ES2914285T3 - Dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado, que comprende: un circuito resonante paralelo (21) que comprende un condensador (22) conectado en paralelo con un inductor (26) sin un interruptor entre el condensador y el inductor en el circuito resonante paralelo, en el que el circuito resonante paralelo se configura para generar un campo electromagnético pulsado que comprende una secuencia de oscilaciones electromagnéticas sinusoidales amortiguadas en el inductor mientras la energía eléctrica se almacena en el circuito resonante paralelo, y en el que el inductor se configura para colocarse relativo a una parte del cuerpo para proporcionar el campo electromagnético pulsado a la parte del cuerpo; comprendiendo, además, el dispositivo: una fuente de alimentación (23); y un interruptor (24), externo al circuito resonante paralelo, que se configura para: conectar selectivamente el circuito resonante paralelo a la fuente de alimentación durante un período de rampa de corriente (30) durante el cual una corriente (I(L1)) en el inductor se incrementa hasta alcanzar una corriente deseada, y, al final del período de rampa de corriente, desconectar el circuito resonante paralelo de la fuente de alimentación abriendo el interruptor, en el que el circuito resonante paralelo genera la secuencia de oscilaciones electromagnéticas sinusoidales amortiguadas (28) en el inductor mientras el interruptor está abierto.
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado
Sector técnico de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado.
Estado de la técnica anterior
Los campos electromagnéticos pulsados se pueden utilizar para proporcionar efectos fisiológicos. Por ejemplo, los campos electromagnéticos pulsados se pueden utilizar para la estimulación de nervios o del cerebro, o para proporcionar beneficios terapéuticos (tales como el tratamiento de dolencias como dolor en las articulaciones y en los músculos, y ayudar en la cura de huesos rotos y fracturas).
Hay disponibles diversos dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado que producen campos electromagnéticos pulsados para proporcionar un efecto fisiológico. Habitualmente incluyen un circuito resonante formado por un condensador conectado a un inductor de bobina en bucle a través de un interruptor (tal como un interruptor de semiconductor o de distancia disruptiva). Con el interruptor abierto, el condensador se puede precargar antes de cerrar el interruptor para descargar el condensador en el inductor para iniciar la oscilación del circuito resonante. El circuito resonante oscila entonces hasta que las pérdidas disipan la energía almacenada en el circuito resonante. A medida que el circuito resonante oscila, genera una secuencia de oscilaciones electromagnéticas en el inductor de bobina en bucle que se coloca al lado de, o en torno a, una parte del cuerpo en el que se desea el efecto fisiológico del campo electromagnético pulsado.
Los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado existentes funcionan a voltajes extremadamente altos (habitualmente, miles de voltios). Como consecuencia de estos altos voltajes, se requieren costosos condensadores e interruptores de alto voltaje, lo que hace que la fabricación de los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado existentes sea muy costosa. Además, los altos voltajes representan un riesgo de seguridad para el operario y el paciente, en particular debido a que el diseño de muchos dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado existentes es susceptible de fallos de un solo punto letales, por ejemplo, en caso de que se dañe el aislamiento del inductor de bobina en bucle. Por lo tanto, sería deseable encontrar una forma de generar un campo electromagnético pulsado para proporcionar un efecto fisiológico de una forma que elimine los riesgos asociados con estos voltajes extremadamente altos.
Las oscilaciones se amortiguan por las pérdidas por resistencia en los componentes del circuito resonante, en particular, en el interruptor de semiconductor. En consecuencia, los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado existentes están limitados a un tiempo de decaimiento bastante corto, y sería deseable aumentar el tiempo de decaimiento de modo que el efecto fisiológico se pueda proporcionar durante un período más largo.
Es habitual que los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado existentes tengan una corriente de descarga inicial muy alta (habitualmente, muchos kA). Las reflexiones de voltaje desde componentes en el circuito resonante, por ejemplo, desde un interruptor de semiconductor que es prácticamente imposible adaptar en impedancia con el circuito resonante, dan lugar a transmisiones de radiofrecuencia de alta potencia y amplio espectro durante los primeros pocos microsegundos de las oscilaciones electromagnéticas. Dicha interferencia de radiofrecuencia hace que los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado existentes interfieran con otros dispositivos electrónicos o redes de comunicaciones inalámbricas en las proximidades, y puede significar que los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado existentes no cumplan con los requisitos normativos, tales como las normas relativas a la interferencia electromagnética.
