行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置的制作方法

1.本发明相关于一种超音波装置，特别是相关于一种行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置。


背景技术：

2.现有技术中，治疗用超音波仪器的体积大，需要操作空间与医护人员操作，且必须连接市电，目前多用于医院或诊所。亟需一种具有便利的使用性且能扩大使用的场域至居家的超音波治疗装置。


技术实现要素：

3.为解决现有技术的问题，本发明提供创新的穿戴式超音波探头模组以及结合行动载具控制超音波输出的技术，克服现有技术的缺点，提供一种行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，其中包括：一行动载具，具有一行动载具控制界面，通过该行动载具的特定软体界面来设定超音波参数与显示回波讯号；至少一超音波探头模组，该超音波探头模组包括一超音波换能器和相对应的控制电路，该超音波换能器用以产生和接收超音波，该控制电路具有产生和接收讯号、相位调控以及功率放大与匹配的功能，该超音波探头模组的一端与行动载具电性连接，该超音波探头模组的另一端结合于束带；一束带，该束带上至少设置一个接环，该接环可固定一超音波换能器。该穿戴式超音波治疗装置可以产生连续或脉冲超音波来作用待治疗的目标组织。
4.本发明一实施例，是选自卡式组合、扣式组合中的至少一种组合的超音波探头模组，其中卡式组合的超音波探头模组，包括：一上盖、一连接线、超音波换能器以及一旋卡式壳体，其中该超音波换能器容置于该卡式壳体中，该旋卡式壳体的周径外侧具有至少一卡体，以及该连接线一端与超音波换能器电性连接，该连接线的另一端与该控制电路电性连接。
5.本发明一实施例，是选自卡式组合、扣式组合中的至少一种组合的超音波探头模组，其中扣式组合的超音波探头模组，包括：一上盖、一连接线、超音波换能器以及一扣式壳体，其中该超音波换能器容置于该扣式壳体中，以及该连接线一端与该超音波换能器电性连接，该连接线的另一端与该控制电路电性连接。
6.本发明一实施例，固持超音波探头模组于该束带，包括：一上卡接环，该上卡接环是中空环状的结构，用以容置该旋卡式壳体，该上卡接环的周径内侧具有至少一凸体，用以旋合该旋卡式壳体的该卡体；以及一下卡接环，该下卡接环是中空环状的结构，用以容置该旋卡式壳体；其中该束带具有对应该上卡接环以及该下卡接环的穿孔，用以容置该旋卡式壳体，该束带通过至少一锁固件夹合于该上卡接环与该下卡接环之间。
7.本发明一实施例，固持超音波探头模组于该束带，包括：一上扣接环，该上扣接环是中空环状的结构，用以容置该扣式壳体，该上扣接环的周径外侧具有至少一扣体，用以扣合该扣式壳体；以及一下卡接环，该下卡接环是中空环状的结构，用以容置该扣式壳体；其
中该束带具有对应该上扣接环以及该下卡接环的穿孔，用以容置该扣式壳体，该束带通过至少一锁固件夹合于该上扣接环与该下卡接环之间。
8.本发明一实施例，其中该束带的两侧分别结合一粘扣带，通过两个粘扣带的粘合，用以固持该束带。
9.本发明一实施例，其中该行动载具控制界面具有一波形设定模组，用以设定该超音波换能器发射该超音波的至少一波形。
10.本发明一实施例，其中该超音波探头模组，具有至少一超音波换能器和相对应的控制电路，该超音波换能器通过行动载具控制界面中的该通道参数设定键设定发送该超音波的参数，例如频率、工作周期、功率、相位。
11.本发明一实施例，其中该时程于行动载具控制界面设定，包括：一启始键，设定该超音波换能器发射该超音波的发射时间，并启动该超音波换能器发射该超音波，当发射时间终止时，该超音波换能器停止发射该超音波；一停止键，欲在设定发射超音波的时间内中断发射，该超音波换能器停止发射该超音波，当再次使用停止键启始键，可以继续执行中断停止后续的余留时间，用以该超音波换能器发射该超音波；以及一重设键，当停止模组的中断停止后，通过该重设键重新设定该超音波换能器发射该超音波的发射时间。
12.本发明一实施例，其中该控制电路包括：一处理器，该处理器控制该超音波的频率、工作周期、功率以及波形，并与行动载具控制界面电性连接；一相位控制器，该相位控制器的一端与该处理器电性连接，该相位控制器具有至少一通道的输出端，用以控制该超音波的相位；至少一功率放大器，该相位控制器的另一端与该功率放大器电性连接；以及至少一匹配电路，该匹配电路的一端与该功率放大器的另一端电性连接，该匹配电路的另一端与该超音波换能器电性连接。
13.本发明一实施例，其中该行动载具的控制界面，同时设定该波形设定键、该通道参数设定键、以及该时程模组，以同时控制至少一超音波换能器产生超音波的相应的通道、频率、工作周期、功率、相位、波形、以及时程的组合。
14.本发明一实施例，该回波接收器的一端与该超音波换能器电性连接，该回波接收器的另一端与该行动载具电性连接，其中该超音波换能器为压电材料，除可以由电激发产生超音波之外，也可以检测从超音波换能器和皮肤接触界面间的反射回波，该回波由该超音波换能器转换为电讯号，经回波接收器讯号处理之后，电性连接到行动载具并呈现在控制界面上。可通过此回波讯号的强弱来确认超音波换能器表面是否贴合皮肤。
