CN113317883A

CN113317883A - 一种骨密度测量方法和系统

Info

Publication number: CN113317883A
Application number: CN202110699390.6A
Authority: CN
Inventors: 金明江; 蔡笑芙; 金学军
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2021-08-31
Anticipated expiration: 2041-06-23
Also published as: CN113317883B

Abstract

本申请公开了一种骨密度测量方法和系统，所述方法包括：向驱动伸缩件输出第一电流，其中，所述驱动伸缩件包括：用于在电流通过的情况下进行收缩带动探针进行运动的形状记忆合金丝，所述探针用于探测第一骨头的软硬程度；获取所述形状记忆合金丝达到的第一预定电阻的情况下，向所述驱动伸缩件输出的第一电流的大小；将所述第一电流与预定电流值进行比较，得到所述第一电流相对于所述预定电流值的电流相对值；根据所述电流相对值确定所述第一骨头的骨密度相对于所述第二骨头的骨密度的相对值，其中，所述第二骨头的骨密度为预先测量得到的。通过本申请解决了X射线测试骨密度所带来的问题，从而使得手术过程中能够实时测量骨密度。

Description

一种骨密度测量方法和系统

技术领域

本申请涉及到医学测量领域，具体而言，涉及一种骨密度测量方法和系统。

背景技术

在手术的过程中，需要探测骨密度。例如，在外科手术过程中，如果能够实时得到骨密度参数，对于手术过程中的决策是至关重要的。

对于骨密度的测量，一般采用X射线的方式来进行，这种测量方式是在手术之前通过X射线来测量，测量结果不是十分准确。在手术的过程中，是无法使用这种仪器再次进行测量。因此需要提供一种新的骨密度的测量方式。

发明内容

本申请实施例提供了一种骨密度测量方法和系统，以至少解决X射线测试骨密度所带来的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种骨密度测量方法，包括：

向驱动伸缩件输出第一电流，其中，所述驱动伸缩件包括：用于在电流通过的情况下进行收缩带动探针进行运动的形状记忆合金丝，所述探针用于探测第一骨头的软硬程度；

获取所述形状记忆合金丝达到的第一预定电阻的情况下，向所述驱动伸缩件输出的第一电流的大小；

将所述第一电流与预定电流值进行比较，得到所述第一电流相对于所述预定电流值的电流相对值，其中，所述预定电流值是对采用所述驱动伸缩组件对骨密度为正常值的第二骨头进行探测时，在所述形状记忆合金丝达到的第一预定电阻的情况下测量得到的；

根据所述电流相对值确定所述第一骨头的骨密度相对于所述第二骨头的骨密度的相对值，其中，所述第二骨头的骨密度为预先测量得到的。

进一步的，在本发明中，根据所述电流相对值确定所述第一骨头的骨密度相对于所述第二骨头的骨密度的相对值包括：

根据所述电流相对值确定所述第一骨头的模量与所述第二骨头的模量相对值；

根据所述模量相对值确定所述第一骨头的骨密度相对于所述第二骨头的骨密度的相对值。

进一步的，在本发明中，将所述第一电流与预定电流值进行比较，得到所述第一电流相对于所述预定电流值的电流相对值包括：

根据所述第一电流和所述预定电流值计算得到所述第一骨头对应的标签数值，其中，所述标签数值用于指示所述第一电流和所述预定电流值在数值上的差距大小，其中，所述标签数值用于确定所述第一骨头相对于所述第二骨头的所述模量相对值或所述骨密度的相对值。

