一种基于聚焦的超声按摩装置设计

曹燕 聂文斐 王一歌 李欣雯

摘  要：随着人们日益关注亚健康，对保健按摩等中医理疗手段越来越感兴趣。针对目前保健按摩器材无法聚集能量以消除一些皮肤下面的肿块、不便于小面积按摩、无法将按摩与药物涂抹结合起来等不足，本文提出一种超声聚焦按摩装置设计，利用可聚焦的超声聚焦探头聚集能量，进行痛点按摩，且自动均匀地涂抹药物，使之能够聚集能量消除皮肤组织下一些顽固的肿块;能够进行小面积按摩，将疗效集中在一些特定的病理部位;能够与药物的涂抹相结合，使得保健过程更加方便舒适。

关键词：超声聚焦;超声探头;超声按摩

中图分类号：TH776      文献标识码：A 文章编号：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，作為一种保健方式，对心理的减压以及对生理的舒缓等作用明显，因而备受人们喜爱。按摩是中国古老的医疗方法，最传统的按摩是手工按摩，用手在人身上推、按、捏、揉，以促进血液循环、神经通透、活血化瘀。如，在面部进行适当的按摩，可以改善皮肤新陈代谢，另外配合适当的药物加以辅助，还可达到缩小毛孔、消除皱纹等美容功效。可是由于现代人工作忙、压力大，去按摩店与美容店是一笔较大的时间和金钱开销，因而各种家庭式和便携式的按摩棒、美容仪器应运而生。但是目前的按摩器仅仅局限于在对一个较大面积的组织进行震动或者红外线热疗，本文考虑聚集能量，提出对一小部分有特殊病痛的组织进行小区域按摩的聚焦按摩装置。

1  按摩仪器原理概述

传统的按摩器一般是电磁式按摩器和红外线按摩器。电磁式按摩器主要由铁芯（包括固定铁芯和可动铁芯）、线圈、振动弹簧片和按摩头组成[1]，它运用电子数码技术，其强度、功能模式可调，覆盖面积大。红外线按摩器[2]是用红外线来理疗，其机理是温热效应[3]，在红外线照射下，人体组织温度升高、毛细血管扩张、血流加快、物质代谢增强、组织细胞活力及再生能力提高。该类按摩器利用微型强力马达和按摩头的振动作用结合对人体进行保健。超声波是一种频率高于20kHz的声波，超声振动可引起组织细胞内物质运动，还可以使细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦，从而产生细胞按摩的作用，也称为“内按摩”[4]，当超声强度比较大时还可以在医疗中应用于粉碎结石等。超声按摩可以使坚硬的结缔组织伸展、松软，可以化去身体上的淤积结块，达到养生的目的[5]。此外，将超声波运用到美容上，它能冲击淋巴结，加速积压的血液和淋巴液循环消散以治疗暗疮;与祛斑精华素和大量维生素C配合可以实现清除皮肤异常色素、祛除皮下斑等作用。本文利用超声的“内按摩”特性设计超声按摩器装置。

纵观目前的按摩器，有以下地方可以改进：

（1）不论是电磁按摩器还是红外线按摩器，它们的接触面都比较大，能够对一部分的组织进行均匀力度的按摩，却不能针对其中的一小部分痛点或者是淤肿进行单独处理。

（2）有些按摩治疗在有药物涂敷的作用下效果更佳，但是有些部位自己很难触摸到，因而无法完成上药。而且人为上药，用量难以控制，厚薄不均。现在普通的按摩器需要自己来涂抹药物，而不能随着按摩自动自发地在指定位置上药。

（3）对于一些皮肤组织下的顽强淤肿，不论是电磁式按摩器还是红外线式的按摩器，由于作用力过于分散，且能量不能施加得太强以免伤及人体，两者都不能聚集足够的能量来消解它。

为了消解皮肤内的淤肿及一些顽固病变组织，达到养生和美容的效果，本文设计了一种能够聚集能量、消除异常组织，且接触面积小的便携式按摩装置。

2  基于聚焦的超声按摩装置

2.1  总体概述

这种基于聚焦的超声按摩装置的结構如图1所示，主要包括超声按摩模块1、药物涂抹模块2和电源3。其外形为截断圆锥体，呈马克笔状，易于携带，方便自用。超声按摩模块位于截断圆锥体的外侧，为环状的实心圆锥体，上面是环状压电晶片，下面是透声材料制作的实心圆锥聚焦头。药物涂抹模块位于截断圆锥体的内侧，可将事先放置进去的药物均匀地在按摩的过程中涂抹于所需部位，更好地辅助按摩。截断圆锥体接触皮肤处是一个光滑的圆面（圆点），中间是药物涂抹模块的渗透层，外环即是环状的实心圆锥体的环面。电源放置在超声按摩模块上面，可以用微型电池为整个装置提供电能。

与现有的按摩仪器相比较，基于聚焦的超声按摩装置具有以下优点：

（1）利用环状压电晶片和透声材料制作的圆锥聚焦头，使环状压电晶片产生的超声波经过圆锥聚焦头后能够聚焦到焦点上，聚集了足够的能量和热量来振动祛除淤积组织，加速血液循环。

