PL190468B1

PL190468B1 - Urządzenie do napromieniania żywej tkanki

Info

Publication number: PL190468B1
Application number: PL99336109A
Authority: PL
Inventors: Wolf A. Kafka
Original assignee: Kafka Wolf A
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2005-12-30
Also published as: EP0995463A1; HU9903645D0; HUP9903645A2; DE59801224D1; SI0995463T1; ATE204184T1; PL336109A1; ES2161008T3; CZ9903694A3; PT995463E; SK130799A3; CZ288730B6; DK0995463T3; HU224580B1; EP0995463B1; SK283156B6; HUP9903645A3

Abstract

1. Urzadzenie do napromieniania zywej tkanki, zawierajace urzadzenie generujace pole do genero- wania pulsujacego pola elektromagnetycznego oraz generator impulsów dolaczony do urzadzenia gene- rujacego pole dla sterowania urzadzeniem gene- rujacym pole tak, ze pulsujace pole elektromagne- tyczne sklada sie z wielu pojedynczych impulsów, znam ienne tym, ze czestotliwosc pojedynczych impulsów (10) wynosi od 1 do 1000 Hz, a amplitu- da kazdego pojedynczego impulsu (10) jest okre- slona przez funkcje w której y okresla amplitude generowanego prze- biegu sygnalu, x - przebieg czasowy, gdzie czas x dla kazdego pojedynczego impulsu (10) zaczyna sie na nowo od tej samej wartosci poczatkowej, a - para- metr do ustawiania czasowego przebiegu amplitudy kazdego pojedynczego impulsu (10), b - liczbe nalo- zonych impulsów, c - czynnik do ustawiania ampli- tudy, d - wartosc przesuniecia i k - czynnik do usta- wiania amplitudy nalozonych impulsów. Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do napromieniania żywej tkanki, zwłaszcza w ciele ludzkim, poprzez oddziaływanie pulsującym polem elektromagnetycznym przynajmniej na cześć tkanki.

Znane jest z niemieckiego opisu patentowego nr 42 21 739 urządzenie zawierające generator impulsów prądu elektrycznego o małej częstotliwości i antenę transmisyjną, do transportu protonów we krwi, przy czym jest zastosowana cewka, która indukuje w płynie elektrolitycznym energię większą niż energia cieplna, w zakresie amplitudy zależnym od komórki. Pole anteny oddziałuje na obszar ciała poddawany leczeniu. Poziom mocy transmisyjnej jest wybrany tak, że energia indukowana w płynie elektrolitycznym, na przykład we krwi w ściankach naczyń i błonach, przekracza energię cieplną i występuje w zakresie amplitudy zależnym od komórki. Generator dostarcza do cewki podstawowy impuls prądu, korzystnie o częstotliwości 200 Hz, stanowiący impuls prostokątny z nałożonym prądem o przebiegu funkcji wy190 468 kładniczej. Sekwencja impulsów podstawowych jest modulowana amplitudowo z częstotliwością od 0,5 do 35 Hz i jest transmitowana przez czas od 0,3 do 1 sekundy, po którym następuje przerwa od 0,7 do 5 sekund.

Znane są z opisu patentowego USA nr 4 428 366 sposób i urządzenie elektromagnetyczne do obniżania poziomu glukozy, które stosują nieinwazyjną technikę regulacji poziomu glukozy u chorych zwierząt. Urządzenie jest stosowane do dostarczania jednorodnego, jednobiegunowego, pulsującego pola magnetycznego, wytwarzającego prądy i pola elektryczne w ciele zwierzęcia. Impulsowe pola magnetyczne są otrzymywane przez przesyłanie indywidualnych impulsów prądu stałego do cewek Helmholtza umieszczonych na obu bokach zwierzęcia. Optymalny przebieg impulsów ma częstotliwość powtarzania impulsów 15 Hz, amplitudę impulsów 60 mV i szerokość impulsów 350 |is, a wytwarzane pole wynosi korzystnie 15 Gs.

