骨检测设备和骨检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医疗器械领域，具体地，涉及一种骨检测设备和骨检测方法。
【背景技术】
[0002] 骨骼强度是评价人类健康状况的一个重要指标，临床上通常用骨骼矿物质密度 (简称为"骨密度"）表征骨骼的健康程度。超声波骨密度检测技术，由于其无辐射和对诊 断骨折敏感而引起了人们的广泛关注。研究表明，超声波在骨骼中的传播速度与骨密度正 相关，通过检测超声波在骨骼中的传播速度，可以获知骨密度的情况。
[0003] 基于超声波轴向传导技术的骨密度检测，通常选择桡骨、胫骨等长骨作为检测对 象。骨密度探头通常包括多个超声波发射器（简称为"发射器"）和多个超声波接收器（简 称为"接收器"）。当骨密度探头放置在皮肤表面时，超声波会在各个发射器和接收器之间 形成不同的传播路径，通过比较各个传播路径的差异，可以推算出超声波在骨头表面（下 文称为"骨表面"）的传播速度，进而获知骨密度的情况。
[0004] 但是，骨骼周围软组织的存在通常会对检测结果造成影响。为减少软组织的干扰， 某些技术提出在骨密度检测过程中，在软组织外表面轻微移动骨密度探头，调整骨密度探 头的探头表面，使其与骨表面平行，然后再开始检测。但是，在实际检测过程中，由于有软组 织的遮盖，操作者无法直观了解探头表面与骨表面之间的夹角，因此调整探头表面的角度 的过程会比较耗时。而且，由于软组织本身比较柔软，很难长时间保持平行的状态，也会导 致检测时间拉长。
[0005] 因此，需要提供一种骨检测技术，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
【发明内容】
[0006] 为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供一种 骨检测设备。该骨检测设备包括发射器、接收器和处理器。发射器用于向骨区域发射超声 波信号。接收器用于接收经由骨区域传播的超声波信号。处理器用于至少基于超声波信号 从发射器到接收器的传播时间计算与发射器和接收器相关联的检测表面与骨区域的骨表 面之间的夹角沪。
[0007] 根据本发明的另一方面，提供一种骨检测方法，其应用于骨检测设备。该骨检测 方法包括：由发射器向骨区域发射超声波信号；由接收器接收经由骨区域传播的超声波信 号；以及至少基于超声波信号从发射器到接收器的传播时间计算与发射器和接收器相关联 的检测表面与骨区域的骨表面之间的夹角妒。
[0008] 根据本发明提供的骨检测设备和骨检测方法，可以实时计算并提供检测表面与骨 表面之间的夹角，使得骨检测设备的操作者及时获知该夹角并根据该夹角对检测表面进行 调整成为可能，从而有助于提高骨密度检测的效率和准确性。
[0009] 在
【发明内容】
中引入了一系列简化的概念，这些概念将在【具体实施方式】部分中进一 步详细说明。本
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定所要求保护的技术方案的关键特征和 必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0010] 以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
【附图说明】
[0011] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发 明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
[0012] 图1示出根据本发明一个实施例的骨检测设备的示意性框图；
[0013] 图2示出根据本发明一个实施例的超声波信号的传播路径的示意图；
[0014] 图3示出根据本发明一个实施例的报告信息的示意图；
[0015] 图4示出根据本发明一个实施例的调整骨密度探头与骨区域的相对位置关系的 不意图；以及
[0016] 图5示出根据本发明一个实施例的骨检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017] 在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技 术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样 的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未 进行描述。
