一種近紅外激光骨診斷儀的組裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬醫(yī)療器械領(lǐng)域，涉及一種近紅外激光骨診斷儀的組裝方法及其在骨骼疏松診斷的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著社會發(fā)展、生活水平和醫(yī)療水平的不斷日益提高，我國人民的壽命在不斷的延長，已逐步進入老齡化社會。由于老年人骨的無機鹽增多，有機質(zhì)的衰老，鈣磷比例失調(diào)，低骨量及骨的微結(jié)構(gòu)改變等原因，老年人群易患骨質(zhì)疏松、質(zhì)脆、關(guān)節(jié)軟骨彈性減弱，骨質(zhì)出現(xiàn)退行性病變等多種骨科疾病。其它如糖尿病、癌癥等疾病也會有相關(guān)的骨壞死、骨折等并發(fā)癥。骨質(zhì)疏松及其引起的骨折已成為威脅老年社會的主要疾病之一。目前全世界約有2億人患有骨質(zhì)疏松，而在我國60歲以上的骨質(zhì)疏松患者高達40%?50%，約25%因骨質(zhì)疏松發(fā)生骨折，70歲以上骨折發(fā)生率可達50%?80%。由此引起的嚴重的醫(yī)療和社會負擔(dān)，已引起公眾廣泛的重視，骨質(zhì)疏松癥已被列為3大重點攻關(guān)研究的老年疾病之一。對于骨疾病來說早期診斷是關(guān)鍵，早期治療可使之逆轉(zhuǎn)。
[0003]骨密度測定方法包括單光子吸收法(SPA)，雙光子吸收法(DPA)，定量CT法(QCT)，定量超聲測定法(QUS)，雙能X射線骨密度測定法(DEXA)等，以測定骨質(zhì)疏松的程度，確定診斷及檢查藥物治療的效果。單光子吸收骨密度儀是最先設(shè)計并使用利用X射線吸收法測定骨礦物質(zhì)含量的方法，主要掃描人體的前臂來測量尺骨和橈骨。但是該方法不能進行全身性的骨密度測量，現(xiàn)在基本上己經(jīng)被淘汰。雙光子吸收骨密度儀采用發(fā)射能量不同的兩種光子，利用其對軟組織和骨骼的不同穿透能力來修正軟組織對測量帶來的影響。相對比較安全，全身及局部受輻射劑量很少，而且可以檢查全身的骨密度，但測量時間過長，測量的精密度、準確度不夠理想且維護成本很高。雙光子很快就被雙能X線所取代。雙能X線骨密度測定儀是目前公認的骨質(zhì)疏松檢查的金標準，與QCT相比，具有價格低廉、結(jié)果確切靈敏度與正確度均高的優(yōu)點，兩者的工作原理一樣，但DXA比DPA掃描快，更準確，避免了同位素的衰減。它的原理是兩種能量X線同時穿過身體，被探測器接收。因不同組織(主要是骨、脂肪和肌肉)對高低兩種能量X線的反應(yīng)不同，因此可以用數(shù)學(xué)公式校正。雙能X線吸收法輻射量僅為胸片的1/10，骨密度測量可以查全身，也可以只查脊柱或髓關(guān)節(jié)，一般將髓部骨密度測量作為基本測量手段，腰推骨密度測量作為參考，測量結(jié)果以T值作為診斷標準。
[0004]定量的計算機斷層掃描法(QCT)利用CT成像原理，即根據(jù)人體組織對射線吸收不同而得到射線衰減不同，來計算出任何部位的組織密度。它分為單能和雙能兩種，相對于其他方法，可以分別測量松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨，并分析骨松質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)并且可以分析感興趣區(qū)域的骨小梁的數(shù)量及面積。但是法有明顯缺點，單能重復(fù)性差，容易受到骨內(nèi)無機鹽、水、脂肪含量影響，其測量結(jié)果比真實值往往偏低。雙能雖然可以避免這些影響，但是病人所受輻照劑量很大有可能會帶來損害，而且目前雙能的算法依然存在缺陷。定量超聲技術(shù)(QUS)是根據(jù)超聲通過骨骼的超聲速度和寬帶超聲衰減等超聲參數(shù)來檢測骨胳。相對于其他的測量方法，超聲檢查骨密度具有無放射性、成本低、檢測速度快等優(yōu)點，但精確性有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種方便、無損傷的測量骨密度的新方法。