骨质疏松症定量超声诊断的传感器技术研究

摘要

定量超声法是近年发展起来的经济有效的骨密度测量新方法，目前国内使用的定量超声测量仪主要依赖进口。为了研制具有完全自主知识产权的定量超声测量仪，必须解决其中的关键技术。超声波传感器是定量超声测量仪的关键部件，定量超声测量仪的性能好坏与其密切相关，研制高性能的超声波传感器对开发整个定量超声诊断系统具有重要的意义。
　　 在深入分析定量超声测量骨密度基础理论和测量原理的基础上，研制了定量超声法测量骨密度的传感器，通过实验探索，获得了超声波传感器设计参数与其性能之间的关系，实验表明，随着传感器背衬块中钨粉比例的增加，传感器响应波形的峰-峰值逐渐减小，振荡次数也相应减少；随着传感器匹配层层数的增加，传感器响应波形也具有同样的关系。利用Pspice软件进行电路仿真设计，研制了满足超声波传感器测量需要的配套发射接收电路。其中设计的超声波发射电路，不需要像传统电路那样提供高压直流电源，就可以产生高压触发脉冲，用来激励超声波传感器。同时研制了超声波接收电路，将透过跟骨后的超声波信号转换成相应的电信号，并放大滤波后供后续电路处理。通过离体实验，调整超声波发射功率，达到安全测量人体跟骨的标准。最后进行在体实验，获得了可以用来诊断受试者骨骼健康状况的人体跟骨测量信号。
　　 通过理论分析和实验验证，研制的超声波传感器及其配套电路是成功的，为整个定量超声骨密度测量分析系统的研制奠定了坚实的基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 骨密度测量方法的比较

1.2.1 骨密度测量方法的概述

1.2.2 跟骨定量超声检测的优势

1.3 骨密度定量超声检测的国内外现状

1.4 本课题研究的目的和意义

1.5 本课题研究的主要内容和论文的组织结构

第二章 定量超声诊断的基础理论和测量原理

2.1 骨的生理、病理及其与骨质疏松的关系

2.2 骨质疏松症的实质

2.2.1 骨质疏松症的定义

2.2.2 骨质疏松症的分类

2.2.3 骨质疏松症的病因和病理特征

2.3 骨密度及骨质疏松症的诊断标准

2.4 定量超声诊断的物理学基础

2.4.1 超声波定义

2.4.2 超声波分类

2.4.3 超声波的重要物理参数

2.4.4 超声波在生物组织中的传播特性

2.5 定量超声诊断的测量原理

2.5.1 定量超声测量技术

2.5.2 定量超声参数的测量方法

第三章 超声波传感器的制作及其配套电路的设计

3.1 超声传感器的概述

3.2 超声探头的设计

3.2.1 压电晶片

3.2.2 匹配层和保护膜

3.2.3 背衬块

3.2.4 匹配线圈

3.2.5 其他部件

3.2.6 探头制作工艺

3.3 超声波发射电路

3.3.1 超声脉冲波形的要求

3.3.2 同步扫描电路

3.2.3 主发射电路

3.4 超声波接收电路

3.4.1 前置放大电路

3.4.2 带通滤波电路

3.4.3 后级放大电路

第四章 初步实验分析

4.1 背衬块中钨粉比例对传感器性能影响的对比实验

4.1.1 实验目的和方法

4.1.2 实验准备和材料

4.1.3 实验数据

4.1.4 实验数据的分析

4.2 匹配层层数对传感器性能影响的对比实验

4.2.1 实验目的和方法

4.2.2 实验准备和材料

4.2.3 实验数据

4.2.4 实验数据的分析

4.3 离体和在体实验

4.3.1 实验目的和方法

4.3.2 实验准备和材料

4.3.3 实验数据

4.3.4 实验数据的分析

第五章 总结和展望

5.1 研究工作的总结

5.2 研究工作的展望

5.2.1 数据采集和处理技术

5.2.2 骨密度分析系统界面的设计

5.2.3 体膜的制作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文