急动电磁场在材料和组织刺激中的应用

摘要

一种用于向材料施加电磁场急动的方法和设备，包括通过计算单元生成具有产生电磁场急动的波形的激活信号；以及通过计算单元将激活信号施加到电磁换能器装置。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月16日提交的序列号为NC2018/0007468的哥伦比亚申请的优先权。上述专利申请的全部内容通过引用并入本申请，并成为本申请的一部分。

技术领域

本公开总体涉及一种利用电磁场进行组织或材料刺激的方法。更具体地，本发明涉及使用产生急动(jerk)的电磁场(例如，产生急动的静电场、电场和磁场)来刺激组织或材料的方法。急动大体在https://en.wikipedia.org/wiki/Jerk_(physics)中有所描述。

背景技术

急动效应通常是在机械和运输工程(例如机器人手臂、汽车制动系统)(https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1503/1503.07051.pdf)、电磁急动动力学及其在电路(http://www.jpier.org/PIERM/pierm08/15.09021501.pdf)和电子枪发射体(electricgun projectile)(https://ieeexplore.ieee.org/document/195695)瞬态过程中的应用的涉及加速的背景下进行研究的。

发明内容

本公开涉及通过电磁换能器使用产生急动的电磁场(例如产生急动的静电场、电场和磁场)来刺激组织或材料的方法和装置，其具有施加到电磁换能器装置的激活信号。获得目标组织或材料中的电磁场矢量、静电场、电场和磁场的剧烈变化。所述剧烈变化产生包括所述组织或材料颗粒的细胞的过加速。这种过加速在物理学中称为急动，例如参见https://en.wikipedia.org/wiki/Jerk_(physics)。

通过电磁换能器装置来刺激组织的第一方法包括以下步骤：A)通过计算单元生成具有产生电磁场急动的波形的激活信号；以及B)通过计算单元将激活信号施加到电磁换能器装置；其中，所述电磁换能器装置形成产生急动的电磁场，所述电磁场在施加激活信号时机械地刺激组织。

具有产生电磁场急动的波形的激活信号例如具有在1Hz(赫兹)和3MHz(兆赫兹)之间、可选地在1Hz(赫兹)和500kHz(千赫兹)之间的频率。

所述激活信号在交流或直流信号、脉冲信号、占空比变化的方波信号、三角波信号、锯齿波信号、分段式信号或其组合之间选择。例如，其可以是脉冲持续时间在大约1ns和0.5s之间的脉冲信号。

在本公开的一个实施例中，激活信号具有在-20kV(千伏)和20kV(千伏)之间的电压范围，这取决于电磁换能器装置是否与目标组织或材料接触。

通过电磁换能器装置来刺激组织或材料的第二方法包括以下步骤：a)通过信号发生器生成具有一系列脉冲的载波信号；b)通过信号发生器生成产生急动的调制信号；c)利用产生急动的调制信号调制载波信号来产生激活信号；d)通过计算单元将激活信号施加到电磁换能器装置；其中，电磁换能器装置形成产生急动的电磁场，所述电磁场在施加激活信号时机械地刺激组织或材料。

在所公开的方法的一个实施例中，载波信号的频率在1Hz(赫兹)和3MHz(兆赫兹)之间，可选地在1Hz(赫兹)和500kHz(千赫兹)之间。

另一方面，由急动产生的调制信号的频率在0.1Hz(赫兹)和5kHz(千赫兹)之间，可选地在0.1Hz(赫兹)和10Hz(赫兹)之间。

在所公开的方法的一些实施例中，载波信号的每个脉冲持续时间的持续时间在1ns和0.5s之间。

另外，本公开包括使用产生急动的电磁场以减小材料的颗粒尺寸。

本公开还包括用于利用电磁场刺激组织的设备，该设备包括：计算单元；连接到计算单元的外部电源；连接到外部电源和计算单元的去耦电路；连接到计算单元和去耦电路的电磁换能器装置；其中，计算单元实施方法以生成激活信号，激活信号通过去耦电路接收电磁换能器装置。

所述设备不仅允许向组织施加产生急动的电磁场，还允许减小组织中悬浮的死细胞的颗粒大小，例如在体内环境中，以便通过活生物体的淋巴系统改善和加速消除所述悬浮的死细胞。

附图说明

图1A示出了覆盖包含癌性组织的体积的换能器装置的示例，该癌性组织先前已经被治疗并且其中组织的一部分已经坏死。

图1B示出了通过换能器装置施加到体积的产生急动的电磁场，其作用在坏死的癌组织上，将癌组织粉碎成更小的颗粒物。

图1C示出了施加在体积上的类似的产生急动的电磁场如何也用于将悬浮在间质液中的较小颗粒物质泵送到淋巴管中。

图2示出了调制信号的示例。

图3示出了交变调制和分段式信号的示例。

图4示出了图3的交变调制和分段式信号的一阶导数。

图5示出了图3的交变调制和分段式信号的二阶导数。

图6示出了图3的交变调制和分段式信号的三阶导数。

图7示出了激活信号的脉冲持续时间的表示。

图8示出了平行板状电极配置的示例。

图9示出了本公开的组织刺激设备的示例的框图。

图10示出了本公开的使用电磁换能器装置来刺激组织的方法的流程图的示例。

图11示出了本公开的包括信号调制的使用电磁换能器装置来刺激组织的方法的流程图的示例。

具体实施方式

本公开涉及一种用于通过经由电磁换能器装置施加产生急动的电磁场来刺激组织或材料的方法。

图10示出了使用本公开的电磁换能器装置来刺激组织的方法的流程图的示例，所述方法包括以下步骤：(100)通过计算单元产生具有产生电磁场急动的波形的激活信号；以及(120)通过计算单元将激活信号施加到电磁换能器装置；其中，电磁换能器装置形成产生急动的电磁场，该电磁场在由计算单元向电磁换能器施加激活信号时机械地刺激组织。

