一种基于光声信号的骨密度测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于骨密度检测技术领域，具体为一种基于光声信号的骨密度测量装置。本实用新型专利技术装置包括计算机、激光器、发射控制电路、平移控制器、超声换能器、信号放大器和模数转换器；所述计算机通过发射控制电路和平移控制器控制激光器发射脉冲激光并在水平方向移动，使脉冲激光照射到待测量骨骼组织，通过超声换能器接收光声效应产生的超声信号，经信号放大器和模数转换器存入计算机，用于分析计算骨密度信息。本实用新型专利技术通过对比分析骨组织不同位置的光声信号，获得两测量区域之间的骨密度信息。本实用新型专利技术具有无创伤、无辐射、不受皮肤软组织等干扰等优势，可提供不同位置的骨密度细节信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光声信号的骨密度测量装置
本技术属于骨密度检测
，具体涉及一种基于光声信号的骨密度测量装置。
技术介绍
骨质疏松症是一种全身性的骨骼代谢疾病，主要表现为骨量流失和微结构退化，导致骨折风险增大。全球有超过2亿人受骨质疏松症的困扰，现代社会的老龄化加剧使骨质疏松症得到越来越多的重视。骨质疏松症严重影响公众生活质量，骨质疏松性骨折对社会产生了很大的经济负担。因此，骨质疏松症的早期诊断和及时治疗具有重要意义。目前，骨密度评价主要基于X射线骨密度吸收测定技术，如X光片、单双光子吸收法、定量CT及双能X射线法(DXA)等。X射线骨密度吸收测定设备庞大，具有放射性损害，只能提供骨矿物质密度(BMD)，不能全面反映骨密度信息。超声骨密度仪是基于定量超声技术(QUS)评价骨密度的设备，主要采用超声透射法、超声背散射法及超声轴向传输法等，通过分析骨组织中超声传播、衰减及散射等特性间接反映骨密度信息。超声骨密度仪具有安全无损、无电离辐射及便携等优势，主要测量跟骨、胫骨及指骨等部位。专利1《超声骨密度测量分析系统》(CN101401732A)基于超声透射法，测量被测者跟骨厚度、超声传播速度和宽带超声衰减，计算骨强度指数和骨密度；专利2《一种骨密度分析仪及其控制电路》(CN111265249A)采用超声轴向传输方法测量骨骼组织的超声声速，获取待检测骨骼的骨密度；专利3《定量测量骨矿密度超声波探头》(CN1969762A)通过一个测量探头和两个定位探头，测量超声横波在骨骼中的传播速度，反映骨矿密度信息；专利4《用于骨骼非侵害性评价的方法和装置》(CN1596084A)采用超声导波法测量皮质厚度、骨密度和骨弹性常数等信息，评价骨骼状况；专利5《一种背散射超声骨质诊断系统》(CN105796131A)采用超声背散射法分析超声散射特性评价骨质状况。专利1-5为基于定量超声技术的骨密度诊断装置和方法，仅能提供超声传导路径骨组织的平均骨密度，测量容易受到皮肤等软组织干扰。光声技术是一种新兴的安全无电离辐射的骨密度评价技术。光声技术利用骨骼等生物组织在脉冲激光的照射下发生热弹性膨胀，产生超声信号，来反映骨质状况。光声技术对骨组织的化学成分(如骨胶原蛋白等)更为敏感，主要分析骨组织光声信号的光谱及能量，反映骨密度状况。专利6《一种光声和超声双模式骨质疏松症检测方法与装置》(CN106037818A)提出光声技术测量骨胶原蛋白结合超声技术测量骨密度，提高对骨质量的评价能力；专利7《一种利用光声时域信号评估骨质弹性模量的方法》(CN111110190A)根据光声时域信号与松质骨弹性模量的理论关系，评估松质骨的骨质弹性模量信息；美国专利8《Detection,diagnosisandmonitoringofosteoporosisbyaphoto-acousticmethod》(US9833187B2)通过光声技术产生超声信号，分析长骨中传导超声信号的特性反映骨密度和骨质量状况。专利6-8所述的光声技术为单一位置测量和分析，易受光声信号传导路径骨组织及皮肤等软组织耦合影响干扰，导致骨密度测量不准确等问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种无创伤、无辐射的基于光声信号的骨密度测量装置及方法，旨在1)实现任意感兴趣骨骼位置的骨密度测量，提供骨密度的细节信息；2)消除光声信号传导路径骨骼及软组织的耦合影响干扰，提高骨密度测量的准确度。