伤口的超声治疗方法和装置的制作方法

专利名称：伤口的超声治疗方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将超声波用于伤口治疗的方法，特别涉及使用超声波喷射伤口表面以输送药物、杀灭细菌、清洁表面和刺激健康组织细胞的方法。
背景技术：
和超声波在许多工业上的应用一样，它同时也被广泛应用于医疗，包括诊断和治疗。超声波在诊断上的一种应用包括利用超声波探测物体或人体组织的下层结构，在这一过程中，超声换能器通过传递体接触物体或组织，而高频(1-10MHz)的超声波被导入组织，在接触到不同的下层结构后，声波反射回邻近换能器的接收器。通过比较发射的超声波信号与接收到的反射超声波信号，就能产生下层结构的图象。这一技术对于确定组织成分的分界特别有用，它还能被用于检测不正常的团块、肿瘤等等。
超声波在治疗上的两种应用包括气雾剂的生产和接触物理疗法。气雾剂的生产是利用雾化器或吸入器制造气溶胶雾以形成湿润环境或向肺中输送药物。超声雾化器让足够强度的超声波通过流体，从流体的下面或流体内部的一点指向气-液界面，随着超声产生的表面张力波的瓦解，流体微粒被从流体表面投射到周围空气中。这一技术能产生非常细的浓雾或轻雾。由超声产生的气溶胶雾优于其它方式产生的，因为用超声波可获得微粒尺寸更小的气溶胶。吸入器和雾化器的主要缺点之一是气溶胶雾没有空气气流就不能到达目的区域，而空气气流降低了超声的效果。
如Sonic and Materia1s公司、Misonix公司、Sono-Tek公司所出售的超声喷雾器(参见美国专利4153201、4655393和5516043号)使流体通过超声仪器的中心孔-喷嘴。这些喷雾器的主要缺点包括微粒尺寸不均一、流体流被加热，及超声波效率较低，这是由于喷嘴的末端面(辐射面)被破坏。
接触物理疗法将超声波直接应用于组织以试图在组织中产生物理变化。在常规超声物理疗法中，超声波通过传递体接触组织，换能器产生的超声波经过传递体进入组织。典型的传递体是一些流体浴、涂到治疗表面的胶冻或充水的气球。常规技术产生的超声波强度在大约0.25-3w/cm2，频率在大约0.8-3MHz，皮肤表面的治疗时间持续约1-30分钟，一周治疗2-3次。传递体可产生冷却效果，它能够消散超声换能器产生的部分能量。
更重要的是，为将超声波从换能器输送到皮肤表面，传递体或组织与超声波换能器的直接接触是必须的，因为周围空气是超声波传播的相对不良介质。
据报道，接触超声物理疗法具有数种良好效果，如血液循环局部改善、组织加热、酶活动加速、肌肉放松、疼痛减轻和自然愈合过程增强。尽管存在这些良好效果，现有的应用超声波的物理治疗技术受到必须提供超声换能器和组织的直接接触以保持超声波从换能器到组织的传输效率的限制。
现有方法必须有通过或不通过传递体的直接接触，这使得其变得不合要求。某些组织的情况可能适宜使用接触超声设备进行治疗但实际上无法实施接触超声治疗，例如，由创伤、火烧、外科切开造成的新鲜或开放的伤口就不适于直接接触的超声治疗，这是由于开放伤口的结构特点及伴随损伤的疼痛现象。此外，由于要将超声换能器的振动喷嘴贴近损伤的组织表面，常规的接触超声治疗可能对这些开放伤口形成破坏性的效果。

发明内容
本发明的目的是提供治疗伤口的改良方法和装置。
本发明的另一个目的是提供使用超声波治疗伤口的方法和装置。
本发明的进一步的目的是提供输送药物、杀灭细菌、清洁表面和刺激健康组织细胞生长的方法和装置。
本发明更进一步的目的是通过向伤口表面喷射超声波产生的气溶胶雾治疗伤口。
在下面的说明中，本发明的这些或其它的目的会变得更清楚。
本发明涉及一种应用非接触的超声换能器喷嘴喷射伤口表面以投送药物、杀灭细菌或清洁表面的方法和装置，本方法不需要超声波换能器与被喷射伤口的直接或间接(通过常规的传递体)接触就可将超声波应用到伤口。