在本公开中，表述“机械地刺激组织”对应于向组织或材料施加足以使所述组织或材料物理地移动、变形、压缩、膨胀、分割、剪切或断裂的电磁力。应当理解，所施加的电磁场影响场附近带电元件的行为。当施加到组织或材料的电磁力足够强以产生超过组织或材料颗粒的正常应变区的机械应力时会实现锤击、剪切或扭曲的效果，从而导致组织细胞或材料颗粒的移动、变形、压缩、膨胀、分割、剪切或断裂。

激活信号是在某段时间内突然改变其参数的信号，例如极性、斜率或电压值。例如，信号在大约1ns到0.5s之间的时间段内从-20kV变化到20kV。

可选地，激活信号突然改变电磁场矢量的参数所花费的时间段选自约1ns至约0.5s、约1ns至约49μs、约10ns至约100ns、约20ns至约100ns、约30ns至约100ns、约40ns至约100ns、约50ns至约100ns、约60ns至约100ns，约70ns至约100ns、约80ns至约100ns、约90ns至约100ns、约10ns至约20ns，约20ns至约30ns、约30ns至约40ns、约40ns至约50ns、约50ns至约60ns、约60ns至约70ns、约70ns至约80ns、约80ns至约90ns、约90ns至约100ns、约100ns至约900ns、约200ns至约800ns、约300ns至约700ns、约400ns至约600ns、约100ns至约1000ns、约200ns至约1000ns、约300ns至约1000ns、约400ns至约1000ns、约500ns至约1000ns、约600ns至约1000ns、约700ns至约1000ns、约800ns至约1000ns、约900ns至约1000ns、约100μs至约200μs、约200μs至约300μs、约300μs至约400μs、约400μs至约500μs、约500μs至约600μs、约600μs至约700μs、约700μs至约800μs、约800μs至约900μs、约900μs至约1000μs、约100μs至约1000μs、约200μs至约1000μs、约300μs至约1000μs、约400μs至约1000μs、约500μs至约1000μs、约600μs至约1000μs、约700μs至约1000μs、约800μs至约1000μs、约900μs至约1000μs、约100ms至约200ms、约200ms至约300ms、约300ms至约400ms、约400ms至约500ms、约100ms至约500ms、约200ms至约500ms、约300ms至约500ms、约400ms至约500ms。

所公开的方法可用于减小材料的颗粒尺寸。该材料可以是任何类型的材料，包括固态或悬浮在流体(液体或气体)中的有机或无机材料。

所公开的方法还可用于粉碎组织。参考图1A，当使用电磁场治疗(例如在2019年2月7日提交的PCT/IB2019/051007中公开的电磁场治疗)刺激癌性组织(3)一定时间时，一些所产生的死亡癌细胞将开始形成坏死组织(12)的层或一部分。该坏死组织(12)开始呈现出电磁屏蔽，该电磁屏蔽由于阻抗、传导性和渗透性的改变而降低了所施加的治疗的效力。如图1B和图1C所示，通过换能器装置(1)(换能器1a和1a’)施加所公开的产生急动的电磁场允许将该坏死组织(12)粉碎成更细小的颗粒物质(15)。这减少了上述电磁屏蔽效应，并且进而也有助于通过淋巴管(18)消除坏死组织。此外，通过施加不同的产生急动的电磁场，还可以在悬浮在间质液中的颗粒物质(15)上产生泵送效应，从而加速到淋巴管(18)中的排散。

图1B示出了在体积(2)的表面上的由换能器(1a)和换能器(1a')组成的电磁换能器装置(1)。

如图8A和图8B中所示，在本公开的一个实施例中，换能器的有源面由介电材料(17)覆盖，以允许电磁换能器与目标组织(3)或材料(10)电隔离。此外，有源面可以具有不同的形状，其选自诸如正方形、矩形、圆形、椭圆形、同心环或其组合的几何图形的组。

根据本公开，电磁换能器是能够将特定的电能信号(例如，激活信号)转换或转化为由电场、静电场和磁场的强度表示的电磁能的设备。

出于本文件的目的，电磁换能器应被理解为电磁场换能器，其可以是电场换能器、磁场换能器、静电场换能器或其组合。

应当注意，当涉及其中电场为主导的电磁现象时，电磁换能器应被理解为电场换能器。当主导的电磁现象是磁场时，应当理解电磁换能器是磁场换能器。当主导的电磁现象是静电场时，应当理解电磁换能器是静电场换能器。

在本公开的一些实施例中，电磁换能器装置中的电磁换能器选自电场换能器和磁场换能器、静电场换能器或其组合。

此外，在本公开的其他实施例中，电场换能器和静电场换能器选自由电机、电极、光电换能器、电感应致动器、产生电场的导电板、天线或其组合等组成的组。另一方面，磁场换能器选自由电机、磁感应致动器、产生磁场的芯线圈或无芯线圈、电磁体、天线或其组合等组成的组。

在本公开的示例中，电磁换能器装置(1)中的电场换能器的有源面与组织(3)外表面(通常为组织正被刺激的对象的皮肤)接触。这样，与其中电场换能器距组织(3)外表面一定距离的另一替代方案相比，电场换能器的操作所需的电势较小。

