CN101160152A - 电磁治疗感应装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种轻质感应装置，结合到至少一个治疗设备中形成一体，其用于治疗，然而所述感应装置还可连接到至少一个治疗设备(步骤101)。小型电路通过至少一线连接到线圈，该小型电路包括逻辑电路，其用于具有至少一个波形参数的数学模型，此数学模型用于构造至少一个波形，此至少一个波形耦合到靶通道结构，例如分子、细胞、组织和器官(步骤102)。然而，所述连接也可以是无线的。所构造的波形满足SNR或功率SNR模型，从而对于给定和已知的靶通道结构，可选择至少一个波形参数，从而在靶通道结构中、在其背景活动之上可检测出波形(步骤103)，所述背景活动例如靶通道结构中的电压和电阻的基线热起伏，该基线热起伏依赖于细胞和组织的状态，即该状态是否为静止、生长、取代以及对于损伤响应中的至少之一。所产生的电磁信号的一优选实施方式包括具有至少一个波形参数的任意波形的猝发，其包括范围从约0.01Hz到约100MHz的多个频率成分，其中所述多个频率成分满足功率SNR模型。从所述构造的至少一个波形可产生，例如感应产生一重复的电磁信号(步骤104)。所述重复的电磁信号也可传导产生。通过结合到所述至少一个治疗设备而形成一体的感应装置的输出，所述电磁信号耦合到靶通道结构，例如分子、细胞、组织和器官(步骤106)。

Description

电磁治疗感应装置和方法

技术领域

本发明通常涉及一种电磁治疗感应装置和一种使用其的方法，其用于通过应用编码的电磁信息来实现细胞和组织生长、修复、维护以及一般行为的改进。更具体地讲，本发明涉及高度特定的电磁信号模式到任意数量的身体器官的外科非侵入耦合的应用。具体地，根据本发明的实施方式涉及使用传送脉冲电磁场(“PEMF”)的感应设备例如线圈，结合例如支撑器、包裹物、床和轮椅的设备，以及结合其它治疗和康复物理疗法，例如超声、负压或正压、热、冷、按摩，来增加活组织生长和修复。

背景技术

现在充分确定，弱、非热电磁场(“EMF“)的应用可导致生理意义的体内和体外生物效应。

EMF已用于骨修复和骨治疗的应用中。包括低频成分和低功率的波形当前用于整形临床中。使用骨修复信号的起源开始于考虑电通道可构成这样的一途径：通过该通道骨可适应响应EMF信号。使用细胞膜的电化学模型的线性物理化学方法预测，可预期有生物效应的EMF波形模式的范围。由于细胞膜是可能的EMF靶，因此必要的是找到波形参数的一范围，对于此范围，感应电场可在细胞表面电化学耦合，其例如为电压依赖性动力学(voltage-dependent kinetics)。此线性模型的扩展还涉及洛伦兹力(lorentzforce)分析。

透热疗法的现有技术中已知自用于深组织治疗的27.12MHz连续正弦波所获得的脉冲射频(“PRF”)信号。透热疗法信号(diathermy signal)的脉冲后继最初报导为，能够在感染治疗中引出非热生物效应的电磁场。已报导PRF治疗应用用于软组织、伤口愈合、烧伤治疗和神经再生中外伤后和手术后疼痛和水肿的减轻。最近几年，EMF应用于外伤水肿的消退已被越来越多地使用。至今将PRF用于动物的结果以及临床研究表明，这样的电磁刺激可显著地减轻水肿。

EMF剂量测定的现有技术的研究考虑孤立细胞的性质，但未考虑组织结构的介电性质。

最近几年，射频非侵入PRF的临床应用包括使用27.12MHz正弦波的的脉冲猝发(pulsed burst)，其中每一脉冲猝发包括65微秒的宽度，具有每猝发约1,700正弦周期，以及多种猝发重复率。这限制了可耦合到细胞和组织中有关的介电通道中的频率成分。

时变电磁场包括矩形波形，例如脉冲电磁场，和正弦波形，例如脉冲射频场，范围从几赫兹到约15到约40MHz范围，其当用作用于多种肌与骨的损伤和疾病的辅助治疗时，在临床上是有益的。

开始于20世纪60年代，与不愈合和延迟愈合骨折有关的临床问题的刺激了现代治疗和预防疾病设备的发展。早期工作显示，电通道可以为这样的一通道：通过该通道骨可适应响应机械输入。早期治疗设备使用向骨折位置传送直流电(“DC”)的植入的和半侵入的电极。随后，使用电和电磁场发展了非侵入技术。这些疗法最初被创造，用于提供在细胞/组织水平感应电/机械波形的非侵入“非接触”手段。这些技术在骨科的临床应用导致，全世界监管机构(regulatory bodies worldwide)已承认的对于骨折例如不愈合和新骨折以及脊柱融合治疗的应用。目前，几种EMF设备构成用于治疗难于愈合的骨折的骨科临床实践的标准全套设备。这些设备的成功率是很高的。对于这种指示的数据库是足够大的，使其能够被推荐使用为首次骨移植(first bone graft)的安全、非外科、非侵入的替代。在双盲研究中已报导这些技术用于治疗缺血性坏死、腱炎、骨关节炎、伤口修复、血液循环和关节炎疼痛以及其它肌与骨损伤的另外的临床指示。

