骨密度仪
阅读：933发布：2020-05-11
专利汇可以提供骨密度仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种骨 密度 仪包括朝使用者的身体表面发射光的光发射单元。光接收单元接收从所述光发射单元朝身体表面发出的、在包括骨的身体部位内传播的光。 骨密度 计算单元根据所述光接收单元接收的光量测定骨密度。所述光发射单元朝身体表面 皮下组织 较薄的部位发射光，并且所述光接收单元接收在身体内传播通过所述皮下组织较薄的部位的所述光。，下面是骨密度仪专利的具体信息内容。
1.一种用于测量使用者骨密度的骨密度仪，所述骨密度仪包括：
光发射单元，其朝使用者的身体表面发射光；
光接收单元，其接收从所述光发射单元朝身体表面发出的、通过包括骨的身体部位传播的所述光；
骨密度计算单元，其根据所述光接收单元接收的光量测定骨密度；
其中所述光发射单元朝身体表面皮下组织较薄的部位发射光，且所述光接收单元接收通过身体内所述皮下组织较薄的部位传播的所述光。
2.根据权利要求1所述的骨密度仪，其中所述光发射单元朝所述身体表面的人的脚底发射光。
3.根据权利要求1所述的骨密度仪，还包括：
测定单元，其用来测定所述身体表面的皮下组织的厚度是否等于或小于10mm。
4.根据权利要求1所述的骨密度仪，其中所述光发射单元发射波长在500nm到2500nm范围内的光。
5.根据权利要求1所述的骨密度仪，还包括：
遮光部，其屏蔽外部光，以防止所述外部光与由所述光发射单元发射出的光以及在身体内传播的光混合。
6.根据权利要求1所述的骨密度仪，还包括：
供人脚站立的平台，所述平台包括具有向下延伸的凹槽的上表面；
其中所述光发射单元和光接收单元设置于所述凹槽内并避开外部光。
7.根据权利要求1所述的骨密度仪，其中所述光接收单元包括多个光接收元件，并且所述骨密度计算单元根据每个光接收元件接收的光量测定骨密度。
8.根据权利要求7所述的骨密度仪，其中：
所述多个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发射单元；
所述骨密度计算单元根据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来测定骨密度。
骨密度仪
[0001] 相关申请的交叉引用
技术领域
背景技术
[0004] 现有技术中已知使用光检测被测对象(诸如人等)的骨密度的方法。日本专利申请公开号JP2008-155011揭示了一种骨密度仪。该骨密度仪包括光发射单元、光接收单元、变化趋势计算装置和密度计算装置。光发射单元将光发射至被测对象上从而改变光的强度。光接收单元接收来自被测对象的被发射光的反射光。变化趋势计算装置根据反射光的强度计算变化趋势。密度计算装置根据变化趋势计算被测对象的骨密度。通过这种方式，现有技术中的骨密度仪通过改变从光发射单元发出的光的强度，从而根据反射光的强度变化来评价和测量骨密度。
[0005] 但是，现有技术中的骨密度仪，当例如用来测量皮下组织较厚的部位的骨密度时，由于光发射单元的输出不足，光可能不会到达骨骼，在这种情况下，很难精确检测骨密度。
发明内容
[0006] 本发明涉及提供一种使用光更精确测量骨密度的骨密度仪。
[0007] 本发明的一个方面是一种测量使用者骨密度的骨密度仪。该骨密度仪包括朝使用者的身体表面发射光的光发射单元。光接收单元接收从所述光发射单元朝身体表面发出的、通过包括骨的身体部位传播的光。骨密度计算单元根据所述光接收单元接收的光量测定骨密度。所述光发射单元朝身体表面皮下组织较薄的部位发射光。所述光接收单元接收在身体内传播通过皮下组织较薄的部位的光。
附图说明
[0009] 通过参考下面对现有优选实施方式的描述以及附图，可以最好地理解本发明及其目的和优点，其中：
[0010] 图1是示出本发明骨密度仪的较佳实施方式的示意图。
[0011] 图2是示出图1的骨密度仪的侧视示意图。
[0012] 图3是示出图1的骨密度仪电连接的示意图。
[0013] 图4A是示出骨密度和光接收量之间的关系的示意图表。
[0014] 图4B是以对数示出光接收量的示意图表。
[0015] 图5是示出光接收量和皮下组织之间的关系的示意图表。
[0016] 图6A和6B是示出本发明另一个实施例的骨密度仪的示意图。
[0017] 图7是示出本发明另一个实施例的骨密度仪的示意图。
