УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СТИМУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ Российский патент 2013 года по МПК A61N2/02 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к стимулированию процесса в живых организмах с использованием электромагнитных полей. В частности, изобретение относится к устройству для эффективной стимуляции процессов в живых организмах, в частности, иммунной реакции.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известно, что переменные во времени электрические или магнитные поля низкой мощности создают ряд реакций в биологических системах. Были предложены основанные на этих реакциях различные терапевтические лечения или лечения с биостимуляцией, которые используют низкочастотные электромагнитные поля низкой мощности. Например, в патенте США №3890953 описан способ стимуляции роста кости и других тканей. В патенте США №5183456 описан способ управления ростом раковых клеток. В патенте США №5290409 описан способ, в котором можно управлять транспортом нескольких типов ионов.

Интересная группа исследований продемонстрировала, что человеческие и мышиные макрофаги могут стимулироваться до более высокой активности путем воздействия на них низкочастотным электромагнитным полем (см. Simko и др., Eur. J. Cell Biol, том 80, 2001, стр.562-566 и Lupke и др., Free Radio. Res. том 38, 2004, стр.985-993). Несколько авторов продемонстрировали, что наблюдаемое продуцирование цитокинов, увеличенные иммунные параметры и эффекты стресса были инициированы воздействием электромагнитных полей. Из этих исследований было сделано заключение, что подверженность воздействию слабого электромагнитного поля вызывает стресс на клеточном уровне, приводя к продуцированию цитокинов и, следовательно, биологической реакции, включая иммунную реакцию (см. Blank и др., Bio-electrochem. and Bioenerg., том 33, стр.109-114, 1992 и Mol. Biol. Cell том 6, стр.466а, 1995; Goodman и др., Bioelectro-chem. and Bioenerg., том 33, стр.115; Simko и др., J. Cell Biochem., том 93, 2004, стр.83-92; Monselise и др., Biochem. & Biophys. Res. Com., том 302 (2), стр.427-434, 2004; De Bruyn и др., Environ. Res., том 65 (1), стр.149-160, 1994; Марков и др. в Bioelectromagnetics, под редакцией С.Н. Айрапетрян и М.С. Марков, Springer 2006, стр.213-225).

Надлежащее стимулирование иммунной реакции приводит к улучшенному сопротивлению к инфекционным болезням и, таким образом, положительно влияет на здоровье подверженного указанному воздействию организма. Это представление открывает новые возможности для (профилактического) лечения больших, плотных популяций, где инфекционные болезни представляют собой все более увеличивающуюся проблему. Такие проблемы особенно распространены в популяциях с генетически однородными организмами, такими как обработанный домашний скот, цыплята, креветки и популяции рыбы. Инфекционные болезни могут быть очень разрушительными для таких популяций, а лечение является очень дорогостоящим.

Международный патентный документ №03/035176 описывает устройство, которое особенно эффективно при стимулировании иммунной системы людей и животных. Это устройство адаптировано к приложению зависящих от времени электромагнитных полей к части тела живого организма. Приложенный сигнал имеет спектр частот, в котором некоторые частоты или области частот присутствуют более явно, чем другие. Такое устройство может способствовать терапии, в которой недуги, включающие воспаление и инфекцию, могут быть вылечены.

Система для электромагнитной стимуляции, описанная в международном патентном документе №03/035176, является небольшой системой, подходящей только для лечения одного организма. Кроме того, нет никаких указаний на форму используемого сигнала. Эффективное электромагнитное стимулирование больших популяций в большом масштабе и конкретные формы используемого сигнала в уровне техники не рассматривались. Например, популяции домашнего скота обычно содержатся в постройках с большой площадью или в других пространствах больших размеров. Обычно конюшни и навесы для коров, цыплят и свиней или водоемы для разведения рыбы имеют типичные размеры по меньшей мере от десятков до сотен метров. Без специальных мер управляемое электромагнитное стимулирование таких больших площадей является трудным и требует большого количества энергии. Помимо этого, при использовании устройства в более отдаленных районах необходима система, питающая аккумуляторную батарею солнечной и/или ветряной энергией. В этом случае сокращение потребляемой мощности является очень важным аспектом.

