JP2008531239A - 創傷回復促進用の電磁処置装置およびその使用方法 - Google Patents

創傷回復促進用の電磁処置装置およびその使用方法 Download PDF

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Abstract

急性および慢性の創傷の回復を増進させる方法であって、１以上の波形パラメータを有する１以上の波形を形成するステップと（ステップ１０１）、前記１以上の波形の１以上の波形パラメータの値を、ターゲット経路組織内における信号対ノイズ比または電力信号対ノイズ比のいずれか１以上が最大となるように選択するステップと（ステップ１０２）、前記ターゲット経路組織内における信号対ノイズ比または電力信号対ノイズ比のいずれか１以上が最大となる１以上の波形を用いて電磁信号を生成するステップと（ステップ１０３）、治癒メカニズムを促進させるために前記電磁信号を前記ターゲット経路組織に結合させるステップと（ステップ１０４）を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体組織、細胞、分子の電磁環境の相互作用を変更することによる人間、植物、動物の創傷回復増進に関する。本発明はまた、符号化した電磁情報を適用することによる細胞や組織の成長、回復、維持、通常行動の変更方法に関する。より具体的には、本発明は、符号化した電磁情報の外科的に非侵襲性の反作用カプリングにより、高い電磁周波数（electromagnetic frequency：ＥＭＦ）信号パターンを１以上の身体部分へ適用する。この電磁波形を人間、動物、植物の細胞、器官、組織、分子などのターゲット経路組織に適用すると、創傷の回復を増進させる効能がある。
最も低い周波数のＥＭＦが、骨修復や治療への応用に関連して用いられている。このように、ＥＭＦ波形や、現在のＥＭＦ波形の整形外科の臨床使用は比較的に低い周波数要素であって非常に低電力であり、５ＫＨｚ以下の周波数で最大電界がセンチメートル当たりミリボルト（ｍＶ／ｃｍ）の範囲である。線形物理化学アプローチが、細胞膜の電気化学モデルを用いて、生体的な影響が期待されるＥＭＦ波形パターンの領域が、細胞膜、とりわけ細胞膜の内部または表面構造におけるイオン結合が適当なＥＭＦターゲットになることを予言している。
したがって、例えば電圧依存動力学を用いて、誘導電界が細胞面に電気化学的に結合する波形パラメータの範囲を特定することが必要である。この線型モデルの延長には、ＥＭＦの電磁要素がＥＭＦ化学療法において重要な役割を果たすことを最終的に示すローレンツ力の考慮が含まれる。これはイオンサイクロトロン共鳴や、非常に低い周波数帯で結合されるＡＣ・ＤＣ磁界効果からの利益を予測する量子モデルへとつながる。
深層組織の治療に用いられる２７．１２ＭＨｚの連続的なサイン波から派生するパルス無線周波数（pulsed radio frequency：ＰＲＦ）が、ジアテルミー療法の従来技術において知られている。ジアテルミー信号の後継パルスが、感染治療における比熱生体効果を導出しうる電磁界として最初に報告された。次に、ＰＲＦ治療アプリケーションが、外傷または手術の後の痛みの低減や柔組織の浮腫、外傷治療、火傷治療、神経再生について報告されている。外傷性浮腫の解消にＰＲＦを適用するのが近年増えている。動物にＰＲＦを使用した結果や臨床実験では、このような電磁刺激により浮腫がはっきりと小さくなることが示されている。
この発明は、生物物理学と動物実験に基づいて、組織構造の刺激感応性における細胞間連絡の有効性を得て、電圧とこれに付随する電流を誘導する。信号対ノイズ比（ＳＮＲ）と電力信号対ノイズ比（電力ＳＮＲ）のいずれか１以上を用いた数学的分析により、細胞、組織、器官、分子などのターゲット経路組織に適用されるＥＭＦ信号が、イオン結合環境で発生する熱ノイズを越えて検出可能であるかを評価する。従来技術のＥＭＦ線量測定では、組織構造の誘電特性を考慮したものはなく、むしろ従来技術は隔離細胞（isolated cells）の特性を用いている。誘電特性を用いることにより、ターゲット経路組織において評価されるＳＮＲと電力ＳＮＴ数値の最適化により構成される電磁波形の反応結合が、人間、動物、植物の細胞、器官、組織、分子の様々な創傷の回復を増進させ、例えば術後や外傷性の創傷の回復、血管形成、改良型血液灌流、血管拡張、血管収縮、浮腫の縮小、新血管新生の増進、骨修復、腱の修復、靱帯の修復、器官の再生、および苦痛緩和を増進させる。創傷回復の増進は、血流増大や血管形成や新血管新生の調整と同様に他の向上した生体影響処置から得られる。
近年の無線周波数での非侵襲性ＰＲＦの臨床使用は、２７．１２ＭＨｚの正弦波のバーストパルスで用いられており、各バーストパルスは通常６５マイクロ秒の幅を示し、バースト毎に約１，７００の正弦波サイクルであり、様々なバースト繰り返しレートである。
１乃至１００メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲の周波数の、バースト毎に１乃至１００，０００パルス、バースト反復レートが０．０１乃至１０，０００ヘルツ（Ｈｚ）の電磁波形の広範なバーストスペクトル密度が、選択的に人間、動物、植物の細胞、器官、組織、および分子に適用される。各バーストパルスの電圧増幅エンベロープはランダム、不規則、または他の可変の関数であり、バーストエンベロープ内での広範なスペクトル密度を提供するのに有効である。この多様性は、特定のターゲット経路組織内の信号対熱ノイズ比と電力ＳＮＲを考慮した数学関数により規定される。この波形は、生体細胞の成長、状態、および修復を調整するよう設計される。これらの信号の特定の応用例は、限定しないが、組織、筋肉、関節、皮膚、および毛髪の処置を向上し、術後や外傷性創傷の回復、血管形成、血管灌流の促進、血管拡張、血管収縮、浮腫縮小、新血管新生の促進、骨修復、腱の回復、靱帯の修復、器官の再生、および苦痛緩和を含む。この電磁波形の応用は、様々な創傷の治癒を促進する役割を果たす。
本発明の一実施例によると、高いスペクトル密度のパルスバーストエンベロープは、例えば細胞膜レセプタ、細胞酵素とのイオン結合、および通常の膜内外の電位差の変更などの生理学的に関連する誘電経路により一層有効に結合する。本発明の一実施例では、関連する細胞経路に送られる周波数成分数を増大させて、酵素の活動促進、発育因子の放出、および細胞分裂の放出を含む、利用可能な既知の治癒メカニズムに応用可能な広範囲な生物物理学的現象を得る。バースト期間を増加し、１０−６乃至１０ボルト毎センチ（Ｖ／ｃｍ）のピーク電界を誘導し、ＳＮＲまたは電力ＳＮＲによる検出要求を満たす、単極または双極の方形または正弦波パルスのパルスバーストエンベロープにランダムまたは他の高スペクトル密度エンベロープを適用することにより、人間、動物、植物の柔組織と硬組織の双方で生理学的治癒プロセスにおいてより効果的で大きな影響を得ることができ、結果として創傷の回復を促進させる。
本発明は、人間、動物、植物に適用される創傷回復の各段階における適切な発育因子または細胞分裂の自然の放出期間を含む、創傷回復の既知のメカニズムに関する。特に、創傷回復は、炎症段階、血管形成、細胞増殖、蛋白質生成、および再造成段階を含んでいる。各段階において、時間で開放される特定の細胞分裂や発育因子がある。電磁界は血流を促進し、イオンの構築を促進し、これがまた各治癒段階を促進する。本発明の特別な目的は、外来性の要素の働きを促進し回復を早める改良手段を提供することにある。本発明を用いることによる有利な結果として、血流促進または生物化学的な活動の促進により創傷回復を早められることがある。本発明の目的は、予定する効果を早めて効きめを向上するとともに、創傷回復の各段階における細胞分裂や発育因子の他の効果を得ることにある。
本発明の別の目的は、糖尿病性の潰瘍、静脈うっ滞の潰瘍、床ずれ、他の由来の治癒しない創傷などの慢性型創傷の治癒を増進することにある。
