JPS6247359A - Ultrasonic bone stimulating apparatus - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は骨用超音波刺激装置、特に超音波エネルギを骨
折した骨あるいは関節等に照射してその骨組織を刺激す
ることにより骨折した骨あるいは関節等を治療する骨用
超音波刺激装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an ultrasonic bone stimulation device, in particular, a bone stimulation device that stimulates fractured bones or joints by irradiating ultrasonic energy to the fractured bones or joints. Alternatively, the present invention relates to an ultrasonic bone stimulation device for treating joints and the like.

［従来の技術］ 近年、心臓に超音波を照射し、心臓の１１械・血管等を
刺激してその機能を回復させることが行われており、超
音波エネルギが生体内組織に与える効果の有効性が認め
られている。[Prior art] In recent years, it has been practiced to irradiate the heart with ultrasound to stimulate the 11 organs and blood vessels of the heart to restore their functions. gender is recognized.

このような超音波の刺激は、心臓だけに限らずその他の
生体内組織にも何らかの効果を与えることが予想され、
医学的なメカニズムについては定説はないが、骨組織に
おいても、骨折部の修復結合、外斜手術後の骨あるいは
関節の回復治療に必要な化骨化の促進を行い得ること、
更には骨格奇形の整形治療あるいは顎の骨に刺激を与え
て歯列矯正等を行い得ることが確認され、超音波刺激の
有効性が認められつつある。It is expected that such ultrasound stimulation will have some effect not only on the heart but also on other tissues in the body.
Although there is no established theory regarding the medical mechanism, it is possible to promote the ossification of bone tissue, which is necessary for the repair and bonding of fractured areas and the recovery treatment of bones and joints after external oblique surgery.
Furthermore, it has been confirmed that it is possible to perform orthopedic treatment for skeletal deformities and orthodontic treatment by stimulating the jawbone, and the effectiveness of ultrasonic stimulation is being recognized.

このような超音波刺激を利用して、前述した骨折等の治
療のために超音波刺激装置を適用することが実験的に行
われており、超音波の刺激の効果を高めるために、自由
度の高い種々のパターンにて超音波照射を行うことので
きる装置が望まれる。Using such ultrasonic stimulation, it has been experimentally applied to the ultrasonic stimulator for the treatment of fractures, etc. mentioned above. An apparatus that can perform ultrasonic irradiation in various patterns with a high degree of radiation is desired.

［発明が解決しようとする問題点１ 従来の問題点 しかしながら、従来の刺激超音波の照射は、一定時間連
続的に行われており、このような単調な刺激では化骨化
の促進等を効率良く行うことができないという欠点があ
り、骨組織に対して有効に作用するような高いインパク
トを与えることができないという問題があった。[Problem to be solved by the invention 1 Conventional problems However, conventional stimulating ultrasonic irradiation is performed continuously for a certain period of time, and such monotonous stimulation cannot efficiently promote ossification. It has the disadvantage that it cannot be applied well, and it cannot give a high impact that can effectively act on bone tissue.

発明の目的 本発明は前記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、自由度の高い超音波の照射により骨組織に効
率良い刺激を与え、骨疾患における治療効果の高い骨用
超音波刺激装置を提供することにある。Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems.The purpose of the present invention is to provide an ultrasonic bone material that efficiently stimulates bone tissue by irradiating ultrasonic waves with a high degree of freedom, and that is highly effective in treating bone diseases. The purpose of the present invention is to provide a sound wave stimulator.

［問題点を解決するための手段及び作用］前記目的を達
成するために、本発明は、骨組織を刺激する超音波の送
信パルスを発生させる送信パルス発生器と、前記送信パ
ルスに基づいて超音波を発生させるトランスデユーサと
を含み、超音波刺激パルス波を組織の状態に適合した任
意の繰返し周期により骨組織に向けて照射することを特
徴とする。[Means and operations for solving the problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a transmitting pulse generator that generates a transmitting pulse of ultrasonic waves that stimulates bone tissue, and The apparatus includes a transducer that generates sound waves, and is characterized in that it irradiates bone tissue with ultrasonic stimulation pulse waves at an arbitrary repetition period that is compatible with the state of the tissue.

このような構成とすることにより、超音波刺激パルス波
を種々の繰返し周期にて骨組織に照射させ、様々の骨疾
患における骨組織の状態に合わせた超音波刺激が得られ
る。With such a configuration, the bone tissue is irradiated with ultrasonic stimulation pulse waves at various repetition periods, and ultrasonic stimulation can be obtained in accordance with the condition of the bone tissue in various bone diseases.

