DE102005060387A1

DE102005060387A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Fettkühlung

Info

Publication number: DE102005060387A1
Application number: DE200510060387
Authority: DE
Inventors: Richard Rox Boston Anderson
Original assignee: General Hospital Corp
Current assignee: General Hospital Corp
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2006-07-27
Also published as: GB2423023B; BRPI0517143A; WO2006066226A1; KR20070100280A; KR101251251B1; JP2008523925A; MX2007007208A; KR101199185B1; US20150112412A1; JP2009240795A; US20050251120A1; US11590020B2; IL183813A0; EP1830729A1; AU2005316277A1; US8840608B2; GB0525638D0; CN101119684A; KR20110124319A; CA2590567A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Verwendung bei der selektiven Disruption von lipidreichen Zellen durch gesteuertes Kühlen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Durchführung der Verfahren für die selektive Disruption lipidreicher Zellen durch gesteuertes Kühlen.

Description

Jede der in diesem Text zitierten Anmeldungen und Patente sowie jedes Dokument oder jeder Quellenverweis, der in jeder der Anmeldungen und Patente zitiert wird (einschließlich während des Prüfverfahrens jedes erteilten Patents; „Dokumente zitierter Anmeldungen"), und jede der PCT- und ausländische Anmeldungen und Patente, welche den Vorrang haben und/oder den Vorrang von jeglicher dieser Anmeldungen und Patente beanspruchen, und jedes der Dokumente, die in jedem der Dokumente zitierter Anmeldungen zitiert werden oder auf die Bezug genommen wird, werden hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme darin aufgenommen. Allgemeiner werden Dokumente oder Quellenverweise in diesem Text zitiert, entweder in einer Bezugszeichenliste vor den Ansprüchen oder in dem Text selbst; und jedes dieser Dokumente oder Quellenverweise ("hier zitierte Quellenverweise") sowie jedes Dokument oder jeder Quellenverweis, die in jedem der hier zitierten Quellenverweise (umfassend jegliche Herstellerangaben, Anweisungen usw.) zitiert werden, werden hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Benutzung bei der selektiven Disruption von lipidreichen Zellen durch gesteuertes Kühlen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Vorrichtungen zur Benutzung bei der Ausführung der Verfahren zur selektiven Disruption von lipidreichen Zellen durch gesteuertes Kühlen sowie zur Überwachung, Detektion, Beeinflussung oder Einwirken auf Bedingungen die herrühren von, oder vorliegen vor, während und nach den selektiven Disruptionsverfahren. Andere Aspekte der Erfindung werden in der folgenden Offenbarung (und innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung) beschrieben oder sind daraus ersichtlich.

ERFINDUNGSHINTERGRUND

Das subkutane Fettgewebe von Neugeborenen reagiert gewöhnlich empfindlich auf Kälte. Bei Neugeborenen umfasst der intrazelluläre Lipidgehalt der subkutanen Fettzellen oder "Adipozyten" erhöhte Anteile von hoch gesättigten Triglyzeriden. Sogar mäßig kalte Temperaturen können Zellen mit einem hoch gesättigten Lipidgehalt nachteilig beeinflussen, was das subkutane Fettgewebe von Neugeborenen nach Aussetzen von Kälte für adipozyte Nekrose anfällig macht. Die Hypothermie von subkutanem Fettgewebe kann zu einer damit verbundenen Entzündung der Dermis und/oder Epidermis führen. Zum Beispiel sind Störungen von durch Kälte induzierter Pannikulitis bei Neugeborenen bekannt, die schmerzhafte Hautverletzungen hervorrufen.

Wenn Neugeborene älter werden, nimmt das Verhältnis von gesättigten zu ungesättigten Fettsäuren unter den intrazellulären Triglyzeriden von Adipozyten allmählich ab. Die Tatsache, einen höheren Gehalt an ungesättigten Fettsäuren zu haben, schützt mehr gegen Kälte, und das Auftreten von durch Kälte induzierter Pannikulitis bei Kindern sinkt allmählich. Für detaillierte kritische Betrachtungen bezüglich der durch Kälte induzierten Pannikulitis siehe Epstein et al. (1970) New England J. of Med. 282(17):966–67; Duncan et al. (1966) Arch. Derm. 94:722–724; Kellum et al. (1968) Arch. Derm. 97:372–380; Moschella, Samuel L. und Hurley, Harry J. (1985) Diseases of the Corium and Subcutaneous Tissue, in: Dermatology (W.B. Saunders Company):1169–1181; John C Maize (1998) Panniculitis In Cutaneous Pathology (Churchill Livingstone):327–344; Bondei, Edward E. und Lazarus, Gerald S. (1993) Disorders of Subcutaneous Fat (Cold Panniculitis), in: Dermatology in General Medicine (McGraw-Hill): 1333–1334.

Bei Erwachsenen variieren die intrazellulären Lipidgehalte unter den Zelltypen. Dermale und epidermale Zellen weisen einen relativ geringen Gehalt ungesättigter Fettsäuren auf, im Vergleich zu den darunter liegenden Adipozyten, die das subkutane Fettgewebe bilden. Für eine detaillierte kritische Betrachtung über die Zusammensetzung von Fettgewebe in Säugetieren siehe Renolds, Albert E. und Cahill, Jr., George F. (1965) Adipose Tissue. In Handbook of Physiology (American Physiology Society): 170–176. Folglich weisen die verschiedenen Zelltypen, zum Beispiel lipidreiche und nicht lipidreiche Zellen, verschiedene Anfälligkeitsgrade bezüglich Kälte auf. Im Allgemeinen können nicht lipidreiche Zellen kälteren Temperaturen besser standhalten als lipidreiche Zellen.

Es wäre sehr wünschenswert, Adipozyten des subkutanen Fettgewebes selektiv und nicht invasiv zu beschädigen, ohne eine Verletzung des umgebenden dermalen und epidermalen Gewebes zu verursachen. Es ist bekannt, dass sowohl gesundheitlicher als auch kosmetischer Nutzen aus der Reduktion von Fettgewebe resultiert, jedoch umfassen derzeitige Verfahren wie die Liposuktion invasive Verfahrensweisen mit potenziell lebensbedrohlichen Risiken (zum Beispiel übermäßigen Blutungen, Schmerzen, septischen Schocks, Infektionen und Schwellungen).

Derzeitige Verfahren zur nicht invasiven Entfernung von subkutanem Fettgewebe umfassen die Verwendung von Strahlungsenergie und Kühllösungen. US-Patentschrift Nr. 5,143,063, 5,507,790 und 5,769,879 beschreiben Verfahren zur Benutzung von Strahlungsenergie, um subkutanes Fettgewebe zu reduzieren, es ist jedoch schwierig, die angewendeten Energiepegel zu steuern, und oft gehen damit Schäden an der Dermis und/oder Epidermis einher. Kühllösungen, die in WO 00/44346 vorgeschlagen worden sind, stabilisieren die Hautoberflächentemperaturen nicht und schützen deshalb nicht angemessen gegen kollaterale Schäden an der Dermis und/oder Epidermis.

Eine vorherige Studie, die bei Guinea-Schweinen durchgeführt wurde, beschrieb die Entfernung von subkutanem Fettgewebe durch Kryoschädigung. Burge, S. und Dawber, R. (1990) Cryobiology 27: 153–163. Allerdings wurde dieses Ergebnis unter Anwendung relativ aggressiver Kühlmodalitäten (zum Beispiel flüssiger Stickstoff) erreicht, die epidermale Schäden bewirkten. Idealerweise sollte die Entfernung von subkutanem Fettgewebe durch Kühlen keine damit verbundenen Schäden an der Epidermis hervorrufen.

Temperaturgesteuerte Verfahren und Vorrichtungen zur selektiven Schädigung von lipidreichen Zellen (zum Beispiel Adipozyten, die das subkutane Fettgewebe umfassen) ohne die Verursachung von Verletzungen von nicht lipidreichen Zellen (zum Beispiel Dermis und/oder Epidermis) waren bisher nicht bekannt.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist gezeigt worden, dass Adiposegewebe mit lipidreichen Zellen durch Steuern der Temperatur und/oder des auf das jeweilige Gewebe ausgeübten Drucks selektiv zerrissen werden kann, ohne eine Verletzung des umgebenden, nicht lipidreichen Gewebes (zum Beispiel dermales oder epidermales Gewebe) zu verursachen.

In einem Aspekt betrifft die Erfindung Kühlverfahren zur selektiven Disruption von lipidreichen Zellen in humanen Subjekten, die keine Kinder sind, wobei die Verfahren das Anwenden mindestens eines Kühlelements proximal zu einer Anwendungsstelle des zu behandelnden Subjekts umfassen; Verwenden des Kühlelements um die Temperatur unterhalb der Anwendungsstelle zu verringern, wobei der Temperaturabfall ausreichend ist um die lipidreichen Zellen darin zu zerreißen und dadurch zu reduzieren; und während die Temperatur verringert wird, verwenden mindestens einer Rückkopplungsvorrichtung (Feedbackmechanismus) um Rückkopplungsinformationen bereitzustellen die ausreichen um zu bestätigen, dass die nicht-lipidreichen Zellen nahe des Kühlelements nicht zerrissen werden, wodurch die lipidreichen Zellen in dem Subjekt selektiv zerrissen werden.

In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Anwenden von Druck in der Nähe der Anwendungsstelle des zu behandelnden Subjekts umfassen, wobei der aufgebrachte Druck ausreicht um den Blutfluss unterhalb der Anwendungsstelle zu verringern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zur Bereitstellung von Rückkopplungsinformationen in Verbindung mit der selektiven Disruption von lipidreichen Zellen in einem menschlichen Behandlungssubjekt, das kein Kind ist, bereitgestellt, wobei das System mindestens ein Kühlelement in der Nähe einer Anwendungsstelle des zu behandelnden Subjekts umfasst, wobei das Kühlelement die Temperatur unterhalb der Anwendungsstelle wirksam verringert, und wobei der Temperaturabfall ausreichend ist um die lipidreichen Zellen unterhalb der Anwendungsstelle zu zerreißen und dadurch zu verringern; sowie mindestens eine Rückkopplungsvorrichtung in Kommunikation mit mindestens einem Kühlelement, wobei die Rückkopplungsvorrichtung Rückkopplungsinformation bereitstellt die ausreicht um zu bestätigen, dass die nicht-lipidreichen Zellen in der Nähe des Kühlelements nicht zerrissen werden.

In wiederum einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein System zur Bereitstellung von Rückkopplungsinformation in Verbindung mit der selektiven Disruption von lipidreichen Zellen in einem humanen Behandlungssubjekt, das kein Kind ist, bereitgestellt, wobei das System mindestens ein Kühlelement in der Nähe einer Anwendungsstelle des zu behandelnden Subjekts umfasst, wobei das Kühlelement die Temperatur unterhalb der Anwendungsstelle wirksam verringert, und mindestens eine Rückkopplungsvorrichtung in Kommunikation mit dem mindestens einen Kühlelement, wobei die Rückkopplungsvorrichtung Rückkopplungsinformation bereitstellt die ausreicht um festzustellen, dass der Temperaturabfall ausreichend ist um die lipidreichen Zellen unterhalb der Anwendungsstelle zu zerreißen und dadurch zu verringern.

In jedem Aspekt der Erfindung kann die Rückkopplungsinformation Informationen (z. B. Daten, Signale) über physiologische Parameter der Dermis, Epidermis oder des subkutanen Adiposegewebes umfassen, welche anzeigen, dass die nicht-lipidreichen Zellen in der Nähe des Kühlelements nicht zerrissen werden.

Es können ein oder mehrere Rückkopplungsvorrichtungen (Feedbackvorrichtungen) vorgesehen werden um die Rückkopplungsinformation bezüglich des Kühlprozesses bereitzustellen. Die Rückkopplungsvorrichtungen) kann/können in Kombination mit (z. B. verbunden mit, in direktem Kontakt oder in indirektem Kontakt mit) mindestens einem Kühlelement stehen und/oder können in Kombination mit (z. B. in direktem Kontakt oder indirektem Kontakt mit) der Anwendungsstelle stehen. Beispielsweise kann/können die Rückkopplungsvorrichtungen) innerhalb kleiner Kanäle des Kühlelements integriert sein. In einer derartigen Ausführungsform der Erfindung sind die Kanäle im Allgemeinen kleiner als etwa 1 cm im Durchmesser. Gemäß einem Beispielaspekt des Kühlverfahrens der vorliegenden Erfindung kann die bereitgestellte Rückkopplungsinformation sich auf ein oder mehrere Informationsteile beziehen, einschließlich ohne darauf beschränkt zu sein, auf Informationen bezüglich mindestens eines physiologischen Parameters der Dermis, Epidermis und/oder des subkutanen Adiposegewebes. Beispielsweise kann diese Information anzeigen bestätigen, dass die nicht-lipidreichen Zellen in der Nähe des Kühlelements durch den Kühlprozess nicht zerrissen wurden, und/oder dass die Disruption der lipidreichen Zellen stattgefunden hat. Die lipidreichen Zellen die gekühlt/zerrissen werden können beispielsweise Adipocyten innerhalb des subkutanen Adiposengewebes sein.

Ein anderer beispielhafter physiologischer Parameter für den Rückkopplungsinformation bereitgestellt werden kann ist das Auftreten von Kristallbildung in der Dermis und/oder Epidermis oder dem subkutanen Adiposegewebe des Subjekts. In einer derartigen Ausführungsform der Erfindung kann die Anwesenheit/Abwesenheit einer substanziellen Kristallbildung angezeigt werden durch einen elektrischen Scheinwiderstand (Impedanz) zwischen etwa 10 kΩ/mm bis etwa 50 kΩ/mm in der Dermis oder Epidermis des Subjekts, und oberhalb von etwa 10 kΩ/mm in dem subkutanen Adiposegewebe des Subjekts, oder durch eine Ultraschallgeschwindigkeit zwischen etwa 1450 bis weniger als etwa 2700 m/Sek. in der Dermis oder Epidermis des Subjekts, und oberhalb von etwa 2700 m/Sek. im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts.

Ein weiterer physiologischer Parameter für welchen Rückkopplungsinformation bereitgestellt werden kann ist der Steifigkeitsgrad in der Dermis, Epidermis und/oder dem subkutanen Adiposegewebe des Subjekts.

Wiederum ein anderer physiologischer Parameter, für welchen Rückkopplungsinformation bereitgestellt werden kann, ist die Menge an Druck in der Dermis, Epidermis und/oder dem subkutanen Adiposegewebe des Subjekts, wobei die Druckablesung mindestens etwa 240 mm Hg im subkutanen Adiposegewebe in der Dermis und Epidermis, sowie zwischen etwa 120 mm Hg und etwa 240 mm Hg gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen sollte.

Ein zusätzlicher physiologischer Parameter, für den Rückkopplungsinformation bereitgestellt werden kann, ist ob ein Phasenübergang in der Dermis oder Epidermis des Subjekts aufgetreten ist.

Ein weiterer physiologischer Parameter, für den Rückkopplungsinformation bereitgestellt werden kann, ist die Schallgeschwindigkeit in der Dermis oder Epidermis des Subjekts, wobei eine Schallgeschwindigkeit im Bereich von etwa 1450 m/Sek. bis weniger als etwa 2700 m/Sek. in der Dermis oder Epidermis des Subjekts, sowie bei mehr als etwa 2700 m/Sek. im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen sollte.

Ein weiterer physiologischer Parameter, für den Rückkopplungsinformation bereitgestellt werden kann, ist die Reflexivität oder Transmissivität innerhalb der Dermis, Epidermis und/oder dem subkutanen Adiposegewebe des Subjekts, wobei gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Reflexionsspektrum überwacht wird.

Eine beispielhafte Rückkopplungsvorrichtung ist eine invasive oder nicht-invasive Temperatursonde. Die Temperatursonde kann eine Thermosonde sein, etwa ein Strahlungsthermometer, laseroptischer Temperatursensor sowie ein thermischer Bildgebungstemperaturfühler (thermal imaging thermoprobe). Geeignete Temperatursonden umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Thermoelement, einen Thermistor, ein Bimetallthermometer, ein farbänderndes thermisches Indikatorpapier, ein Halbleiterthermometer, ein optisches Faserthermometer sowie eine Flüssigkeit in einem Glasthermometer.

Beispiele anderer beispielhafter Rückkopplungsvorrichtungen sind eine elektrische Feedbacksonde, eine Ultraschallsonde (z. B. eine echografische Cryosonde), eine oszillierende Feedbacksonde (z. B. ein piezoelektrischer Vibrator), eine Kontaktsonde (z. B. eine Drucksonde, wie etwa ein federgespanntes Kühlelement), eine optische Cohärenztomographie-Vorrichtung, eine optisches spektroskopisches Gerät, und/oder ein bildgebender Kernspintomograph.

In dieser Offenbarung können die Begriffe „umfasst", „umfassend", „enthaltend" und „haben" und dergleichen die Bedeutung haben, welche ihnen im US-Patentrecht zugeschrieben worden ist, und können „aufweist", „aufweisend" und dergleichen bedeuten; die Begriffe „bestehend im Wesentlichen aus" oder „besteht im Wesentlichen aus" haben ebenfalls die Bedeutung, die diesen Begriffen im US-Patentrecht zugeschrieben worden ist, wobei die Begriffe offen sind und die Gegenwart von mehr als dem Vorgetragenen ermöglichen, solange wie grundlegende oder neuartige Merkmale des Vorgetragenen nicht durch die Gegenwart von mehr als dem Vorgetragenen verändert werden, sondern Ausführungsformen aus dem Stand der Technik ausschließen.

