一種基于聚焦的超聲按摩裝置設(shè)計(jì)

曹燕 聶文斐 王一歌 李欣雯

摘? 要：隨著人們?nèi)找骊P(guān)注亞健康，對(duì)保健按摩等中醫(yī)理療手段越來越感興趣。針對(duì)目前保健按摩器材無法聚集能量以消除一些皮膚下面的腫塊、不便于小面積按摩、無法將按摩與藥物涂抹結(jié)合起來等不足，本文提出一種超聲聚焦按摩裝置設(shè)計(jì)，利用可聚焦的超聲聚焦探頭聚集能量，進(jìn)行痛點(diǎn)按摩，且自動(dòng)均勻地涂抹藥物，使之能夠聚集能量消除皮膚組織下一些頑固的腫塊;能夠進(jìn)行小面積按摩，將療效集中在一些特定的病理部位;能夠與藥物的涂抹相結(jié)合，使得保健過程更加方便舒適。

關(guān)鍵詞：超聲聚焦;超聲探頭;超聲按摩

中圖分類號(hào)：TH776? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）20-0051-03

Abstract：As people pay more and more attention to sub-health，they are more and more interested in traditional Chinese medicine treatments such as health massage. The current health massage equipment can not gather energy to eliminate some lump under the skin，is not convenient for small-area massage and cannot combine massage with drug application. Targeting at these problems，this paper proposes a design of an ultrasonic focusing massage device，which uses a focusable ultrasound focusing probe to gather energy，perform pain point massage，and automatically apply the drug evenly. By doing this，the new device can gather energy to eliminate some stubborn? lump under the skin tissue;can carry out small-area massage and focus on specific pathological parts;can be applied with drugs，which makes the health care process more convenient and comfortable.

Keywords：ultrasonic focusing;ultrasonic probe;ultrasonic massage

0? 引? 言

按摩，作為一種保健方式，對(duì)心理的減壓以及對(duì)生理的舒緩等作用明顯，因而備受人們喜愛。按摩是中國古老的醫(yī)療方法，最傳統(tǒng)的按摩是手工按摩，用手在人身上推、按、捏、揉，以促進(jìn)血液循環(huán)、神經(jīng)通透、活血化瘀。如，在面部進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌茨?，可以改善皮膚新陳代謝，另外配合適當(dāng)?shù)乃幬锛右暂o助，還可達(dá)到縮小毛孔、消除皺紋等美容功效?？墒怯捎诂F(xiàn)代人工作忙、壓力大，去按摩店與美容店是一筆較大的時(shí)間和金錢開銷，因而各種家庭式和便攜式的按摩棒、美容儀器應(yīng)運(yùn)而生。但是目前的按摩器僅僅局限于在對(duì)一個(gè)較大面積的組織進(jìn)行震動(dòng)或者紅外線熱療，本文考慮聚集能量，提出對(duì)一小部分有特殊病痛的組織進(jìn)行小區(qū)域按摩的聚焦按摩裝置。

1? 按摩儀器原理概述

傳統(tǒng)的按摩器一般是電磁式按摩器和紅外線按摩器。電磁式按摩器主要由鐵芯（包括固定鐵芯和可動(dòng)鐵芯）、線圈、振動(dòng)彈簧片和按摩頭組成[1]，它運(yùn)用電子數(shù)碼技術(shù)，其強(qiáng)度、功能模式可調(diào)，覆蓋面積大。紅外線按摩器[2]是用紅外線來理療，其機(jī)理是溫?zé)嵝?yīng)[3]，在紅外線照射下，人體組織溫度升高、毛細(xì)血管擴(kuò)張、血流加快、物質(zhì)代謝增強(qiáng)、組織細(xì)胞活力及再生能力提高。該類按摩器利用微型強(qiáng)力馬達(dá)和按摩頭的振動(dòng)作用結(jié)合對(duì)人體進(jìn)行保健。超聲波是一種頻率高于20kHz的聲波，超聲振動(dòng)可引起組織細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，還可以使細(xì)胞漿流動(dòng)、細(xì)胞震蕩、旋轉(zhuǎn)、摩擦，從而產(chǎn)生細(xì)胞按摩的作用，也稱為“內(nèi)按摩”[4]，當(dāng)超聲強(qiáng)度比較大時(shí)還可以在醫(yī)療中應(yīng)用于粉碎結(jié)石等。超聲按摩可以使堅(jiān)硬的結(jié)締組織伸展、松軟，可以化去身體上的淤積結(jié)塊，達(dá)到養(yǎng)生的目的[5]。此外，將超聲波運(yùn)用到美容上，它能沖擊淋巴結(jié)，加速積壓的血液和淋巴液循環(huán)消散以治療暗瘡;與祛斑精華素和大量維生素C配合可以實(shí)現(xiàn)清除皮膚異常色素、祛除皮下斑等作用。本文利用超聲的“內(nèi)按摩”特性設(shè)計(jì)超聲按摩器裝置。

