模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統及方法

2023-06-25 00:45:36

專利名稱：模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種小型低成本模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系 統，尤其涉及一種低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀、智能人工日光浴燈、磁 懸浮振動骨量刺激儀與乾式超聲波骨密度儀組成的集成工作系統。
背景技術：
骨質疏鬆症是世界衛生組織(冊O)認定為對人類影響最大的三種疾病 之一。在美國，這種疾病每年造成150萬例骨折，年耗資達100億美元； 由骨質疏鬆導致骨折的年死亡率約為12% 20%，已成為美國12種主要死 亡原因之一。在中國，據估計目前骨質疏鬆患者已超過9000萬人。隨著中 國經濟的發展，人口老齡化趨勢的加重，骨質疏鬆症的發病率也勢必迅猛 地增加，嚴重威脅老年人的健康，造成社會醫療成本的大幅度提升。
骨質疏鬆症是一種嚴重危害人類(尤其是婦女)的疾病， 一般說來，婦 女35歲以後骨質就開始慢慢流失；而停經後雌激素水平下降，骨質流失就 會加速(骨質的丟失與雌激素水平下降成比例)。此外，骨質疏鬆被稱為無 聲的殺手，因為發病之初，患者無法感覺到骨質正在流失，骨骼正在變得 越來越脆弱。因此，對於骨質疏鬆症的檢測、預防和治療已經成為國際醫 學界的重大課題。
骨質疏鬆的治療一般可分為藥物治療和物理治療，藥物治療雖然在臨 床上廣泛使用，但由於眾多的副作用、費用高，使其應用受到了很大的限制； 物理治療方法有多種，其中使用低頻脈衝磁場治療骨質疏鬆是目前證明確 有療效的治療方法。發達國家如美國、義大利、以色列等都推出了商品化 的低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀。
可攜式超聲波骨密度儀是廣泛使用的骨質疏鬆檢測儀器，其原理是測量骨頭的超聲波量化參數(QUS):寬帶超聲波衰減(BUA)和波速(S0S),從 而指示骨密度。根據美國國立衛生研究院(NIH)研究工作結論跟骨是最佳測定 部位。因為跟骨的95%是骨小梁，新陳代謝最活躍，最能反映年齡、絕經、鍛鍊 和藥物對骨質的影響；跟骨體積大，軟組織覆蓋少，而且位置又能精確重複定 位，因而測定簡單可靠。
可攜式超聲波骨密度儀分為溼式和乾式兩大類。溼式超聲波骨密度儀 測量準確度高(相對於乾式而言)，但結構複雜；乾式超聲波骨密度儀使用 醫用超聲膠作耦合劑，使用方便。
目前，市場上的骨質疏鬆檢測與治療設備存在以下主要問題-
1. 價格昂貴
可攜式超聲波骨密度儀目前主要有美國公司、法國公司、韓國公司等在 中國銷售。能測量BUA和S0S的可攜式超聲骨密度儀每臺市場價格在20 30萬元人民幣之間；即使只測量S0S的可攜式超聲骨密度儀每臺市場價格 也在15萬元人民幣左右；
低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀每臺市場價格在30~50萬元人民幣左右。 要擁有骨質疏鬆檢測與治療設備需要50 100萬元投入，連許多中小型 醫院也望機興嘆，更不用說進入私人診所和平常百姓家了。
2. 功能單一，治療效果參差不齊
儘管價格昂貴，目前的商品化低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀療效卻參差 不齊，究其原因， 一是功能單一；二是產生脈衝磁場的裝置仍有改進的必要。
骨質疏鬆的治療是一個綜合治療的過程。骨科醫生通常會告訴患者治療 (藥物治療，物理治療)，服用鈣片和維生素D，曬太陽，運動。所以，儘管 確有療效，用低頻脈衝磁場治療骨質疏鬆仍然僅僅是眾多治療方法中的一種， 應該綜合考慮患者曬太陽，運動的問題，亦即存在增加功能的必要。
低頻脈衝磁場治療骨質疏鬆需要在包圍人體的一定空間產生均勻磁場；而 產生這樣的均勻磁場的最好裝置是線圈。目前的商品化脈衝磁場骨質疏鬆治療
10儀大部分使用單個線圈，其產生的均勻磁場空間有限；部分新產品使用兩個線 圈(亥姆霍茲線圈)，磁場的均勻性得到一定改善，但仍然有改進的必要。 3.體積龐大
低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀很多為治療床結構，具有一個或兩個治療 線圈，治療時患者需要躺到治療線圈中去，這導致系統體積龐大。若想減小 治療儀的體積，除了需要改變治療床結構外，必須減小線圈的直徑，但由此 產生兩個問題 一是磁場均勻性下降，影響療效；二是減小直徑後，不方 便患者運動進入線圈內，和從線圈內退出。
因此，如何在一定的條件下，例如，對低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀，在 不犧牲磁場均勻性及療效的前提下，增加設備的功能，降低設備的成本，減小 治療儀的體積；對可攜式超聲波骨密度儀，在其準確度足以滿足普通中、小 型醫院對骨密度、骨質疏鬆症進行普査的前提下，降低設備的成本，是一個極 大的挑戰。
