ES2245113T3 - Tratamiento pemf para osteoporosis y estimulacion de crecimiento del tejido. - Google Patents
Tratamiento pemf para osteoporosis y estimulacion de crecimiento del tejido.Info
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Abstract
Un aparato (30) para proporcionar tratamiento electromagnético o estimulación de densidad mineral ósea a un paciente, que comprende: una almohadilla (32) que tiene una primera parte (36) con al menos una bobina transductora (104a) dispuesta en la misma y una segunda parte (38) con al menos una segunda bobina transductora (104b) dispuesta en la misma; una carcasa (50) adaptada para conectar un circuito eléctrico (400, 408, 410) para generar una señal de excitación eléctrica; y un cable (52a; 52b) adaptado para conectar la señal de excitación eléctrica con la primera bobina transductora y con la segunda bobina transductora para generar campos electromagnéticos respectivos que se extienden desde la almohadilla, caracterizado porque el circuito eléctrico (400, 408, 410) comprende un circuito para recuperar la energía de retorno de las bobinas transductoras (104a, 104b) y para ordenar en secuencias la corriente a través de las bobinas transductoras (104a, 104b) en una dirección positiva y en unadirección negativa.
Description
Tratamiento PEMF para osteoporosis y estimulación
de crecimiento del tejido.
En general, la presente invención se refiere a un
estimulador PEMF para tratar osteoporosis y otras enfermedades
potenciando un mayor contenido y densidad mineral ósea.
Los problemas del aparato locomotor de difícil
tratamiento incluyen fusión vertebral, fracturas desunidas (o
fracturas sin unión), artrodesis fallida, osteonecrosis, y
tendinitis resistente crónica, úlceras y ligamento de decúbito,
lesiones del tendón, osteoporosis y pie de Charcot. Los problemas de
este tipo, especialmente las fracturas, pueden tener como resultado
pérdidas de la densidad mineral ósea. Anualmente, en Estados Unidos,
1,5 millones de fracturas se deben, en particular, a la
osteoporosis, especialmente fracturas de cadera, de vértebras y de
muñeca. Un enfoque convencional para tratar fracturas de este tipo
es un tratamiento con fármacos. Este enfoque es desfavorable porque
un tratamiento de este tipo es, generalmente, caro y dura toda la
vida de un paciente. Además, un tratamiento de este tipo puede estar
relacionado con efectos secundarios que algunos pacientes pueden no
tolerar.
Los campos electromagnéticos pulsados (PEMF) son
campos magnéticos de baja energía y de tiempo variable que son
útiles para tratar problemas del aparato locomotor de este tipo.
Para el tratamiento PEMF, normalmente se coloca una bobina
transductora electromagnética en la proximidad de la fractura o
fusión, de tal manera que la pulsación del transductor
electromagnético producirá un campo aplicado que penetra en el hueso
subyacente.
Un enfoque convencional es usar una bobina
transductora plana ovalada para el tratamiento PEMF de fracturas.
Este enfoque es desfavorable porque la bobina transductora puede no
cubrir toda la zona de tratamiento y el campo aplicado tiene una
penetración limitada. Un segundo diseño de bobina para la fusión
vertebral incorporaba tanto una bobina primaria como una bobina
secundaria para proporcionar una amplia cobertura de campo dentro de
un volumen de tratamiento definido. En consecuencia, proporcionar un
tratamiento PEMF de fracturas efectivo usando un diseño de bobina
plana con amplia cobertura de campo y buena penetración de campo
exige un nuevo diseño de bobina y de circuito excitador que permita
el uso de sólo una única bobina, más compacta y de rendimiento
energético. Este diseño se describe en detalle en la patente
estadounidense 5.743.844 titulada High Efficiency Pulsed
Electromagnetic Field (PEMF) Stimulation Therapy Method and
System.
De conformidad con las enseñanzas de la presente
invención se han eliminado o reducido sustancialmente los
inconvenientes y problemas relacionados con el uso de bobinas
convencionales planas u ovaladas o la utilización tanto de un diseño
de bobina primaria como secundaria.
Un aspecto de la presente invención incluye un
estimulador de densidad mineral ósea (DMO) para pacientes con
osteoporosis. A veces se puede hacer referencia al estimulador,
correspondiente a esta forma de realización, como un estimulador
PEMF o un estimulador de osteoporosis. El estimulador genera un
campo electromagnético pulsado (PEMF) que induce voltajes y
corriente que proporcionan un tratamiento no invasivo para aumentar
la densidad mineral ósea (DMO). El campo electromagnético pulsado
que genera el estimulador de densidad mineral ósea, proporciona un
tratamiento no invasivo para la osteoporosis. Preferentemente, la
señal es de una frecuencia similar a la que transmiten los
estimuladores disponibles en el mercado, que se ha demostrado
clínicamente que afecta a la formación de los huesos. La señal
ofrece un mayor rendimiento energético que muchos de los
dispositivos PEMF actualmente en el mercado.
Un diseño de bobina plana con amplia cobertura de
campo y buena penetración de campo permite el uso de sólo una única
bobina y tiene como resultado una bobina compacta y de mayor
rendimiento energético para producir un campo electromagnético
pulsado de este tipo, como se describe en la patente estadounidense
5.743.844. El uso de un diseño de este tipo puede ser ventajoso para
tratar muchas zonas con gran riesgo de fracturas debido a la
osteoporosis. Las zonas de este tipo incluyen, entre otras, la
columna dorsal y lumbar, la cabeza femoral, el cuello y las
extremidades superiores e inferiores. Al menos dos bobinas de este
tipo se pueden disponer en una almohadilla en al menos una capa de
material elastomérico. Para algunas aplicaciones, la almohadilla
puede incluir un material polimérico que se puede deformar para
adoptar diversas configuraciones y/o proporcionar sujeción. Para
aplicaciones adicionales, se puede disponer una bobina adicional en
una almohadilla de extremidad.
El documento DE9300499U describe un dispositivo
de tratamiento electromagnético que comprende bobinas transductoras
primaria y secundaria que se pueden conectar a un circuito
excitador.
Las ventajas técnicas de la presente invención
incluyen usar el tratamiento PEMF para aumentar la densidad ósea a
un nivel que reduce sustancialmente el riesgo de fracturas en un
paciente. Por ejemplo, un tratamiento sobre un campo amplio que
abarcara todas las zonas de huesos especialmente propensas a una
fractura osteoporótica, que incluyen, entre otras, zonas tales como
la cadera, la columna vertebral y las muñecas, sería beneficioso
para aumentar la densidad y/o el contenido mineral óseo, evitando de
ese modo una fractura osteoporótica. Otra ventaja técnica incluye un
efecto sinérgico cuando el tratamiento PEMF se usa junto con un
tratamiento con fármacos. Otra ventaja técnica más incluye usar el
tratamiento PEMF para proporcionar a un paciente un único
tratamiento diario para tratar simultáneamente zonas sometidas a
fractura. Se reduce sustancialmente el coste de un tratamiento PEMF
de este tipo comparado con el coste relacionado con el tratamiento
farmacéutico de la osteoporosis. Un tratamiento PEMF de este tipo
puede proporcionar un tratamiento de sustitución adecuado para
pacientes que no se pueden tratar con fármacos. Se puede usar un
estimulador de densidad mineral ósea, que incorpora las enseñanzas
de la presente invención, para evitar fracturas de cadera, de
columna vertebral, de muñecas y/u otras fracturas.
Ventajas técnicas adicionales de la presente
invención incluyen producir una señal PEMF de rendimiento energético
con una anchura de impulso entre diez microsegundos (10 \musec) y
veinte microsegundos (20 \musec). Para algunas aplicaciones, un
estimulador de densidad mineral ósea que produce una señal PEMF con
anchuras de impulso de, aproximadamente, dieciséis microsegundos (16
\musec) tendrá muy buen rendimiento energético.
Para un entendimiento más completo de la presente
invención y de las ventajas de la misma, a continuación se hace
referencia a las siguientes descripciones breves tomadas junto con
los dibujos adjuntos y la descripción detallada, en los que números
de referencia similares representan piezas similares, en los
que:
la Figura 1A es un dibujo esquemático que
muestra una vista isométrica de un estimulador de densidad mineral
ósea, que incluye enseñanzas de la presente invención, dispuesto en
una silla para tratar a un paciente con tratamiento
electromagnético,
la Figura 1B es un dibujo esquemático que
muestra una segunda vista isométrica de un estimulador de densidad
mineral ósea, que incluye enseñanzas de la presente invención,
dispuesto en una silla para tratar a un paciente con tratamiento
electromagnético,
la Figura 1C es un dibujo esquemático que muestra
una vista isométrica de un estimulador de densidad mineral ósea, que
incluye enseñanzas de la presente invención, dispuesto dentro de una
silla para tratar a un paciente con tratamiento
electromagnético,
la Figura 2 es un dibujo esquemático en corte con
partes tomadas a todo lo largo de las líneas 2-2 de
la Figura 1A que muestra una parte de una primera bobina
transductora,
la Figura 3 es un dibujo esquemático en corte con
partes tomadas a todo lo largo de las líneas 3-3 de
la Figura 1A que muestra partes de una segunda bobina
transductora,
la Figura 4 es un dibujo esquemático de un
diagrama de bloques de un circuito electrónico y de las bobinas
transductoras adecuados para uso con el estimulador de densidad
mineral ósea que se muestra en la Figura 1,
la Figura 5 es un dibujo esquemático que muestra
una forma de onda típica generada por las bobinas transductoras que
se muestran en las Figuras 1A y 4,
la Figura 6 es un dibujo que muestra el circuito
de detección de rotura de la bobina de la Figura 4,
la Figura 7 es un dibujo que ilustra la lógica de
entrada frente a la señal proporcionada al circuito excitador del
transductor que se muestra en la Figura 4,
la Figura 8 es una tabla de parámetros de señales
de excitación que se corresponde con una forma de realización de la
presente invención según se representa con los diagramas de las
Figuras 6 y 7,
la Figura 9 es un dibujo esquemático que muestra
el volumen de tratamiento aproximado que proporciona un estimulador
de densidad mineral ósea, tal como se muestra en la Figura 1A y
las Figuras 10A, 10B y 10C son dibujos que
muestran formas de onda típicas relacionadas con un estimulador de
densidad mineral ósea que incluye enseñanzas de la presente
invención.
