专利名称：新型超声波骨愈合仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新型超声波骨愈合仪。
背景技术：
超声波应用于骨折治疗的实验和临床研究已有五十余年，基本为单一频率和强度的超声波治疗仪。例如中国专利申请号93107355.3公开的徐守义发明的超声波骨折愈合仪，其主振频率设置为60KHz～0.8MHz，产品设计为65KHz，属低频超声波。但是由于骨折部位的不同，相同频率和强度的超声波经不同厚度体表组织的衰减后到达靶作用部位的能量会有差异。同时在部分合并骨质疏松的骨折患者，骨密度降低很明显，也会直接影响其能量的吸收。因此单一频率和强度的超声波治疗仪对于不同患者，其疗效也不尽相同，不能满足临床治疗的个体化要求。此外，据国内权威专著《超声医学》记载，低频超声波被组织吸收较少，即便是0.8MHz的超声波经厚度为4.9cm的肌肉和脂肪时能量仅衰减一半。因此，当靶作用部位较浅表时，高频超声波更能有效地将能量聚集，有利于进一步提高疗效。因此有公司代理从国外引进高频超声治疗仪，但是该高频超声治疗仪输出仍然是单一频率、单一功率，因此，也只能适应某些患者的病情，不能满足多范围骨折部位的需要。
发明内容
本实用新型是为了克服现有技术的缺陷，而提供的一种新型超声波骨愈合仪，该骨愈合仪对于主振频率采用高频段的不同参数设定，配以不同功率的低强度脉冲超声波，通过相应的选择开关，从而能提高超声波治疗对于不同部位骨折或伴有骨质疏松性骨折患者的实际疗效，拓展了临床应用的有效部位及适应人群。
本实用新型采取的技术方案是一种新型超声波骨愈合仪，包括机壳，设在机壳面板上的电源开关、时间选择开关、电源指示灯、换能器插座及通过电缆连接的换能器，还包括设在机壳内部适当位置的控制电路以及一提供该控制电路工作的电源，其特点是，还包括一频率选择开关和一功率选择开关，所述的控制电路包括至少两个频率振荡器、一前置放大器、至少一个功率放大器、一换能器、一定时报警器、一脉冲调制器；所述的各频率振荡器的输出端通过选择开关与前置放大器的输入端连接，所述的前置放大器的输出端分别与功率放大器的输入端连接，所述的功率放大器的输出端通过一功率选择开关与设在机壳面板上的换能器插座连接；所述定时报警器和脉冲调制器的输出端分别与前置放大器的输入端连接。
上述一种新型超声波骨愈合仪，其中，所述的频率振荡器是一个高频振荡电路，其输出的主振频率为0.8MHz至3.0MHz上述一种新型超声波骨愈合仪，其中，所述的功率放大器有一组，其输出选至空间平均时间平均强度为30mW/cm2至50mW/cm2范围的两个功率信号。
上述一种新型超声波骨愈合仪，其中，所述的功率放大器有两组，其输出选自空间平均时间平均强度为30mW/cm2至50mW/cm2范围的两个功率信号。
上述一种新型超声波骨愈合仪，其中，所述的脉冲发生器所设置的脉冲宽度在50μS至1mS之间；周期在0.5mS至5mS之间。
上述一种新型超声波骨愈合仪，其中，所述的换能器辐射出的超声功率设置在6mW至1W之间。
上述一种新型超声波骨愈合仪，其中，所述的换能器的直径在0.5cm至5cm之间。
由于本实用新型超声波骨愈合仪采用了以上的技术方案，通过发射0.8MHz至3.0MHz的高频率、30mW/cm2至50mW/cm2低强度的脉冲超声波到患者的伤痛部位，多档调节，在一定程度上代表了一种机械应力，从而促使了骨的形成和结构的改变。同时由于超声波特有的空化效应，导致骨痂周围局限性的液体流动——微流，使组织细胞产生容积和运动的变化，并对细胞膜形成剪切应力，改变了一些离子和分子的跨膜转运，激活细胞内的信号传导和相关活性物质的合成，加速了软骨内骨化的进程，从而促进了骨愈合，临床治疗更有效、更安全。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。
图1是本实用新型的外形结构示意图。
图2是本实用新型控制电路一种实施例的电路方框图。
图3是本实用新型控制电路另一种实施例的电路方框图。
图4本实用新型控制电路的图3实施例的电路原理图。
具体实施方式
请参阅图1。本实用新型超声波骨愈合仪包括机壳100和设在机壳内部适当位置的控制电路2(请配合参见图2～4)，还包括设在机壳面板上的与控制电路电连接的频率选择开关A、功率选择开关B、时间选择开关C、电源开关及其指示灯D、换能器(也可称之为探头)插座E以及换能器F，换能器F通过电缆连接到插座E。
