專利名稱：電磁場(chǎng)與超聲波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種醫(yī)療器械，具體地說(shuō)是一種使用低頻電磁 場(chǎng)和低強(qiáng)度脈沖超聲波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥和促進(jìn)骨傷愈合的裝置。
背景技術(shù)：
脈沖電磁場(chǎng)(PEMF)的生物效應(yīng)是生物電磁學(xué)中最新的一個(gè)領(lǐng) 域，生物體在PEMF的作用下可使細(xì)胞膜在原有靜電位的基礎(chǔ)上產(chǎn) 生一個(gè)新的跨膜電位(TEP),其大小與外場(chǎng)參數(shù)有關(guān)，也與膜的種 類、體積、大小等參數(shù)有關(guān)。TEP的大小，持續(xù)時(shí)間及其產(chǎn)生的方 式會(huì)直接影響細(xì)胞的膜活性，膜的通透性，染色體畸變，細(xì)胞的結(jié) 構(gòu)和功能變化，增殖和遺傳等生物學(xué)特性。低能量、低頻電磁場(chǎng)對(duì)骨形成、骨吸收和骨重建的作用已趨于公 認(rèn)。其作用機(jī)制如下 1、促進(jìn)生長(zhǎng)因子的合成分泌和骨生長(zhǎng)各種生長(zhǎng)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(jìn)下列生長(zhǎng)因子的合成分泌(1) 胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)，包括IGF-I和IGF-II，具有 刺激成熟破骨細(xì)胞功能活性，調(diào)節(jié)骨吸收，參與骨改建的功能。 Lammens在犬的截骨延長(zhǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)PEMF刺激組骨痂中IGF- I的 含量明顯增加，骨愈合快于對(duì)照組。Fitzsimmons等發(fā)現(xiàn)PEMF在刺 激成骨細(xì)胞增殖的同時(shí)不僅可誘導(dǎo)成骨細(xì)胞釋放IGF-II，而且可以 增加細(xì)胞膜上IGF-II受體的數(shù)目，兩者共同作用促使細(xì)胞增殖。(2) 骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)， BMP的主要生物學(xué)作用是誘導(dǎo)未分化的間充質(zhì)細(xì)胞分化為軟骨和骨，即誘導(dǎo)成骨作用。Bodamyali 給予新生鼠顱骨成骨細(xì)胞PEMF刺激，結(jié)果表明PEMF促進(jìn)骨生長(zhǎng) 的同時(shí)促進(jìn)BMPmRNA的轉(zhuǎn)錄。(3) (3-轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF-P),可刺激間充質(zhì)細(xì)胞增殖分化， 促進(jìn)成骨和成軟骨細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)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(diào)成骨細(xì)胞中增 殖特異基因PROM-l的表達(dá)，從而調(diào)控成骨細(xì)胞的增殖。2、 促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)合成，誘導(dǎo)細(xì)胞分化PEMF通過(guò)加強(qiáng)表達(dá)I型膠原和I型膠原mRNA，廣泛介導(dǎo)細(xì)胞 外基質(zhì)的合成。Lohmann等將人成骨樣細(xì)胞MG63置于15Hz, 20 脈沖/s的Helmholtz線圏中，PEMF刺激使成骨細(xì)胞堿性磷酸酶 (ALP)活性明顯增強(qiáng)；2天后膠原的合成和骨鉀素增加，TGF-卩j 水平增高，表明PEMF可增強(qiáng)成骨細(xì)胞ALP的表達(dá)，促進(jìn)骨鈣素及 膠原的合成分泌。3、 影響成骨細(xì)胞Ca^含量PEMF刺激能引起細(xì)胞內(nèi)C含量增髙，(^2+增高可直接或通過(guò) 激活錦調(diào)蛋白間接激活一些蛋白激酶，進(jìn)而引起蛋白磷酸化作用改 變細(xì)胞內(nèi)一系列信號(hào)通路，將刺激信號(hào)傳遞至核內(nèi)，引起促進(jìn)細(xì)胞 增殖作用。Brighton通過(guò)對(duì)骨細(xì)胞MC3T3-E1的體外培養(yǎng)認(rèn)為，PEMF 在細(xì)胞培養(yǎng)早期是靠促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)<^2+的釋放來(lái)增高細(xì)胞內(nèi)<^2+含 量，而在后期是通過(guò)激活鈣調(diào)蛋白來(lái)增加細(xì)胞內(nèi)(^2+含量。4、 促進(jìn)一氧化氮(NO)合成PEMF刺激可以促進(jìn)一氧化氮(NO)合成。NO是一種重要的 骨信號(hào)分子，能介導(dǎo)機(jī)械刺激對(duì)骨愈合進(jìn)程的影響，中等含量、緩 慢釋放的NO能刺激成骨細(xì)胞增殖分化，ALP活性增高。Diniz等實(shí) 驗(yàn)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(dǎo)成骨系細(xì)胞的增殖分化。5、 抑制細(xì)胞縫隙連接通訊PEMF刺激可以抑制細(xì)胞縫隙連接通訊(GJIC)。 GJIC是相互 接觸的細(xì)胞間的一種信息通訊，參與調(diào)控細(xì)胞的增殖分化。正常組 織再生及細(xì)胞增殖時(shí)GJIC是抑制的，PEMF作用抑制了 GJIC的功 能，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖。PEMF與細(xì)胞的初始作用點(diǎn)在細(xì)胞膜，PEMF 作用于細(xì)胞膜上的受體，激活細(xì)胞內(nèi)環(huán)腺苷酸(cAMP)系統(tǒng)，繼而 觸發(fā)一系列磷酸化信號(hào)放大反應(yīng)，再依次活化酶系統(tǒng)，然后由各種 酶激活骨或軟骨細(xì)胞產(chǎn)生特殊生理反應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞增殖分化。6、 對(duì)成骨細(xì)胞不同成熟階段產(chǎn)生影響Diniz等研究了 PEMF ( 15Hz, 0.7mT )對(duì)成骨細(xì)胞系MC3T3-E1 不同成熟階段細(xì)胞增殖(測(cè)定DNA含量)、分化(測(cè)定堿性磷酸酶 活性)和骨樣組織形成(測(cè)定礦化基質(zhì)區(qū)域)的影響情況。結(jié)果表 明脈沖電磁刺激作用于成骨細(xì)胞的不同時(shí)期可以產(chǎn)生不同的效應(yīng)， 作用于成骨細(xì)胞的早期可以加速細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞分化和骨樣組 織形成，后期可以加速骨組織礦化過(guò)程。利用脈沖電磁場(chǎng)治療骨質(zhì)疏松是釆用高能抗諧振低頻變化脈沖 電磁場(chǎng)改變?nèi)梭w生物電場(chǎng)這一原理，作用于骨細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞有絲 分裂和成熟細(xì)胞的增殖來(lái)治療骨質(zhì)疏松。由于各種脈沖電磁場(chǎng)會(huì)使 人體骨骼的場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生變化，人體骨骼本身有一個(gè)穩(wěn)定的生物電場(chǎng)， 一旦受到外界場(chǎng)的刺激，打破了這個(gè)生物電場(chǎng)，就會(huì)使局部的生物 電場(chǎng)發(fā)生變化，在能量和強(qiáng)度都可以控制的情況下，可以加速骨組 織的生長(zhǎng)，增加骨密度和骨質(zhì)量。研究表明中老年人多發(fā)的骨質(zhì)疏 松癥，經(jīng)過(guò)脈沖電磁場(chǎng)治療可以取得良好的臨床效果。此外，脈沖電磁場(chǎng)在某些先天性骨缺損、關(guān)節(jié)固定失敗、骨壞 死(如股骨骼無(wú)菌性壞死)、骨移植、推體融合術(shù)、Sudeck萎縮以及 頑固的肌炎、促進(jìn)兒童生長(zhǎng)發(fā)育等方面的治療中，均有不同程度的 治療效果。本專利發(fā)明人先前提交的中國(guó)專利CN1306869A中提到了一種 非侵入式電磁場(chǎng)治療骨質(zhì)疏松癥的方法，即提供一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)生裝 置。將電磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置在靠近患者感受性敏銳部位分布密集的 區(qū)域，通過(guò)電磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生一個(gè)用于治療的電磁場(chǎng)，使該電磁 場(chǎng)穿過(guò)感受性敏銳部位區(qū)域，以改變?nèi)硇越M織的電和化學(xué)環(huán)境， 影響和修正組織的生長(zhǎng)、修復(fù)和維持。電磁場(chǎng)施加于人體中諸如任 脈，督脈等經(jīng)絡(luò)，穴位等感受性敏銳部位集中性分布區(qū)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(jié)構(gòu)， 提高其力學(xué)強(qiáng)度。超聲波是一種機(jī)械波，在生物體內(nèi)傳播時(shí)，通過(guò)它們之間的相互 作用，可引起生物體內(nèi)的功能或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而引起一系列的生 理效應(yīng)。超聲波能夠物理性地改變生物細(xì)胞，而這種機(jī)械式的改變最終導(dǎo) 致細(xì)胞的分子學(xué)和生物化學(xué)的變化，從而改變細(xì)胞的生物功能。從聲 力學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，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(lái)，這將導(dǎo)致在生理組織中有明顯的聲學(xué) 壓力變化。通過(guò)低能脈沖超聲波的機(jī)械作用，可在組織內(nèi)引起的壓力 不超過(guò)三個(gè)大氣壓，每個(gè)細(xì)胞會(huì)承受很小壓力變化，這種壓力變化不 足以引起細(xì)胞的損傷，但能使細(xì)胞產(chǎn)生容積運(yùn)動(dòng)變化，這種細(xì)微結(jié)構(gòu) 的壓力變化，能起到細(xì)微按摩作用。能量吸收率的差異能夠引發(fā)聲力 學(xué)流，特別是在存在大量液體的區(qū)域內(nèi)很容易產(chǎn)生此現(xiàn)象。這種壓力 波流作用在骨折不規(guī)則的斷面上，機(jī)械地刺激著成纖維細(xì)胞，成軟骨 細(xì)胞和成骨細(xì)胞的增殖和分化。超聲波能改變細(xì)胞的形狀，也能影響 細(xì)胞周邊的液流，從而改善細(xì)胞的養(yǎng)分微環(huán)境。此外，被生物機(jī)體所 吸收的能量往往轉(zhuǎn)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(duì)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(yīng)。國(guó)外報(bào)道低能量脈沖超聲波(LIPUS)促進(jìn)鈣離子與正在分化的 軟骨細(xì)胞、骨細(xì)胞結(jié)合，使第二信使活性提高，腺苷酸環(huán)化酶活性增 加，進(jìn)而促使成骨細(xì)胞合成TGF-fi增加，促進(jìn)骨折愈合。