專利名稱:具有多個可控冷卻元件以提供預(yù)定冷卻分布曲線的冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明一般涉及從皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量的冷卻裝置、系統(tǒng)和方 法,更具體地但非排他性地涉及具有多個可控冷卻元件以產(chǎn)生空間冷卻分布曲 線和/或隨時間變化的冷卻分布曲線以便更有效地影響皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞的 冷卻裝置。
背景技術(shù):
過量體脂增加了發(fā)生各種疾病的可能性,例如心臟病、高血壓、骨關(guān)節(jié)病、 支氣管炎、高血壓、糖尿病、深部靜脈血栓形成、肺栓子、靜脈曲張、膽結(jié)石、 疝和一些其它疾病。
除了是嚴(yán)重的健康風(fēng)險,過量體脂還將減損個人外表和運(yùn)動性能。例如, 過量體脂會形成脂肪團(tuán),在皮膚表面導(dǎo)致"桔皮"現(xiàn)象。當(dāng)皮下脂肪深入真皮 并在皮膚附連下方結(jié)構(gòu)性纖維鏈的地方形成淺凹時,脂肪團(tuán)形成。通常認(rèn)為脂 肪團(tuán)和過量脂肪是沒有吸引力的。因此,出于對與過量脂肪相關(guān)聯(lián)的嚴(yán)重健康 風(fēng)險和運(yùn)動問題的考慮,迫切需要一種控制體脂過度蓄積的有效方法。
吸脂法是一種選擇性除去體脂以塑造體形的方法。吸脂通常由整形外科醫(yī) 生和皮膚科醫(yī)師采用專業(yè)化外科設(shè)備進(jìn)行,通過抽吸作用以機(jī)械方式除去皮下 脂肪細(xì)胞。吸脂法的一個缺點(diǎn)在于,這是一次重大的外科手術(shù),恢復(fù)過程可能 是痛苦的。吸脂法可能會有嚴(yán)重的、有時甚至是致命的并發(fā)癥。此外,吸脂法 的花費(fèi)通常較高。
除去過量體脂的常規(guī)非侵入性療法通常包括外用藥劑、減肥藥、有規(guī)律 的運(yùn)動、節(jié)食或這些療法的組合。這些療法的一個缺點(diǎn)在于,它們在某些情況 下不太有效或者甚至是不可能的。例如,當(dāng)對象受到物理損傷或患病時,有規(guī) 律的運(yùn)動就不再是選項之一。類似地,當(dāng)減肥藥或外用藥劑會引起過敏或副作 用時就不能使用。而且,采用一般或全身減肥方法不能實現(xiàn)在對象身體的選定區(qū)域進(jìn)行減肥。
其它非侵入性治療方法包括在皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞區(qū)域施熱。美國專利
5,948,011描述了通過用輻射能加熱皮下脂肪層來改變皮下體脂和/或膠原,與
此同時要冷卻皮膚表面。所施加的熱量能使膠原組織構(gòu)成的纖維膈變性并破壞 皮膚下方的脂肪細(xì)胞,而冷卻能保護(hù)表皮不受熱損傷。該方法比吸脂法的侵入 性小,但仍然能引起相鄰組織的皮膚損傷,對患者是痛苦的。
減少皮下脂肪細(xì)胞的另一種方法是冷卻靶細(xì)胞,如美國專利公開
2003/0220674所述,該申請的全部內(nèi)容參考包括在此。該申請描述了降低富含 脂質(zhì)的皮下脂肪細(xì)胞的溫度,以選擇性影響脂肪細(xì)胞而不損傷表皮層細(xì)胞。雖 然該申請?zhí)峁┝擞邢M姆椒ê脱b置,但仍然需要若干改進(jìn)以提高該方法和裝 置的實施,包括提供多個可控冷卻元件以形成空間冷卻分布曲線和/或隨時間變 化的冷卻分布曲線,以更有效地影響皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞。
美國專利公開2003/0220674還描述了選擇性除去富含脂質(zhì)的細(xì)胞并避免 其它結(jié)構(gòu)如真皮和表皮細(xì)胞損傷的方法。需要更有效和更精確地控制這些作用 的方法。因此,還需要一種在整個預(yù)定的隨時間變化的冷卻分布曲線上、所選 擇的空間冷卻分布曲線上立體地冷卻富含脂質(zhì)的細(xì)胞,或者維持恒定的過程參 數(shù)的方法。
附圖簡要說明
在附圖中,相同的參考標(biāo)號表示類似的元件或動作。附圖中各元件的尺寸 和相對位置不一定是按比例繪制的。例如,各種元件的形狀和角度不是按比例 繪制的,這些元件中的一些被隨意放大和定位,以改善附圖清晰度。并且,所 繪制的各元件的具體形狀不傳遞關(guān)于特定元件實際形狀的任何信息,僅僅是為 了在附圖中容易辨識。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式,從皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量的系 統(tǒng)的等角視圖。
圖2A、 2B、 2C和2D是根據(jù)本發(fā)明的實施方式,從皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞 除去熱量的冷卻裝置的等角視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式,從皮下富含裝置的細(xì)胞除去熱量的圖2A所示冷卻裝置的分解等角視圖。
圖4是圖3冷卻裝置的進(jìn)一步分解等角視圖,顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實施
方式的冷卻裝置的其它組件。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的多個串聯(lián)的熱交換器的等角視圖。圖 5B是根據(jù)本發(fā)明又一實施方式的多個串聯(lián)的熱交換器的頂視圖。圖5C是圖5B 熱交換器的等角底視圖。
圖6A是圖5A所示熱交換器中的一個的分解等角視圖。圖6B是根據(jù)本發(fā) 明一個實施方式, 一可選構(gòu)型的熱交換器冷卻元件的等角視圖。
圖7是冷卻元件中的一個沿圖5A中線7-7的橫截面視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式,用于從皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量的 可選冷卻裝置的等角頂視圖。
圖9是圖8可選冷卻裝置的等角頂視圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式,在皮膚真皮中側(cè)向冷卻模式的示例性 截面視圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式,顯示了用于從皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除 去熱量的計算機(jī)系統(tǒng)軟件模塊的框圖。
發(fā)明詳述 A.總覽
本發(fā)明描述了冷卻皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞的裝置、系統(tǒng)和方法。術(shù)語"皮下 組織"指位于真皮下方的組織,包括脂肪細(xì)胞和皮下脂肪。應(yīng)理解,下文提供 的一些詳細(xì)說明是為了描述以下實施方式,描述的方式足以使相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人 員能夠制造和使用所述實施方式。但是,下文描述的一些細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)不一定是 實施本發(fā)明某些實施方式所必需的。此外,本發(fā)明包括在權(quán)利要求書范圍內(nèi)但 卻沒有在圖1-11中詳細(xì)描述的其它實施方式。
在整篇說明書中,"一個實施方式"或"一實施方式"表示結(jié)合該實施方 式中描述的特定性質(zhì)、結(jié)構(gòu)或特征包括在本發(fā)明的至少一個實施方式中。因此, 通篇說明書多處出現(xiàn)的短語"在一個實施方式中"或"在一實施方式中"并不 必然都是指該實施方式。而且,特定性質(zhì)、結(jié)構(gòu)或特征可以任何合適的方式結(jié)合在一個或多個實施方式中。
這里給出的標(biāo)題只是為了方便敘述,而不應(yīng)解釋為本發(fā)明的范圍或涵義。
本發(fā)明涉及一種用于從對象皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量的冷卻裝置。該 冷卻裝置包括多個可彼此相對運(yùn)動的冷卻元件,以適應(yīng)對象皮膚。