细胞研究已着手弱低频电磁场对信号转导通道以及生长因子合成的影响。可显示出，EMF在短的、似触发的持续时间之后，刺激生长因子的分泌。一般认为在细胞膜的离子/配体结合过程是最初的EMF靶通道结构。与例如骨修复有关的临床治疗为生长因子产物的增量调节，例如调整，其作为骨修复的正常分子调节的一部分。细胞水平的研究已显示对钙离子输运、细胞增殖、胰岛素生长因子(“IGF-II”)释放以及成骨细胞中的IGF-II受体表达的作用。对胰岛素生长因子-I(“IGF-I)和IGF-II的作用也已在鼠骨折胼胝中被证明。已显示在鼠的骨感应模型中，使用PEMF，输运生长因子贝它(“TGF-β”)信使RNA(“mRNA”)的刺激。研究还表明，由于PEMF而在人类类似成骨细胞的细胞系中的TGF-β的增量调节，其被标示为MG-63，其中在TGF-β1、胶原和骨钙素合成中存在增长。PMEF刺激自人类不愈合组织的肥大细胞(hypertrophic cell)和萎缩细胞(atrophiccell)中的TGF-β1的增长。进一步的研究表明，由于EMF对依赖钙/钙调蛋白的通道的直接作用而导致成骨细胞培养中的TGF-β1和蛋白的增长。软骨细胞研究已显示，因EMF在TGF-β1mRNA和蛋白合成中有类似的增长，这证明了对关节修复的治疗应用。多种研究得出，在电磁刺激下，生长因子产物的增量调节可能是组织水平机制中的共同特征。当使用特定的抑制剂时，EMF可通过依赖钙调蛋白的通道作用。以前已报导，特定的PEMF和PRF信号以及弱的静磁场在无细胞的酶制备中，调节Ca²⁺到CaM的结合。另外，已表明，在成骨细胞培养中使用PEMF的BMP2和BMP4的mRNA的增量调节，以及使用PEMF的骨和软骨中的TGF-β1的增量调节。

然而，此领域中的现有技术未使用一种感应装置，其为轻质、便携式、一次性的(disposable)、可植入的，且构造成具有、结合到或连接到下面的至少之一：衣物、服饰配件、工作鞋、绷带、解剖支撑器、解剖包裹物、衣服、垫子、床垫、衬垫、轮椅、治疗床、治疗椅、治疗和康复维护设备，例如真空辅助伤口愈合设备、机械和功能电刺激设备以及锻炼设备、超声、热、冷、按摩和锻炼。

因此，需要一种电磁治疗感应装置和一种使用其的方法，其为轻质、便携式、可植入的以及一次性的。进一步需要一种电磁治疗感应装置和方法，所述装置可更有效与小型电路一起使用，其最佳化构造与植物、动物和人组织、器官、细胞和分子感应耦合的电磁波形，以用于治疗处理。

发明内容

一种电磁治疗感应装置和一种使用其的方法，其通过感应耦合最佳构造的波形以改变活组织和细胞与其电磁环境的交互作用，来治疗所述活组织和细胞。

根据本发明的一实施方式，用磁通路线(flux path)治疗可选择的身体部位，所述磁通路线包括一系列的EMF脉冲，所述一系列的EMF脉冲在一脉冲猝发包络中具有至少约0.01微秒的最小宽度特征，所述脉冲猝发包络，具有每猝发约1个和约100,000个之间的脉冲。其中，所述脉冲猝发的电压振幅包络由随机变化的参数定义，其中其瞬时最小振幅不小于其最大振幅的1/10000。所述脉冲猝发的重复频率可从约0.01Hz到约10,000Hz变化。数学可定义的参数也可用于定义所述脉冲猝发的振幅包络。

通过增加传送给相关细胞通道的频率成分的范围，有利地获得对可应用于已知愈合机制的大范围的生物物理现象的使用，其包括增加的酶活性以及生长因子和细胞因子的释放。

根据本发明的一实施方式，通过对于感应在10^-6和10每厘米伏特(V/cm)间的峰电场的单级或双极矩形或正弦脉冲的脉冲猝发包络应用随机或其它高谱密度的包络，可实现对可应用于人、动物和植物的软组织和硬组织的生物愈合过程的更有效和更大的作用。较高谱密度的脉冲猝发包络可有利地和有效地耦合到生理相关的介电通道，例如细胞膜受体、离子与细胞酶的结合以及一般的跨膜电势变化，从而调节血管生成和新血管形成。

通过有利地将高谱密度电压包络用作调节或脉冲猝发定义参数，这样的所调节的脉冲猝发的功率要求可显著低于未调节的脉冲的功率要求。这是由于频率成分与相关的细胞/分子过程更有效的匹配。因此，实现两优点：提高了对相关的介电通道的发射剂量测定(transmitted dosimetry)，以及降低了功率要求。

根据本发明的一优选实施方式，使用功率信噪比(“功率SNR”)方法来构造生物效应的波形，以及结合小型电路和轻质柔性线圈。这有利地允许使用功率SNR方法、小型电路和轻质柔性线圈的设备是完全便携式的，以及如果期望可构造成一次性的，以及如果进一步期望可构造成可植入的。