El documento de Patente EP 3101 779 A1 da a conocer un generador de campo magnético para su utilización en el calentamiento por inducción magnética o en el tratamiento de hipertermia con un condensador de accionamiento con un segundo terminal que está en comunicación eléctrica con el primer terminal del circuito tanque. Sin embargo, no está dirigido a un dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado.
Por lo tanto, sería deseable desarrollar un dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado que solucione o, por lo menos, mitigue, algunos o la totalidad de estos problemas.
Características de la invención
La invención se define en la reivindicación 1. En las reivindicaciones adjuntas se definen otros aspectos y realizaciones preferentes. Los aspectos, realizaciones y ejemplos de la presente invención que no caigan dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas no forman parte de la invención y se proporcionan únicamente con fines ilustrativos. Asimismo, los procedimientos presentados en la presente descripción se proporcionan solo con fines ilustrativos y no forman parte de la presente invención.
Según la invención, se da a conocer un dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado. El circuito resonante paralelo comprende un condensador conectado en paralelo con un inductor sin un interruptor entre el condensador y el inductor. Es decir, no hay un interruptor que forme un componente del circuito resonante paralelo. El circuito resonante paralelo puede estar formado por un condensador conectado directamente al inductor, o el condensador se puede acoplar al inductor por medio de componentes intermedios distintos de un interruptor. El circuito resonante paralelo se configura para generar un campo electromagnético pulsado en el inductor mientras se almacena energía eléctrica en el circuito resonante paralelo. El inductor se configura para colocarse relativo a una parte del cuerpo para proporcionar el campo electromagnético pulsado a la parte del cuerpo. El dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado comprende, además, una fuente de alimentación y un interruptor, donde el interruptor es externo al circuito resonante paralelo. Es decir, el interruptor no se encuentra entre el condensador y el inductor en el circuito resonante paralelo. En cambio, el interruptor conecta selectivamente la fuente de alimentación en paralelo al circuito resonante paralelo. El interruptor se configura para conectar selectivamente el circuito resonante paralelo a la fuente de alimentación durante un periodo de rampa de corriente. Durante el período de rampa de corriente, se aumenta la corriente en el inductor hasta alcanzar una corriente deseada.
A diferencia de los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado de la técnica anterior, el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado de la presente invención tiene un circuito resonante paralelo que no requiere que un interruptor (tal como un interruptor de semiconductor o de distancia disruptiva) sea un componente integral del circuito resonante paralelo para alimentar selectivamente el circuito resonante paralelo. Teniendo en cambio un interruptor externo al circuito resonante paralelo, cuando la corriente fluye por el circuito resonante paralelo, no pasa a través de un interruptor en cada pasada, lo que disiparía innecesariamente la energía almacenada en el circuito resonante paralelo a través de las pérdidas por resistencia en el interruptor. Además, los interruptores de alto voltaje apropiados que se pueden utilizar como un componente del circuito resonante paralelo de un dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado son costosos. Por lo tanto, teniendo un interruptor externo al circuito resonante paralelo en lugar de como un componente del circuito resonante paralelo, se reducen significativamente los costes de fabricación y se eliminan las pérdidas por resistencia del interruptor. Sin estas pérdidas por resistencia del interruptor, el tiempo de decaimiento del campo electromagnético pulsado generado por el circuito resonante paralelo aumenta mucho, aumentando, por tanto, el período de tiempo durante el que se genera un efecto fisiológico. Además, la corriente deseada requerida para obtener un período de tiempo deseado durante el que se consigue un efecto fisiológico es mucho menor.