Diese und andere Aufgaben und Ausführungsformen werden in der folgenden detaillierten Beschreibung beschrieben oder werden daraus innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung ersichtlich.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Damit die Fachleute verstehen wie die Systeme und Verfahren des Gegenstands und der Ausführungsformen davon zu verwenden sind, wird dieses im Folgenden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, welche darstellen:
1A stellt ein Behandlungssystem dar,
1B stellt ein Diagramm dar, das eine Konfiguration der Steuereinheit veranschaulicht,
1C stellt ein Diagramm dar, das ein Kühl-/Heizelement veranschaulicht,
1D stellt ein flaches Kühlbehandlungssystem mit einer Sondensteuereinheit dar,
2A stellt ein Behandlungssystem zum Kühlen von lipidreichen Zellen innerhalb einer Hautfalte dar,
2B stellt ein Behandlungssystem zum Kühlen von lipidreichen Zellen innerhalb einer Hautfalte mit einer Sondensteuereinheit dar,
3A stellt ein Behandlungssystem dar, das eine Suktionseinheit aufweist,
3B zeigt ebenfalls ein, das eine Suktionseinheit aufweist,
4 stellt ein Behandlungssystem dar, das mit dem Suktionssystem kombiniert ist, um die Behandlung eines isolierten Bereichs bereitzustellen,
5A, B stellen ein Behandlungssystem dar, das eine Zielgewebemasse bezüglich des Umfangs umschließen kann,
6 stellt ein Bild der Hautoberfläche dar, das die Einkerbung nach 17 Tagen an einigen Bereichen zeigt, die mit den Kälteaussetzungsstellen übereinstimmen,
7 stellt die Histologie des subkutanen Adiposegewebes 17 Tage nach der Kälteaussetzung (Schwein II, Stelle E) dar. 7A zeigt eine geringe Vergrößerungsansicht und 7B zeigt eine hohe Vergrößerungsansicht,
8A, B zeigen die Stelle C; 8C, D zeigen die Stelle E; und 8E, F zeigen die Stelle F; alle zeigen die Histologie des subkutanen Adiposegewebes 50 Tage nach der Kälteaussetzung (Schwein II, Stelle C, E und F),
9 zeigt ein Bild der Vorrichtung, die zur Kühlabgabe an das Schwein III benutzt wird,
10A, B, C, D, E, F, G, H, I und J stellen Temperaturschaubilder der Aussetzungsstellen 1, 2, 7, 11, 12, 13, 14, 15, 16 und 18 von Schwein II in verschiedenen Gewebetiefen dar,
11 stellt eine Ultraschallsichtmessung von Teststelle 11 3,5 Monate nach der Aussetzung dar,
12A, B stellen die Histologie von Teststelle 8 6 Tage nach der Aussetzung dar. 12C, D stellen die Histologie der Teststelle 9 (Steuerung) dar,
13A, B, C, D und E stellen makroskopische Abschnitte durch die Mitte von Teststellen 1, 3, 11, 12 und 18 3,5 Monate nach der Aussetzung dar,
14 zeigt makroskopische Sektionen durch die Teststelle 11 (gezeigt in 13C). Vertiefungsflächen wurden durch histologische Analyse bewertet (gezeigt in 15 und 16),
15 zeigt Ergebnisse von histologischen Analysen von Proben aus der Teststelle 11, 3,5 Monate nach der Behandlung. 15A stellt eine gering vergrößerte Ansicht dar. 15B stellt eine Ansicht mit hoher Vergrößerung dar.
16 zeigt Ergebnisse von histologischen Analysen von Proben aus der nicht-kälteexponierten Stelle angrenzend an die Teststelle 11, 3,5 Monate nach der Behandlung. 16A stellt eine Ansicht mit geringer Vergrößerung dar. 16B stellt eine Ansicht mit hoher Vergrößerung dar,
17 zeigt schematisch die Orte der Thermoelemente die für die Temperaturauftragung der 18 verwendet wurden. Das oberflächliche Thermoelement 1705 ist an der Grenzfläche zwischen der Kühlvorrichtung 1704 und der Epidermis 1701 angeordnet. Das tiefere Thermoelement 1706 ist unterhalb der Dermis 1702 innerhalb des oberflächlichen Teils des subkutanen Fettgewebes angeordnet,
18 zeigt eine Temperaturauftragung erzeugt während der in vivo-Kälteexposition. Die Temperaturauftragung zeigt die gemessene Temperatur in Celsius (y-Achse) gegen die Zeit in Sekunden (x-Achse) wie von den zwei Thermoelementen an verschiedenen Orten während der Behandlung gemessen. Die Kurve 1801 zeigt die Temperaturauftragung wie mittels eines Thermoelements angeordnet an der oberflächlichen Fettschicht gerade unterhalb der Dermis gemessen. Die Kurve 1802 zeigt die Temperaturauftragung wie mittels eines Thermoelements angeordnet an der Grenzfläche zwischen der Kühlvorrichtung und der Epidermis gemessen,
19 zeigt die Ergebnisse der histologischen Analyse von Proben erhalten aus der Teststelle bei welcher die Temperaturauftragung der 18 erzeugt wurde 5 Tage nach der Behandlung,
20 zeigt eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in welcher ein Kühlelement in Kommunikation mit mindestens einer Rückkopplungsvorrichtung steht,
21 ist eine schematische Ansicht einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung welche die Ausstattung zeigt mit welcher das Kühlelement und/oder die Rückkopplungsvorrichtung der 20 miteinander verbunden sind um ein Geschehenlassen der Rückkopplung zu ermöglichen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind im Wesentlichen kosmetische Behandlungen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum lokalen Reduzieren von Adiposegewebe, umfassend das Anwenden eines Kühlelements auf ein Subjekt bei einer Temperatur, die ausreicht, um die lipidreichen Zellen selektiv zu zerreißen, wobei die Temperatur keine ungewollten Effekte in den nicht lipidreichen Zellen hervorruft. Vorzugsweise wird das Kühlelement mit einem Kühlmittel verbunden oder enthält dies.
Verfahren der Erfindung umfassen Verfahren für die Behandlung eines Bereichs eines Körpers eines Subjekts, um eine erwünschte Reduktion des subkutanen Adiposegewebes zu erreichen, durch a) Anwenden eines Kühlelements in der Nähe (proximal) zur Haut des Subjekts in dem Bereich, in dem die subkutane Adiposegewebereduktion gewünscht wird, um ein Temperaturgefälle innerhalb des Bereichs zu schaffen, um die lipidreichen Zellen darin selektiv zu zerreißen und gleichzeitig dabei die Haut des Subjekts bei einer Temperatur zu halten, bei der nicht-lipidreiche Zellen, die in der Nähe des Kühlelements liegen, nicht zerrissen werden; b) mehrmaliges Wiederholen der Anwendung des Kühlmittels auf die Haut des Subjekts aus Schritt (a), bis die gewünschte Reduktion in dem subkutanen Adiposegewebe erreicht worden ist.
Kühlelemente der vorliegenden Erfindung können Kühlmittel in Form eines Feststoffs, einer Flüssigkeit oder eines Gases enthalten. Feste Kühlmittel können z. B. thermisch leitfähige Materialien wie etwa Metalle (z. B. Kupfer, Silber, Aluminium), Metallplatten, Gläser, Keramiken, Gele und Eis oder Eisaufschlämmungen umfassen. In einer Ausführungsform ist das feste Kühlmittel ein Peltierelement welches in Kontakt mit dem Kühlelement steht. Peltierelemente sind im Stand der Technik gut bekannt (z. B. Peltierelemente aus Bismuthtellurid werden von Applied Biosystems hergestellt). Flüssige Kühlmittel können z. B. Salz-, Glycerol-, Alkohol- oder Wasser/Alkohol-Mischungen umfassen. Wenn das Kühlelement ein zirkulierendes Kühlmittel enthält, ist die Temperatur des Kühlmittels vorzugsweise konstant und auf die gewünschte Temperatur voreingestellt. Die angemessene Temperatur des Kühlmittels kann entsprechend der thermischen Leitfähigkeit, Wärmekapazität und/oder Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels variieren und kann von den Fachleuten in einfacher Weise bestimmt werden. Salze oder andere Additive können mit flüssigen Mischungen kombiniert werden um die erwünschten Temperaturen zu erhalten. Gase können z. B. kalte Luft oder flüssigen Stickstoff enthalten.
Die Kühlelemente der Erfindung gewährleisten eine Kühlung an der Anwendungsstelle. Die an der Anwendungsstelle angewandte Kühlung kann direkt, indirekt, aktiv oder passiv sein. In einer Ausführungsform können die Kühlelemente derart angewendet werden, dass ein direkter Kontakt mit einem Subjekt besteht, entweder durch das Mittel oder das Element. In einer anderen Ausführungsform wird der Kontakt nur durch das Mittel hergesellt. In noch einer anderen Ausführungsform wird kein Kontakt entweder durch das Mittel oder durch das Element hergestellt; Das Kühlen wird durch das proximale Positionieren des Kühlelements und/oder -mittels ausgeführt.
Vorzugsweise ist die Temperatur des Kühlmittels geringer als etwa 37 °C, jedoch nicht geringer als –196 °C (das heißt, die Temperatur von flüssigem Stickstoff).
Vorzugsweise liegt der Temperaturbereich des zugeführten Kühlelements zwischen etwa 40 °C und –15 °C, besonders bevorzugt zwischen –4 °C und –10 °C und insbesondere bevorzugt sogar zwischen 0° C und –3° C, wenn das Kühlmittel ein Feststoff oder eine Flüssigkeit ist. Im Allgemeinen wird das Kühlelement vorzugsweise bei einer Durchschnittstemperatur von zwischen etwa –15 °C und etwa 35 °C, 30 °C, 25 °C, 20 °C, 15 °C, 10 °C oder 5 °C; zwischen etwa –10 °C und etwa 35 °C, 30 °C, 25 °C, 20 °C, 15 °C, 10 °C oder 5 °C; zwischen etwa –15 °C und etwa 20 °C, 15 °C, 10 °C oder 5 °C gehalten.
Das Kühlelement und/oder -mittel kann bis zu zwei Stunden angewendet werden. Vorzugsweise wird das Kühlelement für etwa zwischen 1 bis 30 Minuten angewendet. Das Kühlelement kann für mindestens einhundert Millisekunden angewendet werden (zum Beispiel sind kürzere Zeiträume beispielsweise für Sprays vorgesehen). Zum Beispiel kann flüssiger Stickstoff in sehr kurzen Zeitintervallen angewendet werden (zum Beispiel etwa 1 Sekunde), wiederholt (zum Beispiel etwa 10 bis 100 mal) und zwischen Anwendungen, wobei eine Temperatur beibehalten wird (zum Beispiel etwa 0 °C bis –10 °C, je nach Länge der Aussetzung), welche keinen epidermalen Schaden verursacht. In einer sanften Kühlkur kann der flüssige Stickstoff zum Beispiel von einem Abstand (zum Beispiel von etwa 10 bis 30 cm) zerstäubt werden, wobei einige Abschnitte der flüssigen Stickstofftröpfchen während des Zerstäubens und/oder Mischens mit der Umgebungsluft verdampfen.
Kühlelemente und/oder -mittel der vorliegenden Erfindung werden zum Beispiel auf die Hautoberfläche durch entweder direkten oder indirekten Kontakt angewendet. Indirekter Kontakt kann durch ein leitfähiges Material vermittelt werden, wie etwa eine Membran, Lotion, eine Flüssigkeit (z. B. Wasser) oder ein Gel, um die thermische Leitfähigkeit wie gewünscht zu verändern oder zu moderieren.
Die Haut eines Subjekts umfasst die Epidermis, Dermis oder eine Kombination davon. Das Kühlelement und/oder -mittel ist ein nicht toxisches Kühlmittel, wenn es direkt auf die Hautoberfläche angewendet wird.
Das Kühlelement und/oder -mittel kann mehr als einmal angewendet werden, zum Beispiel in sich wiederholenden Zyklen. Das Kühlmittel kann durch Pulsationen oder kontinuierlich angewendet werden. Das Kühlelement und/oder -mittel kann durch alle auf dem Fachgebiet bekannten, herkömmlichen Verfahren angewendet werden, umfassend die topische Anwendung durch Spray, wenn dies in flüssiger Form, Gas oder partikelförmigem, festen Material vorliegt. Vorzugsweise findet die Anwendung durch externe Mittel statt, jedoch können Kühlelemente und/oder -mittel der vorliegenden Erfindung auch subkutan durch Injektion oder andere herkömmliche Mittel angewendet werden. Zum Beispiel kann das Kühlelement direkt auf das subkutane Gewebe angewendet und dann entweder nach dem Kontakt entfernt oder in dem subkutanen Gewebe gelassen werden, um eine thermische Äquilibrierung und auf diese Weise das Kühlen des lipidreichen Gewebes (zum Beispiel subkutane Injektion eines flüssigen Kühlmittels oder kleiner Kühlpartikel wie Granulat oder Mikrokugeln) zu erreichen.
Vorzugsweise sind die Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht invasiv (zum Beispiel oberflächliche, laparoskopische oder topische Verfahrensweisen, die keine invasiven Operationstechniken erfordern).
Das Kühlelement und/oder -mittel kann auf einen definierten Bereich oder eine Vielzahl von Bereichen angewendet werden. Die räumliche Verteilung des Kühlelements und/oder -mittels kann wie erforderlich gesteuert werden. Im Allgemeinen sollte das Ausmaß der Fläche (zum Beispiel dort, wo das Kühlmittel mit der Haut in Kontakt steht) mindestens das Dreifache der Tiefe des subkutanen Fettgewebes sein, welches das Ziel für die Kühlung ist. Vorzugsweise beträgt der minimale Durchmesser der Fläche mindestens 1 cm². Insbesondere bevorzugt beträgt der Durchmesser der Fläche sogar zwischen 3 bis 20 cm² je Anwendungsstelle. Eine Vielzahl von Kühlapplikatioren kann verwendet werden, entweder im Wesentlichen gleichzeitig oder in aufeinanderfolgender oder sequentieller Weise.
Die Bestimmung der optimalen Fläche erfordert die routinemäßige Variation mehrerer Parameter. Zum Beispiel können größere Oberflächen wie diejenigen über 3.500 cm² gemäß der Verfahren der vorliegenden Erfindung gekühlt werden, wenn eine Hypothermie durch zusätzliche Mittel verhindert wird. Hypothermie kann durch Kompensieren der Wärmeübertragung vom Körper weg zu anderen Stellen (zum Beispiel durch Anwenden von warmem Wasser an einer oder mehreren zusätzlichen Stellen) verhindert werden. Eine Vielzahl von Kühlelementen und/oder -mitteln können verwendet werden, um zum Beispiel größere Flächen (zum Beispiel diejenigen über 3.500 cm²) zu kontaktieren.
Das Kühlelement und/oder -mittel kann dem Umriss des Bereichs folgen, auf den es angewendet wird. Zum Beispiel kann eine flexible Vorrichtung benutzt werden, um dem Umriss der Fläche zu folgen, auf welche die Kühlung angewendet wird. Die Vorrichtung kann ebenso die Form der kontaktierten Oberfläche derart modifizieren, dass die Oberfläche um oder innerhalb des Kühlmittels oder der Vorrichtung, die das Kühlmittel bei Kontakt enthält, umrissen wird. Das Kühlelement und/oder -mittel kann gleichzeitig mehr als eine Oberfläche kontaktieren, wenn die Oberfläche gefaltet wird und an beiden Seiten von dem Kühlelement und/oder -mittel kontaktiert wird. Vorzugsweise werden eine oder mehrere Hautfalten an beiden Seiten von dem Kühlelement und/oder -mittel kontaktiert, um die Kühlwirkung zu erhöhen (z. B. mit einer erwünschten Tiefe durch sukzessive Schichten).
Vorzugsweise ist das feste Kühlelement und/oder -mittel geformt, um den thermodynamischen Wärmeaustausch („thermischen Austausch") an der kontaktierten Oberfläche (zum Beispiel Hautoberfläche) zu verbessern. Um die Leitfähigkeit zu verbessern, kann an der Schnittstelle zwischen dem festen Kühlmittel und der kontaktierten Oberfläche eine Flüssigkeit benutzt werden.
Gegebenenfalls kann die Anwendung des Kühlelements und/oder -mittels mit der Benutzung eines Mittels zum Kontrollieren des Schmerzes wie eines anästhetischen oder analgetischen Mittels (das Kühlen allein hat analgetische Eigenschaften, folglich ist die Verwendung von Mitteln zum Kontrollieren des Schmerzes optional) verbunden werden. Eine lokale Anästhesie kann zum Beispiel an dem Kontaktpunkt entweder vor, nach oder während der Anwendung des Kühlmittels topisch angewendet werden. Zusätzlich wird die gleichzeitige Verabreichung lokaler Anästhetika mit gefäßverengenden Eigenschaften (z. B. Lidocain mit Epinephrin oder EMLA) den dermalen Blutfluss verringern, wodurch die Kühlung der subdermalen Gewebe verstärkt wird.
Gegebenenfalls kann eine systemische Verabreichung des anästhetischen Mittels durch herkömmliche Verfahren wie Injektion oder orale Verabreichung bereitgestellt werden. Die Temperatur des Kühlmittels kann während der Behandlung verändert werden, zum Beispiel derart, dass die Kühlrate verringert wird, um eine weniger unangenehme Behandlung bereitzustellen. Außerdem können die Verfahren der vorliegenden Erfindung in Kombination mit anderen, auf dem Fachgebiet bekannten, Fett reduzierenden Verfahrensweisen wie der Liposuktion ausgeführt werden.
Vorzugsweise sind die lipidreichen Zellen der vorliegenden Erfindung Adipozyte innerhalb des subkutanen Fettgewebes oder Cellulite. Folglich werden lipidreiche Zellen, welche das subkutane Adiposegewebe umfassen, zur Disruption durch Verfahren der vorliegenden Erfindung anvisiert. Daneben fällt die Anvisierung der Disruption von lipidreichen Zellen in den Schutzbereich der Erfindung, welche mit Adventitia umgebende Organe oder andere innere, anatomische Strukturen umfassen.
Die intrazellulären Lipide und Adipozyten sind innerhalb der paraplasmatischen Vakuole begrenzt. Es gibt univaskuläre und plurivaskuläre Adipozyten innerhalb des subkutanen Fettgewebes. Die meisten sind univaskulär und mit einem größeren Durchmesser als 100 um. Die Größe kann in fettsüchtigen Subjekten aufgrund einer Erhöhung des intrazellulären Lipidgehalts dramatisch zunehmen.
Vorzugsweise weisen die lipidreichen Zellen der vorliegenden Erfindung einen intrazellulären Gesamtlipidgehalt zwischen 20 und 99 % auf. Vorzugsweise weisen die lipidreichen Zellen der vorliegenden Erfindung einen intrazellulären Lipidgehalt auf, der etwa 20 bis 50 % gesättigte Triglyzeride und insbesondere bevorzugt sogar etwa 30 bis 40 % gesättigte Lipide umfasst. Intrazelluläre Triglyzeride umfassen, sind aber nicht beschränkt auf gesättigte Fettsäuren, zum Beispiel Myristinsäure, Palmitinsäure und Stearinsäure; einfach ungesättigte Fettsäuren, zum Beispiel Palmitoleinsäure und Ölsäure; und mehrfach ungesättigte Fettsäuren, zum Beispiel Linoleinsäure und Linolensäure.
Vorzugsweise sind die lipidreichen Zellen der vorliegenden Erfindung innerhalb des subkutanen Adiposegewebes angeordnet. Die gesättigte Fettsäurezusammensetzung von subkutanem Adiposegewebe im Abdomen kann die folgende Zusammensetzung gesättigter Fettsäuren aufweisen: Myristinsäure (2,6 %), Palmitinsäure (23,8 %), Palmitoleinsäure (4,9 %), Stearinsäure (6,5 %), Ölsäure (45,6 %), Linoleinsäure (15,4 %) und Linolensäure (0,6 %). Das subkutane Adiposegewebe des Abdomenbereichs kann etwa 35 % gesättigte Fettsäuren umfassen. Dieser Anteil ist im Vergleich höher als im Gesäßbereich, der etwa 32 % gesättigte Fettsäuren umfassen kann. Bei Raumtemperatur befinden sich die gesättigten Fettsäuren des Abdomenbereichs aufgrund des höheren Fettsäuregehalts in einem halbfesten Zustand. Der Gesäßbereich ist nicht im gleichen Maße davon betroffen. Malcom G. et al., (1989) Am. J. Clin. Nutr. 50(2): 288–91. Ein Fachmann kann die Temperaturbereiche oder Anwendungszeiten je nach Bedarf modifizieren, um anatomische Unterschiede gemäß den Kühlverfahren der vorliegenden Erfindung mit einzubeziehen.
Vorzugsweise weisen nicht lipidreiche Zellen der vorliegenden Erfindung einen intrazellulären Gesamtlipidgehalt von weniger als 20 % auf und/oder werden nicht durch Kühlverfahren der vorliegenden Erfindung zerrissen. Vorzugsweise umfassen die nicht lipidreichen Zellen der vorliegenden Erfindung Zellen, die einen intrazellulären Lipidgehalt von weniger als etwa 20 % hoch gesättigter Triglyzeride aufweisen, insbesondere bevorzugt sogar weniger als etwa 7 bis 10 % hoch gesättigter Triglyzeride. Nicht lipidreiche Zellen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf diejenigen Zellen, welche das subkutane Fettgewebe umgeben, wie Zellen des Gefäßsystems, des peripheren Nervensystems, der Epidermis (zum Beispiel Melanozyten) und der Dermis (zum Beispiel Fibrozyten).
Beschädigungen an der Dermis und/oder Epidermis, die durch die Verfahren der vorliegenden Erfindung vermieden werden, umfassen zum Beispiel Entzündungen, Irritationen, Schwellungen, die Bildung von Verletzungen und die Hyper- oder Hypopigmentierung von Melanozyten.
Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die selektive Disruption von lipidreichen Zellen aus der lokalisierten Kristallisation von hoch gesättigten Fettsäuren durch Kühlen bei Temperaturen resultiert, welche keine Kristallisation von hoch gesättigten Fettsäuren in nicht lipidreichen Zellen induzieren. Die Kristalle zerbrechen die zweischichtige Membran von lipidreichen Zellen und bewirken eine Nekrose. Auf diese Weise wird eine Beschädigung von nicht lipidreichen Zellen wie dermalen Zellen bei Temperaturen vermieden, welche die Kristallbildung in lipidreichen Zellen bewirken. Es wird ebenfalls angenommen, dass das Kühlen die Lipolyse (zum Beispiel Metabolismus) von lipidreichen Zellen bewirkt, was die Reduktion des subkutanen Adiposegewebes weiter erhöht. Die Lipolyse kann durch eine lokale Kälteaussetzung erhöht werden, welche die Stimulierung des sympathischen Nervensystems bewirkt.
Es wurde herausgefunden, dass die Wirkungen der Kühlung auf die Disruption von Fettgewebe durch die simultane Anwendung mechanischer Kräfte (z. B. Vibration) verstärkt werden. Die Steifigkeit von Fettgewebe erhöht sich bei Temperaturen unterhalb der physiologischen Körperkerntemperatur, wodurch es für physische Disruption empfänglicher wird. Ohne auf eine bestimmte Theorie festgelegt werden zu wollen wird angenommen, dass die disruptiven Effekte der Kristallbildung auf einer Zellmembran durch physische Bewegung die nach dem Kühlen oder gleichzeitig damit bereitgestellt wird, verstärkt werden.
Dementsprechend können die Verfahren der Erfindung ferner die Anwendung mechanischer Kraft wie etwa Vibration bei einer Frequenz im Bereich von etwa 5 bis etwa 200 Hz umfassen.
