KR101134242B1 - 생체전기자극, 치료가속화, 통증감소, 또는 병원체탈활화용 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
생체의학적 용도로 사용하기 위해 전기 신호를 생성하는 방법은 2개의 타미밍 간격 발생기를 포함하는 단계와; 최종 신호로부터 선택된 주파수 성분을 제거하고 및/또는 필요할 경우 전압 스텝업을 제공하는 단계와; 고통을 완화하고 치료 또는 증식을 자극하며 특정 생체화학물의 생산을 강화하거나 선택된 유기체 형태를 탈활화시키기 위하여, 상기 최종 신호를 인체나 동물의 몸체, 음식, 음료 또는 기타 다른 액체, 세포 또는 조직 배양, 또는 제약 물질에 결합하는 도전성 수단을 포함하며; 이러한 발생기는 멀티스텝 시컨스와, 최종적으로 타이밍된 신호를 복잡한 전기 신호로 조합하는 아날로그 및 디지탈 하이브리드 수단을 각각 선택적으로 구동시킨다.
펄스, 사이클, 간격, 필터, 타이밍, 반복율, 극성, 진폭
Description
본 출원은 2003년 6월 24일에 출원된 미국 예비출원번호 제60/480,890호에 대한 이익을 주장한다.
본 발명은 생체의학용 펄스 신호 발생기에 대한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 주 반복 사이클을 연속적으로 형성하는 복수의 상대적으로 긴 주-타이밍 간격(T1, T2); 상기 주-타이밍 간격들 중 하나 이상이 분할되어져, 당해 주-타이밍 간격의 길이를 통해 지속되는 부 반복 사이클을 연속적으로 형성하는 복수의 보다 짧은 부-타이밍 간격(t1, t2), 상기에서 주-타이밍 간격들 중 다른 하나 이상은 분할되어지지 아니함; 하나가 각각의 주-타이밍 간격 또는 부-타이밍 간격 동안 선택되는, 복수의 일정한 전압 또는 전류 레벨(L1, L2)에 기반하여 일차고유의 방출 파형을 생성하는 경량의 컴팩트한 펄스 신호 발생기에 대한 것이다.
임의적인 구체예에서, 상기 방출 파형은 펄스-폭발(pulse burst)을 바로 뒤따라 이퀄라이징 펄스(equalizing pulse)를 포함한다. 또 다른 구체예에서, 상기 방출 파형은 이퀄라이징 펄스와 임의적으로 조합되어 점진적 스텝-인(step-in) 및 스텝-아웃(step-out) 기간을 포함한다.
또한, 본 발명은 이들 선택된 레벨들을 조합하여 단계적 파형을 갖는 전기적 신호를 형성하는 하나의 회로와 상기 신호를 부가적으로 프로세싱하여 진폭을 변화시키거나 바람직하지 아니한 D.C 또는 주파수 성분을 제거하는 하나의 회로를 포함한다.
본 발명은 또한 상기 신호를 인간 신체, 동물체, 분리된 조직 또는 세포 배양물, 식품, 음료 또는 기타 다른 물질에 적용하여 통증을 경감시키거나, 치료를 촉진시키거나, 존재할 수 있는 선택된 병원 유기체를 탈활시키는 도전성 시스템을 포함한다.
상해, 감염 및 퇴행성 조건은 통증, 일실기능장애, 비용, 일실 근무(및 여가) 시간, 및 생산력 감소의 주요 원인이다. 젊고 건강한 사람에게 있어 신속히 치료되어질 상해의 치료에 있어 나이가 들거나 건강이 약화되거나 또는 둘 모두인 사람에게는 훨씬 긴 시간이 소요되기 때문에, 이러한 조건에 관련한 문제점은 나이가 들면서 점점 악화된다. 산업화된 국가들 대부분에서 현재 보여지고 있는 바와 같은 인구통계학적으로 노령화 사회에서는, 이러한 사회적 경제적 충격은 다음 수십년의 과정 동안 점점 확대될 것이다.
생활의 질에 대한 충격은 배제하고서 상기 조건의 총 비용을 예상하는 것은 어려우나, 총 비용은 미국에서만 매년 수십억 달러에 달할 것이다. 예들 들어, 매년 5백만 내지 천만명의 미국 거주자들이 뼈가 부러지는 상해를 당하는데 이들 중 많은 수가 복합골절에 관련된다. 젊고 건강한 환자의 경우, 많은 골절에 있어 6주 이상동안 깁스를 하고 활동하지 않아야 한다. 깁스를 제거한 후에도, 치료된 뼈가 완전한 강도를 되찾을 때까지 종종 환자의 활동이 제한된다. 보다 고령자, 건강이 약하거나 영양상태가 양호하지 아니한 사람, 복합 골절을 가진 환자, 또는 치료 과정에 영향을 미치는 조건을 가진 환자의 경우, 골절은 보다 느리게 치료된다. 몇몇의 경우에, 골절은 전혀 치료되지 아니하며 "불유합(nonunion)", "불유합 골절(nonunion fracture)" 또는 "유합지연(delayed union)"이라고 알려진 상태가 되는데 이는 때때로 생애동안 유지되기도 한다.
결과적으로, 생산력을 가진 연령대의 백만명 중 사분의 일 정도로 추정되는 인구가 미국에서 뼈 골절만을 원인으로 매년 죽어가고 있다. 유사한 통계가 다른 부류의 외상뿐만 아니라 관절염, 골다공증, 궤양(당뇨병, 욕창, 정맥울혈 및 동맥 부전증), 인대 손상, 건염, 및 반복적 스트레스성 상해("테니스 엘보우" 및 손목터널 신드롬으로 통상 알려진 증상을 포함)과 같은 만성적 증상에 대해 이루어지고 있다.
1960년대 이후, 인간 신체가 상해, 스트레스 및 기타 요인의 결과로서 낮은 레벨의 전기적 신호의 호스트를 생성하고; 이러한 신호는 치료와 질병 회복 과정에서 필수적인 역할을 하며; 그러한 과정은 주파수, 파형 및 강도면에서 상기 신체의 것을 닮은 인공적으로 형성된 신호를 제공함으로써 가속될 수 있다는 것이 점차 인식되어왔다. 상기와 같은 "닮음" 신호는, 피브로블라스트 및 마크로파아지와 같은 이동성 세포를 필요로 되는 위치로의 유도를 도움(주전성, galvanotaxis), 및 전환성장인자 베타(TGF-β) 및 인슐린 양 성장인자(IGF)와 같은 세포성장인자의 방출의 유발을 비롯한 체내에 많은 영향을 준다. 이러한 결과, 당뇨병으로부터 유발된 만성 궤양 등을 비롯한 피부 및 근육 상처를 최소의 흉터를 남기면서 보다 빠르게 치료할 수 있고; 대부분의 불유합 골절을 포함하는 부러진 뼈를 치료할 수 있으며; 손상되거나 끊어진 신경을 재성장시킬 수 있으며; 건염 및 관절염에서와 같이 반복적인 움직임에 의해 손상되는 조직을 회복시킬 수 있으며; 통상의 약물 기재 치료에 의해 만족스러운 경감이 이루어지지 아니한 만성적 통증을 비롯한 통증, 종기 및 염증을 감소시킬 수 있다.
상처에서 측정된 "손상전위(injury potential)" 또는 "손상의 전류(current of injury)"과 같은 신체 신호 중 어떤 것은 시간의 경과와 함께 천천히 변화하는 직류(DC)일 뿐입니다. 뼈 골절 회복 및 신경 재성장은 전형적으로 음전극 근처에서 통상보다 빠르지만, 양전극 근처에서는 통상보다 느린데, 어떤 경우에는 조직 위축 또는 괴사가 발생할 수 있다. 이러한 이유로, 대부분의 최근 연구는 종종 네트 DC 요소를 갖지 않는 보다 높은 주파수, 보다 복합적인 신호에 초점이 맞추어져 왔다.
최근의 대부분의 복합신호 연구가 뼈 골절 치료에 대해 수행되어졌으나, 비록 모든 신호가 반드시 동일하지는 아니할지라도, 모든 조직내 기초 생리학적 과정의 보편화를 통해, 적합한 신호들이 많은 다른 치료 및 질병 회혹 과정을 가속화하는데 효과적일 것임이 시사되고 있다. 실제로, 특정의 주파수와 파형의 조합은 관절염 및 불면증을 타파하고, 모발 성장을 자극하며, 종기 및 염증을 감소시키며, 국소감염을 이겨내며, 피부, 신경, 인대 및 힘줄을 비롯한 연조직의 손상의 치료를 가속화하며, 경피전기신경자극(TENS)이라는 대체불쾌감 없이 통증을 경감시키는 것으로 관찰되었다.
도1은 뼈 골절 치료를 자극하는데 효과적이라고 확인된 파형(20)의 모식도로서, 라인 22는 단기스케일에 대한 파형을 나타내는 것이고, 라인 24는 보다 장기스케일에 있어서 동일한 파형을 나타내는 것이며, 레벨 26과 28은 전압 또는 전류의 서로다른 두 가지 특성값을 나타내며, 간격 30, 32, 34 및 36은 특정의 전이들간의 시간을 나타낸다. 레벨 26 및 28은 통상 파형의 총 사이클에 걸쳐 평균할때, 네트 직류(D.C) 요소가 존재하지 아니하도록 선택된다. 실제에의 적용시, 파형 20과 같은 파형은 모든 전압 또는 전류가 레벨 26과 28 사이의 중간적 레벨을 향해 바람직하게는 간격 34보다는 긴 감쇠 시간 상수로써 지수적으로 감쇠되도록 전형적으로 변형되어진다. 이러한 결과는 라인 38에 의해 나타내어진다.
골절 불유합을 치료하는 전형적인 상업적 이용가능한 장치에서, 간격 30은 약 200 마이크로초이고, 간격 32는 약 30 마이크로초이며, 간격 34는 약 5 밀리초이며, 간격 36은 약 60 밀리초이다. 간격 30과 32의 교대반복으로 펄스-폭발 40이 형성되는데, 간격 34의 각각의 길이는 신호가 약 레벨 28로 유지되는 길이(36)의 간격에 의해 이격된다. 따라서, 각 파형(38)은 레벨 26과 28 사이에서 약 4400Hz의 주파수 및 약 85%의 듀티 사이클로 교대하는 구형파로 구성된다. 펄스-폭발은 실질적으로 신호가 없는 기간과 교대하면서 약 15Hz 주파수와 약 7.5%의 작업량 사이클로 반복된다.
그러나, 조직들은 현저히 다른 주파수와 파형에 대해 상이하게 반응할 수도 있다. 예들 들면, 도1의 파형은 뼈 골절의 치료를 빠르게 하는데 효과적이지만 골다공증의 진행을 느리게 하는데 있어서는 효과가 훨씬 덜하다. 반면, 약 60-75Hz의 주파수에서 극성(28)의 간격(54)과 교대하면서 각각 약 350 내지 400 마이크로초 동안 지속하는 극성(26)의 단일 펄스들(52)로 구성되는 파형 50(도2)은 골다공증을 느리게 하거나 심지어는 역전시킬 수도 있지만 골절 회복에는 거의 효과가 없다. 다시 말하자면, 각 적용시 정확한 파형과 주파수는 서로 다를 수 있다.
신호 강도 또한 다를 수 있다; 실제로 종종 강한 신호는 보다 약한 신호와 마찬가지로 유리할 수도 있고 때로는 그보다 덜 유리할 수도 있다. 이러한 역설적 관계는 도3에 모식적으로 보여져 있는데, 여기에서 라인 60은 다양한 신호 강도에서 치료 효과의 크기를 나타낸다. (도1의 신호와 같은) 전형적인 신호에 있어서, 최고 효과(62)는 전형적으로 1 내지 10 ㎂/㎠ 사이 어느 수치에 해당되며, 전환점(64)은 위 수치의 약 백배이다. 전환점 64를 넘어서면, 신호는 치료를 늦추거나 그 자체가 추가적 상해를 유발할 수 있다. 유사한 반응이 세포분열, 단백질 및 DNA 합성, 유전자 발현 및 세포간 이차 전달자의 집중 등의 전기적 자극에 반응하는 그외 다른 생리과정에서도 보여진다. 예들 들어, 방해 신호가 전파 교신을 방해하듯이, 통상의 TENS는 상대적으로 강한 신호로 통증의 인지를 방해할 수 있는 반면, 통증의 경고 작용이 또한 억제되기 때문에 상해가 점차적으로 악화되도록 유도될 수도 있다.
정현파, 구형파, 약 50KHz을 넘는 주파수, 또는 도1에 보여진 것과 전체적으로 유사하지만 50%에 근접한 작업량 사이클을 가지거나 과도하게 빠르거나 느린 상 승시간을 갖는 파형을 사용한 테스트 결과 역수에 해당하는 강도 레벨에서 훨씬 낮은 효율성을 보였다.
많은 상이한 유형의 전기적 자극 장치가 소비자 및 의학 전문가들에게 이용될 수 있는데, 이들은 정류 또는 정전압(DC)로부터 저주파수를 거쳐 고주파수 파형에 이르는 많은 상이한 파형을 생성하는 것이다. 일반적으로, 저주파수 파형과, 저주파수 엔빌로프를 가진 고주파수 펄스가 조직-치료 적용을 목표로 하는 경향이 있는 반면, 고주파수 파형은 통증 경감에 사용된다.
전기적 파형의 또다른 적용분야는 병원체 탈활 분야이다. 몇몇 바이러스 또는 세균 유기체들이 선택된 전기 신호의 생체외 적용에 의해 파괴되거나 탈활될(감염 또는 번식할 수 없게 될) 수 있다. 그러나, 이러한 용도를 위한 신호의 레벨은 전형적으로 치료 자극에서 보다 훨씬 높기 때문에, 생체내 적용은 여전히 다소 논쟁의 여지가 있다.
전기적 자극은 조직 치료에 널리 사용된다. 페트로프스키(미국특허 제5,974,342호)는 손상된 조직, 인대 또는 조직을 치료요법적 전류의 적용으로 치료하는 마이크로프로세서-조절 장치를 보여주고 있다. 위 장치는 매 12.5-25 밀리초당 한번 발생하는 100-300 마이크로초의 양성 상, 200-750 마이크로초의 중간상, 및 100-300 마이크로초의 음성상을 포함하는, 복형 정압 또는 정류를 제공하는 수 개의 채널을 갖는다.
필라 등(미국특허 제5,723,001호)은 인간 신체 조직을 펄스된 전파-주파수 전자기 방사로 요법적으로 치료하는 장치를 개시하고 있다. 위 장치는 1-100MHz 주파수를 갖는 펄스의 폭발을 폭발당 100-100,000 펄스, 0.01-1000Hz의 폭발 반복율로 형성해낸다. 펄스 엔빌로프는 규칙적, 불규칙적 또는 랜덤할 수 있다.
바텔트 등(미국특허 제5,117,826호)은 신경 섬유 및 신체 조직의 조합된 자극을 위한 장치 및 방법을 제안하고 있다. 위 장치는 신경 섬유 자극용 복형 펄스 쌍과, 신체 조직 치료를 위한 네트 DC 자극(양성 펄스 보다 많은 수의 음성 펄스를 갖는 복형 펄스 트레인에 의해 제공됨)을 발생시킨다. 미국특허 제4,895,154호에서, 바텔트 등은 방출 펄스를 발생시키는 복수의 신호 발생기를 포함하는 연조직 상처의 강화된 치료를 자극하는 용도의 장치를 기재하고 있다. 상기 방출 펄스의 강도, 극성 및 속도는 상기 장치의 전면 패널상의 일련의 조절 노브(knob) 또는 스위치를 통해 변화될 수 있다.
구 등(미국특허 제5,018,524호)은 각각의 폭발이 특정의 주파수를 갖는 복수의 펄스로 구성된, 동일한 폭을 갖는 폭발들로 만들어진 펄스 트레인을 발생시키는 장치를 보여주고 있다. 하나의 폭발의 펄스의 수는 이웃한 폭발과 다르다; 각 폭발의 펄스들의 주파수는 각 폭발내 펄스들의 수의 차이에 상응하는 인접한 주파수와는 상이하다. 상기 펄스는 230-280KHz의 주파수를 가지며; 폭발의 작업량 사이클은 0.33 내지 5.0%이다.
리스 등(미국특허 제5,109,847호)은 2 이상의 저주파수 변조를 갖는 캐리어 주파수를 포함하는 특정 형상의 정류와 전류-제한성 파형을 발생시키는 휴대용의, 비-침습성 전자 장치를 제공한다. 상기 캐리어 주파수는 1-100,000KHz이고; 구형파 또는 직각파 변조 주파수는 0.01-199KHz와 0.1-100KHz이다. 작업량 사이클은 다양할 수 있지만, 전형적으로는 상기 세가지 파형에 대해 50%, 50% 및 75%이다.
보르칸의 조직 자극기(미국특허 제4,612,934호)는 이식가능한 피하 수신기 및 이식가능한 전극을 포함한다. 상기 수신기는 원하는 반응을 얻기 위해 이식후 서로다른 전극을 자극하거나 자극 파라미터(극성 및 펄스 파라미터)를 변경하도록 비침습적으로 프로그램되어질 수 있는데; 상기 프로그래밍 데이터는 변조된 신호 형태로 캐리어파 상에 송신되어진다. 상기 프로그램된 자극은 측정된 생리적 파라미터와 전극 임피던스에 상응하여 변조되어질 수 있다.
혼데겜(미국특허 제4,255,790호)은 방출 펄스의 시간과 서브간격이 기본 클럭 주파수 발생 회로와, 상기 회로에 연결된 한쌍의 직렬 주파수 분할 회로 세트로부터의 신호에 의해 한정되는, 프로그램할 수 있는 펄스 발생 시스템을 기술한다. 시간, 서브-간격, 그리고 방출 파형은 변화가능하다.
시앙-라이 등(미국특허 제3,946,745호)은 치료요법 목적의 양성 및 음성 전기 펄스를 발생하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 연속된 펄스 쌍들로 구성된 신호를 발생시키는데, 상기에서 각 쌍의 펄스들은 서로 반대 극성을 갖는다. 진폭, 지속시간, 각 쌍의 펄스간의 간격, 및 연속된 펄스 쌍들간의 간격은 각각 독립적으로 변화가능하다.
브렘(미국특허 제5,067,495호)은 만성 통증을 경감시키는 목적의 특정의 파형을 기재한다. 전기 신호는 환자가 만성 통증 부위에 일정한 감각을 가질때까지 적용한다.
맥도날드(미국특허 제3,589,370호)는 비방향성 펄스를 적합한 변압기에 적용 함으로써 양방향성 펄스의 폭발을 생성하는 전자 근육 자극기를 보여준다.
랜다우어(미국특허 제3,294,092호)는 영양부족에 기인한 결함인 근위축증을 저해하고, 삼출물을 제거하며, 유착의 형성을 최소화하는 전기 전류를 생성하는 장치를 기술한다. 방출 신호의 진폭은 다양하다.
여기에 기재된 모든 참고문헌과 특허는 전체로서 참조에 의해 통합된다.
통증 경감을 위한 TENS에서의 용도로 고안된 단위가 널리 이용가능하다. 예들 들어, 바스티르 등(미국특허 제5,487,759호)은 전극 패드를 위치시키는 다양한 유형의 써포트 장치로 사용될 수 있는 전지식(battery-powered) 장치를 기재한다.
콜렌(미국특허 제5,350,414호)은 캐리어 펄스 주파수, 변조 펄스 주파수, 강도, 및 주파수/진폭 변조가 마이크로프로세서에 의해 제어되는 장치를 제공한다. 상기 장치는 캐리어 주파수가 보다 효율적인 에너지 전달을 제공하는 치료 위치에서 전극-조직 로드에 매치되도록 하는 펄스 변조 계획을 포함한다.
리스 등(미국특허 제4,784,142호)은 전자적 치과 진통 장치 및 방법을 기술한다. 상기 장치는 비대칭 저주파수(8-20 Hz) 진폭 변조를 갖는 상대적으로 높은 주파수(12-20 KHz) 펄스를 가지는 방출을 생성한다.
바텔트 등(미국특허 제5,063,929호)은 복형 정류 방출 펄스를 생성하는 마이크로프로세서-제어 장치를 기술한다. 자극 강도는 사용자에 의해 변화될 수 있다.
차터 등(미국특허 제4,938,223호)는 진폭의 점증 및 점강을 갖는 자극 폭발로 구성된 방출 신호를 갖는 장치를 기재한다. 상기에서 각 자극의 진폭은 상기 폭발의 진폭에 대해 고정된 퍼센트 비를 갖는다. 신호는 환자의 적응 반응의 억제를 도와주도록 진폭-제어된다.
몰리나-니그로 등(미국특허 제4,541,432호)은 통증 감소용 전기적 신경 자극 장치를 기재한다. 상기 장치는 최초 시간 기간동안 예비 선택된 반복율과 폭을 갖는 양극성 수직 신호를 발생시킨다. 그 후, 수직 신호가 2차 시간 기간동안 유사-랜덤 비율로 형성되고 상기 신호의 전달은 3차, 유사-랜덤 시간 기간동안 억제된다. 이러한 프로토콜은 자극에 대한 신경 세포의 적응을 실질적으로 제거한다고 기재되어 있다.
버틀러 등(미국특허 제4,431,000호)은 실어증 및 기타 신경성 언어 장애를 치료하는 경피용 신호 자극기를 보여준다. 상기 장치는 유사랜덤 펄스 발생기를 사용하여 전형적인 생리적 파형(뇌 알파 리듬 등)을 닮은사다리꼴 단형 펄스로 구성된 불규칙적 펄스 트레인을 생성한다. 일련의 상기한 펄스들은 영(zero)인 DC 레벨을 갖는데; 장치내 전류 공급원은 피부 저항성과 같은 변수의 영향을 감소시킨다.
모러(미국특허 제4,340,063호)는 신체 표면에 이식되거나 적용될 수 있는 자극 장치를 기재한다. 펄스의 진폭은 강도-지속시간 쌍곡선에 의해 정의되는 곡선을 따른 펄스 폭의 하락과 함께 감소된다. 이는 펄스폭과 역(threshold)간의 비선형 관계에 기인하여 신경 섬유의 비례적으로 보다 많은 채용을 초래한다고 기재되어 있다.
고스기 등의 시스템(미국특허 제4,338,945호)은 1/f 규칙에 따라 변동하는 펄스를 형성한다. 즉, 상기 파동(fluctuation)의 주파수 효율은 주파수에 대해 역으로 변화하는데: 유쾌한 자극은 종종 위 규칙에 의해 통제되는 추계 파동을 나타낸대. 상기 시스템은 자극동안 환자의 쾌적함을 높이는 것으로 알려진 불규칙적 펄스 트레인을 생성한다.
또한 신호 발생기가 보청기에 사용된다. 예들들어 맥더모트의 수신기/자극기(미국특허 제4,947,844호)는 펄스 간격간 영(zero)의 전류가 각각의 이격된 펄스보다 긴 지속시간을 가지는, 일련의 단간격 전류 펄스를 발생시킨다. 자극 전류의 파형은, 전극을 통해 전달되는 전하량의 총합이 대략 영이 되도록, 일련의 하나의 극성을 갖는 이격된 펄스들과 이에 뒤따라 같은 수의 반대 극성의 이격된 펄스들을 포함한다.
알로카(미국특허 제4,754,759호)는 최고 음성 진폭이 최고 양성 진폭의 3분의 2인 "계단모양" 펄스의 트레인을 형성하는 신경전도 가속기를 기재한다. 상기 가속기 디자인은 신경활동전위의 포리에(Fourier) 분석에 기초한다: 방출 주파수는 1-100Hz에서 달라질 수 있다.
갈브레이스(미국특허 제4,592,359호)는 다중-채널 이식가능한 신경 자극기를 기재하고 있는데, 여기에서 각 데이터 채널은 단일극성, 양극성 또는 아날로그 형으로 정보를 전달하도록 적응되어 있다. 상기 장치는 전류 공급원이 꺼졌을때(전극 손상 및 뼈 성장은 DC 전류 또는 전하를 흘려주지 않음으로써 예방된다고 기재됨) 잔류 전하를 회수하도록 고안된 전하평형 스위치를 포함한다.
큰 치료 잠재력에도 불구하고, 전통적인 서양의학에서는 전기치료요법 처리 를 단지 마지못해 채택하였고, 지금까지 거의 사용되지 아니한다. 이는 신호는 높은 국소 강도를 가져야 할 것이라는 초기의 믿음의 잔재로 보인다. 현재 사용되고 있는 대부분의 전기치료요법 장치는 전극 또는 전체 전기적 패키지의 직접적 이식에 기초하는 것이거나, 시간-변화 자기장을 생성하여 신체 조직내 약한 와상전류를 유도하는 코일을 사용하여 피부를 통해 유도성 커플링을 이루는 것에 기초하는 것이다. 전자에서 외과술 및 생체 적합성 물질을 필요로 하고 후자는 지나친 회로 복잡성 및 투입전력을 필요로 한다는 점이 대부분의 그러한 장치(TENS 장치는 제외하고)의 가격을 상대적으로 고가로 만들었고 또한 그의 적용은 고도로 훈련된 사람에게만 제한적으로 허용되었다. 치료촉진 및 통증 경감을 비롯한 광범위한 적용분야에서 생체전기 자극을 제공하는데 사용될 수 있는 다용도, 고효율 장치에 대한 요구가 여전히 남아있다.
주요 특징에 따라서 광범위하게 말하자면, 본 발명은 생체의학용으로 유용한 전기적 신호를 발생하는 장치 및 방법을 포함한다. 본 발명은 인간 및 동물 모두에 존재하는 광범위한 건강상 문제를 완화시키는 장치 및 방법을 제공한다. 전형적으로 매우 고강도의 신호를 사용하는 선행하는 장치들에 대비하여, 본 발명은 신체 천연의 신호에 근접하게 닮은 전기적 신호로 생체전기 자극의 전달이 가능하다. 결국, 수신하는 조직에는 최소한의 스트레스가 가해지고 치료는 가속화될 뿐만 아니라 통증 감소 또한 다른 장치로 이루어지는 것보다 영구적이다.
본 발명에 따른 장치는 (뼈 및 연조직의) 치료촉진, 급성 또는 만성 통증의 경감, 및 종기 및/또는 염증의 감소를 포함하나 이에 한정되지 아니하는 인간 및 동물 환자의 전기치료요법 치료방법을 제공하는데 사용될 수 있을 것이다. 그러나, 그러한 장치는 유기체 그대로를 사용하는데 제한될 필요가 없는데, 왜냐하면 분리된 세포 또는 조직 배앙물 또한 전기치료요법 파형에 의해 영향받을 수 있기 때문이다(적합한 전기적 자극이 세포 대사, 분비 및 복제의 속도를 변경시키는 것으로 관찰되어왔다). 예들 들어, 분리된 피부세포는 조직-배양된 자가 피부이식 물질의 제조에 있어 세포 증식 및 분화를 증가시키기에 적합한 배지내에서 선택된 파형으로 처리될 수 있다. 또 다른 예로서, 적합한 파형의 처리에 의해, 인간 인슐린과 같은 원하는 생성물을 생산하도록 유전자 조작된 박테리아의 성장이 가속화되거나, 상기 원하는 생성물의 분비가 증가될 수 있다.
본 발명의 장치는 치료촉진, 급성 또는 만성 통증의 경감, 및 종기 및/또는 염증의 감소를 포함하나 이에 한정되지 아니하는, 인간 및 동물 환자를 위한, 생체내 맞춤식 전기치료요법 치료방법을 제공하는데 사용될 수 있다. 분리된 세포 또는 조직 배앙물 또한 전기치료요법 파형에 의해 영향받을 수 있기 때문에(적합한 전기적 자극이 세포 대사, 분비 및 복제의 속도를 변경시키는 것으로 관찰되어왔다), 상기 장치는 또한 생체외 적용에 사용될 수도 있다. 신경 시스템에서의 통증 충격을 막는데 목적이 있는 TENS-유형 장치에 대조적으로, 상기 장치는 흥분 및 통증에 대한 정상적 인간의 역치 레벨 아래에 있는 신호 레벨에서 작동된다: 대부분의 사용자는 앞서 존재한 통증의 지속적인 감소를 제외하고는 처리하는 동안 어떠한 흥분도 겪지 아니한다.
본 발명에 따른 전기적 신호 발생 장치는 주-타이밍 간격과, 하나 이상의 주-타이밍 간격이 나누어진 부-타이밍 간격을 발생시키는 수단을 포함한다. 이러한 특징의 구체예에는 상기 주-타이밍 간격이 전하 평형 주-사이클을 형성하는 것을 포함한다.
따라서, 본 발명의 목적은 신체에 신규의 펄스전기신호를 적용함으로써 광범위한 생리학적 징후를 치료하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상처의 치료를 가속화하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 조직 종기의 감소를 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 혈관신생(angiogenesis)을 증가시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 피부이식편의 생존을 향상시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 통증을 경감시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 만성 또는 급성 통증을 완화시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 건염을 치료하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 염증을 감소시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
도1은 뼈 골절 치료를 촉진하는데 사용된 파형을 도시한 도면(선행기술).
도2는 골다공증의 치료에 사용된 파형을 도시한 도면(선행기술).
도3은 치료효과에 대한 신호 강도(진폭)를 도시한 도면(선행기술)
도4는 펄스 엔빌로프에 포함된 캐리어 주파수를 갖는 본 발명에 따른 파형을 도시한 도면.
도5는 임의적 곡선함수에 근사하는 단계적 엔빌로프에 포함된 일련의 주-타이밍 간격 및 신호 진폭을 갖는 본 발명에 따른 일반화된 파형을 도시한 도면.
도6은 사인형 엔빌로프에 포함된 캐리어 주파수를 갖는 본 발명에 따른 파형을 도시한 도면.
도7 내지 도9는 대략 사인형인 엔빌로프에 함유된 캐리어 주파수를 가지면서 대체 변조안을 보여주는 본발명에 따른 파형을 도시한 도면.
도10은 불규칙 펄스 엔빌로프에 포함된 캐리어 주파수를 갖는 본 발명에 따른 파형을 도시한 도면.
도11은 지수적 감쇠에 유사한 엔빌로프에 포함된 캐리어 주파수를 갖는 본 발명에 따른 파형을 도시한 도면.
도12는 펄스 엔빌로프의 교대 펄스에 포함된 서로 다른 두가지 캐리어 주파수를 갖는 본 발명에 따른 파형을 도시한 도면.
도13은 도4의 파형을 단순화된 형태를 도시한 도면.
도14는 상기 동일한 파형의 보다 더 단순화된 형태를 도시한 도면.
도15는 도13과 유사하나 교대하는 극성을 갖는 연속 펄스로 조성된 파형을 도시한 도면.
도16은 저대역 필터링 및 D.C 블로킹의 전형적인 조합 후의 도6에 따른 것을 나타내는 파형을 도시한 도면.
도17은 도전성 전극을 사용하여 인간 신체 또는 그 일부에 위 도면들에 보여진 것들과 같은 파형을 적용하는 방법을 도시한 도면.
도18은 골연장(bone lengthening) 목적의 외부 고정기에 연결된, 도전성 전극을 사용하여, 인간 신체 또는 그 일부에 위 도면들에 보여진 바와 같은 파형을 적용하는 방법을 도시한 도면.
도19는 도전성 액체의 욕조를 사용하여 인간 신체, 그의 일부 또는 그외 다른 물질에 위 도면들에 보여진 바와 같은 파형을 적용하는 방법을 도시한 도면.
도20은 상처 치료 목적으로, 도전성 전극과 도전성 드레싱(conductive dressing)을 사용하여 인간 신체 또는 그 일부에 위 도면들에 보여진 바와 같은 파형을 적용하는 방법을 도시한 도면.
도21은 이산 집적회로 타이머 및 시퀀서를 사용하는 본 발명의 일반화된 전기적 구조를 도시한 도면.
도22는 마이크로제어기 또는 마이크로프로세서를 사용하는 본 발명의 일반화된 전기적 구조를 도시한 도면.
도23은 도4에 보여진 형태와 유사한 파형을 형성하는 도시 목적의 단순화된 회로를 도시한 도면.
도24는 도6 및 도16에 유사한 파형을 형성하도록 구조된 본 발명의 두번째 구체적인 실시예를 도시한 도면.
도25는 도24의 회로와 관련된 파형을 도시한 도면.
도26은 도4, 도6 또는 도10에 대체로 유사한 형태의 파형 중의 선택을 제공하도록 구조된 본 발명의 제3실시예를 도시한 도면.