Además, teniendo un interruptor externo al circuito resonante paralelo en lugar de como un componente del circuito resonante paralelo, es posible aumentar en rampa la corriente durante un período de tiempo (el período de rampa de corriente). En contraste, los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado de la técnica anterior con un interruptor como un componente del circuito resonante paralelo hacen que la carga del condensador precargado se descargue casi instantáneamente en el circuito resonante cuando se cierra el interruptor en el circuito resonante paralelo. Los altos voltajes en la técnica anterior, que son necesarios para conseguir las altas corrientes necesarias para superar las pérdidas por resistencia en el interruptor de alto voltaje, producen una sobrecarga de corriente en el circuito resonante en cuanto se cierra el interruptor. Esta sobrecarga súbita en la corriente en el circuito resonante puede dar lugar a reflexiones desde el interruptor de alto voltaje (que intrínsecamente carece de adaptación de impedancia con el circuito resonante) que resultan en picos significativos de voltaje y de corriente y en interferencia electromagnética que puede ser dañina para los dispositivos eléctricos cercanos. En contraste, aumentar la corriente durante el período de rampa de corriente, lo que se hace posible mediante el circuito resonante paralelo sin interruptor de la presente invención, reduce el ruido y la interferencia causados por el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado, lo que ayuda a que el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado cumpla los requisitos normativos, tales como las normas relativas a la interferencia electromagnética.
Los campos electromagnéticos pulsados se pueden utilizar para proporcionar un efecto fisiológico. Por ejemplo, un campo electromagnético pulsado se puede utilizar para la estimulación de nervios o del cerebro, o para proporcionar beneficios terapéuticos (tales como el tratamiento de dolencias como dolor en las articulaciones y
en los músculos, y ayudar en la cura de huesos rotos y fracturas). El inductor se puede colocar al lado de, o en torno a, una parte del cuerpo (tal como una articulación o extremidad) donde se requiere el efecto fisiológico del campo electromagnético pulsado. El inductor puede ser un inductor de bobina en bucle. El inductor de bobina en bucle se puede colocar al lado de, o en torno a, una parte del cuerpo (tal como una articulación o extremidad) donde se requiere el efecto fisiológico del campo electromagnético pulsado.
El interruptor externo al circuito resonante paralelo está cerrado durante el período de rampa de corriente. El interruptor externo al circuito resonante paralelo está abierto fuera del período de rampa de corriente. Por lo tanto, durante la oscilación del circuito resonante paralelo, el interruptor está desconectado del circuito resonante paralelo y no disipa la energía almacenada en el circuito resonante paralelo a través de pérdidas por resistencia ni conduce a reflexiones.
La carga almacenada en el condensador antes de que se cierre el interruptor externo al circuito resonante paralelo puede ser cero.
La corriente en el inductor puede aumentar durante el período de rampa de corriente. La tasa de cambio de la corriente en el inductor puede ser una función del voltaje de la fuente de alimentación. La duración del período de rampa de corriente se puede basar en el voltaje de la fuente de alimentación y en la corriente deseada al final del período de rampa de corriente.
El período de rampa de corriente puede ser uno de: mayor de 1 |js; mayor de 10 |js; entre 1 |js y 50 |js; entre 10 p.s y 50 p.s; y entre 10 p.s y 100 p.s, preferentemente entre 1 p.s y 100 p.s.
La corriente deseada al final del período de rampa de corriente puede estar en el intervalo de uno de: 10 A y 2000 A; 100 A y 2000 A; 200 A y 2000 A; 200 A y 1600 A; y 500 A y 1600 A; preferentemente entre 500 A y 2000 A.
El campo electromagnético pulsado puede ser una oscilación, tal como una oscilación sinusoidal, causada por la oscilación del circuito resonante paralelo.
El campo electromagnético pulsado puede tener una frecuencia de una de: menor de 1 MHz; menor de 200 kHz; y menor de 100 kHz; preferentemente menor de 250 kHz. Los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado de la técnica anterior pretenden funcionar a aproximadamente 250 kHz, pero con un espectro ensanchado de hasta 300 MHz como consecuencia de la interferencia. El funcionamiento a estas altas frecuencias, y la producción de frecuencias todavía más altas a través de la interferencia, significa que los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado de la técnica anterior tienden a interferir con otros dispositivos electrónicos y redes de comunicaciones de radio. Sin embargo, las restricciones en la disponibilidad de los componentes electrónicos, el tamaño físico de los componentes electrónicos y la presencia del interruptor de semiconductor en el circuito resonante paralelo dificultan que los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado de la técnica anterior funcionen a frecuencias más bajas. Sin embargo, sin la limitación de tener un interruptor de alto voltaje en el circuito resonante paralelo y teniendo en cambio un interruptor externo al circuito resonante paralelo, el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado de la presente invención puede funcionar a frecuencias más bajas, lo que evita que el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado interfiera con otros dispositivos electrónicos y redes de comunicaciones de radio.