具体地，电磁波形的宽的谱密度猝发构造成实现生物靶带通内的最大信号功率，其选择地应用于靶通道结构，例如活器官、组织、细胞和分子。使用振幅/功率与靶通道结构中热噪声的单一比较，来选择波形。信号包括正弦、矩形、混沌和随机波形中的至少之一的猝发，在每秒约1到约100,000个猝发，具有范围约0.01Hz到约100Mhz频谱，以及具有约0.01到约1000猝发/秒的猝发重复率。在例如组织的靶通道结构的峰值信号振幅在约1μV/cm到约100mV/cm的范围。每一信号猝发包络可以为一随机函数，所述随机函数提供适应愈合组织的不同电磁特征的手段。根据本发明的一优选实施方式包括约0.1到约100毫秒的脉冲猝发，所述脉冲猝发包括约1到约200微秒的对称或不对称的脉冲，此脉冲在所述猝发内以约0.1到约100千赫兹的频率重复。所述脉冲包络为修正的1/f函数，以及以约0.1Hz和约1000Hz间的随机重复率应用。也可使用在约0.1Hz和约1000Hz间的固定的重复率，产生从约0.001mV/cm到约100mV/cm的感应电场。根据本发明的另一实施方式包括例如27.12MHz的高频正弦波的约0.01毫秒到约10毫秒的猝发，以每秒约1到约100猝发重复。产生从0.001mV/cm到约100mV/cm的感应电场。通过感应或电容耦合，可传送最后所得的波形。

本发明的另一目的在于，提供一种治疗活细胞和组织的电磁方法，包括宽带、高谱密度的电磁场。

本发明的另一目的在于，提供一种治疗活细胞和组织的电磁方法，包括电磁信号的脉冲猝发包络的振幅调制，其感应与细胞或组织中最大量的EMF敏感的相关通道耦合。

本发明的一目的在于，通过数学模拟来构造波形的功率谱，使用信噪比(“SNR”)分析来构造调节血管生成和新血管形成的最佳化的波形，然后使用发生设备来耦合所构造的波形，所述发生设备例如超轻质线圈，其由波形构造设备，例如小型电路供以能量。

本发明的另一目的在于提供轻质柔性线圈，其可放置在下面的至少之一中：衣物、服饰配件、工作鞋、绷带、解剖支撑器、解剖包裹物、衣服、垫子、床垫、衬垫、轮椅、治疗床、治疗椅、治疗和康复维护设备，例如真空辅助伤口愈合设备、机械和功能电刺激设备以及锻炼设备和敷料(dressing)，用以提供最佳剂量的、如上述构造的非侵入性脉冲电磁治疗，用于增强动物、人和植物中的活组织的修复和生长。

本发明的另一目的在于提供多个线圈，所述多个线圈传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形，以增加治疗覆盖区域。

本发明的另一目的在于提供多个线圈，所述多个线圈被用相同或不同的如上述的最佳构造的波形，同时驱动或顺序驱动，例如多路传输。

本发明的另一目的在于提供柔性、轻质线圈，通过将传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形的线圈结合到人机工程支撑衣物中，来将EMF信号集中在受疾病侵袭的组织。

本发明的另一目的在于使用导丝来产生日常穿着和锻炼以及运动衣物，所述衣物与线圈结合形成一体，所述线圈传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形，其接近解剖靶布置。

本发明的另一目的在于使用轻质柔性线圈或导丝，通过将这样的线圈或导丝结合为各种绑带，例如压缩、弹性、冷压和热压的组成部分，以及传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形，来给受疾病侵袭的组织提供EMF信号。

本发明的另一目的在于使用传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形的几个线圈来增加EMF覆盖范围。

本发明的另一目的在于使用导丝来构造传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形的线圈。

本发明的另一目的在于使用细柔性导线来构造传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形的线圈。

本发明的另一目的在于将由靶通道SNR/功率分析所构造的相同或不同波形同时或顺序地提供给单个或多个线圈。

本发明的另一目的在于将至少一个线圈结合入一外科伤口敷料中，以非侵入和非外科施加一增强的EMF信号，所述外科伤口敷料与标准伤口治疗结合使用。

本发明的另一目的在于构造传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形的线圈，其通过使用连接装置，例如维可牢尼龙搭扣(Velcro)、粘合剂和任何其它这样的暂时连接装置，容易地连接到敷料、衣物和支撑器以及与其分开。

本发明的另一目的在于提供传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形的线圈，所述线圈与治疗床、治疗椅和轮椅结合成一体。

本发明的另一目的在于提供传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形的线圈，所述线圈与多种治疗表面，例如卸压、充气、流动、粘弹性和气垫床以及其它支撑表面结合成一体。

本发明的另一目的在于提供传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形的线圈，所述线圈与治疗座垫，例如充气、流化、泡沫垫子结合成一体。

本发明的另一目的在于提供传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形的线圈，所述线圈与下面的至少之一结合成一体：治疗床垫覆盖物、床单、毯子、枕头、枕套和可施加稳定或间断压力的治疗设备，例如空气间隙内衣(air clearance vests)。

本发明的另一目的在于提供磁通路线到任何治疗表面、结构或设备，以通过传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形，来增加这样的治疗表面、结构或设备的效果。

本发明的另一目的在于将传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形的线圈结合入例如鞋等的工作鞋中。

本发明的另一目的在于将至少一个线圈与一治疗表面、结构或设备结合成一体，以增加这样的治疗表面、结构或设备的效果，所述至少一个线圈传输由靶通道的SNR/功率分析所构造的波形。

