傷口的超聲治療方法和裝置的製作方法
2023-12-07 05:31:56 1
專利名稱：傷口的超聲治療方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及將超聲波用於傷口治療的方法，特別涉及使用超聲波噴射傷口表面以輸送藥物、殺滅細菌、清潔表面和刺激健康組織細胞的方法。
背景技術：
和超聲波在許多工業上的應用一樣，它同時也被廣泛應用於醫療，包括診斷和治療。超聲波在診斷上的一種應用包括利用超聲波探測物體或人體組織的下層結構，在這一過程中，超聲換能器通過傳遞體接觸物體或組織，而高頻(1-10MHz)的超聲波被導入組織，在接觸到不同的下層結構後，聲波反射回鄰近換能器的接收器。通過比較發射的超聲波信號與接收到的反射超聲波信號，就能產生下層結構的圖象。這一技術對於確定組織成分的分界特別有用，它還能被用於檢測不正常的團塊、腫瘤等等。
超聲波在治療上的兩種應用包括氣霧劑的生產和接觸物理療法。氣霧劑的生產是利用霧化器或吸入器製造氣溶膠霧以形成溼潤環境或向肺中輸送藥物。超聲霧化器讓足夠強度的超聲波通過流體，從流體的下面或流體內部的一點指向氣-液界面，隨著超聲產生的表面張力波的瓦解，流體微粒被從流體表面投射到周圍空氣中。這一技術能產生非常細的濃霧或輕霧。由超聲產生的氣溶膠霧優於其它方式產生的，因為用超聲波可獲得微粒尺寸更小的氣溶膠。吸入器和霧化器的主要缺點之一是氣溶膠霧沒有空氣氣流就不能到達目的區域，而空氣氣流降低了超聲的效果。
如Sonic and Materia1s公司、Misonix公司、Sono-Tek公司所出售的超聲噴霧器(參見美國專利4153201、4655393和5516043號)使流體通過超聲儀器的中心孔-噴嘴。這些噴霧器的主要缺點包括微粒尺寸不均一、流體流被加熱，及超聲波效率較低，這是由於噴嘴的末端面(輻射面)被破壞。
接觸物理療法將超聲波直接應用於組織以試圖在組織中產生物理變化。在常規超聲物理療法中，超聲波通過傳遞體接觸組織，換能器產生的超聲波經過傳遞體進入組織。典型的傳遞體是一些流體浴、塗到治療表面的膠凍或充水的氣球。常規技術產生的超聲波強度在大約0.25-3w/cm2，頻率在大約0.8-3MHz，皮膚表面的治療時間持續約1-30分鐘，一周治療2-3次。傳遞體可產生冷卻效果，它能夠消散超聲換能器產生的部分能量。
更重要的是，為將超聲波從換能器輸送到皮膚表面，傳遞體或組織與超聲波換能器的直接接觸是必須的，因為周圍空氣是超聲波傳播的相對不良介質。
據報導，接觸超聲物理療法具有數種良好效果，如血液循環局部改善、組織加熱、酶活動加速、肌肉放鬆、疼痛減輕和自然癒合過程增強。儘管存在這些良好效果，現有的應用超聲波的物理治療技術受到必須提供超聲換能器和組織的直接接觸以保持超聲波從換能器到組織的傳輸效率的限制。
現有方法必須有通過或不通過傳遞體的直接接觸，這使得其變得不合要求。某些組織的情況可能適宜使用接觸超聲設備進行治療但實際上無法實施接觸超聲治療，例如，由創傷、火燒、外科切開造成的新鮮或開放的傷口就不適於直接接觸的超聲治療，這是由於開放傷口的結構特點及伴隨損傷的疼痛現象。此外，由於要將超聲換能器的振動噴嘴貼近損傷的組織表面，常規的接觸超聲治療可能對這些開放傷口形成破壞性的效果。
發明內容
本發明的目的是提供治療傷口的改良方法和裝置。
本發明的另一個目的是提供使用超聲波治療傷口的方法和裝置。
本發明的進一步的目的是提供輸送藥物、殺滅細菌、清潔表面和刺激健康組織細胞生長的方法和裝置。
本發明更進一步的目的是通過向傷口表面噴射超聲波產生的氣溶膠霧治療傷口。
在下面的說明中，本發明的這些或其它的目的會變得更清楚。
本發明涉及一種應用非接觸的超聲換能器噴嘴噴射傷口表面以投送藥物、殺滅細菌或清潔表面的方法和裝置，本方法不需要超聲波換能器與被噴射傷口的直接或間接(通過常規的傳遞體)接觸就可將超聲波應用到傷口。
