CN1330966A - 超声波针灸仪 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种变频式超声波针灸仪,由可控变频振荡电源和分频段谐振式超声探头组成,可控变频振荡电源输出0.4MHz－2MHz范围的电振荡信号,其变频速率、低频截止频率和输出功率可调。超声探头由固有频率为2MHz的压电晶片和铝合金定波长谐振块组成。本发明比普通针灸有更强的刺激效果和对皮下深处施实温灸的特殊功能,而且无须消毒、安全、卫生、使用简便,非医务人员也可以自针自灸。

Description

超声波针灸仪

本发明涉及一种医用治疗仪，特别是一种变频式超声波针灸仪。

目前市售的超声波治疗仪，是对患部施加1兆赫或3兆赫的恒频振动，受振动部位发热而达到疗效，其超声探头也是1兆赫或3兆赫的固定频率探头。比如日本伊藤超短波株式会社生产销售的《ITO-US-3》型和《ITO-US-700》型《超音波治疗器》。

本发明的目的是，利用超声波的振动穿透性能好和振动介质中交替产生相当高的正负内压和局部发热的物理特性，加上适当的电控措施，从而实现普通针灸的各种功能，组成一种不扎针不烫伤的变频式超声波针灸仪。

本发明是采用这样的方法实现的。可控变频振荡电源产生变频振荡信号，其输出功率、变频速率、低频截止频率都是可调节的。分频段谐振式超声探头，由2MHz压电晶片和厚度14mm(相当于0.4MHz频率的超声振动在铝合金中纵波波长)的圆柱形铝合金谐振块用强力无机胶粘接而成。在满足半波长的整数倍等于14mm这一条件(14＝k·λ/2，k＝1、2、3、4、…)的频段上，该探头产生共振，输出功率最大，而在满足1/4波长的奇数倍等于14mm这一条件(14＝k·λ/4，k＝1、3、5、7、…)的频段上，该探头的输出功率最小，即对不同频率有分频段的滤波功能。因此，当变频振荡信号接入特制的分频段谐振式超声探头时，被超声探头分频段滤波，使超声探头的输出功率在频率为2MHz、1.8MHz、1.6MHz、1.4MHz、1.2MHz、1.0MHz、0.8MHz、0.6MHz、0.4MHz时达到最大，而在其他频段上输出功率很小。频率越低，则超声振动往皮下传播的距离越深，所以当输出频率从2MHz往0.4MHz逐渐变化时，超声振动则从皮肤开始逐渐往皮下深处透入，相当于针刺时针尖一点一点往皮下深处插入的效应。调节低频截止频率，相当于改变针尖插入的深度；调节频率变化的速度，则相当于改变针尖插入的速度；输出功率以不同频率脉动方式不断变化，相当于针尖捻动的刺激效果；调节变频振荡电源的输出功率大小，相当于选择粗细不同的银针，刺激强度随之变化。在非谐振频段上，变频振荡电源输出的功率不能有效地被超声探头传输出去，且容易导致探头发热或损坏。为此，机内专门设置仿真探头及监控电路，仿真探头的分频段谐振特性与机外分频段谐振式超声探头的频率谐振特性完全相同。监控电路临视仿真探头的频率响应状态，仅当其处于谐振状态时才允许变频振荡电源向超声探头输出功率，而当其处于非谐振状态时则关断变频振荡电源，从而达到保护压电晶片和防止铝合金块发热的目的，并获得最大的谐振功率输出。仿真探头是这样制作的，在15长6.8mm(相当于0.4MHz超声波在有机玻璃中的纵波波长)的有机玻璃圆柱块的两头各粘贴一片2MHz和8MHz的压电晶片，组成一发一收的谐振系统，2MHz压电晶片为发射体，8MHz压电晶片为接收体，其频率谐振特性与机外的铝合金超声探头完全相同。于是，一台变频式超声波针灸仪，可输出普通针灸的各种功能效果，而又比普通针灸有更强的刺激疗效，且无须消毒，使用方便，安全、卫生、无感染，将为针灸医学提供新的物理疗效和开僻新的发展空间。

本发明与现有的超声波治疗仪相比，有以下几个特点和独到之处，其一，现有超声波治疗仪是对患部施加振动而产生热效应，因而常选用3MHz或1MHz等较高频段的超声频率，以便人体容易吸收超声振动能量而局部发热，而本发明是对人体穴位施加仿针灸刺激，因而采用低至0.4MHz的较低频段的超声频率，以便加强超声波的穿透能力和对皮下深处的经络穴位交替施加正负内压，以达到仿针灸刺激的效果，两者的用途和医疗效果均不相同；其二，现有超声波治疗仪是恒频输出和固定频率超声探头，而本发明是变频输出和分频段谐振式超声探头，这是本发明的特点。其三，至今对超声功率探头的激励调谐方法，都采用功率输出回路相频采样方法或工作探头本身相频采样的方法，因此一个探头在一段时间内只能产生固定频率的超声谐振波，本发明是采用附加的仿真探头，以其相频特性做为调谐依据，使分频段谐振式超声功率探头能在多个不同谐振频率上有效地自动交替工作，因而对不同患者、人体不同部位、不同穴位的适用性更强。这是本发明的独到之处。

