專(zhuān)利名稱(chēng)：生物電刺激、加速愈合、減輕疼痛或病原體失活的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的脈沖信號(hào)發(fā)生器。尤其是，本發(fā)明涉及一種輕型、緊湊的脈沖信號(hào)發(fā)生器，這種發(fā)生器產(chǎn)生基于以下特征的獨(dú)特輸出波形多個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2等，從而接連形成一級(jí)重復(fù)循環(huán)；多個(gè)較短的二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等，所述至少一個(gè)一級(jí)間隔被分成所述多個(gè)二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，并且所述二級(jí)間隔接連形成在整個(gè)一級(jí)間隔的長(zhǎng)度中持續(xù)的二級(jí)重復(fù)循環(huán)，而至少另一個(gè)所述一級(jí)間隔沒(méi)有被如此細(xì)分；多個(gè)恒壓或恒電流電平L1、L2等，其中之一是在每個(gè)一級(jí)或二級(jí)計(jì)時(shí)間隔中被選擇的。
在一個(gè)任選的實(shí)施方案中，輸出波形包括緊緊跟隨脈沖群的均衡脈沖。在又一個(gè)實(shí)施方案中，輸出波形包括任選地與均衡脈沖組合的逐漸步入和步出周期。
此外，本發(fā)明包括用于將這些所選擇的電平組合成具有階式波形的電信號(hào)的電路，和用于進(jìn)一步處理此信號(hào)以改變其幅度或去除不需要的D.C.或頻率分量的電路。
本發(fā)明還包括電導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于將這樣的信號(hào)施加給人體、動(dòng)物體、離體組織或細(xì)胞培養(yǎng)物、食品、飲料或其它材料，以便減輕疼痛、刺激愈合或者使可能存在的選擇性病原有機(jī)體失活。
背景技術(shù)：
創(chuàng)傷、感染和變性疾病是疼痛、喪失機(jī)能的不便利、花費(fèi)、失去工作(和閑暇)時(shí)間以及遞減的生產(chǎn)力的主要根源。有關(guān)這些疾病的問(wèn)題隨著年齡的增長(zhǎng)而日益惡化，因?yàn)閷?duì)于年輕、健康人來(lái)說(shuō)很快治愈的創(chuàng)傷，對(duì)于年老、體質(zhì)差或二者皆有的人來(lái)說(shuō)就需要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間才能治愈。在人口老化社會(huì)，諸如在大部分工業(yè)化國(guó)家中目前所看到的那些現(xiàn)象，這些社會(huì)和經(jīng)濟(jì)沖擊在未來(lái)的幾十年中將愈演愈烈。
雖然難以估計(jì)這些疾病的總花費(fèi)，但是撇開(kāi)它們對(duì)生活質(zhì)量的影響不說(shuō)，單單在美國(guó)每年的總花費(fèi)肯定在上十億美元。例如，每年有5百萬(wàn)至1千萬(wàn)的美國(guó)居民遭受骨折，并且其中許多情況涉及到多個(gè)骨折。對(duì)于年輕、健康的病人，許多骨折需要用石膏固定6周、甚至更長(zhǎng)時(shí)間。即使在拆除石膏之后，病人的行動(dòng)也常常受到限制，直到愈合的骨重新獲得其充分強(qiáng)度為止。對(duì)于年老者來(lái)說(shuō)，體質(zhì)差或營(yíng)養(yǎng)不良的病人、有多個(gè)骨折的病人或具有影響愈合過(guò)程的疾病的病人，其骨折愈合得要更漫長(zhǎng)。在一些情形中，骨折根本不能愈合，從而導(dǎo)致有時(shí)持續(xù)一生的被稱(chēng)作“骨不連合”、“骨不連合的骨折”或“延遲連合”的狀況的發(fā)生。
因此，據(jù)估計(jì)，每年在美國(guó)單單由于骨折而喪失25萬(wàn)人年的勞動(dòng)力。類(lèi)似的統(tǒng)計(jì)不僅針對(duì)其它類(lèi)外傷性傷害，而且還針對(duì)慢性疾病例如骨關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松、潰瘍(糖尿病的、靜脈淤滯、小動(dòng)脈灌注不足)、損壞的韌帶、腱炎和重復(fù)應(yīng)力損傷(包括統(tǒng)稱(chēng)為“網(wǎng)球員肘”和腕管綜合征的疾病)。
1960年以來(lái)，已經(jīng)日益認(rèn)識(shí)到，人體受到傷害、應(yīng)力和其它因素的結(jié)果是產(chǎn)生一批低電平電信號(hào)；這些信號(hào)在愈合和疾病恢復(fù)過(guò)程中起到必要作用；通過(guò)提供在頻率、波形和強(qiáng)度上模擬人體自己的人工產(chǎn)生的信號(hào)，能夠加速這樣的過(guò)程。這樣的“模擬”信號(hào)已經(jīng)顯示，對(duì)人體具有許多作用，包括有助于引導(dǎo)移動(dòng)細(xì)胞例如成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞到達(dá)需要它們的部位(趨電性)，并使細(xì)胞生長(zhǎng)因子例如轉(zhuǎn)變生長(zhǎng)因子β(TGF-β)和胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)釋放。這些結(jié)果可包括皮膚和肌肉創(chuàng)傷(包括慢性潰瘍例如由于糖尿病所導(dǎo)致的潰瘍)的更快愈合，而且傷疤最?。还钦?包括大部分骨不連合的骨折)的修復(fù)；損傷或嚴(yán)重?fù)p傷神經(jīng)的再生；由于反復(fù)運(yùn)動(dòng)而損壞的組織的修復(fù)，如在腱炎和骨關(guān)節(jié)炎中；以及腫脹、感染和疼痛(包括通常的基于藥物的治療都不能令人滿(mǎn)意地減輕的慢性疼痛)的減輕。
一些人體信號(hào)，例如在創(chuàng)傷中測(cè)量的“損傷電位”或“損傷電流”，僅僅是DC(直流電)，從而隨時(shí)間改變緩慢。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，骨折修復(fù)和神經(jīng)再生在負(fù)電極附近一般比平常更快些，但在正電極附近要更慢些，因?yàn)樵诖颂幵谝恍┣闆r下可發(fā)生組織萎縮或壞死。由于此原因，大部分最近的研究都集中于經(jīng)常具有非凈DC分量的更高頻率、更復(fù)雜的信號(hào)。
雖然大部分針對(duì)數(shù)據(jù)的復(fù)雜信號(hào)研究是在骨折愈合的基礎(chǔ)上實(shí)施的，但是所有組織中的基本生理過(guò)程的共性都暗示，合適的信號(hào)對(duì)加速許多其它愈合和疾病恢復(fù)過(guò)程是有效的，盡管并不是所有這樣的信號(hào)都必需相同。的確，特定的頻率和波形組合已經(jīng)顯示可攻擊骨關(guān)節(jié)炎和失眠、刺激頭發(fā)的生長(zhǎng)、減輕腫脹和炎癥、抗擊局部感染、加速受傷軟組織(包括皮膚、神經(jīng)、韌帶和肌腱)的愈合、以及減輕疼痛，而不會(huì)有TENS(經(jīng)皮電神經(jīng)刺激)的替代性不舒服的感覺(jué)。


圖1是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)刺激骨折愈合有效的波形20的示意圖，在這里，線(xiàn)22代表短時(shí)間量程的波形，線(xiàn)24代表更長(zhǎng)時(shí)間量程的相同波形，電平26和28代表兩個(gè)不同的電壓或電流特征值，間隔30，32，34和36代表特定躍遷之間的計(jì)時(shí)。電平26和28的選擇經(jīng)常是為了在波形的整個(gè)循環(huán)中平均時(shí)，沒(méi)有凈直流(D.C.)分量。在實(shí)際應(yīng)用中，諸如20之類(lèi)的波形一般要進(jìn)行修正，即所有的電壓或電流都向電平26和28之間的一些中間電平指數(shù)衰減，并且衰減時(shí)間常數(shù)優(yōu)選地大于間隔34。結(jié)果用線(xiàn)38代表。
在用于治療骨折不連合的一般商業(yè)上購(gòu)得的設(shè)備中，間隔30大約為200微秒，間隔32大約為30微秒，間隔34大約為5毫秒，間隔36大約為60毫秒。間隔30和32的交替重復(fù)產(chǎn)生脈沖群40，間隔34的每個(gè)長(zhǎng)度由間隔36的長(zhǎng)度分離開(kāi)，在間隔36，信號(hào)大約保留在電平28。每個(gè)波形38由此包括頻率約為4400Hz、工作循環(huán)約為85％、在電平26和28之間交替的矩形波形。脈沖群以約15Hz的頻率和約7.5％的工作循環(huán)重復(fù)，以基本上沒(méi)有信號(hào)的周期交替。
然而，組織對(duì)明顯不同的頻率和波形可具有不同的反應(yīng)。例如，圖1的波形對(duì)加速骨折的愈合有效，但對(duì)減慢骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展卻沒(méi)有多少效果。另一方面，包括每個(gè)持續(xù)約350-400微秒的極性26的單脈沖52的波形50(圖2)，以約60-75Hz的頻率、極性28的間隔54進(jìn)行交替，能夠減緩、甚至逆轉(zhuǎn)骨關(guān)節(jié)炎，但對(duì)骨折的修復(fù)幾乎無(wú)效。再者，每次應(yīng)用的精確波形和頻率是可以改變的。
信號(hào)強(qiáng)度也是可變的；的確，更強(qiáng)的信號(hào)經(jīng)常比更弱的信號(hào)沒(méi)有更多的益處，有時(shí)甚至更差。這種反常關(guān)系示意性表示在圖3，在這里，線(xiàn)60代表不同信號(hào)強(qiáng)度的愈合效果的大小。對(duì)于一般信號(hào)(例如圖1的信號(hào))，峰效果62一般落在1-10微安培/厘米2(μA/cm2)之間的某個(gè)地方，交叉點(diǎn)64在大約100倍此值的位置。在點(diǎn)64之外，信號(hào)可以減緩愈合或者本身可以導(dǎo)致進(jìn)一步的損傷。類(lèi)似的反應(yīng)在對(duì)電刺激有響應(yīng)的其它生物過(guò)程(包括細(xì)胞分裂、蛋白質(zhì)及DNA的合成、基因表達(dá)和胞內(nèi)第二信使?jié)舛?中也可以觀察到。例如，雖然常規(guī)TENS能夠用相對(duì)強(qiáng)的信號(hào)阻斷疼痛感覺(jué)，就象干涉信號(hào)阻斷無(wú)線(xiàn)通訊一樣，但是它也能夠?qū)е聯(lián)p傷逐漸惡化，因?yàn)樘弁吹念A(yù)警機(jī)能也被擊敗了。
利用頻率在約50KHz以上或波形通常類(lèi)似于圖1中的波形但工作循環(huán)約50％或具有過(guò)快或過(guò)慢的上升時(shí)間的正弦波或方波的實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)顯示在比較功率電平方面的效果要小得多。
許多不同類(lèi)型的電刺激設(shè)備對(duì)消費(fèi)者和醫(yī)務(wù)人員來(lái)說(shuō)是有用的，其能夠產(chǎn)生從通過(guò)低頻的恒電流或恒電壓(DC)到高頻波形的許多不同波形。通常，低頻波形和低頻率范圍內(nèi)的高頻脈沖傾向有助于組織愈合應(yīng)用，而高頻波形用于減輕疼痛。
電子波形的另一應(yīng)用領(lǐng)域是病原體失活領(lǐng)域。已經(jīng)表明，一些病毒和細(xì)菌有機(jī)體能夠通過(guò)在體外應(yīng)用所選擇的電信號(hào)而被破壞或失活(不能感染或再生)。然而，由于此應(yīng)用的信號(hào)電平一般比愈合刺激中的高得多，因此體內(nèi)應(yīng)用仍然是有爭(zhēng)論的事情。
電刺激廣泛用于組織愈合應(yīng)用中。在這里，Petrofsky(U.S.5,974,342)提出了一種通過(guò)施加治療電流來(lái)治療受傷組織、肌腱或肌肉的微處理器控制的裝置。這種裝置具有提供雙相恒壓或恒電流的幾個(gè)通道，包括每12.5-25毫秒就出現(xiàn)一次的100-300微秒正相、200-750微秒中間相、和100-300微秒負(fù)相。
Pilla等人(U.S.5,723,001)公開(kāi)了一種利用脈沖無(wú)線(xiàn)頻率電磁輻射治療人體組織的裝置。這種裝置產(chǎn)生具有1-100MHz頻率、每群100-100,000個(gè)脈沖、0.01-1000Hz的群重復(fù)速率的脈沖群。脈沖包跡可以是規(guī)則的、不規(guī)則的或隨機(jī)的。
Bartelt等人(U.S.5,117,826)公開(kāi)了一種用于組合神經(jīng)纖維和身體組織刺激的裝置和方法。這種裝置產(chǎn)生用于神經(jīng)纖維刺激的雙相脈沖對(duì)，和用于身體組織治療的凈DC刺激(由負(fù)脈沖比正脈沖多得多的雙相脈沖串提供)。在U.S.4,895,154中，Bartelt等人描述了一種用于刺激軟組織創(chuàng)傷愈合增強(qiáng)的設(shè)備，其包括多個(gè)用于產(chǎn)生輸出脈沖的信號(hào)發(fā)生器。輸出脈沖的強(qiáng)度、極性和速率可經(jīng)由設(shè)備前面板上的一組控制按鈕或開(kāi)關(guān)來(lái)改變。
Gu等人(U.S.5,018,524)提出了一種產(chǎn)生由具有相同寬度的脈沖群構(gòu)成的脈沖串的裝置，其中每個(gè)脈沖群是由多個(gè)特定頻率的脈沖構(gòu)成的。脈沖的數(shù)目隨著脈沖群的不同而不同；每個(gè)群中的脈沖頻率隨著對(duì)應(yīng)于每個(gè)群中的脈沖數(shù)目差異的脈沖群的不同而不同。脈沖具有230-280KHz的頻率；脈沖群的工作循環(huán)在0.33％-5.0％之間。
Liss等人(U.S.5,109,847)涉及一種便攜式、非侵入的電子裝置，該裝置產(chǎn)生包括具有至少兩個(gè)低頻調(diào)制的載頻的特定形狀的恒流和電流限制的波形。載頻在1-100,000KHz之間；方波或矩形波調(diào)制頻率為0.01-199KHz和0.1-100KHz。工作循環(huán)可改變，但是對(duì)于三個(gè)波形一般為50％、50％和75％。
Borkan的組織刺激器(U.S.4,612,934)包括可植入的皮下接收器和可植入電極。接收器在植入之后能夠非侵入地編程序，從而刺激不同的電極或改變刺激參數(shù)(極性和脈沖參數(shù))，以便獲得所需的反應(yīng)；編程數(shù)據(jù)以載波上的調(diào)制信號(hào)形式進(jìn)行傳輸。編程刺激響應(yīng)被測(cè)生理參數(shù)和電極阻抗進(jìn)行修正。
Hondeghem(U.S.4,255,790)描述了一種可編程的脈沖發(fā)生系統(tǒng)，其中輸出脈沖的時(shí)間段和子間隔由來(lái)自基礎(chǔ)時(shí)鐘頻率發(fā)生電路的信號(hào)加上與該電路相連的一對(duì)平行組頻率除法電路來(lái)定義。時(shí)間段、子間隔和輸出波形是可變的。
Hsiang-Hai等人(U.S.3,946,745)提供了一種產(chǎn)生用于治療目的的正負(fù)電脈沖的裝置。這種裝置產(chǎn)生由連續(xù)脈沖對(duì)構(gòu)成的信號(hào)，其中每對(duì)的脈沖都是相反極性的。每對(duì)脈沖之間的幅度、時(shí)間、間隔和連續(xù)脈沖對(duì)之間的間隔都是獨(dú)立可變的。
Brehm(U.S.5,067,495)公開(kāi)了一種用于減輕慢性疼痛的特定波形。施加電信號(hào)，直到病人在慢性疼痛區(qū)域具有恒定的感覺(jué)為止。
McDonald(U.S.3,589,370)提出一種電子肌肉刺激器，該裝置通過(guò)將單向脈沖施加給合適的變壓器而產(chǎn)生雙向脈沖群。
Landauer(U.S.3,294,092)公開(kāi)了一種產(chǎn)生電流的裝置，所述電流用于抵抗由于營(yíng)養(yǎng)不良造成的肌肉萎縮、缺陷、消除滲出物以及使粘附的形成最小。輸出信號(hào)的幅度是可變的。
本發(fā)明申請(qǐng)中公開(kāi)的所有參考文獻(xiàn)和專(zhuān)利再次都作為參考全部引入本文。
為了用于減輕疼痛而設(shè)計(jì)的經(jīng)皮電神經(jīng)刺激(“TENS”)單元可廣泛獲得。例如，Bastyr等人(U.S.5,487,759)公開(kāi)了一種能夠與不同類(lèi)型的保持電極墊就位的支撐裝置一起使用的電池供電設(shè)備。鍵控連接器提供用來(lái)確定哪種類(lèi)型的支撐裝置用于阻抗匹配和載頻調(diào)節(jié)的二進(jìn)制編碼。載頻為約2.5-3.0KHz；治療頻率一般在2-100Hz的量級(jí)上。
Kolen(U.S.5,350,414)提供了一種載波脈沖頻率、調(diào)制脈沖頻率、強(qiáng)度和頻率/幅度調(diào)制由微處理器來(lái)控制的裝置。這種裝置包括脈沖調(diào)制方案，其中載頻與治療部位的電極-組織負(fù)荷匹配，以便提供更有效的能量傳遞。
Liss等人(U.S.4,784,142)公開(kāi)了一種電子牙科止痛裝置和方法。這種裝置產(chǎn)生具有相對(duì)高頻率(12-20KHz)脈沖的輸出，所述脈沖具有不對(duì)稱(chēng)的低頻(8-20Hz)幅度調(diào)制。
Bartelt等人(U.S.5,063,929)描述一種微處理器控制的、產(chǎn)生雙相恒流輸出脈沖的設(shè)備。刺激強(qiáng)度可由使用者來(lái)改變。
Charters等人(U.S.4,938,223)提供了一種具有由刺激群組成的輸出信號(hào)的裝置，所述刺激具有上弦和下弦幅度，其中每個(gè)刺激的幅度都是刺激群幅度的固定百分比。信號(hào)是幅度調(diào)制的，從而有助于抑制病人的適應(yīng)性反應(yīng)。
Molina-Negro等人(U.S.4,541,432)公開(kāi)了一種用于減輕疼痛的電神經(jīng)刺激裝置。這種裝置產(chǎn)生在第一時(shí)間段具有預(yù)選重復(fù)速率和寬度的雙極矩形信號(hào)。其次，在第二時(shí)間段以偽隨機(jī)速率產(chǎn)生矩形信號(hào)，并且信號(hào)的傳遞在第三偽隨機(jī)時(shí)間段得以抑制。此方案據(jù)說(shuō)基本上消除了神經(jīng)細(xì)胞對(duì)刺激的適應(yīng)性。
Butler等人(U.S.4,431,000)提出一種用于治療失語(yǔ)癥和其它基于神經(jīng)的語(yǔ)言損害的經(jīng)皮神經(jīng)刺激器。這種設(shè)備利用偽隨機(jī)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生不規(guī)則的脈沖串，該脈沖串是由模擬一般的生理波形(例如腦α節(jié)律)的梯形單相脈沖組成的。一組這樣的脈沖具有零DC電平；設(shè)備中的電流源減小了變量例如皮膚電阻的作用。
Maurer(U.S.4,340,063)公開(kāi)了一種能夠植入或施加到身體表面的刺激裝置。脈沖幅度隨著沿由雙曲線(xiàn)強(qiáng)度-時(shí)間曲線(xiàn)定義的曲線(xiàn)的脈沖寬度的下降而減小。據(jù)說(shuō)由于脈沖寬度與閾值之間的非線(xiàn)性關(guān)系，這導(dǎo)致神經(jīng)纖維的成比例增大的補(bǔ)充。
Kosugi等人的系統(tǒng)(U.S.4,338,945)產(chǎn)生按照l(shuí)/f規(guī)則波動(dòng)的脈沖。也就是說(shuō)，波動(dòng)的光譜密度隨頻率成反比地改變興奮刺激經(jīng)常具有由此規(guī)則支配的隨機(jī)波動(dòng)。系統(tǒng)產(chǎn)生據(jù)說(shuō)在刺激過(guò)程中促進(jìn)病人的舒服感的不規(guī)則脈沖串。
信號(hào)發(fā)生器也用于聽(tīng)覺(jué)假體。例如，McDermott的接收器/刺激器(U.S.4,947,844)產(chǎn)生一組短間距的電流脈沖，零電流的脈沖間隔之間具有比每個(gè)分開(kāi)脈沖長(zhǎng)的時(shí)間。刺激電流的波形包括一組由相等數(shù)目的相反極性的分隔脈沖追隨的一個(gè)極性的這些分隔脈沖，從而通過(guò)電極傳遞的電荷總數(shù)大約為零。
Alloca(U.S.4,754,7590)描述了一種用于產(chǎn)生“階梯形”脈沖串的神經(jīng)傳導(dǎo)加速器，脈沖的峰負(fù)幅度是峰正幅度的三分之二。加速器設(shè)計(jì)是基于神經(jīng)動(dòng)作電位的Fourier分析；輸出頻率可以在1-1000Hz之間變化。
Galbraith(U.S.4,592,359)描述了一種多通道、可植入的神經(jīng)刺激器，其中每個(gè)數(shù)據(jù)通道適合攜帶單極性、雙極性或模擬形式的信息。這種裝置包括電荷平衡開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)被設(shè)計(jì)成在電流源關(guān)閉時(shí)(電極損壞和骨生長(zhǎng)據(jù)說(shuō)是由于不通過(guò)DC電流或電荷而得以抑制)能夠恢復(fù)殘留電荷。
盡管傳統(tǒng)的Western醫(yī)學(xué)具有較高的愈合電位，但是其僅僅具有微小的可接受電療治療，并且迄今為止很少使用。這似乎是早期信念的結(jié)果，該信念認(rèn)為，信號(hào)需要具有較高的局部強(qiáng)度才有效?，F(xiàn)在獲得的大多數(shù)電療裝置既依賴(lài)于電極或整個(gè)電子包裝的直接植入，也依賴(lài)于使用線(xiàn)圈的通過(guò)皮膚的電感耦合，線(xiàn)圈產(chǎn)生隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，借此在身體組織內(nèi)誘導(dǎo)弱渦流的產(chǎn)生。在一種情況下需要外科手術(shù)和生物相容材料，而在另一種情況下需要過(guò)度的電路復(fù)雜性和輸入功率，這些都使得大部分這樣裝置(除了TENS設(shè)備)的價(jià)格保持相對(duì)高，并且還將其應(yīng)用局限于受過(guò)高度訓(xùn)練的人員。因此仍然需要一種可用來(lái)在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域(包括加速愈合及減輕疼痛)中提供生物電刺激、多用途的成本低的裝置。
發(fā)明概述按照本發(fā)明的主要方面和概括說(shuō)明，本發(fā)明包括一種產(chǎn)生用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的電信號(hào)的裝置和方法。本發(fā)明提供了用于緩解人和動(dòng)物的各種健康問(wèn)題的設(shè)備和方法。與一般采用非常高強(qiáng)度信號(hào)的現(xiàn)有設(shè)備相反，本發(fā)明能夠傳遞這樣的生物電刺激其中電信號(hào)緊密地反映出天生的身體信號(hào)。因此，接收組織承受極小的應(yīng)力，并且不僅愈合得以加速，而且疼痛的減輕也比其它設(shè)備要持久。
按照本發(fā)明的裝置可用來(lái)為人和動(dòng)物病者提供電療治療，包括(但不限于)加速愈合(骨和軟組織)、急性和慢性疼痛的減輕、以及腫脹和炎癥的緩解。然而，這樣的裝置無(wú)需限于和完整的器官一起使用，因?yàn)榉蛛x的細(xì)胞或組織培養(yǎng)物也受電療波形的影響(已經(jīng)觀察到，合適的電刺激能夠修正細(xì)胞代謝、分泌和復(fù)制的速率)。諸如，離體皮膚細(xì)胞在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中可以用所選擇的波形進(jìn)行處理，從而在組織培養(yǎng)的自生皮膚移植材料的制備中可增加細(xì)胞的增殖和分化。作為另一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)用適當(dāng)?shù)牟ㄐ翁幚?，被基因工程制備成所需產(chǎn)物例如人胰島素的細(xì)菌生長(zhǎng)，得以加速，或者所需產(chǎn)物的分泌得以增加。
本發(fā)明的裝置可用來(lái)為人和動(dòng)物病者在體內(nèi)提供可定制的電療治療，包括(但不限于)加速愈合、急性和慢性疼痛的減輕、以及腫脹和/或炎癥的緩解。由于離體細(xì)胞或組織培養(yǎng)物也受電療波形的影響(已經(jīng)觀察到，合適的電刺激能夠修正細(xì)胞代謝、分泌和復(fù)制的速率)，因此該裝置也可用于體外應(yīng)用。與有助于阻斷神經(jīng)系統(tǒng)的疼痛沖動(dòng)的TENS型設(shè)備相反，這種裝置在感覺(jué)和疼痛的正常人閾值電平之下的信號(hào)電平進(jìn)行操作大多數(shù)使用者在治療過(guò)程中沒(méi)有經(jīng)歷任何感覺(jué)，只是以前存在的疼痛在穩(wěn)定減小。
按照本發(fā)明用于產(chǎn)生電信號(hào)的裝置包括用于產(chǎn)生一級(jí)計(jì)時(shí)間隔和二級(jí)計(jì)時(shí)間隔的元件，其中至少一個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔被分成二級(jí)計(jì)時(shí)間隔。這方面的實(shí)施方案可包括一級(jí)計(jì)時(shí)間隔形成電荷平衡的一級(jí)循環(huán)。
據(jù)此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種通過(guò)將新的脈沖電信號(hào)施用給身體來(lái)治療各種生理癥狀的裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一種用于加速創(chuàng)傷的愈合的裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一種用于減小組織腫脹的裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一種用于增加血管生成的裝置和方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是，提供一種用于改善皮膚移殖物的存活率的裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一種用于減輕疼痛的裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一種用于減輕急性和慢性疼痛的裝置和方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是，提供一種用于治療腱炎的裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一種用于減少炎癥的裝置和方法。
在閱讀所公開(kāi)實(shí)施方案的以下詳細(xì)描述和所附的權(quán)利要求書(shū)之后，本發(fā)明的這些和其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將變得清晰易懂。
附圖簡(jiǎn)述圖1是用于刺激骨折愈合的波形的示意圖。(現(xiàn)有技術(shù))圖2示出了用于治療骨質(zhì)疏松的波形。(現(xiàn)有技術(shù))圖3是愈合效果-信號(hào)強(qiáng)度(幅度)的示意圖。(現(xiàn)有技術(shù))圖4表示出按照本發(fā)明的波形，具有包含在脈沖包跡內(nèi)的載頻。
圖5表示出按照本發(fā)明的通用波形，具有一組一級(jí)計(jì)時(shí)間隔和包含在近似于任意曲線(xiàn)函數(shù)的階式包跡內(nèi)的信號(hào)幅度。
圖6表示出按照本發(fā)明的波形，具有包含在近似正弦曲線(xiàn)包跡內(nèi)的載頻。
圖7-9表示出按照本發(fā)明的波形，也具有包含在近似正弦曲線(xiàn)包跡內(nèi)的載頻，但顯示了替換型調(diào)制方案。
圖10表示出按照本發(fā)明的波形，具有包含在不規(guī)則的脈沖包跡內(nèi)的載頻。
圖11表示出按照本發(fā)明的波形，具有包含在近似指數(shù)衰減的包跡內(nèi)的載頻。
圖12表示出按照本發(fā)明的波形，具有包含在脈沖包跡的交替脈沖內(nèi)的兩個(gè)不同載頻。
圖13表示出圖4中的波形的簡(jiǎn)化版本。
圖14表示出相同波形的進(jìn)一步簡(jiǎn)化的版本。
圖15表示出用類(lèi)似于圖13、但具有交替極性的連續(xù)脈沖構(gòu)建的波形。
圖16表示出在低通濾波和D.C.阻斷的一般組合之后代表圖6的波形。
圖17表示出利用導(dǎo)電電極將波形(例如前面圖中所示的那些)施加給人體或其一部分的方法。
圖18表示出利用導(dǎo)電電極，結(jié)合用于骨延長(zhǎng)的外部固定器，將波形(例如前面圖中所示的那些)施加給人體或其一部分的方法。
圖19表示出利用導(dǎo)電液池將波形(例如前面圖中所示的那些)施加給人體或其一部分或另一種材料的方法。
圖20表示出為了創(chuàng)傷愈合，利用導(dǎo)電電極和導(dǎo)電敷料將波形(例如前面圖中所示的那些)施加給人體或其一部分的方法。
圖21表示出本發(fā)明的通用電子構(gòu)造，采用分離的集成電路計(jì)時(shí)器和定序機(jī)。
圖22表示出本發(fā)明的通用電子構(gòu)造，采用微控制器或微處理器。
圖23表示出為了圖示目的產(chǎn)生類(lèi)似于圖4的波形的簡(jiǎn)化電路。
圖24表示出本發(fā)明的第二具體實(shí)施方案，被構(gòu)造成產(chǎn)生類(lèi)似于圖6或圖16的波形。
圖25表示出與圖24中的電路相關(guān)的波形。
圖26表示出本發(fā)明的第三具體實(shí)施方案，被構(gòu)造成能夠提供大致類(lèi)似于圖4、圖6或圖10的類(lèi)型的波形的選擇。
圖27表示出與圖26中的電路相關(guān)的波形。
圖28表示出本發(fā)明的第四具體實(shí)施方案，被構(gòu)造成能夠產(chǎn)生類(lèi)似于圖12、但也合并極性顛倒的波形。
圖29表示出與圖28中的電路相關(guān)的波形。
圖30表示出具有近似指數(shù)地衰減的包跡的指數(shù)衰減曲線(xiàn)和多種信號(hào)種類(lèi)。
圖31表示出本發(fā)明的第五具體實(shí)施方案，被構(gòu)造成能夠產(chǎn)生類(lèi)似于圖30中的底部一個(gè)的波形。
圖32表示出與圖31中的電路相關(guān)的波形。
圖33表示出本發(fā)明的第六實(shí)施方案，也被構(gòu)造成能夠產(chǎn)生類(lèi)似于圖30中的底部一個(gè)、但具有更大精度和再現(xiàn)性的波形。
圖34表示出與圖33中的電路相關(guān)的波形。
發(fā)明詳述以下描述包括完成本發(fā)明的目前最佳的預(yù)期方式。該描述是為了闡述本發(fā)明的一般原理而進(jìn)行的，不應(yīng)該視為具有限定意義。本文提到的參考文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容在此作為參考全部引入本文，包括序列號(hào)為60/480,890的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)。
本發(fā)明通過(guò)傳遞為了對(duì)應(yīng)于天生身體信號(hào)而優(yōu)化的生物電信號(hào)、從而導(dǎo)致愈合的加速和更持久，而克服了現(xiàn)有設(shè)備的缺陷。本文所述的信號(hào)獨(dú)特地順應(yīng)天生信號(hào)，并因此相比于來(lái)自現(xiàn)有設(shè)備的電刺激，使承受按照本發(fā)明的電刺激的組織接受更低的生理應(yīng)力。此外，本發(fā)明是非侵入式的和低成本的，從而使其對(duì)于個(gè)人和個(gè)體使用可用于多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。
按照本發(fā)明的主要方面和概括說(shuō)明，本發(fā)明是一種產(chǎn)生用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的電信號(hào)的裝置和方法。這種信號(hào)基于以下特征因素包括由準(zhǔn)矩形波(通常為矩形形狀、但一般有些扭曲的波)的間歇群構(gòu)成的波形多個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2等，從而接連形成一級(jí)重復(fù)循環(huán)；多個(gè)較短的二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等，所述一級(jí)間隔中的至少一個(gè)被分成二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，并且所述二級(jí)間隔接連形成在整個(gè)一級(jí)間隔的長(zhǎng)度中持續(xù)的二級(jí)重復(fù)循環(huán)，而至少另一個(gè)所述一級(jí)間隔沒(méi)有被如此細(xì)分；以及多個(gè)恒壓或恒電流電平L1、L2等，其中之一是在每個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔或者如果該間隔被細(xì)分的話(huà)，則在其內(nèi)的每個(gè)二級(jí)計(jì)時(shí)間隔中選擇的。在連續(xù)的計(jì)時(shí)間隔中選擇的這組恒電流或恒壓電平包括波形；在給定的一級(jí)間隔中選擇的這些電平的平均大小決定此間隔內(nèi)的信號(hào)幅度；以及連續(xù)采集的所有一級(jí)間隔內(nèi)的信號(hào)幅度，包括波形包跡。