在另一示例中，形成电磁换能器装置(1)的换能器的有源面与组织(3)外表面间隔一定距离(例如，当不可能达到与组织(3)外表面的物理接触时是必要的)。这样，与其中电场换能器与组织(3)外表面接触的替代方案相比，需要更大的电势用于电场换能器的操作。

对于本公开，术语“组织”是指由一个或多个细胞组成的生物的生物组织，该生物可以由均相同的仅一类型的细胞构成，或者由以有序方式布置以形成器官或有机体的各种类型的细胞构成。所述组织可为健康组织，例如上皮组织、结缔组织、肌肉组织、肌肉包、神经组织或其组合。所述组织还可以是在健康组织中全部或部分生化失衡的组织，所述生化失衡进而可对应于良性组织、肿瘤组织、恶性肿瘤组织或任何脱离稳态或处于稳态的细胞。而且，组织可指体内的细胞或在将所述细胞植入体内环境之前的细胞。组织也可以指体外环境中的细胞。组织也可以指坏死组织。

对于本公开，组织阻抗响应是当刺激组织(3)时对电磁换能器施加的信号中的电压降的测量。换句话说，当施加到组织的电压根据组织电磁刺激随时间变化时，组织阻抗响应随时间在电压方面进行变化。组织阻抗也表现为如2019年2月7日提交的申请PCT/IB2019/051007中描述的那样。

图8A示出了在具有一对平行板状电极(9)的配置中的电磁换能器装置(1)，所述电极的有源面面向彼此并且在材料(10)的方向上。所述电极对的每个电极连接到组织刺激设备(11)，该组织刺激设备(11)执行所公开的方法以产生激活信号并产生电磁场，该电磁场产生急动并允许减小材料(10)的颗粒尺寸。在一个示例中，所述激活信号是在1ns和0.5s之间的时间内在-20kV和20kV之间变化并且频率在1Hz(赫兹)和3MHz(兆赫兹)之间、可选地在1Hz(赫兹)和500kHz(千赫兹)之间的脉冲信号。

图8B教导了类似于图8A的电磁换能器的特定配置，并且也如图1B所示。然而，所述换能器对的有源面在组织(3)的方向上，并且产生急动的电磁场允许机械地刺激组织(3)。在一个示例中，所述激活信号是在1ns和0.5s之间的时间内在-20kV和20kV之间变化并且频率在1Hz(赫兹)和3MHz(兆赫兹)之间、可选地在1Hz(赫兹)和500kHz(千赫兹)之间的脉冲信号。

图9是本公开的组织刺激设备(11)的示例。该组织刺激设备(11)包括计算单元(21)、连接到计算单元(21)的外部电源(22)、连接到外部电源(22)和计算单元(21)的去耦电路(23)、连接到去耦电路(23)的电磁换能器装置(1)。计算单元(21)实现本公开的方法(用于通过电磁换能器装置使用产生急动的电磁场来刺激组织的方法)，并且可以与组织刺激设备进行配置，以便通过去耦电路(23)产生接收产生急动的电磁场、静电场、电场和磁场换能器或其组合的激活信号。

可替代地，在本公开的组织刺激设备(11)的一个示例中，电磁换能器装置(1)直接连接到计算单元(21)。

可选地，每个激活信号的参数(例如频率、相位、幅度、占空比)可以由用户通过连接到组织刺激设备的HID、通过远程计算单元的指令来修改。

计算单元(21)接收组织阻抗响应反馈，并且与组织阻抗响应相关地，针对刺激组织的换能器动态地调节激活信号。在特定实施例中，计算单元是信号发生器。该组织阻抗响应反馈是一种机制，通过该机制，组织刺激设备(11)的控制的特定部分被重新引导至其输入，以便控制其行为。例如，通过用电场、静电场、磁场或其组合来刺激组织，组织阻抗响应可以变化。例如，在本公开的特定实施例中，电磁换能器装置的电场换能器用于测量组织阻抗响应如何变化，并且所述反馈允许动态地调节换能器的激活信号。例如，这可以保护组织免受过度刺激。

可替代地，反馈不限于获得对组织阻抗的测量或对组织(3)的电磁刺激的组织阻抗响应变化。还可以结合例如组织温度测量以确定组织疲劳、获取组织(3)表面的图像以确定组织(3)血管化、或其组合。

在本公开的示例中，激活信号基于组织温度反馈改变其参数：电压幅度、频率和相位、脉冲持续时间、占空比或脉冲位置。

在本公开的另一示例中，激活信号基于组织阻抗响应反馈改变其参数：电压幅度、频率、相位、脉冲持续时间、占空比或脉冲位置。

计算单元被理解为处理数据的设备，例如任何本领域普通技术人员已知的微控制器、微处理器、DSC(数字信号控制器)、FPGA(现场可编程门阵列)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)、ASIC(专用集成电路)、SOCs(片上系统)、PSOCs(片上可编程系统)、计算机、服务器、平板电脑、手机、智能手机、信号发生器和计算机单元，或其组合。该计算单元可以包括存储设备、显示设备和/或人机接口设备(HID)、图像获取设备，可以是或包括被编程为运行本公开的方法的专用计算单元。

存储设备包括但不限于本领域技术人员已知的RAM存储器(缓存存储器、SRAM、DRAM、DDR)、ROM存储器(闪存、缓存、HDD、SSD、EPROM、EEPROM、可移除存储器ROM(SD(miniSD、microSD等)、MMC(多媒体卡)、紧凑式闪存、SMC(智能媒体卡)、SDC(安全数字卡)、MS(记忆棒)等)、CD-ROM、数字化通用光盘(DVD)或其他光存储装置、磁带盒、磁带、存储装置或可用于存储信息且可由计算机单元访问的任何其他装置等或其组合。存储设备可以具有存储寄存器，其中存储有指令、数据结构和软件模块。

