一种超声波针刺仪 【技术领域】
本发明属于超声治疗技术领域。具体涉及一种超声波针刺仪。背景技术 中医针灸由于具有适用范围广、 见效快、 副作用小等特点， 越来越受到广大患者的 欢迎。但是同时也具有刺激强烈、 刺破皮肤易造成交叉感染等问题， 并且操作时技术难度 大， 疗效需依操作者的经验而定， 不易复制。 而超声波具有穿透性好、 无创治疗等优点， 因此 目前市面上出现了一些利用超声波来替代普通针灸的超声针灸治疗设备。 这类设备所产生 的聚能超声波通过照射人体穴位， 可以对所照射的穴位产生一定的刺激作用， 但是人体不 能产生类似于传统针灸治疗中针刺作用后的酸、 麻、 胀、 重等感觉， 治疗效果不显著。
比如， 申请号为 92101460.0 的中国专利中公开了一种电子超声针灸多用仪， 它采 用聚能式超声换能输出头， 其所采用的超声波为脉冲超声波， 该超声针灸仪的超声能量集 中， 对治疗部位能产生一定的疗效。 但是它并不能模拟传统中医的针刺手法， 因而不能在人 体穴体处产生类似于传统针刺的各种疗效。因此， 目前市面上已有的超声针灸设备虽然具 有一定疗效， 但就其治疗效果而言， 仍无法取代传统针刺手法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足， 提供一种能够完 全模拟传统针灸中针刺手法的超声波针刺仪。
本发明人根据中医针灸中的针刺、 提插或捻转等手法可以对人体穴位产生强烈刺 激的理念， 并通过大量实验发现， 当用超声波模拟传统针刺手法时， 通过控制超声波输出声 功率 ( 即能量 ) 的强弱变换以及通过改变超声波的脉冲频率 ( 此脉冲频率是指提插和捻 转的周期频率 ) 可以达到刺激人体的相应穴位的目的， 即以超声波所形成的聚焦声场为 “针” ， 以超声波的输出声功率作为 “针” 的 “剂量” ， 可以模拟传统针灸中的入针、 留针、 提插、 捻转等针刺手法， 从而可以在人体穴位上达到与传统针灸作用于相应穴位上相类似的感觉 和治疗效果， 即让人产生酸、 麻、 胀、 重等的感觉， 最终代替针灸操作中的银针来进行治疗。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该超声波针刺仪包括主机以及与主机 相连的超声治疗头， 所述超声治疗头中包括发射聚焦超声波的超声换能器， 所述主机中包 括有驱动所述超声换能器发射超声波的驱动单元、 对所述驱动单元进行控制的控制单元， 其中， 该超声波针刺仪以超声换能器所发射超声波形成的聚焦声场为 “针” ， 以超声波的输 出声功率作为 “针” 的 “剂量” ， 所述控制单元中包括有 ：
信号处理模块 ；
主频控制模块， 对超声换能器的工作频率进行控制并将该工频信号传送给信号处 理模块 ；
入针控制模块， 将超声换能器中超声波的入针剂量设定为一个固定值 A， 再将该入 针信号传送给信号处理模块 ；由信号处理模块对工频信号和入针信号进行处理， 将两信号叠加形成入针合成信 号后， 将之传送给驱动单元 ；
留针控制模块， 将超声换能器中超声波的留针剂量设定为小于入针剂量的一个固 定值 B， 再将该留针信号传送给信号处理模块 ；
由信号处理模块对工频信号和留针信号进行处理， 将两信号叠加形成留针合成信 号后， 将之传送给驱动单元 ；
驱动单元根据入针合成信号或留针合成信号驱动超声换能器发射相应的超声波。
其中， 所述固定值 A 的可选范围为 0-10W， 优选为 2-7W ； 所述固定值 B 的可选范围 为入针剂量的 1/4-3/4， 优选为入针剂量的 1/2。
优选的是， 本发明超声波针刺仪中还包括有手柄， 所述手柄上设有可调节所述 “针” 的 “剂量” ( 超声换能器所发射的超声波的输出声功率大小 ) 的能量调节开关， 所述能 量调节开关分别与入针控制模块、 留针控制模块电连接。
优选的是， 所述控制单元中还包括有提插控制模块， 所述提插控制模块可使超声 换能器中超声波的输出声功率从零变化到某一个固定值 C， 再从该固定值 C 变化到零， 此为 一个提插周期， 如此循环， 并将该提插信号传送给信号处理模块 ； 由信号处理模块对工频信 号和提插信号进行处理， 将两信号叠加形成提插合成信号后， 将之传送给驱动单元， 驱动单 元据此驱动超声换能器发射相应的超声波。
