人的皮肤基本上有三层组成。外层，或可见的层是角质层。该角质层 本质上是死的皮肤细胞构成的薄层，其中一个作用是用作保护层。角质层 下面是表皮层。表皮层是细胞结构，它构成皮肤最外面的活组织。表皮层 下面是真皮层，它包含多种组织，如汗腺、神经细胞、毛囊、活的皮肤细 胞、和结缔组织。结缔组织给予真皮层主体、形状和支持。由于表皮层在 真皮层上面，所以表皮层的形状、平滑度和外观部分地取决于真皮层(主 要是结缔组织)的形状。因此，结缔组织形状的变化往往表现出表皮层的 变化。除了皮肤的起皱(即皮肤皱纹)，更广泛地说，皮肤的肌理和弹性， 真皮层还与各种其他的皮肤病状态有关系，如痤疮、牛皮癣、色素沉着损 害、光损伤皮肤、妊娠纹和脉管损害(如蜘蛛静脉、玫瑰斑、静脉曲张、 红酒斑)。
目前有许多方法用于治疗皮肤，特别是治疗面部皮肤皱纹。这些方法 包括激光术、射频切除术、等离子体加热、低温剥脱术、化学剥脱术和磨 剥术。类似地，目前使用光辐射传送能量(典型地是以热能的形式)到表 皮和/或真皮内的特定区域或生物位置来处理无用的毛发、痤疮和各种其他 状况。
但是，各种切除术，近来采用的加热或冷冻技术可能造成对表皮层和 真皮层明显的伤害。在某些方法中，表皮层被剥离或烧掉。这就带来几个 问题：机会性感染可能侵袭到真皮层从而使康复复杂化或延长；其过程可 能使病人感到非常不舒服和痛苦；在恢复期间皮肤可能变得粗糙和损害持 续一段相当长的时间(几个星期甚至几个月)。所有这些副作用都不是所 希望的。
聚焦的声能(如超声波)作为治疗皮肤病的一种的方法，可能有较小 的伤害。至少在理论上，高度聚焦的声能在精确的目标点可以有治疗的效 果而不会显著地加热在目标点的上面和周围的生物组织上。但是，由于很 难将能量以高度聚焦的方式注入到皮肤表面下的目标，常常限制了声能的 应用。
聚焦的声束通常需要球形的(或圆柱形的)波前坍缩进入一点(或一 条线)。尽管可以使用带定形的转换器和/或声学透镜的治疗装置以这种 方式集聚声波，但是由于装置波导和生物组织的声学特性不匹配，汇聚的 波前在穿过边界从装置进入到皮肤时将变形。例如，声音在波导和皮肤中 传播速度的不同将导致部分坍缩的波前滞后于其他部分，从而限制这种声 学治疗装置的聚焦能力。
这就需要更好的装置和方法来施加声能去治疗皮肤病。能够传送高度 集聚的声能到表皮和/或真皮的离散区域的装置将满足本技术领域的长 期迫切的需要。

公开了用于施加声能到皮肤的方法和装置，由此可以控制波前以便限 制聚焦的能量到所需的表面下的区域。公开了各种声音波导，当聚焦的声 束跨过边界，如从医疗装置传送到皮肤的目标区时该波导补偿通常发生的 变形。使用通过集聚传播的波前聚焦超声波能量的装置本发明是特别有用 的。本发明补偿该装置波导和生物组织声学特性的不匹配，这种不匹配通 常造成部分坍缩的波前滞后于其他部分，从而限制声学治疗装置的聚焦能 力。
除非校正，不然由通过皮肤边界传播产生的声学散焦将造成声波强度 的表面-深度反差的减小。已经发现注入在皮肤表面的能量和注入在表面 下目标区的能量之间的足够高的反差对治疗效果和为了避免声波照射的 不希望的副作用是很重要的。在本发明的一个方面中，公开了用于在皮肤 表面和皮肤内治疗深度处的强度之间产生足够的声学强度的表面-深度 的反差的方法和装置，以便保证在皮肤内的治疗效果和在皮肤表面上没有 副作用。在某些实施例中，表面对目标深度反差(比)优选地至少是约1∶2， 更优选地至少是约1∶3或至少是约1∶5。对细长的焦点区(如长度至少为 10毫米)，可以放松表面对目标深度强度反差(比)，优选地至少是约1∶1.2， 更优选地至少是约1∶1.3或至少是约1∶1.5。
在一种应用中，本发明涉及使用超声波治疗皮肤的各种方法和装置。 特别是，本发明涉及一般通过可控地施加超声波能量到真皮层中减小皮肤 起皱(即皮肤皱纹)，特别是面部皱纹，和皮肤嫩化。超声波能量触发生 物响应，通过在真皮中成纤维细胞的活化造成在真皮中新的结缔组织的合 成而无需或不会造成对表皮显著的刺激和损伤。本发明的一种应用是在皮 肤的外观上提供美容性质的改善，这意味着治疗过的皮肤表面将有更平 滑、嫩化的外观。本发明对治疗各种其他皮肤病也是有用的，如痤疮、牛 皮癣、色素沉着损伤、光损伤、妊娠纹和脉管损害(如蜘蛛静脉、玫瑰斑、 静脉曲张和红酒斑)。通过让聚焦的能量到表面下区域，本发明提供这样 的疗法，它对皮肤的表皮层的副作用较小。
按照本发明的另一方面，公开的治疗皮肤的方法是，通过对人的皮肤 的某区域聚焦的超声波束来刺激和兴奋皮肤该区域中的真皮层以便造成 皮肤中真皮层的变化，从而获得皮肤的表皮层平滑度的改变。另外，提供 嫩化人皮肤的装置，该装置包括耦合到超声波驱动器的超声波转换器，用 于响应从超声波驱动器来的信号传播超声波进入到人皮肤的某区域中，和 控制装置，构造和布置成用来聚焦由超声波驱动电路提供的信号去控制由 超声波驱动器提供的超声波，以便刺激和兴奋该皮肤区域内的真皮层，以 对皮肤外观进行美容性质的改善。
按照本发明的还有一方面，公开了转换器的结构，这些结构能把聚焦 的超声波能量施加到人皮肤的真皮区。转换器结构可以包括转换器和设置 在转换器的超声波发射表面附近的声学波导，其中声学波导的形状、厚度 和组成确定超声波能量在皮肤中聚焦点的深度。另外，可以构造波导的至 少一个表面，优选地是皮肤的接触表面，去补偿波导和皮肤之间声学特性 不匹配所形成的散焦效应。
在本发明的一个实施例中，提供一种嫩化人皮肤的方法，该方法包括 将聚焦的超声波束加到人皮肤的某区域使之产生冲击波去机械地撕裂皮 肤该区域内的真皮层以便造成皮肤真皮层中的变化而获得皮肤表皮层的 平滑度的改变。
在本发明的还有一方面，治疗皮肤所用的声脉冲有足够高的压力波幅 以便引入非线性，也就是说，通过真皮目标区的脉冲传播速度将高于声音 传播通过皮肤的正常速度。例如，在皮肤中声音的正常速度是约1480米 /秒。但是，在足够高的波幅下，皮肤组织变得更有弹性，传播的速度可 以增加到高至约1500米/秒。这种非线性特性的值不仅随着脉冲的波幅， 而且也随着脉冲的持续时间而变化。一般来说，用强度(在目标区域内) 约500到约1000瓦/平方厘米的声脉冲和优选地用持续时间在约10毫微 秒到约200微秒的脉冲施加，将表现出非线性的特性。
