BR112021014349A2

BR112021014349A2 - Estimulação de ultrassom de estruturas de tecido músculo-esquelético

Info

Publication number: BR112021014349A2
Application number: BR112021014349-1A
Authority: BR
Inventors: Alan Winder; Robert Muratore
Original assignee: Sonogen Medical, Inc.
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2020-01-24
Publication date: 2021-09-21
Also published as: EP3914347A4; IL285069A; US20220184424A1; JP2022523057A; EP3914347A1; WO2020154633A1

Abstract

estimulação de ultrassom de estruturas de tecido músculo-esquelético. um método para estimulação de ultrassom de estruturas de tecido músculo-esquelético inclui a geração de uma pluralidade de modos acústicos espaciais-temporais compostos por um complexo sinusoidal, em que o complexo sinusoidal tem um envelope de modulação que potencializa a precisão da medição espacial-temporal em um sítio de uma estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas e uma frequência de repetição de pulso e ciclo de trabalho que são osteogênicos no sítio da estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas, direcionando os feixes dos modos acústicos espaciais-temporais para o sítio da estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas para promover a cicatrização do tecido e a produção de níveis de estresse bimodal na estrutura do tecido biológico em múltiplas camadas que são suficientes para gerar a cicatrização da fratura óssea.

Description

“ESTIMULAÇÃO DE ULTRASSOM DE ESTRUTURAS DE TECIDO MÚSCULO-ESQUELÉTICO” RELATÓRIO DESCRITIVO REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDO CORRELATO

[001] Este Pedido reivindica a prioridade do Pedido Provisório US nº 62/797.009, depositado em 25 de janeiro de 2019 no Escritório de Patentes e Marcas dos Estados Unidos, cujos conteúdos são aqui incorporados por referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES Campo técnico:

[002] As modalidades da divulgação são direcionadas a um sinal acústico espacial-temporal multimodal com propriedades específicas para gerar dinamicamente a estimulação e caracterização de estruturas de tecido biológico profundas em frequências que podem invocar com eficiência uma cascata de funções celulares para acelerar a cicatrização do tecido.

Discussão da Técnica Relacionada:

[003] É conhecido o uso do ultrassom para tratar e avaliar terapeuticamente as lesões teciduais e ósseas. Impulsos ultrassônicos com parâmetros apropriados, por exemplo, frequência, repetição de pulso e amplitude, por períodos adequados de tempo e em um local externo adequado adjacente ao tecido ou lesão óssea, foram determinados para acelerar a cicatrização natural de, por exemplo, lacerações de tecido,

quebra e fraturas de ossos.

[004] A propagação da onda de ultrassom no tecido exerce uma força de radiação unidirecional em todos os obstáculos absorventes e refletivos em seu caminho, mesmo no nível microestrutural. Os componentes da energia acústica que podem afetar a mudança química podem ser de natureza térmica, mecânica (agitação) e cavitacional. Os maiores efeitos não térmicos são aqueles atribuídos à cavitação estável e transferência de massa. Estes, por sua vez, podem induzir a microextração acústica, produzindo tensões de cisalhamento na parede celular e camada limite e no citoesqueleto. Este último efeito, devido à microextração intracelular, pode produzir um aumento nas funções metabólicas da célula.

[005] Desde o início dos anos 1960, os mecanismos físicos e biológicos específicos por trás da eficácia terapêutica do ultrassom de baixa intensidade foram extensivamente investigados. Ultrassom de baixa intensidade refere-se aos níveis de potência que apenas excedem os limites biológicos que podem desencadear ou evocar reações regulatórias biológicas gerais [1]. Para intensidades de média espacial -média temporal (SATA) na faixa de 0,1-0,5 W/cm2, é possível produzir mecanismos não térmicos de alta tensão de fluxo acústico e cavitação. Testes in vitro em fibroblastos isolados mostraram que os efeitos do ultrassom sobre as células são sensíveis à pressão, sugerindo um mecanismo de cavitação (estável) [2,3], causado pela rápida expansão e colapso das microbolhas. As oscilações das bolhas resultantes, possivelmente induzindo microfragmentação acústica, podem gerar alta tensão de cisalhamento na membrana celular, o que pode afetar a permeabilidade da célula aos íons sódio e cálcio [4]. O aumento da permeabilidade celular pode resultar em um aumento na captação de cálcio [5], um aumento na síntese de proteínas e DNA em fibroblastos, e pode ser responsável pela ativação observada de macrófagos. A produção de fibroblastos e macrófagos caracteriza o processo normal de reparo da fratura. Hill [6] determinou que o limiar de cavitação é de 0,1 W/cm2 em meio aquoso e ter Haar [7] estimou em 0,2 W/cm2 in vivo.

[006] Foi demonstrado clinicamente que o ultrassom de baixa intensidade potencializa o processo de angiogênese ou aumenta o fluxo sanguíneo ao redor do sítio de fratura óssea, acelerando ainda mais a cicatrização de feridas superficiais de tecido musculoesquelético e fraturas ósseas. Estudos de pesquisa mostraram que pode existir um conjunto de uma ou mais excitações de sinal acústico que promovem ao máximo a cicatrização da fratura, reduzindo o tempo de cicatrização e/ou melhorando a qualidade do tecido regenerado.

[007] A patente US nº. 4.530.360 de Duarte descreve uma técnica terapêutica não invasiva básica e um aparelho para aplicar pulsos ultrassônicos externamente à superfície da pele em um local adjacente à lesão óssea. Para aplicar os pulsos de ultrassom durante o tratamento, o operador deve segurar manualmente o aplicador no lugar até que o tratamento seja concluído. A patente de Duarte, bem como a patente US nº. 5.520.612 de Winder, et al., descrevem faixas de sinal de RF para criar as ondas de ultrassom longitudinais, níveis de densidade de energia de ultrassom, faixas de duração para cada pulso ultrassônico e faixas de frequências de pulso ultrassônico.

[008] A Patente US nº. 6.213.958 B1 de Winder descreve um sistema de diagnóstico para detectar, localizar e caracterizar as emissões acústicas produzidas pela aplicação de estimulação mecânica não invasiva ao sistema musculoesquelético. Embora a estimulação mecânica possa ser estática ou dinâmica, a máquina de teste Instron mostrada na Figura 1 da patente referenciada implica que a carga de excitação é estática. A invenção do Winder facilitaria mais facilmente a operação clínica se a carga estática pudesse ser substituída por meios dinâmicos externos.

[009] A patente US nº. 7.429.248 B1 para Winder, et al., descreve um método e aparelho para controlar os modos acústicos em aplicações de cicatrização de tecidos. A patente fornece as mesmas faixas de sinal de RF para a criação de ondas de ultrassom longitudinais, níveis de densidade de potência de ultrassom, faixas de duração para cada pulso ultrassônico e faixas de frequências de pulso ultrassônico conforme fornecido na Patente US nº. 5.520.612.