本発明の別の目的は、高スペクトル密度の電圧エンベロープを、変調またはＳＮＲおよび電力ＳＮＲ要求に関するパラメータを規定するパルスバーストとして適用し、このような長い期間のパルスバーストに必要な電力は、同じ周波数帯にパルスがある短いパルスバーストよりかなり低減し、これは関連する細胞／分子プロセスへの周波数成分のより有効なマッチングとなる。したがって、関連する誘電経路への促進された線量測定法と必要電力の低減が実現する。
このように、人間、動物、植物の細胞、器官、組織、分子の創傷をより効果的に増進させる装置と方法の要求が存在していた。
最も低い周波数のＥＭＦは、骨の修復や治癒を行うのに用いられてきた。このように、ＥＭＦ波形や現在のＥＭＦ波形の整形外科的臨床使用は、比較的低い周波数成分を含み、非常に低出力で、５ＫＨｚ未満の周波数帯で１ミリボルト毎センチメートル（ｍＶ／ｃｍ）の最大電界を誘導するものであった。線形の物理学上のアプローチは、細胞膜の電気化学的モデルを用い、細胞膜、とりわけ細胞膜の内部または表面でのイオン結合が好適なＥＭＦターゲットとなるという仮定に基づいて、生体への影響が期待できるＥＭＦ波形パターンの範囲を予測する。
このため、例えば電圧依存運動学を用いて、誘導電界が電気化学的に細胞の表面に結合しうる波形パラメータの範囲を特定する必要があった。この線型モデルの延長には、ＥＭＦの電磁要素がＥＭＦ化学療法において重要な役割を果たすことを最終的に示すローレンツ力の考慮が含まれる。これはイオンサイクロトロン共鳴や、非常に低い周波数帯で結合されるＡＣ・ＤＣ磁界効果からの利益を予測する量子モデルへとつながる。
深層組織の治療に用いられる２７．１２ＭＨｚの連続的なサイン波から派生するパルス無線周波数（pulsed radio frequency：ＰＲＦ）が、ジアテルミー療法の従来技術において知られている。ジアテルミー信号の後継パルスが、感染治療における比熱生体効果を導出しうる電磁界として最初に報告された。次に、ＰＲＦ治療アプリケーションが、外傷または手術の後の痛みの低減や柔組織の浮腫、外傷治療、火傷治療、神経再生について報告されている。外傷性浮腫の解消にＰＲＦを適用するのが近年増えている。動物にＰＲＦを使用した結果や臨床実験では、このような電磁刺激により浮腫がはっきりと小さくなることが示されている。
この発明は、生物物理学と動物実験に基づいて、組織構造の刺激感応性における細胞間連絡の有効性を得て、電圧とこれに付随する電流を誘導する。信号対ノイズ比（ＳＮＲ）と電力信号対ノイズ比（電力ＳＮＲ）のいずれか１以上を用いた数学的分析により、細胞、組織、器官、分子などのターゲット経路組織に適用されるＥＭＦ信号が、イオン結合環境で発生する熱ノイズを越えて検出可能であるかを評価する。従来技術のＥＭＦ線量測定では、組織構造の誘電特性を考慮したものはなく、むしろ従来技術は隔離細胞（isolated cells）の特性を用いている。誘電特性を用いることにより、ターゲット経路組織において評価されるＳＮＲと電力ＳＮＴ数値の最適化により構成される電磁波形の反応結合が、人間、動物、植物の細胞、器官、組織、分子の様々な創傷の回復を増進させ、例えば術後や外傷性の創傷の回復、血管形成、改良型血液灌流、血管拡張、血管収縮、浮腫の縮小、新血管新生の増進、骨修復、腱の修復、靱帯の修復、器官の再生、および苦痛緩和を増進させる。創傷回復の増進は、血流増大や血管形成や新血管新生の調整と同様に他の向上した生体影響処置から得られる。
近年の無線周波数での非侵襲性ＰＲＦの臨床使用は、２７．１２ＭＨｚの正弦波のバーストパルスで用いられており、各バーストパルスは通常６５マイクロ秒の幅を示し、バースト毎に約１，７００の正弦波サイクルであり、様々なバースト繰り返しレートである。
１乃至１００メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲の周波数の、バースト毎に１乃至１００，０００パルス、バースト反復レートが０．０１乃至１０，０００ヘルツ（Ｈｚ）の電磁波形の広範なバーストスペクトル密度が、選択的に人間、動物、植物の細胞、器官、組織、および分子に適用される。各バーストパルスの電圧増幅エンベロープはランダム、不規則、または他の可変の関数であり、バーストエンベロープ内での広範なスペクトル密度を提供するのに有効である。この多様性は、特定のターゲット経路組織内の信号対熱ノイズ比と電力ＳＮＲを考慮した数学関数により規定される。この波形は、生体細胞の成長、状態、および修復を調整するよう設計される。これらの信号の特定の応用例は、限定しないが、組織、筋肉、関節、皮膚、および毛髪の処置を向上し、術後や外傷性創傷の回復、血管形成、血管灌流の促進、血管拡張、血管収縮、浮腫縮小、新血管新生の促進、骨修復、腱の回復、靱帯の修復、器官の再生、および苦痛緩和を含む。この電磁波形の応用は、様々な創傷の治癒を促進する役割を果たす。
本発明の一実施例によると、高いスペクトル密度のパルスバーストエンベロープは、例えば細胞膜レセプタ、細胞酵素とのイオン結合、および通常の膜内外の電位差の変更などの生理学的に関連する誘電経路に一層有効に結合する。本発明の一実施例では、関連する細胞経路に送られる周波数成分数を増大させて、酵素の活動促進、発育因子の放出、および細胞分裂の放出を含む、利用可能な既知の治癒メカニズムに応用可能な広範囲な生物物理学的現象を得る。バースト期間を増加し、１０−６乃至１０ボルト毎センチ（Ｖ／ｃｍ）のピーク電界を誘導し、ＳＮＲまたは電力ＳＮＲによる検出要求を満たす、単極または双極の方形または正弦波パルスのパルスバーストエンベロープにランダムまたは他の高スペクトル密度エンベロープを適用することにより、人間、動物、植物の柔組織と硬組織の双方で生理学的治癒プロセスにおいてより効果的で大きな影響を得ることができ、結果として創傷の回復を促進させる。
本発明は、人間、動物、植物に適用される創傷回復の各段階における適切な発育因子または細胞分裂の自然の放出期間を含む、創傷回復の既知のメカニズムに関する。特に、創傷回復は、炎症段階、血管形成、細胞増殖、蛋白質生成、および再造成段階を含んでいる。各段階において、時間で開放される特定の細胞分裂や発育因子がある。電磁界は血流を促進し、イオンの構築を促進し、これがまた各治癒段階を促進する。本発明の特別な目的は、外来性の要素の働きを促進し回復を早める改良手段を提供することにある。本発明を用いることによる有利な結果として、血流促進または生物化学的な活動の促進により創傷回復を増進することがある。本発明の目的は、予定する効果を増進して効きめを向上するとともに、創傷回復の各段階における細胞分裂や発育因子の他の効果を得ることにある。
本発明の別の目的は、糖尿病性の潰瘍、静脈うっ滞の潰瘍、床ずれ、他の由来の治癒しない創傷などの慢性型創傷の治癒を増進することにある。
本発明の別の目的は、高スペクトル密度の電圧エンベロープを、変調またはＳＮＲおよび電力ＳＮＲ要求に関するパラメータを規定するパルスバーストとして適用し、このような長い期間のパルスバーストに必要な電力は、同じ周波数帯にパルスがある短いパルスバーストよりかなり低減し、これは関連する細胞／分子プロセスへの周波数成分のより有効なマッチングとなる。したがって、関連する誘電経路への促進された線量測定法と必要電力の低減が実現する。
このように、人間、動物、植物の細胞、器官、組織、分子の創傷をより効果的に増進させる装置と方法の要求が存在していた。
本発明の好適な実施例を、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