Znane jest z europejskiego opisu patentowego nr 0 266 907 urządzenie elektroterapeutyczne do emitowania fal elektromagnetycznych wielkiej częstotliwości do ciała pacjenta, które to urządzenie zawiera antenę dołączoną operacyjnie do przełączanego, impulsowego źródła wielkiej częstotliwości i do źródła elektrycznych sygnałów impulsowych o mniejszej częstotliwości. Promieniowanie elektromagnetyczne anteny ma działanie stymulujące tkankę nerwową. Źródło elektrycznych sygnałów impulsowych jest przystosowane do pracy przy mniejszej częstotliwości impulsowej niż źródło sygnałów wielkiej częstotliwości. Zastosowany jest układ zegarowy do sterowania elementami przełączającymi, skutkiem czego antena promieniuje ciąg impulsów elektrycznych o mniejszej częstotliwości, a pomiędzy tymi impulsami elektrycznymi promieniuje ciąg impulsów promieniowania elektromagnetycznego o wielkiej częstotliwości.

Znany jest z publikacji WO 9632158 generator pola terapeutycznego, wytwarzający pole elektromagnetyczne lub elektryczne. Układ generatora zawiera monitor, jeden lub więcej generatorów do wytwarzania pierwszego sygnału i drugiego sygnału, w których częstotliwość pierwszego sygnału zależy od parametru ciała użytkownika, a drugi sygnał stanowi ciąg impulsów o szerokościach równych szerokości impulsu depolaryzacji neuronów. Układ wyjściowy wyprowadza sygnały jako pole elektromagnetyczne lub elektryczne.

Znany jest z opisu patentowego USA nr 5 181 902 system przetwornika podwójnego do terapii do wytwarzania pól elektromagnetycznych wspomaganych strumieniem. Układ elektroniczny zawiera procesor wykonujący program dla dostarczania prądu impulsowego do przedniego i tylnego przetwornika w określonych z góry przedziałach czasu terapii.

Znane są urządzenia wytwarzające pola elektromagnetyczne, które są stosowane szczególnie w ortopedii w celach terapeutycznych. Stosowane sinusoidalne pola magnetyczne mają częstotliwość od 2 do 20 Hz i indukcje magnetyczne od 1 do 10 mT. Zgodnie z zasadą indukcji, przez zewnętrzne pola magnetyczne, przechodzące osiowo wzdłuż leczonej części ciała, generowane jest napięcie przemienne wskutek czasowej zmiany strumienia magnetycznego przy wszczepionych elektrodach, za pomocą elementu wtórnego. Wszczepione elektrody do leczenia złamań kości mają postać gwoździ lub śrub. Istnieje także możliwość nieinwazyjnego leczenia, bez wszczepionego elementu wtórnego, przy czym w leczonej części ciała, którą umieszcza się w środku cewki, indukowane są tylko bardzo słabe prądy elektryczne. Stosowane są także urządzenia do leczenia całego ciała, w których linie pola rozkładają się równomiernie w ciele. W znanych urządzeniach, w celu uzyskania skutecznego leczenia, zabiegi trzeba często powtarzać, co prowadzi do zwiększonego obciążenia pacjentów.

W urządzeniu do napromieniania według wynalazku częstotliwość pojedynczych impulsów wynosi od 1 do 1000 Hz, a amplituda każdego pojedynczego impulsu jest określona przez funkcję c

w której y określa amplitudę generowanego przebiegu sygnału, x - przebieg czasowy, gdzie czas x dla każdego pojedynczego impulsu zaczyna się na nowo od tej samej wartości początkowej, a - parametr do ustawiania czasowego przebiegu amplitudy każdego pojedynczego impulsu, b - liczbę nałożonych impulsów, c - czynnik do ustawiania amplitudy, d - wartość przesunięcia i k - czynnik do ustawiania amplitudy nałożonych impulsów.

190 468

Korzystnie modulowany pojedynczy impuls pulsującego pola elektromagnetycznego odpowiada następującej funkcji

c

Korzystnie pojedyncze impulsy występują w grupach impulsów, a okres trwania każdej grupy impulsów wynosi od 0,25 do 1,2 sekundy .