在本发明的另一个方面中，所用的在皮肤中有治疗效果的声脉冲在表 面下目标区里在声脉冲持续时间中的至少不是可忽略的一段时间内产生 负压。负压(也可以认为是拉应力)在足够的波幅和持续时间内造成组织 被机械地拉伸或甚至被撕离。负压脉冲也可触发空穴现象，它造成组织进 一步的机械分裂。在光学显微镜下可以观察到负压脉冲总的效应(如在组 织或分子水平上)。在毫微米量级下(如在分子水平上)也可检测到其他 效应。
在本发明的另一方面中，分裂组织的负压在声波本身中可能是固有的 或者由仅为正压的波在焦点区诱导出负压。通过强烈聚焦的声波在焦点区 的传播可以造成第二种情况但与电磁波辐射的传播没有任何简单的相似 情况。强烈的和聚焦的声波在焦点区域中的传播受到非线性效应的影响。
这种非线性的一个结果是当脉冲穿过皮肤时使其波形产生变形，将一 般有近似高斯幅度(压力)外形的波转换成前面更尖锐的波，基本上是在 皮肤表面下目标区处的“冲击波”。在正常波的传播模式中，基本上没有 真皮物质的净运动。但是，当声波呈现出非线性时，物质产生运动，在脉 冲尾迹时的组织内形成负压，或真空效应。这种负压可以诱发本发明的组 织损伤、撕裂组织结构、加热该区域，从而触发新的结缔组织的合成。
在本发明的另一方面中，公开了用于将声能加到皮肤的细长区域的方 法和装置，其可以控制波前以便将聚焦的能量限制在所需的细长表面下的 区域。在某些实施例中，焦点的下表面区域可以是较细长。这种细长使该 系统可以经济地扫描皮肤的很大区域。但是，这时对装置的使用者来说很 重要的经济因素，将造成表面对目标深度强度反差的降低。例如，在产生 单维波前聚焦的细长聚焦系统中，表面对目标深度的强度反差可能是约 1∶1.2。有二维聚焦的类似球形系统可能达到1比1.4的反差。
在本发明的另一方面中，公开了声学隔板元件以便调节装置的焦点长 度。这样的隔板可以有不同的厚度和选择用于特定的应用。该隔板构成波 导的一部分，是可互换地和可更换地定位在手持件和皮肤之间。该隔板可 以模仿皮肤的声学特征或提供某些或全部的散焦补偿。
在本发明的还有一方面中，可将流体分配器装入到手持件中(或整个 系统)。例如，可以采用一次性使用的盒来分配声学凝胶、或冷却剂或标 记或治疗剂。可将该盒通过耦合机构耦合到手持件(或系统)，有利于传 送流体到皮肤。可将示踪元件或光可检测物质形成的标记分散到皮肤上， 该系统可进一步包括传感器来检测该标记然后起动声能发生器。
本发明所属技术领域的普通技术人员将能理解有两种方式定义强度 反差。一种是根据声场的幅度而另一种是根据它的能量流。这里除非另外 说明，所用术语“强度”是用在它的能量流的意义上的，如通过单位面积 传送的功率(能量/秒)。
在本发明中，在希望有很细长的焦点区和有显著的表面-目标深度的 强度反差之间的矛盾通过强烈的和不变形的聚焦获得解决。公开的各种方 法用于获得高的反差，这是通过控制波前使波前进入皮肤之前在声音波导 内已经会聚，和在皮肤内的波前强烈会聚和基本没有变形达到的。
在本发明的别的方面中，强烈聚焦可以有附加的效益，因为它减小由 于超声波能量传播深入到体内造成伤害的可能性。面部皮肤的某些区域是 非常薄的，如在面颊骨上面或前额。在目标深度和下面组织或器官深度之 间很大的强度反差将减小损伤下面骨头或者其他组织结构的可能性。例 如，对这样的脸部应用，那里骨头是在相当薄的皮肤层之下，应该避免在 深度大于1毫米之下大量的能量穿透。在其他应用中，敏感的皮下结构的 深度可以是2毫米、3毫米或甚至是5毫米。对所有这些应用，深的穿透 对目标深度的强度反差(比)优选地至少是约1∶2，更优选地至少约1∶3 或至少约1∶5。对细长的焦点区(如长度至少10毫米)深的穿透-对-目 标深度的强度反差(比)可以放松，优选地至少是约1∶1.2，更优选地至少 是约1∶1.3或至少是约1∶1.5。
在本发明还有一方面中，通过将转换器分成基本对称的两部分或多个 部分大致定位在球形的(或圆柱的)周边上可以实现强度反差，并以这样 的方式对齐使各部分得到的作用相加产生有很大强度反差的波前。在一个 实施例中，可以使用单块圆柱形转换器，它的中心区是声学或电气中断 (blocked)的。更具体地，这样的装置设计从二个或多个小孔发射器可以 产生大的合成孔。因为发射器每个各自有小孔，从而可以说波前的变形可 以是非常小。
在本发明还有一个方面中，转换器面对皮肤的界面表面可以被设计成 基本上是平的。平度提供从波导到皮肤的容易的和有效的声音传送。另一 种是，可以采用带槽的表面，槽的深度优选地小于500微米，更优选地小 于约100微米。
本发明对减小人皮肤外观的皱纹特别有用。本发明的各实施例可以提 供更平滑、嫩化的皮肤外观，而不会损伤皮肤的表皮层。
附图说明
各附图插入这里作为参考，附图中相同的元件已经给予相同的参考数 字。
图1示出了按照本发明超声波发生装置的一个实施例；
图1A示出了按照本发明手持件的一个实施例；
图1B示出了按照本发明手持件的另一个实施例；
图2示出了可以用于本发明的超声波转换器的一个实施例；
图3示出了可以用于本发明的转换器的另一个实施例；
图4示出了可以用于本发明的转换器的另一个实施例；
图5示出了可以用于本发明的转换器的另一个实施例；
图6示出了可以用于控制图1所示装置的控制系统；
图7示出了可以用于本发明的转换器的另一个实施例；
图8示出了按照本发明的一个方面在皮肤区域上施加超声波的方案；
图9示出了按照本发明的另一方面在皮肤区域上施加超声波的方案；
图10示意说明另一个超声波注施机；
图11示意说明超声波注施机的替换实施例；
图12示意说明超声波注施机另一个实施例；
图13示意说明超声波注施机别的实施例；
图14示意说明又一个超声波注施机实施例；
图15是说明用于驱动按照本发明转换器的激励波形图；
图16是由图15的波形驱动的转换器产生的声波的模拟图；
图17是示意说明按照本发明半球形(圆筒形)的转换器设计；
图17A是从(如在图17中所示)转换器穿过皮肤边界的无补偿的声 脉冲的模拟波前分析；
图17B是从(如在图17中所示)转换器类似地穿过皮肤边界的无补 偿的声脉冲模拟声线示踪分析；
