CN219578907U - 双模态超声探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双模态超声探测装置。所述装置包括：外壳本体、第一模态超声换能器和第二模态超声换能器；其中，所述外壳本体，被配置为封装所述第一模态超声换能器和第二模态超声换能器；所述第一模态超声换能器，被配置为将第一超声波信号在受测骨骼表面形成侧波并使其沿所述骨骼表面横向传播；所述第二模态超声换能器，被配置为将第二超声波信号垂直入射至所述受测骨骼表面并使其沿所述骨骼内部纵向传播。本实用新型采用双模态传播模式的超声波骨密度探测装置，结合超声侧波和垂直入射波获取受测骨骼组织表面密度信息和深度信息，能够获取更加准确和全面的骨密度检测结果。

Description

双模态超声探测装置

技术领域

本公开涉及超声探测技术领域，具体涉及一种双模态超声探测装置。

背景技术

骨质疏松症是影响居民健康的最常见的骨骼性疾病，它是一种以骨量下降和骨微结构破坏为特征的代谢性骨病综合征，可导致骨脆性增加，易于发生骨质疏松性骨折。而骨密度测量有利于骨质疏松症的早期精确诊断。

定量超声(Quantitative ultrasound,QUS)诊断方案以其廉价、无电离辐射等优势，已然成为骨质疏松风险人群早期筛查和风险评估的重要手段。超声骨密度仪通常包括一组超声传感器，其中发射端传感器发射超声波，穿过皮肤进入骨骼后，由接收端超声传感器接收，然后由处理器计算出超声波的传播速度，进而根据该传播速度来提供被测组织的骨密度等相关信息。然而，在实现上述技术方案的过程中，申请人发现现有探测方法存在诸多不便之处：

(1)未考虑到测量探头与被测物体的实际距离，当出现距离偏差时容易产生误差与计算错误；

(2)基于QUS设备向骨组织发射并接收超声射频信号，仅能获得例如骨质表层的一维度骨密度信息，而由于骨骼为立体结构，若仅基于该维度的特征数据，无法准确获得整体骨密度情况；

(3)由于测试者个体间体表脂肪以及骨组织厚度发育情况差异较大，基于现有的QUS设备测量时，容易出现延后的干扰信号和骨骼信号的超声波耦合，从而导致测试过程中出现卡顿或测试结果异常等现象。

因此，如何避免出现测量距离偏差、克服表征骨密度信息的局限性以及避免干扰路径的超声传输，对提升超声骨密度仪对不同人群的适应性、测试结果准确性、全面性都有着十分重要的意义。

实用新型内容

为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供双模态超声探测装置以克服现有技术中定量超声骨密度仪存在的不足。

第一方面，本公开实施例中提供了一种双模态超声探测装置，用于骨密度检测。

具体地，所述双模态超声探测装置包括：外壳本体、第一模态超声换能器和第二模态超声换能器；其中，

所述外壳本体，被配置为封装所述第一模态超声换能器和第二模态超声换能器；

所述第一模态超声换能器，被配置为将第一超声波信号在受测骨骼表面形成侧波并使其沿所述骨骼表面横向传播；

所述第二模态超声换能器，被配置为将第二超声波信号垂直入射至所述受测骨骼表面并使其沿所述骨骼内部纵向传播。

结合第一方面，本公开在第一方面的第一种实现方式中，所述第一模态超声换能器为多通道式超声换能模组。

结合第一方面、第一方面的第一种实现方式，本公开在第一方面的第二种实现方式中，所述第一模态超声换能器包括第一超声发射模块和第一超声接收模块，

所述第一超声发射模块用于将所述第一超声波信号以预设角度倾斜发射到所述骨骼表面；

所述第一超声接收模块用于接收经所述骨骼表面反射的超声回波信号以及经过所述骨骼横向传播一段距离后折射出来的超声侧波信号。

结合第一方面的第二种实现方式，本公开在第一方面的第三种实现方式中，其中，所述第一模态超声换能器包括至少一个发射晶元和至少一个接收晶元，所述发射晶元与所述接收晶元分别沿同一水平面以预设角度布置封装。

