CN111265249A - 一种骨密度分析仪及其控制电路 - Google Patents

Abstract

一种骨密度分析仪的控制电路及骨密度分析仪，其包括：信号输出组件、速度检测组件以及控制组件；信号输出组件将超声脉冲波按照预设入射方向向待检测骨骼输出；速度检测组件检测超声脉冲波在待检测骨骼中的传播速度，得到速度检测值；控制组件根据速度检测值和预设平均值之间的比值获取待检测骨骼的检测结果；本实施例根据超声脉冲波在待检测骨骼中的传播速度获取待检测骨骼的骨密度，避免了生物体在骨密度检测过程中遭受有害辐射。

Description

一种骨密度分析仪及其控制电路

技术领域

本申请属于电子电路技术领域，尤其涉及一种骨密度分析仪的控制电路及 骨密度分析仪。

背景技术

骨密度代表骨骼矿物质密度，是骨骼强度的一个重要指标；比如骨密度能 够反应人体的骨质疏松程度，其成为了预防骨折危险性的重要参考因素；技术 人员根据骨骼的骨密度能够精确地判别出与骨骼相关的各项生理指标，其在医 学领域、生物领域上具有普遍的应用；然而传统技术获取骨密度时，需要采用 一些化学方法对骨骼进行化学反应，或者采用X射线探索骨骼的分子结构，以 获取骨密度；传统的骨密度分析方法对待测物体存在潜在的辐射损害，尤其对 人体骨骼进行骨密度分析时，对人体健康的损害过大。

发明内容

本申请的目的在于提供一种骨密度分析仪的控制电路及骨密度分析仪，旨 在解决传统的骨密度分析仪对骨密度进行分析时，对待测生物体存在较大的辐 射损害的问题。

本申请实施例的第一方面提了一种骨密度分析仪的控制电路，包括：

被配置为将超声脉冲波按照预设入射方向向待检测骨骼输出的信号输出组 件；

与所述信号输出组件连接，被配置为检测所述超声脉冲波在所述待检测骨 骼中的传播速度，得到速度检测值的速度检测组件；以及

与所述速度检测组件连接，被配置为得到所述速度检测值和预设平均值之 间的实际标准差，并根据所述实际标准差与预设标准差之间的比值获取所述待 检测骨骼的检测结果的控制组件。

在其中的一个实施例中，还包括：

与所述信号输出组件连接，被配置为检测所述待检测骨骼所处的预设区域 的温度，并显示温度检测值的温度检测组件；和

与所述温度检测组件及所述信号输出组件连接，被配置为在所述温度检测 值超出预设温度范围时，对所述预设区域的温度进行调节的温度调节组件。

在其中的一个实施例中，所述信号输出组件包括至少两个探头。

在其中的一个实施例中，还包括：

与所述信号输出组件连接，被配置为录入所述待检测骨骼的身份信息的信 号录入组件；和

与所述控制组件连接，被配置为对所述检测结果和身份信息进行存储的信 号存储组件。

在其中的一个实施例中，还包括：

与所述控制组件连接，被配置为根据所述检测结果获取待检测骨骼的故密 度是否处于正常范围，并生成状态指示信号的分析组件。

在其中的一个实施例中，还包括：

连接于所述控制组件与所述分析组件之间，被配置为对所述检测结果进行 格式转换并输出的信号传输组件。

在其中的一个实施例中，所述信号传输组件包括：

通信芯片、第一电感、第一电容、第二电容、第三电容以及第一晶振；

所述通信芯片的数字电源管脚和所述第一电感的第一端共接于第一直流电 源，所述第一电感的第二端和所述第一电容的第一端共接于所述通信芯片的模 拟电源管脚，所述第一电容的第二端接地；

所述第一晶振的第一端和所述第三电容的第一端共接于所述通信芯片的振 荡输出管脚，所述第三电容的第二端接地，所述第一晶振的第二端和所述第二 电容的第一端共接于所述通信芯片的振荡输入管脚，所述第二电容的第二端接 地；

