專利名稱：骨密度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提供一種使用光更精確測(cè)量骨密度的骨密度儀。 本發(fā)明的一個(gè)方面是一種測(cè)量使用者骨密度的骨密度儀。該骨密度儀包括朝使用 者的身體表面發(fā)射光的光發(fā)射單元。光接收單元接收從所述光發(fā)射單元朝身體表面發(fā)出 的、通過包括骨的身體部位傳播的光。骨密度計(jì)算單元根據(jù)所述光接收單元接收的光量測(cè) 定骨密度。所述光發(fā)射單元朝身體表面皮下組織較薄的部位發(fā)射光。所述光接收單元接收 在身體內(nèi)傳播通過皮下組織較薄的部位的光。 通過下述結(jié)合附圖，以舉例方式對(duì)本發(fā)明原理的說明，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn) 將變得清楚。
通過參考下面對(duì)現(xiàn)有優(yōu)選實(shí)施方式的描述以及附圖，可以最好地理解本發(fā)明及其 目的和優(yōu)點(diǎn)，其中 圖1是示出本發(fā)明骨密度儀的較佳實(shí)施方式的示意圖。
圖2是示出圖1的骨密度儀的側(cè)視示意圖。
圖3是示出圖1的骨密度儀電連接的示意圖。 圖4A是示出骨密度和光接收量之間的關(guān)系的示意圖表。 圖4B是以對(duì)數(shù)示出光接收量的示意圖表。
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圖5是示出光接收量和皮下組織之間的關(guān)系的示意圖表。 圖6A和6B是示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的骨密度儀的示意圖, 圖7是示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的骨密度儀的示意圖。 圖8A和8B是示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的骨密度儀的示意圖, 圖9A和9B是示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的骨密度儀的示意圖, 圖10是示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的骨密度儀的示意圖。 圖11是示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的骨密度儀的示意圖。 圖12是示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的骨密度儀的示意圖。 圖13是示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的骨密度儀的示意圖。 圖14是示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的骨密度儀的示意圖。
具體實(shí)施例方式附圖中，相同標(biāo)號(hào)始終代表相同元件。 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明骨密度儀的較佳實(shí)施方式進(jìn)行介紹。 圖1示意性地示出了一種設(shè)置有骨密度儀的浴室秤10。浴室秤10包括一個(gè)供使 用者站立的盒狀的平臺(tái)11。平臺(tái)11具有上表面lla。擱腳板12形成于平臺(tái)11的上表面 lla上。操作單元13可拆卸地安裝于平臺(tái)11的前部。電源開關(guān)14設(shè)置于平臺(tái)11的后側(cè) (下側(cè))。負(fù)荷傳感器(未圖示)，例如負(fù)荷單元(load cell)設(shè)置于平臺(tái)11內(nèi)。因此本實(shí) 施例中的浴室秤10還可以作為體重秤使用。 骨密度儀20設(shè)置在擱腳板12的后部用于測(cè)量骨密度，尤其是測(cè)量使用者的腳后 跟K處的骨密度。參照?qǐng)D2，骨密度儀20包括光發(fā)射單元21和光接收單元22，光發(fā)射單元 21用于朝使用者的腳后跟K發(fā)射光，光接收單元22用于接收從光發(fā)射單元21發(fā)出的、經(jīng)使 用者的身體部位包括骨頭傳播后作為反射光的光。光發(fā)射單元21由中心波長(zhǎng)為800nm的 發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成。