15.通过本发明的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置所采用的技术手段，可以有别于手持式治疗用超音波装置，本发明为穿戴式且可调整治疗深度，旋入或按压方式固定单个或多个超音波探头模组，可因应多种应用且操作便利。穿戴式与行动载具控制的设计，使使用者可自行操作本技术，无需假他人之手。现有技术需接市电才能驱动治疗用超音波换能器，本发明使用5v-20v电源供应即可驱动治疗用超音波换能器。本发明使用行动载具驱动治疗用超音波，可打出不同波形，连续波(如：正弦波、方波)、脉冲波(如：脉冲波、脉冲串波)，将讯号产生器的功能由行动载具来控制，设定频率、工作周期、脉波宽度等等。本发明可调整治疗用超音波换能器频率0.5
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7 mhz (频宽1 mhz)，并可结合不同尺寸的超音波换能器来改变超音波传递深度。本发明可使用行动载具调整超音波相位，进行相位控制，调整焦点位置。本发明可利用超音波换能器来发射超音波与检测和记录打出后的回波讯
号。此外，治疗超音波应用于疼痛管理、复健、神经调节或保健，其疗程常为一次数分钟、一周多次，可连续几周的使用。本发明具备体积小、重量轻、穿戴便利的优势。本发明提供行动载具控制的穿戴式超音波装置，是将疗程与超音波剂量写成app的模组，再经行动载具控制等优势，相当适合上述的治疗，并且可以居家使用。本发明提供行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，以产生作用在被治疗的目标组织上的不同剂量的超音波，进行物理性治疗。
附图说明
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
17.图1a是根据本发明的第一实施例的超音波组件分解的示意图；图1b是根据本发明的第一实施例的超音波组件组合的示意图；图2a是根据本发明的第二实施例的超音波组件分解的示意图；图2b是根据本发明的第二实施例的超音波组件组合的示意图；图3a是根据本发明的第三实施例的超音波组件结合束带的俯视示意图；图3b是根据本发明的第三实施例的超音波组件结合束带的仰视示意图；图3c是根据本发明的第三实施例的束带贴合的大腿示意图；图4是根据本发明的第四实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置的示意图。
18.附图标记说明1、超音波组件；10、连接线；11、上盖；12、超音波换能器；121、第一超音波换能器；122、第n超音波换能器；13、旋卡式壳体；131、卡体；14、上卡接环；141、环孔；142、凸体；143、上固定件；15、下卡接环；151、穿孔；153、下固定件；16、锁固件；2、束带；21、穿孔；23、粘扣带；3、接环；4、超音波组件；43、扣式壳体；44、上扣接环；441、扣体；443、上固定件；60、超音波探头模组；61、处理器；62、相位控制器；63、功率放大器；631、第一功率放大器；632、第n功率放大器；64、匹配器；65、控制电路；66、回波接收器；671、第一通道；672、第n通道；80、行动载具；801、行动载具控制界面；81、波形设定键；811、连续波模组；813、脉冲波模组；82、通道参数设定键；821、第一通道模组；822、第n通道模组；83、时程模组；831、启始键；832、停止键；833、重设键；73、目标组织；9、大腿。
具体实施方式
19.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
20.如图1a、图1b所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，其中超音波组件1，是卡式组合的结构，包括：一上盖11、一连接线10、该超音波换能器12、一旋卡式壳体13，以及该接环3。其中该超音波换能器12容置于该旋卡式壳体13中，该旋卡式壳体13的周径外侧具有至少一卡体131，该连接线10一端与该超音波换能器12电性连接，该连接线10的另一端与该控制电路电性连接；以及其中该接环包括：一上卡接环14以及一下卡接环15。其中，该上卡接环14是中空环状的结构，用以容置该旋卡式壳体13，该上卡
接环14的周径内侧具有至少一凸体142，用以旋合该旋卡式壳体13的该卡体131。以及该下卡接环15是中空环状的结构，用以容置该旋卡式壳体13；其中该束带2具有对应该上卡接环14以及该下卡接环15的穿孔21，用以容置该旋卡式壳体13，该束带2通过至少一锁固件16夹合于该上卡接环14与该下卡接环15之间。如图1a、图1b所示，锁固件16通过上固定件143的环孔141，束带2的穿孔21、以及下固定件153的穿孔151来完成上述的夹合。
