专利名称：非侵入性分析骨组织的结构和化学成分并能消除周围组织的影响的方法和装置的制作方法分析骨骼的结构和化学成分的已知技术在于采用X射线或分析超声回波扫描。利用X射线的技术的区别特点是特异性很好，并且在双能X射线光密度测量(吸光测量)法的情况下，灵敏度达到95%的水平，但是该方法比较耗时，并且麻烦/不方便。该方法包括把患者暴露在X射线的有害影响下并且需要使用昂贵的大型设备。超声波方法基于骨骼的机械性能的测量，并不能精确反映结构和化学成分，因而是不可靠的。英国专利GB2449226描述了一种分析骨骼结构的方法，该方法涉及使用设有两个测量电极的装置的生物阻抗光谱的测量。该方法在于使用发生器生成至少一个确定波形的标准信号，通过周围组织、皮肤和肌肉把该信号施加到骨组织，然后使用相同的电极，把电响应引导到测量系统，所述电响应为流经被分析的组织的电流引起的电位差。该系统生成了与骨组织结构有关的数据。该装置由两个连接至发生器的电极和用计算机生成输出数据监测测量电路的电响应的系统组成，所述发生器可变换并任意选择标准交变电流信号。两个电极同时用于提供电流和监测与骨组织密度有关的响应。该方法能够进行快捷、非侵入并无损伤的生物阻抗测量。然而，该方法不能提供从生物阻抗信号单独识别描述骨组织尤其是海绵状部分组织的电参数的信息的可能性，而这些组织正是上述解决方案的发明人试图分析的对象。该方法不能识别出绝大多数的测量电流流经骨骼周围的组织，即，肌肉、脂肪组织和皮肤，这 种情况下，这些周围的组织从诊断的角度来看无关紧要。另外，该方法没有补偿以高阻抗为特征的外骨表面的屏蔽效应，这种屏蔽效应可能会显著降低流经内骨结构的测量电流。
本发明的一个方法包括至少四个电极的系统，所述电极置于覆盖被分析的骨骼(优选长骨)周围的软组织的皮肤上，屏蔽电极建立了屏蔽势场，测量电流注入电极迫使测量电流穿过被分析的骨骼。同时，屏蔽电极使穿过被分析的骨骼周围的软组织的测量电流几乎降低到零。测量电流、电位响应以及电位响应和测量电流之间的相位差在注入电极测量。接着，基于测得的电参数测定骨骼的结构和化学成分。有利地，使用注入电极把穿过周围组织的测量交变电流引导到被分析的骨骼，同时，在屏蔽电极建立被分析的骨骼周围的组织内部的交变屏蔽电位，然后，在测量电流注入电极，测量由于测量电流的流动产生的电位，并评价测得的电位差，维持屏蔽电位的值，并将其动态调整到与测量电流注入电极测得的电位成比例的水平。同样有利地，测量期间，注入的测量电流频率至少变化一次，同时，对于每个注入的测量电流频率，测量测量电流注入电极的测量电流和电位。有利地，用附加电极测量由测量电流产生的电位，而使用探查电极在测量点测量被分析的骨骼周围的组织内部的实时屏蔽电位。另外，在屏蔽电极处屏蔽电位屏蔽建立的方式和/或测量电流提供给测量电流注入电极的方式是这样的，使得每个附加电极的电位与最靠近其放置的探查电极的电位成比例，同时，每个附加电极靠近不同的注入电极放置，每个探查电极靠近不同的屏蔽电极放置。已经发现，每个附加电极的电位等于最靠近其的探查电极的电位是极其有利的。本发明的装置包括使计算机和设有键盘和显示器的微处理器控制系统通信的接口，所述微处理器控制系统并联连接至具有相敏检测器的高灵敏度前置放大器组件和实现动态屏蔽的系统，以及至少两个电极连接至实现动态屏蔽的系统。有利地，实现动态屏蔽的系统连接至用于测量由于测量电流产生的电位的两个电 极、两个探查电极和两个屏蔽电极。有利地，探查电极和置于探查电极之间的屏蔽电极均置于测量电极子系统的第一对电极和第二对电极之间，所述第一对电极包括测量电流注入电极和用于测量由于测量电流产生的电位的电极，所述第二对电极包括测量电流注入电极和用于测量由于测量电流产生的电位的电极。