電磁場治療設備及其使用方法

文檔序號：1143871閱讀：445來源：國知局

專利名稱：電磁場治療設備及其使用方法
技術領域：
本發(fā)明總的來說涉及在靶傳輸途徑結構諸如分子、細胞、組織和器官處使用通過優(yōu)化隨時間變化的電磁場(“EMF”)的振幅和波形特性所選擇的靜態(tài)(“DC”)和隨時間變化的(“AC”)磁場(“MF”)，以治療性和預防性地治療人類、動物和植物的方法和設備。根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，在靶傳輸途徑結構處時空配置磁場以滿足拉莫爾進動(Larmor Precession)條件，以使得可提供用于人類、動物和植物的組織生長和修復的治療。提供了基于電磁場對生物靶的影響的LP條件給出的精確了解，配置生物有效的電磁場信號的方法。此了解用于在所述靶中產生特定的生物反應。給出了基于LP條件的裝置構建的方法，所述方法包括直接采用包括地磁場的背景電磁場的裝置，作為所配置的生物有效場的所述 LP的有機組成部分。
背景技術：
存在一類重要的生物有效的電磁場，包括那些由于靜態(tài)磁體具有太小的磁場振幅和頻率而無法明顯地引起顯著的感生電場(“IEF”)效應的電磁場。因此觀察到的這些電磁場的生物效應和療效必須是直接歸因于所述磁場。有人提議可配置DC和低頻率AC的磁場的特定組合以增強或降低特定的生物過程。已報道1高斯(“G”)至4，OOOG內的DC和AC磁場對于治療因肌骨骼損傷和病理學造成的疼痛和水腫具有顯著的治療效果。在分子水平的環(huán)境范圍，低于IG的磁場加速了無細胞酶測定混合物中肌肉收縮蛋白的磷酸化。已報道范圍從23G至3，500G的磁場改變溶液的電性質以及它們的生理效應。在細胞水平，300G的磁場使成骨樣細胞中的堿性磷酸酶活性加倍。介于4，300G和4，800G之間的磁場顯著增加了成纖維細胞的更新率和合成，但對成骨細胞無效。通過使用225G和900G范圍的磁場，從雞胚神經節(jié)派生的神經突顯著增大。暴露于2. 5G的大鼠肌腱成纖維細胞顯示了預附著細胞的廣泛脫附，以及暫時改變的形態(tài)學。需要15G/mm的最小磁場梯度以造成分離的神經制備物中的80%動作電位封鎖。一系列研究證明IOG的磁場可顯著影響兔模型中的皮膚微循環(huán)。這些研究之一顯示依賴于藥理學上所確定的靶狀態(tài)的二相反應。已執(zhí)行了使用靜態(tài)磁體的若干項雙盲臨床研究。使用300G至500G場的單一 45分鐘治療使小兒麻痹后遺癥患者(post-polio patient)中的疼痛減輕76%。磁體置于痛壓點，而不是直接在疼痛部位上。抽脂(suctionlipectomy)后7天的時間段內變色 (discoloration)、水腫和疼痛被減輕40%，最高70%。將含有150G至400G陶瓷磁體陣列的襯墊在手術后立即置于吸脂部位并在該部位保持14天。在4個月的時間段內在含有 800G陶瓷磁體的床墊襯墊上睡覺的患者中，纖維肌痛(fibromyalgia)(疼痛、睡眠障礙等) 的測量結果被降低大約40%。在隨機化的、安慰對照交叉足研究中，使用475G交替極磁性鞋墊的90%的糖尿病外周神經病變的患者顯著減輕了疼痛、麻木和刺痛。僅30%的非糖尿病受治療者顯示了同等的改善。慢性腰部疼痛對在腰部區(qū)上6小時/天、3次/周應用具有交替極300G場的襯墊一周無反應。
靜態(tài)磁場裝置的被證明的療效和低頻率AC裝置的廣泛生物效應已導致發(fā)展了若干個模型來解釋這一現(xiàn)象。DC和AC磁場對鈣流出和束縛過程的影響的早期觀察刺激了進入將離子和配體束縛作為各種觀察到的影響的主要轉導途徑的研究。振幅窗以及對特定DC 和AC場頻率和振幅特性的依賴性的早期觀察提示了發(fā)展預測場的特定組合的共振條件的模型。離子回旋共振(“ICR”)模型顯示磁場直接作用于荷電離子或配體的經典軌跡。然而，基于回旋運動不可能發(fā)生于粘性介質的依據(jù)和在觀察的場強下回旋軌跡的直徑將遠大于生物靶自身的總大小的依據(jù)，這一模型被認為在物理學上是不切實際的。對AC磁場振幅窗的報告導致發(fā)展了預測共振的量子力學離子參數(shù)共振(“ira”) 模型。這些模型顯示有希望預測AC和靜態(tài)磁場組合的共振位置。然而，這些模型的預測用途的最主要的缺陷之一是所產生的數(shù)值嚴重依賴于諸如鈣(“Ca”)束縛部位的球形對稱的因素。對此對稱的小擾動將產生與理論預測的巨大偏差。這表明，實驗和理論共振之間的明顯類同可能是巧合的。已表明，觀察到的共振還包括不同靶離子的復雜組合和脂質體表面的荷電脂質的參與。包括經典洛侖茲力的模型避免了 ICR模型和IPR模型中的固有困難。因此，存在對包括通過使用拉莫爾進動機制來控制DC和ELF磁場影響，以發(fā)生對多個生理生化級聯(lián)的有效加速、減速或抑制的設備和方法的需要。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的設備和方法包括向人類、動物和植物分子、細胞、組織和器官遞送脈沖電磁場用于治療和預防目的。特別地，根據(jù)本發(fā)明的實施方式包括產生被專門配置以符合如下文詳細描述的LP條件和共振的AC和/或DC磁場的任何組合，和產生具有AC和/ 或DC特性的靶向靶的特定生化特性的任何信號。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的一實施方式包括通過滿足LP條件的要求而設計的耦合于靶的任何二次信號或模式調制任何載波電磁場，包括但不限于選擇在產生具有靶向靶的所述特定生化特性的特定特性的任何特定波形中所采用的特定數(shù)值參數(shù)。通過疊加、振幅和頻率調制以及產生有效包絡(envelope)的調制使用滿足具有變化或恒定振幅和頻率的載波波形的LP條件的特征波形，以形成具有已知特性包括調諧至離子和配體束縛的動力學和共振頻率的波形和功率譜的信號。發(fā)明公開根據(jù)本發(fā)明的一實施方式包括借以檢測背景磁場包括地磁場，以產生將允許選擇性地增強、選擇性地降低或完全抵消所述地磁場的空間分量的反饋，進而根據(jù)經驗證據(jù)和/ 或數(shù)學模型配置特定的生物有效的磁場的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施方式包括產生滿足LP條件的特定信號，借此所得的復合磁場信號配置為可被應用于靶傳輸途徑結構，諸如分子、細胞、組織和器官，作用時間為每天約1 分鐘至約幾小時，然而也可使用其他作用時間。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括調制滿足LP條件的磁場，所述磁場包含具有 0. OlG至5，000G的振幅的任何DC磁場。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括調制滿足LP條件的磁場，所述磁場包含具有約 0. OlG至5，000G的振幅和約0. OlHz至36MHz的頻率的任何AC磁場。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括調制滿足LP條件的磁場，所述磁場包含具有約0. OlG至5，000G的振幅的任何DC或AC磁場，所述DC或AC磁場與具有約0. OlG至5，000G 的振幅和約0. OlHz至36MHz的頻率的任何AC或DC磁場疊加，以用于組織、器官、細胞和分子的治療。