DE68928090T2

DE68928090T2 - Vorrichtung zum Bestrahlen eines Gewebes mit einem magnetischen Feld

Info

Publication number: DE68928090T2
Application number: DE68928090T
Authority: DE
Inventors: Abraham R Liboff; Bruce R Mcleod; Stephen D Smith
Original assignee: Life Resonances Inc
Current assignee: Life Resonances Inc
Priority date: 1988-03-23
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: AU625756B2; US4932951A; EP0338681B1; JPH0440030B2; JPH0211170A; CA1322027C; ES2102350T3; EP0338681A1; ATE153864T1; AU3131989A; DE68928090D1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist im allgemeinen eine Vorrichtung zum Anwenden [Anlegen] eines magnetischen Feldes an lebendem Gewebe. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind genauer nichtinvasive Techniken zum Vermitteln von Gewebewachstum, Erhaltung und Reparatur.
Gewebe- und Zellentwicklung wurden eingehend untersucht, um die Mechanismen zu ermitteln, durch welche Reifung, Erhaltung und Reparatur in lebenden Organismen auftreten.
Im allgemeinen kann die Entwicklung einer Zelle oder von Gewebe als eine Transformation von einem Zustand oder einer Stufe in einen anderen relativ permanenten Zustand oder eine Bedingung erachtet werden. Entwicklung schließt eine große Vielfalt von Entwicklungsmustern ein, die alle durch progressive und systematische Transformation der Zellen oder des Gewebes gekennzeichnet sind.
In vielen Fällen ist es wünschenswert, die Entwicklung von Zellen und Gewebe in vivo zu steuern oder zu verändern, um die Lebensqualität für höhere Organismen, wie zum Beispiel für Menschen zu verbessern. Zu diesem Zweck hat die Wissenschaft darum gekämpft, Mittel vorzusehen, durch welche die natürliche Ordnung eines Organismus aufrechterhalten oder einer behindernden Verletzung, Erkrankung oder anderen Abnormalität zum Trotz wiederhergestellt werden kann. Während einige Therapien auf dem Stand der Technik erfolgreich gewesen sind, haben andere aufgrund unerwünschter Nebenwirkungen, unzulänglicher Ergebnisse oder schwieriger Durchführung versagt, ihr volles Potential zu erreichen.
Wie von den Fachleuten erkannt werden wird, beinhaltet die Gewebe- und Organentwicklung komplexe Vorgänge des zellulären Wachstums, der Differenzierung und Interaktion, die durch komplexe biochemische Reaktionen vermittelt werden. Auf genetischer Ebene wird die Entwicklung durch genomische Expression reguliert; auf der Zellebene ist die Rolle der Membraninteraktion mit dem komplexen biochemischen Milieu höherer Organismen bei den Entwicklungsvorgängen ausschlaggebend. Darüber hinaus ist häufig das "Ummodellieren" von Geweben oder Organen ein unerläßlicher Schritt in der natürlichen Entwicklung höherer Organismen.
In den letzteren Jahren haben multidisziplinelle Untersuchungen von Entwicklungsvorgängen Hinweise geliefert, die darauf hindeuten, daß elektrische und magnetische Felder eine wichtige Rolle beim Zell- und Gewebeverhalten spielen. In der U.S.-Patentanmeldung, Seriennummer 923,760 unter dem Titel "Techniques for Enhancing the Permeability of Ions" [Techniken zum Verbessern der Permeabilität von Ionen], das dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, durch welche eine transmembranöse Bewegung eines präselektierten Ions unter Verwendung eines zeitlich variierenden magnetischen Feldes magnetisch reguliert wird. Das schwankende magnetische Feld wird auf die Zyklotronresonanzfrequenz des präselektierten Ions für die Energieabsorption abgestimmt. Diese wichtige Entdeckung brachte die Wechselwirkung lokaler geomagnetischer Felder und Frequenzabhängigkeit in Ionentransportmechanismen ans Tageslicht. Es wurde nunmehr entdeckt, daß durch Nutzung und Ausbauen der Prinzipien der Zyklotronresonanzabstimmung ein unerwarteter und bemerkenswerter Fortschritt bei der Steuerung und Modifikation von Entwicklungsvorgängen in lebendem Gewebe erzielt werden kann.
Zur Zeit haben sich die Bemühungen der Forschung auf dem Gebiet der elektronischen Medizingeräte, die sich auf Wachstumsmechanismen in lebenden Systemen auswirken, auf verformungsbedingte bioelektrische Phänomena konzentriert, die in Gewebe, wie zum Beispiel Knochen, Sehnen und Knorpel beobachtet wurden. Während der letzten Dekaden haben andere bemerkt, daß als Reaktion auf mechanische Beanspruchung im Knochen elektrische Potentiale bewirkt werden. Es wurde postuliert, daß diese elektrischen Potentiale die beanspruchungsinduzierten strukturellen Änderungen im Knochenaufbau vermitteln, welche fast vor einem Jahrhundert von J. Wolfe beobachtet wurden. Deshalb wurden zahlreiche Versuche unternommen, Gewebewachstum mit elektrischen Potentialen und Strömen zu induzieren, obwohl bioelektrische Potentiale nicht gut verstanden werden. Ein großer Teil dieser Arbeit hat sich mit der Reparatur von knöchernen Nichtvereinigungen, wie zum Beispiel Knochenfrakturen befaßt, die nicht auf herkömmliche Therapien angesprochen haben.
Wie den Fachleuten bekannt sein wird, ist Knochenbildung ein komplexer biologischer Vorgang. Er beinhaltet die Interaktion mehrerer charakteristischer Zelltypen, einschließlich Monozyten, Osteoblasten, Osteoklasten, Osteozyten, Chondrozyten, Fibroblasten und undifferenzierter Knochenmesenchymzellen, die eine harte interzelluläre Matrix aus Kollagen und Mineralkristallen bilden, in welche Knochenzellen eingebettet sind. Die Matrix wird von Osteoblasten synthetisiert, die Kollagen und Mukopolysaccharid ausstoßen. Anhand eines Vorgangs, der nicht vollkommen verstanden wird, bilden sich in der Matrix Kristallkerne, um die schnelle Mineralisierung durch anorganische Salze zu fördern. Knochenbildung läuft von den durch Osteoblasten-Kluster definierten Ossifikationsorten nach außen ab. Osteoklasten resorbieren dann während des Ummodellierens Knochen, wobei der Knochenaufbau zur Bereitstellung maximaler Stärke umstrukturiert wird.
Es sind eine Anzahl von Knochenerkrankungen bekannt, bei denen die Integrität der Knochenstruktur beeinträchtigt ist. Knochenfrakturen, die durch eine Unfallverletzung verursacht wurden, kommen sehr häufig vor. Die Behandlung von Knochenfrakturen kann durch die verzögerte Vereinigung der gebrochenen Enden, durch knöcherne Nichtvereinigung oder durch abnorme Vereinigungen, wie zum Beispiel Pseudoarthrosen kompliziert sein. Darüber hinaus wird bei bestimmten Knochenerkrankungen übermäßiges Knochengewebe gebildet (Osteophyten; Osteosklerose), das sich störend auf die normale Funktion auswirkt. Als Alternative kann ein Mangel an Knochengewebe (Osteopenie) auftreten, welcher den Widerstand von Knochen gegen eine Fraktur verringert. Eine weitverbreitete, generalisierte Form der Osteopenie, die als Osteoporose bekannt ist, ist durch eine Verringerung der Knochendichte gekennzeichnet, die mit verstärkter Porosität und Brüchigkeit einhergeht. Osteoporose ist von einem Calciumverlust aus den Knochen begleitet und ist eine Hauptsorge der älteren Menschen, einer Gruppe, bei der die Krankheit am prävalentesten ist. Osteoporose erhöht signifikant die Anfälligkeit für Knochenfrakturen und wird im allgemeinen als die häufigste Knochenerkrankung des Menschen gehalten. Andere Erkrankungen, wie zum Beispiel Knochenerweichung (Osteomalazie), die Paget-Krankheit, Osteomyelitis und Osteoarthritis sind auch in der medizinischen Literatur gut dokumentiert.
Von anderen wurde zur Behandlung von Knochenerkrankungen eine Anzahl von Vorrichtungen und Techniken mit verschiedenen Erfolgsgraden verwendet. Zu diesen zählen der Streckverband, Schienen, Stützverbände und interne Fixation durch Nägel und Platten zum Reparieren von Knochenfrakturen. Abnormes Knochenwachstum wurde erfolgreich durch die Fusion der Epiphyse an den Knochenschaft in einem Vorgang unterbrochen, auf den als "Epiphyseodese" verwiesen wird. Knochentransplantationen wurden auch mit begrenztem Erfolg versucht. In einigen Fällen, in denen andere Behandlungsmodalitäten versagen, wird als letzter Ausweg die Amputation des betroffenen Gliedes durchgeführt.
In jüngerer Zeit wurden von anderen Verfahren zur Änderung des elektrischen Milieus des Knochengewebes in einem Versuch exploriert, das Knochenwachstum bei der Frakturreparatur zu stimulieren. Diese Bemühungen konzentrierten sich ursprünglich auf die Verwendung von Elektrodenimplantaten, durch die Gleichstrom über oder in eine knöcherne Nichtvereinigung oder abnorme Vereinigung geleitet wurde, um die Reparatur zu stimulieren. Aufgrund zahlreicher Rückschläge, einschließlich der damit einhergehenden Risiken erforderlicher chirurgischer Eingriffe zum Implantieren der Elektroden wurde alternativen nichtinvasiven Techniken nachgegangen. Während kapazitiv erzeugte elektrostatische Felder einige vorteilhafte Ergebnisse bereitstellten, waren die benötigten relativ großen Felder im allgemeinen untragbar. Schließlich wurden zur Induktion einer Spannung im Knochen hochintensive elektromagnetische Wechselfelder genutzt. Man war der Annahme, daß durch Verwendung des betroffenen Knochens als einen Leiter der Stromfluß durch den Knochen induziert werden könnte, was therapeutische Vorteile bewirken würde.