本発明の好適な実施例は、パルスバーストエンベロープに高いスペクトル密度を提供し、例えば細胞膜レセプタ、細胞酵素とのイオン結合、および通常の膜内外の電位差の変更などの関連する誘電経路の治療の有効性を促進する。本発明の一実施例では、関連する細胞経路に送られる周波数成分数を増大させて、発育因子の調整と酵素の放出、および調節分子のイオン結合などの公知の治癒メカニズムに応用可能な広範囲な生物物理学的現象を得る。変換経路でのＳＮＲまたは電力ＳＮＲで規定される数学的モデルにより、ランダムまたは他の高スペクトル密度エンベロープを、１０−６乃至１０ボルト毎センチ（Ｖ／ｃｍ）のピーク電界を誘導する単極または双極の方形または正弦波パルスのパルスバーストエンベロープに適用することにより、柔組織と硬組織の双方へ適用可能な生理学的治癒プロセスにおいてより大きな影響を得ることができる。
本発明の有利な結果として、変換経路でのＳＮＲまたは電力ＳＮＲで規定される変調として、高スペクトル密度電圧エンベロープを変調またはパルスバースト規定パラメータに適用することにより、このような振幅変調パルスバーストは同じ周波数帯のパルスを含む未変調パルスバーストより相当低くすることができる。したがって、関連するターゲット経路への送信線量測定および要求電力の低減の利点が得られる。本発明の別の利点は、創傷回復の促進にある。
創傷回復の既知のメカニズムは、人間、動物、植物に適用される創傷回復の各段階における適切な発育因子または細胞分裂の自然の放出期間を含む。特に、創傷回復は、炎症段階、血管形成、細胞増殖、蛋白質生成、および再造成段階を含んでいる。各段階において、そのときに開放される特定の細胞分裂や発育因子がある。電磁界は血流を促進することが知られており、イオンの構築を促進し、これがまた各治癒段階を促進する。本発明の目的は、予定する効果を早めて効きめを向上するとともに、創傷回復の各段階における細胞分裂や発育因子の他の効果を得ることにある。
ＰＥＭＦまたはＰＲＦ装置から誘導される時間変動電流は、例えば分子、細胞、組織、および器官などのターゲット経路組織に流れ、この電流が細胞や組織を刺激して生理学的に意義のある方法で反応させる。ターゲット経路組織の電気特性は誘導電流のレベルと分布に影響する。分子、細胞、組織、および器官はすべて、例えばギャップ結合接触などの誘導電流経路にある。膜表面に存する高分子の結合箇所におけるイオンまたはリガンドの相互作用は、例えば誘導電磁界（「Ｅ」）に応答する電気化学の電圧依存プロセスである。誘導電流は周囲のイオン媒体を介してこれらの場所に到達する。電流経路にある細胞は、電流（「Ｊ」）をより早い時間（「Ｊ（ｔ）」）で減衰させる。これは、膜の静電容量から付加された細胞の電気インピーダンスと結合時定数と例えば膜透過などの電圧感受性の膜プロセスとによる。
様々な膜と荷電界面の配置を表す等価の電気回路モデルが導かれている。例えば、カルシウム（「Ｃａ２＋」）結合では、誘導されるＥによる結合箇所における結びついたＣａ２＋の濃度の変化は以下のインピーダンス表記による周波数領域で表され：
Ｚｂ（ω）＝Ｒｉｏｎ＋１／ｉωＣｉｏｎ
これは一連の抵抗−キャパシタンス電気等価回路の形をとる。ここでωは２πｆで規定される角周波数、ｆは周波数、ｉ＝−１１／２、Ｚｂ（ω）は結合インピーダンス、ＲｉｏｎとＣｉｏｎはイオン結合経路の抵抗と静電容量を結合した等価回路である。等価の結合時定数の値、τｉｏｎ＝ＲｉｏｎＣｉｏｎは、イオン結合の反応速度定数ｋｂに関連し、τｉｏｎ＝ＲｉｏｎＣｉｏｎ＝１／ｋｂである。したがって、この経路特有の時定数はイオン結合運動により定まる。
ＰＥＭＦまたはＰＲＦ信号から誘導されるＥは、イオン結合経路へ流れる電流を生じさせ、単位時間あたりのＣａ２＋イオン結合の数に影響する。この電気的等価は、等価の結合キャパシタンスＣｉｏｎを横切る電圧変化であり、これはＣｉｏｎにより蓄えられる電荷の変化の直接測定値である。電荷は結合部位におけるＣａ２＋イオンの表面濃度に直接比例し、これは蓄えられた電荷は細胞の表面および接点におけるイオンの電荷または他の荷電物と等しい。電気インピーダンス測定値は、結合レート定数の直接運動分析と同様に、ＰＭＦ波形の構成がターゲット経路組織の帯域通過に合致するのに必要な時定数の値を提供する。これにより、帯域通過などのターゲットインピーダンスに最適に結合する、様々な与えられる誘導Ｅ波形に求められる周波数帯が実現する。
制御分子へのイオン結合は頻繁なＥＭＦターゲットであり、例えばＣａ２＋とカルモジュリン（ＣａＭ）の結合である。この経路の使用は組織回復の増進に基づいており、これには回復の様々な過程で放出される発育因子の調節を含む例えば骨修復、創傷回復、毛髪修復、および分子、細胞、組織、器官の治療がある。血小板由来増殖因子（ＰＤＦＧ）、繊維芽細胞（ＥＧＦ）、および上皮細胞増殖因子（ＥＧＦ）といった発育因子は、すべて治癒の適切な段階で含まれる。血管形成や新血管新生はまた組織の発育と回復に不可欠であり、ＰＭＦにより調整されうる。これらのすべての因子はＣａ／ＣａＭ依存である。
Ｃａ／ＣａＭ経路を使用すると、誘導電力が背景の熱ノイズ対電力の十分に上となるよう構成される。正しい生理学的条件下では、この波形は生理学的に有意の生体効果を生じる。
電力ＳＮＲモデルのＣａ／ＣａＭへの適用は、ＣａＭにおけるＣａ２＋の結合運動の電気的等価の知識を必要とする。最初の結合運動では、時間中のＣａＭ結合部位における結合Ｃａ２＋の濃度変化は、等価の結合時定数τｉｏｎ＝ＲｉｏｎＣｉｏｎにより周波数領域に特徴付けられ、ここでＲｉｏｎとＣｉｏｎはイオン結合経路の等価の結合抵抗と静電容量である。
τｉｏｎはイオン結合レート定数ｋｂに関連し、τｉｏｎ＝ＲｉｏｎＣｉｏｎ＝１／ｋｂである。ｋｂの公開された値はその後、ＣａＭ結合部位における電圧の熱変動に対するＰＲＦ信号により誘導される電圧と比較することによりＳＮＲを評価するために、セルアレイモデルに用いられる。ＰＭＦの応答に以下の数値、Ｖｍａｘ＝６．５×１０ー７ｓｅｃ−１、[Ｃａ２＋]＝２．５μＭ、[Ｃａ２＋ＣａＭ]＝ＫＤ（[Ｃａ２＋]＋[ＣａＭ]）を用いると、Ｋｂ＝６６５ｓｅｃ−１（τｉｏｎ＝１．５ｍｓｅｃ）となる。電力ＳＮＲ分析を様々な波形構造に行われるのに対し、このようなτｉｏｎの値はイオン結合の電気的等価回路に用いることができる。
本発明の一実施例によると、数式および／または連続的な数式などの数学的モデルは、熱ノイズがすべての電圧依存プロセスで現れ、適切なＳＮＲを構築する最小閾値要求を表すことと類似する。例えば、適切なＳＮＲを構築するのに必要な最小閾値要求を表す数学的モデルは、電力スペクトル密度Ｓｎ（ω）といった熱ノイズの電力スペクトル密度を含むように構成することができ、熱ノイズは以下のように表される：
Ｓｎ（ω）＝４ｋＴＲｅ[ＺＭ（ｘ，ω）]
ここで、ＺＭ（ｘ，ω）はターゲット経路組織の電気インピーダンス、ｘはターゲット経路組織の面積、Ｒｅはターゲット経路組織のインピーダンスの実部である。ＺＭ（ｘ，ω）は以下のように表される：
ＺＭ（ｘ，ω）＝[（Ｒｅ＋Ｒｉ＋Ｒｇ）／γ]ｔａｎｈ（γｘ）
この等式は、ターゲット経路組織の電気インピーダンスと、ターゲット経路組織に電気的に接続された細胞外での流体抵抗（Ｒｅ）、細胞内での流体抵抗（Ｒｉ）、および細胞間の抵抗（Ｒｇ）からの寄与が、すべてノイズフィルタリングに寄与することを明確に示している。
ＳＮＲ評価の典型的なアプローチは、ノイズ電圧の二乗平均（ＲＭＳ）の単一の値を用いる。これは、完全な膜応答またはターゲット経路組織の帯域幅に関連するすべての周波数についてＳｎ（ω）＝４ｋＴＲｅ[ＺＭ（ｘ，ω）]の積分の二乗をとることで算出される。ＳＮＲは以下の率で表される：
ＳＮＲ＝｜ＶＭ（ω）｜／ＲＭＳ
ここで、｜ＶＭ（ω）｜は、ターゲット経路組織への選択された波形から派生する各周波数での電圧の最大振幅である。
本発明にかかる一実施例は、高いスペクトル密度のパルスバーストエンベロープを具え、これにより、例えば細胞膜レセプタ、細胞酵素へのイオン結合、および通常の膜間電位差変化といった、関連する誘電体経路の治療効果が促進される。したがって、関連する細胞経路に送られる周波数成分の数を増やすことにより、例えば公知の組織発育メカニズムに適用可能な発育因子や細胞分裂の放出の調節といった広い幅の生物物理学的現象が可能となる。ランダムに、あるいは他の高いスペクトル密度のエンベロープを、約１０−８乃至約１００Ｖ／ｃｍのピーク電界を誘導する単極または双曲の方形またはシヌソイドパルスのパルスバーストエンベロープに適用する本発明の一実施例によると、柔組織と硬組織の双方に適用可能な生物学的治療プロセスに大きな影響を生じる。
