WO1993000960A1 - Vorrichtung zum transport von ionen, insbesondere protonen - Google Patents

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Ulrich Warnke
Gerhard Fischer
Herbert L. KÖNIG
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Dr Fischer AG
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Dr Fischer AG
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N2/00—Magnetotherapy
    • A61N2/02—Magnetotherapy using magnetic fields produced by coils, including single turn loops or electromagnets

Definitions

  • the invention relates to a device with a generator generating low-frequency pulsed electric currents and a transmission coil connected thereto, the electromagnetic fields of which serve to act on a body region to be treated.
  • US-A-1 428 366 describes an electromagnetic apparatus and a method for reducing the glucose level in the blood serum with unipolar pulsed magnetic fields with a low pulse repetition frequency, which is between 5 and 75 Hz, with a duration of the individual limpulses of eg 350 microseconds.
  • the individual pulse has an impulse roof slope to ensure a constant magnetic field for the duration of the individual pulse. This is monitored by a display which is fed by a measuring coil provided in the radiation area.
  • US Pat. No. 4,641,633 A1 deals with an electronic system for activating, influencing and / or changing and developing cells, organs and the organism of living individuals.
  • unipolar square-wave pulses with a steep slope with a pulse repetition frequency between 1 and 120 Hz are used, which are radiated into the area to be treated via an antenna.
  • a keying with a high-frequency oscillation is superimposed on the individual pulses, the frequency of which should be between 10 kHz and 100 MHz.
  • EP-0 152 963 A2 describes an electrotherapy device in which electrodes are applied to the body region to be treated, to which low-frequency pulsed electrical vibrations for generating electromagnetic fields are supplied to the body tissue.
  • the device essentially works according to the tissue heating principle in combination with an electromagnetic alternating field.
  • DE-PS 1 38 28 043 AI describes a medical treatment device for influencing magneto-energetic processes in the living human or animal organism, in which one or more induction coils are accommodated in a flexible flat cushion, which are operated with pulsating direct current .
  • the pulsating direct current generates a low-frequency pulsating magnetic field, the frequency of which is, for example, 15 to 20 Hz.
  • EP-0 266 907 A2 deals with an apparatus for irradiating a patient's body, in which a high-frequency oscillation of, for example, 27 MHz is keyed at a low frequency.
  • the pulse frequency should be between 1 Hz and 10 kHz, with a single pulse duration between approximately 10 and 100 microseconds.
  • CH-PS 675 970 A5 a device for the treatment of living beings with an intermittent and pulsating magnetic constant field is described. Pulse packets consisting of several individual pulses are emitted and the pulses in the respective pulse packets can have a constant, increasing, decreasing or increasing and decreasing amplitude.
  • baro-receptors sit on the blood vessels in the coronary and neck area, with the help of which the body controls blood pressure, and that it is possible to influence these baroreceptors with the aid of electromagnetic fields so that Blood circulation is activated.
  • An expansion of the capillaries could also be achieved in this way, which led to improved blood circulation in the corresponding body areas. Since the baroreceptors are located only at certain locations in the blood vessels, their influence is quite limited. An improved one The supply and disposal of certain vessels and areas of the body can only be achieved indirectly through improved blood circulation. It is not possible to influence the lymphatic system since it does not have baro-receptors.
  • the invention is based on the object of specifying a device for transporting ions and in particular protons, by means of which the ion concentration in any part of the body in humans and animals can be influenced in a targeted manner.
  • this object is achieved according to the invention in that the transmission energy is chosen so high that the energy induced in the electrolyte liquid is higher than the thermal energy and lies within the limit values of the so-called cell-specific amplitude window, and that the pulsed currents generated by the generator in the transmitter coil, which preferably has a low induction, have the following properties:
  • the basic current pulse consists of the superimposition of a square-wave current and a current which rises approximately after an e-function, followed by an at least equally long pulse pause,
  • the basic frequency of the basic current pulses with basic pulse pauses is 100 to 1000 Hz, preferably 200 Hz
  • the amplitude of the basic pulse sequence is modulated in amplitude with a modulation frequency of 0.5 to 25 Hz, preferably 20 Hz
  • the modulated basic pulse train is used as a pulse train series for a period of 0.3 to 1.0 seconds. emits what is a pulse series pause of 0.7 to 5.0 see. connects.
  • the best known representatives of intracorporeal electrolyte fluids in humans and animals are the blood and the lymph.
  • the blood in the body is the universal means of transport for oxygen, carbon dioxide, water, salts and other electrolytes, nutrients, metabolic products, heat, catalytically active substances such as hormones and enzymes, antibodies, wound closures, etc. According to its flow behavior, it is not Newtonian liquid, more comparable to an emulsion than a suspension.
  • the pH is around 7.38.
  • the relative dielectric constant is 80, at least in the low-frequency range, corresponding to the high water content.
  • the lymph is a colorless to yellowish body fluid that arises from the blood plasma and is released into the tissue through the capillaries. It surrounds all cells. It collects in tissue gaps and cavities.
  • the derivation takes place initially in small lymphatic capillaries, which join together to form larger lymphatic vessels. Before they flow back into the bloodstream, they pass through the lymph nodes. The lymph gives nutrients to the tissue and transports metabolic products from the tissue. The lymph contains approx. 95% water. Another important intracorporeal fluid is the cerebrospinal fluid that plays around the brain and spinal cord.
  • Acid-base balance is described by the so-called Henderson-Hasselbach equation.
  • the acid-base balance is closely related to the general electrolyte balance of the body.
  • the intracorporeal electrolyte fluid for example the blood, lymph or cerebrospinal fluid infiltrate.
  • the lipids carry a negative charge in the membranes of the blood vessels that are in contact with the blood.
  • the field triggered by this exceeds the thermal energy and extends approximately 1000 A far into the plasma.
  • the concentration of cations close to the surface of the vessel is about a power of ten higher than in Plasma phase. As a result, the local pH is ten times lower than in the electrolyte fluid.
  • the surface potential is an electrical barrier that prevents protons and other ions from entering the vessel walls.
  • the energy required by an ion with a radius of 10 -10 m to transfer from water to a lipid medium is approximately 22.6 eV.
  • the surface potential of the vessel walls and membranes in the body varies very greatly. This is taken into account by the amplitude modulation of the basic pulse sequences.
  • the so-called window effect should also be noted, ie that the induced voltages only allow ions and protons to penetrate into the vessel wall if their strength lies within a cell-specific amplitude window. Amplitudes which are too small but also too large prevent ion transport through the vessel walls and membranes.
  • the directions of movement of positive and negative ions are usually opposed to one another. According to the method according to the invention, positive and negative ions can thus be transported from the body's electrolyte liquid simultaneously into the same cells.
  • the voltage induced in the vessel wall is amplified by the polarization potential. Due to the fact, the fact that the vessel walls and especially their membranes are very thin result in very high field strengths, even if the induced voltages remain relatively small in absolute terms. For example, an induced voltage of only 30 mV in a membrane with a thickness of 200 nm leads to a field strength of 150 kV / m. It should be pointed out that field strengths of this magnitude can only be achieved inductively with electromagnetic fields, and in no case capacitively or galvanically with electrodes.
  • the vessels Due to the high conductivity of the inter-corporal electrolyte fluids, the vessels form a Faraday cage, so to speak, the interior of which remains free of electrical fields.
  • the inductive excitation uses the electrical conductivity of the intracorporeal electrolyte fluids to generate the voltages and fields.
  • the already mentioned negative charge of the vessel walls compared to the electrolyte liquids is also due to the differences in the relative dielectric constants of the vessel walls on the one hand and the liquids on the other. Because of their high water content, blood and lymph have relative dielectric constants in the order of 80. The vessel walls have relative dielectric constants in the order of 3 to 5. The voltages and currents or fields induced in the electrolyte liquids according to the invention are able to neutralize this potential threshold called zeta potential. As a result, ions and especially the moving protons can now increasingly step into the cell and vessel walls. The accumulation of protons in the cell and vessel walls leads to the formation of an inversely polarized potential threshold, which prevents the protons and ions from leaving the cell and vessel walls again.
  • the changed proton concentration also leads to a favorable change in pH, especially in the area of the vessel walls.
  • the electromagnetic fields have further effects.
  • the electrostriction of the membranes and vessel walls as a result of structure-borne noise with activation of mechano and piezo-receptors, the alignment of polyvalent ion chains, the tangential displacement of adsorbed counter-ions, the force effect on dielectric bodies are to be mentioned here homogeneous and inhomogeneous fields as well as the electroosse.