一個方面涉及用于從皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量的冷卻裝置。該冷卻裝 置包括多個包含在可圍繞至少一個軸旋轉(zhuǎn)的互連框架構(gòu)件內(nèi)的冷卻元件、多 個熱交換元件、和殼體。或者,該冷卻裝置包括多個包含在柔性基板上的冷卻 元件。冷卻裝置可采用許多冷卻技術(shù),例如包括熱電冷卻器、再循環(huán)冷流體、 蒸汽壓縮元件、或相變低溫裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解,還可使用許多其它 冷卻技術(shù),并且冷卻元件不必限于上述元件。
另一個方面涉及具有利用熱電珀耳帖原理或其它冷卻技術(shù)的多個冷卻元 件的冷卻裝置。該冷卻裝置還包括與冷卻元件熱連通的散熱元件和多個界面元 件,界面元件具有被構(gòu)造成接觸對象皮膚的熱交換表面。冷卻元件能夠降低區(qū) 域溫度,從而使該區(qū)域中富含脂質(zhì)的細(xì)胞受影響而非富含脂質(zhì)的細(xì)胞通常不受 影響。
其它的方面包括,該冷卻裝置可包括多個互連的鉸接區(qū)段,以便旋轉(zhuǎn)以順 應(yīng)身體部分?;蛘?,冷卻元件還可設(shè)置在柔性基板上并可彼此相對運(yùn)動。
另一個方面涉及一種冷卻裝置,它具有多個獨(dú)立控制以提供空間冷卻分布 曲線和/或隨時間變化的冷卻分布曲線的冷卻元件。例如,冷卻分布曲線可配置 成能使沿冷卻裝置外周的冷卻元件比冷卻裝置內(nèi)部的冷卻元件溫度更高或更 低?;蛘?,冷卻分布曲線可配置成能使冷卻裝置區(qū)域內(nèi)的冷卻元件比冷卻裝置 附近區(qū)域的冷卻元件的溫度更高或更低。其它的方面包括,冷卻分布曲線可隨 時間變化,以提供在治療期間降低或升高的溫度曲線。
另一個方面涉及應(yīng)用冷卻裝置的方法,所述冷卻裝置具有多個包含在多個 互連鉸接區(qū)段內(nèi)的冷卻元件,每一個相鄰的鉸接冷卻元對可圍繞至少一個軸旋 轉(zhuǎn)。冷卻元件可具有能夠從對象皮膚除去熱量的多個熱交換表面。該方法包括: 旋轉(zhuǎn)包含冷卻元件的鉸接區(qū)段以實現(xiàn)所需的冷卻裝置構(gòu)形,將多個冷卻元件的 熱交換表面冷卻至所需的溫度,將多個冷卻的熱交換表面貼近對象皮膚放置, 和降低區(qū)域溫度從而使區(qū)域中富含脂質(zhì)的細(xì)胞受影響而區(qū)域中非富含脂質(zhì)的細(xì)胞一般不受影響。或者,冷卻元件設(shè)置在柔性基板上并可相互運(yùn)動。
其它的方面包括在接觸區(qū)域應(yīng)用和維持壓力的方法。其它的方面包括用固 位裝置將冷卻裝置固定在適當(dāng)位置。其它的方面包括提供隨時間變化的分布曲 線,以在選擇的時間范圍內(nèi)升高或降低冷卻元件的溫度。其它的方面包括在空 間方面改變冷卻裝置的每一個冷卻元件的溫度,以在冷卻裝置中提供分立冷卻 區(qū)域。
另一個方面涉及用于從皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 冷卻裝置以及聯(lián)接于該冷卻裝置以消散冷卻裝置產(chǎn)生的熱量的的散熱裝置,該 冷卻裝置包括多個包含可彼此相對運(yùn)動的冷卻元件的框架區(qū)段,框架區(qū)段能實 現(xiàn)相互間所需的取向。在一個實施方式中,框架區(qū)段鉸接在一起。當(dāng)貼近對象 皮膚放置時,這多個冷卻元件能夠降低區(qū)域溫度,從而使區(qū)域中富含脂質(zhì)的細(xì) 胞受影響而表皮和/或真皮中非富含脂質(zhì)的細(xì)胞一般不受影響。
其它的方面包括使冷卻裝置的構(gòu)形依從身體輪廓。其它的方面包括,該冷 卻裝置包括手柄和/或可包括綁帶或其它固位裝置以使冷卻裝置保持在選定的 位置。其它的方面包括控制系統(tǒng),以預(yù)定的模式個別地控制冷卻元件的溫度。 其它的方面包括處理元件,用于控制冷卻裝置隨時間變化的冷卻分布曲線。
B.選擇性減少富含脂質(zhì)細(xì)胞的系統(tǒng)
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式,用于從對象101皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞 除去熱量的系統(tǒng)100的等角視圖。系統(tǒng)100可包括放置于對象101腹部102或 其它合適的部位的冷卻裝置104,以從對象101皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量。 下面將參考圖2-11更詳細(xì)地描述冷卻裝置104的各個實施方式。
系統(tǒng)100還可包括冷卻單元106以及將冷卻裝置104連接至冷卻單元106 的供應(yīng)和返回流體管線108a-b。冷卻單元106可將熱量從冷卻劑移至散熱裝置, 并通過流體管線108a-b向冷卻裝置104提供冷凍的冷卻劑。循環(huán)冷卻劑的例子 包括水、乙二醇、合成的熱轉(zhuǎn)移流體、油、制冷劑、和任何其它合適的導(dǎo)熱流 體。流體管線108a-b可以是軟管或是其它由聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯和可容 納特定循環(huán)冷卻劑的其它材料構(gòu)成的導(dǎo)管。冷卻單元106可以是制冷單元、冷 卻塔、熱電冷凍機(jī)、或任何其它能夠從冷卻劑移走熱量的裝置。或者,可使用市政供水(即自來水)代替冷卻單元。
如下文更詳細(xì)所述,冷卻裝置104包括多個熱電冷卻元件,例如珀耳帖型 熱電元件,可一個個地控制它們以產(chǎn)生定制的空間冷卻分布曲線和/或隨時間變
化的冷卻分布曲線。系統(tǒng)IOO可還包括電源IIO和可操作地聯(lián)接于冷卻裝置104 的處理單元114。在一個實施方式中,單元IIO可提供給熱電冷卻裝置104直 流電壓,以實現(xiàn)從對象101的熱去除速率。處理單元114可經(jīng)由貼近冷卻裝置 104放置的傳感器(未示出)通過電力線116監(jiān)測過程參數(shù),以基于過程參數(shù)調(diào)節(jié) 熱去除速率??烧{(diào)節(jié)熱轉(zhuǎn)移速率以維持恒定的過程參數(shù)?;蛘?,過程參數(shù)可隨 空間或時間改變。處理單元114可通過線112直接電連通,或者可通過無線連 通連接?;蛘撸深A(yù)先編程處理單元114以提供空間分布的冷卻曲線和/或隨時 間變化的冷卻曲線。處理單元114可包括任何處理器、可編程邏輯控制器、分 布式控制系統(tǒng)等。
在另一個方面中,處理單元114可與輸入裝置118、輸出裝置120和/或控 制臺122電連通。輸入裝置118可包括鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、按鈕、開關(guān)、電 位計、和適合接收使用者輸入的任何其它裝置。輸出裝置120可包括顯示屏、 打印機(jī)、媒體閱讀器、音頻裝置和適合提供使用者反饋的任何其它裝置。控制 臺122可包括指示燈、數(shù)字顯示器和音頻裝置。在可選的實施方式中,控制臺 122可包含在冷卻裝置104中。在圖1所示實施方式中,處理單元114、電源 110、控制臺122、冷卻電源106、輸入裝置118和輸出裝置120由帶有輪子126 的機(jī)架承載以方便搬運(yùn)。在可選的實施方式中,處理裝置114可包含在冷卻裝 置104上。在另一個實施方式中,各組件可固定安裝在治療部位。
C.具有多個冷卻元件的冷卻裝置
圖2A、 2B和2C是適用于系統(tǒng)100的本發(fā)明冷卻裝置104的等角視圖。 在該實施方式中,冷卻裝置104包括控制系統(tǒng)殼體202和冷卻元件殼體204a-g。 控制系統(tǒng)殼體202包括可滑入軸環(huán)310和/或可機(jī)械附連于冷卻元件殼體的插套 308(圖3)。冷卻元件殼體204a-g通過附連裝置206連接于熱交換元件(未示出)。 附連裝置可以是任何機(jī)械附連裝置,例如螺釘或銷,如本領(lǐng)域所知。多個冷卻 元件殼體204a-g可具有許多類似的特征。因此,下面將描述參考標(biāo)號"a"所表示的第一冷卻元件殼體204a的特征,第二冷卻元件殼體204b的相應(yīng)特征由 相同的參考標(biāo)號"b"來顯示和說明,依此類推。冷卻元件殼體204a可由聚合 物材料、金屬、陶瓷、木材和/或其它合適的材料構(gòu)成。圖2A-C中顯示的冷卻 元件殼體204a的例子總體為矩形,但也可具有任何其它所需的形狀。
