專利名稱：一種促進骨折愈合的超聲波治療儀及其超聲波產(chǎn)生方法
技術領域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療設備領域，尤其涉及一種用于促進骨折愈合的超聲波治療儀，及其產(chǎn)生特定超聲波的方法。
背景技術：
超聲波能量可以促進骨折的愈合已為現(xiàn)代人們所知，而骨折愈合按照骨折縫組織對超聲波的傳導性能可大致為三個階段炎性反應階段、軟骨痂階段、及骨痂階段。到目前為止，公開的現(xiàn)有超聲波促進骨折愈合儀器和方法，都是依據(jù)直接刺激骨生成組織或細胞的原理而成；由于其作用原理是直接刺激軟骨內(nèi)骨形成，故只能在炎性反應和軟骨痂階段對骨折的愈合起作用；并且由于現(xiàn)有治療骨折愈合的超聲波多采用如圖1所示的單脈沖調(diào)制型，即通過圖1a所示的限定時限的單脈沖(低頻脈沖)波調(diào)制高頻正弦波或脈沖波，形成圖1b所示的脈沖式調(diào)制波，作為發(fā)射脈沖，存在發(fā)射波形峰值高、穿透力差的缺點，因此治療和促進骨折愈合需要很長時間；而且，參見Einhorn TA 1998年的文章Clinically applied models of bone regeneration in tissueengineering research.Clinical Orthopaedics and Related Research367s59-67可知，有大約10％的骨折病例可能發(fā)生延遲愈合或不愈合。最近，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)各階段骨痂內(nèi)都有降鈣素基因相關蛋白(Calcitonin gene related peptide，CGRP)陽性神經(jīng)纖維長入，CGRP陽性神經(jīng)纖維能感受超聲波刺激，分泌CGRP，加快骨折愈合；而目前無任何報道涉及用超聲波刺激組織中CGRP陽性神經(jīng)纖維而達到促進骨折愈合的骨折康復。
另外，目前治療骨折愈合的超聲波工作頭與人體接觸需要液態(tài)耦合劑來耦合，液態(tài)耦合劑的用量不當會影響超聲波向人體的傳遞；而且治療骨折愈合的超聲波工作頭與人體接觸面都是采用非彈性不可變形的材料，在身體表面凹凸不平或較少軟組織的部位如手腕、手指等部位很難達到工作頭表面與人體表面緊密結合，從而影響超聲波向人體的傳遞，而無法達到有效治療的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種促進骨折愈合的超聲波治療儀，該超聲波治療儀能產(chǎn)生波形峰值低、穿透力強的特定超聲波能量。
本發(fā)明進一步要解決的問題是對工作頭進行改進，使工作頭與人體表面之間不用流體或半流體的媒介物(耦合劑)介導，也能將超聲波有效地傳導到人體。
本發(fā)明所要解決的另一技術問題是提供一種產(chǎn)生特定超聲波的方法。
本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案為一種促進骨折愈合的超聲波治療儀，包括超聲波治療儀本體及其工作頭，所述超聲波治療儀本體包括一編碼序列波發(fā)生器，所述編碼序列波發(fā)生器用于產(chǎn)生連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波；所述連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波經(jīng)功率放大器放大后，通過所述工作頭發(fā)射出去。
所述的第一種超聲波治療儀，其中所述的編碼序列波發(fā)生器包括一用于產(chǎn)生高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波的高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器；一用于產(chǎn)生低頻周期編碼序列的低頻序列產(chǎn)生器，所述低頻周期編碼序列用于編碼調(diào)制所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波；一用于控制所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波和低頻周期編碼序列同步且同相位的同步信號發(fā)生器；以及一乘法器，所述乘法器的兩輸入端分別與所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器和低頻序列產(chǎn)生器的輸出端相連，并生成和輸出所述連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波。