  • the basic frequency of the basic current pulses is preferably matched to the mechanical resonance of the blood and lymphatic vessels. Isosceles triangles have proven to be the optimal induced amplitude shape, whereby according to a further development the polarity of the amplitude does not change. In order to be able to induce such pulses, special current curves but also special transmitter coils are required. High-frequency pulses of a frequency of approximately 10-100 kHz are advantageously superimposed on the basic pulses. This frequency is matched to the capacitive conduction through the membranes.
  • the organism requires certain pauses.
  • the basic pulses are therefore advantageously switched on and off in regular sequences, the on and off times being between 0.3 see. : 0.7 see. And 0.7 see. : 5.0 see. Can be varied.
  • the effect on the organism can be optimized by adapting the field parameters. It is advantageous to regulate with biofeedback.
  • a blood pressure monitor is connected to the device according to the invention.
  • the regulation takes place to an optimal value of the blood pressure.
  • thermograph is connected. In this case, the regulation is carried out to optimally warm the desired body area through improved blood circulation.
  • a pulse measuring device is connected. In this way, the knowledge is evaluated that the pulse rate slows down when the pulsed electromagnetic fields are optimally effective.
  • a tidal volume measuring device is connected. This evaluates the knowledge that when the pH value in the cerebrospinal fluid is lowered, the tidal volume increases, i.e. H. your breathing deepens.
  • the low-inductance transmitter coil designed as a flexible flat coil
  • at least one inductive measuring coil This must also be extremely low-induction in order to be able to absorb the extremely weak fields induced in the organism as undistorted as possible.
  • This measuring winding absorbs the magnetic field which is more or less strongly reflected and phase-shifted by the organism.
  • the measurement signal is evaluated with a suitable, highly sensitive electronic evaluation circuit, whereupon the parameters of the transmission current pulses are optimized with the aid of an optionally installed controller.
  • the shape of the transmitter coil is important for an optimal function and effect of the electromagnetic fields in the organism.
  • the transmission current pulses are selected so strongly that a measuring voltage of 20 to 30 mV is induced in a circular measuring coil with only one turn and a diameter of 20 cm.
  • the area of the organism affected by the electromagnetic fields also has an extension of approximately 20 cm or more. If smaller areas of the body are to be measured, for example arms or legs, a correspondingly smaller measuring coil must be used. The measuring voltage which is thereby lower due to the system is calibrated into the control circuit.
  • the turns of the transmitter coil form an oval spiral and are distributed on both sides of the carrier plate, the best results can be achieved.
  • the transmitter coil is able to radiate the optimal pulse shapes, frequencies and powers without distortion.
  • the shape of the transmitter coil should be such that the required voltages and fields can build up at the points of action in the irradiated organism without being dangerous local field peaks comes. In this sense, the design of the transmitter coil as a so-called quadrupole is optimal.
  • the same purpose also serves to adapt the carrier plate, which carries the turns of the transmitter coil, to the body part to be treated.
  • a plan view of a first transmitter coil a plan view of a transmitter coil as a quadrupole, a plan view of a multiple coil, a plan view of a multiple measuring coil, an embodiment of a transmitter coil for the treatment of large areas of the body,
  • FIG. 6 shows an embodiment of a transmitter coil for the treatment of arms and legs, the construction of this transmitter coil as an explosive pattern, an optimal basic current pulse with associated basic pulse pause, an induced pulse shape as a voltage-time diagram, the basic pulses of FIG. 8 in a different time measure ⁇ rod and amplitude modulated, and the pulse train in another time scale, and
  • FIG. 1 shows a plan view of a first embodiment of a transmission coil 10.
  • the actual transmission winding 12 is in the form of an oval spiral on a carrier plate 11 made of highly flexible insulating material, here represented for simplicity with a rectangular cross-section.
  • the inner winding end 13 is plated through to a further winding with the same winding direction applied to the back of the carrier plate 11.
  • the power is supplied at the outer winding end 14.
  • An inductive measuring winding 15 is placed around the transmitter coil 12. This takes up the reflected field, which is partially weakened in intensity and phase-shifted in the organism to be treated, and leads it to a suitable electronic circuit.
  • Suitable highly sensitive circuits are known, e.g. B. in the form of phase synchronous systems.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a transmission coil 20.
  • a measuring winding 15 is also provided here.
  • 3 shows a third embodiment of a transmitter coil 30, which is specifically intended for use in clinical practice.
  • four transmitter coils 12 with associated measuring winding 15 are arranged on a again highly flexible carrier 31, the size of which can correspond approximately to the size of a bed cover. More or less large areas of the body can be treated at the same time by supply and individual transmission coils.
  • a coating prevents damage and soiling.
  • a transmitter coil 40 is shown with a flexible carrier 41, but the spiral windings of the transmitter coil 40 are not shown.
  • Three measuring windings 42, 43, 44 with different diameters d1, d2 and d3 are shown.
  • the experiments carried out have shown that the effect of the pulsed electromagnetic fields on the organism is optimal if a voltage of 20 to 30 mV is induced in a circular measuring winding with only one turn and a diameter of 20 cm, provided that irradiated body area is correspondingly large. If larger areas of the body are to be treated, a measuring winding that is too small would only absorb a portion of the reflected energy, which would simulate an insufficient transmission energy. For this reason, measuring windings with different diameters are used in practice, the system-induced different induction voltages are thus calibrated into the connected measuring apparatus,
  • FIG. 5 shows a first embodiment of a transmitter coil 50 for medical practice.
  • a body-shaped plate 51 is fastened to an articulated arm 52, inside which there are transmitter coils and the measuring windings.
  • Power supply, generator, measuring device, control device and control panel find their place in a basic device (not shown).
  • the transmitter coil 60 is designed as a cylinder 61, to which power supply lines 62 and measuring lines 63 are connected.
  • Fig. 7 shows a cylinder-shaped transmitter coil 70 as an explosive.
  • the actual transmitter windings 73, 74 are located between an inner ring 71 and an outer ring 72, both consisting of insulating material. Each of these windings forms an oval spiral.
  • the Pulse-pause ratio is approximately 2: 3.
  • the frequency of the basic pulses is between 100 and 1000 Hz, preferably at 200 Hz.
  • High-frequency pulses with a frequency between 10 and 100 kHz are superimposed on the basic current pulses Pn.
  • the frequency of these high-frequency pulses is matched to the capacitive conduction in the vessels of the organism.
  • the essence of the basic current pulses Pix is their increasing amplitude after an e-function. This curve shape has two significant and surprising consequences.
  • the voltage pulses P induced in the organism have the same shape, on the other hand they are in phase with the current pulses.
  • FIG. 11 shows, on an even smaller time scale, a complete pulse sequence series Pia, the duration of which corresponds to the time 0 to t, followed by a pulse series pause P 3 of the duration t. are S.
  • the on-off ratio can be varied between 0.3: 0.7 see. And 0.7: 5.0 see.
  • the pulse series pause P ⁇ > 3 takes into account the fact that the organism needs a certain amount of time in each case to allow the chemical-physical processes initiated by the pulse series P ⁇ 3 to take effect.
  • the frequency of the basic current pulses P a. is tuned to the mechanical resonance of the blood and lymphatic vessels.
  • the high frequency is tuned to the capacitive conduction through the vessel walls and membranes. It is essential that the pulse amplitude is chosen so strongly that the necessary voltages and field strengths are induced in the organism, but the correct window must be observed. This is monitored by means of a measuring winding.
  • the electrical conductivity speed of the irradiated body region, which manifests itself in an increased reflection factor, a measure of the improved blood circulation, while the phase shift between current and voltage of the measurement signal is a measure of the changed polarization of the vessel walls and membranes.
  • the physiological effects of the electromagnetic fields according to the invention can also be controlled by the known medical measuring devices, for example by a blood pressure measuring device, a pulse measuring device, a thermograph or also a respirograph.
  • the shape and construction of the transmitter coils are of particular importance for the optimal effect of the device according to the invention.
  • the fundamental frequency is preferably very low, preferably 200 Hz
  • high-frequency harmonics occur due to the switching on and off.
  • these shape-determining harmonics are not adequately transmitted, i.e. the pulse shape is changed and the effect deteriorates.
  • a low-induction structure of the transmitter coils is therefore important. Any field line concentrations that could cause damage to the organism must also be prevented by the shape of the transmitter coils. Since the effect of the magnetic fields depends on the direction, the transmitter coils must be applied correctly.
  • the pH reduction triggered by the proton enrichment, sensitizes the Baro receptors, which is added to the already known mechanical excitation of the Baro receptors by means of electrostriction. This reduces the arousal of the sympathetic nervous system, the vascular dilation is increased, the heat radiation from the surface of the organism is increased (measurably) and the oxygen partial pressure in the treated body region is increased. At the same time, the lowering of the pH value sensitizes the vagus center, which means that the pulse rate drops measurably.