其特征是本發(fā)明分析儀包括一個微型激光器、光學(xué)過濾系統(tǒng)、檢測器、IXD或LED顯示系統(tǒng)和一個微處理器，該分析儀激光發(fā)射光束照在人體表皮，收集和聚焦從樣品發(fā)射的信號，該信號通過光學(xué)過濾系統(tǒng)過濾掉背景熒光，由檢測器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)一個微處理器數(shù)據(jù)處理后輸出到LCD或LED顯示系統(tǒng)顯不。
[0006]骨是一種多級結(jié)構(gòu)的復(fù)雜生物組織，它具有運動、儲存礦物質(zhì)、保護和支持身體等多種功能。力學(xué)支撐是骨的重要功能之一，對骨的力學(xué)性能進行詳細而系統(tǒng)的研究有著重要意義。骨組織的力學(xué)性能不僅取決于骨的宏觀結(jié)構(gòu)與微觀結(jié)構(gòu)，同時也與礦物成分和有機基質(zhì)的化學(xué)組成及其機械性能以及它們之間的相互作用密切相關(guān)。礦物成分與骨組織的強度和硬度相關(guān)，膠原蛋白與骨組織的韌度相關(guān)。骨組織中的羥基磷灰石的晶體大小、晶格結(jié)構(gòu)和取代情況都會影響到骨的力學(xué)性能，同樣，膠原蛋白的有序結(jié)構(gòu)及交粘也是保持骨穩(wěn)定的重要因素。2001年美國NIH會議引入了 “骨質(zhì)量”的概念，“骨質(zhì)量”與骨細微結(jié)構(gòu)、有機基質(zhì)、礦物成分等相關(guān)，并受到骨重建和遺傳因素影響?！肮琴|(zhì)量”的評估比傳統(tǒng)骨密度和骨結(jié)構(gòu)的研究能更全面的表達骨強度等多方面信息，已經(jīng)被越來越多的研究者廣為接受。自從1970年Walton等首次將光譜分析法應(yīng)用于骨組織研究，從骨組織的譜圖中同時獲取了骨的主要成分無機物磷酸鹽以及有機物膠原蛋白的骨架和側(cè)鏈振動信息以來，光譜在骨組織的研究中發(fā)揮著越來越重要的作用，從力學(xué)性能研究，生物材料研究到骨科疾病研究，從離體研究到活體原位研究。骨力學(xué)性能的研究有助于骨折易感性的判斷，常規(guī)測試專注于骨所能承受的壓力、拉力以及扭曲力等，而激光光譜基于分子水平的研究可以同時獲取力的作用下骨組織組成中礦物以及膠原的結(jié)構(gòu)信息，如礦物晶格、取代等的改變，膠原纖維交聯(lián)的斷裂等常規(guī)方法所不能表征的信息。該分析儀包括一個微型激光器、光學(xué)過濾系統(tǒng)、檢測器、IXD或LED顯示系統(tǒng)和一個微處理器，采集和數(shù)據(jù)分析功能一體化，激光器的波長范圍為75(T900nm，三種常用的波長為785nm，815nm, 830nm,激光器的功率為10~100毫瓦，該分析儀激光發(fā)射光束照在人體表皮，聚焦在表皮上的光斑為1~5平方毫米，收集和聚焦從樣品發(fā)射的信號，從樣品發(fā)射的光信號包括拉曼信號，紅外信號，熒光信號，或發(fā)光信號。該信號通過光學(xué)過濾系統(tǒng)過濾掉背景熒光及通過數(shù)據(jù)處理和自動基線校正去掉肌腱及表皮信號，內(nèi)部光學(xué)組件進行了優(yōu)化處理，光學(xué)過濾系統(tǒng)包括聚焦元件、窄波濾片，由高靈敏度電荷耦合檢測器或光電二極管轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)一個微處理器數(shù)據(jù)處理后輸出到LCD或LED顯示系統(tǒng)顯示，顯示系統(tǒng)為液晶或發(fā)光二極管，最終顯示與骨密度相關(guān)的數(shù)據(jù)及文字信息。相比常用的雙能X-線吸收法和定量計算機X射線體層掃描等方法，該儀器檢測費用低、便攜且無電離輻射，對人體無傷害，適用于家庭便攜式使用。
[0007]具體實施例如下:
實例一:
分析儀包括一個微型激光器、光學(xué)過濾系統(tǒng)、檢測器、LCD或LED顯示系統(tǒng)和一個微處理器，該分析儀785nm激光發(fā)射光束照在人體表皮，收集和聚焦從樣品發(fā)射的信號，該信號通過光學(xué)過濾系統(tǒng)過濾掉背景熒光，由電荷耦合檢測器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)一個微處理器數(shù)據(jù)處理后輸出到IXD或LED顯示系統(tǒng)顯示。
[0008]實例二:
分析儀包括一個微型激光器、光學(xué)過濾系統(tǒng)、檢測器、LCD或LED顯示系統(tǒng)和一個微處理器，該分析儀830nm激光發(fā)射光束照在人體表皮，收集和聚焦從樣品發(fā)射的信號，該信號通過光學(xué)過濾系統(tǒng)過濾掉背景熒光，由電荷耦合檢測器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)一個微處理器數(shù)據(jù)處理后輸出到IXD或LED顯示系統(tǒng)顯示。
【主權(quán)項】
1.分析儀包括一個微型激光器、光學(xué)過濾系統(tǒng)、檢測器、IXD或LED顯TK系統(tǒng)和一個微處理器，該分析儀激光發(fā)射光束照在人體表皮，收集和聚焦從樣品發(fā)射的信號，該信號通過光學(xué)過濾系統(tǒng)過濾掉背景熒光，由檢測器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)一個微處理器數(shù)據(jù)處理后輸出到IXD或LED顯示系統(tǒng)顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，激光器的波長范圍為75(T900nm，三種常用的波長為785nm, 815nm, 830nmo3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，激光器的功率為10~100毫瓦。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，激光發(fā)射光束包括一個光束發(fā)射器，聚焦在表皮上的光斑為I飛平方毫米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，從樣品發(fā)射的光信號包括拉曼信號，紅外信號，熒光信號，或發(fā)光信號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，光學(xué)過濾系統(tǒng)包括聚焦元件、窄波濾片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述，探測器是電荷耦合檢測器或光電二極管。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述，微處理器為可編程的單板計算機，能處理輸入電信號，并與其數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)對比，輸出數(shù)據(jù)及文字信息到顯示器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述，顯示系統(tǒng)為液晶或發(fā)光二極管，最終顯示與骨密度相關(guān)的數(shù)據(jù)及文字信息。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種近紅外激光骨診斷儀的組裝方法及其在骨骼疏松診斷的應(yīng)用。本發(fā)明將近紅外激光穿透表皮組織從而獲得骨組織的信息，相比常用的雙能X-線吸收法和定量計算機X射線體層掃描等方法，該儀器檢測費用低、便攜且無電離輻射，對人體無傷害，適用于家庭便攜式使用。
【IPC分類】A61B5/00
【公開號】CN105078406
【申請?zhí)枴緾N201410208246
【發(fā)明人】朱沛志
【申請人】朱沛志
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月18日