Кроме того, постройки, где содержится домашний скот, варьируются по своему размеру и конструкции. Преобразователи, установленные в таких постройках, выполнены конкретно под эти постройки. Следовательно, импеданс этих электромагнитных преобразователей будет в некоторой степени варьироваться от постройки к постройке. Эти дисперсии и отклонения в нагрузке управляющей электроники электромагнитных преобразователей будут влиять на создаваемый электромагнитный сигнал. Это будет негативно влиять на эффективность лечения стимуляцией.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является уменьшение или устранение по меньшей мере одного из недостатков предшествующего уровня техники и создание устройства, предназначенного для создания сигнала электромагнитного поля, которое подходит для эффективной стимуляции процессов, в особенности иммунной реакции.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к наблюдению, что для достижения эффективного и преимущественного стимулирования процессов в пределах живого организма требуются сигналы определенной формы. Это включает также и признание того факта, что электромагнитный сигнал, содержащий суперпозицию по меньшей мере двух периодических электромагнитных сигналов определенной формы, особенно эффективен при стимулировании биологических процессов, включая стимулирование иммунной системы. Поскольку этот электромагнитный сигнал вызывает эффективное стимулирование процессов, включая иммунную реакцию в живых организмах, могут использоваться небольшие амплитуды сигналов, уменьшая, таким образом, количество энергии, необходимое для генерирования этих полей. Кроме того, сигнал, в соответствии с изобретением может быть сгенерирован с использованием относительно простых и недорогих электрических элементов.

Один аспект изобретения относится к устройству для приложения электромагнитного поля, выполненного с возможностью стимуляции процессов, таких как иммунная реакция, в живых организмах, когда поле приложено к по меньшей мере части тела такого организма. Устройство содержит средство управления, такое как генератор цифрового сигнала, предназначенный для генерации изменяющегося во времени управляющего сигнала, и один или большее количество преобразователей, таких как специально выполненных для этой конструкции электромагнитных обмоток, которые чувствительны к управляющему сигналу генератора сигнала. Предпочтительно, преобразователь выполнен с возможностью генерации электромагнитных полей на большой площади.

Преобразователь генерирует изменяющийся во времени сигнал B(t), содержащий электромагнитное поле, которое очень эффективно для стимулирования процессов в теле. Сигнал B(t) содержит суперпозицию по меньшей мере двух периодических базовых функций b_i(t) (i=1, 2, 3, …), причем функции b_i(t) заданы как:

b_i(t)=a_i*(2·exp(-ω_it)-(1+exp(-ω_iT_i/2))) для 0≤t≤T_i/2 b_i(t)=-b_i(t-T_i/2) для T_i/2≤t≤T_i

где T_i представляет собой период функции b_i(t), a_i представляет собой амплитуду функции, и ω_i представляет собой собственную частоту, определяющую в подавляющей части форму сигнала b_i(t). Было экспериментально определено, что такое электромагнитное поле обеспечивает эффективное стимулирование процесса в теле живого организма.

Как правило, амплитуда a_i (i=1, 2, 3, …) выбрана таким образом, что пиковая амплитуда B(t) в местах лечения находится в диапазоне между 1 нТ и 1 мТ, предпочтительно в диапазоне между 0,03 мкТ и 30 мкТ. Из-за эффективной формы сигнала B(t) для электромагнитной стимуляции, даже сигналы небольшой амплитуды будут достаточны для генерации преимущественного стимулирования. Использование этого сигнала, таким образом, значительно снижает энергопотребление в применениях к большим площадям и к большому масштабу.

В одном варианте выполнения каждая из указанных собственных частот ω_i (i=1, 2, 3, …) выбрана так, чтобы по существу соответствовать требуемой собственной частоте ω₀. Благодаря этому все базисные функции b_i(t) имеют ту же самую собственную частоту ω₀. Обычно, собственные частоты ω_i или общую собственную частоту ω₀ выбирают из диапазона между 200 и 20000 рад/сек, более предпочтительно между 500 и 15000 рад/сек, в особенности между 1000 и 5000 рад/сек.

