CN1117592C

CN1117592C - 参量阵超声波医疗仪

Info

Publication number: CN1117592C
Application number: CN 99126618
Authority: CN
Inventors: 许田; 邢合军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2003-08-13
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: CN1300632A

Abstract

本发明一种参量阵超声波医疗仪，是利用声学参量发射方法形成多种频率声波作用于人体使超声波治疗保健效果更佳；其中包括：两个高频信号发生器连接两个开关，并还与四个与门连接，该四个与门又与两个功率放大器连接，两个功率放大器的输出变压器的次级用电缆与两个换能器连接；一控制脉冲发生器与四个开关连接，该四个开关又分别与四个与门连接；电源与各电路连接；该参量阵超声波医疗仪也可以制作成单路结构。

Description

参量阵超声波医疗仪

技术领域

本发明是提供一种超声波医疗仪，特别是指一种参量阵超声波医疗仪。

背景技术

声学介入医学临床已有半个世纪，并已形成超声医学分支，它包含了超声诊断学、超声治疗学、生物医学超声工程三个方面。在超声治疗方面，1949年的第一次国际医学超声学会议上才有接触实际的治疗经验在会上交流。我国在超声治疗方面的公开报道初见于1957年，仪器的工作频率多为800KHz，到了七十年代，国产的小型超声治疗仪普遍使用，仪器的工作频率在800-1000KHz范围内。但是，利用非线性声学效应形成的参量发射方法及其超声医疗仪器从未见到报道或有实际的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种参量阵超声波医疗仪，其是利用介质的非线性效应，在两个高频声源相互作用区域内形成其差频、和频、倍频等多种频率成分，从而可以形成在人体表层及深层部位的声振动传播，这样，基于声振动的力学的、热学的、理化的等效应的超声疗法就更具效力。

本发明一种参量阵超声波医疗仪，其是双路结构，即两个高频信号分别产生、放大，并分别加到两个换能器上；其特征在于，其中包括：两个高频信号发生器连接两个开关，并还与四个与门连接，该四个与门又与两个功率放大器连接，两个功率放大器的输出变压器的次级用电缆与两个换能器连接，该输出变压器的次级为一组或多组；一控制脉冲发生器与四个开关连接，该四个开关又分别与四个与门连接；电源与各电路连接。

其中两个换能器可以是中心为圆、外围为环，或两个半圆不同形式统一安装在一个壳体内的整体，也可各自独立，并可由多个形成阵列；它们的谐振频率点分别与两个高频信号发生器产生的高频信号频率一致。

其中换能器的材料是压电陶瓷或石英晶体，可以有夹心式、片式、柱状组合结构形式。

本发明一种参量阵超声波医疗仪，其是单路结构，即两个高频信号在电路上形成一个复合信号，再加到一个换能器上；其特征在于，其中包括：两个高频信号发生器分别连接两个开关和两个与门，该两个与门再与另一个与门连接，这个与门再与功率放大器连接，该功率放大器输出变压器的次级用电缆与换能器连接，该输出变压器的次级为一组或多组；一个控制脉冲发生器与两个开关连接，该开关再与两个与门连接；电源与各电路连接。

其中换能器是一个独立体，也可是多个形成阵列，其谐振频率点在两个高频信号频率的中间。

其中通过人为的设置一个参量阵，该参量阵包括：一换能器，在该换能器的外部前端固接有一外壳，在该外壳的另一端固接有一透声密封层，在该外壳内充满液介质。

其中外壳是用不锈钢金属或塑料不同材料制成的空管，一头与换能器用螺纹连接或焊死并密封不漏，一头与透声密封层连接，其形状可以是圆的、方的、锥形的，长度一般选择在声波的瑞利距离，液介质可以是水或蓖麻油液体，它们的声阻抗与换能器的声阻抗相等或接近，并充满外壳内容积，透声密封层可以用硅橡胶、聚氨脂胶或透声塑料密封在外壳上，其厚度要小于波长的四分之一，外表面光滑。

