專利名稱：新型超聲波骨愈合儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型超聲波骨愈合儀。
背景技術(shù)：
超聲波應(yīng)用于骨折治療的實驗和臨床研究已有五十余年，基本為單一頻率和強度的超聲波治療儀。例如中國專利申請?zhí)?3107355.3公開的徐守義發(fā)明的超聲波骨折愈合儀，其主振頻率設(shè)置為60KHz～0.8MHz，產(chǎn)品設(shè)計為65KHz，屬低頻超聲波。但是由于骨折部位的不同，相同頻率和強度的超聲波經(jīng)不同厚度體表組織的衰減后到達(dá)靶作用部位的能量會有差異。同時在部分合并骨質(zhì)疏松的骨折患者，骨密度降低很明顯，也會直接影響其能量的吸收。因此單一頻率和強度的超聲波治療儀對于不同患者，其療效也不盡相同，不能滿足臨床治療的個體化要求。此外，據(jù)國內(nèi)權(quán)威專著《超聲醫(yī)學(xué)》記載，低頻超聲波被組織吸收較少，即便是0.8MHz的超聲波經(jīng)厚度為4.9cm的肌肉和脂肪時能量僅衰減一半。因此，當(dāng)靶作用部位較淺表時，高頻超聲波更能有效地將能量聚集，有利于進一步提高療效。因此有公司代理從國外引進高頻超聲治療儀，但是該高頻超聲治療儀輸出仍然是單一頻率、單一功率，因此，也只能適應(yīng)某些患者的病情，不能滿足多范圍骨折部位的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，而提供的一種新型超聲波骨愈合儀，該骨愈合儀對于主振頻率采用高頻段的不同參數(shù)設(shè)定，配以不同功率的低強度脈沖超聲波，通過相應(yīng)的選擇開關(guān)，從而能提高超聲波治療對于不同部位骨折或伴有骨質(zhì)疏松性骨折患者的實際療效，拓展了臨床應(yīng)用的有效部位及適應(yīng)人群。
本實用新型采取的技術(shù)方案是一種新型超聲波骨愈合儀，包括機殼，設(shè)在機殼面板上的電源開關(guān)、時間選擇開關(guān)、電源指示燈、換能器插座及通過電纜連接的換能器，還包括設(shè)在機殼內(nèi)部適當(dāng)位置的控制電路以及一提供該控制電路工作的電源，其特點是，還包括一頻率選擇開關(guān)和一功率選擇開關(guān)，所述的控制電路包括至少兩個頻率振蕩器、一前置放大器、至少一個功率放大器、一換能器、一定時報警器、一脈沖調(diào)制器；所述的各頻率振蕩器的輸出端通過選擇開關(guān)與前置放大器的輸入端連接，所述的前置放大器的輸出端分別與功率放大器的輸入端連接，所述的功率放大器的輸出端通過一功率選擇開關(guān)與設(shè)在機殼面板上的換能器插座連接；所述定時報警器和脈沖調(diào)制器的輸出端分別與前置放大器的輸入端連接。
上述一種新型超聲波骨愈合儀，其中，所述的頻率振蕩器是一個高頻振蕩電路，其輸出的主振頻率為0.8MHz至3.0MHz上述一種新型超聲波骨愈合儀，其中，所述的功率放大器有一組，其輸出選至空間平均時間平均強度為30mW/cm2至50mW/cm2范圍的兩個功率信號。
上述一種新型超聲波骨愈合儀，其中，所述的功率放大器有兩組，其輸出選自空間平均時間平均強度為30mW/cm2至50mW/cm2范圍的兩個功率信號。
上述一種新型超聲波骨愈合儀，其中，所述的脈沖發(fā)生器所設(shè)置的脈沖寬度在50μS至1mS之間；周期在0.5mS至5mS之間。
上述一種新型超聲波骨愈合儀，其中，所述的換能器輻射出的超聲功率設(shè)置在6mW至1W之間。
上述一種新型超聲波骨愈合儀，其中，所述的換能器的直徑在0.5cm至5cm之間。
