CS205096B2 - Device for cultivating the live cells and tissues - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení pro ošetřování živých buněk a tkání, zejména kostních buněk a tkání, nechirurgickou cestou.

V poslední době bylo provedeno mnoho pokusů, jejichž úkolem bylo zjištění odezvy živých tkání na elektrické signály.

Byly provedeny pokusy s použitím stejnosměrného proudu, střídavého proudu a impulsních signálů jedné i obojí polarity. Byly zkoumány chirurgické způsoby s použitím implantovaných elektrod a nechíurgická technika používající elektrostatických a elektromagnetických polí. Mnoho z těchto dříve provedených prací je popsáno v Annuals of The New York Academy of Sciences, Vol. 233, 11. X. 1974 pod názvem „Mechanismus elektrického ovlivňování růstu v živých systémech“ (A. R. Liboff a R. A. Rlnaldi). Je též možno uvést článek autorů C. Andrew L. Bassett, Robert J. Pawluk a Arthur A. Pila o názvu „Zlepšení obnovy kostní tkáně indukčně vázanými elektromagnetickými poli“, který byl 3. V. 1974 zveřejněn v Science, Vol. 184, str. 575 až 577. V minulosti bylo provedeno mnoho pokusů zjistit odezvu živých tkání a/nebo buněk na elektrické signály, avšak klinické výsledky s použitím dosud známých technik nebyly výsledky jednoznačně úspěšné ani nebyly všeobecně přijaty klinickou pra2 xí. Tato skutečnost má několik příčin. Nebylo známo, že k dosažení příznivého terapeutického účinku na tkáně a/nebo buňky je třeba v jednotlivých specifických případech použít elektrických signálů s velmi specifickým obsahem informací. Ve většině z dosud známých technik se mimoto používá implantovaných elektrod, které jsou v důsledku nevyhnutelných elektrolytických efektů často více škodlivé, než aby vyvolávaly na ošetřovaném místě léčebný účinek. Buňky a/nebo tkáně . jsou mimoto vystaveny značně nerovnoměrnému rozložení proudu a napětí, čímž se snižuje schopnost buněk k odezvě na použitý signál. Toto značně nerovnoměrné rozložení proudu a napětí se projevuje i v případě kapacitně přiváděných signálů.

Účelem vynálezu je .konstrukce zařízení, které- je schopno generovat elektrické signály o vhodném časovém průběhu a amplitudě a zavádět tyto signály do ošetřovaných buněk a tkání nechirurgickým způsobem tak, aby bylo zajištěno rovnoměrné a . definované rozložení napětí v ošetřovaném místě, což při přibližně rovnoměrném rozložení elektrického měrného- odporu ošetřovaných buněk a tkání zajišťuje i přibližně .rovnoměrné rozložení proudu v těchto buňkách a tkáních. Účelem vynálezu je dále vylou205096 čit nepříznivé účinky elektrolytických dějů při použití . implantovaných elektrod.

, Podstata vynálezu ' zařízení pro ošetřování živých buněk a tkání, zejména kostních buněk a tkání, změnou elektrického a elektrochemického prostředí těchto buněk a tkání spočívá v tom, že zařízení sestává z nejméně jedné vysílací cívky připojené k výstupu prvního hradla, jehož první vstup je spojen s výstupem zdroje stejnosměrného napětí a jehož druhý vstup je spojen s výstupem prvního tvarovacího obvodu, jehož vstup je spojen s výstupem prvního zdroje impulsů.

Pro generování složitějších elektrických signálů je vhodné zařízení, ve kterém je mezi zdroj stejnosměrného napětí a vysílací cívku svým jedním vstupem a výstupem vřazeno druhé hradlo, jehož druhý vstup je spojen s výstupem druhého tvarovacího obvodu, jehož . vstup . je připojen k výstupu druhého' zdroje impulsů.

K vysílací cívce může být s výhodou připojen omezovači obvod, tvořený například diodou zapojenou paralelně k vysílací cívce, který potlačuje vliv indukČnosti vysílací cívky.

Vysílací cívka je s výhodou uspořádána ve vysílací hlavě, která je opatřena popruhy ' .. pro ' ' připevnění na ošetřované místo. V této vysílací hlavě mohou být současně uspořádány nejméně dvě vysílací cívky.