  • a lowering of the pH value also activates the macrophages.
  • the respiratory center is sensitized and there is a measurable deepening of breathing.
  • the effect of the pulsed electromagnetic fields is optimal if the blood has a high proton concentration. This is the case during sleep, since the blood then contains a lot of CO 2, after physical exertion or also after alcohol consumption, since the blood then has a high lactate concentration, and during fasting, because the blood then contains a lot of ketosis.
  • FIGS. 12 to 14 show circuit details, of the basic device already mentioned with reference to FIG. 5 and of the measuring and control devices also mentioned above.
  • FIG. 12 shows a block diagram of a tried and tested basic unit.
  • a microprocessor MP is provided as sequence control for the basic unit, which receives its setting values from an operating console PA.
  • the work cycle is fed to the microprocessor MP with a clock signal generator designated by Cl.
  • the desired form of the transmission signal to be generated is as a result of individual amplitude values in digital form permanently stored in a memory module labeled EP, for example an EPROM.
  • the microprocessor MP supplies the memory EP with a readout signal, which prompts a readout of those memory cells whose memory address is determined by the microprocessor MP via an address memory and generator ADR.
  • a sequence of digital values or words describing the desired form of the transmission signal is therefore emitted at the output of the memory EP during operation.
  • This digital signal is converted by means of a digital-to-analog converter A / D into a sequence of corresponding amplitude samples, which is fed as a continuous signal to a transmitting coil SSP via an amplifier RV which has a low-pass behavior and whose amplification can also be regulated.
  • the gain of the low-pass amplifier RV and thus the amplitude of the current supplied to the transmitter coil SSP can be adjusted from the control panel PA via an adjuster A.
  • the adjuster P the sequence of memory cells of the memory EP to be read out one after the other, which best describes the desired signal shape, can be determined via the microprocessor MP.
  • the adjuster Z the required time values of the pulses can be selected, which are to be set via the microprocessor MP.
  • I / O denotes the operating switch with which the basic device can be switched on or off. The generation of special form signals in this way is on is known, for example, from DE-Al 3 628 219, so that a further description is unnecessary.
  • FIG. 13 shows the measuring device already mentioned above for determining the impedance of a body region to be treated as a block diagram.
  • a signal generator SG with a frequency of e.g. 100 kHz feeds a transmitter coil SSP, to which a measuring coil MSP is assigned.
  • the signal fed to the transmitter coil SSP and the signal taken from the measuring coil MSP are fed in phase to a subtraction stage or in phase opposition to an addition stage ADD.
  • control element RG is inserted in the line from the signal source to the subtraction or addition stage ADD.
  • the control element RG contains an attenuation controller to compensate for the amplitude difference and a phase controller to compensate for the phase shift, which the signal supplied by the measuring coil MSP has.
  • phase controller in the control element RG can be omitted if the subtraction or Addition stage ADD is also provided with a phase comparator, which measures the phase shift mentioned directly and displays it on a display device OSC or delivers it as a one-off variable to the control panel PA or the microprocessor MP.
  • FIG. 14 shows a measuring device which connects to the control amplifier in FIG. 12.
  • the transmitter coil SSP is assigned a measuring coil MSP, which in turn feeds a measuring device or a display device, such as an oscilloscope OSC.
  • a switch SCH which is fed by the output signal of the control amplifier RV, is inserted between the measuring coil MSP and the oscilloscope OSC.
  • the control of the switch SCH is such that the transmission path from the measuring coil MSP to the display device OSC is interrupted as long as a current is supplied from the control amplifier RV to the transmitting coil SSP, i.e. , as long as pulses are emitted.
  • the transmission path is closed in the pulse pauses, i.e. when RV does not feed any electricity into SSW.
  • the signal picked up by the measuring coil MSP during the pulse pauses is thus reproduced in the display device designed as an oscilloscope OSC in the example.
  • the circuit shown in FIG. 13 can also be used for a similar purpose if the control amplifier RV according to FIGS. 12 and 14 takes the place of the 100 kHz generator SG or is switched on. 26
  • the measurement signals obtained with circuits according to FIGS. 13 and 14 can be used in two ways for the regulation of the transmission currents. Either the measurement signals are displayed and the operator actuates the control panel adjusters accordingly. The other possibility is that the measurement signals are used as direct setting signals for the control amplifier RV or the microprocessor MP by causing a corresponding change in gain and / or a change in pulse shape and / or changing the timing accordingly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Transport von Ionen, insbesondere Protonen, aus intrakorporalen Flüssigkeiten in und durch die sie umgebenden Gefäßwände und Membranen. Mittels besonders ausgestalteter elektromagnetischer Felder werden in den Gefäßwänden bzw. Membranen Potentiale erzeugt, die den Ionen- bzw. Protonentransport bewirken. Die Vorrichtung ist beispielsweise zum Ionentransport aus dem in einer Ader geführten befindlichen Blut in das umgebende Gewebe einsetzbar.

Description

Vorrichtung zum Transport von Ionen, insbesondere Protonen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem niederfrequent gepulste elektrische Ströme erzeugen¬ den Generator und einer daran angeschlossen Sendes¬ pule, deren elektromagnetischen Felder zur Beaufschlagung einer zu behandelnden Körperregion dienen.
Vorrichtungen dieser Art sind aus der Literatur und auch aus Patentschriften allgemein bekannt. So be¬ schreibt die US-A-1 4 428 366 einen elektromagneti¬ schen Apparat und eine Methode zur Herabsetzung des Glukosepegels im Blutserum mit unipolaren gepulsten Magnetfeldern niedriger Pulsfolgefrequenz, die zwi¬ schen 5 und 75 Hz liegt, bei einer Dauer des Einze¬ limpulses von z.B. 350 Mikrosekunden. Der einzelne Impuls hat dabei eine Impulsdachschräge, um ein konstantes Magnetfeld für die Dauer des Einzelpulses sicherzustellen. Dies wird mit einer Anzeige über¬ wacht, die von einer im Bestrahlungsbereich vorgese¬ henen Meßspule gespeist wird. In der US-PS 4 641 633 AI ist ein elektronisches System zur Aktivierung, Beeinflussung und/oder Ver¬ änderung und der Entwicklung von Zellen, Organen und des Organismus lebender Individuen behandelt. Nach dieser Druckschrift finden hierzu unipolare Rechtek- kimpulse hoher Flankensteilheit mit einer Pulsfol¬ gefrequenz zwischen l und 120 Hz Anwendung, die über eine Antenne in den zu behandelnden Bereich eingestrahlt werden. Den Einzelpulsen ist dabei eine Tastung mit einer hochfrequenten Schwingung überla¬ gert, deren Frequenz zwischen 10 kHz und 100 MHz liegen soll.
In der EP-0 152 963 A2 ist ein Elektrotherapiegerät beschrieben, bei dem an die zu behandelnde Körperre¬ gion Elektroden angelegt werden, denen niederfre¬ quent gepulste elektrische Schwingungen zur Erzeugung von elektromagnetischen Feldern dem Körpergewebe zugeführt werden. Das Gerät arbeitet im wesentlichen nach dem Gewebeerwärmungsprinzip in Kombination mit einem elektromagnetischen Wechsel¬ feld.
In der DE-PS 1 38 28 043 AI ist ein medizinisches Behandlungsgerät zur Beeinflussung magneto¬ energetischer Vorgänge im lebenden menschlichen oder tierischen Organismus beschrieben, bei dem in einem flexiblen flachen Kissen eine oder mehrere Indukti¬ onsspulen untergebracht sind, die mit pulsierendem Gleichstrom betrieben werden. Der pulsierende Gleichstrom erzeugt ein niederfrequent pulsierendes Magnetfeld, dessen Frequenz z.B. bei 15 bis 20 Hz liegt. In der EP-0 266 907 A2 ist ein Apparat zur Bestrah¬ lung eines Patientenkörpers behandelt, bei dem eine hochfrequente Schwingung von z.B. 27 MHz niederfrequent getastet wird. Die Tastfrequenz soll zwischen 1 Hz und 10 kHz liegen, bei einer Einzelim¬ pulsdauer zwischen etwa 10 und 100 Mikrosekunden.
In der CH-PS 675 970 A5 ist schließlich ein Gerät zur Behandlung von Lebewesen mit einem intermittie¬ renden und pulsierenden magnetischen Gleichfeld beschrieben. Es werden Pulspakete aus mehreren Einzelimpulsen abgestrahlt und die Impulse können im jeweiligen Pulspaket in der Amplitude konstant, ansteigend, abfallend oder an- und abschwellend ver¬ laufen.