圖2A中顯示了第一相對平伸構(gòu)型的冷卻裝置104;圖2B中顯示了第二微 曲構(gòu)型;圖2C中顯示了第三彎曲構(gòu)型。如圖2B和2C所示,冷卻元件殼體204a-g 的各區(qū)段可旋轉(zhuǎn)地連接于相鄰區(qū)段并可圍繞連接件207a-f運(yùn)動以使冷卻裝置 104彎曲。例如,連接件207a-f可以是銷、球形接頭、軸承或其它類型的可旋 轉(zhuǎn)接頭。因此,可將連接件207構(gòu)造成能使第一冷卻元件殼體204a可旋轉(zhuǎn)地聯(lián) 接于第二冷卻元件殼體204b。根據(jù)本發(fā)明的諸方面,第一冷卻元件殼體204a 可相對于第二冷卻元件殼體204b旋轉(zhuǎn)(箭頭A表示),每一個相鄰的可運(yùn)動冷卻 元件對能例如將第一和第二冷卻元件殼體204a和204b間的角度調(diào)整到高達(dá)45 ° 。這樣,冷卻裝置的關(guān)節(jié)聯(lián)接,使其能采取圖2B或2C所示的彎曲構(gòu)型,順 應(yīng)對象皮膚。
多個可旋轉(zhuǎn)熱交換器表面的一個優(yōu)點(diǎn)在于,冷卻裝置的弓式形狀能將熱轉(zhuǎn) 移集中到皮下區(qū)域。例如,當(dāng)熱交換表面圍繞對象身體輪廓旋轉(zhuǎn)時,弓式形狀 可集中皮膚散熱。
控制系統(tǒng)殼體202可容納用于控制冷卻裝置104和/或流體管線108a-b和/ 或電源和連通線的處理單元??刂葡到y(tǒng)殼體202包括電線和流體供應(yīng)管線(為表 示清楚未顯示)的配線端口 210??刂葡到y(tǒng)殼體202還可被構(gòu)造成冷卻裝置104 供使用者抓持的手柄?;蛘?,處理單元可包含在冷卻裝置之外的位置處。
如圖2A、 2B和2C所示,冷卻裝置104可還在冷卻裝置104的各端包括 聯(lián)接于框架304的固位裝置208a和208b。固位裝置208a和208b通過固位裝 置聯(lián)接元件212a-b可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接于框架。例如,固位裝置聯(lián)接元件212a-b可 以是銷、球形接頭、軸承或其它類型的可旋轉(zhuǎn)接頭。或者,固位裝置208a和 208b可剛性固定于冷卻元件殼體204a和204g的端部?;蛘撸涛谎b置可附連 于控制系統(tǒng)殼體202。
圖中的固位裝置208a和208b分別為翼片214,其中各自具有一狹槽206, 用于接受環(huán)帶或彈性綁帶(為清楚計,未示出),以在治療期間將冷卻裝置104200780000009.0
說明書第8/22頁
保持在對象101上的適當(dāng)位置?;蛘?,冷卻裝置可不包含任何附連的固位裝置, 可用手保持定位,可通過重力保持定位,或可通過包裹在冷卻裝置104和對象 101周圍的環(huán)帶、彈性綁帶或非彈性織物(例如尼龍織物帶)保持定位。
如圖2A-2C所示,冷卻元件殼體204a-g具有第一邊緣218和交互形狀的 相鄰第二邊緣220,以使冷卻裝置104匹配并因而形成平伸構(gòu)型。第一邊緣218 和第二邊緣220在圖中大致呈角度的;但是,其形狀可為彎曲的、直的、或是 在冷卻元件殼體204a-g相鄰區(qū)段之間形成交互形狀的角度、彎曲和直線邊緣的 組合。
圖2D顯示了適用于系統(tǒng)100的本發(fā)明可選的冷卻裝置104的等角視圖。 在該實施方式中,冷卻裝置104包括位于柔性基板350上的多個熱交換元件 300a-g。如圖2A-2C中所述,相鄰熱交換元件300a-g通過流體管線328流體串 聯(lián)。
根據(jù)本發(fā)明的諸方面,冷卻元件302a-g可固定于柔性基板350,或者可嵌 入柔性基板350。柔性基板350可由聚合物材料、彈性體材料和/或其它合適的 材料構(gòu)成。柔性基板350還可以是彈性體如硅氧垸或氨基甲酸乙酯,或可以是 織物如尼龍。柔性基板350也可以是薄層聚合物如聚丙烯或ABS。圖2D所示 柔性基板350的例子大致為矩形,但也可具有任何其它所需的形狀,包括矩陣 構(gòu)型或解剖學(xué)特異性形狀。根據(jù)本實施方式的諸方面,柔性基板350在冷卻元 件302a-g之間起活動鉸鏈的作用,以使冷卻元件302a-g順應(yīng)對象皮膚。
圖3是適用于系統(tǒng)100的本發(fā)明一個實施方式的冷卻裝置104的分解等角 視圖。在該實施方式中,冷卻裝置104包括框架304,它具有多個可旋轉(zhuǎn)連接 區(qū)段305a-g。可旋轉(zhuǎn)連接區(qū)段305a-g通過鉸鏈306a-g連接。或者,框架304 的可旋轉(zhuǎn)連接區(qū)段305a-g可通過允許旋轉(zhuǎn)的連接件連接,例如如銷、活動鉸鏈、 柔性基板如織物帶或織物等。根據(jù)本發(fā)明的一個方面,聯(lián)接件或鉸鏈由塑料制 成以使冷卻元件相互絕緣。
框架304中包括許多熱交換元件300a-g。熱交換元件300a-g包括具有罩蓋 301a-g的冷卻元件302a-g。罩蓋301a-g固定在冷卻元件302a-g的頂側(cè)。罩蓋 301a-g可通過各種機(jī)械裝置固定, 一如本文進(jìn)一步所述和本領(lǐng)域所知。根據(jù)本 發(fā)明的諸方面,罩蓋301a-g對冷卻元件302a-g流體密封。根據(jù)本發(fā)明的其它方面,鉸鏈306a-g被構(gòu)造成在使用過程中當(dāng)熱交換元件300a-g處于旋轉(zhuǎn)位置 時維持熱交換元件300a-g之間的緊密貼合。
冷卻元件302a-g可通過冷卻元件附連裝置307附連于框架304,使得第一 熱交換元件300a位于框架304的第一區(qū)段305a中,第二熱交換元件300b位于 框架304的第二區(qū)段305b中。圖示的冷卻元件附連裝置307是從框架304延 伸的翼片313和使所述框架304的翼片313牢固附連于冷卻元件302a-g的螺釘 315?;蛘撸部墒褂帽绢I(lǐng)域已知的機(jī)械固定裝置。
冷卻裝置104的冷卻元件302a-g通常被構(gòu)造成能夠旋轉(zhuǎn),以使冷卻裝置 104適應(yīng)對象IOI的弓狀部分。 一旦定位在對象101上,冷卻裝置104可進(jìn)一 步捆綁至對象101或者被構(gòu)造成可釋放地附連于對象101。冷卻元件302a-g可 被構(gòu)造成能夠彼此相對運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)以便將冷卻元件302a-g定位到在運(yùn)行期間 對治療區(qū)域施加壓力的位置。冷卻元件302a-g可彼此相對運(yùn)動或旋轉(zhuǎn),以使冷 卻裝置104適應(yīng)對象皮膚。下面將參考冷卻裝置的具體實施例更詳細(xì)地描述這 些特征。
第一冷卻元件302a可包括冷卻元件殼體204a、流體入口 310和流體出口 316a。流體入口 310流體聯(lián)接于供應(yīng)流體管線108a。如圖3所示,相鄰的冷卻 元件在流體入口 314a-f和流體出口 316a-f處通過流體管線328串聯(lián)流體聯(lián)接。 冷卻元件302g還包括流體聯(lián)接于返回流體線108b的流體出口 312。
提供串聯(lián)流體聯(lián)接的冷卻元件的一個預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)是,通過各個冷卻元件 302a-g個均勻流速,以提供冷卻裝置更一致的冷卻。提供串聯(lián)流體聯(lián)接的冷卻 元件302a-g的另一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)是冷卻裝置中的供應(yīng)管線較少,從而更可靠、更 方便和更容易地容納冷卻裝置的流體流動構(gòu)型。
圖4是適用于系統(tǒng)100的本發(fā)明一個實施例的圖3所示冷卻裝置的進(jìn)一步 分解等角視圖。該進(jìn)一步分解視圖基本類似于上述實施例,相同的參考數(shù)字表 示共有的動作和結(jié)構(gòu)。下面只描述操作和結(jié)構(gòu)中的顯著差異。冷卻裝置104包 括冷卻元件302a-g,它具有多個熱電冷卻器402,熱電冷卻器402被構(gòu)造成能 夠降低對象101皮下區(qū)域的溫度以選擇性影響該區(qū)域中富含脂質(zhì)的細(xì)胞。所示 多個熱電冷卻器402,也稱為珀耳帖型元件,具有第一面404和第二面406。 第一面404與冷卻元件302熱連通,第二面406與界面元件418熱連通。熱電冷卻器402可連接至外部電源(未示出),以在第一面404和第二面406之間轉(zhuǎn) 移熱量。一個合適的熱電冷卻器是由TE Technologies, Inc.(Traverse City, Michigan)生產(chǎn)的珀耳帖型冷卻元件(型號存CP-2895)。
熱電冷卻器402包含在框架304的區(qū)段305a-g內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的諸方面, 框架304可包含針對每一個熱電冷卻器402的獨(dú)立的引導(dǎo)件(individual guides)?;蛘撸瑹犭娎鋮s器402可保持在冷卻元件302a-g上,例如通過熱環(huán) 氧化物或通過焊接、機(jī)械壓縮和熱滑油的組合。