相關(guān)專家通 過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)LIPUS可促使早期軟骨內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的合成，從而影 響軟骨細(xì)胞成熟和軟骨內(nèi)骨化，進(jìn)而加快骨痂形成。LIPUS不但增加 蛋白合成，而且使成纖維細(xì)胞產(chǎn)生I型膠原增加。研究提示LIPUS也 可通過(guò)增加骨痂內(nèi)I、 II型膠原的合成來(lái)促進(jìn)骨折的愈合。 一些實(shí)驗(yàn) 研究顯示通過(guò)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(jìn)骨折愈合的重要環(huán)節(jié)，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(fù)，增加膠原的合成，使膠原纖維排 列整齊?？傊?，超聲波在生物機(jī)體中以高頻聲學(xué)壓力波形式傳播時(shí)，能夠 調(diào)節(jié)基因表達(dá)，影響第二信使的活性，加速骨折的愈合。超聲波對(duì)人 體的溫?zé)嵝?yīng)，可擴(kuò)張血管，增強(qiáng)血液循環(huán)，加速新陳代謝，減輕疼 痛，起到消炎、鎮(zhèn)痛作用。中國(guó)專利CN1724093A中敘述了 一種利用超聲波促進(jìn)骨折愈合 的裝置，該裝置采用一單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生超聲波信號(hào)，再經(jīng)調(diào)制器調(diào) 制到髙頻，經(jīng)過(guò)高頻功率放大驅(qū)動(dòng)換能器產(chǎn)生用于治療的超聲波信 號(hào)。將所述超聲波發(fā)射裝置設(shè)置在靠近患者疼痛部位或已發(fā)生骨折 部位，通過(guò)超聲波發(fā)射裝置產(chǎn)生一個(gè)用于治療的超聲波，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(dòng)，促進(jìn)骨折愈 合。該裝置可以加速骨折的愈合，但對(duì)于骨質(zhì)疏松性骨傷患者，由 于其骨密度較小，骨質(zhì)量較低，愈合期較長(zhǎng)，有可能會(huì)引起再次骨 創(chuàng)傷。骨質(zhì)疏松最嚴(yán)重的并發(fā)癥是骨折，其本質(zhì)的原因是骨強(qiáng)度的下 降，因而目前的骨質(zhì)疏松定義更強(qiáng)調(diào)骨強(qiáng)度受損，骨強(qiáng)度主要是骨 密度(骨量)與骨質(zhì)量(包括骨轉(zhuǎn)換，骨礦化，骨構(gòu)造等)的綜合反映。在骨質(zhì)疏松癥患者中，由于骨密度較小，輕微創(chuàng)傷就容易引 起骨折，且骨折后很難愈合。在易發(fā)骨折患者群中，大多存在著骨 量減少和骨質(zhì)疏松，即使初始能夠達(dá)到很好的復(fù)位，在愈合過(guò)程中 也會(huì)因骨的質(zhì)量差而出現(xiàn)短縮和移位。其次，有些患者骨折損傷比 較嚴(yán)重，骨折端不穩(wěn)定，單靠石貴固定很難維持對(duì)位。骨折愈合后 復(fù)位質(zhì)量是由骨折最初良好的復(fù)位、牢固的外固定、骨折處的骨強(qiáng) 度、骨折的類型等因素所決定的。在骨折愈合過(guò)程中，隨著軟骨內(nèi) 骨化的進(jìn)程，大量的錦質(zhì)和其他離子被消耗到該進(jìn)程中，就會(huì)影響 周圍骨骼的骨密度。超聲波治療只適用于加速骨折患者局部的骨折愈合速度，并不能改善患者全身性的骨質(zhì)疏松；而脈沖電磁場(chǎng)對(duì)于治療骨質(zhì)疏松有很好的療效，但對(duì)于相當(dāng)多的由骨質(zhì)疏松引起的骨折患者，加速骨 折愈合的療效并不明顯。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述不足提供一種利用非侵入式電 磁場(chǎng)增強(qiáng)骨密度結(jié)合低能量脈沖超聲波促進(jìn)骨質(zhì)疏松性骨傷愈合的 綜合治療裝置。通過(guò)電磁場(chǎng)發(fā)生裝置整體治療骨質(zhì)疏松癥，增強(qiáng)人 體骨密度，改變骨組織的電和化學(xué)環(huán)境，影響和修正骨組織的生長(zhǎng)、 修復(fù)和維持。同時(shí)，通過(guò)超聲波發(fā)射裝置輻照骨強(qiáng)度低或骨折部位， 促進(jìn)骨組織生長(zhǎng)，縮短由于骨質(zhì)疏松造成的骨傷愈合時(shí)間，提髙骨 不連的治愈率。應(yīng)用上述從整體到局部的綜合性治療方案治療骨質(zhì) 疏松癥和促進(jìn)骨質(zhì)疏松性骨傷的康復(fù)。此外，通過(guò)非侵入式電磁場(chǎng)對(duì)人體作用可改變體內(nèi)微循環(huán)，緩解 肌肉痙攣，超聲波對(duì)病患局部輻照的機(jī)械效應(yīng)，溫?zé)嵝?yīng)及理化效 應(yīng)還可以起到鎮(zhèn)痛作用，可有效緩解骨質(zhì)疏松性疼痛和骨折愈合期 的疼痛感。本實(shí)用新型裝置包括電源系統(tǒng)、由所述電源系統(tǒng)供電的信號(hào)發(fā)生器、由所述信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)的電磁場(chǎng)治療頭和超聲波治療頭。其 中，信號(hào)發(fā)生器(即電磁場(chǎng)及超聲波信號(hào)發(fā)生器)包括由單片機(jī)控 制的電磁場(chǎng)波形發(fā)生模塊和超聲波波形發(fā)生模塊。