一种超声波针刺仪的制作方法

专利名称：一种超声波针刺仪的制作方法
技术领域：
本发明属于超声治疗技术领域。具体涉及一种超声波针刺仪。
背景技术：
中医针灸由于具有适用范围广、见效快、副作用小等特点，越来越受到广大患者的欢迎。但是同时也具有刺激强烈、刺破皮肤易造成交叉感染等问题，并且操作时技术难度大，疗效需依操作者的经验而定，不易复制。而超声波具有穿透性好、无创治疗等优点，因此目前市面上出现了一些利用超声波来替代普通针灸的超声针灸治疗设备。这类设备所产生的聚能超声波通过照射人体穴位，可以对所照射的穴位产生一定的刺激作用，但是人体不能产生类似于传统针灸治疗中针刺作用后的酸、麻、胀、重等感觉，治疗效果不显著。比如，申请号为92101460.0的中国专利中公开了一种电子超声针灸多用仪，它采用聚能式超声换能输出头，其所采用的超声波为脉冲超声波，该超声针灸仪的超声能量集中，对治疗部位能产生一定的疗效。但是它并不能模拟传统中医的针刺手法，因而不能在人体穴体处产生类似于传统针刺的各种疗效。因此，目前市面上已有的超声针灸设备虽然具有一定疗效，但就其治疗效果而言，仍无法取代传统针刺手法。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种能够完全模拟传统针灸中针刺手法的超声波针刺仪。本发明人根据中医针灸中的针刺、提插或捻转等手法可以对人体穴位产生强烈刺激的理念，并通过大量实验发现，当用超声波模拟传统针刺手法时，通过控制超声波输出声功率(即能量)的强弱变换以及通过改变超声波的脉冲频率(此脉冲频率是指提插和捻转的周期频率)可以达到刺激人体的相应穴位的目的，即以超声波所形成的聚焦声场为 “针”，以超声波的输出声功率作为“针”的“剂量”，可以模拟传统针灸中的入针、留针、提插、 捻转等针刺手法，从而可以在人体穴位上达到与传统针灸作用于相应穴位上相类似的感觉和治疗效果，即让人产生酸、麻、胀、重等的感觉，最终代替针灸操作中的银针来进行治疗。解决本发明技术问题所采用的技术方案是该超声波针刺仪包括主机以及与主机相连的超声治疗头，所述超声治疗头中包括发射聚焦超声波的超声换能器，所述主机中包括有驱动所述超声换能器发射超声波的驱动单元、对所述驱动单元进行控制的控制单元， 其中，该超声波针刺仪以超声换能器所发射超声波形成的聚焦声场为“针”，以超声波的输出声功率作为“针”的“剂量”，所述控制单元中包括有信号处理模块；主频控制模块，对超声换能器的工作频率进行控制并将该工频信号传送给信号处理模块；入针控制模块，将超声换能器中超声波的入针剂量设定为一个固定值A，再将该入针信号传送给信号处理模块；
由信号处理模块对工频信号和入针信号进行处理，将两信号叠加形成入针合成信号后，将之传送给驱动单元；留针控制模块，将超声换能器中超声波的留针剂量设定为小于入针剂量的一个固定值B，再将该留针信号传送给信号处理模块；由信号处理模块对工频信号和留针信号进行处理，将两信号叠加形成留针合成信号后，将之传送给驱动单元；驱动单元根据入针合成信号或留针合成信号驱动超声换能器发射相应的超声波。其中，所述固定值A的可选范围为0-10W，优选为2-7W ；所述固定值B的可选范围为入针剂量的1/4-3/4，优选为入针剂量的1/2。优选的是，本发明超声波针刺仪中还包括有手柄，所述手柄上设有可调节所述 “针”的“剂量”(超声换能器所发射的超声波的输出声功率大小)的能量调节开关，所述能量调节开关分别与入针控制模块、留针控制模块电连接。优选的是，所述控制单元中还包括有提插控制模块，所述提插控制模块可使超声换能器中超声波的输出声功率从零变化到某一个固定值C，再从该固定值C变化到零，此为一个提插周期，如此循环，并将该提插信号传送给信号处理模块；由信号处理模块对工频信号和提插信号进行处理，将两信号叠加形成提插合成信号后，将之传送给驱动单元，驱动单元据此驱动超声换能器发射相应的超声波。其中，所述固定值C的可选范围为入针剂量的0. 5-5倍，优选为1倍，即与入针剂
量相等。优选超声换能器中超声波的输出声功率从零变化到某一个固定值C所需时间与超声波的输出声功率再从固定值C变化到零所需时间相等，与所述提插周期对应的提插频率的范围为0. 1-5HZ，优选为2Hz。进一步优选的是，所述控制单元中还包括有捻转控制模块，捻转控制模块可使超声换能器中超声波的输出声功率为某一个固定值D，保持一定时间后，瞬间减至零，然后再保持一定时间，再将输出声功率瞬间加至某一固定值E，此为一个捻转周期，如此循环，并将该捻转信号传送给信号处理模块；由信号处理模块对工频信号和捻转信号进行处理，将两信号叠加形成捻转合成信号后，将之传送给驱动单元，驱动单元据此驱动超声换能器发射相应的超声波。其中，所述固定值D和固定值E的可选范围为入针剂量0. 5-5倍，优选为1倍，即固定值D和固定值E都与入针剂量相等。优选的是，超声波的输出声功率从固定值D变化到零的时间与从零变化到固定值 E的时间相等，所述捻转周期所对应的捻转频率的范围为0. l-5Hz，优选为0. 5Hz或1Hz。当然，在控制单元中同时设置提插控制模块和捻转控制模块，只是本发明最佳的一种优选方案，控制单元中也可不设置上述两种模块，或者根据需要只设置提插控制模块或者只设置捻转控制模块。更优选的是，针刺仪中还包括有键盘输入单元，所述键盘输入单元中包括有键盘， 所述键盘与提插控制模块和捻转控制模块电连接，操作者可通过键盘输入提插频率以及捻
