TWI388351B - Treatment of fractures of the ultrasonic equipment - Google Patents

Description

治療骨折之變頻超音波設備

本發明係有關於一種超音波，特別是指治療骨折之變頻超音波設備。

一般來說，人類的人體骨骼剛形成時原本是柔軟有彈性和可塑性的，但隨著年紀的增長，軟骨的成份漸少，硬骨的組成漸漸變多，而使得骨折開始容易發生。骨折經常發生於跌倒、交通意外、運動或天然災害時。通常骨折發生時，傷部會有十分厲害的疼痛，同時傷部常會呈現不自然的彎曲及明顯腫脹。

骨折為常見的傷害，休養期間除了醫療所需相關費用的支出，並且也無法工作，嚴重者甚至無法再回復原來的工作而造成失業、家庭負擔增加、家庭經濟困難等社會問題。現今骨折的治療方式，不論是傳統的打石膏固定或是手術治療，病人都需要一段時間的療養，讓骨折癒合。對於無法長期休養或無法負擔長期照護開銷的病患及家屬而言，如果能夠有辦法可以加速骨折癒合、縮短治療時間、節省治療費用，則可降低因骨折受傷所帶來的負面成本。

一般骨折發生後，骨骼癒合所需要的時間，根據個人體質及骨折嚴重程度等而略有差異，約需三到五個月。如果經過了六個月仍未癒合，則稱為延遲癒合。若經過九個月仍未癒合，即可診斷為骨不癒合。影響癒合的因子，除了個別體質差異之外，包括：病患年紀、發生骨折至治療的時間、骨折的位置、嚴重程度、血液循環 的狀況、抽煙、酗酒、肥胖、營養狀況、感染、腎臟疾病、藥物濫用等。根據統計，大約有一至二成的骨折患者有骨折延遲癒合或不癒合的問題，而需再次施行手術治療或加作植骨手術等處理。對於這些骨折病患而言，如何能爭取縮短骨折癒合時間以節省治療花費及負擔，實在是極為重要的課題。

目前加速治療骨折的方法是利用超音波來刺激細胞，以促進骨骼的癒合速度，以縮短復原時間。然而目前促進骨折癒合的超音波設備皆採用固定頻率之超音波刺激細胞，即其在骨折復原過程中，皆採用固定超音波頻率刺激細胞，不會因骨折癒合過程的不同階段而改變刺激超音波的頻率。由於在骨折癒合過程的不同階段所參與的細胞組織結構會有所不同，因此利用固定頻率之超音波刺激方式，雖然相較於傳統自然骨折癒合方式可以加速骨折之癒合速度與縮短復原時間，但是其效果仍然有限。

因此，本發明即針對上述問題而提出一種治療骨折之變頻超音波設備，不僅可改善上述習用缺點，又可加強骨折的癒合效果，並縮短骨折癒合的時程，以解決上述問題。

本發明之主要目的，在於提供一種治療骨折之變頻超音波設備，其在骨折復原過程調變超音波頻率，以利用不同頻率之超音波刺激細胞，以加速骨折的癒合效果，並縮短骨折癒合的時間，以減少個人與整體社會經濟成本的浪費，改善病患的生活品質。

本發明治療骨折之變頻超音波設備，其包含一控制介面、一控制單元、一波形產生電路與一換能器，控制介面用於設定複數參數，控制單元依據該些參數產生一控制訊號，波形產生電路依據控制訊號產生一波形訊號，換能器對波形訊號進行轉換而產生一超音波，以治療活體之骨折。本發明治療骨折之變頻超音波設備，主要是在活體之骨折復原過程中，提供不同參數，以調整超音波之一頻率，以在活體之骨折復原過程中產生不同頻率之超音波刺激細胞，如此可加速骨折之復原速度，以縮短復原時間。

此外，本發明治療骨折之變頻超音波設備更包含一耦合電路，其耦接波形產生電路與換能器之間，用於耦合波形電路所產生的波形訊號，以供換能器轉換波形訊號為超音波。

茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達成之功效更有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：首先，請參閱第一圖，係本發明治療骨折之變頻超音波設備之一較佳實施例的方塊圖。如圖所示，本發明治療骨折之變頻超音波設備包含一控制介面11、一控制單元13、一顯示單元15、一波形產生電路16與一換能器19。控制介面11用於供操作者輸入複數參數，即用於設定參數，該些參數為一般常用之參數，例如波形訊號之頻率參數或導通/截止時間參數，控制介面11更可顯示該些參數。控制單元13耦接控制介面11，控制單元13用於 依據該些參數產生一控制訊號，並傳輸至波形產生電路16，控制單元13且控制顯示單元15。顯示單元15用於顯示相關調控參數，並可監控該些參數。本發明之一較佳實施例係將控制介面11與顯示單元15整合為一體。本發明之控制單元13之一實施例為波束形成器控制單元。