도27은 도26의 회로와 관련된 파형을 도시한 도면.
도28은 도12에 유사하지만 극성의 역전을 또한 포함하는 파형을 형성하도록 구조된 본 발명의 제4실시예를 도시한 도면.
도29는 도28의 회로와 관련된 파형을 도시한 도면.
도30은 대략 지수적으로 감쇠하는 엔빌로프를 갖는 다양한 신호 유형과 지수적 감쇠 곡선을 도시한 도면.
도31은 도30의 하단에 있는 것과 유사한 파형을 형성하도록 구조된 본 발명의 제5실시예를 도시한 도면.
도2는 도31의 회로와 관련된 파형을 도시한 도면.
도33은 도30의 하단의 것과 유사하지만 보다 큰 정밀도와 재현성을 가진 파형을 형성하도록 구조된 본 발명의 제6실시예를 도시한 도면.
도34는 도33의 회로와 관련된 파형을 도시한 도면.
이하의 기재는 본 발명의 실시를 위해 가장 최근에 고려된 형식을 포함한다. 본 기재는 본 발명의 일반원칙을 설명하는 목적으로 이루어졌으나 이에 구속되는 것은 아니다. 여기 언급된 참조의 전체 텍스트는 미국예비특허출원 제60/480,890호를 비롯하여 참조로서 통합된다.
본 발명은 가속화되고 보다 영구적인 치료를 초래하도록 천연 신체 신호에 상응하여 최적화된 생체 전기 신호의 전달을 가능하게 함으로써 선행하는 장치의 단점을 극복한다. 여기 기재된 신호는 고유한 천연 신호에 일치되며, 결과적으로 본발명에 따른 전기 자극이 가해진 조직은 선행 장치로부터의 전기자극에 비해 생리적 스트레스를 덜 받게 된다. 또한 본 발명은 비침습성이고 비용효율적이므로 개인적 개별적 용도를 위한 다양한 적용에 바람직하다.
주요 특징에 따라서 광범위하게 말하자면, 본 발명은 생체의학용에 유용한 전기적 신호를 발생하는 장치 및 방법을 포함한다. 상기 신호는, 주 반복 사이클을 연속적으로 형성하는 복수의 상대적으로 긴 주-타이밍 간격(T1, T2); 상기 주-타이밍 간격들 중 하나 이상이 분할되어져, 당해 주-타이밍 간격의 길이를 통해 지속되는 부 반복 사이클을 연속적으로 형성하는 복수의 보다짧은 부-타이밍 간격(t1, t2), 상기에서 주-타이밍 간격들 중 다른 하나 이상은 분할되어지지 아니함; 및 하나가 각각의 주 또는 부-타이밍 간격 동안 또는 상기 간격이 분할되는 경우라면 상기 간격 내 각 부-타이밍 간격동안 선택되는, 복수의 일정한 전압 또는 전류 레벨들(L1, L2)에 기반하여, 준-수직파(일반적으로 수직형이나 전형적으로는 다소 왜곡된 파)의 간헐적 폭발로 구성되는 파형을 포함한다. 연속된 타이밍 간격 동안 선택되는 일련의 정류 또는 정압 레벨은 파형을 포함하는데; 주어진 주-간격동안 선택되는 레벨의 평균 크기는 그 간격 내 신호 진폭을 결정하며; 잇따라 취해진 모든 주-간격내 신호 진폭은 상기 파형의 엔빌로프를 포함한다.
상기 장치는 주-타이밍 간격(T1, T2)을 형성하는 주-타이밍 블록; 부-타이밍 간격(t1, t2)을 형성하는 부-타이밍 블록; 상기 간격들을 조합하여 상기 간격간의 예비결정된 관계를 갖는 방출 신호로 만드는 상호연결블록; (상기 장치로 처리될 조직과 같은) 로드로 상기 방출 신호를 전송하는 방출 블록; 배터리 팩; 임의적으로, 상기 방출 신호로부터의 비바람직한 주파수 성분을 제거하는 필터; 및 예비결정된 특성을 갖는 복수의 방출 신호들로부터 선택하는 조절블록을 포함한다. 상기 주 및 부-타이밍 블록은 따로 또는 동시에 가동될 수 있으며, 후자의 경우 상기 주-타이밍 블록은 부-타이밍 블록에 의해 유도되어 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4, 및 T5), 그리고 주파수 분할에 의해 존재한다면 T6를 형성하거나, 두개의 타이밍 블록 모두가 크리스탈-제어 오실레이터와 같은 공유된 시간 공급원에 의하는 것과 같은 방식으로 유도될 수도 있다.
본 발명을 여기에 제한하는 것은 아니나, 이하의 실시예들에서 일정하게 나타나는바, T1은 복수의 보다 짧은 부-타이밍 간격들로 나뉘어지지 아니하는 "적어도 하나"의 주-타이밍 간격인 것으로 간주될 것이며; L1은 T1 동안 유지되는 전압 또는 전류의 일정 레벨으로; T2는 그와 같이 하위분할되는 "적어도 하나"의 주-타이밍 간격으로 간주된다. 뒤이은 주-타이밍 간격들, T3, T4, 및 있다면 그외 기타 등은, 각 개별 실시예에 기술되었듯이, 그와같이 하위분할되거나 그러지 아니할 수 있다.
각 주-사이클동안, 신호는 주-간격(T1) 전체에 걸쳐 주-진폭 레벨(L1)을 가지며, 그 다음 T2가 하위분할되어진 간격(t1, t2)으로 형성된 부-사이클 동안 복수의 레벨(L2, L3)(또한 임의로는 L1을 포함할 수 있음)이 연속하여 나타낸다. 다음 주-간격(T3, T4) 및 있다면 그외 기타 등은 그후 T2의 방식으로 아니면 T1의 방식으로 부-사이클을 각각 갖는다.
반대의 기술이 없는한, 여기에 사용되는 용어 "선택(select)"과 이의 변형들은 회로 제어하의 선택범위를 언급하는 것이다. 또한, 여기에 사용되는 "선택(chose)" 및 이의 변형들은 직접적 인간 제어하에서의 선택범위를 언급한다.
편의를 위해, 전파 전송의 초기 진폭-변조 고안과 유사하게, 복합 파형에서의 부-사이클은 캐리어 파로 생각될 수 있고 주-사이클은 특징화된 반복 엔빌로프를 갖는 캐리어 파를 변조시키는 신호로 여겨질 수 있다. 두개의 주-간격이 서로 다른 속도로 진행하는 부-사이클을 포함하는 경우, 확장에 의해, 이들은 서로 상이한 두개의 캐리어 주파수로 여겨질 수 있다.
본 발명의 중요한 특징은 방출이 한쌍의(또는 임의로 다수의 쌍의) 방출 핀 또는 기타 커넥터들 사이의 유동하는, 차등 전압 또는 제한 전류로 나타난다는 것이다. 따라서, 상기 방출 신호는 단순한 피부 접촉 전극을 통하거나, 도전성 상처 드레싱을 통하거나, 다른 목적으로 이미 이식되어 있는 도전성 장치(금속 뼈 고정 핀 또는 전기적 도전성 카테터 등)를 통하거나, 피부 또는 기타 조직과 접촉된 도 전성 액체의 몸체를 통하거나, 각 개개 경우에 대한 광범위한 융통성을 제공하면서 유사한 도전성 수단을 통해, 신체에 커플링되어질 수 있다. (용어 "도전성"은 여기에서 하기에 설명되듯이 저항성 및 용량성 요소 모두를 포함하는 넓은 의미로 사용된다.)
본발명에 따른 장치는 경량이고, 컴팩트하며, 자체 완비성이고, 제조 및 유지에 비용효율적이고, 장기간의 운반 또는 착용에 편리하다. 특수한 훈련없이 감독되지 못하는 가정에서의 사용에 안전하게, 상기한 바와 같이 신호를 발생시켜 이를 신체에 효율적으로 전달할 수 있다. 단지 낮은 전압과 전류가 사용되기 때문에, 상기 장치는 통상 수 주에 한번만 교체하면 되는 컴팩트하고 저렴한 배터리에 의해 오작동 전력이 제공되는 경우에도 쇼크 위험이 부가되지 아니한다.
방출 신호는 본 발명의 중요한 특징이다. 상기 방출 신호는 연속하여 하나의 주 반복 사이클을 형성하는, 둘 이상, 임의로는 그 이상의, 상대적으로 긴 부-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4 및 또한 T5, 그리고 T6); 하나 이상의 주-간격이 분할되어진, 연속하여 상기한 주-간격의 길이에 걸쳐 지속되는 하나의 부 반복 사이클을 형성하는, 둘 이상, 임의로 그 이상의 보다 짧은 부-타이밍 간격(t1, t2); 및 각각의 주-타이밍 간격 동안 또는 그러한 간격이 부-사이클을 포함한다면 포함된 각 부-타이밍 간격 동안 방출에 제공되는, 복수의 정압 또는 정류 레벨(L1, L2)에 기초한 파형이다. 결과 얻어지는 단계적 파형은 그 후 다양한 유형의 능동 또는 수동 필터들 중 어느 하나를 통과하여 선택된 주파수 영역을 증폭하거나 감쇠시킨다.
주-사이클은 주기적이거나(자동적으로 고정된 간격로 반복) 비주기적일 수 있다(외부의 사건에 반응하여서만 반복). 전자의 경우, 주-간격(T1, T2)의 상대적 길이는 다를 수 있지만, 각각은 하나의 주-사이클과 이웃한 사이클 사이의 길이는 고정되어있다. 후자의 경우, 모든 주-간격은 T1만을 제외하고는 고정된 길이인데, T1은 독자적으로 길 수 있다.
타이밍 간격 T1, T2 등, 및 t1, t2, 등은 하기의 관계를 갖는다.
(a) 50 마이크로초≤(T1, T2, ...)≤30초
(b) 200 마이크로초≤(T1 + T2 + ...)≤120초
(c) 5 마이크로초≤(t1, t2, ...)≤50 밀리초
(d) 10 마이크로초≤(ta + tb + ...)≤0.5 TA
(e) (tx, ty, ...)≤ 2(ta + tb+ ...)
상기에서 주-사이클이 주기적이라면, (T1, T2, ...)은 주-간격 T1, T2, 등 중 어느 하나를 나타내며; (T1 + T2 +...)은 이들 간격들의 합을 나타내는데, 이는 주-사이클의 길이와 같으며; (t1, t2, ...)은 부-간격(t1, t2)중 어느 하나를 나타내며; (ta, tb, ...)은 이들의 하위세트를 나타내는데, 특정의 주-간격 TA내의 부-사이클을 형성하는 것이며; (ta+tb+...)은 간격의 하위세트의 합을 나타내는데, 이는 TA내 부-사이클의 길이와 동일하며; tx 및 ty는 완전한 부-사이클의 의도적 일부가 아니지만 예들들자면 부-사이클을 포함하는 주-사이클의 처음 또는 말단일 수 있는 "표유(stray)" 부-간격을 나타낸다.
환언하면, 각각의 주-간격 T1, T2, 등은 50 마이크로초 내지 30초의 길이를 가질 수 있으나, 합(하나의 완전한 주-사이클)은 200 마이크로초 내지 120 초의 길 이를 가질 수 있으며; 각 부-간격 t1, t2 등은 2.5 마이크로초 내지 50 밀리초의 길이를 가질 수 있으나, (ta+tb+...)의 합(하나의 완전한 부-사이클)은 5 마이크로초 내지 상기 부-사이클이 나타나는 주-간격의 2분의 1의 길이를 가질 수 있으며; 주-간격의 처음 또는 말단의 "표유" 부-간격은 이들의 합이 두개의 부-사이클 길이를 넘지 아니하는 한 존재할 수 있다.
주-사이클이 비주기형일때, 조건 (a)와 (b)는 하기와 같이 변조된다:
(a) 50 마이크로초≤(T2, T3, ...)≤30초
(b) 200 마이크로초≤(T2 + T3 + ...)≤120초
상기에서, (T2, T3, ...)은 주-간격 T2, T3, 등 중 어느 하나를 나타내며, (T2+T3+...)은 이들 간격의 합을 나타내는데, 이는 상기한 바와 같이 독자적으로 길 수 있는 T1을 제외한 주-사이클의 길이에 동일하다. 기타의 모든 관계는 상기한 바와 같다.
둘 이상의 주-간격이 일정한 방출 레벨에서 소비되는 경우, 이들 레벨은 동일할 필요가 없으며, 둘 이상의 주-간격이 부-사이클을 포함하는 경우, 상기 간격들과 그들내 해당 방출 레벨은 동일할 필요가 없다.
(d) 인자는 2 이상의 완전한 부-사이클이 그들을 포함하는 주-간격 동안 나타날 것임을 보장하는 것이며, 실제에서 그 숫자는 수백 또는 심지어 수천까지의 범위일 수 있다.
(e) 인자는 하나 이상의 부-간격이 비정상적으로 길고 짧거나, 심지어 첫번 째 또는 마지막 부-사이클 또는 둘 모두 동안 사라질 수도 있다. 그러나, 첫번째 및 마지막을 제외한 모든 부-사이클은 각각 실질적으로 자신의 특징화된 길이를 갖는 특징화된 간격 모두를 포함한다.
매우 자주, 사라지거나 현저하게 짧아진 간격이 주 및 부-사이클이 따로 진행하는 때 형성되어, 주 전이가 부-사이클 내 시간에 발생할 수 있고 그 결과 주-간격 TA가 정수의 이차사이클을 포함하거나 포함하지 아니할 수 있게 된다. 예들 들어, 부-사이클 "ta, tb, tc, td"을 가지고 주-간격 TA는
"ta, tb, tc, td, ta, tb, tc, td, ta, tb, tc, td"
(세개의 완전한 부-사이클), 또는
"ta, tb, tc, td, ta, tb, tc, td, ta, tb, ty"
(두개의 완전한 사이클과, 짧아진 tc를 나타내는 ty를 포함하여 세번째에 단속된 일부)를 가질 수 있다.
장애된 주-간격 이후 부 주파수 생성기가 재개되는때 주-간격 내 첫번째 부-간격은 또한 비정상적으로 길거나 짧게 나타날 수 있다. 도23, 도24 및 도28에 보여진대로 조성된 주파수 생성기의 경우, 그러한 왜곡된 간격은 전형적으로 정상보다 약 4분의 1 더 길 것이며, 한편, 도31에서와 같이 조성된 생성기의 경우에는, 정상보다 약 3분의 1 더 짧을 것이다. 예들들어, 2-단계의 부-사이클은 "tx, tb, ta, tb, ta, tb..."로 시작될 것이며, 상기에서 tx는 개시 과도 전류(startup transients)에 의해 길어지거나 짧아진 ta를 나타낸다.
왜곡된 간격 또는 불완전 사이클의 일부는 (e)의 목적에 대한 "포유 (strary)"로 간주되며, 주어진 주-사이클 내에서 총합은 상기 부-사이클 길이의 두배 정도일 것이다.
주어진 주-사이클을 구성하는 간격들은 모두 공칭적으로 동일하거나 그러하지 아니할 것이다. 그러나, 바람직하게는, 그러한 두개 간격 TA 및 TB 만이 존재하는때,
(f) 2TA≤TB≤20TA
이며, 상기에서 TA는 T1이고 TB는 T2, 또는 그 역이다. 이는 작업량 사이클이 66% 내지 95%인 비대칭적 주-사이클을 생성한다.
유사하게, 주어진 부-사이클을 형성하는 간격은 모두 동일하거나 그러하지 아니할 수 있다. 그러나, 바람직하게는 단지 두개의 그러한 간격 t1 및 t2가 존재하는때에는,
(g) 2t1≤t2≤20t1
이다. 이는 작업량 사이클이 66% 내지 95%인 유사하게 비대칭적인 방출 파형을 만드는 비대칭 부-사이클을 생성한다.
몇몇 경우에, 각 사이클 동안의 경과시간 보다는 반복 주파수 면에서 파항의 몇몇 양상을 기재하는 것이 편리할 수 있다. 따라서, 우리는 하기와 같이 정의한다:
(h) Fp=1/(T1+T2+...)
(i) FA=1/(ta+tb+...)
(j) Fmax= FA, FB, ...중 최고값
상기에서, Fp는 주-사이클 주파수를 나타내며, FA는 주어진 간격 TA 내 부-사이클 주파수를 나타내며, Fmax는 주-사이클의 일정 부분동안 존재함으로써 캐리어 주파수를 형성하는 가장 높은 부-사이클 주파수를 나타낸다.
일정한 전압 또는 전류 레벨(L1, L2)은 전형적으로 차등전압 레벨으로서 처음 발생되는데, 이는 그후 전류의 레벨으로 변형될 수 있다. 바람직하게는, 배터리 전력을 유지하기 위해, 그러한 전류로의 변형이 각 타이밍 간격에 대한 전압 레벨의 선택 이후에만 이루어지는데, 그 결과 각각의 시간 기간동안 선택되지 아니한 레벨은 어떠한 전류도 소비하지 아니하게 된다. 보다 바람직하게는, 방출 파형을 비롯하여 상기 장치내 모든 전압은 -42.4 볼트 내지 +42.4 볼트의 범위내에 있게 되는데, 그럼으로써 "안전성 극저레벨 전압"이라는 IEC 950 규정을 만족시키게 된다. 유사하게, 어떠한 방출 전류이든 바람직하게는 -10.0 밀리암페어 내지 +10.0 밀리암페어 내에 존재하게 되는데, 이는 ANSI/AAMI-1985에 의해 규정된 바 인간 신체에 안전한 적용을 위한 수치이다.
본발명의 영역 내에 포함되는 다중의 상이한 파형들을 기재하는데 있어 일관성을 위해, 하기하는 규약들이 전류 또는 전압 레벨(L1, L2)을 라벨링하는데 사용될 것이다.
L1은 T1 전체에 존재하는 일정한 전압 또는 전류 레벨에 해당할 것이다. L1은 주-사이클 내 어떠한 시간에서도 나타나는 가장 큰 양성의 전압, 가장 음성의 전압이거나, 이들 한계 사이 어떤 중간적 전압일 수 있다. 후자의 경우 L1은 바람직하게는 위 한계치 사이의 중간쯤에 존재하는데 이는 0의 전압 또는 0의 전류를 나타낸다.
L2, L3, 등(적용가능한 한 많이)은 T2 내의 부-사이클에 나타나는 레벨들일 것이다. L1은 또한 이 사이클에 존재할 수 있음에 유의하라. 다음 주-간격 또는 부-간격에 첫 번째로 나타나는 레벨은 동일한 방식으로 연속적으로 번호가 매겨질 것이다. 대부분의 경우, 단지 세개의 레벨 L1, L2, 및 L3이 요구된다.
일반적으로 기본 파형이 미국특허 제6,535,767호에 기재되어 있는데 이는 도4에 보여져 있다. 여기에서, 상기 파형은 각각 80, 82, 및 84로 지시된 세개의 주-간격(T1, T2, T3)과, 각각 90, 92, 및 94로 지시된 세개의 방출 레벨(L1, L2, L3)을 포함한다. 부-사이클은 T2내에 나타난다. 부-간격은 단독으로 라벨되어지지 아니하며 기술의 목적으로 비전형적으로 부-사이클의 작은 숫자가 붙여질 것이다.
시간의 흐름은 좌에서 우 방향인데, 수직 바 96a와 96b는 두개의 연속된 사이클 각각에서 T1의 시작점을 나타내며, 그 결과 그들 사이의 간격은 하나의 완전한 사이클을 나타내게 된다. 실선 98은 방출을 나타내는데, 이는 T1 동안 레벨 L1에서 일정하게 유지되며; T2 동안 부-사이클을 겪게 되는데, 여기에서 이는 t1 동안의 레벨 L2와 t2 동안의 L3 사이에서 교대하며; 다시 T3 동안 일정하게 유지되는데, L1이 아닌 L3에서 유지된다. T3의 마지막에, 상기 사이클은 다시 T1으로 시작되고 방출에서는 일정한 L1으로 다시 바뀐다. 이러한 파형, 이를 생성하는 수단 및 이용가능성에 대한 보다 상세한 사항은 미국특허 제6,535,767호에서 확인할 수 있을 것이다.
넓게 말하자면, 본 발명은 3-단계 파형을 네 개 이상의 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4) 및 있다면 그외 등으로 구성되는 주-사이클로 연장시켜, 통상 도5에 지시선 100으로 지시된 바와 같이, 연속하여 반복되는 주-사이클; 하나 이상의 다른 주-타이밍 간격은 분할되어지지 아니하는 한편, 하나 이상의 상기 주-타이밍 간격이 분할되어져, 길이를 통해 계속하여 반복하는 부-사이클을 형성하는, 2 이상의 상대적으로 짧은 부-타이밍 간격(t1, t2); 하나는 분할된 주-간격내 각 부-간격 동안 또는 분할되지 아니하는 경우라면 주-간격의 전체 동안 선택되는 복수의 실질적으로 일정한 전압 또는 전류 레벨(L1, L2); 통상 102로 지시된 가능한 신호 진폭 레벨의 결과 영역; 및 각각 하나의 주-타이밍 간격에 대한 수직 단계들로 구성된 엔빌로프 104를 형성한다.
각 신호의 진폭은 A.C(시간 변이적) 및 D.C(시간 불변적) 둘 모두로 구성되는데, 엔빌로프 104의 각 단계에서 각각 두개의 수평선 사이의 거리와 이들 사이 중간점으로 표시된다. D.C 진폭은 가장 편리하게는 각 주-타이밍 간격 내 전압 또는 전류의 시간의 평균으로 표현되며, A.C 진폭은 위 평균과 전압 또는 전류의 순간 편차의 제곱평균제곱근(RMS) 값으로 표현된다:
D=1/TA*Int(TA)Q(t)dt
A=Sqr(1/TA*Int(TA)(Q(t)-D)2dt)
상기에서 D는 D.C 성분이고, TA는 주어진 주-타이밍 간격이며, Q(t)는 시간 함수로서 상기 간격 동안의 전압 또는 전류이며, A는 A.C(RMS) 성분이고, "Int(TA)...dt"는 TA 전체 길이에 걸쳐 얻어지는 시간에 대한 정수값을 나타내며, "Sqr"은 제곱근 함수를 나타낸다.
주-타이밍 간격 동안의 영이 아닌 A.C 진폭은 부-사이클의 존재로부터 얻어진다. 엔빌로프 104의 단계들 내의 수직 해칭(vertical hatching)은 상기 부-사이클 내의 어떤 특정의 시간을 지시하는 것으로 의미되지 아니하며, 단지 그러한 사이클이 상기 단계 내에 존재하고 결과 영이 아닌 A.C 진폭을 형성한다는 것이다.
부-사이클로 하위분할되어지지 아니하는 주-간격에 있어서, 전압 또는 전류는 전체적으로 균일한 값을 유지하는데 그 결과 A.C 진폭은 영이 된다. 유사하게, 양성 및 음성 전압 또는 전류의 합이 같은 경우, 각각이 상쇄되어 D.C 성분이 영이 된다. 그러한 파형은 "전하 평형"되었다고 일컬어진다.
주-타이밍 간격 길이들 및 이들 각각 내의 신호 진폭들 중 적당한 선택을 함으로써, 엔빌로프(104)는 임의 곡선형 엔빌로프(106)로 제안되는 바와 같이 주기적으로 또는 비주기적으로 반복하는 실제의 수학적 함수를 모방하여 형성될 수 있다. 모방이 본발명의 영역내에서 이루어진 실제 엔빌로프의 예로는 사인형 "간섭" 엔빌로프(108), 감쇠하는 지수형 엔빌로프(110), 대칭 반복 펄스-트레인 엔빌로프(112), 교대하는 극성의 역전을 갖는 비대칭 반복 펄스-트레인 엔빌로프(114), 및 전하-균등화 간격 118을 갖는 비대칭 반복 펄스-트레인 엔빌로프(116)이 있다. 이중 마지막 예는 도4에 보여진 파형에 균등한 것이며 해당 텍스트에서 논의된다.
본 발명의 또 다른 특징은 필터인데, 이는 임의적으로 원하는 전이 이력을 형성하는 선택된 레벨보다 높은 주파수를 차단하거나 외부 고주파수 신호 공급원에 의한 간섭을 예방한다. 바람직하게는, 이러한 레벨은 대략 10 Fmax이다. 예들들여, 상기 필터는 병렬 커패시턴스(shunt capacitance), 레지스터 네트워크 (resistor network), 전압-제어 전류 공급원, 또는 동시에 전이속도를 느리게하면서 제어하고, 약 10 Fmax 이상의 방출 주파수 성분(또는 그외 다른 선택된 주파수)을 약화시키고, 외부 전파-주파수 신호에 의해 작용화된 회로으로 간섭을 방해하는 기타의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 동시에, 상기 필터는 방출로부터 D.C 성분을 방해하거나, 변환기를 통해 전압의 단계적 상승을 제공하거나, 둘 모두를 할 수도 있다.
본 발명의 또한 다른 특징은 이중의 타이밍 블록을 사용한다는 것인데, 각각은 임의로 다단계 시퀀서를 포함하며, 선택된 특징을 갖는 방출 파형을 생성하도록 조합될 수 있는 파형을 발생시킨다. 본 발명의 바람직한 구체예에서 상기 타이밍 블록들 중 하나는 시퀀서에 의해 제어되며 상기 시퀀서는 다른 타이밍 블록에 의해 유도된다: 즉, 부-타이밍 간격(t1, t2)을 발생시키는 상기 블록의 방출은 "켜짐", "꺼짐"이 되거나, 상기 시퀀서의 방출 상태에 따라 서로 다른 시간 특성을 가질 수 있다. 그러한 서로 다른 시간 특성은 예들들어, 각각이 시퀀서 방출에 따라 회로 내로 또는 밖으로 스위치되도록 하면서 복수의 대체 성분 값을 부-타이밍 블록에 통합시킴으로써 발생할 수 있다. 이는 방출 신호를 형성하는 회로를 형성하는데, 상기 신호의 특징-주파수, 작업량 사이클, 진폭-은 광범위하게 특정의 성분의 선택과 그들이 상호 연결되는 방식에 의해, 놀랄만큼 단순한 총 회로 구조를 가지고, 결정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 보편적인, 바로 이용가능한 저-전압 배터리를 안전하고 편리한 전력 공급원으로 상기 장치에 사용한다는 점이다. 본 발명이 (적합 한 어떠한 어뎁터의 추가를 가지는) AC(교류) 전력 공급원을 사용할 수 있는 반면, 장치의 사이즈와 무게를 감소시킬 뿐만 아니라 환자가 처리를 수행하는데 안전하고 용이하기 때문에 배터리 전력이 바람직하다. 전형적으로, 상기 배터리는 드문 간격에서 교체되어야 하는데(통상 수 주마다 한번정도이며, 이는 방출 신호 및 특정의 적용상태에 의존한다), 이때, 환자의 응낙을 간소화시키고 작동 비용을 감소시킨다. 치료요법 효과를 생성하는데 요구되는 만큼의 단지 낮은 전력 레벨이 신체에 적용된다. 그러므로 본 발명은 오작동의 경우에도 전기 쇼크 위험을 만들지 않을 수 있으며 그럼으로써 감독되어지지 않는 가정에서의 사용에 적합하다.
본발명의 또 하나의 다른 특징은 다용성이다. 상기 장치는 선택가능한 타이밍 간격, 방출 전압 또는 전류 레벨, 및 통합 엔빌로프를 갖는 방출 파형을 생성하도록 또는 이들의 다수 중에서 다양한 생리적 요구에 부응하도록 선택이 가능하도록 용이하게 구성될 수 있다. 위에서 확인되듯이, 조직은 다양한 방식으로 반응하여 다양한 신호 주파수에 대해, 순수한 AC 신호에 대해, 또는 과부하된 양성 또는 음성 DC 성분를 갖는 AC 신호에 대해 반응할 수 있다. 유사하게, 도3에서 보여지듯이, 서로다른 전류밀도에서 서로다른 효과가 나타날 수 있다.
조정 가능한 출력신호를 구비한 장치는 고정된 출력을 가진 것보다 다양한 용도가 있다는 점에서 유용하다. 반면에 의학 교수는 그들의 환자들이 이용하도록 고정된 출력이나 오직 크기만을 조정가능한 출력을 구비한 것을 선호한다. 기타 기술된 실시예가 조정할 수 없는 것임에 비해, 본 발명에 실시예는 사용자가 회전 스위치를 돌리거나 상기에 언급한 다수의 가능한 신호 중 하나를 선택할 수 있는 수단으로 주어진 사용법에 따라 신호의 주파수를 조정할 수 있는 것을 공개한다.
본 발명에 또 다른 특징은 사용 수단으로서의 가능성이다. 본 발명의 회로의 의해서 생성된 신호는 쉽게 인체 또는 동물, 조직 또는 세포 또는 식품 도는 약품에 다양한 침습성 또는 비침습성 전기적 전도체 수단에 의해서 사용된다.
본 발명을 수행하는 최선의 방법에 대한 이하의 기술에서 참조 번호는 부품, 부품 일부, 표면, 또는 지역이 전체적인 출원서에서 추가로 기술되거나 설명되기 때문에 구조 부품, 부품의 부분, 도면의 표면 및 지역을 식별하기 위해서 사용된다. 일치성을 위해서 동일한 번호가 다른 도면에 사용될 때라도 이는 그것이 처음 사용된 동일한 부품, 부분, 표면 및 지역을 나타낸다. 다르게 표시되지 않았다면, 도면은 출원서와 같이 읽어져야 하며 35 U.S.C §112에 의해 요구되는 본 발명의 전체적인 기술의 일부로 여겨질 것이다. 본원에서 사용된 것처럼, 용어" 수평의", "왼쪽", "오른쪽", "위", "아래" 및 이들의 형용사 및 부사 파생어는 특정 도면이 독자쪽을 향하고 있을 때 도시된 구조의 상대적 위치를 의미한다.
본 발명의 목적은 다양한 용도로 사용되는 생체전기 자극에 사용되기 위해 제공되는 장치 및 인간 및 다른 생물 또는 비생물에 사용하기 위한 방법을 같이 제공한다.
상기에 언급한 것처럼, 본 발명의 생체 의학 용도로 사용하기 위해 각각이 연속적인 주요 반복 순환기를 형성하는 다수의 비교적 긴 주요 타이밍 간격(T1, T2) 및 기타 등등; 적어도 하나의 상기 주요 간격은 분할되며 상기 주요 간격의 적어도 다른 하나는 분할되지 않을 동안 주요 간격의 길이를 통해서 계속되는 제2의 반복 순환기의 연속으로 형성되는 다수의 짧은 제2의 타이밍 간격(t1, t2) 및 기타 등등; 및 만약 상기 간격이 제2순화기를 포함한다면 각각의 주요 타이밍 간격 또는 주요 타이밍 간격 내의 각각의 제2타이밍 간격 동안 출력을 나타내는 다수의 일정한 전압 또는 전력 크기(L1, L2) 및 기타 등등에 기반을 둔 다양한 종류의 파형 또는 이들의 결합을 형성하는 것이다. 적어도 2개, 일반적으로는 몇 백의 제2순환기는 각각의 상기 주요 간격 동안 발생한다. 상기 결과적인 계단 모양의 파형은 그 후 선택된 주파수 범위를 강하게 하거나 약하게 하기 위해서 다양한 종류의 능동 또는 수동 필터를 통과한다.
도5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이하 이론에 의해서 충분히 많은 사각 계단으로 구성된 포락선을 구비한 파형은 실제로 어떠한 곡선 기능에도 가깝게 맞추어질 수 있다. 많은 상기 기능들은 실제 사용의 특성을 나타낸다. 상기 실제 세상에서의 기능의 일반적인 예는 두 개의 사인파가 비슷한 주파수 및 크기에서 두 개의 사인함수 포락선이 서로 보강 및 상쇄작용을 하는 간섭을 할 때 생성되는 사인곡선 파형 및; 튕겨진 하프(harp) 선 같은 진동 시스템이 그것의 진동 크기가 타이밍에 따라 부드럽게 감소하도록 에너지를 점차 발산할 때 생성되는 지수함수 파형이다. 다른 것은 신호 생성 처리 또는 전송 분야에서 숙달된 누구에라도 명백할 것이다.