图18是示意说明波前补偿元件(声表面透镜结构)与球形(或圆筒 形)转换器一起使用来补偿皮肤边界变形；
图18A是从(如在图18中所示)波前补偿元件穿过皮肤边界的补偿 的声脉冲的波前分析；
图18B是从如在图18中所示的波前补偿元件类似地穿过皮肤边界的 补偿的声脉冲的声线示踪分析；
图19是示意说明另一个波前补偿元件(有填充物质的声表面透镜结 构)与球形转换器一起使用来补偿皮肤边界变形和进一步表示穿过皮肤边 界的补偿的声脉冲的波前分析；
图20是示意说明本发明采用非球面转换器的一个实施例和由这样非 球面转换器产生的声脉冲穿过皮肤边界的波前分析；
图21是从非球面转换器来的声脉冲的进一步波前分析，表示转换器 不同区域的影响；
图22是由两个分离的饼形转换器同时产生的两个声脉冲的进一步波 前分析；
图23是更一般化的示意说明按照本发明的边界补偿的、分段的转换 器设计。

图1整体说明超声波发生装置10，可以用它施加可控的、局部的、聚 焦的超声波到人皮肤的某区域。该装置包括通过可以是电缆或类似物的电 气构件19耦合到手持件20的控制电路18。手持件包括一个或多个转换器 元件，下面将要对此加以更详细地描述。响应于从基站18中控制电路来 的控制信号，手持件22产生超声波21。手持件22可以有一个或多个实际 生产超声波或类似声波的元件，如压电元件，以及一个或多个聚焦元件。 手持件还包括有皮肤接触表面的声学发送波导26，尽管在某些应用中可能 希望在波导表面和皮肤之间采用声学耦合介质，如生物适合的水凝胶。
使用装置10引导超声波21进入皮肤12。使超声波聚焦从而使聚焦的 超声波在皮肤12的真皮层16中产生刺激和\或兴奋区30。在区域30内聚 焦的超声波能局部地提高在区域30内被引导进入皮肤的超声波束的影响 力。这能使在超声波21中部分能量在区域30被吸收，造成区域30的刺 激和\或兴奋。由于区域30主要包含在真皮层16中，所以对表皮层14的 损伤(如果有的话)应该很小。
在图1A中，进一步说明手持件20有本体29和带表面接触表面27的 声学波导26。如在图1A中所示，和下面进一步讨论那样，波导26可以 大体上是圆筒形(半球形)，有非球面的表面27去补偿由边界引起的散焦 效应。
在图1B中表示手持件10的另一个实施例，它包括一次性使用盒13， 可以用它分散声凝胶、或冷却剂或标记或治疗剂。可将盒13通过耦合机 构17耦合到手持件，该机构有利于流体传送到皮肤(如通过周边口19)。 可将示踪元件或光可检测物质形式的标记散布到皮肤上，该系统可以进一 步包括传感器(如下面讨论那样)去检测标记然后起动声能发生器。还可 以进一步这样构造，除非手持件和盒被适当地锁定或通过耦合机构17耦 合在一起，否则该系统不操作。
可通过耦合机构17将一次使用的盒耦合到手持件，耦合机构优选地 在盒内的流体室和手持件里的流体分配器之间装设无泄露的导管。耦合机 构也可以装设用于确认盒内的液体量和/或用于警告使用者盒内液体即将 用完的传感器。要分散的流体可以是声学耦合凝胶、冷却液体或气体(如 冷却表皮)或药剂、美容剂或化妆品(如含有维生素C或湿润剂)。
虽然图示的是与可拆卸的盒相连，但应该清楚本发明也包括这种从基 站传送的流体，如通过连接19或单独的导管(未表示)。可将控制开关23 装入到一次性使用的盒、手持件或系统的其他构成部分中以便控制流体的 流量。盒13还可包括推进剂源或可以依靠装入到手持件10或基站18(如 在图1中所示)中的压力或泵元件的系统。
在图1B中还表示可拆卸的声学隔板元件26A和26B以便调节所述装 置的焦距。这样的隔板可以有不同的厚度和选择用于特定的应用。在使用 中，隔板可以构成声学波导(或部分)的一部分和如所示的隔板元件26X 那样(由虚线表示)可以是可拆卸地和可更换地定位在手持件和皮肤之间。 隔板可以模仿皮肤的声学特性或提供一些或全部的散焦补偿。
如在本公开内容中所用的术语“超声”旨在包括两种，如一般使用的 常规的“超声”是描述高至约100兆赫兹的高频声波和如一般使用的“特 超声”是描述大于约100兆赫兹的非常高频的声波。一般来说，在本公开 内容中使用的“超声”是指描述这样的声波，它能在皮肤组织中诱发可控 的体温升高或空穴现象，或脉冲波有足够大的幅度诱发“冲击波”或在皮 肤组织内的组织拉伸(拉伸压力)。如在本公开内容中所用的，体温升高 是一种为了治疗的目的在身体的某部分诱发提高的温度的状态。
请注意，本发明的一个特点是提供聚焦的超声波束去刺激和兴奋皮肤 的真皮层而没有对表皮层和/或超过指定的治疗深度的其他组织造成明显 的或有害的刺激。通过一个或多个聚焦元件可以提供超声波束的聚焦。在 本发明的某些实施例中，使用相对低功率的超声波去温和地刺激和/或兴奋 真皮以便诱发生物响应，造成在大于施加超声波能量所用时间的一段时间 内合成或产生新的结缔组织。本发明的治疗可以是一次性治疗或者可以是 在一段相当长的时间内需要多次的治疗，如几天、几星期、或几个月，以 便刺激身体在真皮层内产生新的结缔组织。
图2说明用于提供聚焦超声波束的转换器22的一个实施例。在图2 中，转换器22有沿着尺寸方向42伸展的凹的或圆筒形的表面40。许多细 长的转换器元件，如压电元件44沿着区域40的表面46设置。本发明所 属技术领域的普通技术人员将能理解在转换器22中可以使用单个弯曲的 转换器或多个转换器元件。元件44沿着尺寸方向42的纵向伸展。由于各 个元件44是沿着凹形的表面设置，它们发送的超声波束朝向焦点48，焦 点位于从各转换器元件44延伸到焦点48的各个半径50的相交处。所以， 通过调节表面46的曲率半径，可以改变焦点48的位置。本发明所属技术 领域的普通技术人员将能理解在图2中所示的圆筒形实施例中，焦点48 沿着尺寸方向42伸展形成扫描线43。