復參閱第一圖，波形產生電路16耦接控制單元13，且接收控制單元13產生的控制訊號，以產生一波形訊號。由於控制單元13係依據控制介面11之該些參數產生對應之控制訊號，所以波形產生電路16即依據該些參數產生波形訊號，該些參數係用於決定波形訊號之特性，譬如頻率與導通/截止時間。換能器19用於轉換波形訊號以產生一超音波，換能器19即為超音波設備之一探頭，其一實施例為一壓電換能器。

由於，骨頭在骨折後之骨折癒合過程中的不同階段所參與癒合的組織細胞結構會有所改變，因此本發明於骨折之復原過程的不同階段中，藉由控制介面11設定不同的參數，控制單元13則會依據不同的參數，而調整波形訊號之一頻率，以調整換能器19所產生的超音波之一頻率。本發明之用意即在骨折復原過程使用不同頻率之超音波刺激細胞，以促進細胞的活力，使得骨頭加速癒合，進而縮短復原時間。此外，本發明不僅可用於治療人體之骨折，其亦可運用治療動物之骨折，所以本發明係可運用於治療任何活體之骨折。

本發明之一實施例中，將復原過程分為數個復原階段，並分別對應該復原階段設定不同控制參數，以調整超音波之頻率，且調整方式為頻率由高調整至低。例如 ，將骨折復原階段分為一第一復原階段、一第二復原階段與一第三復原階段，而超音波之頻率對應該復原階段分別為3.0MHz、1.5MHz與0.75MHz。上述實施方式僅為本發明之一較佳實施例，並不侷限本發明之實施例僅為上述方式。此外，本發明亦可藉由調整參數，以調整波形訊號之工作週期(Duty Cycle)，而調整波形訊號之導通/截止時間的比例，其中波形訊號之導通/截止時間的比例之一較佳實施例為導通/截止之比值為1：4。

復參閱第一圖，此實施例之波形產生電路16包含一第一振盪器161、一第二振盪器163與一調節器165。第一振盪器161耦接控制單元13，且依據控制訊號產生一第一波形訊號，第一波形訊號之一實施例為一方波訊號，第一振盪器161會依據控制訊號調變第一波形訊號之一工作週期。第二振盪器163耦接控制單元13，且依據控制訊號產生一第二波形訊號，第二波形訊號之一實施例為弦波或脈衝訊號，第二振盪器163會依據控制訊號調變第二波形訊號之一頻率。

承接上述，由於控制單元13係依據參數產生控制訊號，以控制第一振盪器161與第二振盪器163，所以第一振盪器161與第二振盪器163係依據參數產生可調變工作週期之第一波形訊號與可調變頻率之第二波形訊號。調節器165耦接第一振盪器161與第二振盪器163，且接收第一振盪器161所產生的可調變工作週期之第一波形訊號，與第二振盪器163所產生的可調變頻率之第二波形訊號，而產生波形訊號。第一波形訊號用於作為開關訊號，調節器165會依據此開關訊號之導通時間而輸出第二振盪 器163之第二波形訊號。本發明治療骨折之變頻超音波設備之第一振盪器161之一實施例為一多諧振盪器。此外，本發明之波形產生電路16更包含一放大器167，放大器167耦接調節器165，以用於將調節器165所產生的波形訊號放大，以供換能器19進行轉換，而產生超音波。

請參閱第二圖，係本發明產生用於治療骨折之變頻超音波的方法之一較佳實施例的流程圖。如圖所示，首先如步驟S1所示，藉由控制介面11設定參數，此步驟係在活體之骨折的復原過程中提供不同參數，且所設定之參數亦可顯示於控制介面11。接著，依據該參數產生波形訊號，其如步驟S2、S4、S5與S6所示，先藉著控制單元13依據該參數產生控制訊號，之後藉由波形產生電路16，而依據控制訊號產生可調變工作週期之第一波形訊號與可調變頻率之第二波形訊號，也就是依據參數分別產生可調變工作週期之第一波形訊號與可調變頻率之第二波形訊號。然後，藉由調節器165調節第一波形訊號與第二波形訊號而產生波形訊號，調節器165是依據用於作為開關訊號之第一波形訊號的工作週期，而輸出波形訊號。如步驟S7所示，產生波形訊號後，更可藉由放大器167放大波形訊號。上述依據該些參數產生波形訊號後，如步驟S8所示，藉由換能器19對波形訊號轉換，而產生超音波。此外，如步驟S3所示，本發明更可藉由顯示單元15顯示影像與調控參數。

