CN102440759A - 骨科诊断的测量与判断方法 - Google Patents

Abstract

一种骨科诊断的测量与判断方法，包含提供受测者的骨的共振频率、骨长度、受测者的校正参数，接着将根据共振频率、骨长度及校正参数套入公式中计算以求出此骨的骨质密度。校正参数可为周长参数或重量参数。此方法更通过比较输入的基频振幅与产生的谐波振幅判断人工髋关节是否松脱。

Description

骨科诊断的测量与判断方法

技术领域

本发明涉及一种骨科诊断的测量与判断方法，且特别涉及一种同时测量骨质密度与判断人工髋关节是否松脱的方法。

背景技术

随着工业以及经济的繁荣发展，国民平均寿命不断延长且有逐年增加的趋势，骨质疏松症及退化性关节炎所造成的疼痛对老年人是一大冲击。骨质疏松症所引起的问题包括骨质密度低，造成易骨折及医疗花费等。而退化性关节炎则会造成关节疼痛及损坏，严重时必须进行人工关节置换。

取得人体骨质密度及髋关节松脱与否的信息时，其中一个方法是利用振动的方式作为信号输入源，通过传递振动波至人体的皮肤表面，振动波经皮肤表面传至体内，并使用感测器测量出自体内所反射的反射波，分析反射波的信息即可用来计算出骨质密度及髋关节松脱与否的结果，以评估骨胳品质的好坏、提供确定治疗方式的信息。

此外，传统上必须分别针对人体骨质密度髋关节松脱与否进行测量，无法于同次测量中同时判断人体骨质密度及髋关节松脱与否，故对受测者而言不仅耗时，且医疗成本相对较高。

因此，如何进一步地提升骨质密度测量与髋关节松脱判断的准确度及效率，便成为一个重要的课题。

发明内容

因此本发明的目的就是在提供一种骨科诊断的测量与判断方法，用以提升骨质密度测量的准确性以及提高人工髋关节松脱的筛检效率。

依照本发明一实施例，提出一种骨科诊断的测量与判断方法，包含提供受测者的骨的共振频率，提供此骨的骨长度，提供受测者的校正参数，校正参数可为周长参数或重量参数，接着根据共振频率、骨长度及校正参数以求出此骨的骨质密度。

此骨可为股骨，校正参数可为受测者的手腕周长，骨质密度根据公式EST BD＝CL²f求出，其中EST BD为骨质密度，C为手腕周长，L为骨长度，f为共振频率。或者，此骨可为股骨，校正参数可为受测者的体重，骨质密度根据公式

求出，其中EST BD为骨质密度，w为体重，L为骨长度，f为共振频率。

骨科诊断的测量与判断方法包含将振动源及感测器分别放置于股骨的远体端及近体端。振动源可以对受测者进行扫频振动，使感测器取得共振频率。振动源可对股骨进行定频振动。判断髋关节是否松脱时，可以提供受测者的基频振幅以及谐波振幅。当谐波振幅大于在基频振幅的一半时，视为人工髋关节松脱。

本方法主要是将振动源及感测器放置于受测者的指定位置，通过感测器所收集到的数据进行分析，此试验方法具有非侵入式、不具有放射性、且耗时相对较短等优点。本方法更搭配适当地加入对应于骨头长度(如股骨长度)、对应于骨头周长(如手腕周长)、对应于骨头重量(如体重)的参数修正，大幅提高了骨质密度测量的准确性。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的详细说明如下：

图1为本发明的第一实施例的EST BD与BMD测试结果的关系图。

图2本发明的第二实施例的EST BD与BMD测试结果的关系图。

图3为髋关节松脱者应用本发明第三实施例的测试结果。

图4为髋关节无松脱者应用本发明第三实施例的测试结果。

图5是绘示本发明的骨科诊断的测量与判断方法一实施例的流程图。

【主要元件符号说明】

110：基频

120：谐波

210：基频

220：谐波

510～590：步骤

具体实施方式

以下将以附图及详细说明清楚说明本发明的精神，本领域技术人员在了解本发明的优选实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

本发明提出的骨科诊断的测量与判断方法，主要是利用低频振动源做为信号输入源，将振动源放置在受测者的振动位置，在一具体实施例中，振动位置贴近于受测者的膝盖附近，较佳地，贴近受测者股骨的远体端；接着将感测器依指定位置放置于感测位置，在一具体实施例中，感测位置贴近受测者的臀部下缘，较佳地为贴近受测者股骨的近体端，更加地为贴近股骨的大转子(Great Trochanter)，以通过感测器所提供的测量结果同时测量骨质密度以及判断人工髋关节是否松脱。

当进行骨质密度测量时，振动源可以在低频区间，如30Hz到200Hz之间来回地进行多次扫频，使得感测器可以取得受测者较佳的共振频率，以做为骨质密度的判断依据。但由于仅依靠共振频率进行测量判断时，共振频率与骨质密度之间的相关性不是十分理想，因此，本发明更进一步考量人体参数对于骨质密度的影响而加入人体长度参数，例如搭配人体周长或是人体重量等参数，以有效提升骨质密度测量的准确性。