已经发现，极其有利的是，第一测量电流注入电极置于抱持受试者邻近鹰嘴的腕部的夹具上，第二测量电流注入电极置于护肘上，测量由于测量电流产生的电位的第一电极置于抱持腕部的夹具上的电极的对面，测量由于测量电流产生的电位的第二电极置于抱持邻近肘部的手臂的夹具上，而测量探查点的电位的电极以及建立屏蔽电位的注入电流的电极置于抱持前臂中部的带子上，并且电极的形状为环形或部分开口的环形。有利地，第一测量电流注入电极置于抱持受试者邻近鹰嘴的腕部的夹具上，第二测量电流注入电极置于护肘上，而屏蔽电极置于抱持前臂中部的带子上，并且电极的形状为环形或部分开口的环形。有利地，电极为肢体夹电极，第二测量电流注入电极为装置外壳的组成部分。可以理解，本发明的方法可利用包括两个电极组的测量系统消除被分析的骨骼周围的组织的影响，所述两个电极组为一组测量电极和一组屏蔽电极。使用置于皮肤之上的测量电极组将测量电流注入到被分析的系统，该测量电极组同时被用来测量注入电流引起的电位差，该被分析的系统包括被不同类型组织包围的骨组织。附加的屏蔽电极组包括至少两个电极，其在组织中产生附加的电位以减少通过被分析的骨组织周围的组织的电流。使用可提供最佳测量条件的电子反馈系统动态控制该附加电极，最佳测量条件是指使流过从诊断的角度来看无关紧要的组织的寄生电流最小化。动态屏蔽迫使测量电流流过骨骼的海绵状部分，以测定其电参数。事实上，表面骨骼层的高阻抗使得用两个电极的方法不可能精确测量内骨部分的生物电参数，使用动态屏蔽时，有效地阻止了屏蔽电流对测量结果的不利影响。另外，本发明用于测定骨组织结构和化学成分的方法能快速并准确地测定结构和化学成分，尤其是海绵状骨的矿化程度，这对骨质疏松和骨骼减少的诊断意义重大。与其他现在使用的方法相比，本发明的方法能消除骨组织周围的组织对测量结果的影响。也可以理解，本发明提供了生产包括电极系统的便携式装置的可能，所述电极系统可置于受试者的身体以及小型电池供电的测量装置之上，所述测量装置可通过有线或无线连接提供电绝缘的方式连接至个人计算机。下面将参考附图，对实施本发明的方法和装置的例子进行描述，其中图I显示了用于测定被分析的骨骼的结构和化学成分的装置的示意图；图2显示了前臂上的电极分布；图3至图5显示了使用8个电极进行分析的骨骼的截面示意图图3显示了被分析的骨骼的密度， 图4显示了测量电流和屏蔽电位产生的电流的方向，图5显示了测量电流和屏蔽电位产生的电流的密度。附图中的符号I、测量电流注入电极2、测量电流注入电极3、测量由于测量电流产生的电位的电极4、测量由于测量电流产生的电位的电极5、探查电极6、探查电极7、屏蔽电极8、屏蔽电极9、与附加的计算机协作的接口10、用相敏检测器连接的高灵敏度前置放大器组件11、实现动态屏蔽的系统12、设有键盘和显示器的微处理器控制系统13、产生测量电流的组件Ip-测量电流Ie-屏蔽电流HB-硬骨SB-海绵状骨
到的测得的电气相对变化值，所述灵敏度如表所示。


本发明提供了一种非侵入性分析骨组织的结构和化学成分并能消除周围组织的影响的方法和装置。该方法在于使用接触被分析的骨骼(优选长骨)周围的组织放置的至少四个电极(1、2、3、4、5、6、7、8)的系统，使用屏蔽电极(7、8)建立屏蔽电位分布。测量电流注入电极(1、2)迫使测量电流穿过被分析的骨骼的内部。同时，屏蔽电极(7、8)使穿过被分析的骨骼周围的组织的测量电流几乎降低到零。然后，测量测量电流注入电极(1、2)的测量电流和电位，以及测量电流注入电极(1、2)与测量电流之间的相位差。基于测得的电气值，评价骨组织的结构和化学成分。