CN100478042C - 用于生物剌激、加速治疗和减轻疼痛的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种产生用于生物医学装置的电信号的装置和方法，包括产生定时间隔T₁-T_V的两个定时单元，将这些间隔组合成在间隔中具有预定关系的输出信号的互连单元，传输输出信号到负载的输出单元，一个可选择的从输出信号中除去不想要的频率成分的滤波器，和从多个具有预定特性的输出信号中进行选择的调整单元。输出是一个矩形波序列、抵消装置中不想要的净余DC偏差的均衡脉冲(如果需要)和没有信号的休止时期的重复连续。在装置中需要净余DC偏差时，可删除均衡脉冲并在DC电势上叠加残余信号特征。

Description

用于生物刺激、加速治疗和减轻疼痛的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于生物医学应用的脉冲信号发生器。尤其是，本发明涉及在至少四个定时间隔T₁-T₄，更尤其是在七个定时间隔T₁-T₇基础上产生输出波形的轻质、结构紧凑的脉冲信号发生器。

背景技术

受伤、感染和退化状况是疼痛、不方便、花费、失去工作(和空闲)时间和减少生产力的主要来源。由于在年轻、健康人中很快治愈的受伤对于年老、不太健康或这两种情况都具备的人要花费长的多的时间，因此与这些情况相关的问题随着年龄的增长恶化。像现在在许多工业化国家中所见到的老龄化社会中，在接下来的几十年过程中这些社会和经济影响会变得更大。

然而很难估计这些状况的总成本-姑且不论它们对于生活质量的影响-单在美国每年确定的总量达到数十亿美元。例如，每年五百万到一千万美国居民遭受骨损伤，这些病例中的许多人包括多处骨折。对于年轻、健康病人，许多骨折需要六个星期或更长时间内在石膏中固定不动。即使去掉石膏后，在治愈的骨重新获得全部力量之前病人的活动也经常受限制。对于老年人，不太健康或营养不良的人，多处骨折的人，或具有影响治愈过程状况的病人，骨折治愈得更慢。在一些病例中，骨折不能完全治愈，导致被称为“不愈合”或“不愈合骨折”的情况，这种情况有时会持续一生。

结果，估计在美国仅由于骨折就损失二十五万人-年生产力。不仅能在其他类的外部伤害中得到相似的统计结果，而且在例如骨关节炎、骨貭疏松症、糖尿病和褥疮溃疡患者、韧带损伤、腱炎和重复张力损伤(包括通常称为“网球肘”和腕骨隧道病综合症的情况)等慢性病中也可得到这样的结果。

自从20世纪60年代以来，人们已日益认识到作为受伤、张力和其它因素的结果，人体会产生许多低能级的电信号；这些信号在治愈和疾病恢复过程中成为一个必须的部分；并且能通过提供人工产生的频率、波形和力量上模拟人体自身的信号加速这样的过程。这样的“模拟”信号已显示出在人体中具有许多效果，包括帮助指引纤维原细胞和巨噬细胞这样的移动细胞位于它们所需要(趋电性)的位置，并导致例如转化增长因子β(TGF-β)和类胰岛素增长因子(IGF)的细胞增长因子的释放。这些结果可使下列情况更快速治愈，包括：皮肤和肌肉创伤、由糖尿病导致的慢性溃疡；包括许多不愈合骨折的损伤骨的修补；受伤或断裂神经的再生长；修补像在腱炎和骨关节炎中由于重复性运动损伤的组织；减轻肿胀炎症和疼痛，包括通常基于药物治疗但减轻效果不令人满意的慢性疼痛。

一些人体信号，如在伤口中测量到的“损伤电势”或“损伤电流”只是DC(直流电)，其随时间缓慢改变。已发现，骨折修补和神经再生长邻近负电极时加快，但接近正电极时减慢，一些病例中在接近正电极处会发生组织萎缩或坏疽。由于这个原因，最近的研究已聚焦于更高频、通常没有净余DC成分的更复杂的信号。

尽管今天许多复杂信号研究已用于骨折治愈，但所有组织中的共同基本生理过程表明，适当的信号对于加速许多其他治愈和疾病恢复过程会有效。事实上，已观察到特定频率和波形的结合可抗击骨关节炎和失眠症，刺激头发生长，减轻肿胀和炎症，抗击局部感染，加速包括皮肤、神经、韧带和腱的受伤软组织的痊愈，减轻疼痛而无需忍受TENS(经皮电神经刺激)的替代不适。

图1A和1B显示了已发现在刺激骨折治愈中有效的波形20的示意图，其中线22(图1A)表示短时标的波形，线24(图1B)表示更长时标的相同波形，电平26和28表示电压或电流的两个不同的特征值，间隔时间30、32、34和36表示特定转换之间的定时。通常选择电平26和28使得当平均整个周期的波形时，没有净余DC成分。在实际应用中，波形20由于所有的电压或电流向电平26和28之间某一中间电平指数衰减而被典型地改变，衰减时间常数通常与间隔时间34相似，该结果由线38表示(图1C)。

在市场上获得的治疗不愈合骨折的的典型装置中，间隔时间30大约200微秒，间隔时间32大约30微秒，间隔时间34大约5毫秒，间隔时间36大约60毫秒。间隔时间30和32的交替重复产生脉冲群40，间隔时间34的每一个长度由信号大约保持在电平28的长度36的间隔时间分开。这样每一个波形38由频率约为4400Hz、占空比约为85％的在电平26和28之间交替的矩形波组成。脉冲群以频率15Hz、占空比7.5％重复，与基本上无信号的周期交替。由于体内和体外骨产生信号的特性取决于许多因素，包括但并不限于它的类型、尺寸和矿物密度，应力值和它的应用率，这样信号的定时可广泛变化。因此，可相信造骨细胞能响应波形和频率内容稍微不同的信号范围。

然而，组织可不同地响应明显不同的频率和波形。例如，图1A-C的波形在加速骨折治愈方面有效而在减慢骨质疏松症的过程方面不太有效。另一方面，由每一个持续大约350-400微秒的极性26的单脉冲52，以频率约60-75Hz与极性28的间隔时间54交替组成的波形50(图2)能减慢或甚至逆转骨质疏松症，但对骨折修补几乎不起作用。另外，对于每种应用的确切波形和频率可改变。

信号强度也可以改变，事实上，更强的信号通常并不比弱信号产生更多好处，有时效果更小。这种荒谬的关系在图3中示意性显示，其中线60表示在各种信号强度下治愈效果的大小。对于典型信号(例如图1A-C中的信号)，最大效应62典型地在一到十μA/cm²之间的某处下降，交叉点64约在这个值的百倍处。超过点64，信号就减慢治愈或本身可能引起进一步的损伤。相似的反应可在其它响应电刺激的生物过程中看到，这些生物过程包括细胞分裂，蛋白质和DNA合成，基因表达和细胞内第二信使浓度。例如，当传统的TENS能使用相对强信号阻止疼痛感觉时，就像人为干扰信号防碍无线通讯，它也可由于疼痛警告功能的无效而导致日益增多的更坏的受伤。

许多治愈装置的重要因素似乎是高频信号以脉冲群出现，由平信号或无信号的时间间隔分割，这些脉冲群中的波形是自身不对称的。当滤出约50KHz以上的频率成分，按照五微秒的时间转换时，结果似乎更好。使用频率高于50KHz的正弦波，方波，或波形通常与图1中类似但占空比达到50％或具有过快或过慢上升时间的测试与其它相比较的功率电平相比显示了低得多的效果。

消费者和医学专业人员可获得许多不同类型的电刺激装置，该装置产生从通过低频得到的恒定电流或恒定电压(DC)到高频波形的许多不同波形范围。通常，在低频范围内的低频波形和高频脉冲趋向于针对组织治愈应用，然而高频波形用于减轻疼痛。

电刺激广泛用于组织治愈应用。这里，Petrofsky(US5974342)显示了通过应用治疗电流治疗受伤组织、腱或肌肉的微处理器控制的装置。该装置具有提供双相恒定电压或电流的几个通道，包括100-300微秒正相，200-750微秒中间相，和每12.5-25毫秒发生一次的100-300微秒负相。

Pilla等人(US5723001)公开了一种带有脉冲无线频率电磁放射的治疗人体组织的装置。该装置产生具有1-100MHz频率的脉冲群，每个脉冲群有100-100,000脉冲，脉冲群重复频率为0.01-1000Hz。脉冲范围可以是常规、非常规或任意的。

Bartelt等人(US5117826)公开了一种组合神经纤维和身体组织刺激的装置和方法。该装置产生用于神经纤维刺激的双相脉冲对，和用于身体组织治疗的净余DC刺激(由具有比正脉冲更大数目的负脉冲的双相脉冲序列提供)。在US4895154中，Bartelt等人描述了刺激增强治愈软组织损伤的装置，该装置包括产生输出脉冲的多个信号发生器。输出脉冲的强度、极性和速率可通过装置前面板上的一系列控制把手或开关改变。

Gu等人(US5018525)显示了产生由具有相同宽度的脉冲群组成的脉冲序列的装置，其中每一个脉冲群由多个特定频率的脉冲组成。脉冲的数目从一个脉冲群到下一个变化；每一个脉冲群中的脉冲频率相应于每个群中脉冲数目变化而从一个脉冲改变到下一个。脉冲具有230-280KHz的频率；脉冲群的占空比在0.33％到5.0％之间。

Liss等人(US5109847)关于一种便携、非侵入的电子装置，该装置产生特定波形的恒电流和包括具有至少两个低频调制的载波频率的限流波形。载波频率在1-100,000KHz之间；方波或矩形波调制频率是0.01-199KHz和0.1-100KHz。占空比可以改变，但对于这三种波形通常是50％，50％和75％。

Borkan’s的组织刺激器(US4612934)包括可植入的、皮下的接收器和植入电极。接收器为完成想要的响应，可在植入后非侵入地编程，以刺激不同电极或改变刺激参数(极性和脉冲参数)；程序数据在载波上以调制信号的形式传输。编程的刺激可响应于测量到的生理参数和电极阻抗进行修改。

Hondeghem(US4255790)描述了一种可编程脉冲产生系统，其中输出脉冲的时间周期和子间隔由来自基准时钟频率发生电路的信号加上连接到时钟频率发生电路的一对并联设置的分频电路来确定。时间周期、子间隔和输出波形是可变的。

