用于治疗组织的设备和方法与流程

本申请根据§§119、120、363、365和37 C.F.R.§1.55和§1.78要求于2019年3月28日提交的美国专利申请序列No.16/367,844的权益和优先权，并且通过引用并入。

技术领域

本发明涉及双极RF针电极治疗设备和系统。

背景技术

双极RF针电极已用于各种皮肤治疗。参见美国专利No.9,095,357和9,744,371，两者都通过引用并入本文。在一些情况下，紧密间隔开的针头的阵列被插入皮肤并通电，从而使得电流在针头之间流动，从而对组织造成热损伤。紧肤、减少皱纹和减少脂肪团是常见的治疗。还参见美国专利No.8,845,630和公布的美国专利申请No.2012/0143178，两者都通过引用并入本文。

技术实现要素：

但是，对于一些治疗，增加热损伤的体积将是有益的。示例包括脂肪团减少、肿瘤消融、异常组织生长治疗，例如子宫肌瘤组织的治疗和/或其它治疗。为了减少脂肪团，待处理的皮下脂肪包括由浅筋膜隔开的两层。对于有橘皮组织的女性，发现内层厚度比没有橘皮组织的女性厚约五倍(23mm对4mm)。脂肪团患者的总皮下组织厚度在2.7和50cm之间。在脂肪团患者中还注意到垂直于皮肤表面的纤维隔膜的百分比较高。参见Rawlings A.V.，Cellulite and its Treatment，International Journal of Cosmetic Science，2006年，28，175-190，通过引用并入本文。

特征是一种组织治疗设备，它增加较大体积治疗区内部的总电流密度，从而提高温度分布的均匀性。在一个特定示例中，当与脂肪团治疗或脂肪去除程序结合使用时，组织治疗设备通过增加热损伤的体积而在整个或大部分皮下组织空间中产生热损伤。

一种优选设备包括围绕一个区间隔开的两对或更多对针电极，其中每对针电极包括位于该区一侧的第一针电极和位于该区相对侧的第二针电极。对于每对针电极存在能量源，该能量源被配置为通过区的内部以交叉点火方式将电流从该对的第一针电极感应到该对的仅第二针电极，以增加区内部的总电流密度和温度。

每对针电极优选地定义与区的中心相交的平面，并且由每对针电极定义的平面优选地在区的中心处彼此相交。在另一个实施例中，由每对针电极定义的平面远离区的中心相交。

在一个版本中，用于每对针电极的能量源是连接到每对针电极的第一和第二针电极的RF发生器。每对针电极的RF发生器优选地与所有其它针电极对的RF发生器电隔离。

在一些实施例中，针电极都与区的中心等距间隔开。该设备还可以包括携带针电极对的盒和用于接纳盒的施用器。优选地，盒可从施用器移除并且可插入其中。

在一些实施例中，每个针电极具有0.5和40mm之间的有效长度，每对针电极的针电极彼此间隔开1.0和10mm之间的距离，并且每个针电极与每个相邻的针电极间隔开0.71和7.1mm之间的距离。

一个或多个针电极还可以包括温度传感器。用于能量源的设备控制器可以响应于一个或多个温度传感器。在一个示例中，控制器被配置为基于一个或多个温度传感器的输出信号来控制能量源。设备控制器可以被配置为在30秒和30分钟之间自动将区中的温度调整到40℃和48℃之间。

特征还在于一种治疗组织的方法，其中将两对或更多对针电极插入到组织的区中。每对针电极包括位于该区一侧的第一针和位于该区相对侧的第二针。该方法包括将每对针电极与所有其它针电极对电隔离，并通过区的内部将电流从每对的第一针电极感应到该对的仅第二针电极，以增加区内部的总电流密度和温度。

特征还在于一种用于治疗组织的设备，其包括彼此电隔离并围绕具有中心容积的组织区间隔开的针电极对。每对针电极定义与组织区的中心体积相交的平面。由每对针电极定义的平面在组织区的中心体积处彼此相交。该设备还包括用于跨组织区的中心体积将电流从每对的第一针电极感应到每对的仅第二针电极的部件。

