具有多個可控冷卻元件以提供預定冷卻分布曲線的冷卻裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種冷卻裝置，該裝置用于從具有皮膚的對象皮下富含脂質(zhì)的細胞除去熱量，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)，其中，所述冷卻元件具有皮膚界面表面并且被構造成能夠去除熱量以使所述富含脂質(zhì)的細胞受影響而非富含脂質(zhì)的細胞不受顯著影響；和固位裝置，以將所述冷卻裝置可釋放地保持在對象上以使所述冷卻元件能夠從所述富含脂質(zhì)的細胞中去除熱量。
【專利說明】具有多個可控冷卻元件以提供預定冷卻分布曲線的冷卻裝
[0001]本發(fā)明專利申請是國際申請?zhí)枮镻CT / US2007 / 064018，國際申請日為2007年3月14日，進入中國國家階段的申請?zhí)枮?00780000009.0，名稱為“具有多個可控冷卻元件以提供預定冷卻分布曲線的冷卻裝置”的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明一般涉及從皮下富含脂質(zhì)的細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)的細胞的冷卻裝置。
[0003]發(fā)明背景
[0004]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、膽結石、疝和一些其它疾病。
[0005]除了是嚴重的健康風險，過量體脂還將減損個人外表和運動性能。例如，過量體脂會形成脂肪團，在皮膚表面導致“桔皮”現(xiàn)象。當皮下脂肪深入真皮并在皮膚附連下方結構性纖維鏈的地方形成淺凹時，脂肪團形成。通常認為脂肪團和過量脂肪是沒有吸引力的。因此，出于對與過量脂肪相關聯(lián)的嚴重健康風險和運動問題的考慮，迫切需要一種控制體脂過度蓄積的有效方法。
[0006]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)化外科設備進行，通過抽吸作用以機械方式除去皮下脂肪細胞。吸脂法的一個缺點在于，這是一次重大的外科手術，恢復過程可能是痛苦的。吸脂法可能會有嚴重的、有時甚至是致命的并發(fā)癥。此外，吸脂法的花費通常較高。
[0007]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)律的運動、節(jié)食或這些療法的組合。這些療法的一個缺點在于，它們在某些情況下不太有效或者甚至是不可能的。例如，當對象受到物理損傷或患病時，有規(guī)律的運動就不再是選項之一。類似地，當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)域進行減肥。
[0008]其它非侵入性治療方法包括在皮下富含脂質(zhì)的細胞區(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成的纖維膈變性并破壞皮膚下方的脂肪細胞，而冷卻能保護表皮不受熱損傷。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。
[0009] 減少皮下脂肪細胞的另一種方法是冷卻靶細胞，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)的皮下脂肪細胞的溫度，以選擇性影響脂肪細胞而不損傷表皮層細胞。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)的細胞。[0010]美國專利公開2003 / 0220674還描述了選擇性除去富含脂質(zhì)的細胞并避免其它結構如真皮和表皮細胞損傷的方法。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)的細胞，或者維持恒定的過程參數(shù)的方法。
[0011]附圖簡要說明
[0012]在附圖中，相同的參考標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。
[0013]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)的細胞除去熱量的系統(tǒng)的等角視圖。
[0014]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)的細胞除去熱量的冷卻裝置的等角視圖。
[0015]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胞除去熱量的圖2A所示冷卻裝置的分解等角視圖。
[0016]圖4是圖3冷卻裝置的進一步分解等角視圖，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。 [0017]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。
[0018]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，一可選構型的熱交換器冷卻元件的等角視圖。
[0019]圖7是冷卻元件中的一個沿圖5A中線7-7的橫截面視圖。
[0020]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)的細胞除去熱量的可選冷卻裝置的等角頂視圖。
[0021]圖9是圖8可選冷卻裝置的等角頂視圖。
[0022]圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，在皮膚真皮中側向冷卻模式的示例性截面視圖。
[0023]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)的細胞除去熱量的計算機系統(tǒng)軟件模塊的框圖。
[0024]發(fā)明詳述
[0025]A.總覽
[0026]本發(fā)明描述了冷卻皮下富含脂質(zhì)的細胞的裝置、系統(tǒng)和方法。術語“皮下組織”指位于真皮下方的組織，包括脂肪細胞和皮下脂肪。應理解，下文提供的一些詳細說明是為了描述以下實施方式，描述的方式足以使相關領域技術人員能夠制造和使用所述實施方式。但是，下文描述的一些細節(jié)和優(yōu)點不一定是實施本發(fā)明某些實施方式所必需的。此外，本發(fā)明包括在權利要求書范圍內(nèi)但卻沒有在圖1-11中詳細描述的其它實施方式。
[0027]在整篇說明書中，“一個實施方式”或“一實施方式”表不結合該實施方式中描述的特定性質(zhì)、結構或特征包括在本發(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)、結構或特征可以任何合適的方式結合在一個或多個實施方式中。
