CN211749714U - 一种骨质疏松超声诊治一体机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种骨质疏松超声诊治一体机，包括人机接口、处理器、控制电路、可调压高压电源、模拟前端及采样电路、大功率高压脉冲发射电路、散热器、高压隔离电路、超声换能器。本实用新型通过电路及软件设计，将超声治疗和诊断骨质疏松的功能融合在一台仪器上，能够保证治疗和诊断的部位在位置上严格一致，在治疗的间隙即时进行诊断，即时反馈治疗疗效，降低了副作用，为骨质疏松疾病提供了一种先进有效的诊断及治疗手段。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗仪器技术领域，具体地涉及一种骨质疏松超声诊治一体机。
背景技术
目前，骨质疏松症是一个世界范围的、越来越引起人们重视的健康问题。全世界约2亿人患有骨质疏松，其发病率已跃居常见病、多发病的第七位。据2009年骨质疏松症中国白皮书报道：我国已成为世界上拥有骨质疏松症或骨密度低患者最多的国家，约有患者2.14亿，随着人口平均预期寿命的提高和老龄化的出现，预计至2020年，骨质疏松症或骨密度低患者将达到2.86亿，而在骨质疏松症或骨密度低患者中将约有20％发生骨质疏松性骨折。
骨质疏松症是一种全身性的骨骼疾病，通常体现为骨量流失和骨微结构的退化，骨质疏松症患者骨骼变得多孔、脆弱，无法与压力和扭力对抗，导致发生骨折的风险增大。早期骨质疏松症没有任何症状和临床表现，最先表现出来的症状往往是骨折。骨质疏松性骨折不仅给患者带来痛苦，也严重影响患者的生活质量。因此，骨质疏松症已经成为备受关注的社会问题，骨质疏松的早期诊断和及时治疗具有重要意义。
目前，定量CT及双能X射线法(DXA)已被应用于临床评价骨质量及预测骨折风险，现有技术中也有采用超声或者量化超声的方法来判断骨质疏松症的状况，但是研究表明，骨质疏松症引发的骨质量问题不仅与骨密度有关，并且在现有公开的技术中，仍然存在诸多不足之处，包括：1、这些现有技术在进行检测时对人体有辐射伤害，副作用明显；2、现有技术中的检测治疗所用设备价格昂贵，检测成本高，不利于大范围广泛应用；3、在骨质疏松治疗方面，传统的药物治疗手段疗效不稳定，且药物治疗通常具有全身性，副作用大；4、运动疗法对于已经患有骨质疏松症的患者来说，效果微弱且风险较大；5、目前已有的骨质超声诊断系统采用的都是超声透射法，即采用一发一收两个超声换能器，要求待检测的骨质部位能够被夹在两个超声探头之间，实际中身体很多部位无法适用，因此无法实现多方位的诊断和治疗一体化。
对于针对骨质疏松的诊断和治疗还有待进一步提高完善，以满足目前在骨质疏松的诊断和治疗的需求。因此，本领域的技术人员致力于开发一种骨质疏松超声诊治一体机，解决上述现有技术中辐射伤害、副作用大、设备昂贵、操作不方便、不能及时跟踪治疗效果等缺陷。
实用新型内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种骨质疏松超声诊治一体机。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种骨质疏松超声诊治一体机，包括人机接口、处理器、控制电路、可调压高压源、大功率高压脉冲发射电路、模拟前端及采样电路、高压隔离电路、散热器、超声换能器；
其中，所述骨质疏松超声诊治一体机包括诊断模式和治疗模式。
进一步地，所述处理器通过控制电路进行控制，实现诊断模式和治疗模式的切换；
进一步地，所述处理器运行软件，用户通过人机接口访问软件界面，处理器通过软件程序来控制所述控制电路；
进一步地，所述控制电路控制可调压高压源、大功率高压脉冲发射电路、模拟前端及采样电路；
其中，可调压高压源为大功率高压脉冲发射电路提供高压电源；
进一步地，所述控制电路产生大功率高压脉冲发射电路的控制信号，通过控制占空比来控制超声发射功率；
或者，所述控制电路控制可调压高压源的输出电压，通过控制输出脉冲信号幅度来控制超声发射功率；
进一步地，所述处理器通过控制电路控制大功率高压脉冲发射电路发出高压脉冲激励信号，激励超声换能器发射超声波；
进一步地，模拟前端及采样电路采集超声回波信号，通过控制电路传输给处理器，由处理器对采集的超声回波信号进行处理分析；
进一步地，高压隔离电路用于隔离发送和接收信号；