Las formas de realización preferentes de la
presente invención y sus ventajas se entienden mejor haciendo
referencia en más detalle a las Figuras 1A a 10C de los dibujos, en
las que números similares hacen referencia a piezas similares.
En la Figura 1A se muestra un estimulador de
densidad mineral ósea 30, que incluye enseñanzas de la presente
invención, sujeto a una silla 20. El estimulador de densidad mineral
ósea 30 produce señales eléctricas similares a los dispositivos
Spinal-Stim® Lite que ofrece Orthofix. En
funcionamiento, el estimulador de densidad mineral ósea 30 incluye
una carcasa o unidad de control 50 que envía una señal programada a
al menos dos bobinas transductoras 104s y 104b. La señal PEMF
generada por el estimulador de densidad mineral ósea 30 puede
comprender una ráfaga de mil seiscientos nueve (1609) impulsos, a
una frecuencia de repetición de una ráfaga y media (1,5) de impulsos
por segundo. Cada impulso individual comprende una parte positiva
(activación), con una anchura de cuatro microsegundos (4 \musec) y
una parte negativa (desactivación), con, aproximadamente, una
anchura de doce microsegundos (12 \musec). La amplitud de la parte
positiva es, aproximadamente, tres veces la amplitud de la parte
negativa. El estimulador de densidad mineral ósea 30 está diseñado
para proporcionar un campo magnético uniforme y densidades de flujo
máximas constantes en todo el volumen de la zona de tratamiento.
Para la forma de realización de la presente
invención, según se muestra en las Figuras 1A, 2 y 3, el estimulador
de densidad mineral ósea 30 incluye una almohadilla 32 y una carcasa
o unidad de control 50. Preferentemente, la almohadilla 32 incluye
una primera parte 36 que tiene una configuración que se corresponde
con el asiento 22 de una silla 20 y una segunda parte 38 que tiene
una configuración general que se corresponde con el respaldo 24 de
una silla 20. Para la forma de realización, según se muestra en la
Figura 1A, la almohadilla 32 puede tener una longitud aproximada de
cuarenta y cuatro pulgadas (44'') (ciento once con setenta y seis
centímetros (111,76 cm)) y una anchura de, aproximadamente,
veintiuna pulgadas (21'') (cincuenta y tres con treinta y cuatro
centímetros (53,34 cm)). La primera parte 36 se puede acoplar de
manera flexible a la segunda parte 38.
En esta forma de realización, la almohadilla 32
está sujeta, de manera extraíble, a una silla 20 por medio de tiras
flexibles 34. En otras formas de realización la almohadilla 32 se
puede sujetar, de manera extraíble, a una silla 20 mediante otros
medios adecuados (no se muestran expresamente) situados en
posiciones adecuadas de la almohadilla 32. Los medios de sujeción de
este tipo incluyen, entre otros, tiras adicionales 34, una cubierta
deslizante elástica, o tiras que se sujetan con cierres Velcro® o
anillas. Asimismo, otras formas de realización están dentro del
alcance de la invención. Por ejemplo, la almohadilla 32 es portátil
y también la puede usar un paciente en una posición más horizontal,
tal como en una silla reclinable. La almohadilla 32 también se puede
colocar en otras superficies adecuadas tales como, por ejemplo, una
mesa, una cama o un sofá. Las posiciones para tratar a pacientes
colocados con sus espaldas en ángulos que oscilan entre quince (15º)
grados, en la posición hacia adelante, y cuarenta y cinco (45º) en
la posición hacia atrás o reclinada son especialmente ventajosas
para tratar a los pacientes.
Al menos una bobina transductora, indicada con el
número 104s, está dispuesta en la primera parte o parte de asiento
36 de la almohadilla 32. Del mismo modo, al menos una bobina
transductora, indicada con el número 104b, está dispuesta en la
segunda parte o parte de respaldo 38 de la almohadilla 32.
Preferentemente, el estimulador de densidad mineral ósea 30 está
diseñado para tratar el fémur proximal, la articulación de la
cadera, la columna dorsal y lumbar de pacientes del sexo femenino,
que oscilan entre el percentil 5 y 95 de tamaño.
Asimismo, está dentro del alcance de la invención
disponer una pluralidad de bobinas transductoras 104s o 104b (no se
muestran expresamente), que son accionadas por la unidad de control
50, en cada una de la primera parte 36 y de la segunda parte 38 de
la almohadilla 32. Por ejemplo, la parte de respaldo 38 de la
almohadilla 32 puede tener una pluralidad de bobinas transductoras
104b orientadas verticalmente, para tratar la zona de la columna
vertebral. Asimismo, se pueden configurar bobinas transductoras
adicionales para tratar otras partes del cuerpo de un paciente,
tales como muñecas o tobillos u otras zonas de tejido suave para las
que es aconsejable un tratamiento de este tipo. La construcción de
la almohadilla 32 y de las bobinas transductoras 104s y 104b se
analiza en más detalle en conjunción con las Figuras 2 y 3.
La carcasa o unidad de control 50, según se usa
en esta forma de realización, se muestra apoyada sobre la mesa 26 de
la Figura 1A. Se proporciona un cable flexible 52 para conectar
eléctricamente la carcasa 50 con las bobinas transductoras 104s y
104b. Para algunas aplicaciones se puede proporcionar una
desconexión rápida 54 en el cable 52 entre la carcasa 50 y la
almohadilla 32. Asimismo, se pueden usar otros medios adecuados para
conectar electrónicamente la carcasa 50 a la almohadilla 32.
Preferentemente, la unidad de control 50 del
estimulador de densidad mineral ósea 30 envía impulsos eléctricos
programados a las bobinas transductoras 104b y 104s dispuestas en la
almohadilla 32. Las bobinas transductoras 104b y 104s, a su vez,
desarrollan un campo electromagnético pulsado. Por lo tanto, cuando
el paciente está sentado sobre la almohadilla 32, las bobinas
transductoras 104b y 104s transmiten un campo electromagnético
pulsado (PEMF) de baja energía y no invasivo a una zona o zonas de
tratamiento seleccionadas del paciente.
La configuración de las bobinas transductoras
104s y 104b junto con las señales de excitación eléctrica que
proporciona la unidad de control 50 a través del cable flexible 52
se seleccionan, preferentemente, para proporcionar un campo
magnético relativamente uniforme y densidades de flujo máximo
relativamente constantes en un volumen de tratamiento deseado. Un
ejemplo de un volumen de tratamiento se analiza en más detalle en
conjunción con la Figura 9.
Normalmente, la unidad de control 50 tendrá un
conmutador de conexión-desconexión 56 que controla
el funcionamiento de ambas bobinas transductoras 104s y 104b. Para
algunas aplicaciones, se pueden proporcionar dos conmutadores de
conexión-desconexión 56 y 58 independientes para
permitir controlar individualmente las bobinas transductoras 104s y
104b. En esta forma de realización, la unidad de control 50 también
incluye un conmutador adicional (no se muestra explícitamente) para
controlar el acceso a la información sobre el tratamiento. Para una
aplicación, la unidad de control 50 puede tener dimensiones de,
aproximadamente, tres pulgadas y media (3,5'') (ocho con ochenta y
nueve centímetros (8,89cm)) por cinco pulgadas con veinticinco
(5,25'') (trece con treinta y tres centímetros (13,33 cm)) por una
pulgada (1'') (dos con cincuenta y cuatro centímetros (2,54
cm)).
Asimismo, se puede proporcionar una serie de
luces indicadoras 60 en la unidad de control 50 para indicar el
estado de funcionamiento, tal como cuándo el tratamiento se está
llevando a cabo, cuándo se ha finalizado el tratamiento, si una
fuente de alimentación de batería es baja. Las luces indicadoras 60
pueden comprender diodos emisores de luz (LED) que se pueden ver
fácilmente con la luz normal de una habitación, desde una distancia
de, aproximadamente, tres (3') pies. En esta forma de realización,
la unidad de control 50 incluye LED's codificados por colores, cuyas
funciones se describen a continuación y en conjunción con la Tabla
I. Otras formas de realización pueden incluir un transductor de
audio para proporcionar una función de alarma audible, además de las
luces indicadoras 60 o en lugar de éstas. Para algunas aplicaciones
se puede definir un zumbador o pitido acústico como un segundo de
sonido seguido de un segundo de silencio.