El interruptor externo al circuito resonante paralelo puede estar abierto mientras el circuito resonante paralelo está generando por lo menos una parte del campo electromagnético pulsado. Debido a que el interruptor en la técnica anterior forma una parte integrante del circuito resonante paralelo, actuando para formar por lo menos una parte de la conexión eléctrica entre el inductor y el condensador del circuito resonante paralelo, el interruptor necesariamente tiene que estar cerrado para que el circuito resonante de la técnica anterior genere un campo electromagnético pulsado, lo que conduce a pérdidas por resistencia en el interruptor. En contraste, en la presente invención, el interruptor es externo al circuito resonante paralelo y no forma un enlace necesario entre el inductor y el condensador del circuito resonante paralelo. Por lo tanto, el interruptor puede estar abierto mientras el circuito resonante paralelo genera el campo electromagnético pulsado (oscila), evitando las pérdidas por resistencia en el interruptor.
El circuito resonante paralelo puede estar aislado galvánicamente de la fuente de alimentación. El inductor y otros componentes del circuito resonante paralelo son flotantes, y, por lo tanto, es seguro tocarlos incluso si se daña el aislamiento que rodea al inductor u otros componentes. El aislamiento galvánico puede comprender un transformador.
El dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado puede comprender otro interruptor externo al circuito resonante paralelo y un rectificador para volver a acoplar selectivamente el circuito resonante paralelo a un condensador de la fuente de alimentación. El cierre del otro interruptor puede recargar el condensador de la fuente de alimentación desde el circuito resonante paralelo. Esto reduce sustancialmente la oscilación del circuito resonante paralelo y permite que por lo menos una parte de la energía eléctrica que queda en el circuito resonante paralelo se vuelva a reciclar en el condensador de la fuente de alimentación.
La fuente de alimentación puede ser un único condensador de alto valor, o un banco de condensadores que comprende una pluralidad de condensadores.
El otro interruptor puede acoplar el circuito resonante paralelo a la fuente de alimentación cuando la corriente en el circuito resonante paralelo está por debajo de un umbral de corriente. El umbral de corriente se puede seleccionar basándose en una corriente por debajo de la cual no se observa ningún efecto fisiológico significativo o este es muy reducido, o por debajo de la cual se observa un efecto fisiológico insuficiente para cumplir las necesidades de una aplicación fisiológica o terapéutica en particular. El umbral de corriente fisiológica puede ser 200 A. Una vez que la corriente en el circuito resonante paralelo ha caído por debajo del umbral de corriente, el otro interruptor y el rectificador pueden volver a acoplar el circuito resonante paralelo a la fuente de alimentación, reciclando, por tanto, por lo menos parte de la energía eléctrica almacenada en el circuito resonante paralelo de vuelta a la fuente de alimentación, lo que ahorra una energía eléctrica considerable que, de otro modo, podría desperdiciarse generando un campo electromagnético pulsado que no proporciona ningún efecto fisiológico o donde este es muy reducido.
El interruptor externo al circuito resonante paralelo y/o el otro interruptor pueden recibir señales de conmutación a través de un enlace óptico, por ejemplo, un cable de fibra óptica. Proporcionar señales de conmutación a través de un enlace óptico reduce la interferencia de alto voltaje que podría causar una conmutación incorrecta y ayuda a mantener el aislamiento galvánico del circuito resonante paralelo.
El dispositivo se puede configurar para generar un campo electromagnético pulsado de forma discontinua. La corriente en el inductor se puede aumentar en rampa y se puede permitir que la carga en el circuito resonante paralelo decaiga (o se puede interrumpir, por ejemplo, utilizando el otro interruptor). La corriente se puede aumentar en rampa de nuevo inmediatamente o se puede permitir que transcurra un período de tiempo (tal como 100 ms) antes de que la corriente aumente en rampa de nuevo. Tener un período durante el cual el dispositivo no está generando un campo electromagnético pulsado puede ser deseable para evitar la sobreexposición de un paciente al campo electromagnético pulsado. El ciclo de trabajo puede ser menor del 5 % (es decir, el dispositivo puede generar un campo electromagnético pulsado durante el 5 % del tiempo, mientras que el dispositivo no genera un campo electromagnético pulsado durante el 95 % del tiempo). Alternativamente, el ciclo de trabajo puede ser menor del 1 %.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirá la invención, solo a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es un diagrama de circuito simplificado de un dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado de la técnica anterior;
la figura 2a es un ejemplo de una traza de osciloscopio que muestra el voltaje en función del tiempo en un circuito resonante del dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado de la técnica anterior de la figura 1;
la figura 2b es una vista de cerca de la traza de osciloscopio de la figura 2a, que ilustra la interferencia observada en el inicio de las oscilaciones electromagnéticas en el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado de la técnica anterior de la figura 1:
la figura 3 ilustra un dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado según una realización de la presente invención;
la figura 4 es un ejemplo de una traza de osciloscopio que muestra la corriente en el circuito resonante de la figura 3 en función del tiempo; y
la figura 5 es un ejemplo de un dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado según una realización alternativa de la presente invención.