转频率。本发明人经大量实验得知，当采用本发明超声波针刺仪对人体穴位进行治疗时，在超声换能器发出的超声波形成的聚焦超声声场中，如果焦域形状为沿声轴线方向延伸的长条形(相对于现有技术中聚焦超声波所形成的焦域仅为以焦点为中心的一个极小的椭球区域而言)，则治疗的效果较好。由于各个穴位在人体体表的深浅程度不一，而穴位作为针灸时的针刺部位，并非仅为单个的点位而是一个具有一定深度和广度的区域，为了保证良好的治疗效果，可根据不同穴位在人体表皮上的分布特点来制作与之相适应的超声换能器，使超声换能器的焦平面(经过焦点且与声轴线垂直的平面，指焦域中具有能量最集中的平面)距离与相应穴位的深浅程度相对应当穴位在人体体表较浅的位置时，可使焦平面距离较小；反之则使焦平面距离较大。根据以上原则，为适应针灸治疗的需要，所选用的超声换能器的焦域最好是焦域的长度为3-100mm，优选焦域的长度为3_60mm，更优选的是3_50mm ；焦域的宽度为l_15mm， 优选焦域的宽度为2-5mm ；焦平面距离为lO-lOOmm，优选为10_60mm。为了形成上述长条形的焦域，本发明所采用的超声换能器的结构如下该超声换能器可包括有能发射聚焦超声波(球面超声波)的超声发射单元，所述超声发射单元包括聚焦波源和设置在超声传输路径上的超声传导单元，所述聚焦波源所发射的超声波经超声传导单元后聚集在超声波声轴线上并沿超声波声轴线方向延伸。其中，所述聚焦波源采用能反射超声波的聚焦波源，所述超声传导单元采用可透射超声波并能反射超声波的材料制成，该材料的声阻抗与人体皮肤的声阻抗不相匹配，即超声传导单元与人体皮肤之间的声阻抗不一致，两者之间具有较大的声阻抗差异。优选的是，所述人体皮肤与超声传导单元两者的声阻抗的比值范围为1/2-1/50， 进一步优选为1/10-1/40。 优选超声传导单元可采用玻璃、铜或铝制成。优选的是，所述超声传导单元与聚焦波源的超声发射面相接触，且其形状与聚焦波源的超声发射面的形状相适配。进一步优选的是，所述聚焦波源采用球壳形波源，超声传导单元与所述球壳形波源的超声发射面相接触的接触面的形状为与超声发射面相适配的球冠面；超声传导单元与人体皮肤相接触的一面(即超声传导单元的底面)的形状为平面形或者采用与人体皮肤表面相适应的形状。或者所述聚焦波源可包括平面压电材料以及贴合在所述平面压电材料上的凹透镜，超声传导单元与所述凹透镜相接触的接触面的形状采用与所述凹透镜的凹陷部相适配的形状。当然，聚焦波源也可以采用其他具有相同功能的结构。在上述超声换能器中，由于超声传导单元的声阻抗与人体皮肤的声阻抗不相匹配，即超声传导单元与人体声阻抗之间具有较大的声阻抗差异，因而超声波经过超声传导单元的底面后，会发生反射和透射，且反射的超声波大于透射的超声波，即部分超声波经透射进入人体皮肤，而大部分发生反射的超声波经反射后又回到聚焦波源的球壳面上，该超声波再经聚焦波源反射后，重新进入超声传导单元，继续在超声传导单元的底面发生反射和透射，此过程不断重复进行，直至最后反射的超声波几乎为零，全部透射到人体皮肤中， 即在超声波经过上述多次反射和透射，最后全部进入人体，并且由于每经过一次反射后，进入人体的超声波与前次进入人体的超声波在声轴线上聚焦的位置是沿声轴线方向延伸，因而所形成的焦域为长条形焦域。其中，所述聚焦波源的口径D范围是25_50mm，聚焦波源的聚焦半径SR范围是 20-50mm，超声发射单元的中心厚度S范围是0. 5-2. 6mm。优选的是，所述主机可提供多个超声输出通道，超声治疗头可采用多个，多个超声治疗头可选择与主机中多个超声输出通道中相应的一个进行相连，多个超声治疗头都与驱动单元相连，从而形成多路工作的超声波，对人体不同的穴位进行治疗。而多路超声波可同时工作，以满足同时治疗多个穴位的要求。这样，本发明超声波针刺仪可以同时对人体的两个以上的穴位进行治疗，其操作与中医针灸中对几个穴位同时扎下银针而治病的实际操作比较接近。优选的是，超声治疗头内还设置有可与外部网络中心进行数据交换的通讯芯片。优选的是，超声治疗头中还设有可使超声治疗头振动的振动捶。优选的是，本发明超声波针刺仪中还包括有可对超声治疗头进行加热的加热装置。优选的是，本发明超声波针刺仪中还包括有可对治疗部位进行照射的发光装置。优选的是，超声治疗头中还包括有可作为电极的电极头。