从下面陈述的附图的简要描述、本发明的详细描述以及同此所附的权利要求，本发明的以上和其它目的和优点将变得显而易见。

附图说明

参照附图，下面更详细地描述本发明的优选实施方式，

图1为使用根据本发明的实施方式的电磁治疗感应装置的方法的流程图；

图2为根据本发明的优选实施方式的控制电路的视图；

图3为根据本发明的优选实施方式的小型化电路的方框图；

图4绘出根据本发明的优选实施方式的电磁治疗感应装置，该电磁治疗感应装置结合到臀、大腿和背下部支撑衣物中形成一体。

图5绘出根据本发明的优选实施方式的电磁治疗感应装置，该电磁治疗感应装置结合到头和面部支撑衣物中形成一体。

图6绘出根据本发明的优选实施方式的电磁治疗感应装置，该电磁治疗感应装置结合到人前臂上的外科敷料中形成一体。

图7绘出根据本发明的优选实施方式的电磁治疗感应装置，该电磁治疗感应装置结合到床垫褥中形成一体。

图8A绘出根据本发明的优选实施方式的电磁治疗感应装置，该电磁治疗感应装置结合到短袜中形成一体。

图8B绘出根据本发明的优选实施方式的电磁治疗感应装置，该电磁治疗感应装置结合到鞋中形成一体。

图9绘出根据本发明的优选实施方式的电磁治疗感应装置，该电磁治疗感应装置结合到治疗床中形成一体。

图10绘出根据本发明的优选实施方式的电磁治疗感应装置，该电磁治疗感应装置结合到胸衣中形成一体。

具体实施方式

来自PEMF或PRF设备的感应的时变电流流入靶通道结构例如分子、细胞、组织和器官中，以及这些电流就是这样的刺激：细胞和组织可以以生理意义的方式反应该刺激。靶通道结构的电性质影响感应电流的水平和分布。分子、细胞、组织和器官所有都在感应电流通道中，例如细胞在间隙连接接触处。在可存在于膜表面的大分子上的结合位置的离子或配体互作用是依赖电压的过程，其为电化学的，其可响应感应的电磁场(“E”)。感应电流经周围的离子介质到达这些位置。细胞出现在电流通道中引起感应电流(“J”)更快地随时间衰减(“J(t)”)。这是由于增加的自膜电容的细胞的电阻，以及结合的和其它电压敏感的膜过程例如膜输运的时间常数。

已获得表示多种膜和带电界面构形的等效电路模型。例如，在钙(“Ca²⁺”)结合中，由于感应的E而引起的在结合位置所结合的Ca²⁺的浓度变化可在频域中，用阻抗表达式描述为，例如：

其具有串联电阻电容等效电路形式。其中ω为角频率，定义为2πf，其中f为频率， $i=-1^{\frac{1}{2}},$ Z_b(ω)为结合阻抗，以及R_离子和C_离子为离子结合通道的等效结合电阻和电容。等效结合时间常数值τ_离子＝R_离子C_离子与离子结合率常数K_b有关，τ_离子＝R_离子C_离子＝¹/_kb。因此，此通道的特征时间常数由离子结合动力学决定。

来自PEMF或PRF信号的感应E可导致电流流入离子结合通道，以及影响每单位时间所结合的Ca²⁺离子数。此电等效为跨等效结合电容C_离子的电压变化，其为C_离子所存储的电荷变化的直接度量。电荷直接与结合位置的Ca²⁺离子的表面浓度成比例，即电荷的存储相当于细胞表面和连接处上的离子或其它带电粒种(charged species)的存储。电阻测量以及结合率时间常数的直接动力学分析提供，对于构造PMF波形以匹配靶通道结构的带通所必要的时间常数值。这考虑最佳耦合到靶阻抗的任何给定的感应E波形的所需要的频率范围，例如带通。

离子到调节分子的结合，例如Ca²⁺到钙调蛋白(“CaM”)的结合是通常的EMF靶。此通道的使用是基于例如骨修复的伤口修复的加快，其涉及在修复的各阶段生长因子释放的调节。生长因子，例如血小板衍生的生长因子(“PDGF”)、成纤维细胞生长因子(“FGF”)以及表皮生长因子(“EGF”)在愈合的适当阶段都涉及。血管生成和新血管形成也是伤口修复所必须的，且可由PMF调节。所有的这些因子都是依赖Ca/CaM。

使用Ca/CaM通道，波形可构造成，感应的功率充分地超过背景热噪声功率。在正确的生理状况下，此波形可具有生理意义的生物效应。

功率SNR模型应用于Ca/CaM需要在CaM的Ca²⁺结合动力学的电等效的知识。在一级结合动力学中，在CaM结合位置所结合的Ca²⁺浓度随时间的变化可在频域表征为等效结合时间常数，τ_离子＝R_离子C_离子，其中R_离子和C_离子为离子结合通道的等效结合电阻和电容。τ_离子与离子结合率常数k_b有关，τ_离子＝τ_离子C_离子＝¹/_kb。然后，所公开的k_b值可使用于细胞阵列模型中，以通过将PRF信号感应的电压与在CaM结合位置的电压形式的热起伏相比较来估计SNR。使用PMF响应数值，例如V_max＝6.5×10^-7sec^-1、[Ca²⁺]＝2.5μM、K_D＝30μM、[Ca²⁺CaM]＝K_D([Ca²⁺]+[CaM])，产生K_b＝665sec^-1(τ_离子＝1.5msec)。这样的τ_离子值可使用于离子结合的等效电路中，同时可对任何波形结构执行功率SNR分析。

根据本发明的一实施方式，数学模型可构造成模拟热噪声出现于所有的依赖电压的过程，以及表示建立足够的SNR的最小的阈值要求。热噪声的功率谱密度S_n(ω)可表达成：

S_n(ω)＝4kTRe[Z_M(x，ω)]

其中[Z_M(x，ω)]为靶通道结构的电阻，x为靶通道结构的尺寸，以及Re为靶通道结构的阻抗的实部。[Z_M(x，ω)]可表达成：

$\left[Z_M(x,\mathrm{\ω})\right]=\left[\frac{R_e+R_i+R_g}{\mathrm{\γ}}\right]\tanh \left(\mathrm{\γx}\right)$

