用共振聲能和/或共振聲電磁能檢測和/或影響結構的方法

2023-04-24 19:36:06

專利名稱：用共振聲能和/或共振聲電磁能檢測和/或影響結構的方法
技術領域：
本發明涉及使用共振聲能和/或共振聲電磁能檢測無機結構和生物結構和/或破壞和/或增強生物結構的功能。
系統的共振聲頻是該系統的本徵自由振蕩頻率。共振聲系統可以用微弱的等於或者接近於共振頻率的窄頻帶中機械的或者聲的驅動力量激勵，從而在靶目標結構中誘導出聲共振。
已經用聲共振確定固體物質的各種特性。例如，Migliori等在美國專利4,976,148和5,062,296及5,355,731中揭示了一種為超聲激勵物體得到的，對物體測繪獨特的共振頻譜特徵圖譜的方法，使用共振超聲頻譜測定軸承的滾珠之類的球形物體的產量，以及使用帶有高消散物質的正平行六面體樣品的共振超聲頻譜，使得能夠檢測低振幅的共振，而用於計算高消散樣品的彈性常數。然而，Migliori等的專利針對的是固體物質，沒有選擇性地對著有機或者生物材料尤其是涉及液體系統。
除了與無生命結構相互作用之外，聲能還與活的、生物機體和結構相互作用。聲能已經廣泛地用於醫學和生物學中，通過把聲波對向生物結構然後分析聲波的反射譜式而作出結構的特徵圖譜。聲能還用於理療醫學而向傷痛目標區發送熱。然而，上述應用依靠於使用對特定的目標生物結構的非選擇的聲能，因此可能影響的不止於目標結構。
R.E.Vago的美國專利5,048,502和5,178,134揭示了超聲處理動物用於皮表衛生和抗病毒。公開的頻率在15K赫芝到500K赫芝的範圍。他們還報告說無包殼的病毒對於超聲波的滅活作用有折射性。對於其抗微生物作用所引證的機制只是在皮表的「空化作用」，他們還特別地避免在其裝置中使用共振頻率。
M.Moasser的美國專利4,646,725公開了使用診斷性超聲機的探頭治療由包括皰疹病毒在內的感染介質造成的皮膚和黏膜損傷。治療方法是在每平方釐米用1.5瓦特的功率輸出治療2.0到3.0分鐘，沒有引述特定的頻率。沒有討論或者思考過聲共振。
R.G.Johnston的美國專利5,426,977公開了在蛋中的聲共振超聲測量，以提供一種確定沙門氏菌存在的技術。Johnston描述了蛋的特徵並且確定了有和無沙門氏菌的蛋之間的區別。這樣，該方法沒有檢測實際的微生物，而是描繪了蛋殼的振動模式，這個模式由於有細菌的實體存在會受到改變。
在先技術未能提出一種只影響生物結構而不影響周圍的組織的令人滿意的方法或者系統。而且在先技術沒有提供一個能夠用聲共振產生高信號噪音比特徵圖譜，以精確地檢測生物或者無機結構，同時又對周圍結構幾乎不產生影響的方法。還有，在先技術中使用非共振的聲能等同地作用於靶結構和非靶結構。
對本發明而言，在說明書和權利要求書中出現的下列術語和用詞具有下述意義本文中使用的「聲能」定義為物理結構振動時產生的能量，並且運動的振動能量傳輸到包括空氣、液體或者固體在內的周圍媒介中。
本文中使用的「檢測」定義為確定一個結構的存在或不存在，並且如果存在就辨識此結構。
本文中使用的「電磁(EM)特性和/或場」包括直流和交流電流、電場和磁場、電磁輻射，和包括但是不限于波、電流、磁通量、阻抗、勢、輻射在內的場，或者任何物理現象，包括可以由麥克斯韋爾方程得到或者說推導出的任何物理現象，所述方程在此引為參考。
本文中使用的「電磁(EM)能量式樣」代表由一個結構產生的、作為與該結構相互作用的能量的電磁能量，並且顯現出電磁特性和/或場。
本文中使用的「生物結構」與有機結構同義，包括從最小的有機或者生化離子或者分子至細胞、器官、及整個機體在內的任何物體。
本文中使用的「破壞」指對生物結構的破壞作用。
本文中使用的「聲學特徵圖譜」指結構在聲共振時產生的獨特的聲學譜式，它可採取信號的幅度形式。
本文中使用的「共振聲頻」包括接近或者在結構的特徵共振頻率的頻率，包括特徵共振頻率的諧波的和次諧波頻率以在其中誘導聲共振。
本文中使用的「聲-電磁(EM)特徵圖譜」定義為一個聲共振物體的電磁能量譜式和/或在頻率上與共振聲頻相等的電磁能量。
本文中使用的「聲-電磁(EM)頻譜」定義為檢測一個聲共振結構的獨特的電磁特徵圖譜，或者說，檢測由於引入電磁能量而共振的獨特的聲學特徵圖譜，兩者都可以用於檢測和/或辨識共振的結構。
本文中使用的「活的換能器」定義為把電磁能或者場轉換成機械能和/或把機械能轉換成電磁能或者說場的生物壓電結構或者半導體結構。
本文中所述的「空化作用」指在液體中形成充以蒸汽的空腔，例如在沸騰時水中形成汽泡。
本文中所述的「機械的」包括認為發生在熱與空化區之間的強度/持續時間閾值區內的壓縮和稀疏作用。
本文中使用的「非共振電磁(EM)特徵圖譜」定義為一個由非共振聲場激發的物體產生的電磁能量譜式。
本文所述的「共振聲-電磁能」指一種可在一結構中誘導聲共振的電磁特性和/或場。
本發明針對在先技術的缺點，通過以選擇的頻率在靶結構中引起聲共振，它作用於特定的靶結構而幾乎不影響周圍的、非共振的結構。而且，通過引入一個加強所述聲能的電磁(EM)能源，可以降低聲能的功率強度，從而降低了高功率聲能的破壞性。電磁能與聲共振能量之間的相互作用，得以通過產生一個高信號噪音比的特徵圖譜，用於精確地檢測一個結構，同時對其它結構幾乎不產生影響。
本發明提供通過使用共振的聲能和/或聲-電磁能選擇性地檢測、辨識和/或影響無機或者生物結構的方法，所述的能量能夠向靶結構傳輸有用能量，同時使不共振的周圍結構幾乎不改變。
因此本發明的一個目的是提供一種用其共振聲能和/或聲-電磁能辨識或檢測無機結構或者生物結構的方法。
本發明的另一個目的是提供一種用共振聲能和/或聲-電磁能增強和/或破壞生物結構的生長和/或功能的方法。
本發明的又一個目的是提供一種確定生物結構的共振頻率的方法。
本發明的再一個目的是提供一種用共振聲能和/或聲-電磁能辨識和/或檢測生物結構存在的方法。
根據本發明的上述目的，本發明利用共振聲能和/或聲-電磁能來檢測無機或者生物結構和/或破壞和/或加強生物結構的生長和/或功能。
應用聲共振的原理，一個生物系統的共振頻率是該系統的特徵自由振蕩頻率，一個生物系統可以由一個微弱的機械的或者聲的窄頻帶內的驅動力激勵。還有，取決於該生物結構的尺寸、形狀和該生物結構的組成，可以有一個以上的自然發生的共振聲頻，以及多個次諧波和高次諧波共振聲頻。
不論是無機的還是生物的，當一個結構發生共振時能量迅速地在其中產生和積累。此能量要麼保持在結構中，要麼釋放到周圍環境中。保持在結構中的能量可加強此結構的功能也可造成此結構的破壞。共振的系統中的少量能量既可以內在地作為電磁能耗散，也可以作為聲能向周圍的媒介傳播。內在耗散的能量有特殊的意義，因為它是經過分子和原子振動耗散的，產生電磁能。此電磁能稱為聲-電磁能，因為它在由聲共振的結構產生而某些聲能與結構相互作用並且轉化成內在地耗散在周圍媒介中的電磁能。產生的電磁能的特性、場和/或頻率取決於相關結構的獨特的分子和原子構成。在一個結構中引入聲共振導致產生該結構的獨特的聲-電磁特徵圖譜，可以用於對之檢測或者辨識，如本發明所公開。反之，如果把一個等效於一個結構的聲-電磁特徵圖譜的電磁能量以此結構為靶，能量耗散的途徑逆轉，並且可以誘導出聲共振的狀態。用聲-電磁能特徵圖譜逆轉能量耗散途徑可以用於產生與源原共振聲能場產生的同樣的加強、檢測和破壞效果。共振聲-電磁特徵圖譜既可以獨自使用，也可以與共振的聲能結合使用。把共振聲-電磁和聲能一起使用，使得能夠用兩者的低能量度，減少了電磁能和/或聲能對周圍或者鄰接的非目標結構潛在的有害作用。
電磁能可以用至少四個方式在一個系統中與聲能波相互作用和補償聲能經壓電效應、電磁能的內在耗散和經聲電效應或者磁聲效應。
在壓電效應方面，聲振動能由換能器可互換地與電磁能轉換。生物壓電結構可以調製同樣的能量轉換，從而起活的換能器作用。當電磁場施加在一個生物壓電結構上時，則產生聲波。類似地，聲波施加在生物壓電結構上時產生電磁能。生物結構中的壓電效應有許多實際應用(見下文)。這個效應在應用聲共振原理時變得更加有用。本發明中可以用聲波或者電磁能以可以對目標結構的劇烈影響而對相鄰的非共振結構幾乎不起作用的能級對著特定的生物結構。儘管以前沒有人提出過，生物結構起活的、共振壓電換能器的作用，調製機械和電磁能的轉換無疑是電磁場與生物結構之間相互作用的一個重要機制。
在聲電效應方面，聲波通過一個半導體誘導出電流。人們認為，聲波通過該物質引起電荷載流子勢能的周期性空間變化。只要聲波穿越半導體，上述作用就產生跨半導體的末端的電場。自由電子載流子在勢疊槽中聚束，並且當具有特定頻率的聲波傳播時拖帶所聚集的束，產生電場，諸如以特定的聲頻脈動的直流電場或者具有與特定的聲頻相等頻率的交流電場。在既有正載流子也有負載流子時，及有生物系統中常見的許多不同載流子狀況群時，所述效應還會加強。產生的電流的特徵取決於所述結構的獨特的分子和原子成分。僅這個方面就提供了對生物體進行聲電頻譜測量的手段，而許多生物體是半導體，並且根據選擇的頻率，聲電效應在生物結構中有許多潛在的實際應用。這樣可以了解，目標結構可以受照射於或者說暴露於具有非共振頻率的聲能，然後可以檢測該結構中的聲電效應的電磁能譜式。檢測出的電磁能譜式可以用作檢測和辨識目標結構的特徵圖譜。
然而，當應用聲共振的原理時聲電效應就會更加有用。可以對特定的結構用可以劇烈地影響目標結構而對周圍的、非共振的結構幾乎不起作用的能級達到加強、檢測、和/或破壞生物體。由聲電效應在共振結構中產生的電流要比在鄰近的非共振結構中產生的任何電流都要強得多，並且可以有交變特性。從共振結構得到的大信號噪音比改進了聲和電磁譜式辨識和檢測的準確性。類似於壓電效應和聲共振內在能量耗散途徑的逆變(見前)，對目標結構應用共振聲電電磁譜式會放大聲波(聲電增益峰值所在頻率的聲波波長是德拜波長，在此波長聚束作用最佳)。因此聯合使用共振聲和聲電電磁場使高頻聲能可有較大的組織穿透，不這樣，高頻聲波就會受到高度衰減從而組織穿透性差。一起使用共振聲頻和聲電電磁場還能夠使用兩類能的功率級較低，減少對非目標及非共振結構的影響。
以單調、振蕩或者共振方式，磁聲效應是聲場的磁場依賴性衰減，取決於涉及的物質的電特性。取決於結構的組成，得到的這個可變性經過附加磁場在生物體和其他結構方面提供了聲-電磁頻譜的進一步加強。還有，附加磁場也為放大或者衰減聲場提供了手段，從而改進或者調製聲場在生物組織中的穿透。
類似地，共振聲與聲迴旋共振結合(即共振聲回旋加速共振)以及都卜勒漂移共振聲回旋加速共振提供一種強力的、精確的手段，由此選擇性地加強、檢測和/或破壞結構。
本發明提供一種把聲共振的原理應用於生物結構的方法，以達到破壞和/或加強特定的目標生物結構功能的目的。生物結構的共振聲頻可以由本領域內公知的方法和系統通過形成共振聲頻譜確定。特別是，生物結構的共振聲頻可以由以下步驟測定a)向生物結構施加聲能並且經一個聲能頻率範圍掃描；和b)檢測至少一個從生物結構引起最大輸出的特定頻率，最大的輸出表示此生物結構由此至少的特定頻率誘導成聲共振。
引起最大信號的特定頻是此生物結構的共振聲頻，它在本發明中定義且用作為此生物結構的聲特徵圖譜。一旦確定，至少可以把一個共振聲頻施加在此生物結構上，用以產生本文所述的功能和/或測定其聲-電磁特徵圖譜。
包括共振聲頻的聲能用足以影響此生物結構功能的功率級施加。取決於聲能的功率強度和導入共振的目標結構的類型，所述結構的功能受到影響，例如破壞和/或加強。
在低的功率級可以加強生物結構的功能，而在高的功率級可以破壞此結構。本文所用的加強包含了對生物結構的有益作用。這種功能加強或者加強作用包括但是不限於增加發育、繁殖、再生、坯胎發生、代謝、發酵等等。這種加強的結果包括，但是不限於骨質或者骨密度的增加、卵的數量和成熟性的增加、白細胞數量和/或功能的增長、啤酒和酒及乳酪製造業中發酵產物的增加、植物發芽和生長的增加等。
如本發明所公開，有一些情況下用共振聲能選擇性的破壞某些結構是非常有用的。如前文所述，本文所用的破壞是指對生物結構的破壞作用。這種破壞作用包括，但是不限於，導致生物體或者此生物體結構的一或多個組成的分解、粉碎、破裂的生物結構的結構失效。本文所用的破壞還包括在其範圍內抑制發育、繁殖、代謝、感染等所需要的生命過程。可以作為破壞目標的組成包括但是不限於，DNA、RNA、蛋白、炭水化合物、脂、脂多糖、糖脂、糖蛋白、蛋白多糖、葉綠體、線粒體、內漿網、細胞、器官等。在毒性有機物的情況下，可以特別地針對毒性因素來破壞以防止或者抑制此有機物生長、感染或者致毒。這種毒性因素包括但是不限於內毒素、外毒素、菌毛、鞭毛、蛋白酶、宿主細胞受體的配位子、莢膜、細胞壁、孢子、殼質等。
適於用本發明的方法破壞的有機體、生物體或者其一或多個靶蛋白包括但是不限於，病毒、細菌、原蟲、寄生蟲、真菌、蠕蟲、軟體動物、節肢動物、組織團塊等等。要受破壞的有機體或者生物體可以是分離的、存在於多細胞機體或其部分中的、或者其它的複雜環境中的。
我們認為，因僅在目標結構中引起的聲共振發生的而不影響鄰近的組織或者結構的，對目標生物結構的破壞，直到現在才考慮為一種作用於生物結構的機制。這與在先技術的揭示有很大的區別，在先技術只著眼於三個作用於生物結構的機制，即空化、熱和機械作用。