特征还在于一种治疗组织的方法，包括将多个针插入组织治疗区，将针与组织治疗区的中心体积间隔开，将电流从治疗区的中心体积一侧的每个针通过治疗区的中心体积感应到治疗区的中心体积的相对侧的仅另一个针，并控制感应电流在治疗区的中心体积内相交，以增加治疗区的中心体积中的能量沉积。

但是，在其它实施例中，本发明不需要实现所有这些目标，并且其权利要求不应当限于能够实现这些目标的结构或方法。

附图说明

本领域技术人员将从以下优选实施例的描述和附图中想到其它目的、特征和优点，其中：

图1是现有技术双极RF针电极治疗设备的示意图；

图2示出了图1中所示的电极针阵列的一对针电极周围和之间的热分布；

图3是根据本发明的示例的组织治疗设备的示意图；

图4示出了图3的针电极布置的温度分布和治疗体积内部的温度的增加；

图5A和5B是图3的针电极布置的热分布的进一步视图；

图6是示出计算出的温度平滑度比率的温度梯度的曲线图；

图7是示出间隔开7.5mm的两对针电极的热分布的曲线图；

图8是示出在不同治疗应用时间段的两对针之间的热梯度的曲线图；

图9是在计算出的平滑度比率为1.52时两对针的温度分布的曲线图；

图10是示出治疗设备的一个特定示例中的盒和施用器单元的实例的示意图；

图11A-B是示出当部署两个治疗单元格时治疗体积的温度分布的视图，每个治疗单元格包括两个针对；以及

图12是示出当使用三个电极针对时治疗体积的温度曲线的示意图。

具体实施方式

除了下面公开的一个或多个优选实施例之外，本发明还能够有其它实施例并且能够以各种方式实践或执行。因此，应该理解的是，本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和组件布置。如果本文仅描述了一个实施例，那么其权利要求不限于那个实施例。而且，除非有明确的和令人信服的证据表明某种排除、限制或免责声明，否则不应限制性地阅读本文的权利要求。

图1示出了现有技术的RF针电极治疗装置，其包括机头12和盒14，其中紧密间隔开的微针电极16排列成阵列。通常，每隔一行的针电极连接到RF发生器的正端子，而中间的针电极行连接到RF发生器的负端子。

图2示出了有限元分析研究的结果以及彼此间隔开5mm并插入皮下组织(脂肪)的一对能量递送针电极104和108的热分布。将60伏的电位差施加到电极上20秒。针的有效长度为10mm，被定义为与金属-组织直接接触的有效针部分。附图标记112标记电极104和108之间的RF能量感应电流流线。显然，针附近的温度水平(大约58℃)比两个针之间的中点处的温度水平(那里的温度仅仅是大约43℃)更高。结果是组织体积中的最高与最低温度之间存在基本上15℃的温差。

这个结果示出了在皮下组织(脂肪)中创建均匀热分布的困难，其中一对中的两个针在待治疗的较大体积的组织中间隔开大约5mm或更大的距离。这部分地是通过考虑皮下组织的低热导率来解释的，皮下组织是良好的热隔离器。热能不能很好地传播并且会在组织内产生陡峭的热梯度。

通过考虑电流线的发散，还可以解释在生物组织(皮下组织和其它组织)中使用间隔开大约5mm的针电极产生相当均匀的热分布的问题。当一对中的两个能量递送针电极彼此相距太远时，位于两个能量递送针电极之间的中点处的待治疗的组织中的电流密度与电极附近的电流密度相比非常低，在组织中形成弱能量沉积区。因此，在电极之间的中点处沉积的功率低于电极附近的功率，因此温度升高要低得多。

为了增加能量递送针电极104和108之间的中间部分中的RF能量沉积，引入了图3中的第二对RF能量递送针电极304和308。优选地，第二对电极304、308被添加到另一个空间平面中，其中电流线将在治疗体积30的中心区域320附近相交以增加中心区域320中的总电流密度，从而增加体积中的能量沉积，并因此增加中心区域的温度升高以增加热分布均匀性。两个非共面RF电极针对104、108和304、308一起工作以增加组织中弱能量沉积的区域320中的能量沉积。理论上，如果使用两对非共面的RF电极针104、108和304、308并且它们的弱能量沉积区域重合，那么弱能量沉积的区域或体积320中的能量沉积将加倍。在一个示例中，由一对RF电极104和108定义的第一平面110与由一对RF电极304和308定义的第二平面310在定义体积320的纵轴的线316处相交。