此方程清楚地显示，靶通道结构的电阻和细胞外流质阻抗(“R_e”)、细胞内流质阻抗(“R_i”)和膜间阻抗(“R_g”)的贡献，其电连接到靶通道结构，所有的都有助于噪声过滤。

估计SNR的一般方法使用均方根(RMS)噪声电压的单值。对于全部膜响应或靶通道结构的带宽的所有频率上的S_n(ω)＝4kTRe[Z_M(x，ω)]的积分求平方根来计算其。SNR可表达成下面的比：

$\mathrm{SNR}=\frac{\left|V_M\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}{\mathrm{RMS}}$

其中|V_M(ω)|为由所选波形传送到靶通道结构的，在每一频率的最大电压振幅。

本发明的一实施方式包括具有高的谱密度的脉冲猝发包络，从而增加了对有关的介电通道，例如细胞膜受体、离子到细胞酶的结合以及一般的跨膜电势变化的治疗效果。因此，通过增加传送给相关细胞通道的许多频率成分，可使用可应用于已知愈合机制的大范围生物物理现象，例如调节生长因子和细胞因子的释放，以及在调节分子的离子结合。根据本发明的一实施方式，对感应约10^-6和约100V/cm之间的峰电场的、单极或双极矩形或正弦脉冲的脉冲猝发包络施加随机或其它高的谱密度包络，对于可应用于软组织和硬组织的生物愈合过程产生较大的效应。

根据本发明的另一实施方式，该实施方式为应用高谱密度电压包络作为调节或脉冲猝发包络定义参数，对于这样的振幅调制脉冲猝发的功率要求可显著低于包括相似频率范围内的脉冲的未调制脉冲猝发的功率要求。这是由于重复的猝发系列内的占空比(duty cycle)的显著降低，该显著的降低由不规则且优选的随机振幅施加在否则为基本均匀的脉冲猝发包络所导致。因此，实现两优点：提高了对有关的介电通道的发射剂量测定，以及降低了功率要求。

参照图1，其中图1为根据本发明的使用感应装置的方法的流程图，其用于将电磁信号传送给靶通道结构，例如植物、动物和人的分子、细胞、组织和器官，以用于治疗和预防目的。一轻质的感应装置结合到用于治疗的至少一个治疗设备中形成一体，然而该感应装置还可连接到至少一个治疗设备(步骤101)。小型电路通过至少一导线连接到线圈，该小型电路包括逻辑电路，其用于具有至少一个波形参数的数学模型，其用于构造至少一个波形，该至少一个波形耦合到靶通道结构，例如分子、细胞、组织和器官(步骤102)。然而，该连接也可以是无线的。所构造的波形满足SNR或功率SNR模型，从而对于给定和已知的靶通道结构，可选择至少一个波形参数，从而在靶通道结构中、在其背景活动(background activity)之上可检测出波形(步骤102)，所述背景活动例如靶通道结构中的电压和电阻的基线热起伏，该基线热起伏依赖于细胞和组织的状态，即该状态是否为静止、生长、取代以及对损伤响应中的至少之一。所产生的电磁信号的一优选实施方式包括具有至少一个波形参数的任意波形的猝发，其包括范围从约0.01Hz到约100MHz的多个频率成分，其中该多个频率成分满足功率SNR模型(步骤104)。从所述构造的至少一个波形可产生，例如感应产生重复的电磁信号(步骤105)。也可传导产生该重复的电磁信号。通过结合到支撑器中形成一体的感应装置的输出，该电磁信号耦合到靶通道结构，例如分子、细胞、组织和器官(步骤106)。

图2示出根据本发明的装置的优选实施方式。小型控制电路201连接到至少一个例如线的连接器202的一端。该至少一个连接器的相对的一端连接到发生设备(generating device)，例如一对电线圈203。该发生设备构造为具有最佳化电磁信号自波形的产生的电性质，该波形构造成满足SNR模型、功率SNR模型和任何其它用于波形构造的数学模型至少之一。小型控制电路201以应用用于构造波形的数学模型的方式构造。所构造的波形必须满足SNR或功率SNR模型，从而对于给定和已知的靶通道结构，可选择满足SNR或功率SNR的波形参数，从而在靶通道结构中、在其背景活动之上可检测出波形。根据本发明的一优选实施方式应用数学模型，以在靶通道结构，例如分子、细胞、组织和器官中感应时变磁场和时变电场，包括约1到约100微秒的矩形脉冲的约10到约100msec的猝发，其以每秒约0.1到约10个脉冲重复。所感应的电场的峰振幅在约1μV/cm和约100mV/cm之间，根据修证的1/f函数而变化，其中f＝频率。使用根据本发明的优选实施方式构造的波形可以以每日1分钟以下到240分钟的优选的总暴露时间应用于靶通道结构，例如分子、细胞、组织和器官。然而，可使用其它的暴露时间。由小型控制电路201构造的波形可通过连接器202被导引到发生设备203，例如电线圈。发生设备203传送根据数学模型构造的脉冲磁场，该脉冲磁场可用于提供对靶通道结构，例如胸腔中心脏204的治疗。该小型控制电路施加脉冲磁场达预定的时间，以及可按给定时期所需要的那么多的应用，例如一天10次地自动重复施加脉冲磁场。根据本发明的优选实施方式可通过定位设备被定位以治疗胸部中的心脏204。将脉冲磁场耦合到血管生成和新血管形成的靶通道结构，例如离子和配体，治疗性和预防性地减轻炎症，由此减轻疼痛和促进愈合。当电线圈用作发生设备203时，该电线圈可以以时变磁场供以能量，根据法拉第定律，该时变磁场在靶通道结构中感应时变电场。使用电化学耦合，也可应用由发生设备203产生的电磁信号，其中电极直接接触皮肤或靶通道结构的另外的外部导电界面。在根据本发明的另一实施方式中，使用静电耦合也可应用由发生设备203产生的电磁信号，其中，在发生设备203例如电极以及靶通道结构例如分子、细胞、组织和器官之间存在气隙。根据本发明的优选实施方式的一优点为：其超轻质线圈和小型化电路允许使用于普及的物理疗法治疗形式，以及用于期望减轻疼痛和愈合的任何的身体部位。应用根据本发明的优选实施方式的有利结果为：可维持和增加活生物体的血管生成和新血管形成。