Para algunas aplicaciones, la unidad de control
50 contendrá una única batería de litio de nueve (9) voltios
desechable (no se muestra expresamente). La batería está dispuesta
dentro de la unidad de control 50 y se puede acceder a la misma a
través de una puerta (no se muestra explícitamente) para
sustituirla. La unidad de control 50 se puede poner en marcha con
cualquier batería adecuada u otra fuente de alimentación
estándar.
Preferentemente, la unidad de control 50 es capaz
de funcionar para detectar si la batería está baja. Mientras la
unidad está conectada, si se detecta un estado de batería baja, se
interrumpe el tratamiento y el LED rojo destellará para indicar que
es necesario sustituir la batería. Del mismo modo, cuando la unidad
está conectada, si el voltaje de la batería cae por debajo de un
límite de apagado de la batería, la unidad de control 50 se
desconectará automáticamente.
En funcionamiento, para comenzar el tratamiento,
un paciente puede pulsar el conmutador de
conexión-desconexión 56 una vez. El LED verde
destellará durante un tratamiento normal, que en esta forma de
realización dura entre dos y ocho horas. Con frecuencia, es
especialmente favorable para el paciente usar el estimulador de
densidad mineral ósea 30 durante un tiempo de tratamiento continuado
de cuatro horas. Para finalizar el tratamiento antes de la
desconexión automática del dispositivo, el paciente puede pulsar
nuevamente el conmutador de conexión-desconexión
56.
La Tabla I muestra las indicaciones visuales y
acústicas correspondientes a una forma de realización de la
invención. Por ejemplo, cuando se activa una indicación de alarma de
LED intermitente, el LED destella a una velocidad de,
aproximadamente, una vez por segundo. Un LED verde destellando
continuamente a, aproximadamente, una vez por segundo indica que se
está llevando a cabo un tratamiento normal.
En funcionamiento, preferentemente, el
estimulador de densidad mineral ósea 30 proporcionará una cantidad
programada de tratamiento diario. La unidad de control 50 es capaz
de funcionar para desconectarse al final de la cantidad programada
de tratamiento en un día. Antes de desconectarse, preferentemente,
la unidad de control 50 pitará durante cinco segundos y el LED
amarillo destellará cinco veces. Una alarma audible continua y un
LED rojo fijo avisarán al paciente en caso de que se produzca un
defecto de campo mientras se está llevando a cabo el tratamiento
(véase la Tabla I). El sistema de circuitos de detección de defectos
de campo se analizará en más detalle en conjunción con las Figuras 4
y 6.
| Estimulador de densidad mineral ósea: indicadores visuales y acústicos | |
| Modo paciente | |
| Indicación | Significado |
| \begin{minipage}[t]{70mm}Todos los LED y alarma audible continua durante \sim3 segundos\end{minipage} | Prueba automática de encendido (POST) |
| LED amarillo fijo y alarma audible continua | Error de la prueba automática de encendido |
| LED verde intermitente | Tratamiento normal llevándose a cabo |
| Pitido durante 5 segundos y LED verde apagado | Tiempo de tratamiento finalizado |
| LED amarillo intermitente | Tratamiento para el día finalizado |
| LED rojo intermitente y alarma audible continua | Sustitución de batería necesaria |
| LED rojo fijo y alarma audible continua | Reparación necesaria/Defecto de campo |
| Estimulador de densidad mineral ósea: indicadores visuales y acústicos | |
| Modo de gestión de datos de cumplimiento | |
| Indicación | Significado |
| LED verde | \begin{minipage}[t]{70mm}El paciente acata las órdenes desde que se borró por última vez la memoria de corta duración\end{minipage} |
| LED rojo | \begin{minipage}[t]{70mm}El paciente no ha acatado las órdenes desde que se borró por última vez la memoria de corta duración\end{minipage} |
| 3 pitidos | \begin{minipage}[t]{70mm}Memoria de cumplimiento a punto de borrarse\end{minipage} |
Preferentemente, la unidad de control 50 es capaz
de funcionar para ejecutar una prueba de integridad de sistema y una
prueba automática de encendido (POST) durante la secuencia de puesta
en marcha. Esta prueba puede comprobar los parámetros siguientes:
reloj de tiempo real (RTC), software y cálculos de comprobación de
memoria. Durante esta prueba, todos los LED y el zumbador se
conectan durante, aproximadamente, 3 segundos y, posteriormente, se
desconectan. Si esta prueba falla, el paciente no puede iniciar el
tratamiento. El LED amarillo está iluminado, y puede estar sonando
una alarma acústica y seguir sonando hasta que se desconecta la
unidad de control 50.
El estimulador de densidad mineral ósea 30 es
capaz de funcionar para mantener el historial de cumplimiento del
paciente de manera diaria y acumulativa mediante el seguimiento del
tiempo de tratamiento. Por ejemplo, en una forma de realización, la
unidad de control 50 puede acumular el tiempo de tratamiento
correspondiente al día actual siguiendo los primeros quince minutos
de tratamiento. Preferentemente, la unidad de control 50 es capaz de
funcionar para hacer el seguimiento del tiempo de tratamiento en
incrementos de cinco minutos hasta un total de 900 minutos (15
horas), con un tiempo de tratamiento mínimo de acumulación de una
(1) hora. La unidad de control 50 puede hacer el seguimiento de la
duración del tratamiento durante hasta cuatro (4) sesiones de
tratamiento en un día.
La unidad de control 50 es capaz de funcionar
para retener la fecha del primer día de tratamiento posterior al
envío, definido como el primer día en que la unidad de control 50
está conectada continuamente durante más de una hora. Del mismo
modo, la unidad de control 50 es capaz de funcionar para determinar,
a partir del calendario, el número total de días y horas de
tratamiento desde que se borró por última vez.
La unidad de control 50 utiliza un reloj de
tiempo real 404 con una batería para proporcionar energía de reserva
durante los cambios de batería para llevar a cabo un seguimiento de
tiempos. Para una forma de realización, la unidad de control 50 es
capaz de funcionar para almacenar al menos 117 días de información
de uso del paciente en una memoria de acceso aleatorio (RAM) de
datos con batería 403. Los detalles correspondientes a una forma de
realización preferente del sistema de circuitos eléctricos de la
unidad de control 50 se analizan en conjunción con la Figura 4.
La unidad de control 50 tiene un conmutador
oculto (no se muestra explícitamente) que un médico puede usar para
entrar en el Modo de Gestión de Datos de Cumplimiento, como se
indica en la Tabla I. En esta forma de realización, se accede al
Modo de Gestión de Datos de Cumplimiento pulsando simultáneamente el
conmutador de conexión-desconexión 56 y un
conmutador de anagramas (no se muestra explícitamente) y
manteniéndolo pulsado durante tres segundos. Se sale del Modo de
Gestión de Datos de Cumplimiento pulsando el conmutador de
conexión-desconexión 56 para dejar en espera la
unidad de control 50. Pulsando el conmutador de anagramas y
manteniéndolo pulsado durante cinco segundos se borra la memoria de
cumplimiento 403.
La unidad de control 50 proporciona un modo de
impresión de funcionamiento que permite al médico solicitar una
impresión de los datos de cumplimiento, tales como los indicados en
la Tabla II en cualquier momento durante el tratamiento del
paciente. El modo de impresión se inicia pulsando el conmutador de
anagramas de la unidad de control 50 con una impresora (no se
muestra explícitamente) acoplada. Se imprime un historial de
cumplimiento desde el primer día de tratamiento. El modo de
impresión descarga los datos indicados con un "*" en la Tabla
II desde la unidad de control 50 a través de un puerto SIO 406, como
se muestra en la Figura 4, hasta cualquier impresora externa
adecuada.
| Datos del paciente | |
| *Fecha de impresión | |
| *Número de serie del dispositivo | |
| *Nombre del paciente | (Opcional) |
| *Número de identificación del paciente | (Opcional) |
| *Nombre del médico | (Opcional) |
| Fecha del primer uso | |
| *Total de días de tratamiento desde que | |
| se borró por última vez | |
| Total de días de tratamiento programados | |
| Fecha del último borrado | |
| *Calendario de uso diario | |
| *= Datos impresos |
Otra forma de realización correspondiente al
estimulador de densidad mineral ósea 30, que incluye enseñanzas de
la presente invención, se muestra en la Figura 1B sujeto a la silla
20. En esta forma de realización, el estimulador de densidad mineral
ósea 30 incluye almohadillas 31 y 35, además de los elementos según
se muestran y analizan en conjunción con la Figura 1A.