光接收單元22由光電二極管構(gòu)成。從光發(fā)射單元21發(fā)出的光的 波長(zhǎng)可以在500nm到2500nm的范圍內(nèi)變化。波長(zhǎng)在這一范圍的光對(duì)使用者的身體例如骨 頭或皮下組織有較強(qiáng)的透射性。波長(zhǎng)接近500nm的光是可見的，從而使得使用者知道浴室 秤10正在工作。 微處理器23設(shè)置于光發(fā)射單元21和光接收單元22的下面，且與光發(fā)射單元21 和光接收單元22電連接。該微處理器23控制光發(fā)射單元21和光接收單元22。例如，如圖 3所示，光接收單元22與計(jì)算單元23a相連接，該計(jì)算單元23a設(shè)置于微處理器23內(nèi)并用 作骨密度計(jì)算單元。該計(jì)算單元23a根據(jù)從光接收單元22的輸出(光量)來計(jì)算或測(cè)定 骨密度。 參照?qǐng)Dl，操作單元13包括測(cè)量啟動(dòng)鈕13a和顯示器13b。測(cè)量啟動(dòng)鈕13a用于指 示骨密度測(cè)量的開始，顯示器13b用于顯示各類信息。操作單元13通過連接線(未圖示) 連接到平臺(tái)11上。連接線以可伸長(zhǎng)的方式巻繞在置于平臺(tái)11內(nèi)的巻軸(未圖示)上。顯 示器13b顯示由微處理器23的計(jì)算單元23a獲得的骨密度測(cè)量結(jié)果，從而使得使用者可以 容易的查看測(cè)量結(jié)果。 當(dāng)使用者的腳底擱在擱腳板12上的狀態(tài)下，使用者按壓操作單元13的測(cè)量啟動(dòng) 鈕13a以操作浴室秤10。當(dāng)浴室秤10工作時(shí)，微處理器23幾乎同時(shí)驅(qū)動(dòng)光發(fā)射單元21和光接收單元22。光發(fā)射單元21朝腳后跟K發(fā)射光。該光在使用者體內(nèi)傳播同時(shí)在被光接 收單元22接收之前通過腳后跟K的皮下組織Kl，腳跟骨K2 (參照?qǐng)D3)及其他部分被散射 和反射。隨后，微處理器23的計(jì)算單元23a根據(jù)光接收單元22接收的光量計(jì)算腳跟骨K2 的骨密度。操作單元13的顯示器13b顯示骨密度測(cè)量結(jié)果。當(dāng)使用者的腳擱在平臺(tái)11上 時(shí)，使用者的體重施加于平臺(tái)ll上。這樣穩(wěn)定了皮下組織和骨密度的狀態(tài)。進(jìn)一步的，使 用者的腳阻擋了外部光從而增加了測(cè)量的精確度。 下面將參照?qǐng)D4和圖5介紹骨密度和光接收量之間的關(guān)系以及被發(fā)射的光和皮下 組織之間的關(guān)系。 本發(fā)明的發(fā)明人做了一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)來檢測(cè)骨密度和光接收量之間的關(guān)系。準(zhǔn)備四 個(gè)基本化合物為聚安酯(polyurethane)的骨體模(bone phantom)。羥基磷灰石是骨骼的 主要成分，將其分別以100、200、300和400mg/cm3的量添加到四個(gè)骨體模。骨體模被用來檢 測(cè)骨密度和被光接收單元22接收的光量之間的關(guān)系。圖4A所示的結(jié)果很明顯可以看出隨 著骨密度的增加，光量以指數(shù)關(guān)系在減少。進(jìn)一步的，當(dāng)用對(duì)數(shù)來表示光量時(shí)，骨密度和光 量之間的關(guān)系具有很強(qiáng)的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)r等于0.99)由直線L來表示，如圖4B所示。 從而，很明顯骨密度是可以根據(jù)由光接收單元22接收的光量來測(cè)量的。
考慮到皮下組織尤其是皮下脂肪對(duì)被發(fā)射出的光的影響，本發(fā)明的發(fā)明人使用一 個(gè)模擬模型檢測(cè)皮下組織對(duì)骨密度測(cè)量的影響。在此，使用四個(gè)皮下脂肪厚度分別為Omm、 5mm、 10mm和20mm的模擬模型。圖5以近似直線Ll至L4分別示出了四個(gè)模擬模型對(duì)應(yīng)的 骨密度和光接收量之間的關(guān)系。參考符號(hào)Ll-L4按照從皮下脂肪最薄的模擬模型的順序標(biāo) 到近似直線上。如圖5中所示，當(dāng)皮下脂肪的厚度依次以0mm、5mm和10mm的順序增加時(shí)， 接收到的光量變化相對(duì)于骨密度的變化變小，即，近似直線的傾斜度變小。進(jìn)一步，當(dāng)使用 皮下脂肪(皮下組織)厚度為大于10mm的20mm的模擬模型時(shí)，光的接收量不再隨骨密度 的變化而變化。相應(yīng)的，一般在皮下組織厚度等于或小于10mm的部位(如本較佳實(shí)施方式 的腳后跟)，由光接收單元22接收的光量基本上不受皮下組織的影響。這使得可以定量測(cè) 量骨密度。 如上所述，通過測(cè)量皮下組織厚度等于或小于10mm的腳后跟處的骨密度，可以獲 得進(jìn)一步精確的測(cè)量結(jié)果。此外，使用者只需站在平臺(tái)ll上就可容易地測(cè)量骨密度。