进一步地，所述高压隔离电路将发射端的高压信号与接收端隔离，以保护接收端免受发射端的高压冲击；
进一步地，所述散热器为大功率高压脉冲发射电路提供散热。
本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型的骨质疏松超声诊治一体机采用超声背散射方法，用同一个超声换能器，既作为诊断探头，也作为治疗探头，通过电路和程序的配合，将治疗仪和诊断仪的电路及部件进行了复用，并通过软件程序将两个功能融合在一起，大大降低了系统的硬件成本；
2、本实用新型的骨质疏松超声诊治一体机在治疗过程中，仪器可被设定为自动定时诊断，每经过一个周期时间的治疗模式，就自动切换为诊断模式，进行一次诊断，之后回到治疗模式，实现长期记录并反映治疗效果，提高了诊断和治疗的效率，节约了患者往复就诊时间；
3、本实用新型的骨质疏松超声诊治一体机将超声治疗和诊断骨质疏松的功能融合在一台仪器上，能够保证治疗和诊断的部位在位置上严格一致，提高治疗效果，减少诊断和治疗误差；
4、本实用新型的骨质疏松超声诊治一体机将治疗仪和诊断仪合二为一，降低了整体设备的成本，方便了患者；
综上所述，本实用新型的骨质疏松超声诊治一体机，融合了骨质疏松诊断和骨质疏松治疗功能，用低强度脉冲超声进行诊断和治疗，对患者无损、无电离辐射、价廉、便携，能够保证治疗和诊断的部位在位置上严格一致，减少诊断和治疗误差，可实现自动定时诊断和治疗，长期记录并反映治疗效果，提高了诊断和治疗的效率，节约了患者往复就诊时间，为骨质疏松疾病提供了一种先进有效的诊断和治疗手段。
附图说明
图1是本实用新型的骨质疏松超声诊治一体机的结构示意图；
其中，1人机接口、2处理器、3控制电路、4可调压高压源、5模拟前端及采样电路、6大功率高压脉冲发射电路、7散热器、8高压隔离电路、9超声换能器、10耦合剂。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型技术方案进一步阐述。
本实用新型提供的骨质疏松超声诊治一体机，包括：人机接口、处理器、控制电路、可调压高压源、大功率高压脉冲发射电路、模拟前端及采样电路、高压隔离电路、散热器、超声换能器；
其中，所述骨质疏松超声诊治一体机包括诊断模式和治疗模式；
所述处理器通过控制电路进行控制，实现诊断模式和治疗模式的切换。
在本实用新型较优的实施方式中，所述处理器通过控制电路控制大功率高压脉冲发射电路发出高压脉冲激励信号，激励超声换能器发射超声波；模拟前端及采样电路采集超声回波信号，通过控制电路传输给处理器，由处理器对采集的超声回波信号进行处理分析；高压隔离电路用于隔离发送和接收信号。
在本实用新型较优的实施方式中，所述处理器运行软件，用户通过人机接口访问软件界面，处理器通过软件程序来控制所述控制电路；所述控制电路控制可调压高压源、大功率高压脉冲发射电路、模拟前端及采样电路；可调压高压源为大功率高压脉冲发射电路提供高压电源；所述控制电路产生大功率高压脉冲发射电路的控制信号，通过控制占空比来控制超声发射功率；所述高压隔离电路将发射端的高压信号与接收端隔离，以保护接收端免受发射端的高压冲击；散热器为大功率高压脉冲发射电路提供散热。
在本实用新型较优的实施方式中，所述控制电路控制可调压高压源的输出电压，通过控制输出脉冲信号幅度来控制超声发射功率；
在本实用新型较优的实施方式中，在诊断模式下，大功率高压脉冲发射电路并不需要发射周期性持续的信号，仅需要发射短暂的激励信号。处理器按照预先设定的高压幅度通过控制电路对可调压高压源进行配置，并通过控制电路产生编码激励信号。高压脉冲发射电路驱动超声换能器发出超声编码脉冲波。该超声波通过耦合剂传导到骨质疏松部位，在骨微结构传播中发生散射，散射回的超声回波信号经过耦合剂被超声换能器接收转换为电信号。接收到的信号经过模拟前端和采样电路后被模数转换，通过控制电路上传给处理器。处理器上运行算法程序，首先采用解码滤波器对编码信号进行解码，以恢复出单脉冲激励的回波信号，然后采用时频分析方法提取出信号的背散射参数，利用背散射参数作为指标对骨质状况做出诊断。
在本实用新型较优的实施方式中，在治疗模式下，模拟前端及采样电路不工作。用户通过人机接口设定发射功率、治疗时间、治疗频率、占空比等治疗参数，处理器根据发射功率、占空比计算出需要的高压幅度。处理器依据这些参数对控制电路进行配置。控制电路对可调压高压源进行配置，控制高压幅度。同时，控制电路产生高压脉冲发射电路的激励信号。高压脉冲发射电路驱动超声换能器产生具有一定占空比的周期性持续的超声脉冲波，该超声波具有较高的声强，通过超声耦合剂传导到人体待治疗的骨质疏松部位，持续照射治疗。
