DE69030987T2

DE69030987T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Ionenbewegung durch eine Membran

Info

Publication number: DE69030987T2
Application number: DE69030987T
Authority: DE
Inventors: Abraham R Liboff; Bruce R Mcleod; Stephen D Smith
Original assignee: Life Resonances Inc
Current assignee: Life Resonances Inc
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2010-04-25
Also published as: ES2104581T3; DE69030987D1; EP0407006A1; CA2015327C; JP2929028B2; CA2015327A1; AU5329490A; US5087336A; ATE154886T1; JPH0363072A; AU645971B2; EP0407006B1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind im allgemeinen Verfahren und Vorrichtungen zum Regeln der Bewegung von Ionen durch Zellmembranen. Spezifischer sieht die vorliegende Erfindung Verfahren und Vorrichtungen zum Regeln der transmembranösen Bewegung vorgewählter Ionen in biologischen Systemen unter Verwendung ausgewählter Oberwellenfrequenzen vor, die auf dem Verhältnis von Ladung zu Masse der vorgewählten Ionen basieren. Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum simultanen Regeln der transmembranösen Bewegung von zwei oder mehr distinkten Ionenspezies durch eine Membran vor. Die vorliegende Erfindung sieht darüber hinaus Verfahren und Vorrichtungen für die therapeutische Behandlung ausgewählter Körpergewebe vor.
Die Rolle biologischer Ionen als Vermittler zellulärer Aktivität ist gut belegt. Im U.S.-Patent Nr. 4818697 beschreiben die Erfinder der vorliegenden Erfindung neue Techniken zur Steuerung der Bewegung einer vorgewählten Ionenspezies durch die Membran einer lebenden Zelle. Darin wird die Beziehung zwischen Ionenbewegung und fluktuierenden Magnetfeldern beschrieben, und es sind ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgesehen, durch welche die Ionenbewegung selektiv gesteuert werden kann. Nachdem entdeckt wurde, daß Ionenbewegung durch eine biochemische Membran mittels Schaffung einer spezifischen Beziehung zwischen der Stärke eines fluktuierenden Magnetfeldes und der Rate der Feldoszillation gesteuert und daß die Beziehung anhand der Zyklotronresonanzgleichung vorausgesagt werden kann, wobei die Frequenz wie folgt ist:
fc = Bq/2πm
haben die jetzigen Erfinder ein Grundlage vorgesehen, auf der eine Anzahl nützlicher Erfindungen basiert ist.
Demgemäß wird in U.S.-Patent Nr. 4818697 beschrieben, daß durch Aussetzen einer Region lebenden Gewebes von einem Subjekt, wie zum Beispiel von einem menschlichen oder tierischen Subjekt, gegenüber einem oszillierenden Magnetfeld von vorbestimmter Flußdichte und Frequenz, die Gewebewachstumsrate gesteuert werden kann. Spezifisch wird darin beschrieben, daß durch Abstimmung eines fluktuierenden Magnetfeldes auf die spezifische Zyklotronresonanzfrequenz eines vorgewählten Ions, wie zum Beispiel Ca&spplus;&spplus; oder Mg&spplus;&spplus;, die Knochenwachstumsrate stimuliert werden kann. Es wird erwartet, daß diese Behandlung bei der Behandlung von Frakturen, Pseudoarthrosenbildungen des Knochens und verzögerten Knochenheilungen höchst vorteilhaft sein wird. Außerdem wird die Verwendung der Zyklotronresonanzabstimmung auf die Steuerung der Wachstumsrate von nichtossärem, nichtknorpeligem festem Bindegewebe in einer früheren europäischen Patentanmeldung, EP-A-0338681 beschrieben. In der U.S.-Patentanmeldung Eingangs-Nr. 265,265 werden ein auf der Zyklotronresonanzabstimmung basierendes Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die ermöglichen, daß die Wachstumsrate von Knorpelgewebe geregelt werden kann. Eine noch andere wichtige Verwendung der Zyklotronresonanzabstimmung, eine von besonderer Signifikanz in der Behandlung älterer Patienten, wird in der U.S.-Patentanmeldung Eingangs-Nr. 295,164 beschrieben. Darin werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung und Prävention von Osteoporose, sowohl lokal als auch systemisch dargelegt. Deshalb wird erkannt werden, daß die Zyklotronresonanzregelung der Ionenbewegung an einer Anzahl höchst vorteilhafter Erfindungen im Feld der Medizin beteiligt ist.
Wie in den vorstehenden U.S.-Patentanmeldungen ausführlicher beschrieben ist, entdeckten die Erfinder der vorliegenden Erfindung, daß Ionenbewegung durch Zellmembranen mit der Verwendung einer Magnetfelderzeugungsvorrichtung in Verbindung mit einem Oszillator zur Erzeugung einer fluktuierenden magnetischen Flußdichte erreicht werden kann, wo eine vorbestimmte Beziehung zwischen Frequenz und Feldstärke festgelegt wird. Die Magnetfelderzeugungsvorrichtung schließt bevorzugt ein Helmholtz-Spulenpaar ein. Eine Gewebezelle oder -region, wie zum Beispiel Knochen, Knorpel oder dergleichen wird zwischen die Helmholtz-Spulen dergestalt positioniert, daß ein gleichförmiges Magnetfeld gesteuerter Parameter die Zielzelle oder das Zielgewebe durchdringt. Wie erkannt werden wird, unterliegt die Zelle oder das Gewebe, die dem angelegten Magnetfeld ausgesetzt werden, in den meisten Fällen auch einem lokalen Magnetfeld mit einer Komponente in der Richtung des angelegten Feldes. In diesen Anmeldungen ist eine Magnetfeld-Fühlvorrichtung zum Messen des kombinierten oder gesamten magnetischen Flusses, das heißt der Summe des angelegten Magnetfeldes parallel zu einer Achse vorgesehen, die durch die Zelle und die Komponente des lokalen Feldes in dieser Richtung verläuft.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorhergehenden Erfindungen wird das Verhältnis von Ladung zu Masse eines Ions, dessen transmembranöse Bewegung geregelt werden soll, zur Bestimmung der Frequenz verwendet, bei der das angelegte Magnetfeld oszilliert wird, um eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Verhältnis von Ladung zu Masse des Ions und der Stärke und Frequenz des Magnetfeldes vorzusehen. Diese Beziehung wird anhand der Zyklotronresonanzgleichung, fc = Bq/2πm bestimmt, wobei fc die Frequenz des oszillierenden Magnetfeldes in Hertz ist, q/m das Verhältnis von Ladung zu Masse des Ions in Coulomb pro Kilogramm ist und B ein von Null verschiedener Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte in Tesla entlang der Achse ist, welche die Zelle oder das Gewebe des Subjektes durchdringt. Wenn das Feld eine Komponente des lokalen Feldes einschließt, ist dieser Wert ein von Null verschiedener Nettodurchschnittswert des kombinierten oder resultierenden Magnetfeldes.
Die vorliegende Erfindung richtet sich an bestimmte Modifikationen der Zyklotronresonanzregelung der Ionenbewegung. Spezifischer befaßt sich die vorliegende Erfindung mit dem wünschenswerten Ziel der simultanen Regelung der transmembranösen Bewegung zweier verschiedener Ionenspezies, wie zum Beispiel Ca&spplus;&spplus; und Mg&spplus;&spplus; ebenso wie auch zusätzlicher Frequenzen, die für ein einzelnes Ion wirksam sind.
Es wurde nun als möglich befunden, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzusehen, durch welche die Bewegung einer einzelnen Ionenspezies durch eine Zellmembran mit Hilfe eines fluktuierenden Magnetfeldes mit einer Frequenz geregelt werden kann, die aus einer Gruppe von Frequenzen ausgewählt wird, die auf der Zyklotronresonanzgrundfrequenz basiert. Es wurde auch als möglich befunden, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzusehen, durch welche die transmembranöse Bewegung von zwei oder mehr distinkten Ionenspezies in einem einzelnen System unter Verwendung eines fluktuierenden Magnetfeldes mit einem vorbestimmten Verhältnis zwischen der Frequenz und der durchschnittlichen Feldstärke simultan geregelt werden kann. Es wurde darüber hinaus als möglich befunden, eine Anzahl von Techniken für die therapeutische Behandlung biologischer Subjekte vorzusehen, die auf den hierin dargelegten Abstimmungsprinzipien basieren.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Regelung der Bewegung eines vorgewählten Ions durch eine Membran vorgesehen, die folgendes umfaßt:
Mittel zur Erzeugung eines angelegten Magnetfeldes, parallel zu einer durch einen Raum projizierten vorbestimmten Achse, worin eine Membran in Gegenwart des vorgewählten Ions positioniert ist, wobei das angelegte Magnetfeld in einer magnetischen Flußdichte in dem Raum von einem bekannten Durchschnittswert, parallel zu der vorbestimmten Achse resultiert;
Mittel, das mit dem das Magnetfeld erzeugenden Mittel zum Fluktuieren der magnetischen Flußdichte dergestalt in Verbindung steht, daß der bekannte Durchschnittswert ein von Null verschiedener Durchschnittswert ist;