Preferentemente, el estimulador de densidad mineral ósea 30 está
diseñado para tratar las extremidades superiores e inferiores de un
paciente, además de zonas del fémur proximal, de la articulación de
la cadera, de la columna lumbar y dorsal. En esta forma de
realización, la almohadilla 31 se muestra apoyada en una silla 20 y
la almohadilla 35 se muestra apoyada en el suelo. Preferentemente,
la almohadilla 31 está diseñada para tratar las extremidades
superiores de un paciente, tal como las muñecas o los brazos. La
almohadilla 35 se puede usar para tratar las extremidades inferiores
de un paciente, tal como los tobillos o las piernas. No es necesario
que las almohadillas 31 y 35 se apoyen en el suelo o estén sujetas a
la silla 20. Está dentro del alcance de la invención usar
almohadillas adicionales 31 y 35 para tratar otra extremidad
superior e inferior, respectivamente.
Al menos una bobina transductora, indicada con el
número 104a, está dispuesta en la almohadilla 31. Del mismo modo, al
menos una bobina transductora indicada con el número 104l está
dispuesta en la almohadilla 35. La unidad de control 50 acciona cada
transductor 104s y 104l. Asimismo, está dentro del alcance de la
invención disponer una pluralidad de bobinas transductoras 104a o
104l (no se muestran expresamente), que también se accionan con la
unidad de control 50, en cada una de las almohadillas 31 y 35. Por
ejemplo, la almohadilla 31 puede tener una pluralidad de bobinas
transductoras 104a orientadas a todo lo largo de su eje
longitudinal, para tratar tanto la muñeca como el antebrazo del
paciente. La construcción de las bobinas transductoras 104a y 104l
es idéntica a la construcción de las bobinas transductoras 104s y
104b, y se analiza en más detalle en conjunción con las Figuras
2
y 3.
y 3.
Se proporcionan cables flexibles 52a y 52l para
conectar eléctricamente la unidad de control 50 con las bobinas
transductoras 104a y 104l, respectivamente. Para algunas
aplicaciones, se pueden proporcionar desconexiones rápidas 54a y 54l
en los cables 52a y 52l, respectivamente, entre la unidad de control
50 y las almohadillas 31 y 35. Asimismo, se pueden usar otros medios
adecuados para conectar eléctricamente la unidad de control 50 a las
almohadillas 31 y 35. Por ejemplo, se puede proporcionar un empalme
(no se muestra explícitamente) en la desconexión rápida 54 para
guiar los cables adicionales 52a y 52l hacia la unidad de control
50. Además, también se podría colocar un empalme de este tipo cerca
de la almohadilla 36, que puede reducir al mínimo las longitudes de
los cables 52a y 52l y reducir un posible enredo de los cables.
Como se analiza en conjunción con la Figura 1A,
preferentemente, la unidad de control 50 envía impulsos eléctricos
programados a las bobinas transductoras 104a y 104l dispuestas en
las almohadillas 31 y 35. Las bobinas transductoras 104a y 104l, a
su vez, desarrollan un campo electromagnético pulsado. Por lo tanto,
cuando el paciente está sentado en la almohadilla 32, las bobinas
transductoras 104a y 104l transmiten un campo electromagnético
pulsado (PEMF), de baja energía y no invasivo a una zona o zonas de
tratamiento seleccionadas del paciente.
La configuración de las bobinas transductoras
104a y 104l, junto con las señales de excitación eléctrica
proporcionadas por la unidad de control 50 a través de los cables
flexibles 52a y 52l, preferentemente, se seleccionan para
proporcionar un campo magnético relativamente uniforme y densidades
máximas de flujo relativamente constantes en un volumen de
tratamiento deseado.
El funcionamiento de la unidad de control 50, y
las indicaciones visuales y acústicas que normalmente le acompañan,
correspondientes a esta forma de realización de la invención son
similares a las analizadas en conjunción con la Figura 1A. El
conmutador de conexión-desconexión 56 situado en la
unidad de control 50 también controla el funcionamiento de las
bobinas transductoras 104a y 104l, además de las bobinas
transductoras 104s y 104b. El estimulador de densidad mineral ósea
30 también es capaz de funcionar para ejecutar pruebas de integridad
de sistema y para mantener el historial de cumplimiento del
paciente, ambos se analizan en conjunción con la Figura 1A.
Las almohadillas 31 y 35 de esta forma de
realización tienen, generalmente, forma de c, para adaptarse, por lo
general, a una extremidad superior o inferior del paciente,
respectivamente. En esta forma de realización, ambas almohadillas 31
y 35 se muestran con una tira 31a y 35a que las sujeta usando
Velcro®. Una tira de este tipo permite que un paciente adapte las
almohadillas 31 y 35, de manera extraíble, por ejemplo a sus muñecas
y tobillos. Asimismo, se pueden usar otros medios adecuados para
adaptar las almohadillas 31 y 35 a las extremidades superiores e
inferiores. Por ejemplo, en una forma de realización, las
almohadillas 31 y 35 se pueden construir usando materiales
adecuados, de tal manera que no son necesarios ni tiras ni medios de
sujeción. Una forma de realización de este tipo se ilustra en la
Figura 1C. Los materiales de este tipo son apropiados para contactar
con el cuerpo de un paciente e incluyen cualquier material resinoso
duro, que se puede estirar o comprimir para que se adapte mejor a la
extremidad del paciente.
Asimismo, las almohadillas 31 y 35 se pueden
construir de diversos tamaños y pueden ser intercambiables para las
extremidades superiores o inferiores de varios pacientes. Además,
las almohadillas 31 y 35 también pueden ser generalmente planas, de
cualquier forma adecuada, y también se pueden construir,
generalmente, de manera similar a las almohadillas 36 y 38, como se
analiza en conjunción con las Figuras 2 y 3.
Para algunas aplicaciones, las almohadillas 31 y
35 pueden incluir también una capa exterior adicional, no se muestra
explícitamente en la Figura 2, formada a partir de un plástico
moldeado. Un plástico de este tipo puede ser un polímero
termoplástico, tal como ABS, que se puede estirar o comprimir de
manera que se puede ajustar para adaptar mejor las almohadillas 31 y
35 a una gran variedad de tamaños de tobillo o muñeca.
Otra forma de realización correspondiente al
estimulador de densidad mineral ósea 30, que incluye enseñanzas de
la presente invención, se muestra en la Figura 1C dispuesto dentro
de una silla 21. Para esta forma de realización de la invención, las
bobinas transductoras 104s y 104b están dispuestas dentro del
asiento 22 y del respaldo 24 de la silla 21, respectivamente. El
estimulador de densidad mineral ósea 30 se puede disponer dentro de
cualquier silla 21 adecuada. Por ejemplo, una silla de este tipo
puede ser capaz de funcionar para reclinarse, y/o incluir un ajuste
vertical para la parte de asiento 22. En la Figura 1C se ilustran
las almohadillas 31 y 35 apoyadas en la silla 21 y en el suelo,
respectivamente. Asimismo, está dentro del alcance de la invención
disponer las almohadillas 31 y 35 dentro de la silla 21. Por
ejemplo, las almohadillas 31 pueden estar dispuestas dentro del
brazo lateral 23, y/o las almohadillas 35 pueden estar dispuestas
dentro de una parte de pierna reclinable extendida (no se muestra
explícitamente) de una silla 21 adecuada.
La unidad de control 50 y el cable 52 (no se
muestran explícitamente) pueden estar situados como se muestra en
las Figuras 1A y 1B, sobre la mesa 26 o dispuestos dentro de la
silla 21. En esta forma de realización, el cable 52 puede ser de
cualquier material adecuado para uso dentro de la silla 21. Por
ejemplo, la unidad de control 50 se puede disponer dentro del brazo
lateral 23 de la silla 21, en una posición adecuada para que el
paciente la accione. La unidad de control 50 y su funcionamiento se
analizan en más detalle en conjunción con la Figura 1A.
Preferentemente, el estimulador de densidad
mineral ósea 30 está diseñado para tratar las extremidades
superiores e inferiores de un paciente, además de zonas del fémur
proximal, de la articulación de la cadera, de la columna lumbar y
dorsal. Por lo tanto, el estimulador de densidad mineral ósea 30
puede funcionar, en esta forma de realización, con o sin
almohadillas adicionales 31 y 35, para satisfacer las necesidades
del paciente. En esta forma de realización, el estimulador de
densidad mineral ósea 30 incluye cuatro almohadillas 31 y 35, para
el tratamiento de cada extremidad superior e inferior. En esta forma
de realización, el cable 54l engrana, de manera extraíble, con el
conector fijo 39. El conector fijo 39 está acoplado eléctricamente a
la unidad de control 50 (no se muestra explícitamente). Asimismo,
está dentro del alcance de la invención que el cable 54l se acople
directamente al cable 52l, a un conector fijo, o suelta rápida
situados en la unidad de control 50.
Del mismo modo, la almohadilla 31 se puede
acoplar eléctricamente a la unidad de control 50 mediante cualquier
medio adecuado que no se muestra explícitamente. Por ejemplo, un
cable adicional 54a se puede engranar de manera extraíble a otro
conector fijo 39, que se puede colocar directamente debajo de la
almohadilla 31. Un conector fijo de este tipo está acoplado
eléctricamente a la unidad de control 50 o a un empalme colocado
adecuadamente.