所述的第二種超聲波治療儀，其特征在于所述的編碼序列波發(fā)生器包括一用于產(chǎn)生高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波的高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器；一用于產(chǎn)生低頻周期編碼序列的低頻序列產(chǎn)生器，所述低頻周期編碼序列用于編碼調(diào)制所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波；一分頻器，所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波經(jīng)所述分頻器分頻后產(chǎn)生一同步信號，所述同步信號作用于所述低頻序列產(chǎn)生器，使所述低頻周期編碼序列與所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波同步且同相位；以及一乘法器，所述乘法器的兩輸入端分別與所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器和低頻序列產(chǎn)生器的輸出端相連，并生成和輸出所述連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波。
所述的超聲波治療儀，其中所述的高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波的頻率有利的是500KHz-3MHz；所述的低頻周期編碼序列的頻率有利的是幾Hz-幾千KHz。
所述的超聲波治療儀，其中所述的編碼序列包括m序列或偽隨機碼序列。
上述的超聲波治療儀在工作頭上作了若干的改進，包括在所述工作頭的與人體接觸的部位上，設置一耦合物，所述耦合物采用與水的聲阻抗相同的材料制成。
所述的超聲波治療儀，其中所述的耦合物為套狀，套裝在所述工作頭的前端，并與所述工作頭的外部緊密接觸。
所述的超聲波治療儀，其中所述耦合物采用具有彈性的材料制成，使所述耦合物能在外力的作用下產(chǎn)生彈性變形。
所述的超聲波治療儀，其中所述耦合物由Aquaflex ultrasoundgel pad制成。
所述的超聲波治療儀，其中所述的工作頭與骨科夾具以可拆裝方式相連接，固定配合成一體；并且所述的工作頭與骨科夾具之間采用卡接。
一種特定超聲波產(chǎn)生的方法，包括如下步驟A、一高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波；用一低頻序列產(chǎn)生器產(chǎn)生一用于編碼調(diào)制所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波的低頻周期編碼序列；B、用同步信號源產(chǎn)生一同步信號，所述同步信號使所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波和所述低頻周期編碼序列同步且同相位；C、將所述同步且同相位的高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波和低頻周期編碼序列在一乘法器內(nèi)進行編碼調(diào)制，得到連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波。
本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明的超聲波治療儀，由于其超聲發(fā)射采用了連續(xù)的編碼序列調(diào)制波，因此具有波形峰值低、穿透力強并且不產(chǎn)生過熱效應的優(yōu)點，對骨折處的骨再生和感覺神經(jīng)末稍分泌促骨生長因子具有促進作用，并通過促進神經(jīng)末稍分泌促骨生長因子加強其促進骨再生的效果；同時編碼序列調(diào)制波可以刺激各階段骨痂內(nèi)的CGRP陽性神經(jīng)纖維分泌CGRP，從而在骨折愈合的每個階段都能對骨折的愈合起促進作用；因此本發(fā)明的超聲波治療儀能加快骨折愈合，縮短治療時間，降低延遲愈合或不愈合的發(fā)生率。
本發(fā)明的超聲波治療儀，由于在工作頭與人體接觸的部位上設置了一耦合物，且所述耦合物采用與水的聲阻抗相同的材料制成，使工作頭本身具有自耦合作用，因此在工作頭與人體接觸的界面，不需要使用液態(tài)耦合劑，而有效地介導超聲波進入人體。并且，由于耦合物采用具有彈性的材料制成，固定在工作頭上的耦合物在外力作用下會發(fā)生彈性變形，因此，即使在人體表面凹凸不平的部位，也可通過施加壓力，使工作頭與人體表面達到無間隙地緊密結合，保證了超聲波有效地向人體傳遞，從而達到有效治療的目的。