附图说明

本发明的其他目的及功能藉由配合附图作进一步的详细说明后，将能更容易了解，其中：

图1是本发明的参量发射原理图；

图2是本发明参量阵超声波医疗仪实施例原理框图；

图3是本发明另一实施例原理框图；

图4是本发明的手提式参量阵的结构原理图；

图5是本发明的双路结构的换能器阵列结构原理图。

具体实施方式

本发明实现的方法是利用声学参量阵原理。在如图1所示的参量阵原理中，发生器11发射的大振幅信号是正弦结构的，如A；但由于介质的声传播速度是压力的函数，因此，声波正压峰值速度高，而负压峰值速度低，致使正弦波变形成锯齿形，如B；再远一些距离上，由于介质吸收使声波幅度衰减，它又回到如类似初始的正弦形状，如C。当同在一个声传播区域中同时存在两个高频率的大振幅声波时，由于介质的这种非线性特性，两个原始频率的声波相互作用而产生了新的频率成分声波，如：差频、和频、倍频等等。这些新的频率产生的区域是由发生器11的面积S和原始频率声波波长λ所决定的，这个长度即为图1所示R。R。定义为瑞利距离，其大小为面积S与波长λ之比，超过这个区域，高频波的声场开始张开，形成球面扩展功效，能量很快衰减，而低频声波继续向前传播，因此而认为低频声波是在这个区域的末端产生的，我们把这个区域的长短称之为参量阵的阵长，利用这个原理形成声发射常称之声学(波)参量阵发射。由此可见，声学参量发射阵是由发生器及发生器所限定的区域而共同构成的。

请参阅图2，本发明一种参量阵超声波医疗仪，其是双路结构，其中包括：两个高频信号发生器22、22′，在该高频信号发生器的一端接有一开关21、21′，该两高频信号发生器又分别与四个与门23、24、23′、24′相接；两个功率放大器27、28和27′、28′的输入端分别和所述的与门23、24、23′、24′相接，该四个与门又分别接有一开关25、26、25′、26′，该四个开关25、26、25′、26′相并接；两输出变压器29、29′分别接在两个功率放大器上，该输出变压器29、29′次级通过电缆30接至换能器31、31′；一控制脉冲发生器32接至所述的开关25、26、25′、26′；电源33与各电路连接。当电源接通而断开所有开关时，高频信号发生器产生高频振荡信号，每个信号以相反极性进入与门23、24、23′、24′，该与门的输出再进入各功率放大器的输入，两个信号经功放输出变压器的次级用电缆30送到两个换能器31、31′；换能器31、31′将信号转换成声信号发射出去。这是连续工作状态。变化两个高频信号发生器22、22′的波段开关与调节其中的电容器或电位器的数值，可以改变发射的原始高频信号的频率及其相应的差频、和频、倍频等成分的大小。当与高频信号发生器连接的开关21、21′中有一个是接通的，另一个是断开时，只有一个高频信号发生器工作，此时为一路单频状态。当与门23、24、23′、24′接通时，控制脉冲发生器32输出的脉冲通过开关25、26、25′、26′进入各与门，在它们的输出端形成间歇的脉冲信号，再经放大输出便可形成间歇工作状态。改变控制脉冲发生器32的波段开关，形成不同周期的脉冲输出，间歇工作的速率便可得到变化。调节控制脉冲发生器32的脉冲宽度，间歇工作的时间便可得到变化。输出变压器29、29′的次级绕组为多组时，可连接多个换能器31、31′，而为多人同时提供医疗。图2中的换能器31、31′可以是中心为圆、外围为环，或两个半圆等不同形式统一安装在一个壳体内的整体，或是两个独立体，它们的谐振频率点分别与两个高频信号发生器产生的高频信号的频率一致，一般在几千赫至几兆赫范围；如治疗区域需大些，可将上述的换能器31和31′一个整体的多个排列成长的、圆的或方的阵列，也可用两个不同频率的独立的单个换能器31和31′间隔地排列成长的、圆的或方的阵列(图5)。其中换能器31、31 ′可以是压电陶瓷或石英晶体等不同材料制作，可以是夹心式、片式、柱体组合式不同结构型式。它们“水密”后可直接置入浴液中，并可随意移动。也可固定安装在浴液容器的壁上，此时换能器与所限定的浴液区域形成声学参量发射阵；也可人为形成声学参量阵(图4)，以手提式作用于人体所需部位。当改变电源33通过输出变压器29、29′的初级对功放27、28和27′、28′供电电压时，声波强度得以改变，可以适应不同对象和部位的需求。

