CN1901967B

CN1901967B - 电磁治疗装置

Info

Publication number: CN1901967B
Application number: CN2004800403100A
Authority: CN
Inventors: 亚瑟·皮拉
Original assignee: IVIVI TECHNOLOGIES Inc
Current assignee: IVIVI TECHNOLOGIES Inc; Meng Tver Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2004-12-04
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2024-12-04
Also published as: CN1901967A; ZA200605544B

Abstract

一种用于植物、动物和人类的电磁治疗装置及方法，其包括：根据具有至少一波形参数的数学模型设置至少一波形，所述至少一波形耦合到靶通路结构101；选择所述至少一波形参数的值，以使所述至少一个波形设置为在所述靶通路结构中是可检测的，高于所述靶通路结构本底活性(background activity)102；从所述设置的至少一波形中产生电磁信号103；并使用耦合设备将所述电磁信号耦合到所述靶通路结构104。

Description

电磁治疗装置

技术领域

本发明大体关于用于植物、动物、人的组织、器官、细胞和分子的体内和体外治疗以及预防治疗的装置和方法。具体的，根据本发明的一个实施方案涉及非热量的时变的磁场的用途，其设置为最优的耦合到诸如分子、细胞、组织以及器官等靶通路结构，使用功率和振幅的比较分析计算靶通路结构中的信号对热噪音的比率(“SNR”)。根据本发明的另一个实施方案涉及任意波形的电磁信号波群应用到诸如分子、细胞、组织和器官等的靶通路结构，其使用极轻质的诸如感应器和电极等便携式耦合设备，以及可以结合到定位装置中的驱动电路，所述定位装置诸如膝部、肘部、腰部、肩部、足部和其它解剖包带，以及衣服，诸如服装、鞋和流行装饰。

根据本发明的另一实施方案涉及任意波形的电磁信号的稳定态的周期信号应用到诸如分子、细胞、组织和器官等的靶通路结构。本发明的治疗和预防的应用的例子是肌骨骼疼痛的缓解、水肿减少、增加局部血流量、微脉管血液灌注、损伤修复、骨骼修复、骨质疏松症的治疗和预防、血管生成、血管再生、免疫反应增强、组织修复、渗出增强、和药理学试剂有效性的增强。根据本发明的一实施方案还可以用于与其它治疗和预防程序和疗法结合，诸如加热、冷却、超声波、真空辅助的创伤闭合、创伤包扎、整形外科固定设备、以及外科介入。

背景技术

现在已经广泛建立了弱的非热量的电磁场(“EMF”)，其可以导致生理学的有意义的体内和体外的生物效应。时变电磁场，其包括诸如脉冲电磁场(“PEMF”)等矩形波形、和诸如从几赫兹到大约15到大约40MHz的范围内的脉冲无线频率场(“PRF”)等正弦波形，其当作为各种肌骨骼损伤和病情的附加治疗时是临床有益的。

在60年代初，现代治疗和预防设备的发展为与骨折不愈合或延迟愈合关联的临床问题所激励。早期的工作显示电通路可以是一种装置，通过其骨骼对机械输入适应性反应。早期治疗设备使用植入和半侵入电极对骨折位点传递直流电(”DC”)。使用电和电磁场的非侵入技术随后的得到发展。这些疗法起初被制造为提供在细胞/组织水平感应电子/机械波形的非侵入的“无接触”装置。这些技术在整形外科的临床应用导致通过世界范围的用于治疗骨折的调节体的改善的应用，所述骨折诸如不愈合的和新鲜骨折，以及脊骨融合。近代几种EMF设备组成了用于难于治愈骨折的治疗的整形外科的的临床治疗实践的标准医疗设备。这些设备的成功率已经非常高。这种指征的数据资料足够大以使其能够推荐用于安全的、非外科的、非侵入的对第一骨骼移植的选择。已经报道了在用于治疗无血管坏疽、腱炎、骨关节炎、损伤修复、由关节炎引起的血液循环和疼痛，以及其它肌骨骼的损伤的双盲试验中用于这些技术的另外的临床指征。

