電磁場與超聲波複合治療骨質疏鬆症的裝置的製作方法

2023-07-19 22:20:31 1

專利名稱：電磁場與超聲波複合治療骨質疏鬆症的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種醫療器械，具體地說是一種使用低頻電磁 場和低強度脈衝超聲波複合治療骨質疏鬆症和促進骨傷癒合的裝置。
背景技術：
脈衝電磁場(PEMF)的生物效應是生物電磁學中最新的一個領 域，生物體在PEMF的作用下可使細胞膜在原有靜電位的基礎上產 生一個新的跨膜電位(TEP),其大小與外場參數有關，也與膜的種 類、體積、大小等參數有關。TEP的大小，持續時間及其產生的方 式會直接影響細胞的膜活性，膜的通透性，染色體畸變，細胞的結 構和功能變化，增殖和遺傳等生物學特性。低能量、低頻電磁場對骨形成、骨吸收和骨重建的作用已趨於公 認。其作用機制如下 1、促進生長因子的合成分泌和骨生長各種生長因子有不同的生物活性和作用，主要包括絲裂原活 性、溶骨活性以及分化作用、趨化作用，在局部成骨中起著重要作 用。PEMF主要能夠促進下列生長因子的合成分泌(1) 胰島素樣生長因子(IGF)，包括IGF-I和IGF-II，具有 刺激成熟破骨細胞功能活性，調節骨吸收，參與骨改建的功能。 Lammens在犬的截骨延長試驗中發現PEMF刺激組骨痂中IGF- I的 含量明顯增加，骨癒合快於對照組。Fitzsimmons等發現PEMF在刺 激成骨細胞增殖的同時不僅可誘導成骨細胞釋放IGF-II，而且可以 增加細胞膜上IGF-II受體的數目，兩者共同作用促使細胞增殖。(2) 骨形態發生蛋白(BMP)， BMP的主要生物學作用是誘導未分化的間充質細胞分化為軟骨和骨，即誘導成骨作用。Bodamyali 給予新生鼠顱骨成骨細胞PEMF刺激，結果表明PEMF促進骨生長 的同時促進BMPmRNA的轉錄。(3) (3-轉化生長因子(TGF-P),可刺激間充質細胞增殖分化， 促進成骨和成軟骨細胞增殖，誘導I型膠原、骨橋蛋白(osteopontin) 和骨連接素(opteonectin)的合成。TGF-p還可以上調成骨細胞中增 殖特異基因PROM-l的表達，從而調控成骨細胞的增殖。2、 促進細胞外基質合成，誘導細胞分化PEMF通過加強表達I型膠原和I型膠原mRNA，廣泛介導細胞 外基質的合成。Lohmann等將人成骨樣細胞MG63置於15Hz, 20 脈衝/s的Helmholtz線圏中，PEMF刺激使成骨細胞鹼性磷酸酶 (ALP)活性明顯增強；2天後膠原的合成和骨鉀素增加，TGF-卩j 水平增高，表明PEMF可增強成骨細胞ALP的表達，促進骨鈣素及 膠原的合成分泌。3、 影響成骨細胞Ca^含量PEMF刺激能引起細胞內C含量增髙，(^2+增高可直接或通過 激活錦調蛋白間接激活一些蛋白激酶，進而引起蛋白磷酸化作用改 變細胞內一系列信號通路，將刺激信號傳遞至核內，引起促進細胞 增殖作用。Brighton通過對骨細胞MC3T3-E1的體外培養認為，PEMF 在細胞培養早期是靠促進細胞內<^2+的釋放來增高細胞內<^2+含 量，而在後期是通過激活鈣調蛋白來增加細胞內(^2+含量。4、 促進一氧化氮(NO)合成PEMF刺激可以促進一氧化氮(NO)合成。NO是一種重要的 骨信號分子，能介導機械刺激對骨癒合進程的影響，中等含量、緩 慢釋放的NO能刺激成骨細胞增殖分化，ALP活性增高。