Rozměry okénka uvnitř závitů vinutí vysílací cívky jsou s výhodou nejméně rovny rozměrům ošetřovaného místa.

Nový a vyšší účinek zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že zařízení umožňuje zavádět do ošetřovaných buněk a tkání nechirurgickou cestou signály, které mají výrazné ' terapeutické účinky. Indukované napětí ' a 'tímto napětím vyvolávaný proud jsou v ' ošetřovaných buňkách a tkáních rozloženy v podstatě rovnoměrně a odpadají problémy s negativními účinky elektrolytických dějů vznikajících při použití implantovaných elektrod.

Podstata vynálezu bude v dalším objasněna na neomezujících příkladech jeho provedení, které jsou popsány pomocí připojených výkresů, na nichž je znázorněno:

na ' obr. 1 vysílací hlava podle , vynálezu při ošetřování kostní tkáně, na 'obr. 2 perspektivní ' pohled na vysílací 'hlavu znázorněnou v obr. 1, na obr. 3 pohled na vysílací hlavu znázorněnou v obr. 2 zezadu, ve kterém je patrno umístění vysílací cívky, obr. 4 blokové schéma elektronické soustavy ' pro buzení vysílací cívky z obr. 3 kódem č. 1, na obr. 5 blokové schéma elektronické soustavy pro buzení vysílací cívky z obr.

kódem č. 2 na obr. 5a a 5b impulsní průběhy kódu č.

' a kódu č. 2, které jsou vhodné pro ošetřování buněk a tkání, na obr. 6 obměna průběhu záporné části impulsů kódu č. 2.

Na obr. 1 a 2 je znázorněna noha 10 osoby s frakturou 12 kosti. Vysílací hlava 14 je umístěna na pokožce nohy 10 a je na ošetřovaném místě upnuta pomocí popruhu 16 (spojeného s vysílací hlavou 14 spoji 16a), který může být opatřen na svém povrchu přilnavou hmotou 18, takže popruh 16 může být upnut kolem nohy 10 a vysílací hlavy 14 a udržovat polohu této vysílací hlavy 14 vůči noze 10. Vysílací hlava 14 může být opatřena vrstvou 20 '' pěnové hmoty, kterou je vysílací hlava 14 na noze 10 podložena a která umožňuje průchod vzduchu pod vysílací hlavou 14. Vysílací hlava 14 je na své vnitřní straně obvykle zakřivena tak, že odpovídá tvaru ošetřovaného orgánu.

Vysílací hlava 14 obsahuje vysílací cívku 22, která může mít jakýkoliv vhodný tvar. Z obr. 3 je patrné, že vysílací cívka 22 je obvykle pravoúhlá, takže uvnitř závitů vysílací cívky 22 vzniká „okénko“. Vysílací cívka '22 může být rovinná nebo může být obecně zakřivena tak, aby její tvar odpovídal zakřivení vysílací hlavy 14. Vysílací cívka 22 je opatřena kolíky 24 vyčnívajícími z vysílací hlavy 14, které slouží k připojení kabelu spojujícího vysílací cívku 22 s elektronickou soustavou, která bude podrobně popsána později. V kabelu může být vložena dioda 27 zapojená paralelně k vysílací cívce 22, jejíž účel bude také popsán později.

Vysílací hlava 14 je na ošetřovaném místě umístěna tak, že „okénko“ tvořené vysílací cívkou 22 je poblíž fraktury 12, to jest poblíž léčené tkáně. Vysílací cívka 22 je buzena, což bude podrobně vysvětleno později, a indukuje v ošetřované tkáni elektrický potenciál. Bylo zjištěno, že ve tkáni mají být indukovány specifické signály, kterých lze dosáhnout buzením vysílací cívky 22 obvody z obr. 4 nebo 5, které generují impulsní signály znázorněné na obr. 5a nebo 5b.

Na obr. 4 je znázorněno blokové schéma elektronické soustavy pro buzení vysílací cívky 22. K vysílací cívce 22 (nebo cívkám, což je ' možný případ, který bude popsán později) je přes první hradlo 32 připojen zdroj 30 stejnosměrného napětí. První hradlo 32 je řízeno prvním tvarovacím obvodem 36 a prvním zdrojem 34 impulsů, takže do vysílací cívky 22 je přiváděn impulsní signál sestávající z opakujících se impulsů elektrického napětí.