可以通过如下进一步扩展这个概念：使用多于两对RF针电极对，它们的弱能量沉积区重合，以便它们可以协同工作，以在由针的有效部分定义的体积内产生均匀的热分布。

模拟了定义垂直平面的两个RF电极针对，并且热分布结果在图4中示出。模拟条件与用于图2中所示的单对的模拟条件相同。电位差为60V施加20秒，将针插入皮下组织，并且有效针长度为10mm。用两对垂直的RF能量递送电极针获得的热分布比用单对获得的热分布要均匀得多。20秒之后最高温度仍是大约58℃，但两对的两个RF能量递送电极针之间的中点的温度要高得多：对于两对配置是大约48℃，而不是单对配置的大约43℃。因此，使用非共面RF电极针对会在组织(诸如皮下组织)中产生大的热区，并增加热体积内热分布的均匀性。

图3中的能量递送针电极104、108、304和308优选地平行于并且优选地与由第一和第二平面相交形成的相交线316等距。在一个实施例中，第一平面110和第二平面310以15到90度的角度(或任何其它角度)相交。在图3所示的特定情况下，第一平面和第二平面之间的角度为90度。

向针电极304和308供应RF能量在电极304和308之间感应出电流，由电流流线312示意性地示出。如上所述，第一平面和第二平面之间的角度是90度并且电流312在垂直于在第一对能量递送针电极104和108之间流动的电流流线112的方向上流动。由第一对的能量递送针电极104、108之间的流线112所示的交叉线316处或中心体积320内的RF能量与由第二对的能量递送针电极304、108之间的流线312所示的RF感应电流相交，以成为RF能量的总和。

因而，两对或更多对针电极绕较大面积的治疗区间隔开，并且存在用于针电极的能量子系统(诸如用于针对104、108的RF发生器32a和用于针对304、308的RF发生器32b)。这确保电流仅在针104和108之间(由RF发生器32a生成)以及仅在针304和308之间(由RF发生器32b生成)流动。这些RF发生器可以经由变压器电隔离，或者它们可以是独立的电池供电的发生器。但是，在本领域中存在用于将针对彼此电隔离并且用于将电流从每对的第一针电极跨区域的中心体积感应到仅针电极对的第二针电极的其它装置。

RF发生器被配置用于以受控的方式向RF电极对104、108、304和308中的每一对供应能量。每对RF能量递送针电极与另一对RF能量递送针电极电绝缘并分开，并且每个RF电极对可以独立地并选择性地被激活，例如，通过彼此电隔离为这些电极对供电的RF发生器32a、32b。参见已公开的美国专利申请No.2012/0143178图12和[0208]-[0210]，该申请通过引用并入本文。也将有可能仅使用一个RF发生器，该发生器将一次向一对电极提供RF能量，然后在治疗规程期间依次切换到其它电极对。通常，电极对之间的切换时间会比被治疗的组织的热弛豫时间短。因此，用于每个针对的能量源不必是用于每个针对的单独的能量源。

控制器34可以包括个人计算机(PC)。PC可以包括处理器、一个或多个存储器、键盘、定点设备(鼠标)和显示器。PC支持对治疗过程的监控、改变输入参数，并提供目标皮肤治疗体积的图像的图形表示。存储在存储器中的一个或多个程序由处理器执行以执行本文描述的功能。

以这种方式，电流仅通过治疗空间30的内部在针电极对104、108和304、308之间感应以增加区内部的电流密度和温度。在图3的具体实施例中，治疗区30的中心体积320是电流相交的地方，但这不是对本发明的必要限制。

可以通过增加RF施加时间来进一步提高热分布的均匀性，以便允许热前沿有更多时间朝着针组件的中心体积传播。图5A-5B示出了根据图3布置的相同的两对长RF能量递送针电极的热分布的示例，其中RF施加时间从20秒增加到60秒。治疗体积30的内部320的温度高于由一对RF电极造成的温度。治疗体积的内部可以在8至12cm³之间。所有能量递送针电极可以与由包含单独电极对的两个平面的相交所定义的轴316等距。