如圖4所示,多個冷卻元件302a-g可還包括與熱電冷卻器402熱連通的多 個界面元件418,它具有熱交換表面420,用于向/從對象101轉(zhuǎn)移熱量。在一 個實施例中,界面元件418大致為平面,但在其它實施例中,界面元件418為 非平面(例如,彎曲的、多面的,等等)。界面元件418可以由導(dǎo)熱性大于0.05 瓦/米開爾文的任何合適的材料構(gòu)成,在許多實施例中導(dǎo)熱性大于0.1瓦/米開爾 文。合適的材料的例子包括鋁、其它金屬、金屬合金、石墨、陶瓷、 一些聚合 物材料、復(fù)合材料、或包含在柔性膜中的流體。
通過向熱電冷卻器402供電,可將對象皮膚中的熱量有效地轉(zhuǎn)移至冷卻元 件302a-g中的循環(huán)流體。例如,對熱電冷卻器402施加電流通??墒篃犭娎鋮s 器402第一面404上的溫度達(dá)到37°C以下,通過界面元件418從對象101移走 熱量。然后,熱電冷卻器402將熱量從第二面406移至第一面404,在第一面 404上熱量被轉(zhuǎn)移到循環(huán)流體中。然后,冷卻單元106從循環(huán)液體移走熱量。
熱電冷卻器402可被構(gòu)造成能從對象101快速移走足夠量的熱量,而無需 對冷卻單元106使用高流電源。為了促進(jìn)熱量轉(zhuǎn)移,界面元件418可以是與熱 電冷卻器402大致相同尺寸的鋁板。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容,熱電冷卻器402可以 是功率約為160瓦的珀耳帖型熱電元件。因此,冷卻裝置104可快速有效地使 一部分對象皮膚從約37。C冷卻至約-20'C。冷卻單元160可使用普通電壓電源 (例如,120VAC),因為能量消耗不會過多。這就使得系統(tǒng)能夠在醫(yī)院、診所、 小型辦公室中使用,無需較為昂貴的高壓電子系統(tǒng)。
圖5A是串聯(lián)連接的多個熱交換元件300a-g的等角視圖,除去了殼體以更 好地顯示多個熱交換元件300a-g和互連流體管線。根據(jù)本發(fā)明的諸方面,熱交 換元件300a-g可旋轉(zhuǎn)地包含在框架304的連接區(qū)段上,形成寬度比高度大的冷卻裝置。因此,冷卻裝置是順應(yīng)性的并將依從外形輪廓。根據(jù)本發(fā)明的諸方面, 冷卻裝置在第一維度中的尺寸小,使得治療區(qū)域在第二維度中的彎率不會顯著 影響皮膚與冷卻裝置之間相接觸的表面積的量。
根據(jù)本發(fā)明的其它實施方式,圖5B是通過鉸鏈350a、 350b串聯(lián)連接的多 個熱交換器的等角頂視圖,其中,鉸鏈連接件與熱聚合物302a、 302b直接連接。 圖5B中顯示的鉸鏈350a、 350b是長條鉸鏈,它沿?zé)峤粨Q器300a、 300b的相 鄰側(cè)邊在熱交換器300a、 300b的長度上延伸,或者,鉸鏈350a、 350b可在熱 交換器300a、 300b相鄰側(cè)邊的一部分長度上延伸,或鉸鏈連接件可包括多個鉸 鏈350a、 350b。與圖5A不同,未采用框架來連接熱交換器300a、 300b或提供 熱交換器300a、 300b間鉸鏈連接件的支撐。圖5C是圖5B中熱交換器的等角 底視圖。根據(jù)本發(fā)明的其它方面,可單用和聯(lián)用本領(lǐng)域已知的其它鉸接機(jī)械連 接;或者鉸鏈連接中可使用本領(lǐng)域已知的其它化學(xué)連接如柔性粘合劑或活動鉸 鏈;或者,熱交換器之間可使用機(jī)電連接如磁體來連接熱交換器。
圖6A是圖5A所示熱交換元件300a的分解等角側(cè)視圖,以進(jìn)一步顯示熱 交換元件300a中的流體流動。圖中類似的參考標(biāo)號表示類似的特征或組件。如 圖6A中所示,熱交換元件300a可包括在冷卻元件302a中的蜿蜒形流體室610。 如圖6B所示,熱交換元件300a可包括鰭件612以引導(dǎo)流體流動通過流體室 610。流體室610可與相關(guān)流體口流體連通,使得流體可循環(huán)通過流體室610。 流體室610可被構(gòu)造成能接納流體冷卻劑,例如水、乙二醇、合成的熱轉(zhuǎn)移流 體、油、制冷劑、空氣、二氧化碳、氮?dú)夂蜌鍤狻8鶕?jù)本發(fā)明的其它方面,流 體室610可被構(gòu)造成本領(lǐng)域已知的多種構(gòu)型,以使流體分布在整個冷卻元件 302a中。
圖7是一個冷卻元件302a的橫截面視圖。冷卻元件302a被含有O環(huán)密封 件722的罩蓋301a流體密封,由附連裝置326保持在適當(dāng)位置。根據(jù)本發(fā)明的 內(nèi)容,冷卻元件302a可還包括貼近熱交換表面420(圖4)的至少一個傳感元件 710。例如,傳感元件710可與熱交換表面420大致平齊。或者,它可以從表 面凹陷或凸出。傳感元件710包括溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器、傳遞系數(shù)傳感器、 生物電阻傳感器、超聲傳感器、光傳感器、紅外傳感器、熱通量傳感器或任何 其它所需的傳感器,如本文進(jìn)一步所述。在一個實施例中,傳感元件710可以是溫度傳感器,它被配置成能夠測量
第一熱交換表面420的溫度和/或?qū)ο?01的皮膚溫度。例如,溫度傳感器可被
構(gòu)造成在測量期間能夠穿透皮膚的探頭或探針。合適的溫度傳感器的例子包
括熱電偶、熱阻裝置、熱敏電阻器(例如,摻雜中子嬗變的鍺熱敏電阻器)以
及紅外輻射溫度傳感器。在另一個實施例中,傳感元件710可是以超聲傳感器,
它被配置成能夠測量對象治療區(qū)域中的結(jié)晶和皮下脂肪粘度的變化。在又一個
實施例中,傳感元件710可以是光或紅外傳感器,它被配置成能夠監(jiān)測治療區(qū) 域的圖像,以檢測治療的表皮生理反應(yīng)。傳感元件710例如通過直接電線連接、 網(wǎng)絡(luò)連接和/或無線連接與處理單元114電連通。
因此,冷卻裝置104可與處理單元114電連通,處理單元114可自動調(diào)整 冷卻溫度。根據(jù)本發(fā)明的其它方面,傳感元件710可感應(yīng)界面元件418的溫度, 并由處理單元114將感應(yīng)的電子信號轉(zhuǎn)化為溫度過程值。在一個實施方式中, 處理單元114可包括比例一積分一導(dǎo)數(shù)控制器,它可調(diào)節(jié)對熱電冷卻器402的 功率輸出,以實現(xiàn)和/或維持所需的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面,傳感元件710可另選地是壓強(qiáng)傳感器,以感應(yīng)冷 卻元件302a在對象101上所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。在一個實施方式中,界面元件418 可附連于框架304,使得在熱交換元件300a施加的壓強(qiáng)通過殼體204a轉(zhuǎn)移至 壓強(qiáng)傳感器。壓強(qiáng)傳感器可另選地被配置成能夠感測流體室610中的壓強(qiáng),以 監(jiān)控流體室610中的壓強(qiáng)變化。或者,可由力和已知的冷卻元件的接觸面積來 推算壓強(qiáng)。例如,傳感元件710可以是任何類型的負(fù)載敏感性壓強(qiáng)傳感元件, 例如OMEGA Engineering, Inc.(Stamford, Connecticut)生產(chǎn)的測力計(型號 #LC201-25)。將壓強(qiáng)測量膜直接設(shè)置在冷卻元件與皮膚間的界面處也可進(jìn)行直 接的壓強(qiáng)測量。
冷卻元件302a-g可具有許多帶有不同和/或額外特征的其它實施方式,而 不減損冷卻元件的操作。例如,相鄰的冷卻元件可具有或不具有毗鄰熱交換表 面的傳感元件?;蛘撸鋮s元件可由與相鄰冷元件不同的材料構(gòu)成。
圖8顯示了包含在矩陣設(shè)計中的許多熱電冷卻件的等角視圖。圖8和9是 根據(jù)本發(fā)明的實施方式,用于從皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量的可選冷卻裝置 的等角視圖。如圖8和9所示,冷卻裝置810包括被構(gòu)造成平面矩陣的冷卻元件804。冷卻裝置810可包括用于將冷卻元件804保持在適當(dāng)位置的綁帶812。 冷卻裝置可還包括手柄814、線束818和用于將綁帶812可釋放地固定于冷卻 元件804的翼片816。冷卻元件804可還包括插套822,如下進(jìn)一步所述。