In einer Ausführungsform ist die Temperatur von lipidreichen Zellen nicht geringer als etwa –10 °C. Vorzugsweise liegt die Temperatur der lipidreichen Zellen zwischen etwa –10 °C und 37 °C. Insbesondere bevorzugt liegt die Temperatur der lipidreichen Zellen zwischen –4 °C und 20 °C. Sogar noch mehr bevorzugt liegt die Temperatur der lipidreichen Zellen zwischen –2 °C und 15 °C. Vorzugsweise werden die lipidreichen Zellen bis zu zwei Stunden auf weniger als 37 °C gekühlt. Im Allgemeinen werden die lipidreichen Zellen vorzugsweise bei einer Durchschnittstemperatur von etwa zwischen –10 °C und etwa 37 °C, 35, 30 °C, 25 °C, 20 °C, 15 °C, 10 °C oder 4 °C; zwischen etwa –4 °C und etwa 35 °C, 30 °C, 25 °C, 20 °C, 15 °C, 10 °C oder 4 °C; zwischen –2 °C und etwa 35, 30 °C, 25 °C, 20 °C, 15 °C, 10 °C oder 5 °C, sowie zwischen etwa 5 °C und etwa 15 °C oder 20 °C gehalten.
Kühlverfahren der vorliegenden Erfindung beseitigen vorteilhaft unerwünschte Effekte in der Epidermis. In einer Ausführungsform ist die Temperatur der Epidermis nicht geringer als –15 °C. Vorzugsweise liegt die Temperatur der Epidermis zwischen etwa –10 °C und 35 °C. Insbesondere bevorzugt liegt die Temperatur der Epidermis zwischen etwa –5 °C und 10 °C. Sogar noch mehr bevorzugt liegt die Temperatur der Epidermis zwischen etwa –5 °C und 5 °C. Noch mehr bevorzugt liegt die Temperatur der Epidermis zwischen etwa 0 °C und 5 °C.
Kühlverfahren der vorliegenden Erfindung beseitigen vorteilhaft unerwünschte Effekte in der Dermis. In einer Ausführungsform ist die Temperatur der Dermis nicht geringer als –15 °C. Vorzugsweise liegt die Temperatur der Dermis zwischen etwa –10 °C und 20 °C. Insbesondere bevorzugt liegt die Temperatur der Dermis zwischen etwa –8 °C und 15 °C. Sogar noch mehr bevorzugt liegt die Temperatur der Dermis zwischen etwa –5 °C und 10 °C. Noch mehr bevorzugt liegt die Temperatur der Dermis zwischen etwa –3 °C und 0 °C.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die lipidreichen Zellen bis zu zwei Stunden auf etwa –5 °C bis 5 °C abgekühlt, wobei die dermalen und epidermalen Zellen eine Durchschnittstemperatur von etwa 0 °C beibehalten. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform werden die lipidreichen Zellen für Zeiträume von etwa einer Minute bis zu etwa zwei Stunden auf etwa –5 °C bis 15 °C oder etwa 5 bis 15 °C abgekühlt.
Verfahren der vorliegenden Erfindung können in kurzen Intervallen (zum Beispiel in Zeitintervallen von 1 Minute, 5 Minuten, 15 Minuten, 30 Minuten und 60 Minuten) oder längeren Intervallen (zum Beispiel Intervalle von 12 Stunden und 24 Stunden) angewendet werden. Vorzugsweise liegen die Zeitintervalle zwischen etwa 5 und 20 Minuten. Optional kann zwischen den Kühlintervallen Wärme angewendet werden.
Es können verschiedene Rückkopplungsmechanismen, Vorrichtungen oder Geräte gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden um die physiologischen Parameter der Haut (d. h. der Dermis, Epidermis oder einer Kombination davon) und/oder des subkutanen Adiposegewebes zu überwachen und zu steuern. Ein Rückkopplungsmechanismus kann ein oder mehrere unabhängig voneinander arbeitende oder in Zusammenwirkung arbeitende Vorrichtungen umfassen, und/oder mit anderen Vorrichtungen wie hier für die Zwecke des Überwachens, Messens und auf andere Weise Detektieren verschiedener Aspekte (z. B. Temperatur, Dauer, etc.) des Kühlungsprozesses offenbart, und/oder um die Betriebsbedingungen (z. B. den Kühlungsgrad, den Druck, etc.) des gemäß des Kühlverfahrens verwendeten Equipments zu steuern, zu modifizieren oder auf andere Weise zu beeinflussen.
Gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine der Rückkopplungsvorrichtungen nicht nur in der Lage zu bestimmen wann eine gewünschte Kühltemperatur (oder Temperaturbereich) erreicht ist, sondern auch wenn eine Temperatur- (oder Temperaturbereichs)-Schwelle überschritten wurde oder dem Punkt annähert an dem sie überschritten würde. Diese Temperaturbestimmung kann an der Kühlstelle gemacht werden, innerhalb des Kühlgeräts, und/oder entfernt von der Kühlstelle. Dies wiederum ermöglicht der Rückkopplungsvorrichtung in verlässlicher Weise ausreichende Rückmeldeinformation bereitzustellen um sowohl eine Über- wie auch eine Unterbehandlung zu vermeiden, die beide aus verschiedenen Gründen unerwünscht sind (z. B. unwirksame Ergebnisse, unerwünschte Nebenwirkungen, potentielle Beschädigung der Vorrichtung und/oder des zu behandelnden Subjekts, etc.).
Die eine oder mehreren Rückkopplungsvorrichtungen können auch andere Feedbackoptionen zusätzlich oder anstelle der Temperatur-basierten Rückkopplung bereitstellen. Derartige alternative Rückmeldeinformation kann bestimmen oder beim Bestimmen assistieren von, unter anderem, (a) ob ein angemessener Kontakt zwischen der Behandlungsvorrichtung und der zu behandelnden Oberfläche existiert, (b) ob Phasenübergänge in der Haut aufgetreten sind, (c) ob und/oder in welchem Umfang eine Farbveränderung der Haut aufgetreten ist, (d) ob die optische Reflexion oder das Transmissionsspektrum sich verändert hat, und/oder (e) ob sich der elektrische Widerstand der Haut verändert hat, und sie kann auch messen oder beim Messen helfen von, unter anderem, (a) dem Druck der auf die zu behandelnde Oberfläche ausgeübt wird, und/oder (b) die Veränderung im Steifheitsgrad der Haut.
Die Rückkopplungsvorrichtungen) kann Rückmeldeinformation auf eine Vielzahl von Wegen bereitstellen, einschließlich ohne darauf beschränkt zu sein visuell (z. B. graphisch), elektronisch und hörbar (z. B. verbal). Die Rückmeldeinformation kann so gewährleistet werden, dass die Betriebsbedingungen einer oder mehrerer Vorrichtungen im Kühlsystem automatisch eingestellt werden (z. B. über eine Steuerungslogik oder eine programmierbare Logik), oder so dass eine Betriebsperson die Rückmeldeinformation erfassen und anschließend die angemessene Handlung vornehmen muss.
Der Empfänger der Rückkopplungsinformation kann eine oder mehrere Betriebspersonen sein, einschließlich ohne darauf beschränkt zu sein das zu behandelnde Subjekt selbst, medizinisches Personal (z. B. Arzt, Krankenschwester, Assistenzarzt, Medizinstudent), Techniker, und/oder irgendjemand sonst der in den Behandlungsprozess eingebunden ist. Basierend auf der empfangenen Rückmeldeinformation kann die Betriebspersonen) ein anhaltendes Behandlungsverfahren auswählen oder bestimmte Behandlungsparameter verändern (z. B. manuell oder über Eingabesteuerung), wie etwa die Dauer des Behandlungsprozesses, die Stelle an welcher der Behandlungsprozess vorgenommen wird, und/oder die gegenwärtige oder zukünftige Kühltemperatur für den Behandlungsprozess.
Die Bestimmung ob der Prozess angehalten werden soll oder die Behandlungsbedingungen verändert werden sollen kann basieren auf beispielsweise der Einschätzung der Betriebsperson, oder wie gegenwärtig bevorzugt, tatsächlicher oder experimenteller Daten erhalten aus vorhergehenden Behandlungen die mit der gegenwärtigen Behandlung vergleichbar sind. Beispielsweise können Daten aus Tierexperimenten verwendet werden um zu bestimmen wie die Betriebsparameter bei der Behandlung von Menschen einzustellen und/oder zu modifizieren sind. Auch kann man auf Daten die sich auf bestimmte Behandlungsflächen des Körpers beziehen vertrauen um die Behandlungsparameter für zukünftige Behandlungen gleicher oder ähnlicher Körperteile des gleichen oder eines ähnlichen Behandlungssubjektes einzustellen und/oder zu modifizieren.
Alternativ kann die Rückkopplungsinformation an eine Steuerlogik übergeben werden, wie etwa eine zentrale Steuerungseinheit, oder an eine programmierbare Logikvorrichtung (z. B. ein Computer) wie das dem Fachmann üblicherweise bekannt ist.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Rückkopplungsmechanismus die Temperatur der Haut eines Subjekts überwachen um sicherzustellen, dass die Temperatur darin nicht unter oder über eine vorgegebene Minimaltemperatur (z. B. etwa –10 °C bis etwa 30 °C) fällt/steigt, und/oder dass die Temperatur innerhalb eines gewünschten Bereichs entweder während des gesamten Prozesses oder festgelegter Teile davon liegt. Dementsprechend kann ein Rückkopplungsmechanismus überwachen und/oder steuern ob ein Kühlgrad erreicht ist, und wenn dem so ist, für wie lang (d. h. für welche Teile des Prozesses) und/oder unter welchen Umständen (d. h. konstante oder intermittierende Kühlung).
Eine Rückkopplungsvorrichtung kann invasiv, nicht-invasiv oder für die Anwendung unter beiden der genannten Bedingungen anwendbar sein, wobei die spezifische Auswahl zwischen invasiv und nicht-invasiv von einer Vielzahl von Umständen abhängt, einschließlich ohne darauf beschränkt zu sein des Orts der Behandlungsstelle, der Dauer der Behandlung, des Alters des Behandlungssubjekts, dem allgemeinen Gesundheitszustand des Behandlungssubjekts, und/oder der Größe und Form des verwendeten Kühlgeräts. Die folgenden Definitionen der Begriffe „nicht-invasiv" und „invasiv" sind zur Veranschaulichung gedacht und nicht dazu andere Definitionen die für den Fachmann akzeptabel sind auszuschließen.
Eine nicht-invasive Rückkopplungsvorrichtung ist eine die außen am Behandlungssubjekt angeordnet wird, d. h. eine nicht-invasive Rückkopplungsvorrichtung perforiert die Anwendungsstelle bei seiner beabsichtigten Verwendung nicht. Bei seiner Verwendung benötigt eine nicht-invasive Rückkopplungsvorrichtung im Allgemeinen keine begleitende Sedierung oder Anästhesie für das Behandlungssubjekt. Es ist jedoch klar, dass unter bestimmten Umständen einem Behandlungssubjekt eine Sedierung oder Anästhesie gegeben werden kann oder dass Subjekt sich dafür entscheidet (z. B. bei Angstzuständen bezüglich des Behandlungsprozesses oder einem zugrundeliegenden medizinischen Zustand).
Invasive Rückkopplungsvorrichtungen perforieren die Behandlungsoberfläche (d. h. sie sind vollständig oder teilweise innerhalb) während mindestens eines Teils des Rückmeldeprozesses. Invasive Rückkopplungsvorrichtungen umfassen ohne darauf beschränkt zu sein Vorrichtungen die bei ihrer Verwendung im Allgemeinen eine Sedierung, Anästhesie (z. B. lokal oder generell), oder eine andere Art von medizinischer Schmerzstillung vor, während und/oder nach dem Behandlungsprozess erfordern. Analgesie kann auch durch die Kühlung gewährleistet werden.
Rückkopplungsmechanismen können alle auf dem Fachgebiet bekannten Mechanismen umfassen, um die Temperatur und/oder Kristallbildung zu überwachen. Die Kristallbildung kann zum Beispiel durch Ultraschallsichtmessungen und akustische, optische und mechanische Messungen gemessen werden. Mechanische Messungen umfassen zum Beispiel Messungen der Zugfestigkeit.
In einer Ausführungsform kann ein vielschichtiges Modell angewendet werden, um Temperaturprofile bezüglich der Zeit und innerhalb verschiedener Tiefen einzuschätzen. Temperaturprofile werden konzipiert, um ein Temperaturgefälle innerhalb des Gewebes zu erzeugen, wobei die Temperatur an der Oberfläche niedriger ist. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Temperaturprofile konzipiert, um den Blutstrom während des Kühlens zu minimieren. Rückkopplungsmechanismen umfassend zum Beispiel Thermopaare, Ultraschall (zum Beispiel, um den Phasenwechsel des subkutanen Adiposegewebes zu erkennen) oder Stoßwellenverbreitung (zum Beispiel verändert sich die Verbreitung einer Stoßwelle, wenn ein Phasenübergang auftritt) können angewendet werden, um optimale Temperaturgefälle zu erreichen.
Temperatursonden (d. h. Thermosonden) werden gegenwärtig für nicht-invasive Anwendungen bevorzugt aufgrund dessen, dass sie an einer Vielzahl von Orten angeordnet werden können und eine Vielzahl von Zwecken erfüllen. In anderen Ausführungsformen können die Sonden invasiv verwendet werden. Thermosonden können Vorrichtungen umfassen die in der Lage sind Temperatur durch direkten Kontakt mit einer Messstelle/-Ort zu messen (z. B. Thermoelemente, Thermistoren, bimetallische Thermometer, farbveränderndes thermisches Indikatorpapier, Halbleiterthermometer, Faseroptikthermometer, Flüssigkeit in Glas-Thermometer) oder alternativ dazu Vorrichtungen die keinen Kontakt mit einer Stelle ausüben (z. B. Strahlungsthermometer, Faseroptiktemperatursensoren, thermische Bildgebung).
Es gibt mehrere Arten von Thermosonden-Rückkopplungsvorrichtungen die eingesetzt werden können. Im Allgemeinen sind die Art, der Zweck und der Ort einer Thermosonde zumindest in gewissem Umfang voneinander abhängig. Beispielsweise kann der Zweck einer Thermosonde (d. h. der Grund für die Verwendung der Thermosonde) den Ort seiner Platzierung beeinflussen, was wiederum Faktoren beeinflussen kann die damit einhergehen für welche Art von Thermosonden man sich für die Anwendung entscheidet.
In Ausführungsformen worin der Zweck der Thermosonde darin liegt eine verlässliche gegenwärtige Temperaturmessung des Teils der Kühlvorrichtung zu gewährleisten, die in Kommunikation mit einer Behandlungsoberfläche steht (oder stehen wird) ist es gegenwärtig bevorzugt die Thermosonde so zu platzieren, dass sie in Kommunikation mit der Oberfläche eines Kühlelements/Kühlvorrichtung steht, nicht jedoch in thermischem Kontakt mit der tatsächlichen Behandlungsoberfläche während des Behandlungsverfahrens. Beispielsweise kann die Thermosonde zeitweilig an der Kühlvorrichtung befestigt werden (z. B. als eine wegwerfbare thermisch leitfähige Platte), oder sie kann permanent daran fixiert sein. Gemäß beiden dieser Ausführungsformen ist gegenwärtig bevorzugt, dass die Art der Thermosonde ein Thermoelement, Thermistor oder Halbleiterthermometer ist.
Bei Verwendung werden die Rückkopplungsvorrichtungen, die an der Oberfläche einer Kühlvorrichtung befestigt sind, in Kommunikation mit der Hautoberfläche (d. h. der oberen Epidermis) eines Behandlungssubjekts platziert. Daher sind solche Rückkopplungsvorrichtungen vorteilhaft, da sie eine verlässliche Einschätzung der Kälteexposition der oberen Epidermis gewährleisten, die dem schnellen Einsetzen unerwünschter Nebeneffekte (z. B. epidermale Schäden oder Pigmentierungsveränderungen) aufgrund der Kälteexposition besonders anfällig ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur der Oberfläche der oberen Epidermis mittels einer Rückkopplungsvorrichtung gemessen, die abnehmbar auf der Oberfläche der Behandlungsstelle/Fläche befestigt ist. In einer derartigen Ausführungsform sollte das Verfahren zur Befestigung eine verlässliche Haftung jedoch nicht dauerhafte Verbindung der Vorrichtung mit der Behandlungsoberfläche ermöglichen – d. h. die Vorrichtung sollte verlässlich auf der Behandlungsoberfläche fixiert sein, sollte jedoch auch von der Oberfläche bei gewünschter Gegebenheit einfach entfernbar sein (z. B. am Höhepunkt des Verfahrens, oder wenn ein Problem auftritt zu einem früheren Zeitpunkt). Geeignete Befestigungsverfahren umfassen ohne darauf beschränkt zu sein Klebstoffe wie etwa Klebebänder oder Leim. In einer Ausführungsform worin die Thermosonde an der Behandlungsoberfläche mittels eines Leims befestigt wird, kann die Thermosonde von der Behandlungsoberfläche unter Verwendung eines geeigneten Lösemittels entfernt werden.
Wie oben erwähnt ist es gegenwärtig bevorzugt, dass die Minimaltemperatur der oberen Epidermis des Behandlungssubjekts (d. h. die Temperatur unter welche die obere Epidermis während der Kühlbehandlung nicht fallen sollte) bei –10 °C während der Behandlung liegt, mit einer Minimaltemperatur von –4 °C die gegenwärtig mehr bevorzugt ist, und einer Minimaltemperatur zwischen –4 °C und 0 °C die gegenwärtig insbesondere bevorzugt ist.
Im Allgemeinen sind die Eigenschaften einer Thermosonde die auf der Oberfläche der Kühlvorrichtung befestigt ist die gleichen wie die einer Thermosonde die auf der Behandlungsoberfläche befestigt ist. Die Thermosonde und deren Halterung sollte dünn und klein sein (z. B. einen Durchmesser von weniger als 2 mm aufweisen, oder wie gegenwärtig bevorzugt, weniger als 1 mm) um die Befestigung des Thermoelements an einer genau definierten Tiefe relativ zur kühlenden Oberfläche des Elements zu ermöglichen (z. B. innerhalb von weniger als etwa 1 mm Entfernung von der Kühloberfläche). In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Thermoelement gute thermische Leitfähigkeit auf (d. h. ähnlich der thermischen Leitfähigkeit von Wasser) um eine Hemmung des Kühlverfahrens zu minimieren. In einer Ausführungsform wird die Thermosonde innerhalb der Kühloberfläche des Kühlelements eingebettet.
Die Thermosonde kann wegwerfbar sein (d. h. für den Einmalgebrauch) oder wiederverwendbar sein, und in jedem dieser Fälle kann sie in Kommunikation mit einem Handteil oder einer Steuerungseinheit der Kühlvorrichtung stehen. Ein nicht-einschränkendes Beispiel einer Wegwerfthermosonde ist eine thermisch leitfähige Platte (Blech).
Während der Verwendung kann die Detektion eines Temperaturanstiegs verzögert sein in Abhängigkeit von dem Ort der Thermosonde. Daher kann eine Thermosondenkühlplatte verwendet werden um eine Messung eines thermischen Gradienten durchzuführen. Unter der Annahme, dass die thermische Leitfähigkeit der Thermosonde präzise bekannt ist kann dieser thermische Gradient verwendet werden um den Wärmefluss in die Kühlvorrichtung gemäß verschiedenen Formeln/Gleichungen zu bestimmen.
Wärmeleitung wird definiert als Transfer von Wärme von Warmflächen zu kühleren Flächen und erfolgt im Wesentlichen durch die Fusion. Daher wird der Wärmefluss Φ_Q definiert
worin ρ die Dichte ist, C_P die Massenwärmekapazität in erg g^–1 K^–1 ist, d die Diffusionsdistanz ist und κ die thermische Diffusivität in cm² s^–1 ist.
Definieren der thermischen Leitfähigkeit k (mit Einheiten von erg cm^–1 K^–1 s^–1) k ≡ ρCPκ (3)und anmerken, dass ΔT / d der Temperaturgradient ist, ergibt sich hieraus das Fourier'sche Gesetz ΦQ = –kΔT. (4)
Diese Formeln/Gleichungen zeigen, dass der Temperaturgradient zwischen verschiedenen Positionen innerhalb einer Thermosondenkühlplatte verwendet werden kann um die durch die Kühlvorrichtung abgeführte Wärme zu bestimmen. Zusätzlich kann die Platzierung der Thermosonden verwendet werden um den Wärmefluss zu überwachen. Solche Daten können wiederum verwendet werden um andere wichtige Bestimmungen durchzuführen, z. B. entscheiden ob/wann eine geeignete Menge an Wärmezufuhr zu einer anderen Körperfläche zu gewährleisten ist für die Homöostase der Körperkerntemperatur. Die Daten können auch verwendet werden um die geeignete Menge lokalisierter Kühlung für die thermische Beschädigung eines spezifischen Volumens von Fettgewebe zu bestimmen.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Thermosonde an einem von der Behandlungsstelle entfernten Ort platziert werden. Eine derartige Platzierung kann für eine Vielzahl von Zwecken nützlich sein, einschließlich der Überwachung der Körperkerntemperatur oder der Bestimmung des Wärmeflusses. Bevorzugte entfernte Orte für die Platzierung dieser Art von „Körperkernthermosonde" sind die tympanische Membran, sublingual, rektal oder andere entfernte Hautoberflächen. Unter den gegenwärtig bevorzugten Arten von Körperkernthermosonden sind ein analoges oder digitales Thermoelement, ein Thermistor oder ein Halbleiterthermometer.
Ein anderer geeigneter entfernt liegender Ort für die Platzierung einer Körperkernthermosonde ist das Meatus Auricularis Externus. Gemäß einer solchen Ausführungsform ist es gegenwärtig bevorzugt ein strahlungsmessendes Thermometer zu verwenden – als Körperkernthermosonde – welches gegebenenfalls auch mit Stereokopfhörern (oder ähnlichen Vorrichtungen) kombiniert werden kann die von einem Behandlungssubjekt getragen werden um dem Subjekt Informationen zur Verfügung zu stellen (z. B. die restliche Behandlungsdauer, Erinnerungen hinsichtlich von Bewegung oder Mangel daran) und/oder akustische Unterhaltung vor oder während der Behandlung.
Es ist nützlich die Körperkerntemperatur zu messen um sicher zu stellen, dass die lokalisierte Kühlung keine signifikante Verringerung der Körperkerntemperatur bewirkt, welche von systemischen Nebenwirkungen begleitet sein könnte die mit Hypothermie einhergehen (z. B. Herzrhythmusstörungen, Verlangsamung des Metabolismus, Schmerzen/Unverträglichkeiten verursacht durch die allgemeine Kälteempfindung). Wenn die normale Körperkerntemperatur mit 37 bis 38 °C angesetzt wird könnte jede Kerntemperatur von 36 °C oder niedriger die Existenz oder den Beginn zumindest einer milden Hypothermie anzeigen und es sollte versucht werden dies zu vermeiden. Daher sollte die Kühlung zumindestens zeitweise unterbrochen werden wenn eine Körperkerntemperaturthermosonde eine derartige Temperatur misst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Körperkernthermosonde auch verwendet werden um externe Wärmeanwendung zu überwachen um eine im Wesentlichen konstante Körperkerntemperatur aufrecht zu erhalten und einen vorherbestimmten Temperaturabfall während des Behandlungsprozesses zu vermeiden.
