一种确定电压和电流输出的方法，其在治疗由于外伤或运动损伤引起的骨关节炎、软骨缺损中需要用于将特定的和选择的电子与电磁信号应用至患病的关节软骨，或作为治疗人类膝关节软骨缺损的其它治疗方法（例如，细胞移植，组织工程支架，生长因子等）的辅助方法，以及一种将这些信号传递至患者膝部的装置。开发了一种人类膝部的分析模型，由此可确定人类膝部中的总组织体积，用于通过电场与电流密度直方图与动物模型中的患病组织的总组织体积进行比较。基于人类患病组织的总组织体积对于动物模型中患病组织的总组织体积的比率，按比例缩放动物模型中使用的电压与电流输出，并利用施加膝部的至少两个电极或围绕膝部放置的线圈或螺线管，将产生的场施加至人类的患病组织。施加至电极、线圈或螺线管的信号的电压基于膝关节的尺寸变化；较大的膝关节需要较大的电压以产生有效的电场。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种确定电压和电流输出的方法，其用于在治疗由于外伤或运动损伤引起的骨关节炎、软骨缺损中需要用于将特定的和选择的电子与电磁信号应用至患病的关节软骨，或作为治疗人体膝关节软骨缺损的其它治疗方法(例如，细胞移植，组织工程支架，生长因子等)的辅助方法，本专利技术还涉及将这些信号传递至患者膝部的装置。
技术介绍
相信在各种生物组织和细胞中存在的生物电作用与活动是最不了解的生理过程之一。然而，最近对于关于某些组织与细胞的生长与修复的这些作用与活动已投入了大量的研究。特别对于电与电磁场刺激及其对于骨骼与软骨的生长与修复的影响投入了大量研究。研究者认为这些研究在开发各种医学问题的新治疗方法方面可能有用。骨关节炎，也称为退化性关节炎，特征在于关节软骨的退化和软骨下骨的增生与重构。常见的症状为僵硬、运动限制和疼痛。骨关节炎是关节炎的最常见形式，且患病率随年龄显著上升。已经表明，具有自我报告的骨关节炎的老年患者和他们未患病的同龄人一样看两次医生。相对于它们年龄段的其它人，这些患者还要经历更多天数的受限活动和病床护理。在一项研究中，大多数病症患者在后面的8年中变得极度残疾。Massardo等，Ann Rheum Dis 48893-7(1989)。非甾体抗炎药(NSAIDs)是骨关节炎的主要治疗形式。目前尚不清楚NSAIDs的功效是否与它们的止痛或消炎性质或者软骨中退化过程的减弱有关。还担心NSAIDs可能对患者有害。例如，NSAIDs对于胃、胃肠道、肝与肾具有公知的毒性作用。然而，阿斯匹林抑制动物体内蛋白聚糖合成与正常的软骨修复过程。一项对于人类的研究表明，吲哚美辛(indomethacin)可能加速臀部软骨的破裂。所有不良作用在老年人中更加常见，他们正是最易患骨关节炎的群体。在通常称为骨质疏松症的疾病中，骨骼软化并变得异常疏松。骨骼包括细胞与细胞间质的有机成分和无机或矿物成分。细胞与细胞间质构成胶原纤维的主体，该胶原纤维注入有磷酸钙(85％)和碳酸钙(10％)的矿物成分，其为骨骼提供硬度。尽管认为骨质疏松症常见于老年人，但某些类型的骨质疏松症可影响所有年龄段的人，他们的骨骼不能经受机能应力。在这种情况下，患者在延长的固定期中可能经历皮质骨与海绵骨的大量损失。已知老年人在骨折后固定时，会由于不使用而经历骨质损失，这可最终导致在已经骨质疏松的骨骼中的二次骨折。降低的骨密度可导致椎骨塌陷，臀部、下臂、手腕、脚踝骨折和失能型疼痛(incapacitating pains)。需要这些疾病的非手术替代疗法。自从食品和药物管理局在1979年批准以来，脉冲电磁场(PEMF)和电容耦合(CC)已经在骨骼治疗中广泛地用于治疗未愈合骨折和相关问题。这种试验治疗形式的最初基础是观察到骨骼上的物理应力导致出现微弱的电流，该电流与机械应变一起被认为是物理应力转换为促进骨骼形成的信号的潜在机制。连同成功治疗骨不连合的直接电场刺激一起，还发现使用PEMF和电容耦合(其中，将电极置于治疗区的皮肤上)的无创技术也是有效的。脉冲电磁场在高电感性的细胞外液中产生小的感应电流(法拉第电流)，而电容耦合直接在组织中引起电流；PEMF和CC都因此模仿内源电流。起初认为内源电流是由在骨骼中晶体表面出现的现象导致，现在已经表明内源电流主要是由于液体的流动造成，生成所谓的“流动电势”，该液体包含骨骼间的电解液，骨骼包含带有固定负电荷的有机成分。对于软骨中电现象的研究显示了一种机械-电子转换机制，该机制类似对于骨骼的说明，当机械压缩软骨时出现，引起蛋白聚糖中固定负电荷表面上的液体和电解液以及软骨细胞间质中胶原质的流动。