结合第一方面的第二种实现方式，本公开在第一方面的第四种实现方式中，所述第一模态超声换能器包括至少两个发射晶元和至少两个接收晶元，其中，所述发射晶元与接收晶元沿同一水平面对称布置，并且，所述至少两个发射晶元之间沿所述水平面以第一预设角度α间隔设置，所述至少两个接收晶元之间沿所述水平面以第二预设角度β间隔设置。

结合第一方面的第三种实现方式至第四种实现方式，本公开在第一方面的第五种实现方式中，所述发射晶元和所述接收晶元具有相同的层结构，并且所述发射晶元与接收晶元之间设置有至少一个隔声层。

结合第一方面的第五种实现方式，本公开在第一方面的第六种实现方式中，所述发射晶元包括第一过渡层、第一压电晶片和第一背衬吸声层，其中，所述第一压电晶片位于所述第一过渡层和第一背衬吸声层之间。

结合第一方面的第六种实现方式，本公开在第一方面的第七种实现方式中，所述第一模态超声换能器还包括用于形成电回路的电极引线，所述电极引线包括正电极引线和负电极引线。

结合第一方面的第七种实现方式，本公开在第一方面的第八种实现方式中，其中，每一发射压电晶片的上表面和每一接收压电晶片的上表面均连接一根所述正电极引线，每一发射压电晶片的下表面和每一接收压电晶片的下表面均连接有一根与其相应正电极引线构成电回路的负电极引线。

结合第一方面，本公开在第一方面的第九种实现方式中，所述第二模态超声换能器为一单阵元或多阵元超声换能模组。

结合第一方面，第一方面的第九种实现方式，本公开在第一方面的第十种实现方式中，所述第二模态超声换能器为单阵元聚焦换能模组。

结合第一方面的第十种实现方式，本公开在第一方面的第十一种实现方式中，所述第二模态超声换能器包括第二超声发射/接收模块，所述第二超声发射/接收模块用于将所述第二超声波信号垂直发射到所述受测骨骼表面且入射到骨骼内部；并且接收经所述骨骼内部反射的超声回波信号。

结合第一方面的第十一种实现方式，本公开在第一方面的第十二种实现方式中，所述第二模态超声换能器为一凹面阵元换能器，所述凹面阵元换能器设置于所述第一超声发射模块与所述第一超声接收模块之间。

结合第一方面的第十二种实现方式，本公开在第一方面的第十三种实现方式中，所述凹面阵元换能器与所述第一超声发射模块和第一超声接收模块之间均设置有一隔声层。

结合第一方面的第十二种至第十三种实现方式，本公开在第一方面的第十四种实现方式中，所述凹面阵元换能器至少包括第二压电晶片，并且所述第二压电晶片至少具有一内凹的第二表面。

结合第一方面的第十四种实现方式，本公开在第一方面的第十五种实现方式中，所述凹面阵元换能器还包括第二过渡层和第二背衬吸声层，并且所述第二压电晶片设置于所述第二过渡层与第二背衬吸声层之间。

结合第一方面的第十五种实现方式，本公开在第一方面的第十六种实现方式中，所述第二模态超声换能器还包括具有正负电极的电极排线，所述第二压电晶片的第一表面和第二表面分别与所述电极排线的正电极排线和负电极排线相连接。

结合第一方面的第六种和第十五种实现方式，本公开在第一方面的第十七种实现方式中，还包括屏蔽层，其中，所述屏蔽层包裹于第一背衬吸声层或第二背衬吸声层外周。

结合第一方面，本公开在第一方面的第十八种实现方式中，所述第一模态超声换能器与所述第二模态超声换能器为分体式或一体式封装结构。

结合第一方面的第二种实现方式，本公开在第一方面的第十九种实现方式中，所述第一超声发射模块和/或所述第一超声接收模块为分体式或者一体式封装结构。

结合第一方面，本公开在第一方面的第二十种实现方式中，其中，所述第一超声波信号的超声频率与所述第二超声波信号的超声频率不同。

结合第一方面的第二种和第十一种实现方式，本公开在第一方面的第二十一种实现方式中，所述第一超声发射模块能够提供不同超声频率的发射信号；和/或，

所述第二超声发射/接收模块能够提供不同超声频率的发射信号。

结合第一方面的第四种实现方式，本公开在第一方面的第二十二种实现方式中，其中，所述第一预设角度α与所述第二预设角度β之和为180°，并且α的取值范围为5°～75°之间。