圖1a為現(xiàn)有技術用于調(diào)制的單脈沖，圖1b為用單脈沖調(diào)制后的脈沖調(diào)制式正弦波；圖2為本發(fā)明超聲治療儀的方框3為本發(fā)明第一種編碼序列波發(fā)生器的方框圖；圖4為本發(fā)明第二種編碼序列波發(fā)生器的方框圖；圖5a、b、c為本發(fā)明采用的編碼序列調(diào)制波的示意圖；圖6為與骨科夾具固定配合使用的工作頭結構示意。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明本發(fā)明的超聲波治療儀用于刺激肌體的骨再生、促進和加快骨折愈合。如圖2所示，超聲波治療儀包括一超聲波治療儀本體及其工作頭，而超聲波治療儀本體包括一編碼序列波發(fā)生器及一功率放大器，編碼序列波發(fā)生器用于產(chǎn)生連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波；該編碼序列調(diào)制發(fā)射波經(jīng)功率放大器放大后，通過工作頭將超聲波能量發(fā)射出去，作用于人體，刺激肌體的骨再生，使骨折愈合。本發(fā)明與現(xiàn)有技術最顯著的區(qū)別是，經(jīng)工作頭發(fā)射的超聲波是編碼序列調(diào)制波，并且編碼序列調(diào)制波是一連續(xù)波。形成連續(xù)的編碼序列調(diào)制波的波形如圖5所示，圖5a為用于編碼的低頻周期編碼序列，其頻率范圍為幾Hz-幾千KHz；圖5b所示為被編碼的高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波，可以是圖5b中實線所示的高頻正弦波，也可以是如圖5b中虛線所示的高頻連續(xù)脈沖波，所述的高頻連續(xù)脈沖或高頻正弦波的頻率范圍最好是在500KHz-3MHz；圖5c則是由圖5a和圖5b合成的編碼序列調(diào)制波，并且合成的編碼序列調(diào)制波是一連續(xù)波。由于連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波具有波形峰值低、穿透力強并且不產(chǎn)生熱效應的優(yōu)點，因此能有效地作用于骨折深部，對骨折處的骨再生和感覺神經(jīng)末稍分泌促骨生長因子具有促進作用，同時可以刺激各階段骨痂內(nèi)的CGRP陽性神經(jīng)纖維分泌CGRP，從而在骨折愈合的每個階段都能對骨折的愈合起促進作用。
產(chǎn)生編碼序列調(diào)制波的方法很多，如可用單片機、數(shù)字、模擬電路、或可編程器件等實現(xiàn)。本發(fā)明的編碼序列調(diào)制波由以下方法產(chǎn)生A、用一高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波；且用一低頻序列產(chǎn)生器產(chǎn)生一用于編碼調(diào)制所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波的低頻周期編碼序列，低頻周期編碼序列包括如m序列或偽隨機碼序列，且其編碼可設定，如1001010......01，或10101100......10；B、用同步信號源產(chǎn)生一同步信號，使高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波和低頻周期編碼序列同步且同相位；C、將同步且同相位的高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波和低頻周期編碼序列在一乘法器內(nèi)進行編碼調(diào)制，得到連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波。根據(jù)上述方法，本發(fā)明具體采用以下兩種編碼序列波發(fā)生器如圖3所示的第一種編碼序列波發(fā)生器，包括一用于產(chǎn)生高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波的高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器；一低頻序列產(chǎn)生器；一產(chǎn)生并提供同步信號，控制所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波和低頻周期編碼序列波同步且同相位的同步信號發(fā)生器；以及一乘法器，所述乘法器的兩輸入端分別與所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器和低頻序列產(chǎn)生器的輸出端相連，生成并輸出所述連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波。
如圖4所示的第二種編碼序列波發(fā)生器，同樣包括一高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器、一低頻序列產(chǎn)生器、以及一乘法器，并且三者之間的連接方式及各自的功能都與第一種方案的相同；所不同的是，同步信號是由高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器經(jīng)一分頻器分頻產(chǎn)生，并且作用于所述低頻序列產(chǎn)生器，使所述低頻周期編碼序列與所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波同步且同相位。
