Designing and implementing a portable ultrasound bone densitometer

هشاشة العظام مرض يتميز بانخفاض كتلة العظام مما يزيد من خطر الإصابة بالكسور. يعتبر مقياس كثافة امتصاص الأشعة السينية ثنائي الطاقة (DXA) بمثابة المعيار الذهبي لقياس كثافة المعادن في العظام (BMD). في سورية، يعد DXA مكلفاً وغير متوفر على نطاق واسع ويقترن بتردد قوي بين المرضى فيما يتعلق بالتعرض للإشعاع المؤين. من ناحية أخرى، وجدت العديد من الدراسات الحديثة أن الموجات فوق الصوتية الكمية (QUS) مفيدة في تحديد تشخيص هشاشة العظام وإعطاء معلومات دقيقة حول صفات العظام. كان الهدف من هذه الدراسة هو تصميم وبناء جهاز قياس كثافة العظام بالموجات فوق الصوتية لقياس كثافة المعادن بالعظام. الجهاز محمول (0.4 كيلو غرام) وهو اقل تكلفة بكثير وليس له اي اثر ضار من الاشعاعات المؤينة. تم تصميم الجهاز باستخدام زوج من أجهزة توليد واستشعار بالموجات فوق الصوتية HC-SR04 لإرسال واستقبال الموجات فوق الصوتية عبر العظم ثم تضخيمها وقراءتها رقمياً باستخدام منصة Arduino. تم تنفيذ الجهاز باستخدام نموذج مُصمم مسبقاً باستخدام برنامج CAD، مع رأس قياس متحرك بحيث يمكن أن يكون مناسباً للعديد من المرضى من مختلف الأعمار. تم اختبار الجهاز على العديد من الأفراد الأصحاء والمرضى من مختلف الجنسين، الذين تتراوح أعمارهم بين 18 و 85 عاماً، كما تمت معايرته والتحقق من صحته باستخدام قيمة كثافة المعادن بالعظام التي يوفرها مقياس كثافة العظام DXA. أظهرت النتائج أن أجهزتنا حساسة بدرجة كافية للتمييز بين الأفراد الأصحاء والمرضى باستخدام أدوات منخفضة التكلفة. وفقًا لذلك، قد يكون للجهاز المقترح فرصة جيدة في المستقبل ليتم اعتباره مقياس كثافة عظام محمول فعال ومنخفض التكلفة. Osteoporosis is a disease characterized by a low bone mass that increases the risk of fracture. The dual energy X-ray absorptiometry (DXA) bone densitometer is considered as the gold standard to measure bone mineral density (BMD). In Syria, the DXA is costly, not widely available and coupled with a strong reluctance among patients concerning exposure to ionizing radiation. On the other hand, several recent studies found that Quantitative Ultrasound (QUS) is useful in diagnosing osteoporosis and giving accurate information about the qualities of bone. This study aims to design and implement a portable ultrasound bone densitometry to measure BMD. The device is portable (0.4 kg), much less expensive and does not have any harmful effect of ionizing radiation. The device contains a pair of ultrasound transducers HC-SR04 to send and receive ultrasound waves through the bone. The received signals were amplified and digitally recorded using the Arduino platform. The device was designed using a pre-designed model using CAD software, with wild range motion so it co