這種裝置包括用于產(chǎn)生一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2等的第一計(jì)時(shí)塊；用于產(chǎn)生二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等的第二計(jì)時(shí)塊；用于將這些間隔組成在間隔中具有預(yù)定關(guān)系的輸出信號(hào)的互連塊；用于將輸出信號(hào)傳遞給負(fù)荷(例如用該裝置處理的組織)的輸出塊；電池包；以及任選地，用于從輸出信號(hào)中去除無(wú)用頻率分量的濾波器；以及用于從具有預(yù)定特征的多個(gè)輸出信號(hào)中選擇的調(diào)節(jié)塊。第一和第二計(jì)時(shí)塊可異步或同步運(yùn)行，并且在后一種情形中，第一計(jì)時(shí)塊可以由第二計(jì)時(shí)塊驅(qū)動(dòng)，從而產(chǎn)生一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3、T4、以及T5和T6等(如果由于分頻而存在的話(huà))，或者兩個(gè)計(jì)時(shí)塊都可以用共享計(jì)時(shí)源例如晶體控制振蕩器以類(lèi)似的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)。
為了在以下實(shí)施例中一致，但無(wú)意限定本發(fā)明，T1將被認(rèn)為是沒(méi)有分成多個(gè)較短的二級(jí)計(jì)時(shí)間隔的“至少一個(gè)”一級(jí)計(jì)時(shí)間隔；L1是在T1中保持在恒定電平的電壓或電流；以及T2是被如此細(xì)分的“至少一個(gè)”一級(jí)計(jì)時(shí)間隔。隨后的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T3、T4以及其它(如果存在的話(huà))等等，可以如此細(xì)分(如每個(gè)單獨(dú)實(shí)施例中所示)。
在每個(gè)一級(jí)循環(huán)中，信號(hào)在整個(gè)一級(jí)間隔T1中具有第一幅度電平L1，然后在由T2細(xì)分成的間隔t1、t2等形成的二級(jí)循環(huán)中，然后呈現(xiàn)接連的多個(gè)電平L2、L3等(也可任選地包括L1)。下面的一級(jí)間隔T3、T4以及其它(如果存在的話(huà))等等(如果存在的話(huà))，每個(gè)然后可包含T2方式，或如果不存在的話(huà)，T1方式的二級(jí)循環(huán)。
如本文所用的，除非上下文另有暗示，否則術(shù)語(yǔ)“挑選(select)”及其變型，是指電路控制下的選擇范圍。此外，如本文所用，除非上下文另有暗示，否則術(shù)語(yǔ)“選擇(chose)”及其變型是指直接人控制下的選擇范圍。
為了便利起見(jiàn)，并且與無(wú)線(xiàn)電傳輸?shù)脑缙诜日{(diào)制方案類(lèi)似，這種復(fù)合波形中的二級(jí)循環(huán)可被認(rèn)為是載波，一級(jí)循環(huán)可被認(rèn)為是用具體的重復(fù)包跡調(diào)制載波的信號(hào)。通過(guò)擴(kuò)展，當(dāng)兩個(gè)一級(jí)間隔包含以不同速率運(yùn)行的二級(jí)循環(huán)時(shí)，這些可被認(rèn)為是兩個(gè)不同的載頻。
本發(fā)明的一個(gè)重要特征是，其輸出是作為一對(duì)(或者任選地，作為幾個(gè)這樣的對(duì)之間的電壓或電流)輸出釘或其它連接件之間的空載電壓、差動(dòng)電壓或有限電流出現(xiàn)的。輸出信號(hào)由此可通過(guò)簡(jiǎn)單的皮膚接觸電極、通過(guò)導(dǎo)電創(chuàng)傷敷料、通過(guò)為了其它目的已經(jīng)植入的導(dǎo)電裝置(例如金屬骨固定釘或?qū)щ妼?dǎo)管)、通過(guò)與皮膚或其它組織接觸的導(dǎo)電液主體、或者通過(guò)類(lèi)似的導(dǎo)電裝置，從而提供廣泛的適合個(gè)體情況的靈活性，而與身體耦合。(術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)電”廣義上在本文中包括歐姆和電容分量，正如后面所解釋的)。
按照本發(fā)明的裝置重量輕、緊湊、整裝的、制造和維修成本低，并且便于長(zhǎng)期攜帶和穿著。在無(wú)需特殊訓(xùn)練的前提下，對(duì)于無(wú)人監(jiān)管的家庭使用是安全的，并且能夠產(chǎn)生如上所述的信號(hào)并將其有效地傳遞給身體。由于僅使用低電壓和電流，因此裝置甚至在出現(xiàn)故障時(shí)也不具有電擊危險(xiǎn)，動(dòng)力可以由緊湊、廉價(jià)電池，一般使用幾個(gè)星期僅需要更換一次。
輸出信號(hào)是本發(fā)明的一個(gè)重要特征。輸出信號(hào)是基于以下特征的波形至少兩個(gè)、但任選更多個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3、T4以及T5和T6等等，從而接連形成一級(jí)重復(fù)循環(huán)；至少兩個(gè)、但任選更多個(gè)較短的二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等等，所述一級(jí)間隔中的至少一個(gè)被分成二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，并且所述二級(jí)間隔接連形成在整個(gè)一級(jí)間隔的長(zhǎng)度中持續(xù)的二級(jí)重復(fù)循環(huán)；以及多個(gè)恒壓或恒電流電平L1、L2等，其中之一是在每個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔或者如果該間隔包含二級(jí)循環(huán)的話(huà)，則在其內(nèi)的每個(gè)二級(jí)計(jì)時(shí)間隔中呈現(xiàn)給輸出的。所合成的階式波形然后可通過(guò)多種類(lèi)型的有源或無(wú)源濾波器的任一種，以便強(qiáng)調(diào)或削弱所選擇的頻率范圍。
一級(jí)循環(huán)可以是周期性的(以固定間隔自動(dòng)重復(fù))或不定期的(僅響應(yīng)一些外部事件而重復(fù))。在前一種情形中，一級(jí)間隔T1、T2等的相對(duì)長(zhǎng)度可以不同，但是每個(gè)間隔在長(zhǎng)度上從一個(gè)一級(jí)循環(huán)到下一個(gè)一級(jí)循環(huán)是固定的。在后一種情形中，所有的一級(jí)間隔在長(zhǎng)度上是固定的，除了可任意長(zhǎng)的T1之外。
計(jì)時(shí)間隔T1、T2等和t1、t2等具有以下關(guān)系(a)50微秒(T1，T2，...)30秒(b)200微秒(T1+T2+...)120秒(c)50微秒(t1，t2，...)50毫秒(d)10微秒(ta+tb+...)0.5TA(e)(tx，ty，...)≤2(ta+tb+...)在此處，如果一級(jí)循環(huán)是周期性的，則(T1，T2，...)表示一級(jí)間隔T1、T2等的任一個(gè)；(T1+T2+...)表示這些間隔的和，等于一級(jí)循環(huán)的長(zhǎng)度；(t1，t2，...)表示二級(jí)間隔t1、t2等的任一個(gè)；(ta，tb，...)表示這些的亞組，從而形成特定一級(jí)間隔TA內(nèi)的二級(jí)循環(huán)；(ta+tb+...)表示這些間隔亞組的和，等于TA內(nèi)的二級(jí)循環(huán)的長(zhǎng)度；以及tx和ty表示“離群的”二級(jí)間隔，其不是整個(gè)二級(jí)循環(huán)的有意部分，但可以諸如在包含該部分的一級(jí)循環(huán)的開(kāi)始或終止處。
換言之，每個(gè)一級(jí)間隔T1、T2等可具有從50微秒到30秒的任意長(zhǎng)度，而它們的和(一個(gè)完整的一級(jí)循環(huán))可具有從200微秒到120秒的任意長(zhǎng)度；每個(gè)二級(jí)間隔t1、t2等可具有從2.5微秒到50毫秒的任意長(zhǎng)度，而(ta+tb+...)(一個(gè)完整的二級(jí)循環(huán))可具有從5微秒到出現(xiàn)二級(jí)循環(huán)的二分之一一級(jí)間隔的任意長(zhǎng)度；以及一級(jí)間隔開(kāi)始或終止處的“離群”二級(jí)間隔可以存在，只要它們的總數(shù)不超過(guò)兩個(gè)二級(jí)循環(huán)長(zhǎng)度即可。
當(dāng)一級(jí)循環(huán)是不定期的時(shí)，條件(a)和(b)被修正為(a)50微秒(T2，T3，...)30秒(b)200微秒(T2+T3+...)120秒在此處，(T2，T3，...)表示一級(jí)間隔T2、T3等的任一個(gè)；(T2+T3+...)表示這些間隔的和，等于排除T1(如上所述，T1可以任意長(zhǎng))的一級(jí)循環(huán)的長(zhǎng)度。所有的其它關(guān)系與上面相同。
當(dāng)兩個(gè)或更多個(gè)一級(jí)間隔在恒定的輸出電平消耗時(shí)，這些電平勿需是相同的；以及當(dāng)兩個(gè)或更多個(gè)一級(jí)間隔包含二級(jí)循環(huán)時(shí)，這些間隔以及它們內(nèi)的相應(yīng)輸出電平是不一樣的。
雖然(d)的作用是確保至少兩個(gè)完整的二級(jí)循環(huán)將在包含它們的任何一級(jí)間隔中出現(xiàn)，但是實(shí)際上此數(shù)目可上至幾百、甚至幾千。
(e)的作用是，一個(gè)或多個(gè)二級(jí)間隔在給定的一級(jí)間隔內(nèi)的第一或最后一個(gè)二級(jí)循環(huán)或二者皆有的過(guò)程中可以罕見(jiàn)地較長(zhǎng)、較短、甚至丟失。然而，除了第一和最后一個(gè)之外的所有二級(jí)循環(huán)都包含所有的特定間隔，每個(gè)基本上具有其特定的長(zhǎng)度。
最經(jīng)常的是，丟失的或極大縮短的間隔出現(xiàn)在一級(jí)和二級(jí)循環(huán)異步運(yùn)行的時(shí)候，從而一級(jí)躍遷可出現(xiàn)在二級(jí)循環(huán)內(nèi)的任何時(shí)刻，并且由此任何一級(jí)間隔TA可以包括或可以不包括整數(shù)目的二級(jí)循環(huán)。例如，關(guān)于二級(jí)循環(huán)“ta，tb，tc，td”，一級(jí)間隔TA也許包含“ta，tb，tc，td，ta，tb，tc，td，ta，tb，tc，td”(三個(gè)完整的二級(jí)循環(huán))，或者包含“ta，tb，tc，td，ta，tb，tc，td，ta，tb，ty”(兩個(gè)完整的循環(huán)，加上中途被切掉一部分的第三方，其中ty代表縮短的tc)。
當(dāng)二級(jí)頻率發(fā)生器在其已經(jīng)喪失能力的一級(jí)間隔之后重新開(kāi)始時(shí)，一級(jí)間隔內(nèi)的第一二級(jí)間隔也可反常地出現(xiàn)較長(zhǎng)或較短。對(duì)于如圖23、24和28所示構(gòu)造的頻率發(fā)生器，這樣的畸變間隔一般比正常間隔長(zhǎng)四分之一，而對(duì)于如圖31所示構(gòu)造的發(fā)生器，其將比正常間隔短三分之一。例如，二階二級(jí)循環(huán)也許開(kāi)始“tx，tb，ta，tb，ta，tb....”其中tx代表由于起動(dòng)瞬時(shí)而延長(zhǎng)或縮短的ta。
任何這樣的畸變間隔或部分不完整的循環(huán)為了(e)的目的都被認(rèn)為是“雜散的”，并且在給定的一級(jí)循環(huán)內(nèi)合計(jì)不到二級(jí)循環(huán)長(zhǎng)度的兩倍。
構(gòu)成任何給定一級(jí)循環(huán)的間隔可以在名義上都相等，或不相等。然而，優(yōu)選地，當(dāng)僅有兩個(gè)這樣的間隔TA和TB存在時(shí)，
(f)2TA≤TB≤20TA在這里，TA＝T1，TB＝T2，或者反之亦然。這樣產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)的一級(jí)循環(huán)，并且工作循環(huán)在66％與95％之間。
同樣，構(gòu)成任何給定二級(jí)循環(huán)的間隔可以都相等，或者不相等。然而，優(yōu)選地，當(dāng)僅有兩個(gè)這樣的間隔t1和t2存在時(shí)，(g)2t1≤t2≤20t1這樣產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)的二級(jí)循環(huán)，從而導(dǎo)致類(lèi)似的不對(duì)稱(chēng)輸出波形的產(chǎn)生，再者，工作循環(huán)在66％與95％之間。
在一些情形中，更便利的是，就波形的重復(fù)頻率而不是就每個(gè)循環(huán)中消耗的時(shí)間而言來(lái)描述波形的一些方面。據(jù)此，我們可以定義(h)Fp＝1/(T1+T2+...)(i)FA＝1(ta+tb+...)(j)Fmax＝最高的FA，F(xiàn)B，...
這里，F(xiàn)p代表一級(jí)循環(huán)頻率，F(xiàn)A代表給定間隔TA內(nèi)的二級(jí)循環(huán)頻率，F(xiàn)max代表一級(jí)循環(huán)的任何部分中存在的最高二級(jí)循環(huán)頻率，借此構(gòu)成載頻。
恒壓或恒電流電平L1、L2等一般首先是作為差動(dòng)電壓電平產(chǎn)生的，其隨后可轉(zhuǎn)換成電流電平。優(yōu)選地，為了保存電池電力，向電流的這種轉(zhuǎn)換僅僅發(fā)生在為每個(gè)計(jì)時(shí)間隔選擇電壓電平之后，以便每個(gè)這樣計(jì)時(shí)期中的未選擇電平不消耗電流。更優(yōu)選的是，裝置內(nèi)的所有電壓，包括輸出波形，都位于-42.4伏與+42.4伏之間的范圍內(nèi)，借此滿(mǎn)足“安全超低電壓”的IEC 950定義。同樣，任何輸出電流優(yōu)選地位于-10.0毫安培與+10.0毫安培之間的范圍內(nèi)，如為了安全應(yīng)用于人體而用ANSI/AAMI NS4-1985所規(guī)定的。
為了在描述本發(fā)明范圍內(nèi)的不同波形的重復(fù)次數(shù)時(shí)一致，下面的慣例隨后用于標(biāo)記電流或電壓電平L1，L2等。
L1是整個(gè)T1中存在的恒壓或恒電流電平。L1可以是出現(xiàn)在一級(jí)循環(huán)中的任何時(shí)刻的最正電壓、最負(fù)的這樣電壓、或介于這兩個(gè)極限之間的任何電壓。在后面的情形中，L1優(yōu)選位于這兩個(gè)極限之間的中點(diǎn)，并且代表零電壓或電流。
L2、L3等(與能夠應(yīng)用的一樣多)是出現(xiàn)在T2內(nèi)的二級(jí)循環(huán)中的電平。注意，L1也可以存在于此循環(huán)中。最先出現(xiàn)在任何以下一級(jí)或二級(jí)間隔中的電平將以相同的方式連續(xù)編號(hào)。在大多數(shù)情形中，僅需要三個(gè)電平L1、L2和L3。
基本波形通常在U.S.6,535,767中有所描述，并且在圖4中示出，該文獻(xiàn)作為參考并入本文。在此處，波形包括分別用特征80，82和84表示的三個(gè)一級(jí)間隔T1、T2和T3，以及分別用特征90，92和94表示的三個(gè)輸出電平L1、L2和L3。二級(jí)循環(huán)出現(xiàn)在T2內(nèi)。二級(jí)間隔沒(méi)有單獨(dú)標(biāo)記，并且為了圖示目的，表示出非典型的小數(shù)目的二級(jí)循環(huán)。
時(shí)間流從左到右，垂直條96a和96b代表兩個(gè)連續(xù)循環(huán)的每一個(gè)中的T1起點(diǎn)，從而這二者之間的間隔代表一個(gè)完整循環(huán)。實(shí)線(xiàn)98表示輸出，該輸出在T1過(guò)程中在電平L1保持恒定；在T2過(guò)程中產(chǎn)生二級(jí)循環(huán)，在該循環(huán)中其在t1中的L2與t2中的L3之間交替；以及在T3過(guò)程中再次保持恒定，但是保持在L3，而不是保持在L1。在T3的終點(diǎn)，循環(huán)再次以T1開(kāi)始，并且輸出再次變?yōu)楹愣ǖ腖1。此波形的進(jìn)一步細(xì)節(jié)、產(chǎn)生此波形的裝置以及它的一些潛在用途，可以在U.S.6,535,767中找到。
概括地講，本發(fā)明將此三階波形延伸到包括以下因素的一級(jí)循環(huán)四個(gè)或更多個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3、T4及其它(如果存在的話(huà))，這正如用圖5中的箭頭100總體表示的，從而接連形成重復(fù)的一級(jí)循環(huán)；至少兩個(gè)相對(duì)短的二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等，至少一個(gè)這樣的一級(jí)間隔被分成所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，并且在其整個(gè)長(zhǎng)度連續(xù)形成重復(fù)的二級(jí)循環(huán)，而至少一個(gè)其它一級(jí)計(jì)時(shí)間隔沒(méi)有如此細(xì)分；多個(gè)基本上恒定的電壓或電流電平L1、L2等，其中之一是在被如此細(xì)分的一級(jí)間隔內(nèi)的每個(gè)二級(jí)間隔中，或者在整個(gè)一級(jí)間隔中(如果其沒(méi)有被如此細(xì)分的話(huà))選擇的；所獲得的可能的信號(hào)幅度電平范圍，通常用102表示；以及包括矩形階梯的包跡104，每個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔一個(gè)階梯。
每個(gè)信號(hào)幅度包括A.C.(時(shí)間-變量)和D.C.(時(shí)間-不變量)分量，在包跡104的每個(gè)階梯中分別用兩個(gè)水平線(xiàn)之間的距離和這兩個(gè)水平線(xiàn)之間的中點(diǎn)表示。D.C.幅度被最方便地表達(dá)為各個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔內(nèi)的電壓或電流的時(shí)間平均值，A.C.幅度被表達(dá)為由此平均值得到的電壓或電流的瞬時(shí)差的均方根值(RMS)D＝1/TA*Int(TA)Q(t)dtA＝Sqr(1/TA*Int(TA)(Q(t)-D)2dt)在這里，D是D.C.分量，TA是給定的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔，Q(t)是在此間隔中作為時(shí)間函數(shù)的電壓或電流，A是A.C.(RMS)分量，“Int(TA)...dt”代表整個(gè)TA長(zhǎng)度中采集的時(shí)間整數(shù)，“Sqr”表示方根函數(shù)。
任何一級(jí)計(jì)時(shí)間隔中的非零A.C.幅度是由于二級(jí)循環(huán)的存在而產(chǎn)生的。包跡104的階梯內(nèi)的垂直陰影并不意味著表示這樣二級(jí)循環(huán)內(nèi)的任何特定計(jì)時(shí)，但僅僅是，這樣的循環(huán)存在于那些階梯內(nèi)，從而導(dǎo)致非零A.C.幅度的產(chǎn)生。
對(duì)于沒(méi)有被細(xì)分成二級(jí)循環(huán)的一級(jí)間隔，電壓或電流在整個(gè)過(guò)程中保持均一值，因此，A.C.幅度為零。同樣，當(dāng)正負(fù)電壓或電流的和相等時(shí)，它們就彼此抵消，并且D.C.分量為零。這樣的波形被稱(chēng)作“電荷平衡”。
通過(guò)適當(dāng)選擇一級(jí)計(jì)時(shí)間隔的長(zhǎng)度和每個(gè)間隔內(nèi)的信號(hào)幅度，可產(chǎn)生包跡104，以便仿效任何周期性或不定期重復(fù)的實(shí)用數(shù)學(xué)函數(shù)，這正如任意曲線(xiàn)包跡106所暗示的。其仿效在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)用包跡的實(shí)施例是正弦“干涉”包跡108、衰減指數(shù)包跡110、對(duì)稱(chēng)重復(fù)脈沖串包跡112、具有交替極性顛倒的不對(duì)稱(chēng)重復(fù)脈沖串包跡114、和具有電荷平衡間隔118的不對(duì)稱(chēng)重復(fù)脈沖串包跡116。這個(gè)最后實(shí)施例相對(duì)于已經(jīng)在圖4中示出并且在隨附的文本中討論的波形。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是濾波器，此濾波器任選地阻斷所選電平之上的頻率，以便產(chǎn)生所需的躍遷輪廓或者避免外部高頻信號(hào)源的干擾。優(yōu)選地，此電平約為10Fmax。例如，濾波器包括并聯(lián)電容、電阻網(wǎng)絡(luò)、電壓控制的電流源、或其它同時(shí)減慢和控制躍遷速率、衰減約10Fmax(或其它所選頻率)之上的輸出頻率分量、以及避免外部無(wú)線(xiàn)頻率信號(hào)對(duì)電路運(yùn)行的干擾的合適器件。同時(shí)，濾波器可阻斷來(lái)自輸出的D.C.分量，使通過(guò)變壓器的電壓上升，或者二者兼有。
本發(fā)明的又一個(gè)特征是采用雙計(jì)時(shí)塊，每個(gè)計(jì)時(shí)塊任選地合并有多步定序機(jī)，用于產(chǎn)生能夠組合以生成具有所選特征的輸出波形的若干波形。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，計(jì)時(shí)塊之一由定序機(jī)控制，定序機(jī)由另一個(gè)計(jì)時(shí)塊驅(qū)動(dòng)即，產(chǎn)生二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等的計(jì)時(shí)塊輸出可以是“開(kāi)”、“關(guān)”，或具有不同的計(jì)時(shí)特征，這取決于定序機(jī)的輸出狀態(tài)。諸如通過(guò)將多個(gè)交替分量值合并成第二計(jì)時(shí)塊，可產(chǎn)生這些不同的計(jì)時(shí)特征，每一個(gè)根據(jù)定序機(jī)的輸出切換到電路內(nèi)或從電路中斷開(kāi)。這導(dǎo)致產(chǎn)生輸出信號(hào)的電路的形成，通過(guò)具體選擇器件以及它們互連的方式，能夠在較寬的范圍確定輸出信號(hào)的特征(頻率、工作循環(huán)、幅度)，并且整個(gè)電路結(jié)構(gòu)令人驚奇地簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是利用常規(guī)、容易獲得的低壓電池作為裝置的安全、便利電源。雖然本發(fā)明可以與AC(交流電)電源(加入任何適當(dāng)?shù)倪m配器)一起使用，但是電池動(dòng)力是優(yōu)選的，因?yàn)樗粌H減小了裝置的尺寸和重量，而且為接受治療的病人提供了安全性和使用的容易性。一般，電池需要更換的間隔稀少(通常每幾個(gè)星期不超過(guò)一次，這取決于輸出信號(hào)和具體的應(yīng)用)，因此簡(jiǎn)化了病人的順從性，減少了操作成本。僅僅將低功率電平，諸如產(chǎn)生治療效果所要求的電平，施加到身體上。由此，本發(fā)明即使在故障事件中也不能產(chǎn)生電擊危險(xiǎn)，因此適合無(wú)人監(jiān)管的家庭使用。
本發(fā)明的再一個(gè)特征是其多功能性。這種裝置可以容易地構(gòu)建，以便產(chǎn)生具有能夠選擇的計(jì)時(shí)間隔、輸出電壓或電流電平和整個(gè)包跡的輸出波形，或者允許在多個(gè)任一這些間隔中選擇，以滿(mǎn)足多種不同的生理需要。如上所述，組織可以不同方式響應(yīng)不同的信號(hào)頻率、純AC信號(hào)或具有疊加的正或負(fù)DC分量的AC信號(hào)。同樣，如圖3所示，不同的效果可以出現(xiàn)在不同的電流密度處。
具有可調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的裝置比具有一個(gè)固定輸出的裝置可具有更多的各種用途。另一方面，醫(yī)務(wù)人員可以?xún)?yōu)選具有固定輸出或僅在大小上可調(diào)的輸出的發(fā)生器，以方便他們的病人在門(mén)診使用。在所描述的本發(fā)明實(shí)施方案中，使用者通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)或其它裝置來(lái)選擇上述多個(gè)有用信號(hào)中的一個(gè)，能夠調(diào)節(jié)信號(hào)頻率，而其它所描述的實(shí)施方案則不能如此調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的又一個(gè)特征是其在應(yīng)用意義上的多功能性。由本發(fā)明的電路產(chǎn)生的信號(hào)利用各種不同的侵入式或非侵入式導(dǎo)電裝置，容易施加給人或動(dòng)物的身體、活組織或細(xì)胞培養(yǎng)物、或者食品或藥物材料。
在完成本發(fā)明的最佳方式的以下描述中，附圖標(biāo)記用來(lái)標(biāo)識(shí)附圖中的結(jié)構(gòu)部件、部件部分、表面或區(qū)域，如此，部件、部分、表面或區(qū)域可以通過(guò)整個(gè)撰寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)作進(jìn)一步的描述和解釋。為了一致起見(jiàn)，無(wú)論何時(shí)相同的標(biāo)記用于不同的附圖，它都表示與第一次使用時(shí)相同的部件、部分、表面或區(qū)域。除非另外指出，否則附圖意在與說(shuō)明書(shū)一起來(lái)閱讀，并且被認(rèn)為是本發(fā)明的整個(gè)撰寫(xiě)描述的一部分，這正如U.S.C.§112所要求的。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”、“下”、以及它們的形容詞和副詞，是指特定的附圖面向讀者時(shí)的圖示結(jié)構(gòu)的相對(duì)取向。
本發(fā)明是一種用于在各種應(yīng)用中提供生物電刺激的裝置，以及一種將其應(yīng)用于人體或其它活的或非活材料的方法。
如前所述，本發(fā)明的目的是，產(chǎn)生用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的一大類(lèi)波形中的任一個(gè)或任何組合形式，每一個(gè)波形都基于以下特征多個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2等，從而接連形成一級(jí)重復(fù)循環(huán)；多個(gè)較短的二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等，所述一級(jí)間隔中的至少一個(gè)被分成二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，所述二級(jí)間隔接連形成在整個(gè)一級(jí)間隔的長(zhǎng)度持續(xù)的二級(jí)重復(fù)循環(huán)，而所述一級(jí)間隔的至少另一個(gè)沒(méi)有如此細(xì)分；以及多個(gè)恒壓或恒電流電平L1、L2等，其中之一在每個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔或者如果該間隔包含二級(jí)循環(huán)的話(huà)，則在其內(nèi)的每個(gè)二級(jí)計(jì)時(shí)間隔中被呈現(xiàn)給輸出。至少兩個(gè)、一般是幾百個(gè)二級(jí)循環(huán)出現(xiàn)在每個(gè)這樣的一級(jí)間隔中。所合成的階式波形然后可以通過(guò)多種類(lèi)型的有源或無(wú)源濾波器中的任一種，以便強(qiáng)調(diào)或削弱所選擇的頻率范圍。
如前面圖5中所示，通過(guò)遵循本發(fā)明的原理，具有由足夠數(shù)目的矩形階梯構(gòu)成的包跡的波形，可以適應(yīng)近似的實(shí)質(zhì)上任何曲線(xiàn)函數(shù)。許多這些函數(shù)是實(shí)際應(yīng)用的特征。這些實(shí)用函數(shù)的一般實(shí)施例是在兩個(gè)類(lèi)似頻率和幅度的正弦波干擾、從而交替地彼此加強(qiáng)和彼此抵消時(shí)產(chǎn)生的正弦包跡；以及在振蕩系統(tǒng)例如拔動(dòng)的豎琴琴弦(pluckedharp string)遞增地輻射掉能量、以便其振蕩幅度隨時(shí)間平滑地減小時(shí)產(chǎn)生的指數(shù)包跡。其它實(shí)施例對(duì)于信號(hào)產(chǎn)生、處理或傳輸領(lǐng)域中精通的任何人來(lái)說(shuō)都是顯而易見(jiàn)的。
近似正弦曲線(xiàn)形包跡的波形，按照本發(fā)明的原理，在電療中是感興趣的，因?yàn)槠潆S時(shí)間近似于正弦曲線(xiàn)形的能量分布，這是傳統(tǒng)干擾電療的一個(gè)首要特征。在這樣的治療中，兩個(gè)頻率稍微不同的正弦信號(hào)施加到身體上，并且允許在其內(nèi)發(fā)生“干擾”，從而產(chǎn)生較低的“拍頻”，根據(jù)此拍頻調(diào)制更高的“載”頻。載頻簡(jiǎn)單地是兩個(gè)原始頻率的平均值，而拍頻是這兩個(gè)原始頻率的差。載頻一般在約1000-約10,000Hz的范圍內(nèi)，并且4000-4500Hz的頻率是最普遍的，盡管對(duì)于一些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，更高的頻率(高達(dá)接近200KHz)是優(yōu)選的。拍頻對(duì)于多種不同的條件是大大不同的，但是一般在1Hz-500Hz的范圍內(nèi)。
第一近似正弦曲線(xiàn)形的波形，遵循本發(fā)明的原理，包括5個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1-T5，其中T1和T5分別在恒定的輸出電平L1和L3消耗，T5借此用作平均脈沖，而T2、T3和T4都包含二級(jí)循環(huán)。當(dāng)電荷平衡用其它方式建立時(shí)，可不需要均衡脈沖，并且在這樣的情形中，可省略T5。
T2和T4內(nèi)的二級(jí)循環(huán)在計(jì)時(shí)和A.C.幅度上是一樣的，而在T3中比在T2中有更高的A.C.幅度。優(yōu)選地，T3內(nèi)的A.C.幅度大約為T(mén)2或T4內(nèi)的兩倍。更優(yōu)選的是，T2和T4每個(gè)都比T3短。最優(yōu)選的是，T2和T4每個(gè)都大約為T(mén)1和T5組合長(zhǎng)度的兩倍，而T3大約為T(mén)1和T5組合長(zhǎng)度的三倍。計(jì)時(shí)間隔的這個(gè)具體組合的優(yōu)點(diǎn)是，其近似于具有最小數(shù)目的一級(jí)間隔和離散電壓或電流電平的正弦包跡，由此具有較大的潛在電路簡(jiǎn)易性和有效性。
此五階(或四階，如果T5省略的話(huà))、準(zhǔn)正弦或“干擾式”波形的代表性實(shí)施例，僅采用三個(gè)電壓或電流電平L1、L2和L3，在圖6中示出。一級(jí)循環(huán)的重復(fù)速率代表拍頻，而二級(jí)循環(huán)的重復(fù)速率代表載頻。通過(guò)保持相同的計(jì)時(shí)但在更接近間隔的電壓或電流電平之間切換，而實(shí)現(xiàn)相對(duì)于T3，在T2和T4過(guò)程中的幅度減小。為了圖示波形的許多可能變型中的一個(gè)，所示出的T4內(nèi)的二級(jí)循環(huán)具有偏離T2內(nèi)的不同D.C.。
圖6和其后描繪波形的所有其它附圖(圖7至16，25，27，29，30，32和34)遵循圖4中所用的相同慣例，但具有以下的簡(jiǎn)單性(1)每個(gè)圖中示出一個(gè)一級(jí)循環(huán)，在圖的左邊緣開(kāi)始于T1，終止于右邊緣。
(2)表示L1、L2等的虛線(xiàn)被省略掉，除了在正文中提到之外，這是因?yàn)檫@些電平用每個(gè)圖中的脈沖平頂和底部清楚地示出。
(3)識(shí)別特征被省略掉，除了它們?cè)谡闹芯唧w提到之外。
由于在一些情形中，連續(xù)一級(jí)間隔T1、T2等中的波形之間的差別是微小的并且可以不立即顯現(xiàn)，因此表示這些間隔之間界限的垂直陰影線(xiàn)在所有圖中出現(xiàn)。二級(jí)循環(huán)內(nèi)的界限沒(méi)有示出，這是因?yàn)樵诿總€(gè)情形中它們應(yīng)該從波形本身的形狀中明顯易見(jiàn)。