在特定的功率級，諸如在低功率級，不引起結構的實際破壞，共振聲能可以內在地在結構內向相鄰的媒介中耗散。這種內在地耗散的能量可以由此結構轉化成電磁能，轉化的電磁能具有特定的性質和/或場可以表現為直流和交流電流、磁場、電磁輻射等等。這種電磁能的譜式代表此結構的聲-電磁特徵圖譜。
本發明提供一種測定結構的聲-電磁特徵圖譜的方法，含有用頻率為或者接近以前測定的結構共振聲頻的聲能輻射此結構，以在其中引起共振並且檢測由內在能量耗散引起的電磁能譜式。
一旦測定了特定結構的聲-電磁特徵圖譜後，這個結構就可以通過施加等效於此結構的聲-電磁特徵圖譜，諸如等效於此結構的聲-電磁特徵圖譜、直流和交流電流、電磁場、及電磁輻射等等的電磁能來引起聲共振。
這樣，本發明通過施加等效於目標結構預定的聲-電磁特徵圖譜的共振聲頻和電磁能，應用聲共振的原理，個別地或者聯合地作用於目標結構，此方法包括下列步驟a)施加目標結構的至少一個共振聲頻率和/或引入等效於目標結構的聲-電磁特徵圖譜的部分或者全部的電磁能；及c)各以一個功率強度施加(a)和/或(b)，以在目標結構內引起聲共振並且影響此結構的功能。
如以上所述，不論是目標結構的共振聲頻率還是聲-電磁特徵圖譜都要預定，以提供可以用在結構中引起聲共振的能量。電磁能可以用直流或者有等效於當把此結構引導進共振時檢測的電磁能譜式的特定頻率交流電的形式引入目標結構中。而且各種形式的能量可以以低於個別使用的能量級施加，從而使得能在結構內引起共振同時可以減少對結構的損害。
本發明提供一種用共振聲和/或聲-電磁能檢測和辨識無機物或者生物結構的方法。此方法包括通過用一個範圍的頻率輻射一結構來測定在其內引起聲共振的特徵頻率，以產生此結構的聲特徵圖譜而測定此聲特徵圖譜。這個聲特徵圖譜可以與參考特徵圖譜比較，以檢測和/或辨識此結構。
而且，結構的辨識和/或檢測也可以通過檢測目標結構的聲-電磁特徵圖譜達到，此方法包含步驟a)在目標結構中誘導聲共振；和b)從聲共振中的目標結構中檢測電磁能譜式即代表結構的聲-電磁特徵圖譜。
可以把聲-電磁特徵圖譜與參考特徵圖譜比較以檢測和/或辨識此結構。
可以通過引入包括至少一個聲頻、等效於此共振聲頻的電磁能、和/或等效於此聲-電磁特徵圖譜的電磁能譜式把目標結構誘導成聲共振。
表現為電磁特性和場的電磁能譜式可以通過本領域內的一般技術人員公知的檢測手段檢測，如由Erik V.Bohn著而由Addison-WesleyPublishing Co.1968出版的Introduction to Electromagnetic Fields andWaves所公開的，其內容本文引作參考。
本發明的另一個實施例中，可以通過向一結構施加此結構的部分或者全部聲-電磁特徵圖譜以把此結構導入聲共振來把此結構導入聲共振。如果將該結構導入聲共振，這個事實可以用作檢測和/或辨識此結構。這代表本發明的另一個可以用於辨識或者檢測特定結構的方法，因為每種結構不僅有一個其獨特聲特徵圖譜，而且還有一個通過聲共振對之響應的獨特聲-電磁特徵圖譜。還有，取決於電磁特性和/或場以及導入聲共振的目標結構類型，此結構可以使其功能受到影響，如破壞和/或加強。
在以上所有實施例中，引入聲和/或電磁能包括一個按所需效果連續和/或周期地施加的共振聲頻。
聲和/或電磁場可以個別地也可以聯合地施加。類似地，聲和/或電磁場可以個別地也可以聯合地檢測。
許多生化成分和生物結構自然地發生結晶，從而特別在這方面易於受到共振聲能的影響。許多生物物質是壓電材料，例如，骨是一種壓電材料，並且骨的壓電特性在其生物學的功能中起重要的作用。因此，本發明人進一步設想，具有壓電特性的生物結構可以通過施加足量的聲能和/或電磁能以把此結構導入共振而影響，從而既可正面也可負面地影響結構的功能。因此可以理解，起活的壓電換能器作用的生物結構可以通過引入等效於該生物結構的共振聲頻的電磁能誘導成聲共振，電磁能由此活的換能器轉換為機械能從而在此結構中誘導聲共振。
本發明的另一個方面是一種通過檢測一結構的共振聲和/或聲-電磁特徵圖譜來檢測生物或者無機結構的系統，含有a)在生物或者無機結構中誘導聲共振的裝置；b)檢測生物或者無機結構中的聲特徵圖譜的裝置；和c)把生物或者無機結構的聲特徵圖譜與該結構的參考聲特徵圖譜進行比較的裝置；還有，上述系統還可以含有或者取代以檢測共振的結構的共振聲-電磁能特徵圖譜的裝置，所述聲共振產生一種如以上所述的電磁能譜式。可以通過在檢測或者辨識系統中提供比較裝置把聲-電磁能特徵圖譜與以前測定的參考特徵圖譜進行比較。電磁能譜式表現為電磁特性和/或場，包括但是不限於，直流和交流電形式的能、電場和磁場、及電磁輻射。可以通過引入包括至少一個共振聲頻的聲能、等效於共振聲頻的電磁性能和/或等效於聲-電磁特徵圖譜的電磁能譜式把目標結構誘導成共振。
本發明的另一個實施例中，一種加強和/或破壞目標生物結構的系統包含施加包括一個預定共振聲頻的聲能以在此生物結構中誘導聲共振的裝置，此聲能以足夠的功率輸入施加來影響此生物結構的功能。變通地，可以通過提供等效於以前測定的、諸如直流和交流電流、電場和磁場、及電磁能等類的共振聲頻或聲-電磁特徵圖譜的電磁能，把目標結構誘導成聲共振。
在又一個實施例中提供一種引入頻率是或接近目標結構的聲共振頻率的聲能來加強此共振聲頻的系統，含有引入一個是或接近目標結構的共振聲頻的頻率的裝置；和引入電磁能的裝置，引入的電磁能等效於以前作為此結構的聲-電磁能特徵圖譜測定的、諸如直流和交流電流、電場和磁場、及電磁輻射等類的電磁能特徵譜式。
等效於聲-電磁特徵圖譜的聲能和電磁能通過一個可施加兩種能量的單一裝置施加和/或檢測。
本發明的其它目的、優點和新穎特徵在下面的說明中給出，並且部分地為本領域內的一般技術人員通過檢閱下文或者學習本發明的實踐來了解。本發明的目的和優點可以藉助於所附權利要求和其具體組合實現和得到。
參照附圖閱讀以下的詳細說明會更加理解本發明的其它目的、特點和許多優點


圖1是一個基本聲能發生系統的方框圖。
圖2是一個基本的聲能檢測系統的方框圖。
圖3是一個施加於生物結構的靜磁場的方框圖。
圖4是一個施加於生物結構的振蕩磁場的方框圖。
圖5是一個施加於生物結構直流或者交流電流的方框圖。
圖6是一個施加於生物結構的靜電荷的方框圖。
圖7是一個向生物結構發放電磁輻射的方框圖。
圖8是一個檢測生物結構中靜或振蕩磁場的方框圖。
圖9是一個檢測生物結構中靜電荷的方框圖。
圖10是一個檢測從生物結構發射的電磁輻射的方框圖。
圖11是一個檢測生物結構中直流或交流電流的方框圖。
圖12是表示一種測定病毒的共振聲頻方法的方框圖。
圖13是表示一種分析共振聲場對病毒的作用方法的方框圖。
圖14是表示一種用共振聲場體外破壞病毒的方法的方框圖。
圖15是表示一種用共振聲場經血管體內破壞病毒的方法的方框圖。
圖16是表示一種用共振聲場體內在多細胞器官內破壞病毒的方法的方框圖。
圖17是表示一種用共振聲場探頭在多細胞器官的一部分中破壞病毒的方法的方框圖。
圖18是表示一種用共振聲場片在多細胞器官的一部分中破壞病毒的方法的方框圖。
圖19A和B是表示一種測定病毒的共振聲和/或聲-電磁場頻率的方法的方框圖。
圖20是表示一種分析共振聲和/或聲-電磁碣對病毒的作用的方法的方框圖。
圖21是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場體外破壞病毒的方法的方框圖。
圖22是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場體內經血管破壞病毒的方法的方框圖。
圖23是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場在多細胞器官的一部分中破壞病毒的方法的方框圖。
圖24A和B是表示一種測定微生物的共振聲和/或聲-電磁的方法的方框圖。
圖25是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場加強微生物方法的方框圖。
圖26是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場破壞微生物方法的方框圖。
圖27是表示一種測定節肢動物的共振聲和/或聲-電磁頻率的方框圖。
圖28是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場能破壞節肢動物的方法的方框圖。
圖29是表示一種加強和維護骨質疏鬆患者正常骨結構的方法的方框圖。
圖30是表示一種維持正常減肥個體的正常骨結構的方法的方框圖。
圖31是表示一種用共振聲和/或聲-電磁能檢測良性或惡性組織類型的方法的方框圖。
圖32是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場能刺激和/或破壞細胞間的蛋白多糖粘連單元的方法的方框圖。
圖33是表示一種用共振聲和/或聲-電磁能加強、辨識、檢測、和/或破壞多細胞機體結構的方法的方框圖。
圖34是表示一種用共振聲和/或聲-電磁能增加多細胞機體發育速率的方法的方框圖。
圖35A和B是表示一種測定無機物或結構的共振聲和/或聲-電磁頻率的方法和系統的方框圖。
本發明的方法含有向無機結構或生物結構發送共振頻率的聲能，如
圖1所示。使用本領域內的一般技術人員公知的方法，任何能夠產生和經任何媒介傳輸聲能的裝置都可以用於發生本發明使用的共振聲頻。這包括但是不限於，使用傳統的電磁激勵壓電換能器、(人造或者天然的)、純機械裝置(諸如高頻氣笛)、和萊塞裝置來產生聲能。聲能系統的各種部件可以在市場上從廣泛的製造廠家處購得，它們可以構形為特殊應用和特殊頻率範圍，(參見Thomas Directory ofAmerican Manufactures,Photonics Buyer′s Guide,1996,Microwave andRF,and Engineer′s Master Catalogue)。
任何振蕩器，也稱信號發生器或者說函數發生器，只要產生具有預定頻率、模式、脈衝寬度、波形、和重複率的信號的，都可以用於產生本發明所用的共振聲頻。市場上可以購到頻率範圍從幾赫芝到幾吉赫芝的各種振蕩器或者信號發生器，諸如MicroLambda LMOS系列(500MHz-18GHz)、BK Precision 2005A(100KHz-450MHz)(BKPrecision,Chicago,IL)、Tektronic SMEO2(5KHz-5GHz)，和Tektronic 25SME4040(0.5Hz-20MHz)(Tektronic,Inc.位於Beaverton,OR)，及Matec700系列(1-1100MHz)等等。
共振發生的頻率取決於結構的尺寸、形狀和組成。例如，一個球體的共振頻率是聲的波長等於球的半徑的頻率。更複雜的結構-圓柱體一有兩個基於兩個方向軸的共振頻率，一個共振頻率的波長等於此長度的1.5倍。結構的形狀越複雜，共振聲頻的譜式就越複雜，但是，發生共振的波長大致地與結構的尺寸相當。
與特定波長匹配的頻率取決於結構的組成，根據公式速度=頻率×波長(1)
式中速度指聲波在構成此結構的媒介中傳播的速度(聲速)。儘管聲在各種生物結構中的速度各不相同，但是大致相當於聲在水中傳播的速度(1500米/秒)，因為多數生物機體主要是由水組成的。使用聲在水中的速度作為聲波的速度並且用結構的尺寸大致等于波長，在有機或者生物結構中的共振聲頻率由下式給出頻率=速度/波長=速度/尺寸=1500米/秒/尺寸(2)(請見下面的列表)其它已知的聲在生物組織中的速度各不相同，包括(1)肝(1550米/秒；(2)肌肉(1580米/秒)；(3)脂肪(1459米/秒)；(4)腦(1560米/秒)；(5)腎(1560米/秒)；(6)脾(1570米/秋)；(7)血液(1575米/秒)；(8)骨(4080米/秒)；(9)肺(650米/秒)；(10)眼的晶狀體(1620米/秒)；(11)房水(1500米/秒)及(12)玻璃體(1520米/秒)。含有聲速與水中聲速不同的組織的目標有機或者說生物結構的共振聲頻範圍用同樣的公式(速度/波長)得出，並且與下面列出的表相關，按聲在目標組織中的速度有所加減。
儘管聲能在特定媒介中的速度大部分是恆定的，速度對於頻率稍有依從性，-這是一種稱為頻散的效應。例如，在1到20MHz的頻率範圍上，聲速變化為1％。因此，在本發明中，共振頻率或者至少目標結構的共振頻率可於其內發現的頻率範圍，取決於結構的尺寸、形狀和組成、和受檢的特定頻率範圍。生物結構一些近似聲共振頻率包括在下面的表1中。
表1生物結構的近似聲共振頻率範圍(聲速=1,500m/s)
為得到聲能從一個媒介到另一個媒介的最大傳輸，應當使其特徵聲阻抗儘可能地彼此相等。這個阻抗匹配的問題，如其名稱，發生在物理學的許多分支中，並且用在聲學技術中，作為匹配兩個分別為R1和R2的不同聲阻抗的方法。匹配的媒介夾在其它兩個媒介之間並且厚度應當大致與傳播的聲波長相當，其聲阻抗R應當近似等於 市場上可購得的可以用於本發明的阻抗匹配裝置包括MatecInstruments,Inc.生產的Model 60型。