Mittel zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Frequenz der Fluktuationen und dem von Null verschiedenen Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Beziehung anhand der Gleichung fch = XBq/2πm bestimmt wird, wobei fch die Frequenz der fluktuierenden magnetischen Flußdichte in Hertz ist, B der von Null verschiedene Durchschnittswert der Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse in Tesla ist, q die Ladung des vorgewählten Ions in Coulomb ist, m die Masse des vorgewählten Ions in Kilogramm und X eine vorgewählte ungerade ganze Zahl größer als Eins ist.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Vorrichtung für die simultane Regelung der Bewegung von mindestens zwei verschiedenen Ionen durch eine Membran vor, die folgendes umfaßt:
Mittel zum Erzeugen eines angelegten Magnetfeldes, parallel zu einer durch einen Raum projizierten vorbestimmten Achse, worin eine Membran in Gegenwart von mindestens zwei verschiedenen vorgewählten Ionen positioniert ist, wobei das angelegte Magnetfeld in einer magnetischen Flußdichte in dem Raum von einem bekannten, von Null verschiedenen Durchschnittswert, parallel zu der vorbestimmten Achse resultiert;
Mittel, das mit dem das Magnetfeld erzeugenden Mittel zum Fluktuieren der magnetischen Flußdichte dergestalt in Verbindung steht, daß der bekannte Durchschnittswert ein von Null verschiedener Durchschnittswert ist;
Mittel zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Frequenz der Fluktuationen und dem von Null verschiedenen Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Beziehung wie folgt bestimmt wird:
i) Ermitteln einer Grundfrequenz (fc) für jedes Ion anhand der Gleichung fc = Bq/2πm, wobei f die Zyklotronresonanzgrundfrequenz in Hertz ist und B, q und m wie hierin nachstehend definiert sind und/oder
ii) Bestimmen einer ungeradzahligen Oberwellenfrequenz (fch) für jedes Ion anhand der Gleichung fch = XBq/2πm, wobei fch die Frequenz der fluktuierenden magnetischen Flußdichte in Hertz ist, B der von Null verschiedene Durchschnittswert der Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse in Tesla ist, q die Ladung von jedem vorgewählten Ion in Coulomb ist, m die Masse von jedem vorgewählten Ion in Kilogramm ist und X eine vorgewählte ungerade ganze Zahl größer als Eins ist und
iii) Wählen und Aufrechterhalten einer gemeinsamen regelnden Frequenz (fcs) für die gewählten Ionen, die innerhalb von 10% der Grundfrequenz (fc) oder einer ungeradzahligen Oberwellenfrequenz (fch) von jedem vorgewählten Ion liegt.
Erfindungsgemäß ist darüber hinaus ein Verfahren zum Regeln der Bewegung eines vorgewählten Ions durch eine Membran vorgesehen, das folgendes umfaßt:
Erzeugen eines angelegten Magnetfeldes, parallel zu einer durch einen Raum projizierten vorbestimmten Achse, worin eine Membran in Gegenwart eines vorgewählten Ions positioniert ist, wobei das angelegte Magnetfeld in einer magnetischen Flußdichte in dem Raum von einem bekannten Durchschnittswert, parallel zu der vorbestimmten Achse resultiert;
Fluktuieren der magnetischen Flußdichte dergestalt, daß der bekannte Durchschnittswert ein von Null verschiedener Durchschnittswert ist;
Erzeugen und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Frequenz der Fluktuationen und dem von Null verschiedenen Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Beziehung anhand der Gleichung fch = XBq/2πm bestimmt wird, wobei fch die Frequenz der fluktuierenden magnetischen Flußdichte in Hertz ist, B der von Null verschiedene Durchschnittswert der Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse in Tesla ist, q die Ladung des vorgewählten Ions in Coulomb ist, m die Masse des vorgewählten Ions in Kilogramm ist und X eine vorgewählte ungerade ganze Zahl größer als Eins ist.
Die vorliegende Erfindung sieht noch darüber hinausgehend ein Verfahren für das simultane Regeln der Bewegung von mindestens zwei verschiedenen Ionen durch eine Membran vor, das folgendes umfaßt:
Erzeugen eines angelegten Magnetfeldes, parallel zu einer durch einen Raum projizierten vorbestimmten Achse, worin eine Membran in Gegenwart von mindestens zwei verschiedenen vorgewählten Ionen positioniert ist, wobei das angelegte Magnetfeld in einer magnetischen Flußdichte in dem Raum von einem bekannten, von Null verschiedenen Durchschnittswert, parallel zu der vorbestimmten Achse resultiert;
Fluktuieren der magnetischen Flußdichte dergestalt, daß der bekannte Durchschnittswert ein von Null verschiedener Durchschnittswert ist;
Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Frequenz der Fluktuationen und dem von Null verschiedenen Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Beziehung wie folgt bestimmt wird:
i) Ermitteln einer Grundfrequenz (fc) für jedes Ion anhand der Gleichung fc = Bq/2πm, wobei fc die Zyklotronresonanzgrundfrequenz in Hertz ist und B, q und m wie hierin nachstehend definiert sind und/oder
ii) Bestimmen einer ungeradzahligen Oberwellenfrequenz (fch) für jedes Ion anhand der Gleichung fch = XBq/2πm, wobei fch die Frequenz der fluktuierenden magnetischen Flußdichte in Hertz ist, B der von Null verschiedene Durchschnittswert der Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse in Tesla ist, q die Ladung von jedem vorgewählten Ion in Coulomb ist, m die Masse von jedem vorgewählten Ion in Kilogramm ist und X eine vorgewählte ungerade ganze Zahl größer als Eins ist und
iii) Wählen und Aufrechterhalten einer gemeinsamen regelnden Frequenz (fcs) für die gewählten Ionen, die innerhalb von 10% der Grundfrequenz (fc) oder einer ungeradzahligen Oberwellenfrequenz (fch) von jedem vorgewählten Ion liegt und
Fluktuieren der magnetischen Flußdichte dergestalt, daß der bekannte Durchschnittswert ein von Null verschiedener Durchschnittswert ist.
Erfindungsgemäß ist in einem Aspekt ein Verfahren zum Regeln der Bewegung eines vorgewählten Ions durch eine Membran vorgesehen. Das Verfahren schließt die folgenden Schritte ein: Erzeugen eines angelegten Magnetfeldes, parallel zu einer durch einen Raum projizierten vorbestimmten Achse, worin mindestens eine lebende Zelle oder ein Zielgewebe positioniert ist. Die Zelle oder das Zielgewebe ist bei Vorliegen eines vorgewählten Ions von einer Flüssigkeit umgeben. Das angelegte Magnetfeld, allein oder in Kombination mit einer Komponente des lokalen Magnetfeldes, parallel zu der vorbestimmten Achse, durchdringt die Zielzelle oder das Zielgewebe. Das angelegte Magnetfeld wird bei einer vorbestimmten Rate dergestalt fluktuiert, daß die magnetische Flußdichte entlang der vorbestimmten Achse, die bei Vorliegen eines lokalen Magnetfeldes die lokale Komponente einschließt, einen von Null verschiedenen Durchschnittswert aufweist.
Die transmembranöse Bewegung eines vorgewählten Ions wird durch die Erzeugung und Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Frequenz der Fluktuationen und dem von Null verschiedenen Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte entlang der vorbestimmten Achse gesteuert, die auf dem Verhältnis von Ladung zu Masse des vorgewählten Ions basiert. Diese vorbestimmte Beziehung wird anhand der Gleichung fch = XBq/2πm bestimmt, wobei fch die Frequenz der fluktuierenden magnetischen Flußdichte in Hertz ist, B der von Null abweichende Durchschnittswert der Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse in Tesla ist, q die Ladung des vorgewählten Ions in Coulomb ist, m die Masse des vorgewählten Ions in Kilogramm ist und X eine vorgewählte ungerade ganze Zahl größer als Eins ist.
Auf diese Weise ist eine Anzahl höherer Oberwellenfrequenzen vorgesehen, durch welche die transmembranöse Bewegung einer vorgewählten Ionenspezies geregelt werden kann. Eine erfinderische Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist auch vorgesehen.
In einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur simultanen Regelung der transmembranösen Bewegung von zwei oder mehr verschiedenen Ionen durch eine Membran vor. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren das Erzeugen eines angelegten Magnetfeldes parallel zu einer durch einen gekennzeichneten Raum projizierten vorbestimmten Achse. Bei Vorliegen von mindestens zwei verschiedenen vorbestimmten Ionenspezies wird eine lebende Zelle oder ein lebendes Gewebe in einer biologischen Flüssigkeit in den gekennzeichneten Raum dergestalt gebracht, daß die Zielzelle oder das Zielgewebe dem angelegten Magnetfeld ausgesetzt werden. In einer Ausführungsform wird die Zielzelle oder das Zielgewebe auch einem lokalen Magnetfeld mit einer Komponente parallel zu der vorbestimmten Achse ausgesetzt. Die magnetische Flußdichte entlang der vorbestimmten Achse wird fluktuiert, um einen von Null verschiedenen Durchschnittswert zu schaffen. Dort, wo auch ein lokales Feld vorliegt, ist dieser von Null verschiedene Durchschnittswert der von Null verschiedene Nettodurchschnittswert der angelegten und lokalen Feldkomponenten parallel zu der vorbestimmten Achse.