优选的是，超声治疗头内还设有可在超声治疗头内产生磁场的装置。本发明超声波针刺仪中，超声换能器所发出的超声波的工作频率范围为 0. 8-2MHz，优选为 1. 5MHz。本发明超声波针刺仪能够完全模拟传统针刺治疗中的入针、留针、提插、捻转等针刺手法，治疗时可以达到甚至超过传统针灸术的疗效，从而实现了超声波对传统针灸术的全面替代。其相对于传统的针灸治疗所具有的优势在于第一，无创，即本发明是通过超声波模拟针刺过程，在针刺过程中，不会产生创 Π ；第二，由于是模拟针刺过程，因而治疗过程中不用进行消毒，不用担心针刺穴位会受到感染；第三，使用方便，效率高，能够节约医务人员的时间和精力。在以本发明超声波针刺仪治疗慢性腰痛等多种慢性疾病的临床实验中，通过使用本发明超声波针刺仪中的超声波来辐照人体穴位以模拟传统针灸治疗被证明是一种有效的替代治疗手段，能达到有效的治疗效果。实验小组人员将治疗前后病人情况进行对照研究发现，治疗后不同的随访时间点，其疼痛评分均较治疗前有统计学意义的下降，说明采用本发明超声波针刺仪治疗慢性疼痛是非常有效的，5次治疗疼痛评分平均下降了 68. 89%, 且随访到21天时间仍维持在该水平。实验证明，本发明中的超声波针刺仪对治疗慢性腰背痛等慢性疾病的症状改善至少可达6个月。


图1为本发明一个具体实施例中超声波针刺仪的结构示意2为图1的实施例中超声波针刺仪输出声功率的控制原理图；图3为图1的实施例中超声换能器的结构及其所形成的焦域形状的结构示意图4为图1的实施例中超声针刺仪中的电路原理图。图中1-主机；2-超声治疗头；3-聚焦波源；4-超声传导单元;MCU-微处理器；DISP-显示单元；KEY-键盘输入单元；WRl... WRN-电位器；ADC-模/数转换芯片； 0SC1. . . OSCN-波形发生器；IC11. . . ICNl-信号合成芯片；IC12. . . ICN2-信号合成芯片； IC13. . . ICN3-放大器驱动芯片；Ql. . . QN-功率放大器；MATCH1. . . MATCHN-阻抗匹配电路； Yl... YN-超声换能器。
具体实施例方式为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。如图1所示，本实施例中超声波针刺仪包括主机以及与主机相连的一个或多个超声治疗头。所述超声治疗头中包括有发射聚焦超声波的超声换能器，主机中包括有驱动所述超声换能器发射超声波的驱动单元、对所述驱动单元进行控制的控制单元、显示单元 (用于显示治疗过程中设置的各种治疗参数，如提插频率、捻转频率等)以及电源系统。控制单元分别与驱动单元、显示单元连接，电源系统分别与控制单元、驱动单元、显示单元连接。其中，控制单元中包括有信号处理模块、主频控制模块、入针控制模块、留针控制模块、提插控制模块和捻转控制模块。主频控制模块可对超声换能器的工作频率进行控制并将该工频信号传送给信号处理模块；入针控制模块可将超声换能器中超声波的入针剂量设定为一个固定值A，再将该入针信号传送给信号处理模块；由信号处理模块对工频信号和入针信号进行处理，将两信号叠加形成入针合成信号后，再将之传送给驱动单元；驱动单元根据入针合成信号驱动超声换能器发射相应的超声波。留针控制模块可将超声换能器中超声波的留针剂量设定为小于入针剂量的一个固定值B，再将该留针信号传送给信号处理模块；由信号处理模块对工频信号和留针信号处理，将两信号叠加形成留针合成信号后，将之传送给驱动单元；驱动单元根据留针合成信号驱动超声换能器发射相应的超声波。提插控制模块可使超声换能器中超声波的输出声功率从零变化到某一个固定值 C，再从该固定值C变化到零，此为一个提插周期，如此循环，并将该提插信号传送给信号处理模块；由信号处理模块对工频信号和提插信号进行处理，将两信号叠加形成提插合成信号后，将之传送给驱动单元，驱动单元根据提插合成信号驱动超声换能器发射相应的超声波。捻转控制模块可使超声换能器中超声波的输出声功率为某一个固定值D，保持一定时间，瞬间减至零，然后再保持一定时间，再将声功率加至某一个固定值E，此为一个捻转周期，如此循环，并将该捻转信号传送给信号处理模块；由信号处理模块对工频信号和捻转信号进行处理，将两信号叠加形成捻转合成信号后，将之传送给驱动单元，驱动单元根据捻转合成信号驱动超声换能器发射相应的超声波。本实施例中，固定值A采用0-10W之间的一个值；固定值B为入针剂量的1/2。固定值C采用入针剂量的0. 5-5倍之间的一个值，本实施例中，固定值C的值与入针剂量的值相等。在提插控制模块中，提插周期所对应的提插频率的范围为0. l-5Hz。并且超声换能器中超声波的输出声功率从零变化到某一个固定值C所需时间与超声波的输出声功率从固定值C变化到零所需时间相等。固定值D和固定值E采用入针剂量的0. 5-5倍之间的一个值，本实施例中，固定值 D和固定值E相等，且都与入针剂量相等。