本发明的具体电路及实施例由以下附图给出。

图1是本发明的可控变频振荡电源电原理图。

图2是本发明的分频段谐振式超声探头结构示意图。

下面结合附图进一步说明本发明的具体电路及实施例。如图1所示，IC10是锁相环，其工作频率随电容C11、C12上的电压变化而变化，而电容C11、C12上的电压受充电三极管TR3、TR4和放电三极管TR1、TR2的控制。IC10输出的振荡频率经与门IC3控制，并经三极管TR6电流放大后，激励功率输出管TR7。TR7采用高频高压MOS场效应管，经脉冲变压器T2阻抗变换后，使高压电源Vh向分频段谐振式超声探头PRB1提供高频振荡能量，其振荡频率与IC10输出频率相同，即组成变频振荡电源。IC1、IC2是单稳态触发器，比如CD7556，做为定时控制器，经与门IC3去控制变频振荡电源的工作时间长短。微动开关MSW1是定时起始开关，SW1和SW2组成2分钟、5分钟、10分钟、15分钟4种工作时间长短。IC4也是单稳态触发器，比如CD7555，振荡频率约2赫兹，经IC5、IC6、IC7、IC8、4个2分频器分频，输出频率分别为1赫兹、0.5赫兹、0.25赫兹、0.125赫兹的控制信号，此控制信号控制充电三极管TR3和放电三极管TR1。电位器PT1做为频率微调，使控制信号的重复频率与人的脉博或呼吸频率同步。控制信号为高电平时放电管TR1工作，电容C11、C12上的电压逐渐降低，锁相环IC10的输出频率逐渐变低，最低可低至0.4MHz。但当TR4的基极电压控制电位器PT2的控制电位较高，则IC10的最低输出频率也较高，即IC10的低频截止频率受PT2控制，可确定为0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0MHz各种不同状态，从而控制“针刺”深度。控制信号为低电平时TR1截止而充电三极管TR3工作，电容C11、C12上的电压迅速上升到最高电压，IC10的输出频率又回复到最高频率2.2MHz。SW3、SW4组成双刀4位开关，分别接通同相驱动门IC9(比如CD4050)输出的4种不同频率的控制信号，以改变IC10的输出频率变化速率，即相当于改变“针刺”速度。

仿真探头及其监控电路的实施例如下。TR10、TR11及脉冲变压器T3组成小功率脉冲激励电源，对仿真探头PRB2、PRB3输出脉冲振荡能量，其振荡频率与分频段谐振式超声探头PRB1的激励频率相同。PRB2是2MHz的发射器，PRB3是8MHz的接收器，中间粘贴着6.8mm长的有机玻璃短圆柱。PRB3的接收信号，经TR12放大后，由射随器TR13输出，经二极管D2及电容C31整流成直流电压去控制电压比较器IC14。当IC10的输出频率使仿真探头处于谐振状态时，C14上的电压达到IC14的翻转电压，IC14输出高电平，经或门IC15和开关SW5(这时SW5处于闭合状态，而开关SW6处于开启状态)，去控制IC3，使IC10输出的振荡信号得以通过IC3，即变频振荡电源处于功率输出状态。这时系统工作于“针刺”方式。IC16是CD7555组成的单稳态触发器，当IC14的输出从高电平回落到低电平时开始输出高电平，经或门IC15，以延长IC14的高电平输出时间，以补偿仿真探头的谐振频率与分频段谐振式超声探头的谐振频率之间可能出现的微小差异。IC11也是CD7555组成的单稳态触发器，在IC15上升沿，Q端输出低电平，关断放电管TR2，使IC10维持输出频率不变，维持时间长短由IC11的暂稳态时间决定，约为20ms。为使系统能够工作在最佳频率谐振状态，由CD7555组成的多谐振荡器IC12工作在非对称方波状态，输出高电平宽度是低电平宽度的4倍，即高电平时间为16ms，低电平时间为4ms。在IC11的输出暂稳态时间结束后，IC12的输出在与非门IC13的控制下断续关断放电管TR2，使C11、C12上的电压阶梯状地一点一点降低，即锁相环IC10的输出频率阶跃状降低且阶跃变化量很小，从而搜索逼近分频段谐振式超声探头的谐振频率。但这时IC15应保持高电平，即IC14应有较高的翻转灵敏度，而TR12应有足够的放大倍数。