图3说明按照本发明可以使用的另一种转换器结构。在图3中，转换 器22装有覆盖转换器表面56的声学波导54。声学波导54是类似于图1 中说明的声学波导26。可以用声学连接介质，优选地用与声学波导54有 相同或相似传送特性的材料充满整个空腔52。另一种是，声学波导54可 以是附加地充满空腔52的单件。图3中所示的转换器与图2中所示的转 换器22以相同的方式工作，但是其加上声学波导54可使转换器更容易跨 过平的皮肤表面进行扫描。另外，由于声学波导54的作用是沿着半径50 的方向引导超声波，所以可以减小转换器22的尺寸和体积。也就是说， 对给定的焦点48的位置，加上声学波导54能使表面46的曲率半径大于 没有波导54所需的半径。因此，这种超声波转换器22的结构比它的曲率 半径仅由焦点48的位置决定的转换器更加容易制造。当使用更高的超声 波束强度时由于可将转换器做得更大以便更好地散热所以它可以防止转 换器过热，这种结构也是很有用的。
在本发明中，扫描线43焦点的深度是非常接近于皮肤的表面，因而 可以使用声学波导54来确定焦点的深度。声学波导54可以有不同的厚度， 而每种不同的厚度提供不同深度的焦点。使用不同厚度的声学波导提供一 种改变焦点深度的方便的方法，例如在医生的诊所进行治疗时这可能是很 有利的。
图4说明按照本发明可以使用的另一种转换器结构，在图4中转换器 22有平的或平面的结构和以基本上平面的形式设置转换器元件44。有聚 焦部分的透镜24设置在转换器的下表面56。圆筒形和沿着尺寸方向42伸 展的聚焦部分25的作用是将转换器元件44产生的超声波沿线50的方向 聚焦，从而使转换器元件44产生的超声波聚焦在焦点48。
图5说明按照本发明可以使用的另一种转换器结构。在图5中，转换 器22装有设置在透镜24下表面58的声学波导54。声学波导54以与图3 相关描述的相同方式，对给定的焦点位置48能使透镜24聚焦部分25的 曲率半径大于没有声学波导时的曲率半径。因此，超声波转换器22的这 种特殊结构可以更容易地制造。
在图1、2、3、4和5中说明的系统优选地用于强烈聚焦超声波束， 如用大于约0.3的数值孔径聚焦。如在各图中所示，透镜优选地有大致圆 筒形的几何形状将声能聚焦到一条线上而不是一个点。
本发明所属技术领域的普通技术人员也将能理解可将生物相容的水 凝胶放在皮肤表面与透镜(如图4的情况)或声波波导54(如图5的情况) 之间。
本发明所属技术领域的普通技术人员将能理解尽管在图1-5中已经 说明了特殊的转换器结构，在本发明中可以使用各种各样的其他转换器结 构。此外，可以使用相控阵超声波转换器。相控阵可能是有利的，可以用 它聚焦由每个转换器元件各自产生的超声波束在所需的焦点深度和位置 上。除了聚焦超声波束，可以使用相控阵在要治疗皮肤区域上进行超声波 束扫描。
图6说明在本发明中可以使用的控制系统以便控制提供给真皮层16 区域30的能量总数。控制系统100包括控制器102。控制器102可以包括 计算机和相关的外围设备，如存储器和大容量存储装置。操作者界面104 可以包括至少一个键盘和显示装置，允许使用者给定各种参数，如焦点深 度、要加的超声波束幅度、将要加的超声波束的持续时间等等。从控制器 102来的控制信号被送到驱动器106。驱动器106包括各种机构，如电路， 如按需要使转换器元件或转换器22的各元件产生超声波的机构。
在下文中控制系统100包括5个不同的反馈系统，可以用它们控制加 到病人皮肤的超声波能量的剂量。本发明所属技术领域的普通技术人员将 能理解，可以单独使用或以任何组合的形式使用5个反馈系统。
第一反馈系统包括接受器110和信号分析仪112。可以用接受器110 和信号分析仪112测量加到病人皮肤的超声波能量的幅值并提供反馈信号 给控制器102，以便自动地或者允许操作者手动地调节转换器22传送的超 声波束的幅值。可选择地，也可用接受器110检测在治疗仪和皮肤之间是 否有流体存在，如上面讨论那样，在治疗之前或治疗中希望加上耦合的、 冷却的或治疗的流体。
第二反馈系统包括温度传感器114，可以用它测量加上超声波能量的 区域内皮肤的温度。利用温度检测作为反馈机理可能是有效的，因为温度 传感器114所在的皮肤表面是很靠近被超声波能量加热的皮肤区域。控制 器102可以利用检测到的温度读数去自动地或者在操作者的控制下手动地 控制由转换器22传送到病人皮肤的超声波能量的幅值。
第三反馈系统包括第二超声波转换器116和收发机118。可以用收发 机118和转换器116提供低水平的超声波信号，可以使用该信号给控制器 102用于诊断和反馈的目的。也可利用收发机118和转换器116作为目标 位置的回声定位系统。也就是说，可以应用低功率的超声波信号去定位皮 肤中的微组织，如毛囊，以便帮助治疗。
还有，如果用收发机代替驱动器106或者如果装设额外的接受器并连 接到转换器22和控制器102，然后用一个转换器就可执行回声定位功能。 可将这个转换器22放在病人皮肤上，在控制器102的控制下，可以用低 功率超声波为目标定位和确定方位。一旦治疗的位置已经确定，就可以把 控制器102转换到治疗模式，然后用转换器22可加上更高功率的超声波 去治疗皮肤。
更一般地说，可用低功率的超声波去定位造成表皮平滑度不规则的表 皮下的状态。然后用更高功率的超声波去治疗该区域。
还有，也可用低功率超声波信号去自动地确定超声波能量聚焦的深 度。例如，可以用低功率或诊断的超声波信号去定位在要治疗区域内真皮 和表皮之间界面的深度。然后根据这个测量值可以给定高功率或治疗超声 波聚焦的深度以便保证将超声波能量聚焦在真皮层。
第四反馈系统包括导电性传感器120，可以使用它测量病人皮肤要加 超声波能量的区域内的导电性。控制器102可以使用由传感器120检测的 导电性的程度去自动地或者在操作者控制下手动地控制由转换器108传送 到病人皮肤的超声波能量的幅度。
第五反馈系统包括连接到控制器102的宽频带传声器122。当利用空 穴现象作为刺激真皮的机理时，可将传声器122放在或靠近被治疗的皮肤 区域。由于在真皮中加上超声波所形成的泡的破裂产生有特征的声调，可 由传声器122检测到。然后控制器102可以应用由传声器122提供的信号 经过适当的信号处理去控制由转换器22提供的超声波能量。使用者也可 听到由传声器122提供的信号并手动地控制超声波的能量。
可以利用上述反馈系统中的任一个检测是否有流体加到皮肤上，在装 置使用之前或使用时希望那里加上流体。另一种是，反馈系统还可以包括 光探测器或类似仪器检测流体中的标记。