綜上所述，集診斷檢測與治療為一體的骨質疏鬆診斷與治療集成工作系統， 尤其是這樣的小型化低成本集成系統更具有極大的市場潛力和社會價值，目前 中國這一方面仍然為空白，本發明填補了這個空白，讓骨質疏鬆症診斷檢測與 治療設備進入中小型醫院，私人診所，甚至平常百姓家成為了可能。

發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種低成本骨質疏鬆症診斷與治 療集成工作系統，採用模塊化設計，能根據用戶的要求增、減模塊。最全的配 置有四個功能模塊乾式超聲波骨密度儀，低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀，智 能人工日光浴燈、磁懸浮振動骨量剌激儀，這樣配置的潛在用戶是大、中、小 型醫院和私人診所；除了乾式超聲波骨密度儀以外的配置，其潛在用戶可
以是私人診所和平常百姓。低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀也可用於治療高血 脂、高膽固醇、血液高粘滯綜合症、前列腺，和預防心肌梗塞以及腦血栓等等。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是
從功能上來說，本發明由低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀、智能人工日光浴 燈、磁懸浮振動骨量刺激儀、乾式超聲波骨密度儀四個功能模塊組成，各個功 能模塊既可單獨工作、銷售，也可以組合工作、銷售。這樣的系統配置不是功 能的堆砌或重迭，而是互相補充，各有所長。除了可以測量骨密度外，這個系 統可對骨質疏鬆進行全面的治療低頻脈衝磁場治療骨質疏鬆引起的疼痛、阻 止和扭轉骨質繼續流失；治療骨折引起的疼痛、加速已折骨頭癒合；人工日光 浴促進維生素D轉化為活性維生素D進而促進人體對鈣的吸收；磁懸浮振動刺 激骨量(骨密度與骨強度)增加。容易理解，這樣的集成工作系統的療效是別 的系統無法比擬的。
從電路上說，上述四個功能模塊共用公共模塊，公共模塊通過主板上的撥 位開關檢測集成工作系統的配置。
公共模塊帶片內模擬/數字(A/D)轉換器的低成本數位訊號處理器(DSP)或 16位高端微處理器(MCU)，或普通中端微處理器、實時時鐘晶片、液晶顯示器 (LCD)、鍵盤、穩壓電源、機箱。
低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀公共模塊、隔離器、數字/模擬轉換器(波 形DAC)、幅度調節(幅度DAC)、預放大器、開關(D類)功放、磁場線圈；隔離 器、驅動器、開關元件、直流電動機、蝸輪、蝸杆傳動系統、治療椅/治療床等。
智能人工日光浴燈公共模塊、交流固態繼電器、電子鎮流器、中波UVB 紫外線燈管、燈架外殼等。
磁懸浮振動骨量刺激儀公共模塊、隔離器、驅動器、開關元件、永磁懸
浮振動器(永磁體與電磁鐵)、承重踏板、外殼、扶手等。
乾式超聲波骨密度儀公共模塊、發射電路、接收電路、自動增益控制電
路、時間差TOF檢測電路、超聲波換能器、熱印表機等。
小型低成本模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統最全配置的構成與 連接如圖l所示。1.低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀
脈衝磁場治療骨質疏鬆症的理論基礎是骨細胞對微小負荷以及電信號具有 識別能力。低頻脈衝磁場可激活成骨細胞，促進成骨細胞的有絲分裂，從而增 加骨密度。
低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀的治療椅結構如圖2所示。電路如圖3所示。 本發明低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀使用四個磁場線圈產生脈衝磁場的結 構如下 一個線圈位於座椅下，固定不動；另外三個線圈由直流電動機、蝸輪、 蝸杆傳動系統驅動，可作上下運動。使用前，先將上面三個線圈向上移動到極 限位置，此時一個身高175cm的患者不用彎腰就可以坐到椅子上；患者坐好後， 上面三個線圈再向下移動，直到最上面線圈的上端面與患者頦隆突對齊時為止。 此時，另外兩個線圈覆蓋患者胸腹部。用這樣的方式可以產生覆蓋患者整個脊 柱、胸骨、髖骨、股骨頸、腕骨等重點治療部位的勻強脈衝磁場。 治療椅的高度可適當調節，以適應個子較矮的患者。
磁場線圈可以是圓形線圈，也可以是方形線圈。圓形線圈的直徑最小為60cm, 方形線圈的邊長最小為60cm，四個線圈的直徑(或邊長)、間距、安匝數可以相 等，也可以不相等，取決於對磁場均勻性的要求和用什麼形式的線圈。圓形線 圈可用巴克(Barker)線圈；李-懷亭(Lee-Whiting)線圈；方形線圈可用馬瑞特 (Merritt)線圈等。這些著名的四個線圈系統產生的磁場均勻區大大超過單線圈 或兩個線圈(亥姆霍茲線圈)磁場的均勻區。