图5A和5B还示出了这种非共面的多个电隔离RF针对的热分布沿着针的有效部分以及在创建阵列的所有针之间被包含。在这些图中，模拟了两对电隔离且独立的针。一对的两个针之间的距离是5mm，并且在共用对的两个针之间施加60V的电位差达60秒。每个针的有效长度是1cm。模拟是用嵌入介质中的针进行的，该介质具有与脂肪相同的电和热特性。由针的有效部分定义的治疗体积内的温度非常均匀，在所定义的体积外具有陡峭的热梯度。这种热特点接近生物组织或组织消融工具中完美的理论能量沉积，理论上，热分布将产生阶跃函数，其中治疗温度将在一定体积内达到，而在该体积之外是非治疗或正常体温，之间没有任何过渡。

为了量化由阵列的针的有效部分定义的体积内的温度均匀性，温度平滑度比率(SR)可以被定义为：

SR＝(Tmax-Tinit)/(Tmin-Tinit)＝ΔTmax/ΔTmin， (1)

其中：

Tmax是最大温度，

Tmin是最小温度，以及

Tinit是初始温度。

根据上面讨论的结果，计算出的平滑度比率是1.12，指示非常平滑的热分布，如图6中所示。

将电极间距离增加到7.5mm似乎是维持平滑热分布的最大限制。实际上，图7中所示的模拟结果示出，计算出的平滑度分布从1.12增加到1.76，因此示出跨针的更大热梯度，这比跨针的更平滑的热梯度更不理想。因此，超过大约7.5mm的电极间距离会对热分布平滑度产生负面影响。

迄今为止给出的实施例包括在固定的时间量内在公共对的两个针之间施加固定电压。代替施加固定的电气参数(诸如电压、电流或功率)，更好的方式将是使用温度控制算法来精确地控制被治疗区域内的温度。为此，可以将温度传感器(诸如热电偶)定位在图3中所示布置的至少一个针内，例如，更优选地在每个独立对的至少一个针内。在与图3的针布置示例相关联的优选实施例中，一个温度传感器将位于针108或104内，而另一个温度传感器将位于针304或308内。针104或108内的温度传感器将由控制器34用来控制由RF发生器32a递送的电功率以达到并维持预定义的目标温度301。类似地，针304或308内的温度传感器将由控制器34用来控制由RF发生器32b递送的电功率以达到并维持预定义的目标温度301。

与温度传感器一起并且如上所述，控制器被用于接收原位组织温度信息并控制递送到针对的电功率以达到并维持预定组织温度。用于达到和维持目标(在这种情况下为温度)的常用控制器的示例是PID(比例-积分-微分)或PI(比例-积分)控制器。也可以使用其它类型的控制器来达到并维持目标温度。在图3中描述的电隔离电极对的情况下，一个RF发生器被用于向一对电极针递送电力。每个独立的RF发生器因此可以由独立的控制器控制，诸如PID或PI控制器-这些控制器中的每一个从其相关联的电极针对的温度传感器接收输入以达到并维持由用户选择的目标温度301。当到达位于一个针对中的至少一个电极内的温度传感器时，达到与一个针对相关联的目标温度。对图3中描述的配置中的所有针对使用相同的目标温度301具有在区30内创建平滑热分布的效果。由于控制器可以控制发生器以在由针的有效部分定义的体积内达到并维持精确的组织目标温度达指定的时间量，因此可以在体积30内递送已知产生期望的生物效应的时间-温度剂量。这种配置可以被用于递送精确剂量的热能，以去除脂肪中产生的细胞凋亡和/或坏死反应，例如，用于例如旨在减少身体区域(诸如颏下空间、大腿、或腹部)的脂肪的量的规程。虽然已经描述了几个控制器，但本领域技术人员可以认识到的是，单个控制器也可以被用于通过一个接一个独立地顺序控制所有发生器来控制所有RF发生器。本节中表达的主要概念是使用组织温度反馈并控制每对针以达到并维持预定义的组织温度。

当采用温度控制算法时，目标组织温度由用户选择，通常从GUI(图形用户界面)中选择。目标温度也可以具有在控制(一个或多个)RF发生器的软件或硬件内预编程的固定值。例如，温度输入301由用户选择，其被(一个或多个)控制器用作目标温度值。