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括調制滿足LP條件的磁場，所述磁場包含具有約 0. OlG至5，000G的振幅的任何DC或AC磁場，所述DC或AC磁場與具有約0. OlG至5，000G 的振幅和約0. OlHz至36MHz的頻率的任何AC或DC磁場疊加，以增強組織、器官、細胞和分子中的任何生化過程。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括調制為滿足LP條件的磁場，所述磁場包含具有約0. 0IG至5，000G的振幅的任何DC或AC磁場，所述DC或AC磁場與具有約0. 0IG至5，000G 的振幅和約0. OlHz至36MHz的頻率的任何AC或DC磁場疊加，以抑制組織、器官、細胞和分子中的任何生化過程。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括滿足LP條件的任何信號與已知特性的雙極性脈沖串疊加，產生具有約0. OlG至5，000G.的振幅的可變波形的信號，以增強或抑制組織、器官和細胞中的任何生化過程。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括滿足LP條件的任何信號與已知特性的雙極性脈沖串疊加，產生具有約0. OlG至5，000G.的振幅的可變波形的信號，以用于組織、器官、細胞或組織的治療。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括被調制滿足LP條件的任何載波信號的應用，所述應用使用感應耦合信號傳輸設備、植入靶內或置于靶表面的電極或應用所述信號的任何其他方法，以用于組織、器官、細胞和分子的治療。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括至少一個柔韌的感應耦合傳輸線圈，所述傳輸線圈可加入解剖包覆物(anatomical wraps)和支持物內，以用于組織、器官、細胞和分子的治療。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括至少一個柔韌的感應耦合傳輸線圈，所述傳輸線圈可加入繃帶和敷料劑內，以用于組織、器官、細胞和分子的治療。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括至少一個柔韌的感應耦合傳輸線圈，所述傳輸線圈可加入日常服裝和衣物內，以允許隨走動進行所描述的對組織、器官、細胞和分子的治療。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括至少一個柔韌的感應耦合傳輸線圈，所述傳輸線圈可加入床、床墊、襯墊、椅子、長凳和設計為支撐人類和動物的解剖學結構的任何其他結構。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括采用多個柔韌的感應耦合傳輸線圈，以使所述線圈提供的覆蓋面積增加，以用于更大面積的組織、器官、細胞和分子的治療。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括以比傳統(tǒng)的電子醫(yī)療裝置減小的功率水平運轉的設備。就本發(fā)明而言，“背景場”包括地磁場和由任何裝置產生的可被傳導至治療部位的磁場。就本發(fā)明而言，“生物有效的”意指與增大或減小組織生長和修復相關的生化級聯(lián) 反應的生物學和生理學結果。
就本發(fā)明而言，“LP共振”意指共振條件的計算，即通過采用LP動力學的任何方法來計算共振條件。根據(jù)下文闡述的“附圖簡述”和“發(fā)明詳述”，本發(fā)明的以上和其他方面和優(yōu)點將變
得明顯。附圖簡述現(xiàn)在將參考所附的簡圖，以例舉的方式描述本發(fā)明特定實施方式的方法和設備

圖1闡明了磁場對信號分子內束縛的荷電離子的影響；圖2描繪了束縛離子的拉莫爾進動，其中存在熱噪聲和施加的磁場；圖3是描繪CaCaM束縛的生物效應的圖；圖4描繪了 Ca和水分子的氧臂和氫臂的進動頻率；圖5描繪了 50 μ TAC和DC磁場平行疊加下Ca的拉莫爾進動頻率；圖6闡明了對AC磁場生物效應的反應性；圖7是闡明對AC/DC平行磁場組合的束縛壽命的反應性的圖；圖7A是闡明對AC/DC平行磁場組合的反應性的圖；圖8是隨機振子方向的作為AC頻率和振幅的函數(shù)的平均偏差的典型反應性的圖；圖9描繪了對平行AC/DC磁場組合的正共振(on-resonance)和非共振 (off-resonance)行為的比較實例；圖10在左側闡明了作為時間和DC/AC振幅比值的函數(shù)的抽樣的軸偏離或從ζ-軸的進動，并在右側闡明了垂直場配置的反應性；圖11是組合的AC/DC場組合的LP條件的例子；圖12是骨細胞中鈣流動試驗的結果的圖，右上方顯示與此實驗相關的LP共振形貌(landscape)的區(qū)域，底部是相關的預測頻率響應；圖13闡明了左上方1301是特定場配置的共振形貌，顯示振子軌跡的z_分量，經受施加的AC/DC平行和垂直場組合，左下方顯示通過距零點的平均ζ-偏移(excursion)位移確定的反應性，顯示抑制性和刺激性二種響應，而右上方顯示修正的磁場配置的共振形貌，其產生如右下圖所示的可預測的反應性變化；圖14示出了 LP共振條件，在左側1401，由拉莫爾進動對AC/DC垂直場組合所預測的表示反應極值的共振條件，通過進動振子的ζ-偏差(z-declination)來測出，該共振條件出現(xiàn)在DC場中的振子的拉莫爾頻率的1/2-整數(shù)倍處，注意到共振條件依賴于AC頻率和 AC/DC的振幅比，由此共振的位置將依賴于背景場的作用，以及在右側，對AC振幅=0. 5DC 幅值的表示抑制反應區(qū)域的共振位置出現(xiàn)在DC場的拉莫爾頻率的整數(shù)倍處；圖15示出了由6英寸直徑的單匝線圈而得到的磁場的空間分量，從而由于對該裝置而得到的磁場的時空分量的準確了解允許使用該場與背景磁場相疊加以生成合成的生物有效的磁場；圖16示出了所預測的LP共振，對AC/DC平行磁場組合，DC = 37 μ Τ, AC頻率= 24Hz，37 μ T的DC場的拉莫爾周期取為74毫秒，按照在圖7和圖7A中所示的每個方法，該方法具有應用在χ軸711上所繪制的磁場頻率和在y軸712上繪制的角位移；圖17示出了對組合式平行+垂直的AC/DC場所預測的LPM共振，在這種情況下，1994年Fitzsimmons報道了對20 μ T的平行AC/DC場和15 μ T的垂直DC場，LPM符合Ca2+的流量數(shù)據(jù)，以及LPM還預測了在較低頻率處Ca2+的流量的抑制，不是ICR共振的次諧波；圖18示出了如Blackman所報道的，對336mG(36. 6 μ T)的平行比垂直的AC/DC場的AC振幅在45Hz處變化的組合，關于PC-12細胞的神經突生長所預測的LPM共振，以及 LPM準確地符合于平行和垂直方向的數(shù)據(jù)，并且預測了在較高AC振幅處的每個方向的共振行為；圖19是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的方法的框圖；以及圖20是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的設備的框圖。發(fā)明實施方式LP是磁場借以向束縛離子的運動引入相干性的手段。拉莫爾定理表明，對于磁矩，磁場的引入引起以拉莫爾頻率旋轉的原始運動轉換到參照系<formula>formula see original document page 9</formula>