已经有细胞研究致力于弱低频电磁场在信号转换通路和生长因子合成的效果。可以显示出在短的类似触发期之后，EMF刺激生长因子的分泌。在细胞膜的离子/配体束缚(ion/ligand binding)过程通常认为是初始EMF靶通路结构。例如骨骼修复的临床相关的治疗是生长因子的产生的诸如调节等的上调，其作为骨骼修复的正常分子调节的一部分。细胞水平的研究已经表明在钙离子转运、细胞增殖、胰岛素生长因子(“IGF-II”)的释放、以及成骨细胞的IGF-II受体表达上的作用。在胰岛素细胞受体-I(“IGF-I”)和IGF-II上的作用已经在鼠骨折的骨痂中得到证明。PEMF对转运生长因子-β(“TGF-β”)的信使RNA(“mRNA”)的刺激在鼠的骨骼诱导模型中已经表现出来。研究表明TGF-βmRNA通过人造骨细胞状细胞线的指定MG-63的PEMF而上调，其中在TGF-β1、胶原质和骨钙素合成中有增长。PEMF刺激来自人不愈合组织中增殖和萎缩细胞的TGF-β1增长。进一步的研究显示出在TGF-βmRNA和蛋白质二者在造骨细胞培养中的增长，其源自EMF在钙/钙调节蛋白依赖的通路上的直接影响。软骨细胞研究已经显示出来自EMF的TGF-βmRNA和蛋白质合成的类似的增长，其表明对关节修复的治疗应用。Ryaby的美国专利号US 4,315,503(1982)和Pilla的美国专利号US 5,723,001(1998)代表了在这个领域进行的研究。

但是，这个领域的现有技术中对靶通路结构应用了不必要的高的振幅和功率，其需要不必要的长的治疗时间，而且是不方便的。

因此，存在对一种更有效调节生物化学过程的设备和方法的需要，所述过程调节组织生长和修复、缩短治疗时间，并且其结合小型化电路和诸如耦合设备等轻量涂抹器，因此，允许设备是便携的且如果需要的话是一次性(disposable)的。存在对一种更有效调节生物化学过程的设备和方法的进一步需要，所述过程调节组织生长和修复、缩短治疗时间，并且其结合小型化电路和诸如耦合设备等轻量涂抹器，所述耦合设备可以设置为可植入的。

发明描述

用于治疗和预防目的对人、动物和植物的诸如分子、细胞、组织和器官等的靶通路结构传递电磁信号的装置和方法。根据本发明的一个优选的实施方案使用功率信号噪声比(“功率SNR”)方法设置生物效应波形并结合小型化电路和轻质柔韧的线圈。这样有益的允许使用了功率SNR法、小型化电路、和轻质柔韧线圈的设备将是完全便携的，并且如果需要将构造为一次性的，以及如果进一步需要将构造为可植入的。

具体的，设置为达到在生物靶的带通之内的最大信号功率的电磁波形的宽谱密度短脉冲群被选择性地应用于诸如活体器官、组织、细胞和分子等的靶通路结构。使用与靶通路结构中的热噪声的唯一振幅/功率比较而选择波形。信号包括至少一种正弦的、矩形的、混沌的、和随机波形的短脉冲群，其具有的频率含量的范围在每秒大约1到大约100,000波形的大约0.01Hz到大约100MHz，并具有从大约0.01到大约1000短脉冲群/秒的短脉冲群重复率。在诸如组织等的靶通路结构中的信号振幅的峰值在于大约1μV/cm到大约100mV/cm的范围。各信号短脉冲群包络可以是提供了适应治愈组织的不同电磁特征的方法的随机函数。根据本发明的优选的实施方案包括20毫秒脉冲短脉冲群，其包括大约5到大约20微秒的对称或不对称的脉冲，其在短脉冲群内于大约1到大约100千赫重复。所述的短脉冲群包络是修正的1/f函数并且可以在随机重复频率应用。所得到的波形可以通过电感耦合或电容耦合来传递。

本发明的一个目的为通过数学模拟通过使用信号噪声比(“SNR”)分析设置波形的功率光谱以设置最优化的生物效应波形，然后将所设置的波形使用诸如极度轻质导线线圈等的耦合设备耦合到靶通路结构，这是通过诸如小型化电子电路的波形设置装置而供能的。

本发明的另一个目的是对诸如植物、动物和人的分子、细胞、组织和器官等任何靶通路结构计算功率SNR，其用任何输入波形，甚至是在Hodgkin-Huxley膜模型中是非线性的电当量(electrical equivalents)。

本发明的另一目的是提供使用电磁场治疗植物、动物和人的方法和装置，其通过最优化应用到所选择的生化靶通路结构的波形的功率光谱以选择所述电磁场，所述靶通路结构诸如植物、动物和人的分子、细胞、组织和器官。

本发明的另一目的是采用显著的较低峰值振幅和较短脉冲持续时间。这样可以由通过功率SNR，信号频率范围与靶通道的频率响应和敏感性相匹配而实现的，所述靶通路结构诸如植物、动物和人的分子、细胞、组织和器官。