本発明の更なる別の実施例により、高スペクトル密度電圧エンベロープを調節またはパルスバースト規定パラメータとして適用すると、このような振幅変調パルスバーストの電力要求が、同じような周波数帯のパルスを含む非変調パルスバーストよりも有意に低くなる。これは、さもなくば実質的に均一のパルスバーストエンベロープへの、不規則で、好適にはランダムの振幅の負担により導かれる反復バースト列内のデューティサイクルの事実上の低減による。したがって、関連する誘電体経路への送信線量測定の促進と電力要求の低減の２つの利益が得られる。
図１を参照すると、図１には本発明の一実施例にかかる方法のフロー図が示されており、これは動物や人間のイオンやリガンドといった経路組織に治療または予防目的でパルス式の電磁信号をかけることにより創傷回復を促進する方法である。ターゲット経路組織はまた、限定しないが、組織、細胞、器官、分子を含んでもよい。
１以上の波形パラメータを有する１以上の波形を構成し、イオンやリガンドといったターゲット経路組織に結合する（ステップ１０１）。
前記１以上の波形パラメータは、ターゲット経路組織内の信号対ノイズ比と電力信号対ノイズ比のいずれか１以上をその背景活動より上で最大化するよう選択され、これによりターゲット経路組織内の波形がその背景活動の上に検出可能となり（ステップ１０２）、細胞や組織の状態に依存するターゲット回路組織の電圧と電気インピーダンスのベースラインの熱揺らぎが、この状態が休息、成長、置換、創傷へ反応のいずれか１以上であるかにより生理学上の有利な結果を実現する。ターゲット回路組織内で検出可能とするには、前記１以上の波形パラメータの値が、信号対ノイズ比と電力信号対ノイズ比のいずれか１以上を評価する前記ターゲット経路組織の定数を用いて選択され、前記ターゲット経路組織内の１以上の波形により誘導される電圧を前記ターゲット経路組織内の電圧と電気インピーダンスのベースラインの熱揺らぎと比較して、これにより前記ターゲット経路組織の帯域内で前記信号対ノイズ比と電力信号対ノイズ比のいずれか１以上を最大化することで前記１以上の波形により前記ターゲット経路組織内で生理学的に影響のある変調が生ずる。
生成される電磁信号の好適な実施例は、約０．０１Ｈｚ乃至約１００ＭＨｚにわたる複数の周波数成分を含む１以上の波形パラメータを有するバーストまたは不定の波形からなり、この複数の周波数成分は電力ＳＮＲモデルを満たす（ステップ１０３）。反復性の電磁信号は、例えば前記生成された１以上の波形から、誘導性や容量性により生成することができる（ステップ１０４）。この電磁信号は、非反復性であってもよい。この電磁信号は、ターゲット経路組織に近接配置された電極やインダクタといったカプリングデバイスによりイオンやリガンドといったターゲット経路組織に結合される（ステップ１０５）。この結合により血流と、イオンやリガンドの結合の調整が増進し、分子、組織、細胞、および器官の分子が調整され、これにより創傷回復が促進される。
図２は、本発明にかかる装置の好適な実施例を示す図である。この装置は独立型、軽量かつ可搬型である。小型制御回路２０１が、ワイヤなどの１以上のコネクタ２０２の端部に連結されるが、この制御回路はワイヤレスで動作してもよい。この１以上のコネクタの反対側の端部は、例えば電気コイル２０３などの発電装置に連結されている。小型制御回路２０１は、波形を生成するのに用いる数学的モデルを適用するように構成されている。ここで形成される波形は、電力ＳＮＲを満足する必要があり、与えられた公知のターゲット経路組織では、電力ＳＮＲを満たす波形パラメータを選択可能であり、これにより波形は例えば生理学的に影響を及ぼす調整（bioeffective modulation）といった生理学的に有効な結果を提供するとともに、ターゲット経路組織内で背景活動より上に検出可能となる。本発明による好適な実施例は、数学的モデルを適用してイオンやリガンドといったターゲット経路組織内に時間変化する磁界と時間変化する電界を誘導し、これは、毎秒約０．１乃至１００パルスで反復する約１乃至１００マイクロ秒の方形パルスの約０．１乃至約１００ｍｓｅｃのバーストを含んでいる。誘導電界の最大振幅は、約１ｕＶ／ｃｍ乃至約１００ｍＶ／ｃｍであり、修正１／ｆ関数により変化し、ここでｆ＝周波数である。本発明の好適な実施例を用いて形成した波形は、イオンやリガンドといったターゲット経路組織に、好適には１日の合計照射時間が１分乃至２４０分以下で適用される。小型制御回路２０１により形成される波形はコネクタ２０２を介して電気コイルなどの発電装置２０３に送られる。この発電装置２０３は、組織などのターゲット経路組織を治癒させるのに用いるパルス電界を形成する。小型制御回路は、命令された期間パルス磁界を形成し、例えば１日１０分といった与えられた期間中必要なだけこのパルス磁界の形成を繰り返す。小型制御回路は、様々な反復時間シーケンスでパルス磁界を形成できるようプログラム可能に構成される。本発明の好適な実施例は、例えばベッドなどの位置決め具２０４に組み込まれ、創傷の回復を促進する。パルス磁界をイオンやリガンドなどのターゲット経路組織に結合すると、治療的かつ予防的に炎症を低減させ、これにより有利に痛みを低減し、ターゲット領域の治癒を促す。電気コイルを発電装置２０３として用いる場合、電気コイルは時間変化する磁界で励起され、これがファラデーの法則により、時間変化する電界をターゲット経路組織内で誘導する。発電装置２０３により生成される電磁信号はまた、電気化学的結合を用いて供給され、ここで電極は皮膚またはターゲット経路組織の他の外部導電協会に直接接触される。さらに本発明の別の実施例では、発電装置２０３が生成する電磁信号は静電結合を用いて供給されてもよく、ここで電極などの発電装置２０３とイオンやリガンドなどのターゲット経路組織との間のエアギャップが存在する。本発明にかかる好適な実施例の利点は、超軽量コイルや小型化回路により、発育、苦痛緩和、細胞や器官の治癒が望まれている共通の肉体治療法での利用が可能なことである。本発明にかかる好適な実施例の適用結果の利点は、組織の発育、回復、維持は、例えば車の運転中やテレビ視聴中などいつでもどこでも可能であることである。好適な実施例の適用によるさらなる別の有利な結果は、分子、細胞、組織、および器官の発育、修復、および維持は、例えば車の運転中やテレビ視聴中など、いつでもどこでも実現しうることである。
図３は、小型制御回路３００の本発明にかかる好適な実施例のブロック図である。小型制御回路３００は、図２に示すワイヤコイルといった発電装置を駆動する波形を生成する。この小型制御回路は、オン／オフスイッチといった様々な作動手段により作動される。この小型制御回路３００は、リチウムバッテリ３０１などの電源を具える。この電源の好適な実施例は出力電圧が３．３Ｖであるが、他の電圧を用いてもよい。本発明の別の実施例では、この電源は例えばＡＣ／ＤＣ出口などの電流出口といった外部電源であり、本発明品に例えばプラグとワイヤで連結されている。スイッチング電源３０２が、マイクロコントローラ３０３への電圧を制御する。このマイクロコントローラ３０３の好適な実施例は、８ビット４ＭＨｚのマイクロコントローラ３０３であるが、別のビットとＭＨｚの組合せのマイクロコントローラを用いてもよい。スイッチング電源３０２はまた、電流を蓄電コンデンサに供給する。本発明の好適な実施例では出力２２０ｕＦの蓄電コンデンサを用いるが、他の出力を用いてもよい。この蓄電コンデンサ３０４により、インダクタ（図示せず）などの結合デバイスに供給される高周波数が可能となる。マイクロコントローラ３０３はまた、パルス波形器３０５とパルス位相タイミング制御部３０６を制御する。このパルス波形器３０５とパルス位相タイミング制御部３０６は、パルス形状、バースト幅、バーストエンベロープ形状、バースト反復レートを決定する。また、例えばサイン波または不定数生成器（arbitrary number generator）などの積分波形生成器を組み込んで、特定の波形を供給してもよい。電圧レベル変換補助回路３０７は、ターゲット経路組織に供給される誘導電界を制御する。スイッチングＨｅｘｆｅｔ３０８が、ランダムな振幅のパルスを出力３０９に供給し、これが波形をインダクタなどの１以上の結合デバイスに配信する。マイクロコントローラ３０３はまた、分子、細胞、組織、および器官といったターゲット経路組織の１回の治療での合計照射時間を制御する。小型制御回路３００はプログラム可能に構成され、パルス磁界を指定期間供給し、例えば１日１０回といった与えられた器官必要なだけ自動的にパルス磁界の供給を繰り返す。本発明の好適な実施例の治療時間は、約１０分乃至約３０分である。