显示器包括但不限于能够连接到计算单元并显示其输出的监测器。如本领域技术人员已知的CRT监测器、平板显示器、液晶D液晶显示器(LCD)、有源矩阵LCD、无源矩阵LCD、LED显示器、显示投影仪、TV(4KTV、HDTV、等离子TV、智能TV)、OLED显示器、AMOLED显示器、量子点(QD)显示器、分段显示器以及能够向用户显示数据的其他设备或其组合。

HID包括但不限于本领域技术人员已知的键盘、鼠标、轨迹球、触摸板、指示棒、操纵杆、触摸屏以及能够允许用户将数据输入到组织刺激设备的计算单元中的其他设备或其组合。

去耦电路使得可以将外部电源与电磁换能器装置电去耦，所述电路可以基于光耦合器、继电器、运算放大器、电阻器、电容器、变压器、二极管以及这些和其他用于将两个电路或元件电去耦的电子元件的组合。

外部电源使得能够提供操作电磁换能器装置所需的电力，并且可以是能够保持两个或更多个端子之间的电力差的设备，例如本领域技术人员已知的交流电源、恒流电源、电池、光伏电源、热电电源以及能够维持两个或更多个端子之间的电压的其他设备或其组合。

另外，计算单元允许一个或多个激活信号在一定时间内顺序地、相对于另一激活信号或多个刺激信号以相移的方式、随机地或服从针对每个换能器的设定程序而施加到每个换能器。根据程序和反馈，这些信号由计算单元或信号发生器或其组合生成。

本公开涉及的程序对应于在计算单元中编码或未编码的信息，并且其修改激活信号的所有参数，该激活信号激活电磁换能器装置(1)的换能器。激活信号的参数选自频率、相电压幅度、脉冲持续时间、占空比或脉冲位置。

图像采集设备具有对可见光谱或电磁光谱的其他部分敏感的传感器，用于捕获在可见光谱或电磁光谱的其他部分的视场中的图像。图像采集设备选自由紧凑型相机、APS相机(高级摄影系统)、SLR相机SLR(单镜头反射相机)、数码相机、相机TLR(双镜头反射相机)、红外相机、热相机、扫描仪及其组合组成的组。

相机的传感器元件技术选自由CCD(电荷耦合器件)、CMOS(互补金属氧化物半导体)或混合CCD/CMOS传感器组成的组。传感器元件技术可选自由彩色、单色、高清晰度、高灵敏度、高速、红外、制冷型红外或非制冷型红外组成的组。

返回图10，在步骤(100)中，由计算单元执行具有产生电磁场急动的波形的激活信号的生成。所述激活信号在激活信号的周期中至少一次确定的时间段中突然改变极性、斜率或电压值。

产生急动的波形通常指的是由数学函数描述的波形，其中以数学函数的某个点处的三阶导数获得至少一个单位三元组(unit triplet)。根据本公开，单位三元组是狄拉克δ函数或单位脉冲的二阶导数，而单位双元组(unit doublet)是狄拉克δ函数或单位脉冲的导数。

在一个示例中，在交流或直流信号、脉冲信号、占空比变化的方波信号、锯齿波信号、分段式信号或其组合之间选择激活信号。而且，例如，可以从交替脉冲或非交替脉冲的急动产生信号中选择激活信号。激活信号具有在-20kV(千伏)和20kV(千伏)之间的电压幅度范围。通过使用所述电压范围，当电磁换能器的有源面与组织(3)外表面(同样，通常是对象的皮肤)接触时，可以在组织(3)中获得2V/cm和5V/cm之间的电场强度。

另一方面，如果电场换能器与组织(3)外表面相距限定的距离，则对于与组织(3)外表面相距0.01cm与50cm之间的距离，以及可选地与组织(3)表面相距0.01cm与4cm之间的距离，电场强度值在-20kV/cm与20kV/cm之间。与组织(3)表面相距0.01cm与4cm之间的距离是为了确保组织中的电场强度在2V/cm和5V/cm之间。

另一方面，如果用磁场换能器以及具有-20kV(千伏)至20kV(千伏)之间的电压幅度的激活信号来执行组织刺激，则可以获得等同于1高斯的0.1mT(militeslas)与等同于2000高斯的200mT(militeslas)之间的磁场强度。

在所公开的方法的示例中，使用具有80V的最大电压的激活信号，该激活信号被施加到电磁换能器装置(1)的电场换能器，其中电极之间的距离为27cm。这允许获得在3V/cm和5V/cm之间的电场强度，以便刺激组织(3)。