SUMÁRIO

[0010] Modalidades exemplificadoras da presente divulgação são direcionadas a um sistema e método de uso de um sistema transdutor/transmissor ultrassônico para gerar os modos acústicos espaciais-temporais que se propagam para o sítio de uma estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas para promover a cicatrização do tecido. Esses modos acústicos específicos, produzidos pelo direcionamento de feixe e caracterizados por seus níveis de frequência de repetição de pulso, ciclo de trabalho e estresse bimodal (intensidade espacial média temporal - média; ISATA), pode potencializar significativamente a cicatrização de fratura óssea.

[0011] De acordo com uma modalidade da divulgação, é fornecido um método para estimulação por ultrassom de estruturas de tecido músculo- esquelético, incluindo a geração de uma pluralidade de modos acústicos espaciais-temporais compreendidos por um complexo sinusoidal, em que o complexo sinusoidal tem um envelope de modulação com detalhes estruturais de modo que o mesmo potencializa a precisão da medição espaço-temporal em um sítio de uma estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas e uma frequência de repetição de pulso e ciclo de trabalho que são osteogênicos no sítio da estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas, direcionando o feixe dos modos acústicos espaciais- temporais para o sítio da estrutura do tecido biológico de múltiplas camadas para promover a cicatrização do tecido e produzir níveis de estresse bimodal na estrutura do tecido biológico de múltiplas camadas que são suficientes para gerar a cicatrização da fratura óssea.

[0012] De acordo com uma outra modalidade da divulgação, os modos acústicos espaciais-temporais incluem ondas de cisalhamento que promovem a resposta de integrina da matriz extracelular de tecido ósseo.

[0013] De acordo com uma outra modalidade da divulgação, o direcionamento do feixe utiliza matrizes lineares ou planas de múltiplos elementos ou um único elemento que conduz um bloco de cunha.

[0014] De acordo com uma outra modalidade da divulgação, quando um ângulo dos modos acústicos espaciais-temporais em um limite de camada de tecido na estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas é menor do que um primeiro ângulo crítico, ondas de cisalhamento se propagam ao longo de um canal de fratura e ondas longitudinais se propagam em 30 a 60o no que diz respeito ao limite da camada de tecido abaixo de uma superfície periosteal do tecido ósseo.

[0015] De acordo com uma outra modalidade da divulgação, quando um ângulo dos modos acústicos espaciais-temporais em um limite de camada de tecido na estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas é substancialmente igual ao primeiro ângulo crítico, uma combinação de ondas de cisalhamento se propaga ao longo do canal de fratura e ondas longitudinais se propagam em 60 a 90o em relação ao limite da camada de tecido abaixo e paralelo à superfície periosteal do tecido ósseo.

[0016] De acordo com uma outra modalidade da divulgação, um ângulo dos modos acústicos espaciais-temporais em um limite de camada de tecido na estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas é substancialmente igual a um segundo ângulo crítico, apenas ondas de cisalhamento se propagam ao longo e logo abaixo da superfície do periósteo do tecido ósseo.

[0017] De acordo com uma outra modalidade da divulgação, um nível de estresse de intensidade acústica por feixe varia de 30 a 70 miliwatts/cm2 ISATA.

[0018] De acordo com outra modalidade da divulgação, o nível de estresse de intensidade acústica por feixe varia de 40 a 50 miliwatts/cm2 ISATA.

[0019] De acordo com outra modalidade da divulgação, baixas frequências dos modos acústicos espaciais-temporais são osteogênicas.

[0020] De acordo com outra modalidade da divulgação, as frequências baixas variam de 300 kHz a 3,0 MHz.

[0021] De acordo com outra modalidade da divulgação, a baixa frequência para a cicatrização de ossos longos é de 1,0 MHz.

[0022] De acordo com outra modalidade da divulgação, a baixa frequência para a cicatrização de fusões cervicais e lombares é de 0,5 MHz.

[0023] De acordo com outra modalidade da divulgação, o envelope de modulação é constante.

[0024] De acordo com outra modalidade da divulgação, o envelope de modulação é uma função Gaussiana.

[0025] De acordo com outra modalidade da divulgação, baixas frequências do envelope de modulação são produzidas por técnicas de modulação de amplitude, em que o complexo sinusoidal é representado como: 𝑠(𝑡)𝐴𝑀 = (1 + 𝑚 sin 𝜔𝑚 𝑡) sin 𝜔𝑐 𝑡 = sin 𝜔𝑐 𝑡 − (𝑚/2) 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑐 + 𝜔𝑚 )𝑡 + (𝑚/2) 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑐 − 𝜔𝑚 ) em que ωc é a frequência do portador, m é um índice de modulação que controla um grau de modulação de amplitude e ωm é uma frequência de modulação.

[0026] De acordo com outra modalidade da divulgação, uma banda lateral inferior do complexo sinusoidal utiliza 500 kHz a 1,0 MHz para reparo osteogênico de tecido ósseo e a banda lateral superior do complexo sinusoidal utiliza 2,0 a 2,5 MHz para imagiologia de tecido ósseo.

[0027] De acordo com outra modalidade da divulgação, a frequência de repetição de pulso (PRF - “pulse repetition frequency’) é igual ou inferior a 10 kHz.

[0028] De acordo com outra modalidade da divulgação, a frequência de repetição de pulso é de cerca de 1 kHz.

[0029] De acordo com outra modalidade da divulgação, o ciclo de trabalho varia de 10 a 50%.

[0030] De acordo com outra modalidade da divulgação, o ciclo de trabalho é de cerca de 20%.

[0031] De acordo com outra modalidade da divulgação, é fornecido um sistema transdutor/transmissor ultrassônico que inclui uma fonte de modos acústicos espaciais-temporais composta por um complexo sinusoidal que se propaga para um sítio de uma estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas para promover a cicatrização do tecido, em que a fonte compreende um único transdutor combinado com um bloco de cunha, e uma matriz linear ou planar de múltiplos elementos que orienta os modos acústicos espaciais-temporais.

[0032] De acordo com uma outra modalidade da divulgação, o bloco de cunha é composto de materiais de baixa perda de viscosidade que incluem termoplásticos, termofixos, elastômeros ou misturas dos mesmos.

[0033] De acordo com uma outra modalidade da divulgação, o bloco em cunha tem uma impedância acústica de 1,6 +/- 6% MRayls, não é tóxico em humanos e é impermeável ao sangue humano.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0034] A FIG. 1 ilustra a transmissão multimodal de um NEWSIG oblíquo para o tecido de coelho para um ângulo de direcionamento de feixe de 10,5 da face do transdutor em relação à superfície da pele, de acordo com modalidades da divulgação.