Hsiang-Lai等人(US3946745)提供了一种用于治疗目的的产生正、负电脉冲的装置。该装置产生由连续脉冲对组成的信号，其中每对脉冲具有相反极性。振幅、持续时间和每对脉冲之间的时间间隔以及连续脉冲对之间的时间间隔是独立可变的。

McDonald(US3589370)显示了一种通过将单方向脉冲应用到合适的变压器以产生双向脉冲群的电子肌肉刺激器。

Landauer(US3294092)公开了一种产生电流以用于阻碍肌肉萎缩、治疗营养不良引起的缺陷、去除分泌液和减小粘连的装置，该装置输出信号的振幅是可变的。

Kronberg(US5217009，5413596，US6011994，US6321119和申请号为09/935007的美国申请(2001年8月21日提出)，均在这里收入作为参考文献)描述了用于生物医学应用的信号发生器。这些发生器产生脉冲信号，这些脉冲信号具有固定的和可变的振幅，固定的、变化的和扫描频率以及(在某些情况下)可选择的DC偏压。

设计用于减轻疼痛的经皮神经电刺激(“TENS”)的单元可广泛获得。例如，Bastyr等人(US5487759)公开了能与使电极垫保持在适当位置的不同类型的支持装置一起使用的电池供电装置。键入连接器提供了用于确定哪种类型的支持装置被用于阻抗匹配和载波频率调整的二进制编码。载波频率约为2.5-3.0KHz；治疗频率通常为2-100Hz。

Kolen(US5350414)提供了由微处理器控制载波脉冲频率、调制脉冲频率、强度和频率/振幅调制的装置。该装置包括脉冲调制配置，其中载波频率与治疗位置处的组织电极负载匹配以提供更有效的能量传递。

Liss等人(US4784142)公开了一种电子牙止痛装置和方法。该装置产生带有非对称低频(8-20Hz)振幅调制的较高频率(12-20KHz)脉冲的输出。

Bartelt等人(US5063929)描述了一种产生双相恒定电流输出脉冲的微处理器控制的装置，其刺激强度可由使用者改变。

Charters等人(US4938223)提供了一种输出信号由具有盈亏振幅的刺激脉冲群组成的装置，其中每一个刺激的振幅是脉冲群振幅的固定百分比。对信号进行振幅调制以帮助防止病人体内的适应性响应。

Molina-Negro等人(US4541432)公开了一种用于减轻疼痛的电神经刺激装置。该装置对于第一时间周期产生具有预选重复率和宽度的双极矩形信号。然后，对于第二时间周期矩形信号以伪随机率产生，并且对于第三、伪随机周期禁止传递信号。这种方案据说可基本消除神经细胞对于刺激的适应性。

Butler等人(US4431000)显示了一种治疗失语症和其它基于神经病学的说话和语言损伤的经皮神经刺激器。该装置使用伪随机脉冲发生器以产生由模仿典型生理学波形(如脑α节律)的梯形、单相信号组成的不规则脉冲序列。一系列这样的脉冲具有零DC电平；装置中的电流源减少象皮肤阻抗这样的变量的效果。

Maurer(US4340063)公开了一种可植入或应用到身体表面的刺激装置。脉冲的振幅随着沿强度持续双曲线限定的曲线的脉冲宽度的减小而降低。这据说会由于脉冲宽度和阈值之间的非线性关系导致成比例的神经纤维的更多复原。

Kosugi等人的系统(US4338945)产生按照1/f规则波动的脉冲。也就是说，波动的谱密度随频率相反变化：令人愉快的刺激通常具有由该规则控制的随机波动。该系统产生的不规则脉冲序列据说能提高刺激期间病人的舒适度。

信号发生器也用于听觉假体。例如，McDermott的接收器/刺激器(US4947844)产生一系列短间距电流脉冲，这种脉冲具有比每一个间隔脉冲持续更长的零电流脉冲间的时间间隔。该刺激电流的波形包括一系列这样的跟随着相等数量的相反极性间隔脉冲的单极间隔脉冲，使得通过电极转移的电荷数目大约为零。

Alloca(US4754759)描述了一种产生负振幅峰值是正振幅峰值的三分之二的“阶梯形”脉冲序列的神经传导加速器。加速器在神经活动电势的傅立叶分析基础上设计；输出频率可在1-1000Hz之间变化。

Galraith(US4592359)描述了一种多通道可植入神经刺激器，其中每一个数据通道适于携带单极、双极或模拟形式的信息。该装置包括设计用来当电源关闭时恢复剩余电量的电量平衡开关(据说由不通入DC电流或电量可阻止电极损伤和骨增长)。

尽管具有很大的治疗潜能，传统西医仅勉强接受电疗法的治疗，并且至今很少使用。这似乎是信号需要具有高局部强度才有效这样的早期信念的遗留产物。现在，许多电治疗装置既可通过直接植入电极或整个电子仪器组件获得，也可由通过皮肤的感应耦合获得。一方面对于外科手术和生物兼容材料的需要，而另一方面过度电路复杂性和输入功率的需要，这已使许多这样的装置(除TENS装置以外)保持相对较高的价格，也限制了它在广大受过训练的人员中的使用。仍然需要一种通用的、成本效益合算的装置，该装置在包括加速治愈和减轻疼痛的广泛应用领域中用于提供生物电刺激。

发明内容

按照本发明的主要方面和广泛阐明，本发明是产生在生物医学应用中使用的电信号的装置和方法。信号包括由在至少四个定时间隔T₁-T₄，尤其是在七个定时间隔T₁-T₇基础上的类矩形波间歇脉冲群组成的不对称、双相波形。该装置包括一个产生定时间隔T₁和T₂的第一定时单元；一个产生定时间隔T₃和T₄的第二定时单元(如果存在，定时单元也可产生间隔T₅、T₆和T₇)；一个将这些间隔组合成在间隔中具有预定关系的输出信号的互连单元；一个传输输出信号至负载(例如使用装置进行治疗的组织)的输出单元；一个电池包；一个可选的、从输出信号中去除不想要频率成分的滤波器；以及一个从具有预定特性的多个输出信号中选择的调整单元。信号具有在间隔T₁、T₅和T₆期间的第一振幅电平L₁，在间隔T₂和T₄期间的第二电平L₂，以及在间隔T₇期间的第三电平L₃，其中L₃在包含L到L之间的范围内下降。

该装置质轻、结构紧凑、设备齐全、制造和维修的成本效益合算，并且可以长时间携带和使用。它对于无人监督的家庭使用很安全而且无需特定训练，并且能产生上述输出信号并通过直接与负载接触的导电板有效地对其进行传送。由于只能使用低电压和电流，即使在失灵时装置也不会产生电击危险。通过紧凑和便宜的电池提供电压，在几星期的使用中仅需更换一次。

本装置可用于为生病的人和动物提供活体内、可定制的电治疗，包括但不限于加速治愈、减轻急性或慢性疼痛和减轻肿胀和/或炎症。由于电治疗波形也可影响隔离细胞或组织培养(已观察到适当的电刺激可改变细胞新陈代谢，分泌和复转的速率)，本装置也可用于体外应用。与用于阻断神经系统中的疼痛脉冲的TENS类装置相比，本装置在低于正常人体阈值的信号电平下操作：许多使用者除了感受到先前存在的疼痛的稳定降低以外没有任何感觉。可以相信本装置通过增强包括在对各种生理学状态的细胞响应内的象细胞质这样的化学因子的释放在治疗位置直接操作。这样的操作导致在治疗位置的血流增加和抑止进一步炎症，因此增强体内固有的治疗过程。

输出信号是本发明的重要特征，输出信号是在具有下列关系的至少四个定时间隔T₁-T₄基础上的波形：

(a)(2×T₂)≤T₁≤(20×T₂)

(b)50微秒≤(T₁+T₂)≤5000微秒

(c)T₃≥(10×T₁)

(d)T₄≤500毫秒

其中信号在间隔T₁期间具有第一振幅电平L₁，在间隔T₂和T₄期间的第二振幅电平L₂，其中间隔T₁和T₂交替通过间隔T₃，间隔T₃和T₄也交替通过其中。

更优选地，波形在七个定时间隔T₁-T₇基础上，具有上面描述的三个不同振幅。定时间隔大致具有下面的关系：

(a)(2×T₂)≤T₁≤(20×T₂)

(b)50微秒≤(T₁+T₂)≤5000微秒

(c)T₃≥(10×T₁)

(d)0≤T₄≤500毫秒

(e)0≤T₅≤T₁

(f)0≤T₆≤T₁

(g)0≤T₇≤500毫秒

(h)5毫秒≤(T₃+T₄+T₇)≤500毫秒

在本发明的优选实施例中，间隔T₃包括下列顺序：间隔T₅，跟着是至少一对间隔(T₁，T₂)，然后是间隔T₆。定时间隔和振幅电平是可变的，从而提供一个能被调整以用于广泛的治疗应用的输出信号。

产生信号的装置是本发明的另一个重要特征。装置包括产生定时间隔的定时单元(例如振荡器或不稳定多频振荡器)，其最好连接使得第一定时单元通过互连单元控制第二定时单元。装置可包括允许使用者从间隔(T₁，T₂)的多个成对值，间隔(T₃，T₄)的多个成对值和多个振幅输出电平L₁-L₃中选择一组的转换单元。更优选地，电平L₁至L₃的任何两个之间进行的转换具有不大于约1/2T₂的衰减时间常量。如果想要，装置也可产生所有振幅电平向位于L₁和L₂中间的值L₄衰减的波形。在这种情况下，L₄可等于或不等于L₃，并且衰减发生的时间常量不小于约10倍的T₁。因此，输出信号的波形和振幅都可调整，以适合各使用者和特定应用的需要。

本发明的另一个特征是提供间隔T₇，在这期间中间电压或电流电平L₃出现在负载而不是低电平L₂。该特征最小化了在脉冲群之间的休止间隔期间出现在负载(例如装置所治疗的组织)的能量值。

本发明的另一个特征是阻止所选能级(即，高于有意产生的最高频率的频率)以上频率的滤波器，以产生想要转换外形或通过外部高频信号源防止干涉。例如，滤波器可包括分路电容、电阻器网络、电压控制的电流源，或同时减慢和控制转换率、抵消50KHz以上(或其它选择频率)输出频率成分以及防止外部无线电频率信号干涉电路功能的其它合适的装置。