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。[Example] Preferred embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第１図には、骨用超音波刺激装置の基本的な第１実施例
が示され、超音波を発生させるトランスデユーサ１０に
は送信パルス発生器１２から送信パルスが供給される。FIG. 1 shows a basic first embodiment of an ultrasonic bone stimulation device, in which a transducer 10 that generates ultrasonic waves is supplied with transmission pulses from a transmission pulse generator 12. As shown in FIG.

本発明において特徴的なことは、超音波連続波ではなく
超音波パルス波を任意の繰返し周期にて照射することで
あり、前記送信パルス発生器１２内のパルス発生回路１
４にて送信パルスのパルスが発生する。A characteristic feature of the present invention is that not a continuous ultrasonic wave but an ultrasonic pulse wave is irradiated at an arbitrary repetition period.
At 4, a transmission pulse is generated.

この送信パルス発生器１２は、前述したパルス発生回路
１４、発振器１６及び増幅器１８で構成されており、パ
ルス発生回路１４の出力は高周波を発生させる発振器１
６に供給され、一定繰返し周期の高周波パルスとされる
。この発振器１６の出力は増幅器１８に供給され、所望
の最大出力まで増幅されてトランスデユーサ１０に供給
される。This transmission pulse generator 12 is composed of the above-mentioned pulse generation circuit 14, oscillator 16 and amplifier 18, and the output of the pulse generation circuit 14 is transmitted to the oscillator 1 which generates a high frequency.
6, and is made into a high frequency pulse with a constant repetition period. The output of this oscillator 16 is supplied to an amplifier 18, amplified to a desired maximum output, and supplied to the transducer 10.

前記パルス発生回路１４は、パルス波を送信する繰返し
周期を自由に変化させることができ、治療を行う骨組織
の状態に最適な繰返し周期を選択することができる。従
って、トランスデユーサ１０から照射される刺激超音波
は個々の骨疾患に適合した刺激パルス波となり、様々な
病状の骨組織に対し有効な高いインパクトを与え、効率
の良い治療が達成される。なお、この刺激超音波は、実
施例では数百ｋ）ｌｚ〜数ＭＨ２の周波数の範囲内で選
択している。The pulse generating circuit 14 can freely change the repetition period for transmitting pulse waves, and can select the repetition period most suitable for the condition of the bone tissue to be treated. Therefore, the stimulating ultrasound emitted from the transducer 10 becomes a stimulating pulse wave suitable for each bone disease, has a high effective impact on bone tissue with various pathologies, and achieves efficient treatment. In this embodiment, the stimulating ultrasonic waves are selected within the frequency range of several hundred k)lz to several MH2.

次に、前述した繰返し周期として、各種疾患の骨組織に
対して有効であると考えられる周期、すなわち脈拍の周
期を適用する第２実施例について説明する。Next, a second embodiment will be described in which a cycle considered to be effective for bone tissue in various diseases, that is, a pulse cycle is applied as the above-mentioned repetition cycle.

第２実施例は、第２図に示されるように、脈拍と同期し
た周期にて送信パルスをトランスデユーサ１０に供給す
る脈拍同期回路２０が送信パルス発生器１２に接続され
る。従って、脈拍同期信号がパルス発生回路１４に供給
され、その後には前述したように、発振器１６．増幅器
１８を介してトランスデユーサ１０に供給されるので、
トランスデユーサ１０からは脈拍に同期した刺激超音波
が発生する。In the second embodiment, as shown in FIG. 2, a pulse synchronization circuit 20 that supplies transmission pulses to the transducer 10 at a period synchronized with the pulse is connected to the transmission pulse generator 12. Accordingly, a pulse synchronization signal is provided to the pulse generation circuit 14, which then operates as described above to the oscillator 16. Since it is supplied to the transducer 10 via the amplifier 18,
The transducer 10 generates stimulating ultrasonic waves synchronized with the pulse.

前記脈拍同期回路２０において、基準となる脈拍信号は
脈拍計から得られるが、心電計や心拍計から得ることも
でき、対象となる患者の脈拍を検出してその脈拍周期に
て刺激効率の良い超音波の照射が行われる。In the pulse synchronization circuit 20, the reference pulse signal is obtained from a pulse meter, but it can also be obtained from an electrocardiograph or heart rate monitor. Good ultrasound irradiation is performed.

