ITBO20080781A1 - Metodo per l'applicazione di campi elettromagnetici variabili su tessuti biologici e dispositivo che attua tale metodo - Google Patents

Description

METODO PER L’APPLICAZIONE DI CAMPI ELETTROMAGNETICI VARIABILI SU TESSUTI BIOLOGICI E DISPOSITIVO CHE ATTUA TALE METODO

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si inquadra nel settore tecnico relativo all’applicazione di campi elettromagnetici su tessuti biologici.

In particolare la presente invenzione riguarda un metodo per l’applicazione di tali campi elettromagnetici, e un dispositivo atto ad attuarlo.

E’ noto che i tessuti biologici traggono in vari modi beneficio dall’applicazione di calore e dall’aumento di temperatura della zona di applicazione che ne consegue. Per questo motivo sono state sviluppate nel tempo diverse tecniche di riscaldamento di aree del corpo nelle quali la somministrazione di calore produce effetti benefici o terapeutici.

Alcune fra tali tecniche prevedono il trasferimento diretto di calore alla parte del corpo da trattare da un corpo caldo a contatto con la pelle, e quindi per conduzione, oppure per irraggiamento della pelle stessa con radiazione infrarossa. Altre tecniche note prevedono la generazione di calore in profondità per mezzo di un campo elettromagnetico variabile, irradiato da un elettrodo opportunamente posizionato, con frequenze comprese tipicamente fra le centinaia di KHz e le centinaia di MHz.

A queste ultime tecniche applicative si fa generalmente riferimento col nome “diatermia”, che indica l’effetto di riscaldamento profondo dei tessuti viventi ottenuto dalla conversione in calore di campi ad alta frequenza.

Il riscaldamento elettromagnetico presenta alcuni vantaggi rispetto alle forme di riscaldamento per conduzione o radiazione infrarossa. In particolare, nelle tecniche di trasferimento superficiale di calore per contatto la temperatura interna decade rapidamente al valore fisiologico (37°C) in pochi millimetri di spessore. Le tecniche di riscaldamento elettromagnetico permettono invece di ottenere una distribuzione di temperatura in profondità molto più graduale, senza che venga surriscaldata la parte superficiale, e quindi la pelle, intorno alla zona trattata. Si ottiene pertanto un’azione del calore molto più efficace nelle zone di maggiore interesse per questa terapia, cioè le masse muscolari, le articolazioni e, in certi casi, il tessuto osseo.

I meccanismi d’azione delle tecniche di diatermia sono collegati alle sollecitazioni che il campo elettromagnetico variabile esercita sulle componenti ioniche dei fluidi presenti all’interno dei tessuti. Si possono pertanto avere modulazioni dei processi biochimici, deposito di energia in forma di calore, sollecitazioni meccaniche che modificano i processi di filtrazione e di trasferimento delle membrane cellulari. In particolare, un importante effetto terapeutico è correlato con l’aumento di volume e di flusso di sangue nei tessuti (iperemia) indotto dal riscaldamento profondo.

Gli effetti biologici della diatermia sono stati ampiamente studiati, collaudati e documentati, e si individuano in continuazione nuove aree di intervento. Le applicazioni terapeutiche nelle quali la diatermia viene maggiormente sfruttata riguardano comunque la fisioterapia, il trattamento di artrosi ed altre disfunzioni articolari, la riabilitazione post-traumatica muscolare, articolare ed ossea, etc.

Lo strumento utilizzato per le applicazioni diatermiche comprende in sostanza un elettrodo, conduttivo o isolato, disposto sulla faccia inferiore di un manipolo applicatore. Quest’ultimo è elettricamente collegato a un generatore di campo elettromagnetico variabile, con frequenza e intensità regolabili ed adattabili alle diverse esigenze terapeutiche. Il manipolo viene posizionato con l’elettrodo a contatto con la pelle e opportunamente orientato dall’operatore, in modo da interessare nel modo più preciso possibile la zona sottocutanea oggetto della terapia.