本發明包括由流體與超聲換能器的自由端表面接觸產生的流體微粒的直接噴射，超聲波使噴霧從超聲換能器的遠端表面向外投射，噴射微粒指向傷口上。噴射微粒提供了遠端表面發射的超聲波的傳播介質。按照本發明的方法，由低頻超聲波產生的噴射微粒指向傷口上，輸送藥物、殺滅傷口上的細菌、增加血流量和清除表面的汙垢及其它汙染物(機械清潔)。
這種藥物輸送的方法對於需要局部用藥但要避免組織接觸的情況特別有利。此外，在本方法中使用的低頻超聲波使藥物增能並使藥物滲入組織表面之下。最後，作用於表面的噴射流體是藥物(殺菌劑或抗生素)、油、鹽、蒸餾水等時，殺菌方法都是有效的。
圖1為本發明使用的超聲傷口治療系統的示意圖；圖2為本發明使用的超聲噴霧器的側面示意圖；圖3為本發明使用的超聲噴霧器的部分剖面圖；圖4a和圖4b各為圖3所示的噴霧器從輻射面(圖4a)或按Babaev效應從側面(徑向面)(圖4b)噴射流體的詳解圖；圖5為超聲換能器末端截面圖，流體從上面、側面、下面等沿360°圓周輸送到換能器噴嘴的側面或輻射面。
圖6為圖4b的變例，顯示了超聲儀與水平線的角度在0-90°之間變化時的噴射效果；圖7a-7g為所用的各個超聲噴嘴的截面圖；圖8a-8i為本發明使用的超聲噴霧器噴嘴末端形狀的各種不同變型的放大圖；及圖9a、9b和9c為具有槽、凹或線的超聲噴霧器頂部的剖面圖、端面圖和側面圖。
具體實施例方式
本發明的產生噴霧的裝置，其特徵是，先將流體輸送到接近自由端面的超聲換能器噴嘴側面，以使流體在超聲波於換能器噴嘴自由端面生成的真空(負壓)作用下被拉向自由端面。當超聲儀與水平線的角度達到90°時這一效應仍可完成。(將流體從噴嘴的徑向側面輸送到自由端的聲學效應是由本發明的發明者發現的，被命名為「Babaev效應」。)當流體從上面、側面、下面等沿360°圓周輸送到換能器噴嘴的徑向表面時這一效應出現。
為達到上述目的，裝置中必須有鋼製(非替換)或塑料制(可替換)的帶不同設計閥門的管嘴，管嘴允許將流體輸送到換能器噴嘴的側面或直接輸送到作為噴霧器或霧化器的超聲換能器的遠極面(輻射面)。
本發明的主要優點之一是產生的噴霧微粒的均一性。因為流體是從固體輻射面噴出，微粒尺寸的實質均一度達到約90％或更高，更優選為約90-96％。
產生噴霧的步驟可進一步包括開動換能器以產生頻率為約18kHz-10000MHz的超聲波。低於18kHz的頻率，即約1-18kHz，也能使用，但因為這一範圍的聲波對患者和操作者(沒有耳保護或類似裝置)可能造成不適，所以這種較低頻率範圍適用性較低。頻率範圍優選為約30-100kHz，更優選為約40kHz。
換能器自由端面與噴射的表面或物體間的分隔距離應為至少0.1英寸(2.5mm)的「非接觸」距離。分隔距離優選為約0.1英寸(2.5mm)到20英寸(51cm)，更優選為約0.1英寸(2.5mm)到5英寸(12.7cm)。被噴射的流體可以是任何適宜的載體，如水(正常或蒸餾)、鹽溶液或塗到組織上的油，包括植物油、花生油或油菜籽油(canola oil)，載體中可選擇性加入藥物(如抗生素)、殺菌劑、調節劑、表面活性劑、潤膚劑或其它活性成分。藥物或這類物質的優選濃度其上限為可溶解，其下限為達到預期治療目的。
本發明的噴射流體可包括兩種或更多不能混溶流體的混合物或溶液和小顆粒的異質混合物，本發明的噴射物還包括顆粒，如粉末。
按照本發明，產生的噴霧按要求的時間和頻率指向被噴射的物體、表面或組織以完成特定的目的或治療。一般認為噴射的最短時間至少需要1秒鐘，但噴射持續時間可以從約1秒鐘到1分鐘或更長，甚至達到30分鐘。許多因素或環境，如噴射面積(即傷口大小)、產生的噴霧量體積速率、活性成分的濃度等，對噴射的持續時間和/或頻率都有影響。噴射可能需要一天一次或更多，也可以少至一周或一月兩到三次。
按照本發明，超聲波作用到傷口上不需要建立超聲換能器與傷口之間的直接或間接接觸，例如，人體表面特別適於以本發明的方法治療的包括感染和發炎的開放傷口，包括一般創傷或槍傷、火或化學燒傷。
另外，本發明的方法特別適用於將噴霧指向難於接近的體孔或其它體縫內。