Diniz等實 驗證明PEMF刺激能增加NO合成且PEMF刺激下NO的合成增 加可以介導成骨系細胞的增殖分化。5、 抑制細胞縫隙連接通訊PEMF刺激可以抑制細胞縫隙連接通訊(GJIC)。 GJIC是相互 接觸的細胞間的一種信息通訊，參與調控細胞的增殖分化。正常組 織再生及細胞增殖時GJIC是抑制的，PEMF作用抑制了 GJIC的功 能，從而促進細胞增殖。PEMF與細胞的初始作用點在細胞膜，PEMF 作用於細胞膜上的受體，激活細胞內環腺苷酸(cAMP)系統，繼而 觸發一系列磷酸化信號放大反應，再依次活化酶系統，然後由各種 酶激活骨或軟骨細胞產生特殊生理反應，促進細胞增殖分化。6、 對成骨細胞不同成熟階段產生影響Diniz等研究了 PEMF ( 15Hz, 0.7mT )對成骨細胞系MC3T3-E1 不同成熟階段細胞增殖(測定DNA含量)、分化(測定鹼性磷酸酶 活性)和骨樣組織形成(測定礦化基質區域)的影響情況。結果表 明脈衝電磁刺激作用於成骨細胞的不同時期可以產生不同的效應， 作用於成骨細胞的早期可以加速細胞增殖，促進細胞分化和骨樣組 織形成，後期可以加速骨組織礦化過程。利用脈衝電磁場治療骨質疏鬆是釆用高能抗諧振低頻變化脈衝 電磁場改變人體生物電場這一原理，作用於骨細胞，促進細胞有絲 分裂和成熟細胞的增殖來治療骨質疏鬆。由於各種脈衝電磁場會使 人體骨骼的場強發生變化，人體骨骼本身有一個穩定的生物電場， 一旦受到外界場的刺激，打破了這個生物電場，就會使局部的生物 電場發生變化，在能量和強度都可以控制的情況下，可以加速骨組 織的生長，增加骨密度和骨質量。研究表明中老年人多發的骨質疏 松症，經過脈衝電磁場治療可以取得良好的臨床效果。此外，脈衝電磁場在某些先天性骨缺損、關節固定失敗、骨壞 死(如股骨骼無菌性壞死)、骨移植、推體融合術、Sudeck萎縮以及 頑固的肌炎、促進兒童生長發育等方面的治療中，均有不同程度的 治療效果。本專利發明人先前提交的中國專利CN1306869A中提到了一種 非侵入式電磁場治療骨質疏鬆症的方法，即提供一個電磁場發生裝 置。將電磁場發生裝置設置在靠近患者感受性敏銳部位分布密集的 區域，通過電磁場發生裝置產生一個用於治療的電磁場，使該電磁 場穿過感受性敏銳部位區域，以改變全身性組織的電和化學環境， 影響和修正組織的生長、修復和維持。電磁場施加於人體中諸如任 脈，督脈等經絡，穴位等感受性敏銳部位集中性分布區域，不僅可 以增加骨礦含量，提髙骨密度，而且可以顯著改善骨的微觀結構， 提高其力學強度。超聲波是一種機械波，在生物體內傳播時，通過它們之間的相互 作用，可引起生物體內的功能或結構發生變化，從而引起一系列的生 理效應。超聲波能夠物理性地改變生物細胞，而這種機械式的改變最終導 致細胞的分子學和生物化學的變化，從而改變細胞的生物功能。從聲 力學的角度來說，在骨折處骨骼和肌肉或骨骼和骨痂的交接面上，大 量的入射輻射能量被反射回來，這將導致在生理組織中有明顯的聲學 壓力變化。通過低能脈衝超聲波的機械作用，可在組織內引起的壓力 不超過三個大氣壓，每個細胞會承受很小壓力變化，這種壓力變化不 足以引起細胞的損傷，但能使細胞產生容積運動變化，這種細微結構 的壓力變化，能起到細微按摩作用。能量吸收率的差異能夠引發聲力 學流，特別是在存在大量液體的區域內很容易產生此現象。