CN1067572A - 一种无创性人体骨盐测量方法及自动测量仪 - Google Patents

一种无创性人体骨盐测量方法及自动测量仪 Download PDF

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徐顺清
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Abstract

本发明涉及了一种骨盐的测量方法及测量仪，许 多疾病都有骨盐含量的改变，测量骨盐含量是研究这 些疾病的重要研究手段。本发明是将参比铝条与被 测量的骨部位同时拍片，通过扫描X片来间接测量 人体骨盐含量，而后通过测量仪对光密度信息进行分 析。就可计算出长骨某一部位的骨盐含量并打印出 结果。本发明可测量多个部位的骨盐含量。本发明 测量结果准确，性价比高，性能稳定，体积小，重量轻， 使用方便。

Description

本发明涉及了一种骨盐的测量方法及测量仪。
许多疾病都有骨盐含量的改变，如老年性骨质疏松，小儿佝偻病，地方性氟病，内分泌疾病，镉等化学物质中毒等，测量骨盐含量是研究这些疾病的重要研究手段。目前无创性测量人体骨盐含量的仪器有：单光子吸收骨盐测量仪，双光子吸收骨盐测量仪，双能X线吸收骨盐测量仪和X线计算断层扫描仪，这些仪器均需进口，但价格昂贵，设备庞大，价格较便宜的单光子骨盐测量仪价格亦达1万美元，且只能测量尺骨和挠骨的骨盐含量。
本发明的目的就是提供一种简便易行，适用范围较广的高精度骨盐测量方法及测量仪，以克服上述的不足。
本发明按其功能分三部分：当电转换器件，机械扫描装置和微机控制系统。本发明的理论依据是：骨骼X片上的明暗变化（光密度）反映骨骼中的无机盐含量的变化，将骨骼X片上的光密度与同时拍下的铝条的光密度进行比较即可计算出骨骼的骨盐含量。通过光纤传来的小光束透过X片投射到光电传感器上，X片上的光密度信息就变成了电信号，利用机械扫描装置对X片进行扫描，就可得到骨骼和铝条的光密度信息，然后经放大、模/数转换将光电信号变成计算机可识别的数字信号，利用微机的图形识别程序和数据处理程序对光密度信息进行分析，即可计算出长骨某一部位的骨盐含量并打印出计算结果。
光电转换和机械扫描装置的功能是将骨骼X片上的光密度信息转变成电信号。光电转换部分由直流稳压电源、聚焦灯泡、光纤、硅光电池及线性放大器LM747组成。在不做扫描的情况下光电流变化＜1%。本仪采用丝杆作为机械扫描的传动装置，扫描速度为1.60mm/秒。
本发明以单片微机为信息处理中心，由于单片机具有集成度高、体积小、可靠性强、价格便宜等特点，在智能仪表方面得到了广泛应用。本发明选用MCS-51系列的8031芯片作为该系统的核心，以ADCO809为模/数转换器件，分别配以EPROM2764和RAM6264作为程序存储器和数据存贮器。由于8031管脚的限制，8031的PO口既做地址总线的低八位又做数据总线，为达到分时复用的目的，与地址锁存器相连，单片机的地址分配由地址译码器决定。由D8255可编程I/O芯片提供三个并行口直接驱动打印机和扫描开关。并扩展5×5键盘和六个数码管做为人机界面，从而构成了一个性能价格比理想的单片机应用系统。
微机软件实现对扫描开关的控制，采样，图形识别、计算骨盐含量和打印。此外，还对光电流的非线性变化和飘移进行修正。为计算骨盐含量，首先必须识别软组织与骨，骨皮质与髓腔之间的分界。为此，本发明采用差分阀值法来识别扫描曲线的临界点A、B、C、D、E、F。在图中每一点的黑度值都相对应一个特定的铝厚值，本发明先将光密度值换算成铝厚度值yi，然后对骨骼曲线的yi值进行积分得∑GS。然后可计算出骨皮质指数和骨盐含量。
骨皮质指数＝（tB-tA+tD-tC）/（tD-tA）×100%
骨盐含量＝R·∑GS/（tD-tA）
R为每毫米铝厚相当的骨盐含量，骨盐含量的单位为g/cm2。
本发明程序为五部分组成，主程序和四个功能子程序，主程序实现初始化并提示用户选择功能子程序，子程序1执行对骨骼X片的扫描和数字滤波等，子程序2执行时参比体X片的扫描和数字滤液，子程序3实现图形识别，换算及计算，子程序4驱动打印机打印结果。
本发明仪通过扫描X片来间接测量人体骨盐含量。首先将参比铝条与被测量的骨部位同时拍片，拍片时，铝条横放于肢体下方，铝条与被测长骨垂直。参比铝条的横断面为梯形。拍片时X线球管中心对准铝条与骨交界处，拍片条件因部位而异。然后对X片进行扫描，先对骨进行扫描，而后对铝条进行扫描，而后仪器将自动分析计算并打印出骨皮质指数和骨盐含量。
本发明测量结果准确，与标准灰化法做比较，二者结果十分相近，二者之间无显著性差异。该仪重复性良好，重复性误差＜2%;本发明可测量多个部位的骨盐含量，而进口单元子吸收骨盐测量仪多只能测量尺骨和桡骨的骨盐含量。本发明在性能价格比方面比进口单光子骨盐测量仪优越得多，该仪功能比进口更为齐全，而价格只能进口仪的十分之一。本发明通过X片间接测量骨盐含量，患者不必亲自前来测量，只需在当地医院拍摄一张X片即可，这一点对于大面积的人群骨质疏松症的筛选来极为重要。本发明性能稳定，体积小，重量轻，使用方便。
图1为本发明的工作原理和基本结构示意图。
图2为骨骼和铝条的光密度曲线图。
图3为微机控制系统的硬件原理图。
图4为图形识别和光密度换算原理示意图。
图5为本发明的程序框图。
图6为以股骨为例拍摄的X片图。
下面结合实施例进一步描述本发明。
仪器的重复性是仪器性能的一项重要指标，为验证仪器本身的重复性，发明人对同一部位X片进行了10次扫描，每次扫描结果如表1所示，从表1可以看出，测量结果之间有很好的重复性，10次测量误差＜2.50%。
表1  测量仪的测量重复性
Figure 921040113_IMG1
2、拍片条件和胶片冲洗上不同对X线光密度法测量骨盐含量的影响是不可忽视的。为分析这种影响的大小，我们分别在同济医院、协和医院、武汉市一医院、军工医院、武汉市二医院拍摄了同一志愿者的尺桡骨远端正位片，然后对用测量仪五张X片进行扫描，测量结果如表2所示，五家医院条件各不相同，但对同一检查部位来说，其骨盐测量结果十分相近，误差仅为1.99%。
表2  不同拍片条件对测量结果的影响
Figure 921040113_IMG2
3、为验证本发明测量的准确性我们将该仪的测量结果与标准灰化法的测量结果进行了比较（表3），两组结果之间没有显著性差异。（P＞0.10）。
表3  测量仪与灰化法结果比较
测量方法 同拟样本数 X(g/cm) S P＞1.0
研制仪 17 1.824 0.246
灰化法 17 1.830 0.233
4、用改良光密度法测量了209例正常中老年人的股骨骨盐含量，测量结果如表4所示。同一年龄组男姓骨盐含量高于女性，二者之间的差异无显著性，50岁组和60岁之间及60岁组与70岁组之间的差异有显著性意义;女性年龄组之间的差异均有显著意义。从结果可以看出，男性从50岁开始，女性从40岁开始，骨盐含量随增龄而减少。这与高精度的双光子吸收法测得的结果基本相符，但本发明简便易行，故可广泛用于增龄性骨质疏松的早期筛选。
表4  骨盐含量值的年龄性别分布
Figure 921040113_IMG3
注：1、两性同一年龄组间的骨盐含量均有显著性差异。
2、男性平均变异系数（CV）为0.12，女性为0.11。