其中， 所述固定值 C 的可选范围为入针剂量的 0.5-5 倍， 优选为 1 倍， 即与入针剂量相等。 优选超声换能器中超声波的输出声功率从零变化到某一个固定值 C 所需时间与 超声波的输出声功率再从固定值 C 变化到零所需时间相等， 与所述提插周期对应的提插频 率的范围为 0.1-5Hz， 优选为 2Hz。
进一步优选的是， 所述控制单元中还包括有捻转控制模块， 捻转控制模块可使超 声换能器中超声波的输出声功率为某一个固定值 D， 保持一定时间后， 瞬间减至零， 然后再 保持一定时间， 再将输出声功率瞬间加至某一固定值 E， 此为一个捻转周期， 如此循环， 并将 该捻转信号传送给信号处理模块 ； 由信号处理模块对工频信号和捻转信号进行处理， 将两 信号叠加形成捻转合成信号后， 将之传送给驱动单元， 驱动单元据此驱动超声换能器发射 相应的超声波。
其中， 所述固定值 D 和固定值 E 的可选范围为入针剂量 0.5-5 倍， 优选为 1 倍， 即 固定值 D 和固定值 E 都与入针剂量相等。
优选的是， 超声波的输出声功率从固定值 D 变化到零的时间与从零变化到固定值 E 的时间相等， 所述捻转周期所对应的捻转频率的范围为 0.1-5Hz， 优选为 0.5Hz 或 1Hz。
当然， 在控制单元中同时设置提插控制模块和捻转控制模块， 只是本发明最佳的 一种优选方案， 控制单元中也可不设置上述两种模块， 或者根据需要只设置提插控制模块 或者只设置捻转控制模块。
更优选的是， 针刺仪中还包括有键盘输入单元， 所述键盘输入单元中包括有键盘， 所述键盘与提插控制模块和捻转控制模块电连接， 操作者可通过键盘输入提插频率以及捻 转频率。
本发明人经大量实验得知， 当采用本发明超声波针刺仪对人体穴位进行治疗时，
在超声换能器发出的超声波形成的聚焦超声声场中， 如果焦域形状为沿声轴线方向延伸的 长条形 ( 相对于现有技术中聚焦超声波所形成的焦域仅为以焦点为中心的一个极小的椭 球区域而言 )， 则治疗的效果较好。
由于各个穴位在人体体表的深浅程度不一， 而穴位作为针灸时的针刺部位， 并非 仅为单个的点位而是一个具有一定深度和广度的区域， 为了保证良好的治疗效果， 可根据 不同穴位在人体表皮上的分布特点来制作与之相适应的超声换能器， 使超声换能器的焦平 面 ( 经过焦点且与声轴线垂直的平面， 指焦域中具有能量最集中的平面 ) 距离与相应穴位 的深浅程度相对应 ： 当穴位在人体体表较浅的位置时， 可使焦平面距离较小 ； 反之则使焦 平面距离较大。
根据以上原则， 为适应针灸治疗的需要， 所选用的超声换能器的焦域最好是 ： 焦域 的长度为 3-100mm， 优选焦域的长度为 3-60mm， 更优选的是 3-50mm ； 焦域的宽度为 1-15mm， 优选焦域的宽度为 2-5mm ； 焦平面距离为 10-100mm， 优选为 10-60mm。
为了形成上述长条形的焦域， 本发明所采用的超声换能器的结构如下 ：
该超声换能器可包括有能发射聚焦超声波 ( 球面超声波 ) 的超声发射单元， 所述 超声发射单元包括聚焦波源和设置在超声传输路径上的超声传导单元， 所述聚焦波源所发 射的超声波经超声传导单元后聚集在超声波声轴线上并沿超声波声轴线方向延伸。 其中， 所述聚焦波源采用能反射超声波的聚焦波源， 所述超声传导单元采用可透 射超声波并能反射超声波的材料制成， 该材料的声阻抗与人体皮肤的声阻抗不相匹配， 即 超声传导单元与人体皮肤之间的声阻抗不一致， 两者之间具有较大的声阻抗差异。
优选的是， 所述人体皮肤与超声传导单元两者的声阻抗的比值范围为 1/2-1/50， 进一步优选为 1/10-1/40。
优选超声传导单元可采用玻璃、 铜或铝制成。
优选的是， 所述超声传导单元与聚焦波源的超声发射面相接触， 且其形状与聚焦 波源的超声发射面的形状相适配。
进一步优选的是， 所述聚焦波源采用球壳形波源， 超声传导单元与所述球壳形波 源的超声发射面相接触的接触面的形状为与超声发射面相适配的球冠面 ； 超声传导单元与 人体皮肤相接触的一面 ( 即超声传导单元的底面 ) 的形状为平面形或者采用与人体皮肤表 面相适应的形状。
或者所述聚焦波源可包括平面压电材料以及贴合在所述平面压电材料上的凹透 镜， 超声传导单元与所述凹透镜相接触的接触面的形状采用与所述凹透镜的凹陷部相适配 的形状。
当然， 聚焦波源也可以采用其他具有相同功能的结构。