所述電磁場(chǎng)波形發(fā)生模塊包括數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將單片機(jī)CPU 發(fā)出的驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)波形的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；前置放大電路， 將轉(zhuǎn)換成的模擬信號(hào)隔離放大；功率放大器，將經(jīng)前置放大電路隔 離放大后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大，功放輸出的功率信號(hào)經(jīng)過(guò)電纜傳輸 至電磁場(chǎng)治療頭。所述超聲波波形發(fā)生模塊包括調(diào)制器，將單片機(jī)CPU發(fā)出的 超聲頻率的高頻小信號(hào)和調(diào)制信號(hào)合成為所需脈沖信號(hào)；前置放大 電路，將脈沖信號(hào)隔離放大；功率放大器，將經(jīng)前置放大電路隔離 放大后的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，并經(jīng)過(guò)電纜傳輸至電磁場(chǎng)治療頭。其中，電磁場(chǎng)治療頭包括多組相同繞組的電感線圈，各繞組相 互獨(dú)立且平行排列，依次連接在一起，同名端位于同一側(cè)，通以電 流時(shí)，各繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)平行分布，互相疊加，在同組治療線圈周 圍空間中產(chǎn)生基本均勻的電磁場(chǎng)。該電磁場(chǎng)發(fā)生裝置可發(fā)出用于治 療的電磁場(chǎng)頻率在0 100Hz，均勾磁場(chǎng)強(qiáng)度30高斯以內(nèi)可調(diào)的電磁 場(chǎng)。其中，超聲波治療頭包括用于發(fā)射超聲波并且作用于患者局部 骨骼的換能器。該超聲波發(fā)射裝置可發(fā)射用于治療的超聲波頻率在 0.8 3MHz，脈寬1(His lms，重復(fù)周期在50Hz 5kHz，超聲波強(qiáng)度 在10 100mW/cm2。其中，電源系統(tǒng)包括用于給信號(hào)發(fā)生器的數(shù)字電路供電的直流 電，用于驅(qū)動(dòng)前置放大電路直流電，用于驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)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(shù)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(chǎng)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(shí)用新型裝置還包括與單片機(jī)相連的相關(guān)輸入輸出設(shè)備以及 報(bào)警裝置。所述輸入設(shè)備可以是鍵盤(pán)，用于輸入各種操作指令，控制信號(hào)發(fā)生器；所述輸出設(shè)備可以是顯示屏如采用液晶顯示，用于 顯示各種操作指令和相關(guān)設(shè)置；所述報(bào)警裝置可以是聲音報(bào)警裝置 如蜂鳴器，可以提示無(wú)效操作或者提示治療結(jié)東。本實(shí)用新型還包括用于控制電磁場(chǎng)和超聲波產(chǎn)生、放大、發(fā)射 且使二者協(xié)調(diào)工作的微機(jī)系統(tǒng)。本實(shí)用新型裝置整體包括主機(jī)及外殼，顯示、輸入設(shè)備，電磁場(chǎng)和超聲波治療頭，還包括便于醫(yī)生和 患者設(shè)置治療方案及治療參數(shù)的計(jì)算機(jī)通訊系統(tǒng)和儲(chǔ)存病例治療方 案的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。本實(shí)用新型裝置一個(gè)方面，運(yùn)用非侵入式電磁場(chǎng)作用于人體增 強(qiáng)骨密度，將電磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置在靠近患者感受性敏銳部位分布 密集的區(qū)域；通過(guò)電磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生一個(gè)用于治療的均勻電磁場(chǎng)， 使該電磁場(chǎng)穿過(guò)患者感受性敏銳部位，以改變?nèi)硇越M織的電和化 學(xué)環(huán)境，影響和修正組織的生長(zhǎng)、修復(fù)和維持。電磁場(chǎng)施加于人體 中諸如任脈，督脈等經(jīng)絡(luò)，穴位等感受性敏銳部位集中性分布區(qū)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(jié) 構(gòu)，提高其力學(xué)強(qiáng)度。本實(shí)用新型裝置另一方面，運(yùn)用超聲波促使骨質(zhì)疏松性骨傷恢 復(fù)，將超聲波發(fā)射裝置設(shè)置在靠近患者疼痛部位或已發(fā)生骨折部位； 通過(guò)超聲波發(fā)射裝置產(chǎn)生一個(gè)用于治療的脈沖超聲波，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(dòng)，使組織細(xì)胞產(chǎn) 生容積和運(yùn)動(dòng)的變化，并對(duì)細(xì)胞膜形成剪切應(yīng)力，改變一些離子和 分子的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)，并激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)和相關(guān)活性物質(zhì)的合成， 加速了軟骨內(nèi)骨化的進(jìn)程，從而促進(jìn)骨折愈合。