[0035] A FIG. 2 ilustra a transmissão multimodal de um NEWSIG oblíquo para o tecido de coelho para um ângulo de direcionamento do feixe de 13,5º (o primeiro ângulo crítico (CA1)) da face do transdutor em relação à superfície da pele, de acordo com as modalidades da divulgação.

[0036] A FIG. 3 ilustra a transmissão multimodal de um NEWSIG oblíquo para o tecido de coelho para um ângulo de direcionamento do feixe de 31,5º (o segundo ângulo crítico (CA2)) da face do transdutor em relação à superfície da pele, de acordo com as modalidades da divulgação.

[0037] A FIG. 4 é um fluxograma de um método para estimulação de ultrassom de estruturas de tecido músculo-esquelético, de acordo com uma modalidade da divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES EXEMPLIFICADORAS

[0038] As modalidades exemplificadoras da divulgação conforme descrito neste documento geralmente fornecem um método para gerar um sinal acústico multimodal em certos níveis e frequências de estresse que estimulam e caracterizam estruturas de tecido biológico profundo em frequências que podem acelerar a cicatrização do tecido. Embora as modalidades sejam suscetíveis a várias modificações e formas alternativas, modalidades específicas das mesmas são mostradas a título de exemplo nos desenhos e serão aqui descritas em detalhes. Deve ser entendido, no entanto, que não há intenção de limitar a divulgação às formas particulares divulgadas, mas, pelo contrário, a divulgação deve abranger todas as modificações, equivalentes e alternativas que se enquadrem no espírito e escopo da divulgação.

[0039] As modalidades da divulgação são direcionadas ao projeto e geração de um novo sinal multimodal, rico em ondas de cisalhamento, para otimizar a resposta da integrina para a estimulação de baixa frequência de estruturas de tecido biológico. Isso seria altamente benéfico para a cicatrização de ossos e feridas, bem como (potencialmente) para a cicatrização por fusão espinhal. Princípios biomecânicos são aplicados ao tratamento terapêutico de fraturas de extremidades, e medidas métricas são propostas para caracterizar o processo de cicatrização. As modalidades da divulgação fornecem pressão de radiação e propriedades de resposta de alvo medidas para, mas não se limitam a, monitoramento de emissão acústica, crescimento de tecido ósseo, cicatrização de fratura óssea, fusão espinhal lombar e cervical, reeducação muscular e cicatrização de feridas de tecido.

[0040] O uso exógeno de ondas acústicas para potencializar com eficiência o diagnóstico, a terapia e a cirurgia de um sistema biológico depende de uma compreensão detalhada das propriedades físicas do sistema, como deslocamento de partícula, velocidade de partícula, estresse, tensão e elasticidade. Em particular, se estimulado adequadamente, o tecido ósseo pode dar suporte à remodelação e remineralização na fase final de cicatrização.

[0041] A estimulação por LIPUS produz uma resposta fisiológica de cicatrização óssea

[0042] Os tecidos conjuntivos animais consistem em grande parte de uma matriz extracelular composta principalmente de colágeno, a principal proteína óssea que as células secretam em torno de si mesmas. É o colágeno nessa matriz que dá aos tecidos de suporte sua resistência à tração. A estimulação por ultrassom pulsado de baixa intensidade (LIPUS

- “Low-intensity pulsed ultrasound stimulation”) da matriz extracelular fora de uma célula é transferida através de uma membrana plasmática fraca para o citoesqueleto em uma célula animal por meio de ligações de proteínas moleculares chamadas integrinas. A pesquisa mostrou que as ondas ultrassônicas aumentam a resposta da integrina celular que inicia uma cascata de eventos da via intracelular. Esses eventos incluem: (1) aumento da permeabilidade da membrana da parede celular da matriz extracelular; (2) afetação de certos fatores de crescimento do citoplasma, como TGF-β, PDGF, EGF, (a, b) FGF, IGF-I,II e NGF, que produzem uma transcrição de genes específicos; e (3) utilização de mRNA para traduzir transcrições de genes específicos para o núcleo para ativar a síntese de proteínas. Especificamente, a pesquisa também mostrou que o LIPUS aumenta a mineralização do calo mole (ossificação endocondral) no segundo estágio de cicatrização e aumenta ainda mais a força do calo duro da fratura nas fases de remineralização e remodelação que ocorrem no terceiro (e último) estágio de cicatrização.

[0043] Portanto, a resposta da proteína molecular integrina é a chave para gerar a função celular de síntese protéica, resultando em uma resposta fisiológica de consolidação óssea clínica. Experimentos in vitro mostraram que as integrinas respondem melhor à pressão da radiação de ondas de cisalhamento. Assim, um sinal que estimule a reparação do tecido ósseo deve ser rico em ondas de cisalhamento e corresponder aos tempos de relaxamento da resposta biológica do tecido ósseo. Isso irá maximizar o índice de calo, definido como a relação entre o diâmetro do calo e o diâmetro do osso e a densidade do osso no canal da fratura.

Geração de ondas de cisalhamento

[0044] De acordo com uma modalidade da divulgação, as ondas de cisalhamento podem ser geradas por uma cunha de acoplamento especialmente projetada servindo como um conversor modal acústico (AMC - “acoustic modal converter”) que pode controlar espacialmente as ondas longitudinais acústicas transmitidas normais ao osso por um transdutor piezoelétrico para produzir cisalhamento e ondas longitudinais no interior da superfície óssea. Isso é explicado com mais detalhes abaixo.

[0045] A direção da partícula das ondas de cisalhamento é normal à direção de propagação, permitindo a existência de dois tipos de ondas de cisalhamento, a saber, cisalhamento horizontal (SH - “shear horizontal”) e cisalhamento vertical (SV - “shear vertical”), dependendo da direção da oscilação da partícula em relação à direção de propagação. Em geral, um incidente de onda de cisalhamento aleatório em um limite entre dois meios sólidos diferentes contém componentes de SH e SV. Além disso, as ondas de SV podem sofrer conversão modal de acordo com a condição de contorno estabelecida pela Lei de Snell que também rege a interação da onda longitudinal na interface entre um meio 1 e um meio 2: (sin 𝜃𝑠 / 𝐶𝑠 )1 = (sin 𝜃𝐿 / 𝐶𝐿 )1 = (sin 𝜃𝐿 / 𝐶𝐿 )2 = (sin 𝜃𝑠 / 𝐶𝑠 )2 , (1) onde θs é o ângulo de cisalhamento, θL é o ângulo longitudinal, Cs é a velocidade de cisalhamento, e CL é a velocidade longitudinal. Observe que o ângulo de cisalhamento e o ângulo longitudinal são medidos para, respectivamente, a velocidade de cisalhamento e a velocidade longitudinal em relação a uma normal ao tecido ósseo. Em contraste, as ondas de SH não podem sofrer conversão modal. Em vez disso, as ondas de SH mantêm o movimento em relação ao limite. Um guia de onda acústica, como um canal de fratura óssea, pode suportar ondas de SH puras.

