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通过感应磁场反复进行神经刺激以分解脂肪组织的装置
本发明利用在组织中通过无接触感应脉冲式磁场产生的电磁场所导致的刺激肌肉收缩效应。脉冲磁场也可以通过影响电流来激发离子传输并可测量地加快新陈代谢。会有明显的血液循环加速且氧气供应增加。上述效果当前正被从愈后和事故后肌肉康复的角度进行医学评估，且已经导致了相应的发明。因此，从DE10 2007 044 445 A1已知一种磁场刺激训练装置，其中，除了机械引导瘫痪的身体部位上关节的进行所预期的动作的方法之外，该身体部位被刺激使之运动。从US2005/203332 A1，已知一种治疗骨质疏松症和其他肌骨疾病的装置，其中，躺在躺椅上的患者身体的相应部位被圆筒形的线圈所环绕，该线圈生成电磁场。从US 6,213,933 B1已知一种分解人体部位中的血块的装置和方法，其中，患者躺在长台上，带蝶形水冷式磁场线圈的横向延伸、纵向可移动的支架被设置在长台上用以进行刺激。为了定位磁场线圈，支架被简单地在需要治疗的身体部位上方推动。刺激的频率和持续时间通过电脑上的人机对话程序来控制。从US 2003/0158585 A1中已知的另一电磁系统使用用于理疗的适应特定人体部位形状的弹性平面或圆筒线圈状的人体工程刺激线圈来刺激神经、肌肉和人体其他组织。
除此之外——未曾在先使用——磁场刺激引起的肌肉应激反应导致分解肌肉周围区域的脂肪组织，如申请人通过多个实验，尤其是肥胖和肌肉发达的测试物体上所证实的。在苗条的测试物体上，肌肉得以形成，但体重减少不明显。
必须承认，已经存在通过脉冲磁场治疗肥胖或过重的装置和方法，但是这些装置和方法要么除磁场生成线圈之外还要求另一与身体表面接触的永久磁铁(如DE 100 62 050 A1)，要么其通过激活甲状腺的磁场间接作用(如DE 10 2009 043 728 A1)且还需通过颈箍来施加在人体上。
因此，使用上述经验和发现，本发明的目的是提供一种通过感应磁场反复进行神经刺激来分解脂肪组织的装置和方法，其允许以患者为中心的简易调整和控制，以便于以定点方式减少身体特定部位(如腹部、臀部或大腿)的脂肪组织，且无需身体接触。
该目标通过权利要求1中的装置和权利要求14中的方法达到。本发明的有利实施例在附属权利要求中列明。
本发明的优点尤其在于无接触式应激感应、相应的低水平疼痛刺激(交流电激发时产生)、大面积的激发以及能够定位刺激生成线圈以适应患者的独特体形。
该装置的主要组件是大面积的磁场线圈，其中有电流流过，以下称为刺激线圈，其安装在支架上。不同的线圈形状被用于治疗腹部、臀部和大腿。
刺激线圈生成磁场，线圈表面前方约5cm处的磁场流强度峰值在0.01T-0.1T之间。磁场可随着时间而改变，且由二相或单项脉冲组成，脉冲持续时间T在100μs-300μs之间。脉冲重复频率(刺激频率f_p)是10Hz-30Hz。通过在组织内刺激部位感应，最大电场强度可达到0.1V/cm-1V/cm。线圈的磁场的量级在需要治疗的组织体积内大约为局部一致。表1显示的是普通线圈的参数。
表1：腹部区域线圈的参数概览

变量值导体长度200cm横截面积1cm²相邻线圈导体之间的距离1cm最大电流幅值I1000A线圈表面前方5cm处最大的磁场流密度B0.01T感应电场强度(最大)E0.1V cm^-1相邻线圈导体之间的力0.2Ncm^-1线圈的电导率L1510^-6H脉冲频率f510³Hz脉冲频率为f时的感应电阻Z_L470m Ohm最大电流幅值I时的感应电压降落470V欧姆电阻R36m Ohm刺激频率f_stim30Hz朱尔功率损耗P120W
刺激线圈是通过安装在支架之外的脉冲发生器来激活的。当前在医学研究中用作样品的脉冲长度为160μs(二相)的刺激器(IMETUM，即慕尼黑理工大学医学技术中心学院，2011年总结报告“功能性外围磁场刺激中枢性瘫痪尤其是偏瘫患者的运动功能”)可以被使用。电容器的电容量与刺激线圈的电容率相匹配，以便于将由刺激线圈和电容器组成的交流共振器的共振频率调整为与脉冲持续时间相应的频率。所需的电场使线圈中的电流提高至500A-6000A。