Die Thermosonde kann auch verwendet werden um zu bestimmen/zu überwachen ob eine Kühlvorrichtung ordentlich funktioniert. In solchen Fällen sind gegenwärtig bevorzugte Lokalisierungen für die Platzierung der Thermosonde innerhalb der Schläuche eines Kühlmittels oder innerhalb eines Kühlmittelreservoirs, und bevorzugte Arten von Thermosonden für derartige Orte sind ein Thermoelement, ein Thermistor, ein Halbleiterthermometer oder ein Bimetallthermometer. Während der Verwendung in einer derartigen Ausführungsform sammelt die Thermosonde Informationen um die Temperatur und/oder den Temperaturgradienten innerhalb verschiedener Orte der Kühlvorrichtung zu bestimmen. Diese Daten wiederum zeigen mögliche problematische Zustände an, wie etwa beispielsweise fehlendes Kühlmittel, nicht ausreichende Kühltemperatur, Ausfall der Kühlvorrichtung, Eisbildung innerhalb des Kühlmittels etc.
Zusätzlich oder anstelle einer Thermosonde können verschiedene andere Sensoren in Kommunikation mit der Kühlvorrichtung platziert werden um deren Funktionieren zu überwachen oder zu verifizieren. Geeignete Sensoren umfassen ohne darauf beschränkt zu sein Sensoren zur Bestimmung/Überwachung des Kühlmittelflusses. Durch Überwachen des Kühlmittelflusses ist es möglich zu bestimmen z. B. wann/ob ein Einfrieren des Kühlmittels aufgetreten ist.
Ein anderes Rückkopplungssystem zum Überwachen/Feststellen ob die Kühlvorrichtung gut funktioniert ist ein Sensor welcher die Konzentration des Frostschutzmittels innerhalb des Kühlmittels misst. Unter den für einen derartigen Zweck geeigneten Sensoren sind einer oder mehrere optische Sensoren (welche die optische Dichte des Frostschutzmittels messen) sowie einer oder mehrere Sensoren zum Bestimmen der Dichte des Kühlmittels und/oder zum Bestimmen der Konzentration des Frostschutzmittels in dem Kühlmittel.
Elektrische Rückkopplungssonden können auch verwendet werden um Rückmeldeinformation gemäß der vorliegenden Erfindung bereit zu stellen. Derartige Sonden können bipolare Sonden umfassen, monopolare Sonden oder eine Vielzahl von bipolaren und/oder monopolaren Sonden. Wie in verschiedenen Artikeln beschrieben (siehe beispielsweise Otten DM, Rubinsky B., Cryosurgical monitoring using bioimpedance measurements-a feasibility study for electrical impedance tomography (cryochirurgische Überwachung unter Verwendung von Bioimpedanzmessungen – eine Machbarkeitsstudie für elektrische Impedanztomographie), IEEE Trans Biomed Eng. 2000 Oktober; 47(10):1376–81; Otten DM, Onik G, Rubinsky B., Distributed network imaging and electrical impedance tomography of minimally invasive surgery (verteilte Netzwerkbildgebung und elektrische Impedanztomographie bei minimal invasiver Chirurgie) Technol Cancer Res Treat, 2004 April;3(2):125–34; Hartov A, LePivert P, Soni N, Paulsen K., Using multiple-electrode impedance measurements to monitor cryosurgery (Verwendung von multiple-Elektrodenimpedanzmessungen zur Überwachung von Cryochirurgie), Med Phys. 2002 Dezember;29(12):2806–14; Gage AA., Correlation of electrical impedance and temperature in tissue during freezing (Die Correlation der elektrischen Impedanz und Temperatur in Gewebe während des Einfrierens), Cryobiology. 1979 Februar;l6(1):56–62.), können elektrische Impedanzmessungen in verlässlicher Weise verwendet werden um den Beginn des Einfrierens zu überwachen/zu bestimmen, das Ausmaß der innerhalb der Haut aufgetretenen Erfrierungen, und/oder den aufgetretenen Grad an Gewebeschädigung. Es ist gegenwärtig bevorzugt derartige elektrische Sonden an der Oberfläche der Kühlvorrichtung zu platzieren.
In einer Ausführungsform in der eine Vielzahl von elektrischen Sonden verwendet wird ist es möglich derartige Proben auf eine Weise anzuordnen oder in einer Reihe vorzusehen, so dass drei-dimensionale Bildgebung ermöglicht oder erleichtert wird (z. B. durch elektrische Impedanztomographie (EIT)), des Phasenübergangs innerhalb der Dermis und des subkutanen Fettgewebes. Bei Gefriertemperaturen ist die elektrische Impedanz typischerweise merklich erhöht. Solche Informationen können in Kombination mit elektrischer Impedanzbildgebung verwendet werden um zu bestimmen ob/wann es angemessen ist die Kühlexposition entweder zu unterbrechen oder zu verringern. Eine derartige Bestimmung basiert im Allgemeinen auf dem Einsetzen des epidermalen oder dermalen Phasenübergangs, der für die Eisbildung innerhalb wässrigen Gewebes repräsentativ ist und der zur Vermeidung des Auftretens unerwünschter Nebenwirkungen aufgrund von Überbehandlung vermieden werden sollte.
Oszillierende Rückkopplungssonden (wie z. B. bei Lindahl OA, Omata S, Angquist KA., A tactile sensor for detection of physical properties of human skin in vivo, (Ein Tastsensor für die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften der menschlichen Haut in vivo), J. Med. Eng. Technol. 1998 Juli – August;22(4):147–53 beschrieben) kann auch verwendet werden um Rückkopplungsinformation durch Überwachen der mechanischen Eigenschaften der Haut bereit zu stellen. Im Allgemeinen werden derartige Sonden verwendet um Veränderungen der Steifigkeit und Elastizität der menschlichen Haut zu detektieren die mit dem Alter, Umgebungsmitteln, Variationen von Tag zu Tag und der Anwendung von Kosmetika zusammenhängen. Derartige Sonden können jedoch auch auf einfache Weise mit einer Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung kombiniert werden um die Hautsteifigkeit einzustufen/zu überwachen. Dies ist eine nützliche Bestimmung, da bei Gefriertemperaturen die dermale Steifigkeit sich merklich steigert sogar bis zu einem Ausmaß bei dem unerwünschte dermale Eisbildung auftreten kann. Wenn die oszillierende Rückkopplungssonde eine erhöhte dermale Steifigkeit feststellt sollte die Kühlbehandlung für eine angemessene Zeit unterbrochen werden.
Ein Beispiel für eine geeignete oszillierende Rückkopplungssonde ist ein unter Federspannung stehender Tastsensor mit wirkungsfeststellen Fähigkeiten, der für die nicht invasive Beurteilung von physikalischen Eigenschaften, Steifigkeit und Elastizität, menschlicher Haut in vivo getestet wurde. Ein Tastsensor dieser Art umfasst im Allgemeinen einen piezoelektrischen Vibrator (61 kHz) mit einer Vibrationsaufnahme, Elektronik und programmierbare Logik (z. B. ein Computer mit Software) für die Messung der Frequenzänderung sobald der Sensor an einem Objekt befestigt wird. Eingebaut in dem Wirkungssensor ist ein Tastsensor um die Kompression der Feder anzuzeigen welche das Sensorelement während der Messung gegen das Objekt drückt. Unter bestimmten Bedingungen (z. B. festgelegter Kontaktdruck) überwacht diese Frequenzänderung die akustische Impedanz des Objekts und ist mit der Steifigkeit von weichem Gewebe verknüpft.
Es ist auch möglich Ultraschalltechnologie als eine Rückkopplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu implementieren. Beim Ausführen der Verfahren der Erfindung wird das Kühlen eine ausreichende Tiefe erreichen, ohne Schädigungen der Hautoberfläche zu bewirken, wie etwa der Ausbildung sogenannter „Eisbälle" bei Gefriertemperaturen der Dermis. Ein Ultraschallrückkopplungsgerät kann die Bildung eines Eisballs detektieren (und hierzu Rückmeldung bereitstellen) womit angezeigt wird, dass das Kühlregime modifiziert oder insgesamt gestoppt werden sollte um eine beginnende/weitere Schädigung der Haut zu verhindern. Ultraschalltechnologie ist auch wirksam bei der Detektion und zum Bereitstellen von Rückkopplungsinformation über das Einsetzen des Phasenübergangs innerhalb des subkutanen Fettgewebes. Eine derartige Erscheinung würde auch im Allgemeinen die Modifizierung der Behandlungsbedingungen oder das Beenden der gesamten Behandlung erfordern.
Eine exemplarische Vorrichtung die als Ultraschallrückkopplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann ist beschrieben bei Laugier P, Laplace E, Lefaix JL, Berger G., In vivo results with a new device for ultrasonic monitoring of pig skin cryosurgery: the echographic cryoprobe (In vivo-Ergebnisse mit einer neuen Vorrichtung für die Ultraschallüberwachung von Schweinehaut-Cryochirurgie: die echographische Cryosonde) J. Invest. Dermatol. 1998 August;111(2):314–9). Das dort beschriebene Gerät ist eine echographische Cryosonde, die einen hochfrequenten (20 MHz) Miniaturultraschall-Transducer mit einer Kühlvorrichtung kombiniert. Es ist bekannt, dass der Mittelwert der Ultraschallgeschwindigkeit gefrorener Haut vergleichsweise höher ist als der nicht gefrorener Haut. Dementsprechend kann eine solche Vorrichtung verwendet werden um Veränderungen der Ultraschallgeschwindigkeit zu bestimmen welche die Echobildung anzeigen die dem Phasenübergang oder dem Gefrieren und/oder der Bildung eines „Eisballs" nach dem Gefrieren vorangehen. Insbesondere ermöglicht eine echographische Cryosonde eine in vivo-Echtzeitüberwachung der Tiefenpenetration eines Eisballs und stellt Rückkopplungsinformation bezüglich der Wachstumsgeschwindigkeit des Eisballs zur Verfügung. Eine derartige Detektion kann automatisch sein (d. h. unabhängig von einer Bedienperson) und umfasst insbesondere die Detektion des Echosignals von der Gefrierfront und die Berechnung der Tiefenpenetration des Eisballs.
20 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der ein Ultraschall-basiertes Rückkopplungsgerät 2000A in Kommunikation mit einem Kühlelement 2010 während der Verwendung des Kühlelements an einer Behandlungsstelle 2020 steht, die in dieser Ausführungsform die Haut eines Patienten ist. Eine exemplarische Ultraschallbasierte Rückkopplungsvorrichtung ist ein Ultraschallsender der, wenn angewendet, einen Durchmesser im Bereich von etwa 1 cm bis 2 cm haben sollte.
Wie in 20 gezeigt ist das Kühlelement 2010 in Kommunikation mit der Ultraschallbasierten Rückkopplungsvorrichtung 2000A um zu ermöglichen, dass eine Rückkopplung stattfindet, und ist auch in Kontakt mit der Haut 2020 um hierfür eine Kühlung zu gewährleisten (z. B. durch ein Kühlmittel das in eine Kühlmitteleintrittsfläche 2030, durch das Kühlelement, und schließlich aus dem Kühlelement über die Kühlmittelaustrittsfläche 2040 zirkuliert wird). Die Kombination der Form (z. B. convex) des Kühlelements 2010 und des dadurch ausgeübten Drucks bewirkt, dass die Haut 2020 komprimiert wird, so dass das Kühlelement die Kühlung der Dermis 2050 und wiederum des subkutanen Fetts 2060, das unterhalb der Dermis angeordnet ist, bewirkt.
Gegebenenfalls jedoch gegenwärtig bevorzugt, werden ein oder mehrere Objekte oder Materialien bei einigen oder allen Grenzflächen-Oberflächen 2070 zwischen dem Kühlelement 2010 und der Haut 2020 platziert. Als nicht einschränkendes Beispiel kann ein Gel auf die Hautoberfläche 2020, das Kühlelement 2010 oder auf beide aufgebracht werden. Das Gel sollte thermisch leitfähig sein um die Kühlwirkung der Kühlvorrichtung zu verbessern und sollte dabei so ausgewählt sein, dass es nicht mit der Sammlung der Rückmeldeinformationen interferiert. Beispielsweise sollte in der in 20 gezeigten Ausführungsform das Gel ultraschalltransparent sein um die Fähigkeit des Ultraschallsenders 2000A zum Erhalten genauer Messungen nicht zu beeinträchtigen und wiederum verlässliche Rückkopplungsinformationen zu gewährleisten.
Der Ultraschallwandler (Transducer) 2000A stellt Rückmeldeinformationen durch Sammeln von Ultraschalldaten zur Verfügung, die von anderen Vorrichtungen (in 21 schematisch gezeigt) beigebracht und verarbeitet werden mit denen der Ultraschallsender und/oder das Kühlelement 2010 verbunden sind.
Es sollte angemerkt werden, dass das in 20 gezeigt System ein oder mehrere zusätzliche Rückkopplungsvorrichtungen umfassen kann, etwa ein Temperatursensor 2000B anstelle von oder zusätzlich zur Rückkopplungsvorrichtung 2000A. Solche andere Rückkopplungsvorrichtungen 2000B, sofern vorhanden, würden in Kombination mit dem Kühlelement 2010 und/oder der Behandlungsstelle 2020 sein.
Eine andere Technik zum Sammeln von Rückkopplungen besteht in der Verwendung einer Kombination von Ultraschallbildgebung und oszillierenden Sonden, wie etwa Sonoelastographie und transiente Elastographie. Diese Technik ist besonders wirksam zum Bestimmen des Einsetzens der Eisbildung innerhalb wässrigen Hautgewebes durch Identifizierung von Phasenübergängen innerhalb verschiedener Schichten der Haut. Ein derartiges Einsetzen kann einen geeigneten Zeitpunkt zum Beenden eines Behandlungszyklus anzeigen oder es kann eine Überbehandlung vor dem Ende eines Zyklus anzeigen.
Solche Kombinationsvorrichtungen definieren lokale Gewebesteifigkeit unter Verwendung des Young-Moduls und, insbesondere durch Charakterisieren der viskoelastischen Eigenschaften weicher Gewebe in verschiedenen Gewebeschichten und -Tiefen durch Untersuchung von deren Antwort auf mechanische Scheranregung. Da der Young-Modul die lokale Gewebesteifigkeit definiert kann er verwendet werden zum Identifizieren von Phasenübergängen innerhalb verschiedener Schichten der Haut. Beispielsweise, und wie bei Gennisson JL, Baldeweck T, Tanter M, Catheline S, Fink M, Sandrin L, Cornillon C, Querleux B., Assessment of elastic parameters of human skin using dynamic elastography (Beurteilung der elastischen Parameter menschlicher Haut unter Verwendung dynamischer Elastographie), IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2004 August;51(8):980–9, kann ein hochauflösendes Gerät mit einer Spatialauflösung ausreichend zum Unterscheiden zwischen dermalen und Fettgewebeschichten den lokalen Young-Modul in sehr dünnen Schichten (1–5 mm) messen, zusätzlich zur in vivo-Evaluierung der elastischen Eigenschaften der menschlichen Haut. Die hochauflösende Vorrichtung verwendet eine Ultraschallsonde (50 MHz) zum Aufspüren der Verschiebungen die durch eine 300 Hz Scherwelle erzeugt, von einem Ring der den Sender umgibt, induziert werden. Die Verschiebungen werden gemessen, beispielsweise durch die Verwendung einer Kreuz-Korrelationstechnologie zwischen sukzessiven ultraschallrückgestreuten Echos die dem Fachmann geläufig sind. Die von Gennisson et al. beschriebene Messtechnik wurde verwendet um in vivo-Daten an menschlichen Unterarmen zu sammeln und erwies sich experimentell als genau für die Untersuchung der Elastizität in verschiedenen Hautnachahmenden Phantomen (skin-mimicking phantoms). Die Daten zeigten, dass der Young-Modul in der Dermis höher war als in der Hypodermis und in anderen Weichgeweben.
Zum Messen der Veränderung der Steifigkeit innerhalb der dermalen und/oder Fettgewebsschichten können Ultraschallvorrichtungen mit einer niedrigeren Auflösung und höherer Bildgebungstiefe verwendet werden. Ultraschallsonden mit Frequenzen im Bereich zwischen etwa 5 bis etwa 30 MHz und besonders bevorzugt etwa 20 MHz-Bereich sind bevorzugt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das von Gennisson et al. beschriebene Gerät mit einer Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung kombiniert werden. So wie kombiniert kann die resultierende Vorrichtung verwendet werden um nicht-invasiv die Phasenübergänge in den Gewebsschichten zu bestimmen, wodurch weniger genaue/verlässliche gegenwärtige Techniken ersetzt werden (z. B. subjektive Palpation durch einen erfahrenen Beobachter).
Es können auch andere Techniken verwendet werden um Phasenübergänge gemäß der vorliegenden Erfindung zu bestimmen, wobei derartige Techniken optische Kohärenztomographie und magnetische Resonanzbildgebung (MRI) umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein.
Eine wiederum andere Rückkopplungstechnik liegt in der Verwendung einer oder mehrerer Sonden zur Messung der Schallgeschwindigkeit im Gewebe. Die Schallgeschwindigkeit innerhalb von Gewebe ist temperaturabhängig und erhöht sich beträchtlich bei geringeren Temperaturen. Die Schallgeschwindigkeit kann, beispielsweise durch time-of-flight-Messungen gemessen werden, wie bei Mulet A, Benedito J, Bon J, Rosello C., Ultrasonic velocity in cheddar cheese as affected by temperature (Temperatur-beeinflusste Ultraschallgeschwindigkeit in Cheddar-Käse), Jour Food Sc. 1999; Band 64(6):1038–1041 beschrieben, wobei ein 1 MHz schmalbandiger Ultraschallsender verwendet wird um die time-of-flight in einem Oszilloskop innerhalb einer bestimmten Pfadlänge zu messen. Diese Sonden können verwendet werden um die Temperatur und Phasenübergänge innerhalb verschiedener Schichten der Haut zu überwachen. Das Einsetzen der epidermalen oder dermalen Phasenübergänge, welche die Eisbildung innerhalb von wässrigem Gewebe wiedergeben, sollte vermieden werden durch Unterbrechen oder Verringern der Kälteexposition, mindestens zeitweise. Das Einsetzen des Phasenübergangs innerhalb des Fettgewebes kann verwendet werden als Endpunkt zum Überwachen eines wirksamen Kälteexpositionsregimes.
Eine andere Technik die zum Detektieren der Eiskristallbildung innerhalb der Epidermis oder Dermis verwendet werden kann ist die IR-Reflektroskopie. Haut ist relativ transparent im Bereich von etwa 800 bis etwa 1400 nm, was einen Teil des so genannten „optischen Fensters" der Haut darstellt. Insbesondere im Bereich von etwa 1000 bis etwa 1400 nm hat die Haut absorbierende Chromophore und daher ist die Streuung begrenzt. Dementsprechend wird jede Art/Menge von Eiskristallbildung einen beträchtlichen Anstieg der reflektiven Kapazität bewirken.
Gemäß einer exemplarischen IR-Reflektoskopie-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Wellenlänge mit einer Penetrationstiefe in die Haut angewendet, die der Dicke der Dermis (z. B. etwa 2–4 mm) entspricht, so dass jeder Anstieg der optischen Reflektivität gemessen/detektiert werden kann aufgrund der Eiskristallbildung innerhalb der Epidermis oder Dermis. Der Bereich von Wellenlängen die zur Bestimmung der Kristallbildung innerhalb der Dermis verwendet werden liegt daher vorzugsweise im Bereich von etwa 400 bis etwa 800 nm. Bei einer Wellenlänge von etwa 700 bis etwa 800 nm gibt es relativ wenig Absorption durch das Blut weshalb Durchblutungsveränderungen während der Aussetzung die Messungen nicht beeinflussen.
Bei tiefer penetrierenden Wellenlängen (z. B. etwa 1000 bis 1300 nm) können die Reflektivitätskapazitätsveränderungen durch Kristallbildung entweder in der Epidermis, der Dermis oder dem subkutanen Fettgewebe verursacht werden. In einer Ausführungsform kann der Ort der Kristallbildung durch die gemessene Veränderung der maximalen reflektierten Wellenlänge bestimmt werden, die gemäß der charakteristischen Morphologie der Eiskristalle innerhalb einer einzelnen Gewebeschicht variieren wird. In einer anderen Ausführungsform kann der Ort der Kristallbildung bestimmt werden durch Betrachten der Distanz zwischen dem Emitter und dem Detektor. Es gibt einen maximalen Anstieg des Signals bei Kristallbildung in verschiedenen Tiefen. Für die Kristallbildung in der Epidermis und Dermis taucht der maximale Reflektionsanstieg bei einer Emitterdetektordistanz von ungefähr 1 mm auf. Bei subkutaner Kristallbildung taucht der maximale Anstieg der Reflektion bei einer Emitterdetektordistanz von ungefähr 3 bis 5 mm auf.
In einer Ausführungsform kann diffuse optische Tomographie angewendet werden um das spatial diffuse Spektrum der Reflexivität zu überwachen die von einem oder mehreren der unter Beobachtung stehenden Gewebe emittiert wird (z. B. Dermis, Epidermis oder subkutanes Adiposegewebe). Die Verfahren der diffusen optischen Tomographie sind im Stand der Technik gut bekannt und können gemäß den Standardpraktiken ausgeführt werden.
Die Rückkopplungsinformation kann gemäß der vorliegenden Erfindung auch bereitgestellt werden durch die Verwendung einer oder mehrerer optischer Sonden die beispielsweise den Blutgehalt oder den Blutfluss innerhalb der Dermis messen. Beispielsweise kann optische Reflektoskopie verwendet werden um den Blutfluss zu überwachen und damit den für die Verringerung des lokalen Blutflusses nötigen Kontaktdruck zu bestimmen. Laser Doppler-Techniken und -Geräte können auch verwendet werden um separat die zwei Komponenten des Blutflusses zu quantifizieren, nämlich das mikrovaskulare Volumen und die Geschwindigkeit der roten Blutkörperchen. Daten bezüglich des Blutflusses und des mikrovaskularen Volumens wiederum können verwendet werden um das Ausmaß und/oder das Ausreichen des Kontaktdrucks zu bestimmen der durch die Kühlvorrichtung auf die Behandlungsoberfläche ausgeübt wird. Die Verwendung einer oder mehrerer derartiger optischer Sonden ermöglicht einen verringerten oder gestoppten Blutfluss, was die Abkühlung tieferer Hautschichten erleichtert oder ermöglicht. Eine optische Sonde kann auch verwendet werden um eine Weißfärbung der Behandlungsoberfläche anzuzeigen, die die Bildung unerwünschter Eiskristalle innerhalb der Dermis und Epidermis anzeigt.
Eine andere Form zum Erhalten von Rückkopplungsinformation gemäß der vorliegenden Erfindung ist es zu bestimmen/zu überwachen, ob ein ausreichender Kontakt zwischen der Kühlvorrichtung und der Behandlungsoberfläche vorliegt. Es kann eine nützliche Bestimmung sein, da gerade dann, wenn die Kühlvorrichtung bei angemessener Temperatur betrieben wird, der angemessene Kühlgrad an der Kühloberfläche nicht erreicht werden wird sofern nicht ein geeigneter Kontakt existiert.