请参阅图3，为本发明的第二实施例，其是一路参量阵超声波医疗仪，包括两个高频信号发生器22、22′分别连接两个开关21、21′和两个与门23、24，该两个与门23、24再与另一个与门35连接，这个与门35再与功率放大器36、37连接，该功率放大器的输出变压器38次级用电缆30与换能器40连接；一个控制脉冲发生器32与两个开关25、26连接，该开关再与与门23、24连接；电源33与各电路连接。当接通电源而开关21、21′、25、26是断开时，两个高频信号发生器便产生高频振荡信号，并分别进入与门23、24，再在与门35输出两个高频信号的复合信号，并以极性相反的形式进入功率放大器36、37放大，在输出变压器38的次级用电缆30将信号输送到换能器40上，换能器40将电信号转换成声信号发射。这是连续工作状态。变化高频信号发生器22、22′的波段开关和调节其中的电位器或电容的数值，可以改变原高频信号及差频、和频、倍频等数值大小。当与高频信号发生器相连接的开关21、21′中一个是断开的，本装置形成单频的单路工作状态。当与与门相连接的开关25、26是接通时，控制脉冲发生器32输出的控制脉冲通过与门23、24形成脉冲振荡信号，形成间歇工作状态。通过改变控制脉冲发生器32的波段开关，调节脉冲宽度，得以改变间歇工作的速率和工作时间。当输出变压器38的次级不是一组时，可用电缆连接多个换能器40以供多人同时使用。当改变电源33通过输出变压器38的初级对功放36、37供电电压时，声波强度得以改变，可以适应不同对象和部位的需求。图3中换能器40是一个独立体，也可以是其多个形成的阵列。它的谐振频率点取在两个高频信号频率的中间，一般在几千赫至几兆赫范围。该换能器40可以是压电陶瓷或石英体等材料制作，有夹心式、片式、柱状组合等不同结构形式。该换能器出水后可直接置入浴液中，随意移动，也可固定安装在浴液容器壁上，此时，换能器40与所限定的浴液区域形成声学参量发射阵，也可人为形成声学参量阵(图4)，以手提方式作用人体所需部位。

请参阅图4，它是通过人为的设置一个参量发射阵，该参量发射阵包括：一换能器41，在该换能器41的外部前端固接有一外壳42，在该外壳42的另一端固接有一透声密封层44，在该外壳42内装有液介质43。其中外壳42是用不锈钢等金属或塑料等不同材料制成的空管，一头与换能器41用螺纹连接或焊死并密封不漏，一头与透声密封层44连接，其形状可以是圆的、方的、锥形的，长度一般选择在声波的瑞利距离，液介质43可以是水或蓖麻油等液体，它们的声阻抗与换能器41的声阻抗相等或接近，并充满外壳内容积，不能留有空隙，透声密封层44可以用硅橡胶或聚氨脂胶或透声塑料密封在外壳上42，其厚度应尽量薄，通常要小于波长的四分之一，外表面光滑。其中换能器41可以是图2和图3所述的不同形式。

本发明的使用方法是：将图2或图3的换能器放入浴液中，打开电源，使用者就可在洗浴的过程中进行参量阵超声波的治疗和保健；和弄将图2或图3的换能器做成图4所示的手提式参量阵结构，将参量阵一端的透声密封层44的端面直接贴在使用者涂有耦合剂的皮肤表面滑动，即可达到参量阵超声波的治疗保健作用。在洗浴的过程中可在浴盆中放入药物形成药液；在直接贴在皮肤的表面使用时，可在皮肤上涂上药剂，这样的效果更佳。