[0046] A EQ. (1) demonstra que quando uma onda se move de um material mais lento para um mais rápido, há um ângulo incidente, conhecido como primeiro ângulo crítico, que torna o ângulo de refração da onda longitudinal de 90 graus. Se o ângulo de incidência se tornar maior do que o primeiro ângulo crítico, apenas a onda de cisalhamento se propagará para o material. Na maioria dos materiais, há também um ângulo de incidência que torna o ângulo de refração da onda de cisalhamento de 90 graus. Isso é conhecido como o segundo ângulo crítico.

[0047] As modalidades da divulgação podem otimizar o conteúdo longitudinal e de cisalhamento de ondas acústicas em interação para potencializar uma resposta fisiológica de cicatrização óssea e promover a resposta de integrina da matriz extracelular de tecido ósseo.

Construção e Projeto do Conversor Modal Acústico

[0048] A direção do feixe pode controlar a quantidade relativa de propagação da energia longitudinal e de cisalhamento no tecido ósseo, e a quantidade de energia térmica gerada. O controle dos ângulos de direcionamento do feixe é conhecido em sonar subaquático, radar e aplicações médicas, e é obtido de várias maneiras diferentes, utilizando: (1) matrizes planas faseadas ou lineares de múltiplos elementos; e (2) transdutores únicos embutidos em cunhas intermediárias de vários materiais que controlam os índices relativos de refração entre o transdutor/cunha e as camadas interventivas de material biológico. O direcionamento do sinal é feito ajustando a fase relativa (tempo) da forma de onda emitida por cada elemento, o que efetivamente cancela a propagação da onda em uma ou mais direções e a reforça em outras direções. As matrizes lineares são matrizes de elementos transdutores retangulares que, por sua forma, produzem uma onda de propagação não hemisférica. Os elementos de uma matriz linear também podem ser escalonados para direcionar ainda mais o feixe.

[0049] De acordo com uma modalidade, uma cunha de acoplamento especialmente projetada que atua como um conversor modal acústico

(AMC) é uma abordagem simples na pesquisa de ultrassom médico para produzir modos longitudinais normais e oblíquos para serem propagados para a fratura óssea. A cunha de acoplamento é geralmente considerada um material viscoelástico. Um AMC de acordo com uma modalidade inclui materiais de baixa perda de viscosidade adequados que incluem, mas não estão limitados a, termoplásticos, termofixos, elastômeros ou misturas dos mesmos. As considerações do projeto de AMC incluem a velocidade do som, atenuação acústica, impedância acústica, toxicidade em humanos, permeabilidade ao sangue humano e capacidade de produzir um campo livre acústico a partir do transdutor de radiação embutido. Um AMC de acordo com uma modalidade tem uma impedância acústica de 1,6 +/- 6% MRayls, não é tóxico em humanos e é impermeável ao sangue humano.

Modelo de Sistema Biológico

[0050] De acordo com uma modalidade da divulgação, para determinar um equilíbrio entre os modos de cisalhamento e longitudinal, uma estrutura insonificada é modelada como um sistema paralelo de quatro camadas, onde as três camadas mais externas (pele, gordura e músculo) se comportam como fluidos viscosos e a quarta camada mais internas (osso) se comporta como um sólido viscoelástico. O tecido ósseo deve ser caracterizado com componentes viscosos e elásticos para afetar significativamente o reparo da fratura óssea.

[0051] De acordo com uma modalidade, um sinal acústico longitudinal de propagação que incide no limite de uma camada de tecido em um ângulo oblíquo tem três componentes: (1) um sinal longitudinal refletido onde o ângulo de reflexão é igual ao ângulo incidente; e um sinal bimodal transmitido para o interior do osso, propagando-se como (2) ondas de cisalhamento e (3) ondas longitudinais. O sinal bimodal incidente na interface músculo/tecido ósseo, rico em conteúdo de onda longitudinal e de cisalhamento, é referido a seguir como um novo sinal acústico (“NEWSIG”).

[0052] De acordo com uma modalidade, a eficácia do NEWSIG depende do fornecimento de energia suficiente para os modos acústicos, combinada com o caráter único de cada modo, ou seja, se é longitudinal ou de cisalhamento. No entanto, as ondas de cisalhamento têm mais perdas do que as ondas longitudinais e, para utilizá-las, seus níveis de intensidade devem ser aumentados em relação às ondas longitudinais.

[0053] De acordo com uma modalidade, o aumento na intensidade de cisalhamento no tecido ósseo é baseado em estudos de pesquisa empírica. O coeficiente de atenuação longitudinal, αL, para ondas acústicas com incidência normal para o osso na banda de baixa frequência terapêutica de 1 a 4 MHz, é: αL = 4,2 dB/MHz-cm. (2)

[0054] O coeficiente de atenuação de cisalhamento, αS, para gerar ondas de cisalhamento acústicas por meio do método de conversão de modo, é: αS = 7,0 dB/MHz-cm. (3)

[0055] Portanto, de acordo com uma modalidade, para excitação multimodal a intensidade média espacial média temporal (ISATA) para o componente modal longitudinal deve ser de cerca de 0,6 o ISATA para o modo de cisalhamento que acompanha. Assim, se o ISATA para excitação longitudinal é de cerca de 30 mW/cm2, então o ISATA para excitação de cisalhamento deve ser de cerca de 50 mW/cm2.

[0056] De acordo com uma modalidade, o ajuste da intensidade pode produzir um modo de cisalhamento eficaz para a cicatrização de tecidos multimodais. Esses ajustes compensam o fato de que as ondas de cisalhamento viajam mais lentamente do que as ondas longitudinais e dissipam mais energia térmica na propagação pelo tecido ósseo.

Estimulação Acústica de Novo Sinal

[0057] De acordo com uma modalidade, o novo sinal, um NEWSIG pode acelerar o tratamento da cicatrização de fraturas de ossos longos e promover a cicatrização de fusões da coluna lombar e cervical. Um NEWSIG de acordo com uma modalidade tem energia espectral suficiente em uma faixa específica de baixas frequências, de modo que haverá vários efeitos osteogênicos biológicos: (1) um aumento na permeabilidade da membrana da parede celular, o que potencializa o processo de difusão para a captação de cálcio e síntese de proteínas; (2) um aumento da hemoglobina liberada; e (3) efeito da expressão do gene dentro do tecido insonificado.