本发明的另一个特征是使用双定时单元，双定时单元可产生能被结合以产生具有所选特性的输出波形的波形。在本发明的优选实施例中，两个定时单元中的一个由另一个控制。也就是说，第二个单元的输出是“开”或“关”取决于第一个单元的输出是“低”还是“高”。这产生了生成输出信号的电路，输出信号的特性-频率、占空比、振幅-可通过组成部分的特定选择在宽的范围内确定。输出信号具有理想选择特性的这两个电路可以与非常简单全面的电路结构组合，以产生想要的、具有定时间隔T₁到T₇的输出波形。

本发明的另一个特征是使用传统的、稳定可靠的低压电池作为装置的电源。然而本发明也可使用AC(交流)电源(带有任何合适的适配器)，电池电压不仅减小了装置的尺寸和重量，而且对于接受治疗的病人增加了它的安全性和便于使用。典型地，电池很少需要替换(取决于输出信号和特定应用，通常每几个星期不多于一次)，从而简化了病人的操作并减少操作花费。由于在使用时发生器不与AC输送管线上的电流相连，不产生高压，也不产生类似于感应心室纤维颤动的频率，因此极大地降低了电损伤的可能性。仅需要产生治疗效果的低电压电平应用到人体。因此，发生器即使在失灵时也不产生电击危险：结果本发明适于在无人监督的家里使用。

本发明的另一个特征是多用途。可选择本装置的元件以产生具有可选时间隔T₁-T₇的输出波形和L₁-L₃的输出电压(或电源)值。正如前面所描述，组织对于纯AC信号或叠加有正或负DC成分的AC信号可以不同方式响应不同信号频率。类似地，如图3所示，不同效果可出现在不同电流密度上。

具有可调整输出信号的装置与具有固定输出的装置相比可用于更多种类的应用；另一方面，医学专业人员可优选具有固定输出的发生器，或只能在大小上可调的输出由他们的病人进行门诊使用。在本发明的一个实施例中，使用者可选择通过旋转刻度盘或使用键盘为给定应用选择信号以选择上面提到的多个可获得信号中的一个。

本发明的另一个特征是能够在预定治疗持续时间结束后关闭输出信号，从而按照预定间隔时间反转信号极性，或者两者同时。一个可选的定时装置允许使用者为单个病人专门治疗。

对本领域技术人员来说，通过仔细阅读下文记载的带有附图的实现本发明的最佳实施例，本发明的其它特征和优点是显而易见的。

附图说明

在附图中，

图1A和1B是用于刺激骨折治愈的波形分别在短时标和长时标上的示意图；

图1C显示了图1B中波形的修改形式；

图2显示了用在骨质疏松症治疗中的波形；

图3显示了治疗效果与信号强度(振幅)对照的示意图；

图4示出了按照本发明最佳实施例的波形；

图5A-F示出了图4中波形的特定实施例；

图6是按照本发明最佳实施例的装置框图；

图7和8分别显示了非对称振荡电路和双非对称振荡电路，两者均可用在图6的装置中；

图9显示了图6中装置的特定实施例的多个波形输出；

图10、11和12分别显示了电源、一对定时单元、电压转换单元和具有关联电路的滤波器，这些元件均可用在图6的装置中；

图13是一对输出波形的示意图；

图14示出了电压电平可调整以产生强直流(DC)信号分量的波形；

图15显示了图12中电路的可选形式，其设计用于产生图14中的信号；

图16A和16B示出了在选择的间隔时间反转极性的具有DC分量的波形；

图17举例说明了具有DC分量以及周期性反转极性的波形，其波形也可在治疗的预选长度时间后关闭；以及

图18显示了图11中电路的可选形式，其设计用于产生例如图15和16中的波形。

具体实施方式

在下面实现本发明的最佳方式的描述中，索引号用于识别结构元件、元件部位和图中的表面或区域，这样的元件、部位、表面或区域可通过整个撰写的说明书进一步说明或解释。为保持一致，当相同的索引号用在不同附图中时，它表示与第一次使用时相同的元件、部分、表面或区域。除非另外指出，附图应与说明书一起阅读，并按照35U.S.C.§112作为本发明完整撰写说明的一部分考虑。正如在这里所使用的，术语“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”、“下”以及它们的形容词和副词的衍生词，其当特定附图面向读者时表示所显示结构的相对方向。

本发明是一种用在多领域中提供生物电刺激的装置。该装置产生具有约为矩形或类矩形，以低于约50KHz的所选频率重复的非对称脉冲，滤出约50KHz以上频率的波形(然而，不同的滤掉频率也可能是有用的)。这些脉冲以脉冲群出现，它们本身以更低频率重复。波形的特征是可变的，以适合所治疗的不同应用或需要治疗的靶组织，这一点将在下面进一步描述。

现在参照图4，按照本发明优选实施例显示了波形70。由线72表示的波形70有七个分别由74a-74g表示的定时间隔T₁-T₇以及三个表示为76a-76c的电压或电流电平L₁-L₃。然而在图4中电平L₁显示为在L₂之上，应当理解为L₁对于L₂不是必须为正或为负。间隔T₁-T₇有如下关系：

(a)(2×T₂)≤T₁≤(20×T₂)

(b)50微秒≤(T₁+T₂)≤5000微秒

(c)T₃≥(10×T₁)

(d)0≤T₄≤500毫秒

(e)0≤T₅≤T₁

(f)0≤T₆≤T₁

(g)0≤T₇≤500毫秒

(h)5毫秒≤(T₃+T₄+T₇)≤500毫秒

也就是说，间隔74a(T₁)相应于占空比在5％到33％之间，为间隔74b(T₂)长度的2-20倍，优选约七倍。T₁和T₂的总和约在50-5000微秒之间。间隔74e(T₅)和74f(T₆)长度在零到T₁之间。间隔74c(T₃)至少约为间隔74a(T₁)的十倍。74c(T₃)、74d(T₄)和74g(T₇)在5毫秒到500毫秒之间，优选为约70毫秒。(应理解这些范围为大约值；也可使用这些范围以外的T₁-T₇值。)由于这些限制，T₄、T₅、T₆和T₇的任何一个或它们的组合均可具有包括零的任何长度间隔T₁和T₂形成T₁，T₂，T₁，T₂这样的交替循环，其表示频率位于200Hz-200KHz之间的矩形波的相反相。类似地，间隔T₆，T₄，和T₇形成T₆，T₄，T₇，T₆，T₄，T₇这样的交替循环，其表示频率位于5-50Hz之间的三相波的连续相。每一个间隔T₃被再分为以单间隔T₅开始的多个短间隔，通过上面描述的多个间隔T₁和T₂交替进行，并以结尾与间隔T₃相符的单间隔T₆结束，使得代表性(如果非典型地短)的例子可能是T₅，T₁，T₂，T₁，T₂，T₆。相反地，间隔T₄和T₇不进行这样的再分。

第一和第二电压或电流电平L₁(电平76a)和电平L₂(76b)极性相反，并在它们之间限定了在使用波形70进行治疗的组织中典型跨越几个mV/cm(电压)或几个μA/cm²(电流)的范围。在这个范围中存在一个第三和可选的第四电压或电流电平L₃(电平76)和L₄(电平76e)，两者均可具有L₁-L₂范围之间的任何值(对于许多应用，L₃和L₄可均为零)。

在波形70的一个完整周期中，电压或电流假定电平L₁(即，电平76a)在间隔T₁、T₅和T₆期间，电平L₂(76b)在间隔T₂和T₄期间，电平L₃(76c)在间隔T₇期间。(如前所述，间隔T₃被再分。)电压或电流电平之间的转换优选约为朝向新电平的一个指数衰减，该衰减具有小于T₂六分之一的时间常数t₁。更优选地，该时间常数约为5毫秒，使得大于约50KHz的频率成分被消除。当方便时，每一个这样的转换之后的电压或电流也可向L₄指数衰减，这样的衰减具有大于十倍T₁的时间常数t₂。

衰减时间常数τ定义为指示的数量和它最后的值之间的差值衰减了因子e或约2.71828的时间。因此，在等于一个时间常数的时间后，差值已下降到约为开始值的27％。三个时间常数后，差值下降到约5％，可认为衰减基本完成。对于电压或电流电平之间的转换，这种衰减优选发生在约15微秒或T₂的一半中较短的时间处。

图4和图1波形之间差别的主要点是包括输出间隔T₇(74g)，在这期间是中间电压或电流电平L₃(76d)而不是在低电平L₂(76b)出现在输出或被治疗组织处。这种变化的目的是使在脉冲群之间的休止期间出现在被治疗物质之处的能量值最小化。

例如，参照图1中的线38，其显示了大量的电荷保持在输出电容器或其它滤波装置上，并在脉冲群之间的间隔36期间指数衰减。相反地，在图4中，间隔T₄(74d)在电压或电流电平L₂定义了完全中和剩余在该装置上的任何电荷的负“均衡”脉冲。一旦这样的中和发生，电平L₃(76c)发生转换使在间T₇(74g)期间没有明显的输出电流，从而补偿了定时周期的剩余。

注意到图4显示的波形70显示了由于波形70在T₁和T₅期间均具有电平L₁，因此在任何给出的间隔T₃内间隔T₅和第一间隔T₁之间没有转换。相似地，如果T₆在正常转换时间部分接近零，由于波形70在间隔T₂和间隔T₄期间均具有电平L₂，因此它们之间就没有转换。

上面描述波形的特定情况是间隔T₄、T₅、T₆和T₇均接近零，从而使产生的波形是交替在电压或电流电平L₁和L₂之间、分别对应间隔T₁和T₂的连续脉冲序列，如图5A所示。在这种情况中，波形80a的T₃(74c)可设为具有T₁和T₂之和整数倍的任意长度。

图5B-F显示了波形70另外的特定实施例。为了清楚，显示在这些图中的每个波形中的时间间隔和电压电平没有单独标注。波形80b(图5B)表示了T₁比T₃长的单脉冲群，使得群保持相对少的单个脉冲。作为对比，波形80c(图5C)表示了T₁比T₃短的单脉冲群，使得群保持相对多的单个脉冲。