在上述超声换能器中， 由于超声传导单元的声阻抗与人体皮肤的声阻抗不相匹 配， 即超声传导单元与人体声阻抗之间具有较大的声阻抗差异， 因而超声波经过超声传导 单元的底面后， 会发生反射和透射， 且反射的超声波大于透射的超声波， 即部分超声波经透 射进入人体皮肤， 而大部分发生反射的超声波经反射后又回到聚焦波源的球壳面上， 该超 声波再经聚焦波源反射后， 重新进入超声传导单元， 继续在超声传导单元的底面发生反射 和透射， 此过程不断重复进行， 直至最后反射的超声波几乎为零， 全部透射到人体皮肤中， 即在超声波经过上述多次反射和透射， 最后全部进入人体， 并且由于每经过一次反射后， 进
入人体的超声波与前次进入人体的超声波在声轴线上聚焦的位置是沿声轴线方向延伸， 因 而所形成的焦域为长条形焦域。
其中， 所述聚焦波源的口径 D 范围是 25-50mm， 聚焦波源的聚焦半径 SR 范围是 20-50mm， 超声发射单元的中心厚度 S 范围是 0.5-2.6mm。
优选的是， 所述主机可提供多个超声输出通道， 超声治疗头可采用多个， 多个超声 治疗头可选择与主机中多个超声输出通道中相应的一个进行相连， 多个超声治疗头都与驱 动单元相连， 从而形成多路工作的超声波， 对人体不同的穴位进行治疗。
而多路超声波可同时工作， 以满足同时治疗多个穴位的要求。 这样， 本发明超声波 针刺仪可以同时对人体的两个以上的穴位进行治疗， 其操作与中医针灸中对几个穴位同时 扎下银针而治病的实际操作比较接近。
优选的是， 超声治疗头内还设置有可与外部网络中心进行数据交换的通讯芯片。
优选的是， 超声治疗头中还设有可使超声治疗头振动的振动捶。
优选的是， 本发明超声波针刺仪中还包括有可对超声治疗头进行加热的加热装 置。
优选的是， 本发明超声波针刺仪中还包括有可对治疗部位进行照射的发光装置。 优选的是， 超声治疗头中还包括有可作为电极的电极头。
优选的是， 超声治疗头内还设有可在超声治疗头内产生磁场的装置。
本 发 明 超 声 波 针 刺 仪 中， 超声换能器所发出的超声波的工作频率范围为 0.8-2MHz， 优选为 1.5MHz。
本发明超声波针刺仪能够完全模拟传统针刺治疗中的入针、 留针、 提插、 捻转等针 刺手法， 治疗时可以达到甚至超过传统针灸术的疗效， 从而实现了超声波对传统针灸术的 全面替代。其相对于传统的针灸治疗所具有的优势在于 ：
第一， 无创， 即本发明是通过超声波模拟针刺过程， 在针刺过程中， 不会产生创 口；
第二， 由于是模拟针刺过程， 因而治疗过程中不用进行消毒， 不用担心针刺穴位会 受到感染 ；
第三， 使用方便， 效率高， 能够节约医务人员的时间和精力。
在以本发明超声波针刺仪治疗慢性腰痛等多种慢性疾病的临床实验中， 通过使用 本发明超声波针刺仪中的超声波来辐照人体穴位以模拟传统针灸治疗被证明是一种有效 的替代治疗手段， 能达到有效的治疗效果。实验小组人员将治疗前后病人情况进行对照研 究发现， 治疗后不同的随访时间点， 其疼痛评分均较治疗前有统计学意义的下降， 说明采用 本发明超声波针刺仪治疗慢性疼痛是非常有效的， 5 次治疗疼痛评分平均下降了 68.89％， 且随访到 21 天时间仍维持在该水平。实验证明， 本发明中的超声波针刺仪对治疗慢性腰背 痛等慢性疾病的症状改善至少可达 6 个月。
附图说明
图 1 为本发明一个具体实施例中超声波针刺仪的结构示意图
图 2 为图 1 的实施例中超声波针刺仪输出声功率的控制原理图 ；
图 3 为图 1 的实施例中超声换能器的结构及其所形成的焦域形状的结构示意图 ；图 4 为图 1 的实施例中超声针刺仪中的电路原理图。
图中 ： 1- 主 机 ； 2- 超 声 治 疗 头 ； 3- 聚 焦 波 源 ； 4- 超 声 传 导 单 元 ； MCU- 微 处 理 器； DISP- 显 示 单 元 ； KEY- 键 盘 输 入 单 元 ； WR1...WRN- 电 位 器 ； ADC- 模 / 数 转 换 芯 片 ； OSC1...OSCN- 波形发生器 ； IC11...ICN1- 信号合成芯片 ； IC12...ICN2- 信号合成芯片 ； IC13...ICN3- 放大器驱动芯片 ； Q1...QN- 功率放大器 ； MATCH1...MATCHN- 阻抗匹配电路 ； Y1...YN- 超声换能器。 具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案， 下面结合附图和具体实施方 式对本发明作进一步详细描述。