图3绘出根据本发明的优选实施方式的小型控制电路300的方框图。小型控制电路300产生驱动上述图2中的发生设备例如线圈的波形。该小型控制电路可由任何启动设备例如接通/断开开关启动。小型控制电路300具有电源，例如锂电池301。该电源的优选实施方式具有3.3V的输出电压，但可使用其它的电压。在根据本发明的另一实施方式中，该电源可以为外电源，例如如AC/DC电源插座等的电流电源插座(current outlet)，其例如通过插头和导线连接到本发明。开关式电源302控制到微控制器303的电压。微控制器303的优选实施方式使用8位4MHz的微控制器303，但可使用其它的位、MHz组合的微控制器。开关式电源302还将电流传送给存储电容器304。本发明的优选实施方式使用具有220μF输出的存储电容器，但也可使用其它的输出。存储电容器304允许高频脉冲传送给耦合设备，例如感应器(未显示)。微控制器303还控制脉冲形成器(pulse shaper)305和脉冲相位定时控制器306。脉冲形成器305和脉冲相位定时控制器306确定脉冲形状、猝发宽度、猝发包络形状以及猝发重复率。还可包括积分波形发生器，例如正弦波或随机数发生器，以提供特定的波形。电压电平转换支电路308控制传送给靶通道结构的感应场。开关式Hexfet 308允许随机化振幅的脉冲传送给输出309，该输出309将一波形发送给至少一个耦合设备，例如感应器。微控制器303还可控制靶通道结构，例如分子、细胞、组织和器官的单次治疗的总暴露时间。小型控制电路300可构造成施加脉冲磁场持续预定的时间，以及可按给定时期所需要的那么多的应用，例如一天10次地自动重复施加脉冲磁场。根据本发明的优选实施方式使用约10分钟到约30分钟的治疗时间。

参照图4，示出电磁治疗感应装置的根据本发明的一实施方式，该电磁治疗感应装置结合到臀、大腿和背下部支撑衣物400中形成一体。几个轻质柔性线圈401结合到该支撑衣物中形成一体。该轻质柔性线圈可由细柔性导线、导丝和任何其它柔性传导材料制成。该柔性线圈连接到至少一根线402的至少一端。然而该柔性线圈还可构造成直接连接到电路403或无线的。根据本发明的一实施方式构造波形的轻质小型电路403，连接到所述至少一根线的另外的至少一端。当启动时，轻质小型电路403构造波形，该波形被导引到柔性线圈(401)，以产生PEMF信号，该PEMF信号耦合到靶通道结构。

参照图5，示出电磁治疗感应装置的根据本发明的一实施方式，该电磁治疗感应装置结合到头和面部支撑衣物500中形成一体。几个轻质柔性线圈501结合到该支撑衣物中形成一体。该轻质柔性线圈可由细柔性导线、导丝和任何其它柔性传导材料制成。该柔性线圈连接到至少一根线502的至少一端。然而该柔性线圈还可构造成直接连接到电路503或无线的。根据本发明的一实施方式构造波形的轻质小型电路503连接到所述至少一根线的另外的至少一端。当启动时，轻质小型电路503构造波形，该波形被导引到柔性线圈(501)，以产生PEMF信号，该PEMF信号耦合到靶通道结构。

参照图6，示出电磁治疗感应装置的根据本发明的一实施方式，该电磁治疗感应装置结合到应用在人前臂600上的外科敷料中形成一体。几个轻质柔性线圈601结合到该敷料中形成一体。该轻质柔性线圈可由细柔性导线、导丝和任何其它柔性传导材料制成。该柔性线圈连接到至少一根线602的至少一端。然而该柔性线圈还可构造成直接连接到电路603或无线的。根据本发明的一实施方式构造波形的轻质小型电路603连接到所述至少一根线的另外的至少一端。当启动时，轻质小型电路603构造波形，该波形被导引到柔性线圈(601)，以产生PEMF信号，该PEMF信号耦合到靶通道结构。

参照图7，示出电磁治疗感应装置的根据本发明的一实施方式，该电磁治疗感应装置结合到床垫褥700中形成一体。几个轻质柔性线圈701结合到该床垫褥中形成一体。该轻质柔性线圈可由细柔性导线、导丝和任何其它柔性传导材料制成。该柔性线圈连接到至少一根线702的至少一端。然而该柔性线圈还可构造成直接连接到电路703或无线的。根据本发明的一实施方式构造波形的轻质小型电路703连接到所述至少一根线的另外的至少一端。当启动时，轻质小型电路703构造波形，该波形被导引到柔性线圈(701)，以产生PEMF信号，该PEMF信号耦合到靶通道结构。

