專利名稱：全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波醫(yī)學應用領(lǐng)域，尤其是醫(yī)學測量人體跟骨骨強度指數(shù)的方 法，具體為一種全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法。
背景技術(shù)：
骨質(zhì)疏松癥是中老年人最常見的慢性疾病之一，它已經(jīng)成為威脅人類健康和生 活質(zhì)量的重要因素。骨質(zhì)疏松癥是一種系統(tǒng)性骨病，其特征是骨礦物質(zhì)密度(骨密度) 的下降和骨的微細結(jié)構(gòu)破壞，表現(xiàn)為骨的脆性增加，因而骨折的危險性大為增加，即使 是輕微的創(chuàng)傷或無外傷的情況下也容易發(fā)生骨折。據(jù)世界衛(wèi)生組織的資料，骨質(zhì)疏松癥 的嚴重性僅次于心血管病，威脅大于乳腺癌、前列腺癌等疾病。骨質(zhì)疏松癥一旦確診， 在現(xiàn)有的醫(yī)療技術(shù)水平下，還沒有行之有效的治療方法，因而早期預防非常重要。通過 加強生活方式干預和相應的藥物治療，改善骨礦物質(zhì)密度和骨的微細結(jié)構(gòu)，可以降低骨 折風險。世界衛(wèi)生組織公布癥斷骨質(zhì)疏松癥標準為1.骨質(zhì)正常骨密度不低于正常同性別年輕成年人骨密度峰值的平均值1個標 準差(T值2-1)。2.骨質(zhì)減少(骨質(zhì)流失)骨密度低于正常同性別年輕成年人骨密度峰值的平均 值在1 2.5個標準差之間(-2.5 < T值< -1)。3.骨質(zhì)疏松骨密度低于正常同性別年輕成年人骨密度峰值的平均值2.5個標準 差或以下(T值S-2.5)因此，骨密度測量顯得尤為重要。從20世紀30年代就著手研究BMD定量測 量方法。在60年代以前主要為X射線法及X射線光密度法等，因其靈敏度及精確性均 較差，已很少使用。隨著電子、傳感和信息處理技術(shù)的發(fā)展，先后有多種檢測BMD的 方法出現(xiàn)，主要包括單光子吸收法(SPA)、雙光子吸收法(DPA)、雙能X線吸收測定 (DEXA)、定量CT(QCT)，上述方法檢測精度較高，但設(shè)備價格昂貴、測量過程繁瑣， 適合作為臨床確診使用。近年來，定量超聲(QUS)測量骨密度測試技術(shù)發(fā)展迅猛。定量超聲主要利用超 聲波穿透衰減來測量跟骨等部位的骨密度，其主要參數(shù)為寬帶超聲衰減BUA、超聲傳播 速度SOS和由二者線性組合得到的骨強度指數(shù)STI，其中骨強度指數(shù)STI不僅能反映骨質(zhì) 量，還可以反映骨結(jié)構(gòu)。同時，超聲測量價格低廉、操作簡便、無輻射風險等優(yōu)點，成 為早期診斷和預測骨折的理想檢查方法。申請?zhí)枮?00620072519.1的中國專利公開了一種利用超聲波衰減檢測跟骨密 度的方法和裝置，但是該專利并沒有具體提出探頭夾緊跟骨的方式，跟骨外部有一定厚 度的軟組織結(jié)構(gòu)，在探頭夾緊跟骨過程中會導致軟組織變形，因此無法確保每次探頭夾 緊時，軟組織變形度是一致的，即無法確保每次實際測量的部位是一致的，從而影響超 聲測量精度；申請?zhí)枮?00610059647.7的中國專利公開了一種通過測量測試跟骨部位 溫度，以此溫度為依據(jù)補償超聲傳播速度的測量方法，但是該方法只是測量測試者跟骨部位溫度，由于測量跟骨部位曝露與外界，其溫度變化因環(huán)境溫度的不同引起的差異較 大，因此補償存在較大誤差，可能會導致測量的不準確；申請?zhí)枮?00820118612.0的中 國專利公開了一種超聲骨密度檢測儀，該專利中提及使用一種囊泡裝載于探頭上，并沒 有對囊泡進行具體的闡述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法，以解 決現(xiàn)有技術(shù)的超聲波檢測跟骨骨強度方法和裝置存在的誤差大，精度低的問題。