基于DSP的定量超声法骨密度检测系统研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要随着我国步入人口老龄化社会，骨质疏松症的发病率越来越高。通过测量骨密度，可早期发现骨质疏松患者并给予及时对症的治疗。双能X线吸收法测量精度较高，应用广泛，是目前公认用于诊断骨质疏松症的标准，但价格昂贵且存在辐射问题。定量超声法是近年发展起来的新型骨密度测量方法，它具有廉价、便携、无电离辐射、操作简单、精密度高等优势，已成为最具发展潜力的骨密度测量方法之一。宽带超声衰减(BUA)和超声速度(SOS)是该方法用于诊断骨质疏松的两个重要测量参数。本文根据定量超声技术诊断骨质疏松的理论，从超声诊断的传感器入手，结合DSP现代电子技术，采用横向传播定量超声技术，运用脉冲透射

2、法研制了BUA和SOS定量超声参数检测系统。在充分分析超声波传感器原理基础上，自行设计并研制了单晶片、非聚焦的收发两用超声传感器；在深入研究阻抗匹配原理基础上，研究了收发状态的功率与阻抗匹配问题，使传感器发射和接收效率达到最高。采用Pspise软件对硬件电路进行仿真设计，确定合理的电路参数，以提高收发电路和数据采集电路的性能。在仿真研究的基础上，用DSP芯片实现了检测波形的数字滤波，并对波形进行相关性处理，实现了BUA和SOS这两个定量超声参数的测量。运用自行研制的检测系统对10个人体骨骼进行在体检测，并使用算术平均值原理对SOS和BUA测量值进行处理，以减小随机误差，与相关文献中定量超

3、声参数范围进行了比较，研究结果表明，检测结果可信，该系统能实现人体骨密度超声参数的有效检测。关键词：阻抗匹配，数字滤波，定量超声，DSP，超声传播速度，宽带超声衰减AbstractTheincidenceofosteoporosisisgettinghigherandhigherasourcountrystepsintotheagingpopulationsociety．OsteoporosiscanbegiventimelyandsymptomatictreatmentinearlydetectionbymeasuringBoneMineralDensity(BMD)．Currentl

4、y,DXAisgenerallyacceptedasthebestmethodtodiagnoseosteoporosisforitshighmeasuringaccuracyandwiderangeofapplications，butithasdisadvantagesofhighcostandradiation．QuantitativeultrasoundmeasurementiSanewtypeofmethoddevelopedinrecentyearswhichhasadvantagesoflow-cost，portability,non—ionizingradiation，si

5、mpleoperationandhighaccuracy,etc．ThereforeithasbecomeoneofthemostpotentialmethodsformeasuringBMD．BroadbandUltrasonicARenuation(BUA)andSpeedofSound(sos)arethetwoimportantparametersofquantitativeultrasoundmeasurement．Accordingtotheosteoporosisdiagnosistheorybasedonquantitativeultrasoundtechnology,w

6、edevelopaquantitativeultrasounddiagnosticsystemforBUAandSOScombiningwithmodemelectronictechnologyofDSP．Transversalpropagationquantitativeultrasonictechnologyandpulsetransmissionmethodareusedinthesystemdesign．Ultrasoundtransceiversensorsaredesignedandmanufacturedbasedontheprincipleofultrasoundsens

7、or．Inordertogetmemaximumefficiencyintransmitandreceivestate，powerandimpedancematchingarestudiedbasedonthestudyofimpedancematchingprinciple．Inordertoimprovetheperformanceofthetransceiveranddataacquisitioncircuit，weusePs