一般，當(dāng)電壓或波形蹤跡代表以前在示意圖中示出的線(xiàn)上或邏輯門(mén)輸出處的信號(hào)時(shí)，將給予電壓或波形蹤跡與線(xiàn)或門(mén)相同的識(shí)別特征。多個(gè)蹤跡，對(duì)應(yīng)于影響相同部位信號(hào)的不同電路條件，將用由“a”、“b”等遵循的相同特征來(lái)識(shí)別。在正文中，“電壓X”、“信號(hào)X”等的提及是指對(duì)應(yīng)于波形圖上的蹤跡“X”的電壓或信號(hào)，或者對(duì)應(yīng)于示意圖中的信號(hào)線(xiàn)或邏輯門(mén)輸出“X”，此時(shí)“X”代表由所有蹤跡共享的公共識(shí)別特征。
另一個(gè)代表性、準(zhǔn)正弦波形在圖7中示出。這不同于圖6中的實(shí)施例，其中對(duì)應(yīng)于圖6中的間隔82a和82c的更低幅度或“漸進(jìn)”和“漸出”周期，現(xiàn)在每個(gè)在長(zhǎng)度上都超過(guò)對(duì)應(yīng)于間隔80的“準(zhǔn)”或“非信號(hào)”周期。優(yōu)選地，“準(zhǔn)”、“漸進(jìn)”、“全信號(hào)”和“漸出”周期具有1∶2∶3∶2比例的持續(xù)時(shí)間。結(jié)果是，接近于數(shù)學(xué)上純正弦曲線(xiàn)(1.57)的峰與平均電壓或電流的比例(1.60)，以及與純正弦曲線(xiàn)一樣的峰與R.M.S.電壓或電流的比例(1.414)。由于波形的對(duì)稱(chēng)，無(wú)需均衡脈沖。
又一個(gè)代表性四階、準(zhǔn)正弦波形在圖8中示出。這不同于以前的實(shí)施例，其中通過(guò)在額外的更高電壓或電流電平(而不是T2和T4中所用的那些)之間切換，而獲得T3中的更高平均幅度。
按照本發(fā)明的額外波形可包含任何整數(shù)目的一級(jí)間隔，以及在每個(gè)間隔(第一個(gè)間隔除外)內(nèi)的、含有整數(shù)目的二級(jí)間隔的二級(jí)循環(huán)。例如，利用更大數(shù)目的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔也許實(shí)現(xiàn)隨時(shí)間的正弦能量分布的更準(zhǔn)確仿效通過(guò)從多于三個(gè)的恒定電壓或電流電平中選擇、通過(guò)利用二級(jí)循環(huán)內(nèi)的不同工作循環(huán)、或者通過(guò)合并這些方法，如圖9所示。
總之，這樣的波形包括偶數(shù)目P的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3等、偶數(shù)目S的二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2、t3等和奇數(shù)目Q的電壓或電流電平L1、L2、L3等。
電壓或電流電平L1近似于零電壓或電流，而剩余電平L2、L3等成對(duì)，每對(duì)具有大致相等的大小但相反的極性。這些對(duì)的成員分別用LX和LY代表?？梢杂幸粋€(gè)這樣的對(duì)(如圖6和7所示)，或者有多于一個(gè)的對(duì)(如圖8和9所示)。更寬間隔的對(duì)的使用產(chǎn)生更大的信號(hào)幅度。
S可以是任何偶數(shù)整數(shù)，但優(yōu)選是四，其產(chǎn)生二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2、t3和t4。間隔t1和t3優(yōu)選地相等，t2和t4也一樣，但是t1和t3值無(wú)需與t2和t4一樣。非零電平LX在t1中選擇，它的配偶LY在t3中選擇，而L1在t2和t4中選擇。這使得四個(gè)間隔形成工作循環(huán)，DC＝(t1+t3)/(t1+t2+t3+t4)
DC可具有從0至100％的任何值。工作循環(huán)的增大產(chǎn)生更大的信號(hào)幅度。在DC＝0時(shí)，t1和t3消失，信號(hào)變成恒定的L1，而在DC＝100％時(shí)，t2和t4消失，信號(hào)變成在LX與LY之間交替的方波。
或者是，為了贏得更高的信號(hào)強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)，具有在t1和t3中選擇的一個(gè)對(duì)稱(chēng)電平對(duì)LX和LY的成員以及在t2和t4中選擇的另一個(gè)這樣對(duì)LX’和LY’的成員是優(yōu)選的。這再次使四個(gè)間隔形成從0至100％的工作循環(huán)，盡管現(xiàn)在零工作循環(huán)代表在LX與LY之間交替的方波，如前所述，100％工作循環(huán)代表在Lx和Ly之間交替的方波。再者，并且在此處假設(shè)，LX和LY的大小大于LX’和LY’，工作循環(huán)的增加產(chǎn)生更大的信號(hào)幅度。
對(duì)于一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3等，將有一個(gè)獨(dú)特電平TN，其中N＝(P/2)+1，在該電平信號(hào)幅度處于最大。該幅度然后對(duì)于TN+1和TN-1更小，對(duì)于TN+2和TN-2等也更小，直到對(duì)于T2和TP相對(duì)小，對(duì)于T1為零(因?yàn)檫x擇恒定的L1)為止。通過(guò)改變信號(hào)電平L1、L2等的組合，可選擇信號(hào)幅度，這些信號(hào)電平通過(guò)改變它們交替的工作循環(huán)或者通過(guò)這些方式的組合，而在二級(jí)循環(huán)中交替，同時(shí)選擇計(jì)時(shí)間隔和信號(hào)幅度，以便近似于正弦包跡，如圖9所示。
以上給出的實(shí)施例不應(yīng)該解釋為將本發(fā)明的范圍限定到準(zhǔn)正弦形式的信號(hào)，因?yàn)楸景l(fā)明的目的是提供最大范圍的可能的輸出信號(hào)，這可通過(guò)類(lèi)似的方式和利用類(lèi)似電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，但并不是所有的都必需具有相似的包跡。
非正弦包跡的一個(gè)實(shí)施例在圖4中示出。
另一類(lèi)這樣的非正弦信號(hào)也許發(fā)現(xiàn)用于肌肉刺激或再訓(xùn)練，其中短的高強(qiáng)度脈沖串必須與其余周期交替，從而導(dǎo)致肌肉纖維的交替收縮和松弛。眾所周知，不同的肌肉纖維以及供應(yīng)這些纖維的神經(jīng)，具有不同的響應(yīng)閾值并由此最佳響應(yīng)具有不同能量的脈沖或脈沖群。其一級(jí)循環(huán)包括幾個(gè)不同脈沖群長(zhǎng)度并且在長(zhǎng)度之間具有類(lèi)似不同間隔的波形，由此比僅具有一個(gè)脈沖群長(zhǎng)度和間隔的波形更有效。圖10表示出這樣波形的一個(gè)實(shí)施例，其采用10個(gè)一級(jí)間隔，其中5個(gè)含有相同的二級(jí)循環(huán)，但長(zhǎng)度不同。
非正弦信號(hào)的另一個(gè)實(shí)施例，如前面所提到的，是迅速上升到最大強(qiáng)度、然后以線(xiàn)性、指數(shù)或其它方式隨時(shí)間衰減的脈沖信號(hào)。利用二級(jí)循環(huán)內(nèi)的可變計(jì)時(shí)間隔以獲得強(qiáng)度差異的近似于這種指數(shù)衰減特征的六階波形，在圖11中示出。信號(hào)可以是周期性的(自動(dòng)重復(fù))或不定期的(僅出現(xiàn)在由一些外部事件例如按鈕的按壓觸發(fā)時(shí))。例如，在處理應(yīng)用的材料中，一級(jí)循環(huán)也許在電極與待處理的食物、飲料或藥物材料主體適當(dāng)接觸的時(shí)刻起動(dòng)。當(dāng)信號(hào)是不定期的時(shí)候，T1可以任意長(zhǎng)。這將在隨圖29的正文中進(jìn)一步解釋。非正弦信號(hào)的又一個(gè)實(shí)施例是，圖12中所示的一個(gè)。這簡(jiǎn)單地是圖4中所示波形的雙倍版本，只是T2和T5現(xiàn)在包含代表不同載頻的不同二級(jí)循環(huán)。這種波形通過(guò)交替刺激兩個(gè)已知的減輕疼痛的在不同頻率最佳響應(yīng)的生化通道，可用于減輕疼痛。具體地說(shuō)，2-4Hz左右的刺激已經(jīng)顯示能產(chǎn)生持久的疼覺(jué)缺失，但具有慢發(fā)作；100-200Hz左右的刺激產(chǎn)生具有快發(fā)作的短作用時(shí)間的疼覺(jué)缺失；而每個(gè)持續(xù)幾秒鐘的這兩種刺激的交替，激活了這兩個(gè)機(jī)制，從而疼覺(jué)缺失具有發(fā)作快但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
上述、按照本發(fā)明原理的通用種類(lèi)的波形將固有地是電荷平衡的，即，輸出將顯示凈零的直流電容量，如果該輸出處的正負(fù)電壓或電流的時(shí)間平均值在一個(gè)一級(jí)循環(huán)的長(zhǎng)度上是零的話(huà)。這可以幾個(gè)方式的任一種來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，輸出可通過(guò)阻斷直流電流的輸出網(wǎng)絡(luò)?；蛘呤牵?fù)信號(hào)間隔可以平衡，以便近似相等的時(shí)間量在每個(gè)狀態(tài)消耗，從而使直流容量最小。也可以將這些方法合并。例如，在用于產(chǎn)生圖4的波形的U.S.6,535,767所述的設(shè)備中，呈現(xiàn)給T3中的輸出的恒定電平L3，部分補(bǔ)償由于T2中的二級(jí)循環(huán)的不對(duì)稱(chēng)而導(dǎo)致的凈非零輸出，而任何剩余不平衡由輸出濾波器中的直流阻斷串聯(lián)電容器來(lái)操縱。
在其它應(yīng)用中，例如在離子電滲療法(通過(guò)皮膚或其它組織運(yùn)送生物活性離子例如銀離子或質(zhì)子化生物堿)或者在通過(guò)細(xì)胞趨電性加速創(chuàng)傷愈合的過(guò)程中，期望引入疊加在主要的交流電波形上的受控直流容量。通過(guò)使消耗在正負(fù)間隔中的時(shí)間失衡、以便一個(gè)極性占主流而取消阻斷所需直流電信號(hào)容量的任何下游元件例如串聯(lián)電容，可簡(jiǎn)單地做到這一點(diǎn)。
這種有意失衡的波形在圖13中示出，其中120代表零電壓或電流的電平L1，122代表正電平L2，124代表相等和相反的負(fù)電平L3。T2中的t1與t2之間的差引入所需的電荷失衡。注意，這簡(jiǎn)單地是以前在圖4中示出的波形，但是此處去除了它的電荷平衡間隔T3。
或者是，通過(guò)圍繞零使極性不對(duì)稱(chēng)，可使波形有意失衡最簡(jiǎn)單的是，通過(guò)消除如圖14所示的給定極性(正或負(fù))的所有電平，此處，與前面一樣，120代表零電壓或電流的電平L1，122代表正電平L2，但是沒(méi)有負(fù)電平L3。
在另外的其它應(yīng)用中，例如在加速神經(jīng)再生的過(guò)程中，可發(fā)現(xiàn)，在相對(duì)長(zhǎng)的一級(jí)循環(huán)的所選部分上施加電荷失衡的信號(hào)是有益的，但是此循環(huán)中整體上是電荷平衡的。圖15表示出這樣的一級(jí)循環(huán)，其中T1和T3代表零電壓或電流的間隔，而T2和T4是電荷失衡信號(hào)的間隔。T2和T4在長(zhǎng)度上是相等的，且具有相等、相反的極性，從而在整個(gè)一級(jí)循環(huán)上電荷保持平衡。對(duì)于最佳的神經(jīng)再生，例如，T2和T4在長(zhǎng)度上每個(gè)都優(yōu)選10到60分鐘之間，而T1和T3每個(gè)都可以實(shí)質(zhì)上較短些。
遵循本發(fā)明的原理，許多附加波形對(duì)于電路設(shè)計(jì)或波形分析領(lǐng)域的任何專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)應(yīng)該是顯而易見(jiàn)的。
任何這樣的波形，一旦如所述的那樣以階式電壓或電流的形式產(chǎn)生，那么就可任選地通過(guò)有源或無(wú)源部件網(wǎng)絡(luò)，例如電阻-電容網(wǎng)絡(luò)或用于衰減所選頻率分量的運(yùn)算放大器帶通濾波器、用于使輸出電壓上升或提供對(duì)抗可能的泄漏電流的分離的變壓器(具有適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路)、或用于阻斷來(lái)自輸出的直流電流的串聯(lián)電容。圖16諸如表示出，通過(guò)被設(shè)計(jì)成阻斷高于幾倍Fmax的直流電流和頻率分量的濾波器之后的圖7的波形。
對(duì)于諸如上述任何波形，可發(fā)現(xiàn)需要改變治療過(guò)程中或連續(xù)治療之間的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，例如一級(jí)間隔T1、T2等、二級(jí)間隔t1、t2等或電壓/電流電平L1、L2等。例如，在干擾刺激中，可調(diào)節(jié)t1、t2等，優(yōu)選是一起調(diào)節(jié)，以便保持它們之間的比例，從而產(chǎn)生用于補(bǔ)償可變的使用者皮膚阻抗的不同載頻，同時(shí)可調(diào)節(jié)T1、T2等，優(yōu)選是再次一起調(diào)節(jié)，以改變有效的拍頻，由此激活不同組織的修復(fù)過(guò)程。同樣，外加電壓或電流L1、L2等之間的跨度可改變，以補(bǔ)償治療下的可變組織截面，或多種組織的不同最佳電流密度。
據(jù)信可用諸如以上所述的波形進(jìn)行治療的狀況包括(但不是必需限定于)如下因素骨折、骨質(zhì)疏松、急性疼痛、慢性疼痛、腫脹、單純性炎癥和發(fā)炎病癥例如腱炎(包括腕管綜合癥和其它反復(fù)的應(yīng)力損傷)和骨關(guān)節(jié)炎。包括各種組織種類(lèi)并且由于外傷或變性疾病例如糖尿病所導(dǎo)致的創(chuàng)傷的加速愈合，也可以在治療過(guò)程中看到。然而，應(yīng)該懂得，沒(méi)有一組計(jì)時(shí)間隔和電壓或電流電平可用于治療所有(甚至大部分)這些疾病。
雖然不希望用理論來(lái)界定，但是據(jù)信，合適的電壓/電流電平和計(jì)時(shí)間隔可用來(lái)治療各種疾病，這些疾病的病因涉及到細(xì)胞代謝、分泌或復(fù)制中的不適當(dāng)速率或失衡，或者通過(guò)適當(dāng)修正這些因素能夠得到緩解。由此，應(yīng)該理解，每種特定應(yīng)用的最佳波形特征最好用觀察和實(shí)驗(yàn)的適度組合來(lái)找出。
本發(fā)明的首要用意如本文所述，是提供對(duì)人和動(dòng)物病者的電療治療，所述治療包括(但不限于)加速愈合、急性或慢性疼痛的減輕、以及腫脹和/或炎癥的緩解。然而，該裝置無(wú)需限于和完整的器官一起使用，因?yàn)殡x體細(xì)胞或組織培養(yǎng)物也受電療波形的影響；已經(jīng)觀察到，合適的電刺激能夠修正細(xì)胞代謝、分泌和復(fù)制的速率。例如，分離的皮膚細(xì)胞在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中可以用所選擇的波形進(jìn)行處理，從而在組織培養(yǎng)的自生皮膚移植材料的制備中可增加細(xì)胞的增殖和分化。作為另一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)用適當(dāng)?shù)牟ㄐ翁幚恚换蚬こ讨苽涑伤璁a(chǎn)物例如人胰島素的細(xì)菌生長(zhǎng)得以加速，或者所需產(chǎn)物的分泌得以增加。作為又一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)再次用為此目的選擇的波形進(jìn)行類(lèi)似處理，可減小食品、飲料、飲用水或藥品內(nèi)的所選有機(jī)體的發(fā)育能力。
應(yīng)用裝置是本發(fā)明的另一個(gè)重要特征。大范圍的可達(dá)到的治療信號(hào)波形、頻率和強(qiáng)度使本發(fā)明適合大范圍的這些應(yīng)用裝置，所述裝置包括(但不必需限于)皮膚接觸的導(dǎo)電電極；導(dǎo)電敷料，例如水凝膠或鹽水浸泡的紗布；導(dǎo)電液體例如身體或其任何部分可以浸漬在其內(nèi)的鹽水浴；導(dǎo)電材料，例如為了其它目的已經(jīng)插入或植入體內(nèi)的骨固定釘或?qū)Ч?；以及與細(xì)胞或組織培養(yǎng)物、食品、飲用水和其它飲料或藥物材料接觸放置的類(lèi)似天然的導(dǎo)電材料。
“導(dǎo)電的”如前面段落中所用，可以指以下現(xiàn)象中的任何一個(gè)或組合金屬導(dǎo)電；通過(guò)正或負(fù)電荷載體的半導(dǎo)體型導(dǎo)電諸如發(fā)生在一些碳填充的塑料中的初步隧道導(dǎo)電；諸如通過(guò)鹽水或其它溶液(一般為水溶液)中的離子運(yùn)動(dòng)的離子導(dǎo)電；電解質(zhì)導(dǎo)電，其中離子在界面例如金屬導(dǎo)體與離子溶液之間的界面被氧化或還原；以及電容導(dǎo)電，其中根據(jù)外加電壓的變化，電荷被位移電流運(yùn)送諸如通過(guò)絕緣材料薄片。
圖17表示出本發(fā)明的使用方式，其中借助于常規(guī)的皮膚接觸電極132a和132b例如用于TENS(經(jīng)皮電神經(jīng)刺激)的那些，施加給并通過(guò)一定容積的身體組織130。TENS電極是廉價(jià)的，以各種形狀和款式廣泛獲得，并且經(jīng)常是自粘的。為了與本發(fā)明一起使用，將電極放到皮膚134上，并以使在電極之間流動(dòng)的電流包括待處理的組織容積的方式，利用信號(hào)源136進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
作為通用規(guī)則，電流本身將主要分布在位于組織容積130(其一端在每個(gè)電極處)內(nèi)的大致為足球形的容積138之內(nèi)。容積138內(nèi)的組織因此將接受最有效的治療。例如，在骨折治療中，電極應(yīng)該位于皮膚上，以便使折斷位于此容積中心附近(如圖所示)。
圖18表示出本發(fā)明具體應(yīng)用于一種治療方式，其中為了骨延長(zhǎng)的目的需要刺激骨的生長(zhǎng)。在諸如目前利用Ilizarov和類(lèi)似固定裝置實(shí)踐的治療中，骨150被切開(kāi)或破開(kāi)，然后利用剛性釘152a或152b將每個(gè)部分150a或150b分別固定到通常為環(huán)形的墊圈154a或154b上。為了強(qiáng)調(diào)起見(jiàn)，所示出的部分150a與150b之間的縫隙比實(shí)際寬得多。墊圈154a和154b通過(guò)可擴(kuò)張的裝置160(例如通過(guò)可旋轉(zhuǎn)的螺套筒接合的螺桿)連接在一起。釘、墊圈和連接裝置同樣主要用諸如不銹鋼之類(lèi)的金屬共同制成。通過(guò)將逐漸延伸的裝置160作為在縫隙162內(nèi)的新骨形式，骨150的整個(gè)長(zhǎng)度緩慢增長(zhǎng)。
然而，所有太經(jīng)常發(fā)生的是，這種方法失敗或明顯減慢，因?yàn)楣菦](méi)有如所需的那樣快速填充縫隙，或者因?yàn)樾鹿菦](méi)有適當(dāng)鈣化。結(jié)果是形成永久性的骨不連合，或具有再次骨折的嚴(yán)重危險(xiǎn)的多孔骨。
為了這種常規(guī)的治療，本發(fā)明加入用于骨再生的電刺激。用按照本發(fā)明原理制成的信號(hào)源166連接的皮膚接觸的導(dǎo)電電極164a和164b，以這樣的方式放置即，在電極之間流動(dòng)的電流將包括圍繞并包括骨內(nèi)縫隙的組織容積166，但顯然位于釘152a和152b處，因?yàn)橐徊糠滞饧与娏魅缓罅鬟^(guò)這些釘、墊圈和連接裝置，而不是流過(guò)組織，并由此被浪費(fèi)。
諸如圖4中的波形(已知刺激骨的生長(zhǎng))，然后從電源166通過(guò)電極進(jìn)行施加，通過(guò)包括骨縫隙的組織容積，加速再生，并激勵(lì)鈣化。在最近進(jìn)行的一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，其中已經(jīng)獲得完全預(yù)定的骨延伸，但是新骨幾個(gè)月來(lái)仍然鈣化較差，并且附近的舊骨變得骨質(zhì)疏松，從而阻止固定器去除，利用這種裝置的刺激重新起動(dòng)生長(zhǎng)，從而在六個(gè)多星期之后，愈合基本完成，并且可去除釘和其它擴(kuò)張裝置。
最近，在該治療領(lǐng)域已經(jīng)有一種新的開(kāi)發(fā)以前較重的和X線(xiàn)不透的金屬墊圈154a和154b已經(jīng)被用更輕的射線(xiàn)可透的(對(duì)于醫(yī)用X射線(xiàn)是透明的)、不導(dǎo)電的復(fù)合材料(例如纖維加固的塑料樹(shù)脂)制成的墊圈所替代。例如，來(lái)自O(shè)rthofix(R)的新覆銀銅環(huán)固定器(Sheffied Ring Fixator)包括用這樣的材料制成的墊圈，將所述墊圈打上單獨(dú)幾組孔，這些孔對(duì)于固定釘是在徑向取向的，對(duì)于可擴(kuò)張的連接裝置是在軸向取向的。
當(dāng)使用這樣的不導(dǎo)電墊圈時(shí)，不存在供電流流動(dòng)的從一組釘通過(guò)固定器到另一組釘?shù)穆窂健＿@可使皮膚接觸電極的定位具有更大的自由度，或者可以使固定釘本身同時(shí)用作電極。
圖19表示出本發(fā)明的另一種使用方式，其中電極170a和170b放置在容納水或其它液體174的浴盆或其它容器172的兩個(gè)對(duì)置內(nèi)表面上，水或液體中溶解了一種或多種導(dǎo)電離子鹽例如氯化鈉(佐餐鹽)或硫酸鎂(瀉鹽)。容器172本身優(yōu)選是不導(dǎo)電的，但如果其某些部分(例如管道附件)導(dǎo)電，那么便利的是，使它們用作一個(gè)或兩個(gè)電極，或者用作電極的某些部分。
待治療的身體部分176浸漬在導(dǎo)電溶液中。身體部分176通常是受待治療的疾病影響最大的部分。對(duì)于足底筋膜炎或阿基里斯腱炎，例如，可如圖所示治療腳和小腿。對(duì)于全身疾病，例如骨質(zhì)疏松或類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，更有效的是，例如使用適當(dāng)修改的渦流浴盆，一次治療全身。
按照本發(fā)明原理的合適信號(hào)利用源178產(chǎn)生，并通過(guò)溶液和浸漬的身體部分，從一個(gè)電極到另一個(gè)電極(如前面部分和附圖中所述)。包括溶解鹽的液體174的電阻，優(yōu)選在與活組織相同的范圍內(nèi)，在約50-300歐姆-厘米。通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)和放置電極，基本上可使液體174的整個(gè)體積傳輸有用強(qiáng)度電平的電流。
這種相同的應(yīng)用方法或其簡(jiǎn)單變型，也能夠用于處理細(xì)胞或組織培養(yǎng)物、飲用水和其它飲料、藥物制劑或其它液體或半液體材料。
圖20表示出為了治愈慢性創(chuàng)傷例如糖尿病或褥瘡潰瘍的本發(fā)明的又一種使用方式。一個(gè)電極180放置在與受傷表面184直接接觸的導(dǎo)電消毒敷料182上或之內(nèi)。電極180優(yōu)選直接放在受傷表面上(如圖所示)，但是如果由于任何原因這不實(shí)際，那么就可以將一個(gè)或多個(gè)電極180a、180b等放在創(chuàng)傷附近。
電極180(或電極180a、180b等)和敷料182然后優(yōu)選用外部不導(dǎo)電的敷料186覆蓋。另一個(gè)電極190放在附近的健康皮膚上，并且優(yōu)選的是，如果可行，就放在其上有創(chuàng)傷的肢體或其它身體部分192的相反側(cè)上，從而治療電流194的分布基本上是均勻的橫貫表面184。再者，如果一個(gè)電極的使用是不實(shí)際的或者不能給出所需的電流分布，那么就可以使用多個(gè)電極190a、190b等。
電流由按照本發(fā)明原理制造的緊湊電源196提供。電源196可任選地固定在外部敷料部分186上或者制成其一部分(如圖所示)。
用于產(chǎn)生信號(hào)的裝置是本發(fā)明的另一個(gè)重要特征。本發(fā)明可以簡(jiǎn)單地利用由廉價(jià)、廣泛購(gòu)得的CMOS集成電路元件構(gòu)成的實(shí)質(zhì)上相同的相對(duì)簡(jiǎn)單的電路，產(chǎn)生剛剛描述的信號(hào)中的任何一個(gè)或任一組合。利用這種方法，例如，通過(guò)將干擾電療和動(dòng)力肌肉刺激、也許還有其它所選波形組合起來(lái)，可容易地構(gòu)建組合刺激器，還不會(huì)有“過(guò)高”的成本、笨重、動(dòng)力需求(具有較短的電池壽命)以及如果利用微處理器技術(shù)實(shí)施則為實(shí)現(xiàn)相同功能而需要的高制造裝配費(fèi)用。
按照本發(fā)明的波形，包括圖4或圖6-15中所示的那些中的任一個(gè)，能夠用諸如圖21中的方框圖所示的200之類(lèi)的裝置產(chǎn)生。裝置200包括以下功能塊提供一級(jí)間隔T1、T2等的計(jì)時(shí)的第一頻率發(fā)生器202和任選的時(shí)序開(kāi)關(guān)(“定序機(jī)”)；提供二級(jí)間隔t1、t2等的計(jì)時(shí)的第二頻率發(fā)生器206和任選的定序機(jī)208；任選地，一個(gè)或多個(gè)電控開(kāi)關(guān)例如數(shù)據(jù)多路轉(zhuǎn)換器或固態(tài)模擬開(kāi)關(guān)，由定序機(jī)204和208的輸出控制并且通常用210表示；通常用212表示的無(wú)源器件陣列，用開(kāi)關(guān)210(如果存在的話(huà))從該陣列中選擇具體組合；由一個(gè)邏輯電平驅(qū)動(dòng)器214或者優(yōu)選地由兩個(gè)這樣的驅(qū)動(dòng)器214a和214b(每個(gè)驅(qū)動(dòng)一條輸出線(xiàn)，如圖所示)構(gòu)成的輸出裝置；輸出濾波器216，其任選地包括直流阻斷電容218a和218b、變壓器220、可變衰減器222、高頻抑制裝置224或者這些器件的組合，從而在終端226產(chǎn)生修正的輸出；一任選的計(jì)時(shí)裝置228，其能夠或禁止在所選時(shí)間對(duì)其它功能塊進(jìn)行某些組合，從而產(chǎn)生沒(méi)有輸出存在的時(shí)期。
存在許多不同類(lèi)型的電控開(kāi)關(guān)和許多用于在示意圖上表示這些開(kāi)關(guān)的慣例。用于本發(fā)明的開(kāi)關(guān)優(yōu)選是CMOS模擬開(kāi)關(guān)用于CD4016B或CD4066B集成電路(單極，單投)的那種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)，或者用于CD4053B(單極，雙投)的那種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)。這些類(lèi)型的開(kāi)關(guān)可用來(lái)攜帶模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，只要它們不超出正電源與地線(xiàn)之間的電壓范圍即可。
為了在此圖和下圖中簡(jiǎn)便起見(jiàn)，以及為了使它們與常規(guī)的移動(dòng)接觸開(kāi)關(guān)或延遲區(qū)分開(kāi)，這些開(kāi)關(guān)用如下規(guī)定表示。單“蝴蝶結(jié)”符號(hào)(如圖21所示)表示單投(CD4016B或CD4066B型)開(kāi)關(guān)。雙“蝴蝶結(jié)”(例如，圖23中的開(kāi)關(guān)270)表示雙投(CD4053B型)開(kāi)關(guān)。在每一種情形中，進(jìn)入“蝴蝶結(jié)”終端的線(xiàn)是開(kāi)關(guān)線(xiàn)，而從側(cè)面指向里面的箭頭代表控制輸入。
CD4016B或CD4066B開(kāi)關(guān)由邏輯高(“1”)輸入打開(kāi)，由邏輯低(“0”)輸入關(guān)閉。對(duì)于根據(jù)控制輸入用兩個(gè)不同連接線(xiàn)路構(gòu)成的雙投開(kāi)關(guān)，小數(shù)字“1”和“0”將放在雙蝴蝶結(jié)符號(hào)(再者，如圖23中的開(kāi)關(guān)270所示)的終端，以便示出哪個(gè)輸入狀態(tài)導(dǎo)致每個(gè)連接線(xiàn)路的形成。
頻率發(fā)生器202和206優(yōu)選是不穩(wěn)振蕩器，每個(gè)由具有電阻和電容反饋的反相CMOS邏輯門(mén)形成，從而每個(gè)門(mén)產(chǎn)生在邏輯高電壓與邏輯低電壓之間交替切換的兩個(gè)互補(bǔ)輸出。根據(jù)應(yīng)用，這些輸出之一或兩個(gè)都可以使用。這些振蕩器的具體實(shí)施例在圖23以及其后的附圖中示出，并且在隨附的正文中有所描述。
如果一級(jí)循環(huán)包含多于兩個(gè)的一級(jí)間隔T1、T2，或者如果這些間隔中的一個(gè)或多個(gè)比頻率發(fā)生器202的實(shí)際半循環(huán)時(shí)間(具有恒定的高或低輸出的時(shí)間)長(zhǎng)，那么就使用定序機(jī)204。否則，發(fā)生器202在通過(guò)其固有的二階振蕩循環(huán)時(shí)能夠直接產(chǎn)生切換輸出。
同樣，如果二級(jí)循環(huán)包含多于兩個(gè)的二級(jí)間隔t1、t2，或者如果這些間隔中的一個(gè)或多個(gè)比頻率發(fā)生器206的實(shí)際半循環(huán)時(shí)間(具有恒定的高或低輸出的時(shí)間)長(zhǎng)，那么就使用時(shí)序開(kāi)關(guān)208。否則，發(fā)生器206在通過(guò)其固有的二階振蕩循環(huán)時(shí)能夠直接產(chǎn)生切換輸出。
無(wú)源器件212可包括電阻器、電容器、二極管、或這些器件的串聯(lián)或并聯(lián)組合。器件212可影響頻率發(fā)生器202，206或二者的計(jì)時(shí)。或者是，一些開(kāi)關(guān)210可以控制邏輯信號(hào)，以便選擇或不選擇多種電路功能。
在一些情形中，將頻率發(fā)生器202和206進(jìn)行組合是實(shí)際的例如，通過(guò)使發(fā)生器202的輸出經(jīng)過(guò)數(shù)字劃分網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的輸出取代發(fā)生器206的輸出(如圖26所示)。
利用本領(lǐng)域公知的動(dòng)力供應(yīng)裝置，可以將動(dòng)力從電力干線(xiàn)(一般為120或240伏A.C.，50或60Hz)供給本發(fā)明。然而，由于干線(xiàn)的使用造成一些電擊的危險(xiǎn)，因此本發(fā)明優(yōu)選用電池230供電，電池的輸出諸如大約在6-8伏之間。電池230可以是原電池或充電電池，但是更優(yōu)選鋰原電池，因?yàn)檫@種類(lèi)型具有高功率密度和相對(duì)平坦的放電特征。對(duì)于低功率應(yīng)用，電池230最優(yōu)選是利用非導(dǎo)電外殼在其邊緣封裝和保持的3伏特鋰硬幣電池堆，例如CR2032?？杉尤雱?dòng)力開(kāi)關(guān)232、串聯(lián)二極管234和/或緩沖電容器236，以保存電池壽命，消除來(lái)自不適當(dāng)電池安裝的任何危險(xiǎn)，并且使電池的內(nèi)部電阻作用最小。
當(dāng)許多不同的方式可以由同一器件中提供時(shí)，或者當(dāng)需要編程序時(shí)，用低功率的CMOS微控制器250(例如，微芯片PIC16F627)(如圖22的框中所示)代替頻率發(fā)生器、定序機(jī)、模擬開(kāi)關(guān)和相關(guān)無(wú)源器件的一些組合，被證實(shí)是更實(shí)際的。頻率發(fā)生器202和206以及定序機(jī)204和208，由此用微處理器程序中的軟件模塊而不是用離散的硬接線(xiàn)器件執(zhí)行。這樣做時(shí)沒(méi)有發(fā)生功能性的變化；微處理器只接收一些或所有計(jì)時(shí)和排序功能，從而能夠取消相應(yīng)的電開(kāi)關(guān)210和與其相連的無(wú)源器件212(一般，這些器件有助于產(chǎn)生計(jì)時(shí))。然而，對(duì)于一些目的，有益的是，保留其它這些開(kāi)關(guān)和無(wú)源器件(如圖所示)，以便用微處理器輸出直接控制這些器件。
本發(fā)明的第一具體實(shí)施方案在圖23中示出。為了圖示目的，此實(shí)施方案已經(jīng)有意被簡(jiǎn)化，以便產(chǎn)生現(xiàn)有技術(shù)的三階一級(jí)循環(huán)，其中一個(gè)一級(jí)間隔被二級(jí)循環(huán)(在圖4中示出，并且在U.S.6,535,767中有所描述)或者被相同通用形式但不同一級(jí)循環(huán)長(zhǎng)度的一類(lèi)交替波形中的任一個(gè)細(xì)分。所示出的電路由此是通過(guò)動(dòng)態(tài)選擇導(dǎo)致一級(jí)循環(huán)間隔長(zhǎng)度不同的器件212，產(chǎn)生這種波形的交替方式，其表示出本發(fā)明的原理。
由兩個(gè)反相CMOS邏輯門(mén)262a和262b、固定電阻器264、可變電阻器266和由開(kāi)關(guān)裝置270交替選擇的兩個(gè)電容器268a和268b構(gòu)成的第一頻率發(fā)生器260，以主要由電阻器266和所選電容器設(shè)定的頻率自由運(yùn)行。邏輯門(mén)262a和262b可以是能夠在電池供應(yīng)電壓工作的任何類(lèi)型的CMOS集成電路中的單門(mén)，但優(yōu)選提供緩沖輸出的CD4000B系列集成電路中的兩個(gè)門(mén)。