在不破壞磁場均勻性的前提下，線圈的結構(直徑和間距)受三個因素制約 一是從治療椅座位平面到患者下巴之間的距離，這個距離大約為70 cm(以身高 175cm的患者為標準)；二是椅子座位平面到其上最近一個線圈的距離，這個距 離應該接近或大於20 cm，以便容納患者的大腿；三是在一個線圈對的最小直徑 為60cm的情況下，另外一個線圈對的直徑不能超過70 cm，否則導致系統體積 太大。
為了使電路簡單(信號產生電路中的D類開關功放為單路)，選擇四個直徑都為60cm的巴克(Barker)線圈四個線圈串聯(通過同一電流)，但匝數不 同。在此條件下，整個低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀的體積為
治療狀態或運輸狀態下60cm(長)x70cm(寬)x 120cm(高)；
上面三個線圈升高到極限位置時(僅在患者運動進入、退出線圈時才會出現 這種狀態):60cm(長)x70cm(寬)xl90cm(高)。
低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀的巴克(Barker)線圈的結構見圖4。圖4(a): 巴克四線圈匝比、間距；圖4(b):巴克四線圈橫截面。
使用四個線圈產生脈衝磁場及三個線圈可運動的治療椅結構的優點-
(1) 四線圈磁場的均勻區大大超過單線圈或兩個線圈(亥姆霍茲線圈)磁場 的均勻區。所以，用均勻區很大的四線圈磁場可補償由於線圈直徑變小對磁場 均勻區的影響。換言之，用較小直徑的四線圈系統可獲得用較大直徑的單線圈 或兩個線圈(亥姆霍茲線圈)系統相同的磁場均勻區；這樣使得在保證療效的前 提下減小治療儀的體積成為可能。
(2) 三個線圈可運動的治療椅結構既減小了線圈直徑，又使患者可以方便地 進入、退出治療線圈。
本發明低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀的信號頻率為1 100Hz(可調)；信號 波形有脈衝波、矩形波、三角波和正弦波，以及由它們組成的複雜波形；磁場 強度為0 80高斯(可調)；治療骨質疏鬆症的最佳參數頻率在50 Hz附近， 磁場強度在50 70高斯之間。
圖2中，運動機構由螺旋傳動部件、蝸輪、蝸杆、直流電動機組成。其結 構見圖5。螺旋傳動部件由螺杆(不能作軸向運動)、帶內螺紋的滑動套(作軸向 運動)、帶軸向長槽的空心圓管(固定在治療椅靠背內，不能作軸向運動和轉動； 軸向長槽對著患者背部)組成。
直流電動機旋轉時，蝸杆驅動蝸輪，與蝸輪一體化的螺杆旋轉，套在螺杆 外面的滑動套將在帶軸向長槽的空心圓管內作軸向運動，從而帶動固定在滑動 套上的三個線圈上下運動。蝸杆、蝸輪傳動與螺旋傳動都具有自鎖功能，運動停止或斷電後三個線圈不會自行下滑。運動時三個線圈之間無相對運動。
三個線圈同時還由兩副支撐部件支撐。每副支撐部件由固定在治療椅上且
帶軸向長槽的空心支撐圓管，和安裝在該空心圓管內、可軸向運動的支撐杆組
成；三個線圈也固定在支撐杆上。
為減少金屬材料對治療區域磁場的影響，治療椅、治療床、運動機構等均
採用非金屬材料，如工程塑料(ABS)、尼龍等。直流電動機採用非永磁直流電機，
並安裝在由磁屏蔽材料構成的屏蔽箱中。
為了消除人體對磁場信號的適應性以確保療效，在自動工作模式時，本實
用新型低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀可每天加載不同的信號參數頻率、振幅
(磁場強度)、波形。其實現方法是系統軟體査詢實時時鐘晶片獲得當前時間(日
期)；再根據當前時間給信號產生軟體模塊賦不同的初值；同時根據當前時間控
制幅度調節模塊以調節輸出信號振幅(磁場強度)。
由於骨質疏鬆常常導致骨折，本機有專門的骨折治療處方。 上述治療椅結構也可以由用戶在工作現場改裝成治療床結構,如圖6所示。
治療床結構可供年老體弱或已骨折患者使用。
治療床具有一個類似跑步機的傳送帶部件，它使患者可以比較容易地滑入、
滑出治療線圈。傳送帶部件由轉輥、床板、循環傳送帶、承重支撐框架等構成。 傳送帶部件不用或運輸時可以折迭以減小長度。 2.智能人工日光浴燈
目前，很多人有一個誤解，以為服用鈣片和維生素D,就可以預防和 治療骨質疏鬆。其實，對停經後的老年婦女來說，即使服用維車素D，服用的 鈣片也不容易被人體所吸收，因為維生素D必須轉化為活性維生素D後，才 能促進鈣質吸收；而要讓維生素D轉化為活性維生素D，每天至少需要接受10 分鐘的紫外線照射。其原理是日光的紫外線照射皮膚後，將在人體內引起一 系列光生物學作用，以生成活性維生素D;活性維生素D能調節人體鈣磷代射， 促進腸道對鈣質的吸收，促進鈣在骨中沉積，有利於骨的生長。但是，患者可能由於住宅、季節、體力、時間等的原因，無法天天作日光 浴，故本發明設計了智能人工日光浴燈。它可以單獨使用，也可配合低頻脈衝 磁場骨質疏鬆治療儀使用，或配合磁懸浮振動骨量刺激儀使用。
智能人工日光浴燈電原理框圖見圖7。
燈管使用功率為36W 108W、波長為280nm 320nm的中波紫外線(UVB)保 健燈管，這個波段是紫外線生物學效應最活躍部分，有強烈的皮膚反應及促使 維生素D轉化為活性維生素D的作用。其中，波長為310nra 315nm的UVB-NB (窄譜UVB)保健燈管可以在家庭中使用。