本发明的工作过程为：接通电源后，电路系统内的两路高频信号发生器形成振荡信号，以连续波或脉冲波的形式，经功率放大，从其输出变压器的次级用电缆送到声学参量发射阵的换能器上，换能器将电信号转换成声信号发射出去。当两个大振幅的高频声波在介质中传播时，由于介质的非线性效应，声学参量阵形成两个高频声波及其差频、和频、倍频等多种频率声波作用于人体所需部位。当这些高低不同频率的声波作用于人体时，在人体组织的表层和深层的不同部位形成声振动传播。由于声振动的力学的、热学的、理化的等效应，它可引起局部组织细胞内物质运动，细胞受微细按摩，组织分界面上温度升高，增强生物膜弥散过程，改变膜电位使离子和胶体通透性增强，促进血液循环，软化组织，刺激细胞功能，加强化学反应，加强新陈代谢，影响酶的功能和生物活性物质含量，改变组织pH值，疏通经络，刺激神经并引起良性反馈等，从而形成超声波治疗和保健养生的效果。

Claims

1、一种参量阵超声波医疗仪，其是双路结构，即两个高频信号分别产生、放大，并分别加到两个换能器上；其特征在于，其中包括：

两个高频信号发生器连接两个开关，并还与四个与门连接，该四个与门又与两个功率放大器连接，两个功率放大器的输出变压器的次级用电缆与两个换能器连接，该输出变压器的次级为一组或多组；一控制脉冲发生器与四个开关连接，该四个开关又分别与四个与门连接；电源与各电路连接。

2、依据权利要求1所述的一种参量阵超声波医疗仪，其特征在于，其中两个换能器可以是中心为圆、外围为环，或两个半圆不同形式统一安装在一个壳体内的整体，也可各自独立，并可由多个形成阵列；它们的谐振频率点分别与两个高频信号发生器产生的高频信号频率一致。

3、依据权利要求1所述的一种参量阵超声波医疗仪，其特征在于，其中换能器的材料是压电陶瓷或石英晶体，可以有夹心式、片式、柱状组合结构形式。

4、一种参量阵超声波医疗仪，其是单路结构，即两个高频信号在电路上形成一个复合信号，再加到一个换能器上；其特征在于，其中包括：

两个高频信号发生器分别连接两个开关和两个与门，该两个与门再与另一个与门连接，这个与门再与功率放大器连接，该功率放大器输出变压器的次级用电缆与换能器连接，该输出变压器的次级为一组或多组；一个控制脉冲发生器与两个开关连接，该开关再与两个与门连接；电源与各电路连接。

5、依据权利要求4所述的一种参量阵超声波医疗仪，其特征在于，其中换能器是一个独立体，也可是多个形成阵列，其谐振频率点在两个高频信号频率的中间。

6、依据权利要求4所述的一种参量阵超声波医疗仪，其特征在于，其中换能器的材料是压电陶瓷或石英晶体，可以有夹心式、片式、柱状组合结构形式。

7、依据权利要求1或4所述的一种参量阵超声波医疗仪，其特征在于，其中通过人为的设置一个参量阵，该参量阵包括：一换能器，在该换能器的外部前端固接有一外壳，在该外壳的另一端固接有一透声密封层，在该外壳内充满液介质。

8、依据权利要求7所述的一种参量阵超声波医疗仪，其特征在于，其中外壳是用不锈钢金属或塑料不同材料制成的空管，一头与换能器用螺纹连接或焊死并密封不漏，一头与透声密封层连接，其形状可以是圆的、方的、锥形的，长度一般选择在声波的瑞利距离，液介质可以是水或蓖麻油液体，它们的声阻抗与换能器的声阻抗相等或接近，并充满外壳内容积，透声密封层可以用硅橡胶、聚氨脂胶或透声塑料密封在外壳上，其厚度要小于波长的四分之一，外表面光滑。