结合第一方面，本公开在第一方面的第二十三种实现方式中，所述装置还包括处理器，被配置为根据接收到的超声回波信号生成骨密度数据。

结合第一方面的第二十三种实现方式，本公开在第一方面的第二十四种实现方式中，还包括通信模块，所述通信模块电连接至所述处理器，用于与上位机进行通信交互。

结合第一方面，本公开在第一方面的第二十五种实现方式中，所述外壳本体的结构形态表征为便携式手持装置或者智能可穿戴设备。

本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过采用双模态传播模式的超声波骨密度探测装置，利用侧波获取骨组织表面密度信息，同时利用垂直入射波获取纵向的骨骼深度信息，从而将骨骼表面及内部的骨密度信息融合以获得更准确的骨密度情况，以避免由于测量探头与被测骨骼出现距离偏差而导致的计算误差或错误，并且改善超声探测装置针对不同人群的适应性和测试准确性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1示出根据本公开一实施例的双模态超声探测装置的截面示意图；

图2示出根据本公开一实施例的双模态超声探测装置的结构框图；

图3示出根据本公开一实施例的双模态超声探测装置的超声检测原理图；

图4示出根据本公开一实施例的双模态超声探测装置的探测方法流程图。

其中，具体附图标记为：

10-第一模态超声换能器；11-第一超声发射模块；12-第一超声接收模块；13-电极引线；20-第二模态超声换能器；21-第二超声发射/接收模块；22-电极排线；30-外壳本体；31-容置空间；40-处理器；50-通信模块；

110-发射晶元；120-接收晶元；130-隔声层；111-第一过渡层；112-第一压电晶片；113-第一背衬吸声层；114-屏蔽层；131-正电极引线；132-负电极引线；201-第二过渡层；202-第二压电晶片；203-第二背衬吸声层；

2020-第二表面。

应当明白，附图中所示出的各个部件的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标记表示相同或类似的构件。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。

在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。

另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开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公开。

前文提及，现有的QUS设备结构容易忽略测量探头与被测物体的实际距离，当距离发生偏差时容易产生误差和计算错误，例如专利公开号为CN1969762A公开了一种定量测量骨密度超声波探头，它由一个测量探头和两个定位探头组成，通过定位探头确定被测物体与测量探头平行后，由测量探头测量超声横波在骨骼中传播时间计算并计算出其传播速度，从而反应骨矿密度信息，而该方法并没有考虑到测量探头与被测物体的实际距离，当出现距离偏差时易产生计算误差或错误，影响骨密度判断结果。又如专利公开号为CN205215266U公开了一种超声骨密度探头，采用双发射双接收的设计计算横波通过被测物体所需时间，从而标定被测物的声速进而关联骨密度情况，但是该方法中横波通过骨质表层，仅得到的表征骨质表层的骨密度信息，无论是对于被测者个体的整体骨密度检测的准确性，还是对于不同人群的个体差异等所要求的适应性方面，均存在诸多缺陷。

为解决上述问题，本公开一实施例提供了一种双模态超声探测装置。所述装置包括：外壳本体、第一模态超声换能器和第二模态超声换能器；其中，所述外壳本体，被配置为封装所述第一模态超声换能器和第二模态超声换能器；所述第一模态超声换能器，被配置为将第一超声波信号在受测骨骼表面形成侧波并使其沿所述骨骼表面横向传播；所述第二模态超声换能器，被配置为将第二超声波信号垂直入射至受测骨骼表面并使其沿所述骨骼内部纵向传播。通过采用双模态传播模式的超声波骨密度探测装置，同时融合超声侧波和垂直入射波获取受测骨骼组织表面密度信息和深度信息，以获取更加准确和全面的骨密度检测结果，并且有效提升超声探测装置的普适性，为更多的患者带来福音。