对控制器102应进行编程，从而使转换器22将立体均匀的超声波剂 量传送到要治疗的皮肤区域内，以便保证均匀地刺激真皮层。当在要治疗 的皮肤区域内平均来说有均匀的能量注入时本发明的方法看来是最有效 的。
参考图7，转换器22沿着双向箭头45定义的方向扫描。在沿着箭头 45的方向转换器22扫描的同时，它传送聚焦在皮肤真皮层中的焦点或深 度48的超声波束。焦点48纵向沿着尺寸方向42伸展形成扫描线43。因 此控制器102需要编程以便在两个尺寸方向上传送均匀的能量，一个沿着 尺寸方向42的方向，一个沿着线或尺寸方向45扫描的方向。
由转换器22传送进入皮肤的能量可以用连续方式或离散增量进行传 送。本发明所属技术领域的普通技术人员将能理解超声波能量在一个尺寸 方向如尺寸方向42中可以是连续的而在另一个尺寸方向如尺寸方向45中 是离散的，或者正好相反。本发明所属技术领域的普通技术人员将能理解 超声波能量可以在两个尺寸方向上都是连续地传送或者在两个尺寸方向 上都是离散地传送。
如果在两个尺寸方向42和45中都离散地传送超声波能量，那么如在 图8所示加入超声波能量的方案，其中每个点47表示超声波能量已经加 入的位置。如果是以连续的方式在两个尺寸方向42和45加入超声波能量， 那么在点47之间的区域也有超声波能量加入。
如果传送超声波能量在尺寸方向45中是离散的而在尺寸方向42中是 连续的，那么得到如在图9中所示的超声波能量加入的方案，其中区域49 表示超声波能量已经加入的区域。
在连续施加超声波的情况中，必须同时控制沿着尺寸方向45扫描的 速度和施加的功率。以同样的方式，如果应用超声波能量离散施加，那么 必须控制沿着箭头45方向的点47之间的距离、沿着箭头45移动转换器 22的速度和各个能量注入的时间，以便提供均匀地施加量。
如在图6和图7中所示，可以装设编码器124。例如，编码器124可 以是轮子，当转换器在皮肤扫描时它沿着皮肤滚动。将实质上可以是模拟 或数字的电信号提供给控制器102。控制器102使用从编码器124来的信 号决定转换器22在皮肤表面扫描的速度和移动的距离。用这个信息，如 果使用离散超声波脉冲的话，可对控制器102编程以便相对扫描速度和移 动的距离调节超声波脉冲频率和超声波能量的强度，从而达到平均来说立 体均匀的超声波剂量。以相同的方式，如果使用连续的功率，那么控制器 102将相对扫描速度调节超声波束能量以便达到在目标区内均匀施加超声 波能量。
在另外一个实施例中，可将声学透明的板放在要治疗区域的皮肤上， 然后转换器22和编码器124在声学透明板上扫描。在该板上扫描的转换 器也可提供限定要治疗区的一种方法，以便避免对该皮肤区域过度治疗或 治疗不足。
为了使用本发明的方法和装置减小或消除人皮肤的皱纹，医生或技术 人员(使用者)为超声波束给定所需的焦点深度，从而使超声波能量基本 上集中于皮肤的真皮层。这个深度一般在5微米到5毫米范围内。也决定 了要注入到真皮层中超声波能量的幅度。治疗的持续时间和被刺激和/或兴 奋的真皮层体积决定所需要的功率水平。
还要选择超声波束的频率。超声波频率应在大约1兆赫兹和500兆赫 兹的范围之内。优选地，超声波束频率是在约3和80兆赫兹范围内相对 低频的超声波，更优选地在某些应用中在约10和80兆赫兹之间。根据给 定的超声频率的波进入皮肤的穿透深度和造成有需要的真皮区合适的刺 激和/或兴奋所需的功率选择超声波束的频率。
显然，可用任何的顺序执行上述的各步骤。
一旦已经给定这些参数，然后超声波转换器在皮肤的皱纹区上扫描。 通常，比皱纹区要大得多的范围内或明显地超过皱纹占有区域的范围内都 会经受超声波束。优选地，使之有效，接受治疗的皮肤区是十倍地大于皱 纹本身区的量级。
在本发明的还有一方面，公开了各种用于补偿变形的结构，当聚焦的 声能从装置前进到皮肤表面下的目标区时可能会产生这种变形。因此，公 开了边界补偿声学波导。这里所用的术语“边界补偿元件”和“边界补偿 表面”是描述通用等级的装置或结构，它们可以补偿能量或波前传播中的 变形。不然的话，当聚焦声束越过边界时，如从治疗装置到皮肤的目标区 过渡，一般会发生上述这种变形。例如，边界补偿元件可以是声学透镜或 波导(或波导表面结构)，它们选择地修正通过的声学波前的各部分。通 过边界补偿元件的形状或在厚度或材料组份中的变化可以获得波前这样 的修正。图10-14示出了按照本发明装入一个或多个边界补偿元件的各 种装置。
对用声能进行皮肤治疗，通常需要在几百微米深度高质量的声学聚焦 和高的聚焦角(高的NA)。传送这样的能量到表面下目标区的一种特别有 用的模式是采用半球的会聚波前。(这里所用的术语“半球”是描述在一 个轴中是球形的三维形状，如圆筒形几何形状。也可用球形、半球形、圆 筒形、半圆筒形和部分圆筒形互相交换地塑造在提供聚焦声能方面有用的 波前形状。)
尽管半球波前通过均匀声学特性的材料传播坍缩的半球波前将产生 良好的聚焦，但在会聚中遇到任何变形都将产生较少的(更多的立体分散) 高强度的局部区域和低峰值的负压。
一般来说，波前的曲率半径限定焦点的深度。声学波前在原点的形状 通常受转换器形状控制，如整体或两半弧曲的转换器。如果没有波导放在 转换器和皮肤之间，将需要皮肤区去占据由成形的转换器所形成的空穴。 当需要高的聚焦角时，没有波导的工作将需要迫使皮肤进入到圆筒形半球 凹的转换器中，在300微米半径的量级，对仪器的每个位置仅允许治疗很 小区域的皮肤。还有，只有当凹槽全部用皮肤组织充满才能实际工作(或 者采用传播声音与通过组织的声音传播有相同速度的流体)。
术语“波导”旨在包括任何定位在转换器和目标如表面下皮肤区之间 的声学传送(透明的)结构。对本公开内容的目的来说波导材料的主要声 学特性是：声音的速度、声阻抗、声音吸收系数和它的频率分散(分散性)。 术语“波前”可以包括单个波前、相同频率的系列波前(有匹配的或不匹 配的相位)或不同频率的波前总和，每个频率有它自身的相位。
术语“非球面的”旨在包括其特性不是球面的各种形状，典型地是弧 曲形状，即不能用单个曲率半径表示其特征的各种形状。如上所指，球面 和非球面(如圆筒形或半球面聚焦)通常用在单维的范围内。因此术语“球 面的”和“非球面的”是一种简化的表示方式，当然应把它看作包括半球 面的半非球面的形状。如这里所用的术语“DFHS”指的是“与半球度的 偏差”，可借助波前曲率半径中的局部变形进行测量。