本发明的以上所述以及其它目的和优点将从后文所述的附图简要说明、发明详述以及一起附带的权利要求而将变得清楚。

附图简述

参考所述附图，本发明的优选实施方案将在下文更加详细的描述：

图1是根据本发明实施方案的用于植物、动物、和人的诸如组织、器官、细胞和分子等靶通路结构的电磁治疗方法的流程图；

图2是根据本发明优选实施方案的用于膝关节的控制电路和电线圈的视图：

图3是根据本发明优选实施方案的小型化电路的方框图；

图4A是跟据本发明优选实施方案的诸如感应器等导线线圈的线图；

图4B是根据本发明优选实施方案的柔韧性磁导线的线图；

图5描述了根据本发明优选实施方案的传递到诸如分子、细胞、组织或器官等靶通路结构的波形。

图6是根据本发明优选实施方案的诸如腕部支承等定位装置的视图；

图7是图示根据本发明实施方案的对于设置的PMRF信号的最大增长的肌球蛋白磷酸化作用的图表。

图8是图示了根据本发明实施方案设置的在60Hz信号和PEMF信号之间功率消耗比较的图表。

本发明的实施方式

从PEMF或PRF设备的感应时变电流流入诸如分子、细胞、组织和器官等靶通路结构中，且对组织和细胞是刺激物的这些电流可以以生理学有意义的方式反应。靶通路结构的电特性影响感应电流的水平和分布。分子、细胞、组织、和器官都是在诸如间隙连接接触的细胞等感应电流通路中。在可存于膜表面上的大分子上的连接位点的离子或配体的交互作用是电压依赖的过程，也就是可以对感应电磁场(“E”)产生反应的电化学的过程。感应电流通过周围的离子媒介到达这些位点。细胞在电流通路中的出现引起了感应电流(“J”)更加快速的根据时间(“J(t)”)衰减。这是由于增加的从膜电容的细胞电阻抗、和束缚的时间常数、以及其它诸如膜传递等电压敏感的膜过程。

已经得到代表不同膜和带电界面结构的等效电路模型。例如，在钙(“Ca²⁺”)束缚中，由于感应E的在束缚位点的束缚Ca²⁺的电荷浓度的变化可以描述为由阻抗表达的频率域，诸如：

Z_{b} (ω) = R_{ion} + \frac{1}{iω C_{ion}}

其具有串联的电阻-电容等效电路的形式。其中ω是由2πf定义的角频率，其中f是频率，i＝-1^1/2，Z_b(ω)是束缚阻抗，且R_ion和C_ion是离子束缚通路的等效束缚电阻和电容。等效束缚时间常数的值τ_ion＝R_ionC_ion，通过τ_ion＝R_ionC_ion＝1/K_b与离子束缚率常数，K_b，相关。因此，这种通路的特征时间常数取决于离子束缚动力学。

来自PEMF或PRF信号的感应E可以使电流流入离子束缚通路中并影响每时间单位束缚Ca²⁺离子的数量。这样的电当量是穿过等效束缚电容C_ion的电压变化，其是由C_ion储存的电荷的变化的直接测量。电荷直接与在束缚位点的Ca²⁺离子的表面浓度成比例，这是电量的储存等同于在细胞表面或节点的离子或其它带电种类的储存。电阻抗测量，以及束缚率常数的直接动力学分析，提供了用于设置PMF波形以匹配靶通路结构的带通所必要的时间常数的值。这样便于所需的频率范围用于任何给定的感应E波形，用于优化对诸如带通等靶阻抗的耦合。

对调节分子的离子束缚是经常的EMF靶，例如Ca²⁺离子对钙调蛋白(“CaM”)的束缚。这种通路的使用是基于损伤修复的加速，例如骨骼修复，其包括在修复的不同阶段中释放生长因子的调节。生长因子，诸如源自血小板的生长因子(“PDGF”)、成纤维细胞生长因子(“FGF”)、以及表皮生长因子(“EGF”)等的生长因子全都包括在治愈的适合的阶段。血管生成对损伤修复也是必需的并通过PMF调节。所有这些因子都是Ca/CaM依赖的。

使用Ca/CaM的通路，波形可以设置为足以高于本底(background)热噪音功率的感应功率。在正确的生理学情况下，这种波形可以具有生理学的显著的生物效应。

功率SNR模型对Ca/CaM的应用需要于CaM的Ca²⁺束缚动力学电的电当量的知识。在第一级的束缚动力学中，在CaM束缚位点的Ca²⁺束缚浓度的变化与时间的关系可以通过等效束缚时间常识以频率域描述特征，τ_ion＝R_ionC_ion，其中R_ion和C_ion是离子束缚通路的等效束缚电阻和电容。τ_ion 通过τ_ion＝R_ionC_ion＝1/K_b，与离子束缚率常数，K_b，相关。而K_b的公开的值可以用于细胞阵列模型以通过比较在CaM束缚位点对电压的热波动与 PRF信号感应的电压来求解SNR。采用PMF反应的数值，诸如V_max＝6.5×10^-7sec^-1，[Ca²⁺]＝2.5μM，K_D＝30μM，[Ca²⁺CaM]＝K_D([Ca²⁺]+[CaM])，得K_b＝665sec^-1(τ_ion＝1.5msec)。这样的τ_ion的值可用于离子束缚的等效电路，同时功率SNR分析可对任何波形结构执行。