Las Figuras 2 y 3 son dibujos esquemáticos que
muestran vistas transversales de las bobinas transductoras 104s y
104b formadas de conformidad con las enseñanzas de la presente
invención. Preferentemente, las bobinas transductoras 104s y 104b
tienen un perfil transversal sustancialmente plano que es
consecuencia de una construcción de devanado plano. Preferentemente,
las bobinas transductoras 104s y 104b incluyen un conjunto único de
devanados primarios. Las bobinas transductoras 104s y 104b también
pueden incluir dos o más devanados primarios en paralelo colocados
por capas sobre la parte superior de cada una. Las bobinas
transductoras 104s y 104b pueden estar formadas a partir de alambre
de calibre ocho disponible en mercado. En una forma de realización,
las bobinas transductoras 104s y 104b están devanadas según el
esquema de devanado: 1 capa x 5 vueltas x 20 calibre americano para
cables (AWG). En esta forma de realización, ambas bobinas
transductoras 104s y 104b tienen una resistencia de 0,32 ohmios y
una inductancia de 25,4 \muH.
Para algunas aplicaciones, la unidad de control
50 se puede alimentar con una fuente de alimentación estándar, tal
como una unidad de pared. En esta forma de realización, las bobinas
transductoras 104s y 104b pueden estar devanadas según un esquema de
devanado diferente, por ejemplo, 2 capas x 7 vueltas x 20 AWG.
Para algunas aplicaciones, preferentemente, las
almohadillas 31, 32 y 35 incluyen capas exteriores 40 y 42 formadas
a partir de un material flexible y resistente adecuado para
contactar con el cuerpo de un paciente. Las capas 40 y 42 pueden
estar formadas a partir de vinilo y tipos similares de material
plástico. Preferentemente, las almohadillas 31, 32 y 35 contienen
dos o más capas de espuma elastomérica 44 y 46 con bobinas
transductoras 104s y 104b intercaladas entre ellas. Se pueden usar
diversos tipos de materiales elastoméricos disponibles en el mercado
para formar las capas de espuma 44 y 46. Asimismo, otras formas de
realización están dentro del alcance de la invención. Por ejemplo,
las bobinas transductoras 104a, 104l, 104b y 104s también pueden
estar dispuestas dentro de una capa sencilla de espuma elastomérica
46. Además, las bobinas transductoras 104a y 104l también pueden
estar dispuestas dentro de otros materiales adecuados.
Para algunas aplicaciones, la segunda parte o
parte de respaldo 38 de la almohadilla 32 puede incluir una capa 48
formada de una lámina de material polimérico que se puede deformar
para adoptar diversas configuraciones. Preferentemente, la capa 48
está formada a partir de un material que se puede manipular
fácilmente para que se adapte a la configuración normal de la
espalda de un paciente y mantener esta configuración. La capa 48
puede también proporcionar sujeción o rigidez a la parte de respaldo
de la almohadilla 32.
Para algunas aplicaciones, la capa 48 se puede
formar a partir de materiales resinosos sintéticos comercializados
por Kleerdex Company, ubicada en Bristol, Pensilvania y vendidos con
la marca comercial KYDEX®.
La Figura 4 es un diagrama esquemático parcial y
un diagrama de bloques parcial de un circuito eléctrico formado de
conformidad con las enseñanzas de la presente invención. En el
ejemplo de la Figura 4, el sistema de circuitos proporciona una
corriente bifásica de impulsos a las bobinas transductoras 104s y
104b a intervalos predeterminados, activando de ese modo la señal de
salida PEMF según un régimen PEMF establecido preprogramado. Excepto
las bobinas transductoras 104s y 104b, este sistema de circuitos se
puede situar físicamente en la unidad de control 50. El sistema de
circuitos eléctrico incluye tanto un sistema de circuitos de control
400, como un sistema de circuitos detectores de campo 408 y un
sistema de circuitos excitadores 410, que se pueden fabricar en una
tarjeta de circuitos impresos y se pueden encapsular en la unidad de
control 50. En esta forma de realización, el sistema de circuitos de
control 400 es capaz de funcionar para impulsar los sistemas de
circuitos agrupados 440s y 440b.
El sistema de circuitos de control 400 incluye un
procesador o microcontrolador 401, con componentes de circuito
integrado asociados: una memoria de programas 402, una memoria de
datos 403 y un circuito de reloj de tiempo real 404. Para algunas
aplicaciones, el procesador 401 puede representar dos
microprocesadores individuales. Se puede usar un microprocesador
para controlar la bobina transductora 104s y el otro microprocesador
se puede usar para controlar la bobina transductora 104b.
El procesador 401 está en comunicación de datos
con dichos componentes asociados por medio de un canal de
transmisión 405. Se puede cargar un programa PEMF en un
microcontrolador EPROM o en otra memoria e instalar como una memoria
de programa PEMF 402. Además, el programa PEMF se puede leer en la
memoria de programa PEMF a través de un puerto de
entrada-salida 406.
La memoria de datos 403 se puede usar para
almacenar datos sobre el uso del estimulador de densidad mineral
ósea 30, por parte del paciente, a partir de un reloj y de un
calendario mantenidos internamente proporcionados por un circuito de
reloj 404. Por ejemplo, los parámetros del programa PEMF, tales como
tiempo de inicio, tiempo de parada, duración y promedio diario, se
pueden almacenar en la memoria de datos 403. Estos datos se pueden
leer o enviar a una impresora, dispositivo externo o enlace de
comunicaciones adecuados a través del puerto de
entrada-salida 406. En esta forma de realización, el
puerto de entrada-salida 406 es un puerto de entrada
y salida en serie (SIO) empotrado para conectar a un dispositivo
externo de este tipo.
El procesador 401 controla el amplificador de
excitación de la bobina 407, que impulsa la activación o
desactivación de las bobinas transductoras 104s y 104b. El detector
de campo o los circuitos de detección de rotura de la bobina 408s y
408b detectan el rendimiento de los campos electromagnéticos por
medio de bobinas transductoras respectivas 104a y 104b y
proporcionan una señal de respuesta al procesador 401 para
supervisar el funcionamiento del estimulador de densidad mineral
ósea 30. Este sistema de circuitos de supervisión empotrado
garantizará que un flujo de corriente apropiado está generando el
campo de tratamiento de cada bobina transductora 104b y 104s.
El procesador 401 puede almacenar los datos de
supervisión en la memoria de datos 403 e iniciará una señal de
alarma visible o audible u otra alarma, si el dispositivo no está
generando el campo de tratamiento. Si en cualquier momento durante
el tratamiento cualquier transductor 104b, 104s deja de funcionar
correctamente, se detendrá el tratamiento y se inicia la indicación
de defecto de campo.
En funcionamiento, el procesador 401 recibe
potencia desde una fuente de alimentación, tal como una batería
alcalina o de litio de nueve voltios a través de un regulador de
recorte de voltaje 409. El regulador 409 proporciona una potencia de
+5 voltios al procesador 401 y a sus componentes digitales
asociados.
El procesador 401 y sus componentes asociados se
pueden ejecutar con dispositivos de circuito integrado
convencionales. Por ejemplo, el procesador 401 puede ser un
procesador Motorola 68HC11. La memoria de datos 403 y el circuito de
reloj 404 pueden ser un dispositivo de Dallas Semiconductor
Corporation.
Como se explica en detalle a continuación, en
relación con las Figuras 7, 8, 10A, 10B y 10C, el programa PEMF,
preferentemente, emite una pareja de señales de control,
comprendiendo cada una, una serie de ráfagas de impulsos. Las dos
señales tienen sus impulsos desplazados, de tal manera que un
impulso de una señal es alto cuando un impulso de la otra señal es
bajo. Dichas señales de control alternas controlan el sistema
electrónico de excitación, de manera que conecta o desconecta la
corriente en los momentos apropiados para proporcionar una corriente
bifásica para las bobinas transductoras 104s y 104b.
Una característica de las señales de control es
que al inicio de una de las ráfagas de impulsos, su primer impulso
es más corto que los otros impulsos del mismo tren de impulsos. Por
lo tanto, por ejemplo, si el primer tren de impulsos tiene impulsos
con tiempos de conexión de 4 microsegundos (4 \museg) y tiempos de
desconexión de 12 microsegundos (12 \museg), entonces el primer
impulso del primer tren de impulsos es de 2 microsegundos (2
\museg). Este primer impulso corto crea el campo magnético para la
señal de tratamiento de estimulación PEMF en la bobina de devanado
en una capa. Conectando el sistema de circuitos excitadores para
medio impulso, se produce la activación del campo magnético para
establecer el campo magnético PEMF distinto de cero. Posteriormente,
el impulso siguiente del otro tren de impulsos se conecta durante,
aproximadamente, doce microsegundos. Esto establece la corriente, de
manera que la energía excitadora de retroceso va en una dirección
negativa. Esto hace que la corriente fluya desde una dirección
inicial negativa. Posteriormente, durante el impulso, la corriente
se eleva hasta cero y aumenta de un número negativo inferior a cero
hasta un número positivo.