所述通信芯片的信号输入管脚接所述控制组件，所述通信芯片的信号输出 管脚接所述分析组件。

在其中的一个实施例中，还包括：

连接于所述信号输出组件与所述速度检测组件之间，被配置为对所述超声 脉冲波进行噪声抑制和放大的信号处理组件。

在其中的一个实施例中，所述信号处理组件包括：

放大芯片、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容以及第 九电容；

所述放大芯片的电源驱动管脚、所述第四电容的第一端以及所述第五电容 的第一端共接于第二直流电源，所述第四电容的第二端接地，所述第五电容的 第二端接地；

所述放大芯片的超声输入管脚接所述第六电容的第一端，所述第六电容的 第二端接所述信号输出组件；

所述第八电容的第一端接所述放大芯片的第一本振输入管脚，所述第八电 容的第二端接所述放大芯片的电源输入管脚；

所述第九电容的第一端接所述放大芯片的电源控制管脚，所述第九电容的 第二端接所述放大芯片的第二本振输入管脚；

所述放大芯片的正相输出端接所述第七电容的第一端，所述放大芯片的负 相输出端和所述第七电容的第二端均接所述速度检测组件。

本申请实施例的第二方面提了一种骨密度分析仪，包括：如上所述的骨密 度分析仪的控制电路。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的骨密度分析仪的 控制电路根据超声脉冲波在待检测骨骼中的传播速度获取待检测骨骼的骨密 度，避免了与待检测骨骼相关的生物体遭受有害辐射；并且控制组件采用比值 的形式作为骨密度的表征量，简化了骨密度的检测步骤，给骨密度检测过程带 来极大的便捷。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的骨密度分析仪的控制电路的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的骨密度分析仪的控制电路的另一种结构示意 图；

图3为本申请一实施例提供的超声脉冲波在待检测骨骼内的传播示意图；

图4为本申请一实施例提供的信号传输组件的电路结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的信号处理组件的电路结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的骨密度分析仪的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描 述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为 指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有 “第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。 在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的 限定。

需要说明的是，本文中所指的“待检测骨骼”为人体的骨骼或者其他动物 的骨骼。

需要说明的是，超声作为一种安全、经济有效的能量形式，其已被医学界 广泛接受；比如超声可以用于获得心脏或胎儿的在体图像。此外，通过测量与 在相关介质中信号传播有关的各类参数，超声也能以定量模式使用；定量超声 正快速成为一种可接受的方法；该方法对比其它传统能量形式，如放射线、X 光、CT等，超声检测不存在潜在的辐射损害，在对骨密度检测过程中，避免了 不必要地让生物体暴露于有害辐射中。

图1示出了本申请较佳实施例提供的骨密度分析仪的控制电路10的结构示 意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

控制电路10包括：信号输出组件101、速度检测组件102以及控制组件103。

信号输出组件101被配置为将超声脉冲波按照预设入射方向向待检测骨骼 输出。

其中，输出的超声脉冲波具有预设频率范围，信号输出组件101输出的超 声脉冲波具有预设的传播速度，比如预设的传播速度为2500m/s；具体的，信 号输出组件101与待检测骨骼相对设置，待检测骨骼能够直接接收超声脉冲波， 并且超声脉冲波在待检测骨骼中进行反射和折射。

速度检测组件102与信号输出组件101连接，被配置为检测超声脉冲波在 待检测骨骼中的传播速度，得到速度检测值。

当骨骼的骨密度不相同时，超声脉冲波在待检测骨骼中的传播速度也不相 同，根据超声脉冲波在待检测骨骼中的传播速度可分析得到待检测骨骼的分子 结构信息。

控制组件103与速度检测组件102连接，被配置为得到速度检测值和预设 平均值之间的实际标准差，并根据实际标准差与预设标准差之间的比值获取待 检测骨骼的检测结果。

可选的，预设平均值为超声脉冲波在待检测骨骼中的传播速度参考量；具 体的，根据待检测骨骼的属性得到预设平均值，比如，若待检测骨骼属于20 岁男性人类的骨骼，则将20岁男性人类骨骼中超声脉冲波的平均传播速度作为 预设平均值；根据速度检测值与预设平均值之间的实际标准差获取待检测骨骼 的骨密度高低，实现了骨密度定量化测量。

具体的，在得到速度检测值与预设平均值之间的实际标准差之后，根据实 际标准差与预设标准差之间的比值能够获取待检测骨骼的各项特征信息，其中 预设标准差为提前设定；比如，待检测骨骼的检测结果包括：待检测骨骼的骨 质指数、相对骨折风险、预期发生骨质疏松的年龄等；当待检测骨骼的骨密度 越高时，骨质指数越大。

本实施例采用比值形式表征待检测骨骼的检测结果，检测结果更加直观。

作为一种可选的实施方式，控制电路10还包括：显示组件104，显示组件 104与控制组件103连接，显示组件104用于显示速度检测值和实际标准差； 可选的，显示组件104包括显示屏，用户根据显示组件104的显示结果直观地 获取待检测骨骼的骨密度。

作为一种可选的实施方式，图2示出了本实施例提供的控制电路10的另一 种结构示意，相比于图1中控制电路10的结构示意，图2中的控制电路10还 包括：温度检测组件105和温度调节组件106，温度检测组件105与信号输出 组件101连接，被配置为检测待检测骨骼所处的预设区域的温度，并显示温度 检测值.