波形80d(图5D)表示两个完整的脉冲群，其中T₃比T₇短，使得脉冲群只占全部时间的相对少的部分。作为比较，波形80e(图5E)表示两个完整的脉冲群，其中T₃比T₇长，使得脉冲群占全部时间的相对多的部分。波形80f(图5F)表示在相同级数中的末端情况，其中间隔T₄、T₅、T₆和T₇均接近零，使产生的波形与先前图5A中所示的相同。尽管通常优选波形80b-80d之一的脉冲群波形，如波形80f那样使用T₁和T₂值相同的连续波形也是有效的。最佳治疗协议取决于多种因素，包括治疗条件和可获得的治疗时间。很显然，除图5A-F中显示的波形以外，普通波形70的特定实施例也在本发明的精神内。

上面描述的波形可成形为“电荷平衡”，也就是说由于在所有负电流期间离开电极的电荷等于所有正电流期间进入它的电荷，T₁-T₇和L₁-L₄之间的相互作用导致在任意长治疗期间的总电流为零或大约为零。在这样电荷平衡的情况下，没有DC成分并且信号由全部纯AC组成。例如，可通过下列方式平衡电荷：在输出路径中放置DC-阻碍电容器，或设置L₃为零，L₁和L₂相等但具有相反极性，并且T₄＝T₅+T₆+所有的T₁-所有的T₂，使得在每一个周期中L₁和L₂所占的时间相同。

对于任何波形70或80a-80f，一个或更多象间隔T₁和T₂之和或电压/电流电平L₁和L₂之间跨距这样的参数可特定应用而改变。例如，可调整L₁和L₂，优选一起调整以保持它们之间的比率，来补偿可变的使用者皮肤阻抗或激活不同组织修复过程。相似地，也可改变在治疗单元输出的电压或电流L₁和L₂之间的跨距，以补偿受治疗的可变组织横截面或各种组织不同的最优电流密度。

相信可用波形70或80a-80f治疗的情况包括，但不必须限于：骨折，骨质疏松症，急性疼痛，慢性疼痛，肿胀，简单炎症，和例如腱炎(包括腕管综合症和其它重复性压力损伤)和骨关节炎这样的炎性紊乱。然而应当理解，间隔T₁-T₇和电压/电流电平L₁-L₃(L₁-L₄)中没有一种设置对于治疗所有(或者甚至大多数)这些状况都有用。在使用波形72或80a-80f治疗期间也可看到包括许多组织类型和由外伤或糖尿病这样的变性状况引起的受伤的加速治愈。然而不希望受理论约束，相信适当的电压/电流电平和定时间隔可用于治疗更广泛变化的情况，这些情况的病原学包括细胞新陈代谢、分泌或复制不适当比率或不平衡，或通过合适地修改这些因子能减轻这些情况。因此，应当理解每一种特定应用的最优波形特性最好以观察和实验相结合的适当方式寻找。

按照本发明的波形，例如波形70或80a-80f，可使用如图6中方框图形式显示的装置90产生。装置90包括产生一连串间隔T₁和T₂以及最好还有T₅和T₆的第一定时单元92；产生一连串间隔T₃以及最好还有T₄和T₇的第二定时单元94；组合来自单元92和94的信号使一连串间隔T₁和T₂仅在间隔T₃中出现的互连单元96；以可用强度产生输出信号的电压或电流开关98；可选择的修改信号定时和强度(即振幅)的调整单元100；去除不想要信号成分并优选也设置转换和衰减时间常数的滤波器102；将信号向外输送到负载106(细胞培养物，组织，有机体或属于它们的一部分等)的连接单元104；以及为装置90的其它组成部分提供能量以执行其功能的电源装置。

目前，调整单元100能够从间隔T₁和T2、间隔T₄和T₇两个间隔均包括的多个交替的成对值中选择。更优选地，当保持一个选择的占空比时选择这样的成对间隔值以改变装置90的操作频率，或反之亦然。例如，间隔T₄和T₇的一个这样的成对值可以是两个间隔均接近零，因此输出象波形80f那样的连续脉冲序列。

为了在接受治疗的活体物质(即负载106)内确立对于特定应用可能需要或想要的最佳电流密度，可选的调整单元100也可提供在多个电压或电流电平L₁、L₂和L₃的交替值中进行选择的功能。在这结束后，开关98作为电压波形产生输出波形70或80a-80f，然后该波形在调整单元100的控制下，通过适当的电阻器、电阻器网络或组成滤波器102一部分的电压控制的电流源转换为电流波形。

当需要电荷平衡输出时，滤波器102优选包括一个或更多与输出序列串联连接的非极化电容器或电解电容器的背对背结合，以阻碍来自信号的任何直流分量，除非对于特定应用需要这样的分量。然而，其它类型的装置也可用于滤波器102。

滤波器102也优选地包括阻碍所选能级以上频率(即高于所产生的与目的有关的最高频率的频率)的适当装置，以产生所需的转换波形或防止外部高频信号源的干涉，这带来了方便。例如，在信号已经过前面提到的电阻器、电阻器网络或电压控制的电流源后，滤波器102可包括横跨输出线放置的旁路电容，以同时减慢和控制转换率，衰减约50KHz以上的输出频率成分，和防止通过任何来自外部的无线电频率信号对电路运行产生干涉。

滤波器102也可包括任何适当类型的整流器，以将没有净余DC成分的其它双相输出转换为具有受控DC成分的准单相输出(对于某些受伤治愈应用可能需要)。如果需要整流，可提供在治疗的特定情况或阶段打开或关闭整流的开关。经过整流，可方便地消除间隔T₇，或将输出电平L₂和L₃设置成彼此相对接近。

图6的单元92、94、96、98、100、102、104、108以多种方式实现。例如，定时块92和94可均是不稳定多频振荡器，它们的输出进一步由数字逻辑电路和互连单元96处理，其近似US5217009(在此作为引用文献)中描述的方式。可选地，定时单元92可以是具有不稳定多频振荡器的定时单元94，然后例如可通过分频电路从单元92数字导出。定时单元92和94可均由普通定时源使用分频器链或微处理器以近似US5413596(在此作为引用文献)中描述的方式数字导出。然而在另一种方法中，定时单元92和94可以是不稳定多频振荡器，单元94以接近US6011994(在此作为引用文献)中描述的方式控制单元92使产生间隔T₁和T₂的单元92只在间隔T₃期间运行而在其它时间关闭。

定时单元尤其适合在互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑电路基础上产生70和80a-80f这样的非对称、重复波形。很少有人知道知道CMOS逻辑门可作为逻辑或数字装置使用，或同时使用。通过使用具有模拟或复合信号作为输入的CMOS逻辑门，允许许多信号发生器和处理操作以非常有效和简单的方式执行。在这个原则基础上的一个自启动、非对称的CMOS振荡器120(技术上是不稳定多频振荡器)由两个反相逻辑门122a、122b和少量无源元件组成，这种振荡器在US6011994中进行了描述，并以图7中的图解形式显示。振荡器120产生两个互补输出124a和124b，其中每一个输出由一连串高和低电压交替间隔组成，其持续时间取决于电容器126和电阻器128a、128b和128c的值以及二极管130的极性。这样的振荡器可作为图6中的定时单元92或定时单元94运行。在差分模式中使用互补输出124a和124b，而不是其中一个输出具有固定电势，从而产生极大值和极小值接近供应电压两倍的输出电压。

具有所示连接的二极管130和电路元件的可忽视非理想特性：

T₁＝1.1×R₁C，

T₂＝(1.1×C)/(1/R₁+1/R₂)，

F＝1/(T₁+T₂)，以及

D＝T₁/(T₁+T₂)

其中T₁是波形124a的“高”输出期间，T₂是它的“低”输出期间，R₁是电阻器128a的阻值，R₂是电阻器128b的阻值，C是电容器126的电容值，F是振荡频率，以及D是占空比，并假设电阻器128c的阻值R₃大于R₁和R₂。对于波形124b，T₁和T₂是颠倒的。如果二极管130的极性颠倒，T₁和T₂在两个波形中也颠倒。

这些元件适当的值可通过首先指定通常在约100pF-1μF范围内的实际非极化电容器的电容值获得；由下列方程计算R₁和R₂

R₁＝T₁/(1.1×C)，以及

R₂＝1/(1.1×C(1/T₁+1/T₂))；

指定R₃为至少两倍，优选约十倍R₂的任何实际值；然后优化R₁和R₂(通过适度量的实验)以补偿现有元件的非理想性。R₁和R₂的优化值通常处于上面描述的计算值的约±20-30％范围内。R₁或R₂决不能小于3300Ω或大于约3.3MΩ，同时R₃也不能大于约22MΩ，如果这种情况发生，为使R₁、R₂和R₃返回到这些范围内应为C选择新值。

这样的振荡器120事实上可提供从几秒至1微秒或更小的任何想要的振荡周期和在这样振荡中的任何想要的占空比。尤其有用的是振荡频率仅通过改变电容器126的值改变而基本上不改变占空比。这个特征使得可能在多个交替、成对的T₁和T₂值中进行选择而保持想要的占空比，例如通过使用开关选择多个电容器中一个的方式。

两个这样的振荡器120可互相连接，使其中一个以较低频率振荡的振荡器控制第二个振荡器，第二个振荡器仅在较低频率振荡的所选阶段(T₁或T₂)以高得多的频率振荡，因此产生相似于图1所示的波形。图8中所示的这样互相连接的振荡器对120a、120b可作为图6中的定时单元92和94使用，并且这两个振荡器之间的连接同时作为互连单元96。这种方法的优点是，由于CMOS电路(忽略输出负载)的功率消耗很大程度上取决于操作频率，因此当它需要使功率消耗最小时，就关闭除低频振荡部分期间的高频振荡器。

两个这样耦合的CMOS振荡器也可用于产生间隔T₄的均衡脉冲。更优选地，更高频振荡器的两个互补输出被缓冲并由附加的、复合的模拟和数字部件转换，使它们在相反逻辑状态中一个设置内产生输出电压和电流电平L₁，在相反设置内产生输出电压和电流电平L₂，在间隔T₄末端产生第三电平L₃，两个输出均导致相似的逻辑状态。