本實(shí)用新型將電磁場(chǎng)和超聲波相結(jié)合，形成了一種用于治療骨 質(zhì)疏松癥及促進(jìn)骨質(zhì)疏松性骨傷恢復(fù)的復(fù)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(yīng)獲得更好的治療效果，又可以在一次治療中同時(shí)使用，將兩種物 理刺激疊加，進(jìn)一步增加療效。在對(duì)骨質(zhì)疏松治療的同時(shí)縮短骨組 織生長(zhǎng)周期，針對(duì)由于骨質(zhì)疏松造成的骨折，可加速骨折的愈合和 提高愈合質(zhì)量，減少或防止愈合慢或不愈合的發(fā)生。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1作用于人體的電磁場(chǎng)及超聲波為低強(qiáng)度，安全、無(wú)毒副作用；2作用于人體的電磁場(chǎng)及超聲波均為非侵入式治療，無(wú)須手術(shù)， 可避免患者由于手術(shù)帶來(lái)的心理壓力；3電磁場(chǎng)作用于人體感受性敏銳部位，達(dá)到全身性生理調(diào)節(jié)，減 輕患者疼痛感，提高骨密度，增強(qiáng)骨強(qiáng)度；4超聲波作用于人體患處或疼痛處，加速骨質(zhì)疏松性骨折的愈合；5從整體到局部，全面促進(jìn)骨骼在形態(tài)學(xué)、生化和生物力學(xué)方面 的恢復(fù)。

圖1:電磁場(chǎng)與超聲波綜合治療骨質(zhì)疏松的裝置原理框圖； 圖2:系統(tǒng)組成模塊圖；圖3:本實(shí)用新型信號(hào)發(fā)生器的一個(gè)組建實(shí)例； 圖4.1:本實(shí)用新型的一實(shí)施例雙路電感線圏結(jié)構(gòu)； 4.2:用于驅(qū)動(dòng)該實(shí)施例的雙路功率放大器原理圖； 圖5:電磁場(chǎng)治療線圏的可折疊便攜式結(jié)構(gòu)； 圖6:超聲波信號(hào)合成及超聲波發(fā)射裝置示意圖； 圖7丄超聲波治療頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 7.2:超聲波治療頭的固定結(jié)構(gòu)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(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但不用來(lái)限制本實(shí)用 新型的范圍。圖1為本實(shí)用新型的裝置原理圖，單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)接口 接受來(lái)自計(jì)算機(jī)發(fā)出的綜合性治療方案，或通過(guò)主機(jī)面板上液晶顯 示和按鍵操作輸入治療方案，電磁場(chǎng)部分參數(shù)經(jīng)單片機(jī)CPU (下面 簡(jiǎn)稱CPU)處理后產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)波形的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后， 再經(jīng)過(guò)光電耦合器和放大器組成的模擬信號(hào)隔離放大電路(前置放 大電路)，送入功率放大器同相端進(jìn)行放大，功放輸出的功率信號(hào)經(jīng) 過(guò)電纜傳輸至磁場(chǎng)線圈。當(dāng)線圏通以電流時(shí)，即在周圍空間內(nèi)產(chǎn)生 相應(yīng)磁場(chǎng)。驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)可用正弦波，脈沖波等各類有效波形，其頻 率及強(qiáng)度均可以通過(guò)主機(jī)面板或上位機(jī)進(jìn)行設(shè)置。在磁場(chǎng)線圏部分設(shè)有磁場(chǎng)感應(yīng)模塊，該模塊通過(guò)磁敏電阻橋感 應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)變化，通過(guò)信號(hào)處理，隔離放大，A/D轉(zhuǎn)換反饋 給CPU， CPU通過(guò)分析反饋信號(hào)控制輸出信號(hào)能量等級(jí)，從而實(shí)現(xiàn) 閉環(huán)控制。超聲波部分參數(shù)經(jīng)CPU處理后送入超聲波信號(hào)發(fā)生模塊，調(diào)制 器將CPU發(fā)出的超聲頻率的高頻小信號(hào)和調(diào)制信號(hào)合成為所需頻段 的脈沖信號(hào)，經(jīng)隔離放大后送入髙頻功率放大器進(jìn)行放大，通過(guò)射 頻同軸電纜輸出給超聲波換能器，驅(qū)動(dòng)換能器發(fā)出相應(yīng)的超聲波信 號(hào)。驅(qū)動(dòng)超聲波的信號(hào)頻率、強(qiáng)度及治療時(shí)間均可通過(guò)主機(jī)輸入面 板或接入上位機(jī)進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)，本實(shí)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(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槌曅盘?hào)，也可接 收回波超聲信號(hào)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)?；夭ㄐ盘?hào)通過(guò)回波接收處理 電路反饋給CPU，可檢測(cè)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(guò)判斷分析回波信號(hào)，從而控制輸出信號(hào)能量等級(jí)。上述的單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、調(diào)制器、前置放大 電路以及功率放大器集成在主機(jī)內(nèi)的主板上。