這種壓力 波流作用在骨折不規則的斷面上，機械地刺激著成纖維細胞，成軟骨 細胞和成骨細胞的增殖和分化。超聲波能改變細胞的形狀，也能影響 細胞周邊的液流，從而改善細胞的養分微環境。此外，被生物機體所 吸收的能量往往轉變成熱能，這一熱能可引起局部溫度變化。有些生 物酶(例如膠原蛋白酶)對極小的溫度變化非常敏感，因此超聲波可 輔助一些酶體反應。國外報導低能量脈衝超聲波(LIPUS)促進鈣離子與正在分化的 軟骨細胞、骨細胞結合，使第二信使活性提高，腺苷酸環化酶活性增 加，進而促使成骨細胞合成TGF-fi增加，促進骨折癒合。相關專家通 過實驗發現LIPUS可促使早期軟骨內細胞外基質蛋白的合成，從而影 響軟骨細胞成熟和軟骨內骨化，進而加快骨痂形成。LIPUS不但增加 蛋白合成，而且使成纖維細胞產生I型膠原增加。研究提示LIPUS也 可通過增加骨痂內I、 II型膠原的合成來促進骨折的癒合。 一些實驗 研究顯示通過LIPUS治療可以增加骨折部位的血流量，而血流量增加 是LIPUS促進骨折癒合的重要環節，與骨痂形成和骨量增加相一致。 超聲波還能加快軟組織損傷的修復，增加膠原的合成，使膠原纖維排 列整齊。總之，超聲波在生物機體中以高頻聲學壓力波形式傳播時，能夠 調節基因表達，影響第二信使的活性，加速骨折的癒合。超聲波對人 體的溫熱效應，可擴張血管，增強血液循環，加速新陳代謝，減輕疼 痛，起到消炎、鎮痛作用。中國專利CN1724093A中敘述了 一種利用超聲波促進骨折癒合 的裝置，該裝置採用一單片機系統產生超聲波信號，再經調製器調 制到髙頻，經過高頻功率放大驅動換能器產生用於治療的超聲波信 號。將所述超聲波發射裝置設置在靠近患者疼痛部位或已發生骨折 部位，通過超聲波發射裝置產生一個用於治療的超聲波，使該超聲 波輻照患者病患處，以促使骨痂周圍局域的液體流動，促進骨折愈 合。該裝置可以加速骨折的癒合，但對於骨質疏鬆性骨傷患者，由 於其骨密度較小，骨質量較低，癒合期較長，有可能會引起再次骨 創傷。骨質疏鬆最嚴重的併發症是骨折，其本質的原因是骨強度的下 降，因而目前的骨質疏鬆定義更強調骨強度受損，骨強度主要是骨 密度(骨量)與骨質量(包括骨轉換，骨礦化，骨構造等)的綜合反映。在骨質疏鬆症患者中，由於骨密度較小，輕微創傷就容易引 起骨折，且骨折後很難癒合。在易發骨折患者群中，大多存在著骨 量減少和骨質疏鬆，即使初始能夠達到很好的復位，在癒合過程中 也會因骨的質量差而出現短縮和移位。其次，有些患者骨折損傷比 較嚴重，骨折端不穩定，單靠石貴固定很難維持對位。骨折癒合後 復位質量是由骨折最初良好的復位、牢固的外固定、骨折處的骨強 度、骨折的類型等因素所決定的。在骨折癒合過程中，隨著軟骨內 骨化的進程，大量的錦質和其他離子被消耗到該進程中，就會影響 周圍骨骼的骨密度。超聲波治療只適用於加速骨折患者局部的骨折癒合速度，並不能改善患者全身性的骨質疏鬆；而脈衝電磁場對於治療骨質疏鬆有很好的療效，但對於相當多的由骨質疏鬆引起的骨折患者，加速骨 折癒合的療效並不明顯。發明內容本實用新型的目的在於針對上述不足提供一種利用非侵入式電 磁場增強骨密度結合低能量脈衝超聲波促進骨質疏鬆性骨傷癒合的 綜合治療裝置。通過電磁場發生裝置整體治療骨質疏鬆症，增強人 體骨密度，改變骨組織的電和化學環境，影響和修正骨組織的生長、 修復和維持。同時，通過超聲波發射裝置輻照骨強度低或骨折部位， 促進骨組織生長，縮短由於骨質疏鬆造成的骨傷癒合時間，提髙骨 不連的治癒率。