Korzystnie okres trwania grup impulsów podczas napromieniania pulsującym polem elektromagnetycznym jest zmienny w czasie.

Korzystnie stosunek pojedynczych impulsów do leżących pomiędzy nimi przerw odpoczynku wewnątrz grup impulsów wynosi od 3:1 do 1:3.

Korzystnie urządzenie zawiera co najmniej jeden czujnik do pomiaru parametru tkanki, do którego jest dołączone urządzenie sterujące, dołączone poprzez generator impulsów do urządzenia generującego pole dla optymalizacji przebiegu pulsującego pola elektromagnetycznego.

Zaletą urządzenia według wynalazku jest to, że uzyskuje się szybszy i szerszy wpływ na procesy biologiczne, w szczególności ich stymulację. Urządzenie według wynalazku prowadzi do znacznie szybszej stymulacji procesów przemiany materii w napromienianej tkance. Stosowane impulsy nałożone na impulsy podstawowe poprawiają fizjologiczne procesy przemiany poprzez obszary błonowe wewnątrz ciała. Ta stymulacja prowadzi do lepszego wykorzystania O2. Również miejscowe napromienianie prowadzi do stymulacji procesów przemiany materii w całym ciele. Lepsze wykorzystanie O2 prowadzi między innymi do wzmocnienia tkanki łącznej i chrząstek oraz tkanki mięśniowej. Wskutek bioelektrycznego oddziaływania indukowanych napięć następuje mineralizacja tkanki łącznej poprzez wymianę jonów oraz zostaje zwiększona zdolność syntezy w komórce.

Zaletą urządzenia według wynalazku jest także to, że optymalizacja oddziaływania na organizm zostaje poprawiona poprzez sprzężenie zwrotne. W tym celu są zastosowane czujniki do pomiaru jednego lub wielu parametrów ciała dla optymalizacji reakcji ciała za pomocą impulsów elektromagnetycznych. Za pomocą parametrów mierzonych przez czujniki, na przykład ciśnienia krwi, temperatury, pulsu lub objętości oddechu, następuje optymalizacja parametrów urządzenia do generowania sygnału elektromagnetycznego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia według wynalazku, fig. 2 -przebieg czasowy pojedynczego impulsu i fig. 3 - przebieg czasowy wielu pojedynczych impulsów w obrębie grup impulsów.

Figura 1 przedstawia urządzenie zawierające przynajmniej generator impulsów 1, który poprzez urządzenie generujące 2 pole, korzystnie cewkę, generuje pulsujące pole elektromagnetyczne, które oddziałuje na żywą tkankę 3 w ciele leczonego pacjenta. W celu ustalenia i optymalizacji parametrów impulsów pulsującego pola elektromagnetycznego w generatorze impulsów 1, czujnik 4 mierzy określone parametry ciała, na przykład temperaturę, ciśnienie krwi, puls lub zawartość tlenu we krwi. Zmierzony parametr jest doprowadzany przewodem 5 sprzężenia zwrotnego do urządzenia sterującego 6, które ocenia parametr i odpowiednio do tego steruje generatorem impulsów 1. W celu poprawy optymalizacji pulsującego pola elektromagnetycznego dokonywany jest jednoczesny pomiar i ocena wielu parametrów ciała.

Poza tym czujnik 4 jest stosowany do pomiaru częstotliwości urządzenia generującego 2 pole, które są przenoszone przez napromieniane ciało. Zmierzone częstotliwości są doprowadzone przewodem 5 do urządzenia sterującego 6. Na podstawie różnic w widmie częstotliwości generowanych przez urządzenie generujące 2 pole i częstotliwości mierzonych przez czujnik 4, urządzenie sterujące 6 oblicza funkcję przenoszenia napromienionego ciała. W zależności od tej ftmkcji przenoszenia, urządzenie sterujące 6 każdorazowo ustala optymalne wartości dla parametrów a, b, c, d i k. W tego typu urządzeniach generujących 2 pole, natężenia pola mogą być zmieniane dodatkowo wewnątrz urządzenia generującego 2 pole.