Allen diesen Vorrichtung und Verfahren ist gemein¬ sam, daß sie auf die Beeinflussung von biologischen Vorgängen mit Erwärmung und/oder elektromagnetischer Strahlung gerichtet sind.
Es ist ferner bekannt, daß an den Blutgefäßen im Koronar- und Halsbereich sogenannte Baro-Rezeptoren sitzen, mit deren Hilfe der Körper den Blutdruck steuert, und daß es möglich ist, diese Barorezepto- ren mit Hilfe von elektromagnetischen Feldern so zu beeinflussen, daß der Blutkreislauf aktiviert wird. Es konnte auf diese Weise auch eine Erweiterung der Kapillaren erzielt werden, was zu einer verbesserten Durchblutung der entsprechenden Körperbereiche führte. Da die Barorezeptoren nur an bestimmten Stellen der Blutgefäße sitzen, sind aber deren Ein¬ flußmöglichkeiten recht begrenzt. Eine verbesserte Ver- und Entsorgung bestimmter Gefäße und Körperbereiche kommt damit nur indirekt über eine allgemein verbesserte Durchblutung zustande. Eine Beeinflussung des Lymphgefäßsystems ist nicht mög¬ lich, da dieses nicht über Baro-Rezeptoren verfügt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Transport von Ionen und insbesondere von Protonen anzugeben, mit der eine gezielte Beeinflussung der Ionenkonzentration in beliebigen Körperbereichen bei Menschen und Tie¬ ren ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend beschriebenen Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sendeenergie so hoch gewählt ist, daß die in der Elektrolythflüssigkeit indu¬ zierte Energie höher ist als die thermische Energie und innerhalb der Grenzwerte des sogenannten zellspezifischen Amplitudenfensters liegt, und daß die vom Generator in der, vorzugsweise induktionsarm ausgebildeten Sendespule erzeugten gepulsten Ströme folgende Eigenschaften aufweisen:
- der Grundstrompuls besteht aus der Überlagerung eines Rechteck-Stromes und eines etwa nach einer e-Funktion ansteigenden Stromes, gefolgt von einer wenigstens gleich langen Pulspause,
- die Grundfrequenz der Grundstromimpulse mit Grund¬ pulspausen beträgt 100 bis 1000 Hz, vorzugsweise 200 Hz, - die Amplitude der Grundpulsfolge ist mit einer Modulationsfrequenz von 0,5 bis 25 Hz, vorzugsweise 20 Hz in der Amplitude moduliert,
- die modulierte Grundpulsfolge wird als Pulsfolge¬ serie für eine Zeitdauer von 0,3 bis 1,0 see. ausge¬ sendet, woran sich jeweils eine Pulsserienpause von 0,7 bis 5,0 see. anschließt.
Die bekanntesten Vertreter der intrakorporalen Elektrolyt-Flüssigkeiten bei Menschen und Tieren sind das Blut und die Lymphe. Das Blut ist im Körper das universelle Transportmittel für Sauerstoff, Koh¬ lendioxid, Wasser, Salze und andere Elektrolyte, Nährstoffe, Stoff echselprodukte, Wärme, katalytisch wirkende Stoffe wie Hormone und Enzyme, Antikörper, Wundverschlußstoffe usw.. Seinem Fließverhalten nach ist es eine Nicht-Newtonsche Flüssigkeit, eher ver¬ gleichbar einer Emulsion als einer Suspension. Der pH-Wert beträgt etwa 7,38. Die relative Dielektrizitätskonstante liegt entsprechend dem hohen Wassergehalt bei 80, jedenfalls im niederfre¬ quenten Bereich. Die Lymphe ist eine farblose bis gelbliche Körperflüssigkeit, die aus dem Blutplasma entsteht und durch die Kapillaren in das Gewebe abgegeben wird. Sie umgibt alle Zellen. Sie sammelt sich in Gewebespalten und Hohlräumen. Die Ableitung erfolgt zunächst in kleinen Lymphkapillaren, die sich zu größeren Lymphgefäßen zusammmenschließen. Bevor diese wieder in den Blutkreislauf einmünden, passieren sie die Lymphknoten. Die Lymphe gibt Nähr¬ stoffe an das Gewebe und transportiert Stoffwechsel¬ produkte aus dem Gewebe ab. Die Lymphe enthält ca. 95 % Wasser. Als weitere wichtige intrakorporale Flüssigkeit wäre zu nennen der Liquor, der Hirn und Rückenmark umspielt.
Von besonderer Bedeutung für die einwandfreie Funk¬ tion eines menschlichen und tierischen Organismus ist das sogenannte Säure-Basen-Gleichgewicht, das innerhalb enger Grenzen konstant gehalten werden muß, da sonst erhebliche Funktionsstörungen, z. B. des Ionen-Antagonismus, der Sauerstoff- Transportfunktion des Blutes, der Zellmembran- Durchlässigkeit im Gewebe, der Eigenschaften der Enzyme usw. , eintreten können. Das
Säure-Basen-Gleichgewicht wird beschrieben durch die sogenannte Henderson-Hasselbach'sche Gleichung. Das Säure-Basen-Gleichgewicht steht im engem Zusammen¬ hang mit dem allgemeinen Elektrolythaushalt des Kör¬ pers.
Dank der kombinierten Wirkung von Impulsfrequenz, Impulsform, Impulsenergie und Sendespulenform ist es möglich, Ionen, insbesondere Protonen, aus der intrakorporalen Elektrolyt-Flüssigkeit, beispiels¬ weise dem Blut, der Lymphe oder dem Liquor, gezielt und unmittelbar in die sie umgebenden Gefäßwände und Membranen einzuschleusen. Dies ist unter normalen Bedingungen nicht möglich, da die Lipide in den Mem¬ branen der Blutgefäße, die in Kontakt mit dem Blut stehen, eine negative Ladung tragen. Das dadurch ausgelöste Feld übersteigt die thermische Energie und reicht etwa 1000 A weit in das Plasma. Die Konzentration von Kationen nahe an der Gefäßoberflä¬ che ist etwa eine Zehnerpotenz höher als in der Plasmaphase. Dadurch ist der lokale pH-Wert um eine Zehnerpotenz niedriger als in der Elektrolyt- Flüssigkeit.
Normalerweise stellt das Oberflächenpotential eine elektrische Barriere dar, die Protonen und andere Ionen hindert, in die Gefäßwände einzudringen. Die Energie, die ein Ion mit einem Radius von lO-10 m benötigt, um aus Wasser in ein Lipidmedium überzu¬ treten, beträgt ca. 22,6 eV. Das Oberflächenpoten¬ tial der Gefäßwände und Membranen im Körper variiert sehr stark. Dem wird durch die Amplitudenmodulation der Grundpulsfolgen Rechnung getragen. In diesem Zu¬ sammenhang ist auch zu beachten der sogenannte Fen¬ stereffekt, d. h. Daß die induzierten Spannungen nur dann das Eindringen von Ionen und Protonen in die Gefäßwand ermöglichen, wenn ihre Stärke innerhalb eines zellspezifischen Amplitudenfensters liegt. Zu kleine aber auch zu große Amplituden verhindern ei¬ nen Ionentransport durch die Gefäßwände und Membra¬ nen.
Die Existenz zellspezifischer Amplitudenfenster ist seit langem bekannt, so beispielsweise durch eine Veröffentlichung von Adey in der Zeitschrift "Proce- edings of the IEEE", 68,1,119-125 aus dem Jahre 1980 und durch eine Veröffentlichung von Basset in der Zeitschrift "Ortopädie" 13, 64-77 aus dem Jahr 1984.
Unter dem Einfluß der erfindungsgemäßen, pulsieren¬ den elektromagnetischen Felder wird in der Elektrolyt-Flüssigkeit eine elektrische Spannung bestimmter Stärke und Richtung induziert. Unter de- ren Einfluß bewegen sich die Ionen und wegen ihrer höheren Beweglichkeit bevorzugt die Protonen in Richtung auf die Gefäßwände. Aufgrund der dadurch entstehenden Wechselwirkung wird das induzierte Feld auf eine kleine Fläche konzentriert. Dadurch ent¬ steht eine sogenannte Konzentrationspolarisation.