본 발명의 원리에 따라 대략적인 사인함수 포락선의 파형은 전통적인 간섭 전기요법의 주요 특징이 타이밍에 따라 사인파 에너지 분포에 가깝게 되기 때문에 전기요법에 관심이 있다. 상기 요법에서 약간 다른 주파수를 가진 두 개의 사인함 수 신호는 본체에 사용되며 그 내부에서 "간섭"하게 되고 높은 "캐리어(carrier)" 주파수가 변조될 때 낮은 "최고의 주파수"를 생성한다. 상기 캐리어 주파수는 단순하게 두 개의 본래 주파수의 평균이나 "최고의 주파수"는 상기 주파수 사이와 상이하다. 캐리어 주파수는 일반적으로 약 1000에서 10,000Hz 사이의 범위이며, 대략 200KHz 까지의 몇몇의 높은 주파수대 사용이 있기 하지만 4000에서 4500Hz 사이의 주파수가 가장 일반적이며 바람직하다.
본 발명의 이론에 의한 대략적인 제1사인함수 파형은 5개의 주요 타이밍 간격(T1, T2, T3, T4, T5)으로 구성되며 타이밍 간격(T2, T3, T4)은 모두 제2순환기를 포함하는 동안 타이밍 간격(T1, T5)은 각각 일정한 출력 값(L1, L3)에서 소비되어 타이밍 간격(T5)은 이퀄라이징 펄스로서 제공된다. 충천 균형이 다른 수단에 의해서 형성되는 경우 이퀄라이징 펄스는 필요하지 않으며 그 경우 타이밍 간격(T5)은 생략된다.
타이밍 간격(T3)에서의 제2순환기가 타이밍 간격(T2)에서의 제2순환기보다 A.C 크기가 큰 반면 타이밍 간격(T2, T4)내에서의 제2순환기는 타이밍 및 A.C 크기 면에서 비슷하다. 더욱 바람직하게는 타이밍 간격(T2, T4)은 각각 타이밍 간격(T3)보다 짧다. 가장 바람직하게는 타이밍 간격(T2, T4)은 각각 (T1, T5)의 결합한 길이의 대략 두 배이며 타이밍 간격(T3)은 타이밍 간격(T1, T5)의 결합한 길이의 대략 세배이다. 이러한 타이밍 간격의 특정 결합의 이점은 주요 간격 및 이산 전압 또는 이산 전류 레벨의 최소 개수로 사인함수 포락선에 가깝게 되고 그로 인해 큰 잠재적인 회로 단순성 및 효율성을 제공한다는데 있다.
오직 3개의 전압 또는 전류 레벨(L1, L2, L3)을 사용한 준-사인함수 또는 "간접 형식" 파형의 5 단계(또는 T5가 생략된다면 4단계)의 대표적인 예는 도6에 도시됐다. 주요 순환기의 반복 비율은 비트(beat) 주파수를 나타내며 제2순환기의 반복 비율은 캐리어 주파수를 나타낸다. 타이밍 간격(T3)과 관련하여 타이밍 간격(T2, T4) 동안 크기의 감소는 동일한 타이밍을 유지에 의해 달성되나, 더욱 가까운 간격의 전압 또는 전류 레벨 사이에서는 변화시킴으로써 달성된다. 파형의 다양한 변화 중 하나를 도시하기 위해서 타이밍 간격(T4) 내의 제2순환기는 타이밍 간격(T2) 내에서의 제2순환기와 상이한 D.C 오프셋을 가진 것으로 도시됐다.
파형(도7 내지 도16, 25, 27, 29, 30, 32, 34)을 도시하는 도6 및 모든 다른 이하 도면은 도4에서 사용된 동일한 관행을 따르나 이하의 단순성을 구비한다.
(1) 단일한 주요 순환기는 각각의 도면에 도시되었고 도면의 왼쪽 가장자리에서 타이밍 간격(T1)으로 시작하며 오른쪽 가장자리에서 끝났다.
(2) 상기 레벨은 각각의 도면의 상부 및 하부 편평 정점에 의해 명확하게 도시되기 때문에, L1, L2 및 기타 등등을 지칭하는 점선은 서면에 언급되는 경우를 제외하고는 생략되었다.
(3)식별 문자는 그것들이 특별히 서면에서 언급되는 경우를 제외하고는 생략되었다.
연속적인 주요 간격(T1, T2)에서 파형 사이의 상이점 있는 몇몇 경우는 미묘하고 즉시 알아차릴 수 없기 때문에 상기 간격 사이의 분할을 지칭하는 수직의 마름모 선이 모든 도면에 나타나 있다. 각각의 경우에서 파형 그 자체의 모양으로부 터 명백하기 때문에 제2순환기 내에서의 분할은 지칭되지 않았다.
일반적으로, 전압이나 파형 자취가 개요도에서 상기 도시한 선이나 논리 게이트의 출력의 신호에서의 신호를 대표하는 경우, 전압이나 파형 자취는 선이나 게이트로서 동일한 식별 문자가 주어질 것이다. 동일 지점에서 신호에 영향을 주는 상이한 회로 상태 다중 자취는 "a", "b" 및 기타 등등에 의해서 주어지는 동일한 문자로 식별될 것이다. 서면에서 "X"가 모두가 공유하는 공통의 식별문자를 나타내는 경우 전압 X", "신호 X" 또는 상이한 언급은 파형 도면에서의 자취 "X" 또는 개요도에서의 신호 선 또는 논리 게이트 출력" X"에 대응하는 전압 또는 전류를 나타내는 것이다.
또 다른 대표도로 준-사인함수 파형이 도7에 도시됐다. 이는 낮은 크기 또는 도6의 간격(82a, 82c)와 대응하고 각각이 간격(80)에 대응하는"고요" 또는 "신호 비존재" 주기의 길이를 초과하는 "입장(step-in)" 또는 "퇴장(step-out)" 주기 면에서 상이하다. 바람직하게는"고요", "입장" "전체 신호" 및 "퇴장" 주기는 1:2:3:2의 비율로 지속하는 것이 좋다. 결과는 최고치와 수학적으로 순수한 싸인 함수의 평균치(1.57)과 매우 비슷한 평균 전압 또는 전류(1.60)의 비율 및 최고치와 순수한 싸인 합수값과 동일한 R.M.S 전압 또는 전류(1.414)에 비율이다. 파형의 대칭성 때문에, 이퀄라이징 펄스는 필요하지 않다.
또 다른 대표적 4단계에서 준 사인함수 파형은 도8에 도시됐다. 이는 간격(T3)동안에 높은 평균 크기가 간격(T2, T4)에서 사용된 것보다 추가적이고 높은 전압 또는 잔류치 사이에서의 교환으로 달성된다는 점에서 이전 것과 상이하다.
본 발명에 따른 추가적인 파형은 어떠한 상수의 주요 간격을 포함하고 주요 간격 각각의 사이에서(제1주요간격은 제외) 어떠한 정수의 제2간격을 포함한다. 예를 들어, 시간에 따른 사인 함수 에너지 배분의 좀더 정확한 에뮬레이션(emulation)은 많은 주요 타이밍 간격을 사용하여 달성된다: 3개 이상의 일정한 전압 또는 전류 레벨 사이에서의 선택이나 제2순환기 내에서 변화하는 의무 순환기 중 하나에 의해서나 도9에 도시한 바와 같이 상기 접근의 결합에 의해서 달성된다.
일반적으로, 상기 파형은 주요 타이밍 간격(T1. T2, T3) 및 기타 등등의 짝수(P), 제2타이밍 간격(t1, t2, t3) 및 기타 등등의 짝수(S) 및 전압 및 전류 레벨(L1, L2, L3) 및 기타 등등의 홀수(Q)로 구성된다.
전압 또는 전류 레벨(L1)은 나머지 레벨(L2, L3) 및 기타 등등이 대략 동일한 크기를 가지나 반대 부호인 짝을 형성하는 동안, 0볼트 또는 전류 레벨로 가까워진다. 상기 짝의 숫자는 각각 LX 및 LY로 각각 나타내어질 것이다. 도6 및 도7에서 도시한 것처럼 하나의 짝이 있을 수 있고 도8 및 도9에서 도시한 것처럼 하나 이상의 짝이 있을 수 있다. 좀 더 넓게 간격을 둔 짝의 사용은 더 큰 신호 크기를 얻게 한다.
짝수(S)는 어떤 정수여도 되나 바람직하게는 제2타이밍 간격(t1, t2, t3, t4)를 산출하는 4인 것이 좋다. 간격(t1, t3)은 간격(t2, t4)처럼 바람직하게는 동일하나 간격(t1, t3)은 간격(t2, t4)과 동일할 필요는 없다. 레벨(L1)이 간격(t2, t4) 동안 선택되는 동안 영이 아닌 레벨(LX)은 간격(t1) 동안 선택되고 그것의 짝 LY는 간격(t3) 동안 선택된다. 이는 의무 순환기를 형성하는 4개의 간격을 발생하고
DC=(t1+t3)/(t1+t2+t3+t4),
이는 0부터 100%까지 어떠한 값이라도 가질 수 있다. 의무 순환기의 증가는 더 큰 신호 크기를 발생시킨다. DC=0에서, 간격(t2, t4)은 소멸하고 신호는 LX 및
LY 사이에서 교대로 발생하는 사각파가 된다.
대안으로는 좀 더 높은 신호 강도를 획득하기 위해서 바람직하게는 간격(t1, t3) 동안에 선택된 하나의 대칭적인 레벨 짝의 숫자(LX, LY) 및 간격(t2, t4) 동안에 선택된 또 다른 짝(LX', LY')을 갖는 것이 좋다. 비록 0 값의 의무 순환기가 LX'와 LY' 사이에서 변하는 사각파를 나타내고 100% 의무 순환기가 LX와 LY의 사이에서 변하는 것을 나타내지만 이는 또다시 0에서 100%의 범위의 의무 순환기를 형성하는 4개의 간격을 발생한다. LX 및LY의 크기는 LX' 및 LY'의 크기보다 크다고 가정하는 경우 또다시 순환 주기의 증가는 좀 더 큰 신호 크기를 발생시킨다.
주요 타이밍 간격(T1, T2, T3) 및 기타 등등 동안 신호 크기가 최대치가 되는 N=(P/2)+1인 특유한 레벨(TN) 값이 있다. 상기는 T2 및 TP는 T2 및 TP는 비교적 작고 T은 상수 L1이 선택되었기 때문에 0이 될 때까지 TN+1 및 TN-1보다 작고 TN+2 및 TN-2 기타 등등보다 훨씬 작다. 도9에 도시한 것처럼 타이밍 간격 및 신호 크기 양자는 대략 사인함수 모양에 가까이 되도록 선택되는 동안 신호 크기는 제2순환기 동안 교대로 일어나는 신호 레벨(L1, L2) 및 기타 등등의 결합을 변화시킴으로써 그것의 교대의 의무 주기를 변화시킴으로써 또는 상기 수단의 결합을 변화시킴으로써 선택된다.
상기 주어진 예는 본 발명의 목적은 유사한 포락선을 모두 구비할 필요가 있는 것이 아니라 비슷한 수단이나 비슷한 회로에 의해서 달성가능한 출력 신호의 최고 범위를 제공하는 것이기 때문에 준 사인함수 형태의 신호에 대한 본 발명의 범위의 제한으로서 해석되지는 않아야 한다.
비-사인함수 포락선의 하나의 예는 도4에 도시됐다.
상기 비-사인함수 신호의 또 다른 종류는 근육 자극 또는 근재교육을 사용하여 발견될 수 있는데 이는 일련의 짧지만 높은 강도의 펄스가 휴지기와 함께 교대로 발생하고 그것이 교대로 근섬유의 수축 및 이완을 발생시키는 것이다. 상이한 응답 발단이 있어서 상이한 에너지를 갖는 충격 또는 파열에 제일 잘 반응하는 상이한 근섬유 및 근섬유를 공급하는 신경이 잘 알려져 있다. 파열 길이 사이에서 비슷하게 변화된 간격과 함께 몇몇의 상이한 파열 길이를 포함하는 주요 순환기의 파형은 단일한 길이 및 간격을 갖는 것에 비해서 더욱 효과적이다. 도10은 5개가 일치한 제2순환기를 가지나 길이는 변하는 10개의 주요 간격을 사용한 상기 파형의 예를 도시한다.
상기에 언급한 비-사인함수 신호의 또 다른 예는 최고 강도로 빠르게 상승한 후에 시간에 대해 선형, 지수함수형 또는 다른 형식으로 감소하는 펄스된 시호이다. 지수적으로 감소하는 특징이 있고 강도 변화를 달성하는 제2순환기 내에서의 변화하는 타이밍 간격을 사용하는 것과 유사한 6단계 파형은 도11에 도시됐다. 상기 신호는 주기적(자동으로 반복)이거나 비주기적(버튼을 누르는 것과 같이 외부적 사건에 의해서 유발될 때만 발생)이다. 예를 들어, 사용이 진행되는 물질에서 주 요 순환기는 전극이 음식물, 음료 또는 다루어지는 약물의 본체와 충분한 접촉을 형성하는 순간에 시작된다. 신호가 비주기인 경우 간격(T1)은 임의의 길이를 갖는다. 이는 도29에 첨부되는 서면에서 추가로 설명된다. 비-주기 신호의 또 다른 예는 도12에 도시된 것이다. 이는 상이한 캐리어 주파수를 나타내는 상이한 제2순환기를 포함하는 간격(T2, T5)을 제외하고 도4에 도시된 파형의 단순한 이중 형식이다. 이러한 형식의 파형은 상이한 주파수에서 최상으로 반응하는 고통 구제 생화학 채널로 알려진 두 가지를 교대적인 자극함에 의해서 고통 구제에 사용된다. 자세하게는 2에서 4Hz 사이의 자극은 길게 지속되는 무통각증을 생성하는 것으로 보이나 천천히 개시되며; 100에서 200Hz 사이의 자극은 빠르게 개시되고 짧게 활동하는 무통증을 생성하며; 두 가지 종류의 자극이 교대되는 동안 각각은 수초동안 지속하며 무통각증이 빠르게 개시되고 오랫동안 지속하도록 두 가지 메커니즘 모두를 활성화한다.
만약 하나의 주요 순환기의 길이에서 출력에서의 양 및 음의 전압 또는 전류의 시간 평균이 0이라면, 상기 기술되고 본 발명의 원리에 따른 일반적인 형식의 파형은 본질적으로 출력이 순 0 직류전류 레벨을 나타내는 균형 잡힌 전하이다. 이는 몇몇의 방법에 의해 달성된다. 예를 들어, 출력은 직류 전류를 차단하는 출력 네트워크를 통과하여 지나게 될 수 있다. 대안으로는 양 및 음 신호 간격은 동일한 양의 시간이 직류 전류의 값이 최소화된 각각의 상태에서 소비 되도록 균형 잡힐 수 있다. 상기의 접근은 결합할 수도 있다. 예를 들어, 도4의 파형을 생성하기 위해 미국 특허 #6,535,767에서 기술된 장치는 다른 남아있는 비균형이 출력 필터에서 직류 전류 차단 직렬 커패시터에 의해 조정되는 동안, 간격(T3)동안 출력에 존재하는 상수 레벨(L3)은 부분적으로 간격(T2)동안 제2순환기의 비대칭성에 의해서 발생된 순 비-제로 출력을 상쇄한다.
다른 사용법에서는 예를 들어 이온 삼투요법(음 이온이나 수소화된 알카로이드 같이 생체에 작용하는 이온의 피부나 다른 조직을 통한 전송) 또는 세포 전기 주성을 통한 상처 치료의 가속에서 교대로 변화하는 전류 파형인 주제에 부가된 제어된 직류 전류 레벨을 소개하는 것이 요구됐다. 이는 직렬 커패시터같이 요구되는 직류 전류 신호를 차단하는 다운스트림(downstream) 성분을 제거하는 동안 양 및 음 간격에서 소비되는 시간을 불균형하게 하여 하나의 극성이 우세하게 함으로써 간단하게 수행된다.
상기 고의로 불균형하게한 파형은 도13에 도시됐고, 도면부호(120)는 영 전압 또는 전류의 레벨(L1)을 나타내며, 도면부호(122)는 양 레벨(L2), 도면부호(124)는 크기는 동일하나 음 레벨(L3)을 나타낸다. 간격(T2) 동안의 간격(t1, t2) 사이의 차이는 요구되는 전하 불균형을 소개한다. 이는 상기에 도면4에서 도시한 파형이나 균형 전하 간격(T3)이 제거되었다.
대안으로는 파형은 0 값 근처에서 극성 비대칭을 형성하게 함으로써 고의로 불균형하게 될 수 있다; 가장 단순히는 상기 언급된 것처럼도면 부호(120)는 영 전압 또는 전류의 레벨(L1)을 나타내며, 도면부호(122)는 양 레벨(L2)을 나타내나 음 레벨(L3)은 존재하지 않는 도14에서 도시된 것처럼 주어진 극성(양 또는 음)의 모든 값을 제거함으로써 달성된다.
가속된 신경 재생 같은 또 다른 사용예에서는 비교적 긴 주요 순환기의 선택된 일부에서는 불균형한 전하이나 전체적으로는 순환기에 걸쳐 균형된 전하 신호를 사용하는 것이 유리하다는 것이 발견된다. 도15는 간격(T2, T4)이 불균형한 전하 신호의 간격을 나타내는 반면 간격(T1, T3)은 0 전압 또는 전류의 간격을 타나내는 상기 주요 순환기를 도시한다. 간격(T2)과 간격(T4)은 길이는 동일하고 극성은 반대여서 전 주요 순환기에 걸쳐 전하가 균형잡혀 남아있게 된다. 최상의 신경 성장은 예를 들어 간격(T2, T4)은 바람직하게는 각각 10에서 60분 사이의 길이인 것이 좋고 간격(T1, T3)은 각각 실질적으로 그보다 짧은 것이 좋다.
본 발명에 원리에 합치하는 많은 추가적인 파형은 회로 설계 또는 파형 분석의 분야에서 능숙한 사람이라면 누구나 명백하다.
기술한 바처럼 계단모양의 전압 또는 전류의 형태로 생성된 상기 파형은 어떠한 것이라도 그 후 선택적으로 선택된 주파수 성분을 약화시키는 저항-커패시터 네트워크 또는 연산 증폭기 통과 필터, 출력 전압을 올리거나 가능한 누설 전류에 대한 (분리를 제공하는 적절하게 구동되는 회로를 구비한) 변환기 또는 출력으로부터 직류 전류를 차단하는 직렬 커패시터 같은 능동 또는 수동 소자의 네트워크를 통과할 수 있다. 예를 들어 도16은 약간의 시간(Fmax)보다 높은 직류 전류 및 주파수 성분 모두를 차단하도록 설계된 필터를 통과한 후의 도7의 파형을 나타낸다.
상기의 기술된 파형들처럼 어떠한 파형에서도 주요 간격(T1, T2) 및 기타 등등, 제2간격(t1, t2) 및 기타 등등 또는 전압/전류 레벨(L1, L2) 및 기타 등등처럼 하나 이상의 파라미터가 치료 동안 또는 연속적인 치료 사이에서 변화하는 것이 바 람직하게 발견된다. 예를 들어, 간격(t1, t2) 및 기타 등등이 조절된 간섭 자극은 바람직하게는 그것들 사이의 비율이 유지되고, 변화하기 쉬운 사용자의 피부 임피던스를 상쇄하는 상이한 캐리어 주파수를 형성하도록 함께 있는 것이 좋고, 간격(T1, T2) 및 기타 등등이 조절되는 동안 상이한 조직 치료 과정을 활성화하는 효과적인 비트 주파로 변경되도록 함께 있는 것이 바람직하다. 유사하게 사용된 전압 또는 전류(L1, L2) 및 기타 등등 사이의 기간은 치료 또는 다양한 조직의 상이한 최적 전류 강도 하에서 변화하는 조직 절단부를 상쇄하기 위해 변화될 수 있다.
상기의 기술된 파형으로 치료 가능하다고 믿어지는 상태는 골절, 골다공증, 급성 고통, 만성 고통, 종기, 단순 염증 및 힘줄 같은 것의 염증 질환(수근관 증후근 및 다른 반복적인 스트레스 손상을 포함하는)을 포함하나 이에만 한정되지는 않는다. 다양한 조직 종류 및 외상 또는 당뇨병 같은 퇴행성 상태로부터의 결과를 포함하는 상처의 증진된 치료는 치료 동안 보여질 수 있다. 그러나 타이밍 간격 및 전압 또는 전류 레벨의 어떤 집합도 상기 상태 모두에(또는 대부분에) 대한 치료에 유용할 수는 없다는 것이 이해되어야 한다.
이론에 얽매이지 않기를 바란다면 적절한 전압/전류 레벨 및 타이밍 간격은 병인이 세포 대사, 분비 또는 복제의 부적절한 비율 또는 불균형 또는 상기 요인의 적절한 수정으로 치료가능한 것에 기인한 다양한 범위의 상태를 치료하는데 사용될 수 있다. 그러므로 각각의 특정한 사용에 대한 최상의 파형 특성은 관찰 및 실험의 적절한 결합으로 제일 잘 발견된다.
본원에서 기술하는 것처럼 본 발명의 주요 의도는 인간 및 동물 환자에 대한 전기요법 치료를 제공하는 것으로, 치료 증진, 고통 또는 만성진통의 완화 및 종기 및/또는 염증의 완화를 포함되나 이것에만 제한되지는 않는다. 그러나 분리된 세포 또는 조직 배양은 또한 전기요법 파형에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 장치가 손상되지 않은 기관에 대한 사용에만 한정될 필요는 없다; 적절한 전기 자극이 세포 대사, 분비 및 복제의 비율을 수정하는 것이 관찰된다. 예를 들어, 분리된 피부 세포는 배양된 조직, 체내 발생 피부 이식 물질의 준비에서 세포 증식 및 식별을 증가시키는 적절한 매체 내에서 선택된 파형으로 치료될 수 있다. 또 다른 예로는 박테리아의 성장은 유전적으로 인간 인슐린처럼 적절한 파형을 사용한 치료로 증진되거나 요구되는 제품의 분비가 증가한 요구되는 제품을 생산하도록 설계된다. 또 다른 예로는 영양물 제품, 음료, 식수 또는 약품 내에서 선택된 기관의 생존 능력 목적에 따라 또다시 선택된 파형을 사용하여 비슷한 치료로 감소될 수 있다.
사용 수단은 본 발명의 또 다른 중요한 특징이다. 달성 가능한 넓은 범위의 치료 신호 파형, 주파수 및 강도는 도전성 피부 접촉 전극; 수화 겔 또는 염분이 적셔진 거즈(gauze)같은 도전성 상처 붕대; 본체 또는 일부가 적셔진 염분 용액 같은 도전성 액체; 목적을 위해 신체의 삽입 되거나 심어지는 뼈 고정 핀 또는 카테테르(catheters) 및 세포 및 배양조직, 음식물, 식수 및 다른 음료 또는 약품과 접촉하도록 놓인 자연물 같은 도전성 물질을 포함하나 이에 제한될 필요는 없는 넓은 범위의 사용 수단에 본 발명이 적합하게 한다.
상기 단락에서 사용된 "도전성"은 금속 전도; 양 또는 음 전하 캐리어에 의 한 반도체 타입 전도; 몇몇의 탄소 충전 플라스틱에서 발생하는 주요 터널링 전도; 예를 들어 소금물 또는 다른 것에서 이온에 움직임에 의한 이온 전도; 일반적인 수용액; 접촉면에서 산화되거나 감소한 이온에 의한 전기 분해 전도; 금속 전도체와 이온 용액 사이의 전도 및 예를 들어 사용된 전압에서 전하가 절연 물질의 얇은 판을 통과하는 전류 재배치에 의해 전하가 전송되는 용량성 전도 현상 중 하나 또는 이들의 결합을 의미한다.
도17은 자극 신호가 TENS(경피성 전기 신경 자극)에서 사용되는 것처럼, 일반적인 피부 접촉 전극(132a, 132b)에 의해 일정 양의 신체 조직(130)을 통하여 자극 신호가 사용되는 본 발병의 사용법을 도시한다. TENS 전극은 비싸지 않고 다양한 모양과 스타일로 사용가능하며 보통 자동 조절식이다. 본 발명에 사용에 있어서 상기 전극은 피부(134) 위에 놓이고 치료될 조직 체적을 포함하여 전류가 전극 사이를 흐르게 하는 방식으로 신호 소스(136)에 의해 구동된다.
일반적인 규칙으로 전류는 각각의 전극에서 그것의 말단 중 하나를 갖는 조직 체적(130) 내에 놓여있는 대략 축구공 모양의 체적(138)에서 주로게 전류를 배분한다. 체적(138)내의 조직은 따라서 가장 효과적인 치료를 받는다. 예를 들어, 골절의 치료에서 전극은 도시된 것처럼 상기 체적의 중앙 가까이에 골절이 놓이도록 피부 위에 위치된다.
도18은 뼈 연장의 목적으로 뼈 성장을 자극하도록 요구되는 치료 방법에 대한 본 발명의 특정한 사용법을 도시한다. 일리자로브(Ilizarov) 및 비슷한 고정 수단을 사용하여 실시되는 상기 치료에서 뼈(150)는 절단됐거나 부러졌고 각각의 부분(150a, 150b)은 그 후 일반적으로 각각 고리 모양의 이음 고리(154a, 154b)인 딱딱한 핀(152a, 152b) 세트를 사용하여 고정된다. 강조하기 위해 이음 고리(154a, 154b)는 실제보다 넓게 도시했다. 이음 고리(154a, 154b)는 회전 가능하게 실로 꿰어진 소매형상부에 의해 연결된 실로 꿰어진 막대처럼 연장가능한 수단(160)에 의해 연결된다. 핀, 이음 고리 및 연결수단은 공통으로 스테인리스 스틸 같은 금속으로부터 주로 만들어진다. 새로운 뼈가 틈새(162) 사이에서 형성됨에 따라 점진적으로 연장하는 수단(160)에 의해서 뼈(150)의 총 길이는 느리게 증가한다.
때로는 그러나 상기 방법은 새로운 빼가 요구되는 만큼 빠르게 틈새를 채우지 아니하거나 새로운 뼈가 알맞게 경화되지 않기 때문에 실패하거나 매우 느려진다. 상기 결과는 영구적인 뼈 유착 불능이나 다시 골절될 수 있는 위험이 있는 다공성 뼈가 된다.
이러한 일반적인 치료법에서, 본 발명은 뼈 재성장을 위한 전기자극을 추가한다. 본 발명의 원리에 따라서 만들어진 신호 소스(166)에 연결된 도전성 피부 접촉 전극(164a, 164b)은 사용된 전류의 일부가 조직을 통하여 흐르지 않고 상기 핀, 이음 고리 및 연결수단을 통하여 흐르고 이로 인해 낭비되기 때문에 핀(152a, 152b)의 여백에 놓이는 경우를 제외하고는 전극 사이를 흐르는 전류가 뼈 내의 틈새를 포함하고 이에 둘러싸인 조직 체적(166)을 포함하는 방식으로 위치된다.
뼈 성장을 자극하고 재성장을 촉진하며 경화를 촉진하는 것으로 알려진 도4에 도시한 것과 같은 파형은 전극을 통하여 소스(166)로부터 사용되며 뼈 틈새를 포함하는 조직 체적을 통과하여 흐른다. 최근의 수행된 실험에서 의도된 완전한 뼈의 연장은 달성되었지만 새로운 뼈는 몇 달 동안 약하게 경화된 채로 남아있고 인접한 오래된 뼈는 고정기의 제거를 방해하는 골다공증이 되었으나 6개월 후에 상기 수단에 의한 자극에 의해서 재시작된 성장으로 치료는 본질적으로 완전해 지었고 상기 핀 및 다른 연장 수단은 제거될 수 있었다.
최근에 이러한 치료 분야의 새로운 개발이 있었다. 이전의 무겁고 X-선 불투과성 금속 이음 고리(154a, 154b)는 보강된 섬유 플라스틱 합성수지처럼 가볍고 전파투과성(의학용 X-ray가 투과하는)이며 전기적으로 도체가 아닌 합성 물질로 만들어진 것에 의해 대체되었다. 예를 들어 오도픽스(Orthofix)사의 쉐필드 릴 고정기는 고정 핀에 대해 방사상으로 위치하고 연장가능한 연결 수단에 대해서는 축 방향으로 위치한 분리된 구멍 집합으로 구멍이 뚫린 상기 물질에 의해서 만들어진 이음 고리를 포함한다.
상기 전기적 부도체 이음 고리가 사용되는 경우에는 한 핀 집합에서 고정기를 통해 다른 핀 집합으로 흐르는 전류를 위한 경로가 존재하지 않는다. 이는 상당한 정도의 자유 또는 대안을 갖고 피부 접촉 전극 배열을 할 수 있게 하며 고정 핀 자체가 전극으로서 자극을 주는 기능을 수행하게 한다.
도19는 본 발명의 또 다른 방법을 도시하고 있으며, 여기서 전극(170a, 170b)은 염화 나트륨(식염)이나 황산 마그네슘(엡섬 소금)이 용해된 하나 이상의 도전성 이온화 소금을 갖는 물 또는 다른 액체(174)가 담긴 튜브나 다른 저장기(172)의 마주보는 내부 표면에 위치된다. 저장기(172)는 바람직하게는 비전도체이 나 배관 부착부 같은 몇몇 부분에서는 도전성이며 이곳을 하나 또는 두 개의 전극 또는 그것의 일부로서 기능하게 한다면 편리하다.
치료될 신체 부분(176)은 도전성 용액에 담긴다. 신체 부분(176)은 일반적으로 치료될 상태에 의해 가장 영향을 받는다. 예를 들어 발바닥 근막염 또는 아킬레스건 염증을 위해서 발 도는 하부 다리는 도시된 것처럼 치료될 수 있다. 전체적인 상황을 위해서는 예를 들어 적절하게 조절된 월풀 욕조를 사용하여 즉시 온 몸을 치료하는 것이 효과적이다.
본 발명의 원리에 따른 적절한 신호는 소스(178)에 의해 생성되고 상기 기술 및 도면에서 묘사된 것처럼 하나의 전극에서 다른 것으로 용액을 통과하며 신체 부분을 적신다. 용해된 소금을 포함한 액체(174)의 저항력은 생체 조직의 저항성과 같은 50 에서 300 옴 센티미터의 범위에 놓여 있는 것이 좋다. 적절한 전극 설계 및 배치에 의해서 실질적으로 용액(174)의 전체 체적은 유동한 강도 레벨에서 전류를 전송시키도록 만들어질 수 있다.
상기 사용법과 동일하거나 단순하게 변경된 것은 세포 또는 배양 조직, 식수 및 기타 음료, 약품, 또는 기타 액체 도는 반액체 물질의 치료에도 사용될 수 있다.
도20은 본 발명의 사용의 또 다른 방법을 도시하며 이는 당뇨병이나 욕창 궤양 같은 만성적 고통을 치료하는데 목적이 있다. 하나의 전극(180)은 전기적으로 도체인 무균 붕대(182) 위쪽 또는 사이에 위치하고 상처 표면(184)에 직접 접촉한다. 전극(180)은 바람직하게는 도면에 도시한 바처럼 상처 표면에 직접 위치되는 것이 좋지만 이것이 불가능한 이유가 있는 경우에는 하나 또는 그 이상의 전극(180a, 180b) 및 기타 등등은 상처에 인접한 곳에 대신 위치된다.
전극(180)(또는 180a, 180b 및 기타 등등)과 붕대(182)는 그 후 바람직하게는 비도전성 붕대(186)인 외부 붕대에 의해 덮인다. 다른 전극(190)은 근처의 건강한 피부위에 위치하고 바람직하게는 실제상황이라면 다리의 반대쪽 면 또는 상처가 위치한 신체부분(192)의 다른 쪽에 위치하여 치료 전류(194)의 배분이 실질적으로 표면(184)을 가로질러 일정하게 된다. 다시 단일 전극의 사용이 불가능하거나 원하는 전류 분배를 주지 못한다면 다중 전극(190a, 190b 및 기타 등등)이 대신 사용된다.
전류(194)는 본 발명의 원리에 의해 만들어진 작은 소스(196)에 의해서 공급된다. 소스(196)는 선택적으로 도면에 도시된 것처럼 외부 붕대 부분(186)에 부착되거나 일부로 만들어질 수 있다.
신호를 생성하기 위한 기구는 본 발명의 또 다른 중요한 특징이다. 본 발명은 간단하게 값싸고 넓게 이용되는 CMOS 통합 회로 소자 회로로 만들어진 본질적으로 동일하고 비교적 간단한 회로를 사용하여 기술된 하나의 신호 또는 신호 결합을 생성한다. 이러한 접근을 사용하여 예를 들면 결합 자극기는 동력으로 작동하는 근육 자극 및 또 다른 선택된 파형을 구비하는 간섭 전기요법의 결합으로 쉽게 만들어지며 비용, 크기, 전력 요구량(배터리의 짧은 수명을 일으키는) 및 만약 마이크로프로세서 기술을 사용하여 실시된다면 동일한 기능을 수행하는데 요구되는 높은 생산 준비 비용의 부담은 없다.