预设区域为：以待检测骨骼为中心的周围环境；当信号输出组件101输出 超声波脉冲时，通过温度检测组件105能够检测超声波脉冲波所处的外界环境 温度。

温度调节组件106与温度检测组件105及信号输出组件101连接，被配置 为在温度检测值超出预设温度范围时，对预设区域的温度进行调节。

示例性的，预设温度范围为：大于15摄氏度并且小于或等于30摄氏度， 当预设区域的温度不在预设温度范围时，通过温度调节组件106对预设区域的 温度进行校准，以使得预设环境区域的温度维持在预设温度范围之内；由于超 声波脉冲的传播速率会受到温度变化的影响；本实施例对预设区域的温度进行 调节，排除了温度变化因素对骨密度测量所引起的误差。

作为一种可选的实施方式，信号输出组件包括至少两个探头。

示例性的，信号输出组件包括两个探头，本实施例采用双探头输出超声脉 冲波，超声脉冲波向各个方向传输，减少了超声脉冲波的传输误差。

作为一种可选的实施方式，请参阅图2，控制电路10还包括：电源组件107， 电源组件107与信号输出组件101连接，被配置为对信号输出组件101进行供 电。

可选的，电源组件107获取信号输出组件101的额定供电功率，信号输出 组件101按照额定供电功率上电，提高了信号输出组件101的工作稳定性。

作为一种可选的实施方式，请参阅图2，控制电路10还包括：信号录入组 件108和信号存储组件109，信号录入组件108与信号输出组件101连接，被 配置为录入待检测骨骼的身份信息。

示例性的，待检测骨骼属于人体的骨骼时，则待检测骨骼的身份信息包括： 姓名、性别、出生年月、年龄以及待检测骨骼所属的人体部位。

信号存储组件109与控制组件103连接，被配置为对检测结果和身份信息 进行存储。

当通过控制组件103对待检测骨骼的骨密度检测完成后，信号存储组件109 接入检测结果和身份信息，用户通过信号存储组件109随时获取待检测骨骼的 骨密度变化情况。

作为一种可选的实施方式，请参阅图2，控制电路10还包括：分析组件110， 分析组件110与控制组件103连接，被配置为根据检测结果获取待检测骨骼的 骨密度是否处于正常范围，并生成状态指示信号。

根据实际标准差与预设标准差之间的比值得到待检测骨骼的骨密度的波动 情况，以便于直观地得到待检测骨骼的异常状态；比如通过分析组件110能够 指示待检测骨骼的骨密度过高或者过低；示例性的，当待检测骨骼的骨密度处 于正常范围，则发出正常提示信号，当待检测骨骼的骨密度不处于正常范围， 则发出异常提示信号。

作为一种可选的实施方式，请参阅图2，控制电路10还包括：信号传输组 件111，信号传输组件111连接于控制组件103与分析组件110之间，被配置 为对检测结果进行格式转换并输出。

示例性的，信号传输组件111对检测结果进行格式转换得到USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)信号，信号传输组件111将USB信号输出至分析 组件110，分析组件110根据USB信号获取待检测骨骼的故密度是否处于正常 范围，控制组件103与分析组件110之间能够实现兼容信号传输。

作为一种可选的实施方式，请参阅图2，控制电路10还包括：信号处理组 件112，信号处理组件112连接于信号输出组件101与速度检测组件102之间， 被配置为对超声脉冲波进行噪声抑制和放大。

当信号输出组件101输出超声脉冲波后，信号处理组件112可防止超声脉 冲波在传输过程中出现功率减损，对超声脉冲波在待检测骨骼中的传播速度具 有更高的检测精度。

作为一种可选的实施方式，请参阅图2，控制电路10还包括：结果输出组 件113，结果输出组件113接控制组件103，结果输出组件113被配置为对实际 标准差、身份信息以及检测结果进行转换，以使实际标准差、身份信息以及检 测结果按照预设的格式输出；示例性的，结果输出组件113以word格式或者 Excel格式输出实际标准差、身份信息以及检测结果，以便于用户查阅检测结果。