Figura 2 przedstawia przebieg czasowy pojedynczego impulsu 10 wytwarzanego w urządzeniu generującym pulsujące pole elektromagnetyczne. Generowane są pojedyncze impulsy 10, których postać odpowiada w zasadzie przebiegowi pokazanemu na fig. 2, na której jest przed190 468 stawiona amplituda pojedynczego impulsu 10 w funkcji czasu i odcinek czasowy między dwoma kolejnymi, pojedynczymi impulsami 10. Pulsujące pole elektromagnetyczne składa się z pojedynczych impulsów 10, które zaczynają się w chwili ta z małą amplitudą. Na końcu pojedynczego impulsu 10, do chwili tb amplituda stale rośnie. Wzrost amplitudy następuje korzystnie zgodnie z funkcją wykładniczą, chociaż możliwe są także inne funkcje. Optymalna postać i kolejność podimpulsów jest bardzo różna, zależnie od przypadku i od rodzaju napromienionej tkanki, żądanego wyniku leczenia i danej osoby. Optymalna częstotliwość podstawowa jest zawarta w zakresie od 1 do 1000 Hz. Pomiędzy pojedynczymi impulsami 10 występuje czas odpoczynku o określonej długości, który jest wymagany przez procesy przemiany. Stosunek czasu odpoczynku od chwili t_c do chwili ta na fig. 2 i aktywnego czasu impulsów od chwili ta do chwili tb waha się od 3:1 do 1:3, korzystnie wynosi około 1:1. 5 W większości przypadków czas odpoczynku jest zbędny.

Na każdy pojedynczy impuls 10 są nałożone impulsy dodatkowe 11, które są określone także jako podimpulsy. Na początku każdego pojedynczego impulsu 10 amplituda nałożonych impulsów dodatkowych 11 zaczyna się od zera albo wybranej uprzednio wartości przesunięcia i w pobliżu końca pojedynczego impulsu 10, w chwili tb osiąga maksymdną amplitudę pojedynczego impulsu 10 albo na odwrót. Pomiędzy chwilą ta i chwilą tb amplituda nałożonych impulsów dodatkowych 11 stale rośnie, maleje albo dowolnie zmienia się. Te nałożone impulsy dodatkowe 11 prowadzą do stymulacji procesów fizjologicznych przemiany i przyczyniają się w sposób decydujący do przyspieszenia określonych procesów leczniczych. Jest przy tym szczególnie ważnie, że amplituda impulsów dodatkowych 11 zmienia się w trakcie każdego pojedynczego impulsu 10. Decydujące znaczenie przy stymulacji procesów przemiany w tkance ciała ma przypuszczalnie duży udział narastających albo opadających odcinków zboczy, które są wytwarzane przez wiele nałożonych impulsów dodatkowych 11.

Nachylenie zbocza nałożonych impulsów dodatkowych 11 o większych częstotliwościach wzrasta od początku pojedynczego impulsu 10 do końca pojedynczego impulsu 10. Nachylenie przy kolejnych nałożonych impulsach dodatkowych 11 może również na krótko zmniejszyć się w zależności od czynnika k albo k(x).

Każdy pojedynczy impuls 10 ma na przykład przebieg, który odpowiada następującej funkcji x^ad<-e^s,n(^b) , y =-+ d .

c

Ten wzór podaje dla każdego pojedynczego impulsu 10 przebieg amplitudy > w czasie x. Czas x zaczyna się dla każdego pojedynczego impulsu 10 na początku tego impulsu na nowo od tej samej wartości początkowej, korzystnie 0. Wzór podaje tylko przebieg aktywnego czasu impulsu. Przerwy odpoczynku przewidziane każdorazowo pomiędzy pojedynczymi impulsami 10 nie są przez ten wzór podane.