其中Γ是進動系統(tǒng)的旋磁比。Γ = q/2m，其中q是電荷，而m是靶(諸如單個鈣離子)的質量。生物靶中的束縛電荷通常將經歷熱感應振動，從而產生系統(tǒng)的磁矩?？深A期此系統(tǒng)經歷LP。此運動將持續(xù)與熱力疊加，直至熱力最終從束縛部位釋放振子。對于沿ζ-軸定向的磁場，進動運動將被限制于x-y平面。除了束縛振子的相干進動運動之外，預期由熱噪聲自身對運動的作用也經歷進動。拉莫爾進動是磁場對磁矩的效應，而基礎機理是量子力學并涉及磁矩的自旋加快 (spin-up)和自旋減慢(spin-down)分量的相對相位的變化時，所述效應可通過經典模型描述。在存在熱噪聲時，例證性經典模型利用了針對被束縛在受到沿ζ-軸定向向上的磁場的勢阱中的離子的洛侖茲_朗之萬方程<formula>formula see original document page 9</formula>其中r是粒子的位置向量；β是熱浴中分子碰撞造成的每單位質量的粘性阻尼系數(shù)，Y是離子荷質比；Btl是磁場向量的大小；k是沿ζ-軸的單位向量；ω是振子的角頻率，以及η是每單位質量的隨機熱噪聲力。盡管這里顯示的勢能函數(shù)是諧振子的函數(shù)，但所述進動不限于線性各向同性勢的情形，而是預期對發(fā)生于任何中心復原性勢(central restorativepotential)0對于特定情形或通過數(shù)值積分可求得洛侖茲方程的閉合形式的解。向洛侖茲方程添加熱項(thermal term)η產生的解可由統(tǒng)計力學方法估計，以產生作為時間函數(shù)的離子位置的系綜平均<r (t) >。根據(jù)系綜平均，可評估熱噪聲、外源磁場和物理參數(shù)變化對束縛壽命的影響。洛侖茲-朗之萬方程的解是<formula>formula see original document page 9</formula>
其中<formula>formula see original document page 9</formula>
并且<formula>formula see original document page 10</formula>
λ 2 =. α = β+ βοΥ(4)
2因此離子軌跡包括相干部分=,和由熱噪聲引起的分量￥n(t)，即非齊次方程的特解。已顯示對于參數(shù)的物理現(xiàn)實值，解的相干分量是在紅外范圍內的阻尼振動，以拉莫爾頻率在磁場的軸附近經歷進動運動<formula>formula see original document page 10</formula>
包括熱噪聲的非齊次方程的特解由以下給出ψη(0 = —^—[e^'i'oe ^^)^ - e""\oe"r (r)dr] ( 6 )
Λ2~ λ 先前已通過振子振幅系綜平均對熱項Ψηα)的增長率進行了估計，其中顯示累積項(accumulation term)隨時間增長，最終完全克服由于粘性阻尼/f造成的振子軌跡的衰
減。熱累積造成振蕩離子在依賴于熱噪音譜密度W=I的束縛壽命后從束縛部位被釋放
m
出。還顯示一秒量級的束縛壽命得到振子頻率(ω ^ IO12)、粘性阻尼(β ^ 1-10)和磁場強度氏<< IT的物理相關值。還可估計U/n(t)的時間相關性，展開方程(6)λ2-λ,1J
(<formula>formula see original document page 10</formula>
是熱分量關于時間的累積。因此，方程(7)表示振蕩的熱分量本身也經歷了拉莫爾進動。通過估計在物理相關情況α2| <<4ω2，
e 1 —> e可得到進動項的特定增長率，以使得
<formula>formula see original document page 10</formula>=-ZL-e^e^ f0eTre· 卞㈨—=J^J^'^'M^f ~ τ))η(τ)<1τ]{ 11)因此，離子軌跡的熱分量自身包括由熱噪聲n( τ)所驅動的熱振子，熱振子遭受粘性阻尼并且在由磁場所限定的軸附近以拉莫爾頻率進行進動運動。注意，由于在方程 (10)的-λ U中的這些項，方程(10)的被積函數(shù)中的指數(shù)取“+”號，與物理期望相一致，熱噪聲起到增加振子振幅的作用。通過振子位置的系綜平均，可以直接的方式估計出ψηα)的累積值。通過估計熱項，u(t) = x+iy = Ψηα)，便于保留方程(10)中的指數(shù)項
<formula>formula see original document page 11</formula><formula>formula see original document page 11</formula>(12)利用這一事實，即粘度和熱噪聲的譜密度On2通過<formula>formula see original document page 11</formula>來相關聯(lián)，其中k為
玻爾茲曼常數(shù)(Boltzmarm constant)，T為絕對溫度，以及m為粒子的質量，由于α + α * =
2 β，所以系綜平均為
<formula>formula see original document page 11</formula>或者<formula>formula see original document page 11</formula>\λ2-λ\<formula>formula see original document page 11</formula>
或者，<formula>formula see original document page 11</formula> 因此，熱項Ψηα)振幅將隨時間而增大。注意，當ι α2| <<4ω2時，磁場的時間相關性有助于熱累積的消失。在前面已作描述更為一般的情況。圖1示出了磁場101在荷電離子102的運動中的影響示意圖，荷電離子例如鈣，束縛在諸如鈣調蛋白或肌鈣蛋白C的信號分子內部?？梢钥闯?，磁場將相干性引入到束縛部位內的離子軌跡中。離子軌跡的熱分量包括由熱噪聲η( τ )所驅動的諧振子，諧振子遭受粘性阻尼并且在由磁場所限定的軸附近以拉莫爾頻率進行進動運動。圖2描述了在存在熱噪聲和施加的磁場201、時間202和角位置203時的束縛離子的角位置。這個顯著結果適用于所有的這類束縛荷電振子，指出LP機制對多種靶系統(tǒng)中的磁場效應都是可靠的。對于振子頻率(ω ^ IO12)、粘性阻尼(β ^ 1-10)和磁場強度凡> 1特斯拉在物理上的相關數(shù)值，通過數(shù)值計算已估算了這些結果。結果表明，累積項隨時間而增長，最終將完全克服因粘性阻尼而引起的振子軌跡的衰減。因此，在取決于熱噪聲譜密度的束縛壽命之后，熱累積引起振動離子從束縛部位被釋放出。盡管通常將熱力遍布于在束縛部位的有效的球面立體角，但是要著重記住，離子或配體并不在各向同性區(qū)域內進行隨機運動。更確切地，它被強烈地束縛在振子勢中，且振子頻率在紅外區(qū)域。因此，如上所示，通過對累積項ψηα)的檢查，運動是由熱驅動的振子運動而不是隨機運動。不是簡單地從束縛部位釋放出離子或配體，熱噪聲力自身將有助于運動的進動分量的振幅。因此，整個運動u(t) =οω+ψηω的相干部分和熱部分都將經歷LP。這種情況的含義是廣泛的能夠預計在生物靶系統(tǒng)中的大量各種荷電振子經歷了 LP，導致許多種類的靶系統(tǒng)對所施加的磁場呈現(xiàn)出類似響應。