Z obr. 5a je patrno, že každý impuls se skládá z „kladné“ části Pl, po níž v důsledku elektrické energie nahroma-děaé ve vysílací cívce 22 následuje „záporná“ část P2. V soustavě podle obr. 4 může být použito omezovacího obvodu 38, který omezuje špičková napětí této záporné části P2 impulsu. Omezovači bbvod 88 může být tořřen jednou nebo více diodami, zapojenými paralelně k vysílací cívce 22, a může být s výhodou umístěn v kabelu. V obr. 1 je tento omezovači obvod 38 tvořen diodou 27.

Na obr. 5a jsou znázorněny signály ve vysílací cívce 22, a tudíž i signály indukované v ošetřované tkáni. Předpokládá se, že první hradlo 32 je v čase tl otevřeno vhodným signálem z prvního tvarovacího obvodu 36 (tvarovací obvod určující šířku impulsu), takže elektrické napětí na vysílací cívce 22 stoupne podél hrany 39 z přibližně nulového napětí na napětí označené v obr. 5a jako VI. Napětí na vysílací cívce 22 pak klesá podél hrany 40. Sklon této hrany 40 je určen L/R časovou konstantou soustavy z obr. 4, to jest indukčností vysílací cívky 22 a činným výstupním odporem soustavy včetně rozložených kapacit, indukčností a odporů. Pro ošetření mnoha tkání a buněk je účelné volit vlastnosti soustavy tak, aby hrana 40 impulsu byla pokud možno plochá, v důsledku čehož má signál přiváděný do vysílací cívky 22 téměř pravoúhlý průběh. V čase t2 je první hradlo 32 prvním tvarovacím obvodem 36 zablokováno. Před zablokováním prvního hradla 32 má signál na vysílací cívce 22 napětí V2, znázorněné na obr. 5a. Napětí na vysílací cívce 22 klesá z hodnoty V2 podél hrany 41 na napětí opačné polarity, označené na obr. 5a jako V3. Velikost napětí V3 opačné polarity může být omezovacím obvodem 38 omezena na poměrně malou hodnotu ve srovnání s hodnotou VI. Napětí signálu na vysílací cívce 22 pak z hodnoty V3 klesá na nulový nebo referenční potenciál, této úrovně konečně dosáhne v čase t3. Popsaný proces se opakuje až po určité době, kdy první zdroj 34 impulsů, určující rychlost opakování impulsů, vyšle do prvního tvarovacího obvodu 36 další impuls, v důsledku něhož první tvarovací obvod 36 generuje signál k opětnému otevření prvního hradla ’ 32.

První zdroj 34 impulsů a první tvarovací obvod 36 jsou s výhodou tvořeny monostabilními multivibrátory. Délka impulsů může být nastavena prvním tvarovacím obvodem 36, opakovači rychlost může být nastavena prvním zdrojem 34 impulsů. Zdroj 30 stejnosměrného napětí kromě toho v případě potřeby ' umožňuje měnit amplitudu impulsního signálu.

Při použití impulsního signálu kódu č. 2 se použije soustavy podobné -soustavě z obr.

4. Tato soustava, znázorněná na obr. 5, sestává z druhého tvarovacího obvodu 35, druhého zdroje 37 impulsů a druhého hradla 33, které určují délku série impulsů a opakovači rychlost sérií impulsů. Kromě toho tato soustava obsahuje první hradlo 32, první tvarovací obvod 36 a první zdroj 34 impulsů, popsané v souvislosti s obr. 4. Soustava z obr, 5 generuje signál, který je přiváděn do vysílací cívky (cívek) 22 a má průběh znázorněný na obr. 5b. Tato sousta- va se - od soustavy znázorněné na obr. 4 liší dále tím, že není použito omezovacího obvodu 38, což umožňuje vznik větších záporných částí impulsů, což je patrné na obr. 5b. Druhý tvarovací obvod 35 a druhý zdroj 37 impulsů určují počet impulsů v sérii a časový odstup mezi sériemi po sobě následujícími.