Kontaktsonden überwachen den thermischen Kontakt mit der Hautoberfläche und können ein Signal für eine zentrale Steuerungseinheit bereitstellen sobald die Kühlvorrichtung in gutem Kontakt mit der Haut steht. Verschiedene Verfahren können verwendet werden um den Kontakt des Kühlelements mit der Haut zu überwachen, einschließlich ohne darauf beschränkt zu sein ein oder mehrere elektrische Schalter innerhalb des Kühlelements oder an den Kanten/am Rahmen des Kühlelements, ein oder mehrere Drucksensoren, eine Thermosonde an der Schnittstelle zwischen einer Kühlsonde und der Haut (wobei die Thermosonde als Kontaktsensor fungiert sobald der thermischer Kontakt einen Temperaturanstieg gewährleistet), elektrischer Widerstand zwischen zwei Elektroden angeordnet an den Kanten des Kühlelements, sowie ein oder mehrere optische Sensoren zum Detektieren der Platzierung der Kühlvorrichtung im Kontakt mit der Haut.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung worin die Kontaktsonde eine oder mehrere Drucksonden umfasst ist es Zweck der Drucksonde(n) zu überwachen ob ausreichender Druck auf die Behandlungsoberfläche durch die Kühlvorrichtung ausgeübt wird. Eine exemplarische Drucksonde ist ein Kühlelement unter Federspannung, wobei die Ausdehnung der Feder detektiert wird durch einen Positionsdetektor und (zusammen mit der Federkonstante) die Kraft/den Druck bestimmt der auf die Hautoberfläche aufgebracht wird. Gegebenenfalls können ein oder mehrere Rückkopplungsvorrichtungen bereitgestellt werden um Vakuumniveaus zu messen, wobei es gegenwärtig bevorzugt ist, dass der Vakuumgrad oberhalb von Null Druck ist, jedoch auch dass das Niveau nicht oberhalb von ungefähr halbem Atmosphärendruck ansteigt (d. h. nicht oberhalb von 500 Millibar).
Eine wiederum andere Technik zur Bereitstellung von Rückkopplung ist die Messung des Phasenübergangs innerhalb der Epidermis, Dermis und/oder dem subkutanen Fett. Es ist gegenwärtig bevorzugt eine derartige Technik in Verbindung mit einer Ausführungsform zu verwenden, in welcher die Haut gekühlt wird während sie gefaltet ist. Diese Technik kann angewendet werden im Wege eines nicht einschränkenden Beispiels durch verwenden eines Detektors und eines mechanischen Pulsemitters. Der Detektor und der Emitter sollten entsprechend dem Tiefenniveau das gemessen werden soll, voneinander beabstandet sein, wobei der Detektor und der Emitter im Allgemeinen etwas weiter voneinander beabstandet sind um vergleichsweise tiefere Niveaus zu messen. Beispielsweise liegt der Abstand zwischen dem Detektor und dem Emitter im Allgemeinen im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 5,0 mm (mit einem Abstand von 0,1 mm bis etwa 1,0 mm gegenwärtig bevorzugt) um den Phasenübergang innerhalb der Epidermis oder Dermis zu messen, wohingegen der Abstand zwischen dem Detektor und dem Emitter im Allgemeinen im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 15,0 mm (mit einem Abstand von 5,0 mm bis etwa 10 mm gegenwärtig bevorzugt) um den Phasenübergang innerhalb des subkutanen Fetts zu messen.
Die verschiedenen Rückkopplungsvorrichtungen die hierin beschrieben sind können genauso gut invasiv verwendet werden. Invasive Messung kann genauere Daten unter bestimmten Umständen bereitstellen, und kann daher unter derartigen Umständen bevorzugt sein. Dies ist insbesondere der Fall wo Bedingungen existieren bei welchen die normalen Nachteile (z. B. Schmerz, Unbequemlichkeit) die mit der Verwendung invasiver Vorrichtungen verbunden sind, nicht vorliegen. Beispielsweise wenn aus irgendeinem Grund ein Behandlungssubjekt unter allgemeiner Narkose während des Behandlungsprozesses steht, kann es bevorzugt sein eine invasive Rückkopplungsvorrichtung zu verwenden, da das Behandlungssubjekt den zusätzlichen Schmerz spüren wird und genauere Ergebnisse erhalten werden können.
Anstelle von oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorrichtungen kann Rückkopplungsinformation bereitgestellt werden durch medizinisches Personal, durch eine oder mehrere andere Personen die in den Behandlungsprozess involviert sind, und oder durch das Behandlungssubjekt selbst. Unter den von derartigem Personal vornehmbaren Handlungen sind das Herunterfahren des Systems, das Modifizieren einer oder mehrerer Betriebsbedingungen oder Parameter und/oder das Begrenzen einer weiteren Temperaturverringerung. Derartige Handlungen können durch Einstellung der zentralen Steuerungseinheit, beispielsweise über eine Fernbedienung bewirkt werden. Diese Fernbedienung kann in Kommunikation mit der zentralen Kühlsteuerungseinrichtung über Draht oder drahtlose Verbindung mit der zentralen Kühleinheit stehen.
Das Behandlungssubjekt, das medizinische Personal oder eine oder mehrere andere Personen die in den Behandlungsprozess involviert sind, können auch damit beauftragt werden die verschiedenen Prozesse zu überwachen um das Auftreten bestimmter beobachtbarer Nebenwirkungen festzustellen (d. h. Nebenwirkungen die von Geräten nicht einfach ermittelt werden können). Derartige beobachtbare Nebenwirkungen umfassen ohne darauf beschränkt zu sein Schmerzen, Unbequemlichkeit, Angst, Apprehension oder Nausea.
Das wesentliche Kühlen der subkutanen Adiposeschicht, zum Beispiel auf eine Zieltemperatur zwischen etwa –5 °C und 15 °C durch Kühlen an der Hautoberfläche, weist mehrere Voraussetzunen auf. Die Wärme aus der Hautoberfläche bestimmt ein Temperaturgefälle innerhalb der Haut, das wiederum zuerst die Epidermis, Dermis und schließlich die subkutanen Adiposeschichten kühlt. Der dermale Blutstrom bringt Wärme aus dem Körperkern zu der Dermis. Der dermale Blutstrom kann deshalb das Kühlen der tiefen Dermis und des subkutanen Adiposegewebes ernsthaft beeinträchtigen. Aus diesem Grund wird stark bevorzugt, den kutanen Blutstrom zum Beispiel durch lokales Anwenden eines Drucks auf die Haut, welcher größer ist als der systolische Blutdruck, zeitweise einzuschränken oder zu beseitigen, und zwar bei gleichzeitigem Kühlen als eine Behandlung, um die Reduktion des subkutanen Adiposegewebes zu erreichen. Lokaler Druck kann aufgebracht werden und gesteuert werden durch eine flexible Substanz, wie etwa ein Verband oder eine Bandage die eingestellt ist oder eingestellt werden kann um die Behandlungsstelle zu umgeben oder eine Fläche in unmittelbarer Nähe der Behandlungsstelle. Der Verband kann stärker sein, z. B. fester gezogen, oder in Intervallen gelockert werden oder so wie gewünscht, um den Druck während der Behandlung zu modulieren.
In einer Ausführungsform besteht die flexible Substanz (z. B. der Verband (garment)) aus einem Raster, wie etwa einem Siebraster, das die Anwendung von heterogenem Druck auf die Anwendungsstelle vermittelt um den oberflächlichen Blutfluss effektiv zu unterdrücken, was die Kühlungswirksamkeit wie auch die von den verschiedenen Rückkopplungsvorrichtungen der Erfindung erhaltenen Werte verstärkt. Das Raster der lokalisierten Kompression kann beispielsweise abhängen von der Hautsteifheit und der Anatomie der dermalen Blutversorgung. In einer Ausführungsform liegt der optimale Durchmesser zwischen etwa 2 bis etwa 5 Mal der Dicke der Dermis oder etwa 2 bis etwa 15 mm.
Der Durchmesser der einzelnen Filamente der flexiblen Substanz wird so ausgewählt, dass der aufgebrachte Druck keine Beschädigung bewirkt (z. B. Einschneiden oder epidermale Nekrose). In einer Ausführungsform liegt der optimale Filamentdurchmesser bei etwa 1 bis etwa 3 mm. Einzelne Filamente des Verbands können Vorsprünge aufweisen mit einer vorgegebenen Federkonstante zur Winkeldeformation, die so eingestellt ist, dass der lokalisierte Druck auf die Haut gesteuert wird. Filamente innerhalb der Behandlungsfläche können hohle Röhrenstrukturen aufweisen die ein darin zirkulierendes Kühlmittel umfassen (z. B. Flüssigkeit, Gas). Die Filamente können auch ein Temperaturmesselement enthalten (z. B. Thermoelement, Draht) um die Oberflächentemperatur dicht innerhalb einzelner Mikrobehandlungsstellen zu überwachen. Die flexible Substanz (z. B. Verband) kann ferner eine temperaturempfindliche Farbskala aufweisen, welche durch spezifische Farben die Wirksamkeit oder andere Effekte der Behandlungsverfahren anzeigt. In einer anderen Ausführungsform wird die flexible Substanz (z. B. der Verband) so aufgebracht, dass mechanische Bewegung an der Anwendungsstelle gewährleistet wird, wodurch die Disruption des Adiposegewebes verstärkt wird.
Eine allgemeine Voraussetzung ist, dass die Kühlzeit an der Hautoberfläche lang genug sein muss, um zu ermöglichen, dass Wärme aus der Dermis und den subkutanen Adiposeschichten strömt, um die gewünschte Temperatur zur Behandlung derselben zu erreichen. Wenn die subkutane Adipose auf eine Temperatur unter diejenige zur Kristallisation ihrer Lipide fällt, muss die latente Erstarrungswärme für diese Lipide ebenfalls durch Diffusion entfernt werden. Die Kühltemperatur der Hautoberfläche und die Kühlzeit können eingestellt werden, um die Tiefe der Behandlung, zum Beispiel die anatomische Tiefe zu steuern, welche die subkutane Adipose betrifft. Die Wärmediffusion ist ein passiver Prozess und die Temperatur des Körperkerns liegt fast immer bei 37 °C. Aus diesem Grund ist eine weitere allgemeine Voraussetzung, dass die Temperatur der Hautoberfläche während des Kühlens geringer als die gewünschte Zieltemperatur (zum Beispiel Adipozyten) zur Behandlung des Bereichs sein muss, und zwar für mindestens einen Teil des Zeitraums, während dessen das Kühlen durchgeführt wird.
Wenn ein Hautdurchmesser größer als etwa 2 cm und ohne Blutstrom gekühlt wird, bietet die eindimensionale Wärmediffusion eine gute Annäherung zur Einschätzung der Temperaturprofile in der Haut über einen Zeitraum während des Kühlens. Die Wärmediffusion wird durch die allgemeine Diffusionsgleichung δT/δt = κδ²Tδz² bestimmt, wobei T(z, t) die Temperatur in der Haut als eine Funktion der Tiefe z und der Zeit t ist, und wobei κ die thermische Diffusivität ist, die für Hautgewebe etwa 1,3 × 10^–3 cm²s^–1 beträgt. Lösungen und Näherungslösungen zur Wärmediffusion sind für die planare Geometrie einer halbunendlichen Platte gemacht worden, die sich der Situation für die Haut annähert. Wenn die Oberfläche der Haut (z = 0) bei einer gegebenen, niedrigen Temperatur gehalten wird, ist eine nützliche Annäherung, dass der Wärmestrom aus einer Tiefe z eine Zeit von etwa t ≅ z² erfordert, um eine Temperaturdifferenz ½ der anfänglichen Differenz zu erreichen, wobei t in Sekunden und z in Millimetern angegeben ist. Folglich kann z² als ein Näherungswert für eine thermische Zeitkonstante betrachtet werden. Wenn zum Beispiel die anfängliche Hauttemperatur 30 C beträgt und Eis bei 0 C fest gegen die Hautoberfläche angeordnet wird, ist etwa 1 Sekunde für die Temperatur bei einer Tiefe von 1 Millimeter erforderlich, um etwa 15 C zu erreichen. Die subkutane Fettschicht beginnt typischerweise bei etwa z ≅ 3 mm und erstreckt sich auf Millimeter bis zu vielen Zentimetern Dicke. Die thermische Zeitkonstante für die Wärmeübertragung von der Oberseite der subkutanen Adiposeschicht beträgt deshalb etwa 10 Sekunden. Um ein wesentliches Kühlen der subkutanen Adipose zu erreichen, sind mindestens mehrere Zeitkonstanten und vorzugsweise mehr als 10 Zeitkonstanten der Kühlzeit erforderlich. Folglich muss das Kühlen etwa 30 bis 100 Sekunden an der Hautoberfläche und ohne den dermalen Blutstrom beibehalten werden, damit die Temperatur des obersten Abschnitts der subkutanen Adipose diejenige der gekühlten Hautoberfläche erreichen kann. Die oben erwähnte, latente Kristallisationswärme für Lipide muss ebenfalls entfernt werden, wenn die Fetttemperatur unter diejenige für die Kristallisation fällt. Aus diesem Grund sind im Allgemeinen Kühlzeiten über 1 Minute erwünscht, und Kühlzeiten, die länger als 1 Minute sind, können für Zeiträume bis zu mehr als einer Stunde benutzt werden, um die Tiefe der betroffenen Adipozyten anzupassen.
In einer noch anderen Ausführungsform wird dementsprechend die Dermis bei einer Rate gekühlt, die ausreicht, um eine Vasokonstriktion zu bewirken. Die Blutzirkulation innerhalb der Dermis stabilisiert die Temperatur der Dermis fast bis auf Körpertemperatur. Um das subkutane Adiposegewebe auf Temperaturen unter Körpertemperatur abzukühlen, kann der Blutstrom minimiert werden. Das schnelle Kühlen der epidermalen Oberfläche kann eine reflektorische Vasokonstriktion erreichen, welche die Blutzirkulation auf geeignete Weise einschränkt.
In noch einer anderen Ausführungsform wird ein vasokonstriktives Arzneimittel verabreicht, um eine Vasokonstriktion zu bewirken. Vasokonstriktive Arzneimittel können zum Beispiel an dem Kontaktpunkt entweder vor, nach oder während der Anwendung des Kühlmittels topisch angewendet werden. Gegebenenfalls kann eine systemische Verabreichung des vasokonstriktiven Arzneimittels durch herkömmliche Verfahren wie Injektion oder orale Verabreichung bereitgestellt werden. Das vasokonstriktive Arzneimittel kann im Stand der Technik bekannt sein. Vorzugsweise ist das vasokonstriktive Arzneimittel EMLA Creme oder Epinephrin.
In noch einer weiteren Ausführungsform wird entweder an dem Kontaktpunkt mit dem Kühlmittel oder in der Nähe davon Druck auf eine Oberfläche ausgeübt, so dass der laterale Blutstrom eingeschränkt wird. Druck kann zum Beispiel auf eine Hautoberfläche durch Zusammenpressen der Hautoberfläche in eine Hautfalte ausgeübt werden, welche eine einzige oder viele Falten umfasst. Druck kann ebenfalls durch Anwenden eines Vakuums entweder auf den Kontaktpunkt mit dem Kühlmittel oder in der Nähe davon ausgeübt werden.
Ohne durch theoretische Ansätze gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Rate zur Bildung von Kristallen in lipidreichen Zellen durch die Ausübung von Druck während des Kühlprozesses verändert werden kann. Eine plötzliche Kristallisation würde den lipidreichen Zellen eher einen größeren Schaden zufügen als eine langsame Anhäufung von Kristallen. Es wird ebenfalls angenommen, dass die Ausübung von Druck die Bewegung der Kristalle innerhalb der lipidreichen Zellen forcieren kann, wodurch die Schäden an der zweischichtigen Membran erhöht werden. Ferner weisen unterschiedliche Fächer des subkutanen Adiposegewebes unterschiedliche Viskositäten auf. Im Allgemeinen wird die Viskosität bei kälteren Temperaturen verbessert (zum Beispiel bei denjenigen, die nahe bei dem Punkt des Phasenwechsels liegen). Da der Phasenwechsel für lipidreiche Zellen bei höheren Temperaturen auftritt als für nicht lipidreiche Zellen, bilden sich bei Druckanwendung inner halb des subkutanen Adiposegewebes nicht einheitliche Spannungslinien. Es wird geglaubt, dass innerhalb dieser Spannungslinien eine deutliche Schädigung auftritt.
In noch einem anderen Aspekt schwankt die Temperatur der Dermis und/oder Epidermis zwischen 35 °C und –15 °C. Insbesondere bevorzugt schwankt die Temperatur der Dermis und/oder Epidermis zwischen –10 °C und 10 °C. Sogar noch mehr bevorzugt schwankt die Temperatur der Dermis und/oder Epidermis zwischen –8 °C und 8 °C. Schwankende Temperaturen an der Hautoberfläche können ein intermittierendes Erwärmen bereitstellen, um den potenziellen Nebenwirkungen des Kühlprozesses (zum Beispiel Kristallisation in den dermalen und epidermalen Zellen) entgegenzuwirken.
In noch einem anderen Aspekt ist die Anwendung des Kühlmittels mit der Anwendung von elektrischen oder akustischen Feldern verbunden, die bezüglich der Zeit entweder konstant oder schwankend und in der Dermis und/oder Epidermis angeordnet sind, um die Kristallbildung darin zu reduzieren oder zu beseitigen.
1A stellt ein Behandlungssystem 100 zum Kühlen eines Zielbereichs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Wie in 1A dargestellt, kann ein Behandlungssystem 100 eine Steuereinheit 105 und eine Behandlungseinheit 107 aufweisen, die ein Kühl-/Heizelement 110 und eine Behandlungsschnittstelle 115 aufweisen kann.
Die Steuereinheit 105 kann eine Energieversorgung aufweisen, zum Beispiel kann die Steuereinheit mit einer Energiequelle verbunden sein, um die Behandlungseinheit 107 mit Energie zu versorgen. Die Steuereinheit 105 kann ebenfalls eine Rechenvorrichtung aufweisen, die eine Hardware- und/oder Softwaresteuerung zum Steuern des Kühl-/Heizelements 110 und der Behandlungsschnittstelle 115 basierend auf eingegebenen Eigenschaften und/oder Parametern aufweist. Die Behandlungsschnittstelle 115 kann einen Detektor 120 aufweisen.
1B ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der Steuereinheit 105 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Wie in 1B dargestellt, kann die Steuereinheit 105 eine Rechenvorrichtung 125 umfassen, die ein Universalcomputer (wie ein PC), ein Arbeitsplatzgerät, ein Großrechnersystem und so fort sein kann. Die Rechenvorrichtung 125 kann eine Prozessorvorrichtung (oder zentrale Recheneinheit "CPU") 130, eine Datenspeichervorrichtung 135, eine Speicherungsvorrichtung 140, eine Benutzerschnittstelle 145, ein Systembus 150 und eine Kommunikationsschnittstelle 155 sein. Die CPU 130 kann jede Art Verarbeitungsvorrichtung zum Ausführen von Befehlen, Verarbeiten von Daten und so fort sein. Die Datenspeichervorrichtung 135 kann jede Art Datenspeichervorrichtung sein, umfassend ein oder mehrere wahlfreie Zugangsspeicher ("RAM"), Nurlesespeicher ("ROM"), Flashspeicher, elektrisch löschbare programmierbare Nurlesespeicher ("EEPROM") und so fort sein. Die Speicherungsvorrichtung kann jegliche Datenspeicherungsvorrichtung zum Lesen/Beschreiben jeglichen entfernbaren und/oder integrierten optischen, magnetischen und/oder optomagnetischen Speichermediums und dergleichen (zum Beispiel eine Festplatte, ein Kompaktdisketten-Nurlesespeicher „CD-ROM", eine wiederbeschreibbare Kompaktdiskette „CD-RW", eine digitale vielseitige ROM-Platte „DVD-ROM", DVD-RW und so fort sein. Die Speicherungsvorrichtung 140 kann ebenfalls eine Steuereinheit/Schnittstelle (nicht dargestellt) zum Verbinden mit dem Systembus 150 sein. Folglich sind die Datenspeichervorrichtung 135 und die Speicherungsvorrichtung 140 geeignet, um Daten sowie Befehle für programmierte Prozesse zur Ausführung auf der CPU 130 zu speichern. Die Benutzerschnittstelle 145 kann einen Berührungsbildschirm, eine Steuerkonsole, eine Tastatur, Kleintastatur, Anzeige oder jede andere Art Schnittstelle umfassen, die mit dem Systembus 150 durch eine entsprechende Schnittstelle/Adapter einer Eingabe-/Ausgabevorrichtung (nicht dargestellt) verbunden werden kann. Die Kommunikationsschnittstelle 155 kann geeignet sein, um mit jeder anderen Art externer Vorrichtung zu kommunizieren, umfassend die Behandlungseinheit 107. Die Kommunikationsschnittstelle 155 kann ferner geeignet sein, um mit jeglichem System oder Netzwerk (nicht dargestellt) wie einer oder mehreren Rechenvorrichtungen in einem lokalen Netzwerk ("LAN"), Großraumnetzwerk ("WAN"), Internet und so fort zu kommunizieren. Die Schnittstelle 155 kann direkt mit dem Systembus 150 verbunden sein oder kann durch eine geeignete Schnittstelle (nicht dargestellt) verbunden sein. Die Steuereinheit 105 kann folglich selbst und/oder unter Mitwirkung einer oder mehrerer zusätzlicher Vorrichtungen, die Algorithmen zum Steuern der Behandlungseinheit 107 gemäß der Erfindung umfassen können, Ausführungsprozesse bereitstellen. Die Steuereinheit 105 kann programmiert werden oder ihr kann befohlen werden, diese Prozesse gemäß jeglichem Kommunikationsprotokoll oder Programmiersprache auf jeglicher Plattform auszuführen. Folglich können die Prozesse in Daten sowie in Befehlen verkörpert werden, die in einer Datenspeichervorrichtung 135 und/oder Speicherungsvorrichtung 140 gespeichert oder an der Schnittstelle 155 und/oder Benutzerschnittstelle 45 zur Ausführung in der CPU 130 empfangen werden.
Mit Bezug auf 1A kann die Behandlungseinheit 107 eine Palmtop-Vorrichtung, eine automatisierte Vorrichtung und dergleichen sein. Das Kühl-/Heizelement 110 kann jegliche Art Kühl-/Heizkomponente wie einen thermoelektrischen Kühler und dergleichen umfassen.