由于本實用新型超聲波骨愈合儀采用了以上的技術(shù)方案，通過發(fā)射0.8MHz至3.0MHz的高頻率、30mW/cm2至50mW/cm2低強度的脈沖超聲波到患者的傷痛部位，多檔調(diào)節(jié)，在一定程度上代表了一種機械應(yīng)力，從而促使了骨的形成和結(jié)構(gòu)的改變。同時由于超聲波特有的空化效應(yīng)，導(dǎo)致骨痂周圍局限性的液體流動——微流，使組織細(xì)胞產(chǎn)生容積和運動的變化，并對細(xì)胞膜形成剪切應(yīng)力，改變了一些離子和分子的跨膜轉(zhuǎn)運，激活細(xì)胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)和相關(guān)活性物質(zhì)的合成，加速了軟骨內(nèi)骨化的進程，從而促進了骨愈合，臨床治療更有效、更安全。


本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下的實施例及其附圖進一步給出。
圖1是本實用新型的外形結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型控制電路一種實施例的電路方框圖。
圖3是本實用新型控制電路另一種實施例的電路方框圖。
圖4本實用新型控制電路的圖3實施例的電路原理圖。
具體實施方式
請參閱圖1。本實用新型超聲波骨愈合儀包括機殼100和設(shè)在機殼內(nèi)部適當(dāng)位置的控制電路2(請配合參見圖2～4)，還包括設(shè)在機殼面板上的與控制電路電連接的頻率選擇開關(guān)A、功率選擇開關(guān)B、時間選擇開關(guān)C、電源開關(guān)及其指示燈D、換能器(也可稱之為探頭)插座E以及換能器F，換能器F通過電纜連接到插座E。
請參閱圖2，這是本實用新型控制電路的一實施例電路方框圖。本實用新型的控制電路包括提供該電路工作的電源11、三個頻率振蕩器12-1、12-2、12-3、前置放大器13、一功率放大器14、換能器F、定時報警器16和脈沖調(diào)制器17。各頻率振蕩器的輸入端通過電源雙連選擇開關(guān)A1-1連接電源，各輸出端通過電源雙連選擇開關(guān)A1-2與前置放大器的輸入端連接，前置放大器的輸出端與功率放大器的輸入端連接，功率放大器輸出兩種功率，其兩輸出端通過選擇開關(guān)B1與設(shè)在機殼面板上的換能器插座E連接。定時報警器和脈沖調(diào)制器的輸出端分別與前置放大器的輸入端連接，其中，定時報警器中的定時器通過時間選擇開關(guān)C選擇工作時間。
請參閱圖3，這是本實用新型控制電路的另一實施例電路方框圖。本實用新型的控制電路包括提供該電路工作的電源21、三個頻率振蕩器22-1、22-2、22-3、前置放大器23、兩功率放大器24-1、24-2、換能器F、定時報警器26和脈沖調(diào)制器27。各頻率振蕩器的輸入端通過電源雙連選擇開關(guān)A2-1連接電源，各輸出端通過電源雙連選擇開關(guān)A2-2與前置放大器的輸入端連接，前置放大器的輸出端通過雙連選擇開關(guān)B2-1與兩功率放大器的輸入端連接，兩功率放大器輸出兩個不同的功率信號，各輸出端通過雙連選擇開關(guān)B2-2與設(shè)在機殼面板上的換能器插座E連接。定時報警器和脈沖調(diào)制器的輸出端分別與前置放大器的輸入端連接，其中，定時報警器中的定時器通過時間選擇開關(guān)C選擇工作時間。
請參閱圖4，這是本實用新型控制電路的一種實施例的電路原理圖。220V交流電經(jīng)電源變壓器降壓后，由橋式整流器Z1、Z2整流，電容器C1、C2濾波而產(chǎn)生電路所需的+20V和+40V兩種直流電源。
儀器工作時間由機械定時器DS按需要設(shè)定(0～30分鐘)。當(dāng)定時器DS接通時，繼電器JR內(nèi)的觸點開關(guān)K1-1閉合，電源接通，經(jīng)頻率振蕩器、脈沖調(diào)制器、前置放大器和功率放大器后，超聲換能器有聲功率輸出；當(dāng)設(shè)定時間到，定時器DS自動斷開，繼電器JR內(nèi)的觸點開關(guān)K1-1也隨之?dāng)嚅_，換能器就沒有聲功率輸出，同時JR內(nèi)的觸點開關(guān)K1-2由原斷開轉(zhuǎn)為接通，使蜂鳴器LS發(fā)出報警聲響，發(fā)光二極管點亮，及時提醒操作者。集成電路JC1將20V直流電流轉(zhuǎn)換為12V穩(wěn)壓直流輸出供給繼電器和蜂鳴器。