下面根據(jù)本發(fā)明的實施方式來描述拉莫爾進動條件。因為束縛振子的進動運動影響了生化過程，所以顯然地，運動一定能夠穿過一條進動軌道的重要部分。因此，靶過程的時間常數(shù)必須是LP周期的量級以便出現(xiàn)生物效應。只能期望弱磁場靶向相對較慢的生物過程，并且能夠建立對于磁場效應的較低限制。例如，在50 μ T處Ca的拉莫爾頻率接近于18. 19Hz,以至于產生一條軌道需要大約55毫秒的束縛壽命。對于在CaM分子上不活躍對的束縛部位，Ca束縛至鈣調蛋白(“CaM”)具有在 1 秒量級的最大壽命，導致對于CaCaM檢測能力的大約1_3 μ T的較低限制。振子的進動運動將導致對振子穿過運動的有效范圍的速率的相干調制。盡管這種相干運動可通過這些機制來影響動力學，顯然一種靶系統(tǒng)和另一種靶系統(tǒng)肯定是不相同，但是拉莫爾模型的基本性質對于各種系統(tǒng)都是相似的。振子穿過各種方位的速率被以拉莫爾頻率的進動運動所相干調制，這些方位包括可能影響動力學的優(yōu)選方位。當磁場不存在時，將相干性引入至受到熱擾動控制的過程的這種引入，允許磁場向系統(tǒng)輸出信息而無需對磁場的該部分輸入大量能量。結果表明，在50 μ T磁場中經歷LP的鈣離子的角動量是普朗克常數(shù)(Planck’ s constant)的量級。拉莫爾進動導致振子以由靶和磁場的旋磁比所確定的速率掃過在束縛部位內的角區(qū)域。例如，對于CaCaM束縛，LP將導致對振子接觸束縛部位的不同部分的速率的調制。更強的磁場將增大速率，由此提高振子接觸便于離解的方位的可能性或頻率。因此，提高磁場強度導致Ca束縛壽命的減少，導致可得到更多的自由Ca，如針對在無細胞制劑中觀測的增大反應速率所觀測到的。對于諸如CaCaM的系統(tǒng)，期望生物效應隨著場強度而增加，達到飽和度，超過該飽和度而進一步增加DC場強度只會導致在束縛時間的少量變化，相對于系統(tǒng)的初始動力學。當與零磁場壽命相比較時，給出反應度或束縛壽命的百分比變化
<formula>formula see original document page 13</formula> (16)因此，隨著場強的增大而出現(xiàn)飽和進一步增大振幅導致在動力學上非常小的相對變化。著重指出，由于對于給定的靶系統(tǒng)(即特定的束縛壽命)，拉莫爾頻率隨著磁場強度的增加而線性增大，所以效應將被限制于磁場狹窄范圍。參見圖3，其描述了由方程(16) 得到的隨磁場強度增加的對CaCaM束縛的生物效應圖示。例如，對于0. 1秒的束縛時間，場強301，低于大約10 μ T被認為是無效的，而當場強接近幾mT時將出現(xiàn)飽和。除了束縛荷電離子之外，LP還能夠影響靶。例如，水分子攜帶部分電荷，導致水的獨特的化學特性。由此引起的強電極化使得在細胞和組織中的水分子形成有機化、極性化的水化層，例如在載流子和帶電膜周圍所觀察到的內部和外部的亥姆霍茲(Helmholtz) 層。當所施加的磁場通過LP將相干性引入水化層的熱波動時，這些束縛水自身可能經歷 LP。在水化方向角上的合成變化改變了水化的勢能，并且因此，在穿過亥姆霍茲平面的束縛過程的束縛部位動力學處的局部介電常數(shù)ε (t)由此取決于LP。由于水的氧和氫的臂的拉莫爾頻率還靠近于Ca2+的頻率，所以在拉莫爾頻率附近的生物效應的觀測可能還有助于水分子自身的進動或水合離子的復合物，正是由于這個原因，所以必須先估計旋磁比，然后才能夠準確測定拉莫爾頻率。根據(jù)方程(1)，圖4示出了關于Ca和水分子的臂的進動頻率401。下面根據(jù)本發(fā)明的實施方式描述了 AC和AC/DC的復合共振。本發(fā)明目的在于利用諸如共振、LP所固有的隨著場強和頻率的特定變化等條件。所示的AC和DC場相對平行或垂直的方向是生物效應強度和方向的關鍵決定因素。由于 LP，生物效應取決于磁場的所有時空分量的振幅、頻率和空間方向。根據(jù)靶的物理化學特性和磁場特性能夠計算生物靶的精確反應性，以利用特定的劑量反應、諸如反應性最大值和最小值的共振現(xiàn)象以及為利用LP的細節(jié)所規(guī)劃的治療規(guī)范。下面根據(jù)本發(fā)明的實施方式描述共振條件。LP機制產生了關于各種各樣的AC和DC磁場組合的共振行為，這些磁場中包括地磁場。對最大值、最小值或其它生物響應，特別是LP的特性，期望這些共振是特定的時空磁場條件。這些特定條件可以被用于開發(fā)最大化、最小化、增強、抑制或以其它調制對所施加磁場和背景磁場的生物響應的新穎方法。盡管在下面所示的特殊例子利用了以正弦方式變化的AC磁場，但是可計算LP條件來確定對于DC和非正弦變化磁場波形的各種任意組合的特定共振條件。LP共振將被認為是通過任意方法的共振條件計算，這些方法利用LP的動力學以計算共振條件。為了示出，下面說明了計算共振條件的幾種方法。然而，通常由于進動振子可能軌道的復雜性和生物分子的復雜性，不可能詳細地探討計算共振的所有可能方法。下面根據(jù)本發(fā)明的實施方式來描述AC磁場的生物效應。當添加AC磁場至DC場時，在的拉莫爾進動的時空對稱性中產生中斷，這是因為隨著AC相位和振幅的變化而在進動方向上出現(xiàn)周期性反向，以及與垂直方向或平行方向上的DC磁場的相互作用。通過所施加磁場的幾何結構，這種對稱的中斷導致對在束縛部位內的振子方向的調制，由此導致與優(yōu)選方向相接觸的可能性。例如，當AC相位引起場強接近于0時，或者引起對DC場的破壞性干擾時，振子將“駐留”在束縛部位的特定區(qū)域，覆蓋非常小的角距，直至場顯著提高。這里，考慮單個AC正弦場的情況的共振條件。例如，可通過計算振子在小于或等于束縛壽命的時間段中從優(yōu)選方向所經過的平均距離來估計共振條件，該平均距離為R(x,y,x, t) = c0mean ((χ (t) _ox)2+ (y (t) _oy)2 (z (t) _oz)2)1/2)(17)其中C。為常數(shù)，x(t)、y(t)和z(t)為進動振子的空間分量，Oi是優(yōu)選方向的空間分量。顯然，實際的優(yōu)選方向確定了特定的反應性。然而，如上所提及的，假定特殊的生物分子環(huán)境，R(t)將采取特殊的形式。為了示出LPM的基本特性，此處所提供的例子使用關于優(yōu)選方向的任意位置。可通過對以拉莫爾角頻率在垂直于合成磁場的平面上進動的振子的參數(shù)方程來計算出 R(t)，Ol 為
<formula>formula see original document page 14</formula>(18)其中Br是DC場的垂直分量Bei、平行分量頻率為ω ac的AC場分量Bac的合成場。如圖6所示，在χ軸601上繪制AC振幅，在y軸602上繪制AC頻率，以及在ζ軸 603上繪制反應性，由于LP的特定動力學，所以由于AC場而造成拉莫爾頻率是時變的，導致對距特定的優(yōu)選方向的平均距離的復雜調制。下面根據(jù)本發(fā)明的實施方式來描述AC/DC平行場的組合。對交變磁場校準后平行于靜態(tài)(DC)場的情況，每單位時間掃過的角范圍A(t)隨著時間束縛而線性增加。對于AC/DC的平行組合，Br = Bo+BlCos( t)，因此一般地，拉莫爾頻率Γ Br將是AC和DC的振幅的時變函數(shù)。圖5顯示了根據(jù)方程(1)的Ca的拉莫爾頻率501。圖5描述了對于平行疊加的50 μ T的AC和DC磁場的Ca的拉莫爾進動頻率。 T/TL是在DC場拉莫爾頻率的一個周期單位內所經過的時間比率502，以及ω / G^是歸一化為AC頻率與DC拉莫爾頻率之比的單位內的AC頻率比率503。由振子橫過的總角距由拉莫