도4 또는 도6 내지 도15에 도시한 것 중 임의의 것을 포함한 본 발명에 따른 파형은 도21의 블록도에서 도시한 것과 같은 장치(200)로 생성될 수 있다. 장치(200)는 제1주파수 생성기(202) 및 주요 간격(T1, T2 및 기타 등등)을 위한 타이밍을 제공하는 선택적인 순차적 스위치(순서기)(204); 제2주파수 생성기(206) 및 제2간격(t1, t2 및 기타 등등)을 위한 타이밍을 제공하는 선택적인 순서기(208); 선택적으로 순서기의 출력(204, 208, 210)에 의해 제어되는 데이터 멀티플렉서 또는 고체 상태 아날로그 스위치같이 하나 이상의 전기적으로 제어되는 스위치; 존재한다면 스위치(210)에 의해 선택된 특정 결합으로부터 수동소자(212)의 배열; 하나의 논리 레벨 구동기(214)나 바람직하게는 도시한 것처럼 각각이 출력선 중 하나를 구동하는 2개의 구동기(214a, 214b)로 구성된 출력 수단; 출력에서 조절된 출력값을 발생시키는 선택적으로 직류 전류 차단 커패시터(218a, 218b), 변환기(220), 가변 감쇠기(222), 고 주파수 억제 수단(224) 또는 이들의 결합을 포함하는 출력 필터(216); 및 선택된 시간에 기타 기능 블록의 결합을 가능 또는 불가능하게 하고 출력이 존재하지 않는 주기를 생성하는 부가적인 타이머 수단(228)으로 이루어진 기능 블록을 포함한다.
많은 상이한 종류의 전기적으로 제어된 스위치 및 이들을 개요도로 나타내는 많은 관행이 존재한다. 본 발명에서 사용되는 스위치는 바람직하게는 통합 회로CD4016B 또는 CD4066B(단일 폴, 단일 쓰로우(throw) 또는 CD4053B(단일 폴 이중 쓰로우)를 사용한 형식의 CMOS 아날로그 스위치이다. 상기 형식의 스위치는 양극의 공급원과 그라운드(ground) 사이의 전압을 초과하지 않는 한 아날로그 또는 디지털 신호를 통하게 하는데 사용된다.
도면의 단순성을 위해서 또한 일반적인 움직임 접촉 스위치 또는 교체로부터 구별하기 위해 상기 스위치는 이하의 결정에 의해서 표시될 것이다. 도21에 도시한 것과 같은 단일 "나비 넥타이" 심벌은 단일 쓰로우(CD4016B 또는 CD4066B 형식) 스위치를 표시한다. 이중 "나비 넥타이"(예를 들어 도23에 도시된 스위치(270))은 이중 스로우(CD4053B 형식) 스위치를 나타낸다. 측면으로부터 화살표가 가리키는 것이 제어 입력을 나타내는 반면에 각각의 경우 나비 넥타이의 말단으로 들어가는 선은 전환된 선이다.
CD4016B 또는 CD4066B 스위치는 논리 상("1") 입력에 의해서 켜지고 논리 하 ("0") 입력에 의해서 커진다. 제어 입력에 따라 두 개의 상이한 연결 중 하나를 만드는 이중 쓰로우 스위치에서는 작은 숫자 "1" 및 "0"은 입력 상태가 만들어진 각각의 연결을 발생시키는 것을 보여주기 위해서 이중 나비 넥타이 심볼(다시 도23의 스위치 270에서 도시한)의 말단에 위치한다.
주파수 생성기(202, 206)는 바람직하게는 저항성 및 커패시터성 피드백을 구비한 두 개의 역 CMOS 논리 게이트에 의해서 형성되는 불안정한 오실레이터로서 각각의 게이트가 논리 상과 논리 하 전압 사이에서 교대로 두 개의 보충적인 출력 스위칭을 생성하도록 한다. 상기 출력 중 하나 또는 양자는 사용법에 따라서 사용된다. 상기 오실레이터의 특정 예는 도23에 도시했고 첨부된 서면에 기술되었다.
만약 주요 순환기가 두 개의 주요 간격(T1, T2)을 포함하거나 상기 간격 중 하나 또는 그 이상이 주파수 생성기(202)의 실제적인 반 순환기 시간(일정하게 상 또는 하 중에 하나의 출력을 구비하는 시간)보다 길다면 순서기(204)는 사용된다. 반면에 생성기(202)는 그것이 원래 가지고 있는 두 단계 진동 순화기를 통과함으로써 직접 스위칭 출력을 발생할 수 있다.
비슷하게 만약 제2순환기가 두 개의 주요 간격(t1, t2) 이상을 포함하고 있거나 하나 또는 그 이상의 상기 간격이 주파수 생성기(206)의 실제적인 반 순환기 시간(일정하게 상 또는 하 중에 하나의 출력을 구비하는 시간)보다 길다면 순차적인 스위치(208)는 사용된다. 반면에 생성기(206)는 그것이 원래 가지고 있는 두 단계 진동 순환기를 통과함으로써 직접 스위칭 출력을 발생할 수 있다.
수동 소자(212)는 저항, 커패시터 다이오드 또는 상기 소자의 직렬 또는 병렬 결합으로 구성된다. 소자(212)는 주파수 생성기(202, 206) 각각 또는 양자의 타이밍에 영향을 준다. 대안으로는 몇몇의 스위치(210)는 다양한 회로 기능을 선택하기 위해서 또는 선택하지 않기 위해서 논리 신호를 제어한다.
몇몇의 경우 주파수 생성기(202, 206)를 예를 들어 도26에 도시한 바처럼 생성기(202)의 출력을 생성기(206)의 출력으로 대체하는 디지털 분할 네트워크를 통과시킴으로써 결합하는 것이 실제적이다.
전력은 업계에 잘 알려진 전력 공급 수단을 쓰는 전기 간선(일반적으로 120 또는 240볼트 A.C 50 또는 60Hz)으로부터 본 발명에 공급된다. 간선의 사용은 전기적 충격의 몇몇 위험으로부터 노출되기 때문에 본 발명은 바람직하게는 예를 들어 출력이 6에서 8볼트 사이인 배터리(230)에 의해 전력을 공급받는 것이 좋다. 배터리(230)는 일차전지 또는 충전가능한 전지 중 하나이나 바람직하게는 고전력 강도 및 비교적 평평한 방전 특성 때문에 1차 리튬 배터리인 것이 좋다. 저전력 사용에서 배터리(230)는 바람직하게는 비전도체 외장으로 가장자리에서 동봉되고 결합한 CR2032's같은 3볼트 리튬 동전 전지 더미이다. 전력 스위치(232), 직렬 다이오드(234) 및/또는 버퍼 커패시터(236)는 배터리 수명을 보존하고 부적절한 배터리 설치로부터의 위험을 제거하고 배터리 내부 저장의 효과를 최소화하기 위해 부가될 수 있다.
수많은 상이한 방법이 동일한 장치에 의해서 제공되는 경우 또는 프로그램 능력이 요구되는 경우 도22에 블록도에 도시한 것처럼 주파수 생성기, 순서기, 아날로그 스위치 및 CMOS 마이크로컨트롤러(250)(예를 들어 마이크로칩 PIC16F627)인 저 전력을 구비한 관련된 소자의 몇몇 결합으로 대체하는 것이 더욱 실용적이라는 것이 입증될 것이다. 주파수 생성기(202, 206) 및 순서기(204, 208)는 비연속이고 단단하게 전선으로 묶인 소자보다는 그러므로 마이크로프로세서 프로그램 내의 소프트웨어 모듈에 설치된다. 이것이 행하여졌을 때 기능성의 변화는 발생하지 않는다. 마이크로프로세서는 타이밍 및 순차 기능의 일부 또는 모두를 넘겨받아서 마이크로프로세서에 연결되는 대응되는 전기 스위치(210) 및 수동 소자(212)(일반적으로 타이밍을 생성하는 것을 돕는 것)는 제거될 수 있다. 그러나 몇몇의 목적을 위해서 도시한 바처럼 마이크로프로세서 출력과 함께 직접 출력을 제어하는 기타 스위치나 수동 소자는 보유하는 것이 유리하다.
본 발명의 제1특정 실시예는 도23에 도시했다. 도시의 목적을 위해서 상기 실시예는 도4에 도시했고 미국 특허 #6,53,5767에서 기술된 제2순환기에 의해서 분 할된 하나의 주요 간격이나 동일한 일반적인 형태이나 주요 순환기의 길이는 상이한 한군의 대안적인 파형 중 어떤 것을 구비하며 기술 주요 순화기 전에 3단계를 생성하도록 의도적으로 단순화되었다. 도시된 회로는 상기 파형을 생성하는 대안적인 수단으로 주요 순환기 간격의 길이를 상이하게 하는 동적으로 선택한 소자에 의해 본 발명의 원리를 설명한다.
두 개의 역 CMOS 논리 게이트(262a, 262b), 고정된 저항(264), 가변 저장(266) 및 교대로 스위치 수단(270)에 의해서 선택되는 두 개의 커패시터(268a, 268b) 구성된 제1주파수 생성기(260)는 저항(266) 및 선택된 커패시터에 의해 값싸게 설정되는 주파수에서 동작한다. 논리 게이트(262a, 262b)는 회로 통합 CMOS의 어떤 종류가 배터리 공급 전원에서 동작하는 단일 게이트일 수 있으나 바람직하게는 버퍼된 출력을 제공하는 CD4000B 시리즈의 통합 회로 내의 두 개의 게이트인 것이 좋다.
스위치 수단(270)은 바람직하게는 일반적으로 사용가능한 CD4053B 삼중 2채널 중 하나의 계층인 CMOS 아날로그 데이터 멀티플렉서인 것이 좋다. 상기 기술한 바처럼 심벌의 말단에서 작은 숫자 "0" 및 "1"는 대응하는 입력신호와 형성되는 연결을 의미한다. 양 및 음 공급 레벨 사이의 범위 내에서 스위치 된 신호 전압을 유지하기 위해서는 CMOS 아날로그 스위치는 논리 게이트의 출력과 그것에 연결된 커패시터의 사이에 위치하여야 한다. 커패시터의 반대편 측면으로 스위치를 배치하는 것은 예상하기 힘든 결과를 발생하는 범위를 벗어난 전압에 스위치를 노출한다.
교대 적인 커패시터 레벨 사이에서의 전기적인 스위칭 및 그로 인한 교대 적인 타이밍 및 또는 주파수 범위를 위한 준비는 별도로 하고, 도시된 오실레이터 외형은 회로 설계 분야에서 잘 알려진 공통적인 것이다. 이상적인 소자 행동, 순환 시간 또는 하나의 완전한 진동을 위한 시간의 가정은 이하의 식에 의해서 주어진다.
Tcyc= 2 R C ln(3)
여기서 R은 저장(266)의 값, 는 선택된 커패시터(268a, 268b)의 레벨 및 ln(3)은 대략 1.0986이다. 순환시간은 선택된 커패시터의 값과 조절된 저항의 값에 비례한다.
생성기(260)기의 출력인 사각파는 10단계의 순서기(274)를 형성하는 이진수, 십진수 또는 다른 디지털 계산기를 구동한다. 바람직하게는 상기 계산기는 공통으로 사용 가능하고 "N"이 일반적으로 10일 때 "N 중에 하나"로 복호화되는CD4017B CMOS 10진수 계산기인 것이 좋다. 단순성을 위해 시계 입력 및 10개의 번호가 매겨진 출력을 구비한 상자로서 단순하게 개요도에 도시했다. CD4017B에서 출력이 Q0로 시작되도록 번호가 매겨지기 때문에, 이 출력은 단계 1을 나타내고 Q1은 단계2 Q은 단계3 등등과 같이 번호가 매겨진다.
10개의 단계를 위해 칩의 리셋 입력은 단순히 그라운드 되어 있어 단일 CD4017B 칩에서 가능한 최대 숫자는 도면에 도시되지 않았다. 각각의 출력은 단순하게 논리 하(下)이지만 순환기의 대응되는 단계 동안은 논리 상(上)으로 당겨진다. 순서기는 논리 하에서 논리 상으로 시계 입력이 변화할 때 다른 단계로 진행 한다. 1부터 10까지 그 후 다시 1로 순서기는 계속되어 순환기가 시계 펄스가 계속 도착하는 한 반복되도록 한다.
순서기(274)의 단계(1 내지 9) 동안, 순서기부터의 출력(10)은 논리 하("0")이며 스위치(270)는 커패시터(268a)를 선택하고, 단계(10) 동안 출력은 논리 상("1")이며 스위치는 커패시터(268b)를 선택한다. 선택된 커패시터는 그 후 대응하는 단계의 길이를 결정한다, 그 결과 단계(1 내지 9)는 길이(시작 과도기로부터의 간격)는 동일하지만 단계(10)은 상이한 길이를 갖는다.
바람직하게는 커패시터(268a)는 커패시터(268b)의 값의 약 1.5배에서 약 2.7배 사이의 값을 가져서 동일한 비율에 의해 단계(1 내지 9)가 단계(10)보다 길게 지속하도록 하는 것이 좋다. 저항(266)은 도시된 것과 같이 단순한 분압계이거나 단일하게 또는 결합하여 있는 다수의 고정된 저항 중 임의의 것을 선택하는 스위치 중 하나이다. 바람직하게는 저항(266)은 15,000 옴에서 약 백오십만 옴까지의 가능한 레벨 범위를 가지며 커패시터(268a)는 0.022 마이크로 패럿(microfarad)이며 커패시터(268b)는 0.01 마이크로 패럿(microfarad)의 값을 가진다. 저항(264)의 값은 저항(266)의 가능한 가장 높은 레벨의 적어도 두 개가 되지 않는 이상 임계치가 아니다.
저항이 146,000 옴으로 되어 있고 모든 소자기 이상적으로 행동한다고 가정하면 상기의 주어진 바람직한 값에서 순서기(274)의 단계(1 내지 9)가 7.05(1000분의 1초)가 걸리는 반면 단계 10이 3.21(1000분의 1초)가 걸린다. 상기 10단계의 주요 순환기의 결과는 15.0Hz의 주요 주파수 FP를 가질 때 66.7(1000분의 1초)이 다. 저항(266)의 다른 값은 다른 순환기 길이를 주지만 모든 단계의 길이 사이에서 비례하도록 보전된다. 15,000 옴에서 150만 옴에서 대응하는 주요 주파수(다시 이상적 응답을 가정하면) 범위는 146Hz 에서 1.46Hz 이다.
순서기(274)가 단계 1 내지 8중에 하나에 있을 때, 출력 구동기(280a, 280b) 양자는 각각의 저항(282a, 282b)에 의해서 논리 "하"로 당겨진 입력을 구비하여 그들의 차동 출력 전압이 0이 되도록 한다. 그러므로 단계(1 내지 8)는 출력이 0 전류나 전압의 일정한 출력 상태로 유지되는 단일 하고 연속적인 간격(T1)으로서 나타내어 진다.
순서기(274)가 단계(9)에 있을 때, 순서기는 두 개의 입력 CMOS NAND 게이트(292), 역 CMOS 논리 게이트(294), 세 개의 고정된 저항(296, 298, 300), 다이오드(302) 및 커패시터(304)로 구성된 제2주파수 생성기(290)를 작동시킨다. 이번에는 비대칭 출력 파형의 형성을 허용하는 저항(300) 및 커패시터(304)의 존재는 별도로 하고, 이번은 회로 설계 분야에서 잘 알려진 오실레이터 외형에 관한 것이다. 추가적인 저항 및 다이오드를 부가하여 조절될 때, 오실레이터의 동작은 본원에 의해서 합체된 미국 특허#6,011,994에 자세하게 설명되어 있다. 순서기가 단계(9) 동안 논리 상 상태일 때 제2NAND 게이트 입력은 이 기간 동안 생성기(290)를 작동시키는 권능 부여 입력처럼 동작하다.
재생기(290)로부터의 출력 신호는 선(306a, 306b)에서 두 개의 상보적인 논리 레벨 신호로 구성된다. 생성기가 작동되면, 두 개의 선은 논리 상태를 다음 식에 의해서 주어진(매우 근접하게) 주파수 및 의무 순환기와 교환한다.
FOSC=1/C ln(3)(RS+RP) 그리고
DCS=RS/(RS+RP)
여기서 RS는 단독으로 저항(298)의 값이며, RP는 저항(298, 300)의 병렬 결합 값과 다이오드(302)에 의해서 주어지는 작은 값의 합이며, C는 커패시터(304)의 값이고 ln(3)은 대략 1.0986이다. 상기 의무 순환기는 여기서 음 극성보다는 도23에서 나타낸 양 극성에서 소비된 시간에 비례한다. 바람직하게는 RS, RP 및 C는 상기의 조건을 만족하여 1000에서 2000KHz 사이의 범위에서 FOSC가 위치하고 DC는 67%에서 95% 사이의 범위에서 위치하도록 선택된다. 더욱 바람직하게는 FOSC는 4000에서 4500Hz 사이의 범위에 위치되고 DC는 약 88%인 것이 좋다. 예를 들어 180,00 옴, 33,00 옴, 및 0.001 마이크로 패럿의 소자 값을 갖는 주어진 저항(298, 300) 및 커패시터(304)에 의해서 이는 달성된다.
선(306a, 306b)의 신호는 제1섹션이 스위치(270)를 형성하는 동일한 CD4053 칩의 두 개의 존재하는 섹션에 의해서 형성되나 순서기로부터의 출력(9)에 의해서 제어되는 두 개의 남아있는 스위치(310a, 310b)를 통해서 각각 구동기(280a, 280b)로 보내진다. 단순성을 위해서 상기 스위치의 반에 해당되는 "영 구동(zero turn-on)"은 사용되지 않기 때문에, 작은 수 "1"을 구비하며 그것을 작동시키는 논리 제어 레벨을 보여주는 단일 폴처럼 양자는 도시됐다.
단계(1 내지 8) 및 단계(10) 동안 스위치(310a, 310b)는 논리 하 제어 입력을 수신하고 그로 인해 아무런 연결도 형성하지 아니한다. 그러나 단계(9) 동안 스위치는 논리 상 입력을 수신하고 작동되며 구동기를 통과여 상보 출력 신호를 통 과한다. 이는 단계(9) 동안 상기의 묘사된 특징이 있는 제2순환기 출력 신호를 만들고 그로 인해 주요 순환기 내에서 간격(T2)을 나타낸다.
주요 순환기내의 간격(T)을 나타내는 순서기(254)의 단계(10) 동안 생성기(260)는 또다시 꺼지고 그것의 출력은 출력 구동기와 연결이 끊어진다. 그러나 구동기(280b)의 입력이 저항(282b)에 의해서 논리 하 상태로 남아 있는 동안 저항(282a)의 효과를 압도하는 다이오드(312)는 순서기의 출력(10)으로부터 양 논리 신호를 구동기(208a)의 입력으로 공급한다. 이는 구동기의 출력이 다시 반대 논리 상태를 취하도록 만들어 간격(T2) 및 간격(T3) 동안 시간의 대부분을 나타내어 어떠한 결과적인 전하 불균형이 상쇄되도록 하는 전압과 똑같은 차동 출력 전압을 생성하도록 한다.
저항(264, 266, 296, 298, 300)과 커패시터(268a, 268b, 304)를 위해 상기에 주어진 소자 값을 가정하면 결과로 나오는 타이밍 간격은 대략 다음과 같다.
T1=56.4(천 분의 1초) (5.8에서 580(천 분의 1초)),
T2=7.05(천 분의 1초)(0.72에서 72(천 분의 1초)),
T3=3.21(천 분의 1초)(0.33에서 33(천 분의 1초)),
t1=198 (백만 분의 1초) 및
t2=28 (백만 분의 1초)
여기서 간격(T1, T2, T3)의 각각을 위해서 주어진 제1값은 가변 저항(266)의 규격 세팅에 대응하며 그 다음에 괄호로 나타낸 범위는 모든 가능한 세팅의 범위를 나타낸다.
상기 상쇄가 불안전할 경우 발생하는 전하 불균형을 최소화하기 위해서 커패시터(314a, 314b)는 출력(316)에서 나타나는 어떠한 잔류 총 잔류 전류를 차단하는 출력 필터를 형성한다.
도23의 회로는 미국 특허#6,011,994 및 #6,535,767에 묘사된 것보다 훨씬 복잡한 것이 분명하지만, 단일한 가변 저항(266)에 의해서 설정되는 모든 주요 타이밍 간격을 허락하는 이점을 가져서 상기 저항의 값을 변화시킴으로써 사용자가 발생하는 출력의 전하 균형에 영향을 주지 않고 또한 일정한 주파수(FS)(상기FOSC와 동일한) 및 의무 순환기(DCS)를 유지하는 제2순환기에 영향을 받지 않고 일련의 펄스 반복 주기(FP)를 변화시킬 수 있다.
본 발명의 특정한 제2실시예는 도24에 도시했다. 상기 실시는 도7의 출력 파형 또는 도16의 출력 파형이나 동일한 일반 형식을 가지나 주요 순환기 길이, 제2순환기 길이, 주파수 특성 또는 어떠한 상기 것들의 결합은 다른 대안적인 일군의 파형 중 임의의 것 중 하나를 생성할 수 있다.
제1주파수 생성기(330) 및 순서기(332)는 주요 순환기를 생성한다. 주파수 생성기(330) 및 순서기(332)는 순서기를 형성하는 CD4017B 칩에서 출력(5)이 리셋 입력과 연결되어 상기 상태에 도달할 때 순서기는 즉시(일반적으로 200 10억 분의 1초 안에) 단계1로 돌아가는 점을 제외하고는 상기 실시예와 많은 부분이 동일하다. 주요 순환기는 각각이 순서기의 오직 한 단계에만 대응하는 단지 네 개의 단계(T1, T2, T3, 및 T4)로 구성된다.
이전과 같이 주요 간격의 길이는 주파수 생성기(330) 내의 변경된 커패시턴 스에 의해 부분적으로 결정된다. 그러나 여기서는 세 개의 커패시터(334a, 334b, 334c)가 있고 모두 동일한 값을 갖는다. 물론 커패시터(334a)는 향상 연결되어 있는 반면에 다른 커패시터는 순서기에 출력에 따라 스위치(336a, 336b)에 의해서 각각 연결되어 있거나 연결이 끊겨 있다. 고정 저항(338) 및 가변 저항(340)은 상기의 실시예의 저항(264, 266)과 각각 동일한 기증을 한다.
간격(T1) 동안 스위치(336a, 336b)는 모두 꺼져있어서 커패시터(334a)는 혼자서 이하의 간격 시간을 돕는다.
T1= 2ln(3)RC
여기서 R은 가변 저항(340)의 값이고 C는 커패시터(334a)의 값이다. 또한, 고정 저항(338)의 값은 저항(340)의 최댓값에 적어도 2개가 되지 않는 이상 임계치가 되지 않는다.
간격(T2, T3, T4) 동안 스위치(336a)는 순서기(332)로부터의 출력(1)에 의해서 구동되는 인버터(342)를 통하여 켜진다. (다시 말하면 오직 간격(T1) 동안에만 꺼진다.) 스위치는 커패시터(334b)를 병렬로 커패시터(334a)와 연결한다. 추가로 간격(T3) 동안 스위치(336b)는 순서기로부터의 출력(3)에 의해서 켜지며 커패시터(334c)를 다른 것과 병렬로 연결한다. 그 결과 T2는 T1 길이의 두 배이고, T3는 T1 길이의 3배이며 T4는 T1 길이의 두 배가 되도록
T2=T4=2ln(3)R(2C)=4ln(3)RC 및
T3=2ln(3)R(3C)=6ln(3)RC 이다.
동시에 제2주파수 생성기(344)는 간격(T1) 동안 인버터(342)에 의해서 꺼졌 을 때를 제외하고는 항상 작동한다. 생성기(344)는 도23의 생성기(290)와 비대칭 진동을 생성하는데 사용되고 여기서는 나타나지 않은 추가 다이오드 및 저항을 제외하고는 정확하게 일치한다. 그 결과 생성기(344)는 선(346a, 346b)에서 상보 사각파 출력을 생성한다.
또한, 순서기(332)의 출력에 연결된 것은 NOR 게이트(348, 350)이다. 게이트(348)는 출력(2, 3)에 연결되어 있고, 이는 간격(T2, T3) 동안 논리 하 출력을 생성하고 간격(T1, T4) 동안 논리 상 출력을 생성한다. 비슷하게 게이트(350)는 출력(3, 4)에 연결되어 있고, 이는 간격(T3, T4) 동안 논리 하 출력을 생성하며 간격(T1, T2) 동안 논리 상 출력을 생성한다.
게이트(348)의 출력은 제3NOR 게이트의 입력 중 하나로 공급되며, 다른 입력은 선(346b)에서 사각파 신호이다. 그 결과 게이트(352)의 출력은 간격(T1, T4) 동안 내내 일정하게 논리 하인 반면 간격(T2, T3) 동안은 선(346b)에서 신호는 뒤집한다.
이와 같은 경향에서 게이트(350)의 출력은 제4NOR 게이트(354)의 입력 중 하나로 공급되며, 다른 입력은 선(346a)에서 사각파 신호이다. 그 결과 게이트(354)의 출력은 간격(T1, T2) 동안 내내 일정하게 논리 하인 반면 간격(T3, T4)인 동안은 선(346a)에서 신호는 뒤집힌다.
상기 관계는 도25에 도시했고 간격(360a, 360b, 360c 및 360d)은 각각 T1, T2, T3, T4이며; 자취(346a, 346b)는 번호가 매겨진 것 같은 신호 선 위에서 전압을 나타내며; 자취(348, 350, 352, 354)는 번호가 매겨진 것 같은 게이트의 출력을 나타낸다. 자취(360)는 단순히 자취(352, 354)와 다르다. 자취(360)는 도7의 것과 동일하다는 것을 기억해야만 한다.
자취(360)에 의해서 표현된 신호는 미세하게 상이한 주파수에서 두 사인 함수의 간섭으로부터 발생하는 사인함수적으로 조절된 신호의 특성 중 일부를 구비한다. 이는 간섭 전기요법에서 사용된 전형적인 신호이고 이는 두 개의 미묘하게 상이한 주파수에서 사인차 신호를 분리된 전극 쌍을 통해 신체에 적용함으로써 생성되다. 상기 신호는 자취(362)에 의해서 표현된다.
자취(360, 362)의 신호는 양자가 모두 짧은 시간 지속하는 최소 강도와 비교적 오랫동안 지속하는 최대 및 최소 강도의 교대 적인 주기를 갖는다는 점에서 유사하다. 그들은 자취(360)의 신호가 뾰족한 가장자리를 구비하고 높은 주파수의 많을 양을 포함하는 반면 자취(362)의 신호는 파형이 거의 사인함수여서 그렇지 아니하기 때문에 고조파 성분에서 주로 상이하다.
자취(360)의 신호는 있는 그대로 전기요법에 사용된다. 일부의 전하 불균형은 간격(T2, T4) 동안 존재하지만 상기 간격 동안 파형은 명목상으로 동일한 극성 및 반대 극성을 갖기 때문에 대부분 사라지고. 이외의 잔여 불균형은 필요하다면 직류 전류 차단 커패시터에 의해서 사라진다.
그러나 몇몇의 경우 좀 더 "전형적인" 간섭 파형이 요구될 수 있다. 이를 달성하기 위해서 높은 주파수 성분은 대역 통과 또는 저역 통과 여과에 의해서 달성되며 바람직하게는 능동 연산 증폭기를 사용하여 달성된다. 직류 전류 출력 성분은 동시에 차단된다.
예를 들어, 회로 블록(356a)에 도식적으로 도시된 공명 대역 통과 필터인 단일 연산 증폭기는 선택된 비교적 좁은 대역의 밖의 모든 주파수를 차단함으로써 게이트(352)의 출력 신호에 대해서 상기 기능 모두를 수행한다. 상기 회로는 능동 필터 설계의 분야에서 잘 알려진 형식이기 때문에 그것의 기능에 대해서는 본원에서 더 이상 기술하지 않는다. 검은 박스로 본원에서 간결하게 도시된 제2이상적인 필터(356b)는 게이트(354)의 출력에 대해서 동일한 기능을 수행한다. 일반적으로 양 필터는 LF353N 또는 TL082처럼 회로에 통합된 저 전압의 복식 연산 증폭기를 사용하여 만들어진다.
자취(364)는 상기 여과의 결과를 나타낸다. 쉽게 인식할 수 있는 것처럼, 신호는 이전과 전체적으로 동일한 특성이 있지만 고 주파수 순환기는 상당히 더 둥그렇게 되었으며 대부분의 고조파 성분은 제거되었다. 자취(364)는 도16의 자취와 동일하다는 것을 기억해야만 한다.
본 발명의 제3실시예는 도26에 도시하였고, 동일한 작은 장치로 사용자의 선택에 따라 도4의 신호와 유사하며 조직 치료 자극 및 고통 완화에 적합한 비대칭으로 조절된 일련의 펄스 신호; 근육 자극에 적합한 비슷한 형태의 사각파로 조절된 신호; 또는 간섭 자극에 접합한 이전 실시예의 신호와 비슷한 준 사인함수 형 신호 중 하나를 생성될 수 있도록 설계되었다.
본 실시예에서의 설명을 위해서, 종래 형태의 단일 주파수 발생기(400)는 직접적으로, 부-사이클을 발생하고 그리고 주파수-선택 스위치(404)와 시켄서(406)가 함께 주-사이클을 발생하는 CD4040B집적회로와 같은 이진수 카운터(402)를 구동한 다. 따라서, 카운터(402)는 도21에 도시된 바와 같이 부 주파수 발생기(206)로서 기능을 한다.
양호하게 발생기(400)는 1000과 200KHz 사이에 주파수로 동작하고, 보다 양호하게는 4000과 4096Hz(212Hz) 사이에 주파수로 동작한다. 간략한 설명을 위해, 운영 주파수를 이하에 기재에서는 4096Hz(212Hz)인 것으로 한다. 그리고, 원칙은 실제 주파수와 무관하다.
발생기(400)가 커패시터(410)와 레지스터(412)로 이루어진 펄스-형성 네트웍에 이어져서, 다음의 CMOS게이트에 펄스 제곱을 곱한 후에,
RC=1/(KFOSC)
여기서, R은 레지스터(412)의 값이며, C는 커패시터(410)의 값이며, FOSC는 발생기(400)의 운영 주파수이며, 그리고 K는 생성 펄스-열 파형의 듀티 사이클을 결정하는 수치 상수이다. 양호하게, K는 2 내지 14 범위에 놓이고, 67% 내지 95% 범위에 듀티 사이클을 산출하여, 이전 섹션에서의 상태(g)를 만족시킨다. 보다 양호하게는, K가 약 5.75이고, 88%에 가까운 듀티 사이클을 생성한다. 다음, 스위치(414)는 출력 파형의 대칭 또는 비대칭 버젼의 어느 하나를 선택하게 한다. 양호하게, 상기 신호는 도시된 바와 같이 역동작하는 게이트(416)에 의해 완화 된다.
2진수 카운터(402)는 다른 이진수 약수를 나타내는 복수의 탭을 가진다. 스위치(404)를 사용하여, 상기 탭의 임의적인 어느 하나 또는 양호하게 이들 중에서 선택된 부분집합에서의 임의적인 어느 하나를 선택한다. 다음, 선택된 탭에서의 신호는, 스텝9의 출력과 리셋 입력을 함께 연결하여 8개 스텝에 적합한 구조로 이 루어진 시켄서(406)에 클록 입력을 형성한다. 따라서, 주-사이클 주파수는 클록 주파수를 8로 추가로 나누어서 나타낸다. 예를 들면, 도면에 도시된 선택성 탭의 부분집합의 상태와 4096Hz 오실레이터 주파수의 상태:
| 선택된 탭 | 클록 주파수 | 주 주파수 |
| ÷4 | 1024Hz | 128Hz |
| ÷32 | 128Hz | 16Hz |
| ÷256 | 16Hz | 2Hz |
| ÷2048 | 2Hz | 0.25Hz |
시컨서(406)의 스텝1에서 나온 출력(420)은 게이트(422)에 의해 반전된다. OR게이트(424)는 시켄서(406)에서 나온 스텝1,2,3,4의 출력신호를 통합한다. 유사하게, OR게이트(426)는 스텝4,5,6의 신호를 통합한다.