[0018] 图8A和8B是示出本发明另一个实施例的骨密度仪的示意图。
[0019] 图9A和9B是示出本发明另一个实施例的骨密度仪的示意图。
[0020] 图10是示出本发明另一个实施例的骨密度仪的示意图。
[0021] 图11是示出本发明另一个实施例的骨密度仪的示意图。
[0022] 图12是示出本发明另一个实施例的骨密度仪的示意图。
[0023] 图13是示出本发明另一个实施例的骨密度仪的示意图。
[0024] 图14是示出本发明另一个实施例的骨密度仪的示意图。
具体实施方式
[0025] 附图中，相同标号始终代表相同元件。
[0026] 下面将结合附图对本发明骨密度仪的较佳实施方式进行介绍。
[0027] 图1示意性地示出了一种设置有骨密度仪的浴室秤10。浴室秤10包括一个供使用者站立的盒状的平台11。平台11具有上表面11a。搁脚板12形成于平台11的上表面11a上。操作单元13可拆卸地安装于平台11的前部。电源开关14设置于平台11的后侧(下侧)。负荷传感器(未图示)，例如负荷单元(load cell)设置于平台11内。因此本实施例中的浴室秤10还可以作为体重秤使用。
[0028] 骨密度仪20设置在搁脚板12的后部用于测量骨密度，尤其是测量使用者的脚后跟K处的骨密度。参照图2，骨密度仪20包括光发射单元21和光接收单元22，光发射单元21用于朝使用者的脚后跟K发射光，光接收单元22用于接收从光发射单元21发出的、经使用者的身体部位包括骨头传播后作为反射光的光。光发射单元21由中心波长为800nm的发光二极管(LED)构成。光接收单元22由光电二极管构成。从光发射单元21发出的光的波长可以在500nm到2500nm的范围内变化。波长在这一范围的光对使用者的身体例如骨头或皮下组织有较强的透射性。波长接近500nm的光是可见的，从而使得使用者知道浴室秤10正在工作。
[0029] 微处理器23设置于光发射单元21和光接收单元22的下面，且与光发射单元21和光接收单元22电连接。该微处理器23控制光发射单元21和光接收单元22。例如，如图3所示，光接收单元22与计算单元23a相连接，该计算单元23a设置于微处理器23内并用作骨密度计算单元。该计算单元23a根据从光接收单元22的输出(光量)来计算或测定骨密度。
[0030] 参照图1，操作单元13包括测量启动钮13a和显示器13b。测量启动钮13a用于指示骨密度测量的开始，显示器13b用于显示各类信息。操作单元13通过连接线(未图示)连接到平台11上。连接线以可伸长的方式卷绕在置于平台11内的卷轴(未图示)上。显示器13b显示由微处理器23的计算单元23a获得的骨密度测量结果，从而使得使用者可以容易的查看测量结果。
[0031] 当使用者的脚底搁在搁脚板12上的状态下，使用者按压操作单元13的测量启动钮13a以操作浴室秤10。当浴室秤10工作时，微处理器23几乎同时驱动光发射单元21和光接收单元22。光发射单元21朝脚后跟K发射光。该光在使用者体内传播同时在被光接收单元22接收之前通过脚后跟K的皮下组织K1，脚跟骨K2(参照图3)及其他部分被散射和反射。随后，微处理器23的计算单元23a根据光接收单元22接收的光量计算脚跟骨K2的骨密度。操作单元13的显示器13b显示骨密度测量结果。当使用者的脚搁在平台11上时，使用者的体重施加于平台11上。这样稳定了皮下组织和骨密度的状态。进一步的，使用者的脚阻挡了外部光从而增加了测量的精确度。
[0032] 下面将参照图4和图5介绍骨密度和光接收量之间的关系以及被发射的光和皮下组织之间的关系。
[0033] 本发明的发明人做了一个模拟实验来检测骨密度和光接收量之间的关系。准备四个基本化合物为聚安酯(polyurethane)的骨体模(bone phantom)。羟基磷灰石是骨骼的主要成分，将其分别以100、200、300和400mg/cm3的量添加到四个骨体模。骨体模被用来检测骨密度和被光接收单元22接收的光量之间的关系。图4A所示的结果很明显可以看出随着骨密度的增加，光量以指数关系在减少。进一步的，当用对数来表示光量时，骨密度和光量之间的关系具有很强的相关性(相关系数r等于0.99)由直线L来表示，如图4B所示。从而，很明显骨密度是可以根据由光接收单元22接收的光量来测量的。