爾頻率的絕對值的積分計算得到
<formula>formula see original document page 14</formula>其中Ol為拉莫爾頻率；足是DC磁場的向量；iiCOS(coACt).是AC磁場，頻率為
是束縛振子的質量；以及C。是比例常數(shù)。針對任意離子或配體，具有任意相對方向的AC和DC磁場的任意組合，可估計A (t)，并且A (t) 一般為靶的旋磁比和DC/AC磁場幾何結構的函數(shù)。振子隨時間而掃過的總角距A(t)由拉莫爾頻率所確定
<formula>formula see original document page 14</formula>.因此，反應性是方程(19)和(20)中的積分上下限和時變的拉莫爾頻率的函數(shù)。因為積分上下限表示束縛壽命，所以共振位置一般將取決于靶系統(tǒng)的動力學，并且由此不單獨地取決于束縛樣本的拉莫爾頻率。圖7表示根據(jù)在AC = DC = 50 μ T的平行場組合中關于Ca的動力學的總角位移的相關性。圖7，右手邊的曲線701，對具有相對短的束縛壽命的系統(tǒng)，例如，直到3倍的DC拉莫爾周期，才出現(xiàn)顯著的共振波峰，并且可通過方程(20)來預測。圖7，左手邊的曲線702，顯示了當束縛壽命接近1秒或更多(拉莫爾周期的18倍) 時，總角位移對動力學的依賴性，由此共振基本消失。AC和DC場的相對振幅同樣也是確定共振條件的高度和位置的關鍵。因為共振頻率依賴于合成的AC+DC的振幅，對于AC > DC，振子將經歷進動方向上的周期性變化。這個結果表示將AC磁場添加至進動振子能夠加速或抑制其達到反應式行動傾向的時間。對于平行的AC/DC場的組合，這些結果非常相似于所報道的PR實驗驗證，并且建議LP作為用于弱的DC和AC磁場生物效應的可行備選機制。由此得到的共振條件可被反映在由Koch 所使用的條件中。圖5顯示了 LP模型的預測，DC = 37 μ T，AC= 1. 7 μ T，所施加的AC場范圍從大約18到35Hz，或者對Ca在37 μ T的DC場中大約1. 4-2. 6倍的拉莫爾頻率。所進行的這些計算是針對壽命為在DC場中Ca的拉莫爾頻率周期的4倍的靶系統(tǒng)。這些結果與圖 8的已公布的Koch實驗結果比較一致。此外，對于平行的AC和DC磁場的組合，基于振子的相干性進動運動，預期復雜的共振條件是特定的AC振幅和頻率。例如，如圖8所示，根據(jù)振子位置的隨機分布(即平均振子位置=Π)的平均偏差隨著AC頻率801和振幅802而變化。在圖8中的復雜偏差，借助方程(20)產生，等同于(A(t))的平均值減去Π。在圖8中的峰和谷的位置提供確定特定AC/DC場組合的一種方式的例子，預期這些場組合產生增強的或減弱的生物效應。圖9顯示了在特定AC頻率處的圖8的部分，從而詳述了共振的結構和稍微移向偏離于共振頻率的效應。例如，圖9，左手邊的曲線901顯示反應性作為AC/DC幅值的函數(shù)，在拉莫爾頻率的2次諧波處(2X coL)，以及在《L-O. IcoL處稍微偏離于共振。注意，直接在拉莫爾諧振上，對于AC = 3XDC幅值，出現(xiàn)明顯的共振。按10%的《L(在2次諧波處AC 的5%)偏移AC頻率能有效地消除共振。因此，對于系統(tǒng)的LP條件的精確了解允許準確地產生AC/DC組合，該AC/DC組合將產生共振，以及產生臨床的顯著生物效應。更為復雜的共振行為出現(xiàn)在其它的AC頻率處，包括拉莫爾頻率的次諧波頻率。例如，圖9，右手邊的曲線902表示對于AC頻率=coL/3和ω L/3-0. 05 ω L的共振條件。對于這些條件，在AC頻率上的稍微偏移(0.05 coL)導致共振峰數(shù)量的增加，以及伴隨共振強度的減小。下面根據(jù)本發(fā)明的實施方式描述了 AC/DC垂直場的組合。對AC磁場與DC場相垂直的情況，合成磁場的空間方向隨著時間而變化，破壞了先前例子的柱形對稱性。先前所建議的是，在柱形幾何形狀之外的振子的合成偏移將導致生物效應的變化，這是因為每單位時間掃過的角面積A(t)發(fā)生了變化。因此，拉莫爾頻率和進動軸都是時變的，并且由方程(7)給出的角域的累積將被ζ方向的進動分量所調制。按照幾何形狀，結果為m = Cz .;A(t) = Q、ω— (21)
^+(B1COS(Ojy4cO)2t{其中^LreSUhffljl = FBr = TiB20 + (B1COSKcI))2)1'2(22)
由于進動軸的偏移遠離ζ軸，所以垂直場的拉莫爾頻率隨著時間而變化，采取的方式比平行AC/DC組合的情況要稍微復雜一些。所產生的復雜動力學暗示著反應性的變化是由AC調制的拉莫爾頻率和在進動軸上的時變變化所共同引起的。已證實，當振子的偏移達到其最大值時，即AC頻率是拉莫爾頻率的整數(shù)倍，將出現(xiàn)共振。這意味著通過掃描，同時增大AC場強且保持DC常數(shù)，可觀察到垂直場結構的共振。例如，圖10，左手邊曲線1001表示根據(jù)方程(21)的振子軸與ζ軸之間的偏移，其作為Bi/B。之比的函數(shù)，此處所示是關于AC頻率=DC場強度的拉莫爾頻率。注意，不變的振子偏移區(qū) 表現(xiàn)為在B1 = 2ΠΒ。處相互等間距隔開。這些條件下，根據(jù)方程(21)作為ζ-偏差的時間平均值計算的，A(t)達到最大值和最小值，取束縛壽命=在圖10中左手邊的曲線所示的DC場的7倍拉莫爾周期。左手邊的曲線1001，圖10中形貌的形狀，并且隨著AC強度的增大，較小的共振數(shù)量就越多，這種表現(xiàn)反映了隨著AC振幅的增大，振子的動力學就更加復雜。圖 10，右手邊的曲線1002，顯示了對這些條件的反應性A(t)。注意，抑制響應和激發(fā)響應都出現(xiàn)，對應在左手邊的曲線1001中所示的最大值。這個治療上的相關例子指出對于由所考慮的離子束縛過程所控制的系統(tǒng)，能夠這樣配置磁場來在AC振幅 2倍的DC幅值時能夠實現(xiàn)對過程的抑制，并且，在AC振幅 4倍的DC幅值時能夠實現(xiàn)對過程的激發(fā)或增強。下面根據(jù)本發(fā)明的實施方式來描述AC和DC磁場的任意組合。拉莫爾進動條件還可基于振子從支持或阻止分子束縛過程的優(yōu)選方位偏離的平均距離來預測。針對僅有AC，AC與DC平行，AC與DC垂直，以及平行和垂直磁場的組合，可計算共振條件。例如，LP條件允許對進動振子軌跡的精確計算
<formula>formula see original document page 16</formula>其中x(t)、y(t)和z(t)通過對振子運動方程的解來得到，將方程(2)推廣到3維
的情況
<formula>formula see original document page 16</formula>以及是三個空間方向χ、y和ζ的單位向量。根據(jù)方程(17)、(18)和(23)，借助與任意AC/DC場的組合的優(yōu)選方向相距的平均距離，圖11顯示了作為AC場頻率1101和AC與DC場強度之比的函數(shù)的反應性?？梢钥闯?，存在產生激發(fā)響應和抑制響應特定的共振條件。通過選擇AC和DC平行和垂直磁場的特定組合，能夠對生物靶施加特定的共振條件。圖12顯示了測量骨細胞中的Ca流量的實驗結果。這些結果至今也無法被充分解釋，并且在臨床上與生物有效的電磁場信號配置有關。圖12，頂部左側1201，顯示了實驗觀察到的共振，對于所施加的AC場，在16Hz范圍內的Ca流量出現(xiàn)明顯的峰。圖12，頂部右側1203，顯示了與該實驗有關的LP共振形貌的區(qū)域，如借助方程(17)、(18)和(23)所計算的。假定知道有關共振“形貌”的詳細形狀，可得到共振的精確位置。圖12，底部1202，顯示了通過AC = 20μ T區(qū)域的部分，提供了有關頻率響應，成功地預測了實驗的結果。因此，對于特定靶系統(tǒng)的LP條件的了解允許對有關的生物效應波形進行預測。
