定量超声诊断骨质疏松症的数据采集与传输系统设计

摘要

随着人们寿命的增加和老年型社会的形成，作为老年性疾病之一的骨质疏松症及其引发的骨折使越来越多的人们深受其害。随着患者的增加，医疗费用的上涨，给许多家庭和社会带来了巨大的精神压力和经济压力。 与其它诊断方法相比，利用定量超声技术检测骨质疏松症具有精确度高、重复性好、无放射性损伤等优势。它是从一种新的角度评估人体的骨质量，而且因其价格便宜，对大面积人群的普查及筛选尤有实用性。本课题采用定量超声检测人体胫骨中皮质骨的超声传播速度(SOS)，根据超声波速度值所反映的骨密度信息来诊断骨质疏松症。在理论方面，根据波型转换原理确定了入射纵波在胫骨皮质骨内转换为横波的物理条件，由实际检测情况推导出系统所适用的SOS测量公式，并经试验消除了测量公式中皮肤软组织的影响。 本论文的重点任务是数据采集和传输系统的设计。由于采集芯片达到了40Msps属于高速采集，所以该系统选用了复杂可编程逻辑器件(ComplexProgammableLogicDevice，CPLD)作为控制部件。其功能主要是负责将采集到的数据先存储到SRAM中，然后再配合带有通用串行总线(USB)接口的单片机传递到主机上。因此该部件除设计了产生访问SRAM的19位地址以外，还设计了读写控制逻辑和定时器功能块以完成整个数据采集存储和传输功能。此外，在这部分设计中，还巧妙地运用了二进制累加器，达到了两块SRAM之间数据切换的目的。论文第三章分别介绍了采集系统中数据采集、存储和传输等各个单元的设计以及协调这些单元工作的控制单元的设计。在传输系统的设计中，使用了现代流行的USB技术，由于其“热插拔”的方便性和传递数据的高速性，因此采用该技术作为传递数据到主机的方法。第四章从浅入深地介绍了USB的固件设计、驱动设计以及界面设计，使繁琐的USB协议及其开发过程变得简单易懂。 论文的最后两章对所设计系统的初步试用结果进行了分析和展望，并与有关临床类似检测结果进行了比较，得到令人满意的效果，为今后进一步研制开发智能型的定量超声骨质疏松诊断仪奠定了基础。

目录

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第一章绪论

1.1骨质疏松症的诊断技术发展历程

1.1.1 X线摄片

1.1.2单光子吸收技术(SPA)

1.1.3定量CT技术(QCT)

1.1.4双能X射线吸收技术(DEXA)

1.1.5定量超声技术(QUS)

1.2胫骨定量超声诊断技术的优势及前景

1.3本课题的意义及所做的工作

第二章超声诊断骨质疏松症的原理

2.1医学基础

2.1.1骨及骨的结构组成

2.1.2骨质疏松症概述

2.2超声诊断学基础

2.2.1超声波的特性及特征参量

2.2.2超声波的传播特性

2.3检测原理

2.3.1基本原理

2.3.2公式推导

第三章定量超声检测系统的实现方案

3.1超声诊断基本原理

3.1.1 A型超声诊断仪

3.1.2超声探头

3.2定量超声检测系统的结构

3.2.1超声检测部分

3.2.2数据处理部分概况

3.3数据处理部分

3.3.1数据采集单元设计

3.3.2数据存储单元设计

3.3.3可编程逻辑器件(CPLD)设计

3.3.4数据采集存储控制单元

3.3.5数据传输单元

3.3.6工作原理及步骤

第四章USB传输设计

4.1 USB简介

4.1.1USB的特点

4.1.2 USB的基本概念

4.1.3 USB传递服务的类型

4.1.4 USB的工作概述

4.2 AN2131QC介绍

4.2.1 AN2131QC中的SIE

4.2.1 AN2131QC中的存储器

4.2.1 AN2131QC中的端点

4.3 USB程序设计

4.3.1 USB的枚举程序设计

4.3.2数据传输程序设计

4.3.3 USB驱动和界面设计

第五章初步试验结果分析

5.1试验过程

5.1.1试验准备

5.1.2试验步骤

5.2试验结果

5.3结果分析

第六章总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