다음, 2-극, 3-위치 스위치(440)는, 2개 극에 의해 선택된 신호가 각각 라인(442a, 442b)상에 출현하도록, 조합 신호(420, 422, 424, 426)를 선택 한다. 위치"A"에서, 양쪽 극은 신호(424)를 선택한다. 유사하게, 위치"B"에서는 양쪽 극이 신호(420)를 선택한다. 위치"C"에서는 1개 극이 신호(422)를 선택하고 반면에 나머지 극은 신호(426)를 선택하여, 상기 신호들이 각각 라인(442a, 442b)상에 출현한다.
다음, AND게이트(444)는 게이트(416)에서 나오고 라인(442a)상에 있는 신호를 결합하여, 캐리어 신호는 라인(442a)이 상 일 때마다 통과하게 된다. 유사하게, NAND게이트(446)는, 캐리어가 통과할 때 또한 게이트(444, 446)에서 나오는 캐리어 신호가 상보적이도록 반전되는 것을 제외하고, 게이트(416)에서 나오고 라인(442a)상에 있는 신호용으로 동일하게 움직인다. 전압 또는 전류 증폭이 필요한 곳에서는, 게이트(444, 446)가 고-전류-출력 타입이거나 도21에 도시된 바와 같이 버퍼 증폭기에 이어진다.
다음, 필터(448)는 양호하게 약 40KHz(10FS)위에 DC와 주파수 성분을 차단하고 필요하다면 출력 전압을 강화하며, 터미널(450)에서의 출력차(differential output)를 산출한다. 필터(448)는 선택적으로 복수의 차등 필터링 및/또는 전압 강화 특성을 제공하고, 또한 스위치-선택되어, 파형차와 그 성질의 적용을 적합하게 한다.
도27은 그 결과를 나타낸 도면이다. 자취(404)는 시켄서(406)에 입력된 클록을 나타낸다. 자취(416)는 여기서는 비대칭으로, 사이클 길이를 명료한 도시를 위해 과대하게 나타낸 선택된 캐리어 파형을 나타낸다. 자취(420)는 스텝1의 출력을 나타내고, 그리고 자취(424, 426, 432)는 도26에 대응 라인에 신호를 나타낸다. 자취(450a, 450b, 450c)는 필터(448)의 영향을 고려하지 않은 각각의 스위치(440)의 위치 "A","B","C"의 결과 차등 출력신호(450)를 나타낸다.
스위치(404, 414, 440)는 CD4016B, CD4051B, CE4052B 또는 CD4053B집적회로에 있는 것과 같은 전자 스위치 또는 종래 기계식 스위치의 어느 하나 이다. 어느 일 경우에서, 최상의 범용성을 가진 출력 파형을 나타내는 편리한 작은 수로 세팅 가능한 조합을 바람직하게 제약한다. 예를 들면, 모든 선택은, 각각의 선택된 조합물을 야기하는 일 위치와 자극자(stimulator)를 오프로 전환하는 1개 이상의 위치를 가진, 디지털 멀티미터에 사용된 것과 유사한, 주문형 멀티들 로터리 스위치에 결합된다.
본 실시예로부터 활용할 수 있는 바람직한 파형의 예와 그로부터 야기되는 스위치 조합은:
근육-자극 파형은, 근육 이완을 허용하는 2-초의 무신호 기간과 교대로 발생하는, 근육 섬유의 긴장을 일으키는 2-초 펄스 파열로 이루어진다. 조직-자극 파형이 본 발명의 제1실시예에 의해 발생된 것과 유사한 반면에, 간섭 파형은 제2실시예에 의해 발생된 것과 유사하다.
본 발명의 특정한 제4실시예는 부정기적인 비대칭성이지만 도15에 도시된 것과 유사한 전하-평형 출력을 생성하는 설계로 이루어지면서, 도12에 도시된 것과 같은 부-사이클 주파수 이동을 갖는 것이다. 본 실시예는 도28에 도시되었다.
이전 실시예의 것과 유사한 주파수 발생기(500)는 상술된 제1실시예에서와 같이 10개 스텝을 가진 시켄서(502)를 구동한다. 발생기(500)는 시간-변화 성분을 소유하지 않았음으로, 양호하게 대략 초 당 1스텝의 일정한 비율로 운영된다. 따라서, 시켄서(502)의 전체 사이클은 대략 10초에서 완료된다.
NOR게이트(510)는 상기 스텝 중에는 논리 하 출력을 논리 하 출력을 발생하고 그리고 다르게는 논리 상 을 발생하는 시켄서 출력(2, 3, 4)을 결합 시킨다. 제2NOR게이트(512)는 상기 스텝 중에 논리 하 를 발생하고 그리고 다르게는 논리 상 을 발생하는 출력(1, 5)과 동일하게 실시한다. 상기 출력들은, T1이 게이트 (510)의 출력은 상 이지만 게이트(512)의 출력은 하 를 가진 스텝1과 동일하게; T2는 게이트(510)의 출력이 하 이지만 게이트(512)의 출력은 상 을 갖는 결합된 스텝2, 3, 4와 동일하게; T3는 T1에서와 같은 출력을 갖는 스텝6과 동일하게, 그리고; T4는 양쪽 출력이 모두 상 을 갖는 스텝6 내지 스텝10의 합과 동일하게 되도록, T1 내지 T4를 형성한다. 따라서, T1과 T3는 약 3초간 지속하고 그리고 T4는 약 5초간 지속한다. 다음, 상기 사이클을 반복한다.
다음, NAND게이트(514)가 게이트(510)와 게이트(512)의 출력을 결합하여, 그 출력은 T4동안에는 논리 하 이지만 그외 시간에서는 논리 상 이다.(동일한 출력은 Cout("실행(Carry Out)")핀과 정비례하여, 시켄서 출력 6 내지 10에 의하거나 또는 CD4017B 또는 등가 집적회로에서 공급된 NOR게이트로부터 구해짐)
제2주파수 발생기(520)는 NAND게이트(522), 인버터(524), 3개 레지스터(526, 528, 530), 다이오드(532), 다이오드(532), 영구 연결된 커패시터(534a) 및, T2 동안에 연결해제 되도록 게이트(510)에 의해 제어되는, 스위치(536)를 통해서 서로 평행하게 일시적으로 배치되는 제2커패시터(534b)로 구성된다. 발생기(520)는 라인(538)상에서 단일 출력을 발생한다. 게이트(522)가 게이트(512)의 출력에 의해 제어되어서, 발생기(520)는 T2와 T4 중에만 운전되고, 반면에 신호(512)는 상 이고, 라인(538)에서 진동 출력을 발생하고, T1과 T3동안에는 신호(512)가 하 이고 그리고 오실레이터(520)의 출력도 일정하게 하 를 유지한다.
레지스터(528)와 평행하게 연결된 레지스터(530)와 다이오드(530)의 조합체는 미국특허 #6,011,994호에 설명되어진 바와 같은 진동 비대칭을 만든다. 도시된 바와 같이 방향진 다이오드(532)를 갖춘 상태에서, 라인(538)상에 신호는 진동하는 동안에 시간의 약 88%가 논리 상 인 것이다. 레지스터(526, 528, 530)는 양호하게 각각 약 2.2메그옴, 270,000옴, 및 27,000옴의 값을 가지며, 커패시터(434a, 434b)는 각각 약 0.01마이크로패럿과 1마이크로패럿의 값을 가진다.
이러한 회로구조와 값을 가진 상태에서, T2 동안에는, 커패시터(534a)가 상기 회로에 있으며 그리고 발생기(520)의 출력은 약 300Hz의 부 주파수(FS)용으로 논리 상 에서 약 3ms(milliseconds)이고 그리고 논리 하 에서 0.3ms의 교류주기를 사용한다. T4동안에, 커패시터(534b)의 값은 커패시터(534a)의 값에 더해지고 그리고 발생기 출력은 약 3Hz의 부 주파수용으로 약 300ms 상 그리고 30ms 하 를 사용한다.
XOR(배타성 OR)게이트(540)는, 상술한 상태로서 T1, T3, T4 동안에 논리 상 이지만 T2 동안에는 논리 하 로 있는 게이트(510)에서 나온 것과 라인(538)상에 신호를 입력으로 수용한다. 따라서, 게이트(540)는 T2 동안에는 변경되지 않는 라인(538)에서 나온 신호가 통과하지만 그외 모든 다른 시간에서는 역행한다.
유사하게, 제2XOR게이트(542)는, T1, T2, T3 동안에 논리 상 이지만 T4 동안에는 논리 하 로 있는 게이트(514)에서 나온 것과 라인(538)상에 신호를 입력으로 수용한다. 따라서, 게이트(540)는 T4 동안에 변경되지 않은 라인(538)에서 나온 신호가 통과하지만 그외 모든 다른 시간에서는 역행한다.
게이트(540, 542)의 출력은 각각 버퍼 증폭기(544a, 544b)에 전해진다. 본 발명의 실시예에서의 출력은 상기 2개 버퍼 출력 간에 차등 신호로 구성된다.
도29는 결과 신호를 설명하는 도면이며, 여기서 자취(538)는 라인(510)상에 발생기(520)의 출력이고; 자취(510, 512, 514, 540, 542)는 유사 번호의 게이트의 출력이고 그리고; 자취(546)는 버퍼(544a, 544b)에서 나온 차등 출력 신호이다. T2 동안에 부-사이클 길이를 도시하였으며 그리고 사이클의 수가 그에 대응하여 감소됨으로, 도5에 도시한 바와 같이 대응하는 T2와 T4 사이에 극성 변화는 분명한 것이다. 이러한 역성과는 별도로, 자취(544)는 도12에 자취와 대체로 동일한 것임에 주의 한다.
임의 경우에서는 연속적인 처리보다는 단속적인 처리가 바람직할 수 있다. 예를 들면, 경미한 통증과 중등급 통증을 다루는 데에서는 환자가 투여량을 조절하게 하는 것이 최상이다. 즉, 버튼 누름 시에 치료를 개시하고, 신호가 30분 또는 60분과 같이 사전 설정된 기간에서 발생되게 하고, 다음, 환자가 다시 버튼을 누를 때까지는 오프로 전환되게 한다. 택일적으로, 또한, "오프"기간은 장치가 각각 30분에서 수 시간까지의 "온"과 "오프" 기간 사이에서 지속적으로 순환하거나 또는 다른 버튼 누름을 받아들이기 전에 사전 설정된 최소 "오프"간격을 요청하도록, 사전 설정 되어야 한다.
어느 일 경우에서, 주파수 발생기(500)의 출력은, 게이트(512)의 추가 입력을 구동하는 출력(552)을 가진 이전 실시예에서 만큼 편리하게 이진수 또는 다른 카운터 체인(550)에 적용된다. 신호(552)는 예를 들면, 인버터에 이어서 게이트(510)의 배열과 유사한 배열에 NOR게이트를 사용하여, 도시된 바와 같은 단일 출력에서 취해지거나 다수의 상기 출력에서 이끌어 낸다. 신호(552)는 개시적으로는 논리 하 에서 게이트(512)와 주파수 발생기(520)가 상술한 바와 같이 작동되게 한다. 그런데, 카운터(550)의 특정 카운트를 부착한 상태에서는, 신호(552)가 논리 상 으로 변하고, 게이트(512)의 출력이 논리 하 까지 작용하여, 따라서 발생기(520)의 기능 억제로 버퍼(544a, 544b)에서 나오는 차등 출력신호가 제로까지 작용한다.
카운터(550) 배열에 따라서, 예를 들어 상술한 바와 같이 버튼 누름에 의해 카운터가 제로로 리셋될 때까지 버퍼로부터의 더 이상의 출력이 발생하지 않도록 더 이상의 카운팅이 할 수 없게 된다. 선택적으로, 상기 카운트를 지속하게 하여 임의적인 다른 특정 카운트를 구할 때에, 발생기(520)가 다시 작동할 수 있고 그리고 상기 출력이 특정한 제로 출력의 간격으로 분리된 특정 길이의 시간동안 주기적으로 재개하게 한다. 또한, 상술된 회로의 작은 개조도 다른 옵션으로 가능하다.
본 발명의 제5실시예는 외부원에 의해 유발될 때마다 비사인성으로, 개략적으로 지수형 감쇠 신호를 생성하도록 설계된다.
대칭적인 지수형 감쇠의 이상적인 곡선은 자취(600)로 도30에 도시되었으며, 도5에 자취(110)는 확대하여 도시된 것을 제외하고 재현한 것임에 주의 한다. 자취(602)는 대략 5개 간격(604a, 604b, 604c, 604d, 604e)으로 이루어진 것을 보여주며, 각각은 각 간격에서 다음 간격으로 하방향으로 진행하는 일정한 진폭을 가진 캐리어 신호를 함유하고, 제로 진폭의 간격(604f)이 더해진다. 본 발명의 기본에 따르면, 간격(604f)은 주-간격(T1)을 나타내고, 반면에 간격(604a, 604b, 604c, 604d, 604e)은 차례로 T2, T3, T4, T5를 나타낸다. 상기 도면은 개시부에 T1의 대 표적인 부분(604f)을 나타내고 차례로 이어지는 나머지 5개의 주-간격이 이어지며, 끝으로 다음 주-사이클에서 T1의 대표적인 부분(604f')이 이어진다. 자취(602)의 스텝이 보다 명확하게 드러나도록, 현존의 부-사이클을 지시하도록 도5에서 사용된 수직 해치는 여기서는 생략되었다.
T2에서 개시하고 그리고 T6에서 마감하는 주-사이클에 있는 간격은 동일하거나 연속적으로 더 장길이인 것이다. 양호하게, 간격(T2, T3, T4)은 모두 동일한 길이를 가지고, 간격(T5)은 이러한 길이의 2배를 가지고, 그리고 간격(T6)은 이러한 길이의 4배를 가진다. 보다 양호하게는, 이러한 주어진 시간 상관관계에서, T2, T3, T4, T5, T6 동안에 신호의 상대적 진폭은 각각 100%, 80%, 60%, 40%, 20%에 근접한다. 상술된 바와 같이 T1 동안에 진폭은 제로이다. 응용에 따라서, T1은 길이를 고정하여 주기적인 신호를 산출하거나 또는 임의적으로 길게 하여 비주기적인 신호를 산출한다.
자취(606)는 자취(600)의 곡선에 따르는 진폭으로 지수적으로 감쇠하는 진동 신호를 나타낸다. 자취(608)는 자취(602)에 의해 지시된 바와 같이 복합 레벨의 전압 또는 전류를 사용하는, 동일한 지수 곡선을 대략적으로 따르는 본 발명의 기본 원리에 따르는 신호를 나타낸다. 자취(610)는 본 발명의 기본 원리에 따르는 보다 실질적인 신호를 나타내며, 여기서는 오직 3개 전압 또는 전류 레벨이 사용되지만 유효 진폭은 자취(602)로 지시된 바와 같이 부-사이클 내에서 상기 레벨의 시간 상관관계를 변화하여 감소된다. 자취(610)가 앞서 도11에 도시된 자취와 동일함에 주의 한다.
도31은 자취(610)의 파형 또는 임의적인 유사 대집단물을 발생할 수 있는 회로의 예를 도시한다. 상술한 바와 같이 상당히 높은 강도로 적용될 때에 이러한 일반적인 형태의 신호는 생체 밖에서의 임의적인 미생물을 약화시키는 것으로 나타나 있으며, 따라서 식료품이나 음료수를 보관하는데 유용하거나 약제 물질이나 마실 물을 멸균하는데 유용하다. 이러한 사실은 사람이나 동물의 몸체와 직접적으로 상관하는 성질이 아니기 때문에, 도31에 도시된 회로는 이전 실시예와 같은 박테리아에 의해서 또는 전기 메인(electric mains)에 의해서 파워를 얻게 된다.
제1주파수 발생기(620)와 시켄서(622)는 10타이밍 스텝을 생성한다. 시켄서(622)의 "리셋" 입력부는 예를 들어 레지스터(626)에 의해 논리 하 에서 정상적으로 유지되는 외부 입력선(624)에 연결된다.
발생기(620)는 인버팅 게이트(630, 632), 레지스터(634, 636) 및 커패시터(638)롤 구성된 상술된 일반적인 형태로 이루어지는 것이지만, 스위치(640)가 온 으로 전환하면 레지스터(634, 636) 및 커패시터(638)의 접합부가 양성 서플라이에 연결되는 것이 다른 것이다. 이러한 사실은 게이트(638) 출력부를 가진 발생기가 상 으로 정지시키어, 커패시터(638)가 기본적으로 논리 상 에서 양쪽 터미널에서 방전되게 한다. 스위치(640)를 재-개방하면, 발생기(620)가 알려진 상태에서 재-시동을 하여, 그 다음 경과로 진행하기 전에 알려진 재생 개시 타이밍 간격을 갖는다. 이상적인 성분특성을 고려하여, 시켄서(622)가 전진하는 논리 상 에 대한 스위치 개방 및 출력부의 다음 경과부 와의 사이에 간격은:
TT1=(ln(2)+ln(3))RC ~ 1.792RC
여기서, R은 레지스터(636)의 값이고, C는 커패시터(638)의 값이다. 발생기(620)의 운영을 지속함으로서, 논리 상 으로의 추가 경과(transitions)는 다음의 간격에서 일어날 것이다.
TT2=2ln(3)RC ~ 2.197RC
이러한 시간에서 시켄서(622)는 전진한다.
시켄서(622)가 스텝10에 도달하면, 출력은 OR게이트(642)의 입력 상 을 상승시키고 그 출력도 상 으로 힘을 가한다. 이러한 사실은 전술한 바와 같이 스위치(640)를 폐쇄하고 발생기(620)를 정지시킨다. 다음, 시켄서가 더 이상 클록 펄스를 수용하지 않기 때문에, 입력부(624)에 논리 상 에 의해 스텝1로 리셋될 때까지는 이러한 상태로 남아 있는다.
입력(624)은 또한 게이트(642)를 공급하여, 발생기(620)가 상기 입력이 논리 상 으로 남아 있는 동안에는 디스에이블(disable)로 남아 있는다. 입력(624) 만이 논리 하 로 돌아올 때에만, 발생기(620)가 다시 진동을 개시한다. 시켄스(622)는 약 1.792 R C후에 스텝2로 진행하고, 다음 스텝10에 다시 도달하여 다른 리셋 입력 대기동작이 정지할 때까지, 약 2.197 R C의 인터벌으로 각각의 종속 스텝으로 진행한다.
제2주파수 발생기(650)는 발생기(620)와 동일하고, 적어도 2개 이며, 보통 수백개의 부-사이클이 시켄서(622)의 각 스텝 동안에 발생하고 그리고 상보성 출력이 인버팅 게이트(652, 654)로부터 취해지는 충분히 높은 주파수로 운영한다. 발생기(650)의 운영 주파수는 캐리어 주파수 이다.
발생기(620)와 유사하게, 발생기(650)는 스위치 온 으로 전환 시에 재생가능 상태에서 정지하는 스위치(656)를 구비한다. 스위치(656)는 시켄서(622)의 출력(10)에 의해 바로 구동되어서, 스텝10 동안에는 정지되지만 T1을 포함하는 모든 다른 시간에서는 동작한다.
시켄서(622)의 출력(4, 5)은 OR게이트(660)에 의해 결합되며, 스텝4,5의 전과정을 통해 논리 상 으로 있는 단일 출력을 생성한다. 유사하게 출력(6, 7, 8, 9, 10)은 OR게이트(662)에 의해 결합되며, 스텝6-10의 전과정을 통해 논리 상 으로 있는 단일 출력을 생성한다.
시켄서(622)에서 나온 출력(2, 3)과 게이트(660, 662)의 출력은 각각 스위치(664a, 664b, 664c, 664d)를 제어한다. 이들 각각은, 스위치 온으로의 전환 시에, 게이트(652)에서 나온 출력과 순차적으로 다른 값의 레지스터(666a, 666b, 666c, 또는 666d)를 절환 한다. 레지스터(666a, 666b, 666c, 666d)는 값이 연속적으로 작아지며 공통 라인(668)에 연결되며, 게이트(654)의 출력은(게이트(652)의 출력과 상보적) 커패시터(670)를 통해 연결된다.
도32는 이러한 배열의 결과를 나타낸 도면이며, 여기서 자취(652, 654)는 유사 번호의 게이트의 출력을 나타내며, 그리고 자취(668a, 668b, 668c)는 3개 다른 운영 조건 하에 있으며 캐리어 주파수의 수(a few) 사이클 이상으로 있는 라인(668)상에 전압을 나타내며: 자취(668a)는 선택된 레지스터(656a-656d)가 없으며, 자취(668b)는 선택된 상대적으로 큰 값의 레지스터를 갖고, 그리고 자취(668c)는 선택된 상대적으로 작은 값의 레지스터를 갖는다.
각각의 전압(668a, 668b, 668c)은 게이트(654)의 각각의 상방향 또는 하방향 변화로 급상승 또는 급강하 된다. 다이오드(674a, 674b)는 전압이 공급 전압 범위를 현저하게 초과하는 것을 방지하는 기능을 한다. 그 후, 전압(668)은 선택된 레지스터와 커패시터(670)의 값에 의해 결정되는 시간 상수로 전압(652)쪽으로 약해진다.
다음, XOR게이트(680)는 전압(654, 668)과 대비된다. 4000B-시리즈 CMOS게이트는 공급 전압(도32에서 수평 해치선(672)으로 지시됨) 사이에 대략 절반 정도에서 입력 전압에 출력 변화를 받으며, 게이트(680)는 전압(654, 668)간의 차이가 공급 전압의 절반 보다 작게 유지되는 동안에는 발생기(650)의 각 하프-사이클 중에 논리 하 출력을 발생하고, 그리고 그 후에 논리 상 출력은, 레지스터가 없는 상태로 자취(680a, 680b, 680c)로 나타낸 바와 같이, 선택된 상-값의 레지스터와 하 -값의 레지스터 이다.(상기 자취는 명료한 도시를 위해 도면에서 서로 약간 옵셋 되어 있다.) 그 결과물은, 선택된 레지스터의 값과 개략적으로 비례하는 길이를 가진, 캐리어 주파수를 2회 반복한 논리 하 펄스이다. 선택된 레지스터가 없는 경우에 그 결과는, 연속적인 하 논리 레벨이 된다.
다음, OR게이트(682a, 682b)는 각각 전압(652, 654)과 전압(680)을 대비하고, 게이트 각각은 전압(652 또는 654)의 대응 논리-하 하프 사이클 동안에 게이트(680)에서 나오는 펄스에 대응하는 논리 하 펄스를 발생한다. 출력 버퍼(684a, 684b)에 의한 버퍼 동작으로(그리고 양호하게 전압-증폭되어), 개별적 레지스터 선택을 위해 자취(686a, 686b, 686c)로 나타낸 바와 같이 차등 출력(686)을 생성한 다. 다시, 상기 자취는 명료한 도시를 위해 도면에서 서로 약간 옵셋 되어 있다.
발생기(650)가 디스에이블 될 때에 레지스터(666d)는 셀렉트 상태로 있는 시켄서 스텝10 동안에, 게이트(680)의 입력이 급하게 이끌려져서 반대측 논리 레벨으로 남아 있으며 그리고 그 출력은 그들 사이에 전압차가 제로 이도록 양쪽을 출력 하도록 관통하여 지나가는 일정한 논리 상 을 발생한다.
시켄서(622)의 스텝(10)은 시켄서가 오프로 전환된 발생기(650)와 제로 출력차로 정지될 때에 주-사이클의 간격(T1)을 나타낸다.
스텝1에서, 라인(624)이 상 을 갖거나 또는 게이트(632's) 출력의 제1변환이 다시 하 로 갈 때까지, 발생기(650)를 운영하지만 레지스터가 선택되지는 않는다. 따라서, 라인(668)상에 전압(자취(668a))은 기본적으로 게이트(654)의 출력부에서 오는 것과 동일하며 그리고 출력차는 최대 듀티 사이클에서: 전체 양성에서 전체 음성 출력 전압 또는 전류로 운영되는, 캐리어 주파수에 사각 파(square wave) 이다. 이러한 사실은 주-사이클의 간격(T2)을 나타낸다.
스텝2, 스텝3, 스텝4 및 스텝5를 함께하고, 그리고 스텝6, 스텝7, 스텝8 및 스텝9를 함께하는 과정에서, 연속적인 로어 레지스터 값은, 연속적인 장주기의 제로 출력으로 분리된, 전체 양성과 전체 음성 출력 전압 또는 전류를 교대로, 출력이 연속적인 협폭 펄스의 형태를 취하도록 선택되어. 듀티 사이클에서의 점진적인 변화를 통한 지수식 감소(exponential decay)에 가깝게 한다. 각 경우에서, 신호(각각 1양성과 1음성 펄스의 쌍으로 이루어진 것을 고려)는 캐리어 주파수로 있어서 제로 전압 또는 전류에서 소비된 연속적으로 보다 커진 시간 부분으로 반복된다. 따라서, 상기 시켄서 스텝 또는 스텝의 조합은 주-사이클의 T3, T4, T5, T6을 나타낸다.
스텝9에 이어서, 시켄서가 스텝10(T1)으로 귀환하고 그리고 사이클은 입력부(624)에 다른 하나의 양성 펄스를 수용하면서 자신은 반복할 것이다. 생성 사이클은 필요에 따라서, 간단하게 발생기(620)의 9사이클 보다 더 긴 간격으로 분리된, 주기적으로 이격진 펄스를 상기 입력부에 적용하여, 주기적으로 되게 할 수 있다. 선택적으로, 사이클은, 출력 전극 사이에서 처리되는 물질의 체적 또는 용기를 올바르게 배치하는 것과 같은 특정적으로 설정된 처리 공정을 비주기적으로 각 시간에서 개시할 수 있다.
상술된 모든 실시예는 2-상태 주파수 발생기와 부속 회로에 의해 발생된 모든 필요한 부-간격을 가지고, 그 주-사이클에서만 멀티스텝 시켄서를 사용한다. 도33에 도시된 본 발명의 제6실시예는 상술된 실시예의 것과 유사한 멀티스텝 부-사이클과 출력 발생 시켄서를 사용하면서 더욱 우수해진 양립성과 정밀도를 갖는 것이다.
주 주파수 발생기(620)와 부 주파수 발생기(650)는, 발생기(650)가 필요한 캐리어 주파수를 10회로 작동하는 것을 제외하고는 이전 실시예의 유사 번호의 성분과 동일한 것이고 동일한 방식으로 작용하는 것이다. 간단한 설명을 위해, 상기 발생기들은 도33에서 외형선으로만 나타내었다. 또한, 주 시켄서(622)와 OR게이트(642, 660, 662)는 본 실시예의 게이트(662)가 스텝6-9에서만 신호가 합성된 것을 제외하고는, 이전 실시예에서의 유사 번호의 성분과 동일한 것이다. 게이트(662) 에 대한 연결부의 결여부분 과는 별개로, 시켄서의 스텝10에서의 출력은 이전 실시예에서와 같이 정밀하게 동작한다.
발생기(650)의 출력은, 유사 시켄서(622)가 10개 동일한 스텝의 사이클용으로 구조된 시켄서(700)에 클록 입력을 제공한다. 시켄서(700's) "리셋"입력부는 접지되고, 도면에는 도시 하지 않았다.
또한, 시켄서(662)의 출력과 유사하게, 시켄서(700)의 출력은 OR게이트에 의해 결합되어 더 복합적인 출력을 산출한다. 게이트(702)가 20% 듀티 사이클에 신호 산출 출력(1, 6)을 결합시키는 반면에, 게이트(704)는 40% 듀티 사이클에 신호 산출 출력(4, 5, 9, 10)을 결합시키고, 양쪽 게이트는 캐리어 주파수(발생기(650) 주파수의 1/5)를 2회 한 것이다. 신호(704)는 게이트(706a)에 의해 역전되고, 그리고 신호(702)는 게이트(706b)에 의해 역전되며, 각각 60%와 80% 듀티 사이클로 유사 주파수의 신호를 산출한다.
제3 OR게이트(708)는 시켄서(700)의 출력(1, 2, 3, 4, 5)을 결합하며, 캐리어 주파수에서 50% 듀티 사이클에 신호를 산출한다. CD4017B팩키지는 상기 게이트를 구비하며, 다단계 카운터를 형성하도록 복수의 상기 칩을 결합하는데 일반적으로 사용되는 출력 "Cout"("carry out")을 생성하고; 따라서 게이트(708)는 도면에 도시되지 않았으며 오직 그 출력 라인 만이 라벨된 것이다. 만일 다른 형태의 집적회로를 사용하여 시켄서(700)를 형성하였다면, 게이트(708)가 외형적으로 더해질 필요가 있을 것이다.
유사 번호의 게이트의 출력을 나타내는 신호(702, 704, 706a, 706b, 708)를 도34의 상부에 일 열로 나타내었다.
AND게이트(710)는 20% 듀티 사이클을 나타내는 게이트(702)에서 나온 신호에, 시켄서(622)의 스텝6-9을 나타내는 게이트(662)에서 나온 신호를 결합한다. 유사하게, AND게이트(712)는 40% 듀티 사이클을 나타내는 게이트(704)에서 나온 신호에, 스텝4와 스텝5를 나타내는 게이트(660)에서 나온 신호를 결합하고; AND게이트(714)는 60% 듀티 사이클을 나타내는 게이트(706b)에서 나온 신호에, 스텝3에서 바로 나온 신호를 결합하고; 그리고 AND게이트(716)는 80% 듀티 사이클을 나타내는 게이트(706a)에서 나온 신호에, 스텝2에서 바로 나온 신호를 결합한다.
라인(718)상에 있는 시켄서(622)의 스텝1에서 나온 신호가 항시 온 인 것은, 스텝1 전체를 통해서 100% 듀티 사이클을 나타내는 것임에 주의 한다.
다음, OR게이트(720)는 AND게이트(710, 712, 714, 716)에서 나온 신호에 라인(718)상에 신호를 결합한다. 합성 신호는 캐리어 주파수를 2회로 한 직사각형 펄스이고, 시켄서(622)의 스텝: 스텝1(T2)에서 100%(항시 상), 스텝2(T3)에서 80%, 스텝3(T4)에서 60%, 스텝4와 스텝5(T5)에서 40%, 및 스텝6-9(T6)에서 20%로 변화하는 듀티 사이클을 가진다. 시켄서(622's) 스텝(10)의 출력이 게이트(662)에 연결되지 않음으로, 게이트의 출력신호는 제로의 듀티 사이클을 나타내는 스텝(T1) 동안에는 지속적으로 하 이다.
신호(720)가 이러한 속도로 2회 운영되는 동안에, 상기 상태의 시켄서(700)의 "Cout"신호(708)는 캐리어 주파수로 정사각형 파이다. 따라서, 신호(720)의 일 펄스는 신호(708)의 각 절반-사이클 내에 떨어지며: 하나가 상 으로 있는 반면에, 다른 하나는 하 로 있다.
그 입력부분으로 신호(708)를 취하는 인버터(724)는, 신호(708)가 하 이면 상 그리고 신호가 상 이면 하 인 제2상보형 사각파를 생성한다. 다음, AND게이트(730)는 신호(708, 720)를 결합하여, 그 출력이 신호(720)에서 그러나 신호(708)의 양성 하프-사이클 동안에만 동일한 길이의 펄스를 구성한다. 유사하게, AND게이트(732)는 신호(720, 724)를 결합하여, 그 출력이 신호(720)에서 그러나 신호(708)의 양성 하프-사이클 동안에만 동일한 길이의 펄스를 구성한다. 따라서, 게이트(730, 732)에서 나온 펄스는: 게이트(730)에서 나온 일 펄스, 게이트(732)에서 나온 일 펄스, 게이트(730)에서 나온 다른 일 펄스, 등,등으로 교대 한다.
버퍼(684a, 684b)에 가해져서, 상기 신호들은, 연속적으로 감소하는 듀티 사이클을 가진 직사각형 파를 함유한 복수의 시간 기간을 통해 지수식-감쇠 사인-파 신호와 흡사한 상기 실시예에서와 매우 유사하게 출력차(686)를 창출한다. 그러나, 타이밍이 모두 디지털임으로, 보다 더 정확하고 재생 가능한 것이다.
상기 모든 상관관계는 다양한 신호용의 부린 표시(Boolean expressions)로 기재하여 보다 간결하게 나타낼 수 있다.
그리고, 출력차는 다음과 같이 나타나게 된다.