按照本發明進行傷口治療具有幾種優點。首先，不需要使儀器接觸感染、發炎或疼痛組織就可將藥物如流體抗生素局部應用到傷口表面，其次，使用本發明的方法噴射傷口表面時具有顯著的殺菌效果。
此外，除了殺菌效果和非接觸治療的優點，本發明的方法與傳統傷口治療方法相比顯著降低了流體藥物的用量。同樣地，它可以確定噴射流體的精確劑量，允許使用者，如醫師按需要的速率和時間給予需要量的流體。
有人發現本發明的方法縮短了發炎和化膿感染傷口的癒合時間，比傳統方法快約1.5-3倍。這一效應源自帶有來自超聲波的超聲能量的霧化噴射微粒的殺菌、增加血流和機械清潔效應。噴霧機械地衝刷組織表面以清除組織表面的汙垢、死組織和積膿。上述的癒合效應也源於增能的和高度活化的抗生素，藥物在超聲波的影響下滲入組織表面達0.5mm深。
另外，低頻超聲波與聲波處理的藥物(被超聲能量高度活化)聯合應用形成比通常使用的流體更具滅菌性質的聲波處理流體，破壞表面細菌。本方法的噴霧還能刺激健康細胞的生長，有助於癒合組織的肉芽長出和上皮新生。
本發明還可應用於其它非醫學的方面，如物體或食物的清潔、消毒及表面的塗層。
本發明的方法提供了可以重新使用某些傳統抗生素和建立必須時不用抗生素對抗細菌方法的途徑。本方法在高度活化抗生素中的效應可能讓某些傳統抗生素制服對這些抗生素已產生抗性的細菌，此外，除了抗生素的聲波處理效應，本發明中使用的低頻超聲波可物理破壞細菌。本發明中高度活化抗生素和低頻超聲波聯合應用產生出僅在局部使用或口服抗生素中未發現的強殺菌效果，這種聯合效應顯著增進化膿感染傷口的癒合。
本方法也提供不帶壓縮噴射器系統的非接觸藥物輸送系統，這樣簡化了非接觸藥物輸送噴射器的設計和減輕了噴射器的重量，更重要的是不使用壓力壓迫霧化微粒保持了噴射微粒攜帶的超聲能量。
這種超聲能量經證明可通過超聲波的活動和應用到組織上的高度活化流體藥物破壞細菌。
本發明的方法提供非壓縮、非接觸藥物輸送的方法。
本發明參照附圖可能會得到更好的理解。在圖1中，超聲治療系統2包括超聲波發生器4，它通過電纜8連接到超聲換能器6。常規的聲波發生器4可能具有前面板10，其上有電源按鈕12、計時器14、控制按鈕16、一或多個顯示屏18及一或多個插孔20，如用於腳踏開關(未顯示)。具有帶閥門26的貯液器24的管嘴22附加到換能器6的遠端部分，箭頭28代表產生的噴霧的方向。
圖2是本發明的超聲裝置和噴霧的簡單示意圖。換能器6具有遠端的換能器噴嘴或喇叭30，流體從貯液器32流經閥門34到達接近喇叭30遠極面36的位置。換能器6通過電纜8連接到超聲源。流體霧沿箭頭38的方向指向目標組織或表面40。
圖3是圖1中按本發明方法的裝置產生噴霧部件的部分剖面放大圖。這一裝置是美國專利5076266號公開的裝置的改進和實施，在此引入作為參考。正如在圖3中看到的更詳細的細節，管嘴22圍繞著超聲喇叭30，同樣，貯液器32具有位於貯液器32與超聲喇叭30的遠極面36之間的閥門34，錐形的流體小滴噴霧42指向目標表面或組織44。這種配置對於向表面，如傷口表面噴射流體和傳輸超聲波都是有效的。
閥門34允許流體流經間隙46以液滴或連續液流形式流向遠端噴口36，閥門34可位於貯液器32和喇叭30之間的任何位置，喇叭30在x-x方向的機械運動導致流體流向遠極端或徑向面36。
圖4a是本發明的方法中使用的超聲噴霧器向遠極端(輻射面)36噴射液體48的示意圖。
圖4b是基於Babaev效應的從噴嘴側(徑向)面的基本噴射方式示意圖。在這種情況下，流向超聲喇叭30的徑向面36的流體或藥品在由超聲波和噴霧產生的負壓(真空)拉動下向前運動，並被聲波處理(超聲增能)。
如圖5所示，流體從上面、側面、底面等沿360°圓周輸送到換能器喇叭30的側面或輻射面36。
在圖6所示的發明實施例中，換能器喇叭30的一部分被從水平線抬高達到90°，由於Babaev效應，流體48仍流向輻射面36。