参照图8A和8B，示出电磁治疗感应装置的根据本发明的一实施方式，该电磁治疗感应装置结合到短袜801和800鞋中形成一体。几个轻质柔性线圈803结合到该穿着物中形成一体。该轻质柔性线圈可由细柔性导线、导丝和任何其它柔性传导材料制成。该柔性线圈连接到至少一根线804的至少一端。然而该柔性线圈还可构造成直接连接到电路805或无线的。根据本发明的一实施方式构造波形的轻质小型电路805连接到所述至少一根线的另外的至少一端。当启动时，轻质小型电路805构造波形，该波形被导引到柔性线圈(806)，以产生PEMF信号，该PEMF信号耦合到靶通道结构。

参照图9，示出电磁治疗感应装置的根据本发明的一实施方式，该电磁治疗感应装置结合到治疗床900中形成一体。几个轻质柔性线圈901结合到该床中形成一体。该轻质柔性线圈可由细柔性导线、导丝和任何其它柔性传导材料制成。该柔性线圈连接到至少一根线902的至少一端。然而该柔性线圈还可构造成直接连接到电路903或无线的。根据本发明的一实施方式构造波形的轻质小型电路903连接到所述至少一根线的另外的至少一端。当启动时，轻质小型电路903构造波形，该波形被导引到柔性线圈(901)，以产生PEMF信号，该PEMF信号耦合到靶通道结构。

参照图10，示出电磁治疗感应装置的根据本发明的一实施方式，该电磁治疗感应装置结合到胸衣1000，例如胸罩中形成一体。几个轻质柔性线圈1001结合到该胸罩中形成一体。该轻质柔性线圈可由细柔性导线、导丝和任何其它柔性传导材料制成。该柔性线圈连接到至少一根线1002的至少一端。然而该柔性线圈还可构造成直接连接到电路1003或无线的。根据本发明的一实施方式构造波形的轻质小型电路1003连接到所述至少一根线的另外的至少一端。当启动时，轻质小型电路1003构造波形，该波形被导引到柔性线圈(1001)，以产生PEMF信号，该PEMF信号耦合到靶通道结构。

已描述了一种电磁治疗感应装置和一种使用其的方法的实施方式，应注意，本领域的技术人员根据以上教导可进行更改和变更。因此，应理解，可改变所公开的本发明的具体实施方式，本发明的具体实施方式落在由所附权利要求所限定的本发明的范围和精神内。

Claims (57)

1.一种使用电磁治疗感应装置的方法，包括下面的步骤：

将至少一个感应装置与一治疗设备结合，其中所述治疗设备接近靶通道结构布置；

根据具有至少一个波形参数的一数学模型，构造至少一个波形，所述至少一个波形耦合到所述靶通道结构；

选择所述至少一个波形参数的值，使得所述至少一个波形构造成在所述靶通道结构中的背景活动之上，在所述靶通道结构中可检测出；

从所述所构造的至少一个波形中产生电磁信号；以及

使用所述至少一个感应装置设备，将所述电磁信号耦合到所述靶通道结构，从而提供治疗。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个波形参数包括下面的参数中的至少之一：频率成分参数，其将所述至少一个波形构造成以约0.01Hz和约100MHz间的频率重复；猝发振幅包络参数，其遵守数学定义的振幅函数；猝发宽度参数，其根据数学定义的宽度函数，在每一重复变化；感应的峰电场参数，其根据数学定义的函数，在所述靶通道结构中在约1μV/cm和约100mV/cm间变化；以及感应的峰电磁场参数，其根据数学定义的函数，在所述靶通道结构中在约1μT和约0.1T间变化。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述定义的振幅函数包括1/频率函数、对数函数、混沌函数和指数函数中的至少之一。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述选择至少一个波形参数的值的步骤进一步包括选择所述至少一个波形的值以满足一信噪比模型的步骤。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述选择至少一个波形参数的值的步骤进一步包括选择所述至少一个波形的值以满足一功率信噪比模型的步骤。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述靶通道结构包括分子、细胞、组织和器官中的至少之一。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述治疗设备包括下面的至少之一：解剖支撑器、解剖包裹物、敷料、衣服、床垫、床垫褥、轮椅、治疗椅、治疗床、椅子、床、垫子和体育用品。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述衣服包括衣物、服饰配件、鞋、短袜和工作鞋中的至少之一。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述治疗设备是便携式的。

10.如权利要求7所述的方法，其中所述治疗设备可为一次性的。

11.如权利要求7所述的方法，其中所述治疗设备是可植入的。

12.如权利要求1所述的方法，其进一步包括同时产生所述电磁信号给多个所述至少一个感应装置的步骤。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述电磁信号从相同构造的所述至少一个波形和不同构造的所述至少一个波形中的至少之一产生。

14.如权利要求1所述的方法，其进一步包括顺序产生电磁信号给多个所述至少一个感应装置的步骤。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述电磁信号从相同构造的所述至少一个波形和不同构造的所述至少一个波形中的至少之一产生。

16.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将电磁信号多路传输给多个所述至少一个感应装置的步骤。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述电磁信号从相同的至少一个所述所构造的波形和不同的至少一个所述所构造的波形中的至少之一产生。

18.如权利要求1所述的方法，其进一步包括下面的步骤：标准医疗与非标准医疗中的至少之一与所述电磁治疗感应装置结合使用。

19.如权利要求1所述的方法，其进一步包括下面的步骤：标准物理治疗法与非标准物理治疗法中的至少之一与所述电磁治疗感应装置结合使用。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述标准物理治疗法包括超声、负压、正压、热、冷、按摩、锻炼和针灸中的至少之一。