根据本发明的实施方案，数学模型可以设置为同化出现于所有电压依赖过程的热噪音并代表建立适当SNR的需要的最小临界点。热噪音的功率光谱密度S_n(ω)可以表示为：

S_n(ω)＝4kT Re[Z_M(x，ω)]

其中Z_M(x，ω)是靶通路结构的电阻抗，x是靶通路结构的尺寸，且Re表示靶通路结构阻抗的实部。Z_M(X，ω)可以表示为：

Z_{M} (x, ω) = [\frac{R_{e} + R_{i} + R_{g}}{γ}] \tanh (γx)

这个方程式清楚的表现出靶通路结构的电阻抗，以及来自细胞外的流体电阻(“Re”)、细胞内流体电阻(“Ri”)、以及膜间电阻(“Rg”)的影响，它们电连接到靶通路结构，并全部供以噪音过虑。

计算SNR的通常的方法使用均方根(RMS)噪音电压的单一值。这是通过采用Sn(ω)＝4kT Re[Z_M(x，ω)]与或关于完全膜反应，或关于靶通路结构带宽的所有频率相关的积分的平方根而计算。SNR可以通过比例表示：

SNR = \frac{| V_{M} (ω) |}{RMS}

其中，当通过所选波形传递到靶通路结构的时候，|V_M(ω)|是各频率的电压的最大振幅。

参考图1，其中图1是以治疗和预防的目的，对诸如植物、动物、和人的分子、细胞、组织和器官等靶通路结构传递电磁信号的方法的根据本发明的实施方案的流程图。具有至少一个波形参数的数学模型应用于设置用以耦合到诸如分子、细胞、组织、和器官等靶通路结构的至少一个波形(步骤101)。设置的波形满足SNR或功率SNR模型，如此对于给定并且已知的靶通路结构，可以选择至少一个波形参数，使得波形在靶通路结构中是可检测的，高于其本底活性(background activity)(步骤102)，所述本底活性诸如在依赖于细胞和组织状态的靶通路结构的电压和电阻抗的基线热波动，所述状态是否是静止、成长、取代、和对损伤的反应的至少一种。产生电磁信号的优选实施方案包括具有至少一个波形参数的任意波形的短脉冲群，所述波形参数包括多个频率部分，其范围从大约0.01Hz到大约100Hz，其中所述多个频率部分满足功率SNR模型(步骤102)。重复的电磁信号可以例如感应地或电容性地产生自所述设置的至少一个波形(步骤103)。电磁信号耦合到诸如分子、细胞、组织、和器官等靶通路结构，其通过放置于紧靠所述靶通路结构的位置(步骤104)的诸如电极或感应器等耦合设备的输出。此耦合强化了对以生理学的有意义的方式起反应的细胞和组织的刺激。

图2图解了根据本发明的装置的优选实施方案。微型控制电路201耦合到诸如导线等至少一个连接器202的端部。至少一个连接器的相反的端部连接到耦合设备，诸如一对电线圈203。此微型控制电路201以采用用于设置波形的数学模型的方式构建。所设置的波形必须满足SNR或功率SNR模型，如此对于给定或已知的靶通路结构，可以选择满足SNR或功率SNR的波形参数，使得在靶通路结构中波形是可检测的，高于其本底活性。根据本发明的一个优选实施方案应用数学模型以感应在诸如分子、细胞、组织、和器官等靶通路结构中的时变磁场和时变电场，其包括大约1到大约100微秒矩形脉冲的大约10到大约100msec的短脉冲群，以每秒大约0.1到大约10脉冲重复。感应电场的峰值振幅在大约1uV/cm和大约100mV/cm之间，其根据修正的1/f函数变化，其中f＝频率。使用根据本发明优选实施方案设置的波形可以应用到诸如分子、细胞、组织、和器官等靶通路结构，用于每日1分钟到240分钟的优选的总曝光时间。但是其它曝光时间也可以使用。通过微型电路201设置的波形通过连接器202导向诸如电线圈等的耦合设备203。耦合设备203传递根据数学模型设置的脉冲磁场，其可以用于对诸如膝关节204等靶通路结构提供治疗。微型控制电路于指定时间应用脉冲磁场用并可以自动重复应用此脉冲磁场，用于在定给时间段内的和所需的一样多的多次应用，例如每天10次。根据本发明优选的实施方案可以通过定位装置来放置以治疗膝关节204。定位装置可以是便携的，诸如解剖支承，并且参考图6于下文进一步的描述。当电线圈用作耦合设备203的时候，所述电线圈可以用根据法拉第定律感应靶通路结构中的时变电场的时变磁场而供以功率。通过耦合设备203产生的电磁信号还可以使用电化学耦合而应用，其中电极与皮肤或其它靶通路结构的外部电传导的界面直接接触。然而在根据本发明的另一实施方案中，通过耦合设备203产生的电磁信号还可以使用静电耦合而应用，其中在诸如电极等的耦合设备203和诸如分子、细胞、组织和器官等靶通路结构之间存在空气缝隙。脉冲磁场耦合到诸如分子、细胞、组织、和器官等靶通路结构，以治疗性和预防性的减少炎症，从而减少疼痛并促进治愈。根据本发明优选的实施方案的优点在于极轻质线圈和小型化电路以便于用于普通物理治疗处理疗法并在所需的缓解疼痛和治疗的任何身体位置。源于根据本发明的优选实施方案的应用的优点在于可以维持或增强生存活的有机体的良好状态。