此外，在所公开的方法的另一特定示例中，当电极之间的距离为40cm时，对于激活信号可以在120V下操作。所述电压被施加到与组织(3)外表面隔离的电极。

在另一不同的实施例中，激活信号是频率在1Hz(赫兹)和3MHz(兆赫兹)之间并且可选地在1Hz(赫兹)和500kHz(千赫兹)之间的一系列脉冲。

进而，激活信号的一系列脉冲具有持续时间在1ns与0.5s之间的至少一个脉冲。

可选地，激活信号的脉冲的持续时间可以选自约1ns至约0.5s、约10ns至约100ns、约20ns至约100ns、约30ns至约100ns、约40ns至约100ns、约50ns至约100ns、约60ns至约100ns，约70ns至约100ns、约80ns至约100ns、约90ns至约100ns、约10ns至约20ns，约20ns至约30ns、约30ns至约40ns、约40ns至约50ns、约50ns至约60ns、约60ns至约70ns、约70ns至约80ns、约80ns至约90ns、约90ns至约100ns、约100ns至约900ns、约200ns至约800ns、约300ns至约700ns、约400ns至约600ns、约100ns至约1000ns、约200ns至约1000ns、约300ns至约1000ns、约400ns至约1000ns、约500ns至约1000ns、约600ns至约1000ns、约700ns至约1000ns、约800ns至约1000ns、约900ns至约1000ns、约100μs至约200μs、约200μs至约300μs、约300μs至约400μs、约400μs至约500μs、约500μs至约600μs、约600μs至约700μs、约700μs至约800μs、约800μs至约900μs、约900μs至约1000μs、约100μs至约1000μs、约200μs至约1000μs、约300μs至约1000μs、约400μs至约1000μs、约500μs至约1000μs、约600μs至约1000μs、约700μs至约1000μs、约800μs至约1000μs、约900μs至约1000μs、约100ms至约200ms、约200ms至约300ms、约300ms至约400ms、约400ms至约500ms、约100ms至约500ms、约200ms至约500ms、约300ms至约500ms、约400ms至约500ms。

图7A是在电压与时间的图中示出的所公开的方法的激活信号的示例。所述激活信号包括由调制信号(31)调制的脉冲载波信号(30)。调制信号(31)是从时间t0到t3的分成三个段的分段式信号，具有(i)由从电压0到V开始的正斜率斜坡描述的第一段，(ii)从时间t1到t2的第二段，在该第二段期间调制信号(31)将载波信号(30)限制为电压等于V，并且最后(iii)从时间t2到t3的第三段，其描述了在t2处的电压V开始并在t3处下降到电压0的电压的指数下降。

在该示例中，载波信号(30)是在时间上分布在t0和t3之间的一系列脉冲。

如可以在图7B中看到的，示出了在t＝t1时刻处的载波信号(30)的脉冲的细节。该脉冲具有等于V的电压幅度和等于t

应当理解，当涉及由磁场产生的急动时，必须考虑磁场换能器的磁滞。通常，磁场换能器具有比电场换能器更大的磁滞。

为此，为了利用产生急动的磁场来刺激组织，例如，根据磁场换能器的工作频率使用激活信号频率。在所公开的方法的示例中，可以利用磁场换能器并使用范围在1Hz(赫兹)和3MHz(兆赫兹)之间并且可选地在1Hz(赫兹)和500kHz(千赫兹)之间的频率以及1ns到0.5s的脉冲持续时间来获得急动组织刺激。在另一具体示例中，利用磁场换能器和在1Hz(赫兹)和5kHz(千赫兹)之间确定的频率来获得急动组织刺激。

图2示出了在所公开的方法的示例中的电磁换能器(静电隔离换能器)装置的激活信号，所述激活信号(8)包括以下六个段：

-从t0到t1的第一段，其为从初始电压Vi增加到最终电压Vf的斜坡型函数，其中Vi为0伏且Vf为V伏；

-从t1到t2的第二段，其为恒定电压函数V，例如，V等于V伏；

-从t2到t3的第三段，其为从初始电压Vi到最终电压Vf的降低式斜坡型函数，其中Vi等于V伏且Vf等于0伏；

-从t3到t4的第四段，其为从初始电压Vi到终止电压Vf的降低式斜坡型函数，其中Vi等于0伏且Vf等于-V伏；

-从t4到t5的第五段，其为恒定电压函数，其中，V等于-V伏；以及

-从t5到t6的第六段，其为从初始电压Vi增加到最终电压Vf的斜坡型函数，其中Vi为-V伏且Vf为0伏。

下面列出了示例中每个变量的取值范围：

从所述激活信号(8)开始，通过修改时间间隔获得不同的信号形式，例如交流或直流信号、脉冲信号、占空比变化的方波信号、锯齿波信号、分段式信号或其组合。

“t”的值对应于激活信号(8)的时段，所述时段在1ns和0.5s之间。

可替代地，激活信号基于组织温度、或随组织阻抗响应反馈、或温度反馈和组织阻抗响应的组合而改变。使用反馈允许控制激活信号，从而防止由于过度刺激或加速组织刺激而造成的组织损伤。例如，通过提高或降低与组织温度成反比的激活信号的电压幅度，上述都是可能的。

而且，在步骤(100)中，可以通过对激活信号进行连续求导直到所述信号的三阶导数来验证产生急动的激活信号，其中在信号的某点处获得至少一个单位三元组。这在下面通过产生急动的调制信号的特定示例来描述。

随后，步骤(120)包括通过计算单元将激活信号施加到电磁换能器装置；其中，电磁换能器装置形成产生急动的电磁场，该电磁场在由计算单元向电磁换能器施加激活信号时机械地刺激组织。

图11示出了本公开的包括信号调制的使用电磁换能器装置来刺激组织的方法的流程图的示例，该方法包括以下步骤：(101)a)通过信号发生器生成具有一系列脉冲的载波信号；(102)b)通过信号发生器生成产生急动的调制信号；(103)c)利用产生急动的调制信号调制载波信号来生成激活信号；(120)d)通过计算单元将激活信号应用于电磁换能器装置；其中，电磁换能器装置形成产生急动的电磁场，所述电磁场在施加激活信号时机械地刺激组织。

参考图11和图3，在所公开的方法的一个实施例中，步骤(100)具有以下子步骤：(101)a)通过计算单元生成具有一系列脉冲的载波信号(30)；(102)b)通过计算单元生成具有产生急动的波形的调制信号(31)；(103)c)由计算单元通过利用具有产生急动的波形的调制信号调制载波信号(30)来生成激活信号。这样，可以通过修改激活信号的一个或多个参数(例如电压幅度、相位、脉冲持续时间、占空比或脉冲位置)来刺激组织。