Diese induktiven Einrichtungen auf dem Stand der Technik dienen als typisches Beispiel für die in US- A- 3 893 462 beschriebene Vorrichtung und die in US- A- 4 105 017 dargelegten Einrichtungen. Die Erfinder/Anmelder für diese Patente konzentrierten sich auch auf die Verwendung großer Felder, um hohe Induktionsströme in lebendem Gewebe mit gut definierten "therapeutischen" Wellenformen zu erzeugen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung sind das Problem in bezug auf das Regulieren des Gewebewachstums aus einer anderen Perspektive angegangen. Wie hierin nachstehend beschrieben wird, nutzt die vorliegende Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform die Interaktion schwankender magnetischer Felder und präselektierter Ionen, die in biologischen Flüssigkeiten vorliegen, um Entwicklungsvorgänge zu beeinflussen. Obwohl eine mögliche Rolle magnetischer Felder über die galvanische Wirkung von Induktionsströmen hinausgehend in US- A- 3 890 953 kurz erwähnt wird, hat nach Wissen der Anmelder kein Untersucher zuvor Knochenwachstum auf die Weise gesteuert, wie in der vorliegenden Erfindung dargelegt wird.
US-A-4548208 beschreibt eine Vorrichtung, die Mittel zur Erzeugung und zum Anwenden [Anlegen] eines schwankenden magnetischen Flusses umfaßt. Sie war jedoch nicht in der Lage, für Änderungen in einer lokalen Feldkomponente zu kompensieren.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Anwenden [Anlegen] eines gewünschten magnetischen Feldes an einem Gewebe vorgesehen, die folgendes umfaßt:
Magnetflußabfühleinrichtungen,
Flußvergleich- und -anpaßeinrichtungen,
Einrichtungen zum Erzeugen und Anwenden [Anlegen] eines schwankenden magnetischen Flusses entlang einer durch ein zu behandelndes Gewebe verlaufenden Achse, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abfühleinrichtungen zum Abfühlen eines kombinierten magnetischen Flusses um das Gewebe herum angepaßt sind, wobei der kombinierte magnetische Fluß den angewendeten [angelegten] schwankenden magnetischen Fluß und eine lokale Feldkomponente, einschließlich einer geomagnetischen Feldkomponente umfaßt und
die Flußvergleichs- und -anpaßeinrichtungen zum Vergleichen des Verhältnisses von Frequenz zu Feldgröße des genannten abgefühlten kombinierten magnetischen Flusses mit dem Verhältnis von Frequenz zu Feldgröße eines gewünschten magnetischen Flusses adaptiert sind, so daß der angewendete [angelegte] magnetische Fluß entweder bezüglich der Größe oder Frequenz angepaßt wird, um für Änderungen in der lokalen Feldkomponente zu kompensieren.
Die Vorrichtung kann bei einem Verfahren zum Regulieren der Wachstumsmerkmale von Gewebe in vivo unter Durchführung der folgenden Schritte verwendet werden:
(i) Positionieren einer Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes, das unmittelbar an ein lebendes Subjekt dergestalt angrenzt, daß ein Gewebebereich des Subjektes einen vorbestimmten Raum einnimmt;
(ii) Erzeugen eines magnetischen Flusses mit der Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes, wobei der magnetische Fluß durch den Gewebebereich und parallel zu einer durch den vorbestimmten Raum projizierten vorbestimmten Achse verläuft; und
(iii) Schwanken des magnetischen Flusses und Steuern der Dichte des magnetischen Flusses, um eine vorbestimmte Beziehung zwischen der Frequenz der Schwankungen und der Größe der magnetischen Flußdichte zu schaffen und aufrechtzuerhalten, welche die Entwicklung des Gewebes reguliert.
Die Erfindung sieht darüber hinaus ein zusammengesetztes magnetisches Feld (eines Flusses) mit einem Verhältnis von Frequenz zu Größe von Fc/B vor,
worin Fc = Frequenz und
B = Größe,
welches dem Verhältnis von Ladung zu Masse von q/(2Πm) eines Ions entspricht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ca&spplus;&spplus;, Mg&spplus;&spplus;, K&spplus;, H&spplus;, Li&spplus;, Na&spplus;, Ol&supmin; und HCO&sub3;&supmin; besteht, die in einer interstitiellen oder intrazellulären Flüssigkeit vorliegt, die mit einem Zielgewebe assoziiert ist.
In einem Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Anwenden [Anlegen] eines magnetischen Feldes an lebendem Gewebe vor. Die neue Vorrichtung schließt eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes ein, wie zum Beispiel eine Feldspule zum Erzeugen eines gesteuerten, schwankenden magnetischen Feldes, das ein Gewebe in vivo penetriert und als assozuerte Magnetfeldabfühleinrichtung zum Messen der Intensität des in dem Gewebe vorliegenden magnetischen Feldes verwendet wird. In einer Ausführungsform sind die Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes und der Magnetfeldfühler zusammen mit einer Stromquelle, wie zum Beispiel einer Batterie oder dergleichen, von einem Gehäuse umschlossen. Im Betrieb ist die Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes unmittelbar an einen Bereich von lebendem Gewebe in einem Subjekt angrenzend positioniert, dessen Wachstumsmerkmale gesteuert werden sollen. Ein schwankendes, richtungsabhängiges magnetisches Feld wird dann durch die Einrichtung zum Erzeugen des magnetischen Feldes erzeugt. Die angewendete [angelegte] magnetische Flußdichte wird entlang einer vorbestimmten Achse gerichtet, die durch das zu beeinflussende Gewebe läuft. In einer Ausführungsform wird die angewendete [angelegte] magnetische Flußdichte entlang der Achse auf die Komponente des lokalen oder umgebenden magnetischen Feldes überlagert, die sich parallel zu der vorbestimmten Achse befindet, um ein schwankendes zusammengesetztes Feld zu bewirken. Die resultierende kombinierte magnetische Flußdichte, die sich parallel zu der vorbestimmten Achse befindet und die durch das zu beeinflussende Gewebe verläuft, wird durch den Magnetfeldfühler gemessen. Der Magnetfeldfühler bestimmt den Nettodurchschnittswert der magnetischen Flußdichte, die durch das Targetgewebe entlang der vorbestimmten Achse passiert. In einer Ausführungsform ist die Frequenz des schwankenden magnetischen Feldes auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, und der Nettodurchschnittswert der magnetischen Flußdichte wird dann durch Anpassen der Größe des angewendeten [angelegten] magnetischen Feldes reguliert, um ein kombiniertes magnetisches Feld mit einem präselektierten Verhältnis von Frequenz zu Feldgröße zu bewirken, das sich auf die Wachstumsmerkmale des Targetgewebes auswirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Änderungen in der Größe des lokalen magnetischen Feldes entlang der vorbestimmten Achse, die sonst anderweitig die magnetische Flußdichte des kombinierten magnetischen Feldes parallel zu der vorbestimmten Achse ändern würde und die folglich eine Abweichung von dem gewünschten Verhältnis bewirken würde, durch Anpassung der Größe des angewendeten [angelegten] schwankenden magnetischen Feldes ausgeglichen. Diese Anpassung wird bevorzugt durch Mikroprozessor-Einrichtungen in Verbindung mit sowohl der Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes als auch dem Magnetfeldfühler vorgenommen. Bevorzugte Verhältnisse von Frequenz zu Feldgröße werden unter Bezugnahme auf die folgende Gleichung bestimmt:
fc/B = q/(2Πm)
wo fc die Frequenz des kombinierten magnetischen Feldes in Hertz ist, B der von Null verschiedene Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte des kombinierten magnetischen Feldes parallel zu der Achse in Tesla ist, q/m in Coulomb pro Kilogramm ist und einen Wert zwischen circa 5 x 10&sup5; und circa 100 X 10&sup6; aufweist. B weist bevorzugt einen Wert auf, der nicht über circa 5 x 10&supmin;&sup4; Tesla hinausgeht. In einer Ausführungsform werden die Werte von q und m unter Bezugnahme auf die Ladung und Masse des präselektierten Ions ausgewählt.
In einer anderen Ausführungsform werden Änderungen in dem umgebenden magnetischen Feld, die anderweitig das Verhältnis von Frequenz zu magnetischem Feld ändern würden, durch Anpassen der Frequenz des angewendeten [angelegten] magnetischen Feldes zur Aufrechterhaltung des bevorzugten Verhältnisses ausgeglichen. Die vorliegende Erfindung zieht auch die Anpassung von sowohl Frequenz als auch Feldgröße in Betracht, um das vorbestimmte bevorzugte Verhältnis aufrechtzuerhalten. Bevorzugt liegt die Spitze-Spitze- Amplitude der Wechselstromkomponente in dem Bereich zwischen circa 2,0 x 10&supmin;&sup5; und circa 6,0 x 10&supmin;&sup5; Tesla. Die Wellenform ist bevorzugt im wesentlichen sinusförmig, aber andere Wellenformen sind geeignet.
Das vorliegende Dokument legt auch ein Verfahren zum Steuern der Wachstumsmerkmale von lebendem Gewebe vor, das folgendes einschließt: In einem Aspekt die Schritte zum Erzeugen eines schwankenden richtungsabhängig ausgerichteten magnetischen Feldes; Positionieren eines Bereichs von lebendem Gewebe von einem Subjekt in das schwankende magnetische Feld dergestalt, daß das Feld durch das Targetgewebe parallel zu einer vorbestimmten, durch das Gewebe verlaufenden Achse passiert; Messen des Nettodurchschnittswertes der kombinierten magnetischen Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse durch das Gewebe, wobei das kombinierte magnetische Feld die Summe des lokalen magnetischen Feldes entlang der vorbestimmten Achse und des angewendeten [angelegten] magnetischen Feldes ist; Anpassen der Frequenz und/oder der Größe des angewendeten [angelegten] magnetischen Feldes, um ein kombiniertes magnetisches Feld entlang der Achse mit einem vorbestimmten Verhältnis von Frequenz zu Größe zu bewirken, wobei das vorbestimmte Verhältnis die Wachstumsmerkmale des Targetgewebes beeinflußt; Aufrechterhalten des vorbestimmten Verhältnisses von Frequenz zu Größe des kombinierten Feldes und Aussetzen des Targetgewebes gegenüber dem kombinierten magnetischen Feld für eine Zeitspanne, die ausreicht, um sich auf die Wachstumsmerkmale des Gewebes auszuwirken. Andere Beziehungen zwischen Frequenz und Größe können bei einer besonderen Applikation nützlich oder sogar wünschenswert sein.