図４Ａ、４Ｂを参照すると、本発明の好適な実施例にかかるインダクタなどの結合デバイス４００が示されている。この結合デバイス４００は、シングルまたはマルチストランドのフレキシブルワイヤ４０２とすることができるが、硬いワイヤを用いてもよい。本発明の好適な実施例では、ワイヤは銅からなるが、他の材料を用いてもよい。マルチストランドのフレキシブル磁気ワイヤ４０２は、電気コイル４０１が、人間や動物の手足や関節などの特定の解剖学上の形状をとることを可能とする。電気コイル４０１の好適な実施例は、シングルストランド磁気ワイヤまたはマルチストランド磁気ワイヤのいずれか１以上において直径約０．０１ｍｍ乃至約０／１ｍｍを約１乃至約１０００巻き数、初期の円形の外面の直径が約２．５ｃｍ乃至約５０ｃｍであるが、他の巻き数やワイヤ直径を用いてもよい。電気コイル４０１の好適な実施例は、非毒性のＰＶＣ型枠４０３に収納されてもよく、他の非毒性の型枠を用いてもよい。この電気コイルはまた、外科用医薬材料、包帯、衣類、または創傷治療に用いられる典型的な構造体と組み合わせてもよい。
図５を参照すると、本発明の実施例にかかる波形５００が示されている。パルス５０１が、有限期間５０３を有するバースト５０２内で反復されている。この期間５０３は、信号期間に対するバースト期間の割合として規定されるデューティサイクルが約１乃至約１０−５の間となる期間である。本発明の好適な実施例は、修正１／ｆ振幅エンベロープ５０４の約１０乃至約５０ｍｓｅｃのバースト５０２に適用されるパルス５０１用の擬似的な方形１０マイクロ秒パルスを用い、約０．１乃至約１０秒間のバースト期間に対応する有限期間５０３であるが、ＳＮＲおよび電力ＳＮＲといった数学的モデルを構成する他の波形、エンベロープ、バースト期間を用いてもよい。
図６は、本発明の好適な実施例にかかる、リストサポートといった位置決め具を示す図である。リストサポート６０１といった位置決め具６００が、人間の手首６０２に装着されている。この位置決め具は、可搬型として構成されてもよく、使い捨て可能であってもよく、インプランタブルに構成されてもよい。この位置決め具は、本発明と組み合わせて複数の方法で利用され、例えば本発明を位置決め具内に例えば縫い付けたり、本発明を例えばベルクロ（登録商標）で位置決め具に固定して組み込んでもよく、位置決め具に弾力性をもたせて構成して本発明を位置決めしてもよい。
本発明の別の実施例では、本発明は様々なサイズで、位置決め具の有無を問わない独立型器具として構成されてもよく、例えば家、治療院、医療センター、および屋外で用いられてもよい。リストサポート６０１は、ネオプレンなどの様々な解剖学的かつサポート材料で構成してもよい。コイル６０３はリストサポート６０１内に組み込まれており、本発明により生成される信号、例えば図５に示す波形が、手首の上部にある胴体部分から手首の下部にある底部位置へ供給される。マイクロ回路６０４は、ベルクロ（登録商標）（図示せず）などの固定具を用いてリストサポート６０１の外側に取り付けられる。このマイクロ回路は、少なくとも１の例えばフレキシブルワイヤ６０５などの接続具に連結されている。この１以上の連結具の他端は、コイル６０３に接続されている。本発明の位置決め具の他の実施例は、ひざ、ひじ、背中、肩、その他の医療用包帯、ガーメントなどのアパレル品、ファッションアクセサリ、履物などを含んでもよい。
図７を参照すると、本発明の実施例にかかる、マットレスパッド７００に組み込まれた電磁治療器具が示されている。マットレスを用いてもよい。いくつかの軽量フレキシブルコイル７０１がマットレスパッドに組み込まれている。この軽量フレキシブルコイルは、柔軟な導電ワイヤ、導電線、または他の柔軟な導電材料で構成することができる。このフレキシブルコイルは、１以上のワイヤ７０２の少なくとも一方の端部に接続されている。ただし、フレキシブルコイルは回路７０３に直接接続されてもよく、ワイヤレスでもよい。本発明の実施例にかかる波形を構成する軽量小型回路７０３が、前記１以上のワイヤの１以上の他端に接続されている。作動時に、この軽量小型回路７０３は波形を形成し、フレキシブルコイル（７０１）に送り、ＰＥＭＦ信号が生成されターゲット経路組織に結合される。
図８を参照すると、本発明の実施例にかかる電磁治療誘導器具が、ブラジャーなどの胸部ガーメントに組み込まれている。いくつかの軽量フレキシブルコイル８０１がブラジャーに組み込まれている。この軽量フレキシブルコイルは、１以上のワイヤ８０２の少なくとも一方の端部に接続されている。ただし、フレキシブルコイルは回路８０３に直接接続されてもよく、ワイヤレスでもよい。本発明の実施例にかかる波形を構成する軽量小型回路８０３が、前記１以上のワイヤの１以上の他端に接続されている。作動時に、この軽量小型回路７０３は波形を形成し、フレキシブルコイル（８０１）に送り、ＰＥＭＦ信号が生成されターゲット経路組織に結合される。
本発明の一実施例にかかるＥＭＦ波形信号形成は、通常の酵素検査におけるカルシウム依存ミオシン燐酸化に用いられている。この酵素経路は、薬理学、化学、美容、局所用薬剤として、人間、動物、および植物の細胞、器官、組織、および分子に適用される。反応混合物は、燐酸化の割合が数分の間線形で、亜飽和のＣａ２＋濃度であるよう選択される。これがＣａ２＋／ＣａＭの生物学ウィンドウを開いてＥＭＦ感応性となり、創傷の場合や、薬理学、化学、美容、局所用薬剤として、人間、動物および植物の細胞、器官、組織、および分子に適用される。七面鳥の内臓から分離したミヨシン軽鎖（ＭＬＣ）やミヨシン軽鎖キナーゼ（ＭＬＣＫ）を用いて試験される。反応混合物は、４０ｍＭヘペス緩衝剤、ｐＨ７．０；０．５ｍＭマグネシウムアセテート；１ｍｇ／ｍｌウシ血清アルブミン、０．１％（ｗ／Ｖ）ツウィーン８０；および１ｍＭのＥＧＴＡを含む基本溶液を具える。自由なＣａ２＋は１−７μＭ範囲内で変化する。Ｃａ２＋緩衝剤が確立されると、新たに用意された７０ｎＭのＣａｍ、１６０ｎＭのＭＬＣ、および２ｎＭのＭＬＣＫが基本溶液に加えられ、最終的な反応混合物が構成される。
反応混合物は、毎日新たに一連の試験ごとに用意され、１．５ｍＬのエッペンドルフチューブ内の１００μＬの部分に等分される。反応混合物が入ったすべてのエッペンドルフチューブは０°Ｃに維持され、その後フィッシャー科学モデル９００熱交換器を通る通路で予熱された水を定期的に散布しつつ３７±０．１°Ｃに維持した特別設計の浴槽に移される。温度は、すべての試験中１のエッペンドルフチューブに漬けられる例えばコール−パーマーモデル８１１０−２０といったサーミスタプローブでモニタされる。２．５μＭの３２Ｐ ＡＴＰで反応が始まり、３０μＭのＥＤＴＡを含むラエムリサンプル緩衝剤溶液（Laemmli Sample Buffer solution）で停止する。最低５のブランクのサンプルが試験毎にカウントされる。ブランクは、合計試験混合物から活性要素Ｃａ２＋、ＣａＭ、ＭＬＣ、またはＭＬＣＫのいずれかを引いてなる。ブランクを計算して３００ｃｍｐより高い試験は除外される。燐酸化は、５分間進められ、ＴＭ分析モデル５３０３マークＶの液体シンチレーション検出器を用いてＭＬＣに組み込まれる３２Ｐを数えることにより評価される。