В одном аспекте изобретения собственную частоту ω₁ преобразователя, которая определяется соотношением R/L, выбирают так, чтобы по существу соответствовать требуемой собственной частоте ω₀ сигнала. Здесь, R представляет собой сопротивление, a L представляет собой индуктивность индуктивной обмотки(ок) в указанном преобразователе. Если преобразователь управляется управляющим сигналом блочно-волнового типа, то генерируется электромагнитный сигнал B(t), который имеет оптимальные эффекты стимулирования. Конкретные конструкции преобразователя описаны более подробно в родственной заявке, озаглавленной «Конструкция обмотки для электромагнитной стимуляции процесса в живом организме, устройство, использующее такую конструкцию обмотки и способ управления», которая, тем самым, включена в этот документ посредством ссылки.

В одном варианте выполнения изобретения по меньшей мере один из периодов T_i (i=1, 2, 3, …) выбирают из диапазона между 0,01 мс и 1000 мс, предпочтительно между 0,1 мс и 100 мс. Обычно периоды T_i (i=1, 2, 3, …) имеют различные значения. Предпочтительно, по меньшей мере один из указанных периодов T_i по существу соответствует одной из первой группы периодов T_i`=1/f_i или второй группы периодов T_i``=(B_loc/B_o)*(1/f_i), где f₁=10 Гц, f₂=700 Гц, f₃=750 Гц, f₄=2200 Гц. Величина B_loc представляет собой локальное магнитное поле Земли в месте расположения устройства, и B₀=47 мкТ. Здесь было экспериментально определено поведение масштабирования частоты с соотношением B_loc/B_o. Масштабирование с окружающим магнитным полем также наблюдалось в патенте США №5290409.

Выбор периодов T_i (i=1, 2, 3, …) в соответствии с одним или комбинацией вышеупомянутых критериев отбора обеспечивает электромагнитный полевой сигнал, который особенно эффективен и выгоден для использования в электромагнитном стимулировании в крупномасштабном применении и в применении на большой площади.

В одном варианте выполнения изобретения устройство содержит генератор сигнала, который подает сигнал к усилителю для управления электромагнитным преобразователем. Обычно известные линейные усилители не годятся для управления преобразователями для большой площади. Такой усилитель потреблял бы слишком много энергии. В одном варианте выполнения изобретения усилитель представляет собой коммутирующий усилитель, предпочтительно усилитель с модуляцией ширины импульса или усилитель D класса. Такие усилители имеют высокий коэффициент полезного действия по мощности и уменьшенную диссипацию мощности. В результате требуется меньше охлаждения, позволяя, таким образом, использовать компактную и простую электрическую цепь.

В еще одном аспекте изобретения управляющее средство выполнено с возможностью генерации блочно-волновых сигналов, предпочтительно выполнено с возможностью создания сигнал V(t) управляющего напряжения, содержащего один блочно-волновой сигнал или, предпочтительно, суперпозицию по меньшей мере двух блочно-волновых сигналов v_i(t) (i=1, 2, 3, …), причем каждый из блочно-волновых сигналов v_i(t) имеет соответствующий период T_i. Блочно-волновые сигналы могут быть легко сгенерированы генератором цифрового сигнала и обеспечивать оптимальное использование источника питания в устройстве. В одном варианте выполнения устройство питается от аккумулятора.

В еще одном дополнительном варианте выполнения устройство содержит средство компенсации сигнала для компенсации управляющего сигнала для изменения в собственной частоте ω_i=R/L преобразователя. Такие изменения происходят из-за изменений в импедансе преобразователя.

Предпочтительно средство компенсации расположено между генератором сигнала и средствами усиления. Средство компенсации содержит активную цепь с собственной частотой, которая по существу соответствует требуемой собственной частоте ω₀ сигнала.

