[發明專利]用于長骨分析的超聲導波參數測量方法

無效

• 申請號: 201010239035.2
• 申請日: 2010-07-28
• 公開（公告）號: CN101874744A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 劉洋;章東;郭霞生
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及超聲導波信號的處理和測量方法，更具體的說是用于長骨分析的超聲導波參數測量方法。

背景技術

近年來，利用定量超聲的軸向傳播技術來分析長骨的狀況已經取得了較大的進展。與傳統的測量方法相比，超聲方法具有費用低、無電離輻射、簡便快捷、便攜等優點。

?目前，在國內外市場上有關長骨分析的超聲測量儀器主要有:以色列的Soundscan2000，Omnisense7000，德國的DWL，日本的CM-200，以及國產的北京中西M192429等。所有這些產品的功能和原理都是相似的，即測量骨中的超聲傳播速度,但采用的超聲參數卻各有不同，例如Soundscan2000采用250千赫茲（KHz）的低頻超聲發射，而Omnisense7000則采用1.25兆赫茲（MHz）的相對高頻。對于長骨中的超聲傳播速度，此類儀器基本都利用第一到達信號（FAS）進行測量。Camus等人對軸向傳播技術的研究結果表明（JournaloftheAcousticalSocietyofAmerica,2000;108:3058-3065），在一定的條件下，FAS對應于沿骨表面以體波速度傳播的側波；然而，實驗研究表明，當超聲波長大于長骨皮質厚度時，FAS的速度小于縱波速度；此外，當長骨的皮質層厚度發生變化時，FAS的速度也會發生變化。

總體而言，利用FAS來測量長骨中的超聲傳播速度具有以下缺點：①其對皮質骨厚度不敏感。②FAS不能反映整個皮質骨厚度內骨的特性。FAS主要反映的是骨外膜板區域的材料特性。③FAS信號的幅度較小，并且在傳播距離上衰減較大。因此對其測量可能引起較大的誤差。

由于人類長骨具有類似管狀的結構，其中可以傳播超聲導波。在管中，由于內外邊界的限制，導致超聲導波的能量主要沿軸向傳播，同時縱波和橫波在界面間不斷地反射，并發生縱波和橫波之間的模式轉換。在傳播的過程中，由于波形的疊加，形成波包，通常被稱為導波模式。管中一般同時存在多種導波模式。這些導波模式可以分為三類，縱振波模式L(0,m)(m=1,2,3…)，扭曲波模式T(0,m)(m=1,2,3…)和彎曲波模式F(n,m)(n,m=1,2,3…)。其中，縱振波和扭曲波是軸對稱的，彎曲波是非軸對稱的。與基于FAS的單一參量測量相比，導波檢測是一種多參量的測量，具有更強的魯棒性和抗干擾能力，因而能夠保證測量結果的準確性和可信度。此外，多模式導波的傳播速度能夠反映整個長骨厚度方向的材料性質變化，而不僅僅是FAS所能反映的骨外膜區域結構的變化，因此能夠更全面地反映長骨的材料和結構特性。???在人體長骨檢測研究中，對超聲導波的報導始于2002年。大多數研究者將其與板結構中的Lamb波進行對應以實現信號分析的簡化。Nicholson等人（PhysiologicalMeasurement,2002;23:755-768）用Lamb波理論模擬研究了骨中的導波，在實驗上觀察到了FAS和隨后的類似于Lamb波的基本反對稱模式A0的導波。該導波模式的速度對于不同狀況的長骨有明顯的不同，而FAS測量則無法對此進行區別。

中國專利CN100401986C公開了一種基于Lamb波模式的用于骨骼評價的方法和裝置。主要測量骨中超聲的一個或多個導波模式的速度。但該方法也存在這樣的缺點：（1）該方法基于Lamb波模式測量，而其實導波模式更接近于實際情況；（2）事實上該方法最多只使用了兩個模式的信息。

他得安等人在利用管狀模型理論研究中(Ultrasonics,2006;44:e279–e284)，并在實驗上證明了：在500KHz附近，縱振波模式L(0,2)和L(0,3)模式對骨厚度的變化很敏感，同時指出短時快速傅里葉變換是一種有效地區分導波模式的方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供用于長骨分析的超聲導波信號分析方法，通過對骨中傳播的多個縱振波進行模式分解，能夠得到縱振波模式能量這一新的定量化的參數。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

???用于長骨分析的超聲導波參數測量方法，主要包括以下步驟：

信號發生器產生一個超聲頻率的激勵信號，并利用功率放大器放大；

使用一個換能器作為發射換能器，在長骨中激發出超聲導波；

使用一個換能器作為接收換能器，接收超聲信號，并在空間和時間域上都等間隔采樣；

先對信號加窗函數進行平滑處理，再利用二維傅里葉變換處理信號，得到導波的色散圖譜；

對導波的色散圖譜加漢寧窗函數進行模式分解，得到多個單獨的縱振波模式的色散譜圖；