開(kāi)關(guān)裝置270優(yōu)選是通常購(gòu)得的CD4053B三聯(lián)2-通道、CMOS模擬數(shù)據(jù)倍增器部件。如上所解釋的，符號(hào)終端的小數(shù)字“0”和“1”表示其與相應(yīng)輸入信號(hào)形成的連接。注意，為了將切換信號(hào)電壓保持在正負(fù)供電電平之間的范圍內(nèi)，將CMOS模擬開(kāi)關(guān)放在邏輯門(mén)輸出和與其相連的任何電容器之間。將開(kāi)關(guān)放在電容器的相反側(cè)上可將其暴露于范圍外的電壓，因此結(jié)果難以預(yù)測(cè)。
除了在交替的電容值之間、由此在交替的計(jì)時(shí)或頻率范圍之間提供電切換之外，圖示的振蕩器構(gòu)造是電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域公知的通用結(jié)構(gòu)。假設(shè)理想的器件行為、循環(huán)時(shí)間或一個(gè)完整振蕩的時(shí)間由以下公式給出TCYC＝2RCIn(3)這里，R是電阻器266的值，C是所選電容器268a或268b的值，1n(3)大約為1.0986。循環(huán)時(shí)間由此與所選電容器的值和電阻器266所調(diào)到的值都成正比。
發(fā)生器260的輸出即方波，驅(qū)動(dòng)形成十階定序機(jī)274的二進(jìn)制小數(shù)或其它位數(shù)的計(jì)數(shù)器。優(yōu)選地，此計(jì)數(shù)器是通常購(gòu)得的CD4017B CMOS十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這種計(jì)數(shù)器具有譯碼的“N之一(one-of-N)”輸出，其中“N”通常為十。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，其在示意圖中簡(jiǎn)單地表示為具有時(shí)鐘輸入和十編碼輸出的框。在CD4017B中，由于輸出是以Q0開(kāi)始編碼的，因此此輸出代表第一階，Q1代表第二階，Q2代表第三階，等等。
對(duì)于十階，即使用單CD4017B芯片可能具有的最大數(shù)目，將芯片的復(fù)位輸入簡(jiǎn)單地接地，因此在此圖中沒(méi)有示出。每個(gè)輸出通常在邏輯低處，但在循環(huán)的相應(yīng)階中被拉到邏輯高處。定序機(jī)在從邏輯低到邏輯高的時(shí)鐘輸入躍遷上行進(jìn)到下一階。該順序從1持續(xù)到10，然后返回到1，從而只要時(shí)鐘脈沖持續(xù)到達(dá)，則循環(huán)重復(fù)。
在定序機(jī)274的第1階到第9階，來(lái)自定序機(jī)的輸出10在邏輯低(“0”)處，并且開(kāi)關(guān)270選擇電容器268a，而在第10階，輸出在邏輯高(“1”)處，并且開(kāi)關(guān)選擇電容器268b。所選的電容器然后確定相應(yīng)階的長(zhǎng)度。結(jié)果，第1階至第9階的長(zhǎng)度相等(除了起動(dòng)躍遷之外)，而第10階具有不同的長(zhǎng)度。
優(yōu)選地，電容器268a具有約1.5至約2.7倍電容器268b的值，從而利用相同比例，導(dǎo)致第1階至第9階持續(xù)得比第10階更長(zhǎng)。電容器266可以是簡(jiǎn)單的電位計(jì)(如圖所示)，或者是以單個(gè)或組合方式選擇多個(gè)固定電阻器中的任一個(gè)的開(kāi)關(guān)。優(yōu)選地，電阻器266具有約15,000歐姆-約15,00000歐姆的可能范圍值，電容器268a具有0.022微法拉的值，電容器268b具有0.01微法拉的值。電阻器264的值不嚴(yán)格，只要其至少是電阻器266的最高可能值的兩倍即可。
給出這些優(yōu)選值，其中電阻器266被設(shè)定為約146,000歐姆的一個(gè)值，并且假設(shè)所有器件中的理想行為，定序機(jī)274的第1階至第9階每個(gè)花費(fèi)7.05毫秒，而第10階花費(fèi)3.21毫秒。對(duì)于15.0Hz的一級(jí)頻率Fp，所獲得的十階一級(jí)循環(huán)由此花費(fèi)66.7毫秒。電阻器266的其它值給出不同的循環(huán)長(zhǎng)度，但是保存了所有階長(zhǎng)度之間的比例性。對(duì)于從15,000歐姆至1.5兆歐姆的范圍，相應(yīng)的一級(jí)頻率(再假設(shè)理想的響應(yīng))在從146Hz低至1.46Hz的范圍內(nèi)。
當(dāng)定序機(jī)274在第1階至第8階的任一個(gè)中時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)器280a和280b都具有分別被電阻器282a和282b拉到邏輯“低”的輸入，從而它們的差動(dòng)輸出電壓為零。第1階至第8階因此是作為單個(gè)持續(xù)間隔T1出現(xiàn)的，在此間隔過(guò)程中輸出保持零電流或電壓的恒定輸出狀態(tài)。
當(dāng)定序機(jī)274在第9階時(shí)，其打開(kāi)由二輸入CMOS NAND門(mén)292、反相CMOS邏輯門(mén)294、三個(gè)固定電阻器296，298和300、二極管302和電容器304構(gòu)成的第二頻率發(fā)生器290。再者，這次除了允許產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)輸出波形的電阻器300和二極管302存在之外，這是一種電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域公知的通用振蕩器構(gòu)造。振蕩器的功能，在通過(guò)加入額外電阻器和二極管修正時(shí)，在U.S.6,011,994中有詳細(xì)解釋?zhuān)撐墨I(xiàn)作為參考并入本文。第二NAND門(mén)輸入，在保持在邏輯高處而定序機(jī)在第9階時(shí)，用作僅在此間隔過(guò)程中打開(kāi)發(fā)生器290的啟動(dòng)輸入。
來(lái)自發(fā)生器290的輸出信號(hào)包括在線(xiàn)306a和306b上的兩個(gè)互補(bǔ)邏輯電平信號(hào)。利用打開(kāi)的發(fā)生器，這兩條線(xiàn)交換具有由以下公式給出(接近近似值)的頻率和工作循環(huán)的邏輯狀態(tài)FOSC＝1/C In(3)(RS+RP)和DCS＝RS/(RS+RP)這里，RS是單獨(dú)電阻器298的值，RP是電阻器298和300的平行組合值加上由二極管302貢獻(xiàn)的小項(xiàng)目，C是電容器304的值，再者，1n(3)大約為1.0986。工作循環(huán)在此處代表在如圖23所表示的更大正極性(而不是在更大負(fù)極性)花費(fèi)的時(shí)間比。優(yōu)選地，選擇RS、RP和C，以便使FOSC置于1000至2000KHz之間，使DC在67％至95％的范圍內(nèi)，以便滿(mǎn)足前面部分的條件(g)。更優(yōu)選的是，F(xiàn)OSC位于4000至4500Hz的范圍內(nèi)，DC大約為88％。這例如可通過(guò)分別將180,000歐姆、33,000歐姆和.001微法拉的儲(chǔ)備分量值給予電阻器298和300以及電容器304，來(lái)實(shí)現(xiàn)。
線(xiàn)306a和306b上的信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)310a和310b分別被發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器280a和280b，所述開(kāi)關(guān)在此處是利用相同CD4053芯片的兩個(gè)剩余部分(芯片的第一部分形成開(kāi)關(guān)270)形成的，但是由來(lái)自定序機(jī)的輸出9控制。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，由于不使用“零連通”這些開(kāi)關(guān)的一半(halves)，因此所示出的開(kāi)關(guān)似乎都是單極的，每個(gè)開(kāi)關(guān)旁邊的小數(shù)字“1”表示這是連通此開(kāi)關(guān)的邏輯控制電平。
在第1階至第8階的過(guò)程中，以及在第10階的過(guò)程中，開(kāi)關(guān)310a和310b接收邏輯低控制輸入，并由此不形成連接。在第9階的過(guò)程中，它們接收邏輯高輸入，連通并使互補(bǔ)輸出信號(hào)通過(guò)到達(dá)驅(qū)動(dòng)器。這在第9階的過(guò)程中產(chǎn)生具有前述特征的二級(jí)循環(huán)輸出信號(hào)，此信號(hào)由此代表一級(jí)循環(huán)中的T2。
在代表一級(jí)循環(huán)中的T3的定序機(jī)254的第10階的過(guò)程中，發(fā)生器260再次斷開(kāi)，并且其輸出與輸出驅(qū)動(dòng)器斷開(kāi)。然而，二極管312現(xiàn)在將正邏輯信號(hào)從定序機(jī)的輸出10饋送到驅(qū)動(dòng)器208a的輸入，從而壓倒電阻器282a的作用，而驅(qū)動(dòng)器280b的輸入仍然由電阻器282b保持在邏輯低處。這再次導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器輸出假定相反的邏輯狀態(tài)，借此產(chǎn)生與在T2過(guò)程中的大部分時(shí)間存在的電壓相等和相反的差動(dòng)輸出電壓，從而在T3過(guò)程中，基本上中和了任何得到的電荷失衡。
假設(shè)對(duì)于電阻器264，266，296，298和300以及電阻器268a，268b和304以上給出的分量值，所獲得的計(jì)時(shí)間隔將近似為T(mén)1＝56.4毫秒(5.8-580毫秒)，T2＝7.05毫秒(0.72-72毫秒)，T3＝3.21毫秒(0.33-33毫秒)，t1＝198微秒，以及t2＝28微秒，這里，對(duì)于每個(gè)T1、T2和T3給出的第一值，對(duì)應(yīng)于可變電阻器266的額定設(shè)定值，而其在括號(hào)內(nèi)顯示的范圍代表所有的可能設(shè)定值范圍。
為了使這種中和不完全時(shí)導(dǎo)致的電荷失衡最小，電容器314a和314b形成避免任何剩余的凈直流電出現(xiàn)在輸出316的輸出濾波器。
雖然圖23的電路比U.S.6,011,994和6,535,767中所述的電路明顯更復(fù)雜，但是其優(yōu)點(diǎn)是，允許所有的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔將由單個(gè)可變的電阻器266來(lái)設(shè)定，從而，通過(guò)改變此電阻器的值，使用者能夠改變脈沖串重復(fù)頻率FP，而不會(huì)影響所獲得的輸出的電荷平衡，并且對(duì)二級(jí)循環(huán)沒(méi)有任何作用，所述二級(jí)循環(huán)保持恒定頻率FS(等于以上的FOSC)和工作循環(huán)DCS。
本發(fā)明的第二具體實(shí)施方案在圖24中示出。此執(zhí)行方式既能夠產(chǎn)生圖7或圖16的輸出波形，也能夠產(chǎn)生具有相同的通用形式但不同一級(jí)循環(huán)長(zhǎng)度、二級(jí)循環(huán)長(zhǎng)度、頻率特征或任何這些特征的組合的一類(lèi)交替波形組中的任一個(gè)。
第一頻率發(fā)生器330和定序機(jī)332產(chǎn)生一級(jí)循環(huán)。頻率發(fā)生器330和定序機(jī)332與前面的實(shí)施方案大致相同，只是在形成定序機(jī)的CD4017B芯片中，輸出5與復(fù)位輸入相連，從而在到達(dá)此狀態(tài)時(shí)，定序機(jī)立即(一般在200納秒之內(nèi))返回到第1階。一級(jí)循環(huán)由此僅包括四個(gè)階T1、T2、T3和T4，每個(gè)階對(duì)應(yīng)于定序機(jī)的剛好一個(gè)階。
如前所述，一級(jí)間隔的長(zhǎng)度部分由頻率發(fā)生器330中的切換電容來(lái)確定。然而，在此處，有三個(gè)電容器334a、334b和334c，所有電容器的值相等。在這些電容器中，電容器334a一直連接著，而其它電容器根據(jù)定序機(jī)輸出分別通過(guò)開(kāi)關(guān)336a和336b連接或斷開(kāi)。固定電阻器338和可變電阻器340在此處以分別與前面執(zhí)行方式中的電阻器264和266相同的方式起作用。
在T1過(guò)程中，開(kāi)關(guān)336a和336b都斷開(kāi)，從而電容器334a單獨(dú)幫助設(shè)定間隔時(shí)間T1＝2 In(3)RC在這里，R是可變電容器340的值，C是電容器334a的值。再者，固定電容器338的值不嚴(yán)格，只要其至少是電阻器340的最大值的兩倍即可。
在T2、T3和T4過(guò)程中，開(kāi)關(guān)336a通過(guò)由來(lái)自定序機(jī)332的輸出驅(qū)動(dòng)的變極器342連通。(換言之，其僅在T1過(guò)程中斷開(kāi))。這使電容器334b與電容器334a平行連接。此外，僅在T3過(guò)程中，開(kāi)關(guān)336b也由來(lái)自定序機(jī)的輸出3連通，從而使電容器334c與其它電容器平行連接。結(jié)果，T2＝T4＝2 In(3)R(2C)＝4 In(3)RC和T3＝2 In(3)R(3C)＝6 In(3)RC從而T2是T1的兩倍長(zhǎng)，T3是T1的三倍長(zhǎng)，T4又是T1的兩倍長(zhǎng)。
同時(shí)，第二頻率發(fā)生器344除了在由T1過(guò)程中的變極器342斷開(kāi)時(shí)之外，一直都運(yùn)行著。發(fā)生器344嚴(yán)格類(lèi)似圖23中的發(fā)生器290，只是圖23中用來(lái)產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)振蕩的額外二極管和電阻器在這里不存在。結(jié)果，發(fā)生器344在線(xiàn)346a和346b上產(chǎn)生互補(bǔ)方波輸出。
也與定序機(jī)332的輸出連接的是NOR門(mén)348和350。門(mén)348與輸出2和3相連，從而在間隔T2和T3過(guò)程中產(chǎn)生邏輯低輸出，在間隔T1和T4過(guò)程中產(chǎn)生邏輯高輸出。同樣，門(mén)350與輸出3和4相連，從而在間隔T3和T4過(guò)程中產(chǎn)生邏輯低輸出，在T1和T2過(guò)程中產(chǎn)生邏輯高輸出。
將門(mén)348的輸出饋送到第三NOR門(mén)352的一個(gè)輸入中，門(mén)352的其它輸入是線(xiàn)346b上的方波信號(hào)。結(jié)果，門(mén)352的輸出在整個(gè)T1和T4中處于恒定的邏輯低處，而在T2和T3過(guò)程中它是逆轉(zhuǎn)的線(xiàn)346b上的信號(hào)。
以類(lèi)似方式，將門(mén)350的輸出饋送到第NOR門(mén)354的一個(gè)輸入中，門(mén)354的其它輸入是線(xiàn)346a上的方波信號(hào)。結(jié)果，門(mén)354的輸出在整個(gè)T1和T2中處于恒定的邏輯低處，而在T3和T4過(guò)程中它是逆轉(zhuǎn)的線(xiàn)346a上的信號(hào)。
這些關(guān)系在圖25中示出，在這里，間隔360a、360b、360c和360d分別是T1、T2、T3和T4；蹤跡346a和346b代表類(lèi)似編號(hào)的信號(hào)線(xiàn)上的電壓；以及蹤跡348、350、352和354代表類(lèi)似編號(hào)的門(mén)的輸出。蹤跡360簡(jiǎn)單地是蹤跡352與354之間的差。注意，蹤跡360與圖7中的一樣。
由蹤跡360代表的信號(hào)具有由稍微不同頻率的兩個(gè)正弦波的干涉產(chǎn)生的正弦調(diào)制信號(hào)的一些特征。這是用于干涉電療的經(jīng)典信號(hào)，其中該信號(hào)是通過(guò)將兩個(gè)稍微不同頻率的正弦波信號(hào)通過(guò)分開(kāi)的電極對(duì)施加到身體上而產(chǎn)生的。這樣的信號(hào)由蹤跡362代表。
蹤跡360和362的信號(hào)是一樣的，它們都具有最大和最小強(qiáng)度的交替周期，最小強(qiáng)度周期僅持續(xù)較短時(shí)間，而最大強(qiáng)度周期相對(duì)長(zhǎng)。它們主要在諧波含量方面不同這是由于蹤跡360的信號(hào)具有尖角，它包含大量的更高頻率，而蹤跡362的信號(hào)沒(méi)有尖角，因?yàn)榇瞬ń朴谡仪€(xiàn)。
蹤跡360的信號(hào)正象其作用的一樣，可用于電療。在T2和T4過(guò)程中存在一些電荷失衡，但是由于這些間隔過(guò)程中的波形名義上是相等的且極性相反，因此將這些波形大大刪除。利用直流電阻擋電容器，可刪除任何剩余失衡(如果必需的話(huà))。
然而，在一些情形中，需要更接近“經(jīng)典的”干涉波形。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)選地利用有源工作放大器電路進(jìn)行帶通或低通濾波，可去除更高頻率的分量?？赏瑫r(shí)阻擋直流電輸出分量。
例如，示意圖表示在電路框356a中的單個(gè)工作放大器、諧振帶通濾波器，通過(guò)將所有頻率阻擋在所選擇的相對(duì)窄的帶之外，將實(shí)施用于門(mén)352的輸出信號(hào)的這些功能。由于此電路是有源濾波器設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)公知的類(lèi)型，因此其功能在此不做進(jìn)一步的討論。第二個(gè)相同濾波器356b(為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)此處僅僅表示為一個(gè)空框)，實(shí)施相同的用于門(mén)354的輸出的功能。為了便利起見(jiàn)，兩個(gè)濾波器都可以用低功率、雙工作放大器集成電路例如LF353N或TL082來(lái)制造。
蹤跡364代表這種濾波的結(jié)果。正如所容易明白的，信號(hào)與前面具有相同的全面特征，但是高頻循環(huán)現(xiàn)在要圓得多，從而表明，大多數(shù)諧波已經(jīng)消除。注意，蹤跡364與圖16中的一樣。
在圖26中示出的本發(fā)明的第三具體實(shí)施方案被設(shè)計(jì)成用相同的緊湊器件并且按使用者的選擇產(chǎn)生與圖4類(lèi)似的不對(duì)稱(chēng)調(diào)制脈沖串信號(hào)，此信號(hào)適合組織愈合刺激和減輕疼痛；類(lèi)似形式、適合肌肉刺激的方波調(diào)制信號(hào)；或者類(lèi)似前面實(shí)施方案的、適合干涉刺激的準(zhǔn)正弦信號(hào)。
為了圖示目的，在此實(shí)施方案中，常規(guī)形式的單個(gè)頻率發(fā)生器400，直接產(chǎn)生二級(jí)循環(huán)并驅(qū)動(dòng)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器402(例如CD4040B集成電路)，此計(jì)數(shù)器與頻率選擇開(kāi)關(guān)404和定序機(jī)406一起產(chǎn)生一級(jí)循環(huán)。計(jì)數(shù)器402由此用作二級(jí)頻率發(fā)生器206(如圖21所示)。
發(fā)生器400優(yōu)選地以1000-200KHz、更優(yōu)選4000-4500Hz的頻率運(yùn)行。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在隨后的解釋中假設(shè)工作頻率為4096Hz(212Hz)。然而，基本原理與實(shí)際頻率無(wú)關(guān)。
發(fā)生器400之后是由電容器410和電阻器412構(gòu)成的脈沖定形網(wǎng)絡(luò)追，從而在用以下的CMOS門(mén)使脈沖成方形之后，
RC＝1/(KFOSC)這里，R是電阻器412的值，C是電容器410的值，F(xiàn)OSC是發(fā)生器400的工作頻率，K是確定所得到的脈沖串波形的工作循環(huán)的數(shù)字常數(shù)。優(yōu)選地，K位于2-14的范圍內(nèi)，從而產(chǎn)生67％-95％的工作循環(huán)，由此滿(mǎn)足前面部分中的條件(g)。更優(yōu)選的是，K大約為5.75，從而產(chǎn)生接近88％的工作循環(huán)。開(kāi)關(guān)414然后允許選擇對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)的輸出波形版本。優(yōu)選地，信號(hào)然后用門(mén)416緩沖，此信號(hào)可逆轉(zhuǎn)(如圖所示)。
二進(jìn)制計(jì)數(shù)器402具有代表不同二進(jìn)制除數(shù)的多個(gè)抽頭?？衫瞄_(kāi)關(guān)404選擇這些抽頭的任一個(gè)，或優(yōu)選這些抽頭的所選亞組的任一個(gè)。所選抽頭處的信號(hào)然后形成輸入定序機(jī)406的時(shí)鐘輸入，通過(guò)將第9階的輸出和復(fù)位輸入連接在一起，定序機(jī)是為8個(gè)階構(gòu)造的。結(jié)果，一級(jí)循環(huán)頻率代表時(shí)鐘頻率被8除的除數(shù)。例如，利用圖中所示的可選擇抽頭的亞組以及4096Hz的振蕩器頻率

來(lái)自定序機(jī)406的第1階的輸出420由門(mén)422逆轉(zhuǎn)。OR門(mén)424合并來(lái)自定序機(jī)406的第1、2、3和4階的輸出信號(hào)。同樣，OR門(mén)426合并第4、5和6階的輸出信號(hào)。
兩極、三位置開(kāi)關(guān)440然后選擇信號(hào)420、422、424和426的一些組合，以便被這兩個(gè)極選擇的信號(hào)分別出現(xiàn)在線(xiàn)442a和442b上。在位置“A”，兩個(gè)極選擇信號(hào)424。同樣，在位置“B”，兩個(gè)極選擇信號(hào)420。在位置“C”，一個(gè)極選擇信號(hào)422，而另一個(gè)極選擇信號(hào)426，以便這些信號(hào)分別出現(xiàn)在線(xiàn)442a和442b上。
AND門(mén)444然后合并來(lái)自門(mén)416以及線(xiàn)442a上的信號(hào)，以便使載波信號(hào)通過(guò)，而無(wú)論何時(shí)線(xiàn)442a是高的。同樣，NAND門(mén)446對(duì)來(lái)自門(mén)416以及線(xiàn)442a上的信號(hào)進(jìn)行合并，只是載波在通過(guò)時(shí)，也被逆轉(zhuǎn)，從而使來(lái)自門(mén)444和446的載波信號(hào)是互補(bǔ)的。當(dāng)需要電壓或電流放大時(shí)，門(mén)444和446可以是高電流輸出類(lèi)型，或者是被緩沖放大器追隨(如圖21所示)。
濾波器448然后優(yōu)選地阻擋DC和約40KHz(10FS)以上的頻率分量，并使輸出電壓上升(如果需要的話(huà))，從而在終端450產(chǎn)生差動(dòng)輸出。可任選地給予濾波器448多個(gè)不同濾波和/或電壓上升特征，還有開(kāi)關(guān)選擇特征，以適應(yīng)不同的波形和它們的預(yù)計(jì)應(yīng)用。
結(jié)果在圖27中示出。蹤跡404代表輸入定序機(jī)406的時(shí)鐘輸入。蹤跡416代表所選擇的載波波形，此處示出的是不對(duì)稱(chēng)的；循環(huán)長(zhǎng)度為了清楚起見(jiàn)被放大。蹤跡420代表第1階的輸出，而蹤跡424、426和432代表圖26中的相應(yīng)線(xiàn)上的信號(hào)。蹤跡450a、450b和450c分別代表開(kāi)關(guān)440的位置“A”、“B”和“C”的合成差示輸出信號(hào)450，從而忽視了濾波器448的任何作用。
開(kāi)關(guān)404、414和440可以是電子開(kāi)關(guān)(例如CD4016B、CD4051B、CD4052B或CD4053B集成電路中的那些)，或者常規(guī)的機(jī)械開(kāi)關(guān)。在任一種情形中，期望限制設(shè)置的可能組合到代表最通?？捎玫妮敵霾ㄐ蔚囊恍┍憷?shù)字。例如，所有的選擇可與用于數(shù)字萬(wàn)用表中的那些類(lèi)似，可組合在定制的多極旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)中，并且一個(gè)位置產(chǎn)生每個(gè)所選擇的組合，另一個(gè)位置切斷刺激器。
從此實(shí)施方案獲得的預(yù)期波形實(shí)施例，以及產(chǎn)生它們的開(kāi)關(guān)組合是

肌肉刺激波形包括交替的導(dǎo)致肌肉纖維收縮的二秒脈沖群、與使肌肉松弛的二秒的無(wú)信號(hào)期。組織刺激波形與本發(fā)明第一實(shí)施方案所產(chǎn)生的類(lèi)似，而干涉波形與第二實(shí)施方案所產(chǎn)生的類(lèi)似。
本發(fā)明的第四具體實(shí)施方案被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生非正弦、不對(duì)稱(chēng)、但具有與圖15所示類(lèi)似的電荷平衡的輸出，此輸出還包含圖12所示的二級(jí)循環(huán)頻率偏移。此實(shí)施方案在圖28中示出。
頻率發(fā)生器500，與前面的實(shí)施方案類(lèi)似，驅(qū)動(dòng)具有10個(gè)階的定序機(jī)502(正如在所述的第一實(shí)施方案中那樣)。由于發(fā)生器500沒(méi)有隨時(shí)間改變的分量，因此其以恒定的速率運(yùn)行，該速率優(yōu)選為約1個(gè)階/秒。定序機(jī)502的整個(gè)循環(huán)由此在約10秒鐘內(nèi)完成。
NOR門(mén)510合并定序機(jī)輸出2、3和4，從而在這些階過(guò)程中產(chǎn)生邏輯低輸出，否則就產(chǎn)生邏輯高輸出。第NOR門(mén)512用輸出1和5實(shí)施同樣的操作，從而在這些階過(guò)程中產(chǎn)生邏輯低輸出，否則就產(chǎn)生邏輯高輸出。這些輸出定義了T1-T4，從而T1等于第1階，并且門(mén)510的輸出高，但門(mén)512的輸出低；T2等于被合并的第2、3和4階，并且門(mén)510的輸出低，但門(mén)512的輸出高；T3等于第6階，并且輸出與T1中相同；T4等于第6-10階的和，并且兩個(gè)輸出都高。因此，T1和T3是相等的，并且每個(gè)持續(xù)約1秒鐘，而T2持續(xù)約3秒鐘，T4持續(xù)約5秒鐘。循環(huán)然后重復(fù)進(jìn)行。
NAND門(mén)514然后合并門(mén)510和512的輸出，從而其輸出在T4過(guò)程中處于邏輯低處，但在所有其它時(shí)間處于邏輯高處。相同的輸出是從由定序機(jī)輸出6-10饋送的NOR門(mén)獲得的，或者在CD4017B或等同的集成電路中，是直接從Cout(“完成”)銷(xiāo)釘獲得的。
第二頻率發(fā)生器520由NAND門(mén)522、反相器524、三個(gè)電阻器526，528和530、二極管532、永久連接的電容器534a以及第二電容器534b構(gòu)成，其中第二電容器534b通過(guò)開(kāi)關(guān)536能夠暫時(shí)與其平行放置，并且由門(mén)510控制，從而在T2過(guò)程中其是斷開(kāi)的。發(fā)生器520在線(xiàn)538上產(chǎn)生單個(gè)輸出。門(mén)522被門(mén)512的輸出所控制，從而發(fā)生器520僅在T2和T4過(guò)程中運(yùn)行，同時(shí)信號(hào)512較高，因此在線(xiàn)538上產(chǎn)生振蕩輸出，而在T1和T3過(guò)程中，信號(hào)512較低，并且振蕩器520的輸出也恒定地保持較低。
與電阻器528平行連接的電阻器530和二極管532的組合，使振蕩不對(duì)稱(chēng)，這如U.S.6,011,994中所解釋的。利用如圖所示取向的二極管532，線(xiàn)538上的信號(hào)在振蕩過(guò)程中約為88％的時(shí)間于邏輯高處。電阻器526，528和530優(yōu)選分別具有約2.2兆歐姆、270,000歐姆和27,000歐姆的值，電容器434a和434b分別具有約0.01微法拉和1微法拉的值。
利用這種電路構(gòu)造和這些值，在T2過(guò)程中，僅電容器534a在電路中，并且對(duì)于約300Hz的二級(jí)頻率FS，發(fā)生器520的輸出耗費(fèi)在邏輯高處的約3毫秒和邏輯低處的0.3毫秒的交替周期。在T4過(guò)程中，將電容器534b的值加到電容器534a中，并且對(duì)于約3Hz的二級(jí)頻率，發(fā)生器的輸出耗費(fèi)約300毫秒在邏輯高處和30毫秒在邏輯低處。
XOR(專(zhuān)用OR)門(mén)540接收線(xiàn)538上并來(lái)自門(mén)510的信號(hào)作為輸入，此信號(hào)如上所述在T1、T3和T4過(guò)程中處于邏輯高處，在T2過(guò)程中處于邏輯低處。結(jié)果，門(mén)540使在T2過(guò)程中未改變的來(lái)自線(xiàn)538的信號(hào)通過(guò)，但是在所有其它時(shí)間使其反相。
同樣，第二XOR門(mén)542接收線(xiàn)538上并來(lái)自門(mén)514的信號(hào)作為輸入，此信號(hào)在T1、T2和T3過(guò)程中處于邏輯高處，但在T4過(guò)程中處于邏輯低處。結(jié)果，門(mén)540使在T2過(guò)程中未改變的來(lái)自線(xiàn)538的信號(hào)通過(guò)，但是在所有其它時(shí)間使其反相。
門(mén)540和542的輸出分別饋送緩沖放大器544a和544b。來(lái)自本發(fā)明這個(gè)實(shí)施方案的輸出包括這兩個(gè)緩沖輸出之間的差示信號(hào)。
合成信號(hào)在圖29中示出，其中蹤跡538是線(xiàn)538上的發(fā)生器520的輸出；蹤跡510，512，514，540和542是類(lèi)似編號(hào)的門(mén)的輸出；蹤跡546是來(lái)自緩沖器544a和544b的差示輸出信號(hào)。表示出T2過(guò)程中的二級(jí)循環(huán)長(zhǎng)度，并且循環(huán)數(shù)目相應(yīng)地減小了，從而，與圖5所示對(duì)應(yīng)的T2與T4之間的極性改變明顯。注意，除了此反相之外，蹤跡544基本上與圖12中的蹤跡相同。
在一些情形中，間歇的而不是連續(xù)的治療是需要的。例如，在輕度到中度疼痛的治療中，最好允許病人控制劑量在按壓按鈕后開(kāi)始治療，使待產(chǎn)生的信號(hào)持續(xù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)期例如30或60分鐘，然后切斷治療，直到病人再次按壓按鈕為止，等等?；蛘呤牵皵嚅_(kāi)”期也是預(yù)先設(shè)定的，從而設(shè)備在每半個(gè)小時(shí)到幾個(gè)小時(shí)的“開(kāi)”和“關(guān)”時(shí)期之間連續(xù)循環(huán)，或者在接受另一次按鈕按壓之前，需要預(yù)先設(shè)定的最小“斷開(kāi)”間隔。
在任一種情形中，頻率發(fā)生器500的輸出可以便利地施加到二進(jìn)制或其它計(jì)數(shù)鏈條550(幾乎與前一實(shí)施方案一樣)，而計(jì)數(shù)鏈條的輸出552驅(qū)動(dòng)門(mén)512的額外輸入。信號(hào)552可以從如圖所示的信號(hào)輸出中采集，或者派生于幾個(gè)這樣的輸出例如，通過(guò)使用與門(mén)510類(lèi)似設(shè)置、由反相器追隨的NOR門(mén)。信號(hào)552最初在邏輯低處，能夠使門(mén)512和頻率發(fā)生器520如前所述那樣工作。然而，在計(jì)數(shù)器550中得到具體計(jì)數(shù)之后，信號(hào)552變到邏輯高，迫使門(mén)512的輸出到邏輯低，并由此使發(fā)生器520喪失能力，以及迫使差示輸出信號(hào)從緩沖器544a和544b到零。
根據(jù)計(jì)數(shù)器550的設(shè)置，進(jìn)一步的計(jì)數(shù)隨后是不能實(shí)施的，從而沒(méi)有來(lái)自緩沖器的進(jìn)一步輸出，直到諸如通過(guò)如其所述按壓按鈕，將計(jì)數(shù)器重新設(shè)定到零為止?；蛘呤?，允許計(jì)數(shù)繼續(xù)進(jìn)行，從而在得到一些其它具體計(jì)數(shù)之后，發(fā)生器520將再次激活，并且輸出在由零輸出的具體間隔分開(kāi)的具體時(shí)間長(zhǎng)度后將周期性地恢復(fù)。通過(guò)稍微修改所述電路，其它選擇也是可能的。
本發(fā)明的第五具體實(shí)施方案被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生非正弦、近似指數(shù)衰減的信號(hào)，而無(wú)論何時(shí)用外部電源來(lái)觸發(fā)它。