图3描述了微型控制电路300的根据本发明的优选实施方案的方框图。微型控制电路300产生驱动耦合设备的波形，所述耦合设备诸如以上图2中描述的导线线圈。微型控制电路可以通过诸如开/关切换等任何激活方式而激活。微型控制电路300具有诸如锂电池301等的电源。电源优选的实施方案具有3.3V的输出电压，但是其它电压也可以使用。根据本发明另一实施方案，所述电源可以是诸如电流插座的外部电源，所述电流插座诸如AC/AD插座，其例如通过插头或导线连接到本发明。转换电源302控制对微控制器303的电压。微控制器303的优选实施方案使用8比特4MHz微控制器303，但是其它比特MHz组合的控制器也可以使用。转换电源302还对储存电容器304传递电流。本发明的优选实施方案使用具有220uF输出的储存电容器，但是其它输出也可以使用。储存电容304允许高频脉冲被传输到诸如感应器(未示出)等耦合设备。微控制器303还控制脉冲形成器305和脉冲相位时间控制306。脉冲形成器305和脉冲相位定时控制306确定脉冲形、短脉冲群宽、短脉冲群包络形、以及短脉冲群重复率。整体的波形发生器，诸如正弦波，或任意数字发生器也可以结合以提供特定波形。电压水平的转换子电路308控制传递到靶通路结构的感应场。转换的Hexfet308允许随机化振幅的脉冲传递到输出309，其对诸如感应器等至少一个耦合设备发送波形。微控制器303还可以控制诸如分子、细胞、组织、和器官等靶通路结构的单独治疗的总的曝光时间。微型控制电路300可以设置为于指定时间应用脉冲磁场用并自动重复应用此脉冲磁场，其用于在定给时间段内的与所需的一样多的多次应用，例如每天10次。根据本发明的优选实施方案所使用的治疗时间为大约10分钟到大约30分钟。

参考图4A和4B，示出根据本发明优选实施方案的耦合设备400，诸如感应器。耦合设备400可以是缠绕着多股柔韧性磁导线402的电线圈401和。多股柔韧性磁导线402使电线圈401能够符合特定的解剖学结构，诸如人或动物的肢体和关节。电线圈401的优选实施方案包括大约10到大约50匝的大约0.01mm到大约0.1mm直径的多股磁导线，其以最初环形形式缠绕，其具有在大约2.5cm和大约50cm之间的外部直径，但是其它数量的匝数和导线直径也可以使用。电线圈401的优选实施方案可以用非毒性的PVC模具403封装，但是其它非毒性的模具也可以使用。

参考图5，图示了根据本发明的实施方案的波形500。脉冲501在具有有限持续时间503的短脉冲群502内重复。持续时间503使得可以定义为短脉冲群持续时间对信号周期的比率的工作循环(duty cycle)在大约1到大约10^-5之间。根据本发明的优选实施方案使用了矩形10微秒伪脉冲，用于将脉冲501用于大约10到大约50msec短脉冲群502，并具有修正的1/f振幅包络504和带有对应于大约0.1和大约10秒之间的短脉冲群期间的有限持续时间503。

图6图示了根据本发明优选实施方案的诸如腕部支承等的定位装置。诸如腕部支承601等的定位装置600佩戴于人的腕部602上。此定位装置可以设置为便携的、可以设置为一次性的、并可以设置为可植入的。此定位装置可以与本发明以多种方式联合使用，例如通过将本发明缝合、固定在定位装置上(例如通过Velcor