[0028]這里給出的標題只是為了方便敘述，而不應解釋為本發(fā)明的范圍或涵義。
[0029] 本發(fā)明涉及一種用于從對象皮下富含脂質(zhì)的細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動的冷卻元件，以適應對象皮膚。
[0030]一個方面涉及用于從皮下富含脂質(zhì)的細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，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。本領域技術人員將理解，還可使用許多其它冷卻技術，并且冷卻元件不必限于上述元件。
[0031]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)的細胞受影響而非富含脂質(zhì)的細胞通常不受影響。
[0032]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)以順應身體部分。或者，冷卻元件還可設置在柔性基板上并可彼此相對運動。
[0033]另一個方面涉及一種冷卻裝置，它具有多個獨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。或者，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。
[0034]另一個方面涉及應用冷卻裝置的方法,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)的細胞受影響而區(qū)域中非富含脂質(zhì)的細胞一般不受影響?；蛘?，冷卻元件設置在柔性基板上并可相互運動。
[0035]其它的方面包括在接觸區(qū)域應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。
[0036]另一個方面涉及用于從皮下富含脂質(zhì)的細胞除去熱量的系統(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)的細胞受影響而表皮和/或真皮中非富含脂質(zhì)的細胞一般不受影響。[0037]其它的方面包括使冷卻裝置的構形依從身體輪廓。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。
[0038]B.選擇性減少富含脂質(zhì)細胞的系統(tǒng)
[0039]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)的細胞除去熱量。下面將參考圖2-11更詳細地描述冷卻裝置104的各個實施方式。
[0040]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成的導管。冷卻單元106可以是制冷單元、冷卻塔、熱電冷凍機、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。
[0041]如下文更詳細所述，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)100可還包括電源110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110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)?；蛘撸^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?，可預先編程處理單元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。
[0042]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、觸摸屏、按鈕、開關、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、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?？刂婆_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的機架承載以方便搬運。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。
[0043]C.具有多個冷卻元件的冷卻裝置
[0044]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械附連裝置，例如螺釘或銷，如本領域所知。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的相應特征由相同的參考標號“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。
[0045]圖2A中顯示了第一相對平伸構型的冷卻裝置104 ;圖2B中顯示了第二微曲構型；圖2C中顯示了第三彎曲構型。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45°。這樣，冷卻裝置的關節(jié)聯(lián)接，使其能采取圖2B或2C所示的彎曲構型，順應對象皮膚。
[0046]多個可旋轉(zhuǎn)熱交換器表面的一個優(yōu)點在于，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。[0047]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還可被構造成冷卻裝置104供使用者抓持的手柄?；蛘撸幚韱卧砂诶鋮s裝置之外的位置處。
[0048]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?；蛘?，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?，固位裝置可附連于控制系統(tǒng)殼體202。
[0049]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104保持在對象101上的適當位置?；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。
[0050]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。