Die vorliegende Erfindung ist besonders für die Verbesserung des Wachstums von Knochen und Knorpel geeignet, um schwerheilende Frakturen oder geschädigte Knorpeloberflächen zu reparieren.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen offensichtlicher hervorgehen. Die vorliegende Erfindung wird nun ganz besonders unter Bezugnahme auf die und wie veranschaulicht in den, aber in keiner Weise auf die beiliegenden Zeichnungen begrenzt beschrieben, worin:
Figur 1 eine Vorderansicht der vorliegenden Erfindung ist wie sie für die Behandlung eines gebrochenen Femurs (Oberschenkels) angewendet wird;
Figur 2 eine Vorderansicht der vorliegenden Erfindung mit zwei Behandlungsköpfen mit Feldspulen und Magnetfeldabfühleinrichtung ist, die in Durchsicht gezeigt ist;
Figur 3 eine Vorderansicht eines Behandlungskopfes der vorliegenden Erfindung mit weggebrochenem Gehäuse ist, um die Magnetfeldabfühleinrichtung zu veranschaulichen;
Figur 4 den kombinierten magnetischen Fluß der vorliegenden Erfindung mit Intensitätsänderungen in Abhängigkeit zur Zeit veranschaulicht;
Figur 5 den schwankenden, von Null verschiedenen Durchschnittswert der kombinierten magnetischen Flußdichte veranschaulicht und
Figur 6 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, worin der Schaltkreis der erfindungsgemäßen Vorrichtung willkürlich in zweckmäßige funktionelle Abschnitte aufgeteilt ist.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Figur 1 der Zeichnungen wird nun der Gewebewachstumsregler 20 in Position am Bein 22 eines Subjektes gezeigt. Es muß verstanden werden, daß die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung beim Steuern von Gewebewachstum bei einem Tier oder einer Person geeignet ist. Folglich ist das Targetgewebe, das gesteuert werden soll, ein Bereich lebenden Gewebes in einem Subjekt, in anderen Worten ein "In-vivo"- Targetgewebe. Wie hierin verwendet, soll die Bezeichnung "lebendes Gewebe" als Gewebe definiert werden, das fähig ist, metabolische Funktionen, wie zum Beispiel Zellatmung durchzuführen und das lebensfähige Gewebe Wachstumsmerkmale besitzt, ohne seine übliche Bedeutung zu einzuschränken. "Wachstumsmerkmale" sollen als die Attribute lebenden Gewebes definiert werden, die der Vermittlung von Replikation, Wachstum, Erhaltung und Reparatur dienen, ohne seine übliche Bedeutung einzuschränken. Obgleich die Stimulation von Gewebewachstum in dieser Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hervorgehoben werden, muß verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung auch zur Retardierung oder Hinderung der Entwicklung von lebendem Gewebe und auch für andere Applikationen, einschließlich der Prävention von abnormer Gewebsentwicklung verwendet werden kann.
Ein frakturiertes Femur 24 wird mit Frakturoberflächen oder -enden 26 und 28 gezeigt, die durch die vorliegende Erfindung stimuliert werden sollen, um die Geschwindigkeit zu verbessern, mit welcher die Knochenfraktur heilt. Wie zuvor erwähnt, können die natürlichen Entwicklungsvorgänge, durch die sich Enden 26 und 28 wieder vereinigen, durch einen Faktor bekannter oder unbekannter Ätiologie unterbrochen werden, die zu einer verzögerten Vereinigung, abnormer Vereinigung oder keiner Vereinigung des Knochens führen. Die vorliegende Erfindung ist besonders zur Verwendung bei der Behandlung bei Nichtvereinigungen von Knochen geeignet. In dieser Ausführungsform schließt der Gewebewachstumsstimulator 20 zwei Behandlungsköpfe 30 und 32 ein, die auf dem Bein 22 im Bereich von Enden 26 und 28 in der entgegengesetzten Weise, wie in Figur 1 veranschaulicht wird, positioniert sind. Wie eingehender erklärt werden wird, ist es wichtig, daß Behandlungsköpfe 30 und 32 unmittelbar an das Targetgewebe angrenzend dergestalt positioniert werden, daß das Gewebe sich innerhalb des Bereichs des durch die Behandlungsköpfe erzeugten magnetischen Flusses befindet. Obgleich es bevorzugt wird, daß zwei Behandlungsköpfe in einer entgegengesetzten Weise, wie in Figur 1 veranschaulicht, eingesetzt werden, kann ein einzelner Behandlungskopf oder eine Vielzahl von Behandlungsköpfen (mehr als zwei) bei einigen Applikationen geeignet sein.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Figur 2 der Zeichnungen, sind Haltebänder 34 und 36 zu sehen, durch die der Gewebewachstumsregler 20 bevorzugt sicher in Position am Bein 22 befestigt wird. Andere Befestigungsmittel können bei einer besonderen Applikation geeignet oder wünschenswert sein. Es kann auch wünschenswert sein, einen Gewebewachstumsregler 20 als eine stationäre Einheit oder dergleichen als eine Alternative zu der in Figuren 1-3 abgebildeten mobilen Einheit vorzusehen. Bänder oder Gurte 34 und 36 sind durch jedes zweckmäßige Mittel an den Behandlungsköpfen 30, 32 angebracht, bevorzugt in einer Weise, die erlaubt, daß der Abstand zwischen Behandlungsköpfen 30, 32 verstellt werden kann, um die in Figur 1 gezeigte, im wesentlichen entgegengesetzte Ausrichtung zu erhalten. Daher wird bevorzugt, daß Bänder 30, 32 eine Verstellung zulassen, die für den Gewebewachstumsregler 20 ausreichend ist, um an Gliedern verschiedener Größen verwendet werden zu können. Behandlungsköpfe 30 und 32 sollten sich gut anliegend, aber bequem in Position befinden, um eine erhebliche Bewegung relativ zum Targetgewebe zu verhindern, das hier als Frakturenden 26 und 28 veranschaulicht ist. Es wird vorausgesehen, daß die vorliegende Erfindung zusammen mit herkömmlichen Gips- oder Kunststoffstützverbänden nützlich sein wird, worin der Gewebewachstumsregler 20 direkt in den Stützverbandaufbau integriert oder an der Extension des Stützverbandes befestigt werden kann.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Figuren 2 und 3 schließt jeder Behandlungskopf 30, 32 ein Gehäuse 38, 40 aus einem nichtmagnetischen Material, wie zum Beispiel Kunststoff ein, das eine Feldspule 42, 44 umschließt. Außerdem wird bevorzugt, daß mindestens ein Behandlungskopf eine Magnetfeldabfühleinrichtung 46, wie zum Beispiel ein Hall- Effekt-Bauelement umschließt, das im Gehäuse 40 von Behandlungskopf 30 eingeschlossen gezeigt ist. Eine Stromquelle 48 ist bevorzugt in einen der Behandlungsköpfe eingeschlossen vorgesehen. Die Stromquelle 48 kann eine Trockenzellbattene oder dergleichen umfassen. Es wird bevorzugt, daß zwei oder mehr gesonderte Stromquellen 48, 49 vorgesehen sind, um die Anzahl der erforderlichen Schaltkreiselemente zu minimieren. Das Gehäuse 38 ist auch bevorzugt mit Mitteln vorgesehen, durch die Batterie 48 erreicht werden kann, wie zum Beispiel eine Schiebeplatte oder dergleichen (nicht gezeigt), um die Installation zu erleichtern. Es kann auch zweckmäßig sein, Batterie 48 an der Außenseite von Gehäuse 38 zu befestigen oder irgendeine andere externe Anordnung vorzusehen. Während es ein signifikantes Merkmal und ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, einen Gewebewachstumsregler vorzusehen, der eine selbständige Stromquelle einschließt und der folglich sowohl leichtgebaut als auch mobil ist, können andere Stromquellen, wie zum Beispiel eine Wechselstromleitungsquelle in Verbindung mit einem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler verwendet werden, wo Mobilität nicht erforderlich ist.
Feldspulen 44 und 42 sind die bevorzugten Mittel, durch welche ein angewendetes [angelegtes] magnetisches Feld in der vorliegenden Erfindung erzeugt wird. Der Radius jeder Feldspule 44 und 42 wie auch die Wicklungswindungen können gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung variieren. Die Fachleute werden erkennen, daß andere Elektromagneten oder möglicherweise Dauermagneten zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung adaptiert werden können und eine jede solche Verwendung dazu beabsichtigt ist, in den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu fallen. Feldspulen 44 und 42 werden am meisten bevorzugt, da sie ein einfaches Mittel zum Konzentrieren magnetischer Feldlinien vorsehen. Die vorliegende Erfindung schließt auch mehrere Komponenten in einem einzelnen Gehäuse ein, und deshalb kann eine Abschirmung eingesetzt werden, um unerwünschte Interaktionen zwischen Komponenten zu verhindern.
In der am meisten bevorzugten Anordnung sind die Geometrie und relative Position von Feldspulen 44, 42 während der Behandlung dergestalt, daß Feldspulen 44, 42 wie Helmholtz- Spulen arbeiten. Die Fachleute werden folglich erkennen, daß in der am meisten bevorzugten Anordnung Feldspulen 44, 42 im wesentlichen identische, feldunterstützende, parallele, koaxiale Spulen sind, die durch einen Abstand getrennt sind, der dem Radius einer jeden Spule entspricht. In dieser am meisten bevorzugten Ausführungsform bewirkt die Helmholtz-Konfiguration ein angewendetes [angelegtes] magnetisches Feld in einem vorbestimmten Raum zwischen den Spulen. Unter Bezugnahme auf Figur 4 wird dieser vorbestimmte Raum 68 durch das Targetgewebe eingenommen, dessen Wachstumsmerkmale durch die vorliegende Erfindung reguliert werden. Dieses Konzept wird hierin ausführlicher erklärt. Daher wird der vorbestimmte Raum 68 gezeigt, durch welchen magnetische Feldlinien 52 parallel zur vorbestimmten Achse 50 verlaufen. Daher laufen magnetische Feldlinien 52 durch das Targetgewebe, das hier als Frakturenden 26, 28 veranschaulicht ist.