在捻转控制模块中，捻转周期所对应的捻转频率的范围为0. l-5Hz。并且使超声波的输出声功率从固定值D变化到零的时间与从零变化到固定值E的时间相等。本实施例中，超声换能器所发出的超声波的工作频率范围为0.8-2MHZ，优选为 1. 5MHz。其中，本实施例的超声波针刺仪中还可包括有手柄，手柄上设有可调节超声换能器中超声波的输出声功率大小(即“针”的“剂量”大小)的能量调节开关，所述能量调节开关分别与入针控制模块、留针控制模块电连接。本实施例超声波针刺仪中还可包括有键盘输入单元，键盘输入单元中包括有键盘，所述键盘与提插控制模块和捻转控制模块电连接，操作者可通过键盘输入所述提插频率和捻转频率。本实施例中，所述超声换能器发射的超声波形成的超声声场中，其焦域的形状为沿声轴线延伸的长条形(如图3所示)，焦域的长度为3-100mm，优选为3_60mm，更优选的是 3-50mm ；焦域宽度为l_15mm ；焦平面距离为lO-lOOmm，优选为10_60mm。本实施例中所采用的超声治疗头形成的这种沿声轴线延伸的长条形的聚焦声场与采用现有技术中的超声治疗头形成的聚焦声场相比，其更有利于对人体穴位进行刺激， 从而加强疗效。为了形成上述这种聚焦声场，下面介绍本发明实施例中采用的超声换能器如图3所示，所述超声换能器中包括有能发射聚焦超声波的超声发射单元，所述超声发射单元包括聚焦波源3和设置在超声传输路径上的超声传导单元4，超声传导单元4 与聚焦波源3的超声发射面相接触，且其形状与聚焦波源的超声发射面的形状相适配。本实施例中，聚焦波源3采用球壳形波源，超声传导单元4为球冠体形，该球冠体放置在所述球壳形波源的内部，与所述球壳形波源紧密贴合，即超声传导单元4与球壳形波源的超声发射面相接触的接触面的形状为与超声发射面相适配的球冠面，而超声传导单元4与人体皮肤相接触的一面(即球冠体的底面)的形状则为平面形。超声传导单元4采用可透射并能反射超声波的材料制成，该材料的声阻抗与人体皮肤的声阻抗不相匹配。本实施例中，超声传导单元4采用玻璃材料制成。当然，超声传导单元4也可根据不同需要采用铜或铝等其他材质构成。由于超声传导单元4和人体皮肤之间具有较大的声阻抗差异，这样，超声传导单元4的底部既是聚焦超声波的输出面，同时也是一个反射面。聚焦波源3所发射的多条超声波在超声传导单元4的底面发生多次反射和透射(在实际使用中第一次和第二次超声反射具有较强的能量，而以后的反射过程因超声能量较小，可以忽略不计，因而图3中的箭头只示意出了第一次和第二次的超声反射，以及前三次的超声透射)，多次透射与多次反射后的超声波聚集在超声波声轴线的不同位置并沿声轴线方向延伸，从而形成长条形的聚焦超声声场。
通过跟踪每条超声波的声线轨迹在超声传导单元4底面上的振幅和相位，采用现有的声线追迹方法(声线追迹方法具体可参阅《计算声学-声场的方程和计算方法》一书， 科学出版社，出版日期2005-01-01，第186-212页)进行精确计算，通过求出每条超声波传播的实际路径和到达时间，从而可计算出超声波在声轴线上的分布情况，即可确定出焦域的长度。为了适应和满足超声针灸的需要，其中，聚焦波源的口径D范围是25_50mm，聚焦波源的聚焦半径SR范围是20-50mm，超声发射单元2的中心厚度S范围是0. 5-2. 6mm。本实施例中，超声波源1的口径D为25mm，聚焦半径SR为50mm，超声传导单元2 的中心厚度S为2mm。该超声换能器最终所形成的焦域长度为60mm，宽度为2_4mm。网络功能也可设计于本发明的超声治疗头之中。本实施例中，超声治疗头内可设置有通讯芯片，超声治疗头中的各种数据(比如治疗时间、超声波的工作频率、以及超声治疗头的技术参数等)通过通讯芯片可与网络中心进行交换。网络中心是一个外部平台，其交换的数据，有助于指导治疗和了解治疗情况。本实施例中，当将超声波针刺仪用于康复治疗时，还可以增加机械振动、热、光、 电、磁等多种形式的辅助功能，这些功能各自单独施加于超声治疗头上，从而与超声治疗结合以进行复合治疗，其目的是加强疗效。具体如下超声治疗头中还可设有使超声治疗头振动的振动捶。振动捶可以采用一直径为3 毫米，长约10毫米的微型电机。振动捶可以使超声治疗头按一定频率振动，从而使人体在进行超声治疗时，增加舒适感，或者在有特殊需要时，也可进行振动操作。本发明超声波针刺仪中还可设置对超声治疗头进行加热的加热装置，以增加治疗的舒适感或用于有特殊需要时。本发明超声波针刺仪中还可设置对治疗部位进行照射的发光装置，发光装置可以使一定频率的可见光线照射在治疗部分上。在需要增加舒适感或有特殊需要时，可进行光照操作。该超声治疗头中还可设置电极头。当需要电极治疗配合时，可进行电极治疗操作。超声治疗头内还可在超声治疗头内部设置产生磁场的永磁体。当需要进行磁疗时，可进行磁疗操作。图2给出了图1的实施例中超声波针刺仪输出声功率的控制原理图。据此说明如下超声换能器的工频信号由控制电路中的主频时钟电路直接产生，调制信号