[0018] 根据本发明一个方面，提供一种骨检测设备。图1示出根据本发明一个实施例的 骨检测设备100的示意性框图。如图1所示，骨检测设备100包括发射器110、接收器120 和处理器130。发射器110用于向骨区域发射超声波信号。接收器120用于接收经由骨区 域传播的超声波信号。处理器130用于至少基于超声波信号从发射器到接收器的传播时间 计算与发射器和接收器相关联的检测表面与骨区域的骨表面之间的夹角炉。
[0019] 发射器110和接收器120可以是上文所述的骨密度探头中的发射器和接收器。本 文所述的检测表面是指由发射器110和接收器120所限定的表面。例如，发射器110的朝 向骨区域的表面和接收器120的朝向骨区域的表面通常是平行或大致平行的，检测表面可 以是与发射器110的朝向骨区域的表面或接收器120的朝向骨区域的表面平行或大致平行 的表面。检测表面具有一定的面积，其边界能够包围发射器110和接收器120。检测表面的 一个示例是上文所述的探头表面。
[0020] 骨区域是待测的含骨区域。可以选择待测者的、表面相对平整的骨骼部位作为骨 区域，以获得较准确的骨检测结果。例如，骨区域可以是位于桡骨远心端三分之一处、胫骨 中段处等的骨骼部位。由于在这些部位的骨骼表面较为平整，因此可以将其骨骼表面视为 一个平面，即本文所述的骨区域的骨表面。
[0021] 发射器110发出的超声波信号在骨区域传播之后最终由接收器120接收。在超声 波传播过程中，其会逐渐衰减，如下文所述。从发射器110发射出超声波信号到接收器120 接收到源自该发射器110的、衰减后的超声波信号所经历的时间即为上述传播时间。该传 播时间可以用于确定检测表面与骨表面之间的夹角營。
[0022] 根据本发明提供的骨检测设备，可以实时计算并提供检测表面与骨表面之间的夹 角，使得骨检测设备的操作者及时获知该夹角并根据该夹角对检测表面进行调整成为可 能，从而有助于提高骨密度检测的效率和准确性。
[0023] 可选地，发射器110可以包括第一发射器和第二发射器，接收器120可以包括第一 接收器和第二接收器。第一发射器和第一接收器关于检测表面的、过检测表面的中心点的 垂线对称安置，第二发射器和第二接收器关于该垂线对称安置。第一发射器与第一接收器 之间的距离大于第二发射器和第二接收器之间的距离。
[0024] 处理器130可以利用以下公式计算夹角识：
[0025]
[0026] 其中，TAe是超声波信号从第一发射器到第二接收器的传播时间，T BD是超声波信号 从第二发射器到第一接收器的传播时间，Tad是超声波信号从第一发射器到第一接收器的传 播时间，T re是超声波信号从第二发射器到第二接收器的传播时间，Lad是第一发射器与第一 接收器之间的距离，L re是第二发射器与第二接收器之间的距离，Vs是软组织声速。
[0027] 下面以骨密度探头为例详细描述夹角f的计算公式的推导过程。
[0028] 为准确表示探头表面（即本文所述的检测表面）的倾斜方向，在本示例中，将发射 器110-端定义为T (transmit)端，将接收器120-端定义为R(receive)端。将由R端指 向T端的方向定义为T方向，将由T端指向R端的方向定义为R方向。假设骨密度探头的 T方向朝向远心端，骨密度探头的R方向朝向近心端。根据本发明的实施例，在骨密度检测 过程中，可准确检测出骨密度探头是向T端倾斜（即T端比R端距离骨表面更近）还是向 R端倾斜（即R端比T端距离骨表面更近），以及其倾斜的角度。另外，骨密度探头上有方 向标志，即在骨密度探头外壳的发射阵元方向上有方形凸起，操作者可以据此识别骨密度 探头的方向。
[0029] 图2示出根据本发明一个实施例的超声波信号的传播路径的示意图。图2示出了 多条线段，在本文中用L表示某线段的长度，用T表示超声波信号沿某线段传播所经过的传 播时间，L和T的下标是线段的名称。如图2所示，骨密度探头包括两个发射器和两个接收 器，其中A和B分别为第一发射器和第二发射器，D和C分别为第一接收器和第二接收器。 可以理解的是，第一发射器A、第二发射器B、第二接收器C和第一接收器D基本在一条直线 上。0是探头表面230的中心点。发射器和对应的接收器关于探头表面230的、过0点的垂 线对称分布，即L A。= L D。，Lb。= Le。。将识定义为探头表面230与骨表面210之间的夹角，将 h定义为探头表面230到骨表面210的平均距离，即软组织220的平均厚度。
[0030] 超声波信号从第一发射器A发射出去后，会在软组织220的表面与骨表面210发 生大量反射和折射。超声波信号可能以多种角度到达骨表面210,其中，按照临界角a入