在优选实施例中，装置90产生多个针对各种生物医学应用的特定波形，包括但不必需限于骨折治愈、减轻疼痛和骨质疏松症治疗。例如，装置90的特定实施例可产生图9所示的六个波形，所述波形可以具用若干用户可选择强度的任何一个。。这里，波形150、152和154是脉冲群类型波形，每一个具有对于间隔T₁、T₂、T₅和T₆值的不同设置；然而T₃、T₄和T₇所有三个脉冲中是相同的。波形156、158和160分别与波形150、152和154的连续脉冲序列相似，与它们的不同之处仅在于T₄和T₇在每种情况中设置为零。图9中波形的定时间隔设置的例子在表1中给出。

表1。波形150、152、154、156、158和160(图9)的定时间隔

定时间隔^＊

^＊(T₁，T₂，T₅，和T₆以微秒给出；T₃，T₄和T₇是毫秒)

表1示例中的定时精确度是约±10％或20微秒中的较大值。具有这些定时间隔的装置90已被美国食品及药物管理局明确可用于减轻慢性疼痛。不同定时间隔对于某些应用也有用。

当一个这种类型的CMOS振荡器以图示方式控制另一个时，间隔T₅是高频振荡器在脉冲群开始时的开始时延，T₅通常为间隔T₁的四分之一，然而间隔T₆仅是保持在间隔T₃末端的最后一个间隔T₁的一部分。因此，没有试图在超出已给出的范围外定义T₆。间隔T₃、T₄和T₇对所有三个脉冲群波形具有相同值；对于连续波形，间隔T₃未定义而T₄和T₇都是零。

间隔T₁和T₂如此选择使得对于脉冲群类型的波形，每一个脉冲群可以象在波形150中那样被分为约6-8个脉冲(“低调制”)，象在波形152中那样被分为约15-32个脉冲(“中调制”)，或象在波形154中那样被分为约35-72个脉冲(“高调制”)。间隔T₁和T₂的相同值用在相应连续的脉冲序列波形中。

为补偿所治疗的可变的组织横截面或各种组织的不同最优电流密度，可按照表2中所示对每种波形预设置强度。

表2，额定输出电流(从连接块104到负载106的总输出电流按照编号为NS-4-1985的ANSI/AAMI标准测量。在负载106中，电流约均匀分配在负载的全部横截面上，其局部变化取决于目前的特定组织类型。)

输出电流(μA)

通常，推荐对于约一个小时或更长时间的治疗使用脉冲群操作；对于许多情况推荐使用治疗时间每天达到8个小时或甚至更长时间。然而，当可获得的治疗时间限制在一个小时或更短，优选连续脉冲群操作。对于治疗具有薄或湿润皮肤的病人推荐使用低调制，正常皮肤使用中调制，以及厚或干燥的皮肤使用高调制。相似地，在手指使用推荐低强度，在手和胳膊使用推荐中强度，高强度用于身体的其它部位。然而，设置的最优组合对于要治疗的每一个特定病人最好单个确定；少量实验可用于找到在任何特定病例中的最有效的设置组合。如上所述，波形150-160符合ANSI/AAMI NS-4-1985的所有安全要求。因此，具有表1和2中所提出设置的装置90可安全地用于传统微电流电刺激器或TENS单元。

具有表1和2中输出参数的装置90包括相应于图6中单元92-108的部分，这些例子将在下面说明。然而，有时在下面描述中给出特定的、优选的通孔类型部分标号，应当理解不同元件(包括表面装配类型装置)和按照不同技术制造的元件也是有用的。电阻器通常为1/4-瓦，具有±1％公差的金属或金属氧化物膜类型，除非另有规定。

图10中所示的电源108包括可替换的电池172；一个三位开/关功能选择开关174；一个用于功能选择的控制二极管，当电池174反向插入时防止损坏的一对阻塞二极管178a和178b；一个电解的旁路电容器180，其提供一个用于电路操作的电荷储存的。没有提供适配器、插座或其它外部电源输入。在本发明的优选实施例中，电池172的电池盒设计为仅当电池盒关闭时装置90运行。

电池172可以具有九伏或大约九伏的少许输出。该范围内的电压输出可通过每个至少具有约270毫安-小时容量的三个3伏锂币电池组成的电池组提供，例如，型号为2032的锂币电池，其外面套有大部分正级和负极表面被削减的热收缩外壳。这样的电池组可为具有下面描述的特定元件的装置90提供约两个星期连续使用的供电。为运转更长时间，可使用更大的币形电池和许多这样的电池可并联连接。优选锂电池是因为它们兼备小尺寸、长保存期限、高能密度和在低或近似恒定负载的情况下相对平的放电曲线；然而，也可使用其它类型的电池。

在图10所示的实施例中，选择器开关174的位置“A”通过二极管176和输出线182使控制振荡器190停止工作，选择连续脉冲序列模式；位置“B”允许两个振荡器运转，产生脉冲群，而位置“C”是“关闭”。开关176的位置“C”、“B”和“A”因此分别相应于“关闭”、“脉冲群”和“连续”操作模式。

二极管178a和178b防止分别在开关位置“A”和“B”时反向电池插入引起的意外损坏。电容器180提供能量缓冲以最小化接近电池使用寿命时电池174内升高的内部阻抗效应。来自电容器180的输出线184和186分别是+9伏的额定电压线和地线，为尽管未示出的、位于这些单元中包括这些线和CMOS逻辑块之间的连接的剩余电路单元供应电能。

开关174可以是开-开-开类型、单极三位(SP3T)微型滑动开关，例如NKK类型SS14SDP2。二极管176，178a和178b是小的通用硅整流器，例如二极管组合公司(Diodes Incorporated)的型号BAV19或相似类型的整流器。电容器180可是任何在10伏DC或更高时具有至少约100μF容量的常用、微型铝或钽电解类型。

图11显示了先前图8所示的相同配置的定时单元92和94。第一定时单元92包括两个CMOS逻辑门190和192；三个电阻器194a、194b和194c；一个电容器196；和一个二极管198。这些元件形成图6中所示的不稳定、非对称多频振荡器。门190和192可以是CD4011B四芯导线组件中四个2-输入与非门中的两个，其作为正负电源与线184和186相连，优选地是每一个门具有限定在“高”的输入，使得它作为具有最小输入和供应电流的简单反相器工作。可选地，反相器可由将两个门输入连接在一起形成。

通过示例的方式，电阻器194a、194b和194c的值分别为732KΩ、212KΩ和2.2MΩ，偏差为±1％。电容器196可以是聚丙烯或聚酯膜类型的电容器，值约为偏差±2％的0.100μF。这些元件产生如图5D所示、频率为15Hz的相对低占空比的控制信号。如果需要其它占空比和频率也可使用其它值的电阻和电容。确切的值也可取决于装置类型、厂商和批号而不同，但可象前面描述的进行优化。二极管198是一个小的通用硅整流器，优选BAV19或类似类型。

类似地，第二定时单元94由两个CMOS逻辑门200和202；三个电阻器204a、204b和204c；一次只选择一个的三个电容器206a、206b和206c；和一个二极管208组成，这些形成与刚刚所描述的相同的振荡器，区别在于这一个接受控制输入并以图7所示的方式产生互补输出。门200和202优选是CD4011B四芯导线组件中四个2-输入与非门中的两个，其作为正负电源与线184和186相连。

门200接收门192的输出作为一个输入，使当这根线为“高”时打开振荡器94，当它为“低”时关闭(该连接对应于图6中的互连单元96)。因此，当信号192具有低占空比时，振荡器94只在全部时间的一小部分运转，因此保存了电池量。门202以与门190和192相似的方式具有一个限定在“高”的输入。门200和202分别向输出线210a和210b以图8所解释的方式提供互补脉冲群信号。

通过作为调整单元100(图6)的一部分工作的三位开关212在电容器206a、206b和206之间选择，电容器206a具有三个电容器中的最高值，电容器206c最低。因此，这三个电容器分别提供“低”、“中”和“高”调制设置。

为了说明的目的，二极管208在图11中具有与二极管198相反的极性。这种安排产生在线210a具有低占空比，在线210b具有高占空比的互补输出(图7所示)。作为另一种选择，反向二极管208则颠倒这种关系而输出保持互补。

例如，电阻器204a、204b和204c值分别为147KΩ、15.4KΩ和2.2MΩ，偏差为±1％。电容器206a、206b和206c优选偏差±2％的聚丙烯或聚酯膜类型，值分别为.0068μF，.0027μF和.001μF。这些元件产生频率分别为600Hz，1600Hz和4000Hz的具有高占空比的脉冲群序列。二极管208是一个小的通用硅整流器，优选BAV19或具有相近功能的同等装置。^＊这里作为示例提供的任何电路元件的最优值因装置类型、厂商、批号等因素而不同，并且对于每一个特定应用可通过适当数量的实验找到。

电压转换单元98、滤波器102、调整单元100的关联部分和连接单元104在图12中一起示出。电压开关单元98由两个上拉电阻器220a和220b，两个输入保护电阻器222a和222b，两个信号耦合电容器224a和224b，两个旁路二极管226a和226b和两个CMOS反相器228和230组成。为增加的电流控制容量，每一个反相器228和230可由两个CMOS逻辑门形成，这两个CMOS逻辑门具有匹配的开关特性，其输入输出并联连接，通常由线184和186而不是由单个门作为正负电源。更优选地，两个反相器均由一个CD4011B四芯导线组件或成对使用的类似装置中四个2-输入与非门形成。

上拉电阻器220a和耦合电容器224a一起形成高通滤波器，以最小失真传送从线210a到反相器228的输入的快速变化的信号，但当不存在快速变化的信号时将这些输入拉动到逻辑“高”。电阻器222a和二极管电阻器226a防止电压或电流超调而破坏反相器输入。电阻器220b和222b，电容器224b和二极管226b为线210b和反相器230提供同等功能。因此，当振荡器94运转时，反相器228和230分别重新产生辅助门202和200的互补输出，但如果在特定延时时间内这些线上没有转换发生，那么这两个输出均假设为相等的逻辑“低”电势。这些输出中的差动电压然后变为零，它位于正和负峰值之间的中间并对应于图4中的间隔T₇。

滤波器102由电容器240a-240d，电阻器244a和244b，和电容器246组成。与每一个反相器228和230串联连接的是一对阳极连在一起的电解电容器240a和240b(或240c和240d)，因此形成一个单个的，有效的非极化电容器，该电容器可以通过快速变化的信号但阻碍任何直流成分，因此产生电荷平衡的输出。也可使用高保真音响爱好者应用的非极化电解电容；然而，这些类型的电容器对于用在本发明可能具有过多泄漏电流。