为了更好地说明本实施例中控制电路10中各个电路组件的工作原理，下面 结合附图1至附图2，通过一个具体的应用场景整体说明骨密度的分析过程； 在本应用场景中，待检测骨骼为人体的骨骼；人体的检测部位为沿手臂桡骨远 端三分之一处，即手肘至中指顶部距离的中点，信号输出组件101包括两个探 头，在进行骨密度测量前，先找到手臂桡骨相对平行的区域，以放置两个探头， 调整两个探头的位置，以启动人体的骨骼的骨密度的检测过程。

人体的骨骼由皮肤等软组织组织包裹，图3为超声波脉冲在待检测骨骼内 的传播示意，当超声脉冲波按照预设入射方向传输至软组织和骨骼的交界面上， 超声脉冲波产生发射，速度检测组件102检测出超声脉冲波在人体的骨骼中的 传播速度。

为了获取待人体的骨骼的骨密度的安全状态，选取平均年龄为20岁的人体 作为对照量，将20岁人体的骨骼中超声脉冲波的平均传播速度作为预设平均 值，在检测到待测试超声脉冲波在人体的骨骼中的传播速度后，根据速度检测 值与预设平均值之间的实际标准差表征人体的骨骼的骨密度；其中实际标准差 代表特定的物理含义，比如当实际标准差大于-1时，则说明人体的骨骼处于正 常状态；当实际标准差小于-2.5，则说明人体的骨质严重疏松；当实际标准差 大于或者等于-2.5并且小于或者等于-1时，则说明人体的骨矿质缺乏。

设定预设标准差，根据实际标准差与预设标准差之间的比值获取人体的骨 骼的生理年龄，当比值越大时，则说明骨骼的生理年龄也越大；根据控制组件 103得到的检测结果深入地分析人体的骨骼的各项特征信息。

作为一种可选的实施方式，图4示出了本实施例提供的信号传输组件111 的电路结构示意，请参阅图4，信号传输组件111包括：通信芯片U1、第一电 感L1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第一晶振Y1。

通信芯片U1的数字电源管脚VCC和第一电感L1的第一端共接于第一直 流电源，可选的，第一直流电源为3.3V直流电源；第一电感L1的第二端和第 一电容C1的第一端共接于通信芯片U1的模拟电源管脚AVCC，第一电容C1 的第二端接地GND。

第一晶振Y1的第一端和第三电容C3的第一端共接于通信芯片U1的振荡 输出管脚XTALOUT，第三电容C3的第二端接地GND，第一晶振Y1的第二 端和第二电容C2的第一端共接于通信芯片U1的振荡输入管脚XTALIN，第二 电容C2的第二端接地GND；通过第一晶振Y1能够向通信芯片U1提供预设的 振荡频率。

通信芯片U1的信号输入管脚接控制组件103，通信芯片U1的信号输出管 脚接分析组件110；示例性的，通信芯片U1的信号输入管脚包括：DPLUS和 DMINUS；通信芯片U1的信号输出管脚包括：PD3、PD2、CLKOUT、PA7、 PA6、PA5、PA4、PA3、PA2、PA1、CTL1、CTL0、PB7、PB6、PB5、PB4、PB3、PB2、PB1以及PB0。

示例性的，通信芯片的型号为：CY7C68013，通过通信芯片对检测结果进 行格式转换。

作为一种可选的实施方式，图5示出了本实施例提供的信号处理组件112 的电路结构示意，请参阅图5，信号处理组件112包括：放大芯片U2、第四电 容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8以及第九电容 C9。

放大芯片U2的电源驱动管脚、第四电容C4的第一端以及第五电容C5的 第一端共接于第二直流电源，可选的，第二直流电源为3V～10V直流电源；第 四电容C4的第二端接地GND，第五电容C5的第二端接地GND；示例性的， 如图5所示，放大芯片U2的电源驱动管脚包括：ENBL、ENBY以及VPSL。

放大芯片U2的超声输入管脚NH接第六电容C6的第一端，第六电容C6 的第二端接信号输出组件101。

第八电容C8的第一端接放大芯片U2的第一本振输入管脚LON，第八电 容C8的第二端接放大芯片U2的电源输入管脚VIN。

第九电容C9的第一端接放大芯片U2的电源控制管脚VIP，第九电容C9 的第二端接放大芯片U的第二本振输入管脚LON；结合第一本振输入管脚 LON、电源输入管脚VIN、电源控制管脚VIP以及第二本振输入管脚LON可 保持放大芯片U2的内部电能稳定。