图1示出根据本公开一实施例的双模态超声探测装置的截面示意图。

图2示出根据本公开一实施例的双模态超声探测装置的结构框图。图3示出根据本公开一实施例的双模态超声探测装置的超声检测原理图。

如图1至3所示，一种双模态超声探测装置，用于骨密度检测，包括：

外壳本体30，具有一容置空间31；

第一模态超声换能器10，被配置为将第一超声波信号在受测骨骼表面形成侧波并使其沿所述骨骼表面横向传播；

第二模态超声换能器20，被配置为将第二超声波信号垂直入射至受测骨骼表面并使其沿骨骼内部纵向传播；

其中，第一模态超声换能器10和第二模态超声换能器20被封装于外壳本体30的容置空间31内。

本公开通过第一模态超声换能器10获取骨骼表面密度信息，同时利用第二模态超声换能器20获得纵向的骨骼深度信息，融合上述骨骼表面密度及骨骼内部信息，能够获得更加准确的骨密度情况，并且能有效提高骨密度检测的适应性。

本公开的第一模态超声换能器10可以为一多通道式超声换能模组，例如，可以为单发双收、双发单收、双发双收或者多发多收式多通道超声换能模组，当探测装置在皮肤表面工作时，超声波将在发射端与接收端之间形成多条不同的传播路径，通过对骨骼超声波信号的分析，可以推算出超声波在骨头表面的传播速度，因而反映出被测者的骨骼表面密度情况。

优选地，本公开实施例采用双发射双接收形式的多通道超声换能模组，对受测骨骼发射侧波并接收发射波和折射波信号，根据该反射波和折射波信号计算获取该骨骼的松质骨和/或皮质骨的骨密度情况，采用双发射(A、B)双接收(C、D)的多通道超声换能模组，能够使更多能量的侧波入射到骨表面，减少超声波能量损耗，从而得到信噪比更高的回波，从而对骨骼的测量结果更加精确。

根据本公开的实施例，第一模态超声换能器10包括第一超声发射模块11和第一超声接收模块12。其中，第一超声发射模块10用于将第一超声波信号以预设角度倾斜发射到受测骨骼表面，进而形成侧波，使得该侧波沿骨骼表面横向传播；由于第一超声发射换能器所发出的超声波倾斜入射到骨骼后会同时产生超声侧波和反射波，其中，反射波是超声波接触骨骼表面的时候产生并直接反射出去的回波信号，而超声侧波则沿着骨骼表面横向传递一小段距离会折射出去，折射角＝入射角，因此本公开的第一超声接收模块12用于接收经该受测骨骼表面发射的超声回波信号，例如可以为第一超声回波信号，以及用于接收经过该骨骼横向传播一段距离后折射出来的第一超声侧波信号。

具体地，第一模态超声换能器10可以包括至少一个发射晶元110和至少一个接收晶元120，并且该发射晶元110与接收晶元120分别沿同一水平面以预设角度布置封装。其中，该发射晶元110与接收晶元120的数量可以为一个、两个、三个或多个，并且二者的数量可以为相同，也可以为不同的。

根据本公开的实施例，作为优选地，第一模态超声换能器10可以包括至少两个发射晶元110和至少两个接收晶元120，其中，发射晶元110与接收晶元120沿同一水平面间隔预设距离e对称布置，并且，至少两个发射晶元110之间以预设距离d间隔布置，至少两个接收晶元120之间以预设距离d间隔布置，以保证在探测装置与受测骨骼平行的情况下，不同发射晶元110发射出来的超声波信号射入到受测骨骼上的波程一致，从受测骨骼上反射回到各个接收晶元120的波程也是一致的，从而有效避免超声波能量损失，提高检测结果的准确度。其中预设距离e和d可以根据实际需要进行合理设计，本公开对此不作特别限制。