)而例如将本发明结合到定位装置中，以及通过将定位装置构建为弹性的而将本发明固定位置。根据本发明另一实施方案，本发明可以构建为带有或不带有定位装置的任何大小的独立的装置，以用于任何地方，例如在家庭、门诊部、治疗中心、以及户外。腕部支承601可以由任何解剖学的或支承材料制作，诸如氯丁(二烯)橡胶。线圈603整合于腕部支承601中，如此根据本发明设置的信号，例如图5中描述的波形，用于从腕部顶部的背侧部分到腕部底部的底侧部分。微电路604使用诸如Velcor等(未示出)紧固装置而连接到腕部支承601的外部。微电路连接到诸如柔韧性导线605等的至少一个连接装置的一端部，至少一个连接装置的另一端部连接到线圈603。根据本发明的其它实施方案的定位装置包括膝部、肘部、腰部、肩膀、其它解剖包带、以及诸如衣服、流行装饰和鞋等服装。

实施例1

用于PMF信号结构的功率SNR方法已经在钙依赖的肌球蛋白磷酸化中于标准酶试验中以实验方法测试。为在几分钟的时间内是线性的磷酸化比率以及低饱和Ca²⁺浓度选择游离细胞反应混合物，。这打开了对于EMF-敏感的Ca²⁺/CaM的生物学窗口。如果Ca²⁺相对于CaM是在饱和水平，这个系统对用于这项研究的水平的PMF是无响应的，且反应不会慢至分钟的时间范围。使用从火鸡鸡胗中分离的肌球蛋白轻链激酶(“MLCK”)和肌球蛋白的轻链(“MLC”)进行试验。反应混合物由母液组成，其包含40mM Hepes缓冲液，pH 7.0；0.5mM乙酸镁；1mg/ml牛血清蛋白，0.1％(w/v)吐温(Tween)80；以及1mM的EGTA12。游离Ca²⁺在1-7gM的范围变化。一旦建立Ca²⁺缓冲，向母液中加入新制备的70nM CaM、160nM MLC和2nM MLCK以形成最终的反应混合物。低MLC/MLCK比率在分钟的时间范围内允许表现为线性时间。这样提供了复制酶活性和最小化的吸管时间误差。

每日新制备反应混合物用于实验的各个系列并以100μL部分等分入1.5ml微量离心管中。所有包含反应混合物的微量离心管保持在0℃进而转移到特定设置的由穿过Fisher Scientific的900型热交换器的预热水的恒定的灌注而保持在37±0.1℃的水浴器。由诸如Cole-Parmer的8110-20型等的热敏探示器监测温度，在所有实验的过程中，其浸入一个微量离心管中。反应以2.5μM的32P ATP起始，并以含有30μM EDTA的LaemmliSample缓冲液结束。在各实验中计入最少五个空白样本。空白包括总实验混合物减去活性成分Ca²⁺、CaM、MLC、MLCK中的一种。空白计算高于300cpm的实验是失败的。允许磷酸化进行5分钟并通过使用TMAnalytic5303型标记V的液体闪烁计数器计算加入MLC的32P而计算。

信号包括高频波形的重复短脉冲群。振幅在0.2G保持恒定并且对所有的曝光的重复率是1短脉冲群/秒。短脉冲群持续时间根据功率SNR分析的估计从65μsec到1000μsec变化，其显示出当短脉冲群持续时间接近500μsec时将获得最优的功率SNR。图7中所示的结果，其中以μsec为单位的短脉冲群宽度701绘制在X轴，和经处理的/假的肌球蛋白磷酸化作用702绘制在Y轴上。可以看出PMF对Ca²⁺束缚CaM的影响接近它的在大约500μsec的最大值，正如功率SNR模型所图示的。

这些结果确认了根据本发明实施方案设置的PMF信号将最大化的增加肌球蛋白磷酸化作用，对于短脉冲群持续时间足以达到对给定磁场振幅的最佳功率SNR。

实施例2

根据本发明的实施方案，功率SNR模型的用途在体内创伤修复模式中进一步的验证。鼠损伤模型已经广泛的以生物力学和生物化学为特征，且其用于本研究中。使用重300余克的健康、年轻的成年雄性SpragueDawley鼠。

动物以腹腔内注射量的75mg/kg的氯胺酮和0.5mg/kg的美托咪定麻醉。在已经到达足够的麻痹之后，刮削背部，以稀释的聚烯吡酮磺/乙醇溶液准备手术，并使用无菌技术覆盖。使用#10手术刀，进行8-cm线形切口通过皮肤向下至各鼠的背部上的筋膜。直接剖开伤口边缘以打断任何残存的皮肤纤维，留下的损伤开口的宽度大约4cm。用施加压力来得以止血以避免对皮肤边缘的任何损害。而皮肤边缘以4-0的Ethilon连续缝合而关闭。手术后，动物接受腹膜内的丁丙诺啡0.1-0.5mg/kg。将它们放于各自的笼中并随意接受食物和水以及饲料。