因此，通過詳細地了解對方程(24)的求解，以及由此了解LP共振形貌，能夠配置特定的磁場來產生治療上的有關的激發(fā)和抑制。例如，圖13，左側頂部1301，顯示了對AC/ DC組合的平行/垂直結構的反應性，表示了抑制響應和激發(fā)響應，這個結構由從0開始的平均ζ-偏移位移。對于這種情況，AC頻率等于DC平行磁場的拉莫爾頻率的0.5倍。注意，如在下面左側1304的曲線所示，可實現(xiàn)對這種場配置的特定模式的響應。比較地，圖13，頂部右側1302，顯示了相同條件下的振子的ζ-偏移，只不過此時的AC磁場頻率等于1.0倍的 DC平行磁場的拉莫爾頻率。這種AC頻率的變化導致反應性的可預測變化，如圖13所示，下部右側曲線1303。下面根據(jù)本發(fā)明的實施方式描述了所生成的與背景場相耦合的拉莫爾進動_生物有效的磁場。本發(fā)明包括精確控制在生物靶處的磁場環(huán)境以便產生磁場配置的方法，該磁場配置是根據(jù)經驗數(shù)據(jù)或數(shù)學模型來設計，以產生特定生物效應。
本發(fā)明包括線圈和/或永磁體的配置，其采用任意的幾何布置，包括三軸的、雙軸的或單平面的，其向靶提供磁場。磁場的所有時空分量都受到控制，以便向生物靶提供特定的磁場配置。背景磁場和環(huán)境磁場被監(jiān)測以便利用這些分量來配置所施加的生物有效的磁場。一般地，通過線圈系統(tǒng)施加至生物靶的磁場是下列場的疊加1)直接由于施加至線圈的電流而產生的磁場B一。e;2)由諸如局部地磁場(在0.5高斯的量級上，并且大小和方向都隨地理區(qū)域而變化)的背景源和諸如醫(yī)療設備、電源線等的所有其它源而產生的磁
場BamMent?？偤铣纱艌鰹?br> BiX^iX9Ololal =Odevicc+ B{x,y,x,^amhien,.(24)因此，通過選擇裝置磁場以有目的的方式來疊加背景場，可完全地控制整個磁場。為了治療，可利用所施加磁場與生物效應所詳述的相互作用的的數(shù)學模型或經驗模型來開發(fā)生物效應治療場配置。與將靶屏蔽于背景磁場不同，本發(fā)明的這些磁場形成最終的生物有效的磁場 B(x,y,x,Obl0fffeaive = Bix^xiOdevice+ B(x,y,X^ambient( 25 )以至于裝置所需要的磁場為
— -> — B(X^sXj)device = B(x’y,x,t、bioeffeaive - B^yiXyOambient( 26 )本發(fā)明利用這一事實，由此使用背景磁場作為整個特殊配置磁場的組成部分。本發(fā)明通過三軸磁力計探針來精確地測量背景磁場的時空分量。然后，將這個測量結果與期望的生物有效的磁場配置相比較，以產生磁場，該磁場是借助于方程(26)由裝置所生成。通過幾種不同的方法三軸、雙軸、亥姆霍茲，單平面或任意的線圈組合，添加有永磁體以及沒有添加永磁體，可以產生組合式的AC/DC磁場配置。例如，通過抵消背景場，然后通過疊加來添加期望的磁場分量，可簡單地獲得給定磁場B(X^iXit)device = -BiXiyfXiOambiem + i、x’y，x，t\i—( 27 )
這種方法通常需要在亥姆霍茲配置中使用三軸或雙軸線圈。因此，對于一般情況，給定所使用的經驗模型或數(shù)學模型來確定生物有效的磁場配置，可利用下面的方法(1)測量背景場的非期望分量并利用合適的線圈和/或永磁體來抵消/調制背景場的非期望分量。(2)使用背景磁場的剩余分量來計算生物有效的磁場的分量，這取決于背景值 (見下面的拉莫爾進動例子)。(3)使用背景磁場的剩余分量來生成生物有效的磁場的分量。(4)利用合適的線圈和/或永磁體來施加額外的時空場分量，以便完成生物有效的磁場配置。利用LPM的特定例子預測了一個生物效應配置包括恒定(DC)磁場和正弦方式變化(AC)磁場的組合，它們的方向相互垂直。對于這種配置，期望生物效應的最大值在DC場中的靶的拉莫爾頻率處，以及其半整數(shù)倍處，如圖1所示。這個最大值的生物學意義是增大或減少了靶離子/配體束縛路徑的反應性。圖14，左手邊的曲線1401顯示了與進動振子的 ζ-偏差成比例的這些共振的結構，這些共振取決于AC頻率、AC與DC幅值之比的函數(shù)。注意，AC頻率是DC場的拉莫爾頻率，所以共振條件隨頻率而變，并且AC振幅也是垂直的DC場強的顯函數(shù)。圖14，右手邊的曲線1402顯示了作為平均ζ-偏差的反應性，根據(jù)方程(21)，對于AC振幅=0. 5DC幅值，平均ζ-偏差為AC頻率的函數(shù)。注意，受抑制反應性的區(qū)域出現(xiàn)在拉莫爾頻率的整數(shù)倍處。一般地，數(shù)學模型和經驗模型可能配置出靶向具有特定生物響應的特定過程的組合AC/DC磁場。根據(jù)本發(fā)明的實施方式利用背景磁場來生成生物有效的磁場的配置。對于這種情況，借助于方程(26)，可使用單個平面線圈以及背景場的測量結果來產生生物有效的磁場。可使用單個平面線圈而不采用亥姆霍茲配置中的線圈，因為由這種線圈提供的磁場的大小和幾何形狀可由輸入至線圈的輸入電流精確地確定，并且可通過空間測量來校準。例如，6 英寸直徑的敷貼器(applicator)線圈提供具有x、y和ζ分量的合成磁場，這些分量主要在與線圈平面相垂直的方向上，如圖15所示。注意，由于系統(tǒng)的環(huán)形對稱性和線圈軸線交叉處的磁場的抵消，垂直的X-Y分量在線圈中心處(圖15，左手邊的曲線1501和中間的曲線 1502)產生接近于背景水平的數(shù)值(大約2毫高斯)。如圖15所示，右手邊的曲線1503，在中心治療區(qū)域的磁場的主要分量是2. 0高斯的ζ分量，垂直于線圈平面。因此，對于垂直磁場和單個圓形線圈的LPM的這種情況，背景磁場的測量允許(1)抵消背景磁場的ζ分量。(2)利用背景磁場的剩余χ和y分量，以便計算(a)施加AC磁場的所需頻率；(b)所需要的AC振幅(見圖1)。(3)借助于通過線圈施加的信號來施加ζ方向上的AC磁場。因此，必須由線圈產生的場是5(χ，:μ,χ， )如=-2(x，7,x’i)— +5(x，少,W( 28 )其中Bzambient是背景場的ζ分量，以及Bac是期望的AC場。所生成的合成場將由沿ζ軸方向的AC分量結合x-y平面上的背景(DC地磁)分量組成，實現(xiàn)對上述描述的垂直AC/DC共振的拉莫爾進動條件。參考圖19，其中圖19是根據(jù)本發(fā)明的實施方式來配置生物有效的磁場的方法流程圖。拉莫爾進動數(shù)學模型被用來確定生物有效的磁場的配置(步驟1901)。諸如方程17 至20所描述的數(shù)學模型能夠被用于該確定步驟，而且其它的數(shù)學模型也能被使用。在靶治療部位的背景磁場通過利用諸如霍爾(Hall)效應探針的檢測裝置來測量(步驟1902)。所檢測的背景磁場能夠被分解成分量。通過使用合適的線圈和/或永磁體來抵消和/或調制生物有效的磁場的任意分量，如在方程24至27所示，這些分量中的一些能夠被部分地加入到生物有效的磁場。