（2）不同于现有的按摩器采用面状接触的方法均匀按摩，而是采用了点振的方法，能有效针对皮肤下的特殊病理组织进行点状按摩。

（3）该超声按摩装置辅以一个自动涂药装置，使得药物的涂抹更为均匀，且把点按摩与辅助药物的涂抹结合起来，点按摩产生的热量，能使药物吸收更好，按摩效果更佳。

2.2  具体结构

这一节将详细介绍超声按摩模块和药物涂抹模块。

超声按摩模块结构如图2所示，超声按摩模块由调节旋钮101、信号产生单元102、控制单元103、环状压电晶片104和圆锥聚焦头105组成。上面是环状压电晶片104，下面是透声材料制作的实心圆锥聚焦头105，超声波在里面传输时能够聚焦超声波到焦点上，实现能量汇聚。信号产生单元102和控制单元103一起来控制电流信号的产生，信号产生单元102可以产生若干不同的电流信号，控制单元103则接收调节旋钮101的指令来控制选取电流信号。具体实施时，位于外壳外表面的调节旋钮101开启电源，且选取档位，控制选取不同频率不同幅度大小的电流信号，以此调节产生的超声波的频率和强度。电流信号作为环状压电晶片104的输入，使环状压电晶片104振动产生超声波，实现电声的转换。

超声按摩模块的圆锥聚焦头是由透声材料制作的实心锥体，按摩装置外壁和内壁都涂上非透声材料，使得超声波只在实心圆锥聚焦头里面传输，且圆锥聚焦头根据抛物线聚焦原理制作，环状压电晶片发射的平行超声波在圆锥聚焦头中传输时碰到抛物线外壁后反射，聚焦超声波到焦点上，实现能量汇聚。焦点位置与圆锥聚焦头的高度以及环状压电晶片面积有关，为了对皮肤组织下的淤积结块进行按摩，则将焦点设在皮肤的下层。

超声按摩模块的调节旋钮有多档可选，一档是开启电源，其他档位是控制传给压电晶片的电流信号的幅度和频率，从而控制不同振动频率和强度的超声波的产生。

药物涂抹模块结构如图3所示，采用挤压方式工作，由一个壳体包裹着，壳体内包含着施压杆201、药物填充盒202、吸入阀203、真空挤压泵204、挤出阀205和药物出口腔206，壳体下面是渗透层207，壳体外面的上部安装一个挤压按钮208，和施压杆201上端连为一体，施压杆201下端连着真空挤压泵204。药物填充盒202盛装药物，盛装好之后用药物填充盒盖209盖住;吸入阀203和挤出阀205之间嵌有真空挤压泵204，吸入阀203和挤出阀205为单向阀，当按挤压按钮208时，施压杆201挤压真空挤压泵204，真空挤压泵204压缩，吸入阀203变为关闭状态，挤出阀205变为打开状态，药物被挤出到药物出口腔206，通过渗透层207渗透到皮肤的表面;当松开挤压按钮208时，施压杆201松开真空挤压泵204使其得到释放，吸入阀203变为打开状态，药物填充盒202的药物通过吸入阀203流到真空挤压泵204，挤出阀205变为关闭状态。挤压按钮208位于整个超声按摩装置的上部，当挤压按钮208松开，药物从药物填充盒由吸入阀203打开而流进真空挤压泵204，再当挤压按钮208挤压施力，挤出阀205打开，药物流出真空挤压泵204，流进药物出口腔206，如此根据挤压按钮挤压和松开（点按）而不停地挤出药物，通过渗透层207渗透涂抹到皮肤表面。根据挤压按钮208的挤压频率，以及通过调整吸入阀和挤出阀的阀门的大小控制药物的挤出速度，药物通过壳体下面的渗透层207渗透到皮肤的表面，实现自动均匀地涂抹药物。

2.3  工作流程

基于聚焦的超声按摩装置的工作流程，如图4所示。

（1）如需要进行涂抹药物以达到辅助效果，则先在药物填充盒注入药物或者蒸煮的中草药药汁。握住笔状的按摩棒，固定在需要按摩的部位。

（2）旋转调节旋钮开启电源。

（3）旋转调节旋钮到一定的档位，从信号产生单元对应选取相应的频率信号作为电流信号，同时调节电压大小以控制电流信号的幅度，电流信号传输到环状的压电晶片上，压电晶片振动产生特定强度和频率的超声波。

（4）超声波产生后，在圆锥聚焦头内传播，在皮肤的下层焦点处聚焦。

（5）不停点按按摩棒的挤压按钮，药物会随着按摩过程均匀被导出。

（6）移动按摩棒，重复（3）—（5），在身体需要的按摩部位按摩涂药。

（7）按摩结束，关闭电源。

3  结  论

本文提出了一种结构简单、使用方便的便携式按摩装置，利用可聚焦的超声聚焦探头聚集能量，进行小面积的痛点按摩，且能自动均匀地涂抹药物，使得按摩装置可以在按摩过程中自动涂抹药物，无需再进行人工操作。由于该装置体积小巧，可以在家庭中使用或者随身携带使用，便于随时随地进行保健按摩。

参考文献：

[1] 陈加根.电磁按摩器：CN106074140A [P].2016-11-09.

[2] 陈晓亮.一种红外线振动按摩导入仪：CN204428634U [P].2015-07-01.

[3] 张汝京，朱及瑞，余洁闻，等.红外线按摩器：CN2047 09349U [P].2015-10-21.

[4] 李相超，李士坚.一种超声波按摩器：CN107362016A [P].2017-11-21.

[5] 戴莉莉，许慧艳，郭源秩，等.超声按摩内关穴对冠心病患者左心功能的影响 [J].中医临床研究，2015，7（22）：41-42.

作者简介：曹燕（1980-），女，汉族，重庆人，副教授，博士，研究方向：声信号处理;通讯作者：聂文斐（1964-），女，汉族，河南新乡人，就职于国家移动超声探测工程技术研究中心，副主任，本科，研究方向：信号检测。