PMF曝光包括两个脉冲无线频率波形。第一种是标准的临床PRF信号，其包括27.12MHz正弦波在1高斯振幅的65μsec短脉冲群并以600短脉冲群/秒重复。第二种是根据本发明实施方案重新设置的PRF信号。这个信号的短脉冲群持续时间增加到2000μsec，以及振幅和重复率分别减少到0.2G和5短脉冲群/秒。PRF的应用为30分钟，每天两次。

在损伤切除后立即进行张力强度。横切的两个1cm宽的皮肤条与来自各样本的伤痕正交，并用于测量以kg/mm²为单位的张力强度。从各鼠的相同区域切割所述条以确保测量的一致性。而所述条固定于张力计上。以10mm/min使此条负载，且记录在伤口被牵拉分开之前的最大压力。最终用于比较的张力强度取决于得到的来自相同损伤的所述两条的以千克每平方毫米为单位的最大负载平均值。

结果显示，对于曝光组，65μsec、1高斯的PRF信号的平均张力强度是19.3±4.3kg/mm²，相反地对于对照组(p＜.01)，平均张力强度为13.0±3.5kg/mm²，其增加了48％。相比之下，对根据本发明实施方案构建的使用功率SNR模型的2000μsec、0.2高斯的PRF信号的平均张力强度，对于处理组是21.2±5.6 kg/mm²，相反对于对照组平均张力强度是13.7±4.1kg/mm²(p＜.01)，其增长了54％。两种信号的结果彼此之间没有显著不同。

这些结果说明本发明的实施方案允许新PRF信号构建为以非常低的功率产生。根据本发明实施方案构建的PRF信号以低功率的方式在鼠模型中加速伤口修复，相对的临床PRF信号，其加速伤口修复，但是它的产生需要多于两个数量级的更多的功率。

实施例3

在这个实施例中Jurkat细胞(人体T细胞白血病细胞系)与带有细胞周期停滞的T细胞受体的PMF刺激作用反应，并因此而表现为类似于通过诸如抗CD3等T细胞抗原刺激的正常T淋巴细胞。例如在骨骼治愈中，结果显示60Hz和PEMF场二者减少Jurkat细胞的DNA合成，由于在共刺激信号不存在的情况下PMF与T细胞受体相互作用其是预期的。这与抗炎症反应相一致，正如已经在PMF刺激的临床应用中观察到的。PEMF信号是更加有效的。根据本发明的实施方案进行的计量测定分析表明为什么两种信号都是有效的以及为什么PEMF信号对于大多数EMF敏感的生长阶段的Jurkat细胞比60Hz信号更加有效。

来自两种使用的信号的计量测定的比较包括为功率SNR的热噪音电压的能谱与EMF敏感靶通路结构的感应电压的能谱的比率的计算。使用的靶通路结构是在Jurkat细胞上的受体位点的离子束缚，所述细胞悬浮于2mm培养基。来自包括200μsec脉冲的5msec短脉冲群、于15/sec重复的PEMF信号的在束缚位点的平均电场峰值是1mV/cm，然而对于60Hz信号的所述值为50μV/cm。

图8是结果的图表，其中以Hz为单位的感应场频率801绘制在X轴上，及功率SNR 802绘制在Y轴上。图8图示了两种具有充足能谱的信号，所述能谱是功率SNR≈1，其在束缚动力学的频率范围内可被检测。但是，PEMF信号的最大功率SNR显著高于60Hz信号的最大功率SNR。这是由于PEMF信号有许多频率部分落入束缚通路的带通内。60Hz信号的单频率部分存在于靶通路的带通的中点。用于本实施例的功率SNR的计算依赖于从离子束缚比率常数得到的τ_ion。如果使这种计算事先进行，将得出结论，即两种信号满足基本的检测能力要求，并可以在用于这些细胞中的DNA合成的级联调节的开始调节EMF敏感的离子束缚通路。之前的实施例解释了使用Ca/CaM结合的比率常数可以导致生物效应的EMF信号在多种系统中成功的推测。

已经描述了用于对人、动物和植物的分子、细胞、组织和器官传递电磁治疗的方法和装置，应当注意的是可以通过本领域技术人员以上述教导的思路做出修改和改变。因此应当理解的是可在本发明公开的特定实施方案中所做的改变，其落入由所附权利要求所定义的本发明的范围和主旨之内。