21.如权利要求1所述的方法，其进一步包括下面的步骤：使用所述电磁治疗感应装置调节活细胞的生长因子、细胞因子和调节物质的产生和利用。

22.如权利要求1所述的方法，其进一步包括下面的步骤：使用所述电磁治疗感应装置调节组织生长和修复。

23.如权利要求1所述的方法，其进一步包括下面的步骤：使用所述电磁治疗感应装置减轻肌与骨和神经起端的慢性和急性疼痛。

24.如权利要求1所述的方法，其进一步包括下面的步骤：使用所述电磁治疗感应装置减轻水肿。

25.如权利要求1所述的方法，其进一步包括下面的步骤：使用所述电磁治疗感应装置治疗糖尿病和压迫性溃疡，其中所述溃疡是慢性的。

26.如权利要求1所述的方法，其进一步包括下面的步骤：使用所述电磁治疗感应装置用于增加血流和微脉管血液灌注的至少之一。

27.如权利要求1所述的方法，其进一步包括下面的步骤：使用所述电磁治疗感应装置用于新血管形成和血管生成的至少之一。

28.如权利要求1所述的方法，其进一步包括下面的步骤：使用所述电磁治疗感应装置增加对恶性和良性疾病的免疫反应。

29.如权利要求1所述的方法，其进一步包括下面的步骤：使用所述电磁治疗感应装置增加渗出。

30.一种用于植物、动物和人的电磁治疗感应装置，包括：

至少一个电磁导体，其构造成用于自至少一个所构造的波形产生至少一个电磁信号；

至少一个治疗设备，其用于使所述至少一个电磁导体接近靶通道结构布置；以及

至少一个耦合装置，其用于接收用于所述至少一个电磁信号产生的至少一个所构造的波形。

31.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其中所述至少一个电磁导体构造成自至少一个波形产生至少一个电磁信号，所述至少一个波形构造成满足一信噪比模型。

32.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其中所述至少一个电磁导体构造成自至少一个波形产生至少一个电磁信号，所述至少一个波形构造成满足一功率信噪比模型。

33.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其中所述至少一个电磁导体构造成自至少一个波形产生至少一个电磁信号，使用包括至少一个波形参数的一数学模型构造所述至少一个波形，其中所述至少一个波形参数包括下面的参数中的至少之一：频率成分参数，其根据一数学函数，将所述至少一个波形构造成以约0.01Hz和约100MHz间的频率重复；猝发振幅包络参数，其遵守数学定义的一振幅函数；猝发宽度参数，其根据数学定义的一宽度函数，在每一重复变化；感应的峰电场参数，其根据数学定义的一函数，在所述靶通道结构中在约1μV/cm和约100mV/cm间变化；以及感应的峰电磁场参数，其根据数学定义的一函数，在所述靶通道结构中在约1μT和约0.1T间变化。

34.如权利要求33所述的电磁治疗感应装置，其中所述定义的振幅函数包括1/频率函数、对数函数、混沌函数和指数函数中的至少之一。

35.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其中所述至少一个电磁导体包括一线圈。

36.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，进一步包括多个电磁导体，其构造成用于自至少一个所构造的波形同时产生至少一个电磁信号。

37.如权利要求36所述的电磁治疗感应装置，其中所述至少一个所构造的波形包括相同的所述至少一个所构造的波形和不同的所述至少一个所构造的波形中的至少之一。

38.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，进一步包括多个电磁导体，其构造成用于自至少一个所构造的波形顺序产生至少一个电磁信号。

39.如权利要求38所述的电磁治疗感应装置，其中所述至少一个所构造的波形包括相同的所述至少一个所构造的波形和不同的所述至少一个所构造的波形中的至少之一。

40.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，进一步包括多个电磁导体，其构造成用于多路传输自至少一个所构造的波形的至少一个电磁信号。

41.如权利要求40所述的电磁治疗感应装置，其中所述至少一个所构造的波形包括相同的所述至少一个所构造的波形和不同的所述至少一个所构造的波形中的至少之一。

42.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其中所述至少一个治疗设备包括下面的至少之一：解剖支撑器、解剖包裹物、衣服、床垫、床垫褥、轮椅、治疗椅、治疗床和体育用品。

43.如权利要求41所述的电磁治疗感应装置，其中所述衣服包括衣物、服饰配件和工作鞋中的至少之一。

44.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其中所述至少一个治疗设备是便携式的。

45.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其中所述至少一个治疗设备可为一次性的。

46.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其中所述至少一个治疗设备是可植入的。

47.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其适应地构造成标准医学治疗与非标准医学治疗中的至少之一与所述电磁治疗感应装置结合使用。

48.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其适应地构造成标准物理治疗法与非标准物理治疗法中的至少之一与所述电磁治疗感应装置结合使用。

49.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其适应地构造成用于调节活细胞的生长因子、细胞因子和调节物质的产生和利用。

50.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其适应地构造成用于调节组织生长和修复。

51.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其适应地构造成用于减轻肌与骨和神经起端的慢性和急性疼痛。

52.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其适应地构造成用于减轻水肿。

53.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其适应地构造成用于治疗糖尿病和压迫性溃疡，其中所述溃疡是慢性的。

54.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其适应地构造成用于增加血流和微脉管血液灌注的至少之一。

55.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其适应地构造成用于新血管形成和血管生成的至少之一的治疗。

56.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其适应地构造成用于增加对恶性和良性疾病的免疫反应。

57.如权利要求30所述的电磁治疗感应装置，其适应地构造成用于增加渗出。

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