线圈的大面积使得其可具有开放的非铸造结构。因此，线圈中生成的大量朱尔热可通过空气扇去除。气流被提供用来有效地冷却。污染和灰尘涡流通过过滤垫来防止。
治疗时间从1分钟至45分钟。由于有效地冷却以及线圈的设计，可达到长时间而不会导致线圈过热。
线圈本身可以根据其大小由实心金属(如，铜或铝)制成自承重结构。这有助于将线圈导体的热传递至其表面。导体的横截面为1cm²-约2cm²。相对于在点选择性磁场刺激(聚集)中使用的线圈横截面而言较大的线圈导体截面减少了欧姆电阻，从而减少了朱尔热。
替代性地，线圈还可通过传统技术由高频线制成以避免皮肤和邻近效应。然而，估计的皮肤深度显示，在脉冲持续时间为约200μs时这并无必要。
在固体结构中，也可设想使用中空导体并使用冷却液冷却。
刺激线圈被封装在塑料外壳中。外壳确保没有接触电压且同时引导冷却空气。
风扇生成冷却空气流，冷却空气流通过安装在刺激线圈的塑料外壳上的进气口和装配有过滤器的空气引导元件之后到达线圈，且冷却空气流通过设置在线圈电连接导线周围的由塑料制成的空气导流件被提供至风扇的出气口。风扇可因此被设置在支架的后部及刺激线圈磁场的外部，从而防止任何对风扇发动机产生的负面影响。
由于高电流，刺激线圈的导体部分和连接导线之间产生高机械力。这些力被维持一定的间距的陶瓷保持元件所吸收。
支架中的刺激线圈的电连接线具有实心结构，无可移动线缆。这允许最大量地将热释放至空气中、吸收磁力以及较高的操作可靠性。
刺激线圈被安装在保持部上，保持部本身由实心电流供电线形成。该保持部将线圈定位在离支架足够远的地方，在此方式下线圈在支架中感应的不需要的涡流电流可以被最小化。
在将扭转地且轴向地安装的封闭套筒(其带有卡扣式锁合装置)打开，并拧松连接导线的两颗螺钉之后，可容易地更换刺激线圈。对于在不同的身体部位(腹部、大腿和臀部)使用具有不同外壳的不同最佳线圈形状而言，这一点意义重大。
刺激线圈相对于患者的定位可以通过高度可变的底座来改变。因此，刺激线圈的连接导线可由刚性设计制成，且可以避免因位置改变导致的电导率和输入电阻的改变。
替代性地，刺激线圈在支架上的定位可以通过使用垂直轨道上的夹持锁合装置来实现。
肌肉收缩刺激可通过反馈链的方式得以最优化。为此，使用整合在支架上的相机可观察刺激线圈所引发的收缩，且相应的信号被传送至电脑(如，便携式电脑)。其根据所接收的信号通过相应的程序控制位于脉冲发生器输出口处的电脉冲的脉冲形式、持续时间、幅值和治疗时间。
展示更多优点和特征的本发明的实施例显示在图1-8中，并在后文中予以详述。
在附图中：
图1是通过感应磁场反复进行神经刺激以分解脂肪组织的装置的概览图。
图2是支架/刺激线圈连接设置的详图，其中(a)立体图，和(b)截面图。
图3显示的是支架/刺激线圈连接设置中出发和返回导体的导线接头，其中(a)截面图，和(b)连接状态下的立体图。
图4显示的是治疗腹部的刺激线圈，其中(a)保护罩打开状态下外壳正面(治疗面)的立体图，和(b)导线接头可视状态下外壳背面(支架面)的立体图。
图5显示的是治疗臀部的刺激线圈，其中(a)外壳正面(治疗面)的视图，(b)外壳侧面的视图，(c)外壳上面的视图，(d)从被治疗的人的视角看过去的外壳内部线圈的结构。
图6显示的是治疗大腿的刺激线圈，其中(a)外壳正面(治疗面)的视图，(b)外壳侧面的视图，(c)外壳上面的视图，(d)从被治疗的人的视角看过去的外壳内部线圈的结构。
图7是双极性脉冲发生器的基础电路图。
图8显示的是被脉冲发生器双极性激活的刺激线圈的理想化电流。
图1显示的是要求保护的通过感应磁场反复进行神经刺激以分解脂肪组织的所述装置的概览图，该装置具有可替换地安装在支架(1)上并容纳在塑料外壳(2)中的刺激线圈(3)、带有脚踏泵(5)用于调整定位以使其适应患者身体的高度可变的基座(4)、整合至支架(1)中带有调整环(7)的可枢转相机(6)，该相机用于观察所引发的肌肉收缩并反馈至整合在操作控制台(8)上的便携式电脑(9)(所述电脑包括用于对刺激进行电脑辅助优化的控制软件)、用于冷却磁场线圈(3)的风扇(10)、电激活磁场线圈(3)的脉冲发生器(11)、用于支架(1)和脉冲发生器(11)或操作控制台(8)之间必要电连接线的屏蔽电缆管道(12)、以及用于正确照亮相机(6)所捕捉的身体部位的聚光灯(13)。值得一提的是，脉冲发生器(11)有利的是直接设置在支架(1)上以便于将传导损耗最小化。在此情况下，所示的电缆管道(12)因此被摒弃。还被示出的是属于装置电压供应源的电力单元(14)，考虑到其所产生的高热水平被独立配置并安装，其输出电压在500-1000V之间并带有相应的连接电缆(15)。