信号は、高周波数波形の反復バーストを含んでいる。振幅は一定で０．２Ｇに維持され、反復レートはすべての照射において１バースト／秒である。バースト期間は本発明の数学的分析の予測により６５μ秒乃至１０００μ秒の間で変化し、光学電力ＳＮＲはバースト期間が５００μ秒に近づくと得られることが示された。この結果が図９に示されており、マイクロ秒に対するバースト幅９０１がｘ軸にプロットされ、処置済／疑似（treated/sham）としてのミヨシン燐酸化９０２がｙ軸にプロットされている。電力ＳＮＲモデルで描くのと同様に、ＣａＭへのＣａ２＋結合のＰＭＦ効果が、約５００μ秒で最大に近くなるのが分かる。
この結果は、本発明の実施例で形成したＥＭＦ信号が、与えられた磁界振幅への光学電力ＳＮＲを得るのに十分なバースト期間中、人間、動物、および植物の細胞、器官、組織、および分子の創傷回復を最大限増進することを追認している。
本発明の一実施例によると、電力ＳＮＲモデルの利用がさらに、生体の創傷回復モデルにおいて証明されている。ラットの創傷モデルが生体力学的かつ生体化学的によく特徴づけられ、この研究でも用いられている。健康で若い成体の、３００グラム以上の体重のＳｐｒａｇｕｅＤａｗｌｅｙラットを用いる。
この動物は、ケタミン７５ｍｇ／ｋｇとメデトミディン０．５ｍｇ／ｋｇの腹膜内注射で麻酔をかける。適切な麻酔状態となったら、背部を剃り、希釈したベタジン／アルコール溶剤で消毒し、滅菌技術を用いて安置する。＃１０外科用メスを用い、各ラットの腹部の皮膚から腹膜まで８ｃｍの直線切り込みを行う。創傷の縁は鈍く切開し残っている皮膚繊維を破断させ、直径約４ｃｍの開いた創傷を形成する。圧力をかけて止血し、皮膚の縁部の損傷を防ぐ。この皮膚の縁部はその後、４−０Ｅｔｈｉｌｏｎ縫合糸で閉じられる。術後に、動物の腹膜内にブプレノルフィンを０．１−０．５ｍｇ／ｋｇを投与する。これらを個別のケージに入れ、自由に餌と水を与える。
ＥＭＦ照射は、２つのパルス無線周波数波形を含んでいる。一番目はバースト６５μ秒で２７．１２ＭＨｚ正弦波で振幅１ガウスで６００バースト／秒で繰り返す通常の臨床用ＰＲＦ信号である。二番目は本発明の実施例により再構成されたＰＲＦ信号である。この信号ではバースト期間が２０００μ秒に増え、振幅と反復レートが０．２Ｇと５バースト／秒にそれぞれ減らされている。ＰＲＦは１日２回、３０分間適用される。
創傷切除の直後に引っ張り強さが試験される。各サンプルから２つの１ｃｍ幅の皮膚片が瘢痕と直角に切り出され、ｋｇ／ｍｍ２の引っ張り強さの測定に用いられる。この皮膚片は各ラットの同じ部位から切除し、測定の一貫性が保証されるようにする。皮膚片はその後張力計にかけられる。皮膚片に１０ｍｍ／分の負荷をかけ、裂傷で分離する前の最大発生力が記録される。比較用の最終引っ張り強さは、同じ創傷からの２つの皮膚片のｍｍ２毎のキログラムの最大負荷の平均をとる。
６５μ秒１ガウスＰＦＲ信号の平均引っ張り強さの結果は、照射したグループが１９．３±４．３ｋｇ／ｍｍ２であるのに対し、制御したグループ（ｐ＜０．１）が１３．０±３．５ｋｇ／ｍｍ２であり、４８％の増加が見られた。逆に、２０００μ秒０．２ガウスＰＦＲ信号では、本発明の実施例による処置済みグループが２１．２±５．６ｋｇ／ｍｍ２であるのに対し、制御したグループでは１３．７±４．１ｋｇ／ｍｍ２（ｐ＜．０１）であり、５４％の増加である。２つの信号の結果は互いに明確に異なるものではない。
非侵襲性で、非熱式のパルス磁界は、癒着不能な骨折、苦痛や浮腫の一時的緩和の治癒、および慢性的な創傷の治癒に有効な治療である。この研究に用いられる２つの無線周波数ＥＭＦ装置はバースト期間、エンベロープ、振幅、および反復レートが異なる。第２の無線周波数は、第１の無線周波数が示すのとほぼ同一の結果となり、本発明にかかるＥＭＦ波形信号形成の有効性を示す。この結果は、臨床的および基礎のＥＭＦ研究で見られるパターンを踏襲している。正しい線量を適用すると、すなわち信号がＥＭＦ感応経路内で検出可能であると、ターゲットの状態が効果の度合いを示す。したがって、骨折部位の細胞／組織と同じＥＭＦ線量を受けた場合であっても、周囲の正常な骨は生理学的に有意な方法で反応することはない。これは培養中の細胞についても同様で、細胞のサイクル、組織の回復状態、および細胞外のイオン／リガンド濃度に対する依存関係が報告されている。したがって、ＥＭＦは見かけ上、創傷回復の後期段階では影響はない。このモデルの公知の生体化学治療カーブと比較すると、ＥＭＦ処置した創傷は、疑似群（sham group）より約１．５倍の早さで創傷回復の終了段階に達している。
細胞レベルにおいて、ＰＭＦはＴＧＦ−βの生成を促進するのが見られる。骨修復に用いる種類のＥＭＦは、試験管内での繊維芽細胞成長因子β−２と同様に、内皮の細胞造管（cell tubulization）と増殖を有意に増加させる。さらに、ＥＭＦ信号はリンパ球レセプタにおける反ＣＤ−３結合（anti-CD3 binding）を調整し、ＥＭＦが炎症反応を低減させることを示している。ＥＭＦの効果がこの皮膚創傷モデルに生じると、炎症段階での時間短縮と次のコラーゲン生成との両方により、治癒の促進が実現する。発育因子の生成は、Ｃａ／ＣａＭ（カルモジュリン）によるものであり、ＥＭＦ信号がＣａ２＋のカルモジュリンへの結合を促進することが示されている。組織レベルでＥＭＦ波形信号により誘導される電界は、Ｃａ／ＣａＭ結合経路で検出される正しい周波数スペクトルを含むことを示すのに用いられている。また、誘導的に結合されたＥＭＦの骨治療信号が、Ｃａ／ＣａＭの直接調節により生体内での骨芽細胞の増殖を増加させることを示されている。
これらの結果は、本発明の実施例において、形成されるＥＭＦ信号が有意に低い電力で生成されうることを示す。本発明の実施例により形成されるＰＲＦ信号は、ラットモデルの創傷回復を低電力の方法で促進し、これに対し臨床用ＥＭＦ信号は創傷回復を促進するが、形成するのに２のオーダー以上の電力の大きさが必要となる。
この研究は、本発明の実施例により形成される電磁界の影響が、生体内の腱の回復を促進することを示すものである。
平均体重３５０ｇの若い生体の雄のＳｐｒａｇｕｅ−Ｄａｗｌｅｙラットに、ケタミン／メデトミダイン７５ｍｇ／ｋｇ／０．５ｍｇ／ｋｇ混合剤を腹膜内に注射して麻酔をかける。アキレス腱が破断され回復される。滅菌外科技術を用いて、２−ｃｍ中線の縦の切り込みを、右足を曲げて伸ばした右のアキレス腱を通るように形成する。ブラントジセクションを用いて腱を周囲の組織から分離し、その後メスを用いて中央で切断する。アキレス腱はその後、すぐに６−０ナイロン縫合糸で改良ケスラー縫いを用いて修復される。足底の腱が分離され、修復されない。修復された腱の上で、５−０ｅｔｈｉｌｏｎを用いて皮膚が縫合される。アキレス腱は固定することができない。手術後に、動物に痛み止めにケトプロフェンを投与する。
手術後１日目、すべての動物が無作為に、グループ毎に１０の動物で４つの処置グループに割り振られる。無作為化は平行グループプロトコルへ続き、各動物は無作為に１の処置グループに割り振られ、これが各グループが１０になるまで行われる。動物は、割り振られたグループに残される。３つの活発なグループには、特定のＥＭＦ処置を１日３０分、３週間適用し、１の疑似グループに同一の処置を行う。この研究で用いられるＥＭＦは、ＰＭＦ生成コイルにより照射される反復バーストが２７．１２ＭＨｚ正弦波のパルス無線周波数波形である。２つの構成が用いられる。最初は、グループ１に適用される、バースト期間が６５μ秒、反復が６００バースト／秒、ターゲット腱における振幅が１ガウス（Ｇ）である。第２のＰＲＦ波形は、バースト期間が２０００μ秒、反復が５バースト／秒、ターゲット腱における振幅が０．０５Ｇ、グループ２に適用され、グループ３には０．１Ｇが適用される。疑似の動物、信号無し、がグループ４である。