Descripción detallada
La figura 1 es un diagrama de circuito simplificado de un dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10 de la técnica anterior. El dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10 tiene un circuito resonante 11 con un condensador 12 conectado a un interruptor de semiconductor 14 y a un inductor de bobina en bucle 16.
Cuando el interruptor de semiconductor 14 está abierto, el condensador 12 se carga desde un circuito de alto voltaje (no mostrado). El cierre del interruptor de semiconductor 14 descarga el condensador 12 en el inductor de bobina en bucle 16, iniciando la oscilación del circuito resonante 11.
Las figuras 2a y 2b muestran diferentes vistas de la misma traza de osciloscopio del voltaje en el circuito resonante 11 en función del tiempo. El circuito resonante 11 genera una oscilación amortiguada 18 en el inductor de bobina en bucle 16. La figura 2a muestra la secuencia completa de oscilaciones hasta que las oscilaciones decaen completamente, mientras que la figura 2b muestra una vista de cerca del inicio de las oscilaciones.
El inductor de bobina en bucle 16 se coloca al lado de, o en torno a, una parte del cuerpo (tal como una articulación o extremidad) donde se desea el efecto fisiológico del campo electromagnético pulsado. Con el interruptor de semiconductor 14 cerrado, el circuito resonante 11 oscila hasta que las pérdidas en el circuito resonante 11 disipan toda la energía almacenada en el circuito resonante 11. Las pérdidas por resistencia en el circuito resonante 11 son altas. Siendo el interruptor de semiconductor 14 una parte integrante de la conexión eléctrica entre el inductor de bobina en bucle 16 y el condensador 12 en el circuito resonante 11 se incurre en unas pérdidas por resistencia que hacen que la energía almacenada en el circuito resonante 11 decaiga rápidamente. El decaimiento rápido limita el período de tiempo durante el cual un campo electromagnético pulsado proporciona un efecto fisiológico. En un intento de maximizar el tiempo de decaimiento, el condensador 12 se carga a un voltaje alto (habitualmente de 10 kV a 25 kV) para conseguir una corriente de descarga alta (del orden de 2 kA a 3 kA).
La necesidad de funcionar con un voltaje y una corriente tan altos produce numerosos problemas con el diseño y el funcionamiento del dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10. Se requieren un costoso condensador 12 y un interruptor de semiconductor 14 de alto voltaje, lo que hace que sea costoso fabricar el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10. Además, los altos voltajes representan un riesgo de seguridad para el operario y el paciente, en particular debido a que el diseño de muchos dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado existentes, como el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10, no toma medidas para evitar fallos de un solo punto letales, por ejemplo, en el caso de que se dañe el aislamiento del inductor de bobina en bucle 16.
El alto voltaje con el que se carga inicialmente el condensador 12 produce una alta descarga de corriente inicial desde el condensador 12, lo que conduce a reflexiones de voltaje desde los componentes del circuito resonante 11, en particular, desde el interruptor de semiconductor 14. Dadas las complicadas características eléctricas del interruptor de semiconductor 14 que se necesitan para gestionar los altos voltajes y corrientes presentes en el circuito resonante 11, es virtualmente imposible adaptar en impedancia el interruptor de semiconductor 14 con el resto del circuito resonante 11. Como resultado de la falta de adaptación de impedancias, el interruptor de semiconductor 14 produce reflexiones de voltaje que conducen a una interferencia 19 de radiofrecuencia de amplio espectro y alta potencia, observándose durante los primeros pocos microsegundos de las oscilaciones electromagnéticas (tal como se muestra en la figura 2b). Dicha interferencia de radiofrecuencia hace que el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10 interfiera con otros dispositivos electrónicos o redes de comunicaciones inalámbricas en las proximidades, y puede significar que el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10 no cumple con los requisitos normativos, tales como las normas relativas a la interferencia electromagnética.