Es wird erkannt werden, daß das Targetgewebe lokalen magnetischen Einflüssen unterliegt. Wie hierin verwendet, soll "lokales magnetisches Feld" als die magnetischen Einflüsse, einschließlich des magnetischen Feldes der Erde oder geomagnetischen Feldes definiert werden, das einen lokalen magnetischen Fluß erzeugt, der durch das Targetgewebe fließt. "Magnetische Flußdichte" soll in der üblichen Weise als die Anzahl magnetischer Feldlinien pro Flächeneinheit eines Abschnittes senkrecht zur Flußrichtung definiert werden. Faktoren, die außer zum geomagnetischen auch zum lokalen magnetischen Feld beitragen, können lokalisierte Regionen aus ferromagnetischen Materialien oder dergleichen einschließen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Feldspulen 42 und 44 zur Erzeugung eines angewendeten [angelegten], schwankenden magnetischen Feldes verwendet, das ein resultierendes oder kombiniertes magnetisches Feld mit einem genau gesteuerten vorbestimmten Verhältnis von magnetischer Flußdichte zu Frequenz bewirkt, wenn es mit dem lokalen magnetischen Feld parallel zur vorbestimmten Achse 50 kombiniert wird.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Figuren 1 bis 4 der Zeichnungen, ist eine Magnetfeldabfühleinrichtung oder ein Magnetometer 46 in Gehäuse 40 mit den entsprechenden Leitungen 54, 56, 58 und 60 gezeigt, durch welche die Feldabfühleinrichtung elektrisch mit der Stromquelle 48 und in einer Ausführungsform mit der Mikroprozessor-Einrichtung 62 verbunden ist. Wie von den Fachleuten erkannt werden wird, sieht die Helmholtz-Konfiguration von Feldspulen 42, 44 ein im wesentlichen einheitlich oder gleichmäßig angewendetes [angelegtes] magnetisches Feld im aktiven Volumen oder vorbestimmten Raum 68 zwischen den Spulen vor. Daher erlaubt der Gewebewachstumsregler 20, daß ein im wesentlichen einheitlich angewendetes [angelegtes] magnetisches Feld am Targetgewebe im vorbestimmten Raum angewendet [angelegt] werden kann. Die Richtung des angewendeten [angelegten] magnetischen Flusses definiert die Richtung von vorbestimmter Achse 50. Das heißt, daß der Fluß des angewendeten [angelegten] magnetischen Feldes sich immer in der gleichen Richtung wie vorbestimmte Achse 50 befindet. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieser angewendete [angelegte] magnetische Fluß auf den lokalen magnetischen Fluß im vorbestimmten Raum 68 überlagert. Die Feldlinien dieser lokalen Flußkomponente werden anhand von Bezugsnummer 53 gezeigt.
Magnetometer 46 ist zum Messen des gesamten oder zusammengesetzten magnetischen Flusses, der durch den vorbestimmten Raum 68 parallel zur vorbestimmten Achse 50 läuft, im Wachstumsregler 20 positioniert. Es wird dann verstanden werden, daß Magnetometer 46 zum Messen des zusammengesetzten magnetischen Feldes entlang Achse 50 vorgesehen ist. Die lokale Feldkomponente verstärkt entweder oder vermindert den angewendeten [angelegten] magnetischen Fluß, es sei denn, daß die lokale Feldkomponente Null ist. Hierbei handelt es sich um ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung. Die relativ geringen angewendeten [angelegten] Flußdichten und genau vorbestimmten Beziehungen von kombinierter Flußdichte und Frequenz, die durch die vorliegende Erfindung vorgesehen sind, müssen während der Behandlung, ungeachtet des Einflusses des lokalen magnetischen Feldes, aufrechterhalten werden. Dies wird im wesentlichen auf zwei bevorzugte Weisen erreicht, die hierin ausführlicher erklärt werden. Folglich ist Magnetometer 46 zur Bestimmung der Größe der magnetischen Flußdichte des lokalen magnetischen Feldes vorgesehen. Daher wird in einer Ausführungsform der Erfindung der vorbestimmte Raum 68 durch einen Bereich lebenden Gewebes von einer Person oder einem Tier eingenommen. Die durch den vorbestimmten Raum 68 und folglich durch das Targetgewebe projizierte vorbestimmte Achse 50 wird durch die relative Position des Gewebewachstumsreglers 20 in bezug auf das Targetgewebe definiert. Vorbestimmte Achse 50 befindet sich in der gleichen Richtung wie der angewendete [angelegte] magnetische Fluß, der durch Feldspulen 42, 44 durch den vorbestimmten Raum 68 erzeugt wird. Während dieses Verfahrens mißt Magnetometer 46 die magnetische Gesamtflußdichte parallel zur vorbestimmten Achse 50, die durch das Targetgewebe läuft. Diese gesamte oder zusammengesetzte magnetische Flußdichte ist die Summe der angewendeten [angelegten] Komponente und der lokalen Komponente. Die lokale Komponente kann sich manchmal in der gleichen Richtung wie der angewendete [angelegte] Fluß und zu anderen Zeiten in anderen Richtungen als der angewendete [angelegte] Fluß befinden. Manchmal kann die lokale Komponente auch Null sein. Diese Änderungen in der lokalen Komponente entlang der Achse werden durch Änderungen in der Richtung von vorbestimmter Achse 50 bewirkt, während Gewebewachstumsregler 20 umpositioniert wird, wie zum Beispiel wenn ein gehfähiger Patient, der behandelt wird, das Bein 22 bewegt. Folglich kann sich der durch Feldspulen 42, 44 erzeugte angewendete [angelegte] Fluß bei T&sub1; parallel zu der Nord-Süd-Achse befinden, vielleicht, wenn der Patient nach Westen sieht. Da die Richtung von vorbestimmter Achse 50 durch die Richtung des angewendeten [angelegten] Flusses definiert ist, befindet sich vorbestimmte Achse 50 in dieser Position deshalb auch in der Nord-Süd-Richtung. Bei T&sub2; kann sich der Patient nach Norden drehen, wobei er eine Drehung von Feldspulen 42, 44 um 90º dergestalt verursacht, daß sich der angewendete [angelegte] magnetische Fluß nun parallel zu einer Ost- West-Achse befindet. Demgemäß befindet sich vorbestimmte Achse 50 dann auch in der Ost-West-Richtung. In den meisten Fällen wird die lokale Komponente in verschiedenen Richtungen unterschiedlich sein; daher wird sich der durch Magnetometer 46 entlang vorbestimmter Achse 50 gemessene zusammengesezte Fluß als Reaktion auf Änderungen in der Position des Gewebewachstumsreglers 20 in bezug auf das lokale magnetische Feld ändern. Der Nettodurchschnittswert der magnetischen Flußdichte wird demgemäß zum Anpassen an die Änderung des zusammengesetzten Flusses reguliert. Deshalb ist der Wachstumsregler 20 bevorzugt eine mobile Einheit, wobei es sich um einen signifikanten Vorteil handelt.
Die unerwarteten und überlegenen Ergebnisse der vorliegenden Erfindung werden durch Erzeugen eines schwankenden kombinierten oder zusammengesetzten magnetischen Feldes mit einer magnetischen Flußdichte parallel zur vorbestimmten Achse 50 erreicht, wobei die kombinierte magnetische Flußdichte entlang Achse 50 in einer vorbestimmten Beziehung zur Frequenz der Schwankungen aufrechterhalten wird. In dieser Ausführungsform weist die kombinierte magnetische Flußdichte parallel zur vorbestimmten Achse 50 einen von Null verschiedenen Nettodurchschnittswert auf. Wie in Figur 5 der Zeichnungen veranschaulicht ist, kann man sich das therapeutische magnetische Feld der vorliegenden Erfindung als ein statisches Feld mit Bezugspegel A vorstellen, auf den ein schwankendes magnetisches Feld überlagert wird. Es umfaßt eine Wechselstromkomponente, die hinsichtlich der Amplitude, aber nicht der Richtung variiert und eine Gleichstromreferenz, um welche herum die Wechselstromkomponente variiert. Bezugspegel A ist der von Null verschiedene Durchschnittswert der Flußdichte (B). Deshalb wird verstanden werden, daß der von Null verschiedene Durchschnitts- oder Nettodurchschnittswert der zusammengesetzten magnetischen Flußdichte entlang vorbestimmter Achse 50 genutzt wird, da sich die Größe B der zusammengesetzten Flußdichte bei einer vorbestimmten Rate aufgrund von Oszillation oder Schwankung des angewendeten [angelegten] magnetischen Flusses ändert. Folglich wird ein Durchschnittswert benutzt, bei dem es sich um einen von Null verschiedenen Durchschnittswert handelt, der an Punkt (c) veranschaulicht ist. Obwohl die zusammengesetzte magnetische Flußdichte entlang der Achse bei einer gesteuerten Rate oszilliert, reflektiert dies, daß das zusammengesetzte Feld durch die Intensität des angewendeten [angelegten] Feldes reguliert wird, um zu gewährleisten, daß das zusammengesetzte Feld immer unipolar ist; das heißt, das zusammengesetzte Feld befindet sich immer in der gleichen Richtung entlang der vorbestimmten Achse 50.
Wie bereits angegeben, wurde gefunden, daß in der vorliegenden Erfindung ziemlich genaue Beziehungen der Flußdichte des kombinierten magnetischen Feldes zu der Frequenz der Schwankungen verwendet werden, um therapeutische Ergebnisse vorzusehen. Diese Verhältnisse von Frequenz zu zusammengesetzter Flußdichte werden im Einklang mit der folgenden Gleichung gefunden:
fc/B = q/ (2Πm)
wo fc die Frequenz des kombinierten magnetischen Feldes in Hertz ist, B der Nettodurchschnittswert der magnetischen Flußdichte des kombinierten magnetischen Feldes parallel zur vorbestimmten Achse 50 in Tesla ist, q/m einen Wert zwischen circa 5 x 10&sup5; und circa 100 x 10&sup6; Coulomb pro Kilogramm aufweist. B weist bevorzugt einen Wert auf, der nicht über circa 5 x 10&supmin;&sup4; Tesla hinausgeht. Zum Stimulieren von Knochenwachstum, wird zum Beispiel die folgende Frequenz und assozuerte kombinierte magnetische Flußdichte (b) bevorzugt: Hertz Tesla
Zur Retardierung des Knochenwachstums wird die folgende Frequenz und assozuerte kombinierte magnetische Flußdichte (B) bevorzugt: Hertz Tesla
Während der genaue Mechanismus, durch den die Wachstumsmerkmale des Targetgewebes durch die vorliegende Erfindung beeinflußt werden, nicht vollkommen verstanden wird, wie ausführlicher im Zusammenhang mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erklärt werden wird, werden durch Abstimmen des kombinierten Feldes auf Resonanzabsorptionsfrequenzen präselektierter Ionen bemerkenswerte Ergebnisse erzielt.