圖2為電磁場(chǎng)及超聲波發(fā)生系統(tǒng)各模塊及組成圖。信號(hào)發(fā)生器主板具有兩個(gè)主輸出接口，分別用于接入電磁場(chǎng)治療頭及超聲波治 療頭。主板還具有用于接入通訊網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行通訊的通訊接口。 在主板上還接有主機(jī)操作鍵盤(pán)，液晶顯示等輸入輸出設(shè)備。電源輸 出直流+5V、 士12V、和士25V。 +5V、 ±12V用于給信號(hào)發(fā)生器的數(shù)字 電路、前置放大電路、鍵盤(pán)液晶模塊及系統(tǒng)散熱風(fēng)扇等供電。士25V 用于給信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)及超聲波的功率放大器供電。通過(guò)相關(guān)數(shù)字電路接收所輸入的治療方案及起停指令，CPU發(fā) 出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)波形數(shù)字信號(hào)，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，放大，光耦隔離后由 OPA541進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)電磁線圈產(chǎn)生與設(shè)置參數(shù)所對(duì)應(yīng)的電 磁場(chǎng)。CPU同時(shí)發(fā)出相應(yīng)超聲波數(shù)字信號(hào)(高頻小信號(hào))，通過(guò)調(diào)制 器合成為所需高頻脈沖信號(hào)后，再經(jīng)隔離放大和功率放大輸出驅(qū)動(dòng) 超聲波換能器發(fā)出相應(yīng)的超聲波。主板設(shè)有時(shí)鐘控制治療時(shí)間，治 療完成后所有信號(hào)停止發(fā)射，同時(shí)主板上設(shè)有一蜂鳴器自動(dòng)發(fā)出聲 音提示治療結(jié)東。另外，信號(hào)發(fā)生器主板上設(shè)有以太網(wǎng)通訊模塊，系統(tǒng)可以通過(guò) RJ45接口與帶有以太網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)通訊，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)治療參數(shù) 設(shè)置軟件設(shè)置、更改治療參數(shù)，并與信號(hào)發(fā)生器主機(jī)通訊。同時(shí)， 計(jì)算機(jī)軟件備有后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)支持，可以查閱患者病例，治療記錄及 治療參數(shù)。圖3是一個(gè)具體的組建實(shí)例，CPU為T(mén)I公司的MSP430 ( 16位 微控制器)也可為其他高性能的微控制器。以太網(wǎng)通訊部分由RTL8019及RJ45接口組成，CPU接受鍵盤(pán) 或通過(guò)以太網(wǎng)上位機(jī)發(fā)出的治療參數(shù)及其他指令。電磁場(chǎng)部分CPU發(fā)出用于電磁場(chǎng)治療波形的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換芯片 DA5631轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器(LF356)濾波放大，光耦隔 離(PC817)和信號(hào)放大器(LM741)后，由功率放大器(OPA541) 放大后形成驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)線圏并滿足治療參數(shù)的波形。功率放大器 (OPA541)可為2路或多路，其反饋電阻釆用數(shù)控電位器，由CPU 給出信號(hào)控制，從而調(diào)節(jié)輸出波形驅(qū)動(dòng)功率大小，以調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度。電磁場(chǎng)治療頭設(shè)有磁場(chǎng)感應(yīng)模塊，感應(yīng)電流經(jīng)隔離放大，A/D轉(zhuǎn) 換后反饋給CPU進(jìn)行處理。超聲波部分CPU發(fā)出超聲頻率的髙頻小信號(hào)和調(diào)制信號(hào)，經(jīng)調(diào)制器(74LS08 高速與門(mén))合成為所需脈沖信號(hào)，經(jīng)前置放大(AD8684)，光耦(PC957 髙速光耦)隔離，信號(hào)放大(AD8868)和功率放大(OP179)后輸 出用于驅(qū)動(dòng)超聲治療頭的脈沖超聲波形。反饋部分經(jīng)隔離放大，回波鑒相電路反饋給CPU進(jìn)行處理。圖4.1為本實(shí)用新型的一實(shí)施例雙路電感線圈結(jié)構(gòu)。本實(shí)施 例將多組電感線圏分為兩路，便于適應(yīng)分體或折疊式結(jié)構(gòu)，也便于 針對(duì)身體不同部位治療需要調(diào)節(jié)兩部分治療頭輸出電磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。圖4.2為驅(qū)動(dòng)該雙路電感線圏的雙路功率放大器電路結(jié)構(gòu)。該 電路采用雙路功率放大器結(jié)構(gòu)，功放的反饋電阻釆用數(shù)控電位器， 通過(guò)CPU控制電位器阻值以分別調(diào)節(jié)兩路輸出能量大小，兩組功放 的輸出通過(guò)線纜分別接兩路電感線圏，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路線圏產(chǎn)生均勾 電磁場(chǎng)。該電路增加了放大功率及輸出精度，減小了功放的發(fā)熱量， 同時(shí)也方便調(diào)節(jié)針對(duì)身體不同部位作用的電磁場(chǎng)強(qiáng)弱。