[发明专利]高精度无交叉感染的湿式超声成像骨密度仪及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种便携式超声波骨密度仪，尤其涉及一种高精度、无交叉感染并能提供自身所需脱气水的湿式超声成像骨密度仪。

背景技术

骨质疏松症是一种严重危害人类的疾病。在美国，这种疾病每年造成150万例骨折，年耗资达100亿美元；在中国，据估计目前骨质疏松患者已超过9000万人。随着中国经济的发展，平均寿命的增加，人口老龄化趋势的加重，骨质疏松症的发病率也势必迅猛地增加，严重威胁老年人的健康，造成社会医疗成本的大幅度提升。

骨质疏松症被称为无声的杀手，因为发病之初，患者无法感觉到骨质正在慢慢地流失，骨骼正在变得越来越脆弱。因此，对于骨质疏松症的检测、预防和治疗已经成为国际医学界的重大课题。

在众多的骨质疏松检查手段中，便携式超声骨密度测定以其准确、有效、方便、无损伤、价格低廉及诊断标准量化等优势而得到广泛应用，其原理是测量跟骨的超声波量化参数(QUS)：宽带超声波衰减(BUA)和波速(SOS)，从而计算跟骨密度。根据美国国立卫生研究院(NIH)研究工作结论：跟骨是最佳测定部位。因为跟骨的95％是骨小梁，骨小梁新陈代谢最活跃，最能反映年龄、绝经、锻炼和药物对骨质的影响；跟骨体积大，有足够体积的骨小梁可供测定，跟骨软组织覆盖少，而且位置又能精确重复定位，因而测定简单可靠。

便携式超声骨密度仪分为湿式超声骨密度仪和干式超声骨密度仪两大类。

湿式超声骨密度仪需要将被测者的足跟浸在凹型水槽的水中，其特点是测量准确度高(相对于干式而言)，能控制水温，恒温测量；但同时带来两个主要缺点：其一，存在脚气等皮肤病交叉感染的极大可能性；其二，由于想克服缺点之一，湿式超声骨密度仪有其内置式换水系统。每换一位检测病人，凹型水槽自动排干并灌回温度恒定的清洁水。本身带有储水区，可供10-12次检测用水。但问题是自动换水系统并不能真正杜绝交叉感染，且使系统结构复杂，体积重量增加。另外，湿式超声骨密度仪最好使用脱气水，这样可消除水中残存气体对测量精度的影响，同时避免因水中残存气体折射、反射造成的图像干扰。这对提高测量精度非常重要，而现在的商品化湿式超声骨密度仪却没有产生脱气水的能力。

干式超声骨密度仪使用医用超声胶作耦合剂，被测者的足跟不需要浸在水中，使用方便，体积小重量轻。但干式超声骨密度仪同样存在皮肤病交叉感染的可能性，因为发射、接收探头必须接触被测者足跟。相对于湿式系统而言，干式超声骨密度仪还有如下缺点：(1)干式和湿式测量的短期精确性均佳，但干式测量的长期精确性低于湿式测量。其原因有：水是最好的耦合介质，而特定的超声胶中的气泡会影响测量的精度；干式测量无法控制作为耦合剂的超声胶的温度，而超声波在耦合剂中的传输速度受温度的影响。(2)干式测量参数与骨密度的相关性低于湿式测量，如干式测量提供的T值比湿式测量多一个标准差。(3)干式测量所获得的参数与腰椎、股骨及颈骨的相关性比湿式测量低(0.15～0.25比0.48～0.57)，亦即湿式测量较能反应腰椎、股骨及颈骨的强度及骨折机率。(4)干式测量不提供跟骨数字化图像，属于定点测量，无法提供整个跟骨的状况。

此外，现有的很多商品化的湿式、干式超声骨密度仪都假定足跟软组织覆盖少而忽略了软组织的厚度，这样必然带来测量误差，因为超声波在跟骨与软组织中的速度SOS是不同的。

因此，如何综合湿式、干式超声骨密度仪的优点，克服其缺点，特别是根绝脚气等皮肤病交叉感染，是一个极大的挑战。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高精度无交叉感染的湿式超声成像骨密度仪。该骨密度仪能测量跟骨的真实厚度，消除软组织对SOS的影响，能提供湿式测量所需的脱气水，由此提供高精度的骨密度值；通过使用由硅胶等材料制成的10微米厚的薄袜根绝交叉感染；通过X-Y二维扫描获得跟骨数字化图像。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：骨密度仪由两个超声波换能器、两个发射支路、一个接收支路、X-Y二维扫描模块及驱动电路、数字信号处理器(DSP)和微处理器(MCU)、CF Card存储器、真空脱气水产生器、人机交互装置、供电装置、放置待测足踝部的凹型水槽(其内有脚定位器)、10微米厚的薄袜等构成。发射支路由隔离器、信号源、驱动器、功率级构成。接收支路由限幅器、模拟开关、跟随器、数控增益放大器(AGC AMP)、滤波器、模拟-数字转换器(ADC)、FIFO(First-in First-out)存储器构成。总体结构见图1、2、3。