Los sistemas electrónicos de excitación 410s y
410b impulsan las bobinas transductoras respectivas 104s y 104b, de
manera que las bobinas transductoras 104s y 104b generan las señales
de tratamiento de estimulación PEMF deseadas. Los sistemas
electrónicos de excitación 410s y 410b tienen un primer conmutador
de transistores 411, entre el circuito de detección de rotura 408 y
las bobinas transductoras 104s y 104b, y un segundo conmutador de
transistores 412, entre el circuito de capacitancia de recuperación
de energía 413 y las bobinas transductoras 104s y 104b. Los
conmutadores 411 y 412 controlan la señal de salida de las bobinas
transductoras 104s y 104b. En funcionamiento, cada bobina
transductora 104s y 104b conforma el modelo de campo
electromagnético pulsado y recupera la energía no usada durante el
intervalo entre impulsos del campo generado.
En cuanto a la inicialización, se conecta el
conmutador 411 con el amplificador de excitación de la bobina 407
para exponer el voltaje de la batería a través de las bobinas
transductoras 104s y 104b durante un período equivalente a la mitad
de la duración normal de un impulso de, normalmente, cuatro
microsegundos (4 \museg). La corriente de activación fluye a
través de las bobinas transductoras 104s y 104b para generar una
señal de salida. Cuando se desconecta el conmutador 411, se conecta
el conmutador 412 para cargar el circuito de capacitancia de
recuperación de energía 413 a un voltaje igual a cuatro veces el
voltaje de la batería. Esto hace que las bobinas transductoras 104s
y 104b se descarguen en la dirección opuesta durante el período de
desconexión del conmutador 411, en comparación con la dirección
durante su período de conexión. Por lo tanto, se produce una
recuperación de energía sin una bobina secundaria. Los circuitos
excitadores 410s y 410b permiten la ordenación en secuencias de la
corriente a través de las bobinas transductoras respectivas 104s y
104b en ambas direcciones.
Por lo tanto, para una intensidad de campo
magnético determinada, la corriente máxima se puede reducir a la
mitad. Esto tiene como resultado un factor de reducción cuatro en
pérdidas I^{2}R, en el que I es la corriente instantánea de la
bobina y R es la resistencia del devanado de la bobina. Estos serían
los tipos de pérdidas que existirían con el uso de un devanado
secundario. El voltaje V_{x4} se puede derivar usando el impulso
de retorno de las bobinas transductoras 104s y 104b, en lugar de que
sea necesario un circuito de amplificación del voltaje
independiente. Compensando la capacidad de los capacitores 413a y
413b, se puede eliminar la necesidad de un circuito independiente de
alimentación de voltaje en cuatro tiempos.
En el ejemplo de la Figura 4, el circuito de
capacitancia de recuperación de energía 413 comprende dos
capacitores conectados en serie 413a y 413b. Su relación de
capacidades es al menos 1:3 y en el ejemplo de esta descripción es
1:10 (en microfaradios). Se podrían usar otras configuraciones de
capacitores distintas para el circuito de capacitancia 413, con la
característica común de que proporciona el voltaje de
restablecimiento de energía deseado, en este caso V_{x4}. Por
ejemplo, el circuito de capacitancia de recuperación de energía 413,
podría comprender un capacitor y un sistema de circuitos reguladores
del voltaje.
Asimismo, el sistema de circuitos de control 400
es capaz de funcionar para impulsar sistemas de circuitos agrupados
adicionales, tales como el sistema de circuitos 440a y el sistema de
circuitos 440l (no se muestran explícitamente). Un sistema de
circuitos agrupado adicional de este tipo se puede colocar en
paralelo con los sistemas de circuitos agrupados 440s y 440b sin
alterar sustancialmente la carga del sistema de circuitos de control
400. Por lo tanto, una serie de dispositivos estimuladores de
densidad mineral ósea adicionales, tales como bobinas transductoras
para muñecas y tobillos 104a y 104l, se pueden acoplar de manera
extraíble al sistema de circuitos de control 400 y se pueden
accionar junto con las bobinas transductoras 104s y 104b.
Configuraciones de este tipo se muestran en las Figuras 1B y 1C.
La Figura 5 ilustra un ejemplo de una forma de
onda de salida generada por las bobinas transductoras 104s y 104b.
Una parte de impulso I va seguida de la parte de impulso II. La
parte de impulso I tiene una duración de, aproximadamente, cuatro
microsegundos (4 \museg). La parte de impulso II tiene una
duración de, aproximadamente, doce microsegundos (12 \museg). El
nivel de voltaje para la parte de impulso I es, aproximadamente,
tres veces el nivel de voltaje de la parte de impulso II. Por lo
tanto, las zonas de las partes I y II son, aproximadamente,
equivalentes. Los períodos del impulso de salida (16 microsegundos)
y la frecuencia de impulsión (62,5 kilohercios) de la señal de
salida son en respuesta a las señales de excitación por impulsos. La
forma de onda de salida se analiza en más detalle en conjunción con
las Figuras 8, 10A, 10B y 10C.
La Figura 6 ilustra una forma de realización del
circuito de detección de rotura de la bobina 408. Un biestable de
dos entradas (S/R) 61 recibe una señal de entrada superior y una
señal de entrada inferior. Una de sus salidas Q va al biestable 62 y
controla el funcionamiento del conmutador 412. La otra salida Q
controla el funcionamiento del conmutador 411. La salida Q del
biestable 62 va al biestable 63, como una señal de sincronía. El
conmutador 412 controla si la señal COIL_LO va a V_{x4}, mientras
que el conmutador 411 deriva la señal COIL_LO a tierra. La señal
COIL_HI proporciona voltaje de alimentación V.
La resistencia 64 y el diodo 65 reciben el
voltaje de alimentación V de la resistencia 66. El biestable 63
recibe en su entrada D la salida de la resistencia 66. La salida Q
del biestable 63 va a la puerta NAND 67 para generar una salida de
detección.
El voltaje V_{x4} es cuatro veces el voltaje V,
ambos medidos respecto a la toma de tierra. Las señales SUPERIOR e
INFERIOR comprenden una ráfaga de impulsos, separada por un período
entre ráfagas, como se muestra en la Figura 7. Estas dos señales son
básicamente no superpuestas lo que garantiza el funcionamiento
estable del biestable S/R 61. Las salidas Q del biestable S/R 61 son
de condición opuesta y también son básicamente no superpuestas, lo
que garantiza que los conmutadores 411 y 412 nunca estén conectados
a la vez.
Durante el período entre ráfagas, ambos
conmutadores 411 y 412 están abiertos. En condiciones normales de
funcionamiento, las bobinas transductoras 104s y 104b arrastrarán el
nivel de la señal COIL_LO al voltaje de alimentación V. En caso de
que se produzca una rotura en la bobina, la resistencia 64
arrastrará la señal COIL_LO a tierra.
La resistencia 66, la resistencia 64 y el diodo
65 transforman la señal COIL_LO en niveles apropiados para las
entradas del biestable 63 y la puerta NAND 67. La relación de la
resistencia 66 a la resistencia 64 se selecciona para proporcionar
un nivel lógico "0" en las entradas del biestable 63 y en la
puerta NAND 67 en caso de que se produzca una rotura de las bobinas
transductoras 104s y 104b.
La salida del biestable 62 es un impulso sencillo
que tiene lugar al comienzo de una ráfaga, empezando con el primer
impulso de SUPERIOR y terminando en el segundo impulso de SUPERIOR.
El límite de subida de la salida del biestable 62 se produce antes
del primer límite de subida de la señal COIL_LO debido al retardo de
tiempo, relativamente corto, relacionado con el biestable 62 frente
al conmutador 412 y al conmutador 411. La salida de impulsos del
biestable 62 va al biestable 63, muestrea el voltaje entre ráfagas.
Si el voltaje entre ráfagas es igual a V, la salida Q del biestable
63 tiene un nivel lógico "1" hasta el siguiente impulso de
muestreo, permitiendo de ese modo la salida del inverso de la señal
COIL_LO al procesador 401, como la señal de DETECCIÓN.
Si el voltaje entre ráfagas tiene un nivel de
tierra, debido a una rotura de las bobinas transductoras 104s y
104b, la salida del biestable 63 se establece en un nivel lógico
"0", no permitiendo la salida del inverso de la señal COIL_LO
al procesador 401.
Un cortocircuito en los terminales de la bobina
hará que la señal COIL_LO esté condicionada a V. La salida del
biestable 63 tendrá un nivel lógico "1", por lo tanto la salida
de la puerta NAND 67 tendrá un nivel lógico "0" en lugar de la
señal de ráfagas que normalmente espera el procesador 401. Esto
indica la existencia de un estado de defecto de campo. Conectando el
terminal COIL_HI o el COIL_LO a tierra, creará básicamente un
cortocircuito DC.
La Figura 7 ilustra la relación de tiempos de las
señales lógicas que accionan los conmutadores 411 y 412, así como
las señales internas al circuito de detección de rotura de la bobina
408. En cada señal de ráfaga lógica, hay una serie de impulsos,
siendo la duración de cada impulso superior sólo un tercio de la
duración del impulso inferior. Asimismo, se pueden usar otros
parámetros.