[0058] A FIG. 4 é um fluxograma de um método para estimulação de ultrassom de estruturas de tecido músculo-esquelético, de acordo com uma modalidade da divulgação. Com referência à figura, o método começa na etapa 41 gerando uma pluralidade de modos acústicos espaciais- temporais. Os modos acústicos espaciais-temporais incluem um complexo sinusoidal que tem um envelope de modulação cujos detalhes estruturais aumentam a precisão da medição espacial-temporal em um sítio de uma estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas e uma frequência de repetição de pulso e ciclo de trabalho que são osteogênicos no sítio da estrutura de múltiplas camadas do tecido biológico. Os modos acústicos espaciais-temporais são direcionados por feixe na etapa 43 para o sítio da estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas para promover a cicatrização do tecido e na etapa 45 produzem níveis de estresse bimodais na dita estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas que são suficientes para gerar a cicatrização da fratura óssea. Os modos acústicos espaciais-temporais incluem ondas de cisalhamento que promovem a resposta da integrina da matriz extracelular do tecido ósseo.

[0059] Até o momento, o sinal de Duarte é a única assinatura acústica aprovada por FDA para acelerar a cicatrização de fraturas de ossos longos. Um sinal de Duarte tem uma frequência nominal do ultrassom de 1,5 MHz, a largura de cada pulso varia entre 10 e 2.000 microssegundos, a taxa de repetição do pulso varia entre 100 e 1.000 Hz, e o nível de potência do ultrassom é mantido abaixo de 100 miliwatts por centímetro quadrado. A principal diferença entre o sinal de Duarte e um NEWSIG de acordo com uma modalidade é que o sinal de Duarte é uma onda longitudinal de frequência mais alta, enquanto um NEWSIG é uma onda longitudinal + cisalhamento de frequência mais baixa que resulta em maior ação osteogênica de cicatrização na penetração mais profunda do tecido ósseo biológico.

Novo Sinal de Energia Espectral

[0060] O conteúdo de energia espectral primário de um NEWSIG de acordo com uma modalidade encontra-se na banda de frequência de 3 Hz a 3 MHz, tem uma frequência de repetição de pulso (PRF) inferior a 10 kHz, um ciclo de trabalho de 10 a 50%, um ISATA de 3 a 400 mW/cm2, um envelope de modulação de constante a Gaussiano e um tempo de dosagem inferior a 60 minutos.

[0061] De acordo com uma modalidade, um NEWSIG para cicatrização de osso músculo-esquelético de fraturas de ossos curtos e longos e para promoção da fusão espinhal tem as seguintes características: energia espectral de 300 kHz a 3,0 MHz, um envelope constante ou Gaussiano, um PRF máximo de 1 kHz, um ciclo de trabalho ≤ 20%, um ISATA de 30 a 150 mW/cm2 na interface da pele e um tempo de dosagem diária igual ou inferior a 20 minutos. Devido à demodulação de sinal que ocorre no canal da fratura, um PRF de 1 kHz é melhor correspondido ao tempo de relaxamento do tecido ósseo, na região de 1 milissegundo.

[0062] Em uma modalidade, as baixas frequências dos modos acústicos espaciais-temporais são osteogênicas e variam de 300 kHz a 3,0 MHz. De acordo com uma modalidade, a baixa frequência para a cicatrização de ossos longos é de 1,0 MHz e a baixa frequência para a cicatrização de fusões cervicais e lombares é de 0,5 MHz. Em algumas modalidades, um nível de estresse de intensidade acústica por feixe varia de 30 a 70 miliwatts/cm2 de ISATA, e em outras modalidades, o nível de estresse de intensidade acústica por feixe varia de 40 a 50 miliwatts/cm2 de ISATA.

Estimulação de Modulação de Amplitude

[0063] De acordo com uma modalidade, um envelope espectral osteogênico pode ser obtido utilizando a tecnologia de modulação de amplitude e frequência bem conhecida. O método de modulação de amplitude mais simples utiliza a soma linear faseada de ondas sinusoidais transmitidas na zona focal, representada pela seguinte identidade trigonométrica: 𝑠(𝑡)𝐴𝑀 = sin 𝐴 + sin 𝐵 = 2 𝑐𝑜𝑠((𝐴 − 𝐵)/2) 𝑠𝑖𝑛((𝐴 + 𝐵)/2) = 2𝑐𝑜𝑠(∆𝑡)𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑐 + ∆)𝑡 (4) onde s(t) é o sinal de transmissão, A = B + 2Δ·t; B = ωct, ωc é a frequência de portador e Δ é a frequência osteogênica baixa desejada.

[0064] De acordo com uma modalidade, outro envelope de baixa frequência espectral é produzido variando a magnitude do portador de acordo com a amplitude e frequência da fonte de modulação. Para uma fonte sinusoidal, isso pode ser representado como: 𝑠(𝑡)𝐴𝑀 = (1 + 𝑚 sin 𝜔𝑚 𝑡) sin 𝜔𝑐 𝑡 = sin 𝜔𝑐 𝑡 − (𝑚/2) 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑐 + 𝜔𝑚 )𝑡 + (𝑚/2) 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑐 − 𝜔𝑚 )𝑡 (5) onde o espectro de sinal pode ser caracterizado como a soma do portador com as bandas laterais superior e inferior; (m) é geralmente referido como o índice de modulação e controla o grau de modulação de amplitude e ωm é a frequência de modulação.

[0065] De acordo com uma modalidade, ao suprimir o portador, por meio da seleção criteriosa da frequência de portador ωc e da frequência de modulação ωm, a estimulação osteogênica pode ser otimizada. A diretividade da matriz espacial e a resolução de faixa aumentam com a frequência, com o resultado de que detalhes mais precisos da patologia podem ser discernidos em imagens de tecido. De acordo com uma modalidade, a banda lateral mais alta de 2,0 a 2,5 MHz fornece resolução mais espacial e de alcance e SNR mais alta para maior detectabilidade e é, portanto, usada para imagiologia de diagnóstico de tecido ósseo, mas é limitada pela absorção de energia associada que aumenta com o aumento da frequência, tornando- a limitada pela profundidade do tecido. Por outro lado, a banda lateral inferior de 500 kHz a 1,0 MHz é principalmente útil para o reparo osteogênico do tecido ósseo em profundidades mais profundas, mas é limitada pelos efeitos da cavitação que aumentam com a diminuição da frequência.

Estudo de Prova de Conceito (POC - “Proof-of-Concept”)

[0066] Um estudo de POC randomizado e duplo cego mostrou que o potencial clínico de uma transmissão multimodal de acordo com uma modalidade é que tal tratamento inicialmente potencializa a revascularização crítica na fase inflamatória inicial e novamente no final da fase de calo mole, pouco antes da remodelação do tecido ósseo se adaptar às necessidades mecânicas na fase final de calo duro.