图3的控制器34可以被编程为基于从温度传感器(诸如一个或多个热电偶)提供给控制器的温度信号来控制RF发生器32a和32b。如图8中所示，可以改善热分布平滑度，这是针布置的模拟，其沿着针的有效长度具有温度反馈点，并使用PI控制器，其中目标温度设置在70℃。施加60秒之后平滑度因数是1.61。60秒之后达到70摄氏度的目标温度。

如前所述，组织温度控制方法可以包括例如在一对中的至少一个针内的温度传感器(如例如热电偶或热敏电阻)，以及控制器(诸如或包括PID(比例-积分-微分)或PI(比例积分)控制器)，以便达到并维持预定的组织温度。温度传感器在针内的最优位置是沿着有效部分的任何地方，并且优选地是在最热的温度点所在的地方。控制器通过以预定采样频率(例如，诸如10Hz)读取位于至少一个针内的温度传感器的温度来监视组织温度，并调整一对的两个针之间的电位差以达到并维持预定义的组织温度目标。在类似的实施例中，控制器可以控制由针对或一对的针之间的电流施加在组织中的功率。

使用这种技术，连同所公开的针配置的能力，在治疗体积内产生相当均匀的热模式，从而允许用户递送RF能量以产生精确的目标组织温度和/或已临床证明实现治疗目标的精确热剂量。例如，时间-温度分布可以被表征为对脂肪细胞或脂细胞(adipocytes)造成不可逆转的损害，使它们超出其生存范围。参见Weaver，J.A.和Stoll，A.M.的Mathematical Model of Skin Exposed to Thermal Radiation，Aerospace Medicine，1969年1月，第24-30页，以及Weaver，J.A.和Stoll，A.M.的Mathematical Model of Skin Exposed to Thermal Radiation，Aerospace Medical Research Department，Department of the Navy，AirTask R01 101 01(任务问题编号RB-6-01)(1967年8月22日)，两者都通过引用并入本文。更具体而言，当脂细胞温度45℃维持40分钟时，产生不可逆的损伤。由于生物组织对热剂量敏感，因此在较高温度和较短时间或较低温度和较长时间下可以获得类似的生物学效应。可以使用本领域技术人员已知的Arrhenius方程来确定等效热效应。根据以上引用的论文的数据，在46、47和48℃的温度下，分别持续16、6和3分钟，可以对脂细胞造成类似的不可逆的损伤。当减脂是医疗或美容规程的目标时，以及当温度反馈算法被用于达到和维持目标温度时，这些设置可以是有用的。

以上示例仅仅是一个治疗示例，并且与皮下组织和/或其它生物组织相关联的许多其它治疗示例也是可能的。

其中可以预期均匀热分布的电极间距离可以存在限制。电极间距离是1cm时，中间区段温度没有明显升高，并且平滑度因数是3.33。然后模拟较长的针(2cm有效长度)并获得令人满意的结果，并且图9示出了两个较长的针之间的温度分布，其中计算出的平滑度比率是1.52。还用甚至更长的针(长达40mm)执行了模拟，并且本文描述的所有基本原理都是有效的。因此，有效针长度可以短至0.5mm，或3mm，或长达40mm及以上。

RF能量递送针电极可以彼此间隔开并且与中心体积相交轴间隔1.0mm至10mm。模拟示出，对于同一对，最小化上面定义的SR值的最优电极间距离是7至8mm。通常，虽然在一些应用中可以使用不同长度的电极对，但RF能量递送针电极由相同长度制成。

选择皮下组织(脂肪)进行模拟，因为它可以说在所有生物组织中具有最低的电导率(σ)和热导率(k)，并且呈现出很难获得大而均匀的热分布的情况。尽管如此，使用本文描述的新技术对其它生物组织的治疗是可能的。