本發(fā)明的超聲波治療儀在工作頭上也作了許多改進。如圖6所示，為解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的技術方案在所述的工作頭與人體接觸的部位上，固定設置了一耦合物20，所述耦合物采用與水的聲阻抗相同的材料制成，使工作頭本身具有自耦合作用，這樣在治療的過程中，工作頭與人體表面接觸的界面不需要流體/半流體媒介物(耦合劑)介導。在實際中最簡便易行的方法是將所述的耦合物20做成套狀，緊貼工作頭10的外部套裝在所述工作頭10的前端上，耦合物20與所述工作頭10的外部緊密接觸；如此設計，耦合物可以經(jīng)常拆換，既便于清洗耦合物以保持其清潔，安裝使用又方便。為了在人體表面凹凸不平的部位，也能使工作頭與人體表面達到無間隙地緊密結合，保證超聲波有效地向人體傳遞，制作所述耦合物的材料還應具有彈性，當對工作頭施加外力時，耦合物會隨人體表面40的曲線產(chǎn)生相應的彈性變形，從而保證工作頭與人體表面達到無間隙地緊密結合。耦合物可采用美國Parker Laboratory生產(chǎn)的一種凝膠橡膠Aquaflex ultrasound gel pad制成，但不僅限于該材料。該材料為有彈性的復合高分子聚合物，其聲阻抗與水的聲阻抗相同，即使在不同厚度或不同壓力變形狀態(tài)下其聲阻抗不變，可以有效地介導超聲波進入人體；并且該材料具有生物兼容性，不對人體造成傷害。
由于本發(fā)明的工作頭本身具有自耦合作用，不用液態(tài)耦合劑。也就不用顧慮液態(tài)耦合劑流入骨科夾具的夾板/石膏筒內(nèi)的問題，因此使工作頭能與骨折閉合復位后的骨折夾具(夾板/石膏)配合使用。本發(fā)明將所述工作頭10以可拆裝方式與骨科夾具30相連接，固定配合成一體；工作頭與骨科夾具之間可以采用卡接的方式連接，進行骨折愈合的治療時，將超聲波治療儀的工作頭卡在骨折夾具的相應部位，使工作頭與骨折夾具固定成為一體；而結束治療后，即可將工作頭方便地拆卸下來，滿足治療使用的需求。
采用本發(fā)明的促進骨折愈合的超聲波治療儀，經(jīng)過臨床實驗，其數(shù)據(jù)表明1、能有效地縮短骨折愈合時間。每日用本發(fā)明的促進骨折愈合的超聲波治療儀刺激骨折部位5-15分鐘，骨折愈合進度可加快30％。2、能減低骨折不愈合風險。每日用本發(fā)明的促進骨折愈合的超聲波治療儀刺激骨折部位5-15分鐘，骨折不愈合風險可減低30-50％。
應當理解的是，本發(fā)明所述的一種用于促進骨折愈合的超聲波治療儀及其產(chǎn)生特定超聲波的方法，上述針對較佳實施例的描述過于具體，并不能因此而理解為對本發(fā)明的專利保護范圍的限制，其專利保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種促進骨折愈合的超聲波治療儀，包括超聲波治療儀本體及其工作頭，其特征在于所述超聲波治療儀本體包括一編碼序列波發(fā)生器，所述編碼序列波發(fā)生器用于產(chǎn)生連續(xù)的編碼序列調(diào)制波；所述連續(xù)的編碼序列調(diào)制波經(jīng)功率放大器放大后，通過所述工作頭發(fā)射出去。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲波治療儀，其特征在于所述的編碼序列波發(fā)生器包括一用于產(chǎn)生高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波的高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器；一用于產(chǎn)生低頻周期編碼序列的低頻序列產(chǎn)生器，所述低頻周期編碼序列用于編碼調(diào)制所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波；一用于控制所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波和低頻周期編碼序列同步且同相位的同步信號發(fā)生器；以及一乘法器，所述乘法器的兩輸入端分別與所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器和低頻序列產(chǎn)生器的輸出端相連，并生成和輸出所述連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波。