W czasie pomiędzy pojedynczymi impulsami 10 sygnał albo pulsujące pole elektromagnetyczne przyjmuje wartość 0 albo stałą wartość ustaloną z góry. Oznacza to, że zakres, przez który przebiega parametr x, zależy od aktywnego czasu impulsu, który jest określony przez częstotliwość pojedynczych impulsów 10, zawartą w zakresie od 1 Hz do 1000 Hz, oraz stosunek czasu aktywnego do czasu biernego impulsu. Zmienna czasu x zmienia się korzystnie od -4,5 do +4,5, przy czym dla większości zastosowań jest wystarczający zakres od 0 do około +4, a więc od 0 do 3-4.

Wykładnik a podaje, z jakim nachyleniem wzrasta amplituda impulsu podstawowego podczas aktywnego czasu impulsu. Przez ten parametr określa się rodzaj obwiedni dla rzeczywistego przebiegu każdego pojedynczego impulsu 10. Korzystne wartości parametru a są zawarte w zakresie od a = 1 do a = 5, a zwykle stosuje się wartość 3. Parametr a może również przyjmować odpowiednie wartości ujemne.

Wykładnik b opisuje liczbę i nachylenie impulsów dodatkowych 11, nałożonych na przebieg impulsu podstawowego, określony przez parametr a. Im większy wybiera się parametr b, tym więcej impulsów dodatkowych 11 jest nakładanych na impuls podstawowy. Parametr b przyjmuje korzystnie wartości od 2 do 5, a zwykle stosuje się wartość 3.

190 468

Parametr c stanowi rodzaj czynnika skalującego, za pomocą którego określa się maksymalną wartość sygnału albo natężenia pola każdego pojedynczego impulsu 10. Im większy wybiera się parametr c, tym mniejsza jest uzyskana maksymalna wartość amplitudy. Parametr c jest tak wybrany, aby zachować różne natężenia pola elektromagnetycznego, dopuszczalne w poszczególnych krajach. Światowa Organizacja Zdrowia proponuje wartości mniejsze od 100 |iT przy zastosowaniu ciągłym w zakresie małych częstotliwości. W związku z tym dokładna wartość parametru c do zastosowania zależy od charakterystyki użytej cewki albo urządzenia generującego 2 pole.

W specjalnych zastosowaniach parametr może zmieniać się zależnie od czasu, na przykład przez sterowanie zależne od programu. Przy jednakowej częstotliwości impulsów, sygnał może mieć na przykład najpierw przez minutę mniejsze natężenie pola, a następnie przez 2 minuty większe natężenie pola.

Za pomocą parametru d można określać rodzaj napięcia początkowego pojedynczych impulsów 10, czyli można ustawiać wartość sygnału podstawowego lub wartość przesunięcia, na którą są ustawiane każdorazowo pojedyncze impulsy 10. Ta wartość podstawowa nie musi odpowiadać żadnej wartości amplitudy wybranej na stałe, ale może się zmieniać w czasie. W ten sposób poprzez odpowiedni wybór można oddziaływać na procesy elektroforetyczne. Korzystnie stosuje się wartość w zakresie od -1 do +2, a zwykle 0. Parametr należy w szczególności wybrać tak, żeby nie wychodzić poza dopuszczalny zakres natężenia pola.

Korzystnie dla parametru a wybiera się wartość 3, dla parametru b wartość 3, dla parametru k wartość 1, a dla parametru d wartość 0, przy czym parametr c należy wybrać w zależności od powyższych warunków brzegowych i dlatego poniżej nie będzie on podawany. Gdy pojedyncze impulsy 10 mają taki przebieg, uzyskuje się szczególnie korzystną stymulację procesów biologicznych. Przebieg amplitudy każdego pojedynczego impulsu 10 odpowiada wtedy następującej funkcji _{J? = x}3 . _es,n(x’)_>

Jeżeli za pomocą czujników mierzy się określone parametry żywej tkanki, w szczególności ciała ludzkiego, przebieg każdego pojedynczego impulsu 10 można tak dopasować do rzeczywistych czynników, że uzyskuje się optymalną stymulację. W tym celu w zależności od zmierzonych parametrów tkanki albo zmierzonego parametru tkanki zmienia się odpowiednio parametry przebiegu impulsu, czyli parametry a, b, c, d i k. W ten sposób jest możliwe adaptacyjne dopasowanie stymulacji do wrażliwości stymulowanej tkanki. Zakres, w jakim jest możliwa zmiana w zależności od parametrów tkanki, zależy od typu tkanki, żądanej stymulacji, a w szczególności od fizycznej jakości zmierzonego parametru tkanki.