超聲噴嘴或喇叭可能具有規則或不規則的橫截面，包括圓形、卵形、橢圓形、矩形、梯形或它們的結合。如圖7a-7g所示，其各為超聲噴嘴或喇叭的截面圖。同樣，超聲噴嘴或喇叭縱截面的遠極端形狀也可能發生變化，其可能是矩形、橢圓形、卵形、球形、錐形、曲線形、階梯形、帶斜面的形狀等。如圖8a-8i所示，其各為本發明的方法使用的噴霧器噴嘴不同變化的放大圖。因為從超聲噴嘴面噴出的放射束完全指向目標(傷口)，優選形狀為矩形，而具球形、橢圓形和卵形(圖8e)末端形狀時，放射束聚合於焦點，具其它類型的末端形狀時，放射束髮生散射，只有部分到達目標。
噴嘴遠極端的徑向側面可能有槽(凹)或螺紋以使流體流向輻射面(圖9a-9c)。
圖9a-9c各為具有使流體流向輻射面的槽(凹)(19)或螺紋(20)的噴嘴遠極端徑向側面圖。
前述實施例闡述了本發明的實現方法，但是其它為本領域技術人員所了解或在此公開的其它手段，在不脫離本發明的精神或所附的權利要求書的範圍情況下也可應用。
權利要求
1.一種傷口治療的方法，包括(a)提供具有遠極面的換能器，其遠極面與被治療傷口的表面間有一段距離，(b)使液滴或粉末移動到接近所說的遠極面的區域，以提供包含來自換能器的聲波的噴霧，及(c)將所說的噴霧指向傷口表面。
2.如權利要求1所述的方法，其中的換能器是超聲換能器。
3.如權利要求2所述的方法，其中該換能器在約18kHz-103MHz的頻率範圍內工作。
4.如權利要求1所述的方法，其中該遠極面離開傷口表面至少0.1英寸。
5.如權利要求4所述的方法，其中該遠極面離開傷口表面約0.1-20英寸。
6.如權利要求5所述的方法，其中該遠極面離開傷口表面約0.1-5英寸。
7.如權利要求1所述的方法，其中流體接觸遠極面以產生來自液流或液滴的噴霧。
8.如權利要求1所述的方法，其中流體接觸到鄰近遠極面的徑向表面以產生來自液流或液滴的噴霧。
9.如權利要求1所述的方法，其中粉末接觸遠極面以產生來自粉末的噴霧。
10.如權利要求1所述的方法，其中步驟(b)中的流體在使流體微粒被增能的不同位置添加。
11.如權利要求1所述的方法，其中超聲波經流體或粉末噴霧導向和傳送到傷口。
12.如權利要求1所述的方法，其中指向傷口表面的噴霧具有衝洗和/或機械清洗效應。
13.如權利要求1所述的方法，其中的流體包括一種或多種成分，它們選自包含抗生素、殺菌劑、鹽溶液、油和水的族群。
14.如權利要求1所述的方法，其中該換能器遠極面用恆定頻率驅動以產生流體噴霧。
15.如權利要求1所述的方法，其中該換能器遠極面用調整頻率驅動以產生噴霧。
16.如權利要求15所述的方法，其中該換能器遠極面用正弦超聲波驅動。
17.如權利要求16所述的方法，其中波形為矩形。
18.如權利要求16所述的方法，其中波形為梯形。
19.如權利要求16所述的方法，其中波形為三角形。
20.如權利要求1所述的方法，其中該換能器用脈衝頻率驅動以產生噴霧。
21.產生流體或粉末噴霧的換能器，所說的換能器具有遠極端的表面，其中的遠極端是不規則的。
22.如權利要求21所述的換能器，其中該表面有槽或凹。
23.如權利要求21所述的換能器，其中該表面有線。
24.如權利要求21所述的換能器，其中該遠極端的橫截面為圓形、卵形、橢圓形、矩形或梯度，或其中兩種或更多形狀的結合。
25.如權利要求21所述的換能器，其中該遠極端的縱截面為矩形、橢圓形、卵形、球形、錐形、曲線形、階梯形或帶斜面的形狀，或其中兩種或更多形狀的結合。
全文摘要
本發明的傷口治療方法和裝置包括產生聲波(優選為超聲波)的換能器(7)。換能器上有帶遠極面(輻射面)的噴嘴，流體被導向輻射面，在流體與輻射面接觸後，在輻射面上形成流體的定向霧化微粒噴霧(3)。從至少0.1英寸外射向傷口的噴霧(3)通過流體微粒傳導聲波，其還具有衝洗、機械清潔、流體增能和殺菌的效果。
文檔編號A61K47/02GK1466445SQ01816263
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月25日 優先權日2000年9月25日
發明者愛列斯·巴巴艾烏, 愛列斯 巴巴艾烏 申請人:阿得旺思特醫藥申請有限公司