进一步的，在本发明中，所述标签数值包括以下至少之一：

所述第一电流和所述预定电流值的差值与所述预定电流值的比例、所述第一电流和所述预定电流值的差值。

进一步的，在本发明中，所述第一预定电阻是随时间发生变化的电阻，所述第一电流为随时间变化的第一电流曲线，所述预定电流值为随时间变化的第二电流曲线。

进一步的，在本发明中，将所述第一电流与所述预定电流值进行比较，得到所述第一电流相对于所述预定电流值的电流相对值包括：

将所述第一电流曲线和所述第二电流曲线进行比较得到所述电流相对值的变化曲线；

根据所述电流相对值的变化曲线得到所述电流相对值。

本申请的第二个方面，在于提供一种骨密度测量系统，包括：

电源，用于向驱动伸缩件输出第一电流值；

所述驱动伸缩件，包括：探针和形状记忆合金，其中，所述形状记忆合金丝用于在电流通过的情况下进行收缩带动所述探针进行运动，所述探针用于探测待测物体的软硬程度；

软件，用于执行上述第一方面的方法。

进一步的，在本发明中，所述探针头部的形状为圆形或三角形。

进一步的，在本发明中，所述探针头部的圆形的直径范围：0.3mm至0.8mm，和/或，所述探测行程为：20到50微米。

进一步的，在本发明中，所述第一电流值的底部值为20mA，峰值为60到120mA。

在本申请实施例中，采用了一种骨密度测量方法，向驱动伸缩件输出第一电流，其中，所述驱动伸缩件包括：用于在电流通过的情况下进行收缩带动探针进行运动的形状记忆合金丝，所述探针用于探测第一骨头的软硬程度；获取所述形状记忆合金丝达到的第一预定电阻的情况下，向所述驱动伸缩件输出的第一电流的大小；将所述第一电流与预定电流值进行比较，得到所述第一电流相对于所述预定电流值的电流相对值，其中，所述预定电流值是对采用所述驱动伸缩组件对骨密度为正常值的第二骨头进行探测时，在所述形状记忆合金丝达到的第一预定电阻的情况下测量得到的；根据所述电流相对值确定所述第一骨头的骨密度相对于所述第二骨头的骨密度的相对值，其中，所述第二骨头的骨密度为预先测量得到的。通过本申请解决了X射线测试骨密度所带来的问题，从而使得手术过程中能够实时测量骨密度。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的一种骨密度测量系统的结构示意图；

图2是根据本申请实施例的一种骨密度测量方法的流程示意图；

图3是根据本申请实施例的一种骨密度测量系统实施时的不同模量下的电流-电阻关系示意图；

图中，各附图标记的含义如下：

约束件1、伸缩段11、固定模块12、探针2、探测行程21、驱动伸缩件3、电源4。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

一般金属材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点，就产生塑性变形，应力消除后留下永久变形。但有些材料，在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应(SME)。具有形状记忆效应的金属一般是两种以上金属元素组成的合金，称为形状记忆合金(SMA)。

在本实施例利用上述形状记忆合金效应，提供一种骨密度测量方法，图2是本申请实施例的骨密度测量系统的流程示意图，如图1所示，包括：

S102、向驱动伸缩件输出第一电流，其中，所述驱动伸缩件包括：用于在电流通过的情况下进行收缩带动探针进行运动的形状记忆合金丝，所述探针用于探测第一骨头的软硬程度；

S104、获取所述形状记忆合金丝达到的第一预定电阻的情况下，向所述驱动伸缩件输出的第一电流的大小；

S106、将所述第一电流与预定电流值进行比较，得到所述第一电流相对于所述预定电流值的电流相对值，其中，所述预定电流值是对采用所述驱动伸缩组件对骨密度为正常值的第二骨头进行探测时，在所述形状记忆合金丝达到的第一预定电阻的情况下测量得到的；

S108、根据所述电流相对值确定所述第一骨头的骨密度相对于所述第二骨头的骨密度的相对值，其中，所述第二骨头的骨密度为预先测量得到的。

上述测量方法，利用电流带动形状记忆合金丝驱动探针探测第一骨头的软硬程度，记录形状记忆合金丝上的电阻值和电流值，其中电流值反映的是形状记忆合金丝上电流驱动力的大小，当形状记忆合金丝上的电阻值(反映的是形状记忆合金丝的行程)一定的情况下，电流值与待检测的物体的硬度成正比，将获得的电流值与已知的正常硬度的第二骨头的对应的电流值比较获得电流相对值，即可根据电流相对值以及正常硬度的第二骨头的骨密度获得待检测的第一骨头的骨密度。通过上述系统，解决了骨科手术过程中无法实时获得骨密度数据的问题。

作为优选的实施方式，为了获得第一骨头的骨密度，根据所述电流相对值确定所述第一骨头的骨密度相对于所述第二骨头的骨密度的相对值包括：

更为具体的，第一骨头的骨密度需要通过与健康骨头进行比较获得，上述结果间接通过比较获得第一电流和预定电流之间的相对值进行，将所述第一电流与预定电流值进行比较，得到所述第一电流相对于所述预定电流值的电流相对值包括：

根据所述第一电流和所述预定电流值计算得到所述第一骨头对应的标签数值，其中，所述标签数值用于指示所述第一电流和所述预定电流值在数值上的差距大小，所述标签数值包括以下至少之一：所述第一电流和所述预定电流值的差值与所述预定电流值的比例、所述第一电流和所述预定电流值的差值。其中，所述标签数值用于确定所述第一骨头相对于所述第二骨头的所述模量相对值或所述骨密度的相对值。

通过上述比例关系和/或差值等反映第一电流和预定电流之间的相对值，最终通过相对值结合健康骨头的模量/骨密度获得待检测的第一骨头的模量/骨密度。

作为优选的实施例，为便捷地进行比较第一骨头和第二骨头的电流-电阻曲线。所所述第一预定电阻是随时间发生变化的电阻，所述第一电流为随时间变化的第一电流曲线，所述预定电流值为随时间变化的第二电流曲线。

如图3所示，为根据本申请实施例的骨密度测量系统实施时的不同模量下的电流-电阻关系示意图。图3的实施对象为空气和橡胶，空气的密度小于橡胶，其二者具有明显不同的电流-电阻曲线，因此可以预见，将上述方法应用于骨密度测量时，能够有效地识别出待测骨头是否有存在密度异常的情况。