Durch die Wahl der Exponential-Funktion (e-Funktion) für die Amplitude der einzelnen Grundpulse ergibt sich die überraschende und für die medizinisch¬ biologische Wirkung äußerst bedeutsame Konsequenz, daß die Spannungsimpulse induziert werden, deren Form im wesentlichen gleich ist und die vor allem keine Phasenverschiebung gegenüber den Strom- bzw. Feldpulsen besitzen. Lediglich am Ende jedes Grund¬ stromimpulses wird ein sehr kurzer Spannungsimpuls von umgekehrter Polarität induziert, der jedoch den positiven Effekt nur geringfügig stört. Dank der Tatsache, daß die Sendestrompulse bzw. das von ihnen erzeugte Magnetfeld und die induzierten Spannungs¬ pulse gleiche Form und gleiche Phase besitzen, wird ein Maximum an Energie übertragen. Zusätzlich ergibt sich der überraschende Effekt, daß sowohl die posi¬ tiven als auch die negativen Ionen der Elektrolyt- Flüssigkeit sich in die gleiche Richtung bewegen. Üblicherweise sind die Bewegungsrichtungen von positiven und negativen Ionen einander entgegenge¬ setzt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können also positive und negative Ionen aus der Elektrolyt-Flüssigkeit des Körpers gleichzeitig in dieselben Zellen transportiert werden. Die in der Gefäßwand induzierte Spannung wird durch das Polari¬ sationspotential verstärkt. Aufgrund der Tatsache, daß die Gefäßwände und insbesondere deren Membranen sehr dünn sind, entstehen sehr hohe Feldstärken, auch wenn die induzierten Spannungen absolut gesehen relativ klein bleiben. So führt beispielsweise eine induzierte Spannung von nur 30 mV in einer Membran von 200 nm Dicke zu einer Feldstärke von 150 kV/m. Es sei darauf hingewiesen, daß Feldstärken dieser Größenordnung nur auf induktivem Wege mit elektroma¬ gnetischen Feldern, auf keinen Fall auf kapazitiven oder galvanischem Wege mit Elektroden erzielt werden können. Aufgrund der hohen Leitfähigkeit der inter- korporalen Elektrolyt-Flüssigkeiten bilden die Gefä¬ ße gleichsam einen Faradayschen Käfig, dessen Inneres frei von elektrischen Feldern bleibt. Die induktive Erregung dagegen bedient sich gerade der elektrischen Leitfähigkeit der intrakorporalen Elektrolyt-Flüssigkeiten zur Erzeugung der Spannun¬ gen und Felder.
Die schon erwähnte negative Ladung der Gefäßwände gegenüber den Elektrolyt-Flüssigkeiten ist auch be¬ dingt durch die Unterschiede der relativen Dielek¬ trizitätskonstanten der Gefäßwände einerseits und der Flüssigkeiten andererseits. Blut und Lymphe haben aufgrund ihres hohen Wassergehalts relative Dielektrizitätskonstanten in der Größenordnung von 80. Die Gefäßwände besitzen relative Dielektrizi¬ tätskonstanten in der Größenordnung von 3 bis 5. Die erfindungsgemäß in den Elektrolyt-Flüssigkeiten induzierten Spannungen und Ströme bzw. Felder sind in der Lage, diese Zeta-Potential genannte Poten¬ tialschwelle zu neutralisieren. Dadurch können nun Ionen und insbesondere die beweglichen Protonen verstärkt in die Zeil- und Gefäßwände übertreten. Durch die Anreicherung der Protonen in den Zeil- und Gefäßwänden kommt es dort zur Ausbildung einer umge¬ kehrt polarisierten Potentialschwelle, die die Pro¬ tonen und Ionen daran hindert, die Zeil- und Gefäßwände wieder zu verlassen.
Durch die veränderte Protonen-Konzentration kommt es außerdem zu einer günstigen Veränderung des pH- Wertes, speziell im Bereich der Gefäßwände.
Alle diese Effekte sind besonders wirksam, je dünner die Gefäßwände sind. Sie sind also besonders stark im Bereich der arteriellen Kapillaren, wo bekannt¬ lich der Austausch des vom Blut mitgeführten Sauer¬ stoffs gegen das von den Zellen abgegebene Kohlendioxid stattfindet.
Neben den bisher beschriebenen Effekten mit Lang¬ zeitwirkung haben die elektromagnetischen Felder weitere Wirkungen. Es seien hier nur genannt die Elektrostriktion der Membranen und Gefäßwände infol¬ ge Körperschall mit Ansteuerung von Mechano- und Piezo-Rezeptoren, das Ausrichten von polyvalenten Ionenketten, die tangentiale Verschiebung von adsor¬ bierten Gegen-Ionen, die Kraftwirkung auf dielektri¬ sche Körper in homogenen und inhomogenen Feldern sowie die Elektroos ose.
Die Grundfrequenz der Grundstrompulse ist vorzugs¬ weise abgestimmt auf die mechanische Resonanz der Blut- und Lymphgefäße. Als optimale induzierte Amplitudenform haben sich gleichschenklige Dreiecke bewährt, wobei gemäß einer Weiterbildung die Polarität der Amplitude nicht wechselt. Um derartige Impulse induzieren zu können, bedarf es spezieller Stromkurven aber auch speziel¬ ler Sendespulen. Vorteilhafterweise werden den Grundpulsen Hochfrequenzpulse einer Frequenz von ca. 10 - 100 kHz überlagert. Diese Frequenz ist abge¬ stimmt auf die kapazitive Überleitung durch die Mem¬ branen hindurch.
Um die durch die induzierten Spannungen und Felder ausgelösten Effekte optimal wirken zu lassen, benö¬ tigt der Organism bestimmte Pausen. Vorteilhaft wer¬ den deshalb die Grundpulse in regelmäßigen Folgen ein- und ausgeschaltet, wobei die Ein- und Auszeiten zwischen 0,3 see. : 0,7 see. Und 0,7 see. : 5,0 see. Variiert werden können.
Durch eine Anpassung der Feld-Parameter kann die Wirkung auf den Organismus optimiert werden. Vor¬ teilhafterweise wird mit Biofeedback geregelt.
Zu diesem Zweck wird gemäß einer ersten Varianten ein Blutdruckmeßgerät an die erfindungsgemäße Vor¬ richtung angeschlossen. In diesem Fall erfolgt die Regelung auf einen optimalen Wert des Blutdrucks.
Gemäß einer zweiten Varianten wird ein Thermograph angeschlossen. In diesem Fall erfolgt die Regelung auf eine optimale Erwärmung des gewünschten Körper¬ bereichs durch verbesserte Durchblutung. Gemäß einer dritten Varianten wird ein Pulsmeßgerät angeschlossen. Damit wird die Erkenntnis ausgewer¬ tet, daß bei optimaler Wirkung der gepulsten elek¬ tromagnetischen Felder sich der Pulsschlag verlangsamt.
Gemäß einer vierten Varianten wird ein Atemvolumen- Meßgerät angeschlossen. Damit wird die Erkenntnis ausgewertet, daß bei einer Absenkung des pH-Wertes im Liquor sich das Atemvolumen erhöht, d. h. sich die Atmung vertieft.
Auf externe Hilfsvorrichtungen kann jedoch verzich¬ tet werden, wenn erfindungsgemäß die induktionsarm aufgebaute, als biegsame Flachspule ausgebildete Sendespule mit wenigstens einer induktiven Meßspule kombiniert wird. Diese muß ebenfalls äußerst induk¬ tionsarm sein, um die im Organismus induzierten äu¬ ßerst schwachen Felder möglichst unverzerrt aufnehmen zu können.
Diese Meßwicklung nimmt das vom Organismus mehr oder weniger stark reflektierte und phasenverschobene Ma¬ gnetfeld auf. Das Meßsignal wird mit einer geeig¬ neten hochempfindlichen elektronischen Auswerteschaltung ausgewertet, worauf mit Hilfe eines gegebenenfalls eingebauten Reglers die Parame¬ ter der Sendestromimpulse optimiert werden.
Nicht nur die Form der Sendespule, sondern auch die Form der Meßspule ist von Bedeutung für eine optima¬ le Funktion und Wirkung der elektromagnetischen Fel¬ der im Organismus. Überraschenderweise hat sich nun herausgestellt, daß die Wirkungen im Organismus dann optimal sind, wenn die Sendestrompulse so stark ge¬ wählt werden, daß in einer kreisförmigen Meßspule mit nur einer Windung und einem Durchmesser von 20 cm eine Meßspannung von 20 bis 30 mV induziert wer¬ den. Dabei muß allerdings vorausgesetzt werden, daß der von den elektromagnetischen Feldern beeinflußte Bereich des Organismus ebenfalls eine Ausdehnung von ca. 20 cm oder mehr besitzt. Sollen kleinere Körper¬ bereiche gemessen werden, beispielsweise Arme oder Beine, muß eine entsprechend kleinere Meßspule eingesetzt werden. Die dadurch systembedingt gerin¬ gere Meßspannung wird in die Regelschaltung einge¬ eicht.