La Figura 8 es una tabla de parámetros,
requisitos, unidades y símbolos que corresponden al diagrama de
tiempos de la Figura 7. En la tabla de la Figura 8, el período de
ráfagas es de 26 milisegundos, durante el que una primera anchura de
impulso es de, aproximadamente, dos microsegundos (2 \museg).
Posteriormente, la anchura del impulso superior es de,
aproximadamente, cuatro microsegundos (4 \museg). La anchura del
impulso inferior es de, aproximadamente, doce microsegundos (12
\museg). El período de impulsos es de, aproximadamente, dieciséis
microsegundos (16 \museg) para una frecuencia de impulsión de,
aproximadamente, 62,5 kilohercios. Para el ejemplo de la Figura 8,
hay 1609 impulsos por ráfaga. Una combinación de parámetros de este
tipo es especialmente ventajosa para aumentar el rendimiento
energético, dado que la zona de cada transductor 104s, 104b puede
ser grande. Estos parámetros reducen los requisitos de
funcionamiento de alimentación por batería. La invención puede,
asimismo, usar otros parámetros de tiempos para lograr las señales
PEMF deseadas y la operación de recuperación de energía
asociada.
Para la señal PEMF de salida que se ha descrito
anteriormente, el circuito de capacitancia de recuperación de
energía 413 proporciona un voltaje de recuperación de energía de
cuatro veces el voltaje primario que proporciona la batería. Como se
ha explicado anteriormente, tanto el voltaje primario (V) como el
voltaje de recuperación de energía (V_{x4}) son inferiores a los
voltajes necesarios para los diseños anteriores.
La Figura 9 es un dibujo esquemático que muestra
un volumen de tratamiento aproximado proporcionado en la forma de
realización representada por el estimulador de densidad mineral ósea
que se muestra en la Figura 1A. El volumen de tratamiento 90 incluye
una primera parte 90s y una segunda parte 90b. La primera parte 90s
y la segunda parte 90b corresponden a la zona de tratamiento en la
que se centra la forma de realización del estimulador de densidad
mineral ósea 30, como se muestra en la Figura 1A. Preferentemente,
el estimulador de densidad mineral ósea 30 proporciona un campo
magnético uniforme y una densidad de flujo máxima constante en todo
el volumen de tratamiento 90. Para la forma de realización, según se
muestra en la Figura 1A, la primera parte 90s puede tener una
longitud aproximada de quince (15) pulgadas (treinta y ocho (38)
centímetros), y una altura aproximada de cuatro pulgadas y media
(4,5) (once con cuarenta y tres (11,43) centímetros) y una
profundidad aproximada de seis (6) pulgadas (quince con veinticuatro
(15,24) centímetros). Del mismo modo, la segunda parte 90b puede
tener una anchura aproximada, longitud frente a anchura, de quince
pulgadas y media (15,5) (treinta y nueve con treinta y siete (39,37)
centímetros), una altura aproximada de cuatro pulgadas y media (4,5)
(once con cuarenta y tres (11,43) centímetros) y una profundidad
aproximada de seis (6) pulgadas (quince con veinticuatro (15,24)
centímetros). El volumen de tratamiento 90 se mide en una distancia
aproximada de una pulgada y media (1,5) (tres con ochenta y un
(3,81) centímetros) desde la primera parte 36 y la segunda parte 38
de la almohadilla 32. En esta forma de realización, la longitud de
la primera parte 90s se extiende, aproximadamente, cuatro pulgadas y
media (4,5) (once con cuarenta y tres (11,43) centímetros) sobre
ambos laterales de la segunda parte 90b. Esta disposición específica
de la primera parte 90s y de la segunda parte 90b de volumen de
tratamiento 90 se consigue como consecuencia de la orientación, la
colocación y la geometría de las bobinas transductoras 104s y 104b.
Por lo tanto, la forma del volumen de tratamiento 90 depende de la
disposición, la geometría y la orientación específicas de las
bobinas transductoras 104s y 104b.
Es especialmente ventajoso para un paciente que
usa el estimulador de densidad mineral ósea 30 tratarle con un campo
magnético uniforme no invasivo y con una densidad de flujo máxima
constante en todo el volumen de la zona de tratamiento 90. Los
cambios máximos esperados en la densidad de flujo, en esta forma de
realización del estimulador de densidad mineral ósea 30, se analizan
en conjunción con las Figuras 10B y 10C.
Del mismo modo, el estimulador de densidad
mineral ósea 30 es capaz de funcionar para mantener un campo
magnético uniforme en todo el volumen de tratamiento 90, medido
según los datos de amplitud del campo magnético, intensidad y ángulo
de divergencia, medidos respecto a un plano perpendicular al plano
de simetría, indicado con el número 92 en la Figura 9.
Las Figura 10A, 10B y 10C son dibujos que
muestran formas de onda típicas relacionadas con el estimulador de
densidad mineral ósea 30. En esta forma de realización, el
estimulador de densidad mineral ósea 30 transmite una ráfaga de 1609
impulsos durante un período de ráfagas que van seguidas de un
período entre ráfagas. El estimulador de densidad mineral ósea 30
transmite la ráfaga a una velocidad de, aproximadamente, una ráfaga
y media de impulsos por segundo, que corresponde a una ráfaga,
aproximadamente, cada 667 +/- 3 milisegundos (mseg), como se muestra
en la Figura 10A.
La Figura 10B ilustra los cambios máximos en la
densidad de flujo durante la anchura de impulso superior y la
anchura de impulso inferior, como se muestra y analiza en conjunción
con la Figura 5. El cambio máximo en la densidad de flujo durante la
anchura de impulso superior es entre cuatro y dieciocho T/s, también
indicada en unidades de dB/dt. Del mismo modo, durante la anchura de
impulso inferior, el cambio máximo en la densidad de flujo es de uno
y medio a seis T/s.
La Figura 10C ilustra parámetros adicionales
relacionados con la forma de onda que se ilustra en la Figura 5 y
muestra la relación de la forma de onda respecto a la ráfaga de
impulsos, como se muestra en la Figura 10A. Por lo tanto, cada uno
de los 1609 impulsos, como se muestra en la Figura 10A, según se usa
en esta forma de realización, está relacionado con valores típicos
correspondientes a los parámetros que se detallan en la Tabla III.
Por ejemplo, el tiempo de subida, que se ilustra como t_{r} en la
Figura 10C y el tiempo de caída, indicado como t_{f}, en la Figura
10C, ambos son de un microsegundo (1 \museg). Tanto el tiempo de
subida como el tiempo de caída se miden respecto al tiempo que tarda
la forma de onda en subir o caer, respectivamente, desde el diez por
ciento (10%) al noventa por ciento (90%) del nivel de voltaje entre
las partes de impulso I y II, como se ilustra en la Figura 5. La
parte de impulso I, como se ilustra en la Figura 5, se indica con
t_{pw(+)} o tiempo de conexión y dura cuatro microsegundos (4
\museg). La parte de impulso II, como se ilustra en la Figura 5,
está indicada con t_{pw(-)} o tiempo de desconexión y dura 12
microsegundos (12 \museg). El intervalo de densidad de flujo
máxima de dB/dt, tanto para la parte de impulso I como para la parte
de impulso II, analizado anteriormente en conjunción con la Figura
10B, se muestra en este caso en relación con la forma de onda según
se ilustra en la Figura 10C.
A continuación se representan los valores
típicos, para esta forma de onda, correspondientes a un sistema de
dos bobinas, como se muestra en la Figura 1A.
| Formas de onda de salida del estimulador de densidad mineral ósea | |
| Parámetro | Valor |
| Consumo de corriente | 30 ma máx. |
| Tiempo de subida | 1 \muS |
| Tiempo de bajada | 1 \muS |
| Tiempo de conexión | 4 \muS |
| Tiempo de desconexión | 12 \muS |
| Ráfaga | 1609 impulsos |
| Intervalo entre ráfagas | 667 +/- 3 ms |
Dado que se añaden más bobinas transductoras M y
N al estimulador de densidad mineral ósea 10, el consumo de
corriente, como se ilustra en la Tabla III, generalmente aumentará
por encima de los 30 miliamperios máximos típicos como se muestra
respecto a un sistema de dos bobinas.
Claims (34)
1. Un aparato (30) para proporcionar tratamiento
electromagnético o estimulación de densidad mineral ósea a un
paciente, que comprende:
- una almohadilla (32) que tiene una primera parte (36) con al menos una bobina transductora (104a) dispuesta en la misma y una segunda parte (38) con al menos una segunda bobina transductora (104b) dispuesta en la misma;
- una carcasa (50) adaptada para conectar un circuito eléctrico (400, 408, 410) para generar una señal de excitación eléctrica; y
- un cable (52a; 52b) adaptado para conectar la señal de excitación eléctrica con la primera bobina transductora y con la segunda bobina transductora para generar campos electromagnéticos respectivos que se extienden desde la almohadilla,
caracterizado porque el
circuito eléctrico (400, 408, 410) comprende un circuito para
recuperar la energía de retorno de las bobinas transductoras (104a,
104b) y para ordenar en secuencias la corriente a través de las
bobinas transductoras (104a, 104b) en una dirección positiva y en
una dirección
negativa.