本发明包括由流体与超声换能器的自由端表面接触产生的流体微粒的直接喷射，超声波使喷雾从超声换能器的远端表面向外投射，喷射微粒指向伤口上。喷射微粒提供了远端表面发射的超声波的传播介质。按照本发明的方法，由低频超声波产生的喷射微粒指向伤口上，输送药物、杀灭伤口上的细菌、增加血流量和清除表面的污垢及其它污染物(机械清洁)。
这种药物输送的方法对于需要局部用药但要避免组织接触的情况特别有利。此外，在本方法中使用的低频超声波使药物增能并使药物渗入组织表面之下。最后，作用于表面的喷射流体是药物(杀菌剂或抗生素)、油、盐、蒸馏水等时，杀菌方法都是有效的。


图1为本发明使用的超声伤口治疗系统的示意图；图2为本发明使用的超声喷雾器的侧面示意图；图3为本发明使用的超声喷雾器的部分剖面图；图4a和图4b各为图3所示的喷雾器从辐射面(图4a)或按Babaev效应从侧面(径向面)(图4b)喷射流体的详解图；图5为超声换能器末端截面图，流体从上面、侧面、下面等沿360°圆周输送到换能器喷嘴的侧面或辐射面。
图6为图4b的变例，显示了超声仪与水平线的角度在0-90°之间变化时的喷射效果；图7a-7g为所用的各个超声喷嘴的截面图；图8a-8i为本发明使用的超声喷雾器喷嘴末端形状的各种不同变型的放大图；及图9a、9b和9c为具有槽、凹或线的超声喷雾器顶部的剖面图、端面图和侧面图。
具体实施例方式
本发明的产生喷雾的装置，其特征是，先将流体输送到接近自由端面的超声换能器喷嘴侧面，以使流体在超声波于换能器喷嘴自由端面生成的真空(负压)作用下被拉向自由端面。当超声仪与水平线的角度达到90°时这一效应仍可完成。(将流体从喷嘴的径向侧面输送到自由端的声学效应是由本发明的发明者发现的，被命名为“Babaev效应”。)当流体从上面、侧面、下面等沿360°圆周输送到换能器喷嘴的径向表面时这一效应出现。
为达到上述目的，装置中必须有钢制(非替换)或塑料制(可替换)的带不同设计阀门的管嘴，管嘴允许将流体输送到换能器喷嘴的侧面或直接输送到作为喷雾器或雾化器的超声换能器的远极面(辐射面)。
本发明的主要优点之一是产生的喷雾微粒的均一性。因为流体是从固体辐射面喷出，微粒尺寸的实质均一度达到约90％或更高，更优选为约90-96％。
产生喷雾的步骤可进一步包括开动换能器以产生频率为约18kHz-10000MHz的超声波。低于18kHz的频率，即约1-18kHz，也能使用，但因为这一范围的声波对患者和操作者(没有耳保护或类似装置)可能造成不适，所以这种较低频率范围适用性较低。频率范围优选为约30-100kHz，更优选为约40kHz。
换能器自由端面与喷射的表面或物体间的分隔距离应为至少0.1英寸(2.5mm)的“非接触”距离。分隔距离优选为约0.1英寸(2.5mm)到20英寸(51cm)，更优选为约0.1英寸(2.5mm)到5英寸(12.7cm)。被喷射的流体可以是任何适宜的载体，如水(正常或蒸馏)、盐溶液或涂到组织上的油，包括植物油、花生油或油菜籽油(canola oil)，载体中可选择性加入药物(如抗生素)、杀菌剂、调节剂、表面活性剂、润肤剂或其它活性成分。药物或这类物质的优选浓度其上限为可溶解，其下限为达到预期治疗目的。
本发明的喷射流体可包括两种或更多不能混溶流体的混合物或溶液和小颗粒的异质混合物，本发明的喷射物还包括颗粒，如粉末。
按照本发明，产生的喷雾按要求的时间和频率指向被喷射的物体、表面或组织以完成特定的目的或治疗。一般认为喷射的最短时间至少需要1秒钟，但喷射持续时间可以从约1秒钟到1分钟或更长，甚至达到30分钟。许多因素或环境，如喷射面积(即伤口大小)、产生的喷雾量体积速率、活性成分的浓度等，对喷射的持续时间和/或频率都有影响。喷射可能需要一天一次或更多，也可以少至一周或一月两到三次。
按照本发明，超声波作用到伤口上不需要建立超声换能器与伤口之间的直接或间接接触，例如，人体表面特别适于以本发明的方法治疗的包括感染和发炎的开放伤口，包括一般创伤或枪伤、火或化学烧伤。
另外，本发明的方法特别适用于将喷雾指向难于接近的体孔或其它体缝内。