Bezüglich Form und Konstruktion der Sendespule hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß dann, wenn die Windungen der Sendespule eine ovale Spirale bilden und auf beiden Seiten der Trägerplatte ver¬ teilt sind, sich die besten Ergebnisse erzielen las¬ sen.
Dank einer extrem induktionsarmen Konstruktion ist die Sendespule in der Lage, die optimalen Pulsfor¬ men, -frequenzen und -leistungen verzerrungsfrei ab¬ zustrahlen.
In allen Fällen sollte die Form der Sendespule der¬ art sein, daß sich im bestrahlten Organismus an den Wirkungsstellen die erforderlichen Spannungen und Felder aufbauen können, ohne daß es zu gefährlichen örtlichen Feldspitzen kommt. In diesem Sinne ist die Ausgestaltung der Sendespule als sogenannter Quadru- pol optimal.
Demselben Zweck dient auch eine Anpassung der Trä¬ gerplatte, die die Windungen der Sendespule trägt, an das zu behandelnde Körperteil.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen, jeweils in sche atischer Darstellung
eine Draufsicht auf eine erste Sendespule, eine Draufsicht auf eine Sendespule als Quadru- pol, eine Draufsicht auf eine Vielfachspule, eine Draufsicht auf eine Vielfach-Meßspule,
Figure imgf000016_0001
eine Ausführung einer Sendespule für die Be¬ handlung von großflächigen Körperpartien,
Fig. 6 eine Ausführung einer Sendespule für die Be¬ handlung von Armen und Beinen, den Aufbau dieser Sendespule als Sprengbild, einen optimalen Grundstrompuls mit zugehöriger Grundpulspause, eine induzierte Pulsform als Spannungs-Zeit- Diagramm, die Grundpulse der Fig. 8 in anderem Zeitma߬ stab und amplitudenmoduliert, und
Figure imgf000016_0002
die Pulsfolgesereie in wieder anderem Zeitma߬ stab, und
Fig. 12 bis 14 Schaltungsdetails der in Figur 5 nicht näher dergestellten Grundeinheit und von der Einstel¬ lung dienenden Schaltungen.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Ausfüh¬ rungsform einer Sendespule 10. Auf einer Träger¬ platte 11 aus hochflexiblem Isoliermaterial befindet sich die eigentliche Sendewicklung 12 in Form einer ovalen Spirale, hier der Einfachheit halber mit rechteckigem Querschnitt wiedergegeben. Das innere Wicklungsende 13 ist durchkontaktiert zu einer auf der Rückseite der Trägerplatte 11 aufgebrachten wei¬ teren Wicklung mit dem selben Wicklungssinn. Die Stromzuführung erfolgt am äußeren Wicklungsende 14.
Um die Sendespule 12 herumgelegt ist eine induktive Meßwicklung 15. Diese nimmt das im zu behandelden Organismus zum Teil intensitätsgeschwächte und pha¬ senverschobene reflektierte Feld auf und führt es zu einer geeigneten elektronischen Schaltung. Geeignete hochempfindliche Schaltungen sind bekannt, z. B. in Form der Phasen-Synchron-Anlagen.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Sen¬ despule 20. Auf der Trägerplatte 21 befinden sich zwei ovale Spiralen 22 mit gegenläufigem Wicklungssinn. Entsprechende Wicklungen befinden sich auf der Rückseite der Trägerplatte 21. Dank dieser speziellen Wicklungsform bildet sich ein sogenannter Quadrupol aus, dessen Feldlinien noch besser geeignet sind, die gewünschten Effekte im Organismus zu erzielen. Auch hier ist eine Meßwick¬ lung 15 vorgesehen. Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Sen¬ despule 30, die speziell zur Verwendung in der kli¬ nischen Praxis bestimmt ist. Auf einem wieder hochflexiblem Träger 31, dessen Größe etwa der Größe einer Bettdecke entsprechen kann, sind im vorliegen¬ den Beispiel vier Sendespulen 12 mit zugehöriger Meßwicklung 15 angeordnet. Durch Zu-und einzelner Sendespulen können mehr oder weniger große Körperbe¬ reiche gleichzeitig behandelt werden. Ein Überzug verhindert Beschädigungen und Verschmutzungen.
Anhand der Fig. 4 soll ein interessanter und grund¬ legender Aspekt der vorliegenden Erfindung behandelt werden.
Dargestellt ist eine Sendespule 40 mit einem flexi¬ blen Träger 41, wobei jedoch die Spiralwicklungen der Sendespule 40 nicht dargestellt sind. Dargestellt sind drei Meßwicklungen 42, 43, 44 mit unterschiedlichen Durchmessern dl, d2, bzw. d3. Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, daß die Wir¬ kung der gepulsten elektromagnetischen Felder auf den Organismus dann optimal ist, wenn in einer kreisförmigen Meßwicklung mit nur einer Windung und einem Durchmesser von 20 cm eine Spannung von 20 bis 30 mV induziert wird, vorausgesetzt, der bestrahlte Körperbereich ist entsprechend groß. Sollen großflä¬ chigere Körperbereiche behandelt werden, würde eine zu kleine Meßwicklung nur einen Teil der reflektierten Energie aufnehmen, was eine ungenügen¬ de Sendeenergie vortäuschen würde. Aus diesem Grunde werden in der Praxis Meßwicklungen mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt, wobei die dadurch systembedingten unterschiedlichen Indukti¬ onsspannungen in die angeschlossene Meßapparatur eingeeicht werden,
Fig. 5 zeigt eine erste Ausführung einer Sendespule 50 für die ärztliche Praxis. An einem Gelenkarm 52 ist eine körpergerecht geformte Platte 51 befestigt, in derem Innerem sich Sendespulen und die Meßwick¬ lungen befinden. In einem (nicht dargestellten) Grundgerät finden Stromversorgung, Generator, Meßvorrichtung, Regelvorrichtung und Bedienteil ihre Plätze.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Sen¬ despule 60, hier speziell zur Behandlung von Armen und Beinen, beispielsweise nach Knochenbrüchen. Die Sendespule 60 ist als Zylinder 61 ausgebildet, an den Stromzuführungen 62 und Meßleitungen 63 ange¬ schlossen sind.
Fig. 7 zeigt eine zylinderför ige Sendespule 70 als Sprengbild. Zwischen einem Innenring 71 und einem Außenring 72, beide aus isolierendem Material beste¬ hend, befinden sich die eigentlichen Sendewicklungen 73, 74. Jede dieser Wicklungen bildet eine ovale Spirale.
Fig. 8 zeigt als Amplituden-Zeit-Diagramm (Strom I, Zeit t) die optimale Form eines Grundεtromimpulses Pn gefolgt von einer Grundpulspause P_?i. Die Dauer eines Grundstromimpulses Pι_. entspricht der Zeit¬ spanne 0 bis ti, die Dauer einer Grundpulspause ent¬ spricht der Zeitspanne t_. bis tz. Das Puls-Pausen-Verhältnis beträgt ca. 2:3. Die Frequenz der Grundpulse liegt zwischen 100 und 1000 Hz., Vor¬ zugsweise bei 200 Hz.
Den Grundstrompulsen Pn sind Hochfrequenzpulse mit einer Frequenz zwischen 10 und 100 kHz überlagert. Die Frequenz dieser Hochfrequenzimpulse ist abge¬ stimmt auf die kapazitive Überleitung in den Gefäßen des Organismus. Das Wesentliche der Grundstrompulse Pix jedoch ist ihre nach einer e-Funktion ansteigen¬ de Amplitude. Diese Kurvenform hat zwei bedeutungs¬ volle und überraschende Konsequenzen. Zum einen sind die im Organismus induzierten Spannungsimpulse P formgleich, zum anderen sind sie mit den Strompulsen in Phase.
Dies ist im Amplituden-Zeit-Diagramm der Fig. 9 dar¬ gestellt. Die Formgleichheit zwischen Grundstrompuls Pn und induziertem Spannungsimpuls P-^ wird lediglich gestört durch einen sehr kurzen Störimpuls am Ende des Grundstrompulses zum Zeitpunkt ti. Auf der Ordinate ist hierbei als Größe die induzierte Spannung V_. aufgetragen.
Dank der Phasengleichheit von Strom und Spannung wird ein Maximumm an elektrischer Energie in den Organismus übertragen. Aufgrund der physiologischen Gegebenheiten im Organismus selbst, bedingt durch die Führung des Blutes in langgestreckten Blutgefä¬ ßen, stellt sich jedoch noch ein weiterer Effekt ein, der darin besteht, daß sowohl die positiven als auch die negativen Ionen in die gleiche Richtung transportiert werden. Damit wird es erstmals ög- lieh, die Zellen des Organismus mit beiden Kompo¬ nenten einer dissozierten chemischen Substanz zu versorgen.