本較佳實(shí)施方式中的骨密度儀20具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)光發(fā)射單元21朝人體表面皮下組織較薄的部位(在本較佳實(shí)施方式中，腳后 跟K)發(fā)射光。光接收單元22接收在體內(nèi)傳播通過皮下組織的光。這使得骨密度可以在皮 下組織(皮下脂肪)較薄的部位被測(cè)量。于是，從光發(fā)射單元21發(fā)出的光很容易到達(dá)骨 頭，這樣抑制了皮下組織對(duì)光的影響，同時(shí)確保了對(duì)骨密度的測(cè)量。此外測(cè)量腳底的腳后跟 K處的骨密度。這樣也使得比較容易測(cè)量使用者的體重。 (2)光發(fā)射單元21發(fā)出的光的波長(zhǎng)為800nm，該波長(zhǎng)在500nm到2500nm的波長(zhǎng)范 圍之內(nèi)。因此，測(cè)量骨密度所采用的光是在人體內(nèi)有較高透射性的波長(zhǎng)的光。此外發(fā)射出 的波長(zhǎng)接近500nm的光是可見的。因此，發(fā)射這種光會(huì)使得使用者知道浴室秤10內(nèi)的骨密 度儀20正在工作。 對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明宗旨或范圍的條件下，本發(fā)明還可以有 其他的具體實(shí)施方式
實(shí)現(xiàn)。特別是應(yīng)該理解本發(fā)明還可以有下面的實(shí)施方式。
在上述較佳實(shí)施方式中，骨密度儀20是和體重秤功能組合在浴室秤10內(nèi)使用。然 而骨密度儀20可以不必和其他功能組合使用，也可以是單獨(dú)的裝置。 盡管在以上的較佳實(shí)施方式中沒有特別指出，骨密度儀20還可以包括例如遮光 部用于遮擋外部光，以防止其和光發(fā)射單元21發(fā)出的光以及在體內(nèi)傳播的光混合在一起。 例如，在本實(shí)施方式中采用遮光部時(shí)，如圖6A和6B所示，在擱腳板12的后部為使用者的每 個(gè)腳后跟處可設(shè)有一個(gè)U形的遮光壁30來遮擋腳后跟K的外圍。優(yōu)選的，遮光壁30是由 氨甲酸乙酯(urethane)等形成的黑色彈性體。遮光壁30使骨密度測(cè)量所需的光免受外部 光的干擾，例如，遮光壁30防止照明光等進(jìn)入腳后跟K處。這更加確保了精確的骨密度測(cè) 進(jìn)一步，參照?qǐng)D7，弓形遮光部31形成于擱腳板12的上表面lla上可放置腳的弓 形部T的位置，該弓形遮光部31的形狀與腳的弓形部T的形狀相一致。遮光部31可防止 用來照明的外部光等通過由弓形部T形成的間隙進(jìn)入腳后跟K處。這樣進(jìn)一步確保了骨密 度測(cè)量的精確性。 另外，例如如圖8A所示，平臺(tái)11上可設(shè)有從其上表面lla向下延伸的凹槽32，該 凹槽32用來使光發(fā)射單元21和光接收單元22避開外部光。當(dāng)腳放置于凹槽32內(nèi)時(shí)，光 發(fā)射單元21和光接收單元22被避開外部光。這樣使骨密度測(cè)量所需的光避開外部光，即 成為干擾的光。因此，進(jìn)一步保證了精確的骨密度測(cè)量。在這種情況下，在鄰近腳趾處設(shè)置 具有預(yù)定高度的突起物33，使得對(duì)腳后跟K的測(cè)量在穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行。此外，參照?qǐng)D8B， 凹槽32的形狀可以是與腳后跟K的形狀相一致的曲線形，這樣使得腳后跟K可以舒服的置 于凹槽32內(nèi)。 光發(fā)射單元21和光接收單元22可以被設(shè)置在腳趾附近來測(cè)量腳趾處的骨密度， 在這種情況下，要為每個(gè)腳趾設(shè)計(jì)一個(gè)與其形狀相配的凹槽來測(cè)量該腳趾處的骨密度。