[0051]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)。
[0052]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成。柔性基板350還可以是彈性體如硅氧烷或氨基甲酸乙酯，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，包括矩陣構型或解剖學特異性形狀。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順應對象皮膚。
[0053]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?；蛘撸蚣?04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。
[0054]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。罩蓋301a_g可通過各種機械裝置固定，一如本文進一步所述和本領域所知。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被構造成在使用過程中當熱交換元件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。
[0055]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?，也可使用本領域已知的機械固定裝置。
[0056]冷卻裝置104 的冷卻元件302a_g通常被構造成能夠旋轉(zhuǎn)，以使冷卻裝置104適應對象101的弓狀部分。一旦定位在對象101上，冷卻裝置104可進一步捆綁至對象101或者被構造成可釋放地附連于對象101。冷卻元件302a-g可被構造成能夠彼此相對運動或旋轉(zhuǎn)以便將冷卻元件302a-g定位到在運行期間對治療區(qū)域施加壓力的位置。冷卻元件302a-g可彼此相對運動或旋轉(zhuǎn)，以使冷卻裝置104適應對象皮膚。下面將參考冷卻裝置的具體實施例更詳細地描述這些特征。
[0057]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。
[0058]提供串聯(lián)流體聯(lián)接的冷卻元件的一個預期的優(yōu)點是，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的另一個預期優(yōu)點是冷卻裝置中的供應管線較少，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型。
[0059]圖4是適用于系統(tǒng)100的本發(fā)明一個實施例的圖3所示冷卻裝置的進一步分解等角視圖。該進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構。下面只描述操作和結構中的顯著差異。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#CP-2895)。
[0060]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的獨立的引導件(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、機械壓縮和熱滑油的組合。
[0061]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可以由導熱性大于0.05瓦/米開爾文的任何合適的材料構成，在許多實施例中導熱性大于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、復合材料、或包含在柔性膜中的流體。
[0062]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。
[0063]熱電冷卻器402可被構造成能從對象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)。
[0064]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。
[0065]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，它沿熱交換器300a、300b的相鄰側邊在熱交換器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)用本領域已知的其它鉸接機械連接；或者鉸鏈連接中可使用本領域已知的其它化學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電連接如磁體來連接熱交換器。
[0066] 圖6A是圖5A所示熱交換元件300a的分解等角側視圖，以進一步顯示熱交換元件300a中的流體流動。圖中類似的參考標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以引導流體流動通過流體室610。流體室610可與相關流體口流體連通，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、氮氣和氬氣。根據(jù)本發(fā)明的其它方面，流體室610可被構造成本領域已知的多種構型，以使流體分布在整個冷卻元件302a中。
[0067]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，如本文進一步所述。
[0068]在一個實施例中，傳感兀件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。傳感元件710例如通過直接電線連接、網(wǎng)絡連接和/或無線連接與處理單元114電連通。
[0069]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可感應界面元件418的溫度，并由處理單元114將感應的電子信號轉(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-積分-導數(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。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的其它方面，傳感元件710可另選地是壓強傳感器，以感應冷卻元件302a在對象101上所產(chǎn)生的壓強。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施加的壓強通過殼體204a轉(zhuǎn)移至壓強傳感器。壓強傳感器可另選地被配置成能夠感測流體室610中的壓強，以監(jiān)控流體室610中的壓強變化?；蛘?，可由力和已知的冷卻元件的接觸面積來推算壓強。例如，傳感元件710可以是任何類型的負載敏感性壓強傳感元件，例如OMEGA Engineering, Inc.(Stamford, Connecticut)生產(chǎn)的測力計(型號#LC201-25)。將壓強測量膜直接設置在冷卻元件與皮膚間的界面處也可進行直接的壓強測量。