Eine vorbestimmte Beziehung zwischen der Frequenz der Fluktuationen und dem von Null verschiedenen Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte entlang der Achse wird dann erzeugt und aufrechterhalten, die simultan die Bewegung von zwei oder mehr vorgewählten Ionen steuert. In einer Ausführungsform wird die vorbestimmte Beziehung bestimmt, indem zuerst die Gleichung fc = Bq/2πm bei einem im allgemeinen nach dem Zufallsprinzip gewählten Wert von B für jedes distinkte vorgewählte Ion gelöst wird, wobei fc die Frequenz der Feldfluktuationen in Hertz ist, B der von Null verschiedene Durchschnittswert der Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse in Tesla ist, q die Ladung von jedem vorgewählten Ion in Coulomb ist und m die Masse von jedem vorgewählten Ion in Kilogramm ist. Der Wert von B liegt bevorzugt zwischen circa 1,0 und circa 10.000 µTesla. Dies legt die Zyklotrongrundfrequenz für jedes Ion fest. Ein Wert fcs, der nicht unbedingt gleich dem von fc ist, wird dann bestimmt, bei dem die magnetische Flußdichte oszilliert wird. Der Wert von fcs wird bevorzugt dergestalt gewählt, daß keine der individuellen fc-Ionenwerte mehr als 5% von dem fcs-Wert abweichen. In den meisten Fällen wird kein auf den fc-Grundwerten der vorgewählten Ionen basierender fcs-Wert vorliegen. Gemäß einer höheren ungeradzahligen Oberwellenfrequenz von mindestens einem der vorgewählten Ionen wird anhand der Gleichung fch = XBq/2πm, wie zuvor erklärt wurde, bestimmt. Die Werte von fc und fch werden zur Bestimmung untersucht, ob ein auf einem 10%igen und am bevorzugtesten einem 5%igen Abweichungsfaktor basierender fch-Wert gewählt werden kann. Wenn nicht, wird das Verfahren für jeden Wert von fch fortgesetzt, wobei mit den niedrigsten ungeradzahligen harmonischen fch-Werten begonnen wird, bis ein Wert von fcs innerhalb der 5% Abweichung ermittelt werden kann. Bei dem während der Berechnung der fc- oder fch-Werte für B gewählten Wert wird daher die magnetische Flußdichte gegenüber der ausgesetzten Zielzelle oder dem Zielgewebe entlang der Achse bei der fcs- Frequenz fluktuiert. Diese spezifische Beziehung zwischen Frequenz und Feldstärke bringt die simultane transmembranöse Bewegung der vorgewählten Ionen zustande. Eine Vorrichtung, die angepaßt ist, um auf diese Weise simultan mehr als eine Ionenspezies zu regeln, ist auch vorgesehen.
Die Konzepte von harmonischer Abstimmung und Abstimmung vielfacher Ionen werden für die therapeutische Behandlung einer Geweberegion in einem menschlichen oder tierischen Subjekt verwendet. Ganz besonders ist eine therapeutische Behandlungsmodalität für Knochengewebe möglich, um das Knochenwachstum zu stimulieren und/oder Osteoporose zu verringern. Die Wachstumscharakteristika von Knorpelgewebe oder nichtossärem, nichtknorpeligem Bindegewebe werden geregelt. Die systemische Behandlung und/oder Prävention von Osteoporose ist auch möglich.
Die vorliegende Erfindung wird nun darüber hinaus mit Bezugnahme auf und wie in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht beschrieben, sie ist aber in keiner Weise darauf beschränkt.
In den beiliegenden Zeichnungen -
ist Figur 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer lebenden Zelle, die einem fluktuierenden Magnetfeld gemäß der vorliegenden Erfindung ausgesetzt ist;
ist Figur 2 eine schematische Darstellung, welche die Bildung einer kombinierten magnetischen Flußdichte oder einer magnetischen Nettoflußdichte veranschaulicht, welche eine lokale Feldkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung einschließt;
ist Figur 3 eine schematische elektrische Abbildung einer Vorrichtung zum Erzeugen des Ionen regelnden, fluktuierenden Magnetfeldes der vorliegenden Erfindung;
veranschaulichen Figuren 4 bis 7 Signalwellenformen, die von der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung erzeugt werden;
veranschaulicht Figur 8 die vorliegende Erfindung zur Verwendung bei der lokalen Behandlung von lebendem Gewebe in vivo;
veranschaulicht Figur 9 die Verwendung der vorliegenden Erfindung zum Vorsehen von systemischer therapeutischer Behandlung.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Figur 1 der Zeichnungen ist ein Feldspulenpaar 10A und 10B mit der Anordnung und mit den Attributen zu sehen, die vollständiger in der zuvor erwähnten U.S.-Patentanmeldung Eingangs-Nr. 923,760 dargelegt sind, von denen ein angelegtes Magnetfeld erzeugt wird, das lebende Zelle 12 in vorbestimmtem Volumen oder Raum 14 durchdringt. Wie hierin nachstehend offensichtlicher werden wird, kann lebende Zelle 12 eine distinkte Zelle oder mehrere distinkte Zellen, Zellaggregate, Organellen oder Gewebe umfassen. Ganz besonders kann lebende Zelle 12 eine Geweberegion, wie zum Beispiel eine Knochenregion in einem lebenden Wirt, entweder einem Menschen oder einem Tier umfassen. Zelle 12 enthält ein spezifisches intrazelluläres Ionenspezieskomplement und wird im allgemeinen von einer Flüssigkeit umgeben, welche die für die Zell- und Gewebefunktion erforderliche Ionenspezies enthält.
Sowohl Spulen 10A und 10B als auch Raum 14 werden in Relation zu einem rechtwinkeligen Koordinatenachsensystem gezeigt, wobei die Mittelebenen von jeder Spule bei X&sub1;, Y&sub1; und X&sub2;, Y&sub2; und durch einen Abstand R getrennt positioniert sind. Das Zentrum jeder Spule ist mit der Z-Achse abgefluchtet und weist einen Radius R' auf. Die Fachleute werden erkennen, daß Spulen 10A und 10B in der Helmholtz- Konfiguration angeordnet sind. Demgemäß wird ein gleichförmig angelegtes Magnetfeld mit einer Flußdichte B in Raum 14 durch Spulen 10A und 10B erzeugt. Wie ausführlicher erklärt werden wird, wird B in den meisten Applikationen der Durchschnittswert der magnetischen Nettoflußdichte oder der kombinierten magnetischen Flußdichte in Raum 14 sein, die sich aus dem angelegten Feld und einer bereits vorliegenden lokalen Feldkomponente, wie zum Beispiel dem geomagnetischen Feld der Erde ergibt. Folglich durchdringt ein Magnetfeld von bekannten, kontrollierbaren Parametern Zelle 12 entlang einer vorbestimmten Achse. Der Wert von B kann bevorzugt durch einen Magnetfeldsensor oder dergleichen gemessen werden. In der vorliegenden Erfindung wird das angelegte Magnetfeld bei einer vorbestimmten Frequenz fluktuiert. Dieses Charakteristikum wird durch entgegengesetzte Pfeile A1 und A2 veranschaulicht, die durch einen Punkt "D" getrennt sind.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Figur 2 der Zeichnungen in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin Raum 14 einem lokalen Magnetfeld ausgesetzt wird, weist das lokale Magnetfeld einen Komponentenvektor in der Richtung der Z-Achse auf, die Raum 14 und Zelle 12 durchdringt. Die Z-Achse stellt die zuvor erwähnte vorbestimmte Achse dar, die durch die Zielzelle oder das Zielgewebe verläuft, die erfindungsgemäß beeinflußt werden sollen. Es ist jene Komponente des Magnetfeldes parallel zu dieser vorbestimmten Achse, die geregelt wird, um die transmembranöse Ionenbewegung in der vorliegenden Erfindung herbeizuführen. In Figur 2 wird das angelegte Magnetfeld, das sich parallel zu der vorbestimmten Achse Z befindet, als B&sub0; gezeigt. Die lokale Magnetfeldkomponente parallel zur Z-Achse wird als B veranschaulicht. Es muß verstanden werden, daß Raum 14 die Region darstellt, worin die magnetische Flußdichte wie von der vorliegenden Erfindung geregelt, im wesentlichen gleichförmig ist. Raum 14 sollte groß genug sein, um die zu behandelnde Zielzelle oder das zu behandelnde Zielgewebe aufnehmen zu können. In dieser Ausführungsform ist B der Durchschnittswert der kombinierten angelegten und lokalen Feldkomponenten, das heißt der Nettodurchschnittswert der Summe von B&sub0; und Bz.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf Figur 3 der Zeichnungen empfangen Spulen 10A und 10B in einer Ausführungsform elektrische Signale von einem herkömmlichen Wechselstrom- Sinuswellengenerator 16, der mittels eines Schalters 18 entweder an ein Gleichstrom-Offsetnetz 20 oder einen Vollwellengleichrichter 22 angeschlossen ist, obwohl andere Wellenformen geeignet sein könnten. Der unverzögerte Strom I, der an Spulen 10A und 10B als eine Funktion der Zeit geliefert wird, wird für beide Schalterstellungen 18A und 18B in Figur 4 bzw. 5 gezeigt. Auf ähnliche Weise wird die unverzögerte magnetische Flußdichte, B&sub0; in Figur 2, die in Raum 14 produziert wird, als eine Funktion der Zeit für beide Schalterstellungen 18A und 18B in Figur 6 bzw. 7 dargestellt.