1......直到调制信号N可由控制电路直接产生，也可由其它时钟电路产生，再通过控制电
路将之调制合成不同的调制脉冲，以用于模拟传统针灸中的行针手法。超声波入针手法由控制电路产生调制脉冲，通过控制调制脉冲的占空比变化来控制超声波输出声功率的大小，使超声换能器输出某一固定声功率的脉冲超声波。超声波留针手法由控制电路产生调制脉冲，并控制其输出声功率小于入针时的输出声功率，通过控制调制脉冲的占空比变化来控制超声波输出功率的大小，使超声换能器输出某一固定声功率的脉冲超声波。超声波行针手法由控制电路产生调制变化脉冲，这种变化脉冲可以对应中医的行针手法，如提插、捻转手法等，通过控制调制脉冲的占空比变化来控制超声波输出声功率的大小，使超声换能器输出声功率发生变化的脉冲超声波。图4为根据图2的输出声功率控制原理图制成的具有多个超声治疗头(即多路输出)的超声波针刺仪的电路原理图(当然，本发明超声波针刺仪的结构并不限于只能采用该电路结构来实现针刺仪的各种功能，这里只是将之作为一个示意性的实施例)。我们以其中一路输出为例简述其电路工作原理如下本实施例中，超声波针刺仪主要包括控制单元、驱动单元、超声换能器、显示单元、 键盘输入单元、手柄。其中，控制单元包括微处理器MCU、波形发生器0SC1、信号合成芯片 IC11、信号合成芯片IC12 ；驱动单元包括放大器驱动芯片IC13、功率放大器Ql以及阻抗匹配电路MATCH1，手柄上的能量调节开关为电位器WR1，电位器WRl通过模/数转换芯片ADC 与微处理器MCU连接。主频控制模块为波形发生器OSCl，信号处理模块为微处理器MCU，微处理器MCU中有能量调制脉冲电路和提插捻转脉冲电路，所述能量调制脉冲电路发出的调制脉冲通过与工频信号合成，生成新的合成脉冲，可以模拟针灸中的入针、留针手法；所述能量调制脉冲电路发出的调制脉冲与工频信号合成后，再与提插捻转脉冲电路所发出的调制脉冲合成，生成新的合成脉冲，可模拟针灸中的提插、捻转等手法。波形发生器OSCl在微处理器MCU的控制下产生与超声换能器的工作频率相匹配的工频脉冲f。波形发生器OSCl并将此信号反馈给微处理器MCU，由微处理器MCU检测波形发生器OSCl所产生的频率是否为超声换能器所需要的工作频率如果波形发生器OSCl 所产生的工作频率与超声换能器所需要的工作频率之间有差异，则微处理器MCU可以根据此差异值自动进行调整，使两者达到一致。波形发生器OSCl可以是DDS(数字直接频率合成芯片)，也可以是VOC (压控振荡电路或芯片)。能量调制脉冲电路产生PWMl脉冲，PWMl脉冲用于调节超声换能器输出声功率的大小。PWMl脉冲通过微处理器MCU调节其占空比来调节其正脉冲宽度，以控制所通过的工频脉冲信号的数量，即当工频脉冲f与PWMl脉冲合成时，合成信号中通过的工频脉冲信号的数量由PWMl脉冲宽度决定。操作者通过对手柄上的电位器WRl的阻值进行调节，使电位器WRl两端的电位发生变化，然后由模/数转换芯片ADC将变化后的电位信号转化为数字信号，再发送给微处理器MCU，微处理器MCU根据此信号的变化来调节PWMl脉冲的脉冲宽度，以生成具有不同占空比的调制信号。PWMl脉冲的占空比的大小也可通过键盘输入单元 KEY输入进行设定。波形发生器OSCl所产生的工频脉冲f和PWMl脉冲信号通过信号合成芯片 ICll (IC11是“与门”电路，其功能就是实现主频脉冲信号和PWMl脉冲信号“相与”)“相与” 后，形成能量调制后的合成脉冲。若要实施入针功能，能量调制脉冲电路将PWMl脉冲的占空比设为固定值Al，将之与波形发生器OSCl产生的工频脉冲f叠加后，产生合成脉冲I，该信号被传送给驱动单元， 由驱动单元驱动超声换能器Yi产生与之相应的恒定的超声波输出声功率。若要实施留针功能，能量调制脉冲电路将PWMl脉冲的占空比设为固定值Bi，固定值Bl小于固定值Al，将之与波形发生器OSCl产生的工频脉冲f叠加后，产生合成脉冲II， 该信号被传送给驱动单元，由驱动单元驱动超声换能器Yl产生与之相应的恒定的超声波输出功率，此超声波输出声功率应小于入针时所产生的超声波输出声功率。其中，固定值Al和固定值Bl分别对应于固定值A和固定值B。处理器MCU中的提插捻转脉冲电路产生PLUSl脉冲，此脉冲是用于实施提插、捻转功能的脉冲信号，其频率(对应于提插频率或捻转频率)由用户从键盘输入单元KEY输入，其占空比是在微处理器MCU的控制下在一定周期内按照一定的规律从小到大或从大到小变化，驱使超声换能器的输出声功率发生相应变化，从而模拟出针刺的提插、捻转效果。 工频脉冲f和PWMl脉冲信号通过信号合成芯片ICll “相与”后，PLUSl脉冲再与信号合成芯片ICll的输出信号在信号合成芯片IC12(与信号合成芯片ICll 一样，也是“与门”电路)“相与”，就得到了所需要的各种合成信号。