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法，采用與超聲發(fā)送、接收單元連 接的超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭，所述超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭夾緊在人體待測 跟骨部，其特征在于在所述超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭前端分別設(shè)置有全干固態(tài)耦 合器，所述全干固態(tài)耦合器為干式柔性且可傳遞超聲波的介質(zhì)構(gòu)成的固狀物，所述超聲 發(fā)送探頭、超聲接收探頭由夾緊器帶動其夾緊在人體待測跟骨部，所述夾緊器由夾緊力 檢測單元、傳動機構(gòu)和微處理器控制，且所述夾緊器電連接有寬度檢測單元，依次包括 以下步驟(1)恒溫熱氣加熱單元對超聲發(fā)送探頭上的全干固態(tài)耦合器、全干固態(tài)耦合器與 人體待測跟骨部接觸處傳送熱氣以進行恒溫控制，使得全干固態(tài)耦合器、全干固態(tài)耦合 器與待測跟骨接觸處達到設(shè)定的溫度并保持此溫度；(2)夾緊力檢測單元檢測夾緊器帶動的超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭夾緊待測跟 骨部的夾緊力，當夾緊力檢測單元檢測所述夾緊力達到設(shè)定的力值時，控制夾緊器帶動 的超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭停止夾緊，夾緊過程完成；(3)當夾緊過程完成后，寬度檢測單元測量完成夾緊過程中的超聲發(fā)送探頭或超 聲接收探頭所移動的距離，再計算出夾緊過程前超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭之間間距 與超聲探頭移動距離的差值，即為待測跟骨部實際寬度；(4)激發(fā)超聲對待測跟骨部進行測量，通過超聲發(fā)送探頭向待測跟骨部發(fā)送超聲 波，超聲接收探頭接收透過待測跟骨部的超聲波，并向數(shù)據(jù)處理單元傳送超聲波數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)處理單元處理和分析數(shù)據(jù)后得到超聲波透過人體待測跟骨部的穿透衰減，結(jié)合待測 跟骨部實際寬度，采用定量超聲法分析得到骨強度指數(shù)。所述的全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法，其特征在于所述超聲 發(fā)送探頭、超聲接收探頭由同一步進電機控制的夾緊器帶動其夾緊在人體待測跟骨部， 通過由微處理器構(gòu)成的寬度檢測單元測量步進電機帶動滑塊在螺桿上移動的距離，進而 得到超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭之間間距的變化值。所述的全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法，其特征在于所述全干 固態(tài)耦合器、全干固態(tài)耦合器與夾持有超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭的人體待測跟骨部 接觸處處于恒溫熱氣加熱單元設(shè)定溫度下的恒溫環(huán)境中。所述的全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法，其特征在于還包括力 傳感器，所述力傳感器安裝在超聲發(fā)送探頭或超聲接收探頭上，或者力傳感器分別安裝 在超聲發(fā)送探頭和超聲接收探頭上，所述力傳感器與微處理器構(gòu)成的夾緊力檢測單元連