21.如图2a、图2b所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，其中超音波组件4，是扣式组合的结构，包括：一上盖11、一连接线10、该超音波换能器12、一扣式壳体43，以及该接环。其中该超音波换能器12容置于该扣式壳体43中，该连接线10一端与该超音波换能器12电性连接，该连接线10的另一端与该控制电路电性连接。其中该接环包括：一上扣接环44以及一下卡接环15。其中该上扣接环44是中空环状的结构，用以容置该扣式壳体43，该上扣接环44的周径外侧具有至少一扣体441，用以扣合该扣式壳体43；以及该下卡接环15是中空环状的结构，用以容置该扣式壳体43；其中该束带2具有对应该上扣接环44以及该下卡接环15的穿孔21，用以容置该扣式壳体43，该束带2通过至少一锁固件16夹合于该上扣接环44与该下卡接环15之间。如图2a、图2b所示，锁固件16通过上固定件443的环孔141，束带2的穿孔21、以及下固定件153的穿孔151来完成上述的夹合。
22.如图3a、图3b、以及图3c所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，通过穿戴一束带2，并贴合于待治疗的至少一目标组织73，实施例运用于大腿9的腿部，其中该束带2的两侧分别结合一粘扣带23，通过两个粘扣带23的粘合，用以固持该束带2于大腿9的腿部。其中图3a为超音波探头模组60结合束带2的俯视示意图，超音波探头模组60是选自卡式组合、扣式组合中的至少一种组合，因此相应卡式组合的旋卡式壳体13、将上卡接环14、束带2以及下卡接环15结合，并将上卡接环14的周径内侧具有至少一凸体142旋合该旋卡式壳体13的该卡体131。此外，相应扣式组合的扣式壳体43，将上扣接环44、束带2以及下卡接环15结合，并将上扣接环44的周径外侧具有至少一扣体441扣合该扣式壳体43。本发明提供分布配置于束带2的卡式组合、扣式组合可以是单一组合分布，也可以是混合两组合分布，可以是直线排列分布，也可以是阵列式分布。束带2主体是以尼龙或是混纤布料制成，而接触患者那一面采用触感较佳的棉制或仿细绒布料制成。束带2环绕治疗部位后，利用粘扣带23来做固定。
23.如图1a、图1b、图2a、图2b、图3c、以及图4所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，本发明的超音波换能器12具有转换电能机械能的技术手段，其操作频率范围为0.5 mhz
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7 mhz，依超音波换能器12特定应用来设定操作频率，例如，超音波换能器12应用在周边神经病变的疼痛治疗，频率可设定为2
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7 mhz；超音波换能器12应用在复健方面，频率可设定在0.5
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1 mhz；而神经调节的应用，超音波换能器12的频率可设定在1
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3 mhz。其中超音波的超音波换能器12的几何形状为圆盘状或圆碗状形。就平面圆盘状换能器而言，孔径大小为1
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2 cm，厚度则由操作频率所决定，例如频率为1 mhz或2 mhz时，超音波的超音波换能器12的厚度为2 mm或1 mm。当超音波的超音波换能器12为圆碗状形时，孔径大小为1
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5 cm，曲率半径除以孔径的比率的f数为0.6
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1.2。超音波的超音波换能器12，材料为陶瓷压电材料或压电复合材料，例如pzt 4或pzt 8或pzt填充树脂的复合材料。本发明的连接线10为同轴电缆线，火线与地线分别与超音波换能器12的正极与负极连接。上盖11预留孔道供连接线10通过。陶瓷压电材料固定在超音波探头
模组60的组件中，绝缘与防水。如图4所示，超音波探头模组60包括：控制电路65、超音波换能器12、回波接收器66。其中控制电路，包括处理器61、相位控制器62、第一功率放大器631至第n功率放大器632、以及匹配器64。
24.如图4所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，本发明电源供应部分，一般驱动治疗用超音波换能器12需使用市电来供应电源并进行传换，本发明的电源供应约5-20 v，可通过手机传输孔供应或无线充电方式供应电源，本发明在控制电路加上无线充电ic的控制电路可通过无线充电方式供应电源，搭配无线充电盘进行供电，有些需要升压的部分搭配直流对直流的转换ic进行升压。
25.如图4所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，其中行动载具80具有波形设定键81、通道收发模组、以及时程模组83。其中该波形设定键81，用以设定该超音波换能器12发射该超音波的至少一频率范围以及至少一波形。产生控制讯号的部分，有些微控器的时脉可提供到mhz等级，可直接产生mhz的方波，有些微控器ic无法直接产生出mhz等级的频率应用于弦波或是方波，可以通过该控制电路65中的处理器61里计时器的方式来控制脉冲宽度调变(pulse width modulation, pwm)，改变输出pwm的频率以及工作周期( duty cycle )。波形设定键81具有弦波模组811、脉冲波模组813。
