專利名稱：：一種無創(chuàng)性人體骨鹽測量方法及自動測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及了一種骨鹽的測量方法及測量儀。許多疾病都有骨鹽含量的改變，如老年性骨質(zhì)疏松，小兒佝僂病，地方性氟病，內(nèi)分泌疾病，鎘等化學(xué)物質(zhì)中毒等，測量骨鹽含量是研究這些疾病的重要研究手段。目前無創(chuàng)性測量人體骨鹽含量的儀器有單光子吸收骨鹽測量儀，雙光子吸收骨鹽測量儀，雙能X線吸收骨鹽測量儀和X線計(jì)算斷層掃描儀，這些儀器均需進(jìn)口，但價(jià)格昂貴，設(shè)備龐大，價(jià)格較便宜的單光子骨鹽測量儀價(jià)格亦達(dá)1萬美元，且只能測量尺骨和撓骨的骨鹽含量。本發(fā)明的目的就是提供一種簡便易行，適用范圍較廣的高精度骨鹽測量方法及測量儀，以克服上述的不足。本發(fā)明按其功能分三部分當(dāng)電轉(zhuǎn)換器件，機(jī)械掃描裝置和微機(jī)控制系統(tǒng)。本發(fā)明的理論依據(jù)是骨骼X片上的明暗變化(光密度)反映骨骼中的無機(jī)鹽含量的變化，將骨骼X片上的光密度與同時(shí)拍下的鋁條的光密度進(jìn)行比較即可計(jì)算出骨骼的骨鹽含量。通過光纖傳來的小光束透過X片投射到光電傳感器上，X片上的光密度信息就變成了電信號，利用機(jī)械掃描裝置對X片進(jìn)行掃描，就可得到骨骼和鋁條的光密度信息，然后經(jīng)放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換將光電信號變成計(jì)算機(jī)可識別的數(shù)字信號，利用微機(jī)的圖形識別程序和數(shù)據(jù)處理程序?qū)饷芏刃畔⑦M(jìn)行分析，即可計(jì)算出長骨某一部位的骨鹽含量并打印出計(jì)算結(jié)果。光電轉(zhuǎn)換和機(jī)械掃描裝置的功能是將骨骼X片上的光密度信息轉(zhuǎn)變成電信號。光電轉(zhuǎn)換部分由直流穩(wěn)壓電源、聚焦燈泡、光纖、硅光電池及線性放大器LM747組成。在不做掃描的情況下光電流變化＜1%。本儀采用絲桿作為機(jī)械掃描的傳動裝置，掃描速度為1.60mm/秒。本發(fā)明以單片微機(jī)為信息處理中心，由于單片機(jī)具有集成度高、體積小、可靠性強(qiáng)、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，在智能儀表方面得到了廣泛應(yīng)用。本發(fā)明選用MCS-51系列的8031芯片作為該系統(tǒng)的核心，以ADCO809為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件，分別配以EPROM2764和RAM6264作為程序存儲器和數(shù)據(jù)存貯器。由于8031管腳的限制，8031的PO口既做地址總線的低八位又做數(shù)據(jù)總線，為達(dá)到分時(shí)復(fù)用的目的，與地址鎖存器相連，單片機(jī)的地址分配由地址譯碼器決定。由D8255可編程I/O芯片提供三個(gè)并行口直接驅(qū)動打印機(jī)和掃描開關(guān)。并擴(kuò)展5×5鍵盤和六個(gè)數(shù)碼管做為人機(jī)界面，從而構(gòu)成了一個(gè)性能價(jià)格比理想的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。微機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對掃描開關(guān)的控制，采樣，圖形識別、計(jì)算骨鹽含量和打印。此外，還對光電流的非線性變化和飄移進(jìn)行修正。為計(jì)算骨鹽含量，首先必須識別軟組織與骨，骨皮質(zhì)與髓腔之間的分界。為此，本發(fā)明采用差分閥值法來識別掃描曲線的臨界點(diǎn)A、B、C、D、E、F。在圖中每一點(diǎn)的黑度值都相對應(yīng)一個(gè)特定的鋁厚值，本發(fā)明先將光密度值換算成鋁厚度值yi，然后對骨骼曲線的yi值進(jìn)行積分得∑GS。然后可計(jì)算出骨皮質(zhì)指數(shù)和骨鹽含量。骨皮質(zhì)指數(shù)＝(tB-tA+tD-tC)/(tD-tA)×100%骨鹽含量＝R·∑GS/(tD-tA)R為每毫米鋁厚相當(dāng)?shù)墓躯}含量，骨鹽含量的單位為g/cm2。本發(fā)明程序?yàn)槲宀糠纸M成，主程序和四個(gè)功能子程序，主程序?qū)崿F(xiàn)初始化并提示用戶選擇功能子程序，子程序1執(zhí)行對骨骼X片的掃描和數(shù)字濾波等，子程序2執(zhí)行時(shí)參比體X片的掃描和數(shù)字濾液，子程序3實(shí)現(xiàn)圖形識別，換算及計(jì)算，子程序4驅(qū)動打印機(jī)打印結(jié)果。本發(fā)明儀通過掃描X片來間接測量人體骨鹽含量。首先將參比鋁條與被測量的骨部位同時(shí)拍片，拍片時(shí)，鋁條橫放于肢體下方，鋁條與被測長骨垂直。參比鋁條的橫斷面為梯形。拍片時(shí)X線球管中心對準(zhǔn)鋁條與骨交界處，拍片條件因部位而異。然后對X片進(jìn)行掃描，先對骨進(jìn)行掃描，而后對鋁條進(jìn)行掃描，而后儀器將自動分析計(jì)算并打印出骨皮質(zhì)指數(shù)和骨鹽含量。本發(fā)明測量結(jié)果準(zhǔn)確，與標(biāo)準(zhǔn)灰化法做比較，二者結(jié)果十分相近，二者之間無顯著性差異。