由於長期、反覆、過度接受紫外光照射會誘發和促進皮膚腫瘤的發生，為 防止這種危險，人工日光浴燈設計有兩種智能模式 一是使用人工日光浴燈需 要輸入密碼，以防止無關人員誤用；二是對同一密碼，自動累加過去24小時的 照射時間，當超過最小安全照射時間後，人工日光浴燈將自動關機。
3.磁懸浮振動骨量刺激儀
骨質疏鬆症有從老年人為主向年輕人(白領)擴展的趨勢，而曬太陽少、缺 乏體育鍛鍊是主要的原因。現代人工作節奏快、壓力大，很多人沒有進行日曬、 體育鍛鍊的時間。
運動鍛鍊可通過肌肉活動產生對骨的機械性應力，刺激骨形成和影響機體 的鈣平衡，使局部及全身的骨礦物含量增加。但是，患者可能由於住宅、季節、 體力、時間等的原因，無法天天進行運動鍛鍊；而患有骨質疏鬆的老年人在進 行運動鍛鍊的同時，亦有跌倒損傷等誘發骨折的可能性。所以本發明設計了磁 懸浮振動骨量刺激儀，使患者足不出戶就可安全而有效地進行鍛鍊。磁懸浮振 動骨量刺激儀配合人工日光浴燈效果更佳。
磁懸浮振動骨量刺激儀的工作原理是，骨細胞對微小負荷具有識別能力， 所以通過機械振動施加一定縱向應力給雙腿骨骼，可激發成骨細胞活力，增加 骨量(骨密度與骨強度)。
磁懸浮振動骨量刺激儀電原理框圖見圖8，磁懸浮振動器由釹鐵硼永久磁鐵
16和電磁鐵組成，結構見圖9。釹鐵硼永久磁鐵可以吸引比自身重量重500倍的 重物，所以使用永磁懸浮可以極大的降低功率消耗，縮小磁懸浮振動骨量刺激 儀體積。圖9中，永久磁鐵位於固定的外殼上，可以避免振動造成永久磁鐵 退磁；永久磁鐵和電磁鐵的S極與N極相對，因而永久磁鐵內部的磁力線方 向與電磁鐵的磁力線方向相同，這樣可以避免永久磁鐵被電磁鐵的磁場退磁。 磁懸浮振動器的工作原理是當患者站到承重踏板上面後，重力使承重踏 板向下運動，橡膠彈簧(使用橡膠彈簧的目的是降低噪聲)被壓縮，永久磁鐵和 電磁鐵之間的距離增大；通電後永久磁鐵和電磁鐵互相吸引，產生的磁懸 浮力使承重踏板向上運動，同時橡膠彈簧被釋放；此時若斷開電源，則重力又 使承重踏板向下運動。如此循環往復，形成振動。利用DSP/MCU的PWM功能模 塊控制開關元件改變通電、斷電的時間，就可以控制磁懸浮振動器的振動頻 率。
磁懸浮振動器的工作頻率在10 50Hz(可調)；振動幅度在1 2cm。 振動幅度由機械裝配尺寸決定。
為了克服磁懸浮振動器對低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀磁場的幹擾，磁 懸浮振動器的外殼由磁屏蔽材料構成，且二者不同時使用。 4.乾式超聲波骨密度儀
為降低成本，本發明可用兩種不同的方式構成乾式超聲波骨密度儀。
方式之一使用單超聲波換能器(單個超聲波換能器既發射、又接收) 技術測量骨密度值。超聲波換能器先發射超聲波信號，在被測物體第一個 邊界產生第一個回波信號；部分信號穿過第一個邊界後在第二個邊界上又 產生第二個回波信號，如圖IO所示。利用兩個回波信號就可以得到寬帶超 聲波衰減(BUA)和波速(SOS):
(/) = 20xlog(44^) (1)
式中，4(/)為第二個回波信號的能量頻譜；4(/)第一個回波信號的能量頻譜。
對中心頻率為0. 5MHz的超聲波換能器，O. 2MHz 0. 6MHz頻率範圍內的 (/)曲線的斜率即為BUA (dB/MHz):
BtM =傘oe [。.2—。.6艦](20 x log( ^^)) (2)
波速SOS可根據以下公式求出
S0S(m/s卜距離/時間差 (3) 其中，距離為被測跟骨厚度，時間差(Tirae of Flight, T0F)是兩個回波信 號之間的時間差。
使用單一換能器的簡易型超聲波骨密度儀無論在操作和計算上都十分 簡便，能極大地降低成本，但腳跟骨屬於高衰減係數的物質，對超聲波而言， 經過兩倍腳跟骨厚度後，波形會產生嚴重的衰減變形而不利於計算T0F即S0S。 這需要在硬體與軟體設計上下功夫，將誤差控制在一定範圍內，使這樣測 出的BUA、 SOS其精確度可滿足骨密度或者說骨質疏鬆症普査的要求。
單換能器超聲波骨密度儀電路原理如圖11所示。電路中使用程控增益 放大器(PGA)放大微弱信號，而對回波信號處理的關鍵部分TOF檢測電路， 則利用精密峰值檢波器、微分電路和過零檢測電路，將回波幅度的峰值時間點 作為回波到達時間。這種方法在原理上和信號幅度無關，故具有優良的傳輸時 間檢測特性。
此種方式需要測量被測跟骨厚度。
方式之二使用兩個超聲波換能器構成僅僅測量SOS的簡易型超聲波骨 密度儀。這種方法有相當高的SOS測量精確度，對硬體要求低不需要使用 DSP和高速A/D轉換器。簡化電原理框圖如圖12所示，圖中微處理器為一般 中端微處理器。詳細電路框圖如圖13所示。圖中，隔離器、耦合電路、信 號源、驅動器、功率級組成發射電路；限幅器、跟隨器、可變增益放大器(VGA)組成接收電路；精密峰值檢波器、低通濾波器、微分電路和零交叉 即過零檢測電路組成TOF檢測電路；AGC信號控制可變增益放大器的增益。