Bylo zjištěno, že signál na vysílací cívce 22, a tudíž i signál indukovaný v ošetřované tkáni mají vyhovovat určitým požadavkům. Tyto požadavky jsou určovány s ohledem na signály indukované v tkáni a/nebo v buňkách, které jsou ošetřovány. Tyto indukované signály mohou být v případě potřeby snímány pomocnou snímací cívkou (není znázorněna), která je umístěna ve vzdálenosti od - vysílací cívky 22 odpovídající vzdálenosti vysílací cívky 22 od ošetřované tkáně, což bude podrobně popsáno později. Bylo zjištěno, že signály pro účinné léčení živých tkání a buněk, zejména tvrdých tkání, jako je kostní tkáň, musí vyhovovat následujícím požadavkům.

V dalším popisu představují signály . znázorněné na obr. 5a a 5b impulsy elektrického napětí a souvisejícího proudu generované vysílací cívkou 22 a vnucované tkáním a/nebo buňkám. Při „nabuzení“ vysílací cívky 22 mají tyto impulsy jednu polaritu („kladná“ část impulsu v obr. 5a a 5b), při odbuzení vysílací cívky 22 mají tyto impulsy opačnou polaritu („záporná“ část impulsu v obr. 5a a 5b). Výrazy „kladný“ a .záporný“ je třeba považovat pouze za relativní, neboť je jich zde použito jen pro označení - částí impulsů o opačných polaritách vůči referenční napěťové úrovni.

Bylo zjištěno, že „kladná“ -část impulsů by měla být vůči „záporné“ části impulsů v určitém poměru, aby se dosáhlo příznivých změn chování živých tkání a buněk. Tohoto určitého vzájemného poměru se dosahuje použitím dvou různých signálů, jakož i kombinace těchto signálů.

V impulsním signálu kódu č. 1 (obr. 5a) se asymetrický impulsní průběh indukovaný v tkáni nebo buňkách střídavým nabuzením a odbuzením vysílací cívky 22 opakuje takovou frekvencí, že celková činná doba není menší než přibližně 2 % celkového času. Tento kmitočet je v kódu č. 1 obvykle v rozsahu přibližně 10 až 100 Hz s podílem pracovní doby v rozsahu 20 až 30 %. Vzájemné poměry „kladných“ a „záporných“ částí impulsů jsou při použití signálu kódu č. 1 následující: impulsní signál má mít určitý průběh, to jest každá „kladná“ část - impulsů má být složena nejméně ze tří hran, to jest hran 39, 40 a 41 z obr. 5a. Pro léčení tkání a buněk se jako nejvhodnější projevilo použití impulsního -signálu, jehož „kladné“ části mají přibližně pravoúhlý tvar. Může však být samozřejmě použito i jiných průběhu impulsů (jiných než špičky s dvěma hranami). Špičková amplituda poslední hrany 41 každé „klad205096 né“ části impulsu, to jest napětí V2 v obr. 5a, nemá být menší, než přibližně 25 % špičkové amplitudy první hrany 39 „kladné“ části impulsu, to jest napětí VI v obr. 5a.

Špičková amplituda „záporné“ části impulsu je na obr. 5a označena jako V3. Tato špičková amplituda by neměla být větší než přibližně 1/3 špičkové amplitudy „kladné“ části impulsu. Délka každé „kladné“ části impulsu (čas, který uplyne mezi body tl a t2 v obr. 5a) by neměla být větší než přibližně 1/9 délky následující „záporné“ části impulsu (čas, který uplyne mezi body t2 a t3 v obr. 5a). Protože se používá elektromagnetické vysílací cívky 22, je energie každé „kladné“ části impulsu rovna energii každé „záporné“ části impulsu, to jest plocha uzaveřná v obr. 5a „kladnou“ částí impulsů je rovna ploše uzavřené „zápornou“ částí impulsů. Při splnění tohoto požadavku je energie „záporné“ části impulsů rozložena v poměrně dlouhém časovém intervalu, takže průměrná amplituda této „záporné“ části impulsu je malá. Bylo zjištěno, že tato průměrná amplituda záporné části by neměla být větší než přibližně 1/6 průměrné amplitudy „kladné“ části impulsu.

Splněním těchto podmínek je zajištěno, že „kladné“ a „záporné“ části impulsů mají vhodné vzájemné kmitočtové a amplitudové poměry, takže se dosáhne příznivého ovlivnění chování tkání a buněk.

