便携式x-射线外围骨密度检测系统及成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种便携式X-射线外围骨密度检测系 统及成像系统。
【背景技术】
[0002] 骨质疏松症是一种全身性骨骼疾病，其特点是骨密度较低，并且骨组织微架构恶 化，导致骨脆性增加。患有骨质疏松症的人数众多，如在欧洲、美国和日本超过75万人患 有骨质疏松症。仅仅在美国，每年花费在骨质疏松性骨折病人身上的护理费用估计超多 130~180亿美元。目前，对骨质疏松症的诊断一般都通过测量质量损失或骨密度（BMD)来 进行。
[0003] 目前常用的测量骨密度的设备是双能X-射线骨密度仪（DXA)，定量超声（QUS)和 定量CT (QCT)，由于测量精度高，辐射低，使用DXA测量骨密度往往被认为是最优的测量方 式，目前DXA全身扫描仪在美国、欧洲和加拿大得到非常广泛的应用。然而DXA测量骨密度 执行的是标准测试，需要对患者进行全身扫描，因此费用昂贵。另外，DXA设备本身非常庞 大，启动和运行过程中对电力的需求较高，因此目标只有城市里的大医院或者医学成像中 心才能配置，在大多数社区医院或者偏远的地区由于尚无法大量配置来服务于患者。
[0004] 另外，目前常用的DXA技术的X-射线束呈扇形，并且成像的质量也较差。定量超 声（QUS )无法准确的测量骨密度。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型实施例提供了一种便携式X-射线外围骨密度检测系统及成像系统， 该系统体积较小、便于携带，并且成像质量较高。本实用新型可同时应用于移动双能X-线 骨密度仪（DXA)和小型数码诊断影像仪（Mini c-arm)。对骨密度测量可以满足WHO和ISCD 建议的标准性测量，可用于骨质疏松分析和骨折危险评估。Mini C-arm系统可用于高分辨 度肢体X-线诊断，用途包括骨科手术，儿童骨龄评估和兽医/宠物医院应用等等。本实用 新型实施例所提供的产品是一种真正具备手提、使用电池供电的X-线影像系统。最适用于 基层普及诊断，不受城市、农村、房间或环境设置的限制。不仅适用于社区医院、门诊部，也 适用于急救现场的紧急救护、体育俱乐部医务部及偏远地区的乡村诊所等。
[0006] 在本实用新型的一个实施例中，一种便携式X-射线外围骨密度检测及成像系统 包括：X-射线管、X-射线成像检测器、壳体、和嵌入式系统。X-射线管通过过滤器定位装置 发射X-射线，该过滤器定位装置包括高能量过滤器、低能量过滤器，和用于阻止X-射线束 的传输开闭器。壳体用于将X-射线源和X-射线束的检测器固定并保持一个前臂的距离， 嵌入式系统，用于启动X-射线源，并控制过滤器定位装置的位置以及进行成像数据的采集 和分析。在本实用新型另外一个实施例中，嵌入式系统是操作系统。在本实用新型另外一 个实施例中，在另外一个实施例中，嵌入式系统用于处理数据、控制液晶显示/触摸、控制 电源，以及管理USB通信和无线通信。
[0007] 在本实用新型一个实施例中，每次曝光时所述x-射线源启动时间不超过2秒。在 本实用新型另外一个实施例中，过滤器定位装置定位于高能量过滤器处，使包含高能量成 分传输通过和限制低能量成份的传输。在本实用新型另外一个实施例中，高能量过滤器吸 收较低的能量。在本实用新型另外一个实施例中，高能量过滤器提供了能通过过滤器定位 装置、并且在40-50千伏以上高能量成分的传输。在本实用新型另外一个实施例中，高能量 过滤器的材料包括铜、锡和铑等中的至少一种。在本实用新型另外一个实施例中，低能量过 滤器提供了能通过过滤器定位装置并且能量较低的传输。在本实用新型另外一个实施例 中，低能量过滤器提供了能通过过滤器定位装置、在40~50千伏以下的能量传输。在本实 用新型另外一个实施例中，低能量滤波器的材料包括铝和至少一种40-50千伏之间的K边 吸收类型材料。在本实用新型另外一个实施例中，具有40-50千伏之间的K边吸收材料包 括铈、钐、钡和钆中至少一种。