發射電路發射超聲波信號後，微處理器啟動定時器，開始計時；當接 收電路收到超聲波信號後，微處理器停止計時。此時，定時器的時間差就 是超聲波在跟骨中的TOF;再利用公式(3)就可算出S0S。
此種方式需要測量被測跟骨厚度，需要使用兩個超聲波換能器，只能 提供S0S指標，不能提供BUA測量值。但由於SOS指標是用超聲波在骨組織 中的傳遞速度來反映骨骼強度的變化，故僅用S0S指標也能綜合反映骨中有機 質和無機質變化的情況。
本發明的有益效果是，設計了集診斷與治療為一體的骨質疏鬆症診斷 與治療集成工作系統，具有小型、低成本、模塊化的特點；在不犧牲磁場 均勻性的前提下減小了低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀的體積，可以達到採 用較大直徑的單線圈或兩個線圈(亥姆霍茲線圈)骨質疏鬆治療系統相同的 療效；提供了低成本、精確度能滿足骨密度或骨質疏鬆症普查之用的超聲 波骨密度儀；採用模塊化、硬體復用的原理，降低了價格，增加了功能， 讓骨質疏鬆症診斷與治療設備進入中小型醫院，私人診所，甚至平常百姓 家成為了可能。這樣的集成系統具有很大的市場潛力和社會價值。


圖1為本發明最全配置構成及連接圖。
圖2為本發明低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀的治療椅結構圖。
圖3為本發明低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀的電路原理圖。
圖4為本發明低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀巴克(Barker)線圈的結構圖。
圖5為本發明低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀的運動機構結構圖。
19圖6為本發明低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀的治療床結構圖。
圖7為本發明智能人工日光浴燈電原理框圖。
圖8為本發明磁懸浮振動骨量刺激儀電原理框圖。
圖9為本發明磁懸浮振動骨量剌激儀結構圖。
圖10為乾式、單超聲波換能器測量BUA、 SOS原理圖。
圖ll為本發明簡易型乾式、單超聲波換能器骨密度儀電原理框圖。
圖12為本發明乾式、兩個超聲波換能器測量SOS簡化電原理框圖。
圖13為本發明乾式、兩個超聲波換能器測量SOS詳細電路框圖。
圖中
1.可運動線圈，2.固定線圈，3.治療椅，3-l.治療椅靠背，3-2.海綿 墊，4.運動機構，4-l.帶軸向長槽空心圓管，4-2.帶內螺紋的滑動套，4-3.螺 杆，4-4.蝸輪，4-5.蝸杆，4-6.直流電動機，5.支撐部件，5-1.帶軸向長槽空 心支撐圓管，5-2.支撐杆，6.直流電動機屏蔽箱，7.傳送帶部件，7-1.承重支 撐框架，7-2.床板，7-3.循環傳送帶，7-4.轉輥，8.外殼，8_1.減振器，8_2. 永久磁鐵，8-3.電磁鐵，8-4.彈簧套碗，8-5.橡膠彈簧，8-6.承重踏板。
具體實施例方式
下面結合附圖介紹本發明的具體實施方式
及具體工作過程。 本發明的每個功能模塊都可單獨工作、銷售；也可組合工作、銷售。但低
頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀與磁懸浮振動骨量刺激儀不能同時使用，以免影響
低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀產生的磁場的均勻性。 (l)測量骨密度值
使用準備用鍵盤輸入患者個人信息；在超聲波換能器(探頭)與跟骨測 量區塗醫用超聲膠作耦合劑；將超聲波換能器對準跟骨測量區。
測量骨密度值選擇"骨密度測量"，測量在系統軟體控制下自動完成； 選擇"列印"將列印測試報告。測試報告滿足WHO標準，除提供數字超聲
20波量化參數BUA、 S0S夕卜(雙探頭系統僅提供S0S)，還包括T值、Z值等等。
(2) 使用低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀(以治療椅結構為例敘述) 使用準備按上升鍵將上面三個線圈向上移動到極限位置(在上極限位
置會自動停止)；讓患者坐到治療椅上；按下降鍵將三個線圈向下移動到極 限位置(在下極限位置會自動停止)。如果患者太矮，可適當調節椅面高度， 直到最上面線圈的上端面與患者頦隆突對齊時為止。
骨質疏鬆治療選擇"骨質疏鬆治療"，系統將自動選擇治療處方(每 個處方對應不同的信號參數頻率、振幅/磁場強度、波形、治療時間等)；選 擇"骨質疏鬆治療"後，再按上升鍵、下降鍵，可人工選擇處方號。選擇治 療處方後，就進入治療階段，治療時間結束後，系統會自動關機。在治療過程 中，按停止鍵，治療將立即停止，即使治療時間未完。
骨折治療骨折治療只能人工選擇處方，因為骨折前期、骨折中期、骨折 後期的治療處方不同。選擇"骨折治療"後，再按上升鍵、下降鍵，可人工 選擇處方號。其餘操作與骨質疏鬆治療相同。
(3) 使用智能人工日光浴燈