縱觀目前的按摩器，有以下地方可以改進(jìn)：

（1）不論是電磁按摩器還是紅外線按摩器，它們的接觸面都比較大，能夠?qū)σ徊糠值慕M織進(jìn)行均勻力度的按摩，卻不能針對(duì)其中的一小部分痛點(diǎn)或者是淤腫進(jìn)行單獨(dú)處理。

（2）有些按摩治療在有藥物涂敷的作用下效果更佳，但是有些部位自己很難觸摸到，因而無法完成上藥。而且人為上藥，用量難以控制，厚薄不均?，F(xiàn)在普通的按摩器需要自己來涂抹藥物，而不能隨著按摩自動(dòng)自發(fā)地在指定位置上藥。

（3）對(duì)于一些皮膚組織下的頑強(qiáng)淤腫，不論是電磁式按摩器還是紅外線式的按摩器，由于作用力過于分散，且能量不能施加得太強(qiáng)以免傷及人體，兩者都不能聚集足夠的能量來消解它。

為了消解皮膚內(nèi)的淤腫及一些頑固病變組織，達(dá)到養(yǎng)生和美容的效果，本文設(shè)計(jì)了一種能夠聚集能量、消除異常組織，且接觸面積小的便攜式按摩裝置。

2? 基于聚焦的超聲按摩裝置

2.1? 總體概述

這種基于聚焦的超聲按摩裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括超聲按摩模塊1、藥物涂抹模塊2和電源3。其外形為截?cái)鄨A錐體，呈馬克筆狀，易于攜帶，方便自用。超聲按摩模塊位于截?cái)鄨A錐體的外側(cè)，為環(huán)狀的實(shí)心圓錐體，上面是環(huán)狀壓電晶片，下面是透聲材料制作的實(shí)心圓錐聚焦頭。藥物涂抹模塊位于截?cái)鄨A錐體的內(nèi)側(cè)，可將事先放置進(jìn)去的藥物均勻地在按摩的過程中涂抹于所需部位，更好地輔助按摩。截?cái)鄨A錐體接觸皮膚處是一個(gè)光滑的圓面（圓點(diǎn)），中間是藥物涂抹模塊的滲透層，外環(huán)即是環(huán)狀的實(shí)心圓錐體的環(huán)面。電源放置在超聲按摩模塊上面，可以用微型電池為整個(gè)裝置提供電能。

與現(xiàn)有的按摩儀器相比較，基于聚焦的超聲按摩裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）利用環(huán)狀壓電晶片和透聲材料制作的圓錐聚焦頭，使環(huán)狀壓電晶片產(chǎn)生的超聲波經(jīng)過圓錐聚焦頭后能夠聚焦到焦點(diǎn)上，聚集了足夠的能量和熱量來振動(dòng)祛除淤積組織，加速血液循環(huán)。

（2）不同于現(xiàn)有的按摩器采用面狀接觸的方法均勻按摩，而是采用了點(diǎn)振的方法，能有效針對(duì)皮膚下的特殊病理組織進(jìn)行點(diǎn)狀按摩。

（3）該超聲按摩裝置輔以一個(gè)自動(dòng)涂藥裝置，使得藥物的涂抹更為均勻，且把點(diǎn)按摩與輔助藥物的涂抹結(jié)合起來，點(diǎn)按摩產(chǎn)生的熱量，能使藥物吸收更好，按摩效果更佳。

2.2? 具體結(jié)構(gòu)

這一節(jié)將詳細(xì)介紹超聲按摩模塊和藥物涂抹模塊。

超聲按摩模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示，超聲按摩模塊由調(diào)節(jié)旋鈕101、信號(hào)產(chǎn)生單元102、控制單元103、環(huán)狀壓電晶片104和圓錐聚焦頭105組成。上面是環(huán)狀壓電晶片104，下面是透聲材料制作的實(shí)心圓錐聚焦頭105，超聲波在里面?zhèn)鬏敃r(shí)能夠聚焦超聲波到焦點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)能量匯聚。信號(hào)產(chǎn)生單元102和控制單元103一起來控制電流信號(hào)的產(chǎn)生，信號(hào)產(chǎn)生單元102可以產(chǎn)生若干不同的電流信號(hào)，控制單元103則接收調(diào)節(jié)旋鈕101的指令來控制選取電流信號(hào)。具體實(shí)施時(shí)，位于外殼外表面的調(diào)節(jié)旋鈕101開啟電源，且選取檔位，控制選取不同頻率不同幅度大小的電流信號(hào)，以此調(diào)節(jié)產(chǎn)生的超聲波的頻率和強(qiáng)度。電流信號(hào)作為環(huán)狀壓電晶片104的輸入，使環(huán)狀壓電晶片104振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)電聲的轉(zhuǎn)換。