4接，微處理器檢測到超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭產(chǎn)生的夾緊力達到預設(shè)的力值時，超 聲探頭停止夾緊。本發(fā)明的有益效果為(1)本發(fā)明中的全干固態(tài)耦合器解決了超聲發(fā)送、接收探頭直接夾于跟骨表面 時，會產(chǎn)生較大的空隙，導致超聲在透過跟骨前能量損失較大的問題，本發(fā)明中的耦合 器為全干式、全固態(tài)的全干固態(tài)耦合器，可以根據(jù)不同的跟骨表面形狀而發(fā)生相應的變 化，超聲發(fā)送、接收探頭及全干固態(tài)耦合器與待測跟骨可以緊密接觸，可以最大程度地 減少超聲在空氣與待測跟骨部位之間的界面損失，使超聲在探頭與跟骨之間達到最大有 效的傳輸，更加準確反映骨強度；(2)本發(fā)明中的恒溫熱氣加熱單元對測量過程進行恒溫控制，使得全干固態(tài)耦合 器與待測跟骨部之間的溫度平衡可以迅速地達到，避免了熱量交換時間過長所產(chǎn)生的測
量誤差，使得測量精確度進一步提高；(3)本發(fā)明中的夾緊力檢測單元可以確保同一測試者不同次測量時，探頭夾緊的 力度是相同的，使得全干固態(tài)耦合器和跟骨外部的軟組織因超聲探頭擠壓時所產(chǎn)生的變 形程度基本一致，保證不同次測量時定位的重復性；同時，通過步進電機轉(zhuǎn)數(shù)進行寬度 檢測，可獲得超聲發(fā)送、接收探頭夾緊待測跟骨的實際厚度，每次測量條件一致化，使 得測量誤差最小化。


圖1為本發(fā)明方法所采用的單元的邏輯框圖。圖2為裝載全干固態(tài)耦合器的超聲探頭結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式如圖1所示。恒溫熱氣加熱單元1.2產(chǎn)生熱氣進行恒溫控制；夾緊力檢測單 元1.3在超聲發(fā)送、接收探頭及全干固態(tài)耦合器1.1夾緊過程中對夾緊力檢測；在超聲發(fā) 送、接收探頭及全干固態(tài)耦合器1.1夾緊后，寬度檢測單元1.4對實際待測跟骨寬度進行 檢測；數(shù)據(jù)處理單元1.5處理和分析采集到的數(shù)據(jù)；首先啟動恒溫熱氣加熱單元1.2進行溫度控制，使整個測試過程處于一個恒溫環(huán) 境中進行；同時，將待測跟骨放置于超聲探頭之間，讓超聲探頭夾緊待測跟骨，通過夾 緊力檢測單元1.3檢測夾緊力大小，使超聲探頭在設(shè)定的力值下夾緊跟骨；當夾緊過程完 成后，利用寬度檢測單元1.4測量出實際待測跟骨寬度；最后，數(shù)據(jù)處理單元1.5處理和 分析采集到的數(shù)據(jù)。如圖2所示。耦合器2.1為全干式、全固態(tài)的全干固態(tài)耦合器，全干固態(tài)耦合器 為硬度可調(diào)且可傳遞超聲波的介質(zhì)構(gòu)成的固狀物。裝載于超聲發(fā)送探頭2.2、超聲接收探 頭2.3表面上。本發(fā)明中，全干固態(tài)耦合器位于超聲發(fā)送、接收探頭與測量部位之間，當超聲 發(fā)送、接收探頭夾緊待測跟骨時，全干固態(tài)耦合器的形態(tài)可以根據(jù)待測跟骨部的不規(guī)則 形狀而相應地變化，使其與跟骨緊密接觸。恒溫熱氣加熱單元首先設(shè)定合適的測量溫度，再通過產(chǎn)生的熱氣對全干固態(tài)耦合器及全干固態(tài)耦合器與跟骨接觸處進行溫度控制，使其達到設(shè)定值并在測量過程中保 持恒定值。夾緊力檢測單元檢測超聲探頭夾緊跟骨時產(chǎn)生的夾緊力，當夾緊力達到設(shè)定的 力值時，超聲探頭停止夾緊。跟骨寬度檢測單元利用超聲探頭所夾緊的跟骨寬度應等于超聲探頭之間的初始 距離減去超聲探頭所移動的距離。數(shù)據(jù)處理單元對數(shù)據(jù)進行處理和分析，得到測試結(jié)果。
權(quán)利要求
1.全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法，采用與超聲發(fā)送、接收單元連接 的超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭，所述超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭夾緊在人體待測跟 骨部，其特征在于在所述超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭前端分別設(shè)置有全干固態(tài)耦合 器，所述全干固態(tài)耦合器為干式柔性且可傳遞超聲波的介質(zhì)構(gòu)成的固狀物，所述超聲發(fā) 