这些流动电势在软骨中显然用于与在骨骼中类似的目的，并且连同机械应变一起导致信号转换，该转换能够促进细胞间质成分的软骨细胞合成。直流电、电容耦合与PEMF已主要应用于骨折不愈合治疗的整型手术中(Brighton等，J.Bone Joint Surg.，632-12，1981；Brighton和Pollack，J.Bone Joint Surg.，67577-585，1985；Bassett等，Crit.Rev.Biomed.Eng.，17451-529，1989；Bassett等，JAMA 247623-628，1982)。已经在成人臀部缺血性坏死和儿童Legg-Perthes病例中报告了临床反应。Bassett等，Clin.Orthop.246172-176，1989；Aaron等，Clin.Orthop.249209-218，1989；Harrison等，J.Pediatr.Orthop.4579-584，1984。已经表明，PEMF(Mooney，Spine，15708-712，1990)和电容耦合(Goodwin，Brighton等，Spine，241349-1356，1999)能够显著增加腰椎椎间融合术的成功率。还报告了周围神经再生和机能的增加与血管生成的促进。Bassett，Bioessays 636-42，1987。难以用类固醇注射和其它常规方法治愈的长期轴转肌肌键炎患者与用安慰剂治疗的患者相比表现出显著的益处。Binder等，Lancet 695-698，1984。最后，Brighton等已经表明适当的电场耦合在老鼠中对于预防和治疗腰椎中脊椎骨质疏松症的作用(Brighton等，J.Orthop.Res.6676-684，1988；Brighton等，J.Joint Surg.71228-236；1989)。就在最近，本领域的研究集中在刺激组织与细胞的效果上。例如，假设直流电并不穿透细胞膜并且通过胞外细胞间质差异获得控制(Grodzinsky，Crit.Rev.Biomed，Eng.9133，1983)。与直流电相比较，有报告称PEMFs可渗透所有细胞膜，并且刺激它们或直接影响细胞间的细胞器官。一项对于PEMFs对细胞外基质和活有机体软骨内骨化影响的检验发现增加的软骨分子合成和骨小梁的形成(Aaron等，J.Bone Miner.Res.4227-233，1989)。最近，Lorich，Brighton等报告(Clin.Orthop.Related Res.350246-256，1998)称电容性耦合的电子信号的信号转换是借助于电压门控钙通道，导致游离钙的增加和随后的活性(细胞骨架)钙调素的增加。对组织培养投入了大量研究，以理解反应的机制。在一项研究中发现电场增大-胸腺核苷渗入至软骨细胞的DNA，支持了由电刺激生成的Na+和Ca+流促发DNA合成的观点(Rodam等，Science 199690-692，1978)。研究发现了由于电子扰动造成的第二信使，cAMP的变化和细胞骨架的重新排列(Ryaby等，Trans.BRAGS 61986；Jones等，Trans.BRAGS 651，1986；Brighton和Townsend，J.Orthop.Res.6552-558，1988)。其它研究已经发现对于糖胺聚糖、硫酸盐化、透明质酸、溶菌酶活力以及多肽序列的作用(Norton等，J.Orthop.Res.6685-689，1988；Goodman等，Proc.Natn.Acad.Sci.USA 853928-393219本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种治疗人类患病组织的方法，其通过将特定的和选择的电或电磁场施加至人类的患病组织，该方法包括以下步骤：ａ．确定电压和电流输出，其提供对于动物模型中与人类患病组织对应的患病组织的治疗；ｂ．确定动物模型中患病组织的总组织体积；ｃ．确定人类患病组织的总组织体积；ｄ．基于解剖尺寸和人类患病组织的总组织体积对于动物模型中患病组织的总组织体积和解剖尺寸的比率，按比例缩放在动物模型中使用的电压与电流输出；ｅ．将按比例缩放的电压与电流施加至人类的患病组织。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔T布莱顿，所罗门R波拉克，
申请(专利权)人：宾夕法尼亚大学理事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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