Un inconveniente che si verifica nelle applicazioni diatermiche che utilizzano i manipoli e gli elettrodi generatori di campo noti consiste nello scarso controllo della distribuzione spaziale del campo elettromagnetico generato dall’elettrodo, e in particolare della sua distribuzione nella zona di applicazione. In effetti, per massimizzare l’efficacia del trattamento, e nel contempo ottimizzare le prestazioni dell’apparecchiatura, sarebbe opportuno ottenere la massima intensità di campo in corrispondenza del volume di tessuto nel quale si intende ottenere l’effetto terapeutico, che può trovarsi a profondità diverse rispetto alla superficie. Le uniche tecniche finora disponibili per modificare la distribuzione di campo consistevano nell’agire sulla dimensione o sulla forma della superficie dell’elettrodo, cercando di fare in modo che la configurazione di campo così ottenuta si adattasse il più possibile alla conformazione della zona da trattare.

Le tecniche sopra citate non risolvono tuttavia il problema principale. A causa delle leggi fisiche che ne regolano la propagazione nello spazio, il campo elettromagnetico generato dall’elettrodo si attenua in funzione della distanza dalla sorgente, indipendentemente dalla forma della stessa. Ciò significa che, con qualsiasi tipologia di elettrodo attualmente utilizzato, il trattamento di una zona di tessuto situata a una determinata profondità, e quindi a una determinata distanza dalla sorgente di campo, determina necessariamente l’interessamento delle zone interposte fra l’elettrodo e quella da trattare, con densità energetiche tanto più elevate quanto le zone risultano più vicine all’elettrodo stesso.

Il principale scopo della presente invenzione è quello di proporre un metodo per l’applicazione di campi elettromagnetici variabili su tessuti biologici in grado di ottenere una maggiore concentrazione del campo irradiato, e pertanto un maggior effetto terapeutico, nella zona che si intende trattare, rispetto alle zone ad esse circostanti.

Un ulteriore scopo dell’invenzione è quello di proporre un dispositivo applicatore atto ad attuare il sopra citato metodo, cioè in grado di ottenere una maggiore intensità di campo, e quindi un maggior trasferimento di energia, nelle zone nelle quali si intende effettuare il trattamento diatermico, rispetto alle zone ad esse circostanti.

Gli scopi sopra citati vengono interamente ottenuti, in accordo con il contenuto delle rivendicazioni e con preferite ma non esclusive forme di realizzazione dell’invenzione, da un metodo per l’applicazione di campi elettromagnetici variabili su tessuti biologici per trattamenti di diatermia il quale prevede il posizionamento di una sorgente primaria di campo elettromagnetico variabile, costituita da un elettrodo primario, in posizione operativa a una distanza predefinita dalla zona di tessuto da trattare, e il posizionamento di una sorgente di campo elettromagnetico variabile aggiuntiva regolabile in funzione delle esigenze, costituita da un elettrodo aggiuntivo, in posizione operativa a distanze predefinite dalla sorgente di campo primaria e dalla zona di tessuto da trattare. Vengono quindi generati un primo campo elettromagnetico variabile, tramite la sorgente di campo primaria, e un campo elettromagnetico regolabile aggiuntivo, tramite la sorgente di campo aggiuntiva. Il campo elettromagnetico aggiuntivo può essere modificato in fase, ampiezza, frequenza e forma d’onda rispetto al campo elettromagnetico primario. Lo sfasamento fra i campi, o la differenza di ampiezza, di frequenza o di forma d’onda sono tali che la sovrapposizione degli stessi generano un aumento degli effetti in corrispondenza della zona di tessuto da trattare, per interferenza costruttiva, e una diminuzione degli effetti in zone non interessate dal trattamento.

Un dispositivo applicatore che attua tale metodo prevede un manipolo applicatore nel quale sono previsti sia l’elettrodo primario che l’elettrodo aggiuntivo, oppure una pluralità di elettrodi aggiuntivi.