Wenn Spulen 10A und 10B durch die in Figur 3 der Zeichnungen gezeigte Vorrichtung eingeschaltet werden, erzeugen die Spulen in Volumen 14 eine magnetische Flußdichte, die wie in Figuren 6 und 7 gezeigt, in Abhängigkeit von der Zeit variiert. Eine angelegte, von Null verschiedene durchschnittliche magnetische Flußdichte B, gleichförmig durch den ganzen Raum 14, ergibt sich entweder aus einem Offset-Sinussignal oder aus einem gleichgerichteten Vollwellensignal, das an Spulen 10A und 10B angelegt wird. Wie angegeben, wo Raum 14 einem lokalen Magnetfeld ausgesetzt wird, ist B die von Null verschiedene durchschnittliche magnetische Nettoflußdichte des angelegten und lokalen Feldes parallel zu der vorbestimmten Achse. Der Effekt dieser Z-Komponente der lokalen Flußdichte wird darin bestehen, die in Figur 2 gezeigte, von Null verschiedene, durchschnittliche, angelegte magnetische Flußdichte B&sub0; in einen unterschiedlichen Nettodurchschnittswert zu ändern.
Wie in dem zuvor erwähnten U.S.-Patent 4818697 ausführlich erklärt wird, kann durch Erzeugen einer Beziehung zwischen der Rate von Fluktuation oder Frequenz des Magnetfeldes parallel zu der vorbestimmten Achse, die durch Raum 14 und folglich durch das Zielgewebe oder die Zielzelle 12 verläuft und der magnetischen Flußdichte entlang dieser Achse, eine auf dem Verhältnis von Ladung zu Masse einer vorgewählten Ionenspezies basierende Grundfrequenz bestimmt werden, bei welcher die Bewegung der vorgewählten Ionenspezies durch die Zellmembran geregelt werden kann. Die Parameter dieser Beziehung werden unter Bezugnahme auf die Zyklotronresonanzfrequenz fc = Bq/2πm bestimmt. In anderen Worten, die magnetische Flußdichte entlang der Z- Achse, welche bei Vorliegen eines lokalen Feldes einen lokalen Komponentenvektor einschließt, wird dergestalt geregelt, daß das Verhältnis von Ladung zu Masse des vorgewählten Ions dem Verhältnis von 2π multipliziert mit der gelieferten Frequenz fc multipliziert mit der von Null verschiedenen durchschnittlichen magnetischen Flußdichte B entspricht.
In der vorliegenden Erfindung wird die Grundfrequenz, fc, effektiv mit einer gewählten ungeraden ganzen Zahl multipliziert, um eine Frequenz zu produzieren, die auch das vorgewählte Ion veranlaßt, sich durch die Membran zu bewegen. Sofern nicht anderweitig angegeben, soll die Bezeichnung "ungerade ganze Zahlen" oder "ungerade ganze Zahl", wie hierin verwendet, positive, von Null verschiedene ganze Zahlen bedeuten. Die bevorzugten ungeraden ganzen Zahlen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung, die Oberwellenfrequenzen vorsehen, die bei der Veranlassung transmembranöser Ionenbewegung wirksam sind, werden aus der Gruppe gewählt, die aus den folgenden ganzen Zahlen besteht: Drei, fünf, sieben, neun, elf, dreizehn, fünfzehn, siebzehn und neunzehn. Zusätzliche Oberwellenfrequenzen, die auf der Multiplikation der Grundfrequenz mit einer ungeraden ganzen Zahl basieren, können in einigen Applikationen auch geeignet sein. Es wurde gefunden, daß gerade ganze Zahlen nicht nützlich sind. Die Frequenzen für ein gegebenes vorgewähltes Ion und eine bekannte magnetische Flußdichte B kann unter Bezugnahme auf die Gleichung fch = XBq/2πm bestimmt werden, wobei fch die Frequenz in Hertz des fluktuierenden Magnetfeldes entlang einer durch das Zielgewebe verlaufenden vorbestimmten Achse ist, B die magnetische Flußdichte entlang der Achse in Tesla ist, q die Ladung des vorgewählten Ions in Coulomb ist, m die Masse des vorgewählten Ions in Kilogramm ist und X eine gewählte ungerade ganze Zahl größer als Eins ist. Es wurde gefunden, daß viele der bevorzugten ungeradzahligen mehrfachen Oberwellenfrequenzen beim Fördern der transmembranösen Ionenbewegung im wesentlichen genauso wirksam wie die Grundfrequenzen sind. Wie angegeben, sind die bevorzugten Werte von X die ungeraden ganzen Zahlen drei, fünf, sieben, neun, elf, dreizehn, fünfzehn, siebzehn und neunzehn. Die Ionenbewegung von einer Anzahl von Ionenspezies kann auf diese Weise gesteuert oder geregelt werden, einschließlich Ca&spplus;&spplus;, Mg&spplus;&spplus;, K&spplus;, Li&spplus;, Na&spplus;, Cl&supmin; und HCO&sub3;&supmin;. Andere Ionen können in einer bestimmten Applikation auch geeignet sein.
In den Applikationen, wo zufällige Änderungen in der lokalen Feldkonponente entlang der vorbestimmten Achse auftreten können, wird bevorzugt, daß die Magnetfeld- Erzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Magnetfeldsensor, wie zum Beispiel ein Hall-Effekt- Bauelement zum Messen der magnetischen Flußdichte B entlang der vorbestimmten Achse einschließt. Es wird auch bevorzugt, daß in der vorstehend beschriebenen früheren europäischen Patentanmeldung EP-A-0338681 Mikroprozessor- Mittel mit dem Feldgenerator und Magnetsensor dergestalt eingeschlossen werden, daß die Fluktuationsrate (fch) des Feldes und/oder der Wert B des Feldes automatisch geändert werden können, um für Änderungen in der lokalen Feldkomponente zu kompensieren. Dies ermöglicht, daß die vorbestimmte Beziehung trotz dieser lokalen Änderungen aufrechterhalten wird.
Das Konzept des Abstimmens der Zyklotronresonanzfrequenz auf eine ungeradzahlige Harmonische, wie zuvor beschrieben, wird in Verbindung mit den therapeutischen Behandlungsmodalitäten wie in den vorstehend beschriebenen U.S.-Patentanmeldungen Eingangs-Nr. 265,265, 172,268 und 295,164 ebenso wie in der früheren europäischen Patentanmeldung EP-A-0338681 verwendet. Spezifischer und unter nunmehriger Bezugnahme auf Figur 8 der Zeichnungen wird Behandlungsvorrichtung 30 gezeigt, die folgendes aufweist: Behandlungsköpfe 32 und 34, von denen jeder eine Feldspule dergestalt einschließt, daß Behandlungsköpfe 32 und 34 ein Helmholtz-Spulenpaar umfassen, von welchen ein gleichförmiges Magnetfeld in Raum 36 erzeugt wird, welcher in diesem Fall von einer Region lebenden Gewebes eingenommen wird. Die allgemeine Auslegung von Behandlungsvorrichtung 30 wird ausführlicher in früherer europäischer Patentanmeldung EP-A-0338681 erklärt. Demgemäß und für die Zwecke der Veranschaulichung wird ein menschliches Femur (Oberschenkel) 38 mit gebrochenen Enden und 42 als Phantom in Bein 44 gezeigt. Um das Wachstum von gebrochenen Enden 40 und 42 zu stimulieren, wird ein fluktuierendes Magnetfeld unter Verwendung von Behandlungsvorrichtung 30 festgelegt, worin die Frequenz von Fluktuationen unter Bezugnahme auf die zuvor erwähnte Modifikation der Zyklotronresonanzgleichung, fc = XBq/2πm, bestimmt wird. In einem bevorzugten Aspekt ist X 3 und die vorgewählte Ionenspezies ist Kalzium. Magnesium- und Kalium-Regelung, zusätzlich zu anderen Ionen, ist auch nützlich. Demgemäß wird in einer bevorzugten Ausführungsform für das Ca&spplus;&spplus;-Ion eine Frequenz von 15,31 Hertz festgelegt, wo die kombinierte oder zusammengesetzte magnetische Flußdichte parallel zu einer vorbestimmten Achse A einen von Null verschiedenen Nettodurchschnittswert von 20,0 µTesla und eine Spitze- Spitze-Amplitude von 40,0 µTesla aufweist, um Knochenwachstum zu stimulieren. Die erfindungsgemäße Abstimmung auf die höhere Harmonische ist ähnlich nützlich bei der Regelung von Knorpelwachstum und dem Wachstum von nichtossärem, nichtknorpeligem Bindegewebe wie in den zuvor erwähnten U.S.-Patentanmeldungen beschrieben. Zum Stimulieren von Knorpelwachstum ist eine Frequenz von 75,71 Hertz bei einem B-Wert von 20,0 µTesla mit einer Spitze-Spitze-Amplitude von 40,0 µTesla geeignet. Dies stellt eine Zyklotronresonanzabstimmung für das Mg&spplus;&spplus;-Ion dar, wo X 3 ist. In dem Fall von nichtknorpeligem, nichtossärem festem Bindegewebe ist eine Frequenz von 15,31 Hertz mit einem B-Wert von 20,0 µTesla und einer Spitze-Spitze-Amplitude von 40,0 µTesla zum Stimulieren von Wachstum geeignet. Dies stellt eine Zyklotronresonanzabstimmung auf das Ca&spplus;&spplus;-Ion dar, wo X 1 ist.
