超声骨密度测量系统的设计

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骨质疏松是老年人普遍需要面对的一个问题,其临床表现为骨矿物质减少,骨组织退化变脆,严重的周身疼痛,并发生体态变形,以至骨折。它被国际医学界排放在同高血压、动脉硬化、糖尿病、肿瘤并列的位置上,是当前的五大疾病之一。己知骨组织的强度有75%-85%与骨密度有关,随着年龄的老化,周身各骨骼的骨密度均呈逐渐下降趋势,测量人体骨密度的多少,对中老年人来说是非常有必要的。 超声骨密度测量系统是借助宽带超声衰减参数,用脉冲超声波对骨密度进行测量的装置。本文探讨了一种实现方案,给出了该系统的构成和功能,并对各个功能模块进行了具体的设计和详细的分析。论文主要涉及到以下内容和成果: ●硬件方面:USB接口设计,FPGA控制电路设计,AD、DA、缓存电路设计,发射电路设计,接收电路设计,电源设计。 ●软件方面:USB固件设计,FPGA程序设计,应用程序设计。 1)改变了传统超声测量的单脉冲发射,实现了能发射任意波形的发射电路。 2)用FPGA控制发射电路功率放大部分的晶体管,使其仅仅在发射波形的那瞬间工作,巧妙的解决了晶体管的功耗问题。 3)在接收电路中,实现了无源滤波和有源滤波的并用,提高了系统的稳定性。 4)用USB2.0接口实现了外围设备和PC的高速通讯,符合仪器向PC机外设发展的趋势。 5)用FPGA协调USB,AD,DA,FIFO,发射电路,接收电路的工作,使系统能稳定的运行。 系统设计完毕后,我们分别对骨密度不同的两种样本进行了测量,得到了两组不同的数据。通过对数据的频谱分析,发现松质骨相对正常骨的衰减曲线更为平缓。经实验验证,该系统能实现骨密度测量的功能。最后,结合作者的主要工作,本文对该系统的设计进行了总结并对该方案进行了展望。
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