这里使用术语“补偿”、“边界补偿”和“波前补偿”以及类似的词组 来描述一种修正，这种修正改变波前(或用特殊设计的波前开始)以便减 小跨过传送边界(从一种介质到另一种有不同声学特性的介质)的散焦效 应。因此，术语“补偿”应理解为包括防止和/或减小这样散焦的各种系统、 方法和设计。
参考图10-14，坍缩波前(在准单件电转换器系统中)的几何形状很 大程度上是由界面的几何形状和声音在波导材料中和在组织中的传播速 度所限定。主要的界面是：(a)波导和皮肤之间的界面；(b)转换器和波 导之间的界面；(c)二个或多个波导材料(有不同的声波传播速度)之间 的界面。波导材料的波弥散特性和绕射在较小程度上也可影响波前的几何 形状。如果忽略绕射效应，声线示踪近似法可以帮助说明本发明。
在所示的各图中，可以通过波导材料的声音吸收系数、在波导材料内 波的横向距离和声波在界面的反射现象来定义(或型化模)声音通过波导 的传送。通过对波导材料和波导尺寸的适当选择，声音吸收将比在界面的 反射对声能损失产生更小的影响。反射能量的总量很大程度上是在每个界 面两侧材料的声阻差和沿着界面每个位置上波的入射角的函数。换句话 说，声学信号的损失主要是由因声学特性的不匹配和入射角而引起的在界 面的反射所决定。在皮肤中和在波导中的数值孔径(NA)可以假定是相 同的。术语“数值孔径”或“NA”打算不仅包括精确的科学定义(如在 目标空间内折射指数乘以透镜或透镜等价结构的一半张角的正弦的积)而 且还包括这里更通用地用于简单地对聚焦角的描述。
在图10中，所示的治疗装置200包括弧曲形转换器202和波导204， 从而在介面B(和几何形状等于介面B)产生无变形的半球面波前。皮肤 组织被假定充满整个空腔206。半球介面B的曲率中心精确地位于用小的 十字表示的聚焦点上。在从B到A的传播中声波保持半球面的波前和它的 聚焦点位置。介面A也是半球面的。介面A的曲率中心精确地位于介面B 曲率中心的相同位置。这是“单中心”设计。该设计在把皮肤压入到纵向 半球面的沟中时造成了不希望有的困难。根据非球面性，图10的结构可 按如下公式定义：
DFHS(B)＝0
DFHS(A)＝0
在图11中通过装置210说明本发明的再一个实施例，它有类似于上 述的弧曲形转换器212和波导214。还有，转换器212构造成在介面B(和 几何形状等于它)产生无变形的半球面波前(DFHS(B)＝0)。半球面介 面B的曲率中心是在用小十字表示的焦点的上面。在从B传播到A时声 波保持它的半球形。介面A被特殊地设计，以便将进入的半球面波前变换 成也是半球面但有不同曲率与不同中心位置的另一个波前。用小十字表示 的新的曲率中心现在变成新的聚焦点。新的聚焦点位置与由弧曲线形转换 器和介面B定义的曲率中心相偏离。这不再是单中心的设计。它的优点在 于能更加容易将皮肤放入到更浅的非球面槽216中。与波导比较减小了皮 肤中的NA。这种情况可用如下方式总结：
DFHS(B)＝0
DFHS(A)＝0
从而DFHS(B)+DFHS(A)＝0
在图12中用装置220说明本发明的另一个实施例，它还是有类似于 上述弧曲形转换器222和波导224。但是，转换器222在介面B有故意变 形的非半球面的形状从而能够将非半球面波前引入到波导224中。非半球 面波前的变形在介面A得到补偿，从而当在皮肤中时，恢复后的半球面波 前能很好地聚焦。十字还是表示焦点的位置。这种情况用如下方式总结：
DFHS(B)+DFHS(A)＝0
这个设计明显的优点在于皮肤平滑地接触到介面A。在某些应用中希望介 面A优选地是平的或者仅是略为弯曲。但是这个设计的优点在某些情况被 制造转换器-波导介面B中更大的困难所抵消。
在图13中，通过装置230说明本发明的再一个实施例，它有类似于 上述的曲线形转换器232，和两部分波导234A和234B。还有，转换器232 构造成使其在介面B(几何形状等于它)产生无变形的半球波前 (DFHS(B)＝0)。介面C位于材料234A和234B之间，这两种材料有两个不 同的声音传播速度。介面C使波前这样变形，即它补偿在介面A中的变形。 介面A可以是平的或略为弯曲而容易与皮肤接触。现在介面A和B都容 易制造。有利的是，介面C可以近似于半球面形(一般情况下不需要)。 但是在这种情况下C的曲率中心应该不同于B的曲率中心(非半球面形状 根本就没有曲率中心)。可将皮肤中的NA与介面B处NA比较或者缩小 或者放大。这个实施例可以总结如下：
DFHS(B)＝0和
DFHS(A)+DFHS(C)＝0
在图10-13的各实施例中，一个共同的特性是B的曲率中心至少是 在焦点附近。这样的结构由少许部件制成和有少许介面。但是，这样介面 形状的复杂性被在介面B处的转换器至少是近似于半球面的事实所平衡。
在图14中说明本发明的另外一个实施例，其中可以实现平的转换器 设计。在图14中，表示的装置240类似于上述的转换器242，具有三部分 波导244A、244B和244C。在图14的实施例中，B的曲率中心与焦点位 置相差很大距离。在极端的情况下B的中心甚至可以在无限远，在这样的 情况下B将是完全平的。尽管用三部分波导来说明，应该清楚现在类似的 结构可以用更多的介面和更多的材料装配而成。因此它的外观和操作原理 变成类似于光学显微镜的设计。取决于材料的选择，介面曲率的符号甚至 可以反向。
在某些设计中，波导材料可以是金属(如A1或Ti)，因为这样材料的 弯曲介面有很强的聚焦能力(因为在介面两侧声音的速度差可能很大)。 与介面B处的NA相比较，皮肤中的NA被放大和该情况可总结如下：
DFHS(A)+DFHS(B)+DFHS(C1)+DFHS(C2)+其他介面的贡献＝0可以使 用各种材料构造本发明所用的波导。示例性的材料是聚合物(例如 Mitsui Chemicals公司有售)，4-甲基戊烯-1为基的聚烯烃有良好的声学 透明性以及耐热和化学稳定的性质。另一种是采用塑料(例如， 在C-Lec Plastics公司有售)，通过聚苯乙烯与二乙烯基苯交联生产的交 联聚苯乙烯塑料。还有另外一种有用的材料是，聚二氟乙烯(PVDF) 聚合物(例如，从Arkema Group，SA有售)。在某些应用中，可以使用铝 和其他金属，特别是用陶瓷转换器。尽管金属有更大的阻抗不匹配(因而 和更大的反射损失)，但在特殊的应用中这种金属的较大的聚焦功率可能 是有利的。