进一步地，该至少两个发射晶元110与水平面呈第一预设角度α间隔设置，该至少两个接收晶元120与水平面呈第一预设角度β间隔设置。作为优选地，第一预设角度α与第二预设角度β之和为180°，且α的取值范围为5°～75°之间。

根据本公开的实施例，发射晶元110和接收晶元120具有相同的层结构，如图1所示，并且该发射晶元110与接收晶元120之间设置有至少一个隔声层130，用于阻隔发射晶元110与接收晶元120之间的超声串扰。

如图1所示，发射晶元110至少包括第一过渡层111、第一压电晶片112和第一背衬吸声层113，其中，第一压电晶片112被设置于第一过渡层111与第一背衬吸声层113之间。该第一过渡层111采用与人体皮肤声阻抗差接近，容易与人体皮肤贴合的柔性高分子材料制作，发射晶元110提供的第一超声波信号穿透该第一过渡层111后到达受测物；第一压电晶片112可以采用PZT压电陶瓷材料或者其它具有低声阻抗、高机电耦合系数的PZT复合材料制成；第一背衬吸声层113，可以采用高声阻抗、高声衰减的复合材料制成，将接收的超声回波信号吸收衰减掉，提高带宽、增加传感精度、减少干扰。

为了进一步避免外界各种信号干扰，本公开的发射晶元110还可以包括屏蔽层114，采用例如铜箔包裹整个发射晶元110周边。

如前所述，本公开的发射晶元110与接收晶元120可以具有相同的层结构，也即接收晶元可以包括过渡层、接收压电晶片、背衬吸声层和屏蔽层。而且，本公开的发射晶元110与接收晶元120之间可以为分体式设计或者为一体式封装结构封装于外壳本体内部。

另外，除第一超声发射模块11和第一超声接收模块12外，本公开的第一模态超声换能器10还可以包括用于形成电回路的电极引线13，该电极引线包括有正电极引线131和负电极引线132。

继续参照图1，本公开的每一发射压电晶片112的上表面和每一接收压电晶片的上表面均连接一根正电极引线131，每一发射压电晶片的下表面和每一接收压电晶片的下表面均连接有一根与其相应正电极引线构成电回路的负电极引线132，本公开的电极引线可用于通电并传输电信号。

根据本公开的另一实施方式，第二模态超声换能器20可以为一单阵元或多阵元超声换能模组，用于垂直于受测骨骼表面向骨骼内部发射第二超声波信号，使得该第二超声波信号垂直入射至骨骼内部并沿骨骼深度或厚度方向传播，并且接收经骨骼内部发射的超声回波信号，也即第二超声回波信号，进而利用第二超声回波信号计算该受测骨骼内部的骨密度信息。

其中，该第二模态超声换能器20优选为一单阵元聚焦换能模组(E)，例如一凹面阵元换能器，如图1所示。该单阵元聚焦换能模组20可以包括第二超声发射/接收模块21，被配置为将第二超声波信号垂直发射到所受测骨骼表面，并且接收经骨骼内部反射的超声回波信号。

示例性地，本公开的单阵元聚焦换能模组的第二超声发射模块和第二超声接收模块可以一体式集成于该换能模组的凹面上构成第二超声发射/接收模块21，并且设置于前述第一超声发射模块11和第二超声接收模块12之间，进而既可以利用该凹面阵元换能器20发射聚焦超声波信号，同时也可以利用该凹面阵元换能器20聚焦并接收回波信号，并通过定量计算可获得表征该骨骼内部的密度情况。

本公开的双模态超声探测装置，首先，能够对受测骨骼区域进行针对性聚焦探测，例如利用第一模态超声换能器10对受测骨骼的横向区域的表面骨密度进行检测，还可以利用第二模态超声换能器20对该受测骨骼特定区域的内部骨密度进行检测，受测骨骼检测区域集中，不会因受测区域分散或其它偶然因素而导致检测结果失真。

为了更好地阻隔各发射模块之间以及发射模块与接收模块之间的超声串扰，本公开实施例在凹面阵元换能器20与第一超声发射模块11和第一超声接收模块12之间均设置有隔声层130。