骨組織あるいはその周辺の組織に循環する毛細血管内の
血流は脈拍周期にてその流速が変動しており、骨組織は
この血流の変動に対応して活発な働きをすることから、
第２実施例のように、超音波刺激を脈拍と同期させたこ
とは組織に与える影響が極めて大きくなることが理解さ
れる。The flow velocity of the blood flow in the capillaries that circulates to the bone tissue or surrounding tissues fluctuates with the pulse cycle, and the bone tissue actively works in response to the fluctuations in blood flow.
It is understood that synchronizing the ultrasonic stimulation with the pulse as in the second embodiment has an extremely large influence on the tissue.

このようにして、各種各様の状態における骨組織に有効
な刺激を与えることが可能となるが、更に超音波刺激の
強さを変化させて目的に合った刺激状態を得ることがで
きる。第３図には、送信パルス列の振幅を変調して超音
波刺激強度を変化させることのできる本発明装置におけ
る第３実施例が示されている。In this way, it is possible to provide effective stimulation to bone tissue in various conditions, and it is also possible to obtain stimulation conditions that suit the purpose by varying the intensity of the ultrasonic stimulation. FIG. 3 shows a third embodiment of the device according to the invention, which is capable of changing the ultrasound stimulation intensity by modulating the amplitude of the transmitted pulse train.

図において、送信パルス発生器１２の発振器１６と増幅
器１８との間には振幅変調器２２が設けられ、この振幅
変調器２２には関数波発生器２４が接続される。In the figure, an amplitude modulator 22 is provided between the oscillator 16 and the amplifier 18 of the transmission pulse generator 12, and a function wave generator 24 is connected to the amplitude modulator 22.

この関数波発生器２４は指数関数波発生器２６゜三角波
発生器２８．正弦波発生３３０及び複合関数波発生器３
２から構成され、それぞれの発生器により各神様々の振
幅変調波が形成される。The function wave generator 24 includes an exponential wave generator 26, a triangular wave generator 28, and a triangular wave generator 28. Sine wave generator 330 and complex function wave generator 3
Each generator generates various amplitude modulated waves.

すなわち、指数関数波発生器２６では、第４図（ａ　＞
に示されるように、増加・減少に合わせて指数関数の指
数の正負を選び、時定数α、有効時間ｔの値を選択する
ことにより、ｅ±１の指数関数変調波が発生する。That is, in the exponential function wave generator 26, as shown in FIG.
As shown in , an exponential modulation wave of e±1 is generated by selecting the sign of the exponent of the exponential function according to increase/decrease, and selecting the values of the time constant α and effective time t.

三角波発生器２８では、第４図（ｂ）で示されるように
、立上がりあるいは立下がりの傾き、その時間領域を選
択することにより任意の三角波の変調波が発生する。As shown in FIG. 4(b), the triangular wave generator 28 generates an arbitrary triangular modulated wave by selecting the rising or falling slope and its time domain.

また、正弦波発生器３０では、第４図（Ｃ）に示される
ように、正弦波基本周期、スタート位相及び終了位相を
決定して有効位相角を選択することにより所望の正弦波
（断片波形）の変調波が発生する。In the sine wave generator 30, as shown in FIG. 4(C), a desired sine wave (fragment waveform ) is generated.

更に、複合関数波発生器３２では、前述した指数関数波
発生器２６と三角波発生器２８と正弦波発生器３０の出
力信号を入力して、例えば第４図（ｄ）に示されるよう
な複合波形の変調波を出力する。Further, the composite function wave generator 32 inputs the output signals of the above-mentioned exponential function wave generator 26, triangular wave generator 28, and sine wave generator 30, and generates a composite signal as shown in FIG. 4(d), for example. Outputs a modulated waveform.

このようにして、各発生器で発生した変調波は切換器３
３を介して振幅変調器２２に供給されており、振幅変調
器２２では、発振器１６から入力した高周波パルス列の
波高値がそれぞれの変調波で振幅変調され、増幅器１８
に供給される。従って、送信パルス発生器１２から出力
される送信パルス列は、第４図（ｅ）に示されるように
、最高パルス波高値を変調波の最高値に設定した強度に
まで増幅された送信パルス列となり、トランスデユーサ
１０からは強度の変化する超音波が照射される。In this way, the modulated waves generated by each generator are transferred to the switch 3.
In the amplitude modulator 22, the peak value of the high-frequency pulse train inputted from the oscillator 16 is amplitude-modulated with each modulated wave, and
is supplied to Therefore, as shown in FIG. 4(e), the transmission pulse train output from the transmission pulse generator 12 becomes a transmission pulse train amplified to the intensity where the highest pulse height value is set to the highest value of the modulated wave. The transducer 10 emits ultrasonic waves of varying intensity.