2. El aparato de la reivindicación 1 que
comprende además la primera parte (36) de la almohadilla (2) una
configuración general que se corresponde con el asiento de una silla
y la segunda parte (38) de la almohadilla (2) una configuración
general que se corresponde con el respaldo de una silla.
3. El aparato de la reivindicación 1, en el que
dicha almohadilla (32) está formada a partir de al menos una capa de
material.
4. El aparato de la reivindicación 1, que
comprende además:
- una almohadilla de extremidad (31) que tiene una parte con una configuración que generalmente se puede adaptar a una extremidad superior de un paciente;
- al menos una tercera bobina transductora (104a) dispuesta dentro de la almohadilla de extremidad;
- un cable (52a) adaptado para conectar la señal de excitación eléctrica con la tercera bobina transductora para generar un campo electromagnético que se extiende desde la almohadilla de extremidad.
5. El aparato de la reivindicación 1, que
comprende además:
- una almohadilla de extremidad (35) que tiene una parte con una configuración que generalmente se puede adaptar a una extremidad inferior de un paciente;
- al menos una tercera bobina transductora (104b) dispuesta dentro de la almohadilla de extremidad;
- un cable (52b) adaptado para conectar la señal de excitación eléctrica con la tercera bobina transductora para generar un campo electromagnético que se extiende desde la almohadilla de extremidad.
6. El aparato de la reivindicación 1, que
comprende además:
- una almohadilla de extremidad inferior (35) que tiene una parte con una configuración que generalmente se puede adaptar a una extremidad inferior de un paciente;
- al menos una tercera bobina transductora (104b) dispuesta dentro de la almohadilla de extremidad inferior para generar campos electromagnéticos en respuesta a la señal de excitación;
- una almohadilla de extremidad superior (31) que tiene una parte con una configuración que generalmente se puede adaptar a una extremidad superior de un paciente;
- al menos una cuarta bobina transductora (104a) dispuesta dentro de la almohadilla de extremidad superior para generar campos electromagnéticos en respuesta a la señal de excitación;
- al menos un cable flexible adicional (51a, 52b) adaptado para conectar la señal de excitación eléctrica con la tercera bobina transductora y con la cuarta bobina transductora.
7. El aparato de la reivindicación 1, en el que
el circuito eléctrico comprende además al menos un procesador capaz
de funcionar para controlar la señal de excitación.
8. El aparato de la reivindicación 1, que
comprende además una desconexión rápida dispuesta en el cable
flexible entre la carcasa y las bobinas transductoras.
9. El aparato de la reivindicación 1, en el que
el circuito eléctrico es además capaz de funcionar para supervisar
si cada una de las bobinas transductoras, primera y segunda, está
generando de manera adecuada los campos electromagnéticos
respectivos.
10. El aparato de la reivindicación 1, en el que
la segunda parte de la almohadilla comprende además una capa de
material que se puede adaptar, en respuesta a la presión, a la forma
general de la espalda del paciente y que mantendrá la forma general
cuando se deje de presionar.
11. El aparato de la reivindicación 10, que
comprende además que la segunda bobina transductora tiene
flexibilidad suficiente para adaptarse a la forma general de la
espalda del paciente.
12. El aparato de la reivindicación 1, en el que
la carcasa comprende además una batería para suministrar potencia
eléctrica al circuito eléctrico.
13. El aparato de las reivindicaciones 1 o la
reivindicación 3, en el que la almohadilla comprende además una capa
exterior de un material elastomérico polivinílico y al menos una
capa de un material de espuma elastomérica flexible.
14. El aparato de las reivindicaciones 1 o la
reivindicación 3, en el que la señal de excitación eléctrica y la
primera y segunda bobinas transductoras cooperan entre sí para
producir un campo electromagnético pulsado que tiene una pluralidad
de impulsos en una anchura de impulso de diez microsegundos a veinte
microsegundos.
15. El aparato de la reivindicación 14, en el que
la pluralidad de impulsos es igual a, aproximadamente, mil
seiscientos nueve (1609).
16. El aparato de la reivindicación 3, que
comprende además que la primera parte de la almohadilla está
acoplada de manera flexible a la segunda parte de la
almohadilla.
17. El aparato de la reivindicación 3, que
comprende además al menos una tira (34) acoplada a la segunda parte
de la almohadilla para sujetar de manera extraíble la almohadilla a
un respaldo de una silla.
18. El aparato de la reivindicación 3, en el que
la segunda parte (38) de la almohadilla comprende además una capa
(40, 42, 44, 46, 48) de material que se puede adaptar, en respuesta
a la presión, a la forma general de la espalda del paciente y que
mantendrá la forma general cuando se deje de presionar.
19. El aparato de la reivindicación 18, en el que
la capa de material comprende una capa formada a partir de un
material resinoso sintético.
20. El aparato de la reivindicación 3, adaptado
para generar una pluralidad de impulsos que tienen una anchura de
impulso de, aproximadamente, dieciséis microsegundos.
21. El aparato de la reivindicación 1,
configurado y dispuesto para permitir llevar a cabo, en uso, la
estimulación electromagnética del paciente, con un volumen de
tratamiento (90) que incluye los fémures proximales, las
articulaciones de la cadera, la columna lumbar y dorsal del
paciente.
22. El aparato de la reivindicación 1,
configurado y dispuesto para permitir llevar a cabo, en uso, la
estimulación electromagnética de la persona, con un volumen de
tratamiento (90) que incluye la pierna y el tobillo del
paciente.
23. El aparato de la reivindicación 1,
configurado y dispuesto para permitir llevar a cabo, en uso, la
estimulación electromagnética del paciente, con un volumen de
tratamiento (90) que incluye el brazo y la muñeca del paciente.
24. El aparato de la reivindicación 1,
configurado y dispuesto para permitir llevar a cabo, en uso, la
estimulación electromagnética del paciente, con un volumen de
tratamiento (90) que incluye la pierna, el tobillo, el brazo y la
muñeca del paciente.
25. El aparato de la reivindicación 1,
configurado y dispuesto para producir un campo electromagnético que,
en uso, estimula al paciente dentro de un volumen de tratamiento, y
en el que el campo electromagnético que produce el aparato es,
aproximadamente, uniforme y la densidad de flujo máxima es,
aproximadamente, constante dentro del volumen de tratamiento, en
uso.
26. El aparato de la reivindicación 1, que
comprende además medios (401, 403) para supervisar el tiempo que el
paciente ha recibido la estimulación electromagnética.
27. Un aparato (30) para proporcionar tratamiento
electromagnético a un paciente, que comprende:
- una carcasa (50) que contiene un circuito eléctrico para generar una señal de excitación eléctrica;
- al menos una primera bobina transductora dispuesta dentro de una parte de asiento (22) de una silla y al menos una segunda bobina transductora dispuesta dentro de una parte de respaldo (24) de la silla para generar campos electromagnéticos respectivos en respuesta a la señal de excitación; y
- un cable adaptado para conectar la señal de excitación eléctrica con la primera bobina transductora y con la segunda bobina transductora;
- caracterizado porque el circuito eléctrico comprende un circuito para recuperar la energía de retorno de las bobinas transductoras y para ordenar por secuencias la corriente a través de las bobinas transductoras en una dirección positiva y en una dirección negativa.
28. El aparato de la reivindicación 27, que
comprende además:
- una almohadilla de extremidad (31) que tiene una parte con una configuración que generalmente se puede adaptar a una extremidad superior de un paciente;
- al menos una tercera bobina transductora dispuesta dentro de la almohadilla de extremidad para generar campos electromagnéticos en respuesta a la señal de excitación; y
- un cable adaptado para conectar la señal de excitación eléctrica con la tercera bobina transductora.
29. El aparato de la reivindicación 27, que
comprende además:
- una almohadilla de extremidad (35) que tiene una parte con una configuración que generalmente se puede adaptar a una extremidad inferior de un paciente;
- al menos una tercera bobina transductora dispuesta dentro de la almohadilla de extremidad para generar campos electromagnéticos en respuesta a la señal de excitación; y
- un cable (54b) adaptado para conectar la tercera bobina transductora a la señal de excitación eléctrica.
30. El aparato de la reivindicación 27, que
comprende además:
- al menos una tercera bobina transductora dispuesta dentro de una almohadilla de extremidad inferior (35) y al menos una cuarta bobina transductora dispuesta dentro de una almohadilla de extremidad superior (31) para generar campos electromagnéticos respectivos en respuesta a la señal de excitación; y
- al menos un cable adicional adaptado para conectar la señal de excitación eléctrica con la tercera bobina transductora y con la cuarta bobina transductora.
31. El aparato de la reivindicación 27, que
comprende además la carcasa dispuesta dentro de la silla.
32. El aparato de la reivindicación 27, que
comprende además la carcasa dispuesta sobre una mesa.
33. El aparato de la reivindicación 27, que
comprende además el cable (54b) adaptado para que se pueda conectar
de manera extraíble a un conector fijo (39) de la silla.
34. El aparato de la reivindicación 27, que
comprende además la silla capaz de funcionar para reclinarse.
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