请参阅图2，这是本实用新型控制电路的一实施例电路方框图。本实用新型的控制电路包括提供该电路工作的电源11、三个频率振荡器12-1、12-2、12-3、前置放大器13、一功率放大器14、换能器F、定时报警器16和脉冲调制器17。各频率振荡器的输入端通过电源双连选择开关A1-1连接电源，各输出端通过电源双连选择开关A1-2与前置放大器的输入端连接，前置放大器的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器输出两种功率，其两输出端通过选择开关B1与设在机壳面板上的换能器插座E连接。定时报警器和脉冲调制器的输出端分别与前置放大器的输入端连接，其中，定时报警器中的定时器通过时间选择开关C选择工作时间。
请参阅图3，这是本实用新型控制电路的另一实施例电路方框图。本实用新型的控制电路包括提供该电路工作的电源21、三个频率振荡器22-1、22-2、22-3、前置放大器23、两功率放大器24-1、24-2、换能器F、定时报警器26和脉冲调制器27。各频率振荡器的输入端通过电源双连选择开关A2-1连接电源，各输出端通过电源双连选择开关A2-2与前置放大器的输入端连接，前置放大器的输出端通过双连选择开关B2-1与两功率放大器的输入端连接，两功率放大器输出两个不同的功率信号，各输出端通过双连选择开关B2-2与设在机壳面板上的换能器插座E连接。定时报警器和脉冲调制器的输出端分别与前置放大器的输入端连接，其中，定时报警器中的定时器通过时间选择开关C选择工作时间。
请参阅图4，这是本实用新型控制电路的一种实施例的电路原理图。220V交流电经电源变压器降压后，由桥式整流器Z1、Z2整流，电容器C1、C2滤波而产生电路所需的+20V和+40V两种直流电源。
仪器工作时间由机械定时器DS按需要设定(0～30分钟)。当定时器DS接通时，继电器JR内的触点开关K1-1闭合，电源接通，经频率振荡器、脉冲调制器、前置放大器和功率放大器后，超声换能器有声功率输出；当设定时间到，定时器DS自动断开，继电器JR内的触点开关K1-1也随之断开，换能器就没有声功率输出，同时JR内的触点开关K1-2由原断开转为接通，使蜂鸣器LS发出报警声响，发光二极管点亮，及时提醒操作者。集成电路JC1将20V直流电流转换为12V稳压直流输出供给继电器和蜂鸣器。
超声换能器F实现电声转换的功能，将脉冲电振荡信号转换为相应频率与脉冲重复周期、宽度的超声波，作用于人体组织。其中实现电与声能量转换的功能元件是锆钛酸钡压电陶瓷晶片，配上铝合金外壳，其圆形辐射平面的有效直径约为30mm。配有三种频率的超声换能器，可根据需要配用。本实用新型选择换能器辐射出的最佳超声功率设置在210mW至350mW之间。
频率振荡器22有三套形式相同的电路22-1、22-2、22-3，分别由晶体三极管Q1、Q2、Q3及相应元件组成，产生频率各为1.0MHz、1.5MHz、2.0MHz的正弦波振荡信号。以第一套为例，由晶体三极管Q1连接电阻R2、R3、R4、R5、电容器C7、C8、C9、C10及电感线圈L1组成。其中L1可适当调节大小，结合选择其它各元件数值可使振荡频率稳定在1.0MHz。用一个手动双联波段开关A(S1-1、S1-2)作三档转换，S1-1将直流电源转换加于其中某一路，S1-2则转换相应频率的振荡信号输出到前置放大器单元。
脉冲调制器27由集成电路IC2与电容器C24，电阻器R14、R15、R16及二极管等元件组成，产生重复周期为1ms，脉冲宽度为0.2ms的脉冲信号，其中通过R16的电阻值的调节可调整脉冲宽度。该脉冲信号经电容器C26加到前置放大器单元23中晶体三极管Q4的基极，经R17、D4、C27的作用，与来自振荡器的连续振荡信号合成为对应脉冲参数的脉冲调制器振荡信号，经Q4放大后由C28输出。
功率放大器24有两组，分别将输出信号放大调整为所需的两档电功率输出，通过手动双联波段开关B(S2-1、S2-2)作转换输出到换能器。其中晶体三极管Q5与周围元件R19、R20、R21、C30、D5、L4组成第一档的功率放大器电路，而晶体三极管Q6与周围元件R22、R23、R24、C31、D6、L5组成第二档的功率放大器电路。其中R19、R22可调节从推动级来的输入信号大小，从而获得所需的输出信号。功率放大器的输出与超声换能器的插座E相连接。