与每一个这样的电容器串联放置的是电阻器244a和244b，在那里两条线由电容器246桥接。电阻器244a和244b和电容器246的功能是滤出离开反相器的信号中不想要的高频信号成分，同时阻碍可能干扰装置功能的外部高频信号的进入。结果滤波器的角频率约为50KHz。由于即使任何一个元件失灵，电流仍然可限制到安全水平，因此在电阻器244a和244b之间等分这些电阻也增强安全性。

在给出的脉冲群结束后，如图1经过间隔36由线38指示，电容器240a-240d放电，时间常数部分由滤波器102中的元件值和负载106的特性设置。当这条曲线达到零时，电容器240a-240d没有净余电荷。

在电阻器220a和222a，电容器224a和二极管226a或由它们的“b”配对物产生的延时末端，反相器228和230的输出假设具有相等的电压，均为逻辑“低”。如果这种转换与通过电压电平L₂的一段电容器放电曲线重合，那么放电曲线在该点截止。因此，零电压与电容器并联连接从而电容器上保持零电荷，直到下一个脉冲群的开始为止输出电流一直为零。例如，在图13的波形70中的间隔T₄末端显示了这样的截止。

当需要附加的元件以在每一个脉冲群后找到实际转换时，在典型负载条件下上述装置90的测试显示，例如在10毫秒的脉冲群后，转换在三或更多毫秒后发生。既然曲线在这点不是特别陡，滤波单元102和负载106的元件值，和信号要传递的活组织的电特性的较小的变化基本不会对输出产生影响。因此，可找到电阻器220a和电容器224a(以及220b和224b)的值，从而基本上在所有使用的预期条件下给出最优性能。产生的延时然后变为T₄(图4中的74d)，而在接下来的无电流“休止”期间变为T₇(74g)。

电阻器220a和222a，电容器224a和二极管226a(以及它们的“b”配对物)通过设置反相器228和230的输出均为逻辑“零”而执行附加安全性功能，因此在振荡器失灵的情况下输出电流为零。该特征防止对组织的电解伤害，因为当振荡器失灵发生在的电容器222a到222d具有高于额定量的DC泄漏的装置中时，电解伤害会缓慢发生。在这个标准基础上的电阻器220a和220b的值分别都为681KΩ；电阻器222a和220b分别都为150KΩ；电容器224a和224b分别都为0.0068μF。这些电容器优选偏差±2％的微型聚丙烯或聚酯膜类型。电容器240a-240d优选小的10μF铝和钽电解类型且额定电压为15伏或更高的电容，尽管每一个直接连接对可选地由具有类似值或电压额定率的单个、非极化电容器替代。优选电阻器244a和244b分别都为332Ω。二极管226a和226b是小的通用硅整流器，优选BAV19s或类似装置。

图13示出了由上面描述的电路分别在脉冲和连续操作下产生的波形70和80。电压“下降”(也就是说，向中间电平L₄衰减)是由DC阻滞电容器的有限电荷容量导致。

对于某些应用，例如受伤治愈的刺激，可以方便地波形70上叠加一个控制数量的DC，而不是抑止输出的DC量，或者为选择来提供这样做的能力。优选地，波形的DC偏差无需消除它的振幅而转换。二极管250提供简单的整流装置，通过该装置可完成这个操作，而开关252提供切换二极管进入和离开电路的灵活性，以提供电荷平衡或DC偏差操作。当不需要灵活性而仅使用DC偏差操作时，图12中的电路可通过下列方式进行修改：去除输入210a与电阻器224a和电容器246的连接点之间的所有元件；直接将这个连接点连接到正电源线184；和用短路取代电容器240c和240d的结合。这使得电平L₂(76b)、L₃(76c)和L₄(76d)基本上相等而消除了电压下降，正如波形82(图14所示)那样。

输送到负载106的输出电流的大小部分地由开关260确定，通过选择三个不同电阻器262a、262b、262c中的任一个与电容器240a和240b和电阻器244a串联连接，开关260作为调整单元100的一部分。电阻器262a具有三个中的最高值，电阻器262c具有最低值。所选的电阻器与电阻器244a和244b一起使用，这三者的串联组合加上反相器228和230的内部阻抗起到限制输送到细胞培养、组织、有机体或106的一部分的输出电流的作用。因此，这三个电阻器分别提供“低”，“中”和“高”输出强度设置。电阻器262a、262b、262c值分别约为24.1KΩ，3.92KΩ，和332Ω。

输出单元104由二极管270和272，线274a和274b，和导电单元276a和276b组成，通过导电单元276a和276b与要治疗的活组织产生物理接触。二极管导电单元270和272中至少一个是发光二极管(LED)，例如Fairchild MV8412，而另一个是小型硅整流器，如BAV19。LED可以是图示的二极管270，或者是二极管272。然而，对于DC偏差(即单相的)操作，LED优选为二极管270，272在输出回路中共用二极管250的极性。可选地，两个二极管可均是LED。二极管以图示的反并联方式安排(每一个的阳极与另一个的阴极相连)，二极管可通过高频信号并相应于电流发光。这同时说明电池提供了足够的操作电压，从而使用它供电的所有电路单元正常工作，并且使线274a和274b以及导电单元276a和276b正确连接到负载106。

线274a和274b是多股、抗疲劳的线，例如，具有30/37股线的22AWG同等的线，使用坚固但柔软的不导电材料例如PVC来绝缘。它们的长度可根据特定应用的需要选择。线274a和274b，或其中的部分可选地能够从图示的装置剩余部分去除，例如，以适当的FDA可接受的插头和插座方式。每根线可以2mm(0.080″)直径金属别针，微型短嘴鳄夹和其它装置结束，通过这些装置可方便地连接到传导块276a和276b。

取决于要治疗的负载106的预期的使用和类型，导电单元276a和276b可包括电导盐溶液或保持适当结构的凝胶，例如一次性或可重复使用的电极垫，盐桥或其它适当的结构。例如，盐凝胶电极可以粘附到患病的人或动物皮肤上，从而它们之间形成的电流区域包含了接受治疗的组织。凝胶电极的一个这样的例子是Uni-Patch“Multi-Day”#633；然而，也可使用其它类型的电极。可选地，单元276a和276b可全部或部分为其它材料，例如银线或用在相似方式中的镀银纺织结构。

可选地，可更简单地产生图14中所示的输出，然而使用图15所示的电路290具有更高效率和更精确的电流限制。这里，信号210a和210b(来自图11中的电路)通过电阻器300a和300b分别提供给双极硅晶体管302和304的基极。每一个晶体管302和304以及相关联的无源元件形成单电流调节器。

通过正向偏压的半导体连接点的电流导致仅受(即，约为对数)电流留过量微弱影响的电压下降。对于许多应用，这个有时称作“二极管下降”的电压下降可被假设为与电流的近似常数。电压下降的幅度取决于材料的特性：例如，硅通常接近于0.65伏，而磷化镓(用于制造绿光发光二极管)约为2.1伏。

因此，当电压210a为低时，通过电阻器300a和二极管306a和306b的电流设置PNP晶体管302基极的两个在正电源线184之下的二极管压降，或约1.3伏。晶体管302的基极发射点抵消这之中的一个二极管压降，当第二二极管压降出现在线184和发射极之间时，在这种情况下，在基极发射支路内越过电阻器308加一个小的寄生电阻(通常约10Ω)。因此产生的集电极电流约为0.65伏除以电阻器308加10Ω的值，除非被电流支路中的其它元件限制。因此晶体管302对输出电流设置最大限制。

类似地，当电压210b为高时，通过电阻器300b和二极管306c和306d的电流在负电源线186之上设置NPN晶体管304基极的两个二极管压降。又一次，基极发射极抵消一个二极管压降，当另一个出现在发射极和线186之间时。在这种情况下，开关310允许选择多个电阻器312a、312b...中的任何一个。可选地，允许选择一个或更多电阻器312a、312b...的某种组合，或使用一个连续变化的电阻替代。产生的集电极电流约为一个二极管压降除以所选电阻器加10Ω的值，除非被其它元件限制。

通过图11中所示和前面描述的元件的组合作用，在每一个波序列期间信号线210a通常是高(接近线184)而脉冲低(接近线186)，如简化波形图230b所示。因此，晶体管302和304在每一个波序列脉冲期间使它们的基极发射极正向偏压，但脉冲之间或波序列之间的间隔时间除外，以允许集电极电流流过。因此仅在每一个波序列的脉冲期间向输出提供电流。

如前所述，输出通过线274a和274b，电极276a和276b，发光二极管270和负载106(可以是活体组织)，所有这些均在晶体管302和304的集电极之间串联放置，使离开晶体管302集电极的电流在进入晶体管304的集电极之前通过它们。通过负载106的电流因此约为下列值的最小值：

(1)0.65伏除以电阻器308加10Ω(晶体管302控制)；或

(2)0.65伏除以所选电阻器312a和312b等加10Ω的值(晶体管304控制)；或

(3)线184和186之间的电压减去两个硅和一个磷化钽二极管压降，总共约为3.4伏，然而结果除以电阻器308、所选电阻器312a和312b等、线274a和274b、电极276a和276b、材料106加20Ω(负载控制)的所有电阻值。在这种情况下，电流可以任意小，当具有9伏电源时，出现在负载上的电压将约为7-8伏。

优选地，电阻器312a、312b，...的最小值等于或稍高于电阻器308，其它值以近似对数级增长。因此，除非负载106具有低导电性，或线274a和274b之间或电极276a和276b之间连接错误，晶体管304通常控制开关310所选择的实际电流。对于图示的以对数级增长的三个电阻器312a、312b和312c，负载106内的电流成比例减少，如简化的波形图322a、322b和322c分别所示。如果晶体管304失灵，晶体管302接管并保持电流限制在安全水平，尽管不再是用户可选电平。可选地，开关310和电阻器312a、312b，...能够连接到晶体管302上以替换电阻器，或带有电阻器312a、312b，...的开关310可以是成对地用于两个晶体管的双刀类型。