Le caratteristiche dell'invenzione, così come risulteranno dalle rivendicazioni, sono evidenziate nella seguente descrizione dettagliata, con riferimento alle tavole di disegno allegate, nelle quali:

- la figura 1 illustra una vista schematica di un dispositivo per applicare campi elettromagnetici variabili su un paziente per un trattamento diatermico;

- la figura 2 illustra una vista schematica in sezione di un manipolo applicatore realizzato secondo l’invenzione;

- la figura 3 illustra schematicamente la conformazione degli elettrodi del manipolo applicatore di figura 2.

Con riferimento alle predette figure, e ad una preferita ma non esclusiva forma di realizzazione dell’invenzione, si indica con 100, nel suo complesso, un dispositivo per l’applicazione di campi elettromagnetici variabili su tessuti biologici per trattamenti di diatermia, e in particolare su una zona da trattare di un paziente 101.

Il dispositivo 100 comprende, in particolare, una sorgente primaria 1 di campo elettromagnetico variabile, costituita da un elettrodo di forma circolare che può essere sia di tipo isolato che di tipo conduttivo. La tipologia dell’elettrodo primario 1 non è influente ai fini della presente invenzione, per cui le implicazioni relative all’uso di un tipo di elettrodo piuttosto che di un altro non verranno ulteriormente approfondite nel seguito; comunque, un elettrodo isolato permette di effettuare il trattamento diatermico in modo capacitivo, mentre un elettrodo conduttivo permette di effettuare il medesimo trattamento in modo resistivo.

L’elettrodo primario 1 è incorporato in un manipolo applicatore 10. Nella forma di realizzazione, esemplificativa e non limitativa, illustrata nelle figure sopra citate, quest’ultimo comprende un corpo 11, approssimativamente cilindrico, sulla cui faccia superiore 12 è prevista un’impugnatura 13 di forma allungata. In corrispondenza della parte centrale della faccia inferiore 14 del corpo 11 è annegato il sopra citato elettrodo primario 1, secondo modalità del tutto note.

Altrettanto nota è la presenza, nel dispositivo 100, di un elettrodo fisso a piastra 15, schematizzato in figura 1 in forma di una superficie disposta al disotto del paziente 101.

L’elettrodo primario 1 e l’elettrodo fisso 15 sono elettricamente collegati a mezzi generatori 5, costituito da un generatore multiplo di tensioni elettriche variabili, anch’esso rappresentato schematicamente in figura 1. Il generatore 5 è destinato a generare una pluralità di tensioni elettriche variabili, ad esempio sinusoidali, di valore tipicamente compreso fra alcuni Volt e alcune centinaia di Volt, e con frequenze comprese nel normale campo utilizzato nelle applicazioni diatermiche, tipicamente fra circa 200 KHz e circa 700 KHz, regolabili in fase, in frequenza e in ampiezza. Una di tali tensioni variabili viene convogliata verso l’elettrodo primario 1, così da generare un campo elettromagnetico variabile primario ed irradiarlo verso la zona di trattamento del paziente 101.

Il dispositivo 100 prevede inoltre una sorgente aggiuntiva 2 di campo elettromagnetico variabile, costituita da un elettrodo aggiuntivo del medesimo tipo dell’elettrodo primario 1, elettricamente collegato al generatore di campo 5 per ricevere dallo stesso una tensione elettrica variabile aggiuntiva, utilizzando come elettrodo comune il già citato elettrodo fisso a piastra 15.

L’elettrodo aggiuntivo 2 presenta conformazione anulare, è anch’esso annegato nella faccia inferiore 14 del manipolo applicatore 10, ed è disposto concentrico rispetto all’elettrodo primario 1, ad una distanza predeterminata dallo stesso.

Nella forma di realizzazione illustrata è previsto inoltre un ulteriore elettrodo aggiuntivo 3, di forma anulare e disposto nella faccia inferiore 14 del manipolo applicatore 10 concentrico ed esterno rispetto all’elettrodo principale 1 e all’elettrodo aggiuntivo 2. La presenza di tale ulteriore elettrodo aggiuntivo 3, come sarà evidente nel seguito, non è tuttavia indispensabile ai fini dell’attuazione dell’invenzione, ma è esemplificativa della molteplicità di configurazioni di elettrodi che è possibile prevedere nel dispositivo applicatore 100.