超聲換能器F實現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換的功能，將脈沖電振蕩信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率與脈沖重復(fù)周期、寬度的超聲波，作用于人體組織。其中實現(xiàn)電與聲能量轉(zhuǎn)換的功能元件是鋯鈦酸鋇壓電陶瓷晶片，配上鋁合金外殼，其圓形輻射平面的有效直徑約為30mm。配有三種頻率的超聲換能器，可根據(jù)需要配用。本實用新型選擇換能器輻射出的最佳超聲功率設(shè)置在210mW至350mW之間。
頻率振蕩器22有三套形式相同的電路22-1、22-2、22-3，分別由晶體三極管Q1、Q2、Q3及相應(yīng)元件組成，產(chǎn)生頻率各為1.0MHz、1.5MHz、2.0MHz的正弦波振蕩信號。以第一套為例，由晶體三極管Q1連接電阻R2、R3、R4、R5、電容器C7、C8、C9、C10及電感線圈L1組成。其中L1可適當(dāng)調(diào)節(jié)大小，結(jié)合選擇其它各元件數(shù)值可使振蕩頻率穩(wěn)定在1.0MHz。用一個手動雙聯(lián)波段開關(guān)A(S1-1、S1-2)作三檔轉(zhuǎn)換，S1-1將直流電源轉(zhuǎn)換加于其中某一路，S1-2則轉(zhuǎn)換相應(yīng)頻率的振蕩信號輸出到前置放大器單元。
脈沖調(diào)制器27由集成電路IC2與電容器C24，電阻器R14、R15、R16及二極管等元件組成，產(chǎn)生重復(fù)周期為1ms，脈沖寬度為0.2ms的脈沖信號，其中通過R16的電阻值的調(diào)節(jié)可調(diào)整脈沖寬度。該脈沖信號經(jīng)電容器C26加到前置放大器單元23中晶體三極管Q4的基極，經(jīng)R17、D4、C27的作用，與來自振蕩器的連續(xù)振蕩信號合成為對應(yīng)脈沖參數(shù)的脈沖調(diào)制器振蕩信號，經(jīng)Q4放大后由C28輸出。
功率放大器24有兩組，分別將輸出信號放大調(diào)整為所需的兩檔電功率輸出，通過手動雙聯(lián)波段開關(guān)B(S2-1、S2-2)作轉(zhuǎn)換輸出到換能器。其中晶體三極管Q5與周圍元件R19、R20、R21、C30、D5、L4組成第一檔的功率放大器電路，而晶體三極管Q6與周圍元件R22、R23、R24、C31、D6、L5組成第二檔的功率放大器電路。其中R19、R22可調(diào)節(jié)從推動級來的輸入信號大小，從而獲得所需的輸出信號。功率放大器的輸出與超聲換能器的插座E相連接。
本實用新型提供了一種更有效地促進骨愈合并且治療時對人體更安全的超聲波治療儀。研究表明，超聲波在同一組織內(nèi)傳播時，高頻信號衰減較明顯，能量可以大部分被組織吸收，從而引起組織內(nèi)更多細(xì)胞參與應(yīng)答。已有國外學(xué)者用大鼠股骨骨折的動物模型證實，主振頻率為1.5MHz的低強度脈沖超聲波促進新鮮骨折愈合的療效明顯優(yōu)于0.5MHz的低強度脈沖超聲波，因此，一定范圍內(nèi)的高頻脈沖超聲波促進骨折愈合的效果要明顯優(yōu)于低頻脈沖超聲波。因此，本實用新型選擇頻率振蕩器輸出的主振頻率為0.8MHz至3.0MHz。
目前國內(nèi)尚未制定超聲閾值安全劑量的標(biāo)準(zhǔn)，參照WHO和國內(nèi)對于診斷超聲的建議“在能獲得足夠可靠數(shù)據(jù)的前提下，堅持劑量最小的原則”，因此本實用新型在換能器輻射出的超聲功率設(shè)置上選擇空間平均時間平均強度(ISATA)為30mW/cm2至50mW/cm2，該空間平均時間平均強度且較早期產(chǎn)品低至少一個數(shù)量級，這無疑能極大地改善原超聲波骨折愈合儀的安全性，尤其適用于骨折愈合這種需反復(fù)、連續(xù)、長期治療的過程。
為了達(dá)到較為理想的治療效果，本實用新型所設(shè)計的超聲波治療儀，其工藝參數(shù)特別是在(a)主振頻率可以分別為1.0MHz、1.5MHz或2.0MHz；(b)脈沖寬度0.2mS，周期1mS；(c)空間時間平均強度可以分別是30mW/cm2或50mW/cm2；(d)換能器輻射出的超聲功率可以分別是210mW、350mW。