虽然生物机理不是完全被理解，但看起来体温升高和/或空穴现象，或 者单独地或者组合地，可以引起生物响应。至少由某些细胞内蛋白质、细 胞间蛋白质、和/或酶通过体温升高造成的变性作用诱发体内的生物或治疗 响应。除了原有的结缔组织之外生物响应造成在真皮中由纤维细胞组成的 新的结缔组织的合成。新的结缔组织填满皮肤。对真皮层加上新的结缔组 织的过程使皮肤外表中皱纹减少和改善皮肤的形状、平滑度和外观。
可以刺激生物响应的一个机理是通过体温升高。使用体温升高注入的 能量总量一般是将真皮层温度提高到在47℃和75℃之间范围内的某个点 所需的能量。优选地是将要治疗的真皮层的温度增加到约55℃和约65℃ 之间。
选择这些范围以便使真皮中相对小部分的蛋白质变性。在温度约为47 ℃时，要花费几十秒的时间使真皮中小部分蛋白质变性。与此相反，在温 度为73℃时，仅需几十微秒使真皮中相同的小部分蛋白质变性。本发明所 属技术领域的普通技术人员将能理解在暴露时间和所加能量总量之间有 一种折衷的方案。所加的能量水平越高那么所需的暴露时间就越短，或者 相反。将真皮层温度提高到约55℃和65℃的范围内，看来在医治的时间 长度和传给皮肤的能量总量之间提供了一种可行的妥协方案。
可以诱导生物响应的另一种机理是空穴现象。优选地，当单独使用或 与体温升高组合使用空穴现象时，需要在真皮层中加上足够的能量以便在 真皮层中产生空穴的气泡。当气泡破裂时造成冲击波，在局部区域内机械 地撕裂真皮中组织引起皮肤炎症或痛疼从而获得生物响应。该生物响应造 成新的结缔组织的合成。
可以诱导生物响应的另一机理是通过使用脉冲声波。可以使用有足够 幅值的脉冲声波以便在焦点产生负压波从而在真皮中诱导冲击波类型的 响应。与空穴气泡破裂相同，冲击波机械地在局部区域内撕裂真皮中组织 造成皮肤疼痛从而得到生物响应。该生物响应造成新的结缔组织的合成。
将能理解注入皮肤能量的大小是超声波频率、加入超声波的时间、治 疗皮肤的面积、皮肤中热量的热扩散的函数，可以改变皮肤对超声波能量 的阻抗以便提供所需的生物响应。本发明一般所用的剂量是显然地低于常 规的体温升高疗法。例如，在表皮的表面超声波的强度可以是在约100到 500瓦/平方厘米范围内。在真皮层的聚焦点，在某些条件下，超声波的强 度可以是在约500到1500瓦/平方厘米范围内。驱动这样转换器的电脉冲 可以是简单的方波或阶跃函数或门控振荡驱动器。更优选地，可以设计脉 冲以便使加到目标组织的负压最大化。
在某些优选实施例中，可能希望以“单脉冲”的形式将声能传给目标 区。单脉冲是单个脉冲几乎没有或没有“瞬变”。在提高负压或“空穴” 效应中单脉冲可能是有用的，从而使目标组织经受高度的拉力。相信以这 种方式受力的组织造成真皮组织结构中微孔因而触发生物响应。在其他应 用中，变动式或瞬变的脉冲可能是有利的。优选地，不管脉冲的性质，这 样脉冲的持续时间(例如，由单脉冲的全幅、半值(FWHV)测量的或在 瞬变脉冲群中单个振荡的FWHV测量的)是小于约500毫微秒，更优选 地，小于5000毫微秒，例如对单脉冲在100毫微秒的量级。
单个振荡声脉冲的持续时间很大程度上是转换器声学厚度的函数和 基本上是在转换器厚度中声学往返旅程的时间。例如，可以使用塑性箔片 转换器，优选地有小于约500微米的厚度，更优选地小于200微米，例如 在100微米量级，如果希望单脉冲的话。陶瓷转换器厚度优选地小于1毫 米，更优选地是在约200微米到约500微米范围内。
但是瞬变脉冲群的持续时间不是声学往返旅程的函数而是取决于转 换器的瞬变特征或它的电增能器的设计。在阶跃函数电驱动器的情况下， 脉冲持续时间是瞬变振荡中机械Q的函数，它依次取决于材料内部的声学 损失和转换器材料的声学阻抗和波导的声学阻抗之间声学不匹配的程度。 不匹配越大瞬变振荡越长。在转换器减幅振荡频率下驱动器供给门控振荡 的情况中，脉冲的持续时间是受门控的控制和等于门控时间。
图15和16是按照本发明根据简单的阶跃函数激励电压可能产生的声 脉冲压力的模拟曲线(有效地用反向的幅值，即这里已将负值“定为正”)。 这种激励将驱动转换器作一次厚度的膨胀和收缩。在或者陶瓷或者压电组 成的转换器中可以获得这样的声学响应。(对瞬变脉冲群，由陶瓷压电材 料制成的振荡转换器可能是优选的)。图15和16说明在两个位置的相同 的数字模型的压力波形。图15模拟声脉冲在转换器附近开始产生时，而 图16说明在它已经传播一段短距离之后的声脉冲。
图17是示意地说明按照本发明球面转换器的设计。转换器22是整体 球面的(圆筒形)并产生球面的波前。表示最后的未被扰动的波前300。 例如，介面304的声学有效孔径302可以是约1.2mm。在图示的设计中， 可以给定角是约10度。
图17A是仿真的，对从如图17所示的转换器跨过皮肤边界304的未 补偿的声脉冲的波前分析。在图17A中示出了等震线，它是单个脉冲在不 同时刻或不同相位时一系列的瞬时快照。可以看到波前跨过界面304受到 干扰，因而聚焦很差。
图17B是对从如图17所示的转换器来的相同的未补偿的声脉冲跨过 界面304(如皮肤边界)的模拟声线示踪分析形式的另一种说明，再次示 出了很差的聚焦。
图18是示意说明与如图17中示意表示的球面转换器一起使用的波前 变换元件306(带有成形的皮肤接触表面元件216的声学透镜结构214)。 元件306设计成在上述的皮肤边界保持波前的半球面特性。原则上，元件 216变换波前的曲率半径，将它的聚焦点转移到更深的组织中。因而元件 306补偿了在皮肤边界304的边界条件，不然的话界面将导致散焦效应。 由于元件306的表面形状，在跨过皮肤边界之前和之后波前仍然清楚地保 持半球面，仅变换了聚焦点和曲率半径。
图18A是半球面声脉冲的模拟波前分析，脉冲从如在图17中所示的 耦合有图18的变换元件306的转换器出来，再次示出了波前跨过皮肤边 界的通道。如可以看到的那样，由元件306改变方向的波前到达更深的聚 焦点。