對(duì)稱(chēng)指數(shù)衰減的理想化曲線(xiàn)在圖30中用蹤跡600示出；注意，這樣重新產(chǎn)生圖5的蹤跡110，只是其以更大的標(biāo)度表示。蹤跡602表示出由五個(gè)間隔604a、604b、604c、604d和604e構(gòu)成的近似值，每個(gè)包含具有從每個(gè)間隔向下到下一個(gè)間隔的穩(wěn)定幅度加上零幅度的間隔604f的載波信號(hào)。按照本發(fā)明的原理，間隔604f代表一級(jí)間隔T1，而間隔604a、604b、604c、604d和604e依次代表T2、T3、T4、T5和T6。該圖表示出T1在開(kāi)始時(shí)、依次被其它五個(gè)一級(jí)間隔追隨的代表性部分604f，以及最后來(lái)自下一個(gè)一級(jí)循環(huán)的T1的代表性部分604f’。為了更清楚地看到蹤跡602上的階，此處省略了在圖5中用來(lái)表示二級(jí)循環(huán)的存在的垂直陰影。
一級(jí)循環(huán)中的間隔，以T2開(kāi)始，以T6終止，可以相等或依次更長(zhǎng)。優(yōu)選地，間隔T2、T3和T4都具有相同長(zhǎng)度，間隔T5具有二倍的此長(zhǎng)度，間隔T6具有四倍的此長(zhǎng)度。更優(yōu)選的是，給出此時(shí)間關(guān)系，信號(hào)在T2、T3、T4、T5和T6過(guò)程中的相對(duì)幅度分別接近于100％、80％、60％、40％和20％。T1過(guò)程中的幅度，如其所述，是零。根據(jù)應(yīng)用，T1在長(zhǎng)度上是固定的，從而產(chǎn)生周期性信號(hào)，或者是任意長(zhǎng)，從而產(chǎn)生不定期的信號(hào)。
蹤跡606表示指數(shù)衰減、具有追隨蹤跡600的曲線(xiàn)的幅度。蹤跡608表示按照本發(fā)明原理的信號(hào)，該信號(hào)利用如蹤跡602所示電壓或電流的多個(gè)電平近似追隨相同衰減曲線(xiàn)。蹤跡610表示按照本發(fā)明原理的更實(shí)用的信號(hào)，其中僅使用三個(gè)電壓或電流電平，但通過(guò)改變?cè)俅稳幺欅E602所示的二級(jí)循環(huán)內(nèi)的這些電平的時(shí)間關(guān)系，而使有效幅度減小。注意，蹤跡610與以上圖11中所示的蹤跡相同。
圖31表示出能夠產(chǎn)生蹤跡610的波形或類(lèi)似一大類(lèi)中的任一個(gè)的電路實(shí)施例。如上所提到的，這種通用形式的信號(hào)，在以相對(duì)高的強(qiáng)度施加時(shí)，已經(jīng)顯示出，在體外使一些微生物失活，也許由此可用于保存食品或飲料，或者用于消毒藥物材料或飲用水。由于無(wú)意與人或動(dòng)物的身體直接連接，因此圖31所示的電路也許用類(lèi)似前面實(shí)施方案的電池或電力主線(xiàn)來(lái)提供動(dòng)力。
第一頻率發(fā)生器620和定序機(jī)622產(chǎn)生十個(gè)計(jì)時(shí)階。定序機(jī)622的“復(fù)位”輸入諸如通過(guò)電阻器626與通常保持在邏輯低的外部輸入線(xiàn)624相連。
發(fā)生器620是前述的通用形式，包括反相門(mén)630和632、電阻器634和636以及電容器638，但是不同的是，開(kāi)關(guān)640在連通時(shí)，將電阻器634和636以及電容器638的接合連接到正電源上。這使得發(fā)生器停止，并且門(mén)632的輸出還較高，從而電容器638實(shí)質(zhì)上用邏輯高處的兩個(gè)終端放電。當(dāng)開(kāi)關(guān)640重新打開(kāi)時(shí)，發(fā)生器620在其下一個(gè)躍遷之前，然后從公知狀態(tài)并由此以公知的可重現(xiàn)的初始計(jì)時(shí)間隔重新開(kāi)始。假設(shè)理想的分量特征、開(kāi)關(guān)連通與輸出到邏輯高的下一個(gè)躍遷之間的間隔、前進(jìn)定序機(jī)622，將是TT1＝(In(2)+In(3))RC≈1.792RC這里，R是電阻器636的值，C是電容器638的值。由于發(fā)生器620繼續(xù)運(yùn)行，因此到邏輯高的進(jìn)一步躍遷將發(fā)生在以下間隔TT2＝2In(3)RC≈2.197RC并且定序機(jī)622在這些時(shí)間前進(jìn)。
當(dāng)定序機(jī)622到達(dá)第10階之后，此輸出使OR門(mén)642的一個(gè)輸入升高，迫使其輸出也升高。這樣切斷開(kāi)關(guān)640，使發(fā)生器620停止(已經(jīng)描述過(guò))。由于定序機(jī)然后不再接收時(shí)鐘脈沖，因此其保留在此狀態(tài)，直到通過(guò)輸入624處的邏輯高被重新設(shè)定到第1階為止。
輸入624也饋送門(mén)642，從而只要輸入保持在邏輯高則發(fā)生器620仍然不運(yùn)行。僅在輸入624返回到邏輯低時(shí)，發(fā)生器620才重新開(kāi)始振蕩使定序機(jī)622在大約1.792R C之后前進(jìn)到第2階，然后以約2.197R C的間隔到以下每個(gè)階，直到其再次到達(dá)第10階并停下來(lái)等待另一個(gè)復(fù)位輸入為止。
第二頻率發(fā)生器650與發(fā)生器620一樣，只是其以足夠更高的頻率工作，其中至少兩個(gè)并且一般是幾百個(gè)二級(jí)循環(huán)出現(xiàn)在定序機(jī)622的每階過(guò)程中，從反相門(mén)652和654采集互補(bǔ)輸出。發(fā)生器650的工作頻率是載波頻率。
類(lèi)似于發(fā)生器620，發(fā)生器650包含在連通時(shí)使其停止在可重現(xiàn)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)656。開(kāi)關(guān)656用定序機(jī)622的輸出10直接驅(qū)動(dòng)，從而其停止在第10階過(guò)程中，但在所有其它時(shí)間(包括T1)都運(yùn)行。
定序機(jī)622的輸出4和5由OR門(mén)660合并，從而產(chǎn)生在整個(gè)第4和5階處于邏輯高處的單個(gè)輸出。同樣，輸出6、7、8、9和10由OR門(mén)662合并，從而產(chǎn)生在整個(gè)第6-10階處于邏輯高處的單個(gè)輸出。
來(lái)自定序機(jī)622的輸出2和3以及門(mén)660和662的輸出，分別控制開(kāi)關(guān)664a、664b、664c和664d。這些每一個(gè)開(kāi)關(guān)，在連通時(shí)，都用來(lái)自門(mén)652的輸出將不同取值的電阻器666a、666b、666c或666d切換成串聯(lián)狀態(tài)。電阻器666a、666b、666c和666d的值依次更小，并且這些電阻器與公共線(xiàn)668相連，門(mén)654的輸出(與門(mén)652的互補(bǔ))通過(guò)電容器670也與此公共線(xiàn)668相連。
這種設(shè)置的結(jié)果在圖32中示出，在這里，蹤跡652和654代表類(lèi)似編號(hào)的門(mén)的輸出，蹤跡668a、668b和668c代表在三個(gè)不同工作條件下和載頻的幾個(gè)循環(huán)上的線(xiàn)668上的電壓蹤跡668a沒(méi)有所選擇的電阻器656a-656d，蹤跡668b具有所選擇的相對(duì)大取值的電阻器，蹤跡668c具有所選擇的相對(duì)小取值的電阻器。
每個(gè)電壓668a、668b和668c急劇上升或下降，并且門(mén)654每次都向上或向下躍遷。二極管674a和674b避免此電壓明顯超出供應(yīng)電壓范圍。此后，電壓668向電壓652衰減，并且時(shí)間常數(shù)由電容器670和所選電阻器的值來(lái)確定。
XOR門(mén)680然后比較電壓654和668。由于4000B-串聯(lián)CMOS門(mén)經(jīng)歷在大約供應(yīng)電壓(用圖32中的水平虛線(xiàn)672表示)之間的中點(diǎn)的輸入電壓的輸出躍遷，因此門(mén)680在發(fā)生器650的每個(gè)半循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生邏輯低輸出，只要電壓654與668之間的差保持小于供應(yīng)電壓的一半以及其后的邏輯高輸出(如對(duì)于所選擇的無(wú)電阻器、高取值電阻器和低取值電阻器的條件，分別用蹤跡680a、680b和680c所示的)即可(為了具有更好的可視性，這些蹤跡在圖中彼此稍稍偏置)。結(jié)果是，以?xún)杀遁d頻重復(fù)的邏輯低脈沖，此脈沖的長(zhǎng)度大約與所選電阻器的值成正比。當(dāng)沒(méi)有選擇電阻器時(shí)，結(jié)果是持續(xù)低的邏輯的電平。
OR門(mén)682a和682b然后分別將電壓680與電壓652和654進(jìn)行比較，每個(gè)門(mén)在電壓652或654的相應(yīng)邏輯低半循環(huán)過(guò)程中分別產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于來(lái)自門(mén)680的邏輯低脈沖。通過(guò)用輸出緩沖器684a和684b進(jìn)行緩沖(以及優(yōu)選地進(jìn)行電壓放大)，這些產(chǎn)生差示輸出686(如對(duì)于各自電阻器選項(xiàng)用蹤跡686a、686b和686c所示的)。再者，為了具有更好的可視性，這些蹤跡在圖中稍稍彼此偏置。
在定序機(jī)第10階的過(guò)程中，當(dāng)發(fā)生器650喪失能力時(shí)，仍然選擇電阻器666d，門(mén)680的輸入由此被迅速拉到并保持在相反的邏輯電平處，并且其輸出產(chǎn)生恒定的邏輯高，使該邏輯高通過(guò)這兩個(gè)輸出，從而它們之間的差動(dòng)電壓為零。
當(dāng)定序機(jī)622用也斷開(kāi)的發(fā)生器650和零差示輸出停止時(shí)，此定序機(jī)的第10階代表一級(jí)循環(huán)的間隔T1。
在第1階，由于線(xiàn)624較高或者直到線(xiàn)624再次降低之后的門(mén)632的輸出的第一躍遷為止，發(fā)生器650運(yùn)行，但是沒(méi)有電阻器可選擇。于是，線(xiàn)668(蹤跡668a)上的電壓實(shí)質(zhì)上與來(lái)自門(mén)654的輸出的相同，并且差示輸出在最大的工作循環(huán)處載頻處的方波，從完全正的輸出電壓或電流運(yùn)行到完全負(fù)的輸出電壓或電流。這代表一級(jí)循環(huán)的間隔T2。
總共在第2階、第3階、第4階和第5階，以及總共在第6、7、8和9階，接連選擇更低的電阻器，從而導(dǎo)致輸出采集由接連更長(zhǎng)的零輸出周期分開(kāi)的、完全正輸出電壓或電流和完全負(fù)輸出電壓或電流交替的接連更窄脈沖的形式，借此通過(guò)工作循環(huán)中的逐漸變化近似于指數(shù)衰減。在每種情形中，信號(hào)(被認(rèn)為是各為一個(gè)正脈沖和一個(gè)負(fù)脈沖對(duì))在載頻重復(fù)，但是接連更大的時(shí)間部分耗費(fèi)在零電壓或電流處。這些定序機(jī)階或階的組合由此代表一級(jí)循環(huán)的T3、T4、T5和T6。
在第9階之后，定序機(jī)返回到第10階(T1)，并且循環(huán)然后在輸入624接受另一個(gè)正脈沖之后自身進(jìn)行重復(fù)。通過(guò)簡(jiǎn)單地將周期性間隔的脈沖施加到由比發(fā)生器620的9個(gè)循環(huán)長(zhǎng)的間隔分開(kāi)的輸入中，可以使所得循環(huán)呈周期性的(如果需要的話(huà))。或者是，循環(huán)每次可以不定期地開(kāi)始，從而得到一特定組的處理?xiàng)l件，例如正確放置待治療的一定容器或體積的材料。
迄今為止描述的所有實(shí)施方案都僅在它們的一級(jí)循環(huán)中使用多階定序機(jī)，并且所有需要的二級(jí)間隔由二狀態(tài)頻率發(fā)生器和輔助電路產(chǎn)生。本發(fā)明的第六具體實(shí)施方案，在圖33中示出，說(shuō)明與前一實(shí)施方案類(lèi)似的利用多階二級(jí)循環(huán)和定序機(jī)產(chǎn)生輸出，但是具有更大的一致性和精度。
一級(jí)頻率發(fā)生器620和二級(jí)頻率發(fā)生器650與前一實(shí)施方案中的類(lèi)似編號(hào)的器件一樣，并且以相同的方式起作用，只是在此處，發(fā)生器650以十倍的所需載頻進(jìn)行工作。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，這些發(fā)生器僅以輪廓的形式在圖33中示出。一級(jí)定序機(jī)622和OR門(mén)642、660和662也與前一實(shí)施方案中的類(lèi)似編號(hào)的器件一樣，只是在此處門(mén)662僅合并從第6階到第9階的信號(hào)。除了與門(mén)662缺乏連接之外，來(lái)自定序機(jī)第10階的輸出恰恰與前一實(shí)施方案中一樣進(jìn)行工作。
然而，發(fā)生器650的輸出，現(xiàn)在向定序機(jī)700提供時(shí)鐘輸入，定序機(jī)700類(lèi)似于定序機(jī)622，是為10個(gè)相等階的循環(huán)構(gòu)造的。定序機(jī)700的“復(fù)位”輸入接地，但是在圖中沒(méi)有示出。
而且，與定序機(jī)622類(lèi)似，定序機(jī)700的輸出由OR門(mén)合并，從而產(chǎn)生更復(fù)雜的輸出。門(mén)702合并輸出1和6，從而產(chǎn)生具有20％工作循環(huán)的信號(hào)，而門(mén)704合并輸出4、5、9和10，從而產(chǎn)生具有40％工作循環(huán)的信號(hào)，二者都是以二倍的載頻(發(fā)生器650的頻率的五分之一)。信號(hào)704被門(mén)706a逆轉(zhuǎn)，信號(hào)702被門(mén)706b逆轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生類(lèi)似頻率但分別為60％和80％工作循環(huán)的信號(hào)。
第三OR門(mén)708合并定序機(jī)700的輸出1、2、3、4和5，從而以載頻產(chǎn)生50％工作循環(huán)的信號(hào)。CD4017B包裝已經(jīng)包括這樣的門(mén)，從而產(chǎn)生輸出“Cout”(“完成”)，此輸出通常用于合并多個(gè)這樣的芯片，從而形成多階段計(jì)數(shù)器；因此，門(mén)708在圖中沒(méi)有示出，并且僅標(biāo)記了其輸出線(xiàn)。如果不同類(lèi)型的集成電路用來(lái)形成定序機(jī)700，那么門(mén)708就需要在外部加入。
信號(hào)702、704、706a、706b和708，代表類(lèi)似編號(hào)的門(mén)的輸出，橫貫圖34的頂部表示成一行。
AND門(mén)710將代表定序機(jī)622的第6階至第9階的門(mén)662的信號(hào)與代表20％工作循環(huán)的門(mén)702的信號(hào)合并。同樣，AND門(mén)712將代表第4階和第5階的門(mén)660的信號(hào)與代表40％工作循環(huán)的門(mén)704的信號(hào)合并；AND門(mén)714將第3階的信號(hào)與代表60％工作循環(huán)的門(mén)706b的信號(hào)直接合并；以及AND門(mén)716將第2階的信號(hào)與代表80％工作循環(huán)的門(mén)706a的信號(hào)直接合并。
注意，承載在線(xiàn)718上的定序機(jī)622的第1階的信號(hào)，在整個(gè)第1階中總是代表100％的工作循環(huán)。
OR門(mén)720然后將線(xiàn)718上的信號(hào)與AND門(mén)710、712、714和716的信號(hào)合并。所得信號(hào)是兩倍載頻的矩形脈沖，它的工作循環(huán)隨著定序機(jī)622的階的不同而改變?cè)诘?階(T2)中為100％(總是較高)、在第2階(T3)中為80％、在第3階(T4)中為60％、在第4階和第5階(T5)中為40％、在第6-9階(T6)中為20％。由于定序機(jī)622的第10階的輸出不與門(mén)622相連，因此該門(mén)的輸出信號(hào)在此階段(T1)過(guò)程中持續(xù)低，因此代表零工作循環(huán)。
定序機(jī)700的信號(hào)Cout708，如上所述，是具有載頻的方波，而信號(hào)720以?xún)杀队诖怂俣冗\(yùn)行。結(jié)果，信號(hào)720的一個(gè)脈沖落在信號(hào)708的每個(gè)半循環(huán)內(nèi)一個(gè)較高，另一個(gè)較低。
采集信號(hào)708作為輸入的變極器708，產(chǎn)生第二互補(bǔ)方波在信號(hào)708低時(shí)就高，在信號(hào)708高時(shí)就低。AND門(mén)730然后合并信號(hào)708和720，從而其輸出包括與信號(hào)720具有相同長(zhǎng)度的脈沖，但是僅在信號(hào)708的正的半循環(huán)過(guò)程中。同樣，AND門(mén)732然后合并信號(hào)720和724，從而其輸出包括與信號(hào)720具有相同長(zhǎng)度的脈沖，但是僅在信號(hào)708的負(fù)的半循環(huán)過(guò)程中。來(lái)自門(mén)730和732的脈沖由此交替一個(gè)來(lái)自門(mén)730，一個(gè)來(lái)自門(mén)732，另一個(gè)來(lái)自門(mén)730，等等。
這些信號(hào)在施加到緩沖器684a和684b之后，產(chǎn)生非常類(lèi)似于前一實(shí)施方案的差示輸出686，此輸出近似于通過(guò)包含具有接連減小的工作循環(huán)的矩形波的多個(gè)時(shí)間周期的指數(shù)衰減的正弦波。然而，此處，由于計(jì)時(shí)都是數(shù)字的，因此其準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性更大。
所有以上關(guān)系都可以用多種信號(hào)的書(shū)寫(xiě)B(tài)oolean表達(dá)式來(lái)更簡(jiǎn)要地表達(dá)A1＝A2A2＝T3 A3＝T4A10＝T1
660＝A4+A5＝T5662＝A6+A7+A8+A9＝T6702＝B1+B6＝1000010000704＝B4+B5+B9+B10＝0001100011706a＝702＝B1+B6＝0111101111706b＝704＝B4+B5+B9+B10＝1110011100708＝B1+B2+B3+B4+B5＝1111100000710＝662×702＝(A6+A7+A8+A9)×(B1+B6)＝T6×1000010000712＝660×702＝(A4+A5)×(B4+B5+B9+B10)＝T5×0001100011714＝A3×706b＝A3×(B2+B3+B7+B8)＝T4×1110011100716＝A2×706a＝A2×(B1+B6)＝T3×0111101111718＝A1＝T1＝T2×1111111111720＝718+716+714+712+710＝(T1×0000000000)+(T2×1111111111)+(T3×0111101111)+(T4×1110011100)+(T5×0001100011)+(T6×1000010000)724＝708＝B1+B2+B3+B4+B5＝0000011111730＝720×708＝(T1×0000000000)+(T2×1111100000)+(T3×0111100000)+(T4×1110000000)+(T5×0001100000)+(T6×1000000000)，732＝720×724＝(T1×0000000000)+(T2×0000011111)+(T3×0000001111)+(T4×0000011100)+(T5×0000000011)+(T6×0000010000)，并且差示輸出用以下公式表達(dá)686＝730-732＝(T1×————)+(T2×HHHHHLLLLL)+(T3×-HHHH-LLLL)+(T4×HHHH-LLLL-)
+(T5×-HH-LL)+(T6×H-L-)在這里，“+”代表Boolean OR操作者，“x”代表Boolean AND操作者，刪除線(xiàn)代表邏輯倒相(Boolean NOT操作者)，A1-A10是一級(jí)定序機(jī)622的階，B1-B10是二級(jí)定序機(jī)700的階，T1-T6是一級(jí)計(jì)時(shí)間隔，“1”代表邏輯高，“0”代表邏輯低，“H”和“L”表示相反極性的差動(dòng)電壓或電流，“-”表示零差動(dòng)電壓或電流，來(lái)自“H”、“-”和“L”的一組10個(gè)符號(hào)代表多種條件下的二級(jí)循環(huán)。信號(hào)686的最終表達(dá)由此清楚地表明，每個(gè)連續(xù)一級(jí)間隔中輸出脈沖的減小的工作循環(huán)和交替的相反極性。
作為利用各個(gè)門(mén)660、662、702、704、706a和b、708(如果需要的話(huà))、710、712、714、716、720、724、730和732如圖所示執(zhí)行第六實(shí)施方案的一種替換形式，利用遵循剛剛給出的Boolean表達(dá)式的可編程的門(mén)陣列(PGA)或其它可編程的陣列邏輯(PAL)裝置，也可更便利地執(zhí)行相同的功能。作為另一種替換形式，如圖22中以及隨附的正文中所暗示的，一些或所有這些功能也可利用微處理器或微控制器來(lái)執(zhí)行。
圖34中的下面幾行表示復(fù)合信號(hào)720、730、732和686，每個(gè)信號(hào)是在一個(gè)完整一級(jí)循環(huán)上采集的。所示出的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔與圖30中的一樣。注意，這兩個(gè)圖中的蹤跡610與蹤跡686之間的接近的相似性。
為了清楚起見(jiàn)，正如在圖30中所示，對(duì)于定序機(jī)622的每一階，僅有三個(gè)二級(jí)循環(huán)在每個(gè)蹤跡720、730、732和686中示出。在實(shí)際應(yīng)用中，然而，幾百或幾千個(gè)二級(jí)循環(huán)也許更普遍地出現(xiàn)在每個(gè)這樣的階中。
本發(fā)明的另一個(gè)重要特征是，其潛在的非常緊湊的尺寸和低成本。由于在上述每個(gè)實(shí)施方案中或者在本發(fā)明范圍內(nèi)的類(lèi)似其它特性中，僅需要少量的有源和無(wú)源器件，并且由于具體實(shí)施方式
所需的大多數(shù)(如果不是全部的話(huà))器件是以緊湊的表面安裝封裝的形式獲得的，因此對(duì)于任何這樣的實(shí)施方式，設(shè)計(jì)一種緊湊的雙面印刷電路板和用于容納此板及電池的較輕量外殼是不困難的。這樣的外殼優(yōu)選用模制塑料或類(lèi)似材料制成，更優(yōu)選具有用于便利安裝到敷料、石膏、腕或其它帶、衣服、導(dǎo)電液體容器等上的袖珍芯片或其它裝置。更優(yōu)選的是，外殼不大于容納所述器件和負(fù)擔(dān)這些器件的電路板所需的尺寸。對(duì)于一般的實(shí)施方式，例如所述第一至第四實(shí)施方案，所需的合適外殼不大于約5cm×6cm×2cm(約2.0”×2.5”×0.75”)或者在這個(gè)尺寸附近，并且在一些情形中，可以明顯更小。對(duì)于需要更高輸出功率的實(shí)施方式(類(lèi)似最后兩個(gè)實(shí)施方案)，外殼需要更大些。
由于在一般的實(shí)施方式中，電路板和外殼較小，并且由于僅使用廣泛獲得的現(xiàn)成電子器件，因此制造成本一般也相對(duì)低。對(duì)于治療稍微更復(fù)雜的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，諸如需要更精確的刺激傳送和/或需要更精致地調(diào)解信號(hào)，技術(shù)人員或醫(yī)務(wù)人員可采用用于病人身上的本發(fā)明的家用工業(yè)形式。
按照本發(fā)明的裝置因此重量輕、緊湊、獨(dú)立、制作和維修成本低、長(zhǎng)期攜帶和穿著方便，并且能夠產(chǎn)生剛剛所述的信號(hào)并通過(guò)導(dǎo)電元件真正有效地傳送這些信號(hào)(如前面所定義和所示出的，例如在圖17-20中示出的)。動(dòng)力用一般使用幾個(gè)星期僅需要更換一次的緊湊、廉價(jià)電池供給。由于僅使用較低的電壓和電流，并且與電力主線(xiàn)沒(méi)有連接，因此裝置即使在出現(xiàn)故障時(shí)也沒(méi)有電擊危險(xiǎn)，由此對(duì)于沒(méi)有任何特殊訓(xùn)練需要的無(wú)人監(jiān)管的家庭使用是安全的。
優(yōu)選實(shí)施方案在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明包括一種產(chǎn)生用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的電信號(hào)的裝置，所述電信號(hào)包括(a)至少四個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3、T4和其它(如果存在的話(huà))，從而接連形成重復(fù)的一級(jí)循環(huán)，所述一級(jí)循環(huán)具有頻率；(b)至少兩個(gè)相對(duì)短的二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等，所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔的至少一個(gè)被分成所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，并且所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔在其整個(gè)長(zhǎng)度上接連形成重復(fù)的二級(jí)循環(huán)，所述二級(jí)循環(huán)具有頻率，所述頻率位于200kHz以下；而至少一個(gè)其它所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔沒(méi)有被如此細(xì)分；(c)多個(gè)基本上恒定的電壓或電流電平L1、L2等；(d)在被如此細(xì)分的所述一級(jí)間隔內(nèi)的每個(gè)所述二級(jí)間隔中，或者在整個(gè)所述一級(jí)間隔中(如果該間隔沒(méi)有被如此細(xì)分的話(huà))，選擇一個(gè)所述電壓或電流電平在所述一級(jí)循環(huán)的整個(gè)過(guò)程中接連選擇的所述電平，借此形成所述電信號(hào)；以及(e)進(jìn)一步選擇一個(gè)或多個(gè)所述一級(jí)間隔(所述間隔沒(méi)有被如此細(xì)分)作為用于在所述一級(jí)循環(huán)的任一個(gè)重復(fù)的過(guò)程中建立實(shí)質(zhì)上的電荷平衡的一個(gè)或多個(gè)均衡脈沖。
在一個(gè)替換型優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明包括一種產(chǎn)生用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的電信號(hào)的方法，所述方法包括(a)產(chǎn)生至少四個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3、T4和其它(如果存在的話(huà))，從而接連形成重復(fù)的一級(jí)循環(huán)，所述一級(jí)循環(huán)具有一個(gè)頻率；(b)產(chǎn)生至少兩個(gè)相對(duì)短的二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等，所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔的至少一個(gè)被分成所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，并且所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔在其整個(gè)長(zhǎng)度上接連形成重復(fù)的二級(jí)循環(huán)，所述二級(jí)循環(huán)具有一個(gè)頻率，所述頻率位于200kHz以下；而至少一個(gè)其它所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔沒(méi)有被如此細(xì)分；(c)產(chǎn)生多個(gè)基本上恒定的電壓或電流電平L1、L2等；(d)在被如此細(xì)分的所述一級(jí)間隔內(nèi)的每個(gè)所述二級(jí)間隔中，或者在整個(gè)所述一級(jí)間隔中(如果該間隔沒(méi)有被如此細(xì)分的話(huà))，選擇一個(gè)所述電壓或電流電平在所述一級(jí)循環(huán)的整個(gè)過(guò)程中接連選擇的所述電平，借此形成所述電信號(hào)；以及(e)進(jìn)一步選擇一個(gè)或多個(gè)所述一級(jí)間隔(所述間隔沒(méi)有被如此細(xì)分)作為用于在所述一級(jí)循環(huán)的任一個(gè)重復(fù)過(guò)程中建立實(shí)質(zhì)上的電荷平衡的一個(gè)或多個(gè)均衡脈沖。
在一個(gè)額外優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明包括一種用于產(chǎn)生電信號(hào)的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于產(chǎn)生一級(jí)計(jì)時(shí)間隔和二級(jí)計(jì)時(shí)間隔的裝置，至少一個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔被分成所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔形成電荷平衡的一級(jí)循環(huán)。
本發(fā)明裝置的應(yīng)用通過(guò)利用如本文所述的本發(fā)明的裝置，此裝置可有效減輕慢性、難處理的疼痛、急性、外傷后的疼痛、由于神經(jīng)刺激導(dǎo)致的疼痛、由于糖尿病性神經(jīng)病導(dǎo)致的疼痛、由于肌肉痙攣導(dǎo)致的疼痛、以及由于壓迫神經(jīng)導(dǎo)致的疼痛。很明顯，本發(fā)明到好處是減少了止痛藥的需要。
此外，本發(fā)明的裝置和方法能夠減少通常的腫脹、加速有害炎癥的消退、加速椎間盤(pán)損傷的愈合、松弛肌肉痙攣、保持或增加臂和/或腿的運(yùn)動(dòng)范圍，并用作肌肉的手術(shù)后即刻的刺激，以避免靜脈血栓形成。
本發(fā)明還可有效地治療和加速創(chuàng)傷的愈合，所述創(chuàng)傷包括但不限于外傷、手術(shù)切口、燒傷、慢性創(chuàng)傷(包括但不限于，糖尿病潰瘍、靜脈潰瘍、動(dòng)脈潰瘍、褥瘡潰瘍)。本發(fā)明可有效地加速變形或撕裂韌帶或筋腱的愈合、加速撕裂的肌肉組織的愈合。本發(fā)明還可有效地抑制或減慢由于殘廢或長(zhǎng)期臥床導(dǎo)致的肌肉萎縮。本發(fā)明還可用于使損傷神經(jīng)再生。
本發(fā)明尤其可用于增加皮膚移植和毛發(fā)插植的存活。本發(fā)明可有效地改善合成植入體例如骨粉和假體例如人造關(guān)節(jié)(例如膝和髖)的結(jié)合。本發(fā)明可用于治療扭傷的踝、撕裂的膝韌帶、坐骨神經(jīng)痛、后背肌肉痙攣、撕裂的肌腱套、網(wǎng)球員肘、腕管綜合征、尺骨神經(jīng)綜合征、顳下頜關(guān)節(jié)綜合征以及由膿腫的牙齒引起的疼痛。
本發(fā)明能夠用來(lái)經(jīng)顱地緩解失眠、抑郁癥、焦慮癥，以及促進(jìn)松弛和精神警覺(jué)。
本發(fā)明可用于促進(jìn)血管形成，包括(但不限于)增加局部血液循環(huán)、增加血液流向外傷區(qū)域、增加血液流向慢性皮膚潰瘍區(qū)域。本發(fā)明還可用于調(diào)解血液凝固。
雖然不想用以下假說(shuō)來(lái)界定，但是該裝置據(jù)信通過(guò)增強(qiáng)對(duì)多種生理狀況的細(xì)胞響應(yīng)中所涉及到的化學(xué)因子例如細(xì)胞因子的釋放，而直接作用在治療部位。這導(dǎo)致血流增大，并抑制了治療部位的進(jìn)一步發(fā)炎，借此增強(qiáng)身體固有的愈合過(guò)程。
本發(fā)明尤其用于加速簡(jiǎn)單或復(fù)雜骨折，包括但不限于，手術(shù)過(guò)程中鋸斷或破開(kāi)的骨的愈合。本發(fā)明能夠用來(lái)促進(jìn)脊髓融合手術(shù)后脊椎的融合。
本發(fā)明還可應(yīng)用的一個(gè)領(lǐng)域是，加速受損或撕裂軟骨的愈合。而且，本發(fā)明可用來(lái)加速皮膚創(chuàng)傷或潰瘍的愈合(上皮形成)。