[0067] Um estudo de POC de acordo com uma modalidade foi modelado após o trabalho de Pilla em Mt Sinai, N.Y.C., e depende de pesquisas publicadas nos últimos quarenta anos medindo as propriedades das ondas de cisalhamento no tecido biológico.

[0068] Um estudo de POC de acordo com uma modalidade usou AMCs que produziram um NEWSIG oblíquo a 10,5º, um NEWSIG a 13,5º e um NEWSIG a 31,5º. Estes ângulos são ângulos oblíquos do sinal medido na interface AMC/pele como mostrado nas FIGS. 1 a 3, respectivamente. Os AMCs foram posicionados para suportar o fluxo sanguíneo sistêmico (de distal para proximal). Os níveis de potência de transmissão do sinal foram ajustados para compensar a absorção através do AMC. A intensidade de média espacial-média temporal (ISATA) na interface cunha/pele foi ajustada em 30 mW/cm2 para ondas longitudinais normais transmitidas e 40 mW/cm2 para ondas longitudinais oblíquas.

[0069] As FIGS. 1-3 ilustram a transmissão multimodal de um NEWSIG oblíquo para o tecido de coelho para vários ângulos da face do transdutor em relação à superfície da pele, de acordo com modalidades da divulgação. Nas figuras: θ é o ângulo oblíquo da face do transdutor em relação à superfície da pele, com 0º representando a face do transdutor paralela à pele para transmissão normal; φ é o ângulo refratado da onda de ultrassom que se propaga do AMC para o tecido, medido em relação à perpendicular (normal); α é o ângulo refratado da parte de cisalhamento da onda de ultrassom que se propaga do tecido sobreposto ao osso, medido em relação à perpendicular (normal); β é o ângulo refratado da parte longitudinal da onda de ultrassom que se propaga do tecido sobrejacente para o osso, medido em relação à perpendicular (normal); e o triângulo é o AMC de cunha acústica e XDR é o transdutor.

[0070] A espessura estimada do tecido muscular entre a superfície da pele até a fíbula óssea é de 1,5 cm., a velocidade longitudinal medida da onda acústica para o material de AMC é 921 m/s, e a velocidade de fase através do tecido muscular é de 1560 a 1580 m/s. Assumindo que o osso se estenda no eixo x e uma fratura se estenda ao longo do eixo y, a velocidade de fase dos componentes longitudinais é de 3500 a 3900 m/s ao longo da superfície do tecido ósseo e 3100 m/s ao longo da fratura canal, e a velocidade de fase dos componentes de cisalhamento é 1700 a 1750 m/s ao longo da superfície do tecido ósseo e 1600 a 1650 m/s ao longo do canal de fratura.

[0071] A FIG. 1 ilustra um caso para o qual θ = 10,5º, para o qual φ = 18,1º, α = 18,8 ± 0,4º e β = 47º. A FIG. 2 ilustra um caso para o qual θ = 13,5º, para o qual φ = 23,7 ± 0,1º, α = 24,4 ± 0,1º e β varia de 62,4 a 90º. A FIG. 3 ilustra um caso para o qual θ = 31,5º, para o qual φ = 63º e α = varia de 73,5 a 88,2º.

[0072] Os resultados do estudo de POC mostrados nas FIGS. 1-3 mostram que quando um ângulo dos modos acústicos espaciais-temporais em um limite de camada de tecido na estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas é de 10,5º, menor do que o primeiro ângulo crítico de

13,5o, composto por ondas de cisalhamento que se propagam ao longo de um canal de fratura em cerca de 19º e ondas longitudinais que se propagam em 30 a 60o no que diz respeito ao limite da camada de tecido abaixo de uma superfície periosteal do tecido ósseo. Além disso, quando um ângulo dos modos acústicos espaciais-temporais em um limite de camada de tecido na estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas for substancialmente igual ao primeiro ângulo crítico, uma combinação de ondas de cisalhamento se propaga ao longo do canal de fratura em cerca de 24º e as ondas longitudinais se propagam em 60 a 90o em relação ao limite da camada de tecido abaixo e paralela à superfície periosteal do tecido ósseo. Além disso, quando um ângulo dos modos acústicos espaciais-temporais em um limite de camada de tecido na estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas é substancialmente igual a 31,5º, que está no segundo ângulo crítico, apenas ondas de cisalhamento se propagam ao longo e logo abaixo da superfície periosteal do tecido ósseo.

[0073] Os resultados do teste de torção de POC com 17 coelhos tendo osteotomias fibulares bilaterais induzidas cirurgicamente mostraram que um dispositivo de teste, com excitação de NEWSIG, foi superior ao dispositivo atual aprovado pela FDA, com excitação de sinal de Duarte, após ser submetido a tratamento por 18 dias (POD 1 a POD 18; POD = dia pós-operatório) com eutanásia no POD 21. A análise estatística mostrou que o torque máximo aumentou 25,3% (p = 0,0215) e a rigidez aumentou 25,7% (p = 0,0501) em relação ao sinal de Duarte. Dos dois AMCs testados, o modo de onda de cisalhamento para 31,5o pareceu ser superior para uma aplicação de estimulação do crescimento ósseo (BGS - “bone growth stimulation”).

Considerações Sobre Meio Biológico

[0074] De acordo com uma modalidade, o projeto de um sinal de BGS deve considerar as características lineares e não lineares do meio de propagação. As dinâmicas do tecido vivo são geralmente não lineares; no entanto, para facilitar a compreensão e visualização dos fenômenos físicos, a resposta a vários estímulos é linearizada, tanto de ocorrência natural na natureza quanto de origem humana. Esse processo de linearização é bem conhecido e frequentemente denominado caso de pequena amplitude. O caso de pequena amplitude ou de baixa intensidade é considerado não térmico e, portanto, produz efeitos biológicos por meio de estimulação mecânica, apenas, que pode ser estática ou dinâmica.

[0075] Os dois efeitos não lineares não térmicos mais conhecidos são a cavitação e o streaming acústico. As medidas comuns do comportamento do ultrassom não linear não térmico no tecido biológico são o índice mecânico (MI - “mechanical index”) e a razão de não uniformidade do feixe (BNR - “beam nonuniformity ratio”). Uma medida dos efeitos térmicos não lineares devido à potência acústica que faz com que a temperatura do tecido suba 1ºC é chamada de índice térmico (TI - “thermal index”).

[0076] O MI é uma medida do comportamento destrutivo do ultrassom induzido no tecido biológico devido aos efeitos da cavitação, e se destina a imageamento de diagnóstico de ciclo de trabalho baixo (<2%) e de pulso curto de modo B, onde altas pressões de pico são frequentemente obtidas.