Die vorliegende Erfindung ist auch bei der systemischen Behandlung und/oder Prävention von Osteoporose nützlich, wie nun in Verbindung mit Figur 9 der Zeichnungen beschrieben werden wird. Demgemäß wird Vorrichtung 50 zur systemischen Behandlung gezeigt, die ein Rohr oder einen Zylinder 52 aus einem nichtmagnetischen Material, wie zum Beispiel Kunststoff umfaßt. In Rohr 52 ist eine große Magnetspule 54 eingebaut, die mehrfache Drahtwindungen 56 enthält, die im wesentlichen die ganze Länge der Vorrichtung 50 zur systemischen Behandlung entlang verlaufen. Eine Trage oder eine Plattform 58 ist auf einem Schlittensystem (nicht gezeigt) vorgesehen, das Plattform 58 ermöglicht, sich zwischen einer ersten Position außerhalb von Rohr 52 und einer zweiten Position innerhalb von Rohr 52 zu bewegen. Ein Regler 60 ist zusammen mit der notwendigen Schaltung zum Einschalten von Magnetspule 54 vorgesehen, um ein Magnetfeld in der Richtung von Achse 62 zu erzeugen, worin diese Ausführungsform durch die Mittelbohrung von Magnetspule 54 und Subjekt 59 projiziert. Es wird ein fluktuierendes und in den meisten Fällen ein kombiniertes oder zusammengesetztes Magnetfeld mit einer magnetischen Flußdichte parallel zur vorbestimmten Achse 62 erzeugt. Die kombinierte magnetische Flußdichte entlang der Achse wird bei einer vorbestimmten Beziehung zur Frequenz der Fluktuationen aufrechterhalten. Die Frequenz des fluktuierenden Feldes wird wiederum unter Bezugnahme auf die Gleichung fc = XBq/2πm bestimmt, wobei X eine gewählte ungerade ganze Zahl ist. In der am bevorzugtesten Ausführungsform umfaßt die vorgewählte Ionenspezies, auf welche das fluktuierende Magnetfeld unter Verwendung dieser Technik mit der ungeradzahligen Harmonischen abgestimmt wird, Ca&spplus;&spplus;, wobei X 5 ist. Diese Behandlung ist wirksam bei der Verringerung oder Prävention von Osteoporose in einem menschlichen oder tierischen Subjekt.
In einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum simultanen Regeln der transmembranösen Bewegung zweier verschiedener Ionenspezies vorgesehen. Diese Technik basiert, wie oben beschrieben, teilweise auf den Prinzipien von ungeradzahligen Oberwellenfrequenzen. Bei der Entwicklung der Zyklotronresonanzabstimmung erkannten die jetzigen Erfinder, daß es in einigen Fällen wünschenswert sein könnte, die transmembranöse Bewegung von zwei oder mehr vorgewählten Ionen, simultan zu regeln. Auf diese Weise könnten die Vorteile der Ionenbewegung von jedem derartigen Ion simultan erzielt werden, und es könnte möglicherweise ein vorteilhafter Synergismus erlangt werden. Ein derartiges Verfahren der simultanen vielfachen Ionenregelung wird in dem zuvor erwähnten U.S.-Patent 4818697 dargelegt. Darin wird ein Verfahren für die simultane Verbesserung der transmembranösen Bewegung von zwei distinkt verschiedenen Ionenspezies, wie zum Beispiel einem Wasserstoffion und einem Kaliumion beschrieben. In der vorliegenden Erfindung wird eine vielfache Ionenabstimmung durch Regeln der magnetischen Flußdichte entlang einer einzelnen Achse erlangt. Erfindungsgemäß ist eine Beziehung zwischen der Frequenz des fluktuierenden Magnetfeldes und einem von Null verschiedenen Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte dergestalt vorgesehen, daß das Feld simultan auf die Bewirkung der transmembranösen Bewegung von mehr als einem Ionenspeziestyp zur gleichen Zeit abgestimmt wird.
Noch spezifischer wurde gefunden, daß die Zyklotronresonanzgrundfrequenz von einer vorgewählten Ionenspezies innerhalb weniger Prozent eines gewählten ungeraden Vielfachen der Grundfrequenz einer verschiedenen Ionenspezies liegen kann. Außerdem kann eine ungeradzahlige harmonische Zyklotronresonanzfrequenz einer vorgewählten Ionenspezies im wesentlichen die gleiche wie eine unterschiedliche ungeradzahlige Oberwellenfrequenz einer anderen vorgewählten Ionenspezies sein. Dieses Prinzip der "harmonischen Überlappung" kann auf drei, vier oder möglicherweise sogar eine größere Anzahl verschiedener Ionenspezies erweitert werden, wo eine "gemeinsame" Frequenz gefunden werden kann, welche im wesentlichen einer Grundfrequenz oder einer ungeradzahligen vielfachen Oberwellenfrequenz von jeder der beteiligten Ionenspezies entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, die transmembranöse Bewegung von zwei oder mehr verschiedenen Ionenspezies simultan zu regeln.
Unter nunmehriger Bezugnahme wieder auf Figur 1 der Zeichnungen wird das Zielgewebe oder die Zielzelle 12 zwischen Spulen 10A und 10B in Raum 14 gebracht, wiederum bei Vorliegen eines flüssigen Mediums, bei dem es sich um das natürliche Zellmilieu handeln könnte. Es liegen mindestens zwei verschiedene zu regelnde Ionenspezies vor. Es wird ein Magnetfeld mit einer Flußdichte entlang einer vorbestimmten Achse, der Z-Achse in Figur 1, erzeugt. In den meisten Ausführungsformen wird ein lokales Magnetfeld mit einer Komponente entlang der vorbestimmten Achse vorliegen. Ein von Null verschiedener Durchschnittswert oder Nettodurchschnittswert der parallel zu der Achse zu initiierenden magnetischen Flußdichte wird dann gewählt. Der Wert von B liegt mit einer Spitze-Spitze-Amplitude von circa 2,0 bis circa 20.000 µTesla bevorzugt zwischen circa 1,0 und circa 10.000 µTesla.
In einer Ausführungsform wird die Grundfrequenz, bei der das fluktuierende Magnetfeld für die Zyklotronresonanzregelung der transmembranösen Ionenbewegung oszilliert würde, für jede zu regelnde, verschiedene Ionenspezies anhand von Gleichung fc = Bq/2πm für einen gewählten Wert von B, welcher wiederum der von Null verschiedene Durchschnittswert der Flußdichte entlang der vorbestimmten Achse ist, einzeln berechnet. Wie zuvor erklärt: fc ist in Hertz, q ist in Coulomb und m ist in Kilogramm. q/m ist das Verhältnis von Ladung zu Masse des vorgewählten Ions. Sobald die Zyklotronresonanzgrundfrequenz (fc) von jedem zu regelnden Ion berechnet ist, wird eine regelnde Frequenz (fcs) bestimmt, die bevorzugt innerhalb von 5% der Grundfrequenz fc oder einer ungeradzahligen Oberwellenfrequenz fch von jedem vorgewählten Ion liegt. Die ungeradzahligen Oberwellenfrequenzen werden wiederum anhand der Gleichung fch = XBq/2πm bestimmt, wobei X eine ungerade ganze Zahl größer als Eins ist. Es muß verstanden werden, daß die Gleichung fch = XBq/2πm zur Bestimmung der Grundfrequenz, fc, unter Verwendung eines Wertes von 1 für X verwendet werden kann. Während der Wert von fcs nicht typischerweise vorhanden sein wird, bei dem es sich häufig um die Grundfrequenzen und/oder ungeradzahligen Oberwellenfrequenzen für jedes vorgewählte Ion handelt, wurde gefunden, daß ein fcs-Wert, der innerhalb von circa 10% und bevorzugt circa 5% von jedem fc-Wert oder fch-Wert der zu regelnden Ionen liegt, eine zufriedenstellende simultane transmembranöse Bewegung von jedem vorgewählten Ion in dem Feld vorsieht.
Es muß auch verstanden werden, daß die Werte von fch eine Funktion von B sind. Folglich kann es möglich sein, einen fcs-Wert für einen bestimmten Ionensatz zu erhalten, der innerhalb der bevorzugten 5% Abweichung bei einem gekennzeichneten B-Wert, aber nicht einem höheren B-Wert liegt. Zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung wie sie auf eine vielfache simultane Ionenabstimmung angewendet wird, liegt der Wert von B mit einer Spitze-Spitze- Amplitude von circa 2,0 bis circa 20.000 µTesla bevorzugt zwischen circa 1,0 und circa 10.000 µTesla. Wiederum ist die Wellenform nicht kritisch.
Demgemäß und unter nunmehriger Bezugnahme auf Figur 1 der Zeichnungen wird eine magnetische Flußdichte mit Spulen 10A und 10B entlang der Z-Achse erzeugt, die bei dem vielfachen harmonischen Abstimmungswert fcs fluktuiert. Die gleichen Erwägungen, die in den vorherigen Ausführungsformen in bezug auf die lokale Komponente zutreffen, treffen auch auf die vielfache Ionenabstimmung zu.
Um diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vollkommen zu veranschaulichen, wird die vielfache Ionenabstimmung im Falle von zwei bevorzugten Ionen, Ca&spplus;&spplus; und Mg&spplus;&spplus;, beschrieben. Unter Bezugnahme auf nachstehende Tabelle 1 TABELLE 1