1C ist ein Diagramm, welches das Kühl-/Heizelement 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1C dargestellt, kann das Kühl-/Heizelement 110 ein Netzwerk von Durchgängen umfassen, durch das ein Kühl-/Heizfluid strömt. Die Durchgänge können durch jegliches Wärme leitendes Rohr und dergleichen ausgebildet sein. Das Kühl-/Heizfluid kann durch einen Einlass 175 in das Element 110 geleitet und durch einen Auslass 180 ausgestoßen werden. Das Kühl-/Heizfluid kann jegliches Fluid sein, das eine gesteuerte Temperatur aufweist, wie gekühlte Luft/Gas oder Flüssigkeit. Zum Beispiel kann ein Salzwasser- oder Acetonbad, das unter Benutzung von Eis oder gefrorenem Kohlenstoffdioxid gekühlt wird, als eine Quelle für gekühlte Flüssigkeit benutzt werden, die durch das Element 110 gepumpt wird. Ein Zirkulationssystem kann auf diese Weise gebildet werden, in dem das an dem Auslass 180 ausgestoßene Fluid an der Fluidquelle wieder gekühlt und erneut in den Einlass 175 geleitet wird. Die Temperatur der Fluidquelle und/oder das Element 110 können durch die Steuereinheit 105 überwacht und gesteuert werden. Auf diese Weise kann die Temperatur des Kühl-/Heizelements 110 mit Hilfe der Steuereinheit 105 gesteuert oder programmiert werden. Wie ferner in 1C dargestellt, kann es eine Temperaturdifferenz ΔT zwischen den Bereichen des Elements 110 geben. Zum Beispiel kann Wärme während der Behandlung aus dem Zielgewebe auf das Kühlfluid übertragen werden und bewirken, dass das Fluid in der Nähe des Auslasses 180 eine höhere Temperatur aufweist als das Kühlfluid in der Nähe des Einlasses 175. Eine solche ΔT kann durch Reduzieren der Größe des Elements 110 reduziert werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Konfiguration der Durchgänge in dem Element 110 und die entsprechende Anwendung des Elements 110 auf das Zielgewebe jegliche Temperaturdifferenz bewirken, die zur Behandlung verschiedener Zielgewebe nötig ist. Zum Beispiel kann der Bereich von Element 110 nahe des Ausgangs 180 auf die Behandlungsbereiche angewendet werden, die eine höhere Behandlungstemperatur erfordern und so fort. Die Durchgänge des Elements 110 können folglich gemäß der Größe, Form, Bildung und so fort des Zielgewebes konfiguriert werden, welche die verschiedenen Behandlungstemperaturen erfordern. Ein Kühl-/Heizfluid kann ebenfalls durch das Element 110 pulsierend gepumpt werden.
Bezüglich 1A kann die Behandlungsschnittstelle 115 jede Art Schnittstelle zwischen dem Kühl-/Heizelement 110 und der Epidermis 160 sein, um die Behandlung auf die Epidermis 160, Dermis 65 und Fettzellen 170 durchzuführen. Zum Beispiel kann die Behandlungsschnittstelle 115 eine Kühlplatte (leitfähig), ein mit Kühlfluid befülltes Gefäß, eine frei formende Membran (für eine komplementäre Schnittstelle bei einer unebenen Epidermis), ein konvexes Kühlelement (zum Beispiel wie in 3 dargestellt) und dergleichen umfassen. Vorzugsweise umfasst die Behandlungsschnittstelle 115 ein Wärme leitendes Material, das die Epidermis 60 für eine maximale Wärmeübertragung zwischen dem Kühl-/Heizelement 110 und der Epidermis 160, Dermis 165 und/oder den Fettzellen 170 ergänzt. Zum Beispiel kann die Behandlungsschnittstelle 115 ein mit Fluid befülltes Gefäß oder eine Membran sein, so dass die Druckveränderung von dem Kühlelement, die durch einen pulsierenden Strom von Kühlfluid bewirkt wird, auf das Zielgewebe übertragen werden kann. Daneben kann die Behandlungsschnittstelle 115 einfach eine Kammer sein, in der das Kühl-/Heizfluid direkt auf das Zielgewebe (Epidermis 160, Dermis 165 und Fettzellen 170) angewendet werden kann, zum Beispiel mit Hilfe einer Zerstäubungsvorrichtung und dergleichen.
Der Detektor 120 kann ein Temperaturmonitor sein, zum Beispiel ein Thermopaar, ein Thermistor und dergleichen. Der Detektor 120 kann zum Überwachen der Gewebekühlung jede Art Thermopaar aufweisen, umfassend die Typen T, E, J, K, G, C, D, R, S, B. Der Detektor 120 kann auch einen Thermistor aufweisen, der thermisch empfindliche Widerstände umfasst, dessen Widerstände sich mit einer Temperaturveränderung verändern. Die Benutzung von Thermistoren kann aufgrund ihrer Empfindlichkeit besonders vorteilhaft sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Thermistor mit einem großen negativen Temperaturwiderstandskoeffizienten („NTC") verwendet werden. Vorzugsweise kann ein Thermistor, der für den Detektor 120 verwendet wird, einen Arbeitstemperaturbereich von etwa einschließlich –15 °C bis 40 °C aufweisen. Ferner kann der Detektor 120 einen Thermistor mit aktiven Polymer- oder Keramikelementen aufweisen. Ein Keramikthermistor kann am meisten bevorzugt sein, da diese die am meisten reproduzierbaren Temperaturmessungen aufweisen. Ein Thermistor, der für den Detektor 120 benutzt wird, kann in einem schützenden Material wie Glas eingekapselt sein. Natürlich können je nach Größe, Geometrie und gewünschter Temperaturauflösung auch verschiedene andere Temperatur überwachende Vorrichtungen verwendet werden. Der Detektor 120 kann auch eine Elektrode umfassen, die benutzt werden kann, um den elektrischen Widerstand der Hautoberfläche zu messen. Die Eisbildung innerhalb der oberflächlichen Hautstrukturen wie der Epidermis oder Dermis bewirken einen erhöhten elektrischen Widerstand. Diese Wirkung kann benutzt werden, um die Eisbildung innerhalb der Dermis zu überwachen. Der Detektor 120 kann ferner aus einer Kombination mehrerer Messverfahren bestehen.
Der Detektor 120 kann folglich unter anderem die Temperaturinformation aus der Epidermis 160, Dermis 165 und/oder den Fettzellen 170 als Rückkopplung zur Steuereinheit 105 extrahieren. Die erkannte Temperaturinformation kann von der Steuereinheit 105 basierend auf den eingegebenen Eigenschaften und/oder Parametern analysiert werden. Zum Beispiel kann die Temperatur von Fettzellen 170 durch die Berechnung basierend auf der von dem Detektor 120 erkannten Temperatur der Epidermis 160 bestimmt werden. Folglich kann das Behandlungssystem 100 die Temperatur der Fettzellen 170 nicht invasiv messen. Diese Information kann dann von der Steuereinheit 105 zur kontinuierlichen Rückkopplungssteuerung der Behandlungseinheit 107 zum Beispiel durch Einstellen der Energie/Temperatur des Kühl-/Heizelements 110 und der Behandlungsschnittstelle 115 benutzt werden, so dass die optimale Behandlungstemperatur der Zielfettzellen 170 gehalten wird, während die umgebende Epidermis 160 und Dermis 165 intakt bleiben. Wie oben beschrieben, kann das Kühl-/Heizelement 110 einstellbare Temperaturen im Bereich von etwa –10 °C bis zu 42 °C bereitstellen. Eine automatisierte Temperaturmessung und Steuersequenz kann wiederholt werden, um diese Temperaturbereiche beizubehalten, bis ein Verfahren abgeschlossen ist.
Es wird festgestellt, dass die Reduktion von Adiposegewebe durch Kühlen lipidreicher Zellen sogar noch wirksamer sein kann, wenn die Gewebekühlung mit physischer Manipulation einhergeht, zum Beispiel durch Massieren des Zielgewebes. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Behandlungseinheit 107 eine Gewebemassiervorrichung wie eine vibrierende Vorrichtung und dergleichen aufweisen. Alternative kann ein piezoelektrischer Umwandler innerhalb der Behandlungseinheit 107 benutzt werden, um eine mechanische Schwingung oder Bewegung des Kühl-/Heizelements 107 (oder besser Behandlungseinheit?) bereitzustellen. Der Detektor 120 kann Rückkopplungsvorrichtungen zum Erkennen der Veränderungen in der Hautviskosität aufweisen, um die Wirksamkeit der Behandlung zu überwachen und/oder jegliche Schäden an dem umgebenden Gewebe zu verhindern. Zum Beispiel kann eine Vibrationen erkennende Vorrichtung benutzt werden, um jegliche Veränderung in der Eigenfrequenz des Zielgewebes (oder umgebenden Gewebes) zu erkennen, die eine Veränderung in der Gewebeviskosität angeben kann, wobei das Gewebe mechanisch bewegt werden oder durch eine vibrierende Vorrichtung vibriert lassen werden kann, die in der Behandlungseinheit 107 enthalten ist.
Um ferner zu gewährleisten, dass die Epidermis 160 und/oder Dermis 165 durch die Kühlbehandlung nicht beschädigt werden, kann ein optischer Detektor/Rückkopplungsvorrichtung benutzt werden, um die Veränderung der optischen Eigenschaften der Epidermis zu überwachen (verbesserte Streuung, wenn Eisbildungen auftreten); eine elektrische Rückkopplungsvorrichtung kann benutzt werden, um die Veränderung der elektrischen Impedanz der Epidermis zu überwachen, die durch die Eisbildung in der Epidermis bewirkt wird; und/oder eine Ultraschall-Rückkopplungsvorrichtung kann benutzt werden, um die Eisbildung in der Haut zu überwachen (eigentlich zu vermeiden). Jegliche derartige Vorrichtung kann umfassen, der Steuereinheit 105 zu signalisieren, die Behandlung anzuhalten oder einzustellen, um Hautschäden zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Behandlungssystem 100 mehrere Konfigurationen und Instrumente aufweisen. Algorithmen, die für verschiedene Verfahrensarten, Konfigurationen und/oder Instrumente konzipiert sind, können in der Steuereinheit 105 enthalten sein.
Wie in 1D dargestellt, kann das System 100 eine Sondensteuereinheit 175 und eine Sonde 180 zur minimal invasiven Temperaturmessung der Fettzellen 170 aufweisen. Vorteilhafterweise kann die Sonde 180 dazu fähig sein, eine präzisere Temperatur der Fettzellen 170 zu messen, wodurch die Steuerung der Behandlungseinheit 107 und die Effektivität der Behandlung verbessert werden.
Es wird festgestellt, dass das Behandlungssystem 100 ferngesteuert werden kann. Zum Beispiel kann die Verbindung zwischen der Steuereinheit 105 und der Behandlungseinheit 107 eine ferngesteuerte Verbindung sein (verdrahtet oder drahtlos), wodurch die Steuereinheit 105 mit einer Fernsteuerung für das Kühl-/Heizelement 110, die Behandlungsschnittstelle 115, die Sondensteuereinheit 175 und die Sonde 180 bereitgestellt wird.
Wenngleich das obige beispielhafte Behandlungssystem 100 die Hauptkomponenten eines Systems veranschaulicht, das für die Benutzung in der Erfindung geeignet ist, sollte die dargestellte Bauweise nicht als einschränkend betrachtet werden, da viele Variationen der Hardwarekonfiguration möglich sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
2A stellt ein Behandlungssystem 200 zum Kühlen von Fettzellen 170 durch Falten des Zielgewebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Wie in 2A dargestellt, kann das Behandlungssystem 200 auf zwei Seiten entsprechende Steuereinheiten 105 und Behandlungseinheiten 107 aufweisen, die mit einer Kompressionseinheit 205 verbunden sind. Die Kompressionseinheit 205 kann geeignet sein, um die Behandlungseinheiten 107 zusammenzuziehen, wodurch das Zielgewebe (Epidermis 160, Dermis 165 und Fettzellen 170) zwischen den Behandlungseinheiten 107 nach oben gefaltet (oder „geklemmt") werden. Die Behandlungsschnittstelle 115 der jeweiligen Behandlungseinheiten 107 an beiden Seiten des Zielgewebes können auf diese Weise die Fettzellen 170 von vielen Zeiten mit größerer Wirksamkeit kühlen, wie oben beschrieben. Die Detektoren 120 können umfasst sein, um die Temperatur des Zielgewebes zu messen und zu überwachen. Wie in 2A dargestellt, können Steuereinheiten 105 verbunden werden, um ein integriertes System zu bilden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die verschiedenen Komponenten von System 200 mit Hilfe jeglicher Anzahl von Steuereinheiten) gesteuert werden.
Wie vorher beschrieben, kann die physische Manipulation des Zielgewebes die Effektivität der Kühlbehandlung verbessern. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Kompressionseinheit 205 die Kraft variieren, mit der die Behandlungseinheiten 107 zusammen um das Zielgewebe (Epidermis 160, Dermis 165 und Fettzellen 170) gezogen werden. Zum Beispiel kann die Kompressionseinheit 205 eine Impulskraft anwenden, um die Falte (oder „Quetschung") des Zielgewebes abwechselnd zu straffen und loszulassen. Der Widerstand auf das Straffen kann ferner überwacht werden, um jegliche Veränderungen der Merkmale (zum Beispiel die Viskosität) des Zielgewebes zu erkennen und so die Effektivität und Sicherheit der Behandlung zu gewährleisten.
2B veranschaulicht das System 200 mit einer Sonde 180, die der des in 1C dargestellten Systems für die minimal invasive Temperaturmessung von Fettzellen 170 ähnlich ist. Wie oben beschrieben, kann die Sonde 180 dazu fähig sein, eine genauere Temperatur der Fettzellen 170 zu messen, wodurch die Steuerung der Behandlungseinheit 107 und die Effektivität der Behandlung verbessert werden.
3A und 3B sind Diagramme, die ein Behandlungssystem 300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellen. Wie in 3A dargestellt, kann das System 300 eine Suktionseinheit 305 aufweisen und die Behandlungseinheit 107 kann eine Behandlungsschnittstelle 115 aufweisen, die eine gekurvte Oberfläche aufweist, die zum Beispiel eine Kuppel bildet, um eine Kammer 310 über der Epidermis 160 zu bilden und zu enthalten. Wie in 3B dargestellt, kann die Suktionseinheit 305 aktiviert werden, um die Luft oder eine Flüssigkühlmittelbehandlungseinheit 107 aus der Kammer 310 zu ziehen, so dass das Zielgewebe (Epidermis 160, Dermis 165 und Fettzellen 170) nach oben in Kontakt mit der Behandlungsschnittstelle 115 gezogen wird. Vorteilhafterweise kann die Behandlungsschnittstelle 115 die Zielfettzellen 170 für ein effektiveres Kühlen umgeben. Die Behandlungsschnittstelle 115 kann aus einem festen, steifen oder flexiblen Material (z. B. eine Membran) bestehen, das mit der Haut oder einem thermischen Verbindungsmittel zwischen der Hautoberfläche und der Behandlungseinheit in Kontakt steht.
Die Oberfläche der Schnittstelle 115 kann auch viele Öffnungen aufweisen, die mit der Suktionseinheit 305 verbunden sind. Die Haut ist teilweise in diese vielen Öffnungen eingeführt, was die Gesamtfläche der Epidermis 160 erhöhen kann, die mit der Behandlungsschnittstelle in thermischem Kontakt steht (zum Beispiel Strecken der Haut). Das Strecken der Haut verringert die Dicke der Epidermis und Dermis und ermöglicht das Kühlen des Fettes 170. Mehrere Detektoren) 120 und/oder Sonde(n) 180 können in dem Behandlungssystem 300 umfasst sein, um die Gewebetemperatur während der Behandlung zu überwachen, wie oben bezüglich 1A, 1C, 2A und 2B beschrieben worden ist und deren detaillierte Beschreibung hier nicht wiederholt werden wird.
4 stellt ein Behandlungssystem 400 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Wie in 4 dargestellt, kann die Suktionseinheit 305 mit einer Ringöffnung um die Behandlungsschnittstelle 115 derart verbunden werden, dass, wenn diese aktiviert wird, eine Suktionsabdichtung 410 mit der Epidermis 160 um die Behandlungsschnittstelle 115 gebildet wird. Folglich kann die Behandlung an der Behandlungsschnittstelle 115 auf einem isolierten Zielgewebebereich durchgeführt werden. Vorteilhafterweise kann das Subjekt oder der Körperteil in ein Wärmebad getaucht werden, wovon die Behandlung an der Schnittstelle 115 anbetroffen bleibt. Folglich kann die Behandlungsfläche vergrößert werden, während eine umgebende, wärmende Umgebung eine allgemeine Hypothermie verhindern kann.
5A und 5B sind Diagramme, die ein Behandlungssystem 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Wie in 5A und 5B dargestellt, kann das Behandlungssystem 500 ein Band (oder Zylinder) um die Zielgewebemasse 515 bilden. Das Behandlungssystem 500 kann jegliches flexible oder starre Material umfassen. Das Kühl-/Heizfluid kann durch das Behandlungssystem 550 durch den Einlass 175 und den Auslass 180 gepumpt werden, wie in 5B dargestellt. Das Kühl-/Heizelement 110 kann durch ein inneres Gefäß oder ein Netzwerk von Durchgängen wie einem Rohr und dergleichen gebildet werden. Die Wärmeübertragung mit der Zielgewebemasse 515 kann durch die Behandlungsschnittstelle 115 durchgeführt werden, die jegliches Wärme leitendes Material umfasst. Das Behandlungssystem 500 kann ferner einen Befestigungsmechanismus 510 wie einen Haken- und einen Schleifenverschluss und dergleichen zum Befestigen und Umwickeln der Gewebemasse 515 aufweisen. Ferner kann die Behandlungsschnittstele 115 ein flexibles Material aufweisen, so dass der Druck des Kühlfluids, das durch das Behandlungssystem 500 gepumpt wird, auf das Zielgewebe 515 übertragen werden kann. Zum Beispiel kann bezüglich 5A das Behandlungssystem 500 einen Innendruck auf die Zielgewebemasse 515 anwenden. Die Zielgewebemasse 515 kann jeglicher Abschnitt, Körperteil oder Gliedmaß eines Subjekts sein. Zum Beispiel kann die Zielgewebemasse 515 ein Arm, das obere oder untere Bein, die Hüfte und so fort eines Subjekts sein. Der Druck und Strom des Kühlfluids in dem System 500 können von der Steuereinheit 105 auf eine optimale Behandlungstemperatur und/oder -druck eingestellt werden. Eine feste Passung um die Gewebemasse 515 und ein erhöhter Innendruck können ebenfalls ermöglichen, dass das Subjekt in ein Wärmebad getaucht wird. Wie vorher beschrieben, kann der Fluidstrom ein pulsierender Strom sein.
Die vorliegende Erfindung wird zusätzlich mittels der folgenden, erläuternden, nicht einschränkenden Beispiele beschrieben, die ein besserer Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer zahlreichen Vorteile bereitstellt.
Beispiel 1
Selektive Schädigung des Fettgewebes durch gesteuertes In-vivo-Kühlen
Verfahren der vorliegenden Erfindung wurden an einem weißen, 6 Monate alten, weiblichen Hanford-Miniaturschwein („Schwein I") und einem schwarzen, 6 Monate alten, weiblichen Yucatan-Miniaturschwein („Schwein II") durchgeführt. Die Schweine wurden mit Telazol/Xylazin (4,4 mg/kg im + 2,2 mg/kg im) anästhesiert. Die Anästhetika (Halothan oder Isofluran (1,5–3,0%)) wurden mit Sauerstoff (3,0 L/min) durch eine Maske inhaliert und von einem F-Luft-Kanister gefiltert, wenn die injizierten Anästhetika keine ausreichende somatische Analgesie bereitstellten. Mehrere Versuchsstellen wurden mit Mini-Tätowierungen durch Anwenden von Indischer Tinte auf die Ränder jeder Versuchsstelle gekennzeichnet. Nach dem Abbilden der Versuchsstellen wurden diese mittels einer Kühlvorrichtung, wie in 1A beschrieben, Kälteexpositionen ausgesetzt. Bei dem Bereich der Behandlungsschnittstelle handelte es sich um einen flachen Bereich mit der Größe von 2 × 4 cm² mit einem eingebauten Temperaturfühler. Die Schnittstelle befand sich in thermischem Kontakt mit einem thermoelektrischen Kühler, der durch eine Steuereinheit elektronisch reguliert wurde, damit die Temperatur auf der Schnittstellenfläche konstant auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wurde. Während der Kälteexposition wurde die Kühlvorrichtung mit einem geringen bis mäßigen Druck auf die Haut angewendet, der keinen bedeutsamen mechanischen Druck auf den Blutstrom verursachte. Das Kühlelement wurde ohne eine Manipulation des Oberflächenprofils auf die Haut angewendet.
Verschiedene Kombinationen von vorbestimmten Kühlschnittstellentemperaturen und Expositionszeiten wurden getestet. An manchen Stellen wurde eine thermisch leitende Lotion zwischen der Haut und der Kühlschnittstelle angewendet. Diese thermisch leitende Lotion bestand hauptsächlich aus Glycerol. Schwein I wurde 61 Tage lang beobachtet, bis die Exzisionsbiopsien aller Versuchsstellen durchgeführt worden waren und das Schwein getötet wurde. Von der Versuchsstelle C wurde an Tag 2 eine zusätzliche Stanzbiopsie vorgenommen.
Die Biopsien wurden für die herkömmliche Lichtmikroskopie bearbeitet und mit Hematoxylin & Eosin gefärbt. Die angezeigte Temperatur entspricht der des benutzten Kühlelements. Tabelle 1 zeigt die Parameter der Kühlanwendung und die an verschiedenen Stellen von Schwein I erhaltenen Ergebnisse: Tabelle 1
Schwein II wurde 50 Tage bis zur Entnahme der Exzisionsbiopsien aus allen Versuchsstellen beobachtet, danach wurde das Schwein getötet. An der Versuchsstelle E wurde eine zusätzliche Biopsie an Tag 17 vorgenommen. Die Biopsien wurden für die herkömmliche Lichtmikroskopie bearbeitet und mit Hematoxylin & Eosin wie oben beschrieben gefärbt. Die angezeigte Temperatur entspricht der des angewendeten Kühlelements. Tabelle 2 zeigt die Parameter der Kühlanwendung und die erhaltenen Ergebnisse an verschiedenen Stellen von Schwein II:
6 zeigt ein Bild der Hautoberfläche der Versuchsstellen D, E und F von Schwein II, 17 Tage nach der Exposition. Ein Abdruck, welcher der Größe der Kälteexposition entspricht, wird bei 1 dargestellt, welche der Versuchsstelle D und 2 entspricht, welche der Versuchsstelle E entspricht. An diesen Versuchsstellen können keine abnormen Epidermisveränderungen gesehen werden. Bei 3, welche der Versuchsstelle F entspricht, auf die aggressive Kühlverfahren angewendet wurden, ist die Schädigung der Epidermis ausgeprägt (z.B. Pigmentierungsverlust und zentrale Krustenbildung).
7 zeigt die Histologie der Versuchsstelle E (Schwein II), 17 Tage nach der Kälteexposition bei –9 °C für 5 Minuten, wobei die Proben aus dem Bereich unterhalb der mit Kälte ausgesetzten Stelle entnommen wurden. 7A zeigt eine niedrige Energievergrößerung (1,25-fach) und 7B zeigt eine Großaufnahme mit mittlerer Energievergrößerung (5-fach) der gleichen Probe. Es werden die Epidermis 701, Dermis 702, subkutanes Fett 703 und die Muskelschicht 704 dargestellt. Die Histologie zeigt Zeichen einer lobulären und septalen Pannikulitis innerhalb der subkutanen Adipose 703, was eine Entzündung des Adiposegewebes bedeutet. Die durchschnittliche Größe der Fettzellen ist im Vergleich zu der Probe des nicht ausgesetzten Bereichs geringer. Eine Gewebeveränderung der Epidermis, Dermis oder der Muskelschicht ist nicht erwiesen.