患者需戴防護眼鏡或用紗布遮蓋眼部；燈管置於照射部位的垂直位置，準 確測量燈管與被照射部位的距離；選擇"日光浴"，輸入密碼後，系統將自動 選擇照射時間；輸入密碼後，再按上升鍵、下降鍵，可人工選擇照射時間。 無論是自動選擇還是人工選擇照射時間，對同一密碼，系統將根據過去24小 時的累加照射時間，和最小安全照射時間，決定實際執行的照射時間。日光浴 照射時間到後，人工日光浴燈將自動關機。
(4) 使用磁懸浮振動骨量刺激儀
患者站到磁懸浮振動骨量刺激儀的承重踏板上；抓緊扶手；選擇"骨量刺 激"，系統將自動選擇處方(磁懸浮振動工作頻率、刺激時間)；選擇"骨量刺 激"後，再按上升鍵、下降鍵，可人工選擇處方。選擇骨量刺激處方後，就進入骨量刺激階段，時間結束後，骨量刺激儀會自動關機。在使用過程中，按 停止鍵，骨量刺激儀將立即停止工作，即使設定的時間未完。
(5) 同時使用低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀與人工日光浴燈 工作過程與單獨使用類似。
(6) 同時使用磁懸浮振動骨量刺激儀與人工日光浴燈 工作過程與單獨使用類似。
本發明不局限於上述最佳實施方式，其它根據本發明所揭示的精神完 成的修改設計，均應包含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1、小型低成本模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統，集診斷與治療為一體，各功能模塊既可單獨工作、銷售，也可組合工作、銷售；最全的配置有四個功能模塊乾式超聲波骨密度儀、低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀、智能人工日光浴燈、磁懸浮振動骨量刺激儀；(1)所述乾式超聲波骨密度儀主要包括公共模塊、發射與接收電路、自動增益控制電路、時間差TOF檢測電路、一個或兩個超聲波換能器；超聲波換能器在機箱外，通過電纜與機箱內的發射、接收電路相連；(2)所述低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀主要包括公共模塊、信號產生電路、四個、或五個、或五個以上圓形或方形磁場線圈、直流電動機及驅動電路、運動機構、治療椅/治療床；其中，直流電動機及運動機構、磁場線圈在治療椅或治療床上，直流電動機與機箱內的驅動電路相連，磁場線圈與機箱內的信號產生電路相連；磁場線圈最小直徑或邊長為60cm，治療時患者在磁場線圈內；(3)所述智能人工日光浴燈主要包括公共模塊、交流固態繼電器、電子鎮流器、紫外燈管；其中，紫外燈管在機箱外並與機箱內的電子鎮流器與電源相連；(4)所述磁懸浮振動骨量刺激儀主要包括公共模塊、隔離器、驅動器、開關元件、磁懸浮振動器；其中，磁懸浮振動器在機箱外，並與機箱內的開關元件相連；治療時患者站在磁懸浮振動器上；(5)所述公共模塊由數位訊號處理器DSP或微處理器MCU、實時時鐘晶片、液晶顯示器、鍵盤、穩壓電源、機箱組成；實時時鐘晶片、液晶顯示器、鍵盤、穩壓電源與DSP或MCU連通；公共模塊通過主板上的撥位開關檢測集成工作系統的配置。
2、 根據權利要求1所述的小型低成本模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統，其特徵是低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀使用多個線圈，如四個、或五個，或五個以上產生勻強磁場；線圈可以是圓形線圈，也可以是方形線圈；圓形線圈的直徑最小為60cm,方形線圈的邊長最小為60cm，線圈的直徑或邊長、間距、安匝數可以相等，也可以不相等；對治療椅結構， 一個線圈位於座椅下，固定不動；另外多個線圈可由運動機構驅動上下運動，以便患者進入和退出治療線圈；治療時患者在線圈內，且最上面線圈的上端面與患者頦隆突對齊，其餘可動線圈覆蓋患者胸腹部。
3、 根據權利要求l，或權利要求2所述的小型低成本模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統，其特徵是低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀中，驅動線圈運動的運動機構由非永磁直流電動機、蝸輪、蝸杆、螺杆、套在螺杆外面的滑動套、帶軸向長槽的空心圓管構成。
4、 根據權利要求l，或權利要求2所述的小型低成本模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統，其特徵是低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀的治療椅結構可以由用戶在工作現場改裝成治療床結構；該治療床具有一個類似跑步機的傳送帶部件，它使患者可以比較容易地滑入、滑出治療線圈；傳送帶部件由轉輥、床板、循環傳送帶、承重支撐框架構成；傳送帶部件不用或運輸時可以折迭以減小長度。