本公开的凹面阵元换能器20可以具有与前述发射晶元110或接收晶元120相同或不同的层结构。根据实际应用需要，例如方便加工制造，批量生产，本公开的凹面阵元换能器可以采用与发射晶元相同或类似的层结构形式。具体地，本公开的凹面阵元换能器20包括第二过渡层201、第二压电晶片202和第二背衬吸声层203，其中，第二压电晶片202用于产生压电效应，被设置于第二过渡层201与第二背衬吸声层203之间。并且，如图1所示，该第二压电晶片202至少具有一内凹的第二表面2020，用于聚集超声波能量，提高信噪比。示例性的，该内凹的聚焦表面2020可以以凹透镜的形式存在于第二压电晶片202的下表面。

根据本公开的一实施例，第二模态超声换能器20还可以包括具有正负电极的电极排线22，用于形成电回路和信号传输，该第二压电晶片202的第一表面和第二表面分别与电极排线22的正电极排线和负电极排线相连接。示例性地，本公开的电极引线13和电极排线22可以汇聚到一同轴电缆，与外界进行数据传输，或者各自围绕成一环形形态盘绕于与外壳本体30的容置空间31内。

优选地，本公开的凹面阵元换能器20也包括有屏蔽层114，例如铜箔、铝箔或银箔，包裹于凹面阵元换能器20的外周，用于信号屏蔽和防止串扰。

根据实际应用场合的需要，本公开的第一模态超声换能器10和第二模态超声换能器20可以设置成分体式或一体式封装结构；或者第一超声发射模块和/或第一超声结构模块设置成分体式或一体式封装结构，以提高壳体内部结构的稳定性和可靠性。

现有的超声骨密度检测探头所发射的超声波频率通常是固定不变的，如此，对于比较肥胖的患者而言，由于其皮下脂肪层较厚，因而常规的超声骨密度检测探头不具备适用性，此时需要发射具有较强穿透能力的频率较低的超声波信号进行检测，而对于身材较瘦的患者，则无需穿透力较强的低频率超声波信号。因而，本公开的双模态超声探测装置能够提供不同超声频率的超声信号，换而言之，第一超声发射模块11能够提供不同的超声频率的发射信号，第二超声发射/接收模块21能够提供不同的超声频率的发射信号。

进一步地，为了获得更加精准的检测结果，本公开的第一超声发射模块11提供的第一超声波信号的超声频率与第二超声发射/接收模块21提供的第二超声波的超声频率不同，例如第一超声发射模块11可以提供2～5MHz频率的发射信号，优选地，可以采用3MHz的发射信号，而第二超声发射/接收模块21可以提供0～2MHz频率的发射信号，作为优选地，可以采用1MHz的发射信号。

根据本公开的又一实施例，所述双模态超声探测装置还包括处理器40和通信模块50，其中，处理器40被配置为根据接收到的超声回波信号(包含第一超声回波信号、第一超声侧波信号和第二超声回波信号)生成骨密度数据，该骨密度数据可以用于表征桡骨、胫骨、跖骨或指骨等的骨密度；通信模块50与该处理器50电连接，被配置为与上位机(图中未示出)进行信息通信交互，而且该通信模块50可以以有线或无线地形式与上位机电连接，该上位机可以将获取的骨密度数据信息转化为图像、数字、或声音的形式反馈给操作者。

作为本公开的一示例性实施方式，如图1所示，本公开的外壳本体30的结构形态可以为便携式手持装置结构，本领域普通技术人员应当理解，本公开的外壳本体还可以表征为例如智能可穿戴设备(例如智能手环、臂环、脚环、头箍等)或其它结构形态，本公开对此不作特别限制，凡是采用本公开的双模态构思设计的其它任何形态均落入本公开的保护范围之内。