686=730-732=(T1 x --------)+(T2 x HHHHH LLLLL)+(T3 x -HHHH-LLLL)+
(T4 x HHH--LLL--)+(T5 x ---HH---LL)+(T6 x H----L----)
여기서, "+"는 부린 OR 오퍼레이터를 나타내며, "x"는 부린 AND 오퍼레이터를 나타내며, 직선 지움부는 로지칼 인버젼(부린 NOT 오퍼레이터)을 나타내며, B1-B10은 부 시켄서(700)의 스텝이며, T1-T6은 주-타이밍 간격이며, "1"은 논리 상 을 나타내며, "0"은 논리 하 를 나타내며, 윗첨자 "H"와 아래첨자 "L"은 반대 극성의 전압차 또는 전류차를 가리키며, 그리고 "-"은 제로 전압차 또는 전류차를 나타내며, 상기 윗첨자, 아래첨자, 및 "-" 의 세트로 이루어진 일렬의 10개 심볼은 다양한 상태에 있는 부-사이클을 나타낸다. 따라서, 신호(686)의 말미 표현은 각각의 연속성 주-간격에서 출력 펄스의 감소동작 듀티 사이클과 교대동작 반대 극성을 명 료하게 보여준다.
개별 게이트(660, 662, 702, 704, 706a, 706b, 및 708, 필요에 따라서는 710, 712, 714, 716, 720, 724, 730, 및 732)를 사용하여 도시된 바와 같이 제6실시예에서 선택성으로, 동일한 기능이 상술된 부린 표시에 따라 PGA(programmable gate array)장치 또는 다른 PAL(programmable array logic)장치를 사용하여 보다 편리하게 실시된다. 도22에 제안되고 첨부 명세서에 기재한 바와 같은 다른 선택성으로, 상기 기능의 전부 또는 일부가 마이크로프로세서 또는 마이크로 컨트롤러를 사용하여 실시한다.
도34의 하부 열은 복합 신호(720, 730, 732, 686)를 설명하며, 그 각각은 1개의 완전한 주-사이클을 취한다. 도시된 주 타임 간격은 도30에서와 동일한 것이다. 상기 2개 도면에서의 자취(610)와 자취(686)는 매우 유사한 것임에 유념한다.
명료한 도시를 위해, 도30에만 오직 3개 부-사이클이 각각의 시켄서(622)의 스텝용으로 각각의 자취(720, 730, 732, 686)에 도시하였다. 그런데, 실제 응용에서는, 일반적으로 수백개 또는 수천개의 부-사이클이 각각의 상기 스텝 동안에 발생한다.
본 발명의 다른 중요한 특징은 잠재적으로 매우 콤팩트한 크기와 저렴한 비용을 갖는 것이다. 오직 소수의 능동 및 수동 성분들 만이 상술된 각 실시예에서 필요하거나 또는 본 발명의 범위 내에 있는 다른 유사한 성질들에서 필요하고 그리고 비록 모두가 그런 것은 아니지만 대부분의 특정 실시를 하는데 필요한 성분이 콤팩트한 표면-마운트 팩키지에서 이용될 수 있음으로, 임의적인 상기 실시용의 콤 팩트한 양면 인쇄회로기판과 보드와 밧데리를 함유하는 소형의 경량 하우징을 설계하는 것이 어렵지 않다. 상기 하우징은 양호하게 성형 플라스틱이나 그 유사 재료로 제조되고, 붕대(bandage), 깁스 붕대(cast), 손목 또는 다른 밴드, 의류, 전도액 용기에 편리하게 장착하는 포켓 클립 또는 다른 수단을 갖는다. 보다 양호하게, 하우징은 상기 요소를 갖춘 회로판 또는 보드와 상술된 장치를 보유하는데 필요한 크기보다 상당히 작은 크기이다. 상술된 처음의 4개 특정 실시예에서와 같은 일반적인 실시 수단용으로 적절한 하우징은 대략 5cm x 6cm x 2cm(약 2.0" x 2.5" x 0.75")보다 작은 크기 또는 대략 그 근방 크기의 것이 필요하며 그리고 일부 경우에서는 그 보다 상당히 더 작은 것을 필요로 한다. 나중 부분의 2개 실시예와 같이 하이 출력 파워를 구하려는 실시 수단용의 하우징은 어느 정도 대형으로 할 필요가 있다.
일반적인 실시 수단에서는 회로 보드와 하우징이 소형이고 그리고 넓게-이용할 때만은 재고 전자 부품을 사용함으로서, 일반적으로 제작비를 상당히 낮출 수 있게 된다. 예를 들어 보다 정확한 자극전달을 하여야 하며 그리고/또는 보다 섬세한 신호조정을 필요로 하는, 처리가 약간 더 복잡한 응용에서는, 기술자 또는 의사가 환자 사용용으로 본 발명의 사내 인더스트리얼 형식(in-house industrial version)을 이용한다.
따라서, 본 발명에 따르는 장치는 예를 들어 도17 내지 도20에서 한정되고 설명된 바와 같이, 경량이고, 콤팩트하고, 자급식이고, 제작 및 유지비용이 경제적이고, 기간 연장을 위한 소유 또는 착용하기가 편리하고, 그리고 이들을 전도 수단 을 효과적으로 통해서 전달하는 것이다. 파워는 1회 교환으로 수 주일 동안 사용할 수 있는 콤팩트하고 저렴한 비용의 밧데리로 공급된다. 저 전압과 전류 만이 사용되고 메인 전기부로의 연결이 없음으로, 상기 장치는 기능 장애인 경우에도 쇼크 위험을 나타내지 않으며, 따라서 특별한 훈련을 할 필요 없이 감독을 받지 않고 가정에서 안전하게 사용할 수 있다.
양호한 실시예
양호한 실시예에서, 본 발명은 생물의학에 적용하는데 사용되는 전기적 신호를 발생하는 장치를 포함하며, 상기 전기적 신호는:(a)주-사이클이 주파수를 가진, 반복동작 주-사이클을 연속적으로 형성하는, 적어도 4개의 상대적으로 장길이인 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4, 및 주어지는 경우에 그외의 것) (b)부-사이클이 주파수를 가지며, 상기 주파수는 200kHz 미만으로 있는, 상기 주-타이밍 간격 중의 적어도 하나가 나누어지고 그리고 그 길이 전체에 걸쳐 반복동작 부-사이클을 연속적으로 형성하며; 반면에 상기 주-타이밍 간격의 적어도 다른 하나는 나누어지지 않는; 적어도 2개의 상대적으로 짧은 부-타이밍 간격(t1, t2, 등등); (c)복수의 대략 일정한 전압 또는 전류 레벨(L1, L2, 등등); (d)상기 주-사이클의 코스 전체를 통해 연속적으로 선택되어 상기 전기적 신호를 형성하는 레벨로서: 상기와 같이 나누어진 주-간격 내의 각각의 부-간격 중에서, 또는 상기와 같이 나누어지지 않았다면 전체 주-간격 중에서 상기 전압 또는 전류 레벨의 하나를 선택하는 것; (e)상기 주-사이클 중의 임의 하나를 반복하는 코스 전반에 걸처 대략적인 전하 평형을 확립하기 위한 1개 이상의 평형 펄스로서, 상기와 같이 나누어지지 않은 1개 이상의 주-간격을 추가로 선택하는 것을 포함한다.
다른 양호한 실시예에서, 본 발명은 생물의학에 적용하는데 사용되는 전기적 신호를 발생하는 방법을 포함하며, 상기 방법은:(a)주-사이클이 주파수를 가진, 반복동작 주-사이클을 연속적으로 형성하는, 적어도 4개의 상대적으로 장길이인 주-타이밍 안터벌(T1, T2, T3, T4, 및 주어지는 경우에 그외의 것)을 생성하는 단계; (b)부-사이클이 주파수를 가지며, 상기 주파수는 200kHz 미만으로 있는, 상기 주-타이밍 간격 중의 적어도 하나가 나누어지고 그리고 그 길이 전체에 걸쳐 반복동작 부-사이클을 연속적으로 형성하며; 반면에 상기 주-타이밍 간격의 적어도 다른 하나는 나누어지지 않는; 적어도 2개의 상대적으로 짧은 부-타이밍 간격(t1, t2, 등등)을 생성하는 단계; (c)복수의 대략 일정한 전압 또는 전류 레벨(L1, L2, 등등)을 생성하는 단계; (d)상기 주-사이클의 코스 전체를 통해 연속적으로 선택되어 상기 전기적 신호를 형성하는 레벨로서: 상기와 같이 나누어진 주-간격 내의 각각의 부-간격 중에서, 또는 상기와 같이 나누어지지 않은 경우에는 상기 주-간격 전체 중에서 상기 전압 또는 전류 레벨의 하나를 선택하는 단계 및; (e)상기 주-사이클 중의 임의 하나를 반복하는 과정 전반에 걸처 대략적인 전하 평형을 확립하기 위한 1개 이상의 평형 펄스로서, 간격이 상기와 같이 나누어지지 않은 1개 이상의 주-간격을 추가로 선택하는 단계를 포함한다.
추가적인 양호한 실시예에서, 본 발명은 전기적 신호를 생성하는 장치를 포함하며, 상기 장치는: 적어도 일 주-타이밍 간격이 나누어지는 주-타이밍 간격과 부-타이밍 간격을 생성하는 수단을 포함하며, 상기 주-타이밍 간격은 전하 평형된 주-사이클을 형성한다.
본 발명의 장치의 적용
본 명세서에 기술된 본 발명의 장치를 사용하여, 만성적, 난치성 통증, 급성 외상후 통증, 신경 자극으로 초래되는 통증, 당뇨병성 신경병에서 초래되는 통증, 근육경련으로 초래되는 통증 및, 압박 신경으로 초래되는 통증을 경감시키는데 효과를 볼 수 있다. 명확하게, 본 발명의 이득은 통증 완화 약제의 필요를 저하시킨 것이다.
또한, 본 발명의 장치와 방법은 혹이 커지는 것을 저하시키며, 바람직하지 않은 염증의 소산을 가속시키고, 배근 디스크 상처의 치료를 가속시키고, 근육경련을 완화하고, 팔 및/또는 다리 동작 범위를 유지하거나 향상시키며 그리고, 근육의 즉각적인 후-수술 자극을 하는데 사용되어 정맥 혈전을 방지한다.
본 발명은, 제한적이지 않은 기재로서 외상, 외과 절개수술, 화상, 제한적이지 않은 기재로서 당뇨성 궤양, 정맥성 궤양, 동맥성 궤양, 욕창성 궤양을 갖는 만성 상처를 포함하는 상처를 다루고 치료를 가속화 하는데도 유효한 것이다. 본 발명은 늘어나거나 째진 인대 또는 힘줄 치료를 가속화하고, 째진 근육조직의 치료를 가속화하는데 유효한 것이다. 본 발명은 또한, 사용하지 않거나 길어진 침대 휴식시간으로 인한 근육 위축을 방지하거나 더디게 하는데 유효한 것이다. 본 발명은 또한 상해된 신경을 재생시키는데 에도 유용한 것이다.
본 발명은 특히, 피부 이식 및 모발 이식의 생존율을 향상시키는데 유용한 것이다. 본 발명은 무릅과 엉덩이와 같은, 인조관절과 같은 보철과 골분과 같은 합성 이식조직편의 합체성을 향상시키는데 효과가 있는 것이다. 본 발명은 삐인 발목, 파열된 무릅 인대, 좌골신경통, 배근경련, 파열된 회전 낭대, 테니스 엘보우, 손목 터널 증후군, 궤양성 신경 증후군, 약관절 증후군 및 치아 종양으로 인한 통증을 치료하는데 유용한 것이다.
본 발명은 불면증, 울병, 불안감을 완화시키고, 기분전환 및 심적 경계심을 향상시키는데 유용한 것이다.
본 발명은 제한적이지 않은 기재로서, 국부 혈액순환성을 향상하고, 외상치료 상처구역으로의 혈액흐름을 향상하고, 만성적 피부 궤양 구역으로의 혈액흐름을 향상하는 작용을 포함하는 혈관신생성을 증진시키는데 유용한 것이다. 본 발명은 또한 혈액의 응고를 조절하는데 유용한 것이다.
다음과 같은 가설에 의해 경계지게 되는 것을 원하지는 않지만, 상기 장치는 각종 생리학적인 조건에 따른 세포에 함유된 사이토킨과 같은 화학적 인자의 방출을 증진시키어 치료부위에서 직접적으로 작용하는 것이라고 할 수 있다. 이러한 사실은 혈액 흐름의 증가를 초래하고 치료부위에서의 추가 염증을 방지하여, 신체의 고유 치유성을 향상시킨다.
본 발명은 특히 제한적이지 않은 기재로서 외과 수술 중에 잘라지거나 쪼개진 뼈를 포함하는 단순하거나 복잡한 뼈의 골절상 치료를 가속화 하는데 사용된다. 본 발명은 척추 수술 후에 척추골의 접합을 도모하는데 사용된다.
본 발명은 상해되거나 파열된 연골조직의 치료를 가속화 하는데도 사용된다. 또한, 본 발명은 피부상처 또는 궤양의 치료(상피조직)를 가속화 하는데도 사용된 다.
다음 기재된 상태는 본 발명이 유용하게 사용되는 대표적인 상태와 질환의 목록이다. 목록: 만성적 치유곤란한 통증의 경감, 급성 외상치료후 또는 외과수술후 통증의 경감, 신경자극(통각과민)으로 초래되는 통증의 감소, 당뇨성 신경과민으로 인해 초래되는 통증의 감소, 근육경련으로 초래되는 통증의 감소, 포획 또는 압박 신경조직으로 인해 초래되는 통증의 감소, 통증 경감 약제의 투여량 감소, 종기발생을 감소, 염증 소산의 가속, 근육경련의 척추 디스크 상해 완화 치료의 가속, 근육 재교육, 동작 범위를 유지 또는 증가, 정맥 응고를 막기위한 장딴지 근육의 즉각적인 수술후 자극, 외상 치료의 가속, 수술자국 치료를 가속, 화상 치료의 가속, 만성적 상처(당뇨병, 정맥성, 동맥성 및 욕창성 궤양)의 치료 가속, 늘어나거나 파열 인대의 치료 가속, 늘어나거나 파열된 힘줄의 치료 가속, 파열 근육 조직의 치료 가속, 근육 미사용 위축 방지 또는 반응지연, 장기간 침대생활로 인한 근육 위축의 반응지연 또는 반전, 및 무중력 상태에서의 근육 위축의 반응지연 또는 반전과 손상된 신경의 재생 가속.
본 발명의 추가 적용은 신선하고 간단한 골절 치료의 가속, 수술을 하는 중에 갈라졌거나 파손된 뼈의 치료를 가속 및, 척추접합 수술 후에 척추골의 접합 치료를 가속하는 결과를 초래한다. 본 발명은 유착불능한 골절을 다루거나; 골다공증을 다루거나, 방지하거나, 또는 반전시키거나; 골감소증을 다루거나, 방지하거나, 또는 반전시키거나; 골괴사증을 다루거나 반전시키거나, 또는 반전시키거나; 골상(woven bone)(세포, 뼈, 돌기) 형성 진행의 지연 또는 반전; 장기간 침대생활 로 인한 뼈의 칼슘 손실을 지연 또는 반전; 또는 무중력 상태에서의 뼈의 칼슘 손실을 지연 또는 반전시키는데 사용된다. 또한, 본 발명은 국부 혈액의 순환을 증가시키고, 외상치료 상해구역으로의 혈액 흐름을 증가시키고, 만성적 피부 궤양 구역으로의 혈액 흐름을 증가시키고 그리고 혈액 응고동작을 조절하는데 사용된다.
본 발명은 또한 힘줄염(tendonitis)의 보조 치료제, 변조성 국부 면역기능 반응, 변조성 전신 면역기능 반응, 자기면역병(류머티즘성 관절염)의 보조 치료제 및 암의 보조 치료제로 사용된다.
본 발명은 부가로, 발바닥 근막염을 치료, 늘어난 발목을 치료, 파열된 무릅 인대를 치료, 좌골신경통을 치료, 배근 경련을 치료, 파열된 회전 낭대(rotator cuff)를 치료, 테니스 엘보를 치료, 손목터널 증후군을 치료, 척골 신경 증후군을 치료, 약관절 증후군을 치료, 종양 치아로 인한 통증 경감, 배양 세포 또는 조직의 성장을 가속, 세포 분열을 조정, 세포 분화를 조정, 세포 사이클 진행을 조정, 형질변환 성장 인자의 표현을 조정, 뼈 형태신생 단백질 표현을 조정, 연골 성장 인자의 표현을 조정, 인슐린 모양 성장 인자의 표현을 조정, 섬유아세포 성장 인자의 표현을 조정, 종양 괴사 인자의 표현을 조정, 인더루킨의 표현을 조정 및 사이토킨의 표현을 조정하는데 사용된다.
본 발명은 또한 저장부에 혈액과 다른 바이오제품의 악화를 지연하고, 감염된 인체 또는 동물 몸체 내의 병원체를 약화시키고, 고립된 조직 또는 새포 배양부 내의 병원체를 약화시키고, 혈액과 바이오제품 내의 병원체를 약화시키고 그리고 음식물, 음료수 또는 다른 식료품 내의 병원체를 약화시키는데 사용된다.
이하에 기재되는 예는 본 발명의 범위 내에서 부가적인 설명을 목적으로 기술된 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 첨부 청구범위에 의해 한정되며, 당분야의 기술인은 본 발명의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 본 발명을 변경 및 개조할 수 있을 것이며, 이러한 기술내용은 모두 본 발명에 포함되는 것이다.
이하에 기술되는 예에서 사용되는 것과 같은 MedReliefTM 장치는 개략적으로 도6에 도시된 전기신호를 발생하는 상술된 바와 같은 전기자극기를 참고로 한다.
실시예1
골절 뼈의 생체전기 자극
50세 나이의 남자가 자동차 사고를 당하여 그의 경골과 비골이 나선형 골절이 되었다. 그의 경골은 아티클 위로 대략 3" 골절되고 반면에 비골은 뼈의 상부로부터 골절되었다. 상기 사고 시에, 이 남자는 건강한 신체로 다른 상처도 없는 육체이었다. X-레이와 응급실에서의 평가는 상기 이중 골절을 진단하였다. 문제를 해결하기 위한 외과수술이 필요한 것으로 판단되었다. 다음날 아침 정형 외과의사로 예약되었다. 수술 일정이 잡히고, 2월 4일 오후에 실시 되었다. 무균 강철못이 뼈의 전체 길이에 걸쳐 경골 축 밑으로 삽입되었다. 2개 나사가 경골 상부에서 못을 고정하였고, 3개 나사가 발목에서 못을 고정하였다. 환자는 원래 병원에서 이틀 밤을 보내게 계획되었으나, 수술 후 대략 24시간 뒤에 퇴원하였다. 퇴원 전에, 환자는 목발의 도움을 받으며 보호용 주철 워커 부츠를 설치하였고, 그리 고 환자는 상해된 발에 무리한 힘을 받거나 가하지 않게 하라는 주문을 받았다. 일주일 후에 의사와의 면담을 예약하였다. 환자는 집으로 돌아 와서 휴식을 취하였다. 환자에게는 통증을 관리하기 위한 퍼코세트 통증 완화제가 주어졌고, 완화제를 매 4시간 마다 복용하였다.
2월 7일 경에, 환자는 통증의 증가와 체온의 상승을 경험하였다. 외과의사는 적절한 주입용의 항생물질에 의한 치료를 일러 주었다. 항생제 복용을 하고 24시간 내에, 정상인의 체온으로 돌아옴과 마찬가지로 통증의 정도도 감소되었다.
2월 11일은 외과의사와의 1주일 전 정해진 예약일이다. X-레이 사진은 뼈의 정렬이 양호하고 모든 것이 적절하게 배열되었으며 제위치에 있음을 보여주었다. 환자는 그때, 그는 10 내지 12주 동안 다리가 무리한 힘을 받지 않고 유지되어야만 한다는 지침을 들었다. 본 발명의 새로운 파형의 적용(전기자극기에 의해 발생되고 도6에 도시된 바와 대체로 같은 것)은 2월 12일에 시작되었다. 전극은 경골에 골절 지점에 다리의 각 측부(옆면 중간)에 배치된다. 상기 장비는 1일 3회 1시간 내에 사용되었다. 일정은 오전 8시에 첫번째 치료를 개시하고, 2번째는 오후 2시, 그리고 세번째 치료는 오후 8시에 실시하는 것으로 하였다. 이러한 치료 계획은 전체 회복기간을 통해 거의 그대로 유지되었다. 환자는 아침에 첫번째 일로서 그의 다리에 전극을 가하였고, 하루 종일 제위치에 이들을 남기었다. 사용 2주일 후에, 전극 사이트에 피부가 어느 정도 감각이 민감하게 되었다. 이러한 감수성은 재사용가능한 전극에 접착제에 의해 야기된 것으로 추론된다. 환자는 측면/중간면 으로부터 앞면/뒷면 으로 전극 배치를 변경하였고 그리고 이러한 일은 피부 감수성 을 없애었다. 수일 내에, 환자는 그가 모든 통증 약제의 투여를 중단한 지점에서의 통증의 감소를 주목하였다. 2월 15일 후에는 통증 약제를 취하지 않았다. 환자는 통증 발생 시에 10 - 15분 동안 본 발명의 것을 사용하면 빠르게 통증이 사라진다는 사실을 발견하였다. 그런데, 이러한 목적에 맞는 사용은 오직 처음 몇 주 동안 1주일에 3~4회에서만 발생하고 다음, 8주 동안을 통해서는 1주일에 1~2회로 후퇴되었다. 상기 지점 후에, 통증 감소를 위한 치료를 할 필요가 없게 되었다.
3월 9일, 환자는 6주 추적검사를 위해 의사를 방문하였다. 새로운 X-레이는 모든 뼈가 제위치에 있고 그리고 상당한 치료가 이루어졌음을 나타내었다. 그 시점에서, 외과의사는 치료가 예정보다 2~3주 일찍 되었음을 평가하고, 환자가 매우 제한된 부분적인 체중 압박운동을 시작하게 하였다. 추적검사 방문은 수술후 10주 내내 계획된 것이다. 환자는 조기에 확립된 치료 요양법에 따른 치료를 지속하였다. 체중 압박운동은 단거리를 목발로 가벼운 걷기운동으로 제한되었으며, 환자는 규정된 함량으로 매일 종합비타민을 복용하는 보통의 건강 다이어트를 병행하였음에 주의한다. 칼슘 섭취량을 늘리는 보완 방식을 취하지는 않았다.
6월 3일에 외과의사를 마지막으로 방문하였다. 환자는 이 때가 수술후 17주째가 된다. 외과의사는 이 날 환자의 치료를 마쳤다. 외과의사의 견해는 환자가 그가 지금까지 보아온 어느 누구 보다도 빨리 회복되었으며, 50세 년령의 남자임을 고려한다면 더 빠르게 치료되었다는 것이다. 환자는 그가 만족함을 느낄 정도로 자신의 활동수준을 점진적으로 늘릴 것이라고 말하였다. 여름을 지내면서, 환자는 그가 자신의 다치기 이전의 수준으로 몸이 거의 돌아올 때까지 활동양을 늘리었다.
수술 후 35주째가 되는 10월 6일, 환자는 카페트 위에서 맨발로 급하게 방향전환을 하였으며, 손상된 다리에 발목에서 스냅(snap) 감을 느끼었다. 상당히 고통스러웠으며, 부어올랐고 그리고 걷기가 곤란하였다. 외과의사는 어떠한 명확한 이유가 발견되진 않았고, 환자는 삐는 것처럼 상기 상태를 치료하고 안정을 취하라는 말을 들었다. 10월 20일, 환자는 재차 통증에 이어서 발목에서 동일한 "스냅"을 경험하였고, 다리가 부어올랐다. 이 시점에서, 외과의사는 환자의 동의 하에 발목에서 나사를 제거하는 안을 제시하였다. 11월 3일, 3개 나사가 환자의 발목에서 제거되었다.
나사 제거에 이어서, 약간의 통증과 부어올름이 있었다. 환자는 4~5주 동안 쉬라는 지시를 받았고 반면에 나사구멍은 뼈로 채워졌다. 환자는 다시 원래 행해졌던 것과 같이 1일 당 3회로 본 발명(도6, 7)에 따르는 새로운 파형을 적용하였다. 그 후 4주째에서, 나사 구멍은 실질적으로 채워졌으며, 고통과 부어올름은 사라졌고, 그리고 환자는 근심으로부터 해방되었다.
실시예2
동물 골절 뼈의 생체 전기 자극
다친 독일-세퍼드 잡종 개는 후술되는 바와 같이 개략적으로 도6에 도시된 파형을 사용하는 생체전기 자극을 통해 성공적으로 치료되었다.
탄환이 개의 우측전방 대퇴부를 가격하고 중간구역이 많은 파편으로 부서졌음을 발견하였다. 탄환은 0.22구경인 것으로 판명되고, 그리고 충격부가 버섯모양 을 가지어서 X-레이상에서 명확히 드러나는 많은 연편(lead pieces)을 가지고 더욱 분쇄되었다.
하프 셀을 마취한 상태에서, 파이버글래스 스피카 부목이 헤비 캐스트 패딩에 배치된다. 예상 회복시간은 적어도 4주이고, 보다 정확하게는 6주 또는 그 이상이다. 수의사는 개가 아마도 평생 다리를 절룩거릴 것임을 경고 하였다. 탄환을 제거하려는 시도는 없었다.
MedReliefTM치료를 받은 2주 후에 X-레이 사진은 완전히 재결합한 뼈 파편을 보여주고, 이제는 주요 탄환 파편을 둘러싸고 있음을 보여준다. 이미, 파편은 우수한 유합조직과 안정적임을 보여준다. 생체 전기 자극은 마감되고 캐스트는 예상 시간의 절반 만의 시간 후에 제거되고, 개는 집으로 돌아 왔으며, 여전히 어깨와 다리에 붕대를 감고 있고, 치료는 마감되었다.
대략 1주일 후에, 개는 처음에는 주저하면서 다리를 다시 사용하였다. 2개월쯤해서, 개는 어떠한 절룩거림도 없이 정상적으로 걷고 달리었다.
실시예3
딥 스킨 찰과상의 생체 전기 자극
이번 연구의 과제는 손등에 3개 찰과상 상해로 고통을 받고 있는 것이다. 상기 상처는 동시에, 동일한 방식으로, 그리고 대략 동일한 강도로 이루어진 것이다. 3개 상처에서, 가장 심한 상처를 MedReliefTM치료용으로 선택하며, 생체 전기 자극은 도6에 도시된 바와 같이 개략적으로 파형 적용을 포함한다.
상처는 비누와 물을 사용하여 눈에 보이는 표적물을 씻겨내지만, 항생물질 또는 살균물질이 사용되지는 않는다. 치료는 수면 중에, 일시에 약 8시간 동안 행해진다.
첫날 밤 모든 상처에 딱지가 덮여진 후에, 상처 부근은 부어오르게 되고 만지면 통증이 오지만, 치료받은 상처부위는 다른 상처부위에 비해 현저하게 악화(worse) 되었다.(이러한 사실이, 단순하게, 처음 장소에서 더욱 가혹하게 되어져 있는 상처로부터 또는 MedReliefTM치료로부터 부분적으로 초래되는지를 말할 수는 없음) 치료받는 구역의 통증과 감수성은 시간이 지남에 따라 점진적으로 줄어들고, 저녁 무렵에는 3개 상처가 모두 유사하게 보여진다. 치료는 두번째 밤 동안 동일한 방식으로 반복되었다.
다음날 아침, 치료하지 않은 상처는 여전히 상당한 통증이 있었으며, 염증이 그 주위에 발생되었다든다. 놀랍게도, 치료 받은 상처는 지금은 통증이 없었으며, 다른 상처에 비해 매우 미약한 염증이 있었으며, 그리고 건조 동작 수시간 후에 딱지(scab)가 벗겨져, 얇은 핑크색 새 피부가 드러나기 시작하였다. 탐침으로 이들을 만져 압박감을 주었으나, 통증은 없었다.
부가의 MedReliefTM치료를 사용하지 않았다. 두번째 아침 후에는 치료 상처로부터의 어떠한 통증도 없었고, 새 피부는 점진적으로 두텁게 성장하고, 그리고 대략 1주일 내에, 보여지는 상처 부위가 마치 상처를 입지 않은 것 같이 보여졌다. 대조적으로, 치료받지 않은 상처에서는 여전히 통증이 있으며, 수일 이상 동안 딱지가 있고, 그리고 완전한 치료를 하는데 추가 기간을 소비하였다. 3개 상처 어느 것도 눈에 뜨일만한 흉터를 남기지 않았다.
참고 의학서(참고문헌으로 도15-2 내지 도15-4, 패트릭, 우드스, 크라벤, 로코스키 및 브루노의 의료-수술 간호-병태생리성 개념(1986))는, 조기 치료단계에서 염증성, 세포운동 및 분열이 MedReliefTM치료를 받아서 대략 4배 증가하고 그리고 모든 치료 작업의 콜라젠 조직 재구성기는 일반적으로 8 내지 10일이 소요되는 곳에서 약 2일 안에 완료한 것을 제안하였다. 치료받지 않은 상처는 "통상의" 일정에 따름에 주의 한다.
실시예4
통증 완화를 위한 생체전기 자극과 무릅 인대의 치료작업 자극
본 예의 과제는 재부상을 당하여 거의 증세가 나타날 때마다 동일하게 진행되는 늘어난 무릅 인대 손상을 당한 것이다. 각각의 재부상에 따라서, 무릅은 2일-3일 과정에서 더욱 경직되게 굳어지고, 염증을 일으키고 그리고 통증을 수반하고 진행된 후, 약 2주일 이상 동안 어느 정도의 통증을 참아 내면서, 점진적으로 해결되는 것같이 보여진다.
가장 최근에 부상 후에, MedReliefTM장치를 적용하였다. 특정적으로, 도6에 도시된 바와 같은 본 발명의 새로운 파형이 피부에 위치한 전극 사용을 통해서 적 용되었다. 수면을 취하는 하룻밤 만에 치료가 대부분의 통증과 경직성을 없애었으며, 이틀밤을 치료한 후에 오후 경에는 무릅이 완전하게 통증으로부터 해방되었다.
실시예5
완골 터널 증후근과 연관된 통증 완화를 위한 생체전기 자극
약간 무거운 들어올림에 의한 결과로서, 시험체는 그 우측 손목에 심각한 고통 및 불쾌감을 느끼기 시작하며, 이의 굴곡이나 테이핑 또는 약지를 사용하여 무엇인가를 파지하는 것은 팔의 기저부에 심각하고 날카로운 고통을 초래하고, 이것은 손가락으로 퍼져나간다. 이러한 고통은 5일에 걸쳐 점진적으로 증가된다. 시험체가 과거 수년동안 동일 영역에 걸쳐 유사한 고통을 느꼈다 하더라도, 결고 이 정도로 나쁘거나 이렇게 길게 지속되지 않았었다.
5일후, 완골 터널 증후군의 공식적인 진단이 실행되었다. 완골 터널 증후군은 손상된 힘줄이 팽창하고 손목의 신경이 만성인 상태로서, 고통은 팔 근육을 당겨지게 하고 힘줄을 손상시킨다. 일단 이러한 주기가 설정되면, 일반적으로 평생동안 지속된다. 2개의 주 손목 신경중 각각 또는 모두가 포함될 수도 있으며; 시험체의 경우에에는 이것은 척골 신경이 된다.
진단이 실행된 저녁에, 시험체는 MedReliefTM 치료(도6에 도시된 파형의 적용을 포함하는)를 시작하며; 현재 경로에서의 힘줄 뿐만 아니라 당겨진 근육을 포함하기 위해, 영향을 받는 손의 엣지상에 한쪽 전극 패드를 안착시키고, 다른쪽 전 극을 팔꿈치 근처에 배치한다. 치료는 침대에서 시작하여, 밤과 그 다음 아침까지 지속된다.
다음날 아침, 고통은 훨씬 경감되었으며, 오후에는 고통이 거의 없어져서, 시험체는 유니트 및 패드를 제거하였다. 저녁에는 증상이 다시 복귀되므로, 시험체는 수면중 야간 치료가 재개된다. 2회 이상의 이러한 치료후, 시험체는 통증으로부터 자유로워졌으며, 또 다른 치료를 하지 않았다.
시험체는 다시 5개월 후 손을 부상당했으며, 모든 증상은 그 전과 같았다. 이때, 통증이 나타난 후 시험체는 첫번째 밤에 MedReliefTM을 사용하였으며, 그 다음날 중간 정도에 고통이 다시 사라졌다. 그때, 다시 복귀되지 않았으며, 하룻밤은 무사했다.
