題目 : 超音波骨密度儀

背景 / 由來

(1) 超音波在醫學診斷上是相當實用的工具，應為它

可以提供了解生物體組織的內部構造。 利用超音波參數來測量骨質，可獲得骨骼狀態的

資訊，藉此作為預防骨折的參考指標。

(2)

如大家所熟知， X 光為骨科醫師診斷的常用工具，而 X 光主要是在判讀骨骼、關節等硬組織的病變，對於軟組織的診斷力就稍嫌不足。因此傳統上要看到這些軟組織 ，最合適的檢查為核磁共振，但核磁共振有其臨床使用上的不便檢查時間必需等候安排且耗時，而「肌肉骨骼超音波」可以避免以上的缺點。

原理2. 設計原理骨密度儀的架構通常如圖所示， 一般來說是和 PC

搭配使用，在 PC 上有人機介面軟體，讓使用者由PC 下令，而骨密度儀接收命令發出脈波訊號推動超音波探頭發出超音波訊號至骨頭，超音波訊號在骨頭上發生衰減、延遲等現象，由另一個探頭接收穿過骨頭之後的超音波訊號，送回骨密度儀進行放大 .

濾波後傳回 PC 做訊號處理及顯示。

骨密度儀的架構

醫學應用因為超音波屬於機械波，不會有游離 ( 阿法 . 嘎嘛射

線 ) 產生對人體並不會造成輻射傷害，如肌肉和骨頭間聲

阻的差異，能量發生反射、散射及吸收等物理現像，因而反應出身體組織的內部情形，形成不同的回波訊號，再由接收系統接收放大、調置，再利用影像的顯示方式表現出來，提供診斷上的情報。

好處 :

1. 沒有輻射的暴露，也不需打顯影劑。 2. 不具侵入性，僅需在病人欲檢查的部位

塗一層凝膠即可。 3. 能提供即時而且動態的資料，對臨床診

斷有很大的幫助。 4.健保費用便宜且不費時。

儀器設計架構1. 架構方塊圖此儀器適用於骨密度儀器高性能的 Pulser/Receiver

加 SOS 的計數電路變成簡單可攜帶骨密度測量系統。系統主要分為四大部份：一、超音波脈波發射器，由兩大部分組成：1. 脈波重複頻率產生器 2. 脈波產生器二、接收器：主要接收超音波訊號，並加以處理。三、電源供應器：供給 Pulser 、 Receiver 及 SOS

計數電路所需電源，也供給 Pulser Generator的高壓推動超音波探頭。

四、 SOS 計數處理電路：將接收到的超音波訊號作處理，可用來計數、運算及顯示。

圖為系統的整體架構圖

Pulser

Power Supply

SOSProcess circuit

Receiver

超音波脈波發射器 (Pulser)脈波重複頻率產生器 (PRF Generator) ：每隔所設定的固定時間發出訊號讓後級的電路使用。

振盪器：利用 74HC04 反向器和1MHz石英震盪器、電阻、電容組成，能震盪出穩定、失真小的脈波訊號

除頻器：由 74HC451的除 10 計暑氣達成輸出 100Hz 的脈波訊號

脈波寬度控制器：利用74HC221IC ，可由所連接的電阻、電容的時間常數讓輸出脈波寬度變小的訊

號，效果越好

超音波接收器 (Receiver)兩種工作模式，分三大部分：

振幅限制器：怕高壓燒毀，有保護作用

放大器：將超音波訊號放大，有低的失真與抗雜訊的能力

高通濾波器：把 100Hz以下訊號濾除，防止 60Hz電源訊號及直流準位干擾

電源供應器：對 Pulser/Receiver 來說，非常重要，它的好壞會影響整體運作。

電源供應器方塊架構圖

變壓器1.高壓輸出 320V2.低壓輸出 20V

整流器：橋式全波整流器

濾波器：低壓→電容濾波器高壓→ π型濾波器

穩壓器：低壓→ (1)5V ，用 7805穩壓 IC

(2)15V ，用 7815穩壓 IC

高壓→用 Zener穩壓，輸出 300V ，每顆可以穩壓

100V

簡易型超音波 SOS 計算電路設計簡易型超音波 SOS 的計算電路硬體處理：由 Receiver 所接收的超音波訊號作處理與運算，算出超音

波參數 SOS 。

利用 1N4148把負的訊號去除留下正的訊號→正的訊號向電容充電→已 RC 時

間常數放電→到比較器

比較器：由 LM311高速比較 IC 構成若正腳接 +5V ，在此以大於 0.45V 為基準，當大魚 0.45V ，輸出 5V ，小

於 0.45V ，輸出 0V

參考文獻WWW.KMTH.GOV.TW/衛教園地 / 骨質疏鬆 /

蔡伊婷 / 利用超音波參數評估骨質疏鬆症 /民國 91年林宏益 / 回音式超音波器官微共振量測系統 /民國 90年馮若 ,姚錦鐘 , 關立勳 / 超聲手冊 /南京大學出版社 /1999/