本發明藉由超音波來治療骨折，其藉由超音波向骨折處產生小的力量，刺激骨頭去適應及改變其結構，同時組織吸收超音波的能量，並依據受傷的時間長短來調 整超音波頻率之高低，藉此，可重建或使有效的代謝速度正常，也可使局部體液的流動加速，增加養分供給及廢物排除。超音波可以調節基因的表現，促使骨痂(Callus)增長，另則超音波也可增加血流的速度，促進新血管的滋生，而血流量的增加可以加速骨折的癒合。由於骨折癒合過程的不同階段所參與的組織細胞結構會有所改變，所以本發明會依據骨折復原之不同狀態而改變設定之參數，以調整超音波之頻率，即利用變頻超音波治療骨折，以提高治療骨折之效果。

請參閱第三圖，係本發明治療骨折之變頻超音波設備之另一實施例的方塊圖。如圖所示，此時實施例不同於上一實施例為本發明治療骨折之變頻超音波設備更包含一耦合電路21，耦合電路21耦接於波形產生電路16與換能器19之間。本發明為了避免波形產生電路16產生之波形訊號不匹配於換能器19，所以本發明藉由耦合電路21耦合波形產生電路16產生的波形訊號，並將耦合後的波形訊號傳送至換能器19做轉換。

請參閱第四圖，係本發明產生變頻超音波之方法之另一實施例的流程圖。如圖所示，此時實施方法不同於第二圖實施之方法，其更包含一步驟S21，其藉由耦合電路21耦合波形訊號，以供進行後續之轉換，而產生超音波。

請參閱第五A圖與第五B圖，係使用本發明之變頻超音波與習用固定頻率超音波以及不使用超音波治療骨折之動物實驗結果的長條圖。本發明選用複數隻兔子進行實驗，該些兔子經人工腓骨(Fibular)骨折手術後，依 據不同治療方式分成三組，第一組為骨折部分自然癒合，不使用任何方法治療。第二組為變頻組，即運用本發明於復原期間數施予不同頻率的超音波，本發明施予第二組兔子之超音波的頻率由高漸漸變低。第三組為連續波組，復原期間數施予相同頻率的超音波。該些兔子治療時，每隻兔子左腳僅施予壓力，而不進行治療以作為比較用，而右腳則施予超音波治療，而第一組左、右腳均不接受治療。

請參閱第五A圖，其為每組兔子右腳骨骼在單週的生長量，由圖中可知受相同頻率之超音波治療之第三組兔子之右腳骨骼生長量比未受超音波治療的第一組兔子之右腳骨骼生長量還要好。此外，受本發明變頻超音波治療之第二組兔子的右腳骨骼生長量又比第三組還要好。所以證明本發明於骨折復原過程中利用變頻超音波治療骨折的效果，其確實優於使用固定頻率之超音波治療骨折的效果。請一併參閱第五B圖，第五B圖為兔子的左腳骨骼之生長量，由圖中可知雖然兔子的左腳並未實施任何的治療方法，但在超音波刺激右腳的同時，也可促使左腳骨骼之生長量增加。在圖示中能清楚得知，使用變頻超音波治療的效果仍然優於使用固定頻率之超音波的治療效果。

請參閱第六A圖與第六B圖，係使用本發明之變頻超音波與習用固定頻率超音波以及不使用超音波治療骨折之動物實驗結果的長條圖。第六A圖為兔子右腳骨骼在累計數週的生長量，由圖中可知受相同頻率之超音波治療之第三組兔子之右腳骨骼的生長量比未受超音波治療的 第一組兔子之右腳骨骼之生長量還要好。此外，受本發明之變頻超音波治療之第二組兔子的右腳骨骼的生長量又比第三組還要好。請一併參閱第六B圖，第六B圖為兔子的左腳骨骼在累計數週的生長量，由圖中可知雖然兔子的左腳並未實施任何的治療方法，但在超音波刺激右腳的同時，也可促使左腳骨骼的生長量增加。

綜上所述，本發明治療骨折之變頻超音波設備包含控制介面、控制單元、波形產生電路與換能器。控制介面設定複數參數，控制單元依據參數產生控制訊號，控制訊號傳送至波形產生電路，以依據控制訊號產生波形訊號，再將波形訊號傳送至換能器，並轉換出超音波，本發明主要在活體之骨折復原過程，提供不同的參數而調整超音波之頻率，以在活體之骨折復原過程使用不同頻率之超音波刺激細胞，以加速骨折復原速度，進而縮短骨折復原時間。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

