便攜式x-射線外圍骨密度檢測系統及成像系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及醫療器械領域，尤其涉及一種便攜式X-射線外圍骨密度檢測系 統及成像系統。
【背景技術】
[0002] 骨質疏松癥是一種全身性骨骼疾病，其特點是骨密度較低，并且骨組織微架構惡 化，導致骨脆性增加。患有骨質疏松癥的人數眾多，如在歐洲、美國和日本超過75萬人患 有骨質疏松癥。僅僅在美國，每年花費在骨質疏松性骨折病人身上的護理費用估計超多 130~180億美元。目前，對骨質疏松癥的診斷一般都通過測量質量損失或骨密度（BMD)來 進行。
[0003] 目前常用的測量骨密度的設備是雙能X-射線骨密度儀（DXA)，定量超聲（QUS)和 定量CT (QCT)，由于測量精度高，輻射低，使用DXA測量骨密度往往被認為是最優的測量方 式，目前DXA全身掃描儀在美國、歐洲和加拿大得到非常廣泛的應用。然而DXA測量骨密度 執行的是標準測試，需要對患者進行全身掃描，因此費用昂貴。另外，DXA設備本身非常龐 大，啟動和運行過程中對電力的需求較高，因此目標只有城市里的大醫院或者醫學成像中 心才能配置，在大多數社區醫院或者偏遠的地區由于尚無法大量配置來服務于患者。
[0004] 另外，目前常用的DXA技術的X-射線束呈扇形，并且成像的質量也較差。定量超 聲（QUS )無法準確的測量骨密度。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型實施例提供了一種便攜式X-射線外圍骨密度檢測系統及成像系統， 該系統體積較小、便于攜帶，并且成像質量較高。本實用新型可同時應用于移動雙能X-線 骨密度儀（DXA)和小型數碼診斷影像儀（Mini c-arm)。對骨密度測量可以滿足WHO和ISCD 建議的標準性測量，可用于骨質疏松分析和骨折危險評估。Mini C-arm系統可用于高分辨 度肢體X-線診斷，用途包括骨科手術，兒童骨齡評估和獸醫/寵物醫院應用等等。本實用 新型實施例所提供的產品是一種真正具備手提、使用電池供電的X-線影像系統。最適用于 基層普及診斷，不受城市、農村、房間或環境設置的限制。不僅適用于社區醫院、門診部，也 適用于急救現場的緊急救護、體育俱樂部醫務部及偏遠地區的鄉村診所等。
[0006] 在本實用新型的一個實施例中，一種便攜式X-射線外圍骨密度檢測及成像系統 包括：X-射線管、X-射線成像檢測器、殼體、和嵌入式系統。X-射線管通過過濾器定位裝置 發射X-射線，該過濾器定位裝置包括高能量過濾器、低能量過濾器，和用于阻止X-射線束 的傳輸開閉器。殼體用于將X-射線源和X-射線束的檢測器固定并保持一個前臂的距離， 嵌入式系統，用于啟動X-射線源，并控制過濾器定位裝置的位置以及進行成像數據的采集 和分析。在本實用新型另外一個實施例中，嵌入式系統是操作系統。在本實用新型另外一 個實施例中，在另外一個實施例中，嵌入式系統用于處理數據、控制液晶顯示/觸摸、控制 電源，以及管理USB通信和無線通信。
[0007] 在本實用新型一個實施例中，每次曝光時所述x-射線源啟動時間不超過2秒。在 本實用新型另外一個實施例中，過濾器定位裝置定位于高能量過濾器處，使包含高能量成 分傳輸通過和限制低能量成份的傳輸。在本實用新型另外一個實施例中，高能量過濾器吸 收較低的能量。在本實用新型另外一個實施例中，高能量過濾器提供了能通過過濾器定位 裝置、并且在40-50千伏以上高能量成分的傳輸。在本實用新型另外一個實施例中，高能量 過濾器的材料包括銅、錫和銠等中的至少一種。在本實用新型另外一個實施例中，低能量過 濾器提供了能通過過濾器定位裝置并且能量較低的傳輸。在本實用新型另外一個實施例 中，低能量過濾器提供了能通過過濾器定位裝置、在40~50千伏以下的能量傳輸。在本實 用新型另外一個實施例中，低能量濾波器的材料包括鋁和至少一種40-50千伏之間的K邊 吸收類型材料。在本實用新型另外一個實施例中，具有40-50千伏之間的K邊吸收材料包 括鈰、釤、鋇和釓中至少一種。