聲能可以由把接收的電磁能轉換成快速的、物理的振動從而轉換成聲能的換能器產生。早期的聲換能器使用天然晶體的壓電特性產生聲能波。
電磁能→壓電換能器→聲能波新型的換能器使用諸如鐵電陶瓷(鈦酸鋇、鈦酸鉛，或鋯酸鉛)和氧化鋅之類的材料。材料工程中的新進展也產生了可以做成片和線形的壓電聚合物，使之應用多樣化。
換能器也可以在市場上從廣泛的廠家購買，構形多樣可以為特定應用和頻率構形。本發明可用並可從市場購買的從赫芝到吉赫芝頻率範圍的聲換能器例子包括Matec寬帶浸入式換能器MIA系列(10-196MHz)、Matec寬帶換能器MIBO系列(5-10MHz)、Matec寬帶換能器MICO系列(3.5MHz)、Matec寬帶換能器MIDO系列(2.25MHz)、Matec寬帶換能器MWO系列(50KHz-1MHz)、MatecGPUT系列(500KHz-20MHz)、Matec血管內血流換能器VP-A50系列(5-30MHz),Teledyne Electronic Technologies公司的相內或相外寬帶MHz/GHz(達17.5GHz)在藍寶石上塗氧化鋅和可帶有反射塗層的陣列換能器，和Channel Industries生產的Kilohertz換能器。在超高聲頻(達GHz和THz)可以使用脈塞和萊塞系統。
換能器可以產生頻率範圍內(寬帶)或一個特定頻率(窄帶)的聲波。
市售的聲放大器包括但是不限於Matec門選放大器系統(100KHz-200MHz)，和Model 607L型EM寬帶放大器(0.8-1000MHz)。
完整的聲系統包括電源、計算機接口、脈衝寬度發生器、門選放大器、寬帶接收器和相位檢測器(100KHz-100MHz)，可以從Matec等廠家購買。
聲發送系統按應用而不同。聲能波既可以通過直接使換能器與目標結構媒介直接接觸傳輸到氣、液或者固體的媒介中，也可以經其它的結構或者媒介耦合傳輸聲波，所述結構或者媒介之一與目標結構直接接觸。在生物結構的情況下，經多重結構或者媒介的耦合傳輸在聲波經多層生物組織到達其目標結構時就是經常出現的。如果目標結構是液體，換能器可以放進液體與之直接接觸，也可以把換能器放進一個其壁本身就是換能器的容器中而與液體直接地接觸。還有，換能器可以放在其內放置液體的容器的壁外。
如果目標結構是固體，也可以把換能器放置得與之直接接觸。固體可以放置在用作耦合劑的氣體或者液體中。換能器放在固體表面上時，液體或者凝膠型耦合劑也可以在耦合一個在分立固體和一個換能器之間。
本發明還涉及接收和分析從無機或者生物結構得到的聲能，如圖2所示。使用本領域內的一般技術人員公知的方法，任何能夠經任何媒介接收和分析聲能的裝置都可以用於檢測本發明使用的共振聲和/或聲-電磁頻率。
聲能波的檢測基本上是產生聲能波的逆過程。衝擊換能器的聲能波施加機械應力，經壓電效應產生與機械應力成比例的電極化。得到的電磁能經示波器之類的裝置電子地轉換成可讀的形式。
電磁能←壓電換能器←聲能波。
這樣，使用可逆的壓電效應，壓電換能器可以用於產生也可以用於檢測聲能。
誘導進聲共振狀態後的結構會發出振動波，振動波會在換能器中引起機械應力。轉而，與聲波同頻率的電勢差表現為跨連接到換能器電極的電壓。
可以用於本發明的示波器包括但是不限於，諸如BK Precision21-60A(0-60MHz)、Tektronix TDS784A(0-1 GHz)、Tektronix TDS 820(6-8GHz)、Tektronix 1180aB(0-50GHz)；和頻譜分析儀，諸如Hewlett-Packard 8577A(100Hz-40GHz)、HP 8555A(10MHz-40GHz)、Tektronix 492(50KHz-21 GHz)、Anritsu MS62C(50Hz-1.7GHz)和Polarad640B(3MHz-40GHz)，它們均有市售。
完整的聲檢測分析系統(50KHz-100MHz)包括電源架、計算機接口、脈衝寬度發生器、門選放大器、寬帶接收器、相位檢測器、控制軟體、前置放大器、二極體擴展器、倍頻器、濾波器和衰減器，可以從Matec Instruments Inc.等廠家購買。
可以反射也可以傳輸受檢查的聲能。例如，用傳統的醫學超聲波方法，聲波從單個換能器產生。聲波衝擊各種結構。一些聲波從結構反射回並且由同樣的單個換能器檢測。一些聲波還可以經此結構傳輸。許多工業的聲能應用利用傳輸波而不是反射波。
本發明還包含以共振聲和/或共振聲-電磁頻率向目標結構發送電磁能，如圖3-7所示。
如果共振系統沉入液體環境(如多數生物結構的情況)，能量的耗散經系統中的內在源發生(即經置換成電磁能)，或者經向鄰近的媒介中的損失發生(即經耦合和傳輸聲能)。使用本領域內的一般技術人員公知的方法，任何能夠經任何媒介發生和傳輸能的裝置都可以用於發生本發明所用的共振聲和/或聲-電磁能，包括但是不限於，靜磁場和振蕩磁場(圖3和4)、直流和交流電流(圖5)、靜電荷(圖6)、電場和電磁輻射(圖7)。
用於發送直流和交流電流的電極可以在市場上從許多各種廠家購買。
磁場發生器市售可得，包括Radio Shack Rareearth生產的Magnets 64-1895、GMW Model 5403 AC型等。
圖1和2中所用的上述振蕩器和信號發生器均有市售的。類似地，還可買到許多電磁發送系統，包括Waveline Model 99系列、Standard Gain Horns(1.7-40GHz)和JEMA JA-150-MS。
本領域內的一般技術人員公知的把生物結構暴露於電磁能的系統包括消聲室、橫向電磁場池(TEM)、共振腔、近場合成器、波導細胞培養暴露系統和同軸傳輸線暴露池。
本發明還涉及接收和分析從目標結構發出的電磁能，如圖8-11所示。使用本領域內的一般技術人員公知的方法，任何能夠經任何媒介檢測和分析電磁能的裝置都可以檢測用於本發明的共振聲和/或聲-電磁頻率。直流和交流電流可以通過用下列15和電壓表，如BK Precision2831A(0-1200V,0.1mV解析度或者BK Precision 3910-1000V,10μV解析度)測量電壓改變分析，靜電荷檢測(圖9)通過用諸如Honeywell生產的HET Micro Switch 5594A1F換能器和Analog Devices公司的精密放大器集成塊AD524測量靜態的和振蕩的磁場改變(圖8)進行。電磁場兼容並且無擾動的監測電極是用Technical 20 Fluorocarbons andEngineering Polymer Corp生產的載炭聚四氟乙烯製造的。
寬帶測量計有市售的，如Aeritalia RV and 307(1-1000MHz)、General Microwave Raham 12(10MHz-18GHz)、Holaday Industries 3000系列(5-300MHz和500MHz-6GHz)、Narda Microwave 8608(10MHz-26GHz)、Instrunents for Industry RHM-1(10KHz-220MHz)等等。
電場強度計有市售的，來源包括但是不限於，Rohde SchwarzMSU(25-1000MHz)、Rohde Schwarz MSU(0.1-30MHz)、ScientificAtlanta 1640APZ(20MHz-32GHz)、Electro-Metrics EMS-25(20KHz-1GHz)、Anritsu M的NM系列(500KHz-1GHz)等等。
磁場可以用Bartington Fluxgate Nanoteslameter,Mag-01等來分析。
頻譜分析儀有市售的，來源包括但是不限於，HP 8566A(100Hz-40GHz)、HP 8555A(10Hz-40GHz)、Tektronix 492(50KHz-21GHz)、Anritsu M562C(50Hz-1.7GHz)、及Polarad 640B(3MHz-40GHz)等等。
熱耦電場探頭由Narda生產，而可以組織植入的電場探頭包括例如，Narda 26088、EIT 979和Holady IME-O1。場探頭可以通過光纖遙測與外電路連接。這限制了檢測場的擾動並消除了射頻幹擾，從而提高了信號噪音比。配有傳輸器和接收器的光纖接頭可以在上從Hewlett-Packard和Burr-Brown公司購買。
電磁發射器包括但是不限於，JEMA,Model JA-150-MS型(139-174MHz)等等。
儘管相對於某些特定實施例和某些系統說明了本發明，但是應當理解可以有許多改變，並且可以使用其它設備和/或部件安排而不偏離本發明。在某些情況下這類改變和代替可能需要一些試驗，但是僅涉及常規的檢測。
後文中的例子和特定實施例的說明將充分地揭示本發明的一般性質，從而使其它人通過應用現有的知識對於不同的應用可以方便地修改和/或改進這些實施例，而不偏離所述一般概念，因此應把這些修改和改進包含在公開的實施例和系統組成的等效範圍內。
例1破壞、加強、檢測和/或辨識病毒因為在一個結構中誘導共振可以由於該結構的一或多個組分破裂導致突然的和不可逆的結構失效，所以可用共振能選擇性地破壞生物結構。本發明使用對每種特定病毒獨特的共振頻率下的聲能和/或聲-電磁能，利用病毒的剛性的、晶體結構來檢測、加強、辨識和/或物理破壞病毒結構。病毒可以認為是壓電晶體，因此可以起活的換能器的作用。
由病毒引起的人類疾病包括肝炎、流感、水痘、腮腺炎、麻疹、天花、獲得性免疫缺損綜合症(愛滋病)、伊波拉病、脊髓灰質炎、出血熱、皰疹和毛細胞白血病。
由病毒引起的動物疾病包括但是不限於，狗的微小病毒感染、貓白血病、牛水痘、狂犬病和雞瘟。
植物生命的病毒疾病的一個最著名的例子是發生在愛爾蘭的、由感染土豆植株的病毒引起的歷史性土豆荒。
有兩種主要類型的病毒對稱-二十面的和螺旋的對稱。二十面形大致相當於足球，而螺旋形樣似玩具圈線。病毒大多數歸為這兩類，其餘的是複雜的或者未知的。二十面形大致上是由二十個相同的等邊三角形組成的球形，有五重三軸對稱。螺旋形中，從核酸中盤旋出衣殼單元，它們起源於病毒的中心，並且只有一個螺旋的對稱軸。
在每個對稱群中，病毒可以進一步分開為DNA群和RNA群。病毒具有中心核酸質的核，不論是DNA還是RNA。這個核酸的核由一個對稱的蛋白殼包圍，稱為衣殼或者蛋白殼。衣殼由單個的衣殼體形態單元(衣蛋白亞單元)構成，這些單元又由各個結構單元構成。結構單元也稱作晶體單元，因為它們形成重複的格式並且可以用X光晶體衍射技術顯示。結構單元是病毒結構的基本組元件並且常常是相同的蛋白。
有些病毒中，一種脂蛋白膜或稱被膜包圍著衣殼。被膜從宿主細胞膜衍生，並且由病毒在其脫離宿主細胞時而個性化。被膜可攜帶具體的病毒蛋白，諸如血凝素或神經氨酸苷酶，後者對病毒的未來功能和存活是重要的。一些病毒的被膜密布著突起或稱為膜粒，形似於圍繞邊緣的叉指。叉指可能對病毒的功能和生存是重要的。
經典地，當對某些介電(不導電)晶體施加機械應力產生與機械應力成比例的電極化(單位立方米的電偶極矩)時，就說是存在壓電現象。反之，對晶體加電磁場產生機械應力和形變，並且從而產生聲能。
晶體中壓電現象的必要條件是沒有對稱中心。32種經典明確的晶體類別中有二十種沒有對稱中心和壓電的。病毒是晶體結構的並且從而是對使用共振頻率下的聲和/或聲-電磁能引起的振動作用敏感的。二十面形病毒有五重對稱，從而其晶體結構中沒有經典的對稱中心，這是壓電物質的必要條件。螺旋形病毒同樣沒有經典的對稱中心，因為螺旋的衣殼偏離中心軸90度。除了病毒的晶體結構對聲能的振動共振作用敏感之外，如本發明中所用的病毒，還可以起壓電的、聲共振結構的作用。
無機化學中定義的經典32群天然晶體沒有包括五重對稱，也沒有包括偏離的螺旋對稱。本發明人認為病毒可以代表第33和第34群天然晶體。
本發明有可能顯著地減少全球人口遭受的病毒感染的數量和嚴重性。本發明有潛力增加疫苗或病毒基因轉移物產量。還有，本發明有獸醫學的應用，即，治療牲畜和家禽的病毒感染，以及農業應用。與在先技術使用超聲範圍的非共振頻度率不同，本發明使用在特定病毒中引起共振而不在相鄰組織中引起共振的特定頻率。本發明的方法還使用與病毒在聲共振狀態下產生的聲-電磁特徵圖譜等效的電磁能，並且利用病毒壓電的、內在的能量耗散、聲電的、和/或磁聲特性，或單獨地、或相互結合地或者與共振聲場結合地使用。
病毒的破壞對於治療多細胞機體是有用的，尤其是治療對病毒感染敏感的動物，包括哺乳動物、鳥類、植物、果品、昆蟲、節肢動物等，或者其中易受病毒感染的部分。可以用破壞病毒治療的多細胞機體的部分包括但是不限於，整體、肢體、器官，如腎、脾、肝、胰、心臟、肺、胃腸道等等，和組織，如角膜、骨、骨髓、血液、軟骨等等。多細胞機體衍生的產品如血液也包括在本發明的範圍內。
在一個用於破壞病毒的本發明實施例中，受治療的身體或者身體部分可以浸入在傳導媒介中，然後聲波以共振頻率經此媒介施加在身體或者其部分上，以引起感染該身體或其部分的病毒共振和破壞。治療的時間長度要足以破壞現有病毒的至少約25％，優選至少約50％。在一個優選實施例中，治療的時間長度為足以破壞病毒的至少約50％至約100％，同時對宿主多細胞機體幾乎沒有或者根本沒有有害的副作用。功率強度取決於組織或者機體，可以在1×10-11W/平方米到1×1011W/平方米，並且優選100至10,000W/平方米。