在本实用新型较优的实施方式中，所述人机接口包括LCD显示器、触摸屏；
在本实用新型较优的实施方式中，所述处理器为ARM9内核的处理器；
在本实用新型较优的实施方式中，所述控制电路为可编程逻辑阵列芯片(FPGA)，单颗芯片能够实现百万门级的逻辑控制；
在本实用新型较优的实施方式中，所述可调压高压源为反激式电源，电压最大提供±60V的高压；
在本实用新型较优的实施方式中，所述模拟前端及采样电路为具有高信噪比高增益的放大芯片和AD转换芯片；
在本实用新型较优的实施方式中，所述大功率高压脉冲发射电路为大功率、带宽15MHz的高频发射芯片；所述发射电路背面进行大面积敷铜导热，并安置散热器；
在本实用新型较优的实施方式中，所述散热器为带有锯齿的铜散热器，并在该位置固定散热风扇；
在本实用新型较优的实施方式中，所述高压隔离电路为集成化的高压隔离芯片，限制高于0.7V的信号进入接收电路；
在本实用新型较优的实施方式中，所述超声换能器为中心频率为5MHz的聚焦或非聚焦换能器；
由于治疗时间较长，功率较大，发射电路发热较大，因此使用散热器为高压脉冲发射电路散热。
下面结合实施例对本实用新型的技术方案作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实用新型的骨质疏松超声诊治一体机，包括人机接口(1)、处理器(2)、控制电路(3)、可调压高压源(4)、模拟前端及采样电路(5)、大功率高压脉冲发射电路(6)、散热器(7)、高压隔离电路(8)、超声换能器(9)部分。
在本实施例中，人机接口(1)包括LCD显示器和触摸屏，处理器(2)采用ARM9内核的处理器，能够提供较高的处理能力，并方便人机接口扩展。控制电路(3)采用可编程逻辑阵列芯片(FPGA)，单颗芯片能够实现百万门级的逻辑控制，能够产生精确的时序控制信号。
在本实施例中，可调压高压源(4)采用反激式电源，电压可由控制电路(3)进行调节，最大提供±60V的高压。模拟前端及采样电路(5)采用具有高信噪比高增益的放大芯片和AD转换芯片。大功率高压脉冲发射电路(6)采用大功率、带宽15MHz的高频发射芯片，以满足高频超声换能器的需要。由于在治疗过程中发射功率较大，发射电路损耗及发热严重，在电路设计过程中，将该发射电路背面进行大面积敷铜导热，并安置散热器(7)。散热器(7)采用带有锯齿的铜散热器，并在该位置固定散热风扇，以提供良好散热。
高压隔离电路(8)采用集成化的高压隔离芯片，限制高于0.7V的信号进入接收电路。超声换能器(9)采用中心频率为5MHz的非聚焦大功率超声换能器。
在治疗模式下，用户可通过人机接口设定声强、换能器中心频率、脉冲重复频率、占空比、治疗时间等参数。声强可调范围为0-1000mW/cm2，换能器中心频率为1MHz、1.5MHz或2MHz，脉冲重复频率10-10kHz可调，占空比0％-100％可调。
在诊断模式下，大功率高压发射电路(6)发出±60V的编码脉冲信号，并使用Barker码或Gray码等编码，以增强背散射信号的幅度。通过32次测量取平均的方式，以提高单次诊断的准确度。
在上述各参数下，使用本实施例的骨质疏松超声诊治一体机过对骨质疏松患者进行诊断和治疗，可实现诊断和治疗一体化，不仅方便了患者，降低了诊疗成本，而且可实现自动定时诊断和治疗，能够长期记录并反映患者的骨质疏松诊疗效果，提高了诊断和治疗的效率。
以上详细描述了本实用新型的技术方案以及具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化，例如，本实用新型的技术方案中骨质疏松超声诊治一体机，人机接口、处理器、控制电路、可调压高压源、大功率高压脉冲发射电路、模拟前端及采样电路、高压隔离电路、散热器、超声换能器均可以用可实现相同功能的其他部分代替。因此，凡本技术领域中依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验得到的技术方案，皆应在权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种骨质疏松超声诊治一体机，其特征在于，包括人机接口、处理器、控制电路、可调压高压源、大功率高压脉冲发射电路、模拟前端及采样电路、高压隔离电路、散热器、超声换能器；