通過使用合適的線圈和/或永磁體，將額外的時空磁場分量重疊至生物有效的磁場(步驟1903)。通過生成滿足根據(jù)拉莫爾模型所要求的AC DC生物有效的磁場配置，借助一個或多個線圈和/或永磁體，將合成的生物有效的磁場施加至治療區(qū)域(步驟 1904)。圖20描述了用于根據(jù)本發(fā)明的實施方式而配置生物有效的磁場的設備的框圖。生物有效的磁場設備產生信號來驅動諸如一個或多個線圈的發(fā)生裝置。生物有效的磁場設備能夠通過諸如開/關的開關的開啟裝置來啟動。生物有效的磁場設備具有AC DC電源 2001。AC DC電源2001可為諸如電池的內部電源，或者諸如AC/DC電流出口的外部電源， AC/DC電流出口例如通過插頭和導線與本發(fā)明配合。AC DC電源2001向AC發(fā)生器2002、微控制器2003提供電力，以及向AC/DC混頻器2004提供DC電力。微控制器2003的優(yōu)選實施方式使用8位4MHz的微控制器2003，但是也可使用其它位數(shù)和MHz組合的微控制器。微控制器控制流入AC/DC混頻器2004的AC電流。AC/DC混頻器2004結合以及調制AC和 DC電流，這將被用于產生生物有效的磁場。電平轉換子電路2005控制提供給靶治療部位的所傳送的磁場。電平轉換的輸出被輸出放大器2006放大，以提供作為輸出2007，輸出2007 將信號路由到至少一個線圈2008。優(yōu)選地，至少一個線圈2008具有探針2009，該探針測量包括地磁分量的背景磁場，并且將測量結果返回AC DC混頻器2004，由此調制和控制生物有效的磁場的配置。當使用背景磁場分量來產生生物有效的磁場時，可使用單個平面線圈，并且被用來產生生物有效的磁場的背景場分量的測量結果可通過方程(26)來確定。對于亥姆霍茲配置中的三軸或雙軸線圈的備選，可使用單個平面線圈，這是因為由這種線圈提供的場的大小和幾何形狀可通過向線圈輸入電流來精確地確定，并且可通過空間測量來校準。例如，6英寸直徑的敷貼器線圈提供具有x、y和ζ分量的合成磁場，這些分量主要在與線圈平面相垂直的方向上，如圖15所示。注意，由于系統(tǒng)的環(huán)形對稱性和線圈軸線交叉處的場的抵消，垂直的X-Y分量在線圈中心處(圖15，左手邊的曲線1501和中間的曲線1502) 產生接近于背景水平的數(shù)值(大約2毫高斯)。如圖15所示，右手邊的曲線1503，在中心治療區(qū)域的磁場的主要分量是2. 0高斯的ζ分量，垂直于線圈平面。例子例子 1LP解釋了重要的實驗結果。圖16具有在χ軸上繪制的磁場組合1601，以及在y軸上繪制的鈣的流出速率，顯示了在高提純質膜囊內的Ca2p傳輸過程中非常低頻率的磁場的影響。囊被曝露在328C下30分鐘，利用作為指示劑的放射性45Ca來研究鈣的流出。使用了范圍從27到37mT的靜磁場，以及頻率在7到72Hz且振幅在13到114mT (峰)的時變磁場。AC和DC場的相對振幅是確定共振條件的高度和位置的關鍵。因為拉莫爾頻率取決于合成的AC+DC幅值，所以對于AC > DC，振子將經歷在進動方向上的周期變化。結果得到的共振條件可由Koch [Koch,等人，2003]使用的實驗條件，利用方程17和18，且Blli= O來估計?？梢钥吹?，符合實驗數(shù)據(jù)的LPM基本上與PR的情況相同，但是借助了更多物理可實現(xiàn)機制。例子2圖17具有在χ軸1701上繪制的AC頻率，在y軸1702上繪制的反應性，顯示了借助于方程17和18，測量骨細胞中Ca流量的實驗結果的LP預測。對于此研究，純45Ca流量被用作對低振幅電磁場的人類骨細胞主要轉導響應的可能的早期標志。組合的DC磁場和 AC磁場的作用最初是配置為耦合根據(jù)離子回旋加速器共振理論的鈣束縛。雖然這個理論后來被懷疑，但是實驗結果仍然成立，并且成功地由LP來解釋。實驗結果顯示了對于所施加的AC場在16Hz的范圍內Ca流量中的主峰。該系統(tǒng)的LP預測，具有組合的平行和垂直AC/DC場，對于20 μ T的平行AC/DC與15 μ T的垂直DC的組合，令人滿意地描述了數(shù)據(jù)，并且還預測了在ICR共振的非次諧波的較低頻率時對Ca2+流量的抑制。從臨床意義上，這些結果都與生物效應治療電磁場信號的構成有關。例子3圖18具有在χ軸1801上繪制的磁場，在y軸1802上繪制的神經突生長，顯示了對AC磁場的振幅窗口的LP預測。對ac和dc磁場對在PC-12細胞中神經突生長的影響的近期測試表明其與離子參量共振模型的預測相當符合。然而，來自早期工作的實驗結果，包括垂直(160mG)和平行(366mG)dc磁場，與離子參量共振模型預測并不一致。此處所報道的測試結果表明，對垂直ac和dc磁場的細胞響應是明顯的，并且可預測地不同于在平行ac 和dc磁場中得到的響應，并且表明，對于垂直場的響應是顯性的，采取非線性依賴強度的方式。圖18顯示了對AC磁場的振幅窗口的LP預測，與Blackman所獲得的實驗結果相比較，AC與DC磁場垂直或平行對從PC-12細胞培養(yǎng)出神經突生長的根本不同的影響。借助于方程17和18，進行了 LP預測，其中R(t)被估計為75毫秒，DC場的拉莫爾周期為366mG。實驗條件是366mG(36. 6 μ Τ)的平行場對垂直場的AC/DC組合，同時在45Hz處AC振幅變化。如所見到的，LP令人滿意地描述了垂直和平行場幾何形狀所得到的結果。這種對于平行場對垂直場方向的所觀測到的反應性變化是LP的固有特征，不由其它任意模型來解釋。雖然根據(jù)當前認為是最實際且優(yōu)選的實施方式來描述了設備和方法，但是應當理解，公開內容不必被限制為所公開的實施方式。其確定為涵蓋了被包含在權利要求的精神和范圍內的各種修改和類似改變，應當給予這個范圍最為寬泛的解釋以包括所有的這些修改和類似結構。本發(fā)明公開內容包括下面權利要求的任意和全部實施方式。
權利要求
一種磁場配置方法，所述方法包括以下步驟使用拉莫爾進動數(shù)學模型確定生物有效的磁場配置；測量靶治療部位處的背景磁場，借以鑒別所述背景磁場的分量；將時空磁場分量疊加到所述生物有效的磁場配置中；根據(jù)滿足所述拉莫爾進動數(shù)學模型的所述生物有效的磁場配置產生生物有效的磁場。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述背景磁場包括地磁場。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述生物有效的磁場配置包括ACDC平行場配置、 AC DC垂直場配置和AC DC任意場配置中的至少一個。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述生物有效的磁場包括具有約0.OlG至5，000G 的振幅的DC磁場。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述生物有效的磁場包括具有約0.OlG至5，000G 的振幅和約0. OlHz至36MHz的頻率的AC磁場。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述生物有效的磁場包括至少一個具有約0.OlG 至5，000G的振幅的DC和AC磁場，所述DC和AC磁場與至少一個具有約0. OlG至5，000G 的振幅和約0. OlHz至36MHz的頻率的AC和DC磁場疊加。