該儀重復(fù)性良好，重復(fù)性誤差＜2%;本發(fā)明可測量多個(gè)部位的骨鹽含量，而進(jìn)口單元子吸收骨鹽測量儀多只能測量尺骨和橈骨的骨鹽含量。本發(fā)明在性能價(jià)格比方面比進(jìn)口單光子骨鹽測量儀優(yōu)越得多，該儀功能比進(jìn)口更為齊全，而價(jià)格只能進(jìn)口儀的十分之一。本發(fā)明通過X片間接測量骨鹽含量，患者不必親自前來測量，只需在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院拍攝一張X片即可，這一點(diǎn)對于大面積的人群骨質(zhì)疏松癥的篩選來極為重要。本發(fā)明性能穩(wěn)定，體積小，重量輕，使用方便。圖1為本發(fā)明的工作原理和基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為骨骼和鋁條的光密度曲線圖。圖3為微機(jī)控制系統(tǒng)的硬件原理圖。圖4為圖形識別和光密度換算原理示意圖。圖5為本發(fā)明的程序框圖。圖6為以股骨為例拍攝的X片圖。下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。儀器的重復(fù)性是儀器性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，為驗(yàn)證儀器本身的重復(fù)性，發(fā)明人對同一部位X片進(jìn)行了10次掃描，每次掃描結(jié)果如表1所示，從表1可以看出，測量結(jié)果之間有很好的重復(fù)性，10次測量誤差＜2.50%。表1測量儀的測量重復(fù)性2、拍片條件和膠片沖洗上不同對X線光密度法測量骨鹽含量的影響是不可忽視的。為分析這種影響的大小，我們分別在同濟(jì)醫(yī)院、協(xié)和醫(yī)院、武漢市一醫(yī)院、軍工醫(yī)院、武漢市二醫(yī)院拍攝了同一志愿者的尺橈骨遠(yuǎn)端正位片，然后對用測量儀五張X片進(jìn)行掃描，測量結(jié)果如表2所示，五家醫(yī)院條件各不相同，但對同一檢查部位來說，其骨鹽測量結(jié)果十分相近，誤差僅為1.99%。表2不同拍片條件對測量結(jié)果的影響3、為驗(yàn)證本發(fā)明測量的準(zhǔn)確性我們將該儀的測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)灰化法的測量結(jié)果進(jìn)行了比較(表3)，兩組結(jié)果之間沒有顯著性差異。(P＞0.10)。表3測量儀與灰化法結(jié)果比較</tables>4、用改良光密度法測量了209例正常中老年人的股骨骨鹽含量，測量結(jié)果如表4所示。同一年齡組男姓骨鹽含量高于女性，二者之間的差異無顯著性，50歲組和60歲之間及60歲組與70歲組之間的差異有顯著性意義;女性年齡組之間的差異均有顯著意義。從結(jié)果可以看出，男性從50歲開始，女性從40歲開始，骨鹽含量隨增齡而減少。這與高精度的雙光子吸收法測得的結(jié)果基本相符，但本發(fā)明簡便易行，故可廣泛用于增齡性骨質(zhì)疏松的早期篩選。表4骨鹽含量值的年齡性別分布注1、兩性同一年齡組間的骨鹽含量均有顯著性差異。2、男性平均變異系數(shù)(CV)為0.12，女性為0.11。權(quán)利要求1.一種無創(chuàng)性人體骨鹽測量方法，其特征在于通過掃描X片來間接測量人體骨鹽含量，首先將參比鋁條與被測量的骨部位同時(shí)拍片，拍片時(shí)，鋁條橫放于肢體下方，鋁條與被測長骨垂直，參比鋁條的橫斷面為梯形，拍片時(shí)X線球管中心對準(zhǔn)鋁條與骨交界處，拍片時(shí)條件因部位而異，然后對X片進(jìn)行掃描，先對骨進(jìn)行掃描，后對鋁條進(jìn)行掃描，而后測量儀自動分析計(jì)算并打印出骨皮質(zhì)指數(shù)和骨鹽含量。2.一種無創(chuàng)性人體骨鹽自動測量儀，其特征在于通過小光纖傳來的小光束透過X片投射到光電傳感器上，X片上的光密度信息就變成了電信號，利用機(jī)械掃描裝置對X片進(jìn)行掃描，就可以得到骨骼和鋁條的光密度信息，然后經(jīng)放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換將光電信號變成計(jì)算機(jī)可識別的數(shù)字信號，利用微機(jī)的圖形識別程序和數(shù)據(jù)處理程序?qū)饷芏刃畔⑦M(jìn)行分析，即可計(jì)算出長骨某一部位的骨鹽含量并打印出計(jì)算結(jié)果。全文摘要本發(fā)明涉及了一種骨鹽的測量方法及測量儀，許多疾病都有骨鹽含量的改變，測量骨鹽含量是研究這些疾病的重要研究手段。本發(fā)明是將參比鋁條與被測量的骨部位同時(shí)拍片，通過掃描X片來間接測量人體骨鹽含量，而后通過測量儀對光密度信息進(jìn)行分析。就可計(jì)算出長骨某一部位的骨鹽含量并打印出結(jié)果。本發(fā)明可測量多個(gè)部位的骨鹽含量。本發(fā)明測量結(jié)果準(zhǔn)確，性價(jià)比高，性能穩(wěn)定，體積小，重量輕，使用方便。文檔編號G03B42/02GK1067572SQ9210401公開日1993年1月6日申請日期1992年5月28日優(yōu)先權(quán)日1992年5月28日發(fā)明者徐順清申請人:同濟(jì)醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院