Claims

1.一种用于给人、动物、和植物的靶通路结构传送电磁信号的装置，所述装置用于发送信号，所述装置包括：

微型控制电路，所述微型控制电路用于设置为达到在生物靶的带通之内的最大信号功率的电磁波形的宽谱密度波群，其中所述电磁波形的宽谱密度波群被选择性地应用于靶通路结构；

耦合设备，其通过至少一个连接器连接到所述控制电路，用于从所述电磁波形产生信号并用于将所述信号耦合到所述靶通路结构，其中，所述信号包括正弦的、矩形的、混沌的和随机波形中的至少一种的短脉冲群，具有的频率含量的范围在每秒1到100,000波形的0.01Hz到100MHz，并具有从0.01到1000短脉冲群/秒的短脉冲群重复率，其中，该波形适于具有关于给定靶通路结构的信噪比SNR，以调制在所述靶通路结构中的离子或配体的交互作用。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述信号包括1到100微秒矩形脉冲的0.065到100msec短脉冲群，以每秒0.1到10脉冲重复。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置设置用于提供发送的信号，该信号具有在靶通路结构处的1μV/cm到100mV/cm的范围的峰值信号振幅。

4.如权利要求1所述的装置，其中，各信号短脉冲群包络是用于提供适应治愈组织的不同电磁特征的构件的随机函数。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置设置用于发射20毫秒脉冲短脉冲群，该脉冲短脉冲群包括0.1到20微秒的对称或不对称的脉冲，其在短脉冲群内以1到100千赫重复。

6.如权利要求1所述的装置，其中，所得到的波形可通过电感耦合或电容耦合来传送。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述传送包括应用信号到分子、细胞、组织或者器官等的总曝光时间长至每天240分钟。

8.如权利要求1所述的装置，其中，所述传送包括每天应用信号10次。

9.如权利要求1所述的装置，其中，所述SNR足够增加离子束缚。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述离子束缚是钙离子束缚。

11.如权利要求9所述的装置，其中，所述离子束缚是钙离子到钙调蛋白的束缚。

12.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置是便携的、一次性的和/或者可植入的。

13.如权利要求1所述的装置，其中，所述SNR是功率SNR。

14.如权利要求9所述的装置，其中，所述SNR是功率SNR。

15.一种用于给人、动物和植物的靶通路结构传送电磁信号的装置，其包括：

波形设置装置，其用于根据具有能够选择的至少一个波形参数的数学模型而设置至少一个波形以耦合到靶通路结构，其中所述至少一个波形参数的值被选择以满足信噪比模型和功率信噪比模型中的至少一个，

使得所述至少一波形设置为在所述靶通路结构中是可检测的，高于所述靶通路结构本底活性；以及

耦合设备，其通过至少一个连接装置连接到所述波形设置装置，用于从所设置的至少一个波形产生电磁信号并用于将所述电磁信号耦合到所述靶通路结构，从而调制离子或配体的交互作用。

16.如权利要求15所述的装置，其中，所述靶通路结构包括分子、细胞、组织和器官中的至少之一。

17.如权利要求15所述的装置，其中，所述至少一个波形参数包括下述至少之一：将所述至少一个波形设置为在0.01Hz和100MHz之间的频率部分参数、遵循任意振幅函数的短脉冲群振幅包络参数、遵循定义的振幅函数的短脉冲群振幅包络参数、在每一重复根据任意宽度函数而变化的短脉冲群宽度参数、在每一重复根据定义的宽度函数而变化的短脉冲群宽度参数、在所述靶通路结构中在1μV/cm和100mV/cm之间变化的峰值感应电场参数、以及在所述靶通路结构中在1μT和0.1T之间变化的峰值感应磁电场参数。

18.如权利要求17所述的装置，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。

19.如权利要求15所述的装置，其中，所述耦合设备包括感应发生耦合设备。

20.如权利要求15所述的装置，其中，所述耦合设备包括电容发生耦合设备。

21.如权利要求15所述的装置，其中，所述耦合设备包括感应器。

22.如权利要求15所述的装置，其中，所述耦合设备包括电极。

23.如权利要求15所述的装置，还包括定位装置，其定位所述装置以给所述人、动物和植物传送电磁信号。

24.如权利要求23所述的装置，其中，所述定位装置是解剖支承、解剖包带和衣服中的至少之一。

25.如权利要求24所述的装置，其中，所述衣服包括服装、流行装饰和鞋中的至少之一。

26.如权利要求15所述的装置，其中，所述波形设置装置、连接装置和耦合设备中的至少之一是便携的。

27.如权利要求15所述的装置，其中，所述波形设置装置、连接装置和耦合设备中的至少之一是一次性的。

28.如权利要求15所述的装置，其中所述波形设置装置、连接装置和耦合设备中的至少之一是可植入的。