为8微米-220微米，影响超声波束的带宽。 典型地，压电元件的厚度(D)被设置成小于最大频率(f)处的波长(λ)的一半，以使得D < 1/2λ，在(fmJ 处。另外，较低的厚度允许支持以较低的电压值产生声能的压电元件的较大电容。例如，PVDF的8微米厚度可提供高达25MHz的带宽。根据所公开的方法和设备的示例性实施例，典型的带宽可大约为15MHz，且更典型地为IOMHz以及更典型地为3MHz。提供这样的带宽值的PVDF元件的厚度典型地小于500微米以及更典型地小于250微米、小于100或更典型地小于50微米。由于压电材料的物理电性质，会理解，转换器1 和128的每一个都能用作收发器，在由接收白发生器的电压激励时发射超声波束，或者将所接收的超声波束转换成通信给控制器的电信号。转换器1 和128的功能可取决于设备100的电路结构，或者由控制器(未示出)对所发射的超声波束从转换器126到转换器1 或反之的方向性的控制来确定。附加地或可替换地，转换器1 和1 可操作成用作收发器，其每一个都由至少一个操作成发射超声波束的元件134和至少一个操作成接收超声波束的元件134组成。根据所公开的方法和设备的示例性实施例，控制器也可操作成在处理期间之前和之中，从转换器1 获得与声速、幅值、频率及衰减中的变化有关的信息，并分析该信息以确定每个组织层处的组织构成(例如，皮肤和脂肪、脂肪和肌肉，等等)、层类型(例如，皮肤、脂肪、肌肉，等等)和温度。随后，控制器可将那里的组织层类型或温度变化与预定的处理协议相比较，并确定所标识的组织层类型与即将施加到身体组织的处理的兼容性和/或身体组织层温度中的变化的临界状态，导致基于该变化和临界状态采取一个或多个行动。 这种功能例如可为下面内容的一个或多个在数据库中记录与该变化和临界状态有关的信息，在显示器上显示该信息，将该变化和临界状态通信给远程用户，在打印输出上打印该信息，基于临界状态向用户警示该变化，以及基于临界状态改变处理过程。控制器也可操作成单独控制转换器1 和1 中的每个元件134，并确定超声波束脉冲传递的次序。
在图IB所阐释的所公开的方法和设备的示例性实施例中，真空室104的壁130和 132还包括定位在其内表面的热能传递表面140。热能传递表面140操作成施加以选自由光、射频(RF)、超声波、电解脂肪电泳、电离子透入和微波组成的组的一个或多个形式的热能。转换器126和1 也可定位在与加热表面140有关的多个预定构造中，例如，诸如基本垂直于热能传递表面140或位于相同的平面以及邻近于热能传递表面140。所公开的设备的另一个示例性实施例也可采用向皮肤组织层108施加RF能的方法，而同时例如通过采用例如在申请人的US专利申请2006/0036300中所描述的导热液体介质来在外部冷却皮肤组织层108的表面。根据所公开的方法和设备的另一个示例性实施例，沿着其布置转换器1 和1 的元件的平面基本上互相平行并总体上垂直于处于放松状态的皮肤组织层108的表面(例如，位于室104外部的)，而壁120，122，130和132的面是倾斜的，以便为进行美容处理的对象提供增强的舒适性。倾斜的角度可取决于对象的皮肤特性。紧实和紧致的皮肤可比松弛的皮肤需要更倾斜和/或更浅的室深度，更弹性的皮肤可更易于符合较不倾斜的室壁。由壁的空间定向之间的差异形成的腔124，间隔开转换器1 和128的表面与室壁120和122 以及吸靠到其内表面上的组织突出部106之间的距离。腔124的出现使得必需在转换器 126和1 与壁120和122之间分别提供折射率匹配的介质，以使得最小化声损耗并保持所期望的声波传播的方向和速度以及改善转换器的效率，这一点将在本文中更详细的说明。现在参考图2，其为被在美体处理施用器200的真空室204中采用以便对较远组织处理区域(诸如定位在组织突出部206的尖端的组织区域沈0)进行监测的所公开的方法和设备的另一示例性实施例的简化剖视图。图2阐释了包括外壳202、第一转换器2 和第二转换器228的施用器200。处理区域260定位在突出部206的顶点。可替换地，在处于放松(静止)状态时，处理区域例如可定位在距皮肤组织208(未示出)的表面大约0. 5-lcm的深度处。所接收的最准确的信息是从超声波束的中心线获得，这一点将在下面详细描述。 在这种构造中，所发射的超声波束的中心线可被折射以便穿过所期望的组织区域(例如， 处于突出部206的顶点或距皮肤层208的深处)传播。折射使由转换器2 发射的超声波束的路径从第一传播路径240移位到与其平行的第二传播路径250，并且，超声波束的路径从第二传播路径250移位回第一传播路径以便由转换器2 接收的再次转换允许对组织层210的类型和/或突出部206的尖端处的处理区域的温度的准确监测并在选择要被监测的皮肤组织层和/或部分上允许较大的灵活性。 这也确保了超声波束基本上直接从转换器2 传播到转换器228，这一点将在下面更详细地说明。细节K为放大的部分图2，且阐释了所发射的超声波束230从第一传播路径240到与其平行的第二传播路径250的转换。在细节K中，(Cl)表示腔224中的声速，(C2)表示假定壁216和220由相同的材料(例如，Ultem 1000)制成时在壁216和220中的声速， 以及(O)表示组织突出部206内部的声速。可替换地，壁216和220也可由其他材料制成以允许声音以多个预定的速度传播。腔2M可由现有技术中已知的并在下面详细描述的任何超声波声折射率匹配材料填充。腔224中的折射率匹配材料的声学特性(诸如声阻抗，指示穿过折射率匹配材料行进的波束的性能)影响诸如声速和折射角的參数。因此，匹配材料的特性，诸如阻抗，需 要与被监测的组织的特性相类似，以至于使超声波的衰减(即，信息的损失或失真)及折射 最小化。当例如横跨例如外壳壁230与腔2M之间、和/或腔2M与室壁220之间、和/或 室壁220与组织突出部206的表面之间的边界时，可发生这样的折射。例如，人类组织的阻 抗大约为1. 5MRayl (瑞利)。诸如蓖麻油，更有甚者为水的材料，具有大约1. 4-1. 5MRayl的 声阻杭。这允许超声波束以最小的衰减、反射及折射平行于组织层传播。这样的材料还可 包括诸如塑料或聚氨酯的楔形插入物。诸如聚氨酯的聚合物材料，其还具有接近于人体的 声阻抗的声阻杭，易于在上部频谱处产生较高的衰减。由塑料薄壁形成并填充有水的楔形 物，在上述的感兴趣的频谱上具有最小的衰减。匹配的楔形物和它的填充物的温度也可采 用热电偶来监测和控制，且该温度值被合并到波传播參数分析。附加地或可替换地，匹配材 料的温度可通过加热或冷却来控制。在所公开的方法和设备的另ー个示例性实施例中，值(D)，其为最初的超声波束传 播路径240与所期望的传播路径250之间的移位距离，可利用下面的表达式来确定假定


所公开的方法和设备采用超声波束来对要被处理的身体组织的组织类型构成以及每个身体组织类型或层处的温度进行实时监测。此外，所公开的方法和设备还提供美体处理期间的基于超声波的热控制。