Deshalb wird von den Fachleuten ohne weiteres verstanden werden, daß der Gewebewachstmsregler 20 in einem Aspekt eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes zum Vorsehen eines oszillierenden magnetischen Feldes parallel zu einer vorbestimmten Achse ist. Der magnetische Wachstumsregler 20 schließt bevorzugt auch Magnetfeldabfühleinrichtungen ein, durch welche die magnetische Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse gemessen wird. In Gewebewachstumsregler 20 ist auch bevorzugt eine Mikrosteuereinrichtung vorgesehen, durch welche eine vorbestimmte Beziehung zwischen der magnetischen Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse und der Frequenz der Magnetfeldoszillation erzeugt und aufrechterhalten wird, wenn der Gewebewachstumsregler 20 die Ausrichtung in bezug auf das lokale magnetische Feld ändert. Der Gewebewachstumsregler 20 wird folglich zum Erzeugen, Überwachen und Anpassen eines magnetischen Feldes vorbestimmter Parameter in vorbestimmtem Volumen 68 verwendet. Während diese vorbestimmte Beziehung bevorzugt durch Anpassen des angewendeten [angelegten] Flusses aufrechterhalten wird, um für Änderungen in der lokalen Feldkomponente zu kompensieren, kann als Alternative die Frequenz zum Erhalten des gewünschten Verhältnisses angepaßt werden.
Im Gebrauch wird lebendes Gewebe in vorbestimmtes Volumen 68 gebracht und wird dann, wie beschrieben, für ein Betriebsspiel und eine Zeitspanne, die ausreicht, um die Wachstumsmerkmale des Targetgewebes ordnungsgemäß zu beeinflussen, einem schwankenden magnetischen Feld ausgesetzt. In der bevorzugtesten Ausführungsform wird dieser Einfluß die Beschleunigung der Wachstumsmerkmale umfassen, um die Proliferation und das Wachstum von Gewebezellen zu veranlassen, wohingegen dieser Einfluß in einer anderen Ausführungsform dergestalt wirkt, um Wachstum und Proliferation zu retardieren. Während die Länge der Zeit, die für eine erfolgreiche Behandlung notwendig ist, variieren kann, wird angenommen, daß bis zu circa 100 Behandlungstage bei einer knöchernen Nichtvereinigung zur Stimulation des Knochenwachstums vorteilhafte Ergebnisse bereitstellen wird. Eine längere Behandlung kann bei bestimmten Applikationen wünschenswert sein.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, werden Werte für q und m unter Bezugnahme auf eine präselektierte Ionenart bestimmt. Es wird den Fachleuten bekannt sein, daß das biochemische Milieu von lebendem Gewebe ein Gemisch aus verschiedenen Ionen in der interzellulären und interstitiellen Flüssigkeit umfaßt. Zu diesen Ionen zählen Kalium-, Magnesium-, Natrium-, Chlorid-, Phosphat-, Sulfat-, Carbonat- und Bicarbonationen und dergleichen und verschiedene durch die Dissoziation von Aminosäuren, Proteinen, Zuckern, Nukleotiden und Enzymen gebildete Ionen. Die Anmelder haben gefunden, daß durch Nutzung der Werte von Ladung und Masse für ein präselektiertes Ion in der oben dargelegten Gleichung, welche von den Fachleuten als die für fc/B gelöste Zyklotronresonanzbeziehung erkannt werden wird, können die Verhältnisse von Frequenz zu magnetischer Flußdichte bestimmt werden, die zum Regulieren von Wachstumsmerkmalen von lebendem Gewebe gemäß der vorliegenden Erfindung dienen. Bisher vorliegende Hinweise deuten darauf hin, daß durch Verwendung des Verhältnisses von Ladung zu Masse eines präselektierten Ions eine spezifische Zyklotronresonanzfrequenz für das Ion bestimmt werden kann. Durch anschließendes Abstimmen des Gewebewachstumsreglers 20 zur Aufrechterhaltung einer kombinierten magnetischen Flußdichte mit der richtigen Zyklotronresonanzfrequenz kann lebendes Gewebe, welches das präselektierte Ion enthält, behandelt werden, um Änderungen der Wachstumsmerkmale herbeizuführen. Wiederum deuten Hinweise darauf hin, daß die vorteilhaften Ergebnisse der vorliegenden Erfindung in dieser Verkörperung erreicht werden, wenn das präselektierte Ion Energie aus dem magnetischen Feld der vorliegenden Erfindung mit den gewünschten Parametern absorbiert. Es besteht die Ansicht, daß diese Energiezunahme die transmembranöse Bewegung des präselektierten Ions über die Zellmembran eines oder mehrerer das Targetgewebe umfassender Zelltypen fördert. Durch Verbesserung der transmembranösen Bewegung präselektierter Ionen auf diese Weise können das Zellwachstum und die Gewebsentwicklung durch die vorliegende Erfindung verstärkt oder verringert werden. Zur Verstärkung des Wachstums von Knochengewebe wird bevorzugt, daß das präselektierte Ion Ca&spplus;&spplus; oder Mg&spplus;&spplus; umfaßt. Zum Retardieren oder Hemmen von Knochenwachstum wird bevorzugt, daß das präselektierte Ion K&spplus; umfaßt.
Es wird anhand der vorstehenden Erklärung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und aus der Gleichung zum Ermitteln einer Zyklotronresonanzbeziehung erkannt werden, daß entweder die Frequenz des schwänkenden magnetischen Feldes oder die Größe oder Intensität der magnetischen Flußdichte entlang der vorbestimmten Achse oder sowohl die Frequenz als auch die Intensität der Flußdichte angepaßt werden können, um ein magnetisches Feld innerhalb von Volumen 68 vorzusehen, das die gewünschten Merkmale aufweist. Wie jedoch angegeben wurde, wird bevorzugt, eine konstante Frequenz aufrechtzuerhalten, welche folglich erforderlich macht, daß die Intensität der angewendeten [angelegten] magnetischen Flußdichte angepaßt wird, um für Änderungen im lokalen magnetischen Feld zu kompensieren, um ein konstantes Verhältnis von Frequenz zu magnetischer Flußdichte aufrechtzuerhalten. Wenn es zum Beispiel zur Aufrechterhaltung einer Frequenz von 15 Hz und einer durchschnittlichen Flußdichte von 1,95 x 10&supmin;&sup5; Teslanotwendig ist, Wachstumsmerkmale des Targetgewebes zu beeinflussen, müssen Änderungen des lokalen Feldes, das anderweitig unerwünschte Abweichungen der kombinierten magnetischen Flußdichte verursachen würde, durch Zunahme oder Abnahme der angewendeten [angelegten] magnetischen Flußdichte entsprechend korrigiert werden. Dies wird am bevorzugtesten durch die Mikrosteuereinheit in Verbindung mit sowohl der Felderzeugungseinrichtung als auch der Feldabfühleinrichtung durchgeführt werden. Wenn Änderungen der kombinierten magnetischen Flußdichte entlang der Achse aufgrund von Änderungen der Ausrichtung des Gewebewachstumsstimulators 20 in bezug auf das lokale magnetische Feld auftreten, kann als Alternative, wie angegeben, die Frequenz der Oszillationen dann dergestalt geändert werden, daß das bevorzugte therapeutische Verhältnis aufrechterhalten wird. Es ist wiederum wichtig, zu erkennen, daß der Wert von B die durchschnittliche zusammengesetzte magnetische Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse ist, da sich die Größe der Flußdichten ändert, wenn das Feld oszilliert wird. Es wird verstanden werden, daß der Nachweis von Änderungen des magnetischen Feldes aufgrund von Änderungen in der umgebenden Komponente bei Intervallen häufig genug sein sollte, um ein Verhältnis von Frequenz zu magnetischem Feld vorzusehen, das ungeachtet der Änderungen in der lokalen Feldkomponente im wesentlichen konstant ist.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Figur 2 der Zeichnungen weist jede Feldspule 42, 44 bevorzugt bis zu circa 3000 Leitungsdrahtwindungen oder -schleifen auf, wobei der Durchmesser jeder Schleife bevorzugt bis zu circa 300 Zentimeter beträgt. Die Zahl der Drahtwicklungen n, der Durchmesser der Spulen, die Trennung der Spulen und die Drahtlehre sind nur insoweit kritisch, als die herkömmliche praktische Ausführung Einschränkungen auf diese und andere Auslegungsparameter auferlegt, um optimale Leistungsmerkmale bei der Erlangung vorbestimmter Flußdichten, wie in der bevorzugten praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung gefordert, zu erlauben. Wie bereits angegeben, können andere Einrichtungen zum Erzeugen eines magnetischen Feldes zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sein, und es ist naheliegend, daß sie in den Rahmen dieser Erfindung fallen.
Es muß auch verstanden werden, daß das angewendete [angelegte] magnetische Feld, das in einer kombinierten magnetischen Flußdichte entlang der vorbestimmten Achse 50 resultiert, durch ein sinusförmiges Signal oder von einem gleichgerichteten Vollwellensignal bewirkt werden kann, das auf Feldspulen 42, 44 angewendet [angelegt] wird. Es könnte in einigen Fällen auch angemessen sein, Komponenten des lokalen magnetischen Feldes, die nicht parallel zur vorbestimmten Achse 50 sind, durch die Verwendung von zusätzlichen Spulen, die in rechten Winkeln zu den Behandlungsköpfen 30, 32 zum Erzeugen eines entgegengesetzten, aber gleichen Feldes positioniert sind, auf Null zu reduzieren, dies wird jedoch nicht als notwendig angesehen. Es könnte auch angemessen sein, die lokale magnetische Feldkomponente die ganze Behandlung über unter Verwendung zusätzlicher Spulen oder dergleichen auf Null zu reduzieren.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Figur 6 der Zeichnungen wird ein Blockdiagramm gezeigt, das eine bevorzugte Anordnung der Schaltkreise von Gewebewachstumsregler 20 in funktionellen Segmenten veranschaulicht. Zahlreiche andere Schaltkreisanordnungen können möglich sein, wenn die Prinzipien der vorliegenden Erfindung gewissenhaft eingehalten werden. Mikrosteuereinheit oder Mikroprozessor 100 ist zu sehen, durch den das zusammengesetzte magnetische Feld trotz Änderungen in der umgebenden Komponente auf einem konstanten vorbestimmten Pegel, wie zuvor beschrieben, aufrechterhalten wird. In dieser Hinsicht ist Eingabe 102 vorgesehen, durch die ein vorgegebener Punktwert der vorbestimmten zusammengesetzten magnetischen Flußdichte entlang einer vorbestimmten Achse durch das Targetgewebe in den Mikroprozessor 100 eingegeben wird. Wie gezeigt werden wird, wird die zusammengesetzte Feldstärke mit diesem vorgegebenen Punktwert verglichen, um einen Fehler zu erzeugen, der dem Unterschied des vorgegebenen Punktwertes und dem gemessenen Wert der zusammengesetzten magnetischen Flußdichte entlang der Achse entspricht.