如图 1 所示， 本实施例中超声波针刺仪包括主机以及与主机相连的一个或多个超 声治疗头。所述超声治疗头中包括有发射聚焦超声波的超声换能器， 主机中包括有驱动 所述超声换能器发射超声波的驱动单元、 对所述驱动单元进行控制的控制单元、 显示单元 ( 用于显示治疗过程中设置的各种治疗参数， 如提插频率、 捻转频率等 ) 以及电源系统。控 制单元分别与驱动单元、 显示单元连接， 电源系统分别与控制单元、 驱动单元、 显示单元连 接。
其中， 控制单元中包括有信号处理模块、 主频控制模块、 入针控制模块、 留针控制 模块、 提插控制模块和捻转控制模块。
主频控制模块可对超声换能器的工作频率进行控制并将该工频信号传送给信号 处理模块 ； 入针控制模块可将超声换能器中超声波的入针剂量设定为一个固定值 A， 再将 该入针信号传送给信号处理模块 ； 由信号处理模块对工频信号和入针信号进行处理， 将两 信号叠加形成入针合成信号后， 再将之传送给驱动单元 ； 驱动单元根据入针合成信号驱动 超声换能器发射相应的超声波。
留针控制模块可将超声换能器中超声波的留针剂量设定为小于入针剂量的一个 固定值 B， 再将该留针信号传送给信号处理模块 ； 由信号处理模块对工频信号和留针信号 处理， 将两信号叠加形成留针合成信号后， 将之传送给驱动单元 ； 驱动单元根据留针合成信 号驱动超声换能器发射相应的超声波。
提插控制模块可使超声换能器中超声波的输出声功率从零变化到某一个固定值 C， 再从该固定值 C 变化到零， 此为一个提插周期， 如此循环， 并将该提插信号传送给信号处 理模块 ； 由信号处理模块对工频信号和提插信号进行处理， 将两信号叠加形成提插合成信 号后， 将之传送给驱动单元， 驱动单元根据提插合成信号驱动超声换能器发射相应的超声 波。
捻转控制模块可使超声换能器中超声波的输出声功率为某一个固定值 D， 保持一 定时间， 瞬间减至零， 然后再保持一定时间， 再将声功率加至某一个固定值 E， 此为一个捻转 周期， 如此循环， 并将该捻转信号传送给信号处理模块 ； 由信号处理模块对工频信号和捻转 信号进行处理， 将两信号叠加形成捻转合成信号后， 将之传送给驱动单元， 驱动单元根据捻 转合成信号驱动超声换能器发射相应的超声波。
本实施例中， 固定值 A 采用 0-10W 之间的一个值 ； 固定值 B 为入针剂量的 1/2。
固定值 C 采用入针剂量的 0.5-5 倍之间的一个值， 本实施例中， 固定值 C 的值与入针剂量的值相等。 在提插控制模块中， 提插周期所对应的提插频率的范围为 0.1-5Hz。 并且 超声换能器中超声波的输出声功率从零变化到某一个固定值 C 所需时间与超声波的输出 声功率从固定值 C 变化到零所需时间相等。
固定值 D 和固定值 E 采用入针剂量的 0.5-5 倍之间的一个值， 本实施例中， 固定值 D 和固定值 E 相等， 且都与入针剂量相等。在捻转控制模块中， 捻转周期所对应的捻转频率 的范围为 0.1-5Hz。并且使超声波的输出声功率从固定值 D 变化到零的时间与从零变化到 固定值 E 的时间相等。
本实施例中， 超声换能器所发出的超声波的工作频率范围为 0.8-2MHz， 优选为 1.5MHz。
其中， 本实施例的超声波针刺仪中还可包括有手柄， 手柄上设有可调节超声换能 器中超声波的输出声功率大小 ( 即 “针” 的 “剂量” 大小 ) 的能量调节开关， 所述能量调节 开关分别与入针控制模块、 留针控制模块电连接。
本实施例超声波针刺仪中还可包括有键盘输入单元， 键盘输入单元中包括有键 盘， 所述键盘与提插控制模块和捻转控制模块电连接， 操作者可通过键盘输入所述提插频 率和捻转频率。 本实施例中， 所述超声换能器发射的超声波形成的超声声场中， 其焦域的形状为 沿声轴线延伸的长条形 ( 如图 3 所示 )， 焦域的长度为 3-100mm， 优选为 3-60mm， 更优选的是 3-50mm ； 焦域宽度为 1-15mm ； 焦平面距离为 10-100mm， 优选为 10-60mm。
本实施例中所采用的超声治疗头形成的这种沿声轴线延伸的长条形的聚焦声场 与采用现有技术中的超声治疗头形成的聚焦声场相比， 其更有利于对人体穴位进行刺激， 从而加强疗效。
为了形成上述这种聚焦声场， 下面介绍本发明实施例中采用的超声换能器 ：