前文提及，传统的QUS检测方法容易受检测条件、检测维度以及受测人群间的个体差异等因素影响，无法获得准确的整体骨密度信息。

根据本公开提供的再一实施方式，一种双模态超声骨密度探测方法。

图4示出根据本公开一实施例的双模态超声探测装置的探测方流程图。

根据本公开的实施例，一种双模态超声骨密度探测方法，其中，该探测方法使用了一种双模态超声探测装置进行骨密度检测，而该双模态超声探测装置为前述实施例中记载的双模态超声探测装置，因此本公开在此不再对双模态超声探测装置的具体结构进行赘述。

一种双模态超声骨密度探测方法，包括以下步骤：

步骤S1：第一超声发射模块用于提供不同超声频率的发射信号，具体地，可以发射具有第一预设超声频率的第一超声波信号至受测骨骼表面形成侧波，并沿骨骼表面横向传播，利用第一超声接收模块接收经所述骨骼表面反射的第一超声回波信号以及经过骨骼横向传播一段距离后折射出来的第一超声侧波信号；

在该步骤中，为了尽可能提高超声波对组织分辨的灵敏度，本公开针对第一超声波信号采用较高的第一预设超声频率，例如3MHz的高中心频率。

步骤S2：在发射第一超声波信号的同时，利用第二超声发射/接收模块将具有第二预设超声频率的第二超声波信号垂直入射至受测骨骼表面并使其沿骨骼深度方向传播，然后采用第二超声发射/接收模块接收经反射的第二超声回波信号；

在该步骤中，考虑到高频超声波信号难以穿透骨皮质层，因此将第二预设超声频率设置在1MHz左右。

步骤S3：利用处理器对接收到的所述第一超声回波信号、第一超声侧波信号和所述第二超声回波信号进行处理计算(此处，可基于随机森林计算模型、卷积神经网络模型或者残差神经网络模型进行处理计算)，分别生成关于骨骼表面密度和骨骼深度的骨密度数据信息。

本公开采用不同频率的双模态超声探测方法使得测量的普适性和准确性均得到有效提高。

此外，本公开的双模态超声骨密度探测方法，还可以包括如下步骤：

步骤S4：处理器通过通信模块以有线或无线的方式将骨密度数据传输至上位机；

步骤S5：该上位机将获得的骨密度数据转换为数字、图像或声音的形态反馈至操作者。

通过采用双模态传播模式的超声波骨密度探测方法，采用侧波和垂直入射波检测技术将骨骼表面及内部的骨密度信息融合以获得更准确的骨密度情况，避免出现计算误差或错误，改善探测方法的适应性，提升了测试结果的准确性。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (26)

1.一种双模态超声探测装置，用于骨密度检测，其特征在于，所述装置至少包括：外壳本体、第一模态超声换能器和第二模态超声换能器；其中，

所述外壳本体，被配置为封装所述第一模态超声换能器和第二模态超声换能器；

所述第一模态超声换能器，被配置为将第一超声波信号在受测骨骼表面形成侧波并使其沿所述骨骼表面横向传播；

所述第二模态超声换能器，被配置为将第二超声波信号垂直入射至所述受测骨骼表面并使其沿所述骨骼内部纵向传播。

2.根据权利要求1所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述第一模态超声换能器为多通道式超声换能模组。

3.根据权利要求1所述的双模态超声探测装置，其特征在于，其中，所述第一模态超声换能器包括第一超声发射模块和第一超声接收模块，

所述第一超声发射模块用于将所述第一超声波信号以预设角度倾斜发射到所述骨骼表面；

所述第一超声接收模块用于接收经所述骨骼表面反射的超声回波信号以及经过所述骨骼横向传播一段距离后折射出来的超声侧波信号。

4.根据权利要求3所述的双模态超声探测装置，其特征在于，其中，所述第一模态超声换能器包括至少一个发射晶元和至少一个接收晶元，所述发射晶元与接收晶元分别沿同一水平面以预设角度布置封装。

5.根据权利要求3所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述第一模态超声换能器包括至少两个发射晶元和至少两个接收晶元，其中，所述发射晶元与接收晶元沿同一水平面对称布置，并且，所述至少两个发射晶元之间沿所述水平面以第一预设角度α间隔设置，所述至少两个接收晶元之间沿所述水平面以第二预设角度β间隔设置。