以下?tīng)顩r提供了本發(fā)明可應(yīng)用的狀況和疾病的代表性列表減輕慢性、難處理的疼痛、減輕急性外傷后或手術(shù)后的疼痛、減小由于神經(jīng)刺激(痛覺(jué)過(guò)敏)導(dǎo)致的疼痛、減小由于糖尿病神經(jīng)病導(dǎo)致的疼痛、減小由于肌肉痙攣導(dǎo)致的疼痛、減小由于夾擠或壓迫神經(jīng)導(dǎo)致的疼痛、減少止痛藥的需要、減小腫脹、加速炎癥的消退、加速椎間盤(pán)損傷的愈合、肌肉痙攣的松弛、肌肉的再訓(xùn)練、保持或增加運(yùn)動(dòng)范圍，腓腸肌肉的手術(shù)后即刻刺激以避免靜脈血栓形成、加速外傷的愈合、加速手術(shù)切口的愈合、加速燒傷的愈合、加速慢性創(chuàng)傷(糖尿病潰瘍、靜脈潰瘍、動(dòng)脈潰瘍和褥瘡潰瘍)的愈合、加速變形或撕裂筋腱的愈合、加速撕裂的肌肉組織的愈合、抑制或減慢殘廢萎縮、減慢或逆轉(zhuǎn)長(zhǎng)期臥床導(dǎo)致的肌肉萎縮、減慢或逆轉(zhuǎn)微重力的肌肉萎縮、以及加速受損神經(jīng)的再生。
本發(fā)明的其它應(yīng)用包括加速剛剛發(fā)生的單純性骨折或者復(fù)雜(多處或粉碎性)骨折的愈合、手術(shù)過(guò)程中鋸開(kāi)或切開(kāi)骨的愈合以及脊髓融合手術(shù)后的脊椎融合。本發(fā)明可用來(lái)治療骨不連合骨折；治療、預(yù)防或逆轉(zhuǎn)骨質(zhì)疏松；治療、預(yù)防或逆轉(zhuǎn)骨質(zhì)稀少；治療、預(yù)防或逆轉(zhuǎn)骨壞死；減慢或逆轉(zhuǎn)編織骨(胼胝、骨刺)形成、減慢或逆轉(zhuǎn)長(zhǎng)期臥床導(dǎo)致的骨鈣流失、減慢或逆轉(zhuǎn)微重力中的骨鈣流失。此外，本發(fā)明可用來(lái)增加局部血液循環(huán)、增加血液向外傷區(qū)域的流動(dòng)、增加血液向慢性皮膚潰瘍區(qū)域的流動(dòng)、以及調(diào)節(jié)血液凝結(jié)。
本發(fā)明還可用于腱炎的輔助治療、調(diào)節(jié)局部免疫系統(tǒng)的反應(yīng)、調(diào)節(jié)全身免疫系統(tǒng)的反應(yīng)、自身免疫疾病(例如類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎)的輔助治療以及癌癥的輔助治療。
本發(fā)明進(jìn)一步可用來(lái)治療足底筋膜炎、扭傷的踝、撕裂的膝蓋韌帶、坐骨神經(jīng)疼、乳頭及背部肌肉痙攣、撕裂的肌腱套、網(wǎng)球員肘、腕管綜合征、尺骨神經(jīng)綜合征、顳下頜關(guān)節(jié)綜合征、減輕由膿腫的牙齒引起的疼痛、加速培養(yǎng)細(xì)胞或組織的生長(zhǎng)、調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的發(fā)展、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子的表達(dá)、調(diào)節(jié)骨形態(tài)發(fā)生蛋白的表達(dá)、調(diào)節(jié)軟骨生長(zhǎng)因子的表達(dá)、調(diào)節(jié)胰島素樣生長(zhǎng)因子的分化、調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子的表達(dá)、調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子的表達(dá)、調(diào)節(jié)白介素的表達(dá)以及調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的表達(dá)。
本發(fā)明還可用來(lái)減慢血液和其它生物制品在貯存時(shí)的變壞、使人或動(dòng)物體內(nèi)的所選病原體失活、使離體組織或細(xì)胞培養(yǎng)物中的所選病原體失活、使血液或其它生物制品中的所選病原體失活、以及使食品、飲料或其它材料中的所選病原體失活。
利用以下非限定性實(shí)施例進(jìn)一步闡述這些組合和方法，所述實(shí)施例無(wú)論如何不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限定。相反，應(yīng)該清楚地理解，所述實(shí)施方式可具有多種其它實(shí)施方案、修改和等同替換，在閱讀本文的描述之后，這些本身對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是一個(gè)暗示，而不脫離本發(fā)明的精髓和/或所附權(quán)利要求書(shū)的范圍。
正如在以下實(shí)施方案中所使用的，MedRelief設(shè)備是指如上所述用于產(chǎn)生基本上如圖6所示的電信號(hào)的電刺激器。
例1骨折骨的生物電刺激一個(gè)50歲男性在摩托車(chē)事故中受傷，導(dǎo)致其脛骨和腓骨發(fā)生螺旋狀骨折。脛骨在關(guān)節(jié)以上的大約3”處骨折，而腓骨從骨的頂部骨折。在發(fā)生事故的時(shí)刻，男性的身體健康并且沒(méi)有其它損傷。X-線(xiàn)和急救室的評(píng)估證實(shí)這是雙骨折。約定第二天早上去看骨外科醫(yī)生。手術(shù)排上日程并在2月4日下午實(shí)施。將消毒鋼釘插在運(yùn)行骨的整個(gè)長(zhǎng)度的脛骨軸之下。兩個(gè)螺栓在固定脛骨頂部的鋼釘，而三個(gè)螺栓固定踝處的鋼釘。最初安排病人在醫(yī)院待兩夜，但是病人在手術(shù)后的大約24小時(shí)就出院了。在出院之前，給病人裝配上石膏步行靴，用于和拐杖一起實(shí)施保護(hù)，并建議病人不要將重量負(fù)擔(dān)在受傷腿上。與外科醫(yī)生約定一個(gè)星期后復(fù)診。病人回家休息。給予病人用于控制疼痛的Percocet疼痛緩解器，每四個(gè)小時(shí)用一次。
到2月7日，病人的疼痛增大，體溫升高。外科醫(yī)生對(duì)可能的損傷用抗生素促進(jìn)治療。在開(kāi)始用抗生素的24小時(shí)之內(nèi)，疼痛減小，體溫恢復(fù)正常。
2月11日是與外科醫(yī)生約定的一個(gè)星期后的復(fù)診。X-線(xiàn)顯示，骨的校準(zhǔn)良好，并且每一部份都適當(dāng)校準(zhǔn)和定位。建議病人在10-12個(gè)星期內(nèi)仍舊不要將重量負(fù)擔(dān)在受傷腿上。在2月12日開(kāi)始應(yīng)用本發(fā)明的新波形(基本上如圖6所示并且用電刺激器產(chǎn)生)。將電極放在脛骨上骨折點(diǎn)處的腿的每一側(cè)(側(cè)向和中間)。此單元一天使用三次，每次一個(gè)小時(shí)。所排的日程是，第一次治療在8AM開(kāi)始，第二次治療在2PM開(kāi)始，第三次治療在8PM開(kāi)始。此治療日程在整個(gè)恢復(fù)期緊密遵循。病人在早上第一件事就是將電極施加到腿上，并且放置一整天。使用兩個(gè)星期之后，電極處的皮膚看起來(lái)變得有些過(guò)敏。推測(cè)此過(guò)敏是由于可反復(fù)使用的電極上的粘附導(dǎo)致的。病人開(kāi)始從側(cè)向/中間到前面/后面交替放置電極，這消除了皮膚的過(guò)敏。在幾天之內(nèi)，病人注意到疼痛減小到指示其中斷所有的止痛藥物。2月15日之后沒(méi)有采取疼痛藥療法。病人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在疼痛出現(xiàn)時(shí)使用本發(fā)明10-15分鐘，疼痛可迅速消失。然而，為此目的的使用在頭幾個(gè)星期中一個(gè)星期僅發(fā)生3或4次，然后遞減到一個(gè)星期1-2次，一直到第8周，此后，無(wú)需減少疼痛的治療。
在3月9日，病人在手術(shù)后的第6周去復(fù)診。新的X-線(xiàn)顯示所有的骨都就位了并且出現(xiàn)明顯的愈合。此時(shí)，醫(yī)生估計(jì)愈合要比所安排的日程提前2-3個(gè)星期，并允許病人開(kāi)始具有非常有限的部分重量負(fù)擔(dān)。下一次的復(fù)診安排在手術(shù)后的10個(gè)星期。病人繼續(xù)遵循早期建立的治療方案。重量負(fù)擔(dān)局限于用拐杖行走較短距離，應(yīng)該注意，病人遵循正常的健康飲食，包括他日常服用的多種維生素。沒(méi)有服用補(bǔ)劑來(lái)增加其鈣的攝取。
6月3日是最后的復(fù)診。此時(shí)是病人手術(shù)后的第17周。醫(yī)生在這一次不要求病人再來(lái)復(fù)診。醫(yī)生的反應(yīng)是，病人愈合得與他看過(guò)的任何人一樣快，并且比他對(duì)50歲男性預(yù)期得要快得多。病人被告知在感覺(jué)舒服時(shí)逐漸增大運(yùn)動(dòng)量。隨著夏季的漸進(jìn)，病人增大了運(yùn)動(dòng)量，直到他幾乎處于其正常的受傷前的水平為止。
10月6日，手術(shù)后35周，病人光腳突然踩到地毯上，感到從傷腿上的踝的噼叭聲。行走變得非常痛苦、腫脹和困難。去看醫(yī)生的過(guò)程沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何確定的原因，因此告訴病人象扭傷那樣來(lái)治療，并且容易治療。10月20日，病人在疼痛和腫脹之后再次經(jīng)歷踝中的相同“噼叭聲”。這次，通過(guò)征得病人的同意，醫(yī)生建議從踝中除去螺栓。11月3日，將三個(gè)螺栓從病人的踝中除去。
螺栓除去之后，伴隨著腫脹有一些微小疼痛。指示病人養(yǎng)4-5個(gè)星期，而螺栓孔用骨填充。病人每天三次地再次施加按照本發(fā)明的新波形(圖6和7)，與開(kāi)始時(shí)一樣。在隨后的第四周，螺栓孔基本上填實(shí)，痛苦和腫脹消去，病人從治療中解放出來(lái)。
例2動(dòng)物骨折骨的生物電刺激通過(guò)利用基本上如圖6所示的波形進(jìn)行生物電刺激，成功治療了受傷的German-Shepherd混合狀況。
發(fā)現(xiàn)，彈頭打中狗的右前股骨，并將其中部破碎成許多小片。槍頭是.22口徑，并具有蘑菇云形的沖擊力，然后進(jìn)一步骨折，許多鉛片在X-線(xiàn)上可以清楚地看到。
在麻醉下，將半殼形纖維玻璃Spica裂片與重石膏墊圈一起放置。預(yù)期的復(fù)原時(shí)間是至少四個(gè)、可能多達(dá)六個(gè)星期或者更多。獸醫(yī)警告，狗可能要永久拐瘸。沒(méi)有嘗試除去彈頭。
MedReliefTM治療兩個(gè)星期之后的X-線(xiàn)顯示，骨的折斷完全復(fù)合了，現(xiàn)在封閉主要的槍彈碎片。折斷已經(jīng)顯示極好的骨痂和穩(wěn)定性。在僅有一半預(yù)期時(shí)間之后終止生物電刺激并除去石膏，狗回到家里，還戴上頸圈和腿的綁帶，以完成復(fù)原。
大約一個(gè)星期之后，注意到，狗又使用這條腿，最初是猶豫的，隨后就更經(jīng)常了。兩個(gè)月后，狗就正常行走和跑步了，沒(méi)有拐瘸的癥狀。
例3深度皮膚磨損的生物電刺激這個(gè)研究的受體手背上已經(jīng)遭受三處磨損損傷。創(chuàng)傷是同時(shí)、以相同方式造成的，并且嚴(yán)重程度大約相同。在這三處創(chuàng)傷中，最嚴(yán)重的一處選擇用MedReliefTM治療，生物電刺激包括應(yīng)用基本上如圖6所示的波形。
創(chuàng)傷用肥皂和水清除掉可見(jiàn)的碎屑，但是沒(méi)有使用抗生素和消毒劑。治療在睡眠過(guò)程中一次進(jìn)行大約8個(gè)小時(shí)。
第一夜之后，所有創(chuàng)傷都結(jié)痂了，創(chuàng)傷周?chē)膮^(qū)域腫脹并且觸摸起來(lái)疼痛，但是被治療的那處創(chuàng)傷比其他明顯更糟(不可能的是，據(jù)說(shuō)，這究竟部分是由于MedReliefTM的作用導(dǎo)致的，還是簡(jiǎn)單地由于創(chuàng)傷在第一處已經(jīng)更嚴(yán)重了)。被治療區(qū)域的疼痛和過(guò)敏雖然在白天逐漸減小，但是到夜晚，這三處創(chuàng)傷似乎差不多都一樣。治療在第二夜以相同的方式重復(fù)。
第二天早上，未治療的創(chuàng)傷還是很痛，并且周?chē)及l(fā)炎了。令人驚奇的是，被治療的創(chuàng)傷現(xiàn)在不痛了，并且發(fā)炎非常明顯地比其它創(chuàng)傷少，干燥幾個(gè)小時(shí)之后，痂開(kāi)始脫落，露出薄的粉紅色新皮膚。用針觸摸此皮膚，有壓力感，但是不痛。
沒(méi)有進(jìn)行進(jìn)一步的MedReliefTM治療。第二天早上之后，被治療的創(chuàng)傷不再有任何疼痛；新皮膚逐漸長(zhǎng)得更厚，大約1周后，該區(qū)域看起來(lái)從來(lái)沒(méi)有受過(guò)傷。相反，未治療的區(qū)域仍舊疼痛，并且更多天后才結(jié)痂，而且又花費(fèi)了一個(gè)星期才完全愈合。然而，這三處創(chuàng)傷沒(méi)有一個(gè)留下明顯的傷痕。
對(duì)醫(yī)學(xué)教科書(shū)(Patrick，Woods，Craven，Rokosey and Bruno，Medical-Surgical Nursing-Pathophsilolgical Concepts (1986)，圖15-2至15-4，以及隨附的正文)的參考暗示，在MedRelieTM治療下，早期愈合階段大致增強(qiáng)了四倍，并且炎癥、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和增殖以及愈合的膠原骨架重構(gòu)階段在大約兩天內(nèi)都基本完成，而一般需要8-10天的時(shí)間。注意，未治療的創(chuàng)傷還遵循“一般的”日程。
例4用于減輕疼痛的生物電刺激以及膝蓋韌帶的愈合刺激這個(gè)研究的受體遭受勞損的膝蓋韌帶，迄今已經(jīng)遭受再次損傷，并且每次的癥狀具有大約相同的發(fā)展。每次再次損傷之后，膝蓋在2-3天就逐漸變得更僵硬、發(fā)炎和疼痛，然后逐漸愈合，一些疼痛持續(xù)大約兩個(gè)多星期。
在最近損傷之后，應(yīng)用MedReliefTM設(shè)備。更具體地說(shuō)，通過(guò)使用放置在皮膚上的電極，施加基本上如圖6所示的本發(fā)明的新波形。在睡眠過(guò)程中的單次過(guò)夜治療就驅(qū)走了大部分的疼痛和僵硬，并且在第二個(gè)過(guò)夜治療之后，到下午，膝蓋完全不痛了。
例5用于減輕有關(guān)腕管綜合征的疼痛的生物電刺激提一些重物的結(jié)果是，受體的右手腕開(kāi)始嚴(yán)重疼痛和不舒適彎曲或輕拍該手腕，或者用小無(wú)名指抓東西，手的基底就嚴(yán)重銳痛，并且輻射到手指。此疼痛在隨后的五天持續(xù)惡化。雖然受體過(guò)去幾年中在相同的區(qū)域具有幾次類(lèi)似疼痛，但是從來(lái)沒(méi)有象這次這么糟糕或者象這次這么厲害。
5天后，醫(yī)生診斷為腕管綜合征。腕管綜合征是慢性疾病，其中受傷的肌腱腫脹并擠壓手腕中的神經(jīng)；疼痛導(dǎo)致臂肌緊張，進(jìn)一步損傷肌腱等。一旦這個(gè)惡性循環(huán)建立，通常會(huì)持續(xù)終生。兩個(gè)主要的手腕神經(jīng)中的任一個(gè)或二者都牽涉到；在受體的情形中，這是尺骨神經(jīng)。這種疾病形式經(jīng)常被稱(chēng)作“尺骨神經(jīng)綜合征”。
在做出診斷的那個(gè)晚上，受體開(kāi)始進(jìn)行MedReliefTM治療(包括應(yīng)用基本上如圖6所示的波形)，將一個(gè)電極墊放在受影響的手的邊緣上，而將另一個(gè)放在肘的附近，以便在電流路徑中包括收緊的肌肉以及它們的肌腱。治療在就寢時(shí)間開(kāi)始進(jìn)行并持續(xù)一夜到第二天早上。
第二天早上，疼痛輕多了，并且到下午就幾乎不痛了，于是受體去掉治療單元和電極墊。癥狀又回到那天晚上的情形，于是受體在睡眠過(guò)程中又重新開(kāi)始夜間治療。在兩次多這樣的治療之后，受體才不痛了，并且一直保持這樣，沒(méi)有進(jìn)行任何進(jìn)一步的治療。
受體在5個(gè)月后又弄傷了手，所有癥狀恰恰與以前相同。這一次，受體在疼痛之后的第一夜用MedReliefTM治療，并且在第二天的中途疼痛又消失了。這次，沒(méi)有再痛；一夜就足夠了。
例6用于緩解徑向神經(jīng)綜合征的生物電刺激受體是專(zhuān)業(yè)按摩師，其工作經(jīng)常需要她用手施加大量的壓力，以有助于松弛拉緊的肌肉。而且，她還要做耐力訓(xùn)練，以有助于保持她的臂肌強(qiáng)壯。
在第一次使用不熟悉的重力機(jī)器作為其部分測(cè)試之后，受體注意到其左手腕觸痛。在隨后的幾天手腕逐漸更加腫脹、僵硬和疼痛，而臂橈肌也慢慢緊張和疼痛。結(jié)果，她被迫取消幾天的工作。
疼痛和腫脹的類(lèi)型和部位導(dǎo)致徑向神經(jīng)綜合征的診斷，即經(jīng)常導(dǎo)致抑郁神經(jīng)病的炎癥狀況。此狀況是發(fā)展的并且在許多情形中需要手術(shù)治療，盡管這經(jīng)常不能恢復(fù)正常功能或充分減輕疼痛。
受體決定試試MedReliefTM(包括應(yīng)用基本上如圖6所示的波形)，開(kāi)始進(jìn)行了一夜的治療。在3個(gè)小時(shí)之內(nèi)，肌肉不痛了，并且她的手腕疼痛也非常明顯地減小了。到早上，甚至手腕也幾乎不痛了，而腫脹也小多了。結(jié)果，那天她能夠?qū)嵤┤齻€(gè)按摩。
受體將MedRelieTM治療繼續(xù)了兩天多，一天24小時(shí)。最后，她的手腕又完全恢復(fù)正常，并且從此再也沒(méi)有麻煩。
例7用于減輕由于損傷的膝蓋韌帶引起的疼痛和腫脹的生物電刺激大約30年前，此研究的受體在一次交通事故中遭受?chē)?yán)重的膝蓋韌帶損傷，包括中間韌帶的嚴(yán)重?fù)p傷。從此，膝蓋就非常容易再受傷，幾次腫脹到英式足球的尺寸并需要手術(shù)引流。
兩天前，骨科醫(yī)生建議，為了修復(fù)損傷，嘗試整個(gè)膝蓋的置換手術(shù)，但是受體不愿意這樣。取而代之的是，受體用施加基本上如圖6所示的生物電刺激的MedRelieTM。
她說(shuō)，在將設(shè)備放置到膝蓋上的幾分鐘內(nèi)，“疼痛消失了”，并且在戴著該設(shè)備的兩個(gè)星期之后，腫脹消退得足以使其恢復(fù)正常行動(dòng)。
例8用于減輕由于撕裂的關(guān)節(jié)軟骨導(dǎo)致的疼痛的生物電刺激病人的一個(gè)膝蓋遭受了許多年的撕裂的中間半月板(軟骨墊)，從而在膝蓋彎曲時(shí)導(dǎo)致中度到嚴(yán)重疼痛，尤其是在膝蓋上有負(fù)荷時(shí)，如在下樓梯時(shí)。
病人嘗試了MedReliefTM單元(包括應(yīng)用基本上如圖6所示的波形)，一個(gè)電極放在膝蓋之上3”處的大腿后，另一個(gè)放在膝蓋骨下面2”處的前部。在幾分鐘之內(nèi)，他報(bào)告疼痛減小了，并且說(shuō)，“45分鐘后，我感到不痛了”。使用治療單元之后的一個(gè)星期，幾乎沒(méi)有痛，并且現(xiàn)在，2個(gè)星期后，我的正常狀態(tài)還改善了?！崩?用于減輕由于撕裂的前十字韌帶導(dǎo)致的疼痛的生物電刺激在病人的一個(gè)膝蓋前部感到突然疼痛時(shí)，她正在健康俱樂(lè)部使用不熟悉的健身器。疼痛在隨后幾個(gè)星期中持續(xù)地惡化，這是由她的工作狀況(她是醫(yī)院護(hù)士，需要長(zhǎng)期站立和更多地走動(dòng))加劇的。“更糟糕的是，由于疼痛難以入睡”。疼痛被診斷為，主要是由于撕裂的前十字韌帶導(dǎo)致。
病人開(kāi)始在夜里睡眠過(guò)程中使用MedReliefTM單元(包括應(yīng)用基本上如圖6所示的波形)。病人說(shuō)，“我可以告訴，治療單元正在工作，因?yàn)樘弁唇K止了，并且在夜里叫醒我”。我的疼痛[在0-10的量程上，10是最糟的]從大約7或8下降到大約1。疼痛在一長(zhǎng)天將盡時(shí)又回來(lái)了，但是很少象以前那么糟，并且在治療一夜之后，經(jīng)常幾乎再次消失。
例10用于減輕由于未對(duì)準(zhǔn)的脊椎/擠壓的脊髓神經(jīng)導(dǎo)致的疼痛的生物電刺激病人在以前的場(chǎng)合經(jīng)歷了嚴(yán)重的下背疼痛，一般是在打了一天高爾夫球或在其小型車(chē)中長(zhǎng)時(shí)間駕駛后醒來(lái)時(shí)。疼痛對(duì)按摩療法的操作反應(yīng)良好，表明脊椎未對(duì)準(zhǔn)。
在最近的場(chǎng)合，病人打了兩天高爾夫球，隨后為了一次商務(wù)旅行，他在小型車(chē)中每個(gè)路程駕駛了四個(gè)小時(shí)。第二天早上他在非常嚴(yán)重的疼痛中醒來(lái)，在標(biāo)準(zhǔn)的0-10量程上，他的等級(jí)在10(“最糟的可能”)。不幸的是，是長(zhǎng)周末星期六并且按摩室關(guān)門(mén)，直到下個(gè)星期二才再次開(kāi)業(yè)。
病人嘗試MedRelieTM單元，為了產(chǎn)生基本上如圖6所示的波形，放置電極，并且在那天和隨后的兩天繼續(xù)治療。他報(bào)告，“我還感到痛，但是治療使疼痛從10下降到2或3，于是我周末一直進(jìn)行治療，直到我能夠再次看見(jiàn)按摩師為止。”例11用于減輕由于膿腫的牙齒導(dǎo)致的疼痛的生物電刺激星期五，病人嘴的左上側(cè)的牙齒嚴(yán)重疼痛，但是很快發(fā)現(xiàn)，在星期一到來(lái)之前，去看牙醫(yī)又太晚了。
病人嘗試MedReliefTM，將一個(gè)電極恰恰放在鼻子的左邊，第二個(gè)電極放在頜下，剛好在氣管的左邊。有些小心地施加刺激，因?yàn)殡姶碳ぴO(shè)備上通常警告，不要將設(shè)備放在頭或咽喉區(qū)域。然而，沒(méi)有注明副作用，并且在治療大約45分鐘之后，減輕疼痛了。疼痛周期性地復(fù)發(fā)，但是以相同方式施加的每次30-45分鐘的進(jìn)一步治療，足以減輕疼痛。治療在星期五、星期六和星期天一直持續(xù)。
在星期一檢查之后，發(fā)現(xiàn)疼痛的牙齒化膿了。
例12用于減輕由于反復(fù)運(yùn)動(dòng)損傷導(dǎo)致的手腕疼痛的生物電刺激此研究的受體是個(gè)秘書(shū)，并且右手腕開(kāi)始嚴(yán)重疼痛。由于害怕是腕管綜合征的開(kāi)始，并且在疼痛緩解器僅暫時(shí)有用之后，她使用如本文所述的本發(fā)明。她將MedReliefTM單元(能夠施加基本上如圖6所示的波形)在右手腕上連續(xù)戴兩天，然后報(bào)告，“在使用1個(gè)小時(shí)內(nèi)疼痛開(kāi)始消去，我僅僅繼續(xù)戴著治療單元，以便確保所有的炎癥完全治愈。我在六個(gè)多月中手腕沒(méi)有任何疼痛?！崩?3生物電信號(hào)的體外評(píng)估以下研究的目的是，評(píng)估本文所述的新生物電信號(hào)對(duì)軟骨組織的影響。
描述軟骨外植體是用從商業(yè)屠宰場(chǎng)獲得的新鮮豬膝蓋關(guān)節(jié)制備的。利用標(biāo)準(zhǔn)的解剖方法將軟骨組織從關(guān)節(jié)中去除。幾個(gè)研究已經(jīng)證實(shí)，這樣的組織在室溫下水合時(shí)將一致地在幾天內(nèi)保持生物和機(jī)械性質(zhì)。當(dāng)用合適的介質(zhì)覆蓋并放到溫箱中時(shí)，這些組織存活幾個(gè)星期。
本實(shí)驗(yàn)器皿包括通過(guò)鈮線(xiàn)的盤(pán)繞斷面串聯(lián)連接的六實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)孔(25×75mm)、鈮線(xiàn)形成避免金屬離子從電極上釋放的天然涂層。在第一實(shí)驗(yàn)室之前以及最后實(shí)驗(yàn)室之后，具有通過(guò)鈮線(xiàn)良好連接的電極，所述鈮線(xiàn)有效地用來(lái)將傳遞的電池均勻分散到軟骨外植體樣品中。切割軟骨樣品以填充大約75％的孔面積(25×75mm)。根據(jù)具體動(dòng)物和樣品的解剖部位，每個(gè)樣品的厚度( -2mm)差異極小。在所有情形中，組織完全用介質(zhì)覆蓋。
兩種類(lèi)型的軟骨組織用于這些實(shí)驗(yàn)。正常軟骨(NCart)如上制備，并放到實(shí)驗(yàn)孔內(nèi)，而沒(méi)有進(jìn)一步的預(yù)處理。通過(guò)用IL-1將正常軟骨處理48小時(shí)以便降解組織、從而刺激骨關(guān)節(jié)炎軟骨中觀察到的變化，來(lái)制備變性軟骨(DCart)。48小時(shí)后，測(cè)試軟骨樣品和介質(zhì)的上述結(jié)果變量。
結(jié)果變量包括蛋白多糖和軟骨的產(chǎn)生，蛋白多糖的釋放、前列腺素的釋放和氮氧化物的釋放。頭三個(gè)變量是，軟骨代謝的測(cè)試，后兩個(gè)變量是，炎癥的測(cè)試。
設(shè)計(jì)將Ncart放在上述的六孔系統(tǒng)的每個(gè)孔中，并利用外部電阻器，用具有減小的輸出電流的MedReliefTM設(shè)備處理，以便在所處理的組織中建立大約5-7微安培/平方厘米的電流密度。處理進(jìn)行2天，每天兩次2個(gè)小時(shí)。此實(shí)驗(yàn)的對(duì)照品是相同的實(shí)驗(yàn)器皿，但是MedRelieTM設(shè)備關(guān)掉。
以類(lèi)似的方式，Ncart的實(shí)驗(yàn)針對(duì)Dcart重復(fù)進(jìn)行。
例14生物電信號(hào)的體內(nèi)評(píng)估以下研究的目的是，評(píng)估本文所述的新生物信號(hào)對(duì)豬模型的很厚創(chuàng)傷的影響。
描述實(shí)驗(yàn)動(dòng)物(N＝8)是具有與人類(lèi)似的皮膚特性(高動(dòng)脈、繃緊的皮膚)的Yorkshire農(nóng)場(chǎng)豬。八(8)個(gè)一平方英寸；均勻分布的很厚創(chuàng)傷是在麻醉下產(chǎn)生于每個(gè)豬的后背。實(shí)質(zhì)上，具有始于肩部下面并向下移向脊柱基底的四排兩處創(chuàng)傷。所有動(dòng)物接收適當(dāng)?shù)臏p輕疼痛后手術(shù)。所有創(chuàng)傷用水凝膠填充并且用Tegaderm敷料覆蓋。施加額外的保護(hù)材料，以便保護(hù)創(chuàng)傷并保持創(chuàng)傷干凈。每天更換創(chuàng)傷敷料。小心照料，以確保溫和清理創(chuàng)傷，從而提供合適的臨床護(hù)理，還使愈合的創(chuàng)傷部位裂開(kāi)最小。
創(chuàng)傷(每個(gè)動(dòng)物8處)的位置使得方形創(chuàng)傷之間的中心線(xiàn)從頂部到底部大約為5英寸，從一側(cè)到另一側(cè)大約為4英寸。為了確保創(chuàng)傷部位均勻，制造模板。
研究的終點(diǎn)是10和21天。在死亡終點(diǎn)，完全通過(guò)每個(gè)創(chuàng)傷制作的兩個(gè)大的切除組織樣品收集起來(lái)用于組織處理。對(duì)于動(dòng)物，在10天進(jìn)行這些組織收割是不安全的，隨后在額外的11天使動(dòng)物存活；因此，在第1天產(chǎn)生四處原始的很厚創(chuàng)傷，并且在第11天將產(chǎn)生四處創(chuàng)傷。從而動(dòng)物在21天被處死，并包含持續(xù)10和21天的創(chuàng)傷修復(fù)。對(duì)這些組織樣品實(shí)施幾個(gè)組織形態(tài)和免疫染色試驗(yàn)。
在創(chuàng)傷產(chǎn)生直到死亡時(shí)間的每個(gè)第二天，對(duì)每個(gè)動(dòng)物具有如下評(píng)價(jià)雙盲評(píng)價(jià)人在1-4的創(chuàng)傷愈合量程上進(jìn)行打分、對(duì)創(chuàng)傷進(jìn)行照相并評(píng)價(jià)激光多普勒灌注。激光研究包括圍繞每處創(chuàng)傷并利用Moor設(shè)備的一組測(cè)試點(diǎn)。
自粘式、柔性導(dǎo)電電極的放置是這樣的使每個(gè)電極對(duì)刺激每排上的兩個(gè)創(chuàng)傷(從頂部到底部)。通過(guò)使電極中心線(xiàn)位于一排上的每個(gè)電極之外大約兩英寸的地方，而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在電極之間流動(dòng)的電流同時(shí)刺激創(chuàng)傷。電極僅放在每個(gè)豬上，同時(shí)這些電極每天兩次處于保險(xiǎn)懸?guī)е小?br> 設(shè)計(jì)(這次可以變?yōu)閮蓚€(gè)TXs)有三個(gè)能夠研究的治療(TXs)。每個(gè)TX施加到兩個(gè)豬的八處創(chuàng)傷上。因此，每個(gè)TX有16個(gè)創(chuàng)傷部位。這些樣品中的八(8)個(gè)來(lái)自處死時(shí)間10天的豬，8個(gè)來(lái)自處死時(shí)間21天的豬。此外，兩個(gè)對(duì)照豬每個(gè)同樣具有8個(gè)創(chuàng)傷部位，每個(gè)豬上都有失活的電極。
每天通電(或控制)兩次(BID)。采用以下的設(shè)備設(shè)置和持續(xù)時(shí)間TX1＝每個(gè)治療強(qiáng)度設(shè)定低(≈5-9mv/cm)-持續(xù)15分鐘TX2＝每個(gè)治療強(qiáng)度設(shè)定低(≈5-9mv/cm)-持續(xù)60分鐘TX3＝每個(gè)治療強(qiáng)度設(shè)定低加上電阻器(≈1-3mv/cm)-持續(xù)15分鐘在創(chuàng)傷的外科生成過(guò)程中，將兩個(gè)試驗(yàn)電極放在一排的兩個(gè)創(chuàng)傷的外部，從而可測(cè)量傳遞電流(mv/cm)。這樣確信，所傳遞的治療生物電流參與了。在愈合過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)行進(jìn)一步的電流測(cè)試，因?yàn)殡娏骺赡苤袛啻诉^(guò)程。
例15新骨折的愈合以下研究的目的是，評(píng)估本文所述的新生物信號(hào)對(duì)兔模型的橈骨中軸缺陷的影響。
描述在兔中，尺骨具有類(lèi)似于或大于橈骨的直徑。而且，這些骨是通過(guò)堅(jiān)韌的骨間膜橋接的。因此，橈骨中的1cm縫隙不會(huì)導(dǎo)致機(jī)械不穩(wěn)定性。兔能夠承擔(dān)兩面過(guò)程(一面治療，一面做對(duì)照側(cè))并茁壯成長(zhǎng)。橈骨中的1cm縫隙將在大約6-8周后自然愈合，從而開(kāi)始表示愈合的征兆。
麻醉的實(shí)驗(yàn)兔(N＝20)具有暴露的橈骨以及用振蕩骨鋸產(chǎn)生的1cm縫隙。創(chuàng)傷部位閉合，并且軟組織就地縫合。提供適當(dāng)?shù)奶弁此幬铩?br> 自粘式、柔性導(dǎo)電電極在直徑上相反地放置到創(chuàng)傷部位，以便橫貫骨直徑使一個(gè)電極在前，一個(gè)電極在后。在一周基礎(chǔ)上，做X-線(xiàn)，以觀察愈合的一般速率。處死時(shí)，每個(gè)前肢通過(guò)Faxitron成像和生物機(jī)械試驗(yàn)來(lái)評(píng)估在扭轉(zhuǎn)中失靈。在操作后的研究期間，將電極一天兩次放置在兩個(gè)前肢上。使兔子置于小兔子的約束中并且每次不麻醉。
我們預(yù)見(jiàn)，在手術(shù)后的4-6周，顯著的骨折愈合可存在于被治療的動(dòng)物中。有兩種所研究的治療(TXs)。對(duì)于每種TX，如果6個(gè)或更多活潑的被治療動(dòng)物顯示顯著的骨橋接和胼胝形成，則TX提前到4或5周停止。在任一事件中，TXs中的動(dòng)物都在最后的6周處死。
設(shè)計(jì)有兩個(gè)能夠研究的治療(TXs)。由于雙面過(guò)程每個(gè)兔作為自己的對(duì)照物。每個(gè)TX施加到十(10)個(gè)兔上。
每天通電(或控制)兩次(BID)。采用以下的設(shè)備設(shè)置和持續(xù)時(shí)間TX1＝每個(gè)治療強(qiáng)度設(shè)定低加上電阻器(≈4-10mv/cm)并持續(xù)30分鐘TX2＝每個(gè)治療強(qiáng)度設(shè)定低加上電阻器(≈4-10mv/cm)并持續(xù)120分鐘一天兩次，將動(dòng)物從家用籠子中取出并放在柔軟的限制裝置中。將前肢拉過(guò)限制器的洞并放置電極。被治療的肢體接收大約30分鐘或120分鐘的刺激。對(duì)照肢體具有類(lèi)似的放置到皮膚上的電極，但是沒(méi)有進(jìn)行刺激。在刺激過(guò)程中，動(dòng)物被持續(xù)限制高達(dá)120分鐘。這被認(rèn)為是將動(dòng)物暴露于刺激中的最小侵入方法。
例16Med RrliefTM刺激器在豬的創(chuàng)傷愈合模型中的評(píng)估目的此研究的目的是，評(píng)估試驗(yàn)設(shè)備對(duì)豬的創(chuàng)傷愈合的效果。
此研究包括使用從Bailey Terra Nova，Schoolcraft，Michigan獲得的Landrace-Duroc雜種(農(nóng)場(chǎng)豬)。試驗(yàn)動(dòng)物在活著時(shí)至少有10周大，并且研究開(kāi)始時(shí)重量約25-35kg。為此研究所選擇的動(dòng)物在年齡上是一樣的，重量也盡可能地一致。在實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)以選擇合適的動(dòng)物指派給此研究之后，利用簡(jiǎn)單的隨機(jī)法將動(dòng)物隨機(jī)分成幾個(gè)治療組。
研究設(shè)計(jì)

a在所示的期間，電極每天兩次橫向放置到每組的兩處創(chuàng)傷上。電極與試驗(yàn)設(shè)備相連，并且設(shè)備如下設(shè)定方式-脈沖，調(diào)制-高，強(qiáng)度-低。此設(shè)定傳遞5-9mV/cm之間的脈沖刺激。以類(lèi)似方式建立第4組的動(dòng)物，只是導(dǎo)線(xiàn)具有被設(shè)計(jì)將強(qiáng)度水平減小到1-3mV/cm的嵌入式電阻器。