如图 3 所示， 所述超声换能器中包括有能发射聚焦超声波的超声发射单元， 所述 超声发射单元包括聚焦波源 3 和设置在超声传输路径上的超声传导单元 4， 超声传导单元 4 与聚焦波源 3 的超声发射面相接触， 且其形状与聚焦波源的超声发射面的形状相适配。本 实施例中， 聚焦波源 3 采用球壳形波源， 超声传导单元 4 为球冠体形， 该球冠体放置在所述 球壳形波源的内部， 与所述球壳形波源紧密贴合， 即超声传导单元 4 与球壳形波源的超声 发射面相接触的接触面的形状为与超声发射面相适配的球冠面， 而超声传导单元 4 与人体 皮肤相接触的一面 ( 即球冠体的底面 ) 的形状则为平面形。
超声传导单元 4 采用可透射并能反射超声波的材料制成， 该材料的声阻抗与人体 皮肤的声阻抗不相匹配。本实施例中， 超声传导单元 4 采用玻璃材料制成。
当然， 超声传导单元 4 也可根据不同需要采用铜或铝等其他材质构成。
由于超声传导单元 4 和人体皮肤之间具有较大的声阻抗差异， 这样， 超声传导单 元 4 的底部既是聚焦超声波的输出面， 同时也是一个反射面。聚焦波源 3 所发射的多条超 声波在超声传导单元 4 的底面发生多次反射和透射 ( 在实际使用中第一次和第二次超声反 射具有较强的能量， 而以后的反射过程因超声能量较小， 可以忽略不计， 因而图 3 中的箭头 只示意出了第一次和第二次的超声反射， 以及前三次的超声透射 )， 多次透射与多次反射后 的超声波聚集在超声波声轴线的不同位置并沿声轴线方向延伸， 从而形成长条形的聚焦超 声声场。
通过跟踪每条超声波的声线轨迹在超声传导单元 4 底面上的振幅和相位， 采用现 有的声线追迹方法 ( 声线追迹方法具体可参阅 《计算声学 - 声场的方程和计算方法》 一书， 科学出版社， 出版日期 ： 2005-01-01， 第 186-212 页 ) 进行精确计算， 通过求出每条超声波传 播的实际路径和到达时间， 从而可计算出超声波在声轴线上的分布情况， 即可确定出焦域 的长度。
为了适应和满足超声针灸的需要， 其中， 聚焦波源的口径 D 范围是 25-50mm， 聚焦 波源的聚焦半径 SR 范围是 20-50mm， 超声发射单元 2 的中心厚度 S 范围是 0.5-2.6mm。
本实施例中， 超声波源 1 的口径 D 为 25mm， 聚焦半径 SR 为 50mm， 超声传导单元 2 的中心厚度 S 为 2mm。该超声换能器最终所形成的焦域长度为 60mm， 宽度为 2-4mm。
网络功能也可设计于本发明的超声治疗头之中。本实施例中， 超声治疗头内可设 置有通讯芯片， 超声治疗头中的各种数据 ( 比如治疗时间、 超声波的工作频率、 以及超声治 疗头的技术参数等 ) 通过通讯芯片可与网络中心进行交换。网络中心是一个外部平台， 其 交换的数据， 有助于指导治疗和了解治疗情况。
本实施例中， 当将超声波针刺仪用于康复治疗时， 还可以增加机械振动、 热、 光、 电、 磁等多种形式的辅助功能， 这些功能各自单独施加于超声治疗头上， 从而与超声治疗结 合以进行复合治疗， 其目的是加强疗效。具体如下 ： 超声治疗头中还可设有使超声治疗头振动的振动捶。振动捶可以采用一直径为 3 毫米， 长约 10 毫米的微型电机。振动捶可以使超声治疗头按一定频率振动， 从而使人体在 进行超声治疗时， 增加舒适感， 或者在有特殊需要时， 也可进行振动操作。
本发明超声波针刺仪中还可设置对超声治疗头进行加热的加热装置， 以增加治疗 的舒适感或用于有特殊需要时。
本发明超声波针刺仪中还可设置对治疗部位进行照射的发光装置， 发光装置可以 使一定频率的可见光线照射在治疗部分上。在需要增加舒适感或有特殊需要时， 可进行光 照操作。
该超声治疗头中还可设置电极头。 当需要电极治疗配合时， 可进行电极治疗操作。
超声治疗头内还可在超声治疗头内部设置产生磁场的永磁体。当需要进行磁疗 时， 可进行磁疗操作。
图 2 给出了图 1 的实施例中超声波针刺仪输出声功率的控制原理图。据此说明如 下：
超 声 换 能 器 的 工 频 信 号 由 控 制 电 路 中 的 主 频 时 钟 电 路 直 接 产 生， 调制信号 1...... 直到调制信号 N 可由控制电路直接产生， 也可由其它时钟电路产生， 再通过控制电 路将之调制合成不同的调制脉冲， 以用于模拟传统针灸中的行针手法。
超声波入针手法 ： 由控制电路产生调制脉冲， 通过控制调制脉冲的占空比变化来 控制超声波输出声功率的大小， 使超声换能器输出某一固定声功率的脉冲超声波。