26.如图4所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，其中该通道参数设定键82，具有至少一通道模组，该超音波换能器12通过该通道模组设定发送该超音波以及设定发送该超音波的相位与功率，以及该超音波换能器12通过该通道模组设定接受所发射的该超音波以及经回波接收器66接受所发射的该超音波的回波讯号。如图4所示，该通道参数设定键82具有第一通道模组821至第n通道模组822。
27.如图4所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，其中超音波换能器12中第一超音波换能器121，至第n超音波换能器122以及通道参数设定键82中至少一通道模组，例如，第一通道模组821至第n通道模组822，可设定接收治疗用超音波打出的回波讯号，利用超音波换能器12的压电材料本身的压电效应，当打出去的超音波遇到物体反射的回波讯号打回到超音波换能器12的压电片时，回波会转换成电讯号，观察该电讯号的振幅，可间接监测超音波对物体产生的影响或物体对声波的吸收程度。回波接收器66内建第一至第n接收通道分别接收对应于第一至第n超音波换能器的回波电讯号，收集到的回波电讯号，通过传输线或无线蓝芽的方式再回传至行动载具80的通道参数设定键82，使使用者通过行动载具80来观察回波讯号。因此，本发明通道参数设定键82，可以设定同时打出超音波讯号也可同时接收回波讯号。
28.如图4所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，行动载具80所具有该时程模组83，包括：一启始键831、一停止键832、以及一重设键833。其中启始键831是启动该超音波换能器12发射该超音波，当发射时间终止时，该超音波换能器12停止发射该超音波。其中停止键832是欲在设定发射超音波的时间内中断发射，该超音波换能器12停止发射该超音波，当再次使用启始键831，可以继续执行中断停止后续的余留时间，用以该超音波换能器12发射该超音波。以及重设键833是当停止键832的中断停止后，通过该重设键833重新设定该超音波换能器12发射该超音波的发射时间。
29.如图4所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，其中该控制电路65，包括：一处理器61、一相位控制器62、一功率放大器63；以及一匹配器64。
其中该处理器61的一端是选自无线连接于行动载具80或有线连接于行动载具80中的其中一种。因此本发明控制讯号的传输，行动载具80通过蓝牙方式将讯号传送到电路端的该控制电路65的处理器61，例如微控器(mcu)，也可以通过行动载具80传输孔的讯号线，传送控制讯号至该控制电路65的处理器61。因此本发明可使用有线或是无线的方式来驱动治疗用的超音波。其中处理器61控制该超音波的频率、工作周期、以及波形。其中该相位控制器62的一端与该处理器61电性连接，该相位控制器62控制该超音波的相位。一功率放大器63，该相位控制器62的另一端与该功率放大器63电性连接；以及该匹配器64的一端与该相位控制器62的另一端电性连接，该匹配器64的另一端与该超音波换能器12电性连接。
30.如图4所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，其中该相位控制器62是用场域可编程逻辑闸阵列(field programmable gate array, fpga)的技术通过数码电路设计，以移位暂存器为主要设计元件，进行相位变化的调控。当超音波换能器12为阵列式换能器时，例如线性阵列或相位阵列换能器，可通过通道模组设定相位调控参数，其中第一通道模组821设定第一超音波换能器121内每一振元(element)的相位值，例如第一超音波换能器为128个振元的相位阵列换能器，则经第一通道模组821设定相对应的128个相位值。第二超音波换能器的相位调控通过第二通道模组设定，以此类推，第n超音波换能器122通过第n通道模组822设定该超音波换能器内每一振元的相位。fpga根据通道模组设定的值，可调整讯号的相位后再输出讯号，来调整每一个超音波换能器的聚焦点位置。
31.如图4所示，依据本发明的一实施例的行动载具控制的穿戴式超音波治疗装置，其中功率放大器63，可以是d类功率放大器63，用于超音波的功率放大，d类功率放大器63属于切换式放大器以电晶体当作开关，前端使用脉冲宽度调变切的换技术，中间使用半桥式（half bridge）输出级，后面为滤波电路，本发明使用的电晶体为power mosfet，最高可输入上百伏特的电压，进行功率放大。
32.以上的叙述以及说明仅为本发明的较佳实施例的说明，对于此项技术本领域技术人员当可依据所界定申请专利范围以及上述的说明而作其他的修改，但是此些修改仍应为本发明的发明精神而在本发明的权利范围中。