当进行人工髋关节松脱测试时，振动源可以在低频区间挑选多个频率做为振动输入信号，进行定频振动。如果是感测器发现到明显的谐波，表示人工髋关节有松脱的可能。本发明的骨科诊断的测量与判断方法可以同时有效提升骨科诊断的准确性及测试效率。

请参见公式(1)的振动方程式：

$f_n={\mathrm{\α}}_n\sqrt{\frac{\mathrm{EI}}{\mathrm{\ρ}{\mathrm{AL}}^4}}$ 公式(1)

其中f_n为物体共振频率，α为常数，E为杨氏参数，I为惯量，ρ为物体密度，A为物体面积，L为物体长度。

由公式(1)可知，物体的密度与其几何形状与其共振频率有关，其中又以物体长度对于物体共振频率的影响最大。因此，适当地加入人体长度参数，尤其是骨头的长度进行修正，对于提升骨质密度测量的准确性有着一定程度的帮助。此外，如果将感测位置设置于人工髋关节的股骨处，则在测量骨质密度同时可一并测量人工髋关节是否松脱，又股骨具有贴近皮肤表面的优点，因此，感测器可直接地求取反射波而不易出现失真的情形。

因此，较佳地，测量时以股骨的两端分别作为振动源与感测器所接触的对象。本发明的测量方法非限定于用股骨测量，也可采用其他合适的骨骼部位。为方便起见，以下均以股骨为例，但不限于股骨，进行说明。

为进一步地提升骨质密度测量的准确性，除股骨长度之外，更可以适当地加入其他人体参数做为修正项。例如，可以股骨周长或是股骨重量。虽然股骨周长或是股骨重量较难直接取得，但由于人体各部位的比例有一定的关系，因此，可用身体特定部位的周长来代表股骨的平均周长，用身体重量估算股骨重量。通过加入上述参数修正骨质密度测量的准确性。

第一实施例

由于人体比例具有一定关系，通过人体特定部位周长表示股骨周长，并测量股骨邻近皮肤的两端点(大转子及外上踝)之间的长度以代表股骨长度，结合前述的振动源多次低频扫频测得的共振频率后代入公式(1)。由于振动于不规则非均质物体上难以估算，故忽略惯量I，化简公式(1)之后得到公式(2)如下：

EST BD＝CL²f    公式(2)

其中EST BD代表骨质密度，C为手腕周长，L为股骨长度，f为仪器量得的股骨的共振频率。将使用本实施例的仪器测得的EST BD与双能量X光吸收测量法(Dual Energy X-ray Absorptiometry；DEXA)所测量得到的BMD比较结果如图1。

图1为受测者分别使用应用本方法的振动源测量以及双能量X光吸收测量法的关系图。其中X轴为应用本实施例取得的EST BD，Y轴为应用双能量X光吸收测量法取得的BMD。以股骨骨质密度测量为例，使用双能量X光吸收测量法约需费时15-20分钟，使用本方法的振动源测量仅需约2-3分钟。双能量X光吸收测量法虽然非常费时，但仍为目前公认准确度最高的骨质密度测量方法，应用本方法的振动源测量的时间可以大幅缩短，且与双能量X光吸收测量法测得的相关性R²可达0.7277。

第二实施例

因体重与骨胳重量直接相关，因此在假设单一长度上的面积与密度皆一致的前提下，可以直接将体重带入公式(1)，化简公式(1)并省略惯量I之后，得到公式(3)如下：

$\mathrm{EST\; BD}=\sqrt[3]{f^{2}w{L}^3}$ 公式(3)

其中EST BD代表骨质密度，f为仪器量得的股骨的共振频率，w为体重，L为股骨长度。将使用本实施例的仪器测得的EST BD与双能量X光吸收测量法所测量得到的BMD比较结果如图2。

图2为受测者分别使用应用本方法的振动源测量以及双能量X光吸收测量法的关系图。其中X轴为应用本实施例取得的EST BD，Y轴为应用双能量X光吸收测量法取得的BMD。由图可知，本实施例与双能量X光吸收测量法测得的相关性R²可达0.7292。

应用本方法测量骨质密度时，可以选择性地在公式(2)及公式(3)加入常数k₁、k₂，使经由本方法测得的EST BD可以转换为对应的BMD值，以供受测者参考。

第三实施例

当测量髋关节是否松脱(此处所指的髋关节松脱主要系指置换后的人工股骨球头段与原股骨段松脱的情形)，同样可以利用振动源输入定频的低频信号至股骨，接着观测是否有明显的谐波产生，如果有明显谐波产生，则代表人工股骨端点段与原股骨段有松脱的可能。

在振动频率的选择上，由于股骨的共振频率约为100Hz左右，而软组织的共振频率则不超过50Hz，故进行髋关节松脱试验时，可以选择50Hz至200Hz之间输入信号作为基频，并观察50Hz至200Hz之间是否出现明显的谐波。如谐波振幅/基频频率振幅大于50％，则代表有明显谐波产生，人工髋关节有松脱的可能。