b動(dòng)物在第0天和第11天接受外科手術(shù)，以評(píng)估由試驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)生的刺激對(duì)創(chuàng)傷愈合的急性發(fā)炎階段以及更長(zhǎng)的重新修復(fù)階段的效果。在第0天和第11天，在每個(gè)動(dòng)物的后背上產(chǎn)生4處創(chuàng)傷。為了用試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行刺激，使創(chuàng)傷橫向配對(duì)。
c幾組成對(duì)的部位在每個(gè)治療組內(nèi)是隨機(jī)化的。治療部位圖是針對(duì)每個(gè)動(dòng)物產(chǎn)生的并包括在研究數(shù)據(jù)中。
動(dòng)物的準(zhǔn)備手術(shù)前過(guò)程動(dòng)物在手術(shù)前一天禁食過(guò)夜。在手術(shù)那一天，用表1中所列的藥物誘導(dǎo)一般的麻醉。Telazol或氯胺酮/甲苯噻嗪雞尾酒可用來(lái)誘導(dǎo)麻醉，所用的鎮(zhèn)靜劑是注冊(cè)過(guò)的。利用異氟烷的半封閉回路維持麻醉。用通風(fēng)設(shè)備獲得輔助通風(fēng)。
手術(shù)過(guò)程在第0天，通過(guò)夾緊毛發(fā)并用碘酒清潔該部位或者用70％的異丙醇擦洗、再用碘酒溶液涂抹，來(lái)制備背部右側(cè)上的手術(shù)部位。在手術(shù)中經(jīng)由導(dǎo)管灌輸Lactated Ringer’s溶液。
在創(chuàng)傷產(chǎn)生之前，標(biāo)記切口部位，以便使每對(duì)創(chuàng)傷與脊骨具有大約相同的距離，并且每處創(chuàng)傷的中線(xiàn)距離其配對(duì)約10cm，距離下一組治療部位12-14cm。創(chuàng)傷被切成方形，每側(cè)約2.5cm長(zhǎng)。切口非常厚并且方形中心的組織被去除。創(chuàng)傷沒(méi)有封閉，但是用導(dǎo)電水凝膠填充著并用Tegaderm紗布覆蓋，每天檢查感染的征兆。水凝膠是一種有助于促進(jìn)愈合、保護(hù)創(chuàng)傷以及用作刺激傳導(dǎo)劑的產(chǎn)品。
手術(shù)后，動(dòng)物在麻醉復(fù)原過(guò)程中緊密監(jiān)測(cè)生理干擾，包括心臟血管/呼吸抑制、體溫降低和手術(shù)/注射部位的過(guò)度流血。按需提供補(bǔ)充熱量。在動(dòng)物恢復(fù)吞咽反射之后，除去氣管內(nèi)的管。動(dòng)物然后返回到研究室，在此處繼續(xù)手術(shù)后監(jiān)測(cè)。長(zhǎng)期的手術(shù)后監(jiān)測(cè)包括手術(shù)部位的記分、每天更換創(chuàng)傷敷料以及在研究期間施用頭孢菌素(500mgBIDPO)。
試驗(yàn)設(shè)備的植入給藥途徑試驗(yàn)設(shè)備的電極橫向放置到每組成對(duì)的創(chuàng)傷處。42天中一天兩次地放置電極并刺激治療部位。
刺激電平和持續(xù)時(shí)間第1組-約30分鐘的低強(qiáng)度(4-10mV/cm)第2組-約60分鐘的低強(qiáng)度(4-10mV/cm)刺激的施用一天兩次，將動(dòng)物從家用籠子中取出并放在吊索限制裝置中。電極橫向放置到每對(duì)創(chuàng)傷處并經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)固定到試驗(yàn)設(shè)備上。使試驗(yàn)設(shè)備激活所需的時(shí)間，動(dòng)物可以按需用Telazol鎮(zhèn)靜。在刺激過(guò)程中。動(dòng)物連續(xù)受限高達(dá)60分鐘。這被認(rèn)為是用于將動(dòng)物暴露于刺激中的非侵入方法。
評(píng)估的參數(shù)包括白細(xì)胞計(jì)數(shù)(總數(shù)和分類(lèi))、紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、血紅蛋白、血球容積、平均血球血紅蛋白、平均血球容積、平均血球血紅蛋白濃度(計(jì)算的)、絕對(duì)和百分網(wǎng)織細(xì)胞、血小板計(jì)數(shù)、凝血酶原時(shí)間以及激活的部分促凝血酶原激酶時(shí)間。評(píng)估的附加參數(shù)包括堿性磷酸酶、總膽紅素(如果總膽紅素超過(guò)1mg/dL，就計(jì)算直接膽紅素)、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶、γ谷氨酰轉(zhuǎn)移酶、山梨糖醇脫氫酶、尿素氮、肌氨酸酐、總蛋白質(zhì)、白蛋白、球蛋白和A/G(白蛋白/球蛋白)比例(計(jì)算的)、葡萄糖、總膽固醇、電解質(zhì)(鈉、鉀、氯)、鈣和磷。
例17用于評(píng)估兔關(guān)節(jié)炎模型中的生物電刺激的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)本研究包括考察基本上諸如圖6所述的新脈沖群電信號(hào)治療關(guān)節(jié)炎的兔模型中的腫脹、功能紊亂和疼痛的效果。
利用Coderre TJ，和Wall PD.(Ankle joint arthritis in ratsan alternative animal model of arthritis to that produced byFreund’s adjuvant.Pain 1987；28379-393attached)所述的方法，誘發(fā)兔的一個(gè)踝關(guān)節(jié)形成關(guān)節(jié)炎。將動(dòng)物放在塑料盒中并用異氟烷麻醉(用4MAC開(kāi)始其作用，用1.25MAC維持；MAC＝避免兔直接響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)有害刺激的最小肺泡濃度)。
在兔麻醉的時(shí)候，將尿酸鹽結(jié)晶注入兔脛跗關(guān)節(jié)的中側(cè)。將動(dòng)物從盒中取出，并通過(guò)經(jīng)鼻圓錐在氧中施用異氟烷，而保持麻醉。在一個(gè)后肢背側(cè)的踝上形成小切口，并且針剛好刺穿中間到達(dá)脛腓骨前部的筋腱。0.05ml、1.5mg的尿酸鈉通過(guò)21規(guī)格針以針尖傾斜到45度進(jìn)行注射。注射后，用單縫合閉合皮膚。此后，在整個(gè)研究期間，一天兩次、每次2小時(shí)地麻醉動(dòng)物。削刮兩個(gè)后腿。然后測(cè)量每個(gè)腿上的踝四周。測(cè)量后，將自粘式電極放在用尿酸鹽注射的踝上和被注射的臀上。在一半兔中，在被注射側(cè)的電極之間，以用于使人敏感的閾下強(qiáng)度施加脈沖群電信號(hào)，從而產(chǎn)生約10微安培RMS/平方厘米的電流密度。在刺激之后，去除電極，清洗腿，以除去任何電極殘留物，并重復(fù)測(cè)量。然后使兔從麻醉中復(fù)原并返回到籠子中，直到下一個(gè)刺激開(kāi)始為止。在第一刺激開(kāi)始之前(尿酸鹽注射之后6小時(shí))立即采取附加測(cè)量(參見(jiàn)下面)，隨后在尿酸鹽注射之后的24、48和72小時(shí)進(jìn)行測(cè)量。
利用Coderre和Wall技術(shù)測(cè)量以下參數(shù)站立爪壓力行走爪壓力身體重量腳的縮回(50℃水)腳的操縱放置反射踝直徑踝的X光照片自發(fā)行動(dòng)(1)站立爪壓力將兔從其家用組籠子中取出，并放置在12”×12”×9”的樹(shù)脂玻璃盒中，并觀察標(biāo)準(zhǔn)的5分鐘時(shí)間段。在盒下面，將鏡子呈45度角設(shè)置，以便清楚地觀察兔子的腳。按照以下量程對(duì)兔子愿意放在被注射肢體的后爪上的重量(爪的壓力)進(jìn)行評(píng)估和分類(lèi)0＝正常的爪壓力，爪完全放在地板上，但腳趾不展開(kāi)；2＝中度減小的爪壓力，腳卷曲，僅僅部分腳輕輕觸摸地板；3＝嚴(yán)重下降的爪壓力，腳完全升高。
(2)行走爪壓力在上述盒子中觀察兔子，以評(píng)定由于在后肢中注射尿酸鈉而產(chǎn)生的跛行或步態(tài)變化程度。分類(lèi)和它們的重量如下0＝正常步態(tài)；1＝稍稍跛行，可以看見(jiàn)被注射肢體過(guò)于彎曲；2＝中度跛行，被注射后肢的爪僅暫時(shí)觸摸地板；3＝嚴(yán)重跛行，3腿行走的步態(tài)。在此事件中，不清楚兔子落在哪兩個(gè)分類(lèi)中，給出這兩個(gè)分類(lèi)之間的分?jǐn)?shù)。
(3)身體重量在關(guān)節(jié)注射有尿酸鈉或載體，以及皮下注射有尿酸鈉或載體的兔子中，評(píng)定5天中體重的增長(zhǎng)或下降。
(4)腳的縮回(熱量)用手抓住兔子，它的鼻子在實(shí)驗(yàn)者的手腕上，后爪在實(shí)驗(yàn)者的指尖上。左右后爪在實(shí)驗(yàn)者的手指之間下降，并快速浸漬到具有保持在50℃的水的燒杯內(nèi)。計(jì)時(shí)直到兔子將爪從水中輕輕拂去，達(dá)12秒停止。腳縮回的反應(yīng)時(shí)間記分，是基于2次試驗(yàn)的平均值，試驗(yàn)之間間隔5分鐘。
(5)腳操縱再次用手抓住兔子，并且腳被實(shí)驗(yàn)者溫和地操縱。操縱包括在踝關(guān)節(jié)的正常工作范圍內(nèi)的腳的柔韌性和伸展性。響應(yīng)基于操縱時(shí)的發(fā)聲或運(yùn)動(dòng)被分成有害的或無(wú)害的。
(6)放置反射手抓的兔慢慢移向桌子，從而左或右后爪的背表面剛好觸摸桌子的邊緣。如果兔子以為了制成身體在表面上的重量而準(zhǔn)備的方式提起爪子的話(huà)，則響應(yīng)被分類(lèi)成放置反射。試驗(yàn)針對(duì)每個(gè)后爪重復(fù)5次，計(jì)分是基于5個(gè)試驗(yàn)顯示的清楚反射的數(shù)目。
(7)踝直徑利用兩點(diǎn)圓規(guī)和尺子測(cè)量左右后肢的脛腓骨-跗骨關(guān)節(jié)的直徑。用恰恰在腓骨橫向踝之下的距骨，將圓規(guī)的橫向點(diǎn)往上劃。
(8)踝的X光照片2個(gè)兔子的被治療和未治療脛腓骨-跗骨關(guān)節(jié)，在尿酸鹽注射之前以及之后的24、48和72小時(shí)，進(jìn)行X-線(xiàn)照射。X光照片用來(lái)評(píng)定軟組織腫脹的程度以及圍繞踝關(guān)節(jié)的骨密度的任何破壞或減小。
例18生物電刺激對(duì)破骨細(xì)胞的體內(nèi)分析評(píng)估效果此研究被設(shè)計(jì)成測(cè)試用提高骨特殊功效函數(shù)的生物電信號(hào)浸透破骨細(xì)胞的實(shí)用性。
人破骨細(xì)胞是從Clonetics(San Diego，CA)獲得的，并在5％的CO2中于37℃，在具有1％Pen/Strep(Gibco/BRL#15140-015)和10％FBS(Hyclone#A-1115-L)的α-MEM(Gibco/BRL#12561-023)中進(jìn)行培養(yǎng)。細(xì)胞每3-4天如下進(jìn)行傳代培養(yǎng)。用5ml已經(jīng)預(yù)熱到37℃、沒(méi)有Ca++或Mg++(BioWhittaker#10-547F)的Hanks平衡的鹽溶液清洗細(xì)胞。吸取Hanks溶液，然后在37℃，使2ml的0.001％鏈霉蛋白酶與細(xì)胞一起溫育5分鐘。用預(yù)熱的α-MEM和用來(lái)分解離細(xì)胞的吸液管，將體積增加到10ml。細(xì)胞然后被分裂成1∶10并被攜帶，以便額外生長(zhǎng)。通過(guò)按細(xì)胞系提供者所建議的，用氫化可的松21、半琥珀酸鹽和β-甘油磷酸鹽補(bǔ)充介質(zhì)，而實(shí)現(xiàn)表型(礦質(zhì)化)的誘導(dǎo)。
每2-3天更換所有培養(yǎng)物中的介質(zhì)。在7、14和21天評(píng)估培養(yǎng)物的DNA含量、堿性磷酸酶(ALP)的活性、骨鈣的分泌、鈣沉積，并利用組織學(xué)評(píng)估骨基質(zhì)的形成。
分析這個(gè)研究將4個(gè)活動(dòng)臂與對(duì)照物比較，以便在7、14和21天的時(shí)間間隔評(píng)估所培養(yǎng)的細(xì)胞→每天3次用電刺激A將人破骨細(xì)胞刺激2小時(shí)→每天3次用電刺激B將人破骨細(xì)胞刺激2小時(shí)→每天3次用電刺激A將人破骨細(xì)胞刺激30分鐘→每天3次用電刺激B將人破骨細(xì)胞刺激30分鐘→人破骨細(xì)胞對(duì)照物，沒(méi)有刺激DNA測(cè)定利用熒光比色DNA測(cè)定法測(cè)定培養(yǎng)物的細(xì)胞性。簡(jiǎn)言之，將細(xì)胞在第7、14或21天從培養(yǎng)物中取出，用雙蒸餾水H2O清洗，并在1.4mL的冷10mM EDTA(pH12.3)中勻化。勻漿物在冰浴中超聲處理10分鐘，在37℃溫育20分鐘并返回到冰浴中。加入200μl、1M的KH2PO4，以中和pH。DNA標(biāo)準(zhǔn)品是用DNA原液制備的，所述原液含有50μg/mL濃度的高聚合的小牛胸腺DNA(I型，Sigma)。使200μl的標(biāo)準(zhǔn)或勻漿樣品與1.3mL，濃度為100mM NaCl和10mM Tris緩沖溶液中的200ng/mL Hoechst33258-染料(Polysciences，Warrington，PA)混合。在熒光分光光度計(jì)上，于350nm的激發(fā)波長(zhǎng)處讀取455nm處的熒光發(fā)射。
ALP活性用商業(yè)上購(gòu)得的試劑盒(APL-10，Sigma)測(cè)定AP活性。將細(xì)胞放在含有1mL、1M Tris溶液(中性pH)的離心管中并進(jìn)行勻化。勻化物在冰浴中進(jìn)一步超聲處理10分鐘，并將20μL的每個(gè)樣品在30℃加入到由試劑盒提供的重構(gòu)試劑中。在4分鐘內(nèi)，利用HP 8452A二極管陣列分光光度計(jì)在405nm處每分鐘測(cè)定吸光度。吸光度-時(shí)間曲線(xiàn)的斜率將用來(lái)計(jì)算ALP的活性。
骨鈣的分泌利用商業(yè)上購(gòu)得的來(lái)自BTI(stoughton，MA)的夾心免疫測(cè)定(BT-480)，測(cè)定在培養(yǎng)介質(zhì)中分泌的骨鈣。BTI Mid-Tact骨鈣Elisa試劑盒是高度特異性的。它測(cè)定完整的人骨鈣和主要(1-43)片段。測(cè)定是采用兩個(gè)單克隆抗體的夾心ELISA(酶聯(lián)免疫測(cè)定法)。一個(gè)抗體(1-19)在孔中固定，第二個(gè)抗體(30-40)被生物素化。測(cè)定是高度靈敏的(0.5ng/ml)并且僅需要25微升的樣品。所有必需的試劑、96-孔試條板和完全的 小時(shí)的方案都包括在試劑盒中。
鈣沉積利用鄰甲酚肽絡(luò)合酮(Sigma Diagnostics，Procedure No.587)測(cè)定培養(yǎng)碟內(nèi)的鈣沉積。支架用蒸餾水清洗，并放置在定軌振蕩器上，以便在2mL、0.5N的醋酸存在下溫育過(guò)夜。將測(cè)定試劑盒中配備的等體積鈣結(jié)合劑(0.024％鄰甲酚肽絡(luò)合酮和0.25％8-羥基喹酮(8-hydoxyquinalone))以及鈣緩沖劑(500mmol/L的2-氨基-2-甲基-1，3丙二醇和其它不活潑的穩(wěn)定劑)混合，從而生成測(cè)定工作溶液。將300μL的工作溶液加入到96孔板上的10μL樣品中。為了產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，制備CaCl2的連續(xù)稀釋液(1-250μg/mL)。此板在室溫下溫育10分鐘，然后在575nm處讀數(shù)。來(lái)自每個(gè)支架的鈣沉積是作為mg Ca2+的等同物報(bào)告的。
組織學(xué)和四環(huán)素?zé)晒怙@微鏡法支架被浸漬固定在2％戊二醛中，在濃度上升的乙醇中脫水并迅速包埋在塑料內(nèi)，以便切成薄片。切片用Goldner三色和甲苯胺藍(lán)方法進(jìn)行染色。通過(guò)在培養(yǎng)介質(zhì)中加入四環(huán)素-HCL、使最終濃度為10μg/mL，來(lái)評(píng)估礦物沉積，并且是一種良好建立的用于評(píng)估基質(zhì)沉積的方法。四環(huán)素聚集在骨形成部位，并且在尼康E1000研究用顯微鏡上利用標(biāo)準(zhǔn)的Bioquant軟件完成形態(tài)測(cè)量評(píng)估。
概要此研究被設(shè)計(jì)成測(cè)試用提高骨特殊功效函數(shù)的生物電信號(hào)浸透破骨細(xì)胞的實(shí)用性。該研究在三個(gè)分離的時(shí)間段評(píng)估了5種狀況。研究的“快速、骯臟部分”評(píng)估堿性磷酸酶和骨鈣作為第一測(cè)定結(jié)果。第二個(gè)目的是尋找識(shí)別形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，即作為基質(zhì)礦化指數(shù)的鈣沉積和四環(huán)素的吸收。如下收集數(shù)據(jù)

每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下分別進(jìn)行兩次，每個(gè)治療臂最少6個(gè)孔。為了適應(yīng)礦化和四環(huán)素評(píng)估，將額外兩組排入日程，并實(shí)施21天，因?yàn)檫@是臨界礦化前緣(front)。在此研究中，需要15個(gè)臂×2組數(shù)據(jù)培養(yǎng)物，和5個(gè)額外組×2以進(jìn)行礦化分析。
上述實(shí)施例被認(rèn)為僅僅用來(lái)闡述本發(fā)明的原理。而且，由于對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，許多修改和改變都是容易產(chǎn)生的，因此不期望將本發(fā)明限定于所示和所述的精確構(gòu)造和操作，并且據(jù)此，所有適當(dāng)?shù)男薷暮偷韧锒伎梢圆扇?，從而落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。由此，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，顯而易見(jiàn)的是，在不脫離如所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明精髓和范圍的前提下，能夠?qū)Ρ疚乃龅膬?yōu)選實(shí)施方案做出許多改變和替換。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的電信號(hào)的裝置，所述電信號(hào)包括(a)至少四個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3、T4和其它(如果存在的話(huà))，從而接連形成重復(fù)的一級(jí)循環(huán)，所述一級(jí)循環(huán)具有一個(gè)頻率；(b)至少兩個(gè)相對(duì)短的二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等，所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔的至少一個(gè)被分成所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，并且所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔在其整個(gè)長(zhǎng)度上接連形成重復(fù)的二級(jí)循環(huán)，所述二級(jí)循環(huán)具有一個(gè)頻率，所述頻率位于200kHz以下；而至少一個(gè)其它所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔沒(méi)有被如此細(xì)分；(c)多個(gè)基本上恒定的電壓或電流電平L1、L2等；(d)在被如此細(xì)分的所述一級(jí)間隔內(nèi)的每個(gè)所述二級(jí)間隔中，或者在整個(gè)所述一級(jí)間隔中(如果該間隔沒(méi)有被如此細(xì)分的話(huà))，選擇一個(gè)所述電壓或電流電平在所述一級(jí)循環(huán)的整個(gè)過(guò)程中依次選擇的所述電平，借此形成所述電信號(hào)；以及(e)進(jìn)一步選擇一個(gè)或多個(gè)所述一級(jí)間隔(所述間隔沒(méi)有被如此細(xì)分)，作為用于在所述一級(jí)循環(huán)的任一個(gè)重復(fù)的過(guò)程中建立實(shí)質(zhì)上的電荷平衡的一個(gè)或多個(gè)均衡脈沖。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述一級(jí)和二級(jí)計(jì)時(shí)間隔的選擇以及每個(gè)間隔內(nèi)的所述電壓或電流電平的選擇，導(dǎo)致所述電信號(hào)仿效具體、定義的數(shù)學(xué)函數(shù)，所述函數(shù)具有隨時(shí)間改變的幅度。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于(a)所述任何給定一級(jí)計(jì)時(shí)間隔內(nèi)的所述電信號(hào)具有A.C.和D.C.幅度，所述的任一幅度可為零，以及(b)所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔內(nèi)的所述A.C.幅度，如果不為零的話(huà)，是由于所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔的存在導(dǎo)致的。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于(b)所述A.C.分量在至少一個(gè)所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔內(nèi)具有零幅度，以及(c)所述A.C.分量在至少一個(gè)其它所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔內(nèi)具有非零幅度。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于(a)第一所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1具有在整個(gè)過(guò)程中選擇的單個(gè)電壓或電流電平L1，從而產(chǎn)生零A.C.幅度；(b)第二所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T2被分成所述二級(jí)間隔t1、t2等，從而在一級(jí)間隔T2的整個(gè)長(zhǎng)度形成所述二級(jí)循環(huán)，所述二級(jí)循環(huán)在所述一級(jí)間隔內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)完全的重復(fù)，電平L1、L2等之一是為每個(gè)二級(jí)間隔t1、t2等選擇的，從而產(chǎn)生非零的A.C.幅度；(c)第三所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T3、第四所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T4和每個(gè)所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T5、T6等，如果存在的話(huà)，可以T1的方式包含單個(gè)恒定電壓或電流電平，或者以T2的方式被細(xì)分；(d)所述一級(jí)循環(huán)內(nèi)的每個(gè)所述二級(jí)間隔或未細(xì)分的一級(jí)間隔，具有在此間隔重現(xiàn)時(shí)總選擇的、來(lái)自L(fǎng)1、L2等中的、獨(dú)特分派的電壓或電流電平；并因此，(e)所述電信號(hào)在所述一級(jí)循環(huán)的任何兩個(gè)重復(fù)之間基本上一樣。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述基本上恒定的電壓或電流電平L1、L2等，采取位于+10.0與-10.0毫安之間的恒電流電平形式。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述一級(jí)循環(huán)包括具有以下關(guān)系的兩個(gè)最長(zhǎng)的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔TA和TB2TA≤TB≤20TA其中TB是最長(zhǎng)的一級(jí)間隔，TA第二長(zhǎng)，借此產(chǎn)生具有66％-95％的工作循環(huán)的不對(duì)稱(chēng)一級(jí)循環(huán)。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述至少四個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔中的至少兩個(gè)在長(zhǎng)度上不同，并包含在頻率上也不同的二級(jí)循環(huán)。
9.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述二級(jí)循環(huán)精確地包括具有以下關(guān)系的兩個(gè)所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1和t22tA≤tB≤20tA其中tA可以是所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔中的任一個(gè)，而tB是另一個(gè)，借此產(chǎn)生具有66％-95％的工作循環(huán)的不對(duì)稱(chēng)二級(jí)循環(huán)。
10.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述二級(jí)循環(huán)包括超過(guò)兩個(gè)的所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2、t3等。
11.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述電信號(hào)在預(yù)定時(shí)間段之后自動(dòng)切斷。
12.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，包括(a)產(chǎn)生所述多個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2等，借此形成所述重復(fù)的一級(jí)循環(huán)；(b)產(chǎn)生所述多個(gè)二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等，借此在被如此細(xì)分的所述至少一個(gè)一級(jí)循環(huán)中形成所述重復(fù)的二級(jí)循環(huán)；(c)在所述多個(gè)恒電壓或電流電平L1、L2等中，為被如此細(xì)分的所述一級(jí)間隔內(nèi)的每個(gè)所述二級(jí)間隔或者整個(gè)所述一級(jí)間隔(如果沒(méi)有被如此細(xì)分的話(huà))選擇一個(gè)恒電壓或電流電平，借此形成所述電信號(hào)；以及(d)用于將所述電信號(hào)施加到活的或非活材料中的導(dǎo)電材料。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，還包括用于從所述電信號(hào)中去除無(wú)用分量的濾波器。
14.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔或所述多個(gè)二級(jí)計(jì)時(shí)間隔的所述生成中的至少一個(gè)，包括多階定序機(jī)，所述生成借此形成所述重復(fù)的一級(jí)循環(huán)或所述重復(fù)的二級(jí)循環(huán)。
15.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述電信號(hào)是周期性的，并且其中所述一級(jí)和二級(jí)計(jì)時(shí)間隔大約具有以下大小和關(guān)系(a)50微秒(T1，T2，…)30秒(b)200微秒(T1+T2+…)120秒(c)2.55微秒(t1，t2，…)50毫秒(d)5微秒(ta+tb+…)0.5TA；以及(e)(tx，ty，…)≤2(ta+tb+…)；在此處，(T1，T2，…)、(T1+T2+…)、TA、(t1，t2，…)、(ta+tb+…)和(tx，ty，…)如說(shuō)明書(shū)中所定義的。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述裝置被構(gòu)造成產(chǎn)生四個(gè)所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3和T4、多個(gè)所述二級(jí)間隔t1、t2等、以及三個(gè)所述電壓或電流電平L1、L2和L3，從而(a)L1基本上為零；(b)L2和L3具有基本上相等的幅度但相反的極性；(c)T1耗費(fèi)在恒定的L1處；以及(d)T2、T3和T4都包含二級(jí)計(jì)時(shí)間隔。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于(a)T1是所述一級(jí)間隔T1、T2、T3和T4中最短的；(b)T2和T4在長(zhǎng)度上大致相等；(c)T3比T2或T4長(zhǎng)；以及(d)由T2和T4內(nèi)的所述二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)產(chǎn)生的A.C.幅度，減小到由T3內(nèi)的所述二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)產(chǎn)生的A.C.幅度之下。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于(a)所述一級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)的重復(fù)率可以橫貫1Hz-500Hz的一部分范圍連續(xù)或逐步改變，以便適合所需的應(yīng)用；以及(b)T2、T3和T4內(nèi)的所述二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)的重復(fù)率基本上相等并位于1000hz-200Khz之間的范圍內(nèi)。
19.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，通過(guò)在T3中選擇在T2或T4中不使用的至少一個(gè)所述電壓或電流電平，而整個(gè)或部分獲得在T3中之下的、T2和T4中的所述信號(hào)幅度減小。
20.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，通過(guò)在T3中使用不同于在T2或T4中使用的所述二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)，而整個(gè)或部分獲得在T3中之下的、T2和T4中的所述信號(hào)幅度減小。
21.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述裝置被構(gòu)造成產(chǎn)生至少四個(gè)所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3等中的多個(gè)P、偶數(shù)目S的所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2、t3等、以及奇數(shù)目Q的所述電壓或電流電平L1、L2、L3等，從而(a)L1基本上為零；(b)剩余的所述電壓和電流電平L2和L3等形成至少一對(duì)例如LX、LY，每個(gè)所述對(duì)的成員在大小上基本相等但極性相反；(c)T1耗費(fèi)在恒定的L1處；以及(d)所有其它所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T2、T3等都包含二級(jí)循環(huán)，所有二級(jí)循環(huán)具有基本相等的重復(fù)速率；(e)最大的信號(hào)幅度存在于一級(jí)計(jì)時(shí)間隔TN中，其中N優(yōu)選等于約P/2+1；以及(f)在剩余的所述一級(jí)間隔中，所述信號(hào)幅度從T1到TN逐漸增大圍繞所述一級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)向前或向后流逝，借此近似于在TN中具有最大值、在T1中具有最小值的正弦包跡。