Claims (2)

1、一种无创性人体骨盐测量方法，其特征在于：通过扫描X片来间接测量人体骨盐含量，首先将参比铝条与被测量的骨部位同时拍片，拍片时，铝条横放于肢体下方，铝条与被测长骨垂直，参比铝条的横断面为梯形，拍片时X线球管中心对准铝条与骨交界处，拍片时条件因部位而异，然后对X片进行扫描，先对骨进行扫描，后对铝条进行扫描，而后测量仪自动分析计算并打印出骨皮质指数和骨盐含量。
2、一种无创性人体骨盐自动测量仪，其特征在于：通过小光纤传来的小光束透过X片投射到光电传感器上，X片上的光密度信息就变成了电信号，利用机械扫描装置对X片进行扫描，就可以得到骨骼和铝条的光密度信息，然后经放大、模/数转换将光电信号变成计算机可识别的数字信号，利用微机的图形识别程序和数据处理程序对光密度信息进行分析，即可计算出长骨某一部位的骨盐含量并打印出计算结果。
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CN103415251A (zh) * 2011-02-28 2013-11-27 日立阿洛卡医疗株式会社 骨密度测量装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103415251A (zh) * 2011-02-28 2013-11-27 日立阿洛卡医疗株式会社 骨密度测量装置
CN103415251B (zh) * 2011-02-28 2015-09-23 日立阿洛卡医疗株式会社 骨密度测量装置

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