DE202008013057U1

DE202008013057U1 - Transducer for the dermal application of ultrasound for tissue destruction

Info

Publication number: DE202008013057U1
Application number: DE200820013057
Authority: DE
Original assignee: SCHIKORSKI MICHAEL M; Schikorski Michael M Drmed
Current assignee: SCHIKORSKI MICHAEL M; Schikorski Michael M Drmed
Priority date: 2008-10-05
Filing date: 2008-10-05
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2018-10-06

Abstract

Schallkopf (1) zur Verwendung industrieller piezoelektrischer Keramikscheiben (2) beliebiger äußerer Form, gemäß beispielweise 1, für die transdermale Applikation von Ultraschall zur Destruktion von vorzugsweise menschlichem Gewebe, bestehend aus einer Zentralachse (12) mit angeformter oder anderweitig befestigter konkaver Scheibe (11) am unteren Ende zur fokussierten Emission von Ultraschallwellen.Transducer (1) for use with industrial piezoelectric ceramic discs (2) of any external shape according to, for example 1 for the transdermal application of ultrasound for the destruction of preferably human tissue, consisting of a central axis (12) with integrally formed or otherwise fixed concave disc (11) at the lower end for the focused emission of ultrasonic waves.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schallkopf zur äußeren Anwendung in Form von Emission von Ultraschall in vorzugsweise menschliches Gewebe mit dem Ziel der Gewebedestruktion z. B. von menschlichem Fettgewebe. Diese Gewebezerstörung soll selektiv erfolgen. Thermische Effekte an der Haut sind strikt zu vermeiden.The The invention relates to a transducer for external use in the form of Emission of ultrasound into preferably human tissue with the Target of tissue destruction z. From human adipose tissue. These tissue destruction should be selective. Thermal effects on the skin are strict to avoid.

Ultraschalltransducer für die Gewebedestruktion über einzubringende Sonden sind seit Langem bekannt. Ebenso bekannt sind Schallköpfe für die äußere Anwendung (z. B. Silberg-System, Ultrashape, Liposonix und andere).ultrasound transducer for the Tissue destruction over to be introduced probes have long been known. Also known transducers for external use (eg Silberg system, Ultrashape, Liposonix and others).

Alle Systeme kämpfen mit den biologischen Gegebenheiten einer höheren Energieabsorption der Haut im Vergleich zum tiefer gelegenen Fettgewebe. Die bislang bekannten Problemlösungen verwenden fokussierten Ultraschall mit reduziertem Energieeintrag in das Gewebe unter Verzicht auf optimale Effektivität bei gewünschter Schmerzfreiheit, oder sie erzielen thermische Gewebewirkungen durch fokussierte Schallübertragung auf das Gewebe unter Verwendung von Scannern, die nur kurzzeitige Einwirkung auf definierte Hautareale zuläßt. Je nach Lösungsmodalität sind unterschiedlich Wärme bildende Ultraschallfrequenzen erforderlich. In jedem Fall ist der Energieeintrag in das Gewebe limitiert und die Behandlungseffektivität eingeschränkt. Hierzu trägt bei, daß die jeweiligen Schallköpfe in ihrer Arbeitstiefe festgelegt sind. Die angewandten Vorrichtungen und technologischen Lösungen sind zudem extrem kostenaufwendig zu produzieren. Trotzdem sind Ergebnisse, die auch nur annähernd einem Vergleich zu operativen Verfahren standhalten bislang technologisch nicht ansatzweise darstellbar.All Systems fight with the biological conditions of a higher energy absorption of the skin compared to deeper fat tissue. The previously known troubleshooting use focused ultrasound with reduced energy input in the tissue waiving optimal effectiveness at desired Freedom from pain, or they achieve thermal tissue effects focused sound transmission on the tissue using scanners that are only short-term Influence on defined skin areas permits. Depending on the solution modality are different Heat-generating ultrasonic frequencies required. In any case, the energy input into the tissue limited and the treatment effectiveness is limited. Contributes to this, that the respective transducers are defined in their working depth. The applied devices and technological solutions are also extremely expensive to produce. Nevertheless, they are Results that even approximate To date, they have been able to withstand technological changes compared to operational procedures not remotely representable.

Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen. Es ist Aufgabe der Erfindung, fokussierten Ultraschall mit ausreichendem Energieniveau zur Gewebedestruktion in definierte Zonen des Zielgewebes einzubringen. Thermische Wirkungen auf die Haut sollen neutralisiert werden und Gewebedestruktionen sollen in verschiedenen Gewebetiefen realisiert werden. Für diese Anwendung sollen zudem preisgünstig vorgefertigte piezoelektrische Keramiken aus industrieller Produktion anstelle von aufwendigen Sonderanfertigungen verwendet werden.Here the invention should remedy this. It is an object of the invention Focused ultrasound with sufficient energy level for tissue destruction into defined zones of the target tissue. Thermal effects on the skin should be neutralized and tissue destruction should be realized in different tissue depths. For this Application should also be inexpensive prefabricated piezoelectric ceramics from industrial production be used instead of elaborate custom-made.

In der medizinischen Diagnostik und zur Einbringung von Medikamenten in die Haut werden seit Langem Schallköpfe mit linearer oder divergierender Schallausbreitung angewendet. Diese Schallköpfe könnten auch bei massiver Erhöhung des Energieniveaus nicht in die Lage versetzt werden, z. B. Unterhautfett zu zerstören, ohne zugleich die Haut schwer zu schädigen, da diese Schallköpfe an der Haut die höchste Energiedichte ausbilden, und weil die Energieaufnahme der Haut zudem größer ist, als die des darunter gelegenen Fettgewebes.In medical diagnostics and the introduction of medicines Sounds with linear or divergent sound propagation have long been introduced into the skin applied. These transducers could too at massive increase level of energy, eg. B. subcutaneous fat to destroy, without at the same time causing serious damage to the skin, as these transducers on the Skin the highest Energy density training, and because the energy intake of the skin also is bigger, than the underlying fatty tissue.

Die Schall emittierende Fläche eines Schallkopfes kann die Schallausbreitung immer nur rechtwinklig zu der Fläche bewirken. Die Energiedichte an der Haut muß also unterhalb der Schädigungsintensität für dieses Organ liegen und zugleich muß etwaig entstehende schädigende Hitzebildung verhindert oder neutralisiert werden.The Sound emitting surface of a transducer, the sound propagation can only be orthogonal to the area cause. The energy density on the skin must therefore be below the damage intensity for this Organ lie and at the same time must any arising damaging Heat formation can be prevented or neutralized.

Eine konkav gewölbte emittierende Fläche des Schallkopfes läßt die Schallwellen durch den Mittelpunkt des Kreisbogens der Wölbung laufen. Hier addieren sich die Energiedichten der einzelnen Wellenbereiche (Fokus oder Interferenzpunkt). Bei ausreichender Ausgangsenergie reicht die additive Energie im Fokus zur punktförmigen Gewebezerstörung. Bei gegebenem Radius des Kreisbogens der Transducerfläche kann die Zerstörungstiefe durch Entfernen oder Annähern der Fläche an die Haut variiert werden. Zwischen Transducer und Haut darf kein den Schall ablenkender oder bremsender Zwischenraum oder Luft verbleiben.A concave arched emitting surface of the Transducer leaves the sound waves through the center of the arch of the vault. Add here the energy densities of the individual wavebands (focus or Interference point). With sufficient output energy enough additive energy in focus for punctiform tissue destruction. at given radius of the arc of the transducer surface can the depth of destruction by removing or approaching the area be varied to the skin. Between the transducer and the skin must not be the Sound distracting or braking space or air remain.

Ultraschall kann z. B. Fettgewebe auf zwei Arten zerstören:

1. Durch mechanische Kraft infolge von zyklischem Überdruck gefolgt von Unterdruckphasen: dies wirkt sich auf größere Zellen stärker aus als auf kleinere Zellen, die Amplitude dieser Wechseldruckphasen ist von entscheidender Bedeutung
2. Durch die Ausbildung sogenannter Kavitationsblasen in der Intra- und Extrazellulärflüssigkeit. Die Bildung effektiver Kavitationsblasen hängt ab von der Energiedichte.

Ultrasound can z. B. Destroy fatty tissue in two ways:

1. By mechanical force due to cyclic overpressure followed by vacuum phases: this affects larger cells more than smaller cells, the amplitude of these alternating pressure phases is crucial
2. By the formation of so-called cavitation bubbles in the intra- and extracellular fluid. The formation of effective cavitation bubbles depends on the energy density.