在包括通过计算单元生成具有一系列脉冲的载波信号(30)的子步骤(100)中，所述载波信号(30)用于刺激目标组织，并且在本公开的示例中，所述载波信号(30)还可以通过计算单元生成。

可替代地，载波信号(30)选自交变或非交变脉冲信号，即载波信号(30)可以交替地改变其极性，从而激活电磁换能器装置的电磁换能器以产生在给定时间内改变电磁场矢量的电磁场。

在所公开的方法的示例中，交变或非交变脉冲的载波信号(30)由一系列脉冲形成。在一个示例中，在子步骤(101)中，一系列脉冲具有在1Hz(赫兹)和3MHz(兆赫兹)之间的确定频率。所述确定频率可由用户选择，但也可编入在计算单元中。可选地，所述一系列脉冲具有在1Hz和3MHz之间的确定频率；对于组织(3)刺激而言使用在1Hz和500kHz之间的频率范围也是可行的。

在所公开的方法的另一示例中，在子步骤(101)中，载波信号(30)由具有持续时间在1ns与0.5s之间的至少一个脉冲的一系列脉冲函数形成。

然后，在子步骤(102)中，通过计算单元生成具有产生急动的波形的调制信号(31)，所述调制信号(31)用于刺激目标组织。在本公开的示例中发现，所述调制信号(31)可以由计算单元(21)或信号发生器生成。

调制信号(31)在交流或直流信号、脉冲信号、占空比变化的方波信号、锯齿波信号、分段式信号或其组合之间选择。在所公开的方法的示例中，调制信号(31)是由占空比变化的分段函数描述的波信号。

在一个实施例中，在所公开方法的子步骤(102)中，产生急动的调制信号(31)具有0.1Hz和5kHz之间的频率，并且在子步骤(b)的另一个实施例中，调制信号(31)具有0.1Hz和10Hz之间的频率。

在所公开的方法的示例中，在子步骤(a)中，载波信号(30)具有-20kV和20kV之间的电压幅度，在子步骤(b)中，调制信号(31)具有-20kV和20kV之间的电压幅度。

使用所述电压幅度范围，当换能器的有源面与组织(3)外表面接触时，可以在组织(3)中获得2V/cm和5V/cm之间的电场强度。

另一方面，如果电场换能器与组织(3)外表面相距限定的距离，则对于与组织(3)外表面相距0.01cm与50cm之间的距离，以及可选地与组织(3)外表面相距0.01cm与4cm之间的距离，电场强度值在330V/cm与20kV/cm之间。前述尝试确保组织中的电场强度在2V/cm与5V/cm之间。

另一方面，如果利用磁场换能器以及具有-20kV和20kV之间的电压幅度的激活信号来执行组织刺激，则可以获得在1高斯和2000高斯之间的磁场强度。

在所公开的方法的示例中，使用施加到电磁换能器装置的电场换能器的最大电压为80V的激活信号，其中电极之间的距离为27cm。这允许获得3V/cm和5V/cm之间的电场强度以刺激组织(3)。

此外，在所公开的方法的另一特定示例中，当电极之间的距离为40cm时，对于激活信号可以在120V下操作。所述电压被施加到与组织(3)外表面隔离的电极。

载波信号(30)具有比调制信号(31)的频率高至少一个频率阶次的频率。然而，即使不在例如载波信号(30)的频率是调制信号(31)的频率的五倍的情况下，也可以实现对目标组织(3)的刺激。在特定示例中，载波信号(30)的频率是调制信号(31)的频率的十倍。

随后，所公开的方法的子步骤(103)包括通过利用子步骤(102)的产生急动的调制信号(31)调制载波信号(30)来生成激活信号。

图3、图4和图5示出了用于电磁刺激的调制信号的示例。电压(v(t))是随时间(t)变化的电磁换能器装置(1)的端子之间的差分电势。

特别地，该示例中的激活信号是具有七秒时段的信号，并且包括产生急动的调制信号(31)和载波信号(30)，所述调制信号(31)由包括七段的分段函数描述。

调制信号的每个段具有一秒的持续时间和针对调制信号(31)的每个段的特定波形，该特定波形遵循如下所述的分段函数：

-第一段对应于从时间(t)0到1的由等式v(t)

-第二段对应于从时间(t)1到2的由等式v(t)

-第三段对应于从时间(t)2到3的由等式v(t)

-第四段对应于从时间(t)3到4的由等式v(t)

-第五段对应于从时间(t)4到5的由等式v(t)

-第六段对应于从时间(t)5到6的由等式v(t)

-第七段对应于从时间(t)6到7的由等式v(t)

载波信号(30)具有交替脉冲序列，其时段在1Hz和3MHz之间的频率范围内可以是固定的或可变的，载波信号(30)的每个脉冲的电压幅度受到-V和V之间的调制信号(31)的限制，V可以取-20kV和20kV之间的电压幅度的任何值。

例如，调制信号(31)的电压幅度可以在-10kV和10kV之间，或者在另一个示例中，在-3kV和7kV之间。也就是说，利用与组织分离一定距离的电磁换能器施加电磁刺激。例如，静电场换能器与组织分开20cm的距离。

在另一示例中，在子步骤(102)中，调制信号(31)具有-20kV和20kV之间的电压幅度。

在子步骤(101)中，载波信号(30)具有比调制信号(31)的频率高至少一个频率阶次的频率。例如，调制信号(31)具有1/7Hz(大约0.1428Hz)的频率，而载波信号(30)的频率在2Hz到3kHz之间。