例如在應(yīng) 用電磁場(chǎng)對(duì)患者脊柱輻照治療過(guò)程中，靠近腰推部分線圈組場(chǎng)強(qiáng)可 設(shè)置為60%,靠近頭部及頸部的線圈組場(chǎng)強(qiáng)可設(shè)置為40%。圖5為電磁場(chǎng)治療線圈的可折疊便攜式結(jié)構(gòu)。每組線圈由絕緣殼體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中，各組線圏通過(guò)每個(gè)殼體的過(guò)孔由導(dǎo)線相連。線圏組 外圍由軟材料包裹，可由帆布等材料縫合。其邊緣接口處用于接入 電纜與主機(jī)相連。該線圏組可以折疊，方便鋪于床上或座椅，為便 于攜帶還可以折疊后置于袋中。圖6超聲波信號(hào)合成及超聲波發(fā)射裝置示意圖。由CPU發(fā)出高頻小信號(hào)1和調(diào)制信號(hào)2,通過(guò)調(diào)制器合成為所需脈沖超聲波序列3,經(jīng)光耦隔離后，通過(guò)功率放大器輸出驅(qū)動(dòng)超聲波換能器發(fā)出超聲波。反饋信號(hào)經(jīng)光耦隔離和放大后反饋給CPU進(jìn)行處理。圖7.2為超聲波治療頭的固位結(jié)構(gòu)，超聲波治療頭固位結(jié)構(gòu)設(shè)有 一帶固定凹槽3的底座，底座上具有繃帶連接孔5，用于連接繃帶， 凹槽底部與皮膚接觸面設(shè)有耦合膠填充槽4，治療時(shí)將繃帶捆綁于患 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(shí)治療頭上設(shè)有一卡槽結(jié)構(gòu)，當(dāng)治療頭全部旋轉(zhuǎn)入底 座固定端時(shí)，卡槽可卡緊治療頭使之不易松動(dòng)，同時(shí)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(shí) 具有發(fā)射和接收功能的超聲波換能器，當(dāng)超聲波發(fā)射測(cè)試信號(hào)時(shí)同 時(shí)接收返回信號(hào)反饋給主機(jī)用于檢測(cè)超聲波耦合程度以及患者軟組 織厚度，從而達(dá)到閉環(huán)控制超聲功率的目的。圖8為主機(jī)操作面板，其中包括接入電磁場(chǎng)治療頭的端子，接 入超聲波治療頭的端子。液晶顯示用于顯示治療方案及調(diào)節(jié)治療參 數(shù)。電磁場(chǎng)調(diào)節(jié)部分，用于調(diào)節(jié)電磁場(chǎng)強(qiáng)度，頻率，治療時(shí)間，開(kāi) 始治療及暫停，及5種治療方案的選擇。超聲波調(diào)節(jié)部分用于調(diào)節(jié) 治療超聲波的強(qiáng)度，頻率，治療時(shí)間，開(kāi)始及暫停。其他部分按鍵 為主機(jī)電源，開(kāi)始/停止治療，主機(jī)復(fù)位，及數(shù)字輸入按鍵。數(shù)字輸 入部分用于輸入所要調(diào)節(jié)的強(qiáng)度百分比，頻率及治療時(shí)間等數(shù)字參 數(shù)。旋鈕A用于數(shù)字參數(shù)設(shè)置，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)增大，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)減小，下壓確認(rèn)。旋鈕B用于調(diào)節(jié)主機(jī)面板上液晶顯示亮度。本實(shí)用新型的裝置適用范圍廣，既適用于普通骨質(zhì)疏松患者治 療骨質(zhì)疏松，又適用于因骨質(zhì)疏松癥造成骨折的患者，幫助其恢復(fù) 骨折，進(jìn)而全面治療其骨質(zhì)疏松。本實(shí)用新型裝置工作于一個(gè)統(tǒng)一 的操作界面下，方便針對(duì)骨質(zhì)疏松患者制定個(gè)性全面治療方案。此 外，將電磁場(chǎng)和超聲波發(fā)生裝置整合在一個(gè)髙性能單片機(jī)系統(tǒng)里， 利用控制軟件控制，既提高了治療效果又降低了成本，縮小了體積。 本實(shí)用新型裝置即可應(yīng)用于醫(yī)院大中型理療設(shè)備，也可集成小型化, 方便家庭使用。
權(quán)利要求1. 電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥的裝置，包括電源系統(tǒng)，其特征在于該裝置還包括由所述電源系統(tǒng)供電的信號(hào)發(fā)生器、由信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)的至少一個(gè)電磁場(chǎng)治療頭和超聲波治療頭。
2、 如權(quán)利要求1所述的電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥的 裝置，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生器包括單片機(jī)以及由單片機(jī)控制的 電磁場(chǎng)波形發(fā)生模塊和超聲波波形發(fā)生模塊，所述電磁場(chǎng)波形發(fā)生 模塊包括數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將單片機(jī)CPU發(fā)出的驅(qū)動(dòng)電磁場(chǎng)波形的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；前置放大電路，將轉(zhuǎn)換成的模擬信號(hào)隔離放大；功率放大器，將經(jīng)前置放大電路隔離放大后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大，功放輸出的功率信號(hào)經(jīng)過(guò)電纜傳輸至電磁場(chǎng)治療頭； 所述超聲波波形發(fā)生模塊包括調(diào)制器，將單片機(jī)CPU發(fā)出的超聲頻率的高頻小信號(hào)和調(diào)制信 號(hào)合成為所需脈沖信號(hào)；前置放大電路，將脈沖信號(hào)隔離放大；功率放大器，將經(jīng)前置放大電路隔離放大后的脈沖信號(hào)進(jìn)行放 大，并經(jīng)過(guò)電纜傳輸至超聲波治療頭。