如圖9A和9B所示，可在平臺(tái)11的上表面lla上設(shè)置有供使用者的每個(gè)腳后跟使 用的突起物35。突起物35可包括凹槽32。也可以為腳趾提供與圖9A和9B中的突起物相 似的結(jié)構(gòu)。 在較佳的實(shí)施方式中，在皮下組織較薄的腳后跟處測(cè)量骨密度。然而也可以在如 圖IO所示的腳趾A處或在如圖14所示的弓形部T處測(cè)量骨密度?；蛘哌€可以測(cè)量腰骨、 肩關(guān)節(jié)、肘部、小腿骨、腕關(guān)節(jié)突出部、每個(gè)指關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)等處的骨密度。
盡管上面沒有特別提到，在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，骨密度儀還可以包括如圖 11所示的超聲波裝置40和計(jì)算單元23a。該超聲波裝置40作為測(cè)量皮下組織的厚度的測(cè) 量單元。計(jì)算單元23a作為測(cè)定單元根據(jù)超聲波裝置40的測(cè)量結(jié)果來測(cè)定皮下組織的厚 度是否等于或小于10mm。骨密度儀還可以包括通知單元41，該通知單元41根據(jù)計(jì)算單元 23a的測(cè)定結(jié)果通過音頻或顯示器提供皮下組織的厚度是否適合測(cè)量的通知。超聲波裝置 40包括例如發(fā)射器40a和接收器40b。在這種情況下，例如根據(jù)從發(fā)射器40a發(fā)出的超聲波 被腳跟骨K2的表面反射(參照?qǐng)D3)和被接收器40b接收的時(shí)間來測(cè)量皮下組織的厚度。 在該結(jié)構(gòu)中，光由光發(fā)射單元21發(fā)出并且被光接收單元22接收，與此同時(shí)檢測(cè)皮下組織等 于或小于10mm的相對(duì)薄的部位。這樣確保了更精確的測(cè)量骨密度。除了使用光或超聲波 以外，還可以通過機(jī)械地壓緊皮下組織來測(cè)量其厚度。另外，當(dāng)測(cè)定皮下組織的厚度等于或 小于10mm時(shí)計(jì)算單元23a就可以開始計(jì)算骨密度，而無需發(fā)布通知來指示皮下組織的厚度是否適合骨密度測(cè)量。 在較佳的實(shí)施方式中，光接收單元22由單個(gè)光電二極管構(gòu)成，但也可以由多個(gè)光 接收元件(光電二極管)構(gòu)成。這樣抑制了由于光接收元件中可能發(fā)生的光接收量的誤差 引起的骨密度測(cè)量值的偏差。光接收單元22中的光接收元件并不限于光電二極管，還可以 是光電晶體管。只要光接收元件能夠接收由光發(fā)射單元21發(fā)射出的光即可。
此外，如圖12所示，光接收單元22還可以包括第一光接收元件50和第二光接收 元件51。第一光接收元件50比第二光接收元件51更靠近光發(fā)射單元21。在此情況下，用 作骨密度計(jì)算單元的計(jì)算單元23a根據(jù)第一光接收元件50和第二光接收元件51的光量比 來計(jì)算骨密度。具體講就是第一光接收元件50和第二光接收元件51設(shè)置在距光發(fā)射單元 21不同距離的位置來接收通過體內(nèi)不同光路徑傳播的光。例如，第一光接收元件50設(shè)置在 距光發(fā)射單元21較近的位置來接收通過人體較淺部位傳播的光(主要是皮下組織)。第二 光接收元件51設(shè)置在距光發(fā)射單元21較遠(yuǎn)的位置來接收通過人體較深部位傳播的光(主 要是皮下組織和骨)。計(jì)算單元23a根據(jù)第一光接收元件50和第二光接收元51接收的光 量的比率來計(jì)算骨密度。這樣抑制了人體表面皮膚顏色或皮下組織狀態(tài)對(duì)骨密度測(cè)量的影 響，并使得骨密度測(cè)量更加精確。 盡管以上沒有特別提到，在較佳的實(shí)施方式中，計(jì)算單元23a可以測(cè)量左右腳腳
底的骨密度從而計(jì)算左右腳骨密度的差額。進(jìn)一步，顯示器13b可以顯示由計(jì)算單元計(jì)算
出的骨密度的差額。計(jì)算單元23a還可以計(jì)算由左右腳腳底獲得的骨密度的平均值。在此
情況下，顯示器13b還可以顯示由計(jì)算單元23a計(jì)算而得的骨密度平均值。 在較佳的實(shí)施方式中，顯示器13b顯示(提供通知)骨密度測(cè)量結(jié)果。骨密度測(cè)