若要实施提插功能，由能量调制脉冲电路将PWMl脉冲的占空比设为固定值Cl，通过与波形发生器OSCl产生的工频脉冲f叠加后，产生相应的合成脉冲III，将PLUSl脉冲的占空比设置成一个随时间变化的函数(此随时间变化的函数应与提插频率对应)，并将 PLUSl脉冲叠加到合成脉冲III中，从而产生相应的合成脉冲IV，所述合成脉冲IV信号被传送给驱动单元，由驱动单元驱动超声换能器产生随PLUSl脉冲宽度变化的超声波输出声功率。若要实施捻转功能，能量调制脉冲电路将PWMl脉冲的占空比设为固定值D1，通过与波形发生器OSCl产生的工频脉冲f叠加后，产生相应的合成脉冲V，再将PLUSl脉冲的占空比设为固定值El (此固定值应与捻转频率对应)，并将PLUSl脉冲叠加到合成脉冲V中， 产生相应的合成脉冲VI，所述合成脉冲VI信号被传送给驱动单元，由驱动单元驱动超声换能器产生随PLUSl脉冲宽度变化的超声波输出声功率。合成信号(合成脉冲I、合成脉冲II、合成脉冲IV、合成脉冲VI)经放大器驱动芯片IC13(因信号合成芯片IC12中输出的信号不足以驱动功率放大器Q1，为了保证功率放大器Ql的正常工作，在MOS管的栅极增加一个MOS驱动器)后作用于功率放大器Ql的控制端口，合成信号经放大后得到功率放大信号，该功率放大信号再经阻抗匹配电路MATCHl 后作用于超声换能器Yl上。超声换能器Yl在功率放大信号的作用下产生所需要的工作频率、输出声功率和脉冲宽度的超声波。本发明超声波针刺仪中进行入针、留针、提插、捻转的治疗顺序可通过控制单元进行设定，既可以按固定顺序进行，也可以随意进行。一种优选的顺序是如果进行了入针操作，就必须进行留针操作，然后才能进行提插或捻转操作；如果直接进行留针操作，可以切换成提插或捻转操作，也可以返回入针操作；并设定必须先进行留针操作后，才能进行提插或捻转操作。由于高强度聚焦超声波可能会对人体造成伤害，为了保证本发明超声波针刺仪所发出的超声波不会对人体产生损伤，可通过下面几种方式对输出声能量进行控制1、通过调节手柄上的能量调节开关，随时可将超声波的输出声功率从最大值调节到零；2、对治疗时间进行设定，避免过长时间的超声波照射造成的能量沉淀，对身体造成损伤；3、可将所发射超声波的声功率控制在安全范围内。下面是两种采用上述结构，因技术参数不同而分别用于对人体体表不同深度的穴位进行治疗的超声波针刺仪的具体实施例。实施例1 通过控制工频脉冲f，使超声换能器发出的超声波的工作频率为1. 5MHz,使固定值A(即入针剂量)为3. 5W，固定值B(即留针剂量)为1.75W。将固定值C和固定值D都设为与固定值A相等，也就是说，固定值A(3. 5W)为本实施例中的最大输出声功率。通过调节手柄，可使超声波的最大输出声功率在0-3. 5W范围内进行无级调节。通过键盘输入单元KEY的输入将提插频率设置为2Hz，即工作时，超声波输出声功率在1秒内，由零到最大声功率范围内变化2次。提插频率的选取原则由操作者根据需要选取，该频率是输出声功率的变化频率。进行提插操作时，其最大输出声功率为3. 5W，最小剂量为0。通过调节手柄可将最大输出声功率在0-3. 5W范围内进行无级调节。通过键盘输入单元KEY的输入将捻转频率设置为1Hz，即工作时，超声波输出声功率在1秒内，由0到最大输出功率范围内变化2次。提插频率的选取原则由操作者根据需要选取。进行捻转操作时，其最大输出声功率为3.51，最小剂量为0。通过调节手柄可将最大输出声功率在0-3. 5W范围内进行无级调节。本实施例主要用于对躯干、四肢处针刺深度在10-25mm的较浅表穴位进行治疗。 通过输入或调节超声波针刺仪中的各个功能参数，如通过键盘控制单元KEY输入提插频率、捻转频率以及通过手柄上的电位器调节入针剂量、留针剂量等，模拟各针刺手法，作用于相应穴位，能使患者产生周期性的“酸、麻、胀、重”感，治疗疾病。实施例2:通过控制工频脉冲f，使超声换能器发出的超声波的工作频率为1. 5MHz，使固定值A(即入针剂量)为6. 5W，固定值B(即留针剂量)为3.25W。将固定值C和固定值D都设为与固定值A相等，也就是说，固定值A(6. 5W)为本实施例中的最大输出声功率。通过调节手柄，可使超声波的最大输出声功率在0-6. 5W范围内进行无级调节。通过键盘输入单元KEY的输入将提插频率设置为2Hz，即工作时，超声波输出声功率在1秒内，由零到最大声功率范围内变化2次。提插频率的选取原则由操作者根据需要选取，该频率是输出声功率的变化频率。进行提插操作时，其最大输出声功率为6. 5W，最小剂量为0。通过调节手柄可将最大输出声功率在0-6. 5W范围内进行无级调节。通过键盘输入单元KEY的输入将捻转频率设置为0. 5Hz，即工作时，超声波输出声功率在2秒内，由0到最大输出功率范围内变化1次。