如圖9所示,冷卻元件804包括平面矩陣824,平面矩陣824包括多個熱 電冷卻件826。熱電冷卻件826包含在柔性基板830上。柔性基板830可以是 彈性體,例如硅氧烷或氨基甲酸乙酯,或者可以是織物如尼龍。根據(jù)其它的方 面,柔性基板830可以是薄層聚合物,例如聚丙烯或ABS。如本文更詳細(xì)所述, 熱電冷卻件826可具有用熱環(huán)氧化物膠粘至熱電冷卻件826冷卻表面的保護(hù)性 界面小板(未示出)。根據(jù)本發(fā)明的可選實施方式,輔助機(jī)械約束件還可包含在 柔性基板830中,以鎖位熱電冷卻件826。如本文更詳細(xì)所述,熱電冷卻件826 可在熱側(cè)面上包括熱交換器(如圖3-7中所述)以冷卻該熱側(cè)面。根據(jù)該實施方 式的內(nèi)容,每一個熱電冷卻件826可具有相對應(yīng)的熱交換器,以增加平面矩陣 的柔性?;蛘撸瑔蝹€柔性熱交換器可聯(lián)接至熱電冷卻件的熱側(cè)面(例如,水可循 環(huán)通過的囊或其它柔性膜)。
根據(jù)本發(fā)明的可選內(nèi)容,平面矩陣824可還包括接納在界面板和熱電冷卻 件之間的溫度或其它傳感器(未示出)和/或可具有單獨(dú)的插套以容納溫度傳感 器,如下進(jìn)一步所述。
D.冷卻裝置的操作
圖10是皮膚真皮中橫向冷卻模式的示例性截面視圖。冷卻模式從冷卻元 件302a-f輻射通過皮膚表皮和真皮,從而當(dāng)其影響包含富含脂質(zhì)細(xì)胞的目標(biāo)真 皮層時,冷卻模式形成一致的冷卻層并且框架區(qū)段間的任何間隙減小。這種冷 卻模式的一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)是,治療期間真皮層的冷卻是均勻的。圖10揭示了可 應(yīng)用于對象身體大致平面部分的冷卻裝置104。冷卻裝置的冷卻元件302a-f彼 此間可相對運(yùn)動(如圖2B、 C和D所示),以順應(yīng)對象皮膚輪廓。
不受理論的限制,據(jù)信在操作中,經(jīng)由傳導(dǎo)進(jìn)行冷卻的冷卻裝置104的有 效冷卻取決于許多因素。影響從皮膚區(qū)域去除熱量的兩個示例性的因素是,冷 卻元件的表面積和界面元件的溫度。當(dāng)在處于物理接觸中的兩種材料間傳導(dǎo), 即在皮膚與冷卻元件間傳導(dǎo)時,存在著一定量的熱阻,稱為接觸熱阻。接觸熱阻的表現(xiàn)形式是兩種材料之間的溫差。接觸熱阻較高意味著冷卻效力較低;因 此,在冷卻裝置中需要盡可能減小接觸熱阻。
盡可能減小接觸熱阻并最大程度地增加接觸表面積的一種方法是用柔性 且順應(yīng)身體自然輪廓的界面膜。根據(jù)可另選的方面,通過增加皮膚上施加器的 壓強(qiáng)可減小接觸壓強(qiáng)。表面壓強(qiáng)在皮膚冷卻應(yīng)用中具有額外的優(yōu)點(diǎn)。皮膚上足 夠的壓強(qiáng)促使內(nèi)部毛細(xì)管收縮,暫時減少經(jīng)過治療區(qū)域的血流。經(jīng)過治療區(qū)域 的血流減少可使冷卻中的區(qū)域更有效冷卻并提高治療有效性。
因此,根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容,冷卻裝置還包含根據(jù)冷卻裝置的曲率包裹圍繞 對象的柔性系帶材料或帶。通過綁緊系帶,可在對象與冷卻裝置之間施加壓力 并維持該壓力。根據(jù)本發(fā)明的諸方面,系帶可包含環(huán)帶(hoop)或d-環(huán),系帶 通過它們連結(jié)以產(chǎn)生緊固系帶的機(jī)械優(yōu)勢。根據(jù)本發(fā)明的其它方面,系帶還包
含維可牢尼龍搭扣(Velcro)或閂鎖或彈簧箍,以在緊固系帶后保持壓力。
操作中,操作者可抓住控制系統(tǒng)殼體202或其它類型的合適的手柄(未示 出),用一只手握持冷卻裝置104。接著,冷卻元件302a-g可運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)以實現(xiàn) 所需的取向。操作者可按所需取向?qū)⒕哂欣鋮s元件302a-g的冷卻裝置104置于 貼近對象皮膚,以從對象101的皮下區(qū)域除去熱量。在一個實施方式中,操作 者綁緊固定于冷卻抓住104的固位裝置208,從而對對象皮膚施加壓力。在另 一個實施方式中,操作者可對著對象皮膚手動按壓冷卻裝置104。操作者還可 通過從傳感元件710收集測量結(jié)果如皮膚溫度來監(jiān)測和控制治療過程。通過將 皮下組織冷卻至溫度37'C以下,更優(yōu)選25'C以下,可選擇性地影響皮下富含 脂質(zhì)的細(xì)胞。然后,受影響的細(xì)胞通過天然過程被患者再吸收。
根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容,將界面元件418如薄層鋁板安裝到熱電冷卻件的底部, 以確保熱電冷卻件與界面元件間的良好熱接觸。界面元件可通過各種各樣的機(jī) 械固定方式如本領(lǐng)域已知的固定方式聯(lián)接于冷卻元件。例如,聯(lián)接方式可包括, 使用導(dǎo)熱環(huán)氧化物或使用熱油脂如氧化鋅。
操作中,冷卻可通過熱交換元件300a-g有效分布。例如,冷卻裝置包括一 系列大約1毫米厚的界面元件418。界面元件418通過機(jī)械固定如熱環(huán)氧化物 與冷卻元件302a-g熱連通。冷卻元件302a-g由許多熱電冷卻件冷卻,以提供 給治療區(qū)域更有效的冷卻系統(tǒng)。冷卻元件302a-g包含在可彼此相對運(yùn)動的區(qū)段中,以順應(yīng)對象皮膚的輪廓。或者,類似于金屬表帶的連接節(jié)段,冷卻元件可 彼此相對旋轉(zhuǎn),因而組件可彎曲。
在設(shè)計中,界面元件和冷卻元件保護(hù)熱電冷卻件,同時維持熱電冷卻件與 皮膚間的良好熱轉(zhuǎn)移。界面元件的尺寸使得它們不會呈現(xiàn)非常大的熱質(zhì)量
(thermal mass)。在一種設(shè)計中,各個熱電冷卻件可為1"X1.5"。界面裝置
或鋁板也可以是厚度0.04"的r'X1.5',。如果熱電冷卻件的冷卻功率約為IOW,
基于預(yù)計從皮膚傳導(dǎo)的熱通量該功率是合適的,那么鋁板可在大約7秒內(nèi)從室
溫2(TC冷卻至治療溫度-1(TC。由以下方程來描述板內(nèi)能的變化 A五= r c ■ Ar
其中,AE是內(nèi)能的變化,p是材料密度,V是材料體積,C。是材料熱容, AT是溫度變化。在上述問題中,鋁板的體積為V二l英寸X1.5英寸X0.04英 寸或0.06英寸(9.8X 10—7m3)。對于典型的鋁級別,C° = 875J/kg* °C , p = 2770kg/m3。用這些常數(shù)解方程
AE = 2770kg/m3*9.8X l(T7m3*875J/kg*°C*30°C =71.3J
如果熱電冷卻件的冷卻功率為IOW,則可在7.1秒內(nèi)從鋁板移走71.3J的 熱量,如以下公式所示
71.3J/(10J/秒)二7.13秒
在一個實施方式中,在皮膚表面處框架中可包括小間隙或凹陷。在對皮膚 施放冷卻裝置之前,可對裝置或皮膚涂敷導(dǎo)熱流體或偶聯(lián)劑,以盡可能減小接 觸熱阻并增加冷卻裝置與皮膚間的熱轉(zhuǎn)移。偶聯(lián)劑將充填冷卻裝置中的間隙, 允許熱電冷卻件的板之間進(jìn)行有限的橫向傳導(dǎo)。這就在冷卻裝置應(yīng)用于皮膚時 產(chǎn)生橫跨皮膚表面區(qū)域的更均勻的溫度梯度。
偶聯(lián)劑可應(yīng)用于皮膚或界面構(gòu)件,以提高導(dǎo)熱性。偶聯(lián)劑可包括聚丙二醇、 聚乙二醇、丙二醇和/或二醇。二醇、甘油和其它防凍劑是有效的冰點(diǎn)抑制劑, 用作溶質(zhì)以降低偶聯(lián)劑的冰點(diǎn)。丙二醇(CH3CH0HCH20H)是防凍劑或不凍結(jié) 偶聯(lián)劑的一個示例性成分。其它成分包括聚丙二醇(PPG)、聚乙二醇(PEG)、聚 二醇、二醇、乙二醇、二甲亞砜、聚乙烯吡啶、醋酸鈣鎂、醋酸鈉和/或甲酸鈉。 優(yōu)選偶聯(lián)劑的冰點(diǎn)為-40。C到0°C,更優(yōu)選低于-l(TC,如2006年4月28日提交 的題為"Coupling Agent For Use With a Cooling Device For Improved Removal of Heat From Subcutaneous Lipid-Rich Cells"的美國臨時申請60/795,799中進(jìn)一步所述,該申請的內(nèi)容參考包括在此。