Fig. 10 zeigt in verkleinertem Zeitmaßstab eine kom¬ plette Grundpulsfolge P __, deren Amplitude mit einer Modulationsfrequenz von 0,5 bis 35 Hz, vorzugsweise 20 Hz moduliert ist, wobei die Modulation selbst etwa ein gleichschenkliges Dreieck ohne Polaritäts¬ wechsel darstellt.
Figur 11 zeigt in einem noch kleineren Zeitmaßstab eine komplette Pulsfolgeserie Pia, deren Zeitdauer der Zeit 0 bis t, entspricht, gefolgt von einer Pulsserienpause P 3 der Zeitdauer t.» bis ts. Das Ein-Aus-Verhältnis kann variiert werden zwischen 0,3 : 0,7 see. Und 0,7 : 5,0 see. Durch die Pulsserien¬ pause P∑>3 wird der Tatsache Rechnung getragen, daß der Organismus jeweils eine gewisse Zeit benötigt, um die von der Pulsfolgeserie Pι3 eingeleiteten chemisch-physikalischen Vorgänge wirksam werden zu lassen.
Die Frequenz der Grundstrompulse P a. ist auf die mechanische Resonanz der Blut- und Lymphgefäße abge¬ stimmt. Die Hochfrequenz ist auf die kapazitive Überleitung durch die Gefäßwände und Membranen hindurch abgestimmt. Von wesentlicher Bedeutung ist, daß die Pulsamplitude so stark gewählt wird, daß im Organismus die nötigen Spannungen und Feldstärken induziert werden, wobei jedoch das richtige Fenster eingehalten werden muß. Dies wird mittels Meßwick¬ lung überwacht. Dabei ist die elektrische Leitfähig- keit der bestrahlten Körperregion, die sich an einem erhöhten Reflexionsfaktor manifestiert, ein Maß für die verbesserte Durchblutung, während die Phasenver¬ schiebung zwischen Strom und Spannung des Meßsignals ein Maß ist für die veränderte Polarisation der Gefäßwände und Membranen.
Es versteht sich, daß die physiologischen Wirkungen der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Felder auch durch die bekannten medizinischen Meßvorrich¬ tungen kontrolliert werden können, beispielsweise durch ein Blutdruckmeßgerät, ein Pulsmeßgerät, einen Thermografen oder auch einen Respirografen.
Wie die Versuche gezeigt haben, sind die Form und Konstruktion der Sendespulen von besonderer Bedeu¬ tung für die optimale Wirkung des erfindungsgemäßen Gerätes. Obwohl die Grundfrequenz mit vorzugsweise 200 Hz sehr niedrig ist, treten durch das Ein- und Ausschalten hochfrequente Oberwellen auf. Bei einer nicht-optimierten Spulenform werden diese formbe¬ stimmenden Oberwellen nicht ausreichend übertragen, d.h. die Impulsform wird verändert und die Wirkung verschlechtert sich. Ein induktionsarmer Aufbau der Sendespulen ist daher wichtig. Auch müssen durch die Formgebung der Sendespulen etwaige Feldlinienkonzen¬ trationen verhindert werden, die zu einer Schädigung des Organismus Anlaß sein könnten. Da die Wirkung der Magnetfelder richtungsabhängig ist, müssen die Sendespulen richtig appliziert werden.
Wie die Versuche gezeigt haben, lassen sich grund¬ sätzlich alle biologischen Organismen behandeln. Or- ganismen mit ausgebildetem Blut- oder Lymphkreislauf, d. h. Menschen und Säugetiere, sind dabei bevorzugt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ge¬ räts können beispielsweise bei Reit- und Springpfer¬ den die Muskelbildung und die Gelenkregeneration, bei Kühen die Milcherzeugung und bei Schweinen die Fleischbildung angeregt werden. Bei der Behandlung von Menschen ist die Verwendung des Gerätes in der Medizin und im Sport angezeigt, insbesondere nach Knochenbrüchen.
Folgende Einflüsse der erfindungsgemäßen gepulsten elektromagnetischen Felder auf den Organismus infol¬ ge des durch sie bewirkten Transports von Ionen, insbesondere von Protonen, aus dem Blut in die angrenzenden Gewebe und Elektrolythräume , insbeson¬ dere im Zusammenhang mit dem beschriebenen Effekt, daß sowohl positive als auch negative Ionen in die gleiche Richtung wandern, konnten bereits verifi¬ ziert werden:
Durch die pH-Wert-Absenkung, ausgelöst durch die Protonenanreicherung, werden die Baro-Rezeptoren sensibilisiert, wobei sich dieser Effekt addiert zu der bereits bekannten mechanischen Erregung der Baro-Rezeptoren mittels Elektrostriktion. Dadurch wird die Erregung des Sympatikus gesenkt, die Gefä߬ dilatation wird verstärkt, die Wärmeabstrahlung von der Oberfläche des Organismus wird (meßbar) erhöht und der Sauerstoffpartialdruck in der behandelten Körperregion erhöht. Gleichzeitig wird durch die pH-Wert-Absenkung das Vaguscenter sensibilisiert, wodurch die Pulsfrequenz meßbar sinkt.
Eine pH-Wert-Absenkung aktiviert auch die Makropha- gen.
Wird auch der pH-Wert des Liquor gesenkt, wird das Atemzentrum sensibiliert und es kommt zu einer me߬ baren Vertiefung der Atmung.
Die Wirkung der gepulsten elektromagnetischen Felder ist optimal, wenn das Blut eine hohe Protonenkonzen¬ tration besitzt. Dies ist der Fall im Schlaf, da dann das Blut viel COz enthält, nach körperlicher Anstrengung oder auch nach Alkoholkonsum, da dann das Blut eine hohe Laktat-Konzentration aufweist, und beim Fasten, da dann das Blut viel Ketose ent¬ hält.
Wie bereits erwähnt, zeigen die Figuren 12 bis 14 Schaltungsdetails, des anhand der Figur 5 bereits erwähnten Grundgeräts und der ebenfalls bereits er¬ wähnten Meß- bzw. Regeleinrichtungen.
In der Figur 12 ist ein Blockschaltbild einer er¬ probten Grundeinheit wiedergegeben. Als Ablauf¬ steuerung ist für die Grundeinheit ein Mikroprozessor MP vorgesehen, der seine Einstellgrö- ßen von einem Bedienungspult PA aus erhält. Dem Mi¬ kroprozessor MP wird der Arbeitsakt mit einem mit Cl bezeichneten Taktsignalgenerator zugeführt. Die gewünschte Form des zu erzeugenden Sendesignals ist als Folge von einzelnen Amplitudenwerten in digita¬ ler Form in einem mit EP bezeichneten Speicherbau¬ stein, z.B. einem EPROM fest abgespeichert.
Vom Mikroprozessor MP wird dem Speicher EP ein Aus¬ lesesignal zugeführt, das ein Auslesen derjenigen Speicherzellen veranlaßt, deren Speicheradresse vom Mikroprozessor MP über einen Adressen-Speicher und -Generator ADR festgelegt wird. Am Ausgang des Spei¬ chers EP wird daher beim Betrieb eine Folge von digitalen Werten bzw. Wörtern abgegeben, die die gewünschte Form des Sendesignals beschreibt. Dieses digitale Signal wird mittels eines Digital- Analogwandlers A/D in eine Folge von entsprechenden Amplitudenproben umgewandelt, die über einen Tiefpaßverhalten aufweisenden Verstärker RV, der au¬ ßerdem in seiner Verstärkung regelbar ist, als kon¬ tinuierliches Signal einer Sendespule SSP zugeführt wird.
Vom Bedienungspult PA aus ist über einen Einsteller A die Verstärkung des Tiefpaßverstärkers RV und da¬ mit die Amplitude des der Sendespule SSP zugeführten Stromes einstellbar. Mit dem Einsteller P ist über den Mikroprozessor MP die Folge von nacheinander auszulesenden Speicherzellen des Speichers EP fest¬ legbar, die die gewünschte Signalform am besten be¬ schreibt. Mit dem Einsteller Z sind die geforderten Zeitwerte der Pulse wählbar, die über den Mikroprozessor MP einzustellen sind. Mit E/A ist der Betriebsschalter bezeichnet, mit dem das Grundgerät ein- bzw. ausgeschaltet werden kann. Die Erzeugung von Signalen besonderer Form in dieser Weise ist an sich beispielsweise durch die DE-Al 3 628 219 be¬ kannt, so daß sich eine weitergehende Beschreibung erübrigt.