Eine Verringerung des subkutanen Adiposegewebes wurde in einer klinischen Abdrucksbeobachtung auf der Hautoberfläche genau an der Kühlstelle nachgewiesen, sowie durch die Histologie (Hematoxylin & Eosin-Färbung). 8A, B, C, D, E und F zeigen die Histologie 50 Tage nach der Exposition mit einer niedrigen 2,5-fachen Energievergrößerung (8A, 8C und 8E) und einer mittleren 5-fachen Energievergrößerung (8B, 8D und 8F) von Versuchsstelle C (8A und B), Versuchsstelle E (8C und D) und Versuchsstelle F (8E und F). Die Epidermis 801 und Dermis 802 sind an den Versuchsstellen Stelle C und E nicht geschädigt, während das aggressivere Kühlen an Versuchsstelle F zu einer Schädigung der Epidermis und Dermis führte (es kann z.B. eine Narbenbildung und Entzündung gesehen werden). Die subkutane Adipose 803 zeigt eine Verringerung der Adipozytengröße und Strukturveränderungen (z.B. ist eine offenkundige Verdickung der Fettzellenschicht mit faserigen Septae in der kondensierten Fettschicht enthalten). Als Ergebnis des aggressiven Kühlens auf Versuchsstelle F wurde nahezu die gesamte Schicht entfernt, wodurch lediglich wenige zurückbleibende Fettzellencluster hinterlassen wurden. Aus diesem Grund kann beim Anwenden eines aggressiven Kühlens (Versuchsstelle F) eine nicht selektive und ausgeprägte Schädigung der Epidermis und Dermis beobachtet werden.
Zusammen genommen zeigen die Ergebnisse, dass die selektive Disruption von subkutanem Adiposegewebe durch Benutzen von Kühlverfahren der vorliegenden Erfindung erreicht wird, ohne Schädigungen der Epidermis oder Dermis zu verursachen.
Die Temperaturmessung bei der Hautoberflächenkühlung bei –7 °C mit genügendem Druck, um den Hautblutstrom zu stoppen, wurde zum Darstellen der Zeit- und Tiefenabhängigkeit des Kühlens in einem lebenden Schwein durchgeführt. Zum Festhalten der Temperatur wurden Thermopaare benutzt, die in einer Tiefe von 0, 2, 4 und 8 Millimetern eingeführt wurden. Obwohl die Experimentvoraussetzungen nicht ideal waren (der Hautkühler behielt nicht exakt –7 °C an der Oberfläche bei), wird deutlich, dass die Kühlung der Dermis (2 mm) und des Fetts (4 mm, 8 mm) im Allgemeinen wie erwartet auftraten (siehe zum Beispiel 10).
Beispiel 2
Temperaturprofilmessungen in verschiedenen Gewebetiefen
Diese Studie wurde an einem 6 Monate alten, weiblichen, schwarzen Yucatan-Miniaturschwein (Sinclair Forschungszentrum, Columbia, MO) vorgenommen. Das Schwein wurde mit Hilfe von Telazol/Xylazin (4,4 mg/kg im + 2,2 mg/kg im) narkotisiert. Inhalationsanästhetika Halothan oder Isofluran (1,5–3,0%) mit Sauerstoff (3,0 L/min) wurden durch eine Maske geliefert und mit einem F-Luft-Kanister gefiltert, nur wenn das injizierbare Anästhetikum nicht genügend somatische Analgesie bereitstellte. Die Versuchsstellen wurden mit Mikrotätowierungen durch Anwenden von Indischer Tinte auf die Ränder jeder Versuchsstelle gekennzeichnet, wobei hypodermische Nadeln in diese Versuchsstellenränder eingeführt wurden. Die Kälteexposition wurde mit Hilfe einer konvexen, runden Kupferplatte durchgeführt, die an einem Wärmeaustauscher befestigt wurde und dann mittels eines zirkulierenden Kühlmittels auf –7 °C abgekühlt wird. Die Expositionszeit betrug zwischen 600 und 1.200 Sek. Tabelle 3 stellt die Parameter der Kühlanwendung dar und die Ergebnisse, die an verschiedenen Stellen von Schwein III erhalten wurden. Die kalte Platte wies drei zentrale Öffnungen von etwa 1 mm Durchmesser auf, durch welche die Thermopaare geführt wurden, um das Temperaturprofil in verschiedenen Tiefen des Gewebes bei Kälteexposition zu überwachen. Die Kühlexpositionsvorrichtung, die in 9 dargestellt ist, wurde während der Kälteexposition fest auf die Versuchsstelle gehalten. Die Kälteexpositionen wurden an zwei verschiedenen Versuchstagen mit einer Woche Unterschied durchgeführt. Am ersten Versuchstag wurden die Thermopaare zeitweise während der Aussetzung mit Kälte verschoben, wodurch eine Veränderlichkeit von 0,5 mm der Tiefenmessung des Thermopaars hervorgerufen wurde. Ein zusätzlicher Satz Expositionen mit Thermopaaren wurde am zweiten Versuchstag mit streng festgelegten Tiefen und minimaler bzw. keiner Veränderlichkeit der Thermopaare bezüglich der Tiefe durchgeführt. Die Anordnung der Thermopaare am ersten Versuchstag für die Versuchsstellen 1, 2, 3, 7, 11 und 12 betrug Tiefen von 2, 5, 4, 5 und 10 mm (+/–0,5 mm). Die Versuchsstellen 14, 15, 16 und 18 wurden am zweiten Versuchstag bei einer Tiefe der Thermopaare von 2, 4 und 8 mm und einer minimalen bzw. keiner Veränderlichkeit behandelt. Eine gewisse Veränderlichkeit der Thermopaartiefe kann aufgrund der Gewebekompression während der Kälteexposition noch immer auftreten. Eine Glykol enthaltende Lösung wurde zum Sicherstellen eines guten thermischen Kontakts an der Hautoberfläche benutzt. Das Schwein wurde 3½ Monate nach der Behandlung beobachtet, bevor es getötet und das Gewebe der Versuchsstellen zur Analyse entnommen wurde. Tabelle 3 stellt die Parameter der Kühlanwendung und die erhaltenen Ergebnisse an verschiedenen Stellen von Schwein III dar: Tabelle 3
Die Versuchsstellen wurden der Vorrichtung ausgesetzt und 600 bis 1.200 Sek. auf eine Kühlmitteltemperatur von –7 °C eingestellt. Die Dermis verhärtete sich unverzüglich nach der Kälteexposition, wie durch Palpitation bestimmt wurde, und wurde bei Rückkehr auf seine normale Temperatur etwa eine Minute nach der Exposition viskos. Es lag nach einigen Minuten nach der Exposition keine nachweisliche Epidermisschädigung oder -veränderung während der Untersuchung bei Großaufnahme und mit einer polarisierten Vergrößerungslinse vor. Ferner bestand keine Blasenbildung und das Nikolski-Zeichen war negativ. Während des gesamten Überlebenszeitraums bestand keine grobe Schädigung der Epidermis. Es konnten keine Verkrustung, Blasenbildung oder ausgeprägte Pigmentveränderung festgestellt werden. Einige Versuchsstellen zeigten eine geringe Zunahme der Epidermis-Pigmentierung auf. Diese leichte Hyperpigmentierung konnte nach ein paar Monaten durch leichtes Reiben der Epidermis entfernt werden.
Die Temperaturmessungen der Thermopaare hingen von der Tiefe, Körperstelle und dem Druck ab, mit dem das Kühlmittel angewendet wurde. Die verschiedenen Temperaturdiagramme bei verschiedenen Gewebetiefen während der Kälteexposition werden in 10A bis J für verschiedene Versuchsstellen aufgezeigt und gleichfalls in Tabelle 3 zusammengefasst. An manchen Versuchsstellen wurden Temperaturschwankungen festgestellt, die mit einem nahe verlaufenden Blutgefäß in Verbindung gebracht wurden. Manche Temperaturdiagramme wurden aufgrund von Bewegungen oder Fehlplatzierungen des Thermopaars (mit „error" in Tabelle 3 gekennzeichnet) nicht in Betracht gezogen. Die Temperatur innerhalb der tiefen Dermis bzw. oberen Fettschicht liegt in einem Bereich von –2 °C bis –4 °C. Die Temperatur bei einer Tiefe von 4 bis 5 mm liegt im Bereich von 0 °C bis 7 °C, abhängig von den Unterschieden des Kontaktdrucks und dem anatomischen Bereich. Dieser Ort zeigte eine starke Veränderlichkeit in den verschiedenen Temperaturdiagrammen. Die Temperatur bei 8 bis 10 mm Tiefe, die einer Tiefe innerhalb einer subkutanen Fettschicht entspricht, wies eine Temperatur im Bereich von 7 bis 24 °C auf.
Die Histologie einer Kontrollstelle (Stelle 9) und einer Kälteexpositionsstelle (Stelle 8) (–7 °C, 600 Sek.) wurde 6 Tage nach Exposition durchgeführt und von einem Dermatopathologen analysiert. Das Folgende wurde für die Kontrollstelle und die Kälteexpositionsstelle beschrieben: Die Epidermis beider Proben gestaltet sich normal und zeigt eine geflochtene Hornschicht mit normaler Dicke und normaler Crista cutis im Vergleich zu der Kontrollstelle auf. Innerhalb der Kälteexpositionsstelle zeigt sich ein leichtes, perivaskuläres, lymphozytisches Infiltrat. Jedoch sind in beiden Proben keine deutlichen Anzeichen einer Vaskulitis vorhanden.
Das subkutane Fett der Kontrollstelle zeigt eine normale Morphologie. Das subkutane Fett der mit Kälte ausgesetzten Stelle zeigt klare Zeichen einer lobulären und septalen Pannikulitis. Die meisten Adipozyten sind von einem lymphozytischen Infiltrat mit teilweise Lipid enthaltenden Makrophagen umgeben. Die Dicke der subkutanen Septae ist vergrößert. Es bestehen leichte vaskuläre Veränderungen, aber keine klaren Zeichen einer Vaskulitis. Dreieinhalb Monate nach der Kälteexposition wurde das Schwein getötet und das Gewebe durch vollständige Dickenexzision entnommen, nachdem eine Ultraschallsichtmessung von 20 MHz von ausgewählten Versuchsstellen durchgeführt wurde. Die In-vivo-Ultraschallbilder zeigten den deutlichen Verlust von Fettgewebe im Behandlungsbereich durch Hautkühlung im Gegensatz zum nicht gekühlten Umgebungsgewebe. Ein In-vivo-Ultraschallbild nach 3 ½ Monaten ist in 11 dargestellt.
Das gewonnene Gewebe wurde makroskopisch durch die Versuchsstellen geschnitten und die Bilder wurden aus dem makroskopischen Gewebequerschnitten entnommen. Die makroskopischen Gewebequerschnitte der Stellen 1, 3, 11, 12 und 18 sind in 13A bis E dargestellt. Eine Verringerung der Dicke der subkutanen Fettschicht wurde bei allen Kälteexpositionsstellen vs. der benachbarten Fettschicht beobachtet, die nicht Kälte ausgesetzt wurde. Die makroskopischen Querschnitte stimmten mit den Ultraschallbildern überein. Zwei verschiedene Abschnitte innerhalb des subkutanen Fetts konnten identifiziert werden, eine obere Fettschicht und eine tiefer liegende Fettschicht. Die Dicke der oberen Fettschicht wurde an Stellen mit Kältebehandlung um ein Wesentliches vermindert, wobei die tiefer liegende Fettschicht nicht bedeutend verändert wurde. Der Prozentsatz der Verringerung der oberen Fettschicht des Versuchsbereichs innerhalb bzw. außerhalb einiger Versuchsstellen wird in Tabelle 3 aufgeführt. Eine Veränderung der subkutanen Fettschicht wurde an den Kälteexpositionsstellen 1, 11, 12 und 18 beobachtet. Die durchschnittliche Verringerung der Dicke der oberen Fettschicht innerhalb der bewerteten Versuchsstellen betrug 47 %. Auf der nicht ausgesetzten Kontrollseite wurde keine bedeutsame Verringerung der Dicke in den beiden jeweiligen Schichten gefunden.
Diese Beispiele belegen die Möglichkeit, in einem Schweinemodell eine selektive Gewebeschädigung des subkutanen Adiposegewebes durch externes Kühlen innerhalb eines bestimmten Bereichs einer externen Kühltemperatur und Expositionszeit ohne eine bedeutsame Schädigung der Epidermis und Dermis zu erreichen. Die Entfernung von subkutanem Fett wurde gleichfalls durch einen offensichtlichen Abdruck auf der behandelten Hautoberfläche nachgewiesen, der exakt mit der Kühlexposition übereinstimmte, sowie durch die Messungen der Fettschicht in Bezug auf die Kälteexpositionsstelle durch Ultraschall und makroskopische Querschnitte nach der Tötung. Ausgeprägte histologische Veränderungen, die für das subkutane Adiposegewebe selektiv waren, wurden 6 Tage nach der Kälteexposition beobachtet. Histologisch wurde eine Pannikulitis mit einer verminderten Fettzellengröße beobachtet. Nachweislich ist die Reaktion auf Kälte an verschiedenen Stellen unterschiedlich und die weiter oben liegende Fettschicht ist von dem Gewebeverlust mehr betroffen als die tiefer liegende Fettschicht. Die Ergebnisse von Schwein III implizieren jedoch, dass eine erhöhte Fettentfernung gegenüber der tiefer liegenden Schicht vorliegt. Die Erklärung hierfür ist a), dass die obere Fettschicht kälteren Temperaturen ausgesetzt ist, und aufgrund des Gefälles und/oder b), dass die tiefer liegende Fettschicht in Schweinen weniger empfänglich für selektive Schädigung durch Kühlung ist.
9 zeigt ein Bild der Vorrichtung zur Kälteexposition von Schwein III. Die kalte Kupferplatte 91 wird mit der Haut in Kontakt gebracht. Das Temperaturprofil innerhalb der Haut während der Kälteexposition wird durch Thermopaare 92 gemessen, die bei verschiedenen Tiefen in das Gewebe eingeführt werden. Die Vorrichtung ist federbelastet 93, um einen Druck während der Kälteexposition bereitzustellen.
10 zeigt ein Temperaturprofil in verschiedenen Tiefen während der Kälteexposition von Schwein III bei unterschiedlichen Versuchsstellen: 10A (Stelle 1), 10B (Stelle 2), 10C (Stelle 7), 10D (Stelle 11), 10E (Stelle 12), 10F (Stelle 13), 10G (Stelle 14), 10H (Stelle 15), 10I (Stelle 16) und 10J (Stelle 18). Die Temperatur in verschiedenen Tiefen wird mit T3-E (Oberfläche), T0-B (2 bis 2,5 mm), T1-C (4 bis 5 mm) und T2-D (8 bis 10 mm) gekennzeichnet.
11 zeigt ein Ultraschallbild von Versuchsstelle 11, das 3 ½ Monate nach der Exposition gemacht wurde. Der Abschnitt unterhalb von 1105 liegt außerhalb des Kälteexpositionsbereichs, der Abschnitt unterhalb von 1006 innerhalb des Kälteexpositionsbereichs. Die Dermis 1102 kann deutlich von der Fettschicht 1103 und der Muskelschicht 1104 unterschieden werden. Innerhalb der Fettschicht 1103 können zwei unterschiedliche Schichten unterschieden werden: die obere Fettschicht 1103a und die tiefe Fettschicht 1103b. Das Ultraschallbild stimmt gut mit dem makroskopischen Querschnitt des gleichen Gewebes aus 13c überein.
12 zeigt die Histologie der Versuchsstelle 8 (12A und 12B) sechs Tage nach der Kälteexposition (–7 °C, 600 Sek.) und Versuchsstelle 9, die eine nicht ausgesetzte Kontrollstelle (12C und 12D) darstellt. Die Mikrographen zeigen ein Bild mit niedriger Energievergrößerung (1,25-fach) in 12A und 12C und mit mittlerer Energievergrößerung (5-fach) in 12B und 12D. Die Bilder zeigen die Epidermis 701, die Dermis 702 und das subkutane Fett 703. Während die nicht ausgesetzte Kontrollstelle eine normale Gewebemorphologie aufweist, zeigt das Kälteexpositionsgewebe klare Zeichen einer Pannikulitis im subkutanen Fett. Die Entzündungszellen sind in diesen Bereich abgewandert und die durchschnittliche Fettzellengröße ist geringer.
13A bis E zeigen makroskopische Abschnitte durch die Mitte verschiedener Versuchsstellen, nachdem das Schwein 3½ Monate nach der Kälteexposition getötet wurde: 13A (Stelle 1), 13B (Stelle 3), 13C (Stelle 11), 13D (Stelle 12) und 13E (Stelle 18). Jede Figur weist eine Skala 1300 auf, welche 1-cm-Einheiten und 1-mm-Untereinheiten aufweist. Die Epidermis 1301, die Dermis 1302, die obere Fettschicht 1303 und die tiefer liegende Fettschicht 1304. Aus der nicht ausgesetzten Kontrollfigur 13B ist keine Veränderung der Dicke der verschiedenen Schichten ersichtlich. 13A, 13C, 13D und 13E zeigen Querschnitte von Kälteexpositionsbereichen, die dem zentralen, 4 bis 5 cm dicken Gewebe sowie den nicht der Kälte ausgesetzten Umgebungsbereichen entsprechen. Eine Verringerung der Dicke innerhalb der oberen Fettschicht in den Kälteexpositionsbereichen gegenüber den nicht der Kälte ausgesetzten Bereichen ist aus allen Kälteexpositionsbeispielen ersichtlich. Die Veränderung der Dicke in % für jede einzelne Probe wird in Tabelle 3 aufgeführt.
Beispiel 3
Selektiver Verlust von subkutanem Fett mit der Zeit
Mehrere Monate nach der Behandlung hat sich der selektive Verlust von subkutanem Fett bei Schwein III erhalten, das mit Standardnahrung gefüttert wurde. Es wurde keine Narbenbildung oder kutane Beschädigung beobachtet, wie weiter im Detail hier beschrieben.
14 zeigt wo die Proben von der Teststelle 11 (gezeigt in 13 C) 3,5 Monate nach der Behandlung erhalten wurden. Diese Proben wurden für eine histologische Analyse wie in den 15 und 16 gezeigt verwendet. Eine Skala 1400 hat 1 cm-Einheiten und 1 mm-Untereinheiten. Der Querschnitt zeigt die Epidermis 1401, die Dermis 1402, die oberflächliche Fettschicht 1403 und die Tiefenfettschicht 1404, die durch Fascia 1405 (markiert mittels gestrichelter Linie) separiert sind. Die Behandlungsfläche 1406 enthält einen markierten rechten Winkel 1407 innerhalb des unterliegenden Fettes welcher den Ort der in 15 gezeigten Histologie anzeigt. Die Fläche 1408, welche außerhalb der Behandlungsfläche liegt, enthält einen markierten rechten Winkel 1409 innerhalb des darunter liegenden Fetts, welcher den Ort der in 16 gezeigten Histologie andeutet.
Die Histologie einer Probe entnommen innerhalb der Teststelle 11 nach 3,5 Monaten nach der Behandlung ist in 15 gezeigt. Die Dermis 1504 zeigt nicht die geringste Entzündung oder Gewebeschädigung. Das Septum 1502 separiert die oberflächliche Fettschicht 1504 von der Tiefenfettschicht 1505. Fine Septae 1503 separieren individuelle Fettlobuli die Cluster von Adipocyten enthalten. In den 15A und 15B konnten keine Hinweise auf Entzündung gefunden werden. Dort gibt es auch eine Verringerung der durchschnittlichen Größe der Adipocyten, im Vergleich zur entsprechenden Histologie wie aus den Vergleichsstellen (16A und 16B) erhalten. Der Vergleich zeigt auch eine Kompaktierung der Fine Septae innerhalb der Oberflächenfettschicht. Dies zeigt, dass das Volumen des Oberflächenfetts, die Zahl der Adipocyten und auch die durchschnittliche Größe einzelner Apocyten verringert ist im Vergleich zur nicht exponierten Vergleichsstelle. Es gibt auch eine Fetttasche innerhalb der Dermis 1504 die kleiner ist im Volumen, in der Adipocytenzahl und der einzelnen Adipocytengröße im Vergleich zu einer Vergleichsfetttasche die in den 16A und 16B gezeigt ist. Die intradermale Fetttasche wie in 15 gezeigt besteht aus einer Schicht von Adipocyten. Die Zahl und Größe der Adipocyten ist verringert im Vergleich zur Fetttasche der nicht exponierten Vergleichsprobe wie in 16 gezeigt.
16 zeigt die Ergebnisse der histologischen Proben erhalten aus dem nicht exponierten Bereich der Teststelle 11, erhalten auch zur gleichen Zeit wie die Proben in 15. Die Dermis 1601 enthält Fetttaschen 1602. Es liegt keine Entzündung oder Gewebeschädigung vor. Ein feines Oberflächenseptum 1603 separiert verschiedene Fettlobuli innerhalb der Oberflächenfettschicht 1604. Das Volumen an Fett, sowie die Zahl und Größe einzelner Adipocyten ist erhöht im Vergleich zur in 15 gezeigten Behandlungsstelle. Die intradermale Fetttasche 1602 enthält bis zu 3 Schichten von Adipocyten und ist vergrößert im Volumen, der Zahl und der Größe einzelner Adipocyten im Vergleich zu 15.
Zusammengefasst kann der selektive Verlust von subkutanem Fett über die Zeit aufrechterhalten werden ohne Nachbildung oder kutane Beschädigung.
Beispiel 4
Selektiver Verlust von subkutanem Fett mit Zeit
Eine Temperaturauftragung welche Phasenübergänge während eines Verlaufs der Behandlung zeigt wurde unter Verwendung eines Miniatur-Yukatan-Schweines erzeugt. Eine Kühlvorrichtung umfassend eine Kupferplatte durchströmt von einem Kühlmittel das auf –5 °C temperiert war wurde in Kontakt mit einer Anwendungsstelle für etwa 600 Sekunden platziert. Für die Zwecke dieses Experiments fiel die Temperatur der Epidermis nicht unter 0 °C.
Die Gruppe 1801 zeigt eine Temperaturauftragung wie mit einem an der Oberflächenfettschicht direkt unterhalb der Dermis platzierten Thermoelement gemessen. Während der ersten 10 Sekunden wird eine Temperatur von etwa 36 °C aufgezeichnet, was im Wesentlichen der Körpertemperatur des Schweins entspricht.
Gruppe 1802 zeigt eine Temperaturauftragung gemessen mittels eines Thermoelements das an der Schnittstelle zwischen der Kühlvorrichtung und der Epidermis angeordnet war. Während der ersten 10 Sekunden wird eine Temperatur von etwa –3 °C aufgezeichnet, was im Wesentlichen der Temperatur der Kühlvorrichtung entspricht wenn sie nicht mit Haut in Kontakt steht. Im Verlauf der Zeit als die Kühlvorrichtung mit der Anwendungsstelle in Kontakt stand erhöht sich die Temperatur anfänglich infolge von Wärmeabfluss von der Haut in die Vorrichtung. Während des weiteren Kontakts mit der Kühlvorrichtung fällt die Temperatur auf eine Temperatur oberhalb der der Kühlvorrichtung wenn diese nicht in Kontakt mit der Haut steht. Nur nach Entfernung der Kühlvorrichtung bei der Zeitmarkierung von um die 360 Sekunden fällt die Temperatur unterhalb von 0 °C.
Die Temperaturauftragung 1801, wie mittels eines subdermalen Thermoelements gemessen verringerte sich langsam mit der Zeit. Die Steigung des Temperaturabfalls veränderte sich bei ungefähr 180 Sekunden nach Beginn der Behandlung. Der durchschnittliche Temperaturfluss wurde mit der Zeit langsamer, was einen Phasenübergang anzeigt. Fluktuationen wurden beobachtet zwischen etwa 180 Sekunden bis etwa 300 Sekunden. Die Fluktuationen könnten von der Bewegung des Thermoelements herrühren oder alternativ dazu von Oszillationen im Blutfluss. Oszillationen im Blutfluss während des Kühlens (als ein „Jagdphänomen" bezeichnet) werden verursacht durch periodische Veränderungen in der Aktivität der intraluminaren glatten Muskeln des Gefäß. Nach der Entfernung der Vorrichtung von der Haut bei 360 Sekunden erwärmte sich die Haut nicht wieder kontinuierlich, sondern zeigte statt dessen Niveaus mit einem Plateau bei 15 °C, was auch einen Phasenübergang anzeigt.
19 zeigt die Histologie einer Probe erhalten 5 Tage nach der Behandlung von der Teststelle wo die Temperaturaufzeichnung genommen wurde. Die Epidermis 1901 und die Dermis 1902 zeigen sich als vollständig unverändert. Innerhalb des subkutanen Fettgewebes 1903 gibt es eine ausgeprägte Entzündung die für eine lobulare und septale Panniculitis steht. Die Fettzellen scheinen hinsichtlich ihrer Größe verringert zu sein im Vergleich zu den nicht der Kälte ausgesetzten Stellen.
Mehrere Ausführungsformen der Erfindung sind beschrieben worden. Dennoch ist es verständlich, dass verschiedene Modifikationen gemacht werden können, ohne die Wesensart und den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Dementsprechend befinden sich andere Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Patentansprüche.