采用冷卻裝置104的一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)在于,可基本減少皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞 而不會對同一區(qū)域內(nèi)非富含脂質(zhì)細(xì)胞造成間接損傷。 一般來說,不影響非富含 脂質(zhì)的細(xì)胞的低溫能夠影響富含脂質(zhì)的細(xì)胞。結(jié)果,富含脂質(zhì)的細(xì)胞如皮下脂 肪組織受影響而同一區(qū)域中的其它細(xì)胞一般不會受到破壞,即使表面非富含脂 質(zhì)細(xì)胞經(jīng)受著甚至更低些的溫度。冷卻裝置104另一個預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)在于,其相
對緊湊,因為冷卻裝置104可被構(gòu)造成手持裝置。又一個優(yōu)點(diǎn)是,冷卻裝置可 應(yīng)用于對象身體的各種區(qū)域,因為可調(diào)節(jié)冷卻元件302a-g以順應(yīng)任何身體輪 廓。另一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)在于,通過對著對象皮膚按壓冷卻裝置104,可減少經(jīng)過 治療區(qū)域的血流以實現(xiàn)有效冷卻。另一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)在于,通過束緊綁帶施加壓 力以限制通往治療區(qū)域的血流,從而減少熱轉(zhuǎn)移(通過傳質(zhì))。因此,綁帶不僅 提供了將冷卻裝置保持在適當(dāng)位置的方式,而且確保冷卻裝置與皮膚間的良好 熱接觸,還可限制治療區(qū)域中的血流。又一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)在于,與單個冷卻元件 相比,多個冷卻元件302a-g能更有效地從皮膚移走熱量。
E.空間控制的冷卻元件分布曲線
許多皮膚冷卻裝置依賴于熱電冷卻件或其它冷卻源與皮膚之間相對厚的 鋁塊或其它導(dǎo)熱材料。當(dāng)將冷卻裝置應(yīng)用于相對絕緣材料如皮膚組織時,鋁板 變得等溫并維持橫跨皮膚表面的恒定溫度分布曲線。這種設(shè)計的缺點(diǎn)在于,當(dāng) 裝置開始冷卻時,或在熱循環(huán)期間,鋁板所呈現(xiàn)的熱質(zhì)量(thermal mass)需要 大冷卻功率。這可翻譯成增加冷卻時間或增加冷卻裝置所需的功率或增加兩 者。
根據(jù)本發(fā)明的諸方面,冷卻裝置具有低的熱質(zhì)量,仍然能夠維持橫跨皮膚 表面的恒定溫度分布曲線。而且,根據(jù)本發(fā)明的諸方面,提供多個冷卻元件, 從而在一次治療期間可以不同的溫度治療不同皮膚區(qū)域。在某些情況下,需要 將不同皮膚區(qū)域冷卻至不同溫度或冷卻不同的時間。根據(jù)本發(fā)明的諸方面,可 獨(dú)立地控制每一個熱電冷卻件以將不同的皮膚區(qū)域冷卻至不同溫度和/或冷卻 不同時間和/或確保整個治療區(qū)域內(nèi)一致的溫度。需要這樣做的一個原因是,身 體不同部位中的組織組成不同。 一些區(qū)域比起其它區(qū)域的脂肪組織層更厚,因而影響了皮膚的熱響應(yīng)。在其它區(qū)域中,骨或其它器官的存在也將影響對皮膚 的熱轉(zhuǎn)移。^
根據(jù)本發(fā)明的諸方面,空間控制的溫度分布曲線可向治療區(qū)域提供更有效
的冷卻。多個熱電冷卻件允許冷卻裝置實現(xiàn)空間冷卻(spatial cooling)。例如, 因為治療區(qū)中不同區(qū)域有不同的邊界條件,包含在冷卻裝置外周的熱電冷卻件 比包含在冷卻裝置內(nèi)部的熱電冷卻件具有更低或更高的溫度或持續(xù)時間。根據(jù) 本發(fā)明的諸方面,冷卻裝置可將皮膚快速和有效地冷卻至指定的溫度。此外, 本文所述冷卻裝置具有在單次治療中治療大區(qū)域同時將不同區(qū)域冷卻至不同 溫度和/或冷卻不同持續(xù)時間的能力。
或者,采用較小的冷卻裝置可實現(xiàn)這種局部化冷卻的變化,從而進(jìn)行多次 治療,在不同區(qū)域中冷卻至不同溫度。但是,這種類型的冷卻裝置需要多次治 療,從而增加了總的治療時間和操作者誤差的可能性。此外,熱質(zhì)量大的冷卻 裝置在每次治療期間將需要較長的冷卻時間。
根據(jù)本發(fā)明的諸方面,該裝置可適應(yīng)空間控制的冷卻溫度分布曲線,至少 提供以下優(yōu)點(diǎn)(l)增加效率;(2)減少功率消耗而效力相當(dāng);(3)增加患者舒適 性;或(4)減少治療時間。例如,根據(jù)本發(fā)明的諸方面,多個熱電冷卻件允許基 于患者解剖學(xué)差異,選擇性地激活或禁用設(shè)備的多個部分,從而實現(xiàn)患者間解 剖學(xué)差異的調(diào)節(jié)。 一個例子包括禁用骨骼結(jié)構(gòu)周圍的熱電冷卻件,以實現(xiàn)患者 舒適性或節(jié)省能量。
或者,可定制可控冷卻的具體模式,以匹配個體患者的脂肪團(tuán)模式,從而 增加治療效力。類似地,可通過超聲或其它裝置預(yù)先鑒別需要較高治療強(qiáng)度的 治療區(qū)域。于是,對該裝置進(jìn)行空間控制,以在預(yù)先鑒別的區(qū)域中提供較高強(qiáng) 度的治療。其它優(yōu)點(diǎn)包括通過空間控制冷卻以適應(yīng)非天然解剖學(xué)結(jié)構(gòu)(例如,腫
塊、瑕疵、乳頭、.毛發(fā)區(qū)域、疤痕、傷口、植入物的存在、珠寶、或敏感增強(qiáng) 的區(qū)域)從而增加患者舒適性和安全性。
對裝置進(jìn)行空間控制的其它優(yōu)點(diǎn)包括僅采用冷卻元件的子集來治療需要 治療的區(qū)域。使用一個可適應(yīng)小治療區(qū)域和大治療區(qū)域而不會過度治療(例如, 不能進(jìn)行空間控制的大裝置)或必須多次移動裝置因而增加治療時間(例如,比 治療區(qū)域小的治療裝置)的裝置是有益。因此,根據(jù)本發(fā)明的諸方面,可控制熱電冷卻件的選定區(qū)域使其比熱電冷卻件的另一區(qū)域稍熱幾度?;蛘?,可關(guān)閉冷 卻裝置的第一區(qū)域同時激活冷卻裝置的第二區(qū)域,使得僅治療對象選定的區(qū) 域,因而限制治療區(qū)域。其它有益的空間控制模式包括更強(qiáng)烈地治療部位內(nèi) 的治療區(qū)域、通過交替熱電冷卻件以節(jié)省能量、增加外周的冷卻以提供橫跨治 療區(qū)域一致的冷卻模式、和這些空間控制模式的組合,以增加治療效力、減少 治療時間、降低能量消耗和提供患者舒適性和安全性。
F.時間變化冷卻分布曲線
在某些實施方式中, 一旦達(dá)到所需的溫度,可維持區(qū)域溫度持續(xù)預(yù)定的時
間。從皮膚分離熱交換表面420a-g可終止冷卻循環(huán)。 一段時間后,如果需要, 如上所述可在皮膚相同部位再次利用冷卻裝置104,直到充分影響富含脂質(zhì)的 細(xì)胞以實現(xiàn)富含脂質(zhì)細(xì)胞所需的減少。在另一個實施方式中,可將冷卻裝置104 應(yīng)用于另一個皮膚部位,如上所述,以在另一個皮下靶區(qū)中選擇性地影響富含 脂質(zhì)的細(xì)胞。
或者,可根據(jù)預(yù)定的隨時間變化的冷卻分布曲線控制冷卻元件302a-g,以 冷卻、加熱、再冷卻和/或隨時間以階梯式溫度模式冷卻。具體地說,根據(jù)本發(fā) 明的諸方面,隨時間控制冷卻的模式提供了以下優(yōu)點(diǎn)(l)增加效率;(2)降低能 量消耗而效力相當(dāng);(3)增加患者舒適性;或(4)減少治療時間。 一個示例性冷卻 模式包括冷卻至-5°持續(xù)15分鐘,升高至30°持續(xù)5分鐘,冷卻至-3°持續(xù) IO分鐘。根據(jù)本發(fā)明的諸方面,可將任何所需的隨時間變化的冷卻分布曲線預(yù) 先編程到裝置中。例如,漸進(jìn)式或階梯式冷卻速率可減少能量需求。或者,可 釆用快速冷卻速率以使治療區(qū)域過冷。示例性冷卻速率包括每分鐘5-1000度, 更優(yōu)選每分鐘30-120度,最優(yōu)選每分鐘35-100度。
控制裝置時間一溫度分布曲線的一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)在于,實施過程中,組織對 冷卻速率敏感,因而通過控制治療區(qū)域的冷卻速率可控制組織損傷。并且,在 較長的時間段內(nèi)、或分階段地冷卻治療區(qū)域?qū)⒃黾踊颊呤孢m性。
部分上述實施方式的另一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)在于,冷卻裝置104可選擇性地減少 皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞而不會不可接受地影響真皮、表皮和/或其它組織。另一個 預(yù)期優(yōu)點(diǎn)在于,冷卻裝置104可在選擇性地減少皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞的同時向真皮和/或表皮提供有益作用。這些作用包括纖維組織形成、新生膠原形成