當多細胞機體受一種以上病毒屬或者種的感染時，最好用特定於破壞感染該機體的每一型病毒的共振頻率治療該機體。在人感染HIV-1病毒時，可以發生巨細胞病毒、腺病毒、帶狀皰疹病毒等等引起的機會感染。這種情況下可以對感染人的每種有機物各施加獨特的共振頻率。
本方法有益於器官或者組織移植。移植前對施主器官或組織的治療防止或者抑制致病病毒傳播給受主。這種方法有用於異種移植、異屬移植和同屬移植等等。為破壞病毒要處理的施主器官或組織包括但是不限於角膜、心臟、肝、肺、皮、骨、骨髓細胞、血和血製品、腎、胰等等。
可以使用本文所述破壞方法抑制或者處理的反轉病毒引起的疾病例子包括但是不限於，愛滋病、白血病、鼠乳腺瘤、肉瘤等等。
由肝炎DNA病毒引起的疾病例子包括但是不限於，B型肝炎、C型肝炎、肝癌、土撥鼠肝炎、地面松鼠肝炎、鴨肝炎等等。
可以使用本文所述破壞方法預防、抑制或者處理的由肝炎病毒引起的疾病例子包括但是不限於，生殖器及口腔皰疹、水痘、帶狀皰疹、巨細胞病毒病(出生缺陷和肺炎)、單核細胞症、布基特氏淋巴肉瘤、鼻咽癌、牛乳腺炎、類狂犬病等等。
可以使用本文所述破壞方法預防、抑制或者處理的由痘病毒引起的疾病例子包括但是不限於，天花、牛痘、類牛痘、傳染性軟疣、傳染性膿瘡皮炎、水牛痘、駱駝痘、猴痘、家兔痘、鼠痘、牛丘疹、家禽痘、火雞痘、綿羊痘、山羊痘、野免痘、松鼠痘、鵝痘等等。
可以使用本文所述破壞方法預防、抑制或者處理的由乳多泡病毒引起的疾病例子包括但是不限於，人疣病毒、生殖器疣、宮頸癌、進行性多灶性腦白質病、鼠、猴、家免中的疣和腫瘤。
可以使用本文所述破壞方法預防、抑制或者處理的由腺病毒引起的疾病例子包括但是不限於，上呼吸道感染、胃腸炎、結膜炎和腫瘤。
可以使用本文所述破壞方法預防、抑制或者處理的由微小病毒引起的疾病例子包括但是不限於，傳染性紅斑、骨髓障礙、類風溼性關節炎、致命低出生重量、貓白血病等等。
可以使用本文所述破壞方法預防、抑制或者處理的微小RNA病毒相關疾病例子包括但是不限於，脊髓灰質炎、A型肝炎、普通感冒、口蹄疫、腦炎、心肌炎、腸炎、鵝血管病、傳染性血管疾病等等。
可以使用本文所述破壞方法預防、抑制或者處理的由呼吸道腸道孤兒病毒引起的疾病例子包括但是不限於，上呼吸感染、科羅拉多蜱傳熱、腸胃炎等等可以使用本文所述破壞方法預防、抑制或者處理的正粘病毒相關疾病例子包括但是不限於，人流感、豬、馬、海豹、鳥類流感等等。
其它可以使用本文所述破壞方法預防、抑制或者處理的由病毒引起的疾病例子包括但是不限於，病毒腹瀉、嬰兒腸胃炎、鵝水皰疹、海獅病腦炎、登革熱、黃熱病、風疹、馬腦脊髓炎、豬霍亂、布氏熱、奧氏熱、裂谷熱、剛果出血熱、尼羅比綿羊病、非洲鵝熱等。
本發明破壞病毒的方法還可以用於農作。例如植物、果實、蔬菜等等，懷疑由病毒引起的疾病可以用共振聲和/或聲-電磁能處理來破壞病毒。為破壞病毒要處理的植物部分包括但是不限於，種子、苗、果肉、葉、蔬菜、果實等等。
本發明的方法包含向病毒以共振頻率發送聲能。例如，共振頻率的定性和定量可以用
圖12所示的裝置試管內測定。一滴有已知的共振聲特性並且其中還含有由標準病毒學方法測定的已知病毒的液體(全血、血清、培養液或者宿主細胞等)放置在一個已知共振聲特性的吸收媒介(紙、賽酪酪、綿、聚合物等)薄盤上。可以使用載病毒組織或者材料的薄層切片(包埋或者切片材料，如市售的有Polysciences,Inc.JB-4包埋、蠟、免疫床箱、LR Gold,Osteo-Bed骨箱、PolyfeezePEG4000樹脂、PolyFin蠟等等)。病毒盤放置在上文公開的兩個低GHz或高MHz換能器之間並且夾持在位。
為病毒的共振特徵圖譜定性作檢查的目標頻率範圍用聲在生物組織中的速度1500米/秒除以基於病毒尺度的所需波長得到。如果病毒的尺度未知，可以使用領域內公知的技術由電子顯微鏡測定。
一個換能器產生聲信號並且可以掃過一個寬帶的目標頻率，並且其它的換能器檢測傳輸的聲信號。從病毒檢測盤/切片傳出的聲信號饋入信號分析器的正端。從檢測液和盤或者檢測包埋材料發出的已知信號用作對照，並且饋入信號分析器的負端。抵消對照的特徵圖譜後剩下的顯示的共振聲特徵圖譜是樣品中的病毒發出的，從而得出定性的結果。
通過改變分析的頻率範圍和在每個頻率下比較幅度，人們可以辨識主共振頻率，和相關的諧波共振頻率。主共振頻率將有最高的幅度。每個病毒會有多重主頻，這取決於病毒的尺度，包括但是不限於，直徑、長度(圓柱形或者螺旋形)、間距、和單元距離。見表2計算出的各個病毒主頻率的範圍，計算用聲速為1500米/秒，病毒的尺度為近來由標準的病毒學方法測定的。該結果可能會有變化，這取決於特定的病毒因素，如體積模數、頻散、病毒物質中的聲速、活體比試管內尺度等，因此頻率絕不限於表2所計算的頻率。
表2Ⅰ．二十面形對稱A．DNA病毒病毒 直徑 頂端長度 頻率(#衣膜體) (nm)58％平均(nm) 單位距離(nm) (Hz)微小病毒 21 7.143×1010(32) 23 6.522×1010(腺相關病毒) 22 6.818×101012.76 1.176×10106.63 2.26×1011多瘤病毒 40 3.75×1010(JC病毒，BK病毒50 3.00×1010SA病毒40， 45 3.33×1010牛，狒狒) 26.15.75×1010(72) 137非對稱乳頭狀瘤病毒 45 (skewed) 3.33×1010(72) 55 2.72×101050 3.00×101029 5.17×1010皰疹病毒 ？非對稱95 1.57×1010(162) 105 1.42×1010(口，生殖器100 1.50×1010水痘，帶狀皰疹 58 2.58×1010Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ) 256.00×10109 1.66×1010牛皰疹病毒 95 1.57×1010(162) 105 1.42×1010100 1.50×101058 2.58×1010256.00×1010皰疹Ⅳ病毒9 1.66×101195 1.57×1011(162) 105 1.42×1010EB病毒 100 1.50×101058 2.58×1011256.00×10109 1.66×1011皰疹Ⅴ病毒 95 1.57×1010(162) 105 1.42×1010(巨細胞病毒) 100 1.50×101058 2.58×1010256.00×10109 1.66×101150nm核 3.00×1010腺病毒 70 2.14×1010(252) 75 2.00×101072.5 2.07×101042.05 3.57×10108.41 1.78×1011牛痘疫苗 200 7.5×109250 6.0×109天花 200 7.5×109(天花病毒) 250 6.0×109牛痘病毒 200 7.5×109250 6.0×109200 7.5×109傳染性軟疣病毒 250 6.0×109ORFV病毒 150 1.0×1010250 6.0×109副牛痘病毒 150 1.0×1010250 (戴恩顆粒) 6.0×109B肝病毒 40 3.75×101045 3.33×101042.528nm核 3.53×1010(球和杆形非傳染性) 5.36×1010
B．RNA 病毒病毒 直徑 三角長度(#衣膜體) (nm)(nm)單位距離 頻率(nm)(Hz)杯狀病毒 314.84×101032 354.28×1010334.54×101019.147.84×10109.96 1.51×1011微小RNA病毒256.00×101032 305.00×101027.5 5.45×101015.959.40×10108.29 1.81×1011輪狀病毒 702.14×1010(92) 752.00×101172.5 2.07×101042.053.57×101014.021.07×1010HIV851.76×1010150 1.00×1010100 1.76×1010表面棘突12nm1.25×101018nm8.33×10101/4直徑的圓錐寬度Ⅱ．螺旋形對稱RNA病毒 三角長度直徑 (nm) 單位距離頻率(#衣膜體)(nm) (nm) (Hz)流感病毒 80 1.88×1011人A,B和C， 120 1.25×1010禽病毒膜粒10nm(AB) 1.5×1010膜粒8nm(C) 1.88×1011A-6nm寬螺旋核 6.66×1011C-9nm寬螺旋核 1.66×1011副流感病毒 90 1.66×1010(腮腺炎類) 300 5.00×109螺旋15nm1.00×1011螺旋19nm7.89×10107.5nm× 2.00×10113nm 5.00×1011中心孔道5nm 3.00×1011副粘病毒 90 1.66×1010(紐卡斯爾地區， 300 5.00×109鳥，猴，麻疹) 螺旋15nm1.00×1011蝶旋19nm7.89×1010中心孔道5nm 3.00×1011呼吸道 120 1.25×1010合皰病毒 螺旋15nm1.00×1011螺旋19nm7.89×1010中心孔道5nm 3.00×1011馬堡病毒和 80nm寬螺旋形 1.88×1010伊波拉病毒 50nm內孔道 3.00×101020nm中心孔道 7.50×1010
一旦測定了定性的病毒共振聲特徵圖譜，就通過用比較已知濃度的特定病毒樣品的共振聲特徵圖譜幅度來測定定量性結果。高病毒載荷(濃度)會有高的共振聲特徵圖譜幅度。從而得到主共振頻率的幅度對病毒濃度之比，能夠分析未知濃度樣品中的病毒載荷。
另一個實施例中，產生盤/切片的共振特徵圖譜，可以通過首先把對照盤/切片夾持進換能器室並且在微處理器中存儲此共振特徵圖譜以接著處理檢測盤/切片特徵圖譜，也可以通過首先把對照盤/切片夾持進第二換能器室並且同時地掃過檢測盤/切片病毒掃描的寬帶頻率。還有，可以把檢測盤/切片夾持在換能器和一個反射面之間，並且由同一個換能器產生和接收聲波，從而分析反射的而不是傳輸的聲波。而且可以把一個或多個分析反射或者傳輸聲能的換能器浸入到一種含有病毒的液體或者媒介中。
在另一個實施例中，一個或多個分析反射或者傳輸聲能的換能器構成一個容器的壁，向其中放置一種含有病毒的液體或者媒介。
本發明還能夠通過
圖13所示的裝置在體外測定共振頻率的影響。使用本領域內的一般技術人員公知的標準病毒學培養方法，病毒培養液可以置於一個可重複用/可高溫高壓消毒的檢測筒中。檢測筒的底面是換能器，其結構為適宜於適當頻率，諸如在藍寶石底物上的氧化鋅薄膜。這樣放在檢測筒中的宿主媒介單層地分布在筒底並且與換能器直接接觸。所需共振頻率的聲能然後經培養液和宿主媒介發向病毒，並且用標準的病毒學方法分析對生長和功能的影響。通過改變聲波特性，諸如幅度、模式(連續還是脈衝)、波形(正弦、方波)、強度等，可以測定為得到特定的效果所需要的理想頻率和波形。
例如，在檢測共振聲頻對HIV的加強和/或破壞作用時，首先以共振聲幹涉(以不同的強度在不同時間長度上用不同波形格式的共振頻率)在檢測筒中使用臺盼藍染料排除試驗來分析未感染的T淋巴宿主細胞，臺盼藍染料排除試驗通過分析聲幹涉對宿主細胞的作用而排除不正常的病毒結果。步驟2包括把計算數量的HIV感染宿主細胞放進檢測筒。宿主細胞在發出聲幹涉的檢測筒的換能器/底形成單層。然後使用標準的試管內方法分析結果，諸如Coulter HIV-1 p24抗原試劑盒、HIV培養液、PCR檢測HIV-1DNA、病毒載荷測量、定量測量、時間-陽性、和生長抑制。
本發明的方法還提供了在動物體內和體外破壞病毒的裝置，如
圖14所示。例如，在感染HIV的人中，使用本領域內的一般技術人員公知的技術建立一個體外血液循環系統。體外的血通過一系列以主或諧波共振頻率發送聲能的可重複用/可高壓消毒的換能器。聲換能器系列在效果上起聲過濾器的作用，破壞血液流中的病毒。在體外治療的前後，用病毒載荷研究方法來分析治療的效果，如本領域內的一般技術人員所公知。
在另一個實施例中，上述的聲換能器還裝有一個接收換能器用於分析血樣。開始通過的血液中含有大量的未破壞病毒，共振幅度會高。長時間把血液暴露於破壞性的共振頻率下之後，會隨未受損的病毒數量下降而共振幅度下降，這給出的病毒載荷的讀數和一種確定何時停止體外治療的方法。
在另一個實施例中，把一壓電材料片做成一個封殼式或網狀換能器，體外血液經之通過。在又一個實施例中，把一壓電材料管做成一個螺圈狀換能器，體外血液經之通過。在再一個實施例中，把體外血液分離成紅和白血球部分，並且只有白血球通過聲過濾器，從而減少治療所需要的時間並且減少對紅血球部分的損傷。
在另又一個實施例中，在血液製品收集和輸血過程的多個點(即從施主採集、分離成組分、或者向受主輸血)中任何一個把血庫存的血通過一個聲過濾器。