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述生物有效的磁場包括至少一個具有約0.OlG 至5，000G的振幅的DC和AC磁場，所述DC和AC磁場與至少一個具有約0. OlG至5，000G 的振幅和約0. OlHz至36MHz的頻率的AC和DC磁場疊加，以增強組織、器官、細胞和分子中的生化過程。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述生物有效的磁場包括至少一個具有約0.OlG 至5，000G的振幅的DC和AC磁場，所述DC和AC磁場與至少一個具有約0. OlG至5，000G 的振幅和約0. OlHz至36MHz的頻率的AC和DC磁場疊加，以抑制組織、器官、細胞和分子中的生化過程。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述生物有效的磁場包括包含滿足拉莫爾進動條件的信號的疊加的生物有效的磁場，所述信號具有已知特性的雙極性脈沖串，產生具有約 0. OlG至5，000G的振幅的可變波形的信號。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述生物有效的磁場包括包含滿足拉莫爾進動條件的信號的疊加的生物有效的磁場，所述信號具有已知特性的雙極性脈沖串，產生具有約0. OlG至5，000G的振幅的可變波形的信號，以增強組織、器官、細胞和分子中的生化過程。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述生物有效的磁場包括包含滿足拉莫爾進動條件的信號的疊加的生物有效的磁場，所述信號具有已知特性的雙極性脈沖串，產生具有約0. OlG至5，000G的振幅的可變波形的信號，以抑制組織、器官、細胞和分子中的生化過程。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中滿足拉莫爾進動條件的所述生物有效的磁場與藥劑聯(lián)合使用。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中滿足拉莫爾進動條件的所述生物有效的磁場與敷料和支架聯(lián)合使用。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中滿足拉莫爾進動條件的所述生物有效的磁場與其他治療過程諸如熱、冷或超聲聯(lián)合使用。
15.一種電磁設備，所述設備包括磁場配置裝置，所述磁場配置裝置使用拉莫爾進動數(shù)學模型確定生物有效的磁場配置；電源，所述電源向所述電磁設備供電；測量裝置，所述測量裝置用于鑒別背景磁場的分量；混頻器，所述混頻器用于將時空磁場分量疊加到所述生物有效的磁場配置中；耦合裝置，所述耦合裝置用于根據(jù)滿足所述拉莫爾進動數(shù)學模型的所述生物有效的磁場配置產生指向治療部位的生物有效的磁場。
16.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述治療部位包括組織、細胞、器官和分子中的至少一種。
17.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述背景磁場包括地磁場。
18.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述混頻器包括可配置具有AC/DC平行場配置、AC/DC垂直場配置和AC/DC任意場配置中的至少一種的生物有效的磁場的混頻器。
19.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述混頻器包括可配置具有約0.OlG至 5，000G的振幅的DC磁場的生物有效的磁場的混頻器。
20.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述混頻器包括可配置以下生物有效的磁場的混頻器，所述生物有效的磁場具有至少一個具有約0. OlG至5，000G的振幅的DC和AC磁場，所述DC和AC磁場與至少一個具有約0. OlG至5，000G的振幅和約0. OlHz至36MHz的頻率的AC和DC磁場疊加。
21.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述混頻器包括可配置以下生物有效的磁場的混頻器，所述生物有效的磁場具有至少一個具有約0. OlG至5，000G的振幅的DC和AC磁場，所述DC和AC磁場與至少一個具有約0. OlG至5，000G的振幅和約0. OlHz至36MHz的頻率的AC和DC磁場疊加，以增強組織、器官、細胞和分子中的生化過程。
22.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述混頻器包括可配置以下生物有效的磁場的混頻器，所述生物有效的磁場具有至少一個具有約0. OlG至5，000G的振幅的DC和AC磁場，所述DC和AC磁場與至少一個具有約0. OlG至5，000G的振幅和約0. OlHz至36MHz的頻率的AC和DC磁場疊加，以抑制組織、器官、細胞和分子中的生化過程。
23.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述混頻器包括可配置包含滿足拉莫爾進動條件的信號的疊加的生物有效的磁場的混頻器，所述信號具有已知特性的雙極性脈沖串，產生具有約0. OlG至5，000G的振幅的可變波形的信號。
24.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述混頻器包括可配置包含滿足拉莫爾進動條件的信號的疊加的生物有效的磁場的混頻器，所述信號具有已知特性的雙極性脈沖串，產生具有約0. OlG至5，000G的振幅的可變波形的信號，以增強組織、器官、細胞和分子中的生化過程。
25.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述混頻器包括可配置包含滿足拉莫爾進動條件的信號的疊加的生物有效的磁場的混頻器，所述信號具有已知特性的雙極性脈沖串，產生具有約0. OlG至5，000G的振幅的可變波形的信號，以抑制組織、器官、細胞和分子中的生化過程。
26.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述耦合裝置包括將AC/DC信號傳輸至生物靶的至少一個電子線圈。
27.如權利要求12所述的電磁設備，其中所述耦合裝置包括雙軸的亥姆霍茲線圈配置和三軸的亥姆霍茲線圈配置中的至少一種。
全文摘要
一種方法，其使用拉莫爾進動產生利用特定行為的磁場條件，該特定行為包括共振條件。對磁場環(huán)境和特定束縛靶系統(tǒng)的了解使得有可能來計算共振發(fā)生的條件，并從而配置利用這些共振條件的電磁場環(huán)境。了解了這些條件，可配置電磁場信號以產生可增強或抑制生物過程的特定的生物有效的電磁場。
文檔編號A61N2/00GK101815555SQ200880020236
公開日2010年8月25日申請日期2008年4月14日優(yōu)先權日2007年4月12日
發(fā)明者亞瑟·A·皮拉, 大衛(wèi)·J·米薩姆, 安德烈·A·迪米諾申請人:Ivivi健康科學有限責任公司

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