실시예6
요골 신경 증후근의 완화를 위한 생체전기 자극
시험체는 당겨진 근육이 이완되는 것을 도와주기 위해 손에 많은 압력을 가할 것이 요구되는 전문적인 치료전문가이다. 따라서, 팔 근육이 강해지는 것을 도와주기 위해 트레이닝을 견디게 된다.
그 연습의 일환으로 익숙하지 않은 중량기(weight machine)를 최초로 사용한 후, 시험체는 좌측 손목이 부드러워졌음을 인식하게 된다. 7일후, 손목은 점진적으로 더욱 부어오르고 딱딱해지며 고통을 느끼게 되며, 상완요골근이 상습적으로 당겨지고 염증이 발생된다. 그 결과, 몇일간의 업무를 할 수 없게 된다.
고통과 염증의 형태 및 위치는 요골 신경 증후군과, 통상적으로 압박성 신경 병변을 유발하는 염증성 상태 라는 진단으로 나타난다. 통상적인 기능을 복구시키거나 고통을 완전히 완화시킬 수는 없을 지라도, 이러한 상태는 점진적이며, 여러 경우에 있어서 치료는 수술을 필요로 한다.
시험체는 MedReliefTM 치료(도6에 도시된 파형의 적용을 포함하는)를 시도하도록 결정되며; 하룻밤 치료가 시작된다. 3시간내에, 근육통은 사라졌으며, 손목 고통은 인식할 수 있을 정도로 상당히 경감되었다. 아침에는 손목 고통이 완전히 사라졌으며, 염증도 상당히 감소되었다. 그 결과, 3회 맛사지를 받을 수 있게 되었다.
시험체는 하루 24시간 이틀동안 MedReliefTM 치료를 계속 받는다. 그후, 손목은 완전히 정상으로 다시 복구되었으며, 더 이상 이에 대해 고민하지 않게 되었다.
실시예7
손상된 무릎 인대의 재부상으로부터 고통 및 염증의 완화를 위한 생체전기 자극
30년 전에는 이러한 연구의 시험체는 차량 사고시 심각한 무릎 인대 부상과 중간 인대의 완전한 절단으로 고통받았다. 무릎은 재발하기 쉬우며, 때로는 축구 공 크기로 부어오르고 수술 배출(surgical draining)을 필요로 한다.
2년전에는 손상을 보수하기 위해 정형외과 의사가 완전한 무릎 교체 수술을 권유하였지만, 시험체는 이러한 수술을 받고 싶지 않았다. 그 대신, 시험체는 도6에 도시된 바와 같이 생체전기 자극을 인가하는 MedReliefTM 을 경험하였다.
장치를 무릎에 올린 수분 이내에 "고통이 경감되었다"라고 말할 것이며, 이를 착용후 2주후 염증은 통상적인 활동을 재개할 수 있을 정도로 사라졌다.
실시예8
파열된 관절 연골로 인한 고통 완화를 위한 생체전기 자극
환자는 수년동안 한쪽 무릎에 파열된 중간 반월판(연골 패드)으로 인해 고통을 받았으며, 그 결과 특히 계단을 내려갈 때 이에 가해지는 부하로 인해, 무릎을 구부릴 때 심각한 고통이 완화되었다.
환자는 MedReliefTM 유니트(도6에 도시된 파형의 적용을 포함하는)를 시도하였으며, 한쪽 전극은 대퇴부의 후방에서 무릎 위로 3" 위에 배치되었으며, 전방부의 다른쪽 전극은 슬개골 아래 2" 위치에 배치되었다. 일분이내에, 고통의 감소가 보고되었으며, "45분 후에는 전혀 고통을 느낄 수 없었다"라고 말했다. 사용후 1주일동안 고통이 거의 없었으며, 2주후에는 통상적인 상태로 개선되었다.
실시예9
파열된 관절 연골로 인한 고통 완화를 위한 생체전기 자극
환자는 한쪽 무릎에 급작스러운 고통을 느꼈을 때 그리 친하지 않은 운동기구를 사용하고 있었다. 고통은 그후 여러 주일동안 꾸준히 악화되었으며, 장시간 서서 일하고 주위를 많이 돌아다녀야만 하는 작업 상태를 악화시켰다. "그것 때문에 잠을 잘 수 없을 정도로 나쁘게 되었다". 고통은 주로 파열된 전방 십자인대로 인한 것으로 진단이 내려졌다.
환자는 야간 수면중에 MedReliefTM(도6에 도시된 파형의 적용을 포함하는)를 사용하기 시작했다. 환자는 다음과 같이 말한다. "고통이 나를 밤에 일으켜 세워 걷는 것을 정지시켰기 때문에 나는 일할 수 있다. 나의 고통(0 내지 10의 크기로 가정했을 때, 10이 가장 나쁘다)은 7 또는 8 이었으며, 약 1 정도 내려갔다. 아직도 긴 하룻동안의 마지막을 향하여 고통이 내게 엄습하지만, 그 전처럼 그렇게 나쁘지 않으며, 치료후 밤은 거의 사라진 것 같다".
실시예10
어긋난 척추골/눌려진 척추신경으로 인한 고통 완화를 위한 생체전기 자극
환자는 전형적으로 장시간의 운전이나 골프 행위로 인해, 이전에 심각한 하요통(lower back pain)을 경험하였다. 고통은 척추 조작(chiropractic manipulation)에 양호하게 반응하며, 이것은 적추 오정렬을 나타낸다.
최근에 환자는 2일간 골프를 하였으며, 4시간의 운전을 포함하는 업무상 여행을 하였다. 환자는 다음날 아침 매우 심각한 고통에 잠을 깼으며, 0 내지 10 크기의 고통지수에서 10(매우 상상하기 힘든)을 나타냈다. 불행하게도, 날짜는 연휴의 토요일 이었으며, 척추지압사 사무실은 문을 닫았으며, 다음주 화요일까지는 문을 열지 않는다.
환자는 MedReliefTM 유니트를 시도하였으며, 도6에 도시된 바와 같은 파형을 발생하도록 전극을 배치하였으며, 그날과 그후 2일동안 치료를 지속하였다. 이에 따르면, 환자는 다음과 같이 말하고 있다. "나는 아직 고통을 느끼지만, 치료에 의해 고통지수는 10으로부터 2 또는 3 으로 내려왔으며, 그래서 나는 척추지압사를 만날 때까지 주말을 잘 지냈다".
실시예11
치아 염증으로 인한 고통 완화를 위한 생체전기 자극
어느 금요일에, 환자는 구강의 상부 좌측에 있는 치아로 인해 심한 치통을 앓았지만, 다가오는 월요일에 치과의사에 가기에는 너무 늦다는 것을 신속히 발견하였다.
환자는 MedReliefTM 를 시도하였으며, 전극을 코의 좌측에 놓고, 제2전극을 기관의 바로 좌측인 턱 하부에 위치시켰다.
머리나 목 근처에 가하지 말라는 전자자극 장치에 배치된 통상의 경고로 인 해, 약간 주의하면서 자극이 가해졌다. 그러나, 악영향은 없었으며, 45분 치료후, 고통이 완화되었다. 치료는 주기적으로 실행되었지만, 고통을 완화하기 위해 각각 30분 내지 45분 치료가 동일한 방식으로 인가되었다. 치료는 금요일, 토요일, 일요일 까지 지속되었다.
월요일 검사에 따르면, 아팠던 치아는 곪은 것으로 밝혀졌다.
실시예12
반복적인 운동 부상으로 인한 손목 고통의 완화를 위한 생체전기 자극
이러한 연구의 시험체는 비서 이었으며, 심각한 우측 손목 고통을 경험하기 시작했다. 고통은 완골 터널로부터 시작되었으며, 카운터후 고통 완화기는 일시적으로만 도움이 되었기에, 환자는 본 발명을 사용하였다. 환자는 우측 손목에 2일 동안 지속적으로 MedReliefTM 유니트(도6에 도시된 파형의 적용을 가능하게 하는)를 착용하였으며, 다음과 같이 보고되었다. "고통은 사용후 1시간내에 사라지기 시작했으며, 나는 단지 모든 염증이 치료되는 것을 보장하기 위해 계속 착용만 했을 뿐이다. 나는 6달 동안 손목에 더 이상 고통을 느끼지 않았다".
실시예13
생체전기 신호의 생체외 평가
하기 연구의 목적은 연골 조직에서 본 발명에 서술된 신규한 생체전기 신호 의 영향을 평가하기 위한 것이다.
설명
상용의 도살장으로 얻은 신선한 돼지 무릎 관절로 체외배양이 준비되었다. 연골 조직은 통상의 해부방법을 사용하여 관절로부터 제거되었다. 여러가지 연구에 따르면, 이러한 조직은 실온에서 수화되었을 때 수일동안 일정한 생물학적 및 기계학적 특성을 지지하는 것으로 밝혀졌다. 적절한 매체로 덮이고 인큐베이터에 배치되었을 때, 이러한 조직은 수주동안 살아있다.
이러한 테스트 환경은 니오븀 와이어의 코일형 부분을 통해 직렬로 연결된 6개의 테스트 컬쳐 웰(24×75mm)로 구성된다. 상기 니오븀 와이어는 전극으로부터 금속 이온의 해제를 방지하는 천연 코팅으로 형성되어 있다. 제1테스트 챔버 전과 최종 테스트 챔버후에는 전극 웰이 제공되며, 이러한 전극 웰은 연골 체외배향 테스트 샘플에 분배된 전기장을 균일하게 분배하도록 작용하는 니오븀 와이어를 통해 연결되어 있다. 상기 연골 샘플은 웰 면적(24×75mm)의 약 75%를 충진하도록 절단된다. 각각의 샘플의 두께(1.5 내지 2mm)는 샘플의 특정 동물 및 해부학적 위치에 따라 최소한의 변위를 갖는다. 이 모든 경우에 있어서, 조직은 매체로 완전히 덮여 있다.
이러한 실험에는 2가지 형태의 연골 조직이 사용되었다. 통상적인 연골(NCart)은 상술한 바와 같이 준비되었으며, 더 이상의 예비치료가 없는 테스트 웰에 배치된다. 악화된 연골(DCart)은 조직을 악화시켜 골관절염 연골에서 관찰된 변화를 시뮬레이트하도록, 통상적인 조직을 48시간동안 IL-1로 치료하므로써 준비 된다. 48시간후, 연골 샘플 및 매체는 상술한 출력 변수에 대해 검사된다.
출력 변수는 프로테오글라이칸(proteoglycan) 및 연골의 생산, 프로테오글라이칸의 해제, 프로스타글란딘의 해제, 및 질소 산화물의 해제를 포함한다. 처음 3개의 변수들은 연골 물질대사의 측정값이며, 나머지 2개는 염증의 측정값이다.
디자인
NCart 는 상술한 6개의 웰 시스템의 각각에 배치되며; 치료된 조직의 전류 밀도를 평방센치미터당 약 5 내지 7 마이크로암페어로 설정하기 위해, 외부 레지스터를 사용하여 출력 전류가 감소된 MedReliefTM으로 치료되었다. 치료는 2일동안 하루 2시간동안 실행되었다. 이러한 실험에 대한 제어는 동일한 테스트 환경이지만, MedReliefTM 장치는 작동정지되었다.
유사한 방식으로, NCart 에 대한 실험은 DCart를 위해 반복되었다.
실시예14
생체전기 신호의 생체내 평가
하기에 서술되는 연구의 목적은 돼지 모델에서 완전한 두께의 상처에 대해 본 발명에 서술된 신규한 생체전기 신호의 영향을 평가하기 위한 것이다.
설명
실험 동물(N = 8)은 요크셔 농장 돼지로서, 인체와 유사한 피부 특성(혈관이 많고, 피부가 밀착된)을 갖는다. 마취하에서 각각의 돼지의 등에 균일하게 분포되 고 두께가 완전한, 평방인치당 8개의 상처가 생성되었다. 기본적으로는 어깨 아래에서부터 시작하여 척추의 기저부를 향해 하방으로 이동하는, 2개 상처의 4열이 제공된다. 모든 동물은 적절한 고통 경감 후수술을 받게 된다. 모든 상처는 히드로겔로 충진되며, 테가덤 드레싱으로 덮여진다. 상처를 보호하고 이들을 깨끗하게 하기 위해, 또 다른 보호성 물질이 인가된다. 상처 드레싱은 매일 바뀐다. 얌전한 상처 세척을 보장하여 적절한 임상학적 주의를 제공하고, 상처 지역의 치료에 대한 최소한의 파열을 제공하도록 주의하였다.
상처(동물당 8개)는 사각형 상처들 사이의 중심선이 상부로부터 바닥까지 약 5인치가 되고 측부로부터 측부까지는 약 4인치가 되도록 배치된다. 균일한 상처 위치를 보장하기 위해 템플레이트가 생성되었다.
연구의 종료시점은 10일 및 21일 이다. 희생 종료시점에서, 조직학적 처리를 위해, 각각의 상처를 통해 완전히 이루어진 2개의 대형 적출 조직 샘플이 수집되었다. 동물이 10일에서 이러한 조직 수집을 실행한 후 또 다시 11일간 생존한다는 것은 안전하지 않으며, 따라서 1일에는 두께가 완전한 4개의 오리지날 상처가 생성되었으며, 11일에는 4개의 상처가 생성될 것이므로, 동물은 21일에 희생될 것이며; 10일 및 21일 동안 지속적인 상처 보수를 갖게 될 것이다. 이러한 조직 샘플에 대해 여러개의 조직생태학적 및 면역학적 오염 테스트(staining test)가 실행될 것이다.
희생시까지 상처 형성후 이어지는 매 2일마다, 각각의 동물은 하기와 같은 평가즉, 눈을 가린 평가자에 의해 1 내지 4의 상처 치료 스케일에 대한 점수와, 상 처의 사진촬영과, 레이저 도플러 관류의 평가를 받게 될 것이다. 레이저 연구는 모어 장치(Moor device)를 이용하여 각각의 상처를 둘러싸고 있는 일련의 테스트 포인트로 구성되어 있다.
자체고착형의 가요성 및 도전성 전극은 각각의 전극쌍이 각각의 열(row)에서(상부로부터 바닥까지) 2개의 상처를 자극하도록 배치된다. 이것은 전극 중심선을 한 열에서 각각의 전극의 외측으로 약 2인치에 배치하므로써 실행된다. 전극 사이를 흐르는 전류는 두 상처를 동시에 자극한다. 전극은 하루에 두번 억제 삼각건(restraining sling)에 있을 동안 각각의 돼지에 배치된다.
디자인: (이것은 2개의 TX와 변화된다)
연구할 수 있는 3개의 치료(TX)가 있다. 각각의 TX는 두마리 돼지의 8개 상처에 인가된다. 따라서, 각각의 TX에 대해 16개의 상처 영역이 있다. 이러한 샘플중 8개는 희생일(10일)을 위한 것이며, 나머지 8개는 희생일(21일)을 위한 것이다. 또한, 2마리 제어 돼지는 비활성 전극을 각각 갖는 8개의 상처 영역을 갖고 있다.
매일 두번 전기(또는 제어)가 인가될 것이다(BID). 하기의 장치와 주기가 사용될 것이다.
TX1 = 낮게 설정된 세기(～5-9 mv/cm), 주기는 각각의 치료당 15분
TX2 = 낮게 설정된 세기(～5-9 mv/cm), 주기는 각각의 치료당 60분
TX3 = 로우 플러스 레지스터로 설정된 세기(～1-3 mv/cm), 주기는 각각의 치료당 15분
상처의 수술 치료중, 2개의 시도 전극이 한 열의 두 상처의 외부에 배치되므로, 분포된 전류(mv/cm)가 측정될 수 있다. 이것은 분포된 치료 생체전기 전류가 예견할 수 있다는 신뢰감을 제공한다. 치료 처리과정중에는 더 이상의 전류 검사는 실행되지 않는데, 그 이유는 처리과정을 혼란시킬 수 있기 때문이다.
실시예15
단순 골절 치료
하기에 서술되는 연구의 목적은 토끼 모델의 중간축 반경 오염에 대해 본 발명에 서술된 신규한 생체전기 신호의 영향을 평가하기 위한 것이다.
설명
토끼에 있어서, 척골(ulna)은 요골 보다 크거나 유사한 직경을 갖는다. 또한, 이러한 뼈들은 강인한 골간막에 의해 연결된다. 따라서, 요골에서의 1cm 간극은 기계적 불안정성으로 나타나지 않는다. 토끼는 이러한 두 처리과정(한쪽은 치료과정, 다른 한쪽은 제어측)에 견딜 수 있으며, 발육될 수 있다. 요골에서의 1cm의 간극은 자연적으로 치료가 시작되어, 약 6주 내지 8주에서 치료 표식을 나타내게 된다.
마취된 실험용 토끼(N=20)는 노출된 요골을 가지며, 요동성 뼈 톱으로 1cm 간극이 생성된다. 적절한 고통 완화 약물이 제공된다.
자체고착형의 가요성 및 도전성 전극은 상처 영역에서 직경방향으로 대향하여 배치되므로, 한쪽 전극은 전방에 배치되고, 다른쪽 전극은 뼈 직경을 횡단하여 후방에 배치된다. 일반적인 치료율을 관찰하기 위해 주별로 X선이 치료된다. 희생시, 각각의 앞다리는 비틀림 실패에 따른 생체역학 실험과 팩시트론 영상(Faxitron imaging)에 의해 평가된다. 전극은 수술후 연구기간 동안 매일 2회씩 두 앞다리에 배치된다. 토끼는 토끼 속박물에 배치되며, 매번 마취되지 않는다.
본 발명자들은 수술후 4주 내지 6주에 치료된 동물에 상당한 뼈 골절 치료가 존재할 것으로 예상했었다. 2개의 치료(TX)가 연구되었다. 각각의 TX에 대해, 만일 6개 이상의 활성처리된 동물이 상당한 뼈 연결 및 가골(假骨) 형성을 나타내었다면, TX는 빨라야 4주 또는 6주에 중단된다. 그 어떤 경우라도, 두 TX에서의 동물은 빨라도 6주에 희생된다.
디자인
연구할 수 있는 2개의 치료(TX)가 있다. 각각의 토끼는 생체전기 처리과정으로 인해 자신의 제어하에 동작한다. 각각의 TX는 10마리의 토끼에 적용될 것이다.
매일 두번 전기(또는 제어)가 인가될 것이다(BID). 하기의 장치와 주기가 사용될 것이다.
TX1 = 로우 플러스 레지스터로 설정된 세기(～4-10 mv/cm), 30분의 주기
TX2 = 로우 플러스 레지스터로 설정된 세기(～4-10 mv/cm), 120분의 주기
하루에 두번 동물은 자택 치료로부터 제거되며, 부드러운 속박물 장치에 배 치된다. 앞다리는 속박물의 구멍을 통해 당겨지며, 전극이 배치된다. 치료된 팔다리는 약 30분간 또는 120분간 자극을 받게 된다. 제어 팔다리는 피부에 배치된 유사한 전극을 갖지만, 자극되지 않는다. 자극 주기중, 동물은 지속적으로 최대 120분간 억제된다. 이것은 동물을 자극에 노출시키기 위한 최소한의 침해성 방법인 것으로 여겨진다.
실시예16
돼지의 상처 치료 모델에서 MedRelief
TM
자극기의 평가
목적
이러한 연구의 목적은 돼지에서의 상처 치료에 대한 테스트 장치의 효과를 평가하기 위한 것이다.
이러한 연구는 미시건, 스쿨크래프트 소재의 베일리 테라 노바로부터 얻은 랜드레이스-듀록 크로스(농장 돼지)를 사용하는 단계를 포함한다. 실험 동물은 도착시 적어도 10살이어야 하며, 중량은 연구 초기당시 약 25kg 내지 35kg 이어야 한다. 이러한 연구에 선택된 동물은 나이가 일정하며, 중량도 가능한한 일정해야 한다. 연구에 필요한 적절한 동물을 선택하기 위한 물리적 검사가 실행된 후, 동물은 간단한 무작위추출에 의해 치료 집단별로 랜덤화된다.
a: 전극은 표시된 주기동안 하루에 두번 2개의 상처 세트 각각에 측방향으로 배치된다. 상기 전극은 테스트 장치에 배치되며, 이러한 장치는 다음과 같다: 모드-펄스, 변조-높음, 세기-낮음. 이러한 설정값은 5 mv/cm 내지 9 mv/cm 사이에 펄스형 자극을 분배한다. 집단 4에 있는 동물은 리드가 그 강도를 1 내지 3mV/cm으로 감소시키도록 설계된 직선형 레지스터를 갖는 점을 제외하고는, 유사한 방식으로 설정되었다.
b: 쌍으로 이루어진 영역 세트는 각각의 치료 집단내에서 랜덤화된다. 치료 영역의 맵은 각각의 동물에 대해 생성되었으며, 연구 데이터에 포함된다.
동물의 준비
수술전 처리과정
동물은 수술전 하룻밤동안 금식이다. 수술하는 날에는 표1에 도시된 약물을 사용하여 일반적인 마취가 실행된다. 마취를 실행하기 위해서는 테라졸 또는 케타민/사이라진 칵테일이 사용되며, 사용된 진정제는 기록된다. 마취는 반폐쇄된 이 소플루란 회로를 사용하여 유지된다. 통기부에 의해 보조 통기가 달성될 수 있다.
수술 처리과정
0 데이에, 머리털을 깎고 수술 영역을 70% 이소프로필 알콜로 닦아낸 후 이오딘 용액으로 바르면, 등 우측의 수술 영역이 준비된다. 수술중에는 카테테르를 통해 젖산화 링거액이 주입된다.
상처를 형성하기 전에, 쌍으로 이루어진 각각의 상처가 척추로부터 동일한 거리가 되도록 절개 영역이 표시되고, 상처의 각각의 중앙선은 그 쌍으로부터 약 10cm 가 되고, 그 다음 치료 영역세트로부터는 12 내지 14cm가 된다. 상처는 사각형 형태로 절개되고, 각각의 변의 길이는 2.5cm 이다. 절개부는 완전한 길이를 가지며, 이러한 사각형 중앙에서의 조직은 제거된다. 상처는 밀폐되지만, 도전성 하이드로겔로 충진된 후, 테가덤 및 거즈로 덮인 후, 감염 징후를 위해 매일 검사된다. 상기 하이드로겔은 자극을 위한 도전성 제재로서 작용할 뿐만 아니라, 상처의 치료보호를 촉진시키는데 도움을 주는 제품이다.
수술에 이어, 동물은 심장혈관/호흡 강하, 저체온증, 수술/주사 영역으로부터의 과도한 출혈 등을 포함하여, 생리학적 장애에 대한 마취회복중에 밀착관찰된다. 필요할 경우, 보조 가열이 제공된다. 동물이 입천장 반사를 회복한 후에는 기관 내관이 제거된다. 그후 동물은 수술후 관찰이 이루어지는 연구실로 복귀된다. 장기간의 수술후 관찰은 수술 영역의 기록, 매일의 상처 드레싱 변화, 연구 지속을 위한 세파렉신(500mg BID PO)의 복용을 포함한다.
테스트 장치 이식
복용 루트
테스트 장치의 전극은 쌍으로 이루어진 상처의 각각의 세트에 측방향으로 배치된다. 상기 전극이 배치된 후, 치료 영역은 42일동안 하루에 두번 자극을 받는다.
자극 레벨 및 주기
집단1: 약 30분동안 낮은 강도(4-10mV/cm)
집단2: 약 60분동안 낮은 강도(4-10mV/cm)
자극의 허가
하루에 두번, 동물은 우리에서 제거되어, 삼각건 속박물에 배치된다. 전극은 쌍으로 이루어진 각각의 상처에 측방향으로 배치된 후, 리드를 통해 테스트 장치에 부착된다. 상기 테스트 장치는 필요한 시간동안 작동되며, 필요할 경우 동물은 테라졸에 의해 안정될 수 있다. 자극 주기중, 동물은 최대 60분동안 지속적으로 속박된다. 이것은 동물을 자극에 노출시키기 위한 최소한의 침해성 방법인 것으로 여겨진다.
평가된 변수로는 백혈구 계산, 헤모글로빈, 적혈구 용적율, 평균 적혈구 용적, 평균 적혈구 혈색소량 농도, 혈소판 계산, 프로트롬빈 시간, 활성 부분프로트롬빈 시간 등이 포함된다. 평가된 또 다른 변수로는 알칼리성 인산 효소, 전체 빌리루빈(전체 빌리루빈이 1mg/dL을 초과할 경우 직접적인 빌리루빈), 아스파라진산 아미노 전이효소, 알라닌 아미노 전이효소, 감마 글루타밀 전이효소, 소르비톨 탈 수소효소, 혈액요소 질소, 크레아티닌, 총단백량, 알부민, 글로부린 및 A/G(알부민/글로부린) 비율(연산된), 글루코스, 총콜레스트롤, 전해질(나트륨, 포타슘, 염화물), 칼슘, 및 인 등이 포함된다.
실시예17
쥐 관절염 모델에서 생체전기 자극의 평가를 위한 생체내 실험
이러한 연구는 관절염의 쥐 모델에서 염증, 기능장애, 및 고통을 치료하기 위해 도6의 실시예에 서술된 바와 같이 신규한 펄스-폭발 전기 신호의 효과를 연구하는 단계를 포함한다.
코데레 티제이(Coderre TJ) 및 월 피디(Wall PD)(쥐에서의 발목관절 관절염: 프레운드의 보조제에 의해 생산된 또 다른 동물 관절염 모델)에 의해 설명된 장치를 사용하여 쥐의 발목관절에 관절염이 제공되었다. 동물은 플라스틱 챔버에 배치되며, 이소플루란(4MAC로 시작하여 1.25MAC 로의 유지를 실행하기 위해: 표준 독성 자극에 대한 쥐의 직접적인 반응을 방지하는 최소 폐포 농도)으로 마취되었다.
마취중일 동안 쥐의 경골 관절의 중앙측에는 요산 결정이 주입된다. 동물은 상기 챔버로부터 제거되며, 원추형 두부(nose cone)를 통해 산소에서 이소플루란을 복용시키므로써 마취된다. 한쪽 뒷다리의 등쪽의 발목에는 작은 절개부가 형성되며, 경골 전방부의 힘줄 중앙에 바늘이 삽입된다. 그 팁이 45°로 나선을 이루는 21번 바늘을 통해 1.5mg 나트륨의 0.05 ml가 삽입된다. 주사에 이어, 피부는 단일 봉합으로 밀폐된다. 그후, 하루에 두번 매번 2시간동안 연구 주기를 통해, 상기 동물은 무취된다. 뒷다리의 털은 깎인다. 그후, 각각의 레그상에서 발목 주위가 측정된다. 이러한 측정에 이어, 요산염이 주입된 발목과 엉덩이에 자체접착형 전극이 배치된다. 쥐의 절반에 있어서, 2시간 동안 주입된 측상의 전극 사이에서 인체의 느낌상 펄스-폭발 전기 신호가 역치하 강도로 인가되어, 평방센치미터당 약 10 마이크로암페어 RMS 의 전류 밀도를 생산한다. 이러한 자극에 이어, 전극이 제거되고, 다리는 씻겨져서 잔류 전극이 제거되며, 측정이 반복된다. 그후 쥐는 마취로부터 회복되고, 차후 자극시까지 우리로 복귀된다. 제1자극(요산염 주입후 6시간) 바로 전에, 또한 요산염 주입후 24시간, 48시간, 72시간후에 다른 측정(아래 참조)이 이루어질 수 있다.
하기의 변수들은 코데레 앤 월의 기법을 사용하여 측정되었다.
정상적인 다리 압력
걸을 동안의 다리 압력
몸체 중량
발 후퇴(50℃ 물)
발 조작
리플렉스 배치
발목 직경
발목 방사선사진
자발 전위
(1) 정상적인 다리 압력: 쥐는 모집단 우리에서 취해지며, 12"×12"×9" 의 플렉시글라스 챔버에 배치되고, 평균 5분 주기로 관찰된다. 챔버 아래에는 거울이 45°로 설치되어, 쥐 발을 선명하게 볼 수 있다. 주입된 팔다리의 뒷다리에 놓이는 쥐의 중량(다리 압력)이 평가되고, 하기의 크기에 따라 분류된다. 크기에 있어서, 0 = 정상 다리 압력, 다리는 완전히 바닥에 놓이지만, 펼쳐지지는 않는다. 2 = 중간정도로 감소된 다리 압력, 발은 바닥과 미세하게 접하고 있는 발의 일부분만 꼬여진 발. 3 = 심각하게 감소된 다리 압력, 발은 완전히 들어올려져 있다.
(2) 걸을 동안의 다리 압력: 팔다리의 정도 또는 뒷다리에 나트륨 요산염의 주입에 의해 나타난 걸음걸이의 변화를 판단하기 위해, 쥐는 상술한 바와 같은 챔버내에서 관찰된다. 그 범위와 중량은 다음과 같다. 0 = 정상 걸음걸이; 1 = 주입된 팔다리의 과도한 굴곡을 투시할 수 있는 미세한 덩어리; 2 = 정상 덩어리, 주입된 뒷다리의 다리는 바닥과 약간 닿아 있다; 3 = 심각한 덩어리, 3다리 걸음걸이. 2개의 범위가 명확하지 않은 경우, 쥐는 떨어지며, 이러한 두 범위 사이의 점수가 설정된다.
(3) 몸체 중량: 몸체 중량의 감소 또는 증가는 나트륨 요산염 또는 매개체의 관철 주사 또는 나트륨 요산염 또는 매개체의 피하 주사가 실행된 쥐에서 5일 주기에 대해 판단된다.
(4) 다리 후퇴(가열): 쥐는 코가 실험자의 손목 위로 오고 뒷다리가 실험자의 손가락끝에 오도록 파지된다. 좌우측 뒷다리는 실험자의 손가락 사이로 내려가고, 50℃로 유지된 물 비이커에 신속히 잠겨진다. 최대 12초를 기점으로 하여, 쥐가 그 다리를 물 밖으로 내칠 때까지의 시간이 측정된다. 발 후퇴 잠재 점수는 테스트 사이에 5분 간격으로, 2회 테스트의 평균에 기초한다.
(5) 발 조작: 실험자에 의해 쥐는 다시 파지되고, 발은 얌전하게 조작된다. 조작은 발목 관절의 통상적인 걷는 범위에서 발 굴곡 및 신장을 포함한다. 응답은 조작시의 유성음이나 이동의 유무에 기초하여, 독성인지 또는 비독성인지로 분류된다.
(6) 리플렉스 배치: 손에 파지된 쥐는 테이블을 향해 느리게 이동하므로, 우측 또는 좌측 뒷다리의 등쪽 표면은 테이블의 엣지와 닿는다. 응답은 쥐가 표면에서 몸체 중량을 지지하기 위해 준비되는 방식으로 다리를 들어올릴 경우 리플렉스 배치로서 분류된다. 테스트는 각각의 뒷다리에 대해 5회 반복되며, 점수는 5회 시도중에 나타났던 명백한 리플렉스에 기초한다.
(7) 발목 직경: 2점 콤파스 및 자를 이용하여 좌우측 뒷다리에서의 경골 발목관절의 직경이 측정된다. 측방향 콤파스 지점은 비골의 측방향 복사뼈 바로 아래에서 거골과 정렬된다.
(8) 발목 방사선사진: 쥐 2마리의 치료된 경골 발목관절 및 치료되지 않은 경골은 요산염 주입후 24시간전, 48시간전, 72시간전에 X선 촬영된다. 방사선사진은 발목 관절을 둘러싸는 뼈의 밀도 감소나 파괴 뿐만 아니라, 연질 조직의 염증에 대한 정도를 판단하기 위해 사용된다(이전 연구의 결과에 기초하여, 아무도 예기치 않았던).
실시예18
파골세포에서의 생체전기 자극의 효과를 평가하는 생체내 분석
이러한 연구는 뼈의 특정 성능성을 강화하는 생체전기 신호로 파골세포를 스며들게 하는 능력을 테스트하기 위한 것이다.