本实用新型提供了一种更有效地促进骨愈合并且治疗时对人体更安全的超声波治疗仪。研究表明，超声波在同一组织内传播时，高频信号衰减较明显，能量可以大部分被组织吸收，从而引起组织内更多细胞参与应答。已有国外学者用大鼠股骨骨折的动物模型证实，主振频率为1.5MHz的低强度脉冲超声波促进新鲜骨折愈合的疗效明显优于0.5MHz的低强度脉冲超声波，因此，一定范围内的高频脉冲超声波促进骨折愈合的效果要明显优于低频脉冲超声波。因此，本实用新型选择频率振荡器输出的主振频率为0.8MHz至3.0MHz。
目前国内尚未制定超声阈值安全剂量的标准，参照WHO和国内对于诊断超声的建议“在能获得足够可靠数据的前提下，坚持剂量最小的原则”，因此本实用新型在换能器辐射出的超声功率设置上选择空间平均时间平均强度(ISATA)为30mW/cm2至50mW/cm2，该空间平均时间平均强度且较早期产品低至少一个数量级，这无疑能极大地改善原超声波骨折愈合仪的安全性，尤其适用于骨折愈合这种需反复、连续、长期治疗的过程。
为了达到较为理想的治疗效果，本实用新型所设计的超声波治疗仪，其工艺参数特别是在(a)主振频率可以分别为1.0MHz、1.5MHz或2.0MHz；(b)脉冲宽度0.2mS，周期1mS；(c)空间时间平均强度可以分别是30mW/cm2或50mW/cm2；(d)换能器辐射出的超声功率可以分别是210mW、350mW。
此外，为了保证一定的有效辐射面积，换能器的探头直径(治疗接触面积)特别可以选择在0.5cm至5cm之间，一般选择2.5～3cm。
本实用新型与国内原有超声波骨折愈合仪相比，高频低强度脉冲超声波能有效促进骨愈合进程，缩短骨折愈合时间至少24％～38％，降低有效治疗剂量至少一个数量级，极大地提高了治疗的安全性，不仅能应用于骨折的治疗，还可以治疗骨移植、骨延长、骨延迟愈合或骨不连等多种疾病，促进骨的愈合，为临床提供了一种更安全有效、无创的、操作简便的治疗方法。
权利要求1.一种新型超声波骨愈合仪，包括机壳，设在机壳面板上的电源开关、时间选择开关、电源指示灯、换能器插座及通过电缆连接的换能器，还包括设在机壳内部适当位置的控制电路以及一提供该控制电路工作的电源，其特征在于，还包括一频率选择开关和一功率选择开关，所述的控制电路包括至少两个频率振荡器、一前置放大器、至少一个功率放大器、一换能器、一定时报警器、一脉冲调制器；所述的各频率振荡器的输出端通过选择开关与前置放大器的输入端连接，所述的前置放大器的输出端分别与功率放大器的输入端连接，所述的功率放大器的输出端通过一功率选择开关与设在机壳面板上的换能器插座连接；所述定时报警器和脉冲调制器的输出端分别与前置放大器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型超声波骨愈合仪，其特征在于，所述的频率振荡器有三组，各由一个高频振荡电路构成，输出的主振频率为0.8MHz至3.0MHz。
3.根据权利要求1所述的一种新型超声波骨愈合仪，其特征在于，所述的功率放大器有一组，其输出选至空间平均时间平均强度为30mW/cm2至50mW/cm2范围的两个功率信号。
4.根据权利要求1所述的一种新型超声波骨愈合仪，其特征在于，所述的功率放大器有两组，其输出选自空间平均时间平均强度为30mW/cm2至50mW/cm2范围的两个功率信号。
5.根据权利要求1所述的一种新型超声波骨愈合仪，其特征在于，所述的脉冲发生器所设置的脉冲宽度在50μS至1mS之间；周期在0.5mS至5mS之间。
6.根据权利要求1所述的一种新型超声波骨愈合仪，其特征在于，所述的换能器辐射出的超声功率设置在6mW至1W之间。
7.根据权利要求1所述的一种新型超声波骨愈合仪，其特征在于，所述的换能器的直径在0.5cm至5cm之间。
专利摘要本实用新型公开了一种促进骨愈合的新型超声波骨愈合仪，包括机壳，设在机壳面板上的电源开关、时间选择开关、电源指示灯、换能器插座及通过电缆连接的换能器，设在机壳内部适当位置的控制电路以及一工作电源，其特点是，还包括一频率选择开关和一功率选择开关，控制电路包括至少两个频率振荡器、一前置放大器、至少一个功率放大器、一换能器、一定时报警器、一脉冲调制器；振荡器输出主振频率为0.8MHz至3.0MHz，空间平均时间平均强度(ISATA)为30mW/cm
文档编号A61N7/00GK2759509SQ20042011440
公开日2006年2月22日 申请日期2004年12月17日 优先权日2004年12月17日
发明者王磊, 曾炳芳, 张先龙 申请人:上海市第六人民医院