La figura 3 ilustra un dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 20 según una realización de la presente invención. El dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 20 se ha diseñado para superar las desventajas mencionadas anteriormente con los dispositivos de terapia de campo electromagnético pulsado existentes, tales como el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10 descrito en relación a las figuras 1 y 2.
El dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 20 tiene un circuito resonante paralelo 21 con un condensador 22 en paralelo con un inductor de bobina en bucle 26. Un circuito de rampa de corriente 25 es externo al circuito resonante paralelo 21 y se conecta en paralelo al circuito resonante paralelo 21. El circuito de
rampa de corriente 25 incluye un condensador de alta capacidad de corriente 23 que proporciona un voltaje de aproximadamente 50 V a 350 V (habitualmente 150 V) y una corriente de aproximadamente 100 A a 2000 A. Un interruptor de semiconductor 24 conecta selectivamente el condensador de alta capacidad de corriente 23 al circuito resonante paralelo 21 para aumentar en rampa la corriente en el inductor de bobina en bucle 26.
La traza de osciloscopio en la figura 4 muestra la corriente en el circuito resonante paralelo 21 en función del tiempo. El interruptor de semiconductor 24 se cierra en to durante un período de rampa de corriente (indicado por el numeral de referencia 30 en la figura 4) de aproximadamente 50 |js para aumentar en rampa la corriente en el inductor de bobina en bucle 26. Al final del período de rampa de corriente en ti, se abre el interruptor de semiconductor 24, desconectando el circuito de rampa de corriente 25 del circuito resonante paralelo 21 y evitando un aumento adicional de la corriente en el inductor de bobina en bucle 26. Al final del período de rampa de corriente, la corriente en el inductor de bobina en bucle 26 ha alcanzado una corriente deseada de 1500 A, que es suficiente para proporcionar un efecto fisiológico.
Al final del período de rampa de corriente en ti, y con el interruptor de semiconductor 24 abierto, la corriente en el inductor de bobina en bucle 26 inicia la oscilación del circuito resonante paralelo 21. Tal como se ilustra mediante la traza de osciloscopio en la figura 4, el circuito resonante paralelo 21 genera una secuencia de oscilaciones sinusoidales amortiguadas 28 en el inductor de bobina en bucle 26. El inductor de bobina en bucle 26 se coloca al lado de, o en torno a, una parte del cuerpo (tal como una articulación o extremidad) donde se desea el efecto fisiológico del campo electromagnético pulsado.
El circuito resonante paralelo 21 oscila hasta que las pérdidas en el circuito resonante paralelo 21 disipan toda la energía almacenada en el circuito resonante paralelo 21.
Una diferencia importante con respecto al dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10 es que no es necesario que el interruptor de semiconductor 24 sea un componente del circuito resonante paralelo 21 para controlar la corriente del inductor de bobina en bucle 26. En cambio, la rampa de corriente del circuito resonante paralelo 21 se controla mediante un circuito de rampa de corriente 25 que es externo y se conecta en paralelo al circuito resonante paralelo 21. No tener un interruptor de semiconductor 14 como un componente del circuito resonante paralelo 21 proporciona varias ventajas. Las pérdidas por resistencia en el circuito resonante paralelo 21 son bajas porque el interruptor de semiconductor 24 es externo al circuito resonante paralelo 21, de modo que no se incurre en pérdidas por resistencia del interruptor de semiconductor 24 durante la oscilación del circuito resonante paralelo 21. Como resultado, el tiempo de decaimiento de las oscilaciones amortiguadas es mucho más largo, lo que aumenta el período de tiempo durante el cual el campo electromagnético pulsado proporciona un efecto fisiológico para una corriente inicial determinada en el inductor de bobina en bucle 26. Por ejemplo, un efecto fisiológico puede estar presente cuando la corriente en el circuito resonante paralelo 21 es mayor de aproximadamente 200 A, y el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 20 cuenta con un período de aproximadamente 1100 |js en el cual la corriente en el circuito resonante paralelo 21 está proporcionando un efecto fisiológico, en comparación con solo 60 |js con el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10. Como resultado, el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 20 proporciona un efecto fisiológico más sostenido. Además, solo es necesario aumentar el inductor de bobina en bucle 26 hasta una corriente inicial más baja (solo de 200 A a 1500 A en el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 20 en comparación con 2000 A a 3000 A en el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10), lo que conduce a voltajes más bajos en el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 20 que no requieren que el condensador 22 o el interruptor de semiconductor 24 sean costosos componentes de alto voltaje, reduciendo los costes de fabricación. Adicionalmente, el funcionamiento a voltajes más bajos permite que el condensador 22 tenga un valor de capacitancia más grande que un condensador de voltaje más alto de tamaño físico equivalente, y la selección de un valor de capacitancia más grande para el condensador 22 conduce a un circuito resonante paralelo 21 que tiene una frecuencia resonante más baja, lo que permite que el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 20 cumpla los requisitos normativos relativos a la interferencia electromagnética.