5、 根據權利要求l，或權利要求2所述的小型低成本模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統，其特徵是(1)低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀電路由公共模塊、信號產生電路、直流電動機驅動電路構成，其中(A)信號產生電路由隔離器、數字/模擬轉換器即波形DAC、幅度調節元件即幅度DAC、預放大器、D類開關功放組成並依次連通，其中(a) 信號產生電路可以是單路，也可以是雙路，單路用於單治療椅，或單治療床結構，雙路用於雙治療椅，或雙治療床，或一治療椅與一治療床結構；(b) 信號產生電路中的D類開關功可以是單路，也可以是雙路，單路用於多個線圈串聯通過同一電流的情況，雙路用於多個線圈分為兩組，每一組線圈通過不同強度電流的情況；(B)直流電動機驅動電路由隔離器、驅動器、開關元件構成並依次連通；(2) 治療信號頻率為1 100Hz，信號波形有脈衝波、矩形波、三角波和正弦波，以及由它們組成的複雜波形，磁場強度為0 80高斯，治療骨質疏鬆症的最佳參數頻率在50 Hz附近，磁場強度在50 70高斯之間；(3) 為了消除人體對磁場信號的適應性以確保療效，在自動工作模式時，低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀可每天加載不同的處方(治療參數)信號頻率、振幅(磁場強度)、波形、治療持續時間，其實現方法是DSP或微處理器査詢實時時鐘晶片獲得當前時間(日期)；再根據不同日期加載不同的處方。
6、 根據權利要求1所述的小型低成本模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統，其特徵是智能人工日光浴燈由公共模塊、交流固態繼電器、電子鎮流器、紫外燈管組成並依次連通，交流固態繼電器還與電源連通，紫外燈管還與電子鎮流器、電源連通；紫外燈管使用功率為36W 108W、波長為280nm 320nm的中波紫外線UVB保健燈管，其中，波長為310nm 315nm的UVB-NB保健燈管可以在家庭中使用。
7、 根據權利要求1所述的小型低成本模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統，其特徵是磁懸浮振動骨量刺激儀的磁懸浮振動器由釹鐵硼永久磁鐵、電磁鐵、承重踏板、外殼、扶手組成；電磁鐵安裝在可上下運動的承重踏板上，永久磁鐵安裝在固定的外殼上，永久磁鐵位於電磁鐵的上方，永久磁鐵和電磁鐵的S極與N極相對；磁懸浮振動器的驅動電路由隔離器、驅動器、開關元件組成並依次連通，隔離器與數位訊號處理器或微處理器的PWM模塊連接，開關元件與電磁鐵的線圈連接；磁懸浮振動器的工作頻率在10 50Hz，振動幅度在1 2cm。
8、 根據權利要求1所述的小型低成本模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統，其特徵是(1)乾式超聲波骨密度儀可用單個超聲波換能器既發射、又接收的方式測量跟骨的超聲波量化參數QUS，即寬帶超聲波衰減BUA和波速S0S，從而指示骨密度值，其中(A) 單超聲波換能器乾式超聲波骨密度儀電路由公共模塊、發射電路、接收電路、自動增益控制電路、時間差TOF檢測電路、熱印表機構成，其中(a) 發射電路由隔離器、信號源、驅動器、功率級組成並依次連通，信號源通過隔離器與DSP或MCU連接；(b) 接收電路由限幅器、跟隨器、程控增益放大器PGA、帶通濾波器BPF組成並依次連通，該帶通濾波器與DSP或MCU的模擬/數字轉換模塊連通；(c) TOF檢測電路由精密峰值檢波器、低通濾波器、微分電路和零交叉即過零檢測電路組成並依次連通，零交叉檢測電路連接DSP或MCU的中斷INT模塊，精密峰值檢波器連接程控增益放大器；(d) AGC電路由精密峰值檢波器、低通濾波器、放大器組成並依次連通，放大器與DSP或MCU的A/D轉換模塊連通，以指示接收信號強度；(e) 超聲波換能器分別與功率級和限幅器連通；(f) 程控增益放大器與DSP或MCU連通；(B) 單超聲波換能器既發射、又接收技術測量骨密度值方法為(a) 超聲波換能器先發射超聲波信號，在跟骨第一個邊界產生第一個回波信號；部分信號穿過第一個邊界後在第二個邊界上又產生第二個回波信號；(b) 超聲波換能器與接收電路接收這兩個回波信號送DSP或MCU的A/D轉換模塊；(c) 時間差T0F檢測電路檢測兩個回波信號之間的時間差；(d) DSP或MCU完成如下計算5K4 = ^oe
(20 x log( /"。)其中，4X/)為第二個回波信號的能量頻譜；4(/)第一個回波信號的能量頻i普，BUA單位為dB/MHz;S0S4巨離/時間差其中，距離為被測跟骨厚度，時間差是兩個回波信號之間的時間差，S0S單位為m/s;(2)乾式超聲波骨密度儀可用兩個超聲波換能器只測量跟骨的波速S0S，從而指示骨密度值，其中(A) 兩個超聲波換能器乾式超聲波骨密度儀電路主要由發射超聲波換能器、發射電路、無片內A/D轉換器的一般中端微處理器MCU、接收電路、T0F檢測電路、AGC信號產生電路、接收超聲波換能器構成，其中(a) 發射電路由隔離器、耦合電路、信號源、驅動器、功率級組成並依次連通，信號源通過隔離器與MCU連接，耦合電路通過隔離器與MCU的中斷模塊INT連接，功率級與發射超聲波換能器連通；(b) 接收電路由限幅器、跟隨器、可變增益放大器VGA組成並依次連通，接收超聲波換能器與限幅器連接，VGA與精密峰值檢波器和AGC信號產生電路連通；(c) TOF檢測電路由精密峰值檢波器、低通濾波器、微分電路和零交叉即過零檢測電路組成並依次連通，零交叉檢測電路連接MCU的中斷INT模塊；(B) 兩個超聲波換能器只測量跟骨波速SOS的方法為(a) 發射電路發射超聲波信號後，微處理器啟動定時器，開始計時；(b) 當接收電路收到超聲波信號後，微處理器停止計時；(c) 微處理器完成如下計算S0S二距離/時間差其中，距離為被測跟骨厚度，時間差是發射、接收信號之間的時間差，SOS 單位為m/s。