(neocollagenesis)、膠原收縮、膠原壓實、膠原密度增加、膠原重塑和棘層肥厚 (表皮增厚)。在脂肪團(tuán)的治療過程中,預(yù)期疝表面脂肪小葉上的真皮增厚將有 助于減少脂肪團(tuán)的出現(xiàn)和提高該作用的壽命。另一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)在于,通過旋轉(zhuǎn) 或移動冷卻元件302a-g以實現(xiàn)所需的取向,冷卻裝置104可順應(yīng)各種對象的身 體輪廓。又一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)在于,可將冷卻裝置104構(gòu)造成手持裝置以方便操作。 而且,另一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)在于,配備手持冷卻裝置104和機(jī)架安裝的處理單元114 及冷卻單元106的系統(tǒng)IOO緊湊且有效,使得上述方法可施用于門診部或醫(yī)師 診室而不僅僅是醫(yī)院。又一個預(yù)期優(yōu)點(diǎn)在于,可將冷卻裝置104綁定在適當(dāng)位 置,使得醫(yī)師能夠空出手來并使醫(yī)師能夠在治療進(jìn)行過程中執(zhí)行一些其它的任 務(wù)。
G.應(yīng)用具有多個可旋轉(zhuǎn)或可運(yùn)動冷卻元件的冷卻裝置的方法 操作中,通過旋轉(zhuǎn)或移動冷卻元件302a-g來選擇熱交換表面420間的角度。 常常選擇冷卻元件320a-g間的角度,以使熱交換表面320a-g順應(yīng)對象101身 體的各種輪廓和/或所需的夾鉗設(shè)置。在圖2A所示實施方式中,熱交換表面 320a-g間的角度可大致為180° ,即熱交換表面320a-g基本共平面,從而將冷 卻裝置施加到治療區(qū)域。在圖2B所示實施方式中,角度可小于180。,以使冷 卻裝置圍繞對象身體彎曲。在圖2C所示實施方式中,冷卻裝置進(jìn)一步彎曲以 順應(yīng)對象身體。在其它實施方式中,角度可以是任何角度以順應(yīng)對象身體,以 如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)可的那樣。
在配置了冷卻元件302a-g之后,操作者可將冷卻裝置104置于貼近對象 IOI的皮膚。在圖2A所示實施方式中(其中,角度為大致平面構(gòu)型),冷卻元件 302a-g最初平地放置在對象皮膚上。然后,操作者旋轉(zhuǎn)或移動冷卻裝置以順應(yīng) 對象身體。可用系帶緊固冷卻裝置,并通過進(jìn)一步綁緊系帶增加壓力。任選地, 使用壓強(qiáng)傳感器來感測通過界面元件418施加的鉗夾壓強(qiáng),通過處理單元114 處理感測的鉗夾力并在輸出裝置120上顯示。然后,可根據(jù)顯示的值調(diào)節(jié)壓強(qiáng)。 基于冷卻裝置的位置,該壓強(qiáng)可高于皮膚中的收縮壓,以阻礙或阻塞治療區(qū)域 中的血流。施加上述壓強(qiáng)可實現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域更有效的冷卻,因為將身體中心的熱量轉(zhuǎn)移至治療區(qū)域的血流較少。
將冷卻裝置用壓力施加到對象皮膚或?qū)χつw按壓對實現(xiàn)有效冷卻是有 益的。 一般來說,對象101的體溫約為37°C,血液循環(huán)是維持恒定體溫的一種 機(jī)制。這樣,經(jīng)過真皮和區(qū)域皮下層的血流是抵消真皮下脂肪冷卻的熱源。因 此,如果不減少血流,冷卻皮下組織需要不僅除去組織比熱而且除去經(jīng)過組織 的血液循環(huán)的比熱。因此,減少或消除經(jīng)過治療區(qū)域的血流可提高冷卻效率和 避免真皮和表皮過度熱損失。
通過將皮下組織冷卻至溫度37'C以下,可選擇性地影響皮下富含脂質(zhì)的細(xì) 胞。 一般來說,與下方形成皮下組織的富含脂質(zhì)細(xì)胞相比,對象101的表皮和 真皮具有較少量的不飽和脂肪酸。因為非富含脂質(zhì)的細(xì)胞通常比富含脂質(zhì)的細(xì)
胞能夠忍受更低的溫度,可選擇性地影響皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞同時維持真皮和 表皮中非富含脂質(zhì)的細(xì)胞。冷卻元件302a-g的示例性范圍可從約-2(TC到約20 °C,優(yōu)選從約-20'C到約10°C,更優(yōu)選從約-15'C到約5°C,更優(yōu)選從約-10'C到 約0°C。
富含脂質(zhì)的細(xì)胞可通過破裂、收縮、損傷、破壞、去除、殺死或以其它方 式改變等加以影響。不受理論的限制,據(jù)信,選擇性地影響富含脂質(zhì)的細(xì)胞的 根源是在不會在非富含脂質(zhì)細(xì)胞中誘發(fā)結(jié)晶的溫度下,高度飽和脂肪酸會局部 結(jié)晶。晶體會破裂富含脂質(zhì)細(xì)胞的雙層膜,選擇性地使這些細(xì)胞壞死。因此, 在富含脂質(zhì)的細(xì)胞中誘發(fā)結(jié)晶形成的溫度下可避免非富含脂質(zhì)的細(xì)胞如真皮 細(xì)胞的損傷。通過局部寒冷暴露,誘導(dǎo)交感神經(jīng)系統(tǒng)的刺激,可提高脂解作用。
H.計算機(jī)系統(tǒng)軟件模塊
圖11是功能化圖表,顯示了適用于處理單元114的示例性軟件模塊940。 各組件可以是以賞規(guī)程序設(shè)計語言如0++程序設(shè)計語言作為源代碼形式書寫的 計算機(jī)程序、過程或進(jìn)程,可交由處理器942的CPU執(zhí)行。源代碼和目標(biāo)及字 節(jié)代碼的各種實現(xiàn)形式可儲存在計算機(jī)可讀儲存介質(zhì)上或體現(xiàn)在載波形式的 傳播介質(zhì)中。處理器942的模塊可包括輸入模塊944、數(shù)據(jù)庫模塊946、處理 模塊948、輸出模塊950和任選地顯示模塊951。在另一個實施方式中,軟件 模塊940可呈遞至分布式計算方案中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的CPU執(zhí)行。操作中,輸入模塊944接受操作員的輸入,例如進(jìn)程設(shè)定點(diǎn)和控制選擇,
并將接受的信息或選項傳送至其它組件,用于進(jìn)一步處理。數(shù)據(jù)庫模塊946組 織記錄,包括操作參數(shù)954、操作員活動956和警報958,并促進(jìn)這些記錄存 至數(shù)據(jù)庫952和從數(shù)據(jù)庫檢索這些記錄??刹捎萌魏晤愋偷臄?shù)據(jù)庫組織形式, 包括平面文件系統(tǒng)、分層數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫或分布式數(shù)據(jù)庫,例如數(shù)據(jù)庫廠 商Oracle公司(Redwood Shores, California)所提供者。
處理模塊948基于傳感器讀數(shù)960產(chǎn)生控制變量,輸出模塊950基于控制 變量產(chǎn)生輸出信號962。例如,輸出模塊950可將處理模塊948產(chǎn)生的控制變 量轉(zhuǎn)換成適用于直流電壓調(diào)制器的4-20毫安輸出信號962。處理器942任選地 包括顯示模塊951,通過諸如輸出裝置120的裝置顯示、打印或下載傳感器讀 數(shù)960和輸出信號962。合適的顯示模塊951可以是視頻驅(qū)動器,它能使處理 器942在輸入裝置120上顯示傳感器讀數(shù)960。
除非上下文明確地有其它要求,否則,在整個篇說明書和權(quán)利要求書中的 術(shù)語"包括"、"包含"等應(yīng)按"包含在內(nèi)"的涵義來解釋,而不是"排他" 或"窮舉"的涵義;也就是說是表示"包括但不限于"。使用單數(shù)或復(fù)數(shù)的詞 也分別包括復(fù)數(shù)或單數(shù)。當(dāng)權(quán)利要求書在有兩個或多個項目的清單中使用"或" 字時,這個字涵蓋了其所有以下解釋清單中項目的任意一個、清單中的所有 項目、和清單中項目的任意組合。
本發(fā)明實施方式中的上述詳細(xì)說明不應(yīng)解釋為窮舉性的或?qū)⒈景l(fā)明限制 在上述精確形式中。上述本發(fā)明具體實施方式