如图6所示，调制信号(31)具有这样的波形，使得当连续地求导直到三阶导数时，获得具有至少一个单位三元组(32)的函数。从这个意义上讲，可以通过对调制信号(31)进行三次连续求导并获得单位三元组(32)来执行急动效应的验证。

在所公开的方法的另一个实施例中，当激活信号被施加到电磁换能器时，组织以其参数的变化作出响应，这些参数可选地使用相同的电磁换能器来测量。对被刺激组织的这种测量用作反馈，并且允许动态地改变特征，例如子步骤101中的载波信号(30)的频率和脉冲持续时间，以及子步骤102中的调制信号(31)的波形。

图4、图5和图6描述调制信号(31)的连续导数。特别地，图4示出了图4的调制信号的一阶导数。通过对所述调制信号(31)求导，获得了分段的信号，包括如下七个段：

-第一段对应于从时间t等于0到时间t等于1的由等式

-第二段对应于从时间t等于1到时间t等于2的等于0的常数值；

-第三段对应于从时间t等于2到时间t等于3的由等式

-第四段对应于从时间t等于3到时间t等于4的等于-V的常数值；

-第五段对应于从时间t等于4到时间t等于5的等于2V的常数值，另外该导数在t等于5处具有负脉冲；

-第六段对应于从时间t等于5到时间t等于6的等于0的常数值，另外该导数在t等于6处具有正脉冲；以及

-第七段对应于从时间t等于6到时间t等于7的等于-V的常数值。

在步骤A)的子步骤b)中，从交流或直流信号、脉冲信号、占空比变化的方波信号、锯齿波信号、分段式信号或其组合中选择调制信号(31)，并且可选地，在步骤A)的子步骤b)中，在频率调制(FM)、幅度调制(AM)、相位调制(PM)、脉冲宽度调制(PWM)、脉冲位置调制(PPM)或其组合之间选择调制信号(31)的调制。

图5是图3的调制信号(31)的二阶导数，如下所述：

-第一段对应于从时间t等于0到时间t等于1的等于0的常数值以及在t等于1处的负脉冲；

-第二段对应于从时间t等于1到时间t等于2的等于0的常数值以及在t等于2处的负脉冲；

-第三段对应于从时间t等于2到时间t等于3的等于-2V的常数值以及在t等于3处的负脉冲；

-第四段对应于从时间t等于3到时间t等于4的等于0的常数值以及在t等于4处的正脉冲；

-第五段对应于从时间t等于4到时间t等于5的等于0的常数值以及在t等于5处的负单位双元组；

-第六段对应于从时间t等于5到时间t等于6的等于0的常数值以及在t等于6处的正单位双元组；以及

-第七段对应于从时间t等于6到时间t等于7的等于0的常数值以及在t等于7处的正脉冲。

图6是图3的示例的调制信号(31)的三阶导数。该图具有以下几段：

-第一段对应于从时间t等于0到时间t等于1的等于0的常数值以及在t等于1处的负单位双元组；

-第二段对应于从时间t等于1到时间t等于2的等于0的常数值以及在t等于2处的负单位双元组；

-第三段对应于从时间t等于2到时间t等于3的等于0的常数值，在t等于3处的负脉冲和另一正脉冲；

-第四段对应于从时间t等于3到时间t等于4的等于0的常数值以及在t等于4处的正单位双元组；

-第五段对应于从时间t等于4到时间t等于5的等于0的常数值以及在t等于5处的负单位三元组；

-第六段对应于从时间t等于5到时间t等于6的等于0的常数值以及在t等于6处的正单位三元组；以及

-第七段对应于从时间t等于6到时间t等于7的等于0的常数值以及在t等于7处的正单位双元组。

应当理解，单位三元组理论上是脉冲函数的二阶导数，其是用于本公开的目的的急动的数学表示，并且其对应于电磁场、静电场、电场或磁场的矢量中加速度的变化率或变化。

下面是对图3、图4和图5所示的函数结果的总结的表格：

最后，在所公开的方法的示例中，步骤(120)包括通过计算单元(21)将激活信号施加到电磁换能器装置(1)。该激活信号具有每时段存在至少一个急动的波形，这允许利用施加在组织(3)上的电磁场的颠覆性(disruptive)变化来刺激组织(3)。

在另一实施例中，所公开的方法包括以下步骤：AA)生成具有一系列脉冲的载波信号(30)，每个脉冲的持续时间在1ns(纳秒)和0.5s(秒)之间，电压在-20kV(千伏)和20kV(千伏)之间，频率在1Hz(赫兹)和3MHz(兆赫兹)之间；BB)生成调制信号(31)，所述调制信号(31)产生急动，所述急动是由所产生的电磁场引起的组织细胞的加速度变化，所述调制信号(31)具有在-20kV(千伏)和20kV(千伏)之间的电压以及在0.1Hz(赫兹)和5kHz(千赫)之间的频率；CC)利用产生急动的调制信号(31)调制载波信号(30)来生成激活信号；以及DD)将所述激活信号施加到电磁换能器装置(1)；其中在通过计算单元(21)将激活信号施加到电磁换能器时，所产生的电磁场机械地刺激组织。

可替代地，在利用电磁场刺激组织的装置(11)的实施例中，包括计算单元(21)、连接到计算单元(21)的外部电源(22)、连接到外部电源(22)的去耦电路(23)以及连接到计算单元(21)的电磁换能器装置(1)，电磁换能器装置(1)功能性地设置在组织(3)上；其中，计算单元(21)被配置为：A)由计算单元(21)生成具有产生电磁场急动的波形的激活信号；以及B)由计算单元(21)将激活信号施加到电磁换能器装置(1)；其中，电磁换能器装置(1)形成产生急动的电磁场，所述电磁场在施加激活信号时机械地刺激组织(3)。