Il generatore 5, come accennato in precedenza, comprende una pluralità di sezioni atte a generare tensioni elettriche variabili, ciascuna di esse associata a un corrispondente elettrodo 1,2,3 del manipolo applicatore 10. Tali tensioni elettriche sono rese opportunamente regolabili in ampiezza, frequenza e fase, in modo fra loro indipendente, secondo tecniche di progettazione circuitale del tutto note.

La possibilità di regolare i parametri sopra citati è finalizzata ad ottenere una corrispondente regolazione delle intensità dei campi elettromagnetici irradiati dagli elettrodi primario 1 e aggiuntivi 2,3, e una enfatizzazione dei loro effetti in corrispondenza di aree poste a distanze predefinite dagli elettrodi stessi.

Il metodo per l’applicazione di campi elettromagnetici variabili secondo l’invenzione, attuabile con il dispositivo applicatore 100 sopra descritto, prevede innanzitutto che la sorgente primaria di campo elettromagnetico variabile, vale a dire l’elettrodo primario 1, e almeno una sorgente aggiuntiva di campo elettromagnetico variabile 2, vengano posizionate a una distanza predefinita, fra loro e dalla zona di tessuto biologico da trattare. In sostanza, nella forma di attuazione che prevede l’utilizzo del dispositivo 100 sopra descritto, il manipolo applicatore 10 viene disposto con la propria faccia inferiore 14 in appoggio sulla pelle sovrastante la zona di tessuto da trattare, ad esempio un’articolazione o un fascio muscolare. La distanza fra gli elettrodi è in questo caso fissa, mentre la distanza degli stessi dalla zona da trattare dipende dalla profondità della stessa.

Viene quindi attivato il generatore 5, che provvede a fornire tensioni elettriche variabili agli elettrodi primario 1 e aggiuntivo 2, ed eventualmente all’ulteriore elettrodo aggiuntivo 3. Per conseguenza, ciascun elettrodo genera un proprio campo elettromagnetico variabile che si propaga in direzione della zona di tessuto da trattare.

La sequenza temporale, l’ampiezza e la fase delle tensioni variabili presenti sui sopra citati elettrodi, e quindi dei campi elettromagnetici variabili da essi generati, singolarmente o in combinazione, vengono a questo punto modificate, in modo da creare una sovrapposizione degli effetti in corrispondenza della zona di tessuto da trattare. Questa operazione crea, in sostanza, una “focalizzazione dinamica” del campo elettromagnetico, per cui gli effetti dei campi elettromagnetici primario e aggiuntivo si sommano e si rafforzano a vicenda in corrispondenza della zona da trattare.

Il calcolo delle regolazioni dei parametri sopra citati delle tensioni variabili generate dal generatore 5 che massimizzano gli effetti risultanti dell’applicazione dei campi non è in pratica effettuabile in termini generali. Tali regolazioni dipendono infatti da diversi fattori, quali il numero e la forma degli elettrodi e quindi la configurazione del campo da essi irradiato, la distanza fra gli elettrodi, la distanza fra questi e la zona di tessuto da trattare, la frequenza delle tensioni variabili fornite agli elettrodi. Più facile è la simulazione degli effetti di cambiamenti di intensità dei campi primario e aggiuntivo, che comunque producono differenze sostanziali nella distribuzione energetica in profondità.

Ad esempio, nella forma di realizzazione del dispositivo applicatore 100 sopra descritta la distanza fra gli elettrodi è fissa e nota, mentre non lo è la distanza degli stessi dalla zona di tessuto nella quale focalizzare i campi magnetici irradiati. In questo caso è possibile ottenere in modo empirico le regolazioni in ampiezza, frequenza o fase adeguate, con misurazioni dell’intensità di campo in funzione delle diverse distanze di applicazione e compilando quindi, per ogni configurazione di elettrodi, idonee tabelle di regolazione da utilizzare per la predisposizione del dispositivo 100 in fase operativa.