在另一個實施例中，採用納米技術(見Nanosystem，由EricDrechsler所著，Publications of CJ Kim,Berkly University；Publications ofRalph Merck,Xerox Co.,Palo Alto,CA)製造多個封閉在過濾材料中的小型聲振蕩器，過濾材料不讓振蕩器通過，但是允許血球和血成分通過。納米技術的病毒聲過濾器消毒後順序附著一個在體外系統或者血液製品系統中。
在另一個實施例中，共振的和/或諧波聲頻用聲萊塞或者脈塞系統發生。以同樣的形式，全血或者部分血體外地跨或經萊塞或者脈塞過濾器通過。
此方法還提供一種使用血管內裝置在動物體內破壞病毒的手段，如
圖15所示。採用納米技術製造多個封閉在過濾材料中的小型聲振蕩器，過濾材料不讓振蕩器通過，但是允許血球和血成分通過。納米技術的病毒聲過濾器順序附著在CVP型導管中，或者附著在Greenfield型導管中。
在又一個實施例中，一個領域內的一般技術人員公知的中央靜脈導管(由Arrow、Baxter等公司生產銷售)在尖端設計和裝配一個適當頻率的換能器。用標準的技術把此導管插入大的靜脈，諸如鎖骨下靜脈、頸靜脈、或者股動脈。然後向循環著的血液發送共振聲能，從而在體內破壞病毒。
在另一個實施例中，在一個諸如用於下腔靜脈的Greenfield過濾器型之類的大型血管內裝置上裝配換能器作為一種聲過濾器。該裝置配有可以經皮充電的電池，如當前的可充電心臟起搏器所實際使用的那樣。插入後，聲過濾器降低腔靜脈中血液中的病毒載荷，而患者不必受導管的限制。
另一個實施例中，內含的接收聲換能器也可以檢測多細胞機體中病毒的定性和定量的共振聲頻，以確定治療的效率和時間長度。
此方法還提供一種使用共振聲場在多細胞機體活體內加強和/或破壞病毒的手段，如
圖16所示。所述機體放置在一個形狀適當的罐中，此管充以水，或諸如蓖麻油(反射係數0.0043)或者礦物油之類的耦合媒介，或其它市售的聲音傳導凝膠。聲換能器或裝配進罐的壁和底，或本身是罐的壁或者底(即，壓電聚合物片或者陶瓷)。從換能器罐經耦合媒介向所述機體發送一個預定的聲場(頻率、諧波、幅度、模式、波形等，以特定的強度)。
另一個實施例中，一個接收的聲換能器模式還檢測多細胞機體中病毒的定性和定量的共振聲頻，以確定治療的效率和時間長度。
本發明還提供一種使用共振聲場探頭在多細胞機體的部分中活體內加強和/或破壞病毒的方法，如
圖17所示。所需頻率的聲換能器裝進手持探頭裝置的末端，如當前本領域內的一般技術人員所公知的那樣。從手持式換能器探頭向所述機體發送一個預定的聲場(頻率、諧波、幅度、模式、波形等，以需要的強度用於影響此有機體)。在空氣中的衰減通過使用市售的諸如蓖麻油之類的耦合媒介消除。例如，在患肝炎的患者中，經肝表的皮膚發送治療。共振聲頻的次諧波可以用來使更高頻的聲衰減達到最小。
另一個實施例中，接收的聲換能器模式還檢測多細胞機體中病毒的定性和定量的共振聲頻，以確定治療的效率和時間長度。
本發明還提供一種使用一共振聲場片在多細胞機體的一部分中活體內破壞病毒的方法，如
圖18所示。將所需頻率的壓電聚合物材料做成一個撓性的聲換能器片裝置。從換能器片裝置向所述機體的預定部分發送一個預定的聲場(頻率、諧波、幅度、模式、波形等，以需要的強度用於影響此有機體)。在空氣中的衰減通過使用市售的諸如蓖麻油之類的耦合媒介消除。例如，在患肝炎的患者中，通過放置換能器片與肝表的皮膚接觸來發送治療。共振聲頻的次諧波可以用來使更高頻的聲衰減達到最小。
另一個實施例中，接收的聲換能器模式還檢測多細胞機體中病毒的定性和定量的共振聲頻，以確定治療的效率和時間長度。
本發明還提供一種在試管內測定定性和定量共振聲和/或聲-電磁頻率的手段，如
圖19A和B所示。一種如
圖12所示的、以任何和全部實施的檢測裝置裝配發射器和接收器，以發出、檢測、測量和分析電磁能。當共振聲頻施加在病毒檢測盤上時，產生一個獨特的電磁能譜式，取決於所研究的病毒和檢測盤的結構和組成，本文中稱作共振聲-電磁特徵圖譜。產生此聲-電磁特徵圖譜的機理包括但是不限於，壓電、聲電、磁聲和/或內在能量耗散。共振聲-電磁特徵圖譜代表一或幾個電磁特性和/或場，包括但是不限於直流、交流電、磁場、電場、電磁輻射和/或聲回旋加速共振(標準的或都卜勒漂移的)。
上述所有形式的電磁能都用本領域內的一般技術人員公知的裝置和方法檢測、測量和分析。(應當注意有用的信息還可以從施加非共振的頻率，例如，經聲電效應從半導體生物學電流特性得到。)此數據結合共振特徵圖譜使本方法更加靈敏和更有特異性。例如單純皰疹病毒(HSV)Ⅰ和Ⅱ型會具有近乎相同的共振聲頻率，因為它們在尺寸和形狀上幾乎相同。它們在蛋白構形上卻不同，可以由其聲-電磁特徵圖譜區分。這包括但是不限於聲電流、由內在能量耗散產生的聲-電磁特徵圖譜、由磁聲效應產生的聲調製或者衰減及任何上述過程產生的電或磁場在非共振和共振頻率下的特徵。
另一個實施例中，檢測裝置還裝配任何或者所有共振聲和聲-電磁產生裝置的結合。一個未知組份的樣品暴露在包括在特定結構的聲特徵圖譜中的頻率能量譜式下。檢測出發自此樣品的相關共振聲波證實樣品中該結構的存在。進一步分析幅度會指示這此特定結構在樣品中相對量。例如，結合使用共振聲和聲-電磁特徵圖譜可以用於搜索一組織切片，首先尋找HSV然後鑑定是不是HSVⅠ、HSVⅡ，或者是前所不知且未定性的HSV。另外，樣品中的病毒載荷也可以基於相對幅度進行定量分析。這樣，對於有機或生物機體及結構應用共振聲和/或聲-電磁能場而產生一種共振聲-電磁譜的形式，以三個基本的激發和檢測模式(1.聲的、2.電磁的、3.聲-電磁的)而產生九個基本結合1.聲激發，聲檢測；2.聲激發，電磁檢測；3.聲激發，聲和電磁檢測；4.電磁激發，聲檢測；5.電磁激發，電磁檢測；6.電磁激發，聲和電磁檢測；7.聲和電磁激發，聲檢測；8.聲和電磁激發，電磁檢測；和9.聲和電磁激發，聲和電磁檢測。
激發和檢測/分析模式越是複雜，頻譜的測量裝置越要靈敏和明確。應當注意，在本發明中單獨使用共振聲-電磁頻譜或者結合使用共振聲頻譜不限於生物材料，而是可以用於檢測和辨識無機物或者結構，如後文所述。
本發明也提供一種使用任何及所有產生聲和/或電磁能的裝置分析共振聲和/或聲-電磁能對病毒的作用的方法，所述裝置包括但是不限於，前文所述的所有裝置和實施例。例如如圖20所示，為分析電磁輻射對病毒的晶體結構的壓電效應，使用一個檢測系統，它採用一個與病毒的共振聲頻率至少之一相同的頻率。在HIV的情況下，此頻率約為15GHz。一個由電磁吸收材料製成的檢測盒裝配到一個15GHz電磁發射器上，電磁輻射朝向盒底。首先使用太藍染料排除試驗在盒中分析未感染的T淋巴宿主細胞，用15GHz幹涉並改變暴露模式(不同波形式樣、不同時間長度、不同強度的共振頻率)，該試驗通過分析聲-電磁幹涉單獨對宿主細胞的作用而排除不正常的病毒結果。步驟2包括將感染HIV的T淋巴細胞放置在發出聲-電磁幹涉的檢測盒中。然後用標準的試管內檢測抗HIV方法進行分析，諸如Couter HIV-1 p24抗原試劑盒、HIV培養、由PCR進行的HIV-1DNA分析及病毒載荷測量。
本發明還提供一種使用共振聲和/或聲-電磁場在動物體外和/或血管內破壞病毒的方法，如圖21所示。例如，在感染HIV的患者中，用本領域內的一般技術人員公知的技術建立一種體外血液循環系統。體外的血液通過
圖14所述的換能器，包括任何和所有的實施例。聲對血液的透射可以通過並行於聲波向血液通直流電而用聲電增益得到增強。
本發明還提供一種使用共振聲和/或聲-電磁場在多細胞機體中加強和/或破壞病毒的方法，如圖22所示。例如，如
圖16所示，包括任何和所有的實施例，用於移植的人屍體角膜放進一個適當形狀的杯中，杯中充以水或其它無毒的市售聲傳導凝膠。從一個換能器罐經此耦合媒介向角膜發送預定的聲場(頻率、諧波、幅度、模式、波形等等)。把磁場垂直於聲波傳播方向放置，以聲頻倍數的場強使用磁聲效應，從而在聲能中產生正弦或尖峰形的共振峰，並且改進對角膜共振聲穿透而不損壞角膜組織本身。
本發明又提供一種使用一個共振聲和/或聲-電磁場探頭在多細胞機體的一部分中活體地破壞病毒的方法。例如，如圖23所示，一種手持探頭裝配一種電磁輻射發生裝置，如當前本領域內的一般技術人員所公知的那樣。從手持探頭向所述機體的一個預定部分發送一個預定的電磁輻射場(頻率、諧波、幅度、模式、波形等)，複製代表一個特定病毒的內在耗散式樣的聲電磁特徵圖譜。例如在患有上呼吸道感染的患者(「感冒」)中，經鼻、喉、鼻竇表皮膚發送治療，逆轉了鼻病毒的內在能量耗散途徑並且誘導破壞鼻病毒的共振聲振蕩。
例2破壞、檢測和/或辨識微生物任何微生物，諸如細菌及其所含或者相關的結構和分子都可以在體內或體外用本發明的方法加強、破壞、檢測和/或破壞。細菌包括但是不限於，與動物、人類、鳥類、爬行動物、兩棲動物、昆蟲、水生物、植物、果實、土壤、水、油、食品發酵過程等等相關的細菌。在一個實施例中，細菌包括但是不限於，敗血性鏈球菌、腐生性鏈球菌、嗜血性桿菌、奈瑟氏菌、密螺旋體、沙門氏菌、志賀氏菌、大腸桿菌、棒狀桿菌、博代氏菌、氯紋菌、立克多體、衣原體、布氏桿菌、分支桿菌、包氏螺旋體、支原體、乳酸菌、及其株落等。由細菌引起的人類疾病包括但是不限於，肺炎、皮膚感染和創傷感染、心瓣膜感染、腸胃炎、黴毒、淋病、鼠疫、尿路感染、萊姆病、結核、霍亂、傷寒、炭疽、破傷風及壞疽。
真菌感染包括腳癬、癬、陰道真菌感染、真菌口炎、胞漿炎，和隱球菌病。
細菌、真菌、原蟲和蠕蟲引起的動物疾病與人類相似。同樣，大範圍的微生物可感染植物，甚至其它的看來是有益的微生物(如發麵酵母)。
細菌首先通過染色特徵分類，如革蘭氏陽性、或革蘭氏陰性。細菌對染色的反應是由菌壁的結構決定的。其次，細菌進一步由形態分為球菌(球形)或桿菌(杆狀)。此外，分類方法一般地涉及各種生化反應。
菌細胞壁由剛性的肽聚糖(粘肽)、和已糖的混合聚合物(N乙醯葡萄糖和N乙醯胞壁酸)及胺基酸(蛋白的結構單元，見下文)構成。如此來說，菌細胞壁是晶體結構的，從而可以由使用共振聲能受振動的影響。因此細菌可以通過與其形態(球或杆)、尺寸、和組成相匹配的共振聲頻加強、辨識和檢測或者破壞。另外含於細菌結構內的各種胞器也對特定的共振聲頻敏感(例如，纖毛、漿膜、鞭毛、胞漿包涵體、基體、外囊、孢子等等)。最後，包含結構本身(晶體蛋白等等)的組合物也有獨特的共振頻率。
真菌、原蟲、寄生蟲和蠕蟲與細菌類似於，有機體對特定的共振頻率敏感，此共振頻率是基於整個有機體的尺寸和形狀、和構成機體的組成部分的小體的尺寸和形狀，以及組成機體的特定生化成分的共振特性。
任何真菌，包括酵母、黴菌和菇類、原蟲、寄生蟲或蠕蟲，及其所含或相關的結構和分子，都可以用本發明的方法在體外或體內加強、破壞和/或檢測。這些微生物包括但是不限於，與動物、人類、鳥類、爬行動物、兩棲動物、昆蟲、水生物、植物、果實、土壤、水、油、食品發酵過程等等相關的微生物。在一個實施例中，這此機體包括但是不限於，隱孢子、麴黴素、髮癬、酵母、芽發菌、球孢子菌、副球孢子菌、青黴菌、酒黴菌、毛黴菌、鏈孢菌、小孢子菌、鏈黴菌、麥皮癬菌、毒黃黴米菌、蛔蟲、棘球屬、賈第蟲、合胞體、錐蟲、血吸蟲、馬來絲蟲，其群落等等。
在如低達10×10-5W/平方米的功率下輸入聲和/或聲-電磁能，微生物機體功能增強並且會發出可以用於檢測和診斷該微生物機體存在的特徵聲和/或聲-電磁特徵圖譜。在高功率輸入下，破壞和殺死該微生物。除了對聲和/或聲-電磁能的振動共振作用敏感的細菌、真菌、原蟲和蠕蟲結構之外，它們還可以起壓電結構、內在耗散、聲電和磁聲結構的作用。
本發明利用細菌、真菌、原蟲和蠕蟲的結構組成部分或者整個機體來，通過特定共振頻率下的聲和/或聲-電磁能以及涉及的任何及全部結構的壓電、內在耗散、聲電和/或磁聲特性要麼單獨要麼結合一個共振聲場，來辨識、增強和/或物理地破壞微生物機體。
與在先技術使用超聲治療不同，本發明使用特定的共振頻度，可以用於處理多層有機體。本發明還可加強看來有益的微生物的功能活性，如發麵酵母、釀酒酵母、乳酸菌(酒及乳酪)、石油酵母、及產生特殊胺基酸、抗生素、酶或者其它藥品的微生物等等。功能活性可以包括生長、代謝、氧化或者還原等等。
在一個實施例中，本發明使微生物的共振聲和/或聲-電磁頻率可以通過
圖12和24A及B所示裝置在試管內測定，這包括任何及所有實施例，利用設計在MHz範圍的低頻換能器(如Matec Instrument上市的)。例如在一個涉及牛肉受細菌，特別是大腸桿菌汙染的肉類包裝廠中，一個類似裝置可以用於篩除汙染細菌的肉，與常規的培養方法相比用的時間相對短。首先取肉表面的拭子，然後把拭子置於一個含有生理pH的消毒鹽液消毒的無菌試管中。把預定量的溶滴定在一個夾持在兩個換能器之間的標準檢測盤上。共振或者共振諧波聲頻在試樣中掃描，從而篩選出潛在的有害大腸桿菌的存在與否。肉的檢查比現行的方法更有效而且可靠。
本發明還使微生物的共振聲和/或聲-電磁場能夠用於加強這些生物機體或者其結構。例如，如圖25所示，啤酒發酵罐的底上裝配適當頻率和功率輸出的聲換能器以加強啤酒酵母特定菌落的功能。這種酵母當前用於在5至10天內發酵啤酒，但是，通過共振聲加強，發酵的時間縮短了。最有效的功率輸出可以通過定量地檢測酵母的濃度和澱粉及/或糖分子向酒精成分的轉換率確定。