超声波留针手法 ： 由控制电路产生调制脉冲， 并控制其输出声功率小于入针时的 输出声功率， 通过控制调制脉冲的占空比变化来控制超声波输出功率的大小， 使超声换能 器输出某一固定声功率的脉冲超声波。
超声波行针手法 ： 由控制电路产生调制变化脉冲， 这种变化脉冲可以对应中医的 行针手法， 如提插、 捻转手法等， 通过控制调制脉冲的占空比变化来控制超声波输出声功率
的大小， 使超声换能器输出声功率发生变化的脉冲超声波。
图 4 为根据图 2 的输出声功率控制原理图制成的具有多个超声治疗头 ( 即多路输 出 ) 的超声波针刺仪的电路原理图 ( 当然， 本发明超声波针刺仪的结构并不限于只能采用 该电路结构来实现针刺仪的各种功能， 这里只是将之作为一个示意性的实施例 )。 我们以其 中一路输出为例简述其电路工作原理如下 ：
本实施例中， 超声波针刺仪主要包括控制单元、 驱动单元、 超声换能器、 显示单元、 键盘输入单元、 手柄。其中， 控制单元包括微处理器 MCU、 波形发生器 OSC1、 信号合成芯片 IC11、 信号合成芯片 IC12 ； 驱动单元包括放大器驱动芯片 IC13、 功率放大器 Q1 以及阻抗匹 配电路 MATCH1， 手柄上的能量调节开关为电位器 WR1， 电位器 WR1 通过模 / 数转换芯片 ADC 与微处理器 MCU 连接。主频控制模块为波形发生器 OSC1， 信号处理模块为微处理器 MCU， 微 处理器 MCU 中有能量调制脉冲电路和提插捻转脉冲电路， 所述能量调制脉冲电路发出的调 制脉冲通过与工频信号合成， 生成新的合成脉冲， 可以模拟针灸中的入针、 留针手法 ； 所述 能量调制脉冲电路发出的调制脉冲与工频信号合成后， 再与提插捻转脉冲电路所发出的调 制脉冲合成， 生成新的合成脉冲， 可模拟针灸中的提插、 捻转等手法。
波形发生器 OSC1 在微处理器 MCU 的控制下产生与超声换能器的工作频率相匹配 的工频脉冲 f。波形发生器 OSC1 并将此信号反馈给微处理器 MCU， 由微处理器 MCU 检测波 形发生器 OSC1 所产生的频率是否为超声换能器所需要的工作频率 ： 如果波形发生器 OSC1 所产生的工作频率与超声换能器所需要的工作频率之间有差异， 则微处理器 MCU 可以根据 此差异值自动进行调整， 使两者达到一致。波形发生器 OSC1 可以是 DDS( 数字直接频率合 成芯片 )， 也可以是 VOC( 压控振荡电路或芯片 )。 能量调制脉冲电路产生 PWM1 脉冲， PWM1 脉冲用于调节超声换能器输出声功率的 大小。PWM1 脉冲通过微处理器 MCU 调节其占空比来调节其正脉冲宽度， 以控制所通过的工 频脉冲信号的数量， 即当工频脉冲 f 与 PWM1 脉冲合成时， 合成信号中通过的工频脉冲信号 的数量由 PWM1 脉冲宽度决定。操作者通过对手柄上的电位器 WR1 的阻值进行调节， 使电位 器 WR1 两端的电位发生变化， 然后由模 / 数转换芯片 ADC 将变化后的电位信号转化为数字 信号， 再发送给微处理器 MCU， 微处理器 MCU 根据此信号的变化来调节 PWM1 脉冲的脉冲宽 度， 以生成具有不同占空比的调制信号。PWM1 脉冲的占空比的大小也可通过键盘输入单元 KEY 输入进行设定。
波 形 发 生 器 OSC1 所 产 生 的 工 频 脉 冲 f 和 PWM1 脉 冲 信 号 通 过 信 号 合 成 芯 片 IC11(IC11 是 “与门” 电路， 其功能就是实现主频脉冲信号和 PWM1 脉冲信号 “相与” )“相与” 后， 形成能量调制后的合成脉冲。
若要实施入针功能， 能量调制脉冲电路将 PWM1 脉冲的占空比设为固定值 A1， 将之 与波形发生器 OSC1 产生的工频脉冲 f 叠加后， 产生合成脉冲 I， 该信号被传送给驱动单元， 由驱动单元驱动超声换能器 Y1 产生与之相应的恒定的超声波输出声功率。
若要实施留针功能， 能量调制脉冲电路将 PWM1 脉冲的占空比设为固定值 B1， 固定 值 B1 小于固定值 A1， 将之与波形发生器 OSC1 产生的工频脉冲 f 叠加后， 产生合成脉冲 II， 该信号被传送给驱动单元， 由驱动单元驱动超声换能器 Y1 产生与之相应的恒定的超声波 输出功率， 此超声波输出声功率应小于入针时所产生的超声波输出声功率。
其中， 固定值 A1 和固定值 B1 分别对应于固定值 A 和固定值 B。