sind die q/m-Verhältnisse für Ca&spplus;&spplus; und für Mg&spplus;&spplus; zusammen mit den Werten von bestimmten Vielfachen des q/m-Verhältnisses, spezifisch als 3, 5 und 15 dargelegt. Es wird erkannt werden, daß fch eine Funktion des q/m-Verhältnisses von jedem Ion ist. Für das Mg&spplus;&spplus;-Ion liegt 3 q/m innerhalb 1,2% des Wertes von 5 q/m für das Kalzium-Ion. Folglich kann für einen gegebenen Wert von B, wie zum Beispiel 20 µTesla, wo für Mg&spplus;&spplus; X 3 ist und für Ca&spplus;&spplus; X 5 ist, ein Bereich von Werten fcs bestimmt werden, die innerhalb 5% von jedem fch- Wert liegen. Spezifischer, in diesem Beispiel ist fch für Mg&spplus;&spplus; 20 µTesla, wo X 3 ist, 75,71 Hertz. Wo X 5 ist, ist fch für Ca&spplus;&spplus; 76,56 Hertz. Es wird erkannt werden, daß eine Anzahl von Werten fcs gewählt werden können, die innerhalb 5% von beiden fch-Werten liegen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Mittelwert für die zwei fch-Werte zur Verwendung als der fcs-Wert bestimmt, der in diesem Beispiel 76,14 Hertz ist. Ein fcs-Wert, der mehr als 5% von einem oder allen den fc- oder fch-Werten für die verschiedenen Ionen abweicht, kann in einigen Applikationen geeignet sein, obwohl dieser Standard von 5% bevorzugt wird.
In einem anderen Aspekt kann die vielfache Ionen-Abstimmung der vorliegenden Erfindung in dem Fall von harmonischer Überlappung von zwei vorgewählten Ionen auf die folgende Weise beschrieben werden. Eine normalisierte Zyklotronresonanzfrequenz (fc/B&sub0;) wird anhand der folgenden Gleichung berechnet:
(I) = fc/B&sub0; = Nq 10&supmin;&sup4;/2πm
worin B&sub0; die magnetische Flußdichte in Gauß entlang der Achse ist, N die Valenzladungszahl des vorgewählten Ions (zum Beispiel N = 2 für das Ca&spplus;&spplus;-Ion und N = 1 für das Cl&supmin;- Ion) ist; q 1,6 x 10&supmin;¹&sup9; Coulomb ist und m die Ionenmasse des vorgewählten Ions in Kilogramm ist. Da bekannt ist, daß
(II) m = (Atomgewicht) kg/6,0253 x 10²&sup6;
ist, dann ist
(III) fc/B&sub0; = N (1534,33)/Atomgewicht des Tons
Durch Spezifikation eines Wertes für B&sub0; sieht Gleichung III oben die Zyklotronresonanzgrundfrequenz für das vorgewählte Ion vor. Um dann harmonische Überlappungen für zwei vorgewählte Ionen zu bestimmen, kann die folgende Gleichung eingesetzt werden:
wo (fc/B&sub0;)j die normalisierte Zyklotronresonanzfrequenz für ein vorgewähltes Ion "j" ist; (fc/B&sub0;)k die normalisierte Zyklotronresonanzfrequenz für ein vorgewähltes Ion "k" ist; Hj die harmonische Zahl für Ion "j" ist und Hk die harmonische Zahl für Ion "k" ist. Die Werte von Hj und Hk können irgendeine beliebige von Null verschiedene positive ungerade ganze Zahl, einschließlich 1 sein.
Um zu bestimmen, ob erfindungsgemäß zwei vorgewählte Ionen simultan geregelt werden können, wird die folgende Gleichung eingesetzt:
worin der Wert von H&sub2; irgendeine beliebige von Null verschiedene positive ungerade ganze Zahl ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist H&sub2; eine positive ungerade ganze Zahl von drei bis neunzehn. Folglich wird ein Satz von Werten für H&sub1; definiert.
Die folgende Tabelle veranschaulicht dieses Verfahren für mehrere wichtige biologische Ionen:
Wenn zwei H&sub2;-Werte vorhanden sind, bei denen es sich um positive ungerade ganze Zahlen handelt oder die Werte aufweisen, die dicht an jenen von positiven ungeraden ganzen Zahlen liegen, dann ist bei diesen Werten eine harmonische Überlappung vorhanden. Um mit dem zuvor erwähnten Überlappungsbereich oder -band von Frequenzen übereinzustimmen, die simultane Ionenbewegung der zwei Ionenspezies (das heißt bevorzugt weniger als 5% Abweichung zwischen der Istfrequenz (fcs) und den fch-Werten) produzieren, sollte H&sub1; nicht mehr als 2,5% von einer ungeraden ganzen Zahl abweichen. Um dieses Verfahren besser zu veranschaulichen, wird nun die Technik unter Bezugnahme auf Ag&spplus;&spplus; und Na&spplus; bei einem B&sub0; von 0,2 Gauß beschrieben.
Ion j = Ag&spplus;&spplus; (fc/B&sub0;)j = 28,448
Ion k = Na&spplus;&spplus; (fc/B&sub0;)k = 66,739
Deshalb ist H&sub1; = 0,42625 H&sub2;.
Bei H&sub2;-Werten von 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 19. TABELLE
Basierend auf diesen Berechnungen ist es offensichtlich, daß der Wert von H&sub1;, wo H&sub2; 7 (das heißt 2,983) ist, die notwendigen harmonischen Überlappungsbedingungen vorsieht. Folglich ist -
(fc/B&sub0;)Ag&spplus;&spplus; für die 7. Harmonische (H&sub2; = 7) 199,13
(fc/B&sub0;)Na&spplus; für die 3. Harmonische (H&sub2; = 3) 200,22
Da B&sub0; = 0,2 Gauß = 20 µTesla,
7. fc Ag&spplus;&spplus; = 39,826 Hz
3. fc Na&spplus; = 40,04 Hz
(Dies ergibt Δf = 0,214 Hz)
Es ist wichtig, daß auch zur Kenntnis genommen wird, daß die Überlappung durch Erhöhung des Wertes von B&sub0; erweitert werden kann. Im vorigen Beispiel bei 1000 µTesla ist die
7. fc Ag&spplus;&spplus; = 1991,13 Hz
3. fc Na&spplus; = 2002,2 Hz
(Dies ergibt Δf = 11,07 Hz)
Anhand dieses Verfahrens zur Bestimmung der harmonischen Überlappung für Zn&spplus;&spplus; und Ca&spplus;&spplus; ist:
H&sub1; = 0,61313 H&sub2;
Es kann gesehen werden, daß die 5. Harmonische von Zn&spplus;&spplus; mit der 3. Harmonischen von Ca&spplus;&spplus; überlappt.
In ihrer am meisten bevorzugten Ausführungsform werden Fluktuationen in der lokalen Feldkomponente, die anderweitig die durch vielfache Ionenabstimmung vorgesehene vorbestimmte Beziehung ändern würde, durch einen Mikroprozessor in Verbindung mit dem Magnetfelderzeugungsmittel kompensieren. Kurz gesagt, Änderungen in dem zusammengesetzten Feld aufgrund von Änderungen in der lokalen Komponente werden bevorzugt durch den Magnetfeldsensor in Verbindung mit dem Magnetfeldgenerator gemessen. Der Mikroprozessor paßt dann die Frequenz des Feldes und/oder der Feldstärke an, um das gewünschte Verhältnis von Frequenz zu durchschnittlicher magnetischer Flußdichte aufrechtzuerhalten, bei dem es sich immer um einen von Null verschiedenen Durchschnittswert handelt. Diese Technik ist auch zum Kompensieren von Änderungen in der lokalen Komponente in jener Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeignet, worin eine einzelne Ionenspezies unter Verwendung einer höheren ungeraden Oberwellenfrequenz geregelt wird. Der Mikroprozessor kann auch programmiert werden, um basierend auf einem Eingang der q/m-Verhältnisse der zu regelnden Ionen automatisch zu berechnen.
Die vorliegende Erfindung ist besonders nützlich bei der Steuerung des Gewebewachstums unter Verwendung der in Figur 8 der Zeichnungen gezeigten Vorrichtung zur Bewirkung vielfacher Ionenabstimmung und bei der Behandlung und Prävention von Osteoporose auf diese Weise und wie in Figur 9 der Zeichnungen gezeigt wird. Unter Bezugnahme auf Figur 8 der Zeichnungen wird spezifischer gezeigt, daß Behandlungsvorrichtung 30 Behandlungsköpfe 32 und 34 aufweist. Jeder Behandlungskopf enthält eine Feldspule dergestalt, daß Behandlungsköpfe 32 und 34 ein Helmholtz- Spulenpaar umfassen. Um eine therapeutische Behandlung einer Knochenerkrankung, wie zum Beispiel einer Fraktur, Pseudoarthrosenbildung und verzögerten Verheilung von Knochen, herbeizuführen, sind Behandlungsköpfe 32 und 34 dergestalt positioniert, daß ein gleichförmiges Magnetfeld in Raum 36 erzeugt werden kann, der hier so veranschaulicht ist, als wäre er von den gebrochenen Enden 40 und 42 eines menschlichen Femurs (Oberschenkel) 38 eingenommen. Um die Rate zu beschleunigen, bei der Vereinigung der gebrochenen Enden auftritt, wird in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Frequenz des zusammengesetzten Magnetfeldes bei circa 76 Hertz aufrechterhalten, was sehr dicht (innerhalb 5%) an der Zyklotronresonanzfrequenz von Ca&spplus;&spplus; multipliziert mit einem Faktor von 5 und Mg&spplus;&spplus; multipliziert mit einem Faktor von 3 liegt, wo der von Null verschiedene Nettodurchschnittswert bei 20 µTesla (Spitze- Spitze-Amplitude von 40 µTesla) liegt. Änderungen in der lokalen Komponente, die anderweitig diese Beziehung ändern würden, werden durch einen Magnetfeldsensor (nicht gezeigt) und einen Mikroprozessor (nicht gezeigt) kompensiert, der Änderungen in der lokalen Komponente fühlt und das Feld und/oder den angelegten magnetischen Fluß anpaßt, um diese präzise Beziehung aufrechtzuerhalten. Die Behandlung wird bis zu dem Zeitpunkt fortgesetzt, an dem vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden, wie zum Beispiel von circa einer halben Stunde bis sechs Stunden pro Tag circa zwölf Wochen lang. Die Behandlung innerhalb dieser Parameter ist wirksam beim Stimulieren des Wachstums von Knorpelgewebe, nichtossärem, nichtknorpeligem Gewebe und festem Bindegewebe ebenso wie für die lokale Behandlung oder Prävention von Osteoporose und der systemischen Behandlung oder Prävention von Osteoporose, unter Nutzung der in Figur 9 gezeigten Vorrichtung.
Die folgenden Beispiele sind vorgesehen, um die vorliegende Erfindung vollständiger zu veranschaulichen und sind nicht beabsichtigt, den Rahmen der Erfindung wie in den anhängenden Ansprüchen definiert einzuschränken.