本發明還使微生物的共振聲和/或聲-電磁場能夠用於破壞這些生物機體或者其結構。例如，如圖26所示，一個市售微波爐裝配兩個輻射管一個用於炊用而一個用於共振聲和/或聲-電磁頻率輻射常見的食品病菌如大腸桿菌和沙門氏菌。在燒、烤或者其它所需的製做食品方法之前，廚師可能會通過使用微波爐上的去汙染環節來清理或消毒肉或者其它食品製品。
對幾種細菌進行聲共振測量以測定該種細菌的共振聲頻。用一個Matec高頻7000脈衝調製器和接收器，並且結合使用一個Matec自動數據採集系統和一個示波器。肺炎克雷白桿菌(American Type CultureCollection#13883)在標準培養基上生長。用酒精清潔Matec90MHz3/8英寸直徑的換能器的表面。把活的肺炎克雷白桿菌放在此換能器的表面上。用100-200MHz的聲譜進行共振聲譜掃描。檢測出克雷白桿菌的共振聲頻在125至130MHz，中心頻率在127.5MHz。這被認為是共振次諧波頻率。
用同樣的裝置對大腸桿菌(American Type Culture Collection#25922)進行同樣的測量。檢測出大腸桿菌的共振聲頻為中心頻率在113MHz。這也應是共振次諧波頻率。
例3檢測和破壞傳染性節肢動物節肢動物包括感染和吸食人及動物血液的多種多樣的昆蟲類。例子包括蝨、跳蚤、蜱、蚊子、蟎、白蛉及舌蠅。除了它們在叮咬人或者動物時這些節肢動物產生的不適和煩惱之外，這些叮咬的真正危險在於由此傳播的疾病。這些疾病，一般地說，每年為全世界造成數十億美元計的經濟損失。受害者的總體健康狀況受到損害，他們損失大量的時間、生活質量，有時還會喪命。
蚊子傳播登革熱、黃熱病、腦炎、出血熱、瘧疾、淋巴絲蟲病。蜱傳播腦炎、萊姆病、回歸熱和洛基山斑熱病。跳蚤傳播鼠疫和斑疹傷寒。蝨傳播斑疹傷寒。蟎傳播立克氏病。蠅傳播非洲昏睡病、利什曼病和恰加斯病。
節肢動物的顯著特徵是其覆蓋全身和肢體的幾丁質外骨。幾丁質是長的不分支分子，由重複的N乙醯-D-葡萄糖氨構成。它在自然界大量存在並且形成昆蟲、節肢動物的甲殼和甲、軟體動物的硬殼，甚至於某些真菌的胞。如此，幾丁質是晶體結構，並且可以受聲和/或聲-電磁能的影響。可以用與其形狀(圓或圓柱形)和尺寸匹配的共振聲頻檢測和破壞節肢動物。另外，節肢動物結構內含的各種器官或者附器也敏感於特定的共振聲頻。最後，構成該結構本身的化合物(幾丁質、晶體蛋白等等)也有獨特的共振頻率。
在低聲功率輸入下，傳染性節肢動物會發出特徵聲和/或聲-電磁特徵圖譜以用於檢測和診斷該微生物機體是否存在。在更高功率輸入下，節肢動物會受破壞和死亡。用於檢測或者破壞的特定強度範圍取決於其結構，並且此強度可以使用本領域內的一般技術人員公知的標準方法來測定，如前文所述。節肢動物的結構除了對聲和/或聲-電磁能敏感之外，它們還可以起壓電結構的作用。
本發明利用節肢動物結構組成部分或其整個機體，通過特定共振頻率和譜式的聲和/或聲-電磁能以及將其用作壓電、內在耗散、聲電和/或磁聲結構，不論是單獨還是結合一個共振聲場，來辨識和/或物理地破壞節肢動物結構。
本發明的方法使用類似於前述有適當頻率的裝置，來測定和利用節肢動物的共振聲頻。例如研究人員捕捉到成千上萬種昆蟲和其它節肢動物並將其分類，可以使用如圖27所示的裝置來辨識伊波拉病、出血熱、或者腦炎的傳染媒介的來源。掃描聲頻譜中包含可疑傳染媒介共振頻率的部分。把已知節肢動物材料的共振頻率饋入頻譜分析儀的負導聯並抵消其正導聯樣品掃描中的合成共振頻率。分析其餘的頻率以得到這些有害微生物的共振特徵圖譜。這提供了一種裝置易於辨識傳染媒介的宿主庫，而不需高成本並且費時間的研究。
本發明還提供了一種殺死在的機體上的傳染性節肢動物的手段，例如殺死狗或者人身上的跳蚤，如圖28所示。高KHz到低MHz範圍的換能器裝在一個浴盆型的裝置上。經水向動物的表面發送跳蚤的共振聲頻。不需要深組織穿透的高功率輸出，因為傳染性節肢動物局限在狗或者人的最外表面。同樣的方法可以用於在洗衣機中對被褥和衣物除蝨及除蚤。
例4加強骨生長人類的骨脫礦物質是一種重要的保健問題。成千上萬的老年人由於這種骨脫礦物質(骨質疏鬆)患髖、腿或臂的骨折。這類損傷為美國的醫務系統造成每年數十億計美元的花費，用於在損傷後治療、做手術、和康復。另外受傷者的全身健康狀況受到了損害，他們因骨折而損失大量的時間和生活質量。其它由於骨質丟失引起的問題是失重(如在太空)和長時間臥病在床。從事某些職業的人員可以由於增加其正常的骨密度而受益。例子包括職業運動員、軍人、和需要在較高氣壓下的工作(如潛海)。
活骨是以基於羥磷灰石晶體結構的鈣組成的，含有銅並且包以膠原纖維。經機械壓力或者重力場對骨基質中的膠原纖維施力，激發出壓電效應，並且使離子經液體通道流入骨內。這個微電荷轉而起信號的作用，使身體的成骨細胞沉積更多的羥磷灰石。隨著羥磷灰石密度的增加，骨更加強健。這樣骨響應日常生活中遇到的壓力和力，經壓電效應來保持其正常的結構。
隨著老化，正常的銅含量丟失，壓電效應消失。結果是羥磷灰石密度不能保持，從而老年人患骨質疏鬆和骨折。缺乏正常活動也發生同樣的現象(失重和臥床)，因為缺少正常的壓電效應和離子電流。
骨是晶體壓電結構，如此可受聲能的振動影響。支持正常生理骨密度的運作過程是在膠原纖維內由宏觀壓力壓迫產生羥磷灰石分子運動。這由日常活動發生並且激發壓電並且從而激髮長骨的成骨作用。
分子運動和膠原纖維受壓也可以在半導體骨基質內由微觀壓力產生。這理解為，微觀壓力可以由聲能波產生。
除了壓電效應，因為骨是壓電的和半導體結構的，它會顯示聲電、內在耗散和磁聲效應。可以通過施加產生生物壓電的聲微壓力，和/或也經聲共振、內在耗散、聲電和磁聲效應，有效地治療骨半導體功能下降(骨質疏鬆)和/或宏觀壓力下降(失重和臥床)造成的病症。
在先文獻描述過使用非共振超聲加速骨折的癒合速度，然而，此機制引起骨組織的大量破壞，轉而損壞骨中的毛細血管床，血清和血細胞洩流進骨基質，續而骨礦物質化。此類文獻還描述過檢測整個骨(股骨和尺骨)結構的共振聲頻以診斷骨是否正常。然而，沒有說明用聲和/或聲電磁共振頻率激活壓電效應。在先技術根本沒有考慮把骨用作活的換能器用於壓電、內在耗散、聲電、和磁聲效應，不論是單獨還是結合一個共振聲場。
本發明利用骨的晶體壓電結構去加強骨生長和鈣化。本發明可以顯著地降低由於患骨質疏鬆而骨折的數量和嚴重程度。本發明有可能加速骨折的癒合過程。由骨基質丟失產生的其它情況，如失重(如，在太空)，或者長時間臥床，會得益於本發明。本發明有可能幫助從事得益於增加其骨密度的職業的人員(運動員、軍人、和要受到較大的大氣壓諸如潛海的工作)。本發明還有可用於獸醫。與使用超聲不同，本發明使用骨的共振聲和/或聲-電磁頻率以激發至少壓電效應以加強骨生長而不影響附近的組織。
本發明的方法提供一種用共振聲和/或共振聲-電磁能加強骨生長和保養骨的手段。例如，如圖29所示，一個壓電材料片裝配進一個淋浴器墊裝置中。當易患骨質疏鬆的老年人洗澡時，墊子啟動。淋浴器中的水起傳導媒介的作用，主或諧波共振頻率經足底沿力作用線向上發送到腿和髖。骨中的壓電效應受到激發，從而骨密度增加。
本發明提供一種用共振聲和/或共振聲-電磁能加強和保持骨生長的方法，例如，一如圖30所示。太空人在失重條件下所用的睡眠/繫繩袋在袋腳裝配有電磁輻射發射器。袋由電磁吸收材料製造。
把睡袋固著在太空船上的繫繩包括連接通到信號發生器的天線的電纜。在睡眠時，啟動睡袋中的骨保持裝置，向太空人以激發骨中的壓電效應的共振頻率發送電磁輻射，並且從而保持其正常的體密度。可能會干擾艙內其它裝備的電磁輻射受睡袋中的電磁吸收材料阻斷。
例5破壞和檢測良性或惡性組織或者團塊有各種各樣的困擾人和動物的組織團塊，既有良性的也有惡性的。許多組織團塊包在或者含於體內受限的區域之內。近乎所有的良性腫瘤生長擴張緩慢，發展成纖維的囊，並且產生稀散的、易捫及的和易於活動團塊。良性腫瘤的例子包括纖維瘤、脂瘤、軟骨瘤、骨瘤、血管瘤、淋巴管瘤、腦膜瘤、平滑肌瘤、腺瘤、刺瘤、息肉、溼疣、纖維腺瘤和橫紋肌瘤。多數惡性腫瘤是侵潤性的和轉移性的，然而神經膠質瘤和基底細胞癌是顯著例外。其它致病組織團塊包括栓子、血栓、膿腫、結石和異物。
由於具有確定的稀散的結構，許多組織團塊敏感於與其尺寸和形狀匹配的共振能的破壞作用。在先技術含有許多使用非共振頻率來檢測甚至破壞組織團塊的應用，但是乞今還沒有公開以共振頻率經共振聲能檢測和經共振聲能破壞組織團塊。
除了組織團塊可受與其尺寸和形狀匹配的共振能的檢測和破壞之外，構成組織團塊本身的化合物(細胞型、蛋白等等)也有獨特的共振頻率可用於檢測和破壞。以低的功率輸入，某些組織或者團塊可以加強生長或者代謝，提供了一種組織培養、再生和/或生長的輔助技術。
依其結構，某些組織團塊或者類型也可以顯示共振聲-電磁效應，以及起壓電、內在耗散、聲電、和/或磁聲結構的作用。
本發明利用許多良性和惡性組織和團塊的稀散形狀、尺寸和組成來通過特定共振頻率的聲和/或聲-電磁能來辨識、加強、檢測和/或破壞這些結構。與在先技術用超聲治療不同，本發明使用特定的共振聲和/或電磁頻率通過對準其中的特定結構來處理多層有機體。它將已知的聲能腫瘤/團塊檢測能力(診斷超聲)結合共振頻率的聲和/或電磁能的破壞能力。希望時，本發明還有可能加強各種組織和團塊的生長和功能。
本發明提供一種使用共振聲和/或聲-電磁能檢測和破壞良性或惡性組織和/或組織團塊的手段。例如，如圖31所示，一個設計有標準的回聲反射能力的聲換能器用於測定一個組織團塊的尺度。基於計算出的共振頻率，掃描一個範圍以測定精確的共振頻率。把這些頻率的一或多個發送給團塊而破壞其結構，並且能夠接著由身體吸收這團塊。
還有，本發明還涉及一種使用共振聲和/或聲-電磁能檢測良性或惡性組織類型的手段，它使用
圖12和
圖19A及B中所述的裝置，包括任何及所有的實施例，檢測盤或組織製備放置在兩個換能器之間並且掃頻以搜尋共振峰和電磁譜式。共振峰和電磁譜式之中的差將區分組織類型，例如區分正常上皮細胞和癌性上皮細胞。
例6加強、檢測和/或破壞生化成分或組織生物機體含有許多生化成分，包括核酸、碳水化合物、脂質、胺基酸以及類固醇。許多生化成分以規則重複的圖形排列；換言之，它們呈晶體形式。生化晶體的例子包括胰島素、已糖激酸、醛縮酶、血紅蛋白、肌蛋白及影細胞蛋白。另外，某些組織或細胞結構採取晶體的形式，如骨肌纖維、及構形的結締組織纖維、及細胞膜、及鈉/鉀膜泵、及視網膜的視杆細胞受體。
構成生物機體的生化成分基於其內在的晶體結構而有其自身的獨特共振頻率。許多生化成分也是壓電、內在能量耗散、聲電和磁聲結構的。如此，生化成分可受共振聲和/或聲電磁能的加強、破壞、和/或檢測其特性。本發明使用特定共振聲和/或聲電磁頻率來處理多層有機體。本發明還有可能利用壓電、內在能量耗散、聲電和/或磁聲效應達到所希望的結果，不論是單獨使用，還是結合一個共振聲場。
例7激發或破壞細胞間粘蛋白膠性單元而產生皮膚貼合手術刀本發明提供一種用共振聲和/或聲-電磁能激發和/或破壞細胞間粘蛋白膠性單元的方法。每年對患者施行成百萬計的手術，使用金屬手術刀開創口。使用這樣的手術刀需要縫合切口、一段癒合時間、並且不可避免地形成瘢痕產生。另外成百萬患者受切開、牽拉、或破裂皮膚，然後再需要縫合創口、一段癒合時間、及瘢痕形成的痛苦。
在多細胞機體中，細胞由粘蛋白單元保持在一起，每個細胞約有1,600個粘蛋白單元。這些單元約僅有200微米長，但在種屬之間有所不同。
當切口或者在細胞層中有創傷發生時，這各細胞膠被撕撕開，一些細胞破裂，並且血管被撕開。白血球、血小板和纖維細胞聚集在細胞外空間，並且最終導致重新粘合組織的瘢痕。在此癒合時期很容易受到外來機體的侵襲，並且創口感染還是一個要不斷地防止的綜合症。
即使沒有出現感染而創口就癒合了，還是會留下瘢痕。現代成形外科力圖使瘢痕最小或掩蓋瘢痕，但是瘢痕形成是不可避免的。
一個以高功率即高幅度的達到與粘蛋白單元共振的能量場會使細胞間的膠接分離，從而產生組織層的分離，並且在性質上是無痛苦的切口。低功率的同樣能量場會引起膠接重新接合，重新接合是近乎即刻的和無瘢痕的癒合。
本發明使用共振聲頻通過無痛苦地分離組織中細胞層，並且通過即刻地以最小或者無瘢痕地重新粘合細胞層，極大地改進了外科手術。由於有許多粘蛋白單元可以展現壓電、內在能量耗散、聲電和/或磁聲效應，本發明有可能利用聲-電磁特徵圖譜的電磁能譜式產生上述結果，不論是單獨地還是結合一個共振聲場。本發明還有獸醫和農業上的意義，例如在牲畜或者家禽中治療創傷或者進行手術，並且稼接各種植物組織或者枝權形成這樣那樣的植物。
例如，如圖33所示，一個尖端裝有換能器的手術刀用適當頻率的聲/聲-電磁波破壞細胞間的粘蛋白膠性單元，從而產生一個手術切口。在手術結束時把切口拉在一起，另一個適當頻率的換能器掃射在切口上而重新粘合組織。