9、一種模塊化集成工作系統的配置方法，用於診斷與治療骨質疏鬆症， 其特徵是-(1) 集診斷儀與治療儀為一體，其中(A) 所述診斷儀為乾式超聲波骨密度儀；(B) 所述治療儀為低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀，和/或人工日光浴 燈，和/或磁懸浮振動骨量剌激儀；(2) 集醫院/診所用型號與家用型號為一體，其中-(A) 所述醫院/診所用型號可以是最全配置集成工作系統，或任意三 個、或任意兩個功能模塊的組合，也可以是任意一個功能模塊，其中(a) 低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀可以是雙治療椅結構，或雙治療床 結構，或一治療椅與一治療床結構，或單治療椅結構，或單治療床結構；(b) 人工日光浴燈可使用波長為280nm 320nm的中波紫外線UVB保健 燈管，和/或使用波長為310nm 315nm的UVB-NB，即窄譜UVB保健燈管；(B) 所述家用型號是除了超聲波骨密度儀外的配置即其餘三個功能模塊、或三中取二的任意兩個功能模塊的組合，也可以是三個功能模塊中 的某一個功能模塊，其中(a) 低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀是單治療椅，或單治療床結構；(b) 人工日光浴燈僅使用波長為310nm 315nm的UVB-NB，即窄譜UVB 保健燈管；(3) 集成工作系統四個功能模塊使用同一個機箱卻既可單獨工作、銷 售，也可組合工作、銷售的配置方法，以及允許用戶先購買一種配置，以 後再升級但無需更換機箱的配置方法(A) 集成工作系統使用同一個機箱，機箱面板上有LCD，鍵盤和按鍵，其中(a) LCD為點陣圖形型液晶顯示模塊；(b) 鍵盤為4X4鍵盤，有0 9十個數字/符號/字母鍵，和一、一、 t 、 4 、 Enter、 Esc鍵；(c) 機箱上預留不同的接口超聲波換能器接口，磁場線圈接口，人 工曰光浴燈接口，磁懸浮振動器接口；(B) 公共模塊通過主板上的撥位開關檢測集成工作系統的配置；(C) 公共模塊的DSP或微處理器根據撥位開關檢測到的配置信息在 LCD上生成與各個功能模塊對應的圖標及相應的菜單；(D) 用戶用鍵盤選擇不同的圖標及相應的菜單，即可操縱集成工作系 統的各個功能模塊。
10、 一種如權利要求1，或權利要求9所述的集成工作系統的使用方 法，其特徵是-(1) 各功能模塊可組合工作、銷售、使用，最全的配置有四個功能模塊，其中(A) 低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀、智能人工日光浴燈、超聲波骨密度 儀可同時使用；(B) 磁懸浮振動骨量刺激儀、智能人工日光浴燈、超聲波骨密度儀可同 時使用；(C) 低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀、智能人工日光浴燈可同時使用；(D) 磁懸浮振動骨量刺激儀、智能人工日光浴燈可同時使用；(E) 超聲波骨密度儀可以與其它三個功能模塊中的任何一個同時使用；(2) 各功能模塊也可單獨工作、銷售、使用。(3) 用戶也可以先購買一種配置使用，以後再升級，即增加別的配置； 升級的時候無需更換機箱，及機箱面板上有LCD，鍵盤和按鍵。
全文摘要
小型低成本模塊化骨質疏鬆症診斷與治療集成工作系統，集診斷與治療為一體，各功能模塊既可單獨工作、銷售，也可組合工作、銷售。最全的配置有四個功能模塊乾式超聲波骨密度儀、低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀、智能人工日光浴燈、磁懸浮振動骨量刺激儀。四個功能模塊共用DSP或微處理器、實時時鐘晶片、LCD、鍵盤、穩壓電源和機箱。超聲波骨密度儀測量跟骨的超聲波量化參數QUS；低頻脈衝磁場骨質疏鬆治療儀有治療椅/治療床結構，用四個、或五個圓形或方形磁場線圈產生勻強脈衝磁場治療骨質疏鬆；智能人工日光浴燈使用中波紫外線保健燈管促進人體對鈣的吸收；磁懸浮振動刺激骨量增加。這樣的集成工作系統具有無可比擬的療效和性價比。
文檔編號A61B8/00GK101548895SQ200910127518
公開日2009年10月7日 申請日期2009年3月9日 優先權日2008年3月31日
發明者雲飛·王, 欣俊·易 申請人:王代梅