Dále bylo zjištěno, že impulsy musí vyhovovat následujícím dalším požadavkům. Průměrná amplituda „kladné“ části impulsu má být v rozsahu přibližně 0,0001 až 0,01 V na centimetr tkáně nebo buněk, což odpovídá proudu v rozsahu přibližně 0,1 až 10 μ na čtvereční centimetr léčené tkáně a/nebo buněk (vyplývá z obvyklého měrného odporu buněk a tkání). Bylo zjištěno,že vyšší nebo nižší napětí impulsů nemají léčebný účinek. Bylo také zjištěno, že trvání „kladné“ části impulsu (čas který uplyne mezi body tl a t2 v obr. 5a) by mělo být nejméně kolem 200 ^s. Jestliže je délka „kladné“ části impulsu menší než přibližně 200 μ$, nejsou tkáně a buňky dostatečně stimulovány к tomu, aby došlo к ovlivnění procesů. Z praktického hlediska by „kladná“ část impulsů neměla trvat déle než přibližně 1 ms. Bylo také zjištěno, že opakovači rychlost impulsů by měla být v případě kostní a jiných tvrdých tkání v rozsahu přibližně 65 až 75 Hz. Impulsní léčba s použitím signálů s těmito parametry je zvláště vhodná pro dosažení reprodukovatelných výsledků u tkání a buněk tohoto druhu. Opakovací rychlost však může být obecně v rozsahu mezi přibližně 10 až 100 Hz, což u tkání a buněk zajišťuje dobré výsledky.

Pro léčení poruch kostní tkáně, zejména pro léčení pseudarthrózy, se osvědčil signál č. 1. Optimální špičková amplituda indukované „kladné“ části impulsu je v roz6 sáhu přibližně 1 až 3 mV na centimetr léčené tkáně (1 až 3 μΑ na čtvereční centimetr léčené tkáně a/nebo buněk) při trvání „kladné“ části impulsu kolem 300 μ$, při trvání „záporné“ části impulsu kolem 3300 ^s, a při opakovači rychlosti impulsů kolem 72 Hz. V případě, že jsou splněny požadavky na průběh impulsů představují tyto údaje optimální průběh signálu. Celkové doby léčení mohou být různé. Dosud bylo zjištěno, že vhodná je impulsní léčba trvající nejméně 15 minut, která se provádí jednou nebo opakovaně po určitý počet dní. Signál kódu č. 1 je účelné aplikovat minimálně po dobu 8 hodin denně čtyři měsíce v obtížných případech a dva týdny v méně obtížných případech.

Při použití impulsního signálu kódu č. 2 (obr. 5b) je v tkáních nebo buňkách střídavým nabuzením a odbuzením vysílací cívky 22 indukován asymetrický impulsní průběh, který sestává ze sérií impulsů (skupin impulsů) o asymetrickém průběhu. Délka každé série asymetrických impulsů je taková, že série představuje nejméně přibližně % celkového času. Opakovači rychlost (četnost) sérií je obvykle v rozsahu 5 až 50 Hz.

Základní vzájemné poměry kmitočtu a amplitudy „kladných“ a „záporných“ částí impulsů uvnitř série impulsů jsou v kódu Č.

následující: každá „kladná“ část impulsu by se měla skládat nejméně ze tří částí, to je z hran 39“, 40“ a 41“, znázorněných v obr. 5b. I v případě tohoto kódu bylo shledáno, že z hlediska léčení tkání a buněk je zvláště vhodná „kladná“ část impulsu, která má přibližně pravoúhlý tvar. Je ovšem možno použít i jiných tvarů impulsů, s výjimkou jednoduchých špiček s dvěma hranami. Neivětší amplituda poslední hrany 41‘ každé „kladné“ části impulsu, to je napětí V2 v obr. 5b, by neměla být menší než přibližně 25 % největší amplitudy první hrany 39* „kladné“ části impulsu, to je napětí VI v obr. 5b.