按照本发明进行伤口治疗具有几种优点。首先，不需要使仪器接触感染、发炎或疼痛组织就可将药物如流体抗生素局部应用到伤口表面，其次，使用本发明的方法喷射伤口表面时具有显著的杀菌效果。
此外，除了杀菌效果和非接触治疗的优点，本发明的方法与传统伤口治疗方法相比显著降低了流体药物的用量。同样地，它可以确定喷射流体的精确剂量，允许使用者，如医师按需要的速率和时间给予需要量的流体。
有人发现本发明的方法缩短了发炎和化脓感染伤口的愈合时间，比传统方法快约1.5-3倍。这一效应源自带有来自超声波的超声能量的雾化喷射微粒的杀菌、增加血流和机械清洁效应。喷雾机械地冲刷组织表面以清除组织表面的污垢、死组织和积脓。上述的愈合效应也源于增能的和高度活化的抗生素，药物在超声波的影响下渗入组织表面达0.5mm深。
另外，低频超声波与声波处理的药物(被超声能量高度活化)联合应用形成比通常使用的流体更具灭菌性质的声波处理流体，破坏表面细菌。本方法的喷雾还能刺激健康细胞的生长，有助于愈合组织的肉芽长出和上皮新生。
本发明还可应用于其它非医学的方面，如物体或食物的清洁、消毒及表面的涂层。
本发明的方法提供了可以重新使用某些传统抗生素和建立必须时不用抗生素对抗细菌方法的途径。本方法在高度活化抗生素中的效应可能让某些传统抗生素制服对这些抗生素已产生抗性的细菌，此外，除了抗生素的声波处理效应，本发明中使用的低频超声波可物理破坏细菌。本发明中高度活化抗生素和低频超声波联合应用产生出仅在局部使用或口服抗生素中未发现的强杀菌效果，这种联合效应显著增进化脓感染伤口的愈合。
本方法也提供不带压缩喷射器系统的非接触药物输送系统，这样简化了非接触药物输送喷射器的设计和减轻了喷射器的重量，更重要的是不使用压力压迫雾化微粒保持了喷射微粒携带的超声能量。
这种超声能量经证明可通过超声波的活动和应用到组织上的高度活化流体药物破坏细菌。
本发明的方法提供非压缩、非接触药物输送的方法。
本发明参照附图可能会得到更好的理解。在图1中，超声治疗系统2包括超声波发生器4，它通过电缆8连接到超声换能器6。常规的声波发生器4可能具有前面板10，其上有电源按钮12、计时器14、控制按钮16、一或多个显示屏18及一或多个插孔20，如用于脚踏开关(未显示)。具有带阀门26的贮液器24的管嘴22附加到换能器6的远端部分，箭头28代表产生的喷雾的方向。
图2是本发明的超声装置和喷雾的简单示意图。换能器6具有远端的换能器喷嘴或喇叭30，流体从贮液器32流经阀门34到达接近喇叭30远极面36的位置。换能器6通过电缆8连接到超声源。流体雾沿箭头38的方向指向目标组织或表面40。
图3是图1中按本发明方法的装置产生喷雾部件的部分剖面放大图。这一装置是美国专利5076266号公开的装置的改进和实施，在此引入作为参考。正如在图3中看到的更详细的细节，管嘴22围绕着超声喇叭30，同样，贮液器32具有位于贮液器32与超声喇叭30的远极面36之间的阀门34，锥形的流体小滴喷雾42指向目标表面或组织44。这种配置对于向表面，如伤口表面喷射流体和传输超声波都是有效的。
阀门34允许流体流经间隙46以液滴或连续液流形式流向远端喷口36，阀门34可位于贮液器32和喇叭30之间的任何位置，喇叭30在x-x方向的机械运动导致流体流向远极端或径向面36。
图4a是本发明的方法中使用的超声喷雾器向远极端(辐射面)36喷射液体48的示意图。
图4b是基于Babaev效应的从喷嘴侧(径向)面的基本喷射方式示意图。在这种情况下，流向超声喇叭30的径向面36的流体或药品在由超声波和喷雾产生的负压(真空)拉动下向前运动，并被声波处理(超声增能)。
如图5所示，流体从上面、侧面、底面等沿360°圆周输送到换能器喇叭30的侧面或辐射面36。
在图6所示的发明实施例中，换能器喇叭30的一部分被从水平线抬高达到90°，由于Babaev效应，流体48仍流向辐射面36。