このＰＲＦ信号は、通常のラット用プラスチックケージに、シングルループコイルの金属部分をすべて除去して内部に配置可能にしたものから供給される。このコイルはケージ床より３．５インチ上に水平に配設される。自由に動く５の動物が各コイルで処置される。ＥＭＦ信号の振幅がチェックされる。ラット処置ケージ内での信号の振幅は、ラットが通常の範囲内で動く場合に、±１０％で均一である。信号の一貫性が毎週検証される。疑似（sham）と活発（active）の２つのケージがあり、各ケージは個別の符号化ＥＭＦ照射システムを具える。ＥＭＦ処置は１日２回、３０分間、止めるまで行われる。疑似（sham）の動物は同一コイルを具える同一のケージで処置される。
３週間の治療期間後、踵骨と足を取り付けたまま、腱から立ち上がる筋腹を近位に切断しかかとを遠位方向に解体することによりアキレス腱を採取する。すべての外側の柔軟あるいは硬質の組織は踵骨−アキレス腱の複合体から除去される。採取直後に引っ張り強度試験を行う。踵骨から連続する腱は、２つの金属クランプ間に固定され、垂直に配向するアキレス腱と比較して生理学的に適切な足の屈曲が維持される。その後、腱が破断するまで０．４５ｍｍ／秒の一定速度で引っ張られ、ピークの引っ張り強度が記録される。すべての分析可能な腱が元の横断面で破断される。合計３８の腱の引っ張り強度が分析可能である。
３週間の腱後の横断面において（3 weeks post tendon transection）各グループの平均引っ張り強度が比較され、データが分析される。引っ張り強度は最大破断強度を断面積平方センチメートルあたりのキログラムで算出される。腱は６５μ秒の信号で処置され、グループ１の平均破断強さは９９．４±１４．６ｋｇ／ｃｍ２であり、対するグループ４では８０．６±１６．６ｋｇ／ｃｍ２である。これは破断強さにおいて疑似グループに対し２１日で２４％増加したことを示すが、これは統計学的に有効ではない（ｐ＝．０５５）。グループ２、３の腱は２０００μ秒の信号で処置され、疑似照射グループの８０．６±１６．６ｋｇ／ｃｍ２に対し、有意に高い平均破断強度１２９．４±２７．８ｋｇ／ｃｍ２を示した。両グループ２，３の平均強さは、疑似グループと比較して、３週間の処置後にそれぞれ６０％と６９％上である。この強度の増加は十分に有意であるが（ｐ＜．００１）、グループ２と３の引っ張り強度の差は十分に有意でない（ｐ＝．５４１）。グループ１の平均引っ張り強度（６５μ秒バースト）とグループ２，３（２０００μ秒バースト）の差異は、統計学的に有意である。
ここで示される結果は、非侵略性のパルス電磁界は、ラットのアキレス腱の破断強度が、２１日の横断面後に疑似処置した腱に対して６９％も増加したことを示す。この研究で用いられたすべての信号は腱の回復を促進したが、Ｃａ２＋結合を含む変換メカニズムにより形成された波形により得られる。
骨や創傷の修復と同様の方法で、腱上膜と滑液鞘腱の双方の腱の修復が、炎症段階で始まり、これは通常炎症細胞をマクロファージ、好中球、およびＴリンパ球などの炎症細胞の湿潤を含む。これは血管形成、繊維芽細胞の増殖、主としてＩＩＩ種のコラーゲンの生成につながる。最後に、細胞やコラーゲン繊維は最大の機械的強度を得られるよう配向される。この段階は骨や創傷修復ですべての場合に生ずるものであり、ＥＭＦが影響を示す特に炎症、血管形成、および細胞増殖段階で生ずる。
ＥＭＦ変換経路は、発育因子の放出を含む調整経路へのイオン結合を含む。組織の成長や回復に含まれる多くの発育因子や細胞分裂の生成は、Ｃａ／ＣａＭカルモジュリンによる。ＥＭＦ波形はＣａ２＋のカルモジュリン結合を促進することが示されている。この研究に用いられる０．０５および０．１Ｇの信号は、Ｃａ／ＣａＭ変換経路を用いて形成される。目標は、Ｃａ２＋結合の周波数応答内で、適用される十分な電界強度を提供することである。これにより低電力で効果の高い信号となる。モデルは、マイクロ秒幅のバースト期間がこれらの目標を振幅０．０５Ｇの範囲で満足することを示した。０．１Ｇの信号を加えると、小さなサイズのラットの腱ターゲットが誘導電流経路を制限せず、予期される線量が低減される。
ＥＭＦは、無傷の破断強さへ戻すのを促進することにより、骨の回復を促進する。疑似処置された骨折は最終的には同じ生体力学的な端点に到達するが、病的状態が増加している。ラットの完全な厚さの皮膚の創傷における生体力学的な促進が観察された。ＥＭＦは創傷回復を２１日で約６０％促進し、無傷の場合の破断強さが未処置の創傷に比べて約５０％早く得られた。
薬理学的効果を促進する装置と方法の複数の実施例を説明したが、当業者であれば上記の教示から変更例や変形例を実現することができる。したがって、特定の実施例における変更は添付のクレームに規定された本発明の範囲または意図の範囲内であると理解するべきである。
図１は、本発明の実施例にかかる、生体組織、細胞、および分子の創傷回復増進方法のフロー図である。 図２は、本発明の実施例にかかる、膝関節に適用される制御回路と電気コイルの図である。 図３は、本発明の好適な実施例にかかる小型化回路のブロック図である。 図４Ａは、本発明の好適な実施例にかかる、誘導子としてのワイヤコイルの配線図である。図４Ｂは、本発明の好適な実施例にかかる柔軟な磁気ワイヤの配線図である。 図５は、本発明の好適な実施例にかかる、分子、細胞、組織、または器官といったターゲット経路組織へ送られる波形を示す図である。 図６は、本発明の好適な実施例にかかる、リストサポートのような位置決めデバイスの図である。 図７は、本発明の好適な実施例にかかる、マットレスパッドのような位置決めデバイスの図である。 図８は、本発明の好適な実施例にかかる、胸当てのような位置決めデバイスの図である。 図９は、本発明の実施例により構成される、ＰＭＲＦ信号に対するミオシン燐酸の最大増加を示すグラフである。

Claims (35)

  1. 創傷の回復を増進させる方法であって：
    １以上の波形パラメータを有する１以上の波形を形成するステップと；
    前記１以上の波形の１以上の波形パラメータの値を、ターゲット経路組織内における信号対ノイズ比または電力信号対ノイズ比のいずれか１以上が最大となるように選択するステップと；
    前記ターゲット経路組織内における信号対ノイズ比または電力信号対ノイズ比のいずれか１以上が最大となる１以上の波形を用いて電磁信号を生成するステップと；
    治癒メカニズムを促進させるために前記電磁信号を前記ターゲット経路組織に結合させるステップと、を具えることを特徴とする方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、前記治癒メカニズムは、血流、新血管新生、血管拡張、人間の発育因子の調整、および血管形成のいずれか１以上を含むことを特徴とする方法。
  3. 請求項１に記載の方法において、前記１以上の波形パラメータは、数学的関数により前記１以上の波形を約０．０１Ｈｚ乃至約１００ＭＨｚの間で繰り返すように構成する周波数成分パラメータ、数学的に規定された振幅関数に従ったバースト強度エンベロープパラメータ、数学的に規定された幅関数により繰り返し毎に変化するバースト幅パラメータ、数学的に規定された関数により前記ターゲット経路組織内で約１μＶ／ｃｍ乃至約１００ｍＶ／ｃｍの間で変化するピーク誘導電界パラメータ、および数学的に規定された関数により前記ターゲット経路組織内で約１μＴ乃至０．１Ｔの間で変化するピーク誘導磁気電界パラメータのいずれか１以上であることを特徴とする方法。
  4. 請求項４に記載の方法において、前記規定された振幅関数が、１以上の１／ｆ（1/function）関数、対数関数、カオス的関数（chaotic function）、および指数関数のいずれか１以上であることを特徴とする方法。
  5. 請求項１に記載の方法において、前記ターゲット経路組織が、分子、細胞、組織、器官、イオン、リガンド、慢性的創傷、糖尿病性の潰瘍、静脈うっ滞の潰瘍（benous stasis ulcer）、床ずれ、治癒しない創傷（non-healing wound）、急性の創傷（acute wound）、手術後の創傷、および外傷後の創傷のいずれか１以上であることを特徴とする方法。