Claims

Kühlverfahren zur selektiven Disruption von lipidreichen Zellen in einem menschlichen Behandlungssubjekt, das kein Kind ist, umfassend: Anwenden mindestens eines Kühlelements proximal zu einer Anwendungsstelle des Behandlungssubjekts; Verwenden des Kühlelements zur Verringerung der Temperatur unterhalb der Anwendungsstelle, wobei die Temperaturverringerung ausreichend ist um die dort liegenden lipidreichen Zellen zu zerreißen und dadurch zu reduzieren; und Verwenden mindestens einer Rückkopplungsvorrichtung während die Temperatur verringert wird um Rückkopplungsinformation bereit zu stellen die ausreicht um zu bestätigen, dass die nicht-lipidreichen Zellen proximal zum Kühlelement nicht zerrissen werden, wobei die lipidreichen Zellen in dem Subjekt selektiv zerrissen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Rückkopplungsinformation Informationen) über mindestens einen physiologischen Parameter der Dermis, Epidermis oder des subkutanen Adiposegewebes umfasst, wobei die Informationen) zu erkennen gibt (geben), dass nicht-lipidreiche Zellen proximal zum Kühlelement nicht zerrissen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperaturverringerung einen lokalen Temperaturgradienten durch die Dermis, Epidermis und das subkutane Adiposegewebe des Subjekts erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die lipidreichen Zellen Adipocyten innerhalb von subkutanem Adiposegewebe sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlelement die Anwendungsstelle kontaktiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der physiologische Parameter die Temperatur der Epidermis des Subjekts ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Temperatur bei etwa –10 °C bis etwa 20 °C in der Epidermis des Subjekts liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der physiologische Parameter die Temperatur in der Dermis des Subjekts ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Temperatur bei etwa –10 °C bis etwa 35 °C in der Dermis des Subjekts liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der physiologische Parameter die Temperatur des subkutanen Adiposegewebes des Subjekts ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Temperatur bei etwa –10 °C bis etwa 37 °C im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der physiologische Parameter die Abwesenheit wesentlicher Kristallbildung in der Dermis oder der Epidermis des Subjekts ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Abwesenheit substanzieller Kristallbildung angezeigt wird durch eine elektrische Impedanz zwischen etwa 10 kΩ/mm bis etwa 50 kΩ/mm in der Dermis oder der Epidermis des Subjekts.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Abwesenheit wesentlicher Kristallbildung angezeigt wird durch eine Ultraschallgeschwindigkeit zwischen etwa 1450 bis weniger als etwa 2700 m/Sek. in der Dermis oder Epidermis des Subjekts.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der physiologische Parameter die Steifigkeit in der Dermis oder der Epidermis des Subjekts ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Steifigkeit erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der physiologische Parameter Druck in der Dermis oder Epidermis des Subjekts ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Druck bei mindestens etwa 240 mm/Hg liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der physiologische Parameter ein Phasenübergang in der Dermis oder der Epidermis des Subjekts ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der physiologische Parameter die Schallgeschwindigkeit in der Dermis oder Epidermis des Subjekts ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Schallgeschwindigkeit zwischen etwa 1450 bis weniger als etwa 2700 m/Sek. in der Dermis oder Epidermis des Subjekts liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine nichtinvasive Temperatursonde ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine invasive Temperatursonde ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine invasive Temperatursonde ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Temperatursonde eine Thermosonde ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Strahlungsthermometer, einem Lichtleitfaser-Temperatursensor und einer thermisch bildgebenden Thermosonde ist.
Verfahren nach Anspruch 22, 23 oder 24, wobei die Temperatursonde eine Thermosonde ist.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Thermosonde ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Thermoelement, einem Thermistor, einem Bimetallthermometer, einem farbverändernden thermischen Indikatorpapier, einem Halbleiterthermometer, einem Lichtleitfaserthermometer sowie einer Flüssigkeit in einem Glasthermometer.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine elektrische Feedback-Sonde ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine Ultraschallsonde ist.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Ultraschallsonde eine echographische Cryosonde ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine oszillierende Feedback-Sonde ist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die oszillierende Rückkopplungs-Sonde ein piezoelektrischer Vibrator ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine Kontaktsonde ist.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Kontaktsonde eine Drucksonde ist.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Drucksonde ein Kühlelement unter Federspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine optische Kohärenztomographievorrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung ist.
System zur Bereitstellung von Rückkopplung in Verbindung mit der selektiven Disruption lipidreicher Zellen in einem menschlichen Behandlungssubjekt, das kein Kind ist, umfassend: Mindestens ein nicht-invasives Kühlelement proximal zu einer Anwendungsstelle des Behandlungssubjekts, wobei das nicht-invasive Kühlelement wirksam ist zur Verringerung der Temperatur unterhalb der Behandlungsstelle, und wobei die Temperaturverringerung ausreicht um die lipidreichen Zellen unterhalb der Anwendungsstelle zu zerreißen und dadurch zu reduzieren; und eine Ultraschall-basierte Rückkopplungsvorrichtung mit einem Messfühler (Transducer), der weniger als etwa 2 cm Durchmesser aufweist und in Kontakt mit dem mindestens einen nicht-invasiven Kühlelement steht, wobei die Rückkopplungsvorrichtung wirksam ist zur Bereitstellung von Rückkopplungsinformation ausreichend und zur Bestätigung, dass nicht-lipidreiche Zellen proximal zum Kühlelement nicht zerrissen werden.
System zum Bereitstellen von Rückkopplungsinformation in Verbindung mit der selektiven Disruption lipidreicher Zellen bei einem menschlichen Behandlungssubjekt, das kein Kind ist, umfassend: Mindestens ein Kühlelement proximal zu einer Anwendungsstelle des Behandlungssubjekts, wobei das Kühlelement wirksam ist zur Verringerung der Temperatur unterhalb der Anwendungsstelle, und wobei die Temperaturverringerung ausreicht um die lipidreichen Zellen unterhalb der Anwendungsstelle zu zerreißen und dadurch zu reduzieren; und mindestens eine Rückkopplungsvorrichtung in Kommunikation mit dem mindestens einen Kühlelement, wobei die Rückkopplungsvorrichtung Rückkopplungsinformation bereitstellt die ausreicht um zu bestätigen, dass nicht-lipidreiche Zellen proximal zum Kühlelement nicht zerrissen werden.
System nach Anspruch 39, wobei mindestens eine Rückkopplungsvorrichtung mit mindestens einem Kühlelement verbunden ist.
System nach Anspruch 39, wobei mindestens eine Rückkopplungsvorrichtung in direktem Kontakt mit mindestens einem Kühlelement steht.
System nach Anspruch 41, wobei mindestens eine Rückkopplungsvorrichtung innerhalb von kleinen Kanälen des Kühlelements integriert ist.
System nach Anspruch 42, wobei die Kanäle einen Durchmesser von weniger als etwa 1 cm aufweisen.
System nach Anspruch 39, wobei mindestens eine Rückkopplungsvorrichtung in Kommunikation mit der Anwendungsstelle steht.
System nach Anspruch 39, wobei mindestens eine Rückkopplungsvorrichtung in direktem Kontakt mit der Anwendungsstelle steht.
System nach Anspruch 39, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine nichtinvasive Temperatursonde ist.
System nach Anspruch 39, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine invasive Temperatursonde ist.
System nach Anspruch 46 oder 47, wobei die Temperatursonde eine Thermosonde ist.
System nach Anspruch 46, wobei die Temperatursonde eine Thermosonde ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Strahlungsthermometer, einem Lichtleitfaser-Temperatursensor und einer thermisch bildgebenden Thermosonde ist.
System nach Anspruch 47, wobei die Temperatursonde eine Thermosonde ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Thermoelement, Thermistor, Bimetallthermometer, farbveränderndes thermisches Indikatorpapier, Halbleiterthermometer, Lichtleitfaserthermometer und Flüssigkeit in einem Glas-Thermometer ist.
System nach Anspruch 39, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine elektrische Rückkopplungssonde ist.
System nach Anspruch 39, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine Ultraschallsonde ist.
System nach Anspruch 52, wobei die Ultraschallsonde eine echographische Cryosonde ist.
System nach Anspruch 39, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine oszillierende Rückkopplungssonde ist.
System nach Anspruch 54, wobei die oszillierende Rückkopplungssonde ein piezoelektrischer Vibrator ist.
System nach Anspruch 39, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine Kontaktsonde ist.
System nach Anspruch 56, wobei die Kontaktsonde eine Drucksonde ist.
System nach Anspruch 57, wobei die Drucksonde ein Kühlelement unter Federspannung ist.
System nach Anspruch 39, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine optische Kohärenztomographievorrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine bildgebende Magnetresonanzvorrichtung ist.
System nach Anspruch 39, wobei das Kühlelement aus Metall besteht.
System nach Anspruch 61, wobei das Metall aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber und Aluminium ausgewählt ist.
System nach Anspruch 39, wobei das Kühlelement ein festes Kühlmittel enthält.
Verfahren nach Anspruch 63, wobei das Kühlmittel aus beliebigen Mitgliedern aus der Gruppe bestehend aus Metall, Glas, Gel, Keramik, Peltierelement, Eis und Eisaufschlämmung besteht.
System nach Anspruch 39, wobei das Kühlelement ein flüssiges Kühlmittel enthält.
System nach Anspruch 65, wobei das Kühlmittel aus einem beliebigen Mitglied aus der Gruppe bestehend aus einer Salzlösung, Glycerol, Alkohol und Mischungen davon besteht.
System nach Anspruch 66, wobei das Kühlelement ein gasförmiges Kühlmittel enthält.
System nach Anspruch 67, wobei das Gas kalte Luft oder flüssiger Stickstoff ist.
System zur Bereitstellung von Rückkopplungsinformationen in Verbindung mit der selektiven Disruption von lipidreichen Zellen in einem menschlichen Behandlungssubjekt, das kein Kind ist, umfassend: Mindestens ein Kühlelement proximal zu einer Anwendungsstelle des Behandlungssubjekts, wobei das Kühlelement wirksam ist bei der Verringerung der Temperatur unterhalb der Anwendungsstelle, und mindestens eine Rückkopplungsvorrichtung in Kommunikation mit mindestens einem Kühlelement, wobei die Rückkopplungsvorrichtung Rückkopplungsinformation bereitstellt die ausreicht um zu bestätigen, dass die Temperaturverringerung ausreicht um die lipidreichen Zellen unterhalb der Anwendungsstelle zu zerreißen und dadurch zu reduzieren.
System nach Anspruch 69, wobei die Rückkopplungsinformation Informationen über mindestens einen physiologischen Parameter des subkutanen Adiposegewebes umfasst, wobei die Information anzeigt, dass darin vorliegende lipidreiche Zellen zerrissen werden.
System nach Anspruch 69, wobei die Temperaturverringerung einen lokalen Temperaturgradienten durch die Dermis, Epidermis und das subkutane Adiposegewebe des Subjekts erzeugt.
System nach Anspruch 69, wobei die lipidreichen Zellen Adipocyten innerhalb des subkutanen Adiposegewebes des Subjekts sind.
System nach Anspruch 69, wobei das Kühlelement die Anwendungsstelle kontaktiert.
System nach Anspruch 70, wobei der physiologische Parameter die Temperatur des subkutanen Adiposegewebes des Subjekts ist.
System nach Anspruch 74, wobei die Temperatur bei etwa –10 °C bis etwa 37 °C liegt.
System nach Anspruch 70, wobei der physiologische Parameter die Kristallbildung im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts ist.
System nach Anspruch 76, wobei die Kristallbildung angezeigt wird durch eine elektrische Impedanz von mehr als etwa 0,5 kΩ/mm im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts.
System nach Anspruch 77, wobei die Kristallbildung durch eine Ultraschallgeschwindigkeit von mehr als etwa 2700 m/Sek. im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts angezeigt wird.
System nach Anspruch 70, wobei der physiologische Parameter Steifigkeit im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts ist.
System nach Anspruch 79, wobei die Steifigkeit erhöht wird.
System nach Anspruch 70, wobei der physiologische Parameter Druck im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts ist.
System nach Anspruch 81, wobei der Druck zwischen etwa 120 mm/Hg und etwa 240 mm/Hg im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts ist.
System nach Anspruch 70, wobei der physiologische Parameter ein Phasenübergang im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts ist.
System nach Anspruch 70, wobei der physiologische Parameter die Schallgeschwindigkeit im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts ist.
System nach Anspruch 84, wobei die Schallgeschwindigkeit größer als etwa 2700 m/Sek. im subkutanen Adiposegewebe des Subjekts ist.
System nach Anspruch 74, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine invasive Temperatursonde ist.
System nach Anspruch 86, wobei die Temperatursonde eine Thermosonde ist.
System nach Anspruch 87, wobei die Thermosonde ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Thermoelement, Thermistor, Bimetallthermometer, farbveränderndes thermisches Indikatorpapier, Halbleiterthermometer, Lichtleitfaserthermometer, und Flüssigkeit in einem Glas-Thermometer.
System nach Anspruch 69, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine elektrische Rückkopplungssonde ist.
System nach Anspruch 69, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine Ultraschallsonde ist.
System nach Anspruch 90, wobei die Ultraschallsonde eine echographische Cryosonde ist.
System nach Anspruch 91, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine oszillierende Rückkopplungssonde ist.
System nach Anspruch 92, wobei die oszillierende Rückkopplungssonde ein piezoelektrischer Vibrator ist.
System nach Anspruch 69, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine Kontaktsonde ist.
System nach Anspruch 94, wobei die Kontaktsonde eine Drucksonde ist.
System nach Anspruch 95, wobei die Drucksonde ein Kühlelement unter Federspannung ist.
System nach Anspruch 69, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine optische Kohärenztomographievorrichtung ist.
System nach Anspruch 69, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine bildgebende Magnetresonanzvorrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der physiologische Parameter der Reflektionsgrad oder der Transmissionsgrad innerhalb der Dermis oder Epidermis des Subjekts ist.
Verfahren nach Anspruch 99, wobei das Spektrum der Reflektion aus der Dermis oder der Epidermis des Subjekts kontinuierlich überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 100, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine optische Spektroskopievorrichtung ist.
System nach Anspruch 39, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine optische Spektroskopievorrichtung ist.
System nach Anspruch 70, wobei der physiologische Parameter der Reflektionsgrad oder Transmissionsgrad innerhalb des subkutanen Adiposegewebes des Subjekts ist.
Verfahren nach Anspruch 103, wobei das Spektrum der Reflektion innerhalb des subkutanen Adiposegewebes des Subjekts kontinuierlich überwacht wird.
System nach Anspruch 104, wobei die Rückkopplungsvorrichtung eine optische Spektroskopievorrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Anwenden von Druck proximal zur Anwendungsstelle des Behandlungssubjekts, wobei der angewandte Druck wirksam ist zur Verringerung des Blutflusses unterhalb der Anwendungsstelle.
System nach Anspruch 39 oder 69, ferner umfassend mindestens ein Element das Druck in der Nähe einer Anwendungsstelle des Behandlungssubjekts zur Verfügung stellt, wobei der angewandte Druck wirksam ist zur Verringerung des Blutflusses unterhalb der Anwendungsstelle.
Verwendung eines Verfahrens oder des Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 107, in einer kosmetischen Behandlung eines Menschen der nicht Kind ist.
Kosmetisches Behandlungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 37 oder 99 bis 101 oder 104.