[0008] 在本實用新型一個實施例中，過濾器定位裝置是由與嵌入式系統進行電子通信的 步進電機來驅動的。在本實用新型另外一個實施例中，過濾器定位裝置是過濾交換器，所述 過濾交換器由步進電機可旋轉或線性驅動。在本實用新型另外一個實施例中，步進電機是 高轉矩和高轉速的設計，允許在100毫秒之內從一個位置轉換到另一個位置。在本實用新 型另外一個實施例中，嵌入式系統提供高速和/或高帶寬的數據傳輸，所述嵌入式系統傳 輸成像數據小于100毫秒。在本實用新型另外一個實施例中，X-射線成像檢測器通過千兆 以太網（Gig-Ethernet)和/或相機鏈路（Camera Link)傳輸成像數據。在本實用新型另 外一個實施例中，嵌入式系統以值為1/60工作周期驅動X-射線源，所述值為1/60的工作 周期是1秒脈沖輻射活動周期到60秒的非輻射活動周期。在本實用新型另外一個實施例 中，嵌入式系統在工作周期內驅動X-射線源，所述工作周期包括2秒脈沖輻射活動周期到 120秒非輻射活動周期。在本實用新型另外一個實施例中，嵌入系統包括操作系統，所述操 作系統用于處理數據、控制液晶顯示/觸摸、控制電源，以及管理USB通信和無線通信。在 本實用新型另外一個實施例中，系統是電池供電的移動設備。
[0009] 在本實用新型一個實施例中，一種外圍骨密度測量方法，包括：
[0010] 將前臂放置在X-射線系統中的X-射線源和光束檢測器之間，X-射線源通過過濾 器定位裝置發射X-射線束，過濾器定位裝置包括第一能量過濾器、第二能量過濾器，以及 用于阻止X-射線光束傳輸的開閉器；啟動所述X-射線系統中的嵌入式芯片，所述嵌入式芯 片用于啟動所述X-射線源，并控制過濾器定位裝置的位置。在本實用新型另外一個實施例 中，在不超過2秒的時間內啟動所述X-射線源；將高能量過濾器的過濾器定位裝置從開閉 器的位置移動到低能量位置，獲取低能量數據；將低能量過濾器的過濾器定位裝置從低能 量位置移動至高能量位置，以獲取高能量數據。
[0011] 在本實用新型一個實施例中，一種便攜式單能量X-射線成像系統(在另外一個實 施例中，也可以叫做小型C-臂（mini c-arm)系統)，包括：一體式X-射線源，用于通過過濾 器定位裝置發射X-射線束，所述過濾器定位裝置包括理想能量過濾器，以及用于阻止X-射 線束傳輸的開閉器。在本實用新型一個實施例中，理想能量過濾器可以是高能量過濾器，或 低能量過濾器。在本實用新型另外一個實施例中，該系統還包括X-射線成像檢測器。在本 實用新型另外一個實施例中，該系統還包括防散射光柵，位于所述一體式X-射線源與X-射 線成像檢測器之間。在本實用新型另外一個實施例中，該系統還包括殼體，用于將X-射線 源和X-射線束的檢測器保持一個前臂的距離。在本實用新型另外一個實施例中，該系統還 包括嵌入式系統，用于啟動所述X-射線源，并控制所述過濾器定位裝置的位置并進行成像 數據的采集和分析。在本實用新型另外一個實施例中，該系統是單次曝光。在本實用新型 另外一個實施例中，該系統是持續脈沖曝光。在本實用新型另外一個實施例中，該系統是電 池供電的移動設備。
[0012] 需要說明的是，本實用新型的各個實施例中的特征可以被任意的組合、取代、合并 或修改。
【附圖說明】