В одном варианте выполнения средство компенсации содержит RC-цепочку, причем резистор R₀ и конденсатор C₀ RC-цепочки выбраны таким образом, чтобы произведение R₀C₀ по существу соответствовало требуемой собственной частоте ω₀ сигнала. Использование RC-цепочки позволяет, таким образом, проводить очень простые и экономичные регулировки нагрузки и устраняет и/или уменьшает пагубные влияния изменений в импедансе преобразователя на требуемую форму электромагнитного полевого сигнала.

Средства компенсации могут также содержать индуктивную активную цепочку или комбинированную емкостную/индуктивную активную цепочку, имеющую по меньшей мере одну собственную частоту, которая соответствует требуемой собственной частоте ω₀ сигнала. Средство компенсации, таким образом, позволяет устройству генерировать электромагнитный сигнал предпочтительной формы независимо от изменений в импедансе преобразователя.

Изобретение также относится к устройству для стимулирования процесса в живом организме электромагнитным полем, которое приложено по меньшей мере к части тела, причем устройство содержит средство управления для генерации изменяющегося во времени управляющего сигнала, по меньшей мере один преобразователь, чувствительный к указанному управляющему сигналу, для генерации изменяющегося во времени электромагнитного поля, причем указанное электромагнитное поле содержит суперпозицию по меньшей мере двух периодических функций, каждая из которых имеет собственную частоту ω₀, определяющую форму указанных функций. Устройство также содержит усилитель модуляции ширины импульса и/или средства компенсации сигнала для того, чтобы компенсировать указанный управляющий сигнал при отклонениях собственной частоты ω₁=R/L указанного преобразователя от указанной собственной частоты ω₀, который расположен между указанным средством управления и указанным преобразователем. Использование усилителя модуляции ширины импульса и/или средства компенсации сигнала в устройстве, выполненном в соответствии с изобретением, обеспечивает очень эффективную управляющую электронику для электромагнитных преобразователей, предназначенных для стимулирования процесса в живом организме на больших площадях и в больших масштабах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет далее объяснено посредством описания иллюстративных вариантов выполнения, причем ссылка делается на следующие чертежи:

Фиг.1 представляет собой схематический чертеж устройства, выполненного в соответствии с вариантом выполнения изобретения.

Фиг.2 представляет схематический чертеж формы предпочтительного периодического базового сигнала b_i(t).

Фиг.3 иллюстрирует результаты экспериментов на клетках фагоцита, на которые было осуществлено воздействие электромагнитного полевого сигнала.

Фиг.4 иллюстрирует результаты экспериментов in vivo на зараженном серебряном карасе с веерообразным хвостом, на который было осуществлено воздействие электромагнитным полевым сигналом.

Фиг.5 иллюстрирует результаты экспериментов in vivo на зараженных бройлерных цыплятах, на которые было осуществлено воздействие электромагнитным полевым сигналом.

Фиг.6 представляет собой график улучшенного коэффициента привес/корм бройлерных цыплят, на которые было осуществлено воздействие электромагнитным полевым сигналом.

Фиг.7 представляет собой схематический чертеж средства управления, выполненного в соответствии с вариантом выполнения изобретения.

ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

Фиг.1 показывает схематическое представление устройства для электромагнитного стимулирования, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Устройство содержит средство 100 управления для генерации сигнала напряжения V(t), который управляет электромагнитным преобразователем 102. Преобразователь 102 содержит одну или большее количество электромагнитных обмоток, имеющих вместе определенную индуктивность L и сопротивление R. В ответ на сигнал запуска V(t) электрический ток I(t) проходит через преобразователь, генерируя электромагнитное поле B(t). Как правило, в крупномасштабных применениях и применениях на большой площади электромагнитные обмотки формируют распределенную конструкцию обмотки. Эти распределенные конструкции расположены сверху или снизу площади поверхности S, на которой содержатся живые организмы. Конкретные конструкции преобразователя описаны более подробно в родственной патентной заявке, озаглавленной «Конструкция обмотки для электромагнитной стимуляции процесса в живого организма, устройство, использующее такую конструкцию обмотки и способ управления».