Es ist ein Magnetfeldfühler 104 vorgesehen, durch den die Größe des zusammengesetzten Feldes, das durch das Targetgewebe entlang der Achse läuft, gemessen wird. Es wird bevorzugt, daß der magnetische Feldfühler 104 ein Hall-Effekt-Bauelement umfaßt, das wie den Fachleuten bekannt sein wird, ein analoges Signal bewirkt. Der magnetische Feldfühler 104 überwacht ständig das zusammengesetzte magnetische Feld, wobei ein Signal an den Mikroprozessor 100 gesandt wird. Es wird verstanden werden, daß der Ausgang eines Hall-Effekt-Magnetfühlers relativ klein ist; folglich ist der Magnetfeldabfühlverstärker 106 vorgesehen, durch den das Signal aus dem Magnetfeldfühler 104 zum Beispiel bis zu 3000mal seines Ursprungswertes verstärkt wird. Da ein Hall-Effekt-Bauelement ein analoges Signal bewirkt, ist ein Analog-Digital-Wandler 107 vorgesehen, durch den das verstärkte Signal aus dem Magnetfeldfühler 104 in ein digitales Signal umgewandelt wird, das von Mikroprozessor 100 verwendet werden kann. Es wird bevorzugt, daß der Analog-Digital-Wandler eingebaut im Mikroprozessor-Chip vorgesehen ist.
Wie erkannt werden wird, kann die Verstärkung des Magnetfeldfühler-Signals einen unerwünschten Geräuschpegel bewirken. Außerdem können plötzliche Änderungen der magnetischen Feldintensität auftreten, die es schwierig machen, den wahren Durchschnittswert der zusammengesetzten magnetischen Flußdichte zu bestimmen. Daher wird das Signal aus dem Analog-Digital-Wandler 106, welches die Eingabe in Mikroprozessor 100 ist, durch Software-Filter 108 zum Entfernen von Schrotrauschen und plötzlichen Schwankungen in dem durch Magnetfeldfühler 104 nachgewiesenen zusammengesetzten Feld gefiltert. Obwohl bevorzugt wird, daß Filter 108 Software in Mikroprozessor 100 umfaßt, könnte ein diskreter Filter verwendet werden. In dieser Ausführungsform ist Software-Filter 108 ein digitaler Filter, bevorzugt ein Integrator mit einer Zeitkonstanten von circa 0,5 Sekunden. In anderen Worten, die Änderungen der Größe des zusammengesetzten magnetischen Feldes, die durch Zunahme oder Abnahme des angewendeten [angelegten] Feldes kompensiert werden, sind langfristige Änderungen von 0,5 Sekunden oder mehr, die primär aus Änderungen der Ausrichtung des magnetischen Wachstumsreglers 20 in bezug auf die umgebende Feldkomponente resultieren. Daher sollte die Zeitkonstante von Filter 108 dergestalt sein, daß flüchtige Schwankungen ausgefiltert werden.
Mikroprozessor 100 schließt Logik ein, die den von Null verschiedenen Nettodurchschnittswert der zusammengesetzten magnetischen Flußdichte berechnet. Dieser von Null verschiedene Durchschnittswert wird dann am Komparator 110 in Mikroprozessor 100 mit dem vorbestimmten Gleichstrombezugs- oder Versatzwert verglichen, der in Mikroprozessor 100 über Eingabe 102 eingegeben wird. Es sollte beachtet werden, daß dieser Bezugswert bevorzugt durch eine zweckgebundene Schaltung in Mikroprozessor 100 ermittelt wird, obwohl variable Eingabemittel eingeschlossen sein könnten, durch die der vorgegebene Punktwert geändert werden könnte. Es wird dann eine Fehlerangabe erzeugt, welche den Unterschied in dem gemessenen Wert der zusammengesetzten magnetischen Flußdichte und dem vorgegebenen Punkt- oder Bezugswert definiert. Mikroprozessor 100 bestimmt dann die Größe des Ausgangs, der zum Treiben der Spulen 112 zum Erzeugen des magnetischen Feldes vorgesehen ist, um die zusammengesetzte magnetische Flußdichte zurück an den vorgegebenen Punkt zu bringen.
Es ist ein Software-Feldmodulator oder Oszillator 114 vorgesehen, durch den eine Wechselstrom- oder schwankende Komponente auf das digitale Ausgangssignal überlagert wird, welches in den Digital-Analog-Wandler 116 eingegeben wird. Aus der vorstehenden Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird verstanden werden, daß Software-Feldmodulator 114 von Mikroprozessor 100 in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine fixierte, vorbestimmte Frequenz voreingestellt ist, um das gewünschte, vorbestimmte, wachstumsregulierende Verhältnis von Frequenz zu magnetischem Flußdichtewert zu bewirken. In einer anderen Ausführungsform ist das Rückkopplungssystem der vorliegenden Erfindung dergestalt, daß Änderungen der zusammengesetzten magnetischen Flußdichte gemessen werden, worauf Mikroprozessor 100 die notwendige Änderung der Frequenz bestimmt, um die vorbestimmte Beziehung aufrechtzuerhalten. In dieser Ausführungsform bewirkt der Software-Feldmodulator 114 die vorausgesetzte Wechselstromfrequenz. Es wird wiederum bevorzugt, daß der Digital-Analog-Wandler 116 eingebaut in das Mikroprozessor- Chip vorgesehen ist. Daher sieht Software-Feldmodulator 114 die Wechselstromkomponente an Knoten 118 vor.
Das Signal von Digital-Analog-Wandler 116 wird an den Spannungs-Strom-Verstärker 120 gespeist, dessen Ausgang die Spulen 112, die das magnetische Feld erzeugen, auf die gewünschte Weise treiben. Daher wird das zusammengesetzte Feld trotz der Änderungen in der umgebenden Komponente im wesentlichen konstant gehalten.
Während mehrere Anordnungen von Stromquellen geeignet sind, wird bevorzugt, daß Stromquelle 122 zum Speisen des Magnetfeldabfühlverstärkers 106, Mikroprozessors 100 und Magnetfeldfühlers 104 vorgesehen ist, letzterer über Stabilisierungsschaltung 124. Eine getrennte Stromquelle 126 ist für den Spannungs-Strom-Verstärker 120 bevorzugt.
Nachdem die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, einschließlich ihrer Konstruktionsweise, ihres Betriebs und Gebrauchs voll beschrieben wurde, wird nun ein Gebrauchsverfahren beschrieben. Es muß verstanden werden, daß diese Beschreibung des Verfahrens die vorausgehende Erläuterung der neuen Vorrichtung einschließt. In diesem Aspekt wird ein Verfahren zum Regulieren der Wachstumsmerkmale von lebendem Gewebe vorgelegt. Dies wird in einer Ausführungsform durch Erzeugen eines schwänkenden richtungsabhängig ausgerichteten, durch das Targetgewebe projizierten magnetischen Feldes erreicht. Eine Anzahl von Einrichtungen zum Erzeugen des magnetischen Feldes sind für diesen Zweck geeignet, aber der zuvor beschriebene Gewebewachstumsstimulator wird zum Gebrauch hierin bevorzugt. Das auf diese Weise erzeugte magnetische Feld weist eine magnetische Flußdichte von genau gesteuerten Parametern auf, die durch das Targetgewebe parallel zu einer durch das Gewebe projizierten vorbestimmten Achse läuft. Wie den Fachleuten bekannt sein wird und wie deutlich erklärt wurde, weist das lokale magnetische Feld, dem das Targetgewebe ausgesetzt wird, eine Komponente auf, die sich parallel zu der vorbestimmten Achse befindet und die folglich das angewendete [angelegte] oder erzeugte magnetische Feld entlang der Achse unterstützt oder ihm entgegenwirkt. Manchmal kann die lokale Komponente Null sein. In dem Verfahren wird die Dichte dieses kombinierten magnetischen Flusses und genauer der von Null verschiedene Durchschnittswert der kombinierten magnetischen Flußdichte gesteuert, um eine genaue Beziehung zwischen der Flußdichte entlang der Achse und der Frequenz des angewendeten [angelegten] magnetischen Feldes, das bei einem vorbestimmten Wert oszilliert, vorzusehen. Am bevorzugtesten wird dies durch Anpassen der Intensität des angewendeten [angelegten] Feldes zum Kompensieren für Änderungen in dem lokalen Feld erlangt. Folglich legt das vorliegende Dokument in einer Ausführungsform ein Verfahren zum Regulieren von Wachstumsmerkmalen von lebendem Gewebe durch Erzeugung eines magnetischen Feldes vor, welches das Gewebe penetriert und welches eine vorbestimmte Beziehung zwischen der Frequenz von Oszillation und der durchschnittlichen Flußdichte aufweist. Die vorbestimmte Beziehung oder das Verhältnis von Frequenz zu Feldgröße wird unter Bezugnahme auf die folgende Gleichung bestimmt:
fc/B = q/(2Π m)
wo fc die Frequenz des kombinierten magnetischen Feldes entlang der vorbestimmten Achse in Hertz ist, B ein von Null verschiedener Nettodurchschnittswert der magnetischen Flußdichte des kombinierten magnetischen Feldes parallel zu der Achse in Tesla ist, q/m in Coulomb pro Kilogramm ist und einen Wert zwischen circa 5 x 10&sup5; und circa 100 x 10&sup6; aufweist. B weist bevorzugt einen Wert auf, der nicht über circa 5 x 10&supmin;&sup4; Tesla hinausgeht.
Um dieses schwankende magnetische Feld mit den gewünschten Parametern zu erzeugen, wird das zusammengesetzte magnetische Feld parallel zu der vorbestimmten Achse konstant überwacht. Wie angegeben, wird dies bevorzugt mit einem Hall-Effekt-Bauelement oder dergleichen durchgeführt, welches ein analoges Signal bewirkt. Dieses analoge Signal wird durch die Mikroprozessor-Einrichtung periodisch abgetastet, die dann die notwendige Frequenz und/oder Größe des angewendeten [angelegten] magnetischen Feldes zur Aufrechterhaltung des zuvor beschriebenen vorprogrammierten, vorbestimmten Verhältnisses berechnet. Selbstverständlich wird nun verstanden werden, daß es sich um den kombinierten magnetischen Fluß handelt, der durch den Magnetfeldfühler abgefühlt wird. Die Einrichtung zum Erzeugen des magnetischen Feldes wird verwendet, um die Größe dieses zusammengesetzten Feldes, wo angemessen, anzupassen.