提插频率的选取原则由操作者根据需要选取。进行捻转操作时，其最大输出声功率为6. 5W，最小剂量为0，通过调节手柄可将最大输出声功率在0-6. 5W范围内进行无级调节。本实施例主要用于对躯干、四肢处针刺深度在30_55mm的较深穴位进行治疗。通过输入或调节超声波针刺仪上的各个参数，如通过键盘控制单元KEY输入提插频率、捻转频率以及通过手柄上的电位器调节入针剂量、留针剂量等，模拟各针刺手法，作用于相应穴位，能使患者产生周期性的“酸、麻、胀、重”感，治疗疾病。采用上述实施例中的超声波针刺仪对40例慢性腰背痛患者进行治疗。并选取足三里穴(优先采用实施例1中的超声波针刺仪)、委中穴(优先采用实施例2中的超声波针刺仪)、腰夹脊穴(优先采用实施例2中的超声波针刺仪)这3个穴位为治疗穴位。事实上，对实施例1和实施例2中不同参数设置的超声波针刺仪而言，并不完全是针对不同深度的穴位来进行选用，而是还需要结合不同人的情况来综合考虑，合理进行选择。例如，相对较肥胖的人而言，即使是处于皮肤浅表的穴位(相对于正常体型的人来说)，该穴位也会比较深，因而可能也需要采用实施例2中的超声波针刺仪。当准确选取穴位后，使超声治疗头压紧皮肤。启动开关后，超声波针刺仪开始工作先实施入针手法，即采用连续波激发穴位，待患者有“得气”感(即中医所解释的酸麻胀重的感觉)时再进行切换，切换为留针手法，即用脉冲波刺激穴位，在治疗中，依据患者的 “得气”感来调整超声波能量的大小，即一直保持使患者有“得气”感且处于患者能承受的超声波能量范围内。对一个穴位的治疗时间为lOmin，然后更换到另一穴位，治疗时间总计为 30min。治疗中若出现局部皮肤灼痛立即停止操作，出现其他安全性不良反应，应退出治疗。每天治疗1次，一个疗程为连续治疗5天。临床效果显示，治疗1个疗程后40位患者的疼痛感都有不同程度的减轻，表明治疗的有效率为100%。可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本发明中所使用的超声波只是作为一种能量的载体，在结合其他治疗手段进行治疗时，不排除使用其他方式或者结合超声波使用，以作为能量载体， 比如微波、次声波等也能作为能量的载体。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种超声波针刺仪，包括主机以及与主机相连的超声治疗头，所述超声治疗头中包括发射聚焦超声波的超声换能器，所述主机中包括有驱动所述超声换能器发射超声波的驱动单元、对所述驱动单元进行控制的控制单元，其特征在于该超声波针刺仪以超声换能器所发射超声波形成的聚焦声场为“针”，以超声波的输出声功率作为“针”的“剂量”，所述控制单元中包括有信号处理模块；主频控制模块，对超声换能器的工作频率进行控制并将该工频信号传送给信号处理模块；入针控制模块，将超声换能器中超声波的入针剂量设定为一个固定值A，再将该入针信号传送给信号处理模块；由信号处理模块对工频信号和入针信号进行处理，将两信号叠加形成入针合成信号后，将之传送给驱动单元；留针控制模块，将超声换能器中超声波的留针剂量设定为小于入针剂量的一个固定值 B，再将该留针信号传送给信号处理模块；由信号处理模块对工频信号和留针信号进行处理，将两信号叠加形成留针合成信号后，将之传送给驱动单元；驱动单元根据入针合成信号或留针合成信号驱动超声换能器发射相应的超声波。
2.根据权利要求1所述的超声波针刺仪，其特征在于所述固定值A的可选范围为 0-10W，所述固定值B的可选范围为入针剂量的1/4-3/4;优选的是，所述固定值A的可选范围为2-7W，所述固定值B设定为入针剂量的1/2。
3.根据权利要求1所述的超声波针刺仪，其特征在于所述针刺仪中还包括有手柄，所述手柄上设有可调节所述“针”的“剂量”大小的能量调节开关，所述能量调节开关分别与入针控制模块、留针控制模块电连接。
4.根据权利要求1-3之一所述的超声波针刺仪，其特征在于所述控制单元中还包括有提插控制模块，使超声换能器中超声波的输出声功率从零变化到某一个固定值C，再从该固定值C变化到零，此为一个提插周期，如此循环，并将该提插信号传送给信号处理模块；由信号处理模块对工频信号和提插信号进行处理，将两信号叠加形成提插合成信号后，将之传送给驱动单元，驱动单元据此驱动超声换能器发射相应的超声波。
5.根据权利要求4所述的超声波针刺仪，其特征在于所述固定值C的可选范围为入针剂量的0. 5-5倍，优选的是，固定值C与入针剂量的值相等；使超声换能器中超声波的输出声功率从零变化到某一个固定值C所需时间与超声波的输出声功率再从固定值C变化到零所需时间相等，与所述提插周期对应的提插频率的范围为0. l-5Hz，优选为2Hz。