En el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10, la carga desde el condensador 12 se descarga en el circuito resonante 11 casi instantáneamente (en el punto 13 en las figuras 2a y 2b) cuando se cierra el interruptor de semiconductor 14 en el circuito resonante 11. Tal como se ha analizado anteriormente, la carga rápida descargada en el circuito resonante 11 conduce a reflexiones de corriente que dan lugar a una interferencia significativa 19. Al no tener el interruptor de semiconductor 24 como un componente del circuito resonante paralelo 21, la corriente en el circuito resonante paralelo 21 aumenta más gradualmente en el transcurso del período de rampa de corriente 30. Esto, combinado con el hecho de que el interruptor de semiconductor 24 es externo a, y está desconectado del circuito resonante paralelo 24 después del período de rampa de corriente 30, de modo que el interruptor de semiconductor sin adaptación de impedancias 24 no
conduce a reflexiones, da lugar a un perfil de corriente (figura 4) en el circuito resonante paralelo 21 que es sinusoidal con baja distorsión, y que no muestra la gran cantidad de interferencia 19 (figuras 2a y 2b) vista en el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 10.
La figura 5 ilustra un dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 50 según una realización alternativa de la presente invención. El dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 50 es, en general, igual al dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 20, con algunas mejoras en la seguridad eléctrica, la carga y el control.
El campo electromagnético pulsado puede no mostrar ningún efecto fisiológico una vez que la corriente en el circuito resonante paralelo 21 ha caído por debajo de una corriente determinada (por ejemplo, una vez que la corriente en el circuito resonante paralelo 21 ha caído por debajo de 200 A). Por lo tanto, el umbral de corriente se puede seleccionar basándose en una corriente por debajo de la cual no se observa ningún efecto fisiológico significativo o este es muy reducido, o por debajo de la cual se observa un efecto fisiológico insuficiente para cumplir las necesidades de una aplicación fisiológica o terapéutica en particular.
Una vez que la corriente en el circuito resonante paralelo 21 ha caído por debajo del umbral de corriente (en el tiempo t2), otro interruptor 64, que conecta el circuito resonante paralelo 21 al banco de condensadores 53, se cierra. Esto reduce sustancialmente la oscilación del circuito resonante paralelo 21 y permite que por lo menos parte de la energía que queda en el circuito resonante paralelo 21 se recicle para recargar por lo menos parcialmente el banco de condensadores 53. Esto ahorra una energía considerable que, de otro modo, se desperdiciaría generando un campo electromagnético pulsado que no proporciona ningún efecto fisiológico. En lugar de un único condensador de alta capacidad de corriente 23, el dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado 50 tiene un banco de condensadores 53 que está formado por los condensadores 53a y 53b conectados en paralelo y que, en conjunto, ofrecen una fuente de alta capacidad de corriente. La utilización del banco de condensadores 53 puede proporcionar redundancia en el caso de que un condensador 53a o 53b falle, y puede ser más barato que utilizar un único condensador de alta capacidad de corriente 23. El banco de condensadores 53 podría proporcionar una fuente de alta capacidad de corriente utilizando más de dos condensadores. De hecho, puede ser beneficioso que el banco de condensadores 53 combine un gran número de condensadores baratos de valor más bajo, que son más pequeños y, por lo tanto, más fáciles de empaquetar en el espacio libre de un cuerpo envolvente.
