专利名称：一种可拆装式多部位超声骨强度仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声波生物信息获取领域，尤其是超声波测量人体骨骼骨强度的仪器和方法，具体为一种可拆装式多部位超声骨强度仪。
背景技术：
骨骼是人体的重要组成部分，骨质状况是人体机能的重要评价指标之一。目前，临床公认的骨质状况检测方法是双能X线骨密度测定法(DXEA)。但由于此类设备体积庞大、价格昂贵、有辐射等缺点，仅限于专业医院使用，难以开展大规模的人群筛查和定期检查。近年来，定量超声(QUS)测量骨强度测试技术发展迅速。定量超声主要利用超声 波在骨骼中的传播速度和衰减来评价骨质状况，其主要参数为宽带超声衰减BUA、超声传播速度SOS和由二者线性组合得到的骨强度指数STI，其中骨强度指数STI不仅能反映骨质量，还可以反映骨结构。因此，超声测量骨强度具有成本低廉、无辐射、操作简便和测量快速等特点，在骨质筛查，骨折风险评估等方面有着广阔的应用前景。申请号为200620072519. I的中国专利公开了一种利用超声波透射方法检测跟骨密度的装置；申请号为200610059647. 7的中国专利公开了一种超声波骨评价装置，该装置通过测量测试跟骨部位温度，以此温度为依据补偿超声传播速度，并以补偿后的传播速度进行骨评价；申请号为200810194780. 2的中国专利公开了一种超声骨密度测量分析系统，该系统利用超声在跟骨中的传播速度和宽带超声衰减来计算骨强度指数和骨密度；申请号为200820118612.0的中国专利公开了一种超声骨密度检测仪，该专利中提及使用一种内蕴超声传播介质的囊泡装载于探头上，并用一对探头夹紧跟骨进行测量；申请号为201010579635. 3的中国专利公开了一种全干固态耦合式跟骨超声骨强度指数检测方法，该方法采用全干式、全固态耦合器，测量过程恒温控制，夹紧力实时检测及宽度检测等措施来保证跟骨骨强度指数测量的精确性；申请号为200610129846.0的中国专利公开了一种定量测量骨矿密度超声波探头，该专利仅对用于测量胫骨的探头进行了阐述，同时此方法需要定位探头与测量探头多个探头，在具体多部位测量中难以实现；申请号为02823665. 3的中国专利公开了一种用于骨骼非侵害性评价的方法和装置，该装置和方法利用导波原理，主要应用于长骨部位测量，并至少需要两个换能器。目前所公开的专利均是针对跟骨部位或者单个部位进行骨密度或骨强度测量或评价的装置或方法，还未见对多部位进行测量或评价骨强度的装置和方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以测量人体多部位骨骼超声骨强度指数的检测装置及其方法，以解决现有技术只能单独测量某一部位(如跟骨)超声骨强度指数的问题。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为
一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于包括超声探头盒和可拆装探头模块，所述超声探头盒内装有多个不同频率、不同尺寸的超声探头，所述可拆装探头模块包括夹紧装置和力敏传感器，其中夹紧装置进行超声探头安装，力敏传感器检测超声探头与测量部位的接触力，所述可拆装探头模块的输出端口通过信号线与集成化信号采集和处理模块连接，所述集成化信号采集和处理模块与人机交互模块双向连接；所述集成化信号采集和处理模块包括有超声激发电路、激发和接收切换电路、超声接收和信号调理电路、数据采集电路、数据处理电路和数据处理、控制软件，所述超声激发电路包括超声激发控制电路、可控高压电源和DAC，所述超声接收和信号调理电路包括可编程滤波器和可编程运算放大器级联电路，所述数据采集电路包括ADC、高速先进先出缓冲器、微控制器和数字信号处理器；超声激发控制电路的信号输出端控制连接可控高压电源，可控高压电源的电压输出端连接超声探头，超声探头的信号输出端连接可编程滤波器，可编程滤波器的信号输出端连接可编程运算放大器(PGA)级联 电路，可编程运算放大器(PGA)级联电路连接ADC，ADC的信号输出端连接高速先进先出缓冲器，高速先进先出缓冲器的信号输出端接入微控制器和数字信号处理器，微控制器和数字信号处理器连接DAC、激发和接收切换电路，DAC的信号输出端连接可控高压电源，激发和接收切换电路的一端接在可控高压电源与超声探头之间，激发和接收切换电路的另一端接在超声探头与可编程滤波器之间；所述人机交互模块包括触控液晶屏及其应用软件，触控液晶屏与微控制器和数字信号处理器连接。所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于所述的可拆装探头模块可根据测量部位的不同进行探头的更换和夹紧安装，同时使用力敏传感器检测接触力保证每次测量时探头与测量部位接触的一致性。所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于所述的超声探头其中心频率和尺寸大小根据具体身体测量部位进行设定。