In der Figur 13 ist die vorstehend schon erwähnte Meßeinrichtung zur Bestimmung der Impedanz einer zu behandelten Körperregion als Blockschaltbild wieder¬ gegeben. Ein Signalgenerator SG mit einer Frequenz von z.B. 100 kHz speist eine Sendespule SSP, der eine Meßspule MSP zugeordnet ist. Das der Sendespule SSP zugeführte Signal und das der Meßspule MSP ent¬ nommene Signal werden gleichphasig einer Subtrakti¬ onsstufe oder gegenphasig einer Additionsstufe ADD zugeführt.
Wegen des Amplitudenunterschieds beider Signale ist in die Leitung von der Signalquelle zur Subtraktions- bzw. Additionsstufe ADD ein Regelglied RG eingefügt. Das Regelglied RG enthält einen Dämp¬ fungsregler zum Ausgleich des Amplitudenunterschie¬ des und einen Phasenregler zum Ausgleich der Phasenverschiebung, den das von der Meßspule MSP zugeführten Signal aufweist.
Am Ausgang der Subtraktions- bzw. Additionsstufe ADD erscheint beim Meßvorgang nach dem Amplituden- und Phasenabgleieh ein Restsignal, das in Verbindung mit dem eingestellten Wert der über das Regelglied RG eingestellten Phasenverschiebung eine Aussage über die Impedanz der mit dem Signal beaufschlagten Kör¬ perregion ermöglicht. Der Phasenregler in dem Regel¬ glied RG kann entfallen, wenn entsprechend den Ausführungen zu der Figur 12 die Subtraktions- bzw. Additionsstufe ADD zugleich mit einem Phasenverglei- cher versehen ist, der die erwähnte Phasenverschie¬ bung unmittelbar mißt und zur Anzeige an einer Anzeigevorrichtung OSC bringt oder als Einsteilgröße an das Bedienpult PA bzw. den Mikroprozessor MP lie¬ fert.
In der Figur 14 ist eine Meßeinrichtung gezeigt, die an den RegelVerstärker in Figur 12 anschließt. Der Sendespule SSP ist eine Meßspule MSP zugeordnet, die ihrerseits eine Meßeinrichtung oder eine Anzeigeein¬ richtung, wie ein Oscilloscop OSC speist. Zwischen Meßspule MSP und Oscilloscop OSC ist ein Schalter SCH eingefügt, der vom Ausgangssignal des Regelver¬ stärkers RV gespeist wird. Die Steuerung des Schal¬ ters SCH ist dabei so, daß der Übertragungsweg von der Meßspule MSP zur Anzeigevorrichtung OSC so lange unterbrochen ist, als ein Strom vom Regelverstärker RV an die Sendespule SSP abgegeben wird, d.h. , so¬ lange Impulse abgegeben werden. In den Impulspausen, also wenn RV in SSW keinen Strom einspeist, wird der Übertragungsweg jeweils geschlossen. Das in den Im¬ pulspausen von der Meßspule MSP aufgenommene Signal gelangt damit in der beim Beispiel als Oscilloscop OSC ausgebildeten Anzeigevorrichtung zur Wiedergabe.
Für einen gleichartigen Zweck ist auch die in Figur 13 gezeigte Schaltung einsetzbar, wenn an die Stelle des 100 kHz-Generators SG der RegelVerstärker RV nach den Figuren 12 bzw. 14 tritt bzw. angeschaltet ist. 26
Die mit Schaltungen nach den Figuren 13 und 14 er¬ zielten Meßsignale können in zweierlei Weise für die Regelung der Sendeströme Verwendung finden. Entweder werden die Meßsignale zur Anzeige gebracht und der Bedienende betätigt entsprechend die Einsteller des Bedienpults. Die andere Möglichkeit ist, daß die Meßsignale als unmittelbare Einstellsignale für den Regelverstärker RV bzw. den Mikroprozessor MP ver¬ wendet werden, indem sie eine entsprechende Verstär¬ kungsänderung und/oder eine Pulsformänderung veranlassen und/oder die Zeitsteuerung entsprechend ändern.

Claims

27
P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung mit einem niederfrequent gepulsten elektrische Ströme erzeugenden Generator und einer daran angeschlossenen Sendeantenne, deren elektro¬ magnetische Felder zur Beaufschlagung einer zu be¬ handelnden Körperregion dienen,
gekennzeichnet durch ihre Ausbildung zum Transport von Ionen, insbesondere Protonen aus intrakorpora¬ len Elektrolyth-Flussigkeiten, in und durch die sie umgebenden Gefäßwände und Membranen in der Weise, daß die Sendeenergie so hoch gewählt ist, daß die in die Elektrolyth-Flüssigkeit induzierte Energie höher ist als die thermische Energie und innerhalb der Grenzwerte des sogenannten zellspezifischen Am¬ plitudenfensters liegt, und daß die vom Generator in der, vorzugsweise induktionsarm ausgebildeten Sendespule erzeugten gepulsten Ströme (I) folgende Eigenschaften besitzen: 28
- der Grundstrompuls (Pιχ) besteht aus der Überla¬ gerung eines Rechteck-Stromes und eines etwa nach einer e-Funktion ansteigenden Stromes, gefolgt von einer wenigstens gleichlangen Pulspause (P_._.),
- die Grundfrequenz der Grundstrompulse (Pn) mit Grundpulspausen (P*»_.) beträgt 100 bis 1000 Hz, vor¬ zugsweise 200 Hz,
- die Amplitude der Grundpulsfolge (Pι2) ist mit einer Modulationsfrequenz von 0,5 bis 35 Hz, vor¬ zugsweise 20 Hz, in der Amplitude moduliert,
- die modulierte Grundpulsfolge (Pχ_ wird als Pulsfolgeserie (Pia) für eine Zeitdauer von 0,3 bis 1,0 see. ausgesendet, woran sich jeweils eine Puls¬ serienpause (P-»3) von 0,7 bis 5,0 see. Anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß das Puls-Pausen-Verhältnis der Grundpulεe (Pia-, P_?x) etwa 2:3 beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß jedem Grundpuls (Pia.) Hochfrequenzpulse mit ei¬ ner Frequenz von 10 bis 100 kHz überlagert sind. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß die Modulationsamplitude der Grundpulsfolge (Pia) etwa ein gleichschenkliges Dreieck bildet.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß die Grundpulsfolge (Pia) ohne Polaritätswechsel moduliert ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß in der Pulsserienpause (P∑>3) an die Sendespule (10 ... 70) ein etwa sinusförmiger Meßstrom mit ei¬ ner Frequenz im Bereich von 100 kHz angelegt wird, und daß eine Empfangsspule (15, 42, 43,44) vorgesehen ist, deren Empfangssignal der Bestimmung der elektrischen Impedanz und der elektrischen Po¬ larisierung der beaufschlagten Körperregion dient. 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß dem, vorzugsweise bezüglich Frequenzen, Ampli¬ tuden, Kurvenformen bzw. Ein-Aus-Zeiten abstimmba¬ ren Generator eine Biofeedback-Regelung zur Einstellung der optimalen Feldparameter zugeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß zur Regelgrößengewinnung ein Blutdruckmesser vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß zur Regelgrößengewinnung ein Thermograph vor¬ gesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß zur Regelgrößengewinnung ein Pulsmeßgerät vor¬ gesehen ist. 11. Vorrichtung nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß zur Regelgrößengewinnung ein Atemvolumen- Meßgerät vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß zur Regelgrößengewinnung eine Meßspule für die Aufnahme des am Bestrahlungsobjekt reflektierten Magnetfeldes vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß an die Meßspule eine Auswerteschaltung ange¬ schaltet ist, deren Meßsignal über einen Regler die Parameter der Sendestrompulse optimiert.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß die Meßspule kreisförmig ist und nur eine Win¬ dung und einen Durchmesser von 20 cm hat, und daß die Sendeenergie so hoch gewählt ist, daß vom reflektierten Magnetfeld in ihr eine Meßspannung von 20 bis 30 mV induziert wird. 15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß drei umschaltbare Meßspulen (42, 43, 44) mit unterschiedlichen, an die Abmessungen der zu behan¬ delnden Körperregion angepaßten Durchmessern (da., da, ds) vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß die Sendespule derart ausgebildet ist, daß ört¬ liche Feldspitzen des in den Organismus abgestrahl¬ ten Feldes vermieden sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß die Windungen der Sendespule einen Quadrupol bilden.
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