Средство управления генерирует сигнал запуска, который подается на электромагнитный преобразователь. В ответ преобразователь генерирует изменяющийся во времени сигнал B(t), включающий электромагнитное поле, которое очень эффективно при стимулировании процессов в теле. Низкочастотный электромагнитный сигнал B(t) содержит единственный базовый сигнал или, предпочтительно, составной сигнал. Составной сигнал содержит суперпозицию по меньшей мере двух периодических базовых сигналов b_i(t) (i=1, 2, 3, …), причем каждый из этих базовых сигналов имеет форму, как проиллюстрировано на Фиг.2. Периодический базовый сигнал b_i(t) определяют как:

b_i(t)=a_i*(2·exp(-ω_it)-(1+exp(-ω_iT_i/2))) для 0≤t≤T_i/2 b_i(t)=-b_i(t-T_i/2) для T_i/2≤t≤T_i

Здесь T_i представляет собой период базового сигнала b_i(t), a_i(t) представляет собой амплитуду сигнала, а ω_i представляет собой собственную частоту сигнала. Собственная частота ω_i определяет время возрастания и время спада сигнала и, таким образом, в большой степени определяет форму сигнала. Суперпозиция сигналов включает суммирование или интегрирование двух или большего количества базовых сигналов, имеющих предпочтительно различные частоты. Прикладывая такой изменяющийся во времени сигнал к части тела, различные ионы, вовлеченные в биохимические процессы в клетках, подвергаются воздействию электродвижущей силы, которая пропорциональна производной по времени изменяющегося во времени магнитного поля dB(t)/dt. Следовательно, силами, которые действуют на ионы в клетках, можно управлять, настраивая собственную частоту базовых сигналов. Заявитель обнаружил, что использование двух или большего количества базовых сигналов, имеющих определенную форму, задаваемую собственной частотой, обеспечивает на удивление эффективное стимулирование физиологических процессов в клетках.

Графики на Фиг.3-6 показывают результаты экспериментов in vitro и in vivo, в которых эффекты иммунного отклика исследовались для различных болезнетворных микроорганизмов, подвергая их действию составного низкочастотного электромагнитного сигнала, в соответствии с настоящим изобретением. Сигнал содержал сигналы b_i(t) специальной формы, как было описано в отношении базовых сигналов со ссылкой на Фиг.2. Как правило, использовались базовые частоты f_i=1/T_i между 250 и 5000 Гц. Эксперименты, описанные на иллюстрациях Фиг.3-6, относятся к ежедневной 30-минутному лечению электромагнитным стимулированием, используя сигнал, составленный из базовых частот 700 и 750 Гц. Функции b_i(t) были выбраны, чтобы иметь ту же самую собственную частоту ω₀, равную приблизительно 1900 rad s^-1. Использовались различные значения электромагнитного поля между 100 нТ и 50 мкТ.

На Фиг.3 показаны результаты ряда экспериментов in vitro на фагоцитах. На чертеже изображен всплеск кислорода в фагоцитирующих клетках относительно контрольного эксперимента, причем каждый прогон эксперимента дает 48 выборок (полный доверительный уровень p<0,0001). Генерирование реакционноспособных форм кислорода (РФК) в электромагнитно стимулируемых фагоцитах, полученных из предпочки обычного карпа, была определена как мера иммунной активации. Измерения были основаны на снижении содержания соли нитросинего тетразалия (НСТ) кислородом. Такие снижения приводят к синей окраске и могут быть измерены с использованием спектрофотометрии. Из экспериментальных результатов следует, что экспонирование воздействию электромагнитного поля величиной 5 мкТ и 1,5 мТ привели, соответственно, к 42%-ному и 33%-ному увеличению иммунной активности, по сравнению с отрицательными контрольными значениями.

На Фиг.4 изображены результаты экспериментов in vivo на серебряном карасе с веерообразным хвостом (Carrassius Auratus spp.). Эксперименты по электромагнитному стимулированию были выполнены с использованием шести различных значений величины поля в диапазоне от 0,15 мкТ до 50 мкТ. Серебряный карась был в большой степени заражен эктопаразитами (паразиты Жилла), такими как Dactylogyrus/Gyrodactylus, Trichodina, Chilodinella и Costia. Эти типы паразитных инфекций часто происходят на стадии размножения рыбы и увеличивают свою интенсивность во время хранения и международной транспортировки, вследствие того, что большие популяции упакованы в одном объеме. Такие инфекции и последующие вторичные бактериальные инфекции приводят к высокой смертности, если их не лечить соответствующим образом.