Špičková „záporná“ amplituda je v obr. 5b označena jako V3. Tato „záporná“ špičková amplituda by neměla být více než čtyřicetinásobkem „kladné“ špičkové amplitudy (v tomto případě VI). Tento požadavek může být splněn použitím „záporných“ částí Impulsů s různými průběhy, například pravoúhlým, trapozoidálním s exponenciálním poklesem, zvonovltým nebo ve tvaru jednoduché šipčky s exponenciálním poklesem. Jednotlivé možné tvary jsou znázorněny průběhy a, b, c, d a na obr. 6.

Délka „kladné“ části impulsu (čas, který uplyne mezi body tl a t2 v obr. 5b) by měla být nejméně přibližně čtyřnásobkem délky následující „záporné“ části impulsu (čas, který uplyne mezi body t2 a t3 v obr. 5b). Protože se v zařízení používá elektromagnetické vysílací cívky 22, je energie každé „kladné“ části impulsu rovna ener205096 gii každé „záporné“ části impulsu, to jest plocha omezená v obr. 5b „kladnou“ částí impulsů je rovna ploše omezené „zápornou“ částí impulsů.

Opakovači rychlost impulsů uvnitř série impulsů kódu č. 2 [čas, který uplyne mezi body tl a t4) může být v rozsahu přibližně 2000 Hz až 10 000 Hz. Délka série impulsů v tomto kódu [čas, který uplyne mezi body tl a t5) by měla představovat přibližně nejméně 1 % času, který uplyne mezi body tl a t6.

Splnění uvedených požadavků zaručuje, že „kladné“ a „záporné“ části impulsů mají vhodné vlastnosti z hlediska kmitočtu a amplitudy a navzájem, takže se signálem o tomto průběhu dosáhne příznivého ovlivnění chování tkání a buněk.

Dále bylo zjištěno, že sled impulsů by měl vyhovovat následujícím dalším požadavkům. Průměrná amplituda „kladné“ špičky napětí by měla být v rozsahu přibližně 0,00001 až 0,01 V na centimetr tkání a buněk [to je přibližně 0,01 až 10 μΑ na čtvereční centimetr léčené tkáně a buněk).

Bylo zjištěno, že vyšší nebo nižší napětí impulsů nemají na tkáně a/nebo buňky příznivé účinky. Bylo také zjištěno, že délka každé „kladné“ části impulsu v sérii impulsů sledu impulsů (to je čas, který uplyne mezi body tl a t2 v obr. 5b) by měla být nejméně přibližně 1000 ^s. Bylo také zjištěno, že opakovači rychlost sérií impulsů · (celých skupin impulsů) by pro kostní a ostatní tvrdé tkáně měla být v rozsahu přibližně 5 až 15 Hz.

Trvání „záporné“ části impulsu v . sérii impulsů by nemělo být větší než přibližně 50 μδ a průměrná amplituda této „záporné“ části mipulsů by neměla být větší než přibližně 50 mV na centimetr léčené tkáně a buněk (přibližně 50 μΑ na čtvereční centimetr léčené tkáně buněk).

Pro léčení poruch kostní tkáně, zejména pro léčení pseudoartrózy a nezhojených zlomenin se, jak bylo zjištěno, nejlépe hodí impulsní signál, u něhož má indukovaná „kladná“ část impulsů špičkovou amplitudu v rozsahu přibližně 1 až 3 mV na centimetr léčené tkáně (to je 1 až 3μΑ na čtvereční centimetr léčené tkáně a buněk), délka každé „kladné“ části impulsů je kolem 200 us, délka každé „záporné“ části impulsů je kolem 30 ,«s, čas mezi body t3 a t4 v obr. 5b je 10 μδ, opakovači rychlost impulsů je kolem 4000 Hz, délka série impulsů je kolem 5 ms a opakovači rychlost sérií impulsů je kolem 10 Hz. Pokud jsou splněny uvedené požadavky, je kód č. 2 optimálním signálem pro léčení kostní tkáně.

Bylo také ověřeno, že lze použít jednotlivých asymetrických impulsů ze série impulsů kódu č. 2. Tyto impulsy s opakovači rychlostí obdobnou opakovači rychlosti impulsů ve sledu č. 1 mají rovněž příznivý vliv na růst a obnovu tkání. Léčení živých tkání a buněk uvedenými metodami, zejména tvrdých tkání, jako je kostní tkáň, prokázalo zvýšenou obnovu tkání, neboť u všech pacientů a pokusných zvířat bylo dosaženo v podstatě jednotných výsledků. Zvláště dobrých výsledků bylo dosaženo při léčení pseudartrózy, při kterém se dosáhlo spojení kostí, ačkoliv předchozí pokusy provádění jinými postupy byly neúspěšné a uvažovalo se o amputaci.