11‧‧‧控制介面

13‧‧‧控制單元

15‧‧‧顯示單元

16‧‧‧波形產生電路

161‧‧‧第一振盪器

163‧‧‧第二振盪器

165‧‧‧調節器

167‧‧‧放大器

19‧‧‧換能器

21‧‧‧耦合電路

S1‧‧‧步驟S1

S2‧‧‧步驟S2

S3‧‧‧步驟S3

S4‧‧‧步驟S4

S5‧‧‧步驟S5

S6‧‧‧步驟S6

S7‧‧‧步驟S7

S8‧‧‧步驟S8

第一圖係本發明治療骨折之變頻超音波設備之一較佳實施例的方塊圖；第二圖係本發明產生用於治療骨折之變頻超音波的方法 之一較佳實施例的流程圖；第三圖係本發明治療骨折之變頻超音波設備之另一較佳實施例的方塊圖；第四圖係本發明產生用於治療骨折之變頻超音波的方法之另一較佳實施例的流程圖；第五A圖係本發明之動物實驗結果的長條圖；第五B圖係本發明之動物實驗結果的長條圖；第六A圖係本發明之動物實驗結果的長條圖；以及第六B圖係本發明之動物實驗結果的長條圖。

11‧‧‧控制介面

13‧‧‧控制單元

15‧‧‧顯示單元

16‧‧‧波形產生電路

161‧‧‧第一振盪器

163‧‧‧第二振盪器

165‧‧‧調節器

167‧‧‧放大器

19‧‧‧換能器

Claims (12)

1. 一種治療骨折之變頻超音波設備，其用於治療一活體之一骨折，該超音波設備包含有：一控制介面，設定複數參數，並顯示該些參數；一控制單元，耦接該控制介面，並依據該些參數產生一控制訊號；一波形產生電路，耦接該控制單元，依據該控制訊號並產生一波形訊號；以及一換能器，轉換該波形訊號以產生一超音波；其中，該控制介面在該活體之骨折復原過程，設定不同參數，該控制單元依據不同參數而調整該波形訊號之一頻率，以調整該超音波之一頻率，用於在該活體之骨折復原過程使用不同頻率之該超音波治療該骨折，且該骨折復原過程包含複數復原階段，對應該些復原階段設定不同參數，以調整該超音波之該頻率，該超音波之該頻率對應該復原階段為由高至低，以治療該活體之該骨折，又該些復原階段包含一第一復原階段、一第二復原階段與一第三復原階段，該超音波之該頻率對應該第一復原階段、該第二復原階段與該第三復原階段分別為3.0MHz、1.5MHz與0.75MHz。
2. 如申請專利範圍第1項所述之治療骨折之變頻超音波設備，更包含有：一顯示單元，顯示一影像與該些參數。
3. 如申請專利範圍第2項所述之治療骨折之變頻超音波設備，其中該控制介面與該顯示單元整合為一體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之治療骨折之變頻超音波設備，其中該波形產生電路包含有：一第一振盪器，耦接該控制單元，依據該控制訊號產生一第一波形訊號；一第二振盪器，耦接該控制單元，依據該控制訊號產生一第二波形訊號；以及一調節器，耦接該第一振盪器與該第二振盪器，接收該第一波形訊號與該第二波形訊號，並產生該波形訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之治療骨折之變頻超音波設備，其中該第一振盪器可調變該第一波形訊號之一工作週期，該第二振盪器可調變該第二波形訊號之一頻率。
6. 如申請專利範圍第4項所述之治療骨折之變頻超音波設備，其中該第一波形訊號為一方波訊號，該第二波形訊號為一弦波訊號或一脈衝訊號。
7. 如申請專利範圍第4項所述之治療骨折之變頻超音波設備，其中該波形產生電路更包含：一放大器，耦接該調節器，並放大該波形訊號。
8. 如申請專利範圍第4項所述之治療骨折之變頻超音波設備，其中該第一振盪器為一多諧振盪器。
9. 如申請專利範圍第1項所述之治療骨折之變頻超音波設備，其中該控制單元為一波束形成器控制單元。
10. 如申請專利範圍第1項所述之治療骨折之變頻超音波設備，其中該換能器為一探頭。
11. 如申請專利範圍第1項所述之治療骨折之變頻超音波設備，其中該換能器為一壓電換能器。
12. 如申請專利範圍第1項所述之治療骨折之變頻超音波設備 ，更包含：一耦合電路，耦接於該波形產生電路與該換能器之間，並耦合該波形產生電路產生的該波形訊號。