例8加強、檢測、和/或破壞多細胞機體的結構加強、辨識、檢測、和/或破壞多細胞有機體的結構有許多用途。世界人民受到各種有害動物的災害，如昆蟲、齧齒動物、軟體動物等。另一個方面，探測特定棲息地中的特定種屬對人類活動是重要的。最後，有許多多細胞有機體的發生和增強對於收穫糧食、藥品、珍珠等等是所企盼的。有害動物可以使用與其身體、其身體的部分、或者其身體中所含的特定生化成分的尺寸和形狀相匹配的共振聲和/或聲-電磁頻率來消滅。例如與頭、喉或腹的尺寸相匹配的共振聲和/或聲-電磁頻率可對蜜蜂、胡蜂、螞蟻或白蟻是致命的。類似地，與鼠的內臟器官(腦、腎、性腺、主動脈等等)的尺寸相匹配的共振聲和/或聲-電磁頻率可對該動物是致命的。斑殼貝和藤壺之類的有害軟體動物可以用與其卵、內臟器官、幾丁質殼或者牙骨質/牙骨質吸盤等等尺寸和形狀相匹配的共振聲和/或聲-電磁頻率來控制或者消滅。
檢測各種有害的有機體如白蟻，或者有益的有機體如瀕危種屬可以通過利用和檢測這些機體所特有的共振聲和/或聲-電磁頻率得到幫助。利用共振聲和/或聲-電磁頻率有可以有助於辨識和鑑別動物、植物、和微生物王國的種屬和亞屬。
其生長和加強對於收穫有益的多細胞機體包括植物和魚、蛤、蝦、雞、和其它牲畜之類的蛋白源。由各種植物和動物來源的醫藥和化學製品包括激素、香料、染料和維生素等。其它收自各種植物和動物來源的物資是人類自身活動中一個不可或缺的部分，簡直是數不勝數(例如珍珠、紡織纖維、建築材料，皮革等等)。以低功率的共振聲和/或聲-電磁頻率輸入，可以選擇性的加強這些機體及其結構。
本發明利用多種機體的稀散形狀、尺寸和組成來通過特定共振頻率的聲和/或聲-電磁能，用於辨識，加強、檢測和/或破壞。利用壓電、內在能量耗散、聲電和/或磁聲效應，本發明使用特定的聲-電磁特徵圖譜的電磁能譜式達到上述結果，不論是單獨使用，還是結合一個共振聲能場。本發明有可能不必用化學藥品就能控制許多種害蟲。本發明還有可能提供許多種機體種屬的檢測和辨識。最後，本發明有可以加強看來有益的各種種屬中結構的發育和代謝。
本發明提供一種使用共振聲和/或聲-電磁能增強、檢測和/或破壞多細胞機體的結構的手段。例如，如圖33所示，一個有藤壺的牙骨質吸盤共振頻率的換能器裝置(這裡藤壺附著在船體上)裝配在水下的「刮除器」上，它經電纜從船甲板上遙控操作，或者經射頻在船艙內操作。隨著刮除器沿船體外側移動時，聲波破壞藤壺的牙骨質吸盤，使它們放鬆對船的吸附而落入大海中。
例9加強或者破壞魚的生長速度本發明可在商業漁場中加強或者破壞魚的生長速度，如圖34所示。
把兩個小型育種魚對養在10加侖的80華氏溫度下的魚缸中。此對魚產出要孵化3-5天的卵。從魚缸中撈出孵化了三天的小魚秧，然後測量其聲共振頻率圖譜。在一個時間，小魚秧放在2.25MHz的Matec換能器頂上的一滴水中，以測量和確定小魚秧的共振頻率。檢測的所有小魚秧都產生相近的共振聲頻率圖譜，只有微小的個體差異。最強的初始信號之一的2.4MHz。
試驗A，第一個試驗在兩個不同的小魚秧組中進行，一組暴露於聲共振場，另一個組用作對照組。實驗魚缸在整個缸底平行於缸底裝配經防水密封的2.25MHz的Matec換能器。一半小魚秧放在連接換能器，但是換能器不啟動的對照魚缸中。另一半小魚秧放在裝有施加聲場的換能器的魚池中。連續地以10伏特/秒的功率和2.4MHz發送聲場。對照魚缸中的小魚秧都興旺生長，而在聲場中的小魚秧都在兩周之內死亡了。
試驗B，另一個試驗方法是針對分成三組的小魚秧中對小魚秧。
第一天，組的三分之一留在繁殖缸中與親魚在一起作為對照。一組放進另一個小對照缸中，連接著換能器，但是不啟動。第三組放進一個連接著工作的換能器的魚缸中，並且小魚秧暴露於2.4MHz的聲場，使用10毫秒重複率、20毫秒脈寬的脈衝功率源。電壓強度經MatecTB1000調節在300伏特/秒。
第七天，在一周內不同組的小魚秧的尺寸有顯著的區別，暴露於聲共振場的小魚秧大於兩個對照組。
第十天，在實驗的第十天，所有小魚秧都重新測量，並且把加在聲輻射的缸中的小魚秧上的頻率下降到2.0MHz，但是所有其它的參數都保持不變。聲輻射的小魚秧生長旺盛。
第十四天，小缸對照組中有五條小魚秧死亡。
第十六天，至此，小缸對照組中的十八條小魚秧死亡。繁殖缸組未受影響。所有組中存活的小魚秧都用釐米尺和雙目顯微鏡進行測量聲輻射組7毫米長繁殖缸對照組6毫米長小缸對照組 5毫米長第十八天，小缸對照組中除一條外，其餘小魚秧全部死亡。繁殖缸中的對照組還活著，受聲共振輻射的魚秧生長旺盛。
第十九天，重新測量聲輻射中的生長的小魚秧的共振聲頻率。聲場改變到1.55MHz，除了把每次重複的脈寬降低到2毫秒外，其餘的參數保持不變。降低脈寬對於小魚秧的發育有顯著的影響，顯示20毫秒是在這些頻率加強用的功率範圍上限。
第二十一天，在小對照缸中僅存的這條小魚秧移入到繁殖缸對照組中。此僅存的小魚秧比另一個對照組小得多，然而所有對照組小魚秧都比聲輻射組中的小得多。
第四十一天，聲輻射組中，聲場改變到0.830MHz，其餘的參數保持不變。
第六十五天，加在聲輻射組缸中的小魚秧上的聲場終止。在約兩個月大，受聲共振輻射的魚與較早對照組中四個月大的對照魚大致尺寸相當，並且比繁殖對照組中同期者大得多。
結果試驗A和B之間在功率輸入或者說強度上有顯著區別。在試驗A中，功率連續地為10伏特/秒。在試驗B中，功率是脈衝的，而且聲場頂多只在0.2％的時間上啟動。因此即使功率是300伏特/秒，總的輸出只有(300伏特/秒×0.002)，或者說0.6伏特/秒的總功率。
隨著小魚秧生長，誘導功能改變的聲共振頻率也因為結構尺寸和形狀的區別改變了。
在聲場終止了以後，讓小魚秧生長成熟和繁殖。暴露於共振頻率聲能的魚成熟產卵顯著早於對照魚。不論是聲暴露的還是對照的魚，其子代都沒有發現第二代效應。
例10加強植物特長進行了試驗以確定共振聲能對甜豌豆(sugar snap peas)的發芽和生長樣式的影響。甜豌豆的種子從Lake Valley Seed Co.公司獲得，包裝批號lot 1997 lot A2B，該公司地址為5717,Arapahoe,Boulder,Colorado,80303。
初始通過測定在A-掃描上顯示的最大幅度的頻率，確定了此種豌豆芽的共振聲頻率。通過改變聲發生器的頻率，豌豆芽的大小在共振頻率下最大。七個甜豌豆放在廣口玻璃容器中用室溫的水淹至一半並且放在臺上以發芽。六天以後，檢測豆芽如下使用Matec Ultrasonic Inspection System，其帶有TB1000和A-D數據採集卡。TB1000的設定是增益0-20分貝觸發內+電壓高矯正無LP濾波器變了的HP濾波器變了的輸出電平100％重複頻度10.000毫秒脈寬2.00微秒頻率0.5-20MHz模式透射A-D的設定為數據ON延遲無範圍12微秒信號途徑射頻電壓範圍1伏特通道A/AC觸發外+閾值1採樣速率100MHzVid濾波器 1.7微秒DAC偏移 1945
實驗中所用的換能器包括Matec 1.0MHz,2.25MHz,5.0MHz和10.0MHz，直徑都是0.5英寸。這些頻率初始選擇是因為計算表明，基於聲在水中的速度(1500米/秒)和芽的直徑(1-2毫米即0.001-0.002米)，跨越芽直徑的共振頻率應當在低MHz範圍速度=頻率×波長頻率=速度/波長=1500米/秒/0.00米=1.5MHz芽#1從豆瓣中發出，並且放置在兩個2.25MHz換能器之間，以一薄層心電圖凝膠耦合。TB1000設在0.005MHz的掃描遞增量，芽用系統上可達到的最低頻率(50KHz)到最高頻率(20MHz)掃描。在此頻率掃描過程中觀察幅度的變化，並且很快辨識出低MHz範圍位於最高幅度範圍。進一步的頻率掃描揭示最高幅度在1.7MHz。
然後對試驗芽#2和#3進行同樣的過程。芽#2還附於豆瓣上，從整個結構上檢測到1.64MHz的共振頻率，儘管因為豆瓣造成的聲場衰減必須把增益提高。芽#3如芽#1那樣是孤立芽，並且揭示1.78MHz的共振頻率。
用1.0MHz的換能器進行同樣的過程，並且得到類似的結果。這樣，計算出4-5天大的甜豌豆的聲共振頻率是1.7MHz±0.1MHz。成功地辨識了多細胞生物體的共振聲頻後，下一個步驟就是顯示把此頻率的聲場加上去得到的破壞和/或加強作用。
數個發芽試驗在聲共振頻率下使用不同功率級或電壓和輻射長度進行。發芽試驗#1使用了一個Matec1.5MHz的換能器，TB1000系統的設定除了以下外與測定共振頻率的上述設定相同頻率1.7MHz
電壓高重複頻度10毫秒脈寬2微米穿過模式準備兩個小塑料盤，用消毒綿球單層放在盤底，帶有七個甜豌豆種子，並且充蒸餾水淹至種子一半深。一個盤子中的豌豆種用作對照。1.0MHz換能器緊卡在環形支卡中，把換能器的面下放到盤的中心。換能器的聲場向下發至盤的中心。聲場在第一天發起，在接著的72小時因為在此地區頻發暴風雨而數次中斷。在試驗的頭48小時換能器大約只工作了18小時。
實驗在第五天結束。受聲輻射的七個豌豆種全部發芽，對照豌豆種只有5個發芽。在對照盤中注意到有幾個黑的黴點。根芽的對比揭示受聲輻射的芽長是對照芽長的兩倍(2.9釐米對1.6釐米)。這些結果的解釋是不清楚的，因為存在緊夾換能器、聲場頻繁和反覆的中斷及在對照盤中汙染性黴菌。因此，試驗盤構造得使換能器從盤底向上。發芽試驗#2在此發芽試驗中所用的聲裝置和設置與發芽試驗#1中所用的相同。1.0MHz換能器松夾在環形支卡中，把換能器的面向下放到一個大塑料盤中。一個不連接信號發生器的第二1.0MHz換能器，向下放進一個大的對照盤中。中斷不頻繁。
研究在第七天終止。在對照盤中，79％抽芽，平均根芽長度是3.95釐米(N=81)。在受聲輻射的盤中，僅69％發芽，平均根芽長度是3.12釐米(N=80)。其結論是，這個高功率電壓輸出的頻率顯示對豌豆發芽和生長有破壞作用。發芽試驗#3
進行新的設置，其中1MHz換能器裝進兩個盤的底中，盤底通過鑽孔用橡膠密封來容納一個0.5英寸直徑的換能器。換能器放置得穿過盤的底而面向上。每個盤用消毒綿單層放在底部進行準備。盤中放五十個甜豌豆種子，並且用水淹至一半。對照盤的準備與發聲盤完全相同，只是不連接到信號發生器。聲場在第一天發起，採用上述用於發芽試驗#1中的設置，只是脈衝寬度增加至19.98微米，這是發芽試驗#1所用脈寬的約10倍。它的功率輸出還是發芽試驗#2的10倍。間斷不頻繁。
研究在第七天終止。在對照盤中，82％抽芽，平均根芽長度與發芽試驗#2的相近。在發聲的盤中，僅72％發芽，平均根芽長度與發芽試驗#2的相近。這個試驗確定這個高功率電平的1.7MHz頻率顯示對豌豆發芽和生長有破壞作用。發芽試驗#4設置與發芽試驗#3揭示的除以下之外相同電壓低重複頻度2微秒脈寬0.3微秒(這調節到每次重複只有一個聲波長)此發芽試驗的結果表明對照盤僅84％中發芽，而發聲盤中則90％發芽。受聲輻射的豌豆的平均根芽長度比對照豌豆長24％。由此推斷這個頻率和低功率聲場對豌豆發芽和生長有加強作用。發芽試驗#5重複發芽試驗#4揭示的同樣設置和實驗，結果也相近。對照盤中84％發芽，而發聲盤中96％發芽。受聲輻射的豌豆的平均根芽長度比對照豌豆長30％(3.26釐米對2.49釐米)。這確證低功率的聲共振頻率對豌豆的生長有加強作用。
示於表3中的上述五個發芽試驗的結果證實，聲共振能既可以有破壞作用也可以有加強作用，這取決於輻射的長度及輻射的功率強度。還可推斷在發芽試驗#1中緊夾換能器必定是緩衝和衰減了換能器的功率輸出，從而模擬了低功率的效果。
表3
*A和C定義為聲照(A)和對照(C)豌豆存活和生長的百分比。發芽試驗#6發芽盤通過在圓塑料碗的底上擺放消毒棉準備，在底上裝有聲換能器。每個盤中放七十五個豌豆(甜豌豆，Lake Vally公司的生產批號為lot A2B,1997)。並按需加入蒸餾水。用Matec1.0換能器以脈衝寬度2微秒、重複頻度10毫秒向一組豌豆發送三天聲場。然後把豌豆移到充有植物生長媒質的、直徑6英寸的錐形黑塑料盆中，盆底有滲水用的孔。每個容器種植三個豌豆。
豌豆在1000瓦燈光照培養下在室內生長。豌豆生長成熟並且結出豆莢，把這時的植株進行測量稱重。表4提供關於成熟豌豆植株總體成長樣式的信息。
表4聲照豌豆對照豌豆成熟植株數64 54
植株百分比119％ 100％成熟植株的莢數307 287豆莢百分數107％ 100％平均比株長度 81英寸80英寸豌豆重量 3.7盎司 3.1盎司重量百分比119％ 100％每株重量 0.058盎司 0.057盎司豌豆體積 160毫升 130毫升體積百分比123％ 100％結論是，聲處理過的豌豆重量和體積約高出20％。兩組之間每株豌豆重相同，因此聲處理通過增加發芽而間接地影響作物的產量。頭三天的聲處理只影響發芽，沒有影響停止聲場以後的生長和作物產量。發芽試驗#7第一天，發芽盤(2)準備如以上發芽試驗#6，每盤115個豌豆。各盤都不裝備聲換能器。在此實驗中，在一個準備好的盤中所含的豌豆由一個聲-電磁場誘導聲共振，此聲-電磁場通過使用20英尺的天線和一個電場發生器在一個屏蔽間中通過輻射方法發送。以8.5伏特/米的功率連續施加頻率為1.7MHz的電磁能。含對照豌豆的盤放在一個第二屏蔽間中但是不暴露於聲-電磁場中。
第三天，受聲-電磁場輻射的豌豆中有11個發芽，而對照豌豆中僅有5個發芽。受聲-電磁輻射的豌豆長度幾乎是對照豌豆長度的兩倍。
第六天，受聲-電磁場輻射的豌豆中有45個發芽，而對照豌豆中僅有35個發芽。