Jeżeli wybiera się przebieg pojedynczego impulsu 10 według podanego powyżej, szczególnie korzystnego przykładu wykonania wynalazku, poprzez pętlę sprzężenia zwrotnego można zmieniać parametry w małym zakresie, aby uzyskać dopasowanie przebiegu impulsu do zmiany wrażliwości tkanki, powodowanej na przykład przez samą stymulację.

Figura 3 przedstawia pojedyncze impulsy 10 z fig. 2 w większej skali czasowej. Pojedyncze impulsy 10 są zestawiane w grupy impulsów 12, 13, w których następuje po sobie wiele pojedynczych impulsów 10. Pomiędzy chwilą tj, która oznacza początek takiej grupy impulsów, oraz chwilą t2, która oznacza koniec grupy impulsów, przebieg czasowy każdego impulsu odpowiada przebiegowi pokazanemu na fig. 2. Dla uproszczenia przebieg amplitudy każdego pojedynczego impulsu 10 na fig. 3 jest oznaczony trójkątem. Czas trwania każdej grupy impulsów wynosi, w zależności od warunków zewnętrznych, od 0,25 do 1,2 sekund. Korzystnie czas trwania grupy impulsów jest zmieniany podczas oddziaływania na tkankę pulsującym polem magnetycznym w funkcji czasu. Szczególnie korzystne jest, gdy długość grup impulsów wzrasta wraz ze wzrostem czasu oddziaływania. Pomiędzy takimi grupami impulsów występuje przerwa od chwili t2 do chwili t3, która może się wahać od 0,05 do 3 razy czas trwania grupy impulsów 12, 13. Takie przerwy pomiędzy grupami impulsów prowadzą do lepszej stymulacji żywej tkanki ciała.

190 468

Fig.2

Fig. 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do napromieniania żywej tkanki, zawierające urządzenie generujące pole do generowania pulsującego pola elektromagnetycznego oraz generator impulsów dołączony do urządzenia generującego pole dla sterowania urządzeniem generującym pole tak, że pulsujące pole elektromagnetyczne składa się z wielu pojedynczych impulsów, znamienne tym, że częstotliwość pojedynczych impulsów (10) wynosi od 1 do 1000 Hz, a amplituda każdego pojedynczego impulsu (10) jest określona przez funkcję, x^adk-e^sin(b , y=-+d, c

w której y określa amplitudę generowanego przebiegu sygnału, x - przebieg czasowy, gdzie czas x dla każdego pojedynczego impulsu (10) zaczyna się na nowo od tej samej wartości początkowej, a - parametr do ustawiania czasowego przebiegu amplitudy każdego pojedynczego impulsu (10), b - liczbę nałożonych impulsów, c - czynnik do ustawiania amplitudy, d - wartość przesunięcia i k - czynnik do ustawiania amplitudy nałożonych impulsów;
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że modulowany pojedynczy impuls (10) pulsującego pola elektromagnetycznego odpowiada następującej funkcji c
3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że pojedyncze impulsy (10) występują w grupach impulsów (12, 13), a okres trwania każdej grupy impulsów (12, 13) wynosi od 0,25 do 1,2 sekundy'.
4. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że okres trwania grup impulsów (12,13) podczas napromieniania pulsującym polem elektromagnetycznym jest zmienny w czasie.
5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że stosunek pojedynczych impulsów (10) do leżących pomiędzy nimi przerw odpoczynku wewnątrz grup impulsów (12, 13) wynosi od 3:1 do 1:3.
6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że zawiera co najmniej jeden czujnik (4) do pomiaru parametru tkanki, do którego jest dołączone urządzenie sterujące (6), dołączone poprzez generator impulsów (1) do urządzenia generującego (2) pole dla optymalizacji przebiegu pulsującego pola elektromagnetycznego.