[0013] 本實用新型實施例中的附圖僅作為對本實用新型的說明，為了便于理解本實用新 型，而不是限制本實用新型的范圍，其中：
[0014] 圖1是本實用新型實施例所提供的X-射線系統第一方框示意圖；
[0015] 圖2是本實用新型實施例所提供的X-射線系統第二方框示意圖；
[0016] 圖3是本實用新型實施例所提供的X-射線系統第三方框示意圖；
[0017] 圖4A是X-射線系統在恒定的X-射線管高電壓（HV)下，在一個時間段內執行操 作的示意圖；
[0018] 圖4B是不包含過濾交換器的X-射線系統在可控的X-射線管高電壓（HV)下，在 一個時間段內執行操作的示意圖；
[0019] 圖4C是包含過濾交換器的X-射線系統在可控的X-射線管高電壓（HV)下，在一 個時間段內執行操作的示意圖；
[0020] 圖4D是本實用新型實施例中X-射線系統在一個時間段內執行單一能量操作的示 意圖；
[0021] 圖4E是本實用新型實施例中X-射線系統在一個時間段內執行單一能量操作和持 續脈沖曝光動作的示意圖；
[0022] 圖4F是根據本實用新型實施例中X-射線系統執行各個步驟的流程圖；
[0023] 圖5A是本實用新型實施例中過濾器定位裝置俯視示意圖；
[0024] 圖5B是如圖5A所示的過濾器定位裝置的側視示意圖；
[0025] 圖6是如圖5A所示包括X-射線管的過濾器定位裝置的立體圖；
[0026] 圖7A是根據本實用新型實施例的X-射線系統的立體正視圖；
[0027] 圖7B是如圖7A所示的X-射線系統的側視圖；
[0028] 圖7C是如圖7A所示的X-射線系統的立體后視圖；
[0029] 圖8是如圖7A所示的X-射線系統的殼體的立體正視圖；
[0030] 圖9是如圖7A所示的X-射線系統的立體正視圖；
[0031] 圖10是如圖7A所示的X-射線系統的立體視圖；
[0032] 圖11是如圖7A所示的X-射線系統的立體后視圖。
【具體實施方式】
[0033] 下文中對本實用新型實施例的描述，并不意味著限制本實用新型、或者本實用新 型的教導、應用或用途。本領域普通技術人員可以理解，在整個附圖中，相應的參考標號表 示相同或相應的的部分或特征。本實用新型各種實施例的具體描述只是為了說明其目的， 而不是為了限制本實用新型的保護范圍。
[0034] 在本實用新型實施例中，X-射線系統100可以被用作各種用途，例如：對有骨折風 險的人來說，骨折風險評估主要是通過測量骨密度或骨礦物質密度（BMD)。傳統的檢測設備 往往體積、重量都較大，并且結構復雜、價格昂貴，不利于普及和推廣。市場上也有一些成本 較低的檢測設備，但是其在檢測骨密度和/骨折的風險時，往往不夠準確或者分辨率不夠， 因此對骨折的識別不足，導致整體醫療成本的增加。
[0035] 在本實用新型實施例中，X-射線系統100通過各種配置實現對骨密度和/或骨結 構的評估，來評估和/或診斷骨折的風險。其中，在本實用新型一個實施例中，X-射線系統 100可以被用來增強空間的分辨率。在本實用新型另外一個實施例中，X-射線系統100可 以被用來增強時間的分辨率。在本實用新型另外一個實施例中，X-射線系統100可以被用 來增強特異性。在本實用新型另外一個實施例中，X-射線系統100可以被用來測量BMD。 在本實用新型另外一個實施例中，X-射線系統100可以被用來進行骨幾何分析。在本實用 新型另外一個實施例中，X-射線系統100可以被用來進行骨強度分析。在本實用新型另外 一個實施例中，上述X-射線系統100可以進行任意組合，其組分和/或功能可以任意的組 合和/或配置。
[0036] 在本實用新型一個實施例中，X-射線系