在另一实施例中，在所实施的方法的步骤A)期间，执行以下子步骤：a)由计算单元生成具有一系列脉冲的载波信号；b)由计算单元生成具有产生急动的波形的调制信号；c)由计算单元通过使用具有产生急动的波形的调制信号调制载波信号来生成激活信号。

可替代地，在利用电磁场刺激组织的装置(11)的实施例中，所述装置(11)包括计算单元(21)、连接到计算单元(21)的外部电源(22)、连接到外部电源(22)且连接到计算单元(21)的去耦电路(23)、以及连接到计算单元(21)的电磁换能器装置(1)，电磁换能器装置(1)功能性地设置在组织(3)上；其中，所述计算单元(21)被配置为：AA)由计算单元(21)生成具有一系列脉冲的载波信号(30)；BB)由计算单元(21)生成产生急动的调制信号(31)；CC)由计算单元(21)通过使用产生急动的调制信号(31)调制载波信号(30)来生成激活信号；DD)由计算单元(21)将激活信号施加到电磁换能器装置(1)；其中，电磁换能器装置(1)形成产生急动的电磁场，该电磁场在施加激活信号时机械地刺激组织。

可选地，在利用电磁场刺激组织的装置(11)的实施例中，电磁换能器装置(1)连接到计算单元(21)，从而允许计算单元(21)直接管理施加在电磁换能器装置(1)上的激活信号。

利用电磁场刺激组织的装置(11)可用于减小材料的颗粒尺寸。

本公开的方法和装置应用于具有深层组织黑素瘤的个体的使用示例：

以下组织刺激是结合如下进行的：如国际申请No.PCT/IB2019/051007中描述的使用电场和磁场的频率扫描的组织刺激方法，以及如国际申请No.PCT/IB2019/051005中描述的使用电场和磁场的空间扫描的应用组织刺激方法。

在具有以下初步发现结果的个体中进行组织刺激：

两个深层组织黑素瘤(它们中的每一个位于个体的每个前臂中)和位于胸部的腹表面中的三个深层组织黑素瘤，所述黑素瘤具有底部直径为2cm的直圆锥形状。

刺激所述个体中的所述深层组织黑素瘤的步骤如下：

将10个电磁换能器布置在深层组织黑素瘤位置周围，然后由计算单元生成具有一系列脉冲的载波信号，所述一系列脉冲具有15.75kHz的固定频率、0.8％的占空比和400Vpp(峰间电压)的电压，然后，生成频率变化在150Hz和350Hz之间、占空比为50％和电压为400Vpp的调制方波信号。在生成所述方波信号之后，调制具有载波信号的调制信号以获得激活信号，接下来，通过计算单元将激活信号施加到电磁换能器装置，从而在施加激活信号时机械地刺激组织。

结合在国际申请No.PCT/IB2019/051007中描述的方法来执行下面描述的组织刺激。因此，下面提供的结果是这两种方法的组合的结果。

个体在6小时的时间段内接受上述刺激，从而最终在个体中观察到深层组织黑素瘤的大小减小了约50％。

使用本公开的方法和所公开的装置来减小材料颗粒尺寸的示例：

商业级颗粒状天然玉米淀粉(玉米粉(Maizena))(联合利华安迪纳哥伦比亚有限公司(Unilever Andina Colombia Ltda.)，哥伦比亚卡利市)在当地贸易中获得。称量10克天然玉米淀粉样品。根据NTC 926(参见https://tienda.icontec.org/wp-content/uploads/pdfs/NTC926.pdf)，天然玉米淀粉样品的最大粒度预计约为308μm，因为US TylerNo.60和No.80筛用于描述天然玉米淀粉国家规定的粒度(参见https://www.icbf.gov.co/sites/default/files/ftp_-_fecula_de_maiz_-_150224.pdf)和编织网试验筛布和试验筛ASTM e 11–09的标准规范(参见http://sieve.advantechmfg.com/Asset/ASTM％20E％2011-13％20Standards％20Table.pdf)。

一对尺寸为2cm x 2cm的方形平行板状电极位于天然玉米淀粉样品周围，两个平行板位于距离样品5cm处，然后由计算单元生成具有一系列脉冲的载波信号，该一系列脉冲具有6kHz的固定频率，占空比为30％，电压为4kVpp(峰间值，千伏)，然后，生成具有25Hz的固定频率、50％的占空比和4kVpp的电压的调制方波信号。在生成所述方波信号之后，调制具有载波信号的调制信号以获得激活信号，接下来，通过计算单元将激活信号施加到电磁换能器装置，从而在施加激活信号时机械地减小天然玉米淀粉样品的颗粒尺寸。

在对样品施加所描述的电刺激之后，获得更细小的粒度。

定义和缩写词

AM 幅度调制

AMOLED 有源矩阵有机发光二极管

ASIC 专用集成电路

CPLD 复杂可编程逻辑器件

DSC 数字信号控制器

EEG 脑电图

EMF 电磁场

FM 频率调制

FPGA 现场可编程门阵列

HID 人机接口设备

LCD 液晶显示器

LED 发光二极管

OLED 有机发光二极管

PEMF 脉冲电磁场

PM 相位调制

PPM 脉冲位置调制

PSoC 片上可编程系统

PWM 脉冲宽度调制

QD 量子显示器

SoC 片上系统

本公开不限于所描述和示出的实施例。对于本领域技术人员而言显而易见的是，存在不脱离仅由所附权利要求书限定的本公开的精神的变化和可能的修改。