應用上述從整體到局部的綜合性治療方案治療骨質 疏鬆症和促進骨質疏鬆性骨傷的康復。此外，通過非侵入式電磁場對人體作用可改變體內微循環，緩解 肌肉痙攣，超聲波對病患局部輻照的機械效應，溫熱效應及理化效 應還可以起到鎮痛作用，可有效緩解骨質疏鬆性疼痛和骨折癒合期 的疼痛感。本實用新型裝置包括電源系統、由所述電源系統供電的信號發生器、由所述信號發生器驅動的電磁場治療頭和超聲波治療頭。其 中，信號發生器(即電磁場及超聲波信號發生器)包括由單片機控 制的電磁場波形發生模塊和超聲波波形發生模塊。所述電磁場波形發生模塊包括數模轉換模塊，將單片機CPU 發出的驅動電磁場波形的數位訊號轉換成模擬信號；前置放大電路， 將轉換成的模擬信號隔離放大；功率放大器，將經前置放大電路隔 離放大後的模擬信號進行放大，功放輸出的功率信號經過電纜傳輸 至電磁場治療頭。所述超聲波波形發生模塊包括調製器，將單片機CPU發出的 超聲頻率的高頻小信號和調製信號合成為所需脈衝信號；前置放大 電路，將脈衝信號隔離放大；功率放大器，將經前置放大電路隔離 放大後的脈衝信號進行放大，並經過電纜傳輸至電磁場治療頭。其中，電磁場治療頭包括多組相同繞組的電感線圈，各繞組相 互獨立且平行排列，依次連接在一起，同名端位於同一側，通以電 流時，各繞組產生的磁場平行分布，互相疊加，在同組治療線圈周 圍空間中產生基本均勻的電磁場。該電磁場發生裝置可發出用於治 療的電磁場頻率在0 100Hz，均勾磁場強度30高斯以內可調的電磁 場。其中，超聲波治療頭包括用於發射超聲波並且作用於患者局部 骨骼的換能器。該超聲波發射裝置可發射用於治療的超聲波頻率在 0.8 3MHz，脈寬1(His lms，重複周期在50Hz 5kHz，超聲波強度 在10 100mW/cm2。其中，電源系統包括用於給信號發生器的數字電路供電的直流 電，用於驅動前置放大電路直流電，用於驅動電磁場線圈及超聲波 換能器的功率放大器的直流電。上述各直流電給數字電路供電的直 流電為+5V,給前置放大電路供電的直流電為士12V，給電磁場線圏 及超聲波換能器功率放大器供電的直流電為土25V。本實用新型裝置還包括與單片機相連的相關輸入輸出設備以及 報警裝置。所述輸入設備可以是鍵盤，用於輸入各種操作指令，控制信號發生器；所述輸出設備可以是顯示屏如採用液晶顯示，用於 顯示各種操作指令和相關設置；所述報警裝置可以是聲音報警裝置 如蜂鳴器，可以提示無效操作或者提示治療結東。本實用新型還包括用於控制電磁場和超聲波產生、放大、發射 且使二者協調工作的微機系統。本實用新型裝置整體包括主機及外殼，顯示、輸入設備，電磁場和超聲波治療頭，還包括便於醫生和 患者設置治療方案及治療參數的計算機通訊系統和儲存病例治療方 案的資料庫系統。本實用新型裝置一個方面，運用非侵入式電磁場作用於人體增 強骨密度，將電磁場發生裝置設置在靠近患者感受性敏銳部位分布 密集的區域；通過電磁場發生裝置產生一個用於治療的均勻電磁場， 使該電磁場穿過患者感受性敏銳部位，以改變全身性組織的電和化 學環境，影響和修正組織的生長、修復和維持。電磁場施加於人體 中諸如任脈，督脈等經絡，穴位等感受性敏銳部位集中性分布區域， 不僅可以增加骨礦含量，提高骨密度，且可以顯著改善骨的微觀結 構，提高其力學強度。