图18B是对从球面或半球面转换器出来的相同补偿的声脉冲跨过界 面304(如皮肤边界)的另一种说明(声线示踪分析的形式)，表示良好定 义的聚焦。
图19是示意说明另一种波前补偿组件309(声学透镜结构214带有成 形的皮肤表面元件216A和填充物材料308)，还是与球面的转换器一起使 用以便补偿皮肤边界的变形。填充物材料应该有与生物组织紧密匹配的声 学特性(如声音的传播速度)。这样材料的实例有酚醛树脂(苯酚甲醛树 脂)、乙基乙烯基乙酸酯、聚氨基甲酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯(特别是TCI 聚乙烯)、Aqualenes(弹性体商品名)和丁二烯聚氨基甲酸酯。本发明所 属技术领域的普通技术人员将能理解这个目录仅是说明性的，其他材料也 很容易购买和用作填充物材料。通过采用填充物材料和内部补偿结构，可 以保留平的接触表面310。图19还表示补偿的声学脉冲跨过皮肤边界和达 到紧密聚焦的波前分析。
图20是示意说明本发明采用非球面转换器311作为波前补偿元件的 另一个实施例。在这个实施例中，通过波导214的波前传播不是球面的， 但当它跨过皮肤边界304时变成了球面，如图中波前分析所说明的那样。 通过采用非球面转换器，可以再次保留平的接触表面310。
图21和22说明非球面转换器别的特性。图21为从非球面的转换器 来的声脉冲的进一步波前分析，示出了从转换器不同部分来的贡献。所以 从转换器段318A和318B来的贡献是累积的，但不需要连续单一的转换器。 所以如在图22所示，通过两个独立但同步的转换器328A和328B可以到 达相同的效果。因此图22提供两个分离的转换器段328A和328B同步产 生的两个声脉冲的进一步波前分析。可以看到，各段的波前改变方向到共 同的聚焦点。
图23是按照本发明的边界-补偿、分段的、转换器设计的更一般化 的示意说明。通过适当地分离段328A和328B(如在图22中所示)，可以 定义合成孔350。取决于应用，各段也不必非是球面的。通过合适的选择 转换器形状、对角()和/或偏移(Δx)，两个标称聚焦点(没有边界条 件)可以重叠成为单个聚焦点。换句话说，转换器各段不需共享共同的曲 率中心。通过合适选择偏移，分段的转换器可以补偿声学不匹配的波导和 目标组织。虽然这个实施例用两个转换器元件，应该清楚也可采用多于两 个。在某些情况下，对一个或多个转换器段可能还希望修改曲率半径，以 及另一种是，提供偏移。
尽管分段的转换器的做法可能不会提供最佳的波前聚焦，但无论如何 它们可以获得在组织中波前变形的良好补偿，和特别是当采用陶瓷转换器 时更容易和/或更经济地制造。还有，这个方法有附加的优点，可以阻止声 能以接近垂直的角度进入皮肤，从而进一步减小可能的能量过度穿透深入 到皮肤中和对在真皮下组织或骨结构可能有的副作用。在某些应用中为了 阻止大部分或全部能量或者垂直或者离垂线小于30度角(即60度角保护) 进入皮肤可能是有利的，或者优选地离垂线小于20度角，或者更优选地 在某些情况下离垂线小于10度或5度角。
在上面讨论的所有实施例中，可以采用和可以设计多个波导材料和/ 或耦合粘合剂以便使声波在从转换器到目标组织区它的路上累积的能量 反射损失最小化。在复合波导的材料之间或在波导和组织之间和/或转换器 和波导之间的界面上可能出现这样反射损失。一般来说，反射损失是声学 阻抗不匹配的结果。在现有技术中已知有各种技术使反射损失最小化，包 括，例如，使用共振的λ/4阻抗匹配层或另一种是使用多次共振复层的“宽 带”组。
应该注意本发明的各种方法在施加超声波能量之后无需使皮肤皱纹 立即减小或消失。治疗通常需要在很长一段时间内(如几天或几个月)多 次重复，从而温和地刺激或兴奋真皮层使其产生生物响应同时又避免对表 皮层灾害性的损伤。这比常规的方法有许多优点。首先，表皮不受伤害或 仅受到最小的伤害或影响。其次，不暴露真皮层从而减小机会性感染的机 率。第三，由于相对低的功率水平和表皮没有灾害性地受伤，所以与常规 的方法比较明显地减小病人的不舒服和痛苦。
请注意，使用体温升高的本发明的方法目的在于使真皮中相对小部分 的蛋白质变性，一般小于该蛋白质的20％。这些蛋白质可以是细胞内的、 细胞外的、或还有酶。优选地在真皮中小于10％的蛋白质被变性，要确信 对表皮的细胞只是很小的损害，在真皮中不大于约5％的蛋白质应被变性。
为了进一步防止皮肤表皮层的温度升高或疼痛，可以使用冷却装置或 方法。在超声波转换器上可放置蓝宝石尖头。另一种是，在治疗之前、期 间或之后可以使用水冷。本发明所属技术领域的普通技术人员将能理解有 许多冷却装置和方法可以与本发明一起使用。
也可在治疗之前对皮肤进行加热或冷却使皮肤的温度达到已知的状 态以便控制所加超声波的剂量。这可能是很有意义的因为蛋白质的变性依 赖于皮肤的绝对温度而不依赖于皮肤开始温度的相对增加。治疗前也可考 虑病人-对-病人的差异性(例如不同的体温)进行皮肤的加热或冷却， 把所有的病人带到相同的状态。
也可使用标记来定界治疗的区域。该标记可以是任何类型的合适的标 记。例如，当转换器被扫描跨过皮肤时可将荧光凝胶放置在皮肤上。也可 使用墨水、涂料或消毒剂。标记可以是可见的或除了暴露在合适的光源之 外可以是不可见的。标记允许使用者引导转换器生产立体的均匀的超声波 剂量以便保证均匀地刺激真皮和避免皮肤某些区域治疗过度而另一些区 域欠治疗。
本发明还可以减少皮肤外表中其他类型的缺陷，如痤疮疤和烧伤、并 嫩化或使皮肤外观焕然一新。这是因为响应真皮的刺激或兴奋，新产生结 缔组织开始充填真皮，这些类型的皮肤缺陷可能变得不可见和皮肤成为更 加平滑、焕然一新或鲜嫩的外表。
已经描述了本发明各个说明性的实施例，对本发明所属技术领域的普 通技术人员来说将很容易做到各种改变、修改和改进。例如，可以采用各 种替代的声脉冲或“冲击波”发生器来代替上述的超声转换器。这样代替 的能量发生器包括压电的、电火花的和激光触发的脉冲生成装置，使液态 介质进行快速的状态变化或热-弹性膨胀。这些装置产生的脉冲可以有很 宽的频率范围。因此，上面的描述仅作为例子而不打算作为限制。本发明 仅受下面权利要求书所定义的和其等同的特征的限制。