[0071]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紙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成。
[0072]圖8顯示了 包含在矩陣設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，如下進一步所述。
[0073] 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。如本文更詳細所述，熱電冷卻件826可在熱側面上包括熱交換器(如圖3-7中所述)以冷卻該熱側面。根據(jù)該實施方式的內(nèi)容，每一個熱電冷卻件826可具有相對應的熱交換器，以增加平面矩陣的柔性?；蛘?，單個柔性熱交換器可聯(lián)接至熱電冷卻件的熱側面(例如，水可循環(huán)通過的囊或其它柔性膜)。
[0074]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/或可具有單獨的插套以容納溫度傳感器，如下進一步所述。
[0075]D.冷卻裝置的操作
[0076]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，從而當其影響包含富含脂質(zhì)細胞的目標真皮層時，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期優(yōu)點是，治療期間真皮層的冷卻是均勻的。圖10揭示了可應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彼此間可相對運動(如圖2B、C和D所示)，以順應對象皮膚輪廓。
[0077]不受理論的限制，據(jù)信在操作中，經(jīng)由傳導進行冷卻的冷卻裝置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。當在處于物理接觸中的兩種材料間傳導，即在皮膚與冷卻元件間傳導時，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。
[0078]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可減小接觸壓強。表面壓強在皮膚冷卻應用中具有額外的優(yōu)點。皮膚上足夠的壓強促使內(nèi)部毛細管收縮，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)域更有效冷卻并提聞治療有效性。
[0079]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)，系帶通過它們連結以產(chǎn)生緊固系帶的機械優(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。
[0080]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)的細胞。然后，受影響的細胞通過天然過程被患者再吸收。
[0081]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械固定方式如本領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，使用導熱環(huán)氧化物或使用熱油脂如氧化鋅。
[0082]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I毫米厚的界面元件418。界面元件418通過機械固定如熱環(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動的區(qū)段中，以順應對象皮膚的輪廓?；蛘?，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。
[0083]在設計中，界面元件和冷卻元件保護熱電冷卻件，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)。在一種設計中，各個熱電冷卻件可為I” X 1.5”。界面裝置或鋁板也可以是厚度0.04”的I” X 1.5”。如果熱電冷卻件的冷卻功率約為10W，基于預計從皮膚傳導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20°C冷卻至治療溫度-10°C。由以下方程來描述板內(nèi)能的變化:
[0084]Δ E= P.V.C.Δ T [0085]其中，Λ E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 = I英寸X 1.5英寸Χ0.04英寸或0.06英寸(9.8X 10? ο對于典型的鋁級別，C。= 875J / kg*°C, P = 2770kg / m3。用這些常數(shù)
解方程:
[0086]AE = 2770kg / m3*9.8X l(T7m3*875J / kg*°C *30°C= 71.3J
[0087]如果熱電冷卻件的冷卻功率為10W，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:
[0088]71.3J / (10J / 秒)=7.13 秒
[0089]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行有限的橫向傳導。這就在冷卻裝置應用于皮膚時產(chǎn)生橫跨皮膚表面區(qū)域的更均勻的溫度梯度。
[0090]偶聯(lián)劑可應用于皮膚或界面構件，以提高導熱性。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抑制劑，用作溶質(zhì)以降低偶聯(lián)劑的冰點。丙二醇(CH3CH0HCH20H)是防凍劑或不凍結偶聯(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)劑的冰點為_40°C到0°C，更優(yōu)選低于-10°C，如 2006 年 4 月 28 日提交的題為 “Coupling Agent For Use With a Cooling Device ForImproved Removal of Heat From Subcutaneous Lipid-Rich Cells”的美國臨時申請60 /795，799中進一步所述，該申請的內(nèi)容參考包括在此。