针电极的对可以安装在可拆卸和可更换的盒602上，图10。盒602可以可移除地附接到手柄604或施加器(参见图1)，使得RF针电极从手柄或施加器向远侧延伸。每个RF能量递送针电极的远侧尖端优选地是锋利的，使得能够刺穿组织。盒可以是弹簧加载的，以在盒被压到皮肤上时将针从盒中展开。RF能量递送针电极的盒602近端的针端可以是绝缘的。沿着RF电极长度的一段的绝缘可以减少RF能量向非目标组织的不期望递送。这种绝缘的电极包括足以穿透/定位RF能量递送针电极的非绝缘部分至期望深度的长度。能量递送针电极的绝缘片段可以由不导电材料或与生物组织相比具有低导电率的材料制成。合适的非导电材料包括诸如塑料、硅树脂、特氟龙、陶瓷等。

RF能量递送针电极104、108、304和308可以由规格为12(2.769mm)至34(0.16mm)的常规皮下注射针构成。皮下注射针具有锋利的末端并且可以轻松刺入皮肤，并且可以将针的整个长度(大约40mm)推进到皮肤/组织中。皮下注射针还是空心管，这可以允许向治疗体积供应流体。虽然可以使用由不锈钢、铂、金或银制成的针，但优选的针由医用钢制成。皮下注射针优选地足够坚硬以在插入组织时维持它们之间的距离恒定。皮下注射针和非导电绝缘层也足够坚固，以在典型的治疗规程期间承受多次穿透生物组织和从生物组织缩回。

迄今为止描述的多个非共面针对配置以空间配置布置以一起工作以便在生物组织中产生大且均匀的热分布。这种针阵列布置可以被认为是单位单元格。还有可能使用多个单位单元格通过同时将这些单位单元格插入组织来增加治疗量。如果单位单元格圆弧间隔得足够近，那么对应的热模式从一个单位单元格到另一个单位单元格将是均匀的。相反，热模式将示出未处理组织的区，其中温度水平低于单位单元格之间的治疗阈值。取决于治疗要求，单位单元格之间的距离可以变化，以产生大且均匀的热损伤或在单位单元格之间留下未治疗组织的区。

图11A-11B示出了两个单位单元格610a、610b的示例，每个单位单元格具有两对RF能量递送针电极。因此，这种配置包括四对RF能量递送针电极。在这种情况下，针的有效长度是40mm，共用对的两个针之间的距离是7.5mm，并且两个单位单元格之间的距离是5mm。在每对的两个针之间施加60V的电压，并施加RF能量60秒。在这个具体示例中，模拟产生这些值：

每个针电极对的电阻抗：4800Ω

每个电极对的RF功率：0.75W

每个电极对的RF能量：45J

每个电极对的电流：12.5mA

频率是460kHz，这通常用于心脏和癌症RF消融。值得注意的是，也可以使用更高的频率，例如高达5MHz。

虽然已示出方形RF电极单元格配置，但其它RF能量递送针电极配置也是可能的，诸如六边形、八边形等。图12是具有三个针对104、108；304、308；以及504、508的RF能量递送针电极配置的示例。

所公开的设备适于治疗脂肪团、腹部的周长减少和身体塑形，包括颏下和颈部区域的脂肪减少。该设备可以被用于将热能递送到大的组织块，例如癌症、子宫肌瘤等。由于针的小占用面积，并且沿着针的有效长度并在由针配置定义的单元格内受到限制的热分布的可控制性，该设备将有益于脑肿瘤和其中保护周围健康组织是最重要的其它用途。

虽然本发明的具体特征在一些附图中示出而没有在其它附图中示出，但这仅仅是为了方便，因为每个特征可以与根据本发明的任何或所有其它特征组合。如本文使用的词语“包括”、“包含”、“具有”和“带有”应当被广泛和全面地解释，并且不限于任何物理互连。而且，不应当将本申请中公开的任何实施例视为唯一可能的实施例。

此外，在对该专利的专利申请进行审查期间提出的任何修改并不是对提交的申请中提出的任何权利要求要素的免责声明：不能合理地期望本领域技术人员起草从字面上涵盖所有可能的价物的权利要求书，许多等价物在修订时是不可预见的并且超出了对要交出的内容(如果有的话)的公平解释，修订的基本原理可以与许多等价物仅存在切线关系，和/或还有许多其它原因使得不能预期申请人描述任何修订后的权利要求要素的某些非实质性替代品。

本领域技术人员将想到其它实施例并且在以下权利要求内。