如上所述，光发二极管270通过其闪光来监控输出电流和信号，以保证所有连接安全、电池良好并且使电流传递到负载106。然而，由于电流仅在输出终端(出自晶体管302的集电极，通过线274a，材料106，线274b，二极管270并进入到晶体管304的集电极)之间的一个方向流动，因此不需要象图12中的二极管272那样的反并联二极管。

作为图15中电路的示例，晶体管302是小信号PNP类型，例如2N2907或MMBT4403LT1，晶体管304是小信号NPN类型例如2N2222或MMBT4401LT1，二极管306a到306d是硅整流器，例如BAV19s，电阻器300a和300b每一个都是10KΩ，电阻器308和312a每一个都是130Ω，电阻器312b是412Ω，电阻器312c是1400Ω。所有电阻器都有1％公差。

当选择电阻器312a时负载106中产生的最大电流约为4.2mA，选择电阻器312b时约为1.4mA，选择电阻器312c时约为0.42mA。假设负载不像上面解释的进行控制，该电流几乎不受负载106的电特性支配。具有200微秒打开和30微秒关闭的优选波形定时，以上文所述的15倍每秒重复10毫秒，其产生的传递到负载106的平均时间DC电流当开关310选择电阻器312a时约为600微安，当开关选择电阻器312b时约为200微安，或开关选择电阻器312c时约为60微安。

对于某些应用，例如神经再生刺激，不仅在AC波形上叠加DC分量，而且以通常每十到六十分钟的规则间隔时间反转这个DC分量的极性的做法是有用的。一个包括其反转的波形在图16A和16B中显示。

图16A显示的短时间间隔波形330包括前述两个脉冲序列340a和340b，极性反向342后面是两个附加脉冲序列340c和340d。电压电平76a和76b设置成与零等距离但极性相反，而电压电平76c和76d均设置为接近零。为了清楚，反向342显示为在脉冲序列之间的间隔期间出现，但它也容易发生在波形中的任何其它点或在不同时间的不同这样的点。注意到反向时，在脉冲期间的电压电平和它们之间的间隔期间的电平转变位置，使得平均时间DC分量也在极性上反转，而在幅度上一般保持恒定。

图16B显示了更长时期的波形330，包括反向342a、342b和342c，举例说明脉冲期间的电压电平和它们之间的间隔期间的电平怎样重复转变位置。为了图示的目的，在反向之间的每个时期仅显示五个脉冲序列。然而，在实际应用中，反向之间脉冲序列的数目更可能是几千个和几万个。

对于某些应用，由于睡眠期间的治疗，已发现在治疗周期少于8个小时的条件下最优，因此在所选的时间长度后关闭治疗单元可能会有用。图17显示了类似于图16B中的波形332，但也包括自动中断344，在这之后输出电压和电流降至并保持为零。

图18显示了了能产生象图14中所示的波形16A、16B和17的电路348。在图11中，一个控制振荡器92产生脉冲群包络，然后一个脉冲振荡器94产生脉冲群本身。

控制振荡器92的所有元件如前所述，除了逻辑门92提供有第二控制输入线350以在自动中断时关闭控制振荡器，同时也关闭脉冲振荡器，使得电源消耗最小并延长电池寿命。例如，门192可是图示的或非门，使得线350上的负信号允许正常操作但那里的正信号将其关闭。可选地，门192可是与非门，由线350上提供的负信号进行关闭。其它控制方法也是可能的。

类似地，脉冲振荡器94的所有元件如前所述，除了两个可能的互补输出中仅有一个被接受，例如通过信号线210b。该信号不是直接提供给输出滤波器，而是应用到异或(XOR)门352的一个输出。这样的门具有下列特性：如果一个稳定或变化的逻辑电平信号提供给它输入端中的一个，并且一个稳定低电平供应给第二个输入端，逻辑信号如实地重复出现在它的输出端。如果第二输入端保持高电平，提供给第一输入端的信号在输出端出现反向。因此如图16A，16B和17所示的信号极性反向，可以通过将提供给第一输入端的信号354从逻辑高变为逻辑低的方式来简单地实现，反之亦然。

来自门352的第一输出信号356a然后通过反向器358，产生与第一信号356a互补的第二输出信号356b，因此在相同时间但在相反方向经历极性反向。

然后第一和第二信号356a和356b在自动中断后传送到使输出为零的元件。对于DC偏差操作，这些仅仅是与门192相同类型由相同的控制信号350输入的一对逻辑门360a和360b。这样的门产生输出362a和362b，它们在信号350的一个状态下是互充的，但在另一个状态下它们相等并且输出为零。例如使用如图所示的或非门，只要信号350保持低电平，输出362a和362b就互补，但当信号350转变到逻辑高时，它们相等并产生零输出。

信号362a和362b然后与附加的滤波器和输出元件相连，例如采用图18所示的方式，其对于DC偏差操作在文本中提供删除建议。

随着自动中断后电荷平衡操作，可以除去门362、358、360a和360b，保留控制线350和门192，如图18所示，和从脉冲振荡器获取信号210a和210b，如图11所示，并且如图12所示进行滤波。控制振荡器由信号350简单中断，导致反过来通过图12所示的元件的作用脉冲振荡器中断，这足以驱动并保持输出为零而没有任何其它电路修改。

中断信号350、极性反向信号354或两个信号均可通过例如多级二元分频器链这样的传统数字分频器372由控制振荡器的输出370得到。

例如，用优选的控制振荡器频率15Hz除以2¹⁴以产生信号354时，在约9.1分钟的间隔处发生极性反向，而除以2¹⁵时信号则在约18.2分钟的间隔处发生极性反向。这两种分频对于许多不需要更精细分频的电路应用已足够。可选地，传统分频电路也可用于本发明。

类似地，用优选的控制振荡器频率除以2¹⁷产生约1小时13分钟后能起作用的中断信号350，2¹⁸时约为2小时26分钟后，2¹⁹时约为4小时51分钟后，2²⁰时约为9小时43分钟后。此外，尽管在需要时可使用不同的分频电路(包括提供不同间隔时间的电路)，这些间隔时间对于许多应用已足够。从控制振荡器得到中断定时的一个优势在于，一旦中断发生，控制振荡器就不能工作，并且没有进一步的计算发生。因此，一旦中断，装置保持这种方式直到它被手动重启，而不需要进一步的注意。重启即可通过关闭激励器并且然后再次打开完成，也可(另外，如果需要)通过按“重启”按钮发送适当信号374至分频器链372的重启输入来完成。

可选地，相同或不同类型的另外一个振荡器，例如用在数字手表中的晶体振荡器可用于产生中断信号350，极性反向信号354，或两个信号都产生。

使用上面给出的元件值制造并包括上面描述的所有或任何选择的部分功能的装置90，可安装在小的、重量轻的模制塑料或任何其它合适材料的外壳内，优选具有小的夹子或其它装置的外壳，以方便地安装到绷带、石膏、手腕或其它带或一件衣服上。更优选地，该外壳不大于容纳所描述装置和电路板或支承它们所需板的必要的容积。合适的外壳需要不大于约5cm×6cm×2cm(约2.0”×2.5”×0.75”)或其上下。如果装置90的一些或所有描述的功能通过使用表面安装元件，而不是在上面描述的在某些情况下的通孔元件实现，那么更小的外壳会有用。

装置90轻质、结构紧凑、配套、制造和使用的性能价格比合算，在延长期中方便携带或穿着。它可安全地在无人监督的家中使用而不需要特别训练，能产生刚才描述的信号并通过导电板与皮肤直接接触而有效地传递它们。既然仅仅使用低电压和和电流，装置90即使在失灵时也不会造成电击伤害。通过结构紧凑和廉价的电池供电，在几周的使用中仅需替换一次。

本发明的装置用于为生病的人或动物提供电疗法治疗，包括但不限于加速治疗、减轻急性或慢性疼痛以及减轻肿胀和/或炎症。然而，该装置不限于用于完整有机体，因为隔离的细胞或组织培养也可受电疗法波形影响(已观察到适当的电刺激可改变细胞新陈代谢、分泌和复制的速度)。例如，可用选择的波形在适当的媒介中对隔离的皮肤细胞进行处理，以在组织培养和自体皮肤移植材料的制备中增加细胞增生和变异。作为另一个例子，用适当波形进行处理后，细菌的增长在遗传上设计产生想要的产品，例如人类胰岛素，其可能被加速或所需产品的分泌物增加。

关于本发明上面的描述，可认识到本发明各部分的最佳量纲关系，包括尺寸、材料、形状、形式、功能和操作模式、装配和使用的变化，是对于本领域熟练人员是显而易见的，并且所有那些与附图所示和在说明书中描述的等价的内容也包含在本发明中。

因此，仅认为前面的描述是本发明精神的示例。另外，本领域熟练技术人员既然可进行很多修改和改变，因而本发明不应限制到图示和描述的确切构造和操作，从而适当的修改及其等价物均落在本发明范围内。因此，对本领域熟练技术人员来说，对此处描述的优选实施例进行许多改变和替代而不背离由附带的权利要求定义的本发明的精神和范围是很显然的。

Claims (50)

1.一种产生用于生物医学应用的电信号的设备，所述信号基于至少四个定时间隔T₁-T₄，所述设备包括：

用于产生一组至少四个定时间隔T₁-T₄的装置，所述定时间隔具有以下关系：

(a)(2×T₂)≤T₁≤(20×T₂)

(b)50微秒≤(T₁+T₂)≤5000微秒

(c)T₃≥(10×T₁)，以及

(d)0≤T₄≤500毫秒，以及

用于将所述定时间隔与一个具有振幅的电信号组合的装置。

2.如权利要求1所述的设备，进一步包括可操作地连接到所述产生装置上以改变所述间隔T₁-T₄中至少一个的装置。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述产生装置产生多个所述间隔T₁和T₂的成对值，其进一步包括用于选择所述成对值中的一个的装置。

4.如权利要求1所述的设备，进一步包括用于传输所述电信号至负载的装置。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述至少四个定时间隔的组进一步包括至少三个附加的定时间隔T₅-T₇，所述至少三个附加的定时间隔具有以下关系：