6.根据权利要求4或5所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述发射晶元和所述接收晶元具有相同的层结构，并且所述发射晶元与接收晶元之间设置有至少一个隔声层。

7.根据权利要求6所述的双模态超声探测装置，其特征在于，其中，所述发射晶元包括第一过渡层、第一压电晶片和第一背衬吸声层，其中，所述第一压电晶片位于所述第一过渡层和第一背衬吸声层之间。

8.根据权利要求7所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述第一模态超声换能器还包括用于形成电回路的电极引线，所述电极引线包括正电极引线和负电极引线。

9.根据权利要求8所述的双模态超声探测装置，其特征在于，其中，每一发射压电晶片的上表面和每一接收压电晶片的上表面均连接一根所述正电极引线，每一发射压电晶片的下表面和每一接收压电晶片的下表面均连接有一根与其相应正电极引线构成电回路的负电极引线。

10.根据权利要求1所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述第二模态超声换能器为一单阵元或多阵元超声换能模组。

11.根据权利要求1所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述第二模态超声换能器为单阵元聚焦换能模组。

12.根据权利要求11所述的双模态超声探测装置，其特征在于：

所述第一模态超声换能器包括第一超声发射模块和第一超声接收模块；

所述第一超声发射模块用于将所述第一超声波信号以预设角度倾斜发射到所述骨骼表面；

所述第一超声接收模块用于接收经所述骨骼表面反射的超声回波信号以及经过所述骨骼横向传播一段距离后折射出来的超声侧波信号；

所述第二模态超声换能器包括第二超声发射/接收模块，所述第二超声发射/接收模块用于将所述第二超声波信号垂直发射到所述受测骨骼表面且入射到骨骼内部；并且接收经所述骨骼内部反射的超声回波信号。

13.根据权利要求12所述的双模态超声探测装置，其特征在于，

所述第二模态超声换能器为一凹面阵元换能器，所述凹面阵元换能器设置于所述第一超声发射模块与所述第一超声接收模块之间。

14.根据权利要求13所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述凹面阵元换能器与所述第一超声发射模块和第一超声接收模块之间均设置有一隔声层。

15.根据权利要求13所述的双模态超声探测装置，其特征在于，其中，所述凹面阵元换能器至少包括第二压电晶片，并且所述第二压电晶片至少具有一内凹的第二表面。

16.根据权利要求15所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述凹面阵元换能器还包括第二过渡层和第二背衬吸声层，并且所述第二压电晶片设置于所述第二过渡层与第二背衬吸声层之间。

17.根据权利要求16所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述第二模态超声换能器还包括具有正负电极的电极排线，所述第二压电晶片的第一表面和第二表面分别与所述电极排线的正电极排线和负电极排线相连接。

18.根据权利要求7或16所述的双模态超声探测装置，其特征在于，还包括屏蔽层，其中，所述屏蔽层包裹于第一背衬吸声层或第二背衬吸声层外周。

19.根据权利要求1所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述第一模态超声换能器与所述第二模态超声换能器为分体式或一体式封装结构。

20.根据权利要求3所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述第一超声发射模块和/或所述第一超声接收模块为分体式或者一体式封装结构。

21.根据权利要求1所述的双模态超声探测装置，其特征在于，其中，所述第一超声波信号的超声频率与所述第二超声波信号的超声频率不同。

22.根据权利要求12所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述第一超声发射模块能够提供不同超声频率的发射信号；和/或，

所述第二超声发射/接收模块能够提供不同超声频率的发射信号。

23.根据权利要求5所述的双模态超声探测装置，其特征在于，其中，所述第一预设角度α与所述第二预设角度β之和为180°，并且α的取值范围为5°～75°之间。

24.根据权利要求1所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述装置还包括处理器，被配置为根据接收到的超声回波信号生成骨密度数据。

25.根据权利要求24所述的双模态超声探测装置，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块电连接至所述处理器，用于与上位机进行通信交互。

26.根据权利要求1所述的双模态超声探测装置，其特征在于，所述外壳本体的结构形态表征为便携式手持装置或者智能可穿戴设备。