Una soluzione alternativa per la regolazione dell’effetto di sovrapposizione dei campi è data dalla possibilità di misurare l’effettiva intensità del campo elettromagnetico “focalizzato” in corrispondenza della zona irradiata. A questo proposito sono note, ad esempio, tecniche che prevedono una misurazione indiretta dell’intensità del campo in funzione degli effetti dell’iperemia indotta dallo stesso sulla conducibilità elettrica del tessuto. Gli effetti dell’irraggiamento possono essere pertanto dedotti anche da misurazioni dell’impedenza elettrica nel tessuto trattato.

Quest’ultimo tipo di valutazione dell’intensità del campo elettromagnetico nella zona da trattare può risultare utile soprattutto nel caso in cui venga utilizzato un dispositivo applicatore 100 realizzato secondo una diversa forma di realizzazione, vale a dire con gli elettrodi primario 1 e aggiuntivo 2 (oppure diversi elettrodi aggiuntivi 2,3) installati su manipoli applicatori 10 separati. La distanza fra gli stessi in posizione operativa non sarebbe pertanto fissa, ed il calcolo degli sfasamenti mediante misurazioni di campo effettuate a priori sarebbe molto più complesso.

Il metodo e il dispositivo applicatore sopra descritti consentono di ottenere significativi vantaggi rispetto alle tecniche di diatermia attualmente disponibili ed applicate. Con l’effetto di “focalizzazione dinamica ” del campo irradiato, dovuto alla sommazione dei diversi campi generati dagli elettrodi primario e aggiuntivi, si ottiene infatti un aumento localizzato dell’intensità e quindi dell’efficacia in corrispondenza della zona di tessuto da trattare. Per contro, poiché in altre zone del corpo del paziente l’effetto della sovrapposizione dei campi risulta molto meno efficiente ed, al limite, può ridurre l’intensità risultante, le suddette zone vengono interessate solo relativamente, o addirittura completamente risparmiate dal trattamento. Le diverse tipologie di regolazione delle tensioni variabili prodotte dal generatore 5, vale a dire in ampiezza, in frequenza e in fase, possono essere utilizzate in contemporanea, singolarmente o in qualsiasi combinazione, in funzione delle diverse tipologie capacitive e/o resistive e conformazioni di elettrodi utilizzati o delle diverse zone di applicazione.

A quest’ultimo proposito, la conformazione degli elettrodi descritta e illustrata può anch’essa variare in funzione di esigenze applicative specifiche o in funzione dell’ottenimento di particolari configurazioni del campo elettromagnetico focalizzato. Potranno aversi pertanto, ad esempio, elettrodi conformati a settore circolare, oppure a conformazione non circolare ma, ad esempio, a forma di rettangoli affiancati o sovrapposti. La combinazione ottimale della conformazione degli elettrodi verrà scelta sulla base della conformazione e della profondità delle aree da trattare.