微处理器 MCU 中的提插捻转脉冲电路产生 PLUS1 脉冲， 此脉冲是用于实施提插、 捻 转功能的脉冲信号， 其频率 ( 对应于提插频率或捻转频率 ) 由用户从键盘输入单元 KEY 输 入， 其占空比是在微处理器 MCU 的控制下在一定周期内按照一定的规律从小到大或从大到 小变化， 驱使超声换能器的输出声功率发生相应变化， 从而模拟出针刺的提插、 捻转效果。 工频脉冲 f 和 PWM1 脉冲信号通过信号合成芯片 IC11“相与” 后， PLUS1 脉冲再与信号合成 芯片 IC11 的输出信号在信号合成芯片 IC12( 与信号合成芯片 IC11 一样， 也是 “与门” 电 路 )“相与” ， 就得到了所需要的各种合成信号。
若要实施提插功能， 由能量调制脉冲电路将 PWM1 脉冲的占空比设为固定值 C1， 通 过与波形发生器 OSC1 产生的工频脉冲 f 叠加后， 产生相应的合成脉冲 III， 将 PLUS1 脉冲 的占空比设置成一个随时间变化的函数 ( 此随时间变化的函数应与提插频率对应 )， 并将 PLUS1 脉冲叠加到合成脉冲 III 中， 从而产生相应的合成脉冲 IV， 所述合成脉冲 IV 信号被 传送给驱动单元， 由驱动单元驱动超声换能器产生随 PLUS1 脉冲宽度变化的超声波输出声 功率。
若要实施捻转功能， 能量调制脉冲电路将 PWM1 脉冲的占空比设为固定值 D1， 通过 与波形发生器 OSC1 产生的工频脉冲 f 叠加后， 产生相应的合成脉冲 V， 再将 PLUS1 脉冲的占 空比设为固定值 E1( 此固定值应与捻转频率对应 )， 并将 PLUS1 脉冲叠加到合成脉冲 V 中， 产生相应的合成脉冲 VI， 所述合成脉冲 VI 信号被传送给驱动单元， 由驱动单元驱动超声换 能器产生随 PLUS1 脉冲宽度变化的超声波输出声功率。
合成信号 ( 合成脉冲 I、 合成脉冲 II、 合成脉冲 IV、 合成脉冲 VI) 经放大器驱动芯 片 IC13( 因信号合成芯片 IC12 中输出的信号不足以驱动功率放大器 Q1， 为了保证功率放 大器 Q1 的正常工作， 在 MOS 管的栅极增加一个 MOS 驱动器 ) 后作用于功率放大器 Q1 的控 制端口， 合成信号经放大后得到功率放大信号， 该功率放大信号再经阻抗匹配电路 MATCH1 后作用于超声换能器 Y1 上。超声换能器 Y1 在功率放大信号的作用下产生所需要的工作频 率、 输出声功率和脉冲宽度的超声波。
本发明超声波针刺仪中进行入针、 留针、 提插、 捻转的治疗顺序可通过控制单元进 行设定， 既可以按固定顺序进行， 也可以随意进行。一种优选的顺序是 ： 如果进行了入针操 作， 就必须进行留针操作， 然后才能进行提插或捻转操作 ； 如果直接进行留针操作， 可以切 换成提插或捻转操作， 也可以返回入针操作 ； 并设定必须先进行留针操作后， 才能进行提插 或捻转操作。
由于高强度聚焦超声波可能会对人体造成伤害， 为了保证本发明超声波针刺仪所 发出的超声波不会对人体产生损伤， 可通过下面几种方式对输出声能量进行控制 ： 1、 通过 调节手柄上的能量调节开关， 随时可将超声波的输出声功率从最大值调节到零 ； 2、 对治疗 时间进行设定， 避免过长时间的超声波照射造成的能量沉淀， 对身体造成损伤 ； 3、 可将所发 射超声波的声功率控制在安全范围内。
下面是两种采用上述结构， 因技术参数不同而分别用于对人体体表不同深度的穴 位进行治疗的超声波针刺仪的具体实施例。
实施例 1 ：
通过控制工频脉冲 f， 使超声换能器发出的超声波的工作频率为 1.5MHz， 使固定 值 A( 即入针剂量 ) 为 3.5W， 固定值 B( 即留针剂量 ) 为 1.75W。将固定值 C 和固定值 D 都设为与固定值 A 相等， 也就是说， 固定值 A(3.5W) 为本实施例中的最大输出声功率。通过调 节手柄， 可使超声波的最大输出声功率在 0-3.5W 范围内进行无级调节。
通过键盘输入单元 KEY 的输入将提插频率设置为 2Hz， 即工作时， 超声波输出声功 率在 1 秒内， 由零到最大声功率范围内变化 2 次。提插频率的选取原则由操作者根据需要 选取， 该频率是输出声功率的变化频率。进行提插操作时， 其最大输出声功率为 3.5W， 最小 剂量为 0。通过调节手柄可将最大输出声功率在 0-3.5W 范围内进行无级调节。