6.根据权利要求1-5之一所述的超声波针刺仪，其特征在于所述控制单元中还包括有捻转控制模块，使超声换能器中超声波的输出声功率为某一个固定值D，保持一定时间后，瞬间减至零，然后再保持一定时间，再将输出声功率瞬间加至某一固定值E，此为一个捻转周期，如此循环，并将该捻转信号传送给信号处理模块；由信号处理模块对工频信号和捻转信号进行处理，将两信号叠加形成捻转合成信号后，将之传送给驱动单元，驱动单元据此驱动超声换能器发射相应的超声波。
7.根据权利要求6所述的超声波针刺仪，其特征在于所述固定值D和固定值E的可选范围为入针剂量的0. 5-5倍；所述捻转周期所对应的捻转频率的范围为0. l-5Hz，优选为 0. 5Hz或IHz ；使超声波的输出声功率从固定值D变化到零的时间与从零变化到固定值E的时间相等；优选的是，所述固定值D和固定值E相等。
8.根据权利要求1-7之一所述的超声波针刺仪，其特征在于超声波针刺仪中还包括有键盘输入单元，所述键盘输入单元中包括有键盘，所述键盘与提插控制模块和捻转控制模块电连接，操作者可通过键盘输入提插频率以及捻转频率。
9.根据权利要求1-8之一所述的超声波针刺仪，其特征在于所述超声换能器发射的超声波形成的聚焦超声声场中，其焦域的形状为沿声轴线延伸的类椭球体，焦域的长度为 3-100mm，焦域的宽度为l_15mm，焦平面距离为IO-IOOmm ；优选的是，所述焦域的长度为 3-60mm，焦域的宽度为2_5mm，其焦平面距离为10_60mm。
10.根据权利要求9所述的超声波针刺仪，其特征在于所述超声换能器中包括有能发射聚焦超声波的超声发射单元，所述超声发射单元包括聚焦波源C3)和设置在超声传输路径上的超声传导单元，所述聚焦波源C3)所发射的超声波经超声传导单元(4)后聚集在超声波声轴线上并沿超声波声轴线方向延伸。
11.根据权利要求10所述的超声波针刺仪，其特征在于所述聚焦波源C3)采用能反射超声波的聚焦波源，所述超声传导单元(4)采用可透射并能反射超声波的材料制成，该材料的声阻抗与人体皮肤的声阻抗不相匹配；所述人体皮肤与超声传导单元(4)两者的声阻抗的比值范围为1/2-1/50，优选为1/10-1/40 ；优选的是，超声传导单元(4)采用玻璃、铜或铝制成。
12.根据权利要求10或11所述的超声波针刺仪，其特征在于所述超声传导单元(4)与聚焦波源(3)的超声发射面相接触，且其形状与聚焦波源的超声发射面的形状相适配；超声传导单元(4)与人体皮肤相接触的一面的形状为平面形或者采用与人体皮肤表面相适应的形状；优选的是，所述聚焦波源C3)采用球壳形波源，超声传导单元(4)与所述球壳形波源的超声发射面相接触的接触面的形状为与超声发射面相适配的球冠面；所述聚焦波源 (3)包括平面压电材料以及贴合在所述平面压电材料上的凹透镜，超声传导单元(4)与所述凹透镜相接触的接触面的形状采用与所述凹透镜的凹陷部相适配的形状。
13.根据权利要求10-11之一所述的超声波针刺仪，其特征在于所述聚焦波源的口径D 范围是25-50mm，聚焦波源的聚焦半径SR范围是20_50mm，超声发射单元的中心厚度S范围是 0. 5-2. 6mm。
14.根据权利要求1-13之一所述的超声波针刺仪，其特征在于主机上连接有多个超声治疗头，各个超声治疗头中的超声换能器都与所述驱动单元相连。
15.根据权利要求1-14之一所述的超声波针刺仪，其特征在于超声治疗头内还设置有可与外部网络中心进行数据交换的通讯芯片；超声治疗头中还设有可使超声治疗头振动的振动捶；针刺仪中还包括有可对超声治疗头进行加热的加热装置；针刺仪中还包括有可对治疗部位进行照射的发光装置；超声治疗头中还包括有可作为电极的电极头；超声治疗头内还设有可在超声治疗头内产生磁场的装置。
16.根据权利要求1-15之一所述的超声波针刺仪，其特征在于所述超声换能器所发出的超声波的工作频率范围为0. 8-2MHz，优选为1. 5MHz。
全文摘要
本发明提供一种超声波针刺仪，包括主机以及超声治疗头，超声治疗头中包括有超声换能器，主机中包括有控制单元、驱动单元，所述控制单元中包括有信号处理模块；主频控制模块；将超声换能器中超声波的入针剂量设定为一个固定值A并传送给信号处理模块的入针控制模块，由信号处理模块对工频信号和入针信号进行处理，形成入针合成信号后传送给驱动单元；将超声换能器中超声波的留针剂量设定为小于入针剂量的一个固定值B，再将该留针信号传送给信号处理模块的留针控制模块，由信号处理模块对工频信号和留针信号处理，形成留针合成信号后传送给驱动单元。该超声波针刺仪可完全模拟传统针灸中针刺手法，实现了超声波对传统针灸术的替代。
文档编号A61N2/08GK102415942SQ20101029924
公开日2012年4月18日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者周伟, 曾德平, 毛爱华, 王智彪, 谭普 申请人:重庆融海超声医学工程研究中心有限公司