超聲按摩模塊的圓錐聚焦頭是由透聲材料制作的實(shí)心錐體，按摩裝置外壁和內(nèi)壁都涂上非透聲材料，使得超聲波只在實(shí)心圓錐聚焦頭里面?zhèn)鬏?，且圓錐聚焦頭根據(jù)拋物線聚焦原理制作，環(huán)狀壓電晶片發(fā)射的平行超聲波在圓錐聚焦頭中傳輸時(shí)碰到拋物線外壁后反射，聚焦超聲波到焦點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)能量匯聚。焦點(diǎn)位置與圓錐聚焦頭的高度以及環(huán)狀壓電晶片面積有關(guān)，為了對(duì)皮膚組織下的淤積結(jié)塊進(jìn)行按摩，則將焦點(diǎn)設(shè)在皮膚的下層。

超聲按摩模塊的調(diào)節(jié)旋鈕有多檔可選，一檔是開啟電源，其他檔位是控制傳給壓電晶片的電流信號(hào)的幅度和頻率，從而控制不同振動(dòng)頻率和強(qiáng)度的超聲波的產(chǎn)生。

藥物涂抹模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示，采用擠壓方式工作，由一個(gè)殼體包裹著，殼體內(nèi)包含著施壓桿201、藥物填充盒202、吸入閥203、真空擠壓泵204、擠出閥205和藥物出口腔206，殼體下面是滲透層207，殼體外面的上部安裝一個(gè)擠壓按鈕208，和施壓桿201上端連為一體，施壓桿201下端連著真空擠壓泵204。藥物填充盒202盛裝藥物，盛裝好之后用藥物填充盒蓋209蓋住;吸入閥203和擠出閥205之間嵌有真空擠壓泵204，吸入閥203和擠出閥205為單向閥，當(dāng)按擠壓按鈕208時(shí)，施壓桿201擠壓真空擠壓泵204，真空擠壓泵204壓縮，吸入閥203變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)，擠出閥205變?yōu)榇蜷_狀態(tài)，藥物被擠出到藥物出口腔206，通過滲透層207滲透到皮膚的表面;當(dāng)松開擠壓按鈕208時(shí)，施壓桿201松開真空擠壓泵204使其得到釋放，吸入閥203變?yōu)榇蜷_狀態(tài)，藥物填充盒202的藥物通過吸入閥203流到真空擠壓泵204，擠出閥205變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)。擠壓按鈕208位于整個(gè)超聲按摩裝置的上部，當(dāng)擠壓按鈕208松開，藥物從藥物填充盒由吸入閥203打開而流進(jìn)真空擠壓泵204，再當(dāng)擠壓按鈕208擠壓施力，擠出閥205打開，藥物流出真空擠壓泵204，流進(jìn)藥物出口腔206，如此根據(jù)擠壓按鈕擠壓和松開（點(diǎn)按）而不停地?cái)D出藥物，通過滲透層207滲透涂抹到皮膚表面。根據(jù)擠壓按鈕208的擠壓頻率，以及通過調(diào)整吸入閥和擠出閥的閥門的大小控制藥物的擠出速度，藥物通過殼體下面的滲透層207滲透到皮膚的表面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均勻地涂抹藥物。

2.3? 工作流程

基于聚焦的超聲按摩裝置的工作流程，如圖4所示。

（1）如需要進(jìn)行涂抹藥物以達(dá)到輔助效果，則先在藥物填充盒注入藥物或者蒸煮的中草藥藥汁。握住筆狀的按摩棒，固定在需要按摩的部位。

（2）旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕開啟電源。

（3）旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕到一定的檔位，從信號(hào)產(chǎn)生單元對(duì)應(yīng)選取相應(yīng)的頻率信號(hào)作為電流信號(hào)，同時(shí)調(diào)節(jié)電壓大小以控制電流信號(hào)的幅度，電流信號(hào)傳輸?shù)江h(huán)狀的壓電晶片上，壓電晶片振動(dòng)產(chǎn)生特定強(qiáng)度和頻率的超聲波。

（4）超聲波產(chǎn)生后，在圓錐聚焦頭內(nèi)傳播，在皮膚的下層焦點(diǎn)處聚焦。

（5）不停點(diǎn)按按摩棒的擠壓按鈕，藥物會(huì)隨著按摩過程均勻被導(dǎo)出。

（6）移動(dòng)按摩棒，重復(fù)（3）—（5），在身體需要的按摩部位按摩涂藥。

（7）按摩結(jié)束，關(guān)閉電源。

3? 結(jié)? 論

本文提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的便攜式按摩裝置，利用可聚焦的超聲聚焦探頭聚集能量，進(jìn)行小面積的痛點(diǎn)按摩，且能自動(dòng)均勻地涂抹藥物，使得按摩裝置可以在按摩過程中自動(dòng)涂抹藥物，無需再進(jìn)行人工操作。由于該裝置體積小巧，可以在家庭中使用或者隨身攜帶使用，便于隨時(shí)隨地進(jìn)行保健按摩。

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作者簡介：曹燕（1980-），女，漢族，重慶人，副教授，博士，研究方向：聲信號(hào)處理;通訊作者：聶文斐（1964-），女，漢族，河南新鄉(xiāng)人，就職于國家移動(dòng)超聲探測(cè)工程技術(shù)研究中心，副主任，本科，研究方向：信號(hào)檢測(cè)。