通过键盘输入单元 KEY 的输入将捻转频率设置为 1Hz， 即工作时， 超声波输出声功 率在 1 秒内， 由 0 到最大输出功率范围内变化 2 次。提插频率的选取原则由操作者根据需 要选取。进行捻转操作时， 其最大输出声功率为 3.5W， 最小剂量为 0。通过调节手柄可将最 大输出声功率在 0-3.5W 范围内进行无级调节。
本实施例主要用于对躯干、 四肢处针刺深度在 10-25mm 的较浅表穴位进行治疗。 通过输入或调节超声波针刺仪中的各个功能参数， 如通过键盘控制单元 KEY 输入提插频 率、 捻转频率以及通过手柄上的电位器调节入针剂量、 留针剂量等， 模拟各针刺手法， 作用 于相应穴位， 能使患者产生周期性的 “酸、 麻、 胀、 重” 感， 治疗疾病。
实施例 2 ：
通过控制工频脉冲 f， 使超声换能器发出的超声波的工作频率为 1.5MHz， 使固定 值 A( 即入针剂量 ) 为 6.5W， 固定值 B( 即留针剂量 ) 为 3.25W。将固定值 C 和固定值 D 都 设为与固定值 A 相等， 也就是说， 固定值 A(6.5W) 为本实施例中的最大输出声功率。通过调 节手柄， 可使超声波的最大输出声功率在 0-6.5W 范围内进行无级调节。
通过键盘输入单元 KEY 的输入将提插频率设置为 2Hz， 即工作时， 超声波输出声功 率在 1 秒内， 由零到最大声功率范围内变化 2 次。提插频率的选取原则由操作者根据需要 选取， 该频率是输出声功率的变化频率。进行提插操作时， 其最大输出声功率为 6.5W， 最小 剂量为 0。通过调节手柄可将最大输出声功率在 0-6.5W 范围内进行无级调节。
通过键盘输入单元 KEY 的输入将捻转频率设置为 0.5Hz， 即工作时， 超声波输出声 功率在 2 秒内， 由 0 到最大输出功率范围内变化 1 次。提插频率的选取原则由操作者根据 需要选取。进行捻转操作时， 其最大输出声功率为 6.5W， 最小剂量为 0， 通过调节手柄可将 最大输出声功率在 0-6.5W 范围内进行无级调节。
本实施例主要用于对躯干、 四肢处针刺深度在 30-55mm 的较深穴位进行治疗。通 过输入或调节超声波针刺仪上的各个参数， 如通过键盘控制单元 KEY 输入提插频率、 捻转 频率以及通过手柄上的电位器调节入针剂量、 留针剂量等， 模拟各针刺手法， 作用于相应穴 位， 能使患者产生周期性的 “酸、 麻、 胀、 重” 感， 治疗疾病。
采用上述实施例中的超声波针刺仪对 40 例慢性腰背痛患者进行治疗。并选取足 三里穴 ( 优先采用实施例 1 中的超声波针刺仪 )、 委中穴 ( 优先采用实施例 2 中的超声波针 刺仪 )、 腰夹脊穴 ( 优先采用实施例 2 中的超声波针刺仪 ) 这 3 个穴位为治疗穴位。事实 上， 对实施例 1 和实施例 2 中不同参数设置的超声波针刺仪而言， 并不完全是针对不同深度 的穴位来进行选用， 而是还需要结合不同人的情况来综合考虑， 合理进行选择。例如， 相对 较肥胖的人而言， 即使是处于皮肤浅表的穴位 ( 相对于正常体型的人来说 )， 该穴位也会比 较深， 因而可能也需要采用实施例 2 中的超声波针刺仪。
当准确选取穴位后， 使超声治疗头压紧皮肤。启动开关后， 超声波针刺仪开始工作： 先实施入针手法， 即采用连续波激发穴位， 待患者有 “得气” 感 ( 即中医所解释的酸麻胀 重的感觉 ) 时再进行切换， 切换为留针手法， 即用脉冲波刺激穴位， 在治疗中， 依据患者的 “得气” 感来调整超声波能量的大小， 即一直保持使患者有 “得气” 感且处于患者能承受的超 声波能量范围内。对一个穴位的治疗时间为 10min， 然后更换到另一穴位， 治疗时间总计为 30min。 治疗中若出现局部皮肤灼痛立即停止操作， 出现其他安全性不良反应， 应退出治疗。
每天治疗 1 次， 一个疗程为连续治疗 5 天。
临床效果显示， 治疗 1 个疗程后 40 位患者的疼痛感都有不同程度的减轻， 表明治 疗的有效率为 100％。
可以理解的是， 以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施 方式， 然而本发明并不局限于此。 本发明中所使用的超声波只是作为一种能量的载体， 在结 合其他治疗手段进行治疗时， 不排除使用其他方式或者结合超声波使用， 以作为能量载体， 比如微波、 次声波等也能作为能量的载体。 对于本领域内的普通技术人员而言， 在不脱离本 发明的精神和实质的情况下， 可以做出各种变型和改进， 这些变型和改进也视为本发明的 保护范围。