従って、第３実施例装置では、刺激超音波の強度を様々
に変化させて骨組織に照射することができるので、骨組
織の機能回復に適合した超音波送波作用、例えばなだら
かな変化あるいは急激な変化の刺激を骨組織に与え、個
々の骨疾患に合った効率の良い刺激を与えることが可能
となる。Therefore, in the device of the third embodiment, it is possible to irradiate the bone tissue by varying the intensity of the stimulation ultrasound, so that the ultrasound transmission action suitable for functional recovery of the bone tissue can be achieved, for example, with a gentle change or a rapid change. This makes it possible to stimulate bone tissue to undergo various changes, and to provide efficient stimulation tailored to individual bone diseases.

なお、トランスデユーサ１０は一般に用いられる医療用
超音波振動子と同様のものが使用されており、電気−振
動変換素子の側面に薄い電極を張り付けてその後面には
超音波振動の吸収体を装着し、全体を絶縁薄膜で覆った
構造となっており、照射口前面には生体の音響インピー
ダンスと整合しやすい材質の薄膜を被覆している。The transducer 10 is similar to a commonly used medical ultrasonic transducer, and a thin electrode is attached to the side surface of the electric-vibration conversion element, and an ultrasonic vibration absorber is attached to the back surface of the transducer 10. The structure is such that the entire body is covered with an insulating thin film, and the front surface of the irradiation port is covered with a thin film made of a material that easily matches the acoustic impedance of the living body.

次に、刺激超音波を実際に骨組織に照射する方法につい
て説明する。Next, a method of actually irradiating bone tissue with stimulating ultrasound waves will be explained.

基本的にはトランスデユーサ１０を体表面に当接して骨
組織の治療すべき部位に対して超音波をセクタ方式ある
いはリニア方式にて照射するが、体表面に凹凸がありト
ランスデユーサ１０をぴったりと接触させることができ
ない場合も多い。Basically, the transducer 10 is brought into contact with the body surface and ultrasonic waves are irradiated to the bone tissue to be treated using a sector method or a linear method. In many cases, it is not possible to make exact contact.

このような場合には、第５図に示されるように、液体を
充填した液体袋３４をトランスデユーサ１０と足・腕等
の生体３６の表面との間に設け、トランスデユーサ１０
に設けられたアーム３８．４Ｏによってしっかりと固定
され、体表面とトランスデユーサ１０との間に介在する
空気により超音波の効率が低下することを防ぐことがで
きる。In such a case, as shown in FIG. 5, a liquid bag 34 filled with liquid is provided between the transducer 10 and the surface of the living body 36 such as a leg or arm,
The transducer 10 is firmly fixed by the arm 38.4O provided at the transducer 10, and can prevent the efficiency of ultrasonic waves from decreasing due to air interposed between the body surface and the transducer 10.

また、前記液体袋３４内の液体を還流させて常に一定の
温度に保つようにされており、この結果、刺激超音波の
照射時間が比較的長くなる場合に液体袋３４内の液体の
温度上昇を防止して、患者に苦痛を与えることなく刺激
超音波による良好な治療を行うことが可能となる。Further, the liquid in the liquid bag 34 is kept at a constant temperature by refluxing the liquid, and as a result, the temperature of the liquid in the liquid bag 34 increases when the stimulation ultrasound irradiation time becomes relatively long. This makes it possible to perform good treatment using stimulated ultrasound without causing pain to the patient.

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明によれば、骨組織を刺激す
る超音波を任意の繰返し周期を持つパルス超音波として
照射するようにしたので、骨組織に効率の良い高い刺激
を与えて化骨化の促進を行い、骨折した骨の修復結合あ
るいは外科手術後の骨、関節の回復結合に寄与すること
ができる。[Advantageous Effects of the Invention 1] As explained above, according to the present invention, the ultrasonic waves that stimulate bone tissue are irradiated as pulsed ultrasonic waves with an arbitrary repetition period, so that the bone tissue can be efficiently stimulated with high intensity. can be given to promote ossification and contribute to the repair and integration of fractured bones or the recovery and integration of bones and joints after surgery.