Si intende che quanto sopra è stato descritto a titolo puramente esemplificativo e non limitativo. Pertanto, possibili modifiche e varianti dell'invenzione si considerano rientranti nell'ambito protettivo accordato alla presente soluzione tecnica, così come sopra descritta e nel seguito rivendicata.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per l’applicazione di campi elettromagnetici variabili su tessuti biologici per trattamenti di diatermia, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: posizionamento di una sorgente primaria 1 di campo elettromagnetico variabile in posizione operativa a una distanza predefinita dalla zona di tessuto da trattare; posizionamento di almeno una sorgente di campo elettromagnetico variabile aggiuntiva 2 in posizione operativa a idonee distanze dalla citata sorgente di campo primaria 1 e dalla citata zona di tessuto da trattare; generazione di un primo campo elettromagnetico variabile, tramite detta sorgente di campo primaria 1, e di almeno un campo elettromagnetico variabile aggiuntivo, tramite la citata sorgente di campo aggiuntiva 2, parametri di campo quali l’ampiezza, la fase, la frequenza e/o la forma d’onda di almeno uno di detti campi elettromagnetici variabili primario e aggiuntivo essendo regolabili rispetto a corrispondenti parametri dell’altro campo elettromagnetico variabile, o le rispettive emissioni essendo ciclicamente alternate, in modo tale che la sovrapposizione dei citati campi elettromagnetici variabili dia luogo ad un potenziamento degli effetti complessivi degli stessi in corrispondenza della citata zona di tessuto da trattare.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette differenze di parametri di campo o dette alternanze di emissione cicliche sono definite in funzione della distanza fra le citate sorgenti di campo 1,2, fra loro e dalla zona di tessuto da trattare.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo campo elettromagnetico variabile è irradiato da una sorgente di campo primaria 1 sostanzialmente circolare, e che detto campo elettromagnetico variabile aggiuntivo è irradiato da una sorgente aggiuntiva 2 anulare, disposta concentrica e complanare rispetto a detta sorgente di campo primaria 1.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è prevista una pluralità di dette sorgenti di campo aggiuntive 2,3 atte a generare una pluralità dei citati campi elettromagnetici variabili aggiuntivi, detto primo campo elettromagnetico variabile essendo irradiato da una sorgente di campo primaria 1 sostanzialmente circolare, e detta pluralità di campi aggiuntivi essendo irradiata da sorgenti di campo aggiuntive 2,3 anulari disposte concentriche rispetto alla citata sorgente di campo primaria 1.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è prevista una pluralità di dette sorgenti di campo aggiuntive 2,3 atte a generare una pluralità dei citati campi elettromagnetici variabili aggiuntivi, detto primo campo elettromagnetico variabile essendo generato da una sorgente di campo primaria 1 sostanzialmente circolare, e detta pluralità di campi aggiuntivi essendo generata da sorgenti di campo aggiuntive 2,3 aventi forma di settore circolare disposte concentriche rispetto alla citata sorgente di campo primaria 1.
6. 6. Dispositivo per l’applicazione di campi elettromagnetici variabili su tessuti biologici per trattamenti di diatermia, caratterizzato dal fatto di comprendere: una sorgente primaria 1 di campo elettromagnetico variabile ed almeno una sorgente aggiuntiva 2,3 di campo elettromagnetico variabile, dette sorgenti 1,2,3 essendo atte ad essere disposte in rispettive posizioni operative a distanze predefinite fra loro e da una zona di tessuto biologico da trattare, ed essendo altresì atte ad irradiare campi elettromagnetici variabili verso detta zona da trattare; mezzi generatori 5, elettricamente collegati alle citate sorgenti di campo 1,2,3, destinati a generare una tensione elettrica variabile per ciascuna delle citate sorgenti di campo 1,2,3, la morfologia, la fase, l’ampiezza o la frequenza di dette tensioni elettriche variabili essendo regolabili in modo tale che, quando dette sorgenti di campo 1,2,3 si trovano nelle menzionate posizioni operative, l’effetto risultante del campo elettromagnetico variabile irradiato dalle stesse in corrispondenza della citata zona di tessuto biologico da trattare è potenziato dalla sommazione degli effetti dei campi elettromagnetici irradiati dalle citate sorgenti di campo primaria 1 e aggiuntive 2,3.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che dette sorgenti di campo primaria 1 e aggiuntive 2,3 sono montate su un unico manipolo applicatore 10.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta sorgente di campo primaria 1 presenta conformazione sostanzialmente circolare, e che dette sorgenti aggiuntive 2,3 presentano conformazione anulare.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta sorgente di campo primaria 1 presenta conformazione sostanzialmente circolare, e che dette sorgenti di campo aggiuntive 2,3 presentano conformazione a settore circolare.
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 8 o la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che dette sorgenti di campo aggiuntive 2,3 sono disposte concentriche rispetto alla citata sorgente di campo primaria 1.
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che dette sorgenti di campo primaria 1 e aggiuntive 2,3 sono montate su manipoli applicatori 10 distinti e meccanicamente indipendenti.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 o la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che dette sorgenti di campo primaria 1 e aggiuntive 2,3 presentano conformazione non circolare.