超声骨密度测量分析系统

摘要

本发明涉及一种超声骨密度测量分析系统，包括超声参数测量仪、通讯接口和人机交互设备。所述超声参数测量仪包括：由脉冲发生器、高压脉冲激发模块和发射探头组成的超声发射单元，由接收探头、模拟预处理模块、增益可调放大器、相位比较器、高速ADC和异步FIFO组成的超声接收单元，以及处理器、电源管理模块和结构本体。人机交互设备通过通讯接口控制超声参数测量仪测量被测者跟骨宽度、超声在跟骨中的传播速度和宽带超声衰减，计算骨强度指数和骨密度，根据骨质疏松症相应诊断标准给出诊断报告，建立专门数据库供长期使用。采用湿式或干式耦合等多种技术提高测量精度和准确度。系统便携、成本低、无辐射损伤，可用于被测者骨质状态的长期监测。

主权项

1、一种超声骨密度测量分析系统，包括超声参数测量仪(1)，所述的超声参数测量仪(1)包括超声发射单元(11)、超声接收单元(13)、中央处理器(14)、电源管理模块(15)和结构本体(16)，所述的中央处理器(14)分别与超声发射单元(11)、超声接收单元(13)、电源管理模块(15)和结构本体(16)交互式电连接；所述的超声发射单元(11)用以发射一定频带宽度的超声波，包括发射探头(111)；所述的超声接收单元(13)用以接收超声发射单元(11)发射的穿透被测者脚跟部(12)中跟骨(121)的超声波，所述的超声接收单元(13)包括相互电连接的接收探头(131)、模拟预处理模块(132)、增益可调放大器(133)和高速ADC(135)；所述的中央处理器(14)用以控制超声发射单元(11)、超声接收单元(13)、电源管理模块(15)和结构本体(16)，并对超声接收单元(13)获取的信号进行处理和计算，同时，所述的中央处理器(14)将处理后的数据通过通讯接口(2)上传到人机交互设备(3)，并对人机交互设备(3)下发的指令进行响应操作；所述的电源管理模块(15)用以提供超声参数测量仪(1)各个单元正常工作所需的电压和电流，并对超声参数测量仪(1)提供过压、低压和漏电安全保护，所述的电源管理模块(15)通过带单相三芯插头的电源线与220V交流电电连接；所述的人机交互设备(3)用以向中央处理器(14)下发操作指令，并对中央处理器(14)上传的数据进行计算、分析，显示、保存或同时打印测量、分析结果；其特征在于：所述的超声参数测量仪(1)自带RS232串口和USB接口，所述的通讯接口(2)用以将超声参数测量仪(1)中的中央处理器(14)与人机交互设备(3)交互式电连接；所述的超声发射单元(11)还包括相互电连接的高压脉冲激发模块(112)和脉冲发生器(113)，所述的高压脉冲激发模块(112)用以激发一定幅值的高压负脉冲来激励发射探头(111)发射一定频带宽度的超声波，所述的超声发射单元(11)包括直流稳压电源模块、高反压晶体管、RC充放电电路和并联电感调谐电路，所述的直流稳压电源模块输出电压线性可调，范围为0～500V，线性调节电压0～5V，输出电流5mA；所述的脉冲发生器(113)包括振荡源和辅助电路，产生频率与发射探头(111)及接收探头(131)中心频率一致的脉冲序列，所述的脉冲序列用以配合高压脉冲激发模块(112)激发一定幅值的高压负脉冲，所激发的高压负脉冲的幅值在12V～500V之间可调，脉冲宽度低于1us是发射探头(111)和接收探头(131)中心频率倒数的一半；所述的超声发射单元(11)中的发射探头(111)和接收探头(131)为基于压电效应的直接接触式超声波换能器，所述的发射探头(111)和接收探头(131)具有相同的电气和机械特性，包括相同的中心频率、频带宽度、晶片尺寸、机械结构和尺寸，所述的发射探头(111)和接收探头(131)的中心频率为0.5MHz、频带范围在0.3MHz～0.8MHz之内，输出声强低于10mW/cm2；所述的发射探头(111)及接收探头(131)与被测者脚跟部(12)接触面之间填充或涂敷医用超声耦合剂，以减小超声在空气与被测者脚跟部(12)之间的界面损失，使超声波在发射探头(111)和接收探头(131)与被测者脚跟部(12)之间有效传输，根据被测者脚跟部(12)的软组织厚薄程度选用湿式耦合或干式耦合；所述的湿式耦合由恒温给排水系统(42)给夹在发射探头(111)和接收探头(131)与被测者脚跟部(12)之间的水袋(41)充放水，并保证水袋(41)中的水温恒定在36℃；所述的干式耦合是在发射探头(111)和接收探头(131)与被测者脚跟部(12)接触面之间填充或涂敷一层医用超声耦合剂(51)，医用超声耦合剂(51)为水性高分子凝胶型制剂；所述的超声接收单元(13)还包括相位比较器(134)和异步FIFO(136)，所述的相位比较器(134)是一种集成电路，通过对两个信号的相位进行比较以配合中央处理器(14)自带的定时器进行精确计时；所述的高速ADC(135)是12位以上模数转换集成电路，转换速率20MSPS以上，能满足对接收到的超声波信号进行快速傅立叶变换的要求，高速ADC(135)与相位比较器(134)电连接；所述的异步FIFO(136)是异步缓存器，实现时钟域不同的高速ADC(135)与人机交互设备(3)之间数据的实时传输，异步FIFO(136)采用单片或多片级联的方式与高速ADC(135)的数据宽度相匹配；所述的结构本体(16)用以将发射探头(111)和接收探头(131)同轴安装并定位、固定在被测者脚跟部(12)中跟骨(121)的两侧，同时测量被测者的跟骨(121)沿发射探头(111)和接收探头(131)同轴线方向的宽度，所述的结构本体(16)包括用以放置被测者脚掌的凹槽(161)、用以支撑被测者小腿背部的支撑板(163)和用以定位、固定发射探头(111)和接收探头(131)并测量跟骨宽度WOB的定位测量机构(162)，所述的凹槽(161)安装在定位测量机构(162)上，所述的支撑板(163)通过导轨安装在定位测量机构(162)上，所述的支撑板(163)根据需要自由调整高度和倾斜角度使被测者的脚处于舒适体位；所述的超声骨密度测量分析系统测量被测者的跟骨(121)的宽度WOB以及超声声速SOS和宽带超声衰减BUA，根据测得的超声声速SOS和宽带超声衰减BUA计算被测者的骨强度指数STI和骨密度BMD，所述的超声声速SOS是压缩波和剪切波在被测者的跟骨(121)中传播速度的合成，所述的宽带超声衰减BUA是超声波在穿透被测者的跟骨(121)前后振幅在频谱上的衰减量，所述的超声骨密度测量分析系统定期进行质量自检以保证测量准确性。