此外，為了保證一定的有效輻射面積，換能器的探頭直徑(治療接觸面積)特別可以選擇在0.5cm至5cm之間，一般選擇2.5～3cm。
本實用新型與國內(nèi)原有超聲波骨折愈合儀相比，高頻低強度脈沖超聲波能有效促進骨愈合進程，縮短骨折愈合時間至少24％～38％，降低有效治療劑量至少一個數(shù)量級，極大地提高了治療的安全性，不僅能應(yīng)用于骨折的治療，還可以治療骨移植、骨延長、骨延遲愈合或骨不連等多種疾病，促進骨的愈合，為臨床提供了一種更安全有效、無創(chuàng)的、操作簡便的治療方法。
權(quán)利要求1.一種新型超聲波骨愈合儀，包括機殼，設(shè)在機殼面板上的電源開關(guān)、時間選擇開關(guān)、電源指示燈、換能器插座及通過電纜連接的換能器，還包括設(shè)在機殼內(nèi)部適當(dāng)位置的控制電路以及一提供該控制電路工作的電源，其特征在于，還包括一頻率選擇開關(guān)和一功率選擇開關(guān)，所述的控制電路包括至少兩個頻率振蕩器、一前置放大器、至少一個功率放大器、一換能器、一定時報警器、一脈沖調(diào)制器；所述的各頻率振蕩器的輸出端通過選擇開關(guān)與前置放大器的輸入端連接，所述的前置放大器的輸出端分別與功率放大器的輸入端連接，所述的功率放大器的輸出端通過一功率選擇開關(guān)與設(shè)在機殼面板上的換能器插座連接；所述定時報警器和脈沖調(diào)制器的輸出端分別與前置放大器的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超聲波骨愈合儀，其特征在于，所述的頻率振蕩器有三組，各由一個高頻振蕩電路構(gòu)成，輸出的主振頻率為0.8MHz至3.0MHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超聲波骨愈合儀，其特征在于，所述的功率放大器有一組，其輸出選至空間平均時間平均強度為30mW/cm2至50mW/cm2范圍的兩個功率信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超聲波骨愈合儀，其特征在于，所述的功率放大器有兩組，其輸出選自空間平均時間平均強度為30mW/cm2至50mW/cm2范圍的兩個功率信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超聲波骨愈合儀，其特征在于，所述的脈沖發(fā)生器所設(shè)置的脈沖寬度在50μS至1mS之間；周期在0.5mS至5mS之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超聲波骨愈合儀，其特征在于，所述的換能器輻射出的超聲功率設(shè)置在6mW至1W之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超聲波骨愈合儀，其特征在于，所述的換能器的直徑在0.5cm至5cm之間。
專利摘要本實用新型公開了一種促進骨愈合的新型超聲波骨愈合儀，包括機殼，設(shè)在機殼面板上的電源開關(guān)、時間選擇開關(guān)、電源指示燈、換能器插座及通過電纜連接的換能器，設(shè)在機殼內(nèi)部適當(dāng)位置的控制電路以及一工作電源，其特點是，還包括一頻率選擇開關(guān)和一功率選擇開關(guān)，控制電路包括至少兩個頻率振蕩器、一前置放大器、至少一個功率放大器、一換能器、一定時報警器、一脈沖調(diào)制器；振蕩器輸出主振頻率為0.8MHz至3.0MHz，空間平均時間平均強度(ISATA)為30mW/cm
文檔編號A61N7/00GK2759509SQ20042011440
公開日2006年2月22日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者王磊, 曾炳芳, 張先龍 申請人:上海市第六人民醫(yī)院