本實用新型裝置另一方面，運用超聲波促使骨質疏鬆性骨傷恢 復，將超聲波發射裝置設置在靠近患者疼痛部位或已發生骨折部位； 通過超聲波發射裝置產生一個用於治療的脈衝超聲波，使該超聲波 輻照患者病患處，以促使骨痂周圍局部的液體流動，使組織細胞產 生容積和運動的變化，並對細胞膜形成剪切應力，改變一些離子和 分子的跨膜運轉，並激活細胞內的信號傳導和相關活性物質的合成， 加速了軟骨內骨化的進程，從而促進骨折癒合。本實用新型將電磁場和超聲波相結合，形成了一種用於治療骨 質疏鬆症及促進骨質疏鬆性骨傷恢復的複合治療儀。既可以在一次治療中交替使用，從而避免單一的生物物理刺激可能引起的疲勞效 應獲得更好的治療效果，又可以在一次治療中同時使用，將兩種物 理刺激疊加，進一步增加療效。在對骨質疏鬆治療的同時縮短骨組 織生長周期，針對由於骨質疏鬆造成的骨折，可加速骨折的癒合和 提高癒合質量，減少或防止癒合慢或不癒合的發生。本實用新型具有以下優點1作用於人體的電磁場及超聲波為低強度，安全、無毒副作用；2作用於人體的電磁場及超聲波均為非侵入式治療，無須手術， 可避免患者由於手術帶來的心理壓力；3電磁場作用於人體感受性敏銳部位，達到全身性生理調節，減 輕患者疼痛感，提高骨密度，增強骨強度；4超聲波作用於人體患處或疼痛處，加速骨質疏鬆性骨折的癒合；5從整體到局部，全面促進骨骼在形態學、生化和生物力學方面 的恢復。

圖1:電磁場與超聲波綜合治療骨質疏鬆的裝置原理框圖； 圖2:系統組成模塊圖；圖3:本實用新型信號發生器的一個組建實例； 圖4.1:本實用新型的一實施例雙路電感線圏結構； 4.2:用於驅動該實施例的雙路功率放大器原理圖； 圖5:電磁場治療線圏的可摺疊可攜式結構； 圖6:超聲波信號合成及超聲波發射裝置示意圖； 圖7丄超聲波治療頭的結構示意圖； 7.2:超聲波治療頭的固定結構示意圖； 圖中，1接線端子，2治療頭，3凹槽，4耦合膠填充槽，5 繃帶連接孔；圖8:操作面板示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明，但不用來限制本實用 新型的範圍。圖1為本實用新型的裝置原理圖，單片機系統通過乙太網接口 接受來自計算機發出的綜合性治療方案，或通過主機面板上液晶顯 示和按鍵操作輸入治療方案，電磁場部分參數經單片機CPU (下面 簡稱CPU)處理後產生驅動電磁場波形的數位訊號，經D/A轉換後， 再經過光電耦合器和放大器組成的模擬信號隔離放大電路(前置放 大電路)，送入功率放大器同相端進行放大，功放輸出的功率信號經 過電纜傳輸至磁場線圈。當線圏通以電流時，即在周圍空間內產生 相應磁場。驅動電磁場可用正弦波，脈衝波等各類有效波形，其頻 率及強度均可以通過主機面板或上位機進行設置。在磁場線圏部分設有磁場感應模塊，該模塊通過磁敏電阻橋感 應磁場強度及磁場變化，通過信號處理，隔離放大，A/D轉換反饋 給CPU， CPU通過分析反饋信號控制輸出信號能量等級，從而實現 閉環控制。超聲波部分參數經CPU處理後送入超聲波信號發生模塊，調製 器將CPU發出的超聲頻率的高頻小信號和調製信號合成為所需頻段 的脈衝信號，經隔離放大後送入髙頻功率放大器進行放大，通過射 頻同軸電纜輸出給超聲波換能器，驅動換能器發出相應的超聲波信 號。驅動超聲波的信號頻率、強度及治療時間均可通過主機輸入面 板或接入上位機進行設置。同時，本實用新型所描述的超聲波換能 器是具有可逆性的換能器，即可將電信號轉變為超聲信號，也可接 收回波超聲信號，將其轉變為電信號。