所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于根据具体身体测量部位，可采用单个探头同时作为发射和接收探头。所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于所述超声激发电路的激发电压可根据测量部位的不同和个体骨质状况进行调节，其调节范围为5V100V。所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于所述超声接收及信号调理电路可根据测量部位的不同进行滤波器截止频率的自动调节，可根据测量部位和个体骨质状况进行运算放大器增益的自动调节，调节范围为广500。所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于所述数据处理、控制软件包括微控制器和数字信号处理器中的控制程序和数字信号处理器中的信号处理程序，数字信号处理器中的信号处理程序包括小波去噪、优化平滑、快速傅里叶频谱分析和线性拟合
等算法。所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于所述的夹紧装置包括有操作杆和卡盘。本发明的有益效果为
(I)本发明中的超声探头盒和可拆装探头模块解决了目前的单个超声骨密度测量设备无法同时检测人体多部位骨强度的问题，因为人体各部位骨骼在形状、厚度、内部结构和皮上脂肪等方面都有着显著的差异性，所以对超声波信号的响应也有明显差异，单个部位的骨强度不能真实反映人体的整体骨质状况。(2)超声探头其中心频率和尺寸大小根据具体身体测量部位进行设定解决了因单个探头性能(如中心频率，灵敏度等)固定，无法满足多部位骨骼测量要求的局限，实现测量部位和超声探头之间的合理匹配，使测量结果更加准确和可靠。
图I是可拆装式多部位超声骨强度仪的结构框图。图2是可拆装模块中夹紧装置的平面示意图。图3是集成化数据采集、处理模块的内部组成图。图4是可拆装式多部位超声骨强度仪的工作流程图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，可拆装式多部位超声骨强度仪，包括有超声探头盒I. I、可拆装探头模块I. 2，所述超声探头盒I. I内装有多个不同频率不同尺寸的超声探头，所述可拆装探头模块I. 2上开有夹紧装置I. 2. I安装超声探头，有力敏传感器I. 2. 2检测探头与测量部位的接触力，所述可拆装探头模块I. 2的输出端口通过信号线与集成化信号采集和处理模块I. 3连接，所述集成化信号采集和处理模块I. 3与人机交互模块I. 4双向连接；所述集成化信号采集和处理模块I. 3包括有超声激发电路、激发和接收切换电路3. 2、超声接收和信号调理电路、数据采集电路、数据处理电路和数据处理、控制软件，所述超声激发电路包括控制电路3. I、可控高压电源3. 3和数模转换器(DAC) 3. 4，所述超声接收和信号调理电路包括可编程滤波器3. 6和可编程运算放大器(PGA)级联电路3. 7，所述数据采集电路包括高速模数转换器(ADC)3. 8、高速先进先出(FIFO)缓冲器3. 9、微控制器和数字信号处理器(MCU+DSP) 3. 11，所述数据处理、控制软件包括MCU和DSP中的控制程序和DSP中的信号处理程序，DSP中的信号处理程序包括小波去噪、优化平滑、快速傅里叶频谱分析和线性拟合等算法，以准确提取评价骨质状况的超声参数。超声激发控制电路3. I的信号输出端控制连接可控高压电源3. 3，可控高压电源3. 3的电压输出端连接超声探头3. 5，超声探头3. 5的信号输出端连接可编程滤波器3. 6，可编程滤波器3. 6的信号输出端连接可编程运算放大器级联电路3. 7，可编程运算放大器级联电路3. 7连接模数转换器3. 8，模数转换器3. 8的信号输出端连接高速先进先出缓冲器3. 9，高速先进先出缓冲器3. 9的信号输出端接入微控制器和数字信号处理器3. 11，微控制器和数字信号处理器3. 11连接数模转换器3. 4、激发和接收切换电路3. 2，数模转换器3. 4的信号输出端连接可控高压电源3. 3，激发和接收切换电路3. 2的一端接在可控高压电源
3.3与超声探头3. 5之间，激发和接收切换电路3. 2的另一端接在超声探头3. 5与可编程滤波器3. 6之间；所述人机交互模块I. 4包括触控液晶屏3. 10及其应用软件，触控液晶屏
3.10与微控制器和数字信号处理器3. 11连接。超声探头I. I包括有测量胫骨的IOOKHz超声探头、测量跟骨的500KHz超声探头和测量指骨的IMHz超声探头多种，探头直径尺寸大小从10-40mm，由于种类较多，此处不一一列出。同时根据具体身体测量的部位结构特点，可采用单个探头同时作为发射和接收探头，比如，测量腰椎骨头、测量髋骨。超声探头激发电压可由数据处理、控制软件根据测量部位的不同和个体骨质状况进行自动调节，其调节范围为5V 300V。