In einer Ausführungsform schließt das Verfahren die Steuerung des Durchschnittswertes der angewendeten [angelegten] magnetischen Flußdichte entlang einer vorbestimmten Achse zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Verhältnisses von Frequenz zu zusammengesetzter magnetischer Flußdichte ein. In einer anderen Ausführungsform wird die Frequenz der Schwankungen zur Aufrechterhaltung dieser Beziehung angepaßt, worin Änderungen der kombinierten magnetischen Flußdichte aufgrund von Änderungen im lokalen magnetischen Feld nachgewiesen werden. Darüber hinaus kann eine Kombination dieser beiden Verfahren verwendet werden, worin sowohl die Frequenz und die Größe der magnetischen Feldflußdichte angepaßt werden, um die vorbestimmte Beziehung der vorliegenden Erfindung aufrechtzuerhalten.
Daher schließt das Verfahren die Schritte des Erzeugens und Aufrechterhaltens einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Frequenz eines schwankenden magnetischen Feldes und der Flußdichte des Feldes ein. In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird das Verhältnis von Frequenz zu Flußdichte unter Bezugnahme auf die folgenden Werte bestimmt: Eine Frequenz von 16 Hertz und eine durchschnittliche Flußdichte von 2,09 x 10&supmin;&sup5; Tesla. Diese Kombination von Frequenz und Flußdichte ist beim Stimulieren des Knochenwachstuns besonders nützlich.
Die folgende Frequenz und entsprechende Flußdichte ist bei der Retardierung des Knochenwachstums wichtig: 16 Hertz und 1,27 x 10&supmin;&sup5; Tesla.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verhältnis von Frequenz zu Flußdichte durch Auswählen eines präselektierten Ions, das in den interstitiellen oder intrazellulären Flüssigkeiten vorliegt, die mit dem Targetgewebe assoziiert sind, und Abstimmung der schwankenden zusammengesetzten magnetischen Flußdichte auf die genaue Zyklotronresonanzfrequenz für das Ion bestimmt. Die bevorzugten Ionen zum Stimulieren des Wachstums sind Ca&spplus;&spplus; und Mg&spplus;&spplus;. Das bevorzugte Ion zum Hemmen des Knochenwachstums ist K&spplus;. Außer diesen Ionen werden andere Ionen, die sich in der vorliegenden Erfindung als nützlich herausstellen könnten, in der folgenden Tabelle zum Zwecke der Veranschaulichung dargelegt:
Wasserstoff, H&spplus;
Lithium, Li&spplus;
Natrium, Na&spplus;
Chlor, Cl&supmin;
Bicarbonat, HCO&sub3;&supmin;
Daher legt das vorliegende Dokument außer der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Wachstumsmerkmale von lebendem Gewebe vor, das die folgenden Schritte einschließt: Erzeugen eines schwankenden magnetischen Feldes von vorbestimmter Frequenz und Flußdichte entlang einer durch ein vorbestimmtes Volumen projizierten Achse und Positionieren eines Targetgewebes in diesem vorbestimmten Raum dergestalt, daß es dem schwankenden magnetischen Feld ausgesetzt wird. Die vorbestimmten Parameter des schwankenden magnetischen Feldes werden durch Messen des Nettodurchschnittswertes der kombinierten magnetischen Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse durch das Gewebe bestimmt, wo das kombinierte magnetische Feld die Summe des lokalen magnetischen Feldes entlang der vorbestimmten Achse und des angewendeten [angelegten] magnetischen Feldes ist. Die Frequenz und/oder Größe der angewendeten [angelegten] magnetischen Flußdichte wird dann angepaßt, um ein kombiniertes magnetisches Feld entlang der Achse mit einem vorbestimmten Verhältnis von Frequenz zu Flußdichte zu bewirken. Dieses vorbestimmte Verhältnis beeinflußt die Wachstumsmerkmale des Targetgewebes. Das Gewebe wird dem schwankenden magnetischen Feld für ein Betriebsspiel und eine Zeitspanne ausgesetzt, die ausreicht, um die Wachstumsmerkmale des Gewebes richtig zu beeinflussen.
Die folgenden Beispiele sind vorgesehen, um die vorliegende Erfindung darüber hinaus zu beschreiben und zu veranschaulichen und sind in keiner Weise dazu beabsichtigt, die Erfindung einzuschränken.

BEISPIEL A

Es wurden zwölf Platten mit Vertiefungen vorbereitet, wobei ein steriles SS-Sieb und ein aus einem Abschnitt aus dreieckigem Linsenpapier gebildeter "Floß" in jede Vertiefung gegeben wird. Danach wurden 0,5 ml zubereitetes BGJb-Medium, dem Antibiotika zugesetzt wurden, in jede Vertiefung gegeben, das ausreichend war, damit jedes "Floß" schwamm. Dann wurden Petrischalen zubereitet, wobei in jede Schale Quadrate von entweder sterilen, ungebleichten Musselin- oder Gazeschwämmen gegeben wurden. Die Gazeschwämme wurden mit einer kleinen Menge von zubereitetem Hank-Salzlösungsmedium (HBSS; Hank's Balanced Salt Solution) angefeuchtet. Acht Tage alte inkubierte Hühnereier (weißes Leghorn) wurden geschiert, von denen dann 26 embryonierte Eier ausgewählt wurden. Die Kükenfemora wurden auf die Gazeschwämme explantiert und dann zum Reinigen auf das Musselin gebracht. Die Identität von rechten und linken Femora wurde das ganze Verfahren über aufrechterhalten. Die Länge von jedem Femur wurde dann auf den nächsten 0,1 Millimeter gemessen und die Messungen aufgezeichnet. Dann wurden Kontrollplatten-Sätze und experimentelle Platten-Sätze festgelegt. Die linken Femora wurden in die Vertiefungen der Kontrollplatten gegeben, und die rechten Femora wurden in Vertiefungen der experimentellen Platten gegeben. In jede Vertiefung wurden zwei Femora gegeben, und jede Vertiefung wurde numeriert. Das ganze Verfahren über wurde das Medium ein über den anderen Tag nachgefüllt. Den ganzen Test über wurden sowohl die Kontroll- als auch die experimentellen Femora dem umgebenden magnetischen Feld der Testeinrichtung ausgesetzt. Außerdem wurde durch ein Paar Helmholtz-Spulen, ein angewendetes [angelegtes], richtungsabhängig ausgerichtetes schwankendes magnetisches Feld erzeugt, dem die experimentellen Femora auf die folgende Weise ausgesetzt wurden. Die zusammengesetzte magnetische Flußdichte entlang einer durch die Femora projizierten vorbestimmten Achse wurde mit einem Magnetometer gemessen. Ein experimenteller Platten-Satz wurde einem zusammengesetzten magnetischen Fluß ausgesetzt, das heißt, das kombinierte umgebende Feld und das angewendete [angelegte] Feld entlang der Achse, die bei einer Frequenz von 16 Hz und einer Spitzen-Spitzen-Amplitude von 3,0 x 10&supmin;&sup5; Tesla schwankten. Für diesen experimentellen Platten-Satz wurde die durchschnittliche magnetische Flußdichte des zusammengesetzten magnetischen Feldes parallel zu der Achse bei 2,09 x 10&supmin;&sup5; Tesla aufrechterhalten. Dies entspricht dem Verhältnis von Frequenz zu Größe für Ca&spplus;&spplus;, wobei die Zyklotronresonanzbeziehung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein zweiter experimenteller Platten-Satz wurde einem kombinierten oder zusammengesetzten magnetischen Feld auf die gleiche Weise ausgesetzt, wobei die Frequenz auf 16 Hz eingestellt war, aber die durchschnittliche Flußdichte entlang der Achse bei 4,09 x 10&supmin;&sup5; Tesla aufrechterhalten wurde. Dies entspricht dem Verhältnis von Frequenz zu Größe für K&spplus;, wobei die Zyklotronresonanzbeziehung verwendet wurde. Ein dritter experimenteller Platten-Satz wurde auf diese Art einem schwankenden zusammengesetzten magnetischen Feld ausgesetzt, wobei die Frequenz der Schwankungen 16 Hz betrug und die durchschnittliche Flußdichte bei 1,27 x 10&supmin;&sup5; Tesla aufrechterhalten wurde, die einem Verhältnis von Frequenz zu Größe für Mg&spplus;&spplus; entspricht, wobei die Zyklotronresonanzbeziehung verwendet wird. Die Parameter der schwankenden magnetischen Felder wurden bei diesen vorbestimmten Verhältnissen für die Dauer der siebentägigen Behandlung aufrechterhalten. Die Kontrollplatten wurden wiederum nur dem umgebenden Feld ausgesetzt. Nach der Behandlung wurden die Kükenfemora mit 0,7 ml NBF (10%) fixiert. Die Länge und der Durchmesser des Mittelschaftes von jedem Femur wurden gemessen und aufgezeichnet. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Mittelschaftes wurden für jedes Femur bestimmt.
In Tabelle I werden die mittleren Längen und die Standardabweichung vor (T&sub0;L) und nach (T&sub7;L) der Behandlung für die Kontrolle und die experimentellen Femora in den Ca&spplus;&spplus;-Experimenten vorgelegt. Der Wert des Mittels und der Standardabweichung für die Länge/den Durchmesser wird auch vorgelegt. TABELLE I
*SD = Standardabweichung
Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß die Kükenfemora, die erfindungsgemäß behandelt wurden, 15% länger, 41% dicker und 22% robuster (Länge/Durchmesser) als die Kontrollfemora waren.
In Tabelle II werden die mittleren Längen und die Standardabweichung vor und nach der Behandlung für die Kontroll- und die experimentellen Femora in den K&spplus;- Experimenten vorgelegt. Der Wert des Mittels und der Standardabweichung für die Länge/den Durchmesser wird auch vorgelegt. TABELLE II
*SD = Standardabweichung
Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß die Kükenfemora, die erfindungsgemäß behandelt wurden, 7% kürzer, 9% dünner und 4% graziler (Länge/Durchmesser) als die Kontrollfemora waren.