Praxe ukázala, že je vhodné použít co největších vysílacích cívek 22 a takové ' polohy vysílací cívky 22, aby léčené tkáně a buňky byly vystaveny dostatečné proudové hustotě. Jak je známo, časově proměnné magnetické pole indukuje časově proměnné elektrické pole, které je k magnetickému poli kolmé. Geometrie siločar magnetického pole tedy určuje geometrii indukovaného· elektrického pole. Protože se požaduje poměrně rovnoměrné indukované elektrické pole, měla by být geometrie siločar magnetického pole pokud možno rovnoměrná, čehož lze dosáhnout vysílací cívkou 22, jejíž rozměry jsou ve srovnání . s rozměry léčené oblasti· poměrně velké. V současné době není potvrzeno, že by bylo potřeba volit určitou vzájemnou orientaci siločar magnetického pole a léčené tkáně a buněk.

Bylo zjištěno, že rovnoměrnost indukovaného elektrického pole dosažitelná elektromagnetickým léčením je podstatná pro dosažení dobrých výsledků léčení, kterých se nedosáhlo při jiných metodách léčení, například při použití elektrostatických polí nebo vytvářením napěťového gradientu pomocí elektrod implantovaných do tkání nebo buněk. indukované elektrické pole vzniká ve vakuu stejně jako ve vodivé látce nebo v isolantu. Průběh siločar pole je · ve všech třech případech stejný (s odchylkou řádu procent), s výjimkou případů, kdy indukovaný proud je dostatečně velký k tomu, aby vytvářel protielektromotorickou sílu rušící siločáry magnetického pole. Tento případ nastane, jestliže má vodivá látka vysokou vodivost, například kov, a jestliže předmět je dostatečně rozměrný k tomu, aby · mohl zachytit větší počet siločar magnetického pole. Živé systémy, to jest tkáně a buňky, jsou mnohem horšími vodiči než· běžné kovy (přibližně o· 5 řádů). Geometrie magnetického pole je v důsledku této skutečnosti v tkáních a buňkách nezkreslena a · zůstává nezměněna při pokračujícím procesu růstu tkáně a buněk. Prokázalo se tedy, že napěťový gradient při nechirurgickém elektromagnetickém léčení je v tkáních a buňkách konstantní a nezávisí na stadiu léčení.

Této rovnoměrnosti indukovaného potenciálu není možno dosáhnout použitím implantovaných elektrod, elektrostatickou vazbou, transformátorem připojeným k elektrodám nebo implantovanými cívkami připojenými k elektrodám. Tyto způsoby lé205096 čení závisí ' na vodivosti, která se bude uvnitř tkání a/nebo buněk měnit, indukovaný napěťový gradient pak při změnách stavu tkání a buněk také nebude konstantní. Kromě toho jednotlivá místa léčených tkání a/nebo buněk mají v určitém čase rozdílné ' vodivosti, což vyvolává nerovnoměrné rozdělení napěťového gradientu v léčených tkáních a buňkách.

Je zřejmé, že nechirurgické magnetické ošetřování tkání a buněk podle vynálezu je z těchto· důvodů výhodnější než elektrické léčení · jinými způsoby.

Pro obvyklé fraktury kostí se osvědčily následující typické rozměry vysílací cívky 22: rozměry okének vysílacích cívek 22 50,8 milimetru X 70 mm (pro dospělého jedince] a · 50,8 mm X 30 mm (pro dítě).

Drát použitý pro vysílací cívky 22 má s výhodou průměr 2,64 mm, vzájemná isolace jednotlivých závitů je provedena lakem. Pro dospělého jsou vhodné vysílací cívky še 60 závity, pro dítě se 70 závity. Pro zásahy v ústní dutině je nutno rozměry vysílací cívky 22 volit přiměřeně menší.