인체의 파골세포는 클로네틱스(Clonetics)(캘리포니아 샌디애고)에 의해 얻어져서, 1% Pen/Strep(Gibco/BRL #15140-015)를 갖는 알파-MEM(Gibco/BRL #12561-023)와, 5% CO2에서 37℃에서 10%FBS(Hyclone #A-1115-L)에서 배양된다. 세포는 다음과 같이 모든 3-4일 동안 계대배양된다. 세포는 예열된, Ca++ 또는 Mg++(BioWhittater #10-547F)를 갖지 않는 5ml 행크 평형 염용액으로 2회 세척된다. 행크 용액은 흡인될 것이며, 0.001% 프로나아제는 37℃에서 5분간 세포로 인큐베이트된다. 체적은 예열된 알파-MEM 및 세포를 분리시키는데 사용되는 피펫으로 10ml로 된다. 그후, 세포는 1:10으로 분리된 후, 또 다른 증식을 위해 이송된다. 셀 라인 공급자에 의해 제안된 바와 같이, 매체를 히드로코르티손 21 헤디석시네이트 및 β-인산글리세롤로 보완하므로써 표현형(무기질 침착)이 실행된다.
모든 배양에서의 매체는 매 2-3일로 변화된다. 배양은 뼈 바탕질 형성을 위한 조직학에 의해 DNA 내용물, 알칼리성 인산분해효소에 대해 7일, 14일, 21일에 평가된다.
분석
연구는 7일, 14일, 21일에 배양된 세포를 평가하기 위해 4개의 활성 아암과 제어를 비교하여, 다음과 같이 평가한다.
→ 매일 2시간동안 3회에 걸쳐 전자-자극(A)에 의한 인체 골모세포
→ 매일 2시간동안 3회에 걸쳐 전자-자극(B)에 의한 인체 골모세포
→ 매일 30분동안 3회에 걸쳐 전자-자극(A)에 의한 인체 골모세포
→ 매일 30분동안 3회에 걸쳐 전자-자극(B)에 의한 인체 골모세포
→ 매일 2시간동안 3회에 걸쳐 전자-자극에 의한 인체 골모세포
→ 인체 골모세포, 자극 없음
DNA 측정
배양의 세포충실성은 형광측정 DNA 조립체를 사용하여 결정된다. 간단히 요약하면, 세포는 7일, 14일, 또는 21일에 배양으로부터 제거되어, 이중 증류된 H2O로 세척된 후, pH 12.3에서 1.4mL의 차가운 10mH EDTA로 균질화된다. 홈게이트는 냉욕조에서 10분간 초음파 처리된 후, 37℃에서 20분간 인큐베이트되고, 냉욕조로 다시 복귀된다. pH를 중화시키기 위해, 1M KH2PO4의 1㎕의 체적이 부가된다. 50㎍/mL의 농도로 높게 폴리머화된 송아지 흉선 DNA(타입 1, 시그마)를 함유한 적층 DNA 용액으로부터 DNA 표준이 준비된다. 표준형 또는 폴리머화된 샘플의 200μL의 체적이 100mM NaCl 및 10mM 트리스 버퍼용액에서 200ng/mL 훽스트 33258-다이(펜실베니아, 워링턴 소재의 폴리사이언스)의 1.3mL과 혼합된다. 형광 분광광도계에서는 350nm의 여자 파장에서 455nm 에서의 형광 방출이 판독된다.
ALP 활성도
AP 활성도는 상용 키트(ALP-10, 시그마)로 측정된다. 세포는 중간 pH에서 1M 트리스 용액의 1mL을 함유한 원심관에 배치된다. 균질화는 냉욕조에서 10분간 초음파처리되며, 각각의 샘플의 20μL의 체적이 30℃에서 상기 키트에 의해 제공된 재구성된 시약의 1mL에 첨가된다. 흡광도는 HP 8452A 다이오드 어레이 분광광도계를 이용하여 405nm 에서 4분동안 매분 측정된다. 시간에 대한 흡광도의 경사도는 ALP 활성도를 연산하기 위해 사용될 것이다.
오스테오칼신 분비물
배양 매체에서 분비된 오스테오칼신은 BTI(Stoughton, MA)으로부터 상용의 샌드위치 방사면역 측정법(BT-480)을 이용하여 결정된다. BTI Mid-Tact 오스테오칼신 엘리사 키트는 매우 특별하다. 이것은 손상되지 않은 인체 오스테오칼신 및 주(1-43) 조각을 측정한다. 상기 측정법은 2개의 단클론항체를 사용하는 샌드위치 ELISA 이다. 하나의 항체(1-19)는 웰에 고정되며, 두번째 항체(30-40)는 바이오티틸레이트된다. 상기 측정법은 매우 민감하며(0.5ng/ml), 단이 25마이크로리터 샘플만을 필요로 한다. 필요로 하는 모든 시약과, 96개 웰 스트립 판과, 완전한 31/2 시간 프로토콜이 상기 키트내에 포함된다.
칼슘 침착
배양 접시내에서의 칼슘 침착은 올토-크로졸프탈레인 콤플렉손 처리과정(시그마 다이어그노스틱스, 처리과정 제587)에 의해 측정된다. 골격은 증류수로 세척 되며, 2mL의 0.5N 아세트산에서 밤새도록 인큐베이트하기 위해 안와진탕기에 배치된다. 측정 키트에 제공된 동일한 체적의 칼슘-결합제(0.024% 올토크로졸프탈레인 콤플렉손 및 0.25% 8-하이드록시퀴날론)와 칼슘 버퍼(500 mmol/L 2-아미노-2-메틸-1,3, 프로파네디올 및 기타 다른 불활성 안정제)는 측정 작용액을 생성하도록 혼합된다. 체적이 300μL인 작용액의 체적이 96웰 판에서 10μL의 샘플에 첨가된다. 표준 곡선을 생성하기 위하여, CaCl2의 계열희석이 준비된다(1-250㎍/mL). 상기 판은 실온에서 10분간 인큐베이트된 후, 575nm에서 판독된다. 각각의 골격으로부터 칼슘 침착은 mg Ca2+ 등가물로 보고된다.
조직학 및 테트라사이클린 형광 현미경 검사
골격은 2% 글루타르 알데히드에 잠겨 고정되고, 알콜의 헹굼 농도로 탈수되며, 얇은 절단을 위해 플라스틱으로 매립된다. 절단은 골드너 트리크롬과, 톨루이딘 블루 방법에 의해 오염된다. 미네랄 침착은 10㎍/mL 의 최종 농도에서 배양 매체에 테트라사이클론-HCL을 첨가하므로써 평가되며, 매트릭스 침착을 평가하기 위한 양호한 방법이다. 테트라사이클론은 뼈 형성지역에 축적되며, 형태학적 평가는 니콘 E1000 리서치 마이크로스코프상의 표준 바이오퀀트 소프트웨어를 사용하여 실행된다.
개요
이러한 연구는 뼈의 특정 성능성을 강화하는 생체전기 신호로 파골세포를 스며들게 하는 능력을 테스트하기 위한 것이다. 연구는 3개의 별도의 시간주기에 대 해 5상태를 평가한다. 연구의 "신속 및 오염" 부분은 제1 출력 결정물로서 알칼리성 인산 분해효소 및 오스테오칼신을 평가한다. 부차적인 목적은 형태학적 기준, 즉 매트릭스 광물제거의 인덱스로서 칼슘 침착 및 테트라사이클론 흡수를 확인하는 것이다. 데이터는 다음과 같이 수집되었다.
치료 7일 치료 14일 치료 21일 치료
골모세포 30분, 1일 3회, 자극A
골모세포 30분, 1일 3회, 자극A
골모세포 30분, 1일 3회, 자극A
골모세포 2시간, 1일 3회, 자극A
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제어 골모세포
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각각의 실험 조건은 동일하며, 하나의 치료 팔에 대해 최소 6웰이다. 광물 제거 및 테트라사이클론 평가를 수용하기 위하여, 중요한 광물제거 전방부에서처럼 부가로 2세트가 21일동안 진행된다. 이러한 연구에서는 광물제거 분석에 접근하기 위하여 15개의 팔, 세트의 2배의 데이터 배양, 5개의 부가 세트 ×2가 필요하다.
상술한 바와 같은 샘플은 본 발명의 원리에 대해 단지 예시적인 실시예이다. 또한, 본 기술분야의 숙련자라면 다양한 변경 및 변경이 가해질 수 있음을 쉽게 인식할 수 있기 때문에, 도시 및 서술된 정확한 구성 및 동작은 본 발명은 한정하지 않으며, 이에 따라 모든 적절한 변경 및 등가물이 본 발명의 범주내에서 재분류될 수 있을 것이다. 따라서, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부의 청구범위에 한정된 본 발명의 정신 및 원리로부터의 일탈없이 본 발명에 서술된 양호한 실시예에 다양한 변경 및 수정이 가해질 수 있음을 인식할 수 있을 것이다.
Claims (86)
- 적어도 두 개의 일정한 전압 또는 전류 레벨(L1, L2)에서 복수의 펄스를 갖는 전기 신호를 발생하는 발생수단을 포함하는, 생체의학적 용도로 사용하기 위한 장치에 있어서,상기 펄스는:연속해서 반복적인 주-사이클을 형성하는 적어도 4개의 긴 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4)과,적어도 2개의 짧은 부-타이밍 간격(t1, t2)과,다수의 일정한 전압 또는 전류레벨(L1, L2)과,분할되는 상기 주-타이밍 간격의 적어도 하나 안에서 각각의 부-타이밍 간격 동안에 또는 분할되지 않을 경우 상기 전체의 주-타이밍 간격 동안에 상기 전압이나 전류 레벨 중 하나 (상기 전류 레벨은 상기 주-사이클의 코스를 통해 연속적으로 선택됨),상기 주-사이클의 반복 코스를 통해 전하 평형을 달성하기 위하여, 하나이상의 이퀄라이징 펄스로서 분할되지 않은 하나이상의 주-타이밍 간격내에 배열되며,상기 각각의 주-타이밍 간격은 50 마이크로초 내지 30초의 개별 지속시간을 가지며 상기 주-사이클은 200 마이크로초 내지 120 초의 지속시간을 가지며; 상기 주-타이밍 간격의 적어도 하나는 분할되며, 그 길이를 통해 주파수를 갖는 반복적인 부-사이클을 연속적으로 형성하며; 상기 각각의 짧은 부-타이밍 간격은 2.55 마이크로초 내지 50밀리초의 개별 지속시간을 가지며, 상기 부-사이클은 5 마이크로초 내지 50밀리초의 개별 지속시간을 가지며, 상기 주-타이밍 간격의 적어도 다른 하나는 분할되지 않으며,상기 발생수단은, 상기 다수의 주-타이밍 간격 또는 상기 다수의 부-타이밍 간격의 적어도 하나를 생성시켜 상기 반복적인 주-사이클이나 반복적인 부-사이클을 형성하도록 구성되는, 멀티스텝 시컨서(multistep sequencer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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- 제1항에 있어서, 상기 발생수단은 추가적으로 주어진 주-타이밍 간격내에서의 전기 신호가 제로 일수도 있는 교류(AC)진폭 및 직류(DC)진폭을 가지며; 상기 주-타이밍 간격내의 AC 진폭이 제로가 아닐 경우에는 상기 부-타이밍 사이클의 적어도 하나의 존재에 의한 것이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 발생수단은 추가적으로 상기 AC 성분이 적어도 하나의 주-타이밍 간격에서 제로 진폭을 가지며, 상기 AC 성분은 적어도 하나의 또 다른 주-타이밍 간격에서 제로가 아닌 진폭을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 발생수단은 추가적으로 제1주-타이밍 간격(T1)이 제로 AC 진폭이 되도록 단일의 전압이나 전류 레벨(L1)을 가지며;제2주-타이밍 간격(T2)은 부-타이밍 간격(t1, t2)으로 분할되어, 주-타이밍 간격(T2)의 길이를 통해 부-사이클을 형성하며; 상기 부-사이클은 주-사이클내에서 다수의 완전한 반복을 실행하며, 각각의 부-타이밍 간격(t1, t2)을 위해 선택된 상기 전압 및 전류 레벨(L1, L2)중 하나는 제로가 아닌 AC 진폭을 형성하며;제3주-타이밍 간격(T3)과 제4주-타이밍 간격(T4) 및 각각의 주-타이밍 간격(T5,T6)은 T1의 방식으로 단일의 일정한 전압이나 전류 레벨을 함유하며, 또는 간격(T2)의 방식으로 재분할되며,상기 주-사이클내에서 부-타이밍 간격 또는 분할되지 않는 주-타이밍 간격은 간격이 다시 제기될 때마다 상기 전압 및 전류 레벨(L1, L2)중 하나로부터 균일하게 할당된 전압이나 전류를 가지며,상기 전기 신호는 주-사이클의 2회 반복 사이에서 동일하게 하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 발생수단은 추가적으로 상기 일정한 전압이나 전류 레벨(L1, L2)은 +10 내지 -10 밀리암페어 범위에 놓인 일정한 전류 레벨의 형태를 취하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 발생수단은 추가적으로 상기 주-사이클이 2TA ≤ TB ≤20TA 의 관계를 갖는 2개의 가장 긴 주-타이밍 간격(TA, TB)을 포함하며, 상기 TB는 가장 긴 주-타이밍 간격이고, TA 는 두번째로 길며, 이에 따라 66% 내지 95% 사이의 듀티 사이클을 갖는 비대칭 주-사이클을 만족시키도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 발생수단은 추가적으로 상기 적어도 4개의 주-타이밍 간격중 적어도 2개는 길이가 상이하며, 또한 주파수가 상이한 부-사이클을 포함하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 발생수단은 추가적으로 상기 부-사이클이 2tA ≤ tB ≤20tA 의 관계를 갖는 2개의 부-타이밍 간격(t1, t2)을 포함하며, 상기 tA 는 부-타이밍 간격이며, tB 는 또 다른 부-타이밍 간격이며, 이에 따라 66% 내지 95% 사이의 듀티 사이클을 갖는 비대칭 부-사이클을 만족시키도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 부-사이클은 2개 이상의 부-타이밍 간격(t1, t2, t3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 발생수단은 설정의 시간주기후 전기 신호를 자동으로 절환시키는 타이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 전기 신호를 활성 물질이나 비활성 물질에 인가하는 발생수단에 결합할 수 있는 도전성 물질을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제12항에 있어서, 발생수단과 도전성 물질사이에 결합된 상기 전기 신호로부터 불필요한 성분을 제거하는 필터를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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- 제12항에 있어서, 발생수단은 하기와 같은 사항을 만족시키도록, 4개의 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4)과 다수의 부-타이밍 간격(t1, t2)과 3개의 전압 또는 전류 레벨(L1, L2, L3)을 발생하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.(a) L1은 제로이다.(b) L2 및 L3는 동일하지만 대향의 극성을 갖는다.(c) T1은 상수 L1에서 소모된다.(d) T2, T3 및 T4는 모두 부-타이밍 사이클을 포함하고 있다.
- 제16항에 있어서, 상기 발생 수단은 추가적으로 T1 이 상기 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4)중에서 가장 짧으며, T2 및 T4는 동일한 길이를 가지며, T3는 T2 또는 T4 보다 길고, 상기 T2 및 T4의 내부에서 부-타이밍 사이클에 의해 생성된 AC 진폭은 T3의 내부에서 부-타이밍 사이클에 의해 생성된 진폭 이하로 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 발생수단은, 상기 주-타이밍 사이클의 반복율이 원하는 용도에 맞추기 위하여 1Hz 내지 500Hz 의 범위의 일부를 통해 지속적으로 또는 계단식으로 변화되며; T2, T3, T4내에서의 상기 부-타이밍 사이클의 반복율이 1000hz 내지 200Khz 의 범위에 있도록 전기신호를 발생하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제17항에 있어서, 발생수단은, T2 또는 T4중에는 사용되지 않지만 T3에서 적어도 하나의 전압이나 전류를 선택하므로써, T2 및 T4에서 신호의 진폭 감소를 T3에서의 진폭 이하로 부분적으로 또는 전체적으로 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제17항에 있어서, 발생수단은, T2 또는 T4중에는 사용되는 것과는 상이한 부-타이밍 사이클을 사용하므로써, T2 및 T4에서 신호의 진폭 감소를 T3에서의 진폭 이하로 부분적으로 또는 전체적으로 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제12항에 있어서, 발생수단은 하기에 서술되는 사항을 만족시키기 위해, 상기 적어도 4개의 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4)의 다수개(P)와, 부-타이밍 간격(t1, t2, t3)의 짝수개(S)와, 상기 전압이나 전류 레벨(L1, L2, L3)의 홀수개(Q)를 생성하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 장치:(a) L1은 제로이다.(b) 나머지 전압 및 전류 레벨(L2, L3)은 적어도 한쌍을 형성하고. 각각의 상기 쌍의 부재는 크기는 같지만, 극성은 상이하다.(c)T1은 상수 L1에서 소모된다.(d) 기타 다른 모든 주-타이밍 간격(T2, T3)은 동일한 반복율을 갖는 부-사이클을 포함한다.(e) 주-타이밍 간격(TN)(N은 P/2+1과 동일하다)중에 최대 신호 진폭이 제공된다.(f) 상기 나머지 주-타이밍 간격중, 신호 진폭은 상기 주-타이밍 사이클 주위에서 전후방으로 T1으로부터 TN 으로 점진적으로 증가되어, TN 중에는 최대로 T1중에는 최소로 사인파형 엔빌로프에 근접한다.
- 제12항에 있어서, 발생수단은, 하기에 서술되는 사항을 만족시키기 위해, 상기 주-타이밍 간격(T1, T2, T3)의 갯수와, 2개의 부-타이밍 간격(t1, t2)과, 3개의 전압이나 전류 레벨(L1, L2, L3)을 생성하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 장치:(a) L1은 제로이다.(b) L2 및 L3는 동일한 크기를 갖지만, 대향의 극성을 갖는다.(c) 주-타이밍 간격을 다음과 같은 3개의 집단으로 분류되며,이러한 집단은,(1) 각각의 집단에서 T1, T4, T7 과 같은 제1주-타이밍 간격은 상수 L1에서 소비되고,(2) 각각의 집단에서 T2, T5, T8 과 같은 제2주-타이밍 간격은 t1에서의 L2와 t2에서의 L3 사이에서 변하는 부-타이밍 사이클중 적어도 하나를 포함하여, 상기 제2주-타이밍 각각의 간격내에 사각형 파 신호 또는 장방형 파 신호를 형성하며,(3) 각각의 집단에서 T3, T6, T9과 같은 제3주-타이밍 간격은 L1과는 상이한 일정한 전압 또는 전류 레벨에서 소비되어, 이퀄라이징 펄스를 형성한다.
- 제22항에 있어서, 상기 발생 수단은 추가적으로 주-타이밍 사이클을 통한 DC 진폭의 총합은 최종적인 전기 신호가 충전평형되도록 제로가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제23항에 있어서, 상기 발생수단은, 상기 각각의 집단에서 상기 제2주-타이밍 간격은 제로가 아닌 DC 진폭을 갖는 장방형 파를 포함하며; 상기 각각의 집단에서 제3주-타이밍 간격은 상기 전기 신호가 충전평형되도록 대향의 DC 진폭을 갖도록 전기 신호를 생성하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제22항에 있어서, 상기 발생 수단은 추가적으로 상기 3개의 집단의 적어도 하나의 내부에서 제2 및 제3주-타이밍 간격은 다른 집단의 타이밍 간격과는 대향의 극성을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 발생수단은, 상기 3개의 집단의 적어도 하나의 내부에서 이퀄라이징 펄스를 형성하는 적어도 하나의 제3주-타이밍 간격은 충전평형을 달성할 수 없고;상기 3개의 집단 내부에서 적어도 하나의 제2주-타이밍 간격과 적어도 다른 하나의 제2주-타이밍 간격 사이에서 극성 역전을 통해 부분적으로 또는 완전히 충전평형이 달성되도록 전기 신호를 생성하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제22항에 있어서, 상기 발생 수단은 추가적으로 상기 3개의 집단 내부에서 적어도 하나의 제2주-타이밍 간격이 상기 적어도 다른 하나의 제2주-타이밍 간격의 반복율과는 상이한 반복율을 갖는 부-타이밍 사이클을 포함하게 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제19항에 있어서, 요구에 따라 주-타이밍 간격과, 부-타이밍 간격과, 전압이나 전류 레벨과, 또는 이들의 조합이 변화되어 다수의 전기 신호를 생성하거나 또는 선택하도록, 스위치를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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- 제1항에 있어서, 상기 전기 신호를 수신하고 상기 전기 신호를 적용하는 전기적으로 결합된 도전성 물질을 부가로 포함하는 장치.
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- 제33항에 있어서, 상기 도전성 물질은 전기도전성 액에 완전히 잠기거나 부분적으로 잠긴 전기도전성 물질의 적어도 하나의 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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- 생체의학 용도로 사용하기 위해 전기 신호를 제공하는 멀티스텝 시컨서(multistep sequencer)를 구비하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법에 있어서,적어도 4개의 상대적으로 긴 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4)를 발생하여 반복적인 주-사이클을 연속적으로 형성하는 단계와,적어도 2개의 짧은 부-타이밍 간격(t1, t2)을 발생시키는 단계와,다수의 일정한 전압이나 전류 레벨(L1, L2)을 발생시키는 단계와,분할된 주-타이밍 간격의 하나 안에서 상기 부-타이밍 간격중에 또는 분할되지 않은 주-타이밍 간격의 전부중 전압이나 전류 레벨을 선택하는 단계와,상기 주-사이클의 반복 코스를 통해 충전평형을 설정하기 위해, 분할되지 않은 하나이상의 주-타이밍 간격을 하나이상의 이퀄라이징 펄스로 부가로 선택하는 단계를 포함하며,상기 각각의 주-타이밍 간격은 50 마이크로초 내지 30초의 개별 지속시간을 가지며 상기 주-사이클은 200 마이크로초 내지 120 초의 지속시간을 가지며, 상기 주-타이밍 간격의 적어도 하나는 분할되며, 그 길이를 통해 주파수를 갖는 반복적인 부-사이클을 연속적으로 형성하며; 상기 각각의 짧은 부-타이밍 간격은 2.55 마이크로초 내지 50밀리초의 개별 지속시간을 가지며, 상기 부-사이클은 5 마이크로초 내지 50밀리초의 개별 지속시간을 가지며, 상기 주-타이밍 간격의 적어도 다른 하나는 분할되지 않으며; 상기 레벨은 주-사이클의 코스를 통해 연속적으로 선택되어, 상기 전기 신호를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
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- 제40항에 있어서, 주어진 주-타이밍 간격내에서의 전기 신호는 제로 일수도 있는 교류(AC) 및 직류(DC) 진폭을 가지며; 상기 주-타이밍 간격내의 AC 진폭이 제로가 아닐 경우에는 부-타이밍 사이클의 적어도 하나의 존재에 의한 것임을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제42항에 있어서, 상기 AC 성분은 적어도 하나의 주-타이밍 간격에서 제로 진폭을 가지며, 상기 AC 성분은 적어도 하나의 또 다른 주-타이밍 간격에서 제로가 아닌진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제43항에 있어서, 제1주-타이밍 간격(T1)은 제로 AC 진폭이 되도록 선택된 단일의 전압이나 전류 레벨(L1)을 가지며;제2주-타이밍 간격(T2)은 부-타이밍 간격(t1, t2)으로 분할되어, 상지 제2주-타이밍 간격(T2)의 길이를 통해 부-사이클을 형성하며; 상기 부-사이클은 주-사이클내에서 다수의 완전한 반복을 실행하며, 레벨(L1, L2)중 하나는 각각의 부-타이밍 간격(t1, t2)을 위해 선택되어 제로가 아닌 AC 진폭을 형성하며;제3주-타이밍 간격(T3)과 제4주-타이밍 간격(T4) 및 각각의 주-타이밍 간격(T5, T6)은 T1의 방식으로 단일의 일정한 전압이나 전류 레벨을 함유하며, 또는 간격(T2)의 방식으로 재분할되며,상기 주-사이클내에서 부-타이밍 간격 또는 분할되지 않는 주-타이밍 간격은 간격이 다시 제기될 때 항상 선택되는 L1, L2로부터 균일하게 할당된 전압이나 전류를 가지며,상기 전기 신호는 주-사이클의 2회 반복 사이에서 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제44항에 있어서, 상기 전압이나 전류 레벨을 선택하는 단계는, 상기 실질적으로 일정한 전압이나 전류 레벨(L1, L2)이 +10 내지 -10 밀리암페어 범위에 놓인 일정한 전류 레벨의 형태를 취하도록 상기 전압이나 전류 레벨을 선택하는 단계를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 주-사이클은 상기 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4) 중에서 2TA ≤ TB ≤20TA 의 관계를 갖는 2개의 가장 긴 주-타이밍 간격(TA, TB)을 포함하며, 상기 TB는 가장 긴 주-타이밍 간격이고, TA 는 두번째로 길며, 이에 따라 66% 내지 95% 사이의 듀티 사이클을 갖는 비대칭 주-사이클을 만족시키는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 적어도 4개의 주-타이밍 간격중 적어도 2개는 길이가 상이하며, 또한 주파수가 상이한 부-사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제44항에 있어서, 상기 부-사이클은 2tA ≤ tB ≤20tA 의 관계를 갖는 2개의 부-타이밍 간격(t1, t2)을 포함하며, 상기 tA 는 부-타이밍 간격이며, tB 는 또 다른 부-타이밍 간격이며, 이에 따라 66% 내지 95% 사이의 듀티 사이클을 갖는 비대칭 부-사이클을 만족시키는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제44항에 있어서, 설정의 시간주기후 상기 전기 신호를 자동으로 절환하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제40항에 있어서, 불필요한 성분을 제거하기 위해 상기 전기 신호를 여과하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제40항에 있어서, 상기 주-타이밍 간격(T1, T2)을 발생시키는 단계는 상기 주-타이밍 간격(T1, T2)을 발생시켜 반복적인 주-사이클을 형성하는 것을 도와주는 멀티스텝 시컨서를 작동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
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- 제40항에 있어서, 적어도 2개의 짧은 부-타이밍 간격(t1, t2)을 발생시키는 단계는 부-타이밍 간격((t1, t2)을 발생시켜 반복적인 부-사이클을 형성하는 멀티스텝 시컨서를 작동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
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- 제40항에 있어서, 하기와 같은 사항을 만족시키도록, 적어도 4개의 긴 주-타이밍 간격을 발생시키는 단계는 4개의 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4)을 발생시키는 단계를 포함하고, 적어도 2개의 짧은 부-타이밍 간격을 발생시키는 단계는 다수의 부-타이밍 간격(t1, t2)을 발생시키는 단계를 포함하고, 다수의 일정한 전압이나 전류 레벨을 발생시키는 단계는 3개의 전압 또는 전류 레벨(L1, L2, L3)을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.(a) L1은 제로이다.(b) L2 및 L3는 동일하지만 대향의 극성을 갖는다.(c) T1은 상수 L1에서 소모된다.(d) T2, T3, 및 T4는 모두 부-타이밍 사이클을 포함하고 있다.
- 제56항에 있어서, 4개의 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4)을 발생시키는 단계는 T1은 상기 주-타이밍 간격(T1, T2, T3, T4)중에서 가장 짧으며, T2및 T4는 동일한 길이를 가지며, T3는 T2 또는 T4 보다 길고, 상기 T2 및 T4의 내부에서 부-타이밍 사이클에 의해 생성된 AC 진폭을 T3의 내부에서 부-타이밍 사이클에 의해 생성된 진폭 이하로 감소시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제57항에 있어서, 상기 주-타이밍 사이클의 반복율은 원하는 용도에 맞추기 위하여 1Hz 내지 500Hz 의 범위의 일부를 통해 지속적으로 또는 계단식으로 변화시키는 단계를 포함하며; T2, T3, T4 내에서의 상기 부-타이밍 사이클의 반복율은 1000hz 내지 200Khz 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제57항에 있어서, T2 또는 T4중에는 사용되지 않지만 T3에서 적어도 하나의 전압이나 전류를 선택하므로써, T2 및 T4에서 진폭을 T3에서의 진폭 이하로 부분적으로 또는 전체적으로 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제57항에 있어서, T2 또는 T4에서 사용되는 것과는 상이한 부-타이밍 사이클을 사용하므로써, T2 및 T4에서 신호의 진폭을 T3에서의 진폭 이하로 부분적으로 또는 전체적으로 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제40항에 있어서, 하기와 같은 사항을 만족시키도록, 적어도 4개의 긴 주-타이밍 간격을 발생시키는 단계는 적어도 4개의 긴 주-타이밍 간격(T1, T2, T3)의 다수개(P)를 발생시키는 단계를 포함하고, 적어도 2개의 짧은 부-타이밍 간격을 발생시키는 단계는 부-타이밍 간격(t1, t2, t3)의 짝수개(S)를 발생시키는 단계를 포함하고, 다수의 일정한 전압이나 전류 레벨을 발생시키는 단계는 상기 전압이나 전류 레벨(L1, L2, L3)의 홀수개(Q)를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.(a) L1은 제로이다.(b) 나머지 전압 및 전류 레벨(L2, L3)은 적어도 한 쌍을 형성하고 , 상기 쌍의 각각의 부재는 크기는 같지만, 극성은 상이하다.(c)T1은 상수 L1에서 소모된다.(d) 기타 다른 모든 주-타이밍 간격(T2, T3)은 동일한 반복율을 갖는 부-사이클을 포함한다.(e) 주-타이밍 간격(TN)(N은 P/2+1과 동일하다)중에 최대 신호 진폭이 제공된다.(f) 상기 나머지 주-타이밍 간격중, 신호 진폭은 상기 주-타이밍 사이클 주위에서 전후방으로 T1으로부터 TN 으로 점진적으로 증가되어, TN 중에는 최대로 T1중에는 최소로 사인파형 엔빌로프에 근접한다.
- 제40항에 있어서, 하기와 같은 사항을 만족시키도록, 적어도 4개의 긴 주-타이밍 간격을 발생시키는 단계는 상기 주-타이밍 간격(T1, T2, T3)의 갯수를 발생시키는 단계를 포함하고, 적어도 2개의 짧은 부-타이밍 간격을 발생시키는 단계는 2개의 부-타이밍 간격(t1, t2)을 발생시키는 단계를 포함하고, 다수의 일정한 전압이나 전류 레벨을 발생시키는 단계는 상기 전압이나 개의 전압이나 전류 레벨(L1, L2, L3)을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.(a) L1은 제로이다.(b) L2 및 L3는 동일한 크기를 갖지만, 대향의 극성을 갖는다.(c) 주-타이밍 간격을 다음과 같은 3개의 집단으로 분류되며,이러한 집단은,(1) 각각의 집단에서 T1, T4, T7 과 같은 제1주-타이밍 간격은 상수 L1에서 소비되고,(2) 각각의 집단에서 T2, T5, T8 과 같은 제2주-타이밍 간격은 t1에서의 L2와 t2에서의 L3 사이에서 변하는 부-타이밍 사이클의 적어도 하나를 포함하여, 상기 각각의 짝수개 주-타이밍 간격내에 사각형 파 신호 또는 장방형 파 신호를 형성하며,(3) 각각의 집단에서 T3, T6, T9 과 같은 제3주-타이밍 간격은 L1과는 상이한 일정한 전압 또는 전류 레벨에서 소비되어, 이퀄라이징 펄스를 형성한다.
- 제62항에 있어서, 주-타이밍 사이클을 통한 DC 진폭의 총합은 최종적인 전기 신호가 충전평형되도록 제로인 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제63항에 있어서, 상기 각각의 집단에서 상기 제2주-타이밍 간격은 제로가 아닌 DC 진폭을 갖는 장방형 파를 포함하며; 상기 각각의 집단에서 제3주-타이밍 간격은 상기 전기 신호가 충전평형되도록 대향의 DC 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제62항에 있어서, 상기 3개의 집단의 적어도 하나의 내부에서 제2 및 제3주-타이밍 간격은 다른 집단의 타이밍 간격과는 대향의 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제65항에 있어서, 상기 3개의 집단의 적어도 하나의 내부에서 이퀄라이징 펄스를 형성하는 적어도 하나의 제3주-타이밍 간격은 충전평형을 달성할 수 없으며;상기 3개의 집단 내부에서 적어도 하나의 제2주-타이밍 간격과 적어도 다른 하나의 제2주-타이밍 간격 사이의 극성을 역전시킴에 의해 부분적으로 또는 완전히 충전평형이 달성되는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제62항에 있어서, 상기 3개의 집단 내부에서 적어도 하나의 제2주-타이밍 간격은 상기 적어도 다른 하나의 제2주-타이밍 간격의 반복율과는 상이한 반복율을 갖는 부-타이밍 사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
- 제40항에 있어서, 주-타이밍 간격과, 부-타이밍 간격과, 전압이나 전류 레벨과, 또는 이들의 조합을 포함하는 다수의 세트중 하나를 선택하는 단계가 요구에 따라 상술한 다수의 전기 신호를 선택 또는 생성하도록 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 발생기를 작동하는 방법.
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