第十天，受聲-電磁場輻射的豌豆中有61個發芽，而對照豌豆中僅有45個發芽。聲-電磁輻射的豌豆葉苗的平均長度是3.3釐米，而對照豌豆平均長度僅為2.7釐米。
結果使用共振聲頻下的聲-電磁能加強了豌豆的發芽和生長率。
例11檢測和辨識無機結構本發明的方法和系統有廣泛的應用，如現場定性又定量地辨識各種無機物或者無機結構，找出金屬合金中的雜質，探查武器彈藥，如塑料炸彈等等。
檢測和辨識可以通過施加一個與目標或者說結構的共振頻率緊密匹配的頻率的聲能，以在其中誘導聲共振而檢測獨特的聲和/或聲-電磁特徵圖譜。使用領域內的一般技術人員公知的方法，任何可以經任何媒介發生和發送聲能的裝置都可以用於產生本發明所用的共振聲和/或聲-電磁頻率，包括
圖1中所公開和所示的裝置。
使用領域內的一般技術人員公知的方法，任何可以經任何媒介檢測和分析聲能和/或電磁能的裝置都可以用於檢測和分析本發明所用的共振聲和/或聲-電磁頻率，包括圖2中所公開和所示的裝置。
圖12所示的系統給出一個用於確定不同的無機材料或者結構的聲共振頻率需要的部件概況。預先測定特徵頻率和聲和/或聲-電磁特徵圖譜為今後比較提供一個資料庫。
圖35A和B的方框圖中示出其中共振聲能可以結合聲-電磁能的裝備設置，用於以頻譜方法辨識、檢測及區分相似或不相似物體。這可以通過使用聲能、電磁能或者兩者兼用在物體中激發共振來達到。當對樣品施加共振聲頻時，誘導出聲共振並且產生獨特的電磁能譜式，這就是共振聲-電磁特徵圖譜。產生共振聲-電磁特徵圖譜的機制包括但是不限於，壓電、聲電、磁聲和/或內在能量耗散。共振聲-電磁特徵圖譜是電磁特性和/或場的表現，包括但是不限於，直流電、交流電、電場、磁場、電磁輻射和/或聲回旋加速共振。
然後對得到的聲、電磁或者組合能譜進行分析。聲和電磁頻率和/或特性的分布表徵了物體的獨特聲和/或聲-電磁特徵圖譜的特徵。
本發明還可以用於保安系統，如機場，防止有人把塑料炸彈送到飛機和行李中對保安工作造成較大的壓力。金屬探測器不能探測聚合物，因為在多數情況下聚合物對此種裝置的磁場不起作用。同樣，其它方法如X光裝置或者訓練過的動物不能在聚合物中互相加以區分，有些炸彈因此難於探測。
可以使用能夠辨認以特定塑料炸彈為特徵的獨特聲特徵圖譜的探測裝置。
為了測定塑料炸彈的聲共振頻率，首先要測定含有炸藥的塑料的特徵頻率。測定轉而確定誘導聲共振所需頻率的共振頻率包括下面的步驟。具有已知量的炸藥材料的塑料樣品放置在兩個換能器之間，換能器含有塗在藍寶石底物上的氧化鋅薄膜，可以從Teledyne ElectronicTechnology購得。樣品由水楊酸苯酚貼附在換能器上，這是一個起膠合膠作用又能合使能量傳輸的耦合媒介。將一個換能器連接到一個Teledybe Microstrip Matching Network上，後者是一種阻抗匹配裝置。此阻抗匹配裝置再連接到Hewlett-Packard Model 6286A電源上。另一個換能器連接一個Teledybe Microstrip Matching Network上，後者再連接到BK Precision Model 2625頻譜分析儀上。塑料檢測樣品聽聲信號從換能器饋送到頻譜分析儀的正導聯。由檢測液體、支架、換能器材料來的已知聲信號起對照作用，並且饋入頻譜分析儀的負導聯。利用這種設置，抵消對照特徵圖譜，剩下的顯示出的共振聲特徵圖譜來自塑料炸彈，得到一個定性的結果和獨特的特徵圖譜。
啟動電源，一個電壓範圍傳送到換能器上。這個電信號在換能器材料上引起一個機械應力，造成與從電源發出電壓相應頻率範圍內的特定聲能波。這個聲波傳播經過塑料樣品然後由第二換能器接收。從該換能器的電輸出由頻譜分析儀轉換成可讀出的形式。共振頻率及從而聲特徵圖譜可以通過此方法測定。通過改變發自電源的電壓，發送的聲波的幅度對不同的施加電壓作出反應。當信號的幅度達到最大時，塑料樣品處在聲共振中，並且，指示此狀態的頻率實質上相應於共振頻率。在此點，共振聲和/或聲-電磁特徵圖譜就可確定。
一旦測定了塑料炸彈的共振聲特徵圖譜後，可以用幾個不同型的塑料進行檢測，其中有的含有炸藥，有的不含炸藥。每個樣品還是放在上述相同的設置中。以前確定的要在含炸藥樣品中誘導聲共振的頻率範圍通過使用相應電壓的電源來管理。樣品分個地檢測，而只有含炸藥的樣品在預定的聲共振頻率下達到最大幅度。用這個方法測定含有某種炸藥的塑料的獨特特徵圖譜。
一旦測定了定性的共振聲特徵圖譜後，它可以儲存在微處理機或者其它存儲裝置中，用作以後鑑別模式中作比較分析。還有一旦測定了定性的共振聲和/或聲-電磁能特徵圖譜後，可以通過比較未知濃度的塑料炸彈的共振聲特徵圖譜幅度來測定定量的結果。有高濃度塑料炸藥的樣品有更高的共振聲特徵圖譜幅度。轉而可以得到一個比例，使之能夠分析未知濃度樣品中的炸藥量。
可以在機場登機口掃描行李、包裹和人員以確定是否有人將塑料炸彈運送到候機廳或者飛機上。箱子可以放在兩個換能器之間，一個換能器產生聲信號並且掃描一個寬帶目標頻率，另一個換能器檢測傳播的聲信號。來自箱子的聲信號饋入信號分析儀的正導聯。皮革、紙張、纖維、塑料及其它一般會包括在旅客行李中的材料的已知聲共振特徵圖譜饋入信號分析儀的負導聯。從而對照的特徵圖譜抵消其在正導聯樣品中的分量共振頻率。分析剩餘的頻率來查找塑料炸彈的聲共振特徵圖譜。
在另一個實施例中，向箱子發送塑料炸藥的聲-電磁特徵圖譜的電磁能譜式。如果換能器從箱子內檢測到表示已將材料誘導進聲共振的聲信號，那麼就確定了有塑料炸藥。聲信號的幅度可以提供箱中炸彈的相對尺寸和量的附加信息。
在又一個實施例中，將塑料炸彈的聲-電磁特徵圖譜發送到箱子上。探測箱子中內容物的聲能和聲-電磁特徵圖譜來辨識塑料炸彈。
權利要求
1．一種以生物結構為目標以影響其功能的方法，其特徵在於，此方法包含用頻率接近或在於此生物結構共振頻率的頻率的聲能輻射此生物結構，以在其中誘導聲共振。
2．根據權利要求1的方法，其特徵在於，進一步含有下列步驟，在把生物結構誘導成共振後測定生物結構的聲特徵圖譜。
3．根據權利要求1的方法，其特徵在於，進一步含有下列步驟，在把生物結構誘導成共振後測定生物結構的聲特徵圖譜和聲-電磁特徵圖譜。
4．根據權利要求1的方法，其特徵在於，進一步含有用等於此生物結構的聲共振下預定聲-電磁特徵圖譜的電磁能輻射特定的生物結構。
5．根據權利要求1的方法，其特徵在於，以足夠的功率密度施加聲能以影響此生物結構的功能。
6．根據權利要求5的方法，其特徵在於，所述功能選自由破壞和加強組成的組。
7．一種以特定的生物結構為目標以影響其功能的方法，以不影響附近的結構為特點，其特徵在於含有下列步驟a)測定特定生物結構的至少一個共振聲頻率和b)用包括此生物結構共振頻率的頻率的聲能輻射此生物結構以在其中誘導聲共振，聲能大小要足夠影響此生物結構的功能。
8．根據權利要求7的方法，其特徵在於，所述生物結構的功能受到加強。
9．根據權利要求7的方法，其特徵在於，所述生物結構的功能受到破壞。
10．根據權利要求7的方法，其特徵在於，所述生物結構選自由病毒、細菌、真菌、組織團塊、蠕蟲、節肢動物、幾丁質、植物、動物和骨組成的組。
11．一種特別地以生物結構為目標並且通過在其中誘導聲共振來影響其功能的方法，其特徵在於含有下列步驟a)施加所述生物結構的至少一個共振聲頻和/或導入等於預先測定的所述生物結構的電磁能譜式b)施加(a)和/或(b)各自於一個功率密度量以在目標生物結構內誘導聲共振來影響其功能。
12．根據權利要求11的方法，其特徵在於，所述生物結構的功能受到加強。
13．根據權利要求11的方法，其特徵在於，所述生物結構的功能受到破壞。
14．根據權利要求11的方法，其特徵在於，所述電磁能譜式是一種選自直流、交流電、電場、磁場和電磁輻射作為電磁特性。
15．根據權利要求14的方法，其特徵在於，交流電的頻率施加於所述結構上。
16．一種以生物結構為目標以影響其功能的方法，其特徵在於，含有向所述生物結構施加電磁能以在其中誘導聲共振並且影響其功能的步驟。
17．根據權利要求16的方法，其特徵在於，所述電磁能等效於所述生物結構的電磁能譜式和/或等效於此結構的至少一個共振聲頻率。
18．根據權利要求16的方法，其特徵在於，電磁能大小足夠影響所述生物結構功能，功能受到加強或破壞。
19．根據權利要求17的方法，其特徵在於，進一步含有測定所述生物結構的聲-電磁特徵圖譜。
20．根據權利要求17的方法，其特徵在於，進一步含有把所述生物結構的聲-電磁特徵圖譜與預先測定的聲-電磁特徵圖譜進行比較。
21．根據權利要求16的方法，其特徵在於，進一步含有測定所述生物結構的聲特徵圖譜。
22．根據權利要求16的方法，其特徵在於，進一步含有把所述生物結構的聲特徵圖譜與預先測定的參考聲特徵圖譜進行比較。
23．一種誘導生物結構的聲刺激以檢測和/或辨識所述生物結構的方法，其特徵在於含有下列步驟a)向所述生物結構施加具有非共振頻率的聲能，以刺激此生物結構；b)在聲能與所述結構相互作用後從所述結構接收電磁能；和c)確定所述受刺激的生物結構的非共振電磁特徵圖譜。
24．一種誘導生物結構的聲刺激以檢測和/或辨識所述生物結構的系統，其特徵在於含有a)向所述生物結構施加具有非共振頻率的聲能，以刺激此生物結構的裝置；和b)在聲能與所述結構相互作用後從所述結構接收電磁能的裝置；c)確定所述受刺激的生物結構的非共振電磁特徵圖譜的裝置。
25．一種檢測和/或辨識一種無機或生物結構的方法，其特徵在於含有下列步驟a)在所述結構中誘導聲共振；和b)測定所述結構的聲特徵圖譜。
26．根據權利要求25的方法，其特徵在於，進一步含有把當前測定的聲特徵圖譜與先前測定的聲特徵圖譜進行比較。
27．根據權利要求25的方法，其特徵在於，進一步含有通過測定由在目標結構中誘導聲共振引起的能中的至少一個電磁特徵來測定所述結構的聲-電磁特徵圖譜。
28．根據權利要求25的方法，其特徵在於，所述聲共振是通過導入一個能量引起的，後者選自由聲能、第一電磁能和第二電磁能構成的組，所述聲能包括所述結構的至少一個共振聲頻，第一電磁能等效於至少所述結構的一個共振聲頻，第二電磁能等效於至少所述結構的一個聲-電磁特徵圖譜。
29．一種通過測定一種結構的共振聲特徵圖譜辨識此結構的系統，其特徵在於，含有a)在所述結構中誘導聲共振的裝置；b)檢測所述結構的聲特徵圖譜的裝置；和c)把所述結構的聲特徵圖譜與所述結構的一個參照特徵圖譜進行比較的裝置。
30．根據權利要求29的系統，其特徵在於，進一步含有檢測所述結構在聲共振下的聲-電磁能的裝置，它包括檢測目標結構顯示的電磁特性的裝置。
31．根據權利要求30的系統，其特徵在於，所述結構選自由無機物和生物構成的組。
32．根據權利要求29的系統，其特徵在於，在所述結構中誘導聲共振的裝置包括一個信號發生裝置和至少一個換能器。
33．根據權利要求32的系統，其特徵在於，換能器的安置選自由在容器的底、容器的壁、在容器中、所述生物結構血管內、在所述生物結構的體外、在手持探頭中、一個壓電片、在遙控器中和在手術刀頭上等構成的組。
34．一種通過測定一種結構的聲特徵圖譜和/或聲-電磁特徵圖譜辨識此結構的系統，其特徵在於含有a)在所述結構中誘導聲共振的裝置；b)檢測聲共振下所述結構的聲和/或聲-電磁特徵圖譜的裝置。
35．一種在生物結構中誘導聲共振以影響功能的系統，其特徵在於該系統含有a)發生聲信號的裝置；b)向所述生物結構發送所述聲信號的裝置；和c)控制所述聲信號的功率大小以影響所述生物結構功能的裝置。
36．根據權利要求35的系統，其特徵在於，進一步含有a)發生電磁信號的裝置；b)向所述生物結構發送所述電磁信號的裝置。
37．一種用於確定在一結構中誘導聲共振的系統，其特徵在於，含有下列步驟a)發生等效於一聲-電磁特徵圖譜的電磁能的裝置；b)向所述生物結構發送所述電磁能的裝置；c)在所述電磁能與所述結構相互作用後從所述結構接收信號的裝置和d)在所述結構中測定聲共振誘導的裝置。
38．一種用於確定在一結構中誘導聲共振的方法，其特徵在於，含有下列步驟a)用等效於一聲-電磁特徵圖譜的電磁能輻射所述結構；b)在所述電磁能與所述結構相互作用後從所述結構接收信號和c)在所述結構中測定聲共振的誘導。
39．一種影響具有壓電特性起活換能器作用的生物結構功能的方法，其特徵在於，向具有壓電特性的所述生物結構施加電磁能，所述電磁能具有至少一個包括所述生物結構共振頻率的頻率，以在所述活換能器中誘導聲共振，能量大小足以影響所述生物結構功能。
全文摘要
本發明利用共振聲和/或聲－電磁能施加於無機或者生物結構上,以檢測和/或辨識、和加強和/或破壞生物結構內的功能。特別是,本發明提供一種發生共振聲和/或聲－電磁能於生物結構內,如病毒、細菌、真菌、蠕蟲及腫瘤內,以檢測和破壞這些結構。而且,本發明提供一種加強生物結構的方法,如通過在骨結構中發生共振聲和/或聲－電磁能以加強骨。還提供了用於發生和檢測共振聲和/或共振聲－電磁能的系統。
文檔編號A01G7/04GK1315847SQ99810272
公開日2001年10月3日 申請日期1999年9月10日 優先權日1998年9月11日
發明者朱莉安娜·H·J·布魯克斯, 艾伯特·E·埃布爾 申請人:伯克希爾實驗室公司