回波信號通過回波接收處理 電路反饋給CPU，可檢測超聲波換能器耦合程度及超聲波穿越的軟 組織厚度，CPU通過判斷分析回波信號，從而控制輸出信號能量等級。上述的單片機、D/A轉換器、A/D轉換器、調製器、前置放大 電路以及功率放大器集成在主機內的主板上。圖2為電磁場及超聲波發生系統各模塊及組成圖。信號發生器主板具有兩個主輸出接口，分別用於接入電磁場治療頭及超聲波治 療頭。主板還具有用於接入通訊網絡與上位機進行通訊的通訊接口。 在主板上還接有主機操作鍵盤，液晶顯示等輸入輸出設備。電源輸 出直流+5V、 士12V、和士25V。 +5V、 ±12V用於給信號發生器的數字 電路、前置放大電路、鍵盤液晶模塊及系統散熱風扇等供電。士25V 用於給信號發生器驅動電磁場及超聲波的功率放大器供電。通過相關數字電路接收所輸入的治療方案及起停指令，CPU發 出相應的驅動波形數位訊號，通過D/A轉換，放大，光耦隔離後由 OPA541進行功率放大後驅動電磁線圈產生與設置參數所對應的電 磁場。CPU同時發出相應超聲波數位訊號(高頻小信號)，通過調製 器合成為所需高頻脈衝信號後，再經隔離放大和功率放大輸出驅動 超聲波換能器發出相應的超聲波。主板設有時鐘控制治療時間，治 療完成後所有信號停止發射，同時主板上設有一蜂鳴器自動發出聲 音提示治療結東。另外，信號發生器主板上設有乙太網通訊模塊，系統可以通過 RJ45接口與帶有乙太網卡的計算機通訊，計算機可以通過治療參數 設置軟體設置、更改治療參數，並與信號發生器主機通訊。同時， 計算機軟體備有後臺資料庫支持，可以查閱患者病例，治療記錄及 治療參數。圖3是一個具體的組建實例，CPU為TI公司的MSP430 ( 16位 微控制器)也可為其他高性能的微控制器。乙太網通訊部分由RTL8019及RJ45接口組成，CPU接受鍵盤 或通過乙太網上位機發出的治療參數及其他指令。電磁場部分CPU發出用於電磁場治療波形的數位訊號，經過D/A轉換晶片 DA5631轉換為模擬信號，經過放大器(LF356)濾波放大，光耦隔 離(PC817)和信號放大器(LM741)後，由功率放大器(OPA541) 放大後形成驅動電磁場線圏並滿足治療參數的波形。功率放大器 (OPA541)可為2路或多路，其反饋電阻釆用數控電位器，由CPU 給出信號控制，從而調節輸出波形驅動功率大小，以調節磁場強度。電磁場治療頭設有磁場感應模塊，感應電流經隔離放大，A/D轉 換後反饋給CPU進行處理。超聲波部分CPU發出超聲頻率的髙頻小信號和調製信號，經調製器(74LS08 高速與門)合成為所需脈衝信號，經前置放大(AD8684)，光耦(PC957 髙速光耦)隔離，信號放大(AD8868)和功率放大(OP179)後輸 出用於驅動超聲治療頭的脈衝超聲波形。反饋部分經隔離放大，回波鑑相電路反饋給CPU進行處理。圖4.1為本實用新型的一實施例雙路電感線圈結構。本實施 例將多組電感線圏分為兩路，便於適應分體或摺疊式結構，也便於 針對身體不同部位治療需要調節兩部分治療頭輸出電磁場的強弱。圖4.2為驅動該雙路電感線圏的雙路功率放大器電路結構。該 電路採用雙路功率放大器結構，功放的反饋電阻釆用數控電位器， 通過CPU控制電位器阻值以分別調節兩路輸出能量大小，兩組功放 的輸出通過線纜分別接兩路電感線圏，同時驅動兩路線圏產生均勾 電磁場。