3.根據(jù)權利要求1所述的超聲波治療儀，其特征在于所述的編碼序列波發(fā)生器包括一用于產(chǎn)生高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波的高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器；一用于產(chǎn)生低頻周期編碼序列的低頻序列產(chǎn)生器，所述低頻周期編碼序列用于編碼調(diào)制所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波；一分頻器，所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波經(jīng)所述分頻器分頻后產(chǎn)生一同步信號，所述同步信號作用于所述低頻序列產(chǎn)生器，使所述低頻周期編碼序列與所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波同步且同相位；以及一乘法器，所述乘法器的兩輸入端分別與所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器和低頻序列產(chǎn)生器的輸出端相連，并生成和輸出所述連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波。
4.根據(jù)權利要求2所述的超聲波治療儀，其特征在于所述的高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波的頻率有利的是500KHz-3MHz；所述的低頻周期編碼序列的頻率有利的是幾Hz-幾千KHz。
5.根據(jù)權利要求4所述的超聲波治療儀，其特征在于所述的編碼序列包括m序列或偽隨機碼序列。
6.根據(jù)權利要求1至5任意權項所述的超聲波治療儀，其特征在于在所述工作頭的與人體接觸的部位上，設置一耦合物，所述耦合物采用與水的聲阻抗相同的材料制成。
7.根據(jù)權利要求6所述的超聲波治療儀，其特征在于所述的耦合物為套狀，套裝在所述工作頭的前端，并與所述工作頭的外部緊密接觸。
8.根據(jù)權利要求7所述的超聲波治療儀，其特征在于所述耦合物采用具有彈性的材料制成，使所述耦合物能在外力的作用下產(chǎn)生彈性變形。
9.根據(jù)權利要求8所述的超聲波治療儀，其特征在于所述耦合物由Aquaflex ultrasound gel pad制成。
10.根據(jù)權利要求7所述的超聲波治療儀，其特征在于所述的工作頭與骨科夾具以可拆裝方式相連接，固定配合成一體。
11.根據(jù)權利要求8所述的超聲波治療儀，其特征在于所述的工作頭與骨科夾具之間為卡接。
12.一種特定超聲波產(chǎn)生的方法，包括如下步驟A、用一高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波；用一低頻序列產(chǎn)生器產(chǎn)生一用于編碼調(diào)制所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波的低頻周期編碼序列；B、用同步信號源產(chǎn)生一同步信號，所述同步信號使所述高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波和所述低頻周期編碼序列同步且同相位；C、將所述同步且同相位的高頻連續(xù)脈沖/高頻正弦波和低頻周期編碼序列在一乘法器內(nèi)進行編碼調(diào)制，得到連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波。
全文摘要
一種促進骨折愈合的超聲波治療儀及超聲波產(chǎn)生方法，包括超聲波治療儀本體及其工作頭，超聲波治療儀本體包括用于產(chǎn)生編碼序列調(diào)制發(fā)射波的編碼序列波發(fā)生器；編碼序列調(diào)制發(fā)射波經(jīng)功率放大器放大后，通過工作頭將超聲波能量發(fā)射出去。產(chǎn)生超聲波的方法，A.用高頻正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一高頻正弦波；且用低頻序列產(chǎn)生器產(chǎn)生一低頻序列，B.用同步信號源產(chǎn)生一同步信號，使高頻正弦波和低頻序列同步且同相位；C.通過乘法器進行編碼調(diào)制，得到連續(xù)的編碼序列調(diào)制發(fā)射波。該編碼序列調(diào)制波具有波形峰值低、穿透力強并且不產(chǎn)生熱效應的優(yōu)點，能加快骨折愈合。
文檔編號A61N7/00GK1706508SQ200510067149
公開日2005年12月14日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權日2005年4月19日
發(fā)明者陳思平, 郭霞, 吳賢發(fā) 申請人:深圳安科高技術股份有限公司, 香港理工大學