[发明专利]基于超声的人体骨密度监测仪

说明书

技术领域

本发明涉及电类，特别是涉及一种利用超声波的穿透能力，根据骨骼强度与超声传播速度成正比的特性，通过测量超声波在骨中传导速度和穿透的超声带宽衰减，从而判定骨的机械强度、密度、弹性、微结构和脆性等的仪器或者系统。

背景技术

骨骼是支撑人体这座“精细建筑”的主体框架，其抵抗外界冲击能力的大小与骨质密度的高低成正比。此外，骨骼除可以为肌肉提供支撑外，还可以保护重要器官免受伤害，同时是储存钙的场所，这些钙是维持人体细胞功能所必须的。因此，健康的骨骼为生命安全提供了保证。骨量丢失，骨骼缺钙，造成骨密度减低，严重时引起骨质疏松。随着人口平均寿命的延长和老龄人口的增多，骨质疏松症已经成为影响人体健康的严重疾病之一。目前全世界约有2亿多人患有不同程度的骨质疏松症，其发病率已经跃居常见病和多发病的第七位。然而目前在临床医学上还没有完全修复已经疏松骨骼的办法，只能通过补充钙质和维生素D来维持。另外，由于骨质疏松的发病过程很慢，并且没有特殊的临床表现，因而会被大多数人所忽视，所以骨质疏松的早期诊断和预防就显得尤为重要了。

骨质疏松往往没有症状，直到骨头受到小创伤而发生断裂才被引起注意。骨质疏松是一种骨组织显微结构受损，骨矿成份和骨基质等比例的不断减少，骨脆性增加和骨折危险度升高的全身性代谢障碍疾病。进行骨密度检查，是提早掌握并预防骨质流失的关键。骨密度的高低直接反映出骨骼缺钙情况及骨量丢失的程度。因此，采用方便而准确的方法定期测定骨密度，对了解骨骼是否缺钙及骨质流失情况，预防骨质疏松及观察其治疗效果，促进国民体质健康等都具有重要意义。此外，及时进行骨质密度测量不仅可以有效预防骨折的发生，而且还可以为国家有效降低医疗费的开支。

在临床医学中，骨质密度测定一般采用单光子/双光子吸收法、CT扫描法、单能/双能χ射线吸收法，这些方法所使用的仪器操作繁琐，体积较大，携带不便，价钱昂贵，且有放射性污染等，因此只能固定在有防护装置的实验室用。超声作为一种安全经济的物理诊断治疗方法，已被广泛应用(如超声心动图、超声波治疗仪等)，但利用超声波原理测定骨质密度的方法并不多见，利用超声波原理测定骨质密度操作者和被检测人员都避免了γ或χ射线的照射，而骨质密度的高低可直接反映出骨骼缺钙情况及骨量丢失的程度。

目前超声骨密度测量最常见的部位是跟骨，之所以选择该部位是因为跟骨90％由松质组成，而松质骨的新陈代谢率是皮质骨的8倍，能更早更准确的预测骨质疏松和骨折危险程度，而且跟骨软组织较薄，有较大的平行面易于测量。声波在介质中传播时，波幅随距离增大而减小，这就是超声衰减，服从指数规律，生物组织中超声衰减的机理较复杂，主要原因有介质对声波的吸收、散射衰减以及声束扩散。

发明内容

本发明是针对上述问题，为使人体骨质密度检查更简易、结果更准确以及被检查者有更少的不舒适感而设计发明的。它是根据骨骼强度与超声传播速度成正比的特性，通过测量超声波在骨中传导速度和穿透的超声带宽衰减，从而判定骨的机械强度、密度、弹性、微结构和脆性等的仪器或者系统。

本发明是依据下述方案实现的：

本发明在功能上分为主控电路、发射电路和接收电路。其基本工作原理是在PC机的整体控制下，由主控电路向发射电路输出信号，发射电路输出激励信号，驱动超声发射探头发射超声波，超声波通过待测量骨到达超声接收探头，声信号转换为电信号，经过滤波放大后，再进行AD转换，转换后的数字信号通过主控电路进入PC机进行数字处理，途中的信号使用示波器进行监测。

发射电路：超声波是一种频率超过人类听觉上限的振动波(20kHz以上)，最适于骨特性的超声频率范围为0.1～1.0MHz，特别是0.2～0.6MHz，超声波的总衰减量与其频率呈近似线性关系。因为系统的扩展，发射带宽需要达到3M以上，而超声探头要产生超声波，需要在其上加80V左右的电压，所以设计能发送任意波型的超声发射电路的核心问题即是设计高带宽，高电压的信号放大电路。目前一般集成运放电路很难直接达到这些指标，故采用高性能的运放和晶体管，搭建成了超声波发射电路中的高频放大器部分。它所实现的功能就是对输入信号进行幅度和功率的放大，使原本不能驱动探头的信号，放大到可以驱动探头信号。