  6. 請求項１に記載の方法において、さらに、イオンとリガンドを結合して分子を調整し治癒プロセスを増進させることを特徴とする方法。
    ことを特徴とする方法。
  7. 請求項６に記載の方法において、前記イオンとリガンドの結合は、カルシウムのカルモジュリンへの結合の調整を含むことを特徴とする方法。
  8. 請求項６に記載の方法において、前記イオンとリガンドの結合は、ターゲット経路組織内での発育因子の調整を含むことを特徴とする方法。
  9. 請求項６に記載の方法において、前記イオンとリガンドの結合は、ターゲット経路組織内の細胞分裂の生産の調整を含むことを特徴とする方法。
  10. 請求項６に記載の方法において、前記イオンとリガンドの結合は、組織の成長、回復、および維持に関係する発育因子や細胞分裂の調整を含むことを特徴とする方法。
  11. 請求項１に記載の方法において、さらに、通常の物理的治癒療法を適用するステップを具えることを特徴とする方法。
  12. 請求項１１に記載の方法において、通常の物理的治癒療法は、加熱、冷却、圧迫、マッサージ、運動のいずれか１以上を含むことを特徴とする方法。
  13. 請求項１に記載の方法において、さらに、通常の医学的治療を適用するステップを具えることを特徴とする方法。
  14. 請求項１３に記載の方法において、通常の医学的治療は、組織移植および器官移植のいずれか１以上を含むことを特徴とする方法。
  15. 創傷の回復を増進させる電磁治療装置であって：
    回復サイクルにあるターゲット経路組織内での信号対ノイズ比および電力信号対ノイズ比のいずれか１以上を最大化するよう選択されうる１以上の波形パラメータを有する１以上の波形を生成する波形生成手段と；
    前記波形生成手段に接続され、前記ターゲット経路組織内の信号対ノイズ比および電力信号対ノイズ比のいずれか１以上を最大化する１以上の波形から電磁信号を生成し、前記電磁信号を前記ターゲット経路組織に結合してこれにより前記ターゲット経路組織の回復サイクルが促進される結合デバイスとを具えることを特徴とする装置。
  16. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、
    前記１以上の波形パラメータが、数学的関数により前記１以上の波形を約０．０１Ｈｚ乃至約１００ＭＨｚの間で繰り返すように構成する周波数成分パラメータ、数学的に規定された振幅関数に従ったバースト強度エンベロープパラメータ、数学的に規定された幅関数により繰り返し毎に変化するバースト幅パラメータ、数学的に規定された関数により前記ターゲット経路組織内で約１μＶ／ｃｍ乃至約１００ｍＶ／ｃｍの間で変化するピーク誘導電界パラメータ、および数学的に規定された関数により前記ターゲット経路組織内で約１μＴ乃至０．１Ｔの間で変化するピーク誘導磁気電界パラメータのいずれか１以上であることを特徴とする装置。
  17. 請求項１６に記載の電磁治療装置において、前記規定された振幅関数が、１以上の１／ｆ（1/function）関数、対数関数、カオス的関数（chaotic function）、および指数関数のいずれか１以上であることを特徴とする装置。
  18. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記ターゲット経路組織が、分子、細胞、組織、器官、イオン、リガンド、慢性的創傷、糖尿病性の潰瘍、静脈うっ滞の潰瘍（benous stasis ulcer）、床ずれ、治癒しない創傷（non-healing wound）、急性の創傷（acute wound）、手術後の創傷、および外傷後の創傷のいずれか１以上であることを特徴とする装置。
  19. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記結合デバイスは、反応性の結合デバイス、誘導性の結合デバイス、容量性の結合デバイス、および生化学的結合デバイスのいずれか１以上を具えることを特徴とする装置。
  20. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記結合デバイスは、前記信号を前記ターゲット経路組織へ結合してカルシウムのカルモジュリンへの結合を調整することを特徴とする装置。
  21. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記結合デバイスは、前記信号を前記ターゲット経路組織へ結合して関連する１以上の発育因子と細胞分裂の生成を調整することを特徴とする装置。
  22. 請求項２１に記載の電磁治療装置において、前記発育因子は、繊維芽細胞成長因子、血小板由来増殖因子、およびインターロイキン発育因子のいずれか１以上を含むことを特徴とする装置。
  23. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記結合デバイスは、前記信号を前記ターゲット経路組織へ結合して血管形成および新血管新生を調整することを特徴とする装置。
  24. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記結合デバイスは、前記信号を前記ターゲット経路組織へ結合して人体の発育因子の生成を調整することを特徴とする装置。
  25. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記結合デバイスは、前記信号を前記ターゲット経路組織へ結合して細胞および組織の活動を増進させることを特徴とする装置。
  26. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記結合デバイスは、前記信号を前記ターゲット経路組織へ結合して細胞の数を増大させることを特徴とする装置。
  27. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記波形生成手段、前記接続手段、および前記結合デバイスは軽量かつ可搬型に構成されることを特徴とする装置。
  28. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記波形生成手段、前記接続手段、および前記結合デバイスは、マットレス、マットレスパッド、ベッド、および位置決めデバイスのいずれか１以上に組み込まれることを特徴とする装置。
  29. 請求項２８に記載の電磁治療装置において、前記位置決めデバイスは、外科用サポーター、外科用包帯、および衣類のいずれか１以上を含むことを特徴とする装置。
  30. 請求項２９に記載の電磁治療装置において、前記衣類は、ガーメント、ファッションアクセサリー、および履物のいずれか１以上を含むことを特徴とする装置。
  31. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記波形生成手段はプログラム可能であることを特徴とする装置。
  32. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記波形生成手段は、予め定められた時間内に１以上のパルス磁気信号を供給することを特徴とする装置。
  33. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、前記波形生成手段は、ランダムな時間に１以上のパルス磁気信号を供給することを特徴とする装置。
  34. 請求項１５に記載の電磁治療装置において、さらに通常の身体治癒療法を提供する手段を具えることを特徴とする装置。
  35. 請求項３４に記載の電磁治療装置において、前記通常の身体治癒療法が、加熱、冷却、マッサージ、および運動を含むことを特徴とする装置。
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