22.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述裝置被構(gòu)造成產(chǎn)生任何數(shù)目的所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3等、兩個(gè)所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1和t2等、以及三個(gè)所述電壓或電流電平L1、L2和L3，從而(a)L1基本上為零；(b)L2和L3具有基本上相等的幅度但相反的極性；以及(c)一級(jí)間隔被分成三個(gè)組，其中(1)每個(gè)所述組中的第一所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔例如T1、T4、T7等，耗費(fèi)在恒定的L1處；(2)每個(gè)所述組中的第二所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔例如T2、T5、T8等，包含在t1中的L2與t2中的L3之間交替的所述二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)，借此在每個(gè)這樣的偶數(shù)編號(hào)的一級(jí)間隔內(nèi)形成方波信號(hào)或矩形波信號(hào)；以及(3)每個(gè)所述組中的第三所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔例如T3、T6、T9等，耗費(fèi)在與L1不同的恒定電壓或電流處，借此形成均衡脈沖。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，在整個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)內(nèi)中的D.C.幅度的和為零，從而合成的所述電信號(hào)是電荷平衡的。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于(a)每個(gè)所述組中的所述第二一級(jí)計(jì)時(shí)間隔，包含具有非零D.C.幅度的矩形波，以及(b)每個(gè)所述組中的所述第三一級(jí)計(jì)時(shí)間隔具有相反的D.C.幅度，從而導(dǎo)致所述電信號(hào)基本上是電荷平衡的。
25.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述三個(gè)組中的至少一個(gè)組內(nèi)的所述第二和第三一級(jí)計(jì)時(shí)間隔，具有與所述三個(gè)組中的至少另一個(gè)組相反的極性。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于(a)在所述三個(gè)組中的至少一個(gè)組內(nèi)并形成均衡脈沖的至少一個(gè)所述第三一級(jí)計(jì)時(shí)間隔，短得不能完全獲得電荷平衡；以及(b)在所述三個(gè)組內(nèi)，通過(guò)至少一個(gè)所述第二一級(jí)計(jì)時(shí)間隔與至少另一個(gè)所述第二一級(jí)計(jì)時(shí)間隔之間的極性逆轉(zhuǎn)，而全部或部分獲得電荷平衡。
27.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，在所述三個(gè)組中的至少一個(gè)組內(nèi)的至少一個(gè)所述第二一級(jí)計(jì)時(shí)間隔，包含二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔的重復(fù)率不同于至少另一個(gè)所述第二一級(jí)計(jì)時(shí)間隔。
28.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，還包括開(kāi)關(guān)，由此一級(jí)計(jì)時(shí)間隔、二級(jí)計(jì)時(shí)間隔、電壓或電流電平、或這些特征的組合，可以改變，以便按照要求產(chǎn)生多個(gè)已經(jīng)描述的電信號(hào)中的任一個(gè)。
29.如權(quán)利要求68所述的裝置，其特征在于，所述選擇包括(a)如權(quán)利要求21所述的電信號(hào)；或(b)如權(quán)利要求24所述的電信號(hào)。
30.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電信號(hào)是不定期的，并且其中所述一級(jí)和二級(jí)計(jì)時(shí)間隔大約具有以下大小和關(guān)系(a)50微秒(T2，T3，…)30秒(b)200微秒(T2+T3+…)120秒(c)2.55微秒(t1，t2，…)50毫秒(d)5微秒(ta+tb+…)0.5TA；以及(e)(tx，ty，…)≤2(ta+tb+…)；在此處，T1可以任意長(zhǎng)，(T2，T3，…)、(T2+T3+…)、TA、(t1，t2，…)、(ta+tb+…)和(tx，ty，…)如說(shuō)明書(shū)中所定義的。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述裝置被構(gòu)造成產(chǎn)生任何數(shù)目P的所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3等、偶數(shù)目S的所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2、t3等、以及奇數(shù)目Q的所述電壓或電流電平L1、L2、L3等，從而(a)L1基本上為零；(b)剩余的所述電壓和電流電平L2、L3等形成至少一對(duì)例如LX、LY，每個(gè)所述對(duì)的成員在大小上基本相等但極性相反；(c)T1耗費(fèi)在恒定的L1處；(d)所有其它所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T2、T3等都包含二級(jí)循環(huán)，所有二級(jí)循環(huán)具有基本相等的重復(fù)速率；(e)最大的信號(hào)幅度存在于T2中；以及(f)在剩余的所述一級(jí)間隔中，所述信號(hào)幅度在所述整個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)中逐漸減小，借此近似于在T2中具有最大值、在TP中具有最小值的指數(shù)衰減包跡。
32.如權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于，一級(jí)計(jì)時(shí)間隔的每個(gè)反復(fù)由外部信號(hào)啟動(dòng)。
33.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述電信號(hào)通過(guò)導(dǎo)電材料施加給人或動(dòng)物體、離體組織或細(xì)胞培養(yǎng)物，以便減輕疼痛、刺激愈合、或增加細(xì)胞的代謝、增殖、分化或所需物質(zhì)的產(chǎn)生。
34.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電材料構(gòu)成直接施加到皮膚表面上的多個(gè)導(dǎo)電材料平坦主體。
35.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電材料包括至少一個(gè)施加到組織表面而不是皮膚上的導(dǎo)電材料主體。
36.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電材料包括至少一個(gè)插入或植入人或動(dòng)物體或組織內(nèi)的導(dǎo)電材料主體。
37.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電材料包括至少一個(gè)全部或部分浸漬在導(dǎo)電液體中的導(dǎo)電材料主體。
38.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電材料包括可浸漬人或動(dòng)物體或組織或其部分的導(dǎo)電液體主體。
39.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述電信號(hào)通過(guò)導(dǎo)電材料施加給人或動(dòng)物體、離體組織或細(xì)胞培養(yǎng)物、食品、飲料或其它材料，以便使可存在的所選病原有機(jī)體失活。
40.一種產(chǎn)生用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的電信號(hào)的方法，所述方法包括(a)產(chǎn)生至少四個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3、T4和其它(如果存在的話(huà))，從而接連形成重復(fù)的一級(jí)循環(huán)，所述一級(jí)循環(huán)具有一個(gè)頻率；(b)產(chǎn)生至少兩個(gè)相對(duì)短的二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等，所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔的至少一個(gè)被分成所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，并且所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔在其整個(gè)長(zhǎng)度上接連形成重復(fù)的二級(jí)循環(huán)，所述二級(jí)循環(huán)具有一個(gè)頻率，所述頻率位于200kHz以下；而至少一個(gè)其它所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔沒(méi)有被如此細(xì)分；(c)產(chǎn)生多個(gè)基本上恒定的電壓或電流電平L1、L2等；(d)在被如此細(xì)分的所述一級(jí)間隔內(nèi)的每個(gè)所述二級(jí)間隔中，或者在整個(gè)所述一級(jí)間隔中(如果該間隔沒(méi)有被如此細(xì)分的話(huà))，選擇一個(gè)所述電壓或電流電平在所述一級(jí)循環(huán)的整個(gè)過(guò)程中依次選擇的所述電平，借此形成所述電信號(hào)；以及(e)進(jìn)一步選擇一個(gè)或多個(gè)所述一級(jí)間隔(所述間隔沒(méi)有被如此細(xì)分)作為用于在所述一級(jí)循環(huán)的任一個(gè)重復(fù)過(guò)程中建立基本上的電荷平衡的一個(gè)或多個(gè)均衡脈沖。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述一級(jí)和二級(jí)計(jì)時(shí)間隔的選擇以及每個(gè)間隔內(nèi)的所述電壓或電流電平的選擇，導(dǎo)致所述電信號(hào)仿效具體、定義的數(shù)學(xué)函數(shù)，所述函數(shù)具有隨時(shí)間改變的幅度。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于(a)所述任何給定一級(jí)計(jì)時(shí)間隔內(nèi)的所述電信號(hào)具有A.C.和D.C.幅度，所述的任一幅度可為零，以及(b)所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔內(nèi)的所述A.C.幅度，如果不為零的話(huà)，是由于所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔的存在導(dǎo)致的。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于(b)所述A.C.分量在至少一個(gè)所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔內(nèi)具有零幅度，以及(c)所述A.C.分量在至少一個(gè)其它所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔內(nèi)具有非零幅度。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于(a)第一所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1具有在整個(gè)過(guò)程中選擇的單個(gè)電壓或電流電平L1，從而產(chǎn)生零A.C.幅度；(b)第二所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T2被分成所述二級(jí)間隔t1、t2等，從而在一級(jí)間隔T2的整個(gè)長(zhǎng)度形成所述二級(jí)循環(huán)，所述二級(jí)循環(huán)在所述一級(jí)間隔內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)完全的重復(fù)，電平L1、L2等之一是為每個(gè)二級(jí)間隔t1、t2等選擇的，從而產(chǎn)生非零的A.C.幅度；(c)第三所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T3、第四所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T4和每個(gè)所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T5、T6等，如果存在的話(huà)，可以T1的方式包含單個(gè)恒定電壓或電流電平，或者以T2的方式被細(xì)分；(d)所述一級(jí)循環(huán)內(nèi)的每個(gè)所述二級(jí)間隔或未細(xì)分的一級(jí)間隔，具有在此間隔重現(xiàn)時(shí)總選擇的、來(lái)自L(fǎng)1、L2等中的、獨(dú)特分派的電壓或電流電平；并因此，(e)所述電信號(hào)在所述一級(jí)循環(huán)的任何兩個(gè)重復(fù)之間基本上一樣。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，所述基本上恒定的電壓或電流電平L1、L2等，采取位于+10.0與-10.0毫安之間的恒電流電平形式。
46.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述一級(jí)循環(huán)包括具有以下關(guān)系的兩個(gè)最長(zhǎng)的一級(jí)計(jì)時(shí)間隔TA和TB2TA≤TB≤20TA其中TB是最長(zhǎng)的一級(jí)間隔，TA第二長(zhǎng)，借此產(chǎn)生具有66％-95％的工作循環(huán)的不對(duì)稱(chēng)一級(jí)循環(huán)。
47.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少四個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔中的至少兩個(gè)在長(zhǎng)度上不同，并包含在頻率上也不同的二級(jí)循環(huán)。
48.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，所述二級(jí)循環(huán)精確地包括具有以下關(guān)系的兩個(gè)所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1和t22tA≤tB≤20tA其中tA可以是所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔中的任一個(gè)，而tB是另一個(gè)，借此產(chǎn)生具有66％-95％的工作循環(huán)的不對(duì)稱(chēng)二級(jí)循環(huán)。
49.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，所述電信號(hào)在預(yù)定時(shí)間段之后自動(dòng)切斷。
50.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，還包括過(guò)濾所述電信號(hào)，以除去無(wú)用的分量。
51.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，多階定序機(jī)用來(lái)有助于產(chǎn)生所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2等，從而形成所述重復(fù)的一級(jí)循環(huán)。
52.如權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，所述多階定序機(jī)的輸出確定所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔的相對(duì)長(zhǎng)度。
53.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，多階定序機(jī)用來(lái)有助于產(chǎn)生所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2等，從而形成所述重復(fù)的二級(jí)循環(huán)。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述多階定序機(jī)的輸出確定所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔的相對(duì)長(zhǎng)度。
55.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述電信號(hào)是周期性的，并且其中所述一級(jí)和二級(jí)計(jì)時(shí)間隔大約具有以下大小和關(guān)系(a)50微秒(T1，T2，…)30秒(b)200微秒(T1+T2+…)120秒(c)2.5微秒(t1，t2，…)50毫秒(d)5微秒(ta+tb+…)0.5TA；以及(e)(tx，ty，…)≤2(ta+tb+…)；在此處，(T1，T2，…)、(T1+T2+…)、TA、(t1，t2，…)、(ta+tb+…)和(tx，ty，…)如說(shuō)明書(shū)中所定義的。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生四個(gè)所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3和T4、多個(gè)所述二級(jí)間隔t1、t2等、以及三個(gè)所述電壓或電流電平L1、L2和L3，從而(a)L1基本上為零；(b)L2和L3具有基本上相等的大小但相反的極性；(c)T1耗費(fèi)在恒定的L1處；以及(d)T2、T3和T4都包含二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于(a)T1是所述一級(jí)間隔T1、T2、T3和T4中最短的；(b)T2和T4在長(zhǎng)度上大致相等；(c)T3比T2或T4長(zhǎng)；以及(d)由T2和T4內(nèi)的所述二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)產(chǎn)生的A.C.幅度，減小到由T3內(nèi)的所述二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)產(chǎn)生的A.C.幅度之下。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于(a)所述一級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)的重復(fù)率可以橫貫1Hz-500Hz的一部分范圍連續(xù)或逐步改變，以便適合所需的應(yīng)用；以及(b)T2、T3和T4內(nèi)的所述二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)的重復(fù)率基本上相等并位于約1000hz-200Khz之間的范圍內(nèi)。
59.如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，通過(guò)在T3中選擇在T2或T4中不使用的至少一個(gè)所述電壓或電流電平，而整個(gè)或部分獲得在T3中之下的、T2和T4中的所述信號(hào)幅度減小。
60.如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，通過(guò)在T3中使用不同于在T2或T4中使用的所述二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)，而整個(gè)或部分獲得在T3中之下的、T2和T4中的所述信號(hào)幅度減小。
61.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生至少四個(gè)所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3等中的多個(gè)P、偶數(shù)目S的所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2、t3等、以及奇數(shù)目Q的所述電壓或電流電平L1、L2、L3等，從而(a)L1基本上為零；(b)剩余的所述電壓和電流電平L2、L3等形成至少一對(duì)例如LX、LY，每個(gè)所述對(duì)的成員在大小上基本相等但極性相反；(c)T1耗費(fèi)在恒定的L1處；以及(d)所有其它所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T2、T3等都包含二級(jí)循環(huán)，所有二級(jí)循環(huán)具有基本相等的重復(fù)速率；(e)最大的信號(hào)幅度存在于一級(jí)計(jì)時(shí)間隔TN中，其中N優(yōu)選等于約P/2+1；以及(f)在剩余的所述一級(jí)間隔中，所述信號(hào)幅度從T1到TN逐漸增大圍繞所述一級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)向前或向后流逝，借此近似于在TN中具有最大值、在T1中具有最小值的正弦包跡。
62.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生任何數(shù)目的所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3等、兩個(gè)所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1和t2、以及三個(gè)所述電壓或電流電平L1、L2和L3，從而(a)L1基本上為零；(b)L2和L3具有基本上相等的大小但相反的極性；以及(c)一級(jí)間隔被分成三個(gè)組，其中(1)每個(gè)所述組中的第一所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔例如T1、T4、T7等，耗費(fèi)在恒定的L1處；(2)每個(gè)所述組中的第二所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔例如T2、T5、T8等，包含在t1中的L2與t2中的L3之間交替的所述二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)，借此在每個(gè)這樣的所述偶數(shù)編號(hào)的一級(jí)間隔內(nèi)形成方波信號(hào)或矩形波信號(hào)；以及(3)每個(gè)所述組中的第三所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔例如T3、T6、T9等，耗費(fèi)在與L1不同的恒定電壓或電流處，借此形成均衡脈沖。
63.如權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，在整個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)中的D.C.幅度的和為零，從而合成的所述電信號(hào)是電荷平衡的。
64.如權(quán)利要求63所述的方法，其特征在于(a)每個(gè)所述組中的所述第二一級(jí)計(jì)時(shí)間隔，包含具有非零D.C.幅度的矩形波，以及(b)每個(gè)所述組中的所述第三一級(jí)計(jì)時(shí)間隔具有相反的D.C.幅度，從而導(dǎo)致所述電信號(hào)基本上是電荷平衡的。
65.如權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，所述三個(gè)組中的至少一個(gè)組內(nèi)的所述第二和第三一級(jí)計(jì)時(shí)間隔，具有與所述三個(gè)組中的至少另一個(gè)組相反的極性。
66.如權(quán)利要求66所述的方法，其特征在于(a)在所述三個(gè)組中的至少一個(gè)組內(nèi)并形成均衡脈沖的至少一個(gè)所述第三一級(jí)計(jì)時(shí)間隔，短得不能完全獲得電荷平衡；以及(b)在所述三個(gè)組內(nèi)，通過(guò)至少一個(gè)所述第二一級(jí)計(jì)時(shí)間隔與至少另一個(gè)所述第二一級(jí)計(jì)時(shí)間隔之間的極性逆轉(zhuǎn)，而全部或部分獲得電荷平衡。
67.如權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，在所述三個(gè)組中的至少一個(gè)組內(nèi)的至少一個(gè)所述第二一級(jí)計(jì)時(shí)間隔，包含二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)，所述二級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)的重復(fù)率不同于至少另一個(gè)所述第二一級(jí)計(jì)時(shí)間隔。
68.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，還包括選擇包括一級(jí)計(jì)時(shí)間隔、二級(jí)計(jì)時(shí)間隔、電壓或電流電平、或這些特征的組合的多個(gè)組之一，以便按照要求產(chǎn)生多個(gè)已經(jīng)描述的電信號(hào)中的任一個(gè)。
69.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于，所述選擇包括(a)如權(quán)利要求62所述的電信號(hào)；以及(b)如權(quán)利要求64所述的電信號(hào)。
70.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述電信號(hào)是不定期的，并且其中所述一級(jí)和二級(jí)計(jì)時(shí)間隔大約具有以下大小和關(guān)系(a)50微秒(T2，T3，…)30秒(b)200微秒(T2+T3+…)120秒(c)2.5微秒(t1，t2，…)50毫秒(d)5微秒(ta+tb+…)0.5TA；以及(e)(tx，ty，…)≤2(ta+tb+…)；在此處，T1可以任意長(zhǎng)，(T2，T3，…)、(T2+T3+…)、TA、(t1，t2，…)、(ta+tb+…)和(tx，ty，…)如說(shuō)明書(shū)中所定義的。
71.如權(quán)利要求70所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生任何數(shù)目P的所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T1、T2、T3等、偶數(shù)目S的所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔t1、t2、t3等、以及奇數(shù)目Q的所述電壓或電流電平L1、L2、L3等，從而(a)L1基本上為零；(b)剩余的所述電壓和電流電平L2、L3等形成至少一對(duì)例如LX、LY，每個(gè)所述對(duì)的成員在大小上相等但極性相反；(c)T1耗費(fèi)在恒定的L1處；(d)所有其它所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔T2、T3等都包含二級(jí)循環(huán)，所有二級(jí)循環(huán)具有基本相等的重復(fù)速率；(e)最大的信號(hào)幅度存在于T2中；以及(f)在剩余的所述一級(jí)間隔中，所述信號(hào)幅度在所述整個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)循環(huán)中逐漸減小，借此近似于在T2中具有最大值、在TP中具有最小值的指數(shù)衰減包跡。
72.如權(quán)利要求71所述的方法，其特征在于，一級(jí)計(jì)時(shí)間隔的每個(gè)反復(fù)由外部信號(hào)啟動(dòng)。
73.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述電信號(hào)通過(guò)導(dǎo)電材料施加給人或動(dòng)物體、離體組織或細(xì)胞培養(yǎng)物，以便減輕疼痛、刺激愈合、或增加細(xì)胞的代謝、增殖、分化或所需物質(zhì)的產(chǎn)生。
74.如權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料構(gòu)成直接施加到皮膚表面上的多個(gè)導(dǎo)電材料平坦主體。
75.如權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料包括至少一個(gè)施加到組織表面而不是皮膚上的導(dǎo)電材料主體。
76.如權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料包括至少一個(gè)插入或植入人或動(dòng)物體或組織內(nèi)的導(dǎo)電材料主體。
77.如權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料包括至少一個(gè)全部或部分浸漬在導(dǎo)電液體中的導(dǎo)電材料主體。
78.如權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料包括可浸漬人或動(dòng)物體或組織或其部分的導(dǎo)電液體主體。
79.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述電信號(hào)通過(guò)導(dǎo)電材料施加給人或動(dòng)物體、離體組織或細(xì)胞培養(yǎng)物、食品、飲料或其它材料，以便使可存在的所選病原有機(jī)體失活。
80.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所產(chǎn)生的電信號(hào)基本上是圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12或圖15所示的電信號(hào)。
81.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所產(chǎn)生的電信號(hào)基本上是圖6所示的電信號(hào)。
82.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所產(chǎn)生的電信號(hào)基本上是圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12或圖15所示的電信號(hào)。
83.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所產(chǎn)生的電信號(hào)基本上是圖6所示的電信號(hào)。
84.一種用于產(chǎn)生電信號(hào)的設(shè)備，包括用于產(chǎn)生一級(jí)計(jì)時(shí)間隔和二級(jí)計(jì)時(shí)間隔的裝置，至少一個(gè)一級(jí)計(jì)時(shí)間隔被分成所述二級(jí)計(jì)時(shí)間隔，所述一級(jí)計(jì)時(shí)間隔形成電荷平衡的一級(jí)循環(huán)。
85.一種能夠產(chǎn)生基本上如圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12和圖15所示的電信號(hào)的裝置。
86.如權(quán)利要求83所述的裝置，所述裝置的使用者能夠選擇將要產(chǎn)生的所述電信號(hào)之一。
全文摘要
一種產(chǎn)生用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的電信號(hào)的裝置和方法，包括兩個(gè)計(jì)時(shí)間隔發(fā)生器，每個(gè)任選地驅(qū)動(dòng)多階定序機(jī)；用于將合成的計(jì)時(shí)信號(hào)合并成復(fù)雜的電信號(hào)的模擬、數(shù)字或混合裝置；用于阻斷直流電、從而除去合成信號(hào)中的所選頻率分量和/或使電壓上升(如果需要的話(huà))的任選濾波裝置；以及用于將合成信號(hào)耦合到人或動(dòng)物體、食品、飲料或其它液體、細(xì)胞或組織培養(yǎng)物或藥物材料中以便減輕疼痛、刺激愈合或生長(zhǎng)、增強(qiáng)特定生化制品的產(chǎn)生或使所選類(lèi)型的有機(jī)體失活的導(dǎo)電裝置。
文檔編號(hào)A61N1/24GK1842356SQ200480024325
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月24日
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