(e)0≤T₅≤T₁

(f)0≤T₆≤T₁

(g)0≤T₇≤500毫秒，以及

(f)5毫秒≤(T₃+T₄+T₇)≤500毫秒。

6.如权利要求5所述的设备，其中所述间隔T₃进一步包括一个包含间隔T₅，接着是至少一对间隔(T1，T2)，再接下来是间隔T6的序列。

7.如权利要求5所述的设备，其中所述间隔T₃、T₄、和T₇形成一个重复间隔T₃、T₄、T₇的连续序列。

8.如权利要求5所述的设备，其进一步包括可操作地连接到所述产生装置上以改变所述间隔T₁-T₇中至少一个的装置。

9.如权利要求5所述的设备，其中所述产生装置产生多个所述间隔T₄和T₇的成对值，其进一步包括用于选择所述成对值中的一个的装置。

10.如权利要求9所述的设备，其中所述输出信号的所述振幅进一步包括：

在所述间隔T₁、T₅和T₆期间的第一电平L₁；

在所述间隔T₂和T₄期间的第二电平L₂；以及

在所述间隔T₇期间的第三电平L₃，其中L₃在L₁和L₂之间。

11.如权利要求10所述的设备，其中在所述电平L₁到L₃中任两个之间的转换具有不大于所述间隔T₂长度一半的衰减时间常数。

12.如权利要求10所述的设备，进一步包括第四电平L₄，所述电平L₄在所述电平L₁和L₂中间，其中在所述电平L₁到L₃中任一个和所述电平L₄之间的转换具有不小于所述间隔T₁长度10倍的衰减时间常数。

13.如权利要求10所述的设备，进一步包括可操作地连接到所述组合装置上以改变所述电平L₁到L₃中至少一个的装置。

14.如权利要求10所述的设备，进一步包括可操作地连接到所述组合装置上以在所述电平L₁到L₃的多个值中进行选择的装置。

15.一种产生用于生物医学应用的电信号的设备，所述信号基于至少四个定时间隔T₁-T₄，所述设备包括：

用于产生第一定时间隔T₁和第二定时间隔T₂的第一定时单元；

用于产生第三定时间隔T₃和第四定时间隔T₄的第二定时单元，所述间隔T₁-T₄具有以下关系：

(a)(2×T₂)≤T₁≤(20×T₂)

(b)50微秒≤(T₁+T₂)≤5000微秒

(c)T₃≥(10×T₁)，以及

(d)0≤T₄≤500毫秒；以及

在所述第一和第二定时单元之间可操作地连接的互连单元，所述互连单元组合所述间隔T₁-T₄；以及

可操作地连接到所述互连单元以产生具有所述间隔T₁-T₄的输出信号的装置，所述输出信号具有振幅。

16.如权利要求15所述的设备，进一步包括可操作地连接到所述产生装置的一个滤波器，所述滤波器传输被选频率范围内的信号成分。

17.如权利要求15所述的设备，进一步包括可操作地连接到所述第一和第二定时单元、所述互连单元和所述信号发生装置的电源装置。

18.如权利要求15所述的设备，进一步包括可操作地连接到所述发生装置以改变所述振幅的装置。

19.如权利要求15所述的设备，其中所述第一和第二定时单元分别进一步包括第一和第二不稳定多频振荡器。

20.如权利要求19所述的设备，其中所述互连单元使用所述第一不稳定多频振荡器的输出控制所述第二不稳定多频振荡器。

21.如权利要求15所述的设备，其中所述至少四个定时间隔的组进一步包括至少三个附加的定时间隔T₅-T₇，

其中所述第一定时单元进一步包括用于产生所述间隔T₅和T₆的装置，

其中所述第二定时单元进一步包括用于产生所述间隔T₇的装置，以及

其中所述至少四个附加的定时间隔具有以下关系：

(e)0≤T₅≤T₁，

(f)0≤T₆≤T₁，

(g)0≤T₇≤500毫秒，以及

(f)5毫秒≤(T₃+T₄+T₇)≤500毫秒。

22.如权利要求21所述的设备，其中所述间隔T₃进一步包括一个包含间隔T₅，接着是至少一对间隔(T₁，T₂)，再接下来是间隔T₆的序列。

23.如权利要求21所述的设备，其中所述互连单元将所述间隔T₃分为一个更短间隔的序列，所述序列包括至少一个间隔T₅，接着是至少一对间隔(T₁，T₂)，再接下来是至少一个间隔T6。

24.如权利要求21所述的设备，进一步包括可操作地连接到所述发生装置以改变所述间隔T₁-T₇中的至少一个的装置。

25.如权利要求21所述的设备，其中所述发生装置产生多个所述间隔T₄和T₇的成对值，其进一步包括用于在所述成对值中选择一个的装置。

26.如权利要求21所述的设备，其中所述输出信号的所述振幅进一步包括：

在所述间隔T₁、T₅和T₆期间的第一电平L₁；

在所述间隔T₂和T₄期间的第二电平L₂；

在所述间隔T₇期间的第三电平L₃，其中L₃在L₁和L₂之间；以及

可操作地连接到所述组合装置上以改变所述电平L₁至L₃中至少一个的装置。

27.如权利要求26所述的设备，其中在所述电平L₁到L₃中任两个之间的转换具有不大于所述间隔T₂长度六分之一的衰减时间常数。

28.如权利要求26所述的设备，进一步包括第四电平L₄，所述电平L₄在所述电平L₁和L₂中间，输出电压初始设置为所述电平L₁和L₂中所选的一个，向所述电平L₄衰减，且具有不小于所述间隔T₁长度10倍的时间常数；以及

可操作地连接到所述组合装置上以改变所述电平L₄的装置。

29.如权利要求26所述的设备，进一步包括可操作地连接到所述组合装置以在所述电平L₁到L₃的多个值中进行选择的装置。

30.一种产生用于生物医学应用的电信号的方法，所述方法包括：

产生具有以下关系的至少四个定时间隔T₁-T₄：

(a)(2×T₂)≤T₁≤(20×T₂)，

(b)50微秒≤(T₁+T₂)≤5000微秒，

(c)T₃≥(10×T₁)，以及

(d)0≤T₄≤500毫秒；以及

将所述定时间隔组合成一个具有振幅的电信号。

31.如权利要求30所述的方法，进一步包括在所述间隔T₁和T₂的多个成对值中选择一个。

32.如权利要求30所述的方法，进一步包括产生具有以下关系的至少三个附加的定时间隔的步骤：

(e)0≤T₅≤T₁，

(f)0≤T₆≤T₁，

(g)0≤T₇≤500毫秒，以及

(f)5毫秒≤(T₃+T₄+T₇)≤500毫秒；以及

组合所述附加的定时间隔与所述间隔T₁-T₄以产生所述电信号。

33.如权利要求32所述的方法，进一步包括在所述间隔T₄和T₇的多个成对值中选择一个。

34.如权利要求32所述的方法，进一步包括以下步骤：

在所述间隔T₁、T₆和T₇期间将所述振幅调整到第一电平L₁；

在所述间隔T₂和T₄期间将所述振幅调整到第二电平L₂；

在所述间隔T₇期间将所述振隔调整到第三电平L₃，其中L₃在L₁和L₂之间。

35.如权利要求34所述的方法，进一步包括接受在所述电平L₁到L₃的多个值中的选择。

36.一种方法，包括：

产生电压或电流的波形，；以及

向至少一个导电体施加该电压或电流的波形，

其中产生电压或电流的波形的步骤包括产生包含多个脉冲的波形，其中在第一间隔期间，该波形被基本上保持在以第二间隔散置的零极性处，其中该波形包括脉冲突发，该脉冲突发在反向极性之间交替，每个极性的波形具有一个产生基本上平顶的波形的给定持续时间，第一间隔长于第二间隔，反向极性中的第一极性的持续时间具有相反极性的持续时间的至少两倍但不大于二十倍，所述第一极性和所述相反极性的持续时间之和大于或等于50微秒且小于或等于5000微秒，第二间隔大于或等于第一极性的持续时间的十倍，并且第一间隔在0～500毫秒之间。

37.如权利要求36所述的方法，其中第二间隔的每个脉冲包括一个基本上为矩形的波形。

38.如权利要求36所述的方法，其中所述极性在振幅上相等。

39.如权利要求36所述的方法，其中所述极性在振幅上不相等。

40.如权利要求36所述的方法，其中波形

由适合于由人或动物穿戴的电池操作的便携设备产生。

41.如权利要求36所述的方法，其中该方法进一步包括通过选自以下组中的装置去除或最小化波形的多余成分：DC阻塞电容器，用以去除或最小化DC成分的均衡脉冲，以及用以去除或最小化多余AC频率的过滤装置。

42.如权利要求36所述的方法，其中波形

由适合于由人或动物穿戴的电池操作的便携设备产生。

43.如权利要求36所述的方法，其中该导电体选自由电极和凝胶构成的组中。

44.如权利要求36所述的方法，其中该波形在周期的结束包括一个均衡脉冲用以去除DC成分。

45.如权利要求36所述的方法，其中波形被施加到隔离的细胞或培养的组织上，用于该隔离的细胞或培养的组织的电刺激。

46.如权利要求45所述的方法，其中电刺激导致选自由以下构成的组的效果：调整细胞新陈代谢速率、调整细胞分泌、调整细胞复制、调整细胞增生以及调整细胞分化。

47.一种设备，包括：

用于产生电压或电流的波形的装置；以及

向导电体施加该电压或电流的波形的装置，

其中用于产生波形的装置产生的波形包括第一间隔，其中该波形被基本上保持在以第二间隔散置的零极性处，其中该波形包括脉冲突发，该脉冲突发在反向极性之间交替，每个极性的波形具有一个产生基本上平顶的波形的给定持续时间，第一间隔长于第二间隔，反向极性中的第一极性的持续时间具有相反极性的持续时间的至少两倍但不大于二十倍，所述第一极性和所述相反极性的持续时间之和大于或等于50微秒且小于或等于5000微秒，第二间隔大于或等于第一极性的持续时间的十倍，并且第一间隔在0～500毫秒之间。

48.如权利要求74所述的设备，其中第二间隔的每个脉冲包括一个基本上为矩形的波形。

49.如权利要求47所述的设备，其中波形

由适合于由人或动物穿戴的电池操作的便携设备产生。

50.如权利要求47所述的设备，其中该设备进一步包括通过选自以下组中的装置去除或最小化波形的多余成分：DC阻塞电容器，用以去除或最小化DC成分的均衡脉冲，以及用以去除或最小化多余AC频率的过滤装置。

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