[0034] 考虑到皮下组织尤其是皮下脂肪对被发射出的光的影响，本发明的发明人使用一个模拟模型检测皮下组织对骨密度测量的影响。在此，使用四个皮下脂肪厚度分别为0mm、5mm、10mm和20mm的模拟模型。图5以近似直线L1至L4分别示出了四个模拟模型对应的骨密度和光接收量之间的关系。参考符号L1-L4按照从皮下脂肪最薄的模拟模型的顺序标到近似直线上。如图5中所示，当皮下脂肪的厚度依次以0mm、5mm和10mm的顺序增加时，接收到的光量变化相对于骨密度的变化变小，即，近似直线的倾斜度变小。进一步，当使用皮下脂肪(皮下组织)厚度为大于10mm的20mm的模拟模型时，光的接收量不再随骨密度的变化而变化。相应的，一般在皮下组织厚度等于或小于10mm的部位(如本较佳实施方式的脚后跟)，由光接收单元22接收的光量基本上不受皮下组织的影响。这使得可以定量测量骨密度。
[0035] 如上所述，通过测量皮下组织厚度等于或小于10mm的脚后跟处的骨密度，可以获得进一步精确的测量结果。此外，使用者只需站在平台11上就可容易地测量骨密度。
[0036] 本较佳实施方式中的骨密度仪20具有以下优点：
[0037] (1)光发射单元21朝人体表面皮下组织较薄的部位(在本较佳实施方式中，脚后跟K)发射光。光接收单元22接收在体内传播通过皮下组织的光。这使得骨密度可以在皮下组织(皮下脂肪)较薄的部位被测量。于是，从光发射单元21发出的光很容易到达骨头，这样抑制了皮下组织对光的影响，同时确保了对骨密度的测量。此外测量脚底的脚后跟K处的骨密度。这样也使得比较容易测量使用者的体重。
[0038] (2)光发射单元21发出的光的波长为800nm，该波长在500nm到2500nm的波长范围之内。因此，测量骨密度所采用的光是在人体内有较高透射性的波长的光。此外发射出的波长接近500nm的光是可见的。因此，发射这种光会使得使用者知道浴室秤10内的骨密度仪20正在工作。
[0039] 对本领域技术人员来说，在不脱离本发明宗旨或范围的条件下，本发明还可以有其他的具体实施方式实现。特别是应该理解本发明还可以有下面的实施方式。
[0040] 在上述较佳实施方式中，骨密度仪20是和体重秤功能组合在浴室秤10内使用。然而骨密度仪20可以不必和其他功能组合使用，也可以是单独的装置。
[0041] 尽管在以上的较佳实施方式中没有特别指出，骨密度仪20还可以包括例如遮光部用于遮挡外部光，以防止其和光发射单元21发出的光以及在体内传播的光混合在一起。例如，在本实施方式中采用遮光部时，如图6A和6B所示，在搁脚板12的后部为使用者的每个脚后跟处可设有一个U形的遮光壁30来遮挡脚后跟K的外围。优选的，遮光壁30是由氨甲酸乙酯(urethane)等形成的黑色弹性体。遮光壁30使骨密度测量所需的光免受外部光的干扰，例如，遮光壁30防止照明光等进入脚后跟K处。这更加确保了精确的骨密度测量。
[0042] 进一步，参照图7，弓形遮光部31形成于搁脚板12的上表面11a上可放置脚的弓形部T的位置，该弓形遮光部31的形状与脚的弓形部T的形状相一致。遮光部31可防止用来照明的外部光等通过由弓形部T形成的间隙进入脚后跟K处。这样进一步确保了骨密度测量的精确性。
[0043] 另外，例如如图8A所示，平台11上可设有从其上表面11a向下延伸的凹槽32，该凹槽32用来使光发射单元21和光接收单元22避开外部光。当脚放置于凹槽32内时，光发射单元21和光接收单元22被避开外部光。这样使骨密度测量所需的光避开外部光，即成为干扰的光。因此，进一步保证了精确的骨密度测量。在这种情况下，在邻近脚趾处设置具有预定高度的突起物33，使得对脚后跟K的测量在稳定的状态下进行。此外，参照图8B，凹槽32的形状可以是与脚后跟K的形状相一致的曲线形，这样使得脚后跟K可以舒服的置于凹槽32内。
[0044] 光发射单元21和光接收单元22可以被设置在脚趾附近来测量脚趾处的骨密度，在这种情况下，要为每个脚趾设计一个与其形状相配的凹槽来测量该脚趾处的骨密度。
[0045] 如图9A和9B所示，可在平台11的上表面11a上设置有供使用者的每个脚后跟使用的突起物35。突起物35可包括凹槽32。也可以为脚趾提供与图9A和9B中的突起物相似的结构。
[0046] 在较佳的实施方式中，在皮下组织较薄的脚后跟处测量骨密度。然而也可以在如图10所示的脚趾A处或在如图14所示的弓形部T处测量骨密度。或者还可以测量腰骨、肩关节、肘部、小腿骨、腕关节突出部、每个指关节、踝关节等处的骨密度。