Iridukčnost vysílací cívky 22 je vhodné volit v rozmezí 1 až 5000 μΗ, s výhodou v rozmezí přibližně 1000 až 3000 μΗ. Činný odpor cívky má být dostatečně nízký, to je 10~з až 10^_1 Ω. V zájmu vybuzení dostateč ného napěťového gradientu v ošetřované tkáni a buňkách je třeba na vysílací cívky 22 přivádět signál o napětí v rozsahu přibližně 2 až 30 V. Čím menší je indukčnost vysílací cívky 22, tím strmější je hrana 40 v obr. 5 a 5a. Čím větší je indukčnost vysílací cívky 22, tím plošší nebo více pravoúhlý je tvar „kladné“ části impulsu.

Snímání indukovaného napětí se může provádět snímacími elektrodami, které jsou ve styku s ošetřovanou tkání a buňkami, nebo pomocí snímací cívky umístěné ve vzdálenosti od vysílací cívky 22 odpovídající vzdálenosti vysílací cívky 22 od léčené tkáně a buněk. Typickým příkladem použité snímací cívky je kruhová cívka o průměru 1,5 cm se 67 nebo 68 závity drátu. Napětí indukované v cívce je rozloženo po' délce vodiče, napětí indukované na centimetr délky vodiče snímací cívky je rovno napětí na centimetr ošetřované tkáně a buněk.

Při typickém způsobu léčení s použitím vysílací cívky 22 s okénkem 50,8 mm X 70 milimetrů a 60 závity vodiče o průměru 1,42 milimetru a s diodou 27 připojenou paralelně k vysílací cívce 22 se ve snímací cívce indukují následující napětí (přepočteno na mV na centimetr tkáně], napětí a časy . odpovídají průběhu z obr. 5a (v μβ).

indukované napětíVI maximum (u vysílací cívky)22 mm od čela vysílací cívky15 mm · od čela vysílací cívky6,0

V2	V3	tl—12	t2—13
17	3,7	300	4200
11,5	2,5	300	4200
4,2	1,0	300	4200

Využití impulsního elektromagnetického pole k ovlivňování kostní tkáně za různých okolností je nyní na pevné experimentální a klinické · základně. ' Dosažených výsledků bylo použito při úspěšném léčení vrozené a nabyté pseudartrózy · a · čerstvých fraktur u. pacientů. Byla také zvýšena rychlost hojení ' fraktur a zpětně ' působícího zánětu o kostice u zvířat. Dosahuje se také omezení ztrát kostní tkáně dlouhých kostí zřidnutím kostí v důsledku nepohyblivosti. Úspěchy dosažené zařízením podle vynálezu jsou založeny na objevu impulsních průběhů se specifickým vzájemným poměrem časů, kmitočtů a amplitudy.

Claims (7)

1. pRedmEt vynalezu

   1. Zařízení pro ošetřování živých buněk a tkání, zejména kostních buněk a tkání, změnou elektrického a elektrochemického prostředí těchto buněk a tkání, vyznačující se tím, že sestává z nejméně jedné vysílací cívky (22) připojené k výstupu prvního hradla (32), jehož první vstup je spojen s výstupem zdroje (30) stejnosměrného napětí a jehož druhý vstup je spojen s výstupem prvního tvarovacího obvodu (36), jehož vstup je připojen k výstupu prvního zdroje (34) impulsů.
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že mezi první hradlo (32) a vysílací cívku (22) je svým jedním vstupem a výstupem vřazeno druhé hradlo (33), jehož druhý vstup je spojen s výstupem druhého tvarovacího obvodu (35), jehož vstup je připojen k výstupu druhého zdroje (37) impulsů.
3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že k vysílací cívce (22) je připojen -omezovací obvod (38).
4. 4. Zařízení podle bodů 1 a 3, vyznačující se tím, že omezovači obvod (38) je tvořen diodou (27) připojenou paralelně k vysílací cívce (22).
5. 5. Zařízení podle bodu 1, vyznačující ' se tím, že vysílací cívka (22) je uspořádána ve vysílací hlavě (14), opatřené popruhy (16) pro připevnění vysílací hlavy (14) na ošetřované místo.
6. 6. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že ve vysílací hlavě (14) jsou uspořádány nejméně dvě vysílací cívky (22).
7. 7. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že rozměry okénka uvnitř závitů vinutí vysílací cívky - - (22) jsou nejméně rovny rozměrům ošetřovaného místa.