3、 如權(quán)利要求l所述的電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥的 裝置，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生器還具有計(jì)算機(jī)通訊端口。
4、 如權(quán)利要求1所述的電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥的 裝置，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生器還具有報(bào)警裝置。
5、 如權(quán)利要求l所述的電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥的 裝置，其特征在于該裝置還包括用于固定超聲波治療頭的底座，所 述底座上設(shè)有凹槽和繃帶，凹槽底部與皮膚接觸面設(shè)有耦合膠填充 槽。
6、 如權(quán)利要求2所述的電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥的 裝置，其特征在于所述的電磁場(chǎng)治療頭包括多組磁場(chǎng)線圈，在磁場(chǎng) 線圈部分設(shè)有磁場(chǎng)感應(yīng)模塊，該模塊通過(guò)磁敏電阻橋感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)變化，通過(guò)信號(hào)處理，隔離放大,A/D轉(zhuǎn)換反饋給單片機(jī)CPU， 單片機(jī)CPU通過(guò)分析反饋信號(hào)控制輸出信號(hào)能量等級(jí)。
7、 如權(quán)利要求2所述的電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥的 裝置，其特征在于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(hào)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并通過(guò)回 波接收處理電路反饋給單片機(jī)CPU，單片機(jī)CPU通過(guò)分析回波信號(hào) 控制輸出信號(hào)能量等級(jí)。
8、 如權(quán)利要求2所述的電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥的 裝置，其特征在于該裝置還包括與信號(hào)發(fā)生器相連的輸入設(shè)備和顯 示設(shè)備，所述輸入設(shè)備通過(guò)數(shù)字電路將操作指令發(fā)送給單片機(jī)CPU。
9、 如權(quán)利要求6所述的電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥的 裝置，其特征在于該裝置包括兩個(gè)獨(dú)立工作的電磁場(chǎng)治療頭。
10、 如權(quán)利要求6所述的電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥 的裝置，其特征在于所述的多組電磁場(chǎng)線圈為可折疊式結(jié)構(gòu)，每組 線圈由絕緣殼體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中，各組線圈通過(guò)每個(gè)殼體的過(guò)孔由導(dǎo)線相連。
11、 如權(quán)利要求1 10之任一項(xiàng)所述的電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療 骨質(zhì)疏松癥的裝置，其特征在于電磁場(chǎng)治療頭的電磁場(chǎng)頻率在 0 100Hz，磁場(chǎng)強(qiáng)度0 30高斯。
12、 如權(quán)利要求1 10之任一項(xiàng)所述的電磁場(chǎng)與超生波復(fù)合治療 骨質(zhì)疏松癥的裝置，其特征在于超聲波治療頭的超聲波頻率在 0.8 3MHz,脈寬10ns lms，重復(fù)周期在50Hz 5kHz，超聲波強(qiáng)度 在10~100mW/cm2。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種電磁場(chǎng)與超聲波復(fù)合治療骨質(zhì)疏松癥的裝置，該裝置包括電源系統(tǒng)、由電源系統(tǒng)供電的信號(hào)發(fā)生器、由信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)的至少一個(gè)電磁場(chǎng)治療頭和超聲波治療頭。本實(shí)用新型的電磁場(chǎng)發(fā)生裝置能夠整體治療骨質(zhì)疏松癥，增強(qiáng)人體骨密度，改變骨組織的電和化學(xué)環(huán)境，影響和修正骨組織的生長(zhǎng)、修復(fù)和維持；超聲波發(fā)射裝置輻照骨強(qiáng)度低或骨折部位，促進(jìn)骨組織生長(zhǎng)，縮短由于骨質(zhì)疏松造成的骨傷愈合時(shí)間，提高骨不連的治愈率。應(yīng)用上述從整體到局部的綜合性治療方案治療骨質(zhì)疏松癥和促進(jìn)骨質(zhì)疏松性骨傷的康復(fù)。本實(shí)用新型裝置使用方便，綜合治療效果好，適用各種體質(zhì)和人群。
文檔編號(hào)A61N2/02GK201094810SQ20072014919
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者才秀君 申請(qǐng)人:才秀君