和實施例是為了闡述的目的,本 發(fā)明范圍內(nèi)的各種等價改進(jìn)是可能的,如相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。例 如,雖然以給定順序提供各步驟,可另選的實施方式可以不同的順序進(jìn)行各步 驟。本文所述各個實施方式可組合以形成其它實施方式。
一般來說,所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語不應(yīng)解釋為將本發(fā)明限制在說明 書所述的具體實施方式
中,除非上述詳細(xì)說明清楚限定了這些術(shù)語。雖然以特 定權(quán)利要求的形式提供了本發(fā)明的某些方面,發(fā)明者考慮任意數(shù)量權(quán)利要求形 式的本發(fā)明的諸方面。因此,發(fā)明者保留在提交申請后追加其它權(quán)利要求的權(quán) 利,以繼續(xù)這些額外的權(quán)利要求形式,用于本發(fā)明的其它方面。
上述各實施方式可組合以提供其它實施方式。說明書中引用和/或在申請數(shù)據(jù)表中羅列的所有美國專利、美國專利申請公開、美國專利申請、外國專利、 外國專利申請和非專利出版物其全部內(nèi)容參考包括在此。需要時可改進(jìn)本發(fā)明 的方面,以采用帶有多個冷卻元件的冷卻裝置、多種構(gòu)型的導(dǎo)熱裝置、以及各 個專利、申請和出版物的概念,以提供本發(fā)明進(jìn)一步的實施方式。
根據(jù)上述詳細(xì)說明可對本發(fā)明進(jìn)行這些或其它改變。 一般來說,在所附權(quán) 利要求書中,所用術(shù)語不應(yīng)解釋為將本發(fā)明限制在說明書和權(quán)利要求書所述的具體實施方式
中,而應(yīng)解釋為包括根據(jù)權(quán)利要求運(yùn)行的所有冷卻。因此,本發(fā) 明不受公開內(nèi)容的限制,而是本發(fā)明的范圍完全由所附權(quán)利要求書來確定。
權(quán)利要求
1.一種冷卻裝置,用于從具有皮膚的對象皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量,所述裝置包括多個冷卻元件,彼此鉸接以允許所述元件彼此相對旋轉(zhuǎn);且所述冷卻元件具有皮膚界面表面。
2. 如權(quán)利要求l所述的冷卻裝置,其特征在于,所述冷卻元件之間的角度 可從約(T旋轉(zhuǎn)到約45。。
3. 如權(quán)利要求l所述的冷卻裝置,其特征在于,所述冷卻裝置形成貼合對 象的弧形形狀。
4. 如權(quán)利要求l所述的冷卻裝置,其特征在于,所述裝置還包括固位裝置,以將所述冷卻裝置可釋放地保持在對象上。
5. 如權(quán)利要求l所述的冷卻裝置,其特征在于,所述冷卻元件還包括與所述界面構(gòu)件熱連通的流體室和多個與所述流體室流體連通的流體端口,所述流 體端口被構(gòu)造成允許流體循環(huán)通過流體室。
6. 如權(quán)利要求5所述的冷卻裝置,其特征在于,與流體室連通的所述流體 循環(huán)通過一將所述流體冷凍的裝置。
7. 如權(quán)利要求5所述的冷卻裝置,其特征在于,所述流體室為蜿蜒形狀。
8. 如權(quán)利要求5所述的冷卻裝置,其特征在于,所述冷卻元件流體串聯(lián)。
9. 如權(quán)利要求l所述的冷卻裝置,其特征在于,所述裝置還包括施用在冷 卻裝置和對象皮膚間界面上的導(dǎo)熱偶聯(lián)劑,以增加冷卻裝置與對象皮膚間的導(dǎo)熱率。
10. 如權(quán)利要求1所述的冷卻裝置,其特征在于,所述多個冷卻元件中的 每一個均具有與相應(yīng)的界面構(gòu)件熱連通的第一面和與相應(yīng)的熱電熱交換器熱連通的與所述第一面相反的第二面,所述冷卻元件被構(gòu)造成能夠降低目標(biāo)區(qū)溫 度以使該區(qū)中富含脂質(zhì)的細(xì)胞受影響而靠近所述熱交換表面的非富含脂質(zhì)的 細(xì)胞不受顯著影響。
11. 如權(quán)利要求1所述的冷卻裝置,其特征在于,所述裝置還包括靠近所 述界面構(gòu)件中的至少一個的傳感元件。
12. 如權(quán)利要求1所述的冷卻裝置,其特征在于,所述裝置還包括 靠近所述界面構(gòu)件中的至少一個的第一溫度傳感元件,用于檢測相應(yīng)界面構(gòu)件的溫度;和靠近所述界面構(gòu)件中至少一個的第二溫度傳感元件,用于檢測對象皮膚的 溫度。
13. 如權(quán)利要求l所述的冷卻裝置,其特征在于,所述鉸鏈?zhǔn)腔顒鱼q鏈。
14. 一種用于從皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括 多個可彼此相對運(yùn)動的可旋轉(zhuǎn)冷卻元件,熱連接于多個熱電冷卻裝置及相對應(yīng)的包含在區(qū)段框架上的多個熱交換元件,所述熱交換元件可旋轉(zhuǎn)并被構(gòu)造 成能夠降低在對象表皮下的目標(biāo)區(qū)的溫度以降低該區(qū)中富含脂質(zhì)細(xì)胞的溫度, 使得富含脂質(zhì)的細(xì)胞受到實質(zhì)性影響而表皮中非富含脂質(zhì)的細(xì)胞基本上不受 影響;和流體聯(lián)接于所述冷卻裝置的流體室,用于消散冷卻裝置產(chǎn)生的熱量。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)還包括與所述流體 室熱連通且被構(gòu)造成能夠給所述冷卻裝置提供冷卻劑的冷卻單元。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)還包括在所述冷卻 單元和所述冷卻裝置之間的流體管線,使得所述冷卻裝置與所述冷卻單元流體 連通。
17. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng),其特征在于,所述冷卻裝置還包括靠近所 述熱交換表面中的至少一個的傳感元件,所述系統(tǒng)還包括與所述傳感元件電連通的處理器,它被配置成能夠?qū)碜詡鞲性碾娦盘栟D(zhuǎn)化為操作參數(shù);和與所述處理器電連接的數(shù)據(jù)庫,以儲存所述操作參數(shù)。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng),其特征在于,所述處理器包括能夠基于操 作參數(shù)控制目標(biāo)區(qū)溫度的控制模塊,其中,基于選擇的空間溫度分布曲線控制 所述目標(biāo)區(qū)溫度。
19. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng),其特征在于,所述處理器包括用于基于操 作參數(shù)控制目標(biāo)區(qū)溫度的控制模塊,其中,所述目標(biāo)區(qū)溫度基于預(yù)定的隨時間 變化的分布曲線控制。
20. —種用于從具有皮膚的對象皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量的冷卻裝 置,所述裝置包括多個冷卻元件,每一個所述冷卻元件可相對于相鄰冷卻元件運(yùn)動, 所述冷卻裝置可貼合所述對象的皮膚。
21. 如權(quán)利要求20所述的冷卻裝置,其特征在于,所述冷卻元件具有邊緣, 相鄰冷卻元件的邊緣保持基本相互平行。
22. 如權(quán)利要求20所述的冷卻裝置,其特征在于,所述冷卻元件可相對于 一平面沿至少一個方向旋轉(zhuǎn)。
23. 如權(quán)利要求20所述的冷卻裝置,其特征在于,所述冷卻元件是熱電冷卻元件。
24. 如權(quán)利要求20所述的冷卻裝置,其特征在于,所述裝置還包括柔性基 板,所述多個冷卻元件固定地設(shè)置在所述基板上。
25. 如權(quán)利要求20所述的冷卻裝置,其特征在于,所述多個冷卻元件中的 每一個鄰近至少一個其它冷卻元件定位并鉸接附連于所述相鄰冷卻元件。
全文摘要
提供了用于從具有皮膚的對象皮下富含脂質(zhì)的細(xì)胞除去熱量的冷卻裝置。該冷卻裝置包括多個可彼此相對運(yùn)動的冷卻元件以順應(yīng)對象皮膚的輪廓。冷卻元件具有許多可控?zé)犭娎鋮s件。可控制冷卻元件從而以預(yù)定的順序提供隨時間變化的冷卻分布曲線,控制冷卻元件從而以選擇的模式提供空間冷卻分布曲線,或者可調(diào)節(jié)冷卻元件以維持恒定的過程參數(shù),或可控制冷卻以提供上述作用的組合。
文檔編號A61F7/02GK101309657SQ200780000009
公開日2008年11月19日 申請日期2007年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月26日
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