本实施例中，振动源分别以50Hz、60Hz、70Hz、80Hz、90Hz、100Hz、110Hz、120Hz、130Hz、140Hz、150Hz各进行10秒的定频输入，通过感测器提供观测到最大的谐波，如图3及图4所示。

图3中，当输入基频110为100Hz左右时，观测到有最大谐波120，受测者的基频振幅约为0.13信号强度(signal magnitude)，所观测到的最大谐波120的频率约在200Hz，振幅约在0.08。由于谐波120的振幅超过在基频110的振幅的一半，视为明显谐波，故判定此受测者人工髋关节松脱。后经高阶仪器进一步分析后确认为人工髋关节松脱。

图4中，当输入基频210为100Hz左右时，观测到有最大谐波220，受测者的基频振幅约为0.2信号强度，所观测到最大谐波220的频率约为200Hz，振幅约在0.06。由于谐波220的振幅未超过基频210的振幅的一半，不视为明显谐波，故判定此受测者的人工髋关节为正常。后经高阶仪器进一步分析后确认为人工髋关节无松脱。

如上所述，多组受测者在取得试验结果之后，再经过高阶仪器进一步分析，两次得到的结果均相同，故本方法在初步筛选受测者人工髋关节是否松脱的准确性相当高，可以有效节省筛检所需要的时间。

参照图5，其是绘示本发明的骨科诊断的测量与判断方法一实施例的流程图。步骤510为放置振动源与感测器于受测者的指定部位，步骤520为提供受测者的骨的共振频率，步骤530为提供该骨的骨长度，步骤540为提供受测者的校正参数，步骤550为套入共振频率、骨长度及校正参数于公式中，以求出该骨的骨质密度。步骤560为提供受测者的基频振幅与谐波振幅，步骤570为比较谐波振幅是否大于基频振幅的一半，如果是，则进入步骤580，判定为人工髋关节松脱；若不是，则进入步骤590，判定为人工髋关节未松脱。

步骤520中振动源在低频区间来回进行多次扫频振动，以取得共振频率。步骤540中的校正参数可以为周长参数或是重量参数，其中选择股骨测试，校正参数为受测者的手腕周长时，步骤550所套入的公式为EST BD＝CL²f，其中EST BD为骨质密度，C为手腕周长，L为骨长度，f为共振频率。步骤540中若选择股骨测试，校正参数为受测者的体重时，步骤550中所套入的公式为

其中EST BD为骨质密度，w为体重，L为骨长度，f为共振频率。步骤560中包含使振动源在低频区间进行多次定频振动，以感测器观测所产生的谐波，并以观测到最大的谐波及此时的基频的振幅进行比较。

由上述本发明优选实施例可知，应用本发明具有下列优点。本方法主要是将振动源及感测器放置于受测者的指定位置，通过感测器所收集到的数据进行分析，此试验方法具有非侵入式、不具有放射性、且耗时相对较短等优点。本方法更搭配适当地加入对应于骨头长度(如股骨长度)、对应于骨头周长(如手腕周长)、对应于骨头重量(如体重)的参数修正，大幅提高了骨质密度测量的准确性。

虽然本发明已以一优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种骨科诊断的测量与判断方法，包含：

提供一骨的一共振频率；

提供该骨的一骨长度；

提供一校正参数；以及

根据该共振频率、该骨长度及该校正参数计算该骨的一骨质密度。

2.如权利要求1所述的骨科诊断的测量与判断方法，其中该骨为股骨，该校正参数为一手腕周长，该骨质密度通过下列公式计算得到

EST BD＝CL²f，

其中EST BD为该骨质密度，C为该手腕周长，L为该股骨长度，f为该共振频率。

3.如权利要求1所述的骨科诊断的测量与判断方法，其中该骨为股骨，该校正参数为一体重，该骨质密度通过下列公式计算得到

$\mathrm{EST\; BD}=\sqrt[3]{f^{2}w{L}^3},$

其中EST BD为该骨质密度，w为该体重，L为该股骨长度，f为该共振频率。

4.如权利要求1所述的骨科诊断的测量与判断方法，其中该骨为股骨。

5.如权利要求4所述的骨科诊断的测量与判断方法，在提供该股骨的该共振频率之前，还包含将一振动源及一感测器分别放置于该股骨的远体端及近体端。

6.如权利要求5所述的骨科诊断的测量与判断方法，其中该振动源进行扫频振动，使该感测器取得该共振频率。

7.如权利要求5所述的骨科诊断的测量与判断方法，其中该振动源对该股骨进行定频振动。

8.如权利要求7所述的骨科诊断的测量与判断方法，还包含取得一基频振幅以及一谐波振幅。

9.如权利要求7所述的骨科诊断的测量与判断方法，其中当该谐波振幅大于该基频振幅的一特定比例时，视为人工髋关节松脱。

10.如权利要求9所述的骨科诊断的测量与判断方法，其中该特定比例为50％。

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