超声接收及信号调理电路中可编程滤波器3. 6可由数据处理、控制软件根据测量部位的不同进行滤波器截止频率的自动调节。超声接收及信号调理电路中可编程运算放大器3. 7可由数据处理、控制软件根据测量部位的不同和个体骨质状况进行放大倍数的自动调节，调节范围为广500。使用时，根据待测部位，从超声探头盒I. I中选取探头，并与可拆装探头模块I. 2进行组装，具体操作是拨动夹紧装置操作杆2. 1，使三个卡盘2. 2夹紧探头，该夹紧装置可以夹紧直径为40mm之内的探头，以解决不同部位超声探头尺寸不一致的问题。在人机交互模块I. 4上选择测量部位，输入测试者个人信 息。在超声探头表面和待测试部位涂抹超声耦合剂，并使超声探头耦合器与测试部位紧密接触。在人机交互模块I. 4上选择开始测量，集成化数据采集和处理模块I. 3根据如图4所示流程自动完成数据采集和数据处理工作，并将测试结果显示在人机交互模块I. 4上。
权利要求
1.一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于包括超声探头盒和可拆装探头模块，所述超声探头盒内装有多个不同频率、不同尺寸的超声探头，所述可拆装探头模块包括夹紧装置和力敏传感器，其中夹紧装置进行超声探头安装，力敏传感器检测超声探头与测量部位的接触力，所述可拆装探头模块的输出端口通过信号线与集成化信号采集和处理模块连接，所述集成化信号采集和处理模块与人机交互模块双向连接；所述集成化信号采集和处理模块包括有超声激发电路、激发和接收切换电路、超声接收和信号调理电路、数据采集电路、数据处理电路和数据处理、控制软件，所述超声激发电路包括超声激发控制电路、可控高压电源和数模转换器，所述超声接收和信号调理电路包括可编程滤波器和可编程运算放大器级联电路，所述数据采集电路包括模数转换器、高速先进先出缓冲器、微控制器和数字信号处理器；超声激发控制电路的信号输出端控制连接可控高压电源，可控高压电源的电压输出端连接超声探头，超声探头的信号输出端连接可编程滤波器，可编程滤波器的信号输出端连接可编程运算放大器级联电路，可编程运算放大器级联电路连接模数转换器，模数转换器的信号输出端连接高速先进先出缓冲器，高速先进先出缓冲器的信号输出端接入微控制器和数字信号处理器，微控制器和数字信号处理器连接数模转换器、激发和接收切换电路，数模转换器的信号输出端连接可控高压电源，激发和接收切换电路的一端接在可控高压电源与超声探头之间，激发和接收切换电路的另一端接在超声探头与可编程滤波器之间；所述人机交互模块包括触控液晶屏及其应用软件，触控液晶屏与微控制器和数字信号处理器连接。
2.根据权利要求I所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于所述的超声探头其中心频率和尺寸大小根据具体身体测量部位进行设定。
3.根据权利要求I所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于所述超声激发电路的激发电压可根据测量部位的不同和个体骨质状况进行调节，其调节范围为5V 300V。
4.根据权利要求I所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于所述超声接收及信号调理电路可根据测量部位的不同进行滤波器截止频率自动调节，可根据测量部位和个体骨质状况进行运算放大器增益的自动调节，调节范围为f500。
5.根据权利要求I所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于所述数据处理、控制软件包括微控制器和数字信号处理器中的控制程序和数字信号处理器中的信号处理程序，数字信号处理器中的信号处理程序包括小波去噪、优化平滑、快速傅里叶频谱分析和线性拟合等算法。
6.根据权利要求I所述的一种可拆装式多部位超声骨强度仪，其特征在于所述的夹紧装置包括有操作杆和卡盘。
全文摘要
本发明公开了一种可拆装式多部位超声骨强度仪，包括超声探头盒和可拆装探头模块，超声探头盒内装有多个不同频率、不同尺寸的超声探头，所述可拆装探头模块包括夹紧装置和力敏传感器，其中夹紧装置进行超声探头安装，力敏传感器检测超声探头与测量部位的接触力，可拆装探头模块的输出端口通过信号线与集成化信号采集和处理模块连接，集成化信号采集和处理模块与人机交互模块双向连接。本发明根据身体待测部位的不同，安装对应的超声探头，其中心频率和尺寸大小根据具体身体测量部位进行设定的，使超声探头和测量部位达到合理匹配，实现了单台仪器可以同时检测人体多部位的骨强度功能，使得测量结果更加准确反映身体整体骨强度状况。
文档编号A61B8/00GK102961162SQ20121047220
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者陈焱焱, 徐玉兵, 唐城 申请人:合肥博谐电子科技有限公司