[实用新型]一种基于阵列探头的背散射超声骨质诊断系统

说明书

技术领域

本实用新型属于医疗仪器技术领域，具体涉及一种基于阵列探头的背散射超声骨质诊断系统。

背景技术

超声因其特有的无损、无电离辐射、实时、价廉及便携等优势，被认为是骨质诊断极具潜力的方法。骨质的超声诊断方法主要分为超声透射法和背散射法。超声透射法发展较早，目前已得到广泛应用，而超声背散射法在近些年越来越受到研究人员的关注。与透射法相比，超声背散射法具有以下优势：背散射法能够反映骨微结构信息；只需要单一超声探头进行收发而不像透射法那样需要一发一收两个探头；不仅可以在人体跟骨处进行测量，也可以在其他骨骼部位测量。然而在实际使用过程当中，无论是超声透射法，还是超声背散射法，其测量结果都在一定程度上受到探头贴合压力、摆放位置的影响。在跟骨处进行背散射法检测时，如果探头与脚踝贴合得不紧密，则无法收到正确的超声背散射信号；而如果探头与脚踝贴合的压力过大，则会改变软组织的厚度与密度，对背散射信号的探测结果也有一定程度的影响。另一方面，由于跟骨不同位置点的骨微结构、软组织厚度、密度都略有差异，因此在不同位置点的检测结果具有一些差异。上述两个原因降低了超声背散射法检测的准确度和稳定性。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种检测的准确度高、稳定性好的背散射超声骨质诊断系统。

本实用新型提供的背散射超声骨质诊断系统，是基于阵列探头的，包括：ARM处理器、FPGA、LCD显示器、多路模数转换电路、多路高压隔离接收电路、多路高压脉冲发射电路、压力传感器检测电路、一体化超声探头；其中：

所述一体化超声探头由探头外壳保护层、小型超声探头阵列、压力传感器和耦合液体构成。小型超声探头阵列密闭在充满耦合液体的探头外壳保护层内，每个小型超声探头可以独立地发送、接收超声信号；压力传感器埋藏于外圈的探头外壳保护层下方，用于检测一体化超声探头与待测骨样本之间的压力。其中，超声探头个数N，可以是5-25个，一个实施例中是9个；超声探头阵列中探头排列成对称的图形。

所述压力传感器检测电路用于测量压力传感器电极之间的阻抗，从而检测压力值，并通过模数转换电路将其转换为数字信号；FPGA读取该压力值，并通过总线传输给ARM处理器。ARM处理器将该压力值显示在显示器上，并提示用户调整该压力至正确的范围内。

所述ARM处理器上运行软件程序，通过高速总线接口对FPGA进行控制并获取数据；FPGA首先控制压力传感器检测电路获取一体化超声探头表面的压力数值，ARM处理器将该压力数值显示在LCD显示器的界面上，以提示用户增大或减少探头贴合的压力；当压力值在正确范围内时，FPGA控制多路高压脉冲发射电路，依次驱动每个小型超声探头发送超声波脉冲信号,并控制相应通路的高压隔离接收电路和高速模数转换电路采集背散射信号；FPGA将接收到的各路超声背散射信号通过高速总线上传给ARM处理器。

工作过程与原理如下：当压力传感器检测电路检测到的压力值在正确范围内时，FPGA控制多路高压脉冲发射电路控制第一个小型超声换能器发送超声脉冲激励信号；该超声波通过小型超声换能器与耦合液体之间的界面，再通过耦合液体与探头保护层之间的界面，然后穿透超声耦合剂到达待测骨样本；超声波在骨样本中发生背散射，产生的背散射回波信号穿透超声耦合剂，再通过探头保护层与耦合液体之间的界面，然后通过耦合液体与小型超声换能器之间的界面，被小型超声换能器接收并转换为电信号。FPGA控制多路高压隔离接收电路接收对应通道的信号，并进行滤波、放大，再控制多路模数转换电路中的对应通道进行模数转换，采集此通道的背散射信号。随后，FPGA重复上述过程，依次控制其他通道小型超声探头的信号发送与接收。

在采集到全部N个通道的超声背散射信号后，FPGA将这些信号通过高速总线发送给ARM处理器。ARM处理器对每个小型超声探头接收到的背散射信号，分别计算表观积分背散射系数（AIB）、背散射频谱质心偏移（SCS）、背散射系数（BSC）等多个背散射参数，并对这些小型超声探头通道的计算结果进行平均，依据平均后的背散射参数，对骨质情况作出诊断，并显示在LCD显示器上。

本实用新型的创新性在于：1）采用超声阵列探头对骨质进行检测，阵列中的每个小型超声换能器分别激发超声脉冲并接收背散射信号，分别对各个位置点进行骨质检测，然后再由ARM处理器对各点的诊断结果进行平均，从而提高测量数据的准确度和稳定性。2）在超声探头阵列周围采用压力传感器电路，检测超声探头与待测部位之间的压力，仅当该压力值在规定的范围内时进行超声检测，从而提高了诊断结果的稳定性。