BEISPIEL 1

Doppelatome werden erfindungsgemäß einem fluktuierenden Magnetfeld bei der Grundfrequenz von 16 Hertz für Ca&spplus;&spplus; ebenso wie dann bei ungeradzahligen Vielfachen ausgesetzt, wie anhand der Gleichung fch = XBq/2πm für Ca&spplus;&spplus; vorgesehen. Es wurde bemerkt, daß zusätzlich zu der Grundfrequenz, wo X 3, 5 und 15 war, die Bewegung von Doppelatomen (von der bekannt ist, daß sie durch Erhöhung der intrazellulären Konzentration von Kalziumionen herbeigeführt wird) merklich erhöht war. Wo X 7, 9, 11, 13 und 17 war, wurde keine erhöhte Beweglichkeit herbeigeführt.

BEISPIEL 2

In vitro isolierte Femora von 8 Tage alten Küken wurden einem Magnetfeld ausgesetzt, das simultan für Kalzium- und Magnesiumionen gemäß der Gleichung fch = XBq/2πm, wo X = 5 für Ca&spplus;&spplus; und X = 3 für Mg&spplus;&spplus; harmonisch "abgestimmt" wurde. Bei einem von Null verschiedenen Nettodurchschnittswert von B bei 20,9 µTesla, bei welchem es sich um das zusammengesetzte Feld wie zuvor erklärt handelte, wurde fcs auf 80 Hz eingestellt. Es wurde vermehrtes Knochenwachstum gegenüber den Kontrollen beobachtet.
In größerem Detail, es wurden frisch gelegte fertile Eier von weißen Leghorn-Hühnern erhalten, die in einer 100% angefeuchteten Atmosphäre bei 40ºC 8 Tage lang inkubiert, dann entfernt und geschiert wurden. Für jeden Durchlauf der Experimente wurden 26 Eier mit normal aussehenden Embryos gewählt. Die Eier wurden geöffnet und die Embryos in eine sterile Petrischale entfernt. Alle Embryos mit abnormer Entwicklung oder abnormem Staging wurden verworfen. Die Femora der Embryobeine wurden durch stumpfes Präparieren mit einer Pinzette entfernt und in Links-Rechts-Paaren auf sterile Gazequadrate, die mit Hank-Salzlösung angefeuchtet waren, in eine andere sterile Schale transferiert. Aus dieser Schale wurden Paare auf Quadrate aus trockenem, sterilem ungebleichtem Muslin entfernt, wo sie unter einem Präparationsmikroskop hin- und hergerollt wurden, bis das anhaftende Gewebe entfernt war, wobei die Knochen, mit allem Gewebe außer dem Perichondrium/Periost abgestreift zurückblieben. Die Gewebsentfernung wurde mikroskopisch bestätigt. Das rechte Bein von jedem Paar wurde als Kontrolle reserviert, das linke Bein wurde folglich zu einem experimentellen Objekt.
Die anhand des obigen Verfahrens zur Kultur vorbereiteten isolierten Femora wurden in die Vertiefungen von Kulturplatten mit 12 Vertiefungen (Linbro) gebracht. In jede Vertiefung wurde ein kleines dreieckiges Edelstahlmaschensieb (Typ 316) gebracht. Die Ecken wurden untergefaltet, um das Maschensieb geringgradig vom Plattenboden weg anzuheben, um Medienzirkulation zuzulassen. Ein steriles Dreieck aus gründlich gewaschenem gewöhnlichem Linsenpapier wurde oben auf das Maschensieb gelegt, und die Femora wurden in orthogonal positionierten Paaren auf dem Linsenpapier ausgerichtet. Folglich konnte jedes Femur später identifiziert werden, da die Vertiefungen außerdem der Reihe nach numeriert wurden.
Als jede Vertiefung fertig war, wurden 0,5 ml einer aliquoten Menge von sterilem BGJb-Medium (Fitton-Jackson- Modifikation, GIBCO) hineingegeben, die Antibiotika und Antimykotika (GIBCO) enthielten. Diese Menge war eben ausreichend, um das Linsenpapier zu sättigen und einen Medium-Meniskus über den explantierten Femora herbeizuführen. Es wurde bemerkt, daß zu viel Medium zu gestörtem Wachstum führte, da der Gasaustausch auch gestört war, wenn sich die Femora unter der Oberfläche des Mediums befanden. Sobald jede Platte fertiggestellt war, wurde sie abgedeckt und entweder in eine Kontroll- oder Experiment- Position in einem wasserummantelten CO&sub2;-Inkubator gebracht, der eine 100%ig angefeuchtete Atmosphäre von 5% CO&sub2; in Luft bei 40ºC enthielt. Die sich anschließende Kultur bestand aus sieben Tagen im Inkubator, mit frischem Medium jeden anderen Tag.
Die Platten, welche die linken Femora enthielten, wurden gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zwischen unterstützende Helmholtz-Spulen von 15 cm Durchmesser gebracht. Der von Null verschiedene Durchschnittswert der B-Feldstärke wurde auf 20,9 µTesla eingestellt. Ein Beckman-Generator (FG-2-Funktion) lieferte eine 80 Hz Wechselstrom-Sinuswelle entlang der Spulenachse, deren Amplitude auf 30 µTesla, Spitze-Spitze, eingestellt wurde. Die Frequenz des Signals wurde mit einem Beckman UC-10- Frequenzzähler geprüft, der gegen eine NBS-Bezugsquelle kalibriert wurde. Die Amplitude der Wechselstrom- und statischen Magnetfelder wurde mit einem Einzelachsen- Luftspaltmagnetometer (Schonstedt Instrumente, Modell 2200- DS) geprüft, das gegen einen NBS-Standard kalibriert wurde. Die Wechselstromamplitude wurde abgelesen, wobei der Analogausgang von dem Magnetometer an ein Tektronix 204A- Oszilloskop geleitet wurde, das auch gegen NBS- Bezugsspannungsstandards kalibriert wurde. Die Magnetfelder wurden horizontal durch die Femora geleitet.
Für die simultane Behandlung, wobei B auf 20,9 µTesla und die Wechselstromfrequenz (fcs) auf 80 Hz eingestellt wurde, werden Berechnungen ohne weiteres verifizieren, daß diese Bedingungen eine Frequenz innerhalb 5% der fch-Werte für Ca&spplus;&spplus;, wo X 5 ist und Mg&spplus;&spplus;, wo X 3 ist, darstellen. Unabhängig davon wurde zuvor gezeigt, daß diese fch-Werte zur Stimulation von Doppelatom-Bewegung wirksam sind. Unter Verwendung dieser Kombination konnte eine nebeneinanderlaufende Stimulation für beide Ionen erreicht werden.
Die Kontrollkulturen wurden in der gleichen Kammer wie die Versuchskulturen aufrechterhalten, sie wurden jedoch von den Magnetfeldern abgeschirmt. Die Wechselstrom- Magnetfeldstärke, der die Kontrollfemora ausgesetzt wurden, war mindestens zwei Größenordnungen geringer als für die Versuchsfemora (nicht höher als 0,3 µTesla, Spitze-Spitze). Das umgebende 60 Hz Magnetfeld in den Kammern war kleiner als 0,1 µTesla.
Am Ende des Experimentes wurde das Medium aus jeder Vertiefung der Platten entfernt und wurde mit einer gleichen Menge von Millonigs neutralem gepufferten Formalin ersetzt. Nach 24 Stunden, um für Fixierung und Schrumpfen zu erlauben, wurden die Femora vorsichtig von dem Linsenpapier entfernt, und die Länge und zentralen Durchmesser der Diaphyse wurden mit einem Paar metrischer Noniusschublehren gemessen. Die Messungen wurden vorgenommen und auf eine verblindete Weise aufgezeichnet. Die Femora wurden dann in die Vertiefungen zurückgebracht, wurden aber durch eine kleine Papiertrennwand getrennt, um sie auseinanderzuhalten und identifizierbar zu machen. Sie wurden dann entkalkt und durch Alkohole und Benzol in 540 Paraplast eingebettet, dann bei 8 µm längsgeschnitten und mit Mayers Hämatoxylin und Eosin gefärbt.
Die Schnitte wurden unter einem Lichtmikroskop (Olympus CH- 2) untersucht, und es wurden mit einem Okularmikrometer Messungen von der Diaphysenhalslänge und -dicke angestellt. Eine Beurteilung des Reifegrades wurde auch vorgenommen, zusammen mit Notizen zu dem histologischen Erscheinungsbild der Knochen. Eine ausführliche morphometrische Analyse wurde nicht durchgeführt, da die Unterschiede entweder so auffallend waren, daß ein Zurückgreifen auf statistische Methoden als unnötig erachtet wurde, außer in bezug auf die Messungen von Länge, Durchmesser, Halslänge und Halsdicke. Für diese Messungen wurde ein Student-t-Test an den gepaarten Versuchsfemora und den Kontrollen durchgeführt. Das Experiment wurde in Doppelansätzen durchgeführt, so daß in der Ionen-Gruppe 96 Knochen vorhanden waren, 48 Versuchsknochen und 48 Kontrollen. Diese Zahlen ließen eindeutige statistische Rückschlüsse zu.
Die zahlenmäßigen Ergebnisse aller Experimente sind in Tabelle I unten dargestellt: TABELLE I Ergebnisse der Kükenfemurtests
* p < 0,01 verglichen mit dem gepaarten Kontrollwert
Kontrollen: Es lag kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Werten für die beiden Durchläufe vor. Daher wurden sie gepoolt.
Das histologische Erscheinungsbild der Kontrollen wich von Durchlauf zu Durchlauf nicht ab. Das von ihnen präsentierte Bild war im wesentlichen normal. Die Enden der Knochen setzten sich aus relativ verdichtetem und zellulärem hyalinem Knorpel zusammen. Der Diaphysenhals war ziemlich dünn, aber gut verknöchert, während die zentrale Diaphysenregion mittelgradig hypertrophierte Chondrozyten mit einigen pyknotischen Nuklei, aber wenig oder keiner Kalzifikation der Knorpelmatrix aufwies.
Experimentelle Behandlung: Wenn sowohl Kalzium- als auch Magnesiumionen den Zyklotronresonanzbedingungen ausgesetzt wurden, waren die Ergebnisse im wesentlichen eine Kombination von den zuvor für Kalzium und Magnesium getrennt gesehenen. Die Knochen waren signifikant (p < 0,01) verlängert (+12%) und verdickt (+47%), und die Diaphysenhalslänge (+99%) und -dicke (+80%) waren auch erhöht (p < 0,01). Die Robustheit war um 22% erhöht.
Histologisch waren die Knochen, wie mit der Kalziumionenstimulation, in bezug auf die Kalzifikation fortgeschritten, wobei die zentrale Diaphysenregion deutliche Kalzifikation aufwies. Der Grad dieses Effektes war jedoch leicht geringer als mit der Kalziumstimulation allein. Der Rest des Knochens zeigte eine generalisierte Vergrößerung, wie mit der Magnesiumionenabstimmung allein.