作为优选的实施例，在上述电流-电阻曲线的比较过程中，将所述第一电流与所述预定电流值进行比较，得到所述第一电流相对于所述预定电流值的电流相对值包括：

根据所述电流相对值的变化曲线得到所述电流相对值。

基于与上述发明方法相同的构思，本发明还提供一种骨密度测量系统，包括：

电源，用于向驱动伸缩件输出第一电流值；

软件，用于执行上述骨密度测量方法。

上述测量系统，通过利用软件控制第一电流作用于形状记忆合金丝上，从而带动探针探测待检测的物体，同时利用软件记录形状记忆合金丝上的电阻值，对不同骨密度的骨头会形成对应的力和探测行程的对应关系，再结合形状记忆合金丝本身所具有的电流-力以及电阻-行程的对应关系，可以将力和探测行程的对应关系转化成形状记忆合金丝在不同骨密度的骨头下的电流-电阻的对应关系，从而方便测量骨头的骨密度。可以实现检测的实时性。

作为一个可选的实施方式，为了稳定地推动探针运动和往复，上述驱动伸缩件还包括以下部件：

约束件1，所述约束件1包括有伸缩段11及位于所述伸缩段11两端的固定模块12；所述探针2一端与所述约束件1一端的固定模块12相连接，所述探针2另一端贯穿所述约束件1另一端的固定模块12；所述形状记忆合金丝的两端分别与所述约束件1两端的固定模块12相连接，所述形状记忆合金丝外接电源4，用于通过收缩带动伸缩段收缩，从而使探针2伸出探测待测物体。其中所述伸缩段11为弹簧。通过上述方式，探针2在形状记忆合金丝和弹簧的共同的力的作用下，在固定模块12的导向下运动。

上述过程中，形状记忆合金丝在电驱动下提供可控推力F，形状记忆合金丝的推力F与驱动电流I有关，在一定范围内为非线性正相关；利用弹簧作为回复部分的提供的阻力为F'，F'与弹簧的形变有关；探针阻力f：与受测物体模量、探针针尖形状有关。上述各个力满足F＝F'+f。因此，在第一预定电阻和探针形状确定的情况下，待测的第一骨头骨密度越大，则形状记忆合金丝的力越大，即反映在检测到的形状记忆合金丝的第一电流越大。

作为优选的实施例，本发明的方法和系统应用于骨科手术中，对于病变疏松的组织需要去除，因此，可以选择较容易刺穿骨头的探针操作。由于骨密度正常的骨头的模量约为15GPa，骨密度降低的骨头的模量一般在至8～10GPa，整体骨头的模量较大探针较难刺入，因此，选择所述探针头部的形状为圆形或三角形。尤其是头部为三角形的探针，相比圆形探针更易刺入骨头组织。

作为可选的实施方式，为确保高频率和高测试精度，所述形状记忆合金丝的直径为20微米到50微米。

作为优选的实施例，在探测过程中，在力相同的情况下，探针的球头大小与施加到物体的压强成反比。具体的，针对骨头这类模量较大较硬的对象，需要选用较小的探针。优选所述探针头部的圆形的直径范围：0.3mm至0.8mm，优选0.3mm至0.5mm。另一方面，由于手术场景下空间有限，为了兼顾探测的有效性和合理利用空间，有效探测行程为10微米到200微米，优选20微米到50微米。

作为优选的实施例，为了获得有效的行程，，所述第一电流值的底部值为20mA，峰值为60到120mA。在其余条件不变的情况下，电流峰值越大，则探针的驱动力越大。

根据本申请的再一个方面，提供一种处理器，用于执行软件，所述软件用于执行所述的一种骨密度测量方法。

根据本申请的又一个方面，提供一种存储器，用于存储软件，所述软件用于执行所述的一种骨密度测量方法。

需要说明的是，上述软件执行的一种肝脏硬化检测方法与前面的介绍的一种骨密度测量方法相同，在此不再赘述。

在本实施例中，提供一种电子装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行以上实施例中的方法。

这些计算机程序也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤，对应与不同的步骤可以通过不同的模块来实现。

上述程序可以运行在处理器中，或者也可以存储在存储器中(或称为计算机可读介质)，计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种骨密度测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电流相对值确定所述第一骨头的骨密度相对于所述第二骨头的骨密度的相对值包括：

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述第一电流与预定电流值进行比较，得到所述第一电流相对于所述预定电流值的电流相对值包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述标签数值包括以下至少之一：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预定电阻是随时间发生变化的电阻，所述第一电流为随时间变化的第一电流曲线，所述预定电流值为随时间变化的第二电流曲线。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述第一电流与所述预定电流值进行比较，得到所述第一电流相对于所述预定电流值的电流相对值包括：

根据所述电流相对值的变化曲线得到所述电流相对值。

7.一种骨密度测量系统，其特征在于，包括：

电源，用于向驱动伸缩件输出第一电流值；

软件，用于执行权利要求1至6中任一项所述的方法。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述探针头部的形状为圆形或三角形。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述探针头部的圆形的直径范围：0.3mm至0.8mm，和/或，所述探测行程为：20到50微米。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一电流值的底部值为20mA，峰值为60到120mA。