[0077] O padrão de AIUM-NEMA de 1992 propõe um valor aceitável para MI inferior a 0,7 (p. 144, Seção 7.1) no modo não escaneado, abaixo do qual a cavitação (teoricamente) não ocorrerá. Presumiu-se que existiam bolsas estabilizadas de gás ou bolhas livres in vivo - o que, clinicamente, exceto para os agentes de contraste, ainda não é certo. O dispositivo testado e aprovado pela FDA produz um MI < 0,1 para 20 Vp-p e 1,5 MHz e o dispositivo de teste produz um MI < 0,2 para 25 Vp-p e 1,0 MHz.

[0078] O BNR é definido como [ISPTA/ISATA máx], em que [ISPTA máx] está na distância axial acústica de pressão máxima, que para transdutores não focados está em um ponto próximo ao (diâmetro do transdutor) 2/(4 × comprimento de onda λ), e ISATA é a potência acústica total dividida pela Área de Radiação Efetiva (ERA - “Effective Radiation Area”). A ERA é a largura da função do perfil de intensidade do feixe no ponto -13 dB, a uma distância de 5 mm ao longo do eixo do transdutor; medido no estudo de POC in vivo referido anteriormente como sendo cerca de 130 mm. A ERA no estudo é aproximadamente igual a 3,88 cm2, correspondendo a um diâmetro do eletrodo de 0,875 polegadas ou 22,22 mm. O valor máximo medido de BNR para o dispositivo de teste no estudo POC foi inferior a 5,0. O FDA exige que o BNR para dispositivos terapêuticos seja inferior a 8,0 e que o valor máximo medido seja indicado no rótulo do dispositivo.

[0079] Para aplicações terapêuticas do sistema músculo-esquelético, o índice térmico de importância para ossos longos, escafoide, metatarso e cabeça depende do osso próximo à superfície e é denominado índice térmico para osso craniano (TICB - “thermal index for cranial bone”), TICB = Wo / 40 Deq , (6) onde Wo (em mW) é a potência acústica média de tempo na superfície irradiada do transdutor e Deq é o diâmetro equivalente (em cm) da área do transdutor ativo (ou eletrodificada).

Considerações Sobre o Projeto de um Projetor Transdutor de Baixa Frequência

[0080] De acordo com uma modalidade, as baixas frequências osteogênicas caracterizadas por um NEWSIG podem ser geradas por um transdutor tendo elementos ativos eletromagnéticos, piezoelétricos,

eletrostritivos ou magnetostritivos. Os elementos ativos podem estar na forma de um componente de camada única ou de múltiplas camadas feito de um ou de uma combinação dos materiais mencionados acima. Além disso, os elementos ativos podem ser feitos de compósitos de tais materiais com componentes poliméricos, vazios e/ou metálicos. Além disso, os elementos ativos feitos de tais materiais podem gerar ondas de baixa frequência por meio de efeitos flextensionais atingíveis com unimorfos, monomorfos, bimorfos, címbalos, moonies, thunders, rainbows, cerambows etc., conhecidos por aqueles versados na técnica. Além disso, as frequências mencionadas na modalidade podem ser geradas por vibrações mecânicas de moléculas de ar ou moléculas de um meio em contato com o corpo humano usando alto falantes, campainhas, diapasões e/ou quaisquer elementos vibratórios mecânicos não ativos sendo acionados pelos elementos ativos mencionados acima. Além disso, as baixas frequências osteogênicas divulgadas aqui também podem ser geradas por transdutores feitos de transdutores ultrassônicos microeletromecânicos (MUTs - “mechanical ultrasonic transducers”). Exemplos de tais MUTs incluem um transdutor ultrassônico microeletromecânico capacitivo (CMUT - “capacitive microelectromechanical ultrasonic transducer”) e um transdutor ultrassônico microeletromecânico piezoelétrico (PMUT - “piezoelectric microelectromechanical ultrasonic transducer”). O CMUT e o PMUT podem ser transdutores autônomos ou integrados em uma placa de circuito eletrônico acionando tais MUTs.

Recursos Exclusivos Nesta Divulgação

[0081] As modalidades da divulgação fornecem pelo menos cinco (5) características únicas, a saber:

1. Otimização do sinal acústico espacial-temporal transmitido para aumentar a resposta da integrina da matriz eletrocelular do tecido ósseo.

2. Ajuste da intensidade de ISATA na transmissão, as frequências de repetição do portador e do pulso e o ângulo longitudinal oblíquo da excitação do sinal transmitido são necessários para aumentar a consolidação endosteal e periosteal no sítio da fratura óssea.

3. Controle da resposta fisiológica de consolidação óssea pelo ângulo de direcionamento do feixe transmitido para produzir a mistura adequada de ondas longitudinais e de cisalhamento no canal de fratura.

4. Produção do sinal longitudinal oblíquo necessário por meio do uso de matrizes de fases lineares ou planas de vários elementos, ou por outros meios, como conversores modais acústicos usando plástico térmico e materiais de borracha de silicone elástica.

5. Posicionamento do transdutor direcionado por feixe na pele durante o tratamento para apoiar o fluxo sanguíneo sistêmico angiogênico (oxigenado).

Do exposto, será apreciado por aqueles versados na técnica que as modalidades da presente divulgação fornecem um método e aparelho eficazes para superar muitas limitações associadas à estimulação mecânica de materiais biológicos. Também será prontamente apreciado por aqueles versados na técnica o uso do método e do aparelho das modalidades da presente divulgação em outras aplicações, como em ultrassom terapêutico, relacionado a fratura óssea e cicatrização de feridas, por exemplo.

[0082] Embora certas modalidades exemplificadoras da presente divulgação tenham sido especificamente descritas neste documento, será evidente para aqueles versados na técnica aos quais a divulgação se refere que variações e modificações das modalidades exemplificadoras mostradas e descritas neste documento podem ser feitas sem afastamento do espírito e escopo desta divulgação.

Referências

1. Sarvazyan AP, Some General Problems of Biological Action of Ultrasound, IEEE Trans SU, 30 (1): 2-12, 1983.

2. Clarke PR and Hill CR, Physical and Chemical Aspects of Ultrasonic Disruption of Cell, JASA, 47(2): 649-653, 1969.

3. Webster DF, Harvey W, Dyson M, Pond JB, The Role of Ultrasound-Induced Cavitation in the ‘In Vitro’ Stimulation of Collagen Synthesis in Human Fibroblasts, Ultrasonics: 33-37, 1980.

4. Dyson M, Therapeutic Applications of Ultrasound, In Biological Effects of Ultrasound, Nyborg WL and Ziskin MC, eds., Churchill Livingstone Inc, New York, 1985: Capítulo 11.