Für diesen Zweck ordnet die Erfindung industriegefertigte piezokeramische Scheiben (2) mit definierter Verformung bei Einwirkung elektrischer Impulse auf einer gemeinsamen Längsachse (12) mit dazwischen gelegten elektrischen Kontaktscheiben (4) an. Die gesamte Ausdehnung dieser piezoelektrischen Elemente (2/4) läßt sich durch die Anzahl der verwendeten Elemente verändern. Mehr Elemente bewirken bei gleicher Stromstärke eine größere Gesamtausdehnung. Die innere Reibung läßt sich durch die erfindungsseitige Verpressung auf der Achse zwischen einer Schraubmutter (3) und einer an der Achse angebrachten konkaven Scheibe (11) verringern. Dies verringert auch ungewollte Wärmeproduktion. Ein stabiler Ultraschallgenerator, der die Stromimpulse in Form einer harmonischen Sinusschwingung auf die piezoelektrischen Elemente überträgt sorgt für den motorischen Antrieb der Piezoelemente bei ebenfalls verringerter Wärmebildung. Dennoch läßt sich Wärmebildung nicht völlig unterdrücken.For this purpose, the invention assigns industrial piezoceramic discs ( 2 ) with defined deformation under the action of electrical impulses on a common longitudinal axis ( 12 ) with interposed electrical contact discs ( 4 ) at. The entire extent of these piezoelectric elements ( 2 / 4 ) can be changed by the number of elements used. More elements cause a larger total extent with the same current strength. The internal friction can be achieved by the invention-side compression on the axis between a nut ( 3 ) and a concave disk attached to the axle ( 11 ) reduce. This also reduces unwanted heat production. A stable ultrasonic generator, which transmits the current pulses in the form of a harmonic sine wave to the piezoelectric elements ensures the motor drive of the piezo elements with likewise reduced heat generation. Nevertheless, heat formation can not be completely suppressed.

Die konkave Wölbung der Scheibe (11) definiert zugleich den Radius des Kreisbogens der schallemittierenden Fläche. Die Lage des Fokus im Zielgewebe hängt ab vom Abstand des Flächenmittelpunktes zur Hautoberfläche. Dieser Abstand darf nicht aus Luft oder schallabsorbierenden Stoffen bestehen, vielmehr ist eine Auffüllung durch sich körperidentisch verhaltende Strukturen erforderlich. Entsprechend Polyurethankörper und so genannte Wasservorlaufstrecken sind bekannt. Die Erfindung nutzt eine Wasservorlaufstrecke, die vorteilhaft mit Kühlwasser einer Druckwasserkühlung durchströmt wird. Da das entsprechende Flüssigkeitsbehältnis (6) nur zur Hautoberfläche frei beweglich, ansonsten fest und formschlüssig in den Schallkopf integriert ist, definiert der Druck in diesem Behältnis zugleich den Abstand des Flächenmittelpunktes der schallemittierenden Fläche zur Haut. Dieser Druck, und damit der Abstand zur Haut und zugleich die Tiefenlokalisation des Fokus können in Grenzen frei aber kontrolliert verändert werden. Druckpumpen und Ventile regulieren das Volumen und den Druck im Flüssigkeitsbehältnis (6).The concave curvature of the disc ( 11 ) also defines the radius of the circular arc of the scarf littel surface. The position of the focus in the target tissue depends on the distance between the center of the surface and the surface of the skin. This distance must not consist of air or sound-absorbing materials, but rather a filling by body-identical behaving structures is required. According to polyurethane body and so-called water supply lines are known. The invention uses a water supply line, which is advantageously flowed through with cooling water of a pressurized water cooling. Since the corresponding fluid container ( 6 ) is freely movable only to the skin surface, otherwise firmly and positively integrated into the transducer, the pressure in this container also defines the distance between the center of the surface of the sound emitting surface to the skin. This pressure, and thus the distance to the skin and at the same time the depth localization of the focus, can be changed within certain limits but controlled. Pressure pumps and valves regulate the volume and pressure in the fluid reservoir ( 6 ).