其中，所述骨质疏松超声诊治一体机包括诊断模式和治疗模式。
2.根据权利要求1所述骨质疏松超声诊治一体机，其特征在于，
所述处理器通过控制电路进行控制，实现诊断模式和治疗模式的切换；
所述处理器运行软件，用户通过人机接口访问软件界面，处理器通过软件程序来控制所述控制电路；
所述控制电路控制可调压高压源、大功率高压脉冲发射电路、模拟前端及采样电路；
所述可调压高压源为大功率高压脉冲发射电路提供高压电源。
3.根据权利要求1所述骨质疏松超声诊治一体机，其特征在于，
所述控制电路产生大功率高压脉冲发射电路的控制信号，通过控制占空比来控制超声发射功率；
或者，所述控制电路控制可调压高压源的输出电压，通过控制输出脉冲信号幅度来控制超声发射功率。
4.根据权利要求1所述骨质疏松超声诊治一体机，其特征在于，
所述处理器通过控制电路控制大功率高压脉冲发射电路发出高压脉冲激励信号，激励超声换能器发射超声波。
5.根据权利要求1所述骨质疏松超声诊治一体机，其特征在于，
所述处理器通过控制电路控制大功率高压脉冲发射电路发出高压脉冲激励信号，激励超声换能器发射超声波；模拟前端及采样电路采集超声回波信号，通过控制电路传输给处理器，由处理器对采集的超声回波信号进行处理分析；高压隔离电路用于隔离发送和接收信号。
6.根据权利要求5所述骨质疏松超声诊治一体机，其特征在于，
所述处理器运行软件，用户通过人机接口访问软件界面，处理器通过软件程序来控制所述控制电路；所述控制电路控制可调压高压源、大功率高压脉冲发射电路、模拟前端及采样电路；可调压高压源为大功率高压脉冲发射电路提供高压电源；所述控制电路产生大功率高压脉冲发射电路的控制信号，通过控制占空比来控制超声发射功率；所述高压隔离电路将发射端的高压信号与接收端隔离，以保护接收端免受发射端的高压冲击；散热器为大功率高压脉冲发射电路提供散热。
7.根据权利要求6所述骨质疏松超声诊治一体机，其特征在于，
在诊断模式下，大功率高压脉冲发射电路并不需要发射周期性持续的信号，仅需要发射短暂的激励信号；处理器按照预先设定的高压幅度通过控制电路对可调压高压源进行配置，并通过控制电路产生编码激励信号；高压脉冲发射电路驱动超声换能器发出超声编码脉冲波，该超声波通过耦合剂传导到骨质疏松部位，在骨微结构传播中发生散射，散射回的超声回波信号经过耦合剂被超声换能器接收转换为电信号；接收到的信号经过模拟前端和采样电路后被模数转换，通过控制电路上传给处理器；处理器上运行算法程序，首先采用解码滤波器对编码信号进行解码，以恢复出单脉冲激励的回波信号，然后采用时频分析方法提取出信号的背散射参数，利用背散射参数作为指标对骨质状况做出诊断。
8.根据权利要求7所述骨质疏松超声诊治一体机，其特征在于，
在治疗模式下，模拟前端及采样电路不工作，用户通过人机接口设定发射功率、治疗时间、治疗频率、占空比等治疗参数，处理器根据发射功率、占空比计算出需要的高压幅度；处理器依据这些参数对控制电路进行配置；控制电路对可调压高压源进行配置，控制高压幅度；同时，控制电路产生高压脉冲发射电路的激励信号；高压脉冲发射电路驱动超声换能器产生具有一定占空比的周期性持续的超声脉冲波，该超声波具有较高的声强，通过超声耦合剂传导到人体待治疗的骨质疏松部位，持续照射治疗。
9.根据权利要求1-8任一项所述骨质疏松超声诊治一体机，其特征在于，
所述人机接口包括LCD显示器、触摸屏；
所述处理器为ARM9内核的处理器；
所述控制电路为可编程逻辑阵列芯片，单颗芯片能够实现百万门级的逻辑控制；
所述可调压高压源为反激式电源，电压最大提供±60V的高压。
10.根据权利要求1-8任一项所述骨质疏松超声诊治一体机，其特征在于，
所述模拟前端及采样电路为具有高信噪比高增益的放大芯片和AD转换芯片；
所述大功率高压脉冲发射电路为大功率、带宽15MHz的高频发射芯片；所述发射电路背面进行大面积敷铜导热，并安置散热器；
所述散热器为带有锯齿的铜散热器，并在该位置固定散热风扇；
所述高压隔离电路为集成化的高压隔离芯片，限制高于0.7V的信号进入接收电路；
所述超声换能器为中心频率为5MHz的聚焦或非聚焦换能器。
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