5. Berridge MJ, Elementary and Global Aspects of Calcium Signalling, Journal of Physiology, (1997), 499, 2: 291-306.

6. Hill CR, Ultrasonic Exposure Thresholds for Changes in Cells and Tissues, JASA, 52 (2): 667-672, 1972.

7. Ter Haar G, Review of Therapeutic Ultrasound, European Journal of Ultrasound, 9, (1999): 3-9.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de distal para proximal na direção do fluxo sanguíneo oxigenado, sendo o método caracterizado por que compreende as etapas de: gerar uma pluralidade de modos acústicos espaciais-temporais compostos por um complexo sinusoidal, em que o dito complexo sinusoidal tem um envelope de modulação que aumenta a precisão de medição para avaliação de cicatrização quantitativa em um sítio de uma estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas, e uma frequência de repetição de pulso e ciclo de trabalho que são osteogênicos no sítio da estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas; direcionar por feixe os modos acústicos espaciais-temporais, em que os modos acústicos espaciais-temporais específicos são obtidos no sítio da estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas para promover a cicatrização do tecido; e produzir níveis de estresse bimodal na dita estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas que são suficientes para gerar a cicatrização da fratura óssea, em que o complexo sinusoidal é representado como: 𝑠(𝑡)𝐴𝑀 = (1 + 𝑚 sin 𝜔𝑚 𝑡) sin 𝜔𝑐 𝑡 = sin 𝜔𝑐 𝑡 − (𝑚/2) 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑐 + 𝜔𝑚 )𝑡 + (𝑚/2) 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑐 − 𝜔𝑚 ) em que ωc é a frequência do portador, m é um índice de modulação que controla um grau de modulação de amplitude e ωm é uma frequência de modulação.

2. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que os modos acústicos espaciais-temporais incluem ondas de cisalhamento que ativam a resposta da integrina, de distal para proximal na direção do fluxo sanguíneo oxigenado, da matriz extracelular de tecido ósseo.

3. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o direcionamento do feixe utiliza matrizes faseadas lineares ou planas de múltiplos elementos ou produz deslocamentos de fase de frequência variável controlada entre os elementos transdutores adjacentes das matrizes lineares ou planas.

4. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que quando um ângulo dos modos acústicos espaciais-temporais em um limite de camada de tecido na estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas é menor do que um primeiro ângulo crítico, ondas de cisalhamento se propagam ao longo de um canal de fratura óssea para cicatrização endostial e ondas longitudinais se propagam de distal para proximal na direção do fluxo sanguíneo oxigenado em 30 a 60o no que diz respeito ao limite da camada de tecido abaixo de uma superfície periosteal do tecido ósseo.

5. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que quando um ângulo dos modos acústicos espaciais-temporais em um limite de camada de tecido na estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas é igual ao primeiro ângulo crítico, uma combinação de ondas de cisalhamento que se propagam ao longo de um canal de fratura óssea para cicatrização endostial e ondas longitudinais se propagam de distal para proximal na direção do fluxo sanguíneo oxigenado em 60 a 90o em relação ao limite da camada de tecido abaixo e paralelo à superfície periosteal do tecido ósseo.

6. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que quando um ângulo dos modos acústicos espaciais-temporais em um limite de camada de tecido na estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas é igual a um segundo ângulo crítico, apenas ondas de cisalhamento se propagam de distal para proximal na direção do fluxo sanguíneo oxigenado ao longo e logo abaixo da superfície periosteal do tecido ósseo.

7. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que um nível de estresse de intensidade acústica por feixe varia de 30 a 70 miliwatts/cm2 de ISATA.

8. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por que o nível de estresse de intensidade acústica por feixe varia de 40 a 60 miliwatts/cm2 de ISATA.

9. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que baixas frequências dos modos acústicos espaciais-temporais são osteogênicas.

10. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 9, caracterizado por que as frequências baixas variam de 300 kHz a 3,0 MHz.

11. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 10, caracterizado por que a baixa frequência para a cicatrização de ossos longos é de 1,0 MHz.

12. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 10, caracterizado por que a baixa frequência para a cicatrização de fusões da coluna cervical e lombar é de 0,5 MHz.

13. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o envelope de modulação é constante.

14. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o envelope de modulação é uma função Gaussiana para avaliação de cicatrização quantitativa.

15. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que baixas frequências do envelope de modulação são produzidas por técnicas de modulação-amplitude.

16. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que uma banda lateral inferior do complexo sinusoidal utiliza 500 kHz a1,0 MHz para reparo do tecido espinhal e ósseo longo e a banda lateral superior do complexo sinusoidal utiliza 2,0 a 2,5 MHz para imageamento de tecido ósseo.

17. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a frequência de repetição de pulso (PRF) é igual ou inferior a 10 kHz.

18. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 17, caracterizado por que a frequência de repetição de pulso para reparo de tecido ósseo é de 1 kHz.

19. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o ciclo de trabalho varia de 10 a 50%.

20. Método Para Estimulação Por Ultrassom de Estruturas de Tecido Músculo-Esquelético, de acordo com a Reivindicação 19, caracterizado por que o ciclo de trabalho é de 20%.

21. Sistema Transdutor/Transmissor Ultrassônico, caracterizado por que compreende: uma fonte de modos acústicos espaciais-temporais composta por um complexo sinusoidal que se propaga para um sítio de uma estrutura de tecido biológico de múltiplas camadas para promover cicatrização de tecido ósseo, em que a fonte compreende um único transdutor combinado com um bloco de cunha para direcionamento de feixe adequado e o dito complexo sinusoidal tem um envelope de modulação que aumenta a precisão da medição espaço-temporal para avaliação de cicatrização quantitativa em um sítio de uma estrutura de cicatrização de tecido biológico de múltiplas camadas, e com níveis de estresse que são osteogênicos para a frequência de repetição de pulso e ciclo de trabalho do complexo sinusoidal no sítio da estrutura de cicatrização de tecido biológico de múltiplas camadas, em que a frequência de repetição de pulso é de 1 kHz e o ciclo de trabalho é 20%; e uma matriz faseada linear ou plana de vários elementos que orienta os modos acústicos espaciais-temporais.

22. Sistema Transdutor/Transmissor Ultrassônico, de acordo com a Reivindicação 21, caracterizado por que o bloco em cunha é composto de materiais que incluem termoplásticos, termofixos, elastômeros ou misturas dos mesmos que têm baixas perdas viscosas suficientes para resultar em níveis de estresse osteogênico no sítio de reparo do tecido ósseo de 50 miliwatts/cm2 de ISATA.

23. Sistema Transdutor/Transmissor Ultrassônico, de acordo com a Reivindicação 21, caracterizado por que o bloco em cunha tem uma impedância acústica de 1,53 +/- 10% MRayls, deixa de ser tóxico em humanos e é impermeável ao sangue humano.