[0091]采用冷卻裝置104的一個預期優(yōu)點在于，可基本減少皮下富含脂質(zhì)的細胞而不會對同一區(qū)域內(nèi)非富含脂質(zhì)細胞造成間接損傷。一般來說，不影響非富含脂質(zhì)的細胞的低溫能夠影響富含脂質(zhì)的細胞。結果，富含脂質(zhì)的細胞如皮下脂肪組織受影響而同一區(qū)域中的其它細胞一般不會受到破壞，即使表面非富含脂質(zhì)細胞經(jīng)受著甚至更低些的溫度。冷卻裝置104另一個預期的優(yōu)點在于，其相對緊湊，因為冷卻裝置104可被構造成手持裝置。又一個優(yōu)點是，冷卻裝置可應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以順應任何身體輪廓。另一個預期優(yōu)點在于，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。另一個預期優(yōu)點在于，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。又一個預期優(yōu)點在于，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。
[0092]E.空間控制的冷卻元件分布曲線
[0093]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熱材料。當將冷卻裝置應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。這種設計的缺點在于，當裝置開始冷卻時，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。
[0094]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。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。
[0095]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。
[0096] 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。[0097]根據(jù)本發(fā)明的諸方面，該裝置可適應空間控制的冷卻溫度分布曲線，至少提供以下優(yōu)點:(1)增加效率；(2)減少功率消耗而效力相當；(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差異，選擇性地激活或禁用設備的多個部分，從而實現(xiàn)患者間解剖學差異的調(diào)節(jié)。一個例子包括禁用骨骼結構周圍的熱電冷卻件，以實現(xiàn)患者舒適性或節(jié)省能量。
[0098]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模式，從而增加治療效力。類似地，可通過超聲或其它裝置預先鑒別需要較高治療強度的治療區(qū)域。于是，對該裝置進行空間控制，以在預先鑒別的區(qū)域中提供較高強度的治療。其它優(yōu)點包括通過空間控制冷卻以適應非天然解剖學結構(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、或敏感增強的區(qū)域)從而增加患者舒適性和安全性。
[0099]對裝置進行空間控制的其它優(yōu)點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。或者，可關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。[0100]F.時間變化冷卻分布曲線
[0101]在某些實施方式中，一旦達到所需的溫度，可維持區(qū)域溫度持續(xù)預定的時間。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)的細胞以實現(xiàn)富含脂質(zhì)細胞所需的減少。在另一個實施方式中，可將冷卻裝置104應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)的細胞。
[0102]或者，可根據(jù)預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:(I)增加效率；(2)降低能量消耗而效力相當；(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)10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先編程到裝置中。例如，漸進式或階梯式冷卻速率可減少能量需求?；蛘?，可采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。
[0103]控制裝置時間-溫度分布曲線的一個預期優(yōu)點在于，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。
[0104]部分上述實施方式的另一個預期優(yōu)點在于，冷卻裝置104可選擇性地減少皮下富含脂質(zhì)的細胞而不會不可接受地影響真皮、表皮和/或其它組織。另一個預期優(yōu)點在于，冷卻裝置104可在選擇性地減少皮下富含脂質(zhì)的細胞的同時向真皮和/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)。在脂肪團的治療過程中，預期疝表面脂肪小葉上的真皮增厚將有助于減少脂肪團的出現(xiàn)和提高該作用的壽命。另一個預期優(yōu)點在于，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可順應各種對象的身體輪廓。又一個預期優(yōu)點在于，可將冷卻裝置104構造成手持裝置以方便操作。而且，另一個預期優(yōu)點在于，配備手持冷卻裝置104和機架安裝的處理單元114及冷卻單元106的系統(tǒng)100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。又一個預期優(yōu)點在于，可將冷卻裝置104綁定在適當位置，使得醫(yī)師能夠空出手來并使醫(yī)師能夠在治療進行過程中執(zhí)行一些其它的任務。