El banco de condensadores 53 se carga desde la fuente de alimentación 54, que, a su vez, se alimenta desde el suministro de electricidad de la red eléctrica. Para mejorar la seguridad eléctrica y reducir el riesgo de que un paciente o un operario reciba una descarga eléctrica derivada de los altos voltajes y corrientes presentes en el circuito de rampa de corriente 25 y el circuito resonante paralelo 21, el circuito de rampa de corriente 25 y el circuito resonante paralelo 21 se aíslan galvánicamente de la fuente de alimentación 54 mediante el transformador 55 y los diodos 56. Por lo tanto, el inductor 26 y otros componentes del circuito resonante paralelo 21 son flotantes, y, por lo tanto, es seguro tocarlos incluso si se daña el aislamiento que rodea al inductor 26, el cable 57 u otros componentes.
Para completar el aislamiento, el interruptor de semiconductor 24 recibe señales de conmutación a través de un cable de fibra óptica 55, y el otro interruptor 64 opcional recibe señales de conmutación a través de un cable de fibra óptica 65. Esto ayuda a reducir la interferencia inducida que se podría producir en un enlace eléctrico. Aunque la invención se ha descrito en relación a realizaciones particulares, un experto en la materia apreciará que se podrían realizar diversas modificaciones basándose en otros aspectos de la invención sin desviarse del alcance de las reivindicaciones.
Claims (11)
1. Dispositivo de terapia de campo electromagnético pulsado, que comprende:
un circuito resonante paralelo (21) que comprende un condensador (22) conectado en paralelo con un
inductor (26) sin un interruptor entre el condensador y el inductor en el circuito resonante paralelo, en el que el
circuito resonante paralelo se configura para generar un campo electromagnético pulsado que comprende una secuencia de oscilaciones electromagnéticas sinusoidales amortiguadas en el inductor mientras la energía
eléctrica se almacena en el circuito resonante paralelo, y en el que el inductor se configura para colocarse
relativo a una parte del cuerpo para proporcionar el campo electromagnético pulsado a la parte del cuerpo; comprendiendo, además, el dispositivo:
una fuente de alimentación (23); y
un interruptor (24), externo al circuito resonante paralelo, que se configura para: conectar selectivamente el
circuito resonante paralelo a la fuente de alimentación durante un período de rampa de corriente (30) durante el
cual una corriente (I(L1)) en el inductor se incrementa hasta alcanzar una corriente deseada, y, al final del
período de rampa de corriente, desconectar el circuito resonante paralelo de la fuente de alimentación abriendo
el interruptor, en el que el circuito resonante paralelo genera la secuencia de oscilaciones electromagnéticas sinusoidales amortiguadas (28) en el inductor mientras el interruptor está abierto.
2. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el que la carga almacenada en el condensador antes de que se
cierre el interruptor externo al circuito resonante paralelo es cero.
3. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el período de rampa de corriente
es uno de: mayor de 1 |js; mayor de 10 |js; entre 1 |js y 50 |js; entre 10 |js y 50 |js entre 10 p.s y 100 p.s.
4. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la corriente deseada está en el
intervalo de uno de: 10 A y 2000 A; 100 A y 2000 A; 200 A y 2000 A; 200 A y 1600 A; 500 A y 1600 A; y 500 A
y 2000 A.
5. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el campo electromagnético
pulsado tiene una frecuencia de una de: menor de 1 MHz; menor de 250 kHz; menor de 200 kHz y menor
de 100 kHz.
6. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el inductor es un inductor de
bobina en bucle.
7. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el circuito resonante paralelo está
aislado galvánicamente de la fuente de alimentación.
8. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el interruptor externo al circuito resonante paralelo recibe señales de conmutación a través de un enlace óptico (55).
9. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, otro interruptor (64) para volver a acoplar selectivamente el circuito resonante paralelo a un condensador (53a) de la
fuente de alimentación, en el que cerrar el otro interruptor recarga el condensador de la fuente de alimentación
desde el circuito resonante paralelo.
10. Dispositivo, según la reivindicación 9, en el que el otro interruptor acopla el circuito resonante paralelo a la
fuente de alimentación cuando la corriente en el circuito resonante paralelo está por debajo de un umbral de corriente.
11. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ciclo de trabajo es del 5 % o
menor, o del 1 % o menor.
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