量結(jié)果還可以通過音頻輸出提供。 盡管以上沒有特別提到，在較佳的實(shí)施方式中，例如如圖13所示，微處理器23下 方可設(shè)有負(fù)荷傳感器60。當(dāng)負(fù)荷傳感器60檢測(cè)到重量大于或等于預(yù)定值時(shí)，骨密度測(cè)量開 始啟動(dòng)。在這種情況下，可以取消操作單元13的測(cè)量啟動(dòng)鈕13a。 盡管以上沒有特別提到，在較佳的實(shí)施方式中，例如微處理器23可以包括存儲(chǔ)器 (未圖示)來存儲(chǔ)將骨密度與年齡、身高和體重關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫以計(jì)算和顯示使用者的骨齡。 進(jìn)一步的，整個(gè)人體估計(jì)的骨密度可以根據(jù)腳底骨密度來計(jì)算。 光發(fā)射單元21和光接收單元22可以不必設(shè)置在平臺(tái)11上。例如光發(fā)射單元21
和光接收單元22可以是保持在使用者身體上，從而直接與使用者的身體接觸。 在此的例子及實(shí)施例應(yīng)認(rèn)為是說明性的而非限制性的，并且本發(fā)明不限于在此給
出的細(xì)節(jié)，而是可在附屬權(quán)利要求的范圍及等同物之內(nèi)進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
一種用于測(cè)量使用者骨密度的骨密度儀，所述骨密度儀包括光發(fā)射單元，其朝使用者的身體表面發(fā)射光；光接收單元，其接收從所述光發(fā)射單元朝身體表面發(fā)出的、通過包括骨的身體部位傳播的所述光；骨密度計(jì)算單元，其根據(jù)所述光接收單元接收的光量測(cè)定骨密度；其中所述光發(fā)射單元朝身體表面皮下組織較薄的部位發(fā)射光，且所述光接收單元接收通過身體內(nèi)所述皮下組織較薄的部位傳播的所述光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀，其中所述光發(fā)射單元朝所述身體表面的人的腳底 發(fā)射光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀，還包括測(cè)定單元，其用來測(cè)定所述身體表面的皮下組織的厚度是否等于或小于lOmm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀，其中所述光發(fā)射單元發(fā)射波長(zhǎng)在500nm到2500nm 范圍內(nèi)的光。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀，還包括遮光部，其屏蔽外部光，以防止所述外部光與由所述光發(fā)射單元發(fā)射出的光以及在身 體內(nèi)傳播的光混合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀，還包括供人腳站立的平臺(tái)，所述平臺(tái)包括具有向下延伸的凹槽的上表面；其中所述光發(fā)射單元和光接收單元設(shè)置于所述凹槽內(nèi)并避開外部光。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨密度儀，其中所述光接收單元包括多個(gè)光接收元件，并且所述骨密度計(jì)算單元根據(jù)每個(gè)光接收元件接收的光量測(cè)定骨密度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的骨密度儀，其中所述多個(gè)光接收元件包括第一光接收元件和第二光接收元件，所述第一光接收元件的位置比所述第二光接收元件的位置更接近所述光發(fā)射單元；所述骨密度計(jì)算單元根據(jù)所述第一光接收元件和所述第二光接收元件接收的光量比 率來測(cè)定骨密度。
全文摘要
一種骨密度儀包括朝使用者的身體表面發(fā)射光的光發(fā)射單元。光接收單元接收從所述光發(fā)射單元朝身體表面發(fā)出的、在包括骨的身體部位內(nèi)傳播的光。骨密度計(jì)算單元根據(jù)所述光接收單元接收的光量測(cè)定骨密度。所述光發(fā)射單元朝身體表面皮下組織較薄的部位發(fā)射光，并且所述光接收單元接收在身體內(nèi)傳播通過所述皮下組織較薄的部位的所述光。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101756695SQ20091020506
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者井出和宏 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社