在上部区域接近适应磁场线形状的支架(12)主要包括由塑料制成的中空框架(16)，其内部具有陶瓷保持元件(17)，用于精确定位相互分离的连接导线(18,19)，该导线的横截面为1.5cm²(图2a，b)。连接导线(18,19)确保脉冲发生器(11)和刺激线圈(3)之间的电流通道。它们也可体现为中 空导体。大约在患者腰部的水平，支架(1)包括固定安装的管状空气输送管道(20)，管道(20)水平且横向延伸穿过支架(1)，连接导线(18,19)位于其内。连接导线(18,19)从密封口穿过空气输送管道(20)到达支架(1)。
图1还显示出相机(6)也被安装在支架(1)上，其可通过调整环(7)定位使得被治疗的身体部位被可靠地捕捉到。位于支架(1)上端部的聚光灯(13)用来照亮治疗的身体部位。
高度可变的基座(4)可包括通过脚踏操纵杆(5)来操作和锁定的机械提升装置。也可使用直立杆。垂直叠加设置且内部水平设置有螺纹轴的多个剪形支撑也可被打开和关闭用于高度调节，其中螺纹轴可通过手动和电动机转动。带脚踏泵的液压提升缸可被用作调整基座(4)高度的另一种手段。
图2a显示详细的支架/刺激线圈连接设置，包括支架(1)、空气输送管道(20)和用于冷却连接导线(18,19)和刺激线圈(3)的风扇(10)。带卡扣式锁合装置(bayonet closure)的封闭套筒(21)安装成可轴向移动和转动，其覆盖空气输送管道(20)的首端和刺激线圈(3)的末端，以防止接触到导线接头。
图2b是支架/刺激线圈连接装置的截面图。支架(1)的中空框架(16)中的空气传送管道(20)在远离患者的一端包括带出气口(34)的风扇(10)，其从刺激线圈(3)的塑料外壳(2)的进气口(22)吸入空气，穿过过滤垫(23)，经过空气引导元件(未示出)、刺激线圈(3)的绕组(24)和连接导线(18,19)，以便于冷却空气。还示出有导线接头(25)，作为连接导线(18,19)的出发及返回导体的导线接头。
图3a显示出发及返回导体的导线接头(25)的截面图。刺激线圈(3)中导体的每一端包括带外螺纹(27)的加厚圆筒形端部(26)。在端部(26)上铣出水平梯形槽(28)。从连接导线(18)或(19)其中一个的加厚圆筒形的端部(30)上凸起的梯形凸片(tab)(29)卡合在所述槽(28)中。环绕在连接导线(18)或(19)的加厚端部(30)其中一个上的带内螺纹衬套(31)被拧在一端部(26)的外螺纹(27)上，并将连接导线(18,19)连接至刺激线圈(3)。通过这两个可以推进并拧紧的导线接头，刺激线圈(3)被连接导线(18,19)支撑。这一特殊螺纹连接同时用来导电。由于梯形槽(28)的圆锥形侧面使得其表面抵靠住梯形凸片(29)的侧面，于是存在微小的接触电阻。
图3b是拧紧状态下用于出发及返回导体的导线接头的立体图。
图4a显示的是例如用于治疗腹部的刺激线圈(3)从正面(治疗面)看的立体图。该图显示已被移除的可夹持的保护盖(32)，以及大体呈喇叭状的塑料外壳(2)。该喇叭状的塑料外壳(2)的内部是用于容纳刺激线圈(3)的绕组(24)的多个陶瓷保持元件(17)。刺激线圈(3)的绕组(24)的末端被引导使之与加厚端部(26)相平行。用于治疗腹部的绕组(24)本身呈大体椭圆形并覆盖约20cm x 30cm的面积。进气口(22)也可见。
图4b显示用于治疗腹部的刺激线圈(3)从背面(支架面)看的立体图。清晰可见的是带外螺纹(27)的加厚端部(26)、各自的梯形槽(28)、陶瓷保持元件(17)以及位于刺激线圈(3)的塑料外壳(2)中用于引导封闭套筒(21)的轴向和旋转运动的沟(33)。