[0105]G.應用具有多個可旋轉(zhuǎn)或可運動冷卻元件的冷卻裝置的方法
[0106]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順應對象101身體的各種輪廓和/或所需的夾鉗設置。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，冷卻裝置進一步彎曲以順應對象身體。在其它實施方式中，角度可以是任何角度以順應對象身體，以如本領域技術人員所認可的那樣。
[0107]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101的皮膚。在圖2A所示實施方式中(其中，角度為大致平面構型)，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對象身體?？捎孟祹Ьo固冷卻裝置，并通過進一步綁緊系帶增加壓力。任選地，使用壓強傳感器來感測通過界面元件418施加的鉗夾壓強，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?；诶鋮s裝置的位置，該壓強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。施加上述壓強可實現(xiàn)目標區(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。
[0108]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。
[0109]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)的細胞。一般來說，與下方形成皮下組織的富含脂質(zhì)細胞相比，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)的細胞通常比富含脂質(zhì)的細胞能夠忍受更低的溫度，可選擇性地影響皮下富含脂質(zhì)的細胞同時維持真皮和表皮中非富含脂質(zhì)的細胞。冷卻元件302a-g的示例性范圍可從約_20°C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-1(TC到約0°C。
[0110]富含脂質(zhì)的細胞可通過破裂、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)的細胞的根源是在不會在非富含脂質(zhì)細胞中誘發(fā)結晶的溫度下，聞度飽和脂肪酸會局部結晶。晶體會破裂富含脂質(zhì)細胞的雙層膜，選擇性地使這些細胞壞死。因此，在富含脂質(zhì)的細胞中誘發(fā)結晶形成的溫度下可避免非富含脂質(zhì)的細胞如真皮細胞的損傷。通過局部寒冷暴露，誘導交感神經(jīng)系統(tǒng)的刺激，可提高脂解作用。
[0111]H.計算機系統(tǒng)軟件模塊
[0112]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。各組件可以是以常規(guī)程序設計語言如C++程序設計語言作為源代碼形式書寫的計算機程序、過程或進程，可交由處理器942的CPU執(zhí)行。源代碼和目標及字節(jié)代碼的各種實現(xiàn)形式可儲存在計算機可讀儲存介質(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)絡服務器的CPU執(zhí)行。
[0113]操作中，輸入模塊944接受操作員的輸入，例如進程設定點和控制選擇，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。
[0114]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。
[0115]除非上下文明確地有其它要求，否則，在整個篇說明書和權利要求書中的術語“包括”、“包含”等應按“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)或復數(shù)的詞也分別包括復數(shù)或單數(shù)。當權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。
[0116]本發(fā)明實施方式中的上述詳細說明不應解釋為窮舉性的或?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)的各種等價改進是可能的，如相關領域技術人員所理解的那樣。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。
[0117]一般來說，所附權利要求書中使用的術語不應解釋為將本發(fā)明限制在說明書所述的【具體實施方式】中，除非上述詳細說明清楚限定了這些術語。雖然以特定權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利要求的權利，以繼續(xù)這些額外的權利要求形式，用于本發(fā)明的其它方面。
[0118]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、多種構型的導熱裝置、以及各個、申請和出版物的概念，以提供本發(fā)明進一步的實施方式。
[0119]根據(jù)上述詳細說明可對本發(fā)明進行這些或其它改變。一般來說，在所附權利要求書中，所用術語不應解釋為將本發(fā)明限制在說明書和權利要求書所述的【具體實施方式】中，而應解釋為包括根據(jù)權利要求運行的所有冷卻。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 附權利要求書來確定。
【權利要求】
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),其中,所述冷卻元件具有皮膚界面表面且被構造成能夠去除熱量以使所述富含脂質(zhì)的細胞受實質(zhì)性影響而非富含脂質(zhì)的細胞不受實質(zhì)性影響；和 固位裝置，以將所述冷卻裝置可釋放地保持在對象上以使所述冷卻元件能夠從所述富含脂質(zhì)的細胞中去除熱量。
2.如權利要求1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0°旋轉(zhuǎn)到約45°。
3.如權利要求1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.如權利要求1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，所述流體端口被構造成允許流體循環(huán)通過流體室。