送探頭、超聲接收探頭由夾緊器帶動其夾緊在人體待測跟骨部，所述夾緊器由夾緊力檢 測單元、傳動機構(gòu)和微處理器控制，且所述夾緊器電連接有寬度檢測單元，依次包括以 下步驟(1)恒溫熱氣加熱單元對超聲發(fā)送探頭上的全干固態(tài)耦合器、全干固態(tài)耦合器與人體 待測跟骨部接觸處傳送熱氣以進行恒溫控制，使得全干固態(tài)耦合器、全干固態(tài)耦合器與 待測跟骨接觸處達到設(shè)定的溫度并保持此溫度；(2)夾緊力檢測單元檢測夾緊器帶動的超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭夾緊待測跟骨部 的夾緊力，當夾緊力檢測單元檢測所述夾緊力達到設(shè)定的力值時，控制夾緊器帶動的超 聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭停止夾緊，夾緊過程完成；(3)當夾緊過程完成后，寬度檢測單元測量完成夾緊過程中的超聲發(fā)送探頭或超聲接 收探頭所移動的距離，再計算出夾緊過程前超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭之間間距與超 聲探頭移動距離的差值，即為待測跟骨部實際寬度；(4)激發(fā)超聲對待測跟骨部進行測量，通過超聲發(fā)送探頭向待測跟骨部發(fā)送超聲波， 超聲接收探頭接收透過待測跟骨部的超聲波，并向數(shù)據(jù)處理單元傳送超聲波數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù) 處理單元處理和分析數(shù)據(jù)后得到超聲波透過人體待測跟骨部的穿透衰減，結(jié)合待測跟骨 部實際寬度，采用定量超聲法分析得到骨強度指數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法，其特征在 于所述全干固態(tài)耦合器、全干固態(tài)耦合器與夾持有超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭的人 體待測跟骨部接觸處處于恒溫熱氣加熱單元設(shè)定溫度下的恒溫環(huán)境中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法，其特征在 于還包括力傳感器，所述力傳感器安裝在超聲發(fā)送探頭或超聲接收探頭上，或者力傳 感器分別安裝在超聲發(fā)送探頭和超聲接收探頭上，所述力傳感器與微處理器構(gòu)成的夾緊 力檢測單元連接，微處理器檢測到超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭產(chǎn)生的夾緊力達到預設(shè) 的力值時，超聲探頭停止夾緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法，其特征在 于所述超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭由同一步進電機控制的夾緊器帶動其夾緊在人體 待測跟骨部，通過由微處理器構(gòu)成的寬度檢測單元測量步進電機帶動滑塊在螺桿上所移 動的距離，進而得到超聲發(fā)送探頭、超聲接收探頭之間間距的變化值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全干固態(tài)耦合式跟骨超聲骨強度指數(shù)檢測方法，該方法采用全干式、全固態(tài)耦合器，通過恒溫熱氣加熱單元對測量過程進行恒溫控制，同時采用夾緊力檢測單元和寬度檢測單元對夾緊力進行檢測及寬度檢測，確保每次測量條件一致化，使得測量誤差最小化，準確反映骨強度指數(shù)。
文檔編號A61B8/08GK102008320SQ20101057963
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者占禮葵, 孫怡寧, 徐玉兵, 李文, 王杰, 陳衛(wèi), 陳焱焱, 馬祖長 申請人:中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院