該電路增加了放大功率及輸出精度，減小了功放的發熱量， 同時也方便調節針對身體不同部位作用的電磁場強弱。例如在應 用電磁場對患者脊柱輻照治療過程中，靠近腰推部分線圈組場強可 設置為60%,靠近頭部及頸部的線圈組場強可設置為40%。圖5為電磁場治療線圈的可摺疊可攜式結構。每組線圈由絕緣殼體結構包裹，線圈繞組纏繞在特定骨架上，該特定骨架可以鑲嵌 在殼體結構中，各組線圏通過每個殼體的過孔由導線相連。線圏組 外圍由軟材料包裹，可由帆布等材料縫合。其邊緣接口處用於接入 電纜與主機相連。該線圏組可以摺疊，方便鋪於床上或座椅，為便 於攜帶還可以摺疊後置於袋中。圖6超聲波信號合成及超聲波發射裝置示意圖。由CPU發出高頻小信號1和調製信號2,通過調製器合成為所需脈衝超聲波序列3,經光耦隔離後，通過功率放大器輸出驅動超聲波換能器發出超聲波。反饋信號經光耦隔離和放大後反饋給CPU進行處理。圖7.2為超聲波治療頭的固位結構，超聲波治療頭固位結構設有 一帶固定凹槽3的底座，底座上具有繃帶連接孔5，用於連接繃帶， 凹槽底部與皮膚接觸面設有耦合膠填充槽4，治療時將繃帶捆綁於患 處，將超聲波治療頭2 (圖7.1)旋入凹槽3,直至治療頭頂部接觸 到耦合膠。同時治療頭上設有一卡槽結構，當治療頭全部旋轉入底 座固定端時，卡槽可卡緊治療頭使之不易鬆動，同時也確定了治療 頭上超聲換能器的位置。超聲波治療頭所帶有的超聲換能器是同時 具有發射和接收功能的超聲波換能器，當超聲波發射測試信號時同 時接收返回信號反饋給主機用於檢測超聲波耦合程度以及患者軟組 織厚度，從而達到閉環控制超聲功率的目的。圖8為主機操作面板，其中包括接入電磁場治療頭的端子，接 入超聲波治療頭的端子。液晶顯示用於顯示治療方案及調節治療參 數。電磁場調節部分，用於調節電磁場強度，頻率，治療時間，開 始治療及暫停，及5種治療方案的選擇。超聲波調節部分用於調節 治療超聲波的強度，頻率，治療時間，開始及暫停。其他部分按鍵 為主機電源，開始/停止治療，主機復位，及數字輸入按鍵。數字輸 入部分用於輸入所要調節的強度百分比，頻率及治療時間等數字參 數。旋鈕A用於數字參數設置，順時針旋轉增大，逆時針旋轉減小，下壓確認。旋鈕B用於調節主機面板上液晶顯示亮度。本實用新型的裝置適用範圍廣，既適用於普通骨質疏鬆患者治 療骨質疏鬆，又適用於因骨質疏鬆症造成骨折的患者，幫助其恢復 骨折，進而全面治療其骨質疏鬆。本實用新型裝置工作於一個統一 的操作界面下，方便針對骨質疏鬆患者制定個性全面治療方案。此 外，將電磁場和超聲波發生裝置整合在一個髙性能單片機系統裡， 利用控制軟體控制，既提高了治療效果又降低了成本，縮小了體積。 本實用新型裝置即可應用於醫院大中型理療設備，也可集成小型化, 方便家庭使用。
權利要求1. 電磁場與超生波複合治療骨質疏鬆症的裝置，包括電源系統，其特徵在於該裝置還包括由所述電源系統供電的信號發生器、由信號發生器驅動的至少一個電磁場治療頭和超聲波治療頭。
2、 如權利要求1所述的電磁場與超生波複合治療骨質疏鬆症的 裝置，其特徵在於所述信號發生器包括單片機以及由單片機控制的 電磁場波形發生模塊和超聲波波形發生模塊，所述電磁場波形發生 模塊包括數模轉換模塊，將單片機CPU發出的驅動電磁場波形的數位訊號轉換成模擬信號；前置放大電路，將轉換成的模擬信號隔離放大；功率放大器，將經前置放大電路隔離放大後的模擬信號進行放大，功放輸出的功率信號經過電纜傳輸至電磁場治療頭； 所述超聲波波形發生模塊包括調製器，將單片機CPU發出的超聲頻率的高頻小信號和調製信 號合成為所需脈衝信號；前置放大電路，將脈衝信號隔離放大；功率放大器，將經前置放大電路隔離放大後的脈衝信號進行放 大，並經過電纜傳輸至超聲波治療頭。