また、繰返し周期を任意に選択することにより、様々の
骨疾患に対応、させた自由度の高い刺激を骨組織に与え
ることができ、機能回復の速い治療が達成される。Furthermore, by arbitrarily selecting the repetition period, it is possible to apply highly flexible stimulation to the bone tissue corresponding to various bone diseases, thereby achieving treatment with rapid functional recovery.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明に係る超音波刺激装置の好適な第１実施
例を示す説明図、 第２図は本発明に係る第２実施例を示す説明図、第３図
は本発明に係る第３実施例を示ず説明図、第４図は刺激
超音波の強度を変化させる変調波を示す説明図、 第５図はトランスデユーサと体表面との間に配置した液
体袋を示す説明図である。 １０　・・・　トランスデユーサ １２　・・・　送信パルス発生器 ２０　・・・　脈拍同期回路 ２４　・・・　関数波発生器 ２６　・・・　指数関数波発生器 ２８　・・・　三角波発生器 ３０　・・・　正弦波発生器 ３２　・・・　複合関数波発生器 ３４　・・・　液体袋 ３６　・・・　生体。 第１図 １２ｍ信・ゞルス発生器 第２図 第３図 ＋２３を信パルス％生器 第５図FIG. 1 is an explanatory diagram showing a preferred first embodiment of the ultrasonic stimulation device according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing a second embodiment according to the present invention, and FIG. Figure 4 is an explanatory diagram showing a modulated wave that changes the intensity of stimulating ultrasound; Figure 5 is an explanatory diagram showing a liquid bag placed between the transducer and the body surface. It is. 10... Transducer 12... Transmission pulse generator 20... Pulse synchronization circuit 24... Function wave generator 26... Exponential wave generator 28... Triangular wave generator 30... Sine wave generator 32... Complex function wave generator 34... Liquid bag 36... Living body. Figure 1 12m pulse generator Figure 2 Figure 3 +23 pulse % generator Figure 5

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）骨組織を刺激する超音波の送信パルスを発生させ
る送信パルス発生器と、前記送信パルスに基づいて超音
波を発生させるトランスデューサとを含み、超音波刺激
パルス波を任意の繰返し周期にて骨組織に向けて照射す
ることを特徴とする骨用超音波刺激装置。(1) It includes a transmission pulse generator that generates a transmission pulse of ultrasound that stimulates bone tissue, and a transducer that generates an ultrasound based on the transmission pulse, and transmits the ultrasound stimulation pulse wave at an arbitrary repetition period. An ultrasonic bone stimulation device characterized by emitting radiation toward bone tissue. （２）特許請求の範囲（１）記載の装置において、前記
送信パルス信号を脈拍と同期させ超音波を脈拍周期にて
照射することを特徴とする骨用超音波刺激装置。(2) An ultrasonic bone stimulation device according to claim (1), characterized in that the transmitted pulse signal is synchronized with a pulse and the ultrasonic waves are emitted at a pulse cycle. （３）特許請求の範囲（１）記載の装置において、指数
関数波、三角波又は正弦波もしくはこれらを組み合わせ
た関数波を発生させる関数発生回路を備え、前記関数波
で送信パルス列を振幅変調することを特徴とする骨用超
音波刺激装置。(3) The device according to claim (1) includes a function generation circuit that generates an exponential wave, a triangular wave, a sine wave, or a function wave that is a combination thereof, and amplitude modulates the transmitted pulse train with the function wave. An ultrasonic bone stimulator featuring: （４）特許請求の範囲（１）、（２）、（３）記載の装
置において、前記トランスデューサと体表面との間に液
体を充填した液体袋を配置し、刺激組織への超音波の照
射効率を高めることを特徴とする骨用超音波刺激装置。(4) In the device according to claims (1), (2), and (3), a liquid bag filled with liquid is arranged between the transducer and the body surface, and ultrasonic waves are irradiated to the stimulated tissue. Ultrasonic stimulator for bones characterized by increased efficiency. （５）特許請求の範囲（４）記載の装置において、前記
液体袋内の液体を還流させて液体の温度上昇を抑制した
ことを特徴とする骨用超音波刺激装置。(5) An ultrasonic bone stimulation device according to claim (4), characterized in that the liquid in the liquid bag is refluxed to suppress a rise in temperature of the liquid.