图5a、5b、5c和5d显示用于治疗臀部的刺激线圈的各种表现方式，其中(a)为外壳的正面图，(b)为外壳的侧面图，(c)为外壳的俯视图，和(d)为从被治疗者的视角来看的外壳内线圈的结构。刺激线圈(3)与治疗腹部的刺激线圈(3)的内部结构相同，且主要区别仅在于外壳的外形。外壳的治疗面为圆角方形，尺寸约为15cm x15cm。保护罩(32)具有轻微的凹曲率。刺激线圈(3)本身包括呈方形结构延伸的适当塑形的绕组(24)。塑料外壳(2)的背面为鹅颈形状，使得刺激线圈(3)可在患者腰部稍下处作用。
图6a、6b、6c和6d显示用于治疗大腿的刺激线圈的各种表现方式，其中(a)为外壳的正面图，(b)为外壳的侧面图，(c)为外壳的俯视图，和(d)为从被治疗者的视角来看的外壳内线圈的结构。刺激线圈(3)与治疗臀部的刺激线圈(3)的基础结构相同，且区别在于治疗面为圆角矩形，尺寸约为10cm x20cm，保护罩具有垂直方向延伸的轻微的凹曲率。
图7举例显示本发明使用的传统脉冲发生器(11)的基础电路图，其仅与刺激线圈(L)(参见导线接头LK)一起生成自身的刺激脉冲生成单元。由独立电源单元产生的500V-1000V的电压通过电子开关(此处未示出)(其通过操作控制台(8)手动或者通过电脑(9)控制)以50V级进行选择，并施加在脉冲发生器(11)的输入口处的存储电容器(C1)上，用于存储。所选择的存储电容器(C1)的充电电压基本决定了刺激电压以及将发生的刺激脉冲的幅值水平。实际的能量存储即脉冲电容(C2)通过晶闸管电路A和B来充电和再充电。原则上脉冲电容(C2)与刺激线圈(L)形成振荡电路，其被连接导线 和接头的欧姆电阻(在附图中统一显示为欧姆电阻(R))衰减。脉冲电容(C2)的反复充电以及刺激频率f_stim由两个晶闸管(T1，T2)来控制，晶闸管(T1，T2)以反并联方式连接，可承载强电流，其将脉冲电容(C2)和刺激线圈(L)相连。由于晶闸管(T1，T2)以反并联方式连接，可产生正弦曲线的二相电压和电流脉冲(图8和相关说明)。脉冲持续时间(T)可通过连接和断开与脉冲电容(C2)并联的电容器(未示出)来调整，因为这将使振荡电路中的总电容以及振荡电路频率f_p(f_p＝1/(2π√LC)得以改变。用于选择刺激频率f_stim的晶闸管的激活以及用以决定脉冲持续时间T的并联电容器数量可在操作控制台(11)上手动预设或通过电脑(9)控制。
图8举例显示由脉冲发生器(11)二相激活的刺激线圈(3)的理想电流。假定刺激线圈电导率为15x 10^-6H、充电电压U_C2为1000V且二相刺激脉冲的脉冲持续时间T为300ms。在晶闸管(T1)被接通之后(图7)得到最大波幅为约3000A的正半波正弦电流。在时间T/2，即在脉冲持续时间T过去一半之后，振荡电路中的电流I(t)改变其极性且晶闸管(T2)(图7)被导通并接管电流传导直至达到完整的正弦振荡。同时，晶闸管(T1)被截止。因此产生的正弦电流的负半波的最大幅值也是约3000A。由于两个晶闸管(T1，T2)在脉冲持续时间T之后被截止，就避免了进一步的振荡，所以仅产生二相脉冲。只有在经过与刺激频率f_stim的倒数相对应的刺激脉冲重复时间T之后，晶闸管(T1，T2)才按上述方式再次被导通且刺激线圈中再次获得脉冲形电流，如图8所示。所显示的脉冲形电流确保在刺激线圈(3)中，在治疗时间间隔内有相应的脉冲形交变磁场形成和消失，该治疗时间间隔可在操作控制台(8)上设定或通过电脑(9)控制。
如果晶闸管(T2)未被接通，仅产生单相电流脉冲，其仅包括如图8所示的正弦电流I(t)的正半波。
参考符号：
1 支架
2 塑料外壳
3 磁场线圈/刺激线圈
4 底座
5 脚踏操纵杆
6 相机
7 调整环
8 操作控制台
9 便携式电脑
10 风扇
11 脉冲发生器
12 电缆管道
13 聚光灯
14 电源装置
15 连接电缆
16 中空框架
17 保持元件
18 连接导线
19 连接导线
20 空气传送管道
21 封闭套筒
22 进气口
23 过滤垫
24 绕组
25 导线接头
26 端部
27 外螺纹
28 槽
29 凸片
30 端部
31 螺纹衬套
32 保护罩
33 沟
34 出气口