放大芯片U2的正相输出端VOH接第七电容C7的第一端，放大芯片U2 的负相输出端VOL和第七电容C7的第二端均接速度检测组件103。

示例性的，放大芯片U2的型号为：AD8331，通过放大芯片U2能够对超 声波脉冲进行噪声抑制以及增益放大，提高了超声脉冲波的传输抗干扰性。

作为一种可选的实施方式，控制组件103包括第一控制芯片；示例性的， 第一控制芯片的型号为：EP1C6T144，第一控制芯片根据速度检测值能够获取 待检测骨骼的骨密度表征量；本实施例中的控制电路10具有较为简化的电路结 构。

作为一种可选的实施方式，分析组件110包括第二控制芯片；示例性的， 第二控制芯片的型号为：EP1C6T144；通过第二控制芯片能够获取待检测骨骼 的骨密度是否过高或者过低。

图6示出了本实施例提供的骨密度分析仪60的结构示意，请参阅图6，骨 密度分析仪60包括如上所述的控制电路10；请参阅图1至图5的具体实施方 式，骨密度分析仪60利用超声脉冲波在待检测骨骼中的传播速度获取骨密度的 表征量，并得到待检测骨骼的各项特征信息，骨密度检测过程较为简便，避免 了骨密度检测过程中生物体遭受较大的辐射损害。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照 前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其 依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特 征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申 请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种骨密度分析仪的控制电路，其特征在于，包括：

被配置为将超声脉冲波按照预设入射方向向待检测骨骼输出的信号输出组件；

与所述信号输出组件连接，被配置为检测所述超声脉冲波在所述待检测骨骼中的传播速度，得到速度检测值的速度检测组件；以及

与所述速度检测组件连接，被配置为得到所述速度检测值和预设平均值之间的实际标准差，并根据所述实际标准差与预设标准差之间的比值获取所述待检测骨骼的检测结果的控制组件。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括：

与所述信号输出组件连接，被配置为检测所述待检测骨骼所处的预设区域的温度，并显示温度检测值的温度检测组件；和

与所述温度检测组件及所述信号输出组件连接，被配置为在所述温度检测值超出预设温度范围时，对所述预设区域的温度进行调节的温度调节组件。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述信号输出组件包括至少两个探头。

4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括：

与所述信号输出组件连接，被配置为录入所述待检测骨骼的身份信息的信号录入组件；和

与所述控制组件连接，被配置为对所述检测结果和身份信息进行存储的信号存储组件。

5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括：

与所述控制组件连接，被配置为根据所述检测结果获取待检测骨骼的故密度是否处于正常范围，并生成状态指示信号的分析组件。

6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，还包括：

连接于所述控制组件与所述分析组件之间，被配置为对所述检测结果进行格式转换并输出的信号传输组件。

7.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述信号传输组件包括：

通信芯片、第一电感、第一电容、第二电容、第三电容以及第一晶振；

所述通信芯片的数字电源管脚和所述第一电感的第一端共接于第一直流电源，所述第一电感的第二端和所述第一电容的第一端共接于所述通信芯片的模拟电源管脚，所述第一电容的第二端接地；

所述第一晶振的第一端和所述第三电容的第一端共接于所述通信芯片的振荡输出管脚，所述第三电容的第二端接地，所述第一晶振的第二端和所述第二电容的第一端共接于所述通信芯片的振荡输入管脚，所述第二电容的第二端接地；

所述通信芯片的信号输入管脚接所述控制组件，所述通信芯片的信号输出管脚接所述分析组件。

8.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括：

连接于所述信号输出组件与所述速度检测组件之间，被配置为对所述超声脉冲波进行噪声抑制和放大的信号处理组件。

9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述信号处理组件包括：

放大芯片、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容以及第九电容；

所述放大芯片的电源驱动管脚、所述第四电容的第一端以及所述第五电容的第一端共接于第二直流电源，所述第四电容的第二端接地，所述第五电容的第二端接地；

所述放大芯片的超声输入管脚接所述第六电容的第一端，所述第六电容的第二端接所述信号输出组件；

所述第八电容的第一端接所述放大芯片的第一本振输入管脚，所述第八电容的第二端接所述放大芯片的电源输入管脚；

所述第九电容的第一端接所述放大芯片的电源控制管脚，所述第九电容的第二端接所述放大芯片的第二本振输入管脚；

所述放大芯片的正相输出端接所述第七电容的第一端，所述放大芯片的负相输出端和所述第七电容的第二端均接所述速度检测组件。

10.一种骨密度分析仪，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的骨密度分析仪的控制电路。

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