BEISPIEL 3

Eine Studie zur simultanen vielfachen Ionenabstimmung wurde unter Verwendung von fibularen Knochenresektionen in skeletal maturen Kaninchen durchgeführt. Zwölf skeletal mature (2,5 kg) Neuseeland Weiße Kaninchen von gemischtem Geschlecht wurden in zwei Gruppen mit je sechs Tieren aufgeteilt und anästhesiert. Nach der Anästhesie wurden beide Beine lateral rasiert und mit Betadyne-Lösung angestrichen. Eine Inzision wurde 1 cm kaudal vom Knie vorgenommen, die sich über 2,5 cm erstreckte. Die Muskeln der anterioren und peronäalen Kompartimente wurden getrennt, um die Fibula freizulegen. Das Periost wurde gespalten und von dem Knochen rückgeschlagen. Auf der rechten Seite durfte das Periost an seinen Ort zurückkehren. Diese Knochen dienten als die Scheinoperationen. Auf der linken Seite wurde ein 1 cm großes Stück der Fibula von dem Knochen entfernt, wobei circa 1 cm kranial zur Vereinigung von Fibula und Tibia begonnen wurde. Das Periost durfte zurückkehren. Diese Knochen dienten als die operierte Reihe. Die Wunden beider Seiten wurden dann in Lagen geschlossen, wobei mit Edelstahlnähten beendet wurde. Die Tiere wurden dann zur Genesung in ihre Käfige zurückgebracht.
Sechs Tiere wurden in Käfige gebracht, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zwischen unterstützenden Helmholtz-Spulenpaaren lagen. Sie wurden eine halbe Stunde lang pro Tag stimuliert. Die sechs Tiere wurden dann einem fluktuierenden Magnetfeld ausgesetzt, das auf Kalzium und Magnesium simultan abgestimmt war, wobei das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. Der von Null verschiedene Durchschnittswert des (B)-Feldes lag bei 40 µTesla, 30 µTesla Spitze-Spitze, und die Frequenz (fcs) lag bei 153 Hz. Wie ohne weiteres gesehen werden kann, sieht dieser Satz von Bedingungen einen Wert fcs vor, der innerhalb von 5% von fch für Kalzium liegt, wobei X 5 ist und für Magnesium, wobei X 3 ist. Die anderen sechs Tiere erhielten keine Magnetfeldstimulation und dienten als Kontrollen.
Nach einem Monat der Stimulation wurden die Kaninchen aus den Käfigen genommen und durch CO&sub2;-Inhalation nekrotisiert. Die Beine wurden exartikuliert und entfernt. Von jedem Bein wurden a-p (anterior-posteriore) Röntgenaufnahmen angefertigt, und das Muskelgewebe wurde dann von den Knochen gestrippt. Die Durchmesser von Fabellae und Kallus wurden anhand der Röntgenaufnahmen mit einem digitalen Mikrometer gemessen. Die Fibulae wurden entfernt und in einen Auslegerbiegeprüfstand geklemmt. Jedes Femur wurde dann in der a-p-Achse durch Bewegung des Knochens mit einer Mikrometerschraube gegen die Spitze eines Kraftmeßwertwandlers gebogen, der 1,5 cm über der Spitze der Klemmbacken positioniert war. Diese Knochenlänge schloß die Knochenresektionsstelle ein. Die Knochen wurden 1 mm gebogen, und die erforderliche Kraft zur Herbeiführung des Biegens wurde durch einen Oszillographen aufgezeichnet, der an einen Computer angeschlossen war, der auf dem Bildschirm graphische Darstellungen von Kraft versus Durchbiegung produzierte. Das Kraft-Durchbiegungsverhältnis von operierten versus scheinoperierten Seiten wurde verglichen.
Die Ergebnisse der Tests werden graphisch in Tabelle A dargestellt. TABELLE A KNOCHENRESEKTIONSERGEBNISSE
Aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß die Anlegung von Feldern, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung auf Zyklotronresonanzbedingungen für Kalzium und Magnesium simultan harmonisch abgestimmt werden, das Wachstum und osteogenetische Effekte von Magnesium mit den Mineralisierungseffekten von Kalzium bewirkt.
Diese Beispiele bieten den Nachweis in bezug auf die Wirksamkeit von sowohl ungerader vielfacher harmonischer Abstimmung als auch die Nützlichkeit simultaner Abstimmung auf mehr als ein Ion. Es muß verstanden werden, daß andere simultane Abstimmungen möglich sind, wobei harmonische Entartungen verwendet werden und daß die vorliegenden Beispiele nicht dazu beabsichtigt sind, andere Applikationen und Paarungen auszuschließen. Jede Paarung, wo bei ergänzenden ungeradzahligen Harmonischen eine Entartung gefunden werden kann, wird von der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen.

Claims

1. Vorrichtung (30) zum Regeln der Bewegung eines vorgewählten Ions durch eine Membran, die folgendes umfaßt:

Mittel (10A; 10B) zur Erzeugung eines angelegten Magnetfeldes, parallel zu einer durch einen Raum projizierten (36) vorbestimmten Achse, worin eine Membran (38) in Gegenwart des vorgewählten Ions positioniert ist, wobei das angelegte Magnetfeld in einer magnetischen Flußdichte in dem Raum von einem bekannten Durchschnittswert, parallel zu der vorbestimmten Achse resultiert;

Mittel (16), das mit dem das Magnetfeld erzeugenden Mittel zum Fluktuieren der magnetischen Flußdichte dergestalt in Verbindung steht, daß der bekannte Durchschnittswert ein von Null verschiedener Durchschnittswert ist;

Mittel zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Frequenz der Fluktuationen und dem von Null verschiedenen Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Beziehung anhand der Gleichung fch = XBq/2πm bestimmt wird, wobei fch die Frequenz der fluktuierenden magnetischen Flußdichte in Hertz ist, B der von Null verschiedene Durchschnittswert der Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse in Tesla ist, q die Ladung des vorgewählten Ions in Coulomb ist, m die Masse des vorgewählten Ions in Kilogramm und X eine vorgewählte ungerade ganze Zahl größer als Eins ist.

2. Vorrichtung (30) zum simultanen Regeln der Bewegung von mindestens zwei verschiedenen Ionen durch eine Membran, die folgendes umfaßt:

Mittel (10A; 10B) zum Erzeugen eines angelegten Magnetfeldes, parallel zu einer durch einen Raum (36) projizierten vorbestimmten Achse, worin eine Membran (38) in Gegenwart von mindestens zwei verschiedenen vorgewählten Ionen positioniert ist, wobei das angelegte Magnetfeld in einer magnetischen Flußdichte in dem Raum von einem bekannten, von Null verschiedenen Durchschnittswert, parallel zu der vorbestimmten Achse resultiert;

Mittel zum Erzeugen und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Frequenz der Fluktuationen und dem von Null verschiedenen Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Beziehung wie folgt bestimmt wird:

i) Ermitteln einer Grundfrequenz (fc) für jedes Ion anhand der Gleichung fc = Bq/2πm, wobei fc die Zyklotronresonanzgrundfrequenz in Hertz ist und B, q und m wie hierin nachstehend definiert sind und/oder

ii) Bestimmen einer ungeradzahligen Oberwellenfrequenz (fch) für jedes Ion anhand der Gleichung fch = XBq/2πm, wobei fch die Frequenz der fluktuierenden magnetischen Flußdichte in Hertz ist, B der von Null verschiedene Durchschnittswert der Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse in Tesla ist, q die Ladung von jedem vorgewählten Ion in Coulomb ist, m die Masse von jedem vorgewählten Ion in Kilogramm ist und X eine vorgewählte ungerade ganze Zahl größer als Eins ist und

iii) Wählen und Aufrechterhalten einer gemeinsamen regelnden Frequenz (fcs) für die gewählten Ionen, die innerhalb von 10% der Grundfrequenz (fc) oder einer ungeradzahligen Oberwellenfrequenz (fch) von jedem vorgewählten Ion liegt.

3. Vorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin die vorgewählte ganze Zahl aus ungeraden ganzen Zahlen zwischen 1 und 20 gewählt wird.

4. Verfahren zum Regeln der Bewegung eines vorgewählten Ions durch eine Membran, das folgendes umfaßt:

Erzeugen eines angelegten Magnetfeldes, parallel zu einer durch einen Raum projizierten vorbestimmten Achse, worin eine Membran in Gegenwart eines vorgewählten Ions positioniert ist, wobei das angelegte Magnetfeld in einer magnetischen Flußdichte in dem Raum von einem bekannten Durchschnittswert, parallel zu der vorbestimmten Achse resultiert;

Fluktuieren der magnetischen Flußdichte dergestalt, daß der bekannte Durchschnittswert ein von Null verschiedener Durchschnittswert ist;

Erzeugen und Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Frequenz der Fluktuationen und dem von Null verschiedenen Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Beziehung anhand der Gleichung fch = XBq/2πm bestimmt wird, wobei fch die Frequenz der fluktuierenden magnetischen Flußdichte in Hertz ist, B der von Null verschiedene Durchschnittswert der Flußdichte parallel zu der vorbestimmten Achse in Tesla ist, q die Ladung des vorgewählten Ions in Coulomb ist, m die Masse des vorgewählten Ions in Kilogramm ist und X eine vorgewählte ungerade ganze Zahl größer als Eins ist.

5. Verfahren zum simultanen Regeln der Bewegung von mindestens zwei verschiedenen Ionen durch eine Membran, das folgendes umfaßt:

Erzeugen eines angelegten Magnetfeldes, parallel zu einer durch einen Raum projizierten vorbestimmten Achse, worin eine Membran in Gegenwart von mindestens zwei verschiedenen vorgewählten Ionen positioniert ist, wobei das angelegte Magnetfeld in einer magnetischen Flußdichte in dem Raum von einem bekannten, von Null verschiedenen Durchschnittswert, parallel zu der vorbestimmten Achse resultiert;

Aufrechterhalten einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Frequenz der Fluktuationen und dem von Null verschiedenen Durchschnittswert der magnetischen Flußdichte, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Beziehung wie folgt bestimmt wird:

iii) Wählen und Aufrechterhalten einer gemeinsamen regelnden Frequenz (fcs) für die gewählten Ionen, die innerhalb von 10% der Grundfrequenz (fc) oder einer ungeradzahligen Oberwellenfrequenz (fch) von jedem vorgewählten Ion liegt und

Fluktuieren der magnetischen Flußdichte dergestalt, daß der bekannte Durchschnittswert ein von Null verschiedener Durchschnittswert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin die gemeinsame regelnde Frequenz (fcs) für die gewählten Ionen innerhalb von 5% der Grundfrequenz fc oder einer ungeradzahligen Oberwellenfrequenz fch von jedem vorgewählten Ion liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, worin genannte vorbestimmte ganze Zahl aus ungeraden ganzen Zahlen zwischen 1 und 20 gewählt wird.