[0008] 在本实用新型一个实施例中，过滤器定位装置是由与嵌入式系统进行电子通信的 步进电机来驱动的。在本实用新型另外一个实施例中，过滤器定位装置是过滤交换器，所述 过滤交换器由步进电机可旋转或线性驱动。在本实用新型另外一个实施例中，步进电机是 高转矩和高转速的设计，允许在100毫秒之内从一个位置转换到另一个位置。在本实用新 型另外一个实施例中，嵌入式系统提供高速和/或高带宽的数据传输，所述嵌入式系统传 输成像数据小于100毫秒。在本实用新型另外一个实施例中，X-射线成像检测器通过千兆 以太网（Gig-Ethernet)和/或相机链路（Camera Link)传输成像数据。在本实用新型另 外一个实施例中，嵌入式系统以值为1/60工作周期驱动X-射线源，所述值为1/60的工作 周期是1秒脉冲辐射活动周期到60秒的非辐射活动周期。在本实用新型另外一个实施例 中，嵌入式系统在工作周期内驱动X-射线源，所述工作周期包括2秒脉冲辐射活动周期到 120秒非辐射活动周期。在本实用新型另外一个实施例中，嵌入系统包括操作系统，所述操 作系统用于处理数据、控制液晶显示/触摸、控制电源，以及管理USB通信和无线通信。在 本实用新型另外一个实施例中，系统是电池供电的移动设备。
[0009] 在本实用新型一个实施例中，一种外围骨密度测量方法，包括：
[0010] 将前臂放置在X-射线系统中的X-射线源和光束检测器之间，X-射线源通过过滤 器定位装置发射X-射线束，过滤器定位装置包括第一能量过滤器、第二能量过滤器，以及 用于阻止X-射线光束传输的开闭器；启动所述X-射线系统中的嵌入式芯片，所述嵌入式芯 片用于启动所述X-射线源，并控制过滤器定位装置的位置。在本实用新型另外一个实施例 中，在不超过2秒的时间内启动所述X-射线源；将高能量过滤器的过滤器定位装置从开闭 器的位置移动到低能量位置，获取低能量数据；将低能量过滤器的过滤器定位装置从低能 量位置移动至高能量位置，以获取高能量数据。
[0011] 在本实用新型一个实施例中，一种便携式单能量X-射线成像系统(在另外一个实 施例中，也可以叫做小型C-臂（mini c-arm)系统)，包括：一体式X-射线源，用于通过过滤 器定位装置发射X-射线束，所述过滤器定位装置包括理想能量过滤器，以及用于阻止X-射 线束传输的开闭器。在本实用新型一个实施例中，理想能量过滤器可以是高能量过滤器，或 低能量过滤器。在本实用新型另外一个实施例中，该系统还包括X-射线成像检测器。在本 实用新型另外一个实施例中，该系统还包括防散射光栅，位于所述一体式X-射线源与X-射 线成像检测器之间。在本实用新型另外一个实施例中，该系统还包括壳体，用于将X-射线 源和X-射线束的检测器保持一个前臂的距离。在本实用新型另外一个实施例中，该系统还 包括嵌入式系统，用于启动所述X-射线源，并控制所述过滤器定位装置的位置并进行成像 数据的采集和分析。在本实用新型另外一个实施例中，该系统是单次曝光。在本实用新型 另外一个实施例中，该系统是持续脉冲曝光。在本实用新型另外一个实施例中，该系统是电 池供电的移动设备。
[0012] 需要说明的是，本实用新型的各个实施例中的特征可以被任意的组合、取代、合并 或修改。
【附图说明】