In Tabelle III werden die mittleren Längen und die Standardabweichung vor und nach der Behandlung für die Kontroll- und experimentellen Femora in den Mg&spplus;&spplus;- Experimenten vorgelegt. Der Wert des Mittels und der Standardabweichung für die Länge/den Durchmesser wird auch vorgelegt. TABELLE III
*SD = Standardabweichung
Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß die Kükenfemora, die erfindungsgemäß behandelt wurden, 10,5% länger, 37,5% dicker und 19,2% robuster (Länge/Durchmesser) als die Kontrollfemora waren.

BEISPIEL B

Chargen von zwölf skeletal naturen weißen Kaninchen werden randomisiert in Gruppen zu je drei aufgeteilt. Jedes Kaninchen wurde anästhesiert, dann wurde die laterale Oberfläche von jedem Bein (Knie bis Knöchel) rasiert und zum chirurgischen Eingriff vorbereitet. Es wurde eine 2,0 cm lange Inzision vorgenommen, die am Knie begann und in Richtung des Knöchels entlang der lateralen Oberfläche des Beines verlief. Die Fibula wurde durch Spaltung entlang der anterioren/lateralen Kompartimentlinie exponiert. Eine Inzision wurde im Periost von jeder Fibula vorgenommen, und das Periost wurde dorsal und ventral für einen Abstand von proximal nach distal von 1,5 cm reflektiert, wobei 5 mm ab der Vereinigung von Tibia und Fibula begonnen wurde. Dem Periost der rechten Fibula wurde erlaubt, in seine Lage zurückzukehren und die Wunde wurde in Schichten geschlossen. Die rechte Fibula diente folglich als eine scheinoperierte Kontrolle. Die linke Fibula wurde ähnlich behandelt, außer daß ein 1 cm großer Knochenabschnitt exzidiert wurde, und das Periost über die Lücke hinweg erhalten wurde. Die Wunden wurden gleichermaßen in Schichten geschlossen. Die linken Beine dienten folglich als operierte Testproben. Nach dem chirurgischen Eingriff wurde den Tieren Analgetika gegeben, und sie wurden zur Genesung in Käfige zurückgebracht.
Die erste Gruppe aus drei Tieren wurde in ihre Käfige zurückgebracht, und sie erhielten keine weitere Behandlung. Die erste Gruppe diente als Kontrolle. Die zweite Gruppe wurde in Käfige von identischen Proportionen gebracht, die zwischen Helmholtz-Spulenpaare gestellt wurden. Die zusammengesetzte magnetische Flußdichte entlang einer vorbestimmten Achse, die der des Spulenpaares und durch die Körper der Tiere, einschließlich der Fibulae projizierten Achse entsprach, wurde mit einem Magnetometer gemessen. Die Spulen wurden zur Anwendung [zum Anlegen] eines richtungsabhängig ausgerichteten schwankenden magnetischen Feldes am gesamten Körper von jedem Tier verwendet. Folglich wurde jedes Tier in dieser Gruppe einem zusammengesetzten magnetischen Fluß ausgesetzt, das heißt dem kombinierten umgebenden Feld, einschließlich eines angewendeten [angelegten] Feldes entlang der Achse der Spulen, welche bei 35,6 Hz mit einer Spitze-Spitze- Amplitude von 3,0 x 10&supmin;&sup5; Tesla der Wechselstromkomponente mit der statischen magnetischen Flußdichte parallel zur Käfigachse bei 4,65 x 10&supmin;&sup5; Tesla schwankte, und diese Bedingungen entsprachen dem Verhältnis von Frequenz zu Größe für Ca&spplus;&spplus;-Ionen, wobei die Zyklotronresonanzbeziehung der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. Der oben beschriebene magnetische Fluß wurde 24 Stunden pro Tag für die Dauer von vier Wochen angewendet [angelegt].
Die dritte Gruppe aus drei Tieren wurde mit einem identischen kombinierten statischen und wechselnden magnetischen Fluß behandelt, außer daß das Betriebsspiel auf drei Stunden pro Tag gesenkt wurde.
Die vierte Tiergruppe wurde mit einem ähnlichen Satz magnetischer Flüsse für die Dauer von 24 Stunden pro Tag behandelt, außer daß die Frequenz auf 60,5 Hz angepaßt wurde, die bei gegebener statischer magnetischer Eflußdichte parallel zur Käfigachse von 4,75 x 10&supmin;&sup5; Tesla dem Verhältnis der Frequenz zu Größe für Mg&spplus;&spplus;-Ionen entsprach, wobei die Zyklotronresonanzbeziehung der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. Die Parameter für alle Felder wurden für die Dauer des vierwöchigen Experimentes aufrechterhalten.
Am Ende des Experimentes wurden die Tiere getötet, und die Beine wurden anhand von Exartikulation am Knie und am Knöchel entfernt. Die Beine wurden in der Frontalebene (a-p-Achse) geröngt. Anhand dieser Röntgenaufnahmen wurde die Breite der Kallusfüllung des Osteotomiedefektes an ihrem engsten Punkt in der Lücke gemessen. Der Durchmesser der Fabella, eines kleinen Sesamknochens in der Nähe des Knies, wurde auch anhand der Röntgenaufnahmen gemessen. Daran anschließend wurde das Muskelgewebe von der Tibia und Fibula abgestreift, und die Knochen wurden in einer Fixationsvorrichtung festgeklemmt. Eine an einem Krafttransducer befestigte Nadel wurde an der Fibula angewendet [angelegt], und sie wurde anterior oder posterior, bis zu dem Ausmaß von 1 mm von ihrer normalen proximo-distalen Achse, bei dem Abstand von 2 cm von der Ansatzstelle der Fibula an der Tibia, das heißt 1,5 cm proximal zum distalen Ende der Osteotomielücke gebogen. Die Steifigkeit (Kraft/mm Verschiebung) der operierten Seite wurde dann mit der scheinoperierten Seite des Beines und mit der operierten Seite der Kontrollbeine verglichen.
In Tabelle IV werden die mittleren Kallusbreiten und Standardabweichungen für alle Gruppen, einschließlich eines statistischen Vergleichs von Experimenten und Kontrollen vorgelegt. In Tabellen IV bis VI ist t die Studentsche t-Verteilung. TABELLE IV
*S.D. = Standardabweichung
In Tabelle V werden die Durchmesser der Fabellae nach Gruppen verglichen und werden auf die gleiche Weise wie für Tabelle IV vorgelegt. TABELLE V
*S.D. = Standardabweichung
In Tabelle VI werden die relative Steifigkeit der experimentellen und Kontroll-Operationsseiten im Vergleich zu ihren gegenüberliegenden scheinoperierten Seiten verglichen und vorgelegt. Vergleiche zwischen Kontroll- und experimentellen Werten werden auch vorgelegt. TABELLE VI
*S.D. = Standardabweichung
Aus diesen Daten geht hervor, daß eine Applikation des Verfahrens grundlegend das Wachstum und die Regeneration von Knochen in ganzen Tieren im Vergleich zu Tieren stimuliert, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht stimuliert werden. Die Kallusmenge in der Region eines Defektes ist vermehrt, die Steifigkeit der Reparatur und daher ihre gewichtstragende Fähigkeit ist erhöht. Das Wachstum der Knochen ist generell verbessert, wie anhand der Durchmesser der Fabellae, Knochen, die keiner chirurgischen Behandlung unterzogen wurden, nachgewiesen wurde.

Claims

1. Vorrichtung (20) zum Anwenden eines gewünschten magnetischen Feldes auf ein Gewebe, umfassend: Magnetflußabfühleinrichtungen, Flußvergleich- und - anpaßeinrichtungen, Einrichtungen (42, 44) zum Erzeugen und Anwenden eines schwankenden magnetischen Flusses entlang einer durch ein zu behandelndes Gewebe verlaufenden Achse (50), dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühleinrichtungen (46) zum Abfühlen eines kombinierten magnetischen Flusses am Gewebe ausgeführt sind, wobei der kombinierte magnetische Fluß den angewendeten schwankenden magnetischen Fluß und eine lokale Feldkomponente einschließlich einer geomagnetischen Feldkomponente umfaßt, und die Vergleichund -anpaßeinrichtungen (104, 100) zum Vergleichen des Verhältnisses von Frequenz zu Feldgröße des genannten abgefühlten kombinierten magnetischen Flusses mit dem Verhältnis von Frequenz zu Feldgröße eines gewünschten magnetischen Flusses ausgeführt sind, so daß der angewendete magnetische Fluß entweder bezüglich Größe oder Frequenz angepaßt wird, um Änderungen in der lokalen Feldkomponente zu kompensieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Anwenden des schwankenden magnetischen Flusses mindestens eine Feldspule (44, 42) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einrichtung zum Anwenden des schwankenden magnetischen Flusses zwei in einer Helmholtzschen Konfiguration angeordnete Feldspulen (44, 42) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, die auch ein erstes Gehäuse (38, 40) aus einem nichtmagnetischen Material aufweist, das eine der Feldspulen umschließt, und ein zweites Gehäuse (38, 40) aus nichtmagnetischem Material, das die andere der Feldspulen umschließt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einrichtung zum Abfühlen des kombinierten magnetischen Flusses ein Magnetometer (46) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einrichtung zum Anwenden des schwankenden magnetischen Flusses einen Oszillator aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Einrichtung zum Vergleichen des genannten kombinierten magnetischen Flusses mit einem gewünschten magnetischen Fluß Mikroprozessoreinrichtungen (100) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, welche auch Mittel (34, 36) zum Befestigen der Vorrichtung in Position im Verhältnis zum genannten Gewebe aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wenn abhängig von Anspruch 4, wobei das Befestigungsmittel zwei am ersten und zweiten Gehäuse angebrachte, verstellbare Bänder aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die lokale Feldkomponente ein im Gewebebereich anwesender umgebender magnetischer Fluß ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der gewünschte kombinierte magnetische Fluß eine Funktion von fc/B = q/(2Πm) ist, wobei fc die Frequenz in Hertz des schwankenden angewendeten Feldes ist, B der Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte in Tesla parallel zu der vorbestimmten Achse ist und q/m einen Wert von 5 x 10&sup5; bis 100 x 10&sup6; in Coulombs pro Kilogramm hat.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei B einen Wert von weniger als 5 x 10&supmin;&sup4; Tesla hat.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei q und m gleich der Ladung beziehungsweise der Masse einer vorgewählten Ionenart sind.