Результаты, изображенные на Фиг.4, показывают, что смертность контрольной группы составляла до 52% на 28-й день. Напротив, средняя смертность рыбы, подверженной лечению электромагнитным полем, составила 15% на 28-й день. Эффективность лечения уменьшается, когда используются поля, меньшие чем 0,05 мкТ. Эти результаты были воспроизводимы и показывают, что лечение низкоэнергетическим электромагнитным полем с использованием составных электромагнитных сигналов, сгенерированных устройством, выполненным в соответствии с настоящим изобретением, приводит к уменьшению в смертности при всех используемых значений поля.

На Фиг.5 проиллюстрирован ряд экспериментов in vivo на 560 коммерческих бройлерных цыплятах, которые были заражены кокцидиозом. Графики показывают, что кокцидиальные поражения кишечников из-за Eimeria Acervulina и Eimeria Maxima было значительно ниже в группе, подверженной воздействию электромагнитного поля. Лечение составным электромагнитным полевым сигналом величиной 6,5 мкТ уменьшала поражения кишечника до 40%.

Фиг.6 изображает коэффициент привес/корм (то есть соотношение между ростом цыплят в килограммах и питанием в килограммах) цыплят, подверженных лечению и неподверженных лечению, в экспериментах, как описано в отношении Фиг.5. Существенное и экономически важное улучшение в коэффициенте привес/корм до 8% достигается путем электромагнитной обработкой цыплят с кокцидиальной инфекцией. Улучшение указывает на то, что электромагнитные поля стимулируют здоровье и, таким образом, рост на единицу питания цыплят.

Дальнейшие эксперименты показывают, что особенно эффективное стимулирование может быть достигнуто при выборе базовой частоты из первой группы частот f₁=10 Гц, f₂=700 Гц, f₃=750 Гц, f₄=2200 Гц и/или второй группы частот, равных частотам первой группы, умноженных на коэффициент B_loc/B_o, где B_loc представляет собой локальное земное магнитное поле в положении устройства и B₀=47 мкТ.

Электромагнитный сигнал генерируется средством 700 управления, содержащим управляющую электронику, как схематично проиллюстрировано на Фиг.7. Генератор 702 сигнала обеспечивает управляющий сигнал V(t) на вход одного или большего количества усилителей 704. Генератор 702 сигнала типично является генератором цифрового сигнала, который способен генерировать управляющий сигнал V(t), содержащий один блочно-волновой сигнал или, предпочтительно, суперпозицию по меньшей мере двух блочно-волновых сигналов v_i(t) (i=1, 2, 3, …), причем каждый блочно-волновой сигнал v_i(t) имеет соответствующий периода T_i. Предпочтительно, базовые функции b_i(t) имеют одну и ту же собственную частоту ω₀. В этом случае требуемая форма сигнала определяется путем выбора собственной частоты ω₁=R/L индуктивной обмотки(ок) в преобразователе 706, чтобы приблизительно соответствовать требуемой собственной частоте ω₀.

Средство управления дополнительно содержит средство 708 компенсации, которое расположено между генератором 702 сигнала и усилителями 704, как показано на Фиг.7. Средство 708 компенсации выполнено с возможностью компенсации отклонений частоты Δω между требуемой собственной частотой ω₀ и собственной частотой ω₁=R/L индуктивной обмотки(ок). Эти отклонения частоты Δω вызваны различными причинами, такими как геометрические изменения в импедансе катушек или (геометрическими) ограничениями для соответствия ω₁ требуемой собственной частоте ω₀.