温灸方式的实施例如下。TR14和LAM1组成谐振状态显示器，当仿真探头处于频率谐振状态时指示灯LAM1点亮，以提示此时系统处于频率谐振状态。PS1和PS2是选频移相器，有2MHz和1MHz两个选频状态(由SW8选择)和0度-90度范围的移相功能。IC16是双电压比较器，控制锁相环IC10，使IC10的输出频率自动跟踪分频段谐振式超声探头的工作频率，处于2MHz或者1MHz两个固定频率的谐振状态。这时开关SW5应处于开启状态，而开关SW6应处于闭合状态。锁相环IC10的相位比较器，采用比较器I，则移相器PS1和PS2的输出相位差应为90度，采用比较器II，则移相器PS1和PS2的输出相位差应为0度。这时系统工作于“温灸”方式，仔细调节“针刺深度调节”电位器PT2，结合调谐指示LAM1的提示，使系统工作在2MHz或1MHz固定频率的谐振状态上。T1是电源变压器，全波整流后得到的60V的脉动直流，经电位器PT3调节，从功率三极管TR9输出30V-60V范围的可调直流高压，并提供给变频振荡电源的输出三极管TR7，从而改变对分频段谐振式超声探头的激励功率大小，即改变“针刺”和“温灸”的强度。如上所述，组成完整的可控变频振荡电源。

做为简易型超声波针灸仪，可省略仿真探头监控系统，将开关SW7断开，只采用多谐振荡器IC12的非对称方波输出，控制放电管TR2，令其阶梯状断续放电，并将“针刺”速度开关SW3、SW4置于最慢的一档(比如0.125赫兹)，使锁相环IC10的输出频率阶跃状搜索逼近分频段谐振式超声探头的各个谐振频率，系统也能正常工作。但不如采用仿真探头监控的效果好，而且应注意对分频段谐振式超声探头的激励功率不宜过大，以免损坏探头。

如图2所示，是分频段谐振式超声探头的结构示意图，1是厚度为14mm的铝合金圆柱块，2是固有频率为2MHz的压电晶片，用强力无机胶粘贴于铝合金块上，3是塑料材质的下外壳。4是软橡胶隔板，厚度3-4mm，粘贴在压电晶片之上，软橡胶隔板的中心留有φ2的引线孔。5是用环氧树脂和增塑剂、固化剂调合而成的浇注体，6是塑料材质的上外壳，7是压电晶片的正电极引线，8是压电晶片的负电极引线，9是接线柱。10是探头电缆，可采用SYV-50-2型射频电缆，长度2米。

Claims (5)

1、一种变频式超声波针灸仪，其特征是：采用可控变频振荡电源和分频段谐振式超声探头，获得0.4MHz-2.0MHz频率范围内不断交替变化的变频超声波，并应用于中医经络穴位位置，利用超声波在振动介质中交替产生相当高的正、负内压的物理特性，获得穴位针刺的刺激；利用高频超声振动能量在人体组织内部容易转化为热能的物理特性，获得温灸。

2、按权利要求1所述的变频式越声波针灸仪，其特征是：有2.0MHz、1.8MHz、1.6MHz、1.4MHz、1.2MHz、1.0MHz、0.8MHz、0.6MHz、0.4MHz共9种不同的谐振频率。

3、按权利要求1所述的超声波针灸仪，其特征是：可控变频振荡电源采用仿真探头及其监控电路和阶跃状搜索逼近谐振频率的方法，使得分频段谐振式超声探头能够在9种不同频率上达到谐振工作状态。

4、按权利要求1所述的超声波针灸仪，其特征是，分频段谐振式超声探头是利用连续超声波在其传播介质的几何尺寸满足半波长的整数倍时，产生共振现象的特性，取铝合金谐振块(1)的厚度等于9种谐振频率中最低的1个谐振频率0.4MHz所对应的波长长度。

5、按权利要求3所述的超声波针灸仪，其特征是：仿真探头在有机玻璃园柱块的两端各粘贴一片2MHz压电晶片和8MHz压电晶片，做成一发一收的谐振体，2MHz压电晶片做为发射体，其固有频率应与分频段谐振式超声探头的压电晶片的固有频率相等；8MHz压电晶片做为接收体，其固有频率大于发射体压电晶片的固有频率，有机玻璃圆柱块的长度为9种谐振频率中最低的1个谐振频率0.4MHz所对应的波长长度。

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