[0047] 尽管上面没有特别提到，在本发明的较佳实施方式中，骨密度仪还可以包括如图11所示的超声波装置40和计算单元23a。该超声波装置40作为测量皮下组织的厚度的测量单元。计算单元23a作为测定单元根据超声波装置40的测量结果来测定皮下组织的厚度是否等于或小于10mm。骨密度仪还可以包括通知单元41，该通知单元41根据计算单元
23a的测定结果通过音频或显示器提供皮下组织的厚度是否适合测量的通知。超声波装置
40包括例如发射器40a和接收器40b。在这种情况下，例如根据从发射器40a发出的超声波被脚跟骨K2的表面反射(参照图3)和被接收器40b接收的时间来测量皮下组织的厚度。
在该结构中，光由光发射单元21发出并且被光接收单元22接收，与此同时检测皮下组织等于或小于10mm的相对薄的部位。这样确保了更精确的测量骨密度。除了使用光或超声波以外，还可以通过机械地压紧皮下组织来测量其厚度。另外，当测定皮下组织的厚度等于或小于10mm时计算单元23a就可以开始计算骨密度，而无需发布通知来指示皮下组织的厚度是否适合骨密度测量。
23a的测定结果通过音频或显示器提供皮下组织的厚度是否适合测量的通知。超声波装置
40包括例如发射器40a和接收器40b。在这种情况下，例如根据从发射器40a发出的超声波被脚跟骨K2的表面反射(参照图3)和被接收器40b接收的时间来测量皮下组织的厚度。
在该结构中，光由光发射单元21发出并且被光接收单元22接收，与此同时检测皮下组织等于或小于10mm的相对薄的部位。这样确保了更精确的测量骨密度。除了使用光或超声波以外，还可以通过机械地压紧皮下组织来测量其厚度。另外，当测定皮下组织的厚度等于或小于10mm时计算单元23a就可以开始计算骨密度，而无需发布通知来指示皮下组织的厚度是否适合骨密度测量。
[0048] 在较佳的实施方式中，光接收单元22由单个光电二极管构成，但也可以由多个光接收元件(光电二极管)构成。这样抑制了由于光接收元件中可能发生的光接收量的误差引起的骨密度测量值的偏差。光接收单元22中的光接收元件并不限于光电二极管，还可以是光电晶体管。只要光接收元件能够接收由光发射单元21发射出的光即可。
[0049] 此外，如图12所示，光接收单元22还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更靠近光发射单元21。在此情况下，用作骨密度计算单元的计算单元23a根据第一光接收元件50和第二光接收元件51的光量比来计算骨密度。具体讲就是第一光接收元件50和第二光接收元件51设置在距光发射单元21不同距离的位置来接收通过体内不同光路径传播的光。例如，第一光接收元件50设置在距光发射单元21较近的位置来接收通过人体较浅部位传播的光(主要是皮下组织)。第二光接收元件51设置在距光发射单元21较远的位置来接收通过人体较深部位传播的光(主要是皮下组织和骨)。计算单元23a根据第一光接收元件50和第二光接收元51接收的光量的比率来计算骨密度。这样抑制了人体表面皮肤颜色或皮下组织状态对骨密度测量的影响，并使得骨密度测量更加精确。
[0050] 尽管以上没有特别提到，在较佳的实施方式中，计算单元23a可以测量左右脚脚底的骨密度从而计算左右脚骨密度的差额。进一步，显示器13b可以显示由计算单元计算出的骨密度的差额。计算单元23a还可以计算由左右脚脚底获得的骨密度的平均值。在此情况下，显示器13b还可以显示由计算单元23a计算而得的骨密度平均值。
[0051] 在较佳的实施方式中，显示器13b显示(提供通知)骨密度测量结果。骨密度测量结果还可以通过音频输出提供。
[0052] 尽管以上没有特别提到，在较佳的实施方式中，例如如图13所示，微处理器23下方可设有负荷传感器60。当负荷传感器60检测到重量大于或等于预定值时，骨密度测量开始启动。在这种情况下，可以取消操作单元13的测量启动钮13a。
[0053] 尽管以上没有特别提到，在较佳的实施方式中，例如微处理器23可以包括存储器(未图示)来存储将骨密度与年龄、身高和体重关联的数据库以计算和显示使用者的骨龄。进一步的，整个人体估计的骨密度可以根据脚底骨密度来计算。
[0054] 光发射单元21和光接收单元22可以不必设置在平台11上。例如光发射单元21和光接收单元22可以是保持在使用者身体上，从而直接与使用者的身体接触。
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