[0013] 本实用新型实施例中的附图仅作为对本实用新型的说明，为了便于理解本实用新 型，而不是限制本实用新型的范围，其中：
[0014] 图1是本实用新型实施例所提供的X-射线系统第一方框示意图；
[0015] 图2是本实用新型实施例所提供的X-射线系统第二方框示意图；
[0016] 图3是本实用新型实施例所提供的X-射线系统第三方框示意图；
[0017] 图4A是X-射线系统在恒定的X-射线管高电压（HV)下，在一个时间段内执行操 作的示意图；
[0018] 图4B是不包含过滤交换器的X-射线系统在可控的X-射线管高电压（HV)下，在 一个时间段内执行操作的示意图；
[0019] 图4C是包含过滤交换器的X-射线系统在可控的X-射线管高电压（HV)下，在一 个时间段内执行操作的示意图；
[0020] 图4D是本实用新型实施例中X-射线系统在一个时间段内执行单一能量操作的示 意图；
[0021] 图4E是本实用新型实施例中X-射线系统在一个时间段内执行单一能量操作和持 续脉冲曝光动作的示意图；
[0022] 图4F是根据本实用新型实施例中X-射线系统执行各个步骤的流程图；
[0023] 图5A是本实用新型实施例中过滤器定位装置俯视示意图；
[0024] 图5B是如图5A所示的过滤器定位装置的侧视示意图；
[0025] 图6是如图5A所示包括X-射线管的过滤器定位装置的立体图；
[0026] 图7A是根据本实用新型实施例的X-射线系统的立体正视图；
[0027] 图7B是如图7A所示的X-射线系统的侧视图；
[0028] 图7C是如图7A所示的X-射线系统的立体后视图；
[0029] 图8是如图7A所示的X-射线系统的壳体的立体正视图；
[0030] 图9是如图7A所示的X-射线系统的立体正视图；
[0031] 图10是如图7A所示的X-射线系统的立体视图；
[0032] 图11是如图7A所示的X-射线系统的立体后视图。
【具体实施方式】
[0033] 下文中对本实用新型实施例的描述，并不意味着限制本实用新型、或者本实用新 型的教导、应用或用途。本领域普通技术人员可以理解，在整个附图中，相应的参考标号表 示相同或相应的的部分或特征。本实用新型各种实施例的具体描述只是为了说明其目的， 而不是为了限制本实用新型的保护范围。
[0034] 在本实用新型实施例中，X-射线系统100可以被用作各种用途，例如：对有骨折风 险的人来说，骨折风险评估主要是通过测量骨密度或骨矿物质密度（BMD)。传统的检测设备 往往体积、重量都较大，并且结构复杂、价格昂贵，不利于普及和推广。市场上也有一些成本 较低的检测设备，但是其在检测骨密度和/骨折的风险时，往往不够准确或者分辨率不够， 因此对骨折的识别不足，导致整体医疗成本的增加。
[0035] 在本实用新型实施例中，X-射线系统100通过各种配置实现对骨密度和/或骨结 构的评估，来评估和/或诊断骨折的风险。其中，在本实用新型一个实施例中，X-射线系统 100可以被用来增强空间的分辨率。在本实用新型另外一个实施例中，X-射线系统100可 以被用来增强时间的分辨率。在本实用新型另外一个实施例中，X-射线系统100可以被用 来增强特异性。在本实用新型另外一个实施例中，X-射线系统100可以被用来测量BMD。 在本实用新型另外一个实施例中，X-射线系统100可以被用来进行骨几何分析。在本实用 新型另外一个实施例中，X-射线系统100可以被用来进行骨强度分析。在本实用新型另外 一个实施例中，上述X-射线系统100可以进行任意组合，其组分和/或功能可以任意的组 合和/或配置。
[0036] 在本实用新型一个实施例中，X-射线系