3、 如權利要求l所述的電磁場與超生波複合治療骨質疏鬆症的 裝置，其特徵在於所述信號發生器還具有計算機通訊埠。
4、 如權利要求1所述的電磁場與超生波複合治療骨質疏鬆症的 裝置，其特徵在於所述信號發生器還具有報警裝置。
5、 如權利要求l所述的電磁場與超生波複合治療骨質疏鬆症的 裝置，其特徵在於該裝置還包括用於固定超聲波治療頭的底座，所 述底座上設有凹槽和繃帶，凹槽底部與皮膚接觸面設有耦合膠填充 槽。
6、 如權利要求2所述的電磁場與超生波複合治療骨質疏鬆症的 裝置，其特徵在於所述的電磁場治療頭包括多組磁場線圈，在磁場 線圈部分設有磁場感應模塊，該模塊通過磁敏電阻橋感應磁場強度及磁場變化，通過信號處理，隔離放大,A/D轉換反饋給單片機CPU， 單片機CPU通過分析反饋信號控制輸出信號能量等級。
7、 如權利要求2所述的電磁場與超生波複合治療骨質疏鬆症的 裝置，其特徵在於所述的超聲波治療頭包括超聲波換能器，所述超 聲波換能器能夠接收回波超聲信號，將其轉變為電信號，並通過回 波接收處理電路反饋給單片機CPU，單片機CPU通過分析回波信號 控制輸出信號能量等級。
8、 如權利要求2所述的電磁場與超生波複合治療骨質疏鬆症的 裝置，其特徵在於該裝置還包括與信號發生器相連的輸入設備和顯 示設備，所述輸入設備通過數字電路將操作指令發送給單片機CPU。
9、 如權利要求6所述的電磁場與超生波複合治療骨質疏鬆症的 裝置，其特徵在於該裝置包括兩個獨立工作的電磁場治療頭。
10、 如權利要求6所述的電磁場與超生波複合治療骨質疏鬆症 的裝置，其特徵在於所述的多組電磁場線圈為可摺疊式結構，每組 線圈由絕緣殼體結構包裹，線圈繞組纏繞在特定骨架上，該特定骨 架鑲嵌在殼體結構中，各組線圈通過每個殼體的過孔由導線相連。
11、 如權利要求1 10之任一項所述的電磁場與超生波複合治療 骨質疏鬆症的裝置，其特徵在於電磁場治療頭的電磁場頻率在 0 100Hz，磁場強度0 30高斯。
12、 如權利要求1 10之任一項所述的電磁場與超生波複合治療 骨質疏鬆症的裝置，其特徵在於超聲波治療頭的超聲波頻率在 0.8 3MHz,脈寬10ns lms，重複周期在50Hz 5kHz，超聲波強度 在10~100mW/cm2。
專利摘要本實用新型提供了一種電磁場與超聲波複合治療骨質疏鬆症的裝置，該裝置包括電源系統、由電源系統供電的信號發生器、由信號發生器驅動的至少一個電磁場治療頭和超聲波治療頭。本實用新型的電磁場發生裝置能夠整體治療骨質疏鬆症，增強人體骨密度，改變骨組織的電和化學環境，影響和修正骨組織的生長、修復和維持；超聲波發射裝置輻照骨強度低或骨折部位，促進骨組織生長，縮短由於骨質疏鬆造成的骨傷癒合時間，提高骨不連的治癒率。應用上述從整體到局部的綜合性治療方案治療骨質疏鬆症和促進骨質疏鬆性骨傷的康復。本實用新型裝置使用方便，綜合治療效果好，適用各種體質和人群。
文檔編號A61N2/02GK201094810SQ20072014919
公開日2008年8月6日 申請日期2007年5月18日 優先權日2007年5月18日
發明者才秀君 申請人:才秀君