Die Druckwasserkühlung des Flüssigkeitsbehältnisses (6) erfüllt neben der Tiefenregulierung den direkten Zweck der großflächigen Hautkühlung und neutralisiert damit thermische Einwirkungen auf die Haut. Es erweist sich darüber hinaus als vorteilhaft, daß die Kühlflüssigkeit über die Formschlüssigkeit zur konkaven Fläche (11) des Transducers, die materialbedingt gut thermisch leitfähig ist, auch eine Systemkühlung des gesamten Schallkopfes ersetzt oder zumindest unterstützt.The pressurized water cooling of the liquid container ( 6 ) in addition to the depth regulation fulfills the direct purpose of large-scale skin cooling and thus neutralises thermal effects on the skin. It also proves to be advantageous that the cooling liquid via the positive engagement to the concave surface ( 11 ) of the transducer, which is thermally conductive due to the material, also replaces or at least supports a system cooling of the entire transducer.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur näher erläutert:The The invention is explained in more detail below with reference to a figure:

1 zeigt einen Vertikalschnitt durch den beschriebenen Schallkopf (1). Es ist Aufgabe der Erfindung Ultraschall nicht operativ über die Haut in tiefere Gewebeschichten zu emittieren, um dort vorzugsweise Fettgewebe unblutig und ohne Hautschädigung zu zerstören. Die Figur zeigt die Anordnung der piezoelektrischen Keramikscheiben (2) mit zwischengeschalteten elektrischen Kontaktscheiben (4) auf der Zentralachse (12). Auf der Achse werden die piezoelektrischen Elemente (2/4) zwischen der konkaven Scheibe (11) und der Schraubmutter (3) verpreßt. Die konkave Scheibe dient sowohl zum Verpressen der piezoelektrischen Elemente (2/4) als auch zur Schallabgabe an das Zielgewebe über das Flüssigkeitsbehältnis (6) und die durch die gekühlte Flüssigkeit gekühlte Haut. 1 shows a vertical section through the described transducer ( 1 ). It is an object of the invention to emit ultrasound nonoperatively via the skin into deeper layers of tissue in order to preferably destroy fat tissue there without blood loss and without damage to the skin. The figure shows the arrangement of the piezoelectric ceramic discs ( 2 ) with interposed electrical contact discs ( 4 ) on the central axis ( 12 ). On the axis, the piezoelectric elements ( 2 / 4 ) between the concave disc ( 11 ) and the nut ( 3 ) pressed. The concave disk serves both for pressing the piezoelectric elements ( 2 / 4 ) as well as to the sound emission to the target tissue via the liquid container ( 6 ) and the skin cooled by the cooled liquid.

Claims

Transducer ( 1 ) for the use of industrial piezoelectric ceramic discs ( 2 ) of any external shape, according to, for example 1 for the transdermal application of ultrasound for the destruction of preferably human tissue, consisting of a central axis ( 12 ) with molded or otherwise attached concave disc ( 11 ) at the lower end for focused emission of ultrasonic waves.

Transducer ( 1 ) characterized in that the central axis ( 12 ) at the lower end firmly with a downwardly concave disc ( 11 ) is connected to the sound emission, and that the axis at the upper end with a thread for receiving a nut ( 3 ) is provided.

Transducer ( 1 ) according to claims 1-3, characterized by piezoelectric ceramic discs ( 2 ) between the concave disc ( 11 ) and the nut ( 3 ) with interposed electrical contact discs ( 4 ) are pressed. Contact discs ( 4 ) and piezoelectric ceramic disc ( 2 ) each form a piezoelectric element ( 2 / 4 ).

Transducer according to Claims 1-4, characterized in that the concave disc ( 11 ) must be concave outwards, but preferably the shape of the piezoceramic discs ( 2 ) receives directly or by fittings.

Transducer ( 1 ) according to claims 1-5, characterized in that on the central axis ( 12 ) with the contact discs ( 4 ) pressed piezoceramic disks ( 2 ) can be excited and electrically deformed by a suitable ultrasonic generator simultaneously or in a defined order and strength.

Transducer ( 1 ) according to claims 1-6, characterized in that with the concave disc ( 11 ) at the lower end a pressure-controlled coolant reservoir ( 6 ) is permanently or interchangeably connected to the sound transmission and integrated into the shell of the transducer.

Transducer ( 1 ) according to claims 1-7, characterized in that the pressure in the liquid container ( 6 ) via pressure-controlled pumps and valves ( 5 ) held constant, but can be variably controlled to control the height of the container.