5.如權利要求4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， 其中，所述流體室為蜿蜒形狀， 其中，所述冷卻元件流體串聯(lián)。
6.如權利要求1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熱偶聯(lián)劑，以增加冷卻裝置與對象皮膚間的導熱率。
7.如權利要求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的界面構件熱連通的第一面和與相應的熱電熱交換器熱連通的與所述第一面相反的第二面，所述冷卻元件被構造成能夠降低目標區(qū)溫度以使該區(qū)中富含脂質(zhì)的細胞受影響而靠近所述熱交換表面的非富含脂質(zhì)的細胞不受顯著影響。
8.如權利要求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件中的至少一個的傳感元件。
9.如權利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 靠近所述界面構件中至少一個的第一溫度傳感元件，用于檢測相應界面構件的溫度；和 靠近所述界面構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。
10.如權利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于，所述鉸鏈是活動鉸鏈。
11.一種用于從皮下富含脂質(zhì)的細胞除去熱量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 多個可彼此相對運動的可旋轉(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)并被構造成能夠降低在對象表皮下的目標區(qū)的溫度以降低該區(qū)中富含脂質(zhì)細胞的溫度，使得富含脂質(zhì)的細胞受到實質(zhì)性影響而表皮中非富含脂質(zhì)的細胞基本上不受實質(zhì)性影響；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。
12.如權利要求11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造成能夠給所述冷卻裝置提供冷卻劑的冷卻單元；和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。
13.如權利要求11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)。
14.如權利要求13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區(qū)溫度。
15.如權利要求13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)控制目標區(qū)溫度的控制模塊，其中，所述目標區(qū)溫度基于預定的隨時間變化的分布曲線控制。
16.一種用于從具有皮膚的對象皮下富含脂質(zhì)的細胞除去熱量的冷卻裝置，所述裝置包括: 多個冷卻元件，包括熱電冷卻元件，每一個所述冷卻元件可相對于相鄰冷卻元件運動，它被構造成降低在對象皮膚下的目標區(qū)的溫度以降低該區(qū)中富含脂質(zhì)細胞的溫度，使得富含脂質(zhì)的細胞受到實質(zhì)性影響而表皮中非富含脂質(zhì)的細胞基本上不受實質(zhì)性影響；和 能夠包裹圍繞對象的柔性基板，其中，所述多個冷卻元件固定地設置在所述基板上，使得當所述基板包裹圍繞所述對象時，所述多個冷卻元件中的每一個能夠接觸所述對象以影響所述富含脂質(zhì)的細胞； 其中，所述冷卻裝置可貼合所述對象的皮膚。
17.如權利要求16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。
18.如權利要求16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)。
19.如權利要求16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。
20.如權利要求16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。
21.一種用于從皮下富含脂質(zhì)的細胞除去熱量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 多個可彼此相對運動的可旋轉(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)并被構造成能夠降低在對象表皮下的目標區(qū)的溫度以降低該區(qū)中富含脂質(zhì)細胞的溫度，使得富含脂質(zhì)的細胞受到實質(zhì)性影響而表皮中非富含脂質(zhì)的細胞不受實質(zhì)性影響；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， 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)， 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)， 與所述流體室熱連通且被構造成能夠給所述冷卻裝置提供冷卻劑的冷卻單元， 其中，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壓強傳感元件。
22.如權利要求21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。
23.如權利要求21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區(qū)溫度。
24.如權利要求21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)控制目標區(qū)溫度的控制模塊，其中，所述目標區(qū)溫度基于預定的隨時間變化的分布曲線控制。
25.如權利要求1、16或21所述的冷卻裝置，其特征在于，所述冷卻元件還包括壓強傳感器。
【文檔編號】A61B18/02GK103948467SQ201410018158
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2007年3月14日 優(yōu)先權日:2006年9月26日
【發(fā)明者】M·樂文森, J·N·羅森, W·彭尼貝克 申請人:斯爾替克美學股份有限公司