Чтобы сгенерировать требуемое электромагнитное поле B(t), в обмотке(ах) преобразователя 706 должен быть сгенерирован электрический ток l(t). Это осуществляется путем приложения сигнала напряжения V(t), содержащего один или, предпочтительно, суперпозицию по меньшей мере двух блочно-волновых сигналов v_i(t) (i=1, 2, 3, …), на вход одного или большего количества усилителей, которые управляют преобразователем. Здесь собственная частота ω₁=R/L преобразователя приблизительно соответствует собственной частоте ω₀ требуемого сигнала. Если однако ω₁ отклоняется со значением Δω от ω₀, тогда откорректированное напряжение V'(t)=V(t)-LΔωT(t) должно быть сгенерировано, чтобы получить требуемый электромагнитный полевой сигнал B(t). V'(t) может быть сгенерирован в цифровой форме, однако, это решение требует дорогостоящих аппаратных средств обработки сигналов.

В одном аспекте изобретения средство 708 компенсации обеспечивает генерацию откорректированного напряжения V'(t) с простыми низкомощностными аналоговыми компонентами так, что отклонения в импедансе преобразователя скомпенсированы. В средстве 708 компенсации напряжение V(t) от генератора сигнала приложено к RC-цепочке, имеющей резистор R₀ и конденсатор C₀ таким образом, чтобы произведение R₀C₀ по существу соответствовало требуемой собственной частоте ω₀ сигнала. Здесь относительно высокое сопротивление R₀ может быть выбрано таким образом, чтобы диссипация энергии в цепи могла быть низкой. При использовании простых цепей аналогового суммирования и вычитания, которые известны в уровне техники, откорректированное напряжение V'(t) может быть создано простым способом, даже когда V(t) является более сложным сигналом, созданным суммированием различных блочно-волновых функций v_i(t).

Использование RC-цепочки обеспечивает, таким образом, очень простые и недорогостоящие корректировки нагрузки и устраняет и/или уменьшает пагубные эффекты изменений в импедансе преобразователя на требуемую форму электромагнитного полевого сигнала. Средство компенсации может также содержать индуктивную активную цепь или комбинированную емкостную/индуктивную активную схему, имеющую по меньшей мере одну собственную частоту, которая по существу соответствует требуемой собственной частоте ω₀ сигнала.

Напряжение V(t) генератора сигнала или, когда применимо, скомпенсированный сигнал напряжения V'(t) предпочтительно вводится на вход усилителя модуляции ширины импульса или усилителя с распределенным усилением, которые имеют эффективность преобразования высокой мощности и уменьшенную диссипацию мощности по сравнению с обычным линейным усилителем. В результате требуется меньше охлаждения, обеспечивая, тем самым, компактную и простую схему. Соображения мощности в конструкции средства управления особенно важны, когда средство управления питается от аккумулятора, что требуется, когда лечение стимулированием используется в более отдаленных областях.

Средство управления, изображенное на Фиг.7, может дополнительно содержать процессор 710 для управления и автоматизации процессов генерации сигнала. Например, средство управления может содержать дополнительную схему, которая в состоянии определить собственную частоту ω₁ преобразователя. Используя эту частоту, процессор может проинструктировать средство компенсации через управляющую линию 712, чтобы сгенерировать скомпенсированный сигнал напряжения V(t).

Изобретение не ограничено вариантами выполнения, описанными выше, которые могут отличаться в пределах объема приложенной формулы изобретения.

Группа изобретений относится к медицине. Устройство для приложения электромагнитного поля для стимулирования процесса в живом организме, когда поле приложено по меньшей мере к части тела, содержит средство управления для генерации изменяющегося во времени управляющего сигнала, и преобразователь, чувствительный к указанному управляющему сигналу, для генерации изменяющегося во времени сигнала B(t). Сигнал B(t) включает суперпозицию двух или большего количества периодических сигналов b_i(t)(i=1, 2, 3 …). Сигнал b_i(t) определен как:

b_i(t)=a_i*(2·exp(-ω_it)-(1+exp(-ω_iT_i/2))) для 0≤t≤T_i/2

b_i(t)=-b_i(t-T_i/2) для T_i/2≤t≤T_i,

где T_i представляет собой период b_i(t), a_i представляет собой амплитуду b_i(t), и ω_i представляет собой собственную частоту, определяющую форму сигнала b_i(t). Группа изобретений позволяет повысить эффективность стимуляции процессов в организме, в особенности иммунной реакции. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для приложения электромагнитного поля для стимулирования иммунных систем живых организмов, находящихся в заданной области, при этом упомянутые иммунные системы подвергаются стимулированию, когда упомянутое поле приложено, по меньшей мере, к частям тела упомянутых организмов, содержащее:
- генератор сигнала для генерации изменяющегося во времени управляющего сигнала,
- по меньшей мере, один преобразователь, чувствительный к указанному управляющему сигналу, для генерации изменяющегося во времени сигнала B(t), включающего указанное электромагнитное поле, при этом упомянутый преобразователь содержит распределенные конструкции индуктивной обмотки, расположенные сверху или снизу от упомянутой области;
причем указанный сигнал B(t) является составным сигналом, включающим суперпозицию двух или большего количества периодических сигналов b_i(t) (i=1, 2, 3…) с разными периодами T_i, при этом каждый из упомянутых периодических сигналов b_i(t) определен как
b_i(t)=a_i·(2·exp(-ω_it)-(1+exp(-ω_iT_i/2))) для 0≤t≤T_i/2;
b_i(t)=-b_i(t-T_i/2) для T_i/2≤t<T_i,
где a_i представляет собой амплитуду b_i(t), а собственная частота ω_i, определяющая временную форму сигнала b_i(t), выбрана из диапазона между 200 и 20000 рад·с^-1;
упомянутые периоды T_i (i=1, 2, 3…) выбраны из диапазона между 0,01 и 1000 мс и периоды Т выбраны так, чтобы все значения периодов Т_i отличались друг от друга; и
пиковая амплитуда a_i магнитного компонента упомянутого электромагнитного сигнала B(t) выбрана из диапазона между 1 нТ и 1 мТ.

2. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один из указанных периодов T_i соответствует одному из периодов, определенных первой группой периодов T_i'=1/f_i или второй группой периодов T_i''=(B_loc/B_o)·(1/f_i), где f₁=10 Гц, f₂=700 Гц, f₃=750 Гц, f₄=2200 Гц, B_loc представляет собой локальное магнитное поле Земли в месте расположения устройства и В₀=47 мкТ.

3. Устройство по п.1 или 2, которое дополнительно содержит средство усиления, расположенное между указанным средством управления и указанным преобразователем.

4. Устройство по п.1 или 2, в котором указанный генератор сигнала предпочтительно является цифровым генератором напряжения и выполнен с возможностью генерации управляющего сигнала V(t), включающего суперпозицию, по меньшей мере, двух сигналов v_i(t) (i=1, 2, 3…) прямоугольной формы, причем каждый из указанных сигналов v_i(t) прямоугольной формы имеет соответствующий период T_i.

5. Устройство по п.1 или 2, в котором каждая из указанных собственных частот ω_i (i=1, 2, 3…) выбрана равной собственной частоте ω_i=R/L указанной индуктивной обмотки.

6. Устройство по п.3, в котором каждая из указанных собственных частот ω_i (i=1, 2, 3…) выбрана равной одной собственной частоте ω₀ и которое дополнительно содержит средство компенсации управляющего сигнала для компенсации отступления собственной частоты ω_i=R/L указанного преобразователя от указанной выбранной собственной частоты ω₀.

7. Устройство по п.6, в котором указанное средство компенсации сигнала расположено между указанным средством управления и указанным средством усиления.

8. Устройство по п.6, в котором указанное средство компенсации сигнала содержит RC-цепочку, в которой сопротивление R₀ и емкость C₀ указанной RC-цепочки выбраны таким образом, что произведение R₀C₀ соответствует указанной собственной частоте ω₀.

9. Способ управления преобразователем в устройстве, выполненном по любому из пп.1-8, в котором указанным преобразователем управляют посредством управляющего сигнала V(t), содержащего суперпозицию двух или большего количества сигналов v_i(t) (i=1 2, 3…) прямоугольной формы, причем каждый из указанных сигналов v_i(t) прямоугольной формы имеет соответствующий период T_i.