本技术提供的基于光声信号的骨密度测量装置，包括计算机、激光器、发射控制电路、平移控制器、超声换能器、信号放大器和模数转换器；其中：所述激光器，用于发射脉冲激光；所述发射控制电路，用于控制激光器发射脉冲激光；所述平移控制器,用于控制激光器在水平方向平移，使得脉冲激光照射骨骼组织水平方向的不同位置；所述超声换能器，用于接收光声效应产生的超声信号；超声换能器位于待测量骨骼组织的侧方水平位置，所述超声换能器测量方向与所述激光器平移方向一致；所述计算机通过发射控制电路和平移控制器控制激光器发射脉冲激光并在水平方向移动，使脉冲激光照射到待测量骨骼组织，通过超声换能器接收光声效应产生的超声信号，经信号放大器和模数转换器存入计算机，用于分析计算骨密度信息。本技术提供的基于光声信号的骨密度测量方法,通过所述装置,首先测量骨组织某一位置A处的超声信号(记为SA)，然后通过平移控制器水平方向移动脉冲激光器，测量骨组织邻近位置B处的超声信号(记为SB)，通过比对分析两测量位置的超声信号获得A-B测量区域的骨密度信息。上述方法中，A-B测量区域骨组织的归一化宽带超声衰减(nBUA)按如下公式计算:其中，SA(f)和SB(f)分别为A和B两测量位置超声信号幅度谱，dAB为AB两测量位置的距离，[f1，f2]为超声换能器的有效频率范围。上述方法中，A-B测量区域骨组织的超声声速(SOS)按如下公式计算：其中，dAB为AB两点的距离，TA和TB分别为A和B两测量位置超声信号的到达时间。上述方法中，A-B测量区域骨密度信息(BD)，可以通过归一化宽带超声衰减nBUA和超声声速SOS的线性组合参数评价，即：BD＝k1·nBUA+k2·SOS+k3其中，BD即为测量骨组织的骨密度值，k1，k2，k3为待定系数，具体数值可由多元线性回归分析得到(骨密度为因变量，nBUA和/或SOS为自变量)。与现有技术相比，本技术具有如下显著优点：(1)无创伤、无电离辐射，本技术比传统X射线骨密度吸收测定更安全；(2)提供骨密度的细节信息，与定量超声技术相比，本技术可以实现任意感兴趣骨骼位置的骨密度测量；(3)骨密度测量准确度高，与单位置测量的光声技术相比，本技术通过邻近两位置光声信号对比，消除了超声传导路径骨组织及软组织的耦合影响，显著提高了骨密度测量的准确度。附图说明图1是本技术基于光声信号的骨密度测量装置的结构框图。图中标号：1为计算机，2为发射控制电路，3为平移控制器，4为激光器，5为待测量骨骼组织，6为超声换能器，7为信号放大器，8为模数转换器。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进行详细的说明。如图1所示，本技术一种基于光声信号的骨密度测量装置，包括计算机(1)，发射控制电路(2)，平移控制器(3)，激光器(4)，待测量骨骼组织(5)，超声换能器(6)，信号放大器(7)，模数转换器(8)。本技术装置要求，所述的平移控制器(3)可以控制激光器(4)在水平方向平移，使得脉冲激光照射骨骼组织(5)水平方向的不同位置。本技术装置要求，所述的超声换能器(6)位于待测量骨骼组织(5)的侧方水平位置，所述超声换能器(6)测量方向与所述激光器(4)平移方向一致。本技术的基于光声信号的骨密度测量装置的测量方法，具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光声信号的骨密度测量装置，其特征在于，包括计算机、激光器、发射控制电路、平移控制器、超声换能器、信号放大器和模数转换器；其中：/n所述激光器，用于发射脉冲激光；/n所述发射控制电路，用于控制激光器发射脉冲激光；/n所述平移控制器,用于控制激光器在水平方向平移，使得脉冲激光照射骨骼组织水平方向的不同位置；/n所述超声换能器，用于接收光声效应产生的超声信号；超声换能器位于待测量骨骼组织的侧方水平位置，所述超声换能器测量方向与所述激光器平移方向一致；/n所述计算机通过发射控制电路和平移控制器控制激光器发射脉冲激光并在水平方向移动，使脉冲激光照射到待测量骨骼组织，通过超声换能器接收光声效应产生的超声信号，经信号放大器和模数转换器存入计算机，用于分析计算骨密度信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光声信号的骨密度测量装置，其特征在于，包括计算机、激光器、发射控制电路、平移控制器、超声换能器、信号放大器和模数转换器；其中：
所述激光器，用于发射脉冲激光；
所述发射控制电路，用于控制激光器发射脉冲激光；
所述平移控制器,用于控制激光器在水平方向平移，使得脉冲激光照射骨骼组织水平方向的不同位置；
所述超声换能...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成成，他得安，李颖，
申请(专利权)人：复旦大学，珠海复旦创新研究院，
类型：新型
国别省市：上海;31