超声喷嘴或喇叭可能具有规则或不规则的横截面，包括圆形、卵形、椭圆形、矩形、梯形或它们的结合。如图7a-7g所示，其各为超声喷嘴或喇叭的截面图。同样，超声喷嘴或喇叭纵截面的远极端形状也可能发生变化，其可能是矩形、椭圆形、卵形、球形、锥形、曲线形、阶梯形、带斜面的形状等。如图8a-8i所示，其各为本发明的方法使用的喷雾器喷嘴不同变化的放大图。因为从超声喷嘴面喷出的放射束完全指向目标(伤口)，优选形状为矩形，而具球形、椭圆形和卵形(图8e)末端形状时，放射束聚合于焦点，具其它类型的末端形状时，放射束发生散射，只有部分到达目标。
喷嘴远极端的径向侧面可能有槽(凹)或螺纹以使流体流向辐射面(图9a-9c)。
图9a-9c各为具有使流体流向辐射面的槽(凹)(19)或螺纹(20)的喷嘴远极端径向侧面图。
前述实施例阐述了本发明的实现方法，但是其它为本领域技术人员所了解或在此公开的其它手段，在不脱离本发明的精神或所附的权利要求书的范围情况下也可应用。
权利要求
1.一种伤口治疗的方法，包括(a)提供具有远极面的换能器，其远极面与被治疗伤口的表面间有一段距离，(b)使液滴或粉末移动到接近所说的远极面的区域，以提供包含来自换能器的声波的喷雾，及(c)将所说的喷雾指向伤口表面。
2.如权利要求1所述的方法，其中的换能器是超声换能器。
3.如权利要求2所述的方法，其中该换能器在约18kHz-103MHz的频率范围内工作。
4.如权利要求1所述的方法，其中该远极面离开伤口表面至少0.1英寸。
5.如权利要求4所述的方法，其中该远极面离开伤口表面约0.1-20英寸。
6.如权利要求5所述的方法，其中该远极面离开伤口表面约0.1-5英寸。
7.如权利要求1所述的方法，其中流体接触远极面以产生来自液流或液滴的喷雾。
8.如权利要求1所述的方法，其中流体接触到邻近远极面的径向表面以产生来自液流或液滴的喷雾。
9.如权利要求1所述的方法，其中粉末接触远极面以产生来自粉末的喷雾。
10.如权利要求1所述的方法，其中步骤(b)中的流体在使流体微粒被增能的不同位置添加。
11.如权利要求1所述的方法，其中超声波经流体或粉末喷雾导向和传送到伤口。
12.如权利要求1所述的方法，其中指向伤口表面的喷雾具有冲洗和/或机械清洗效应。
13.如权利要求1所述的方法，其中的流体包括一种或多种成分，它们选自包含抗生素、杀菌剂、盐溶液、油和水的族群。
14.如权利要求1所述的方法，其中该换能器远极面用恒定频率驱动以产生流体喷雾。
15.如权利要求1所述的方法，其中该换能器远极面用调整频率驱动以产生喷雾。
16.如权利要求15所述的方法，其中该换能器远极面用正弦超声波驱动。
17.如权利要求16所述的方法，其中波形为矩形。
18.如权利要求16所述的方法，其中波形为梯形。
19.如权利要求16所述的方法，其中波形为三角形。
20.如权利要求1所述的方法，其中该换能器用脉冲频率驱动以产生喷雾。
21.产生流体或粉末喷雾的换能器，所说的换能器具有远极端的表面，其中的远极端是不规则的。
22.如权利要求21所述的换能器，其中该表面有槽或凹。
23.如权利要求21所述的换能器，其中该表面有线。
24.如权利要求21所述的换能器，其中该远极端的横截面为圆形、卵形、椭圆形、矩形或梯度，或其中两种或更多形状的结合。
25.如权利要求21所述的换能器，其中该远极端的纵截面为矩形、椭圆形、卵形、球形、锥形、曲线形、阶梯形或带斜面的形状，或其中两种或更多形状的结合。
全文摘要
本发明的伤口治疗方法和装置包括产生声波(优选为超声波)的换能器(7)。换能器上有带远极面(辐射面)的喷嘴，流体被导向辐射面，在流体与辐射面接触后，在辐射面上形成流体的定向雾化微粒喷雾(3)。从至少0.1英寸外射向伤口的喷雾(3)通过流体微粒传导声波，其还具有冲洗、机械清洁、流体增能和杀菌的效果。
文档编号A61K47/02GK1466445SQ01816263
公开日2004年1月7日 申请日期2001年9月25日 优先权日2000年9月25日
发明者爱列斯·巴巴艾乌, 爱列斯 巴巴艾乌 申请人:阿得旺思特医药申请有限公司