基於超聲背散射信號參量的松質骨診斷系統的製作方法

2023-06-07 03:50:06 1

專利名稱：基於超聲背散射信號參量的松質骨診斷系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於醫學超聲技術領域，具體涉及一種松質骨超聲診斷系統。
背景技術：
隨著人口老齡化的加劇，骨質疏鬆已經成為影響公眾健康的重要問題之一。患有骨質疏鬆時，會引起患者骨礦密度的下降和骨微結構的退化。目前常用的診斷骨質疏鬆的方法是雙能X射線測量骨密度，但是由於它具有電離輻射且儀器成本比較昂貴，因此不能作為日常的檢測手段。超聲診斷具有無電離輻射、便捷、速度快、價格低廉等優勢而日益受到人們的廣泛關注。目前常用的方法是超聲透射法，它使用雙探頭獲取人體跟骨處的超聲透射信號， 以寬帶超聲衰減(BUA)和超聲傳播速度(S0Q反映骨礦密度信息。超聲背散射法相比於這種傳統的超聲透射法具有以下優點(1)超聲背散射法使用收發一體探頭，因此相對於超聲透射法需要2個探頭，它的測量位置更加靈活，易於探測跟骨以外的骨組織(例如脊骨、 腕骨等)。(2)研究表明，骨質疏鬆的引起不僅是骨礦密度的下降，也和骨微結構的變化密切相關，相比於超聲透射法只能檢測骨礦密度的變化，超聲背散射信號中含有骨微結構的全部信息，因此理論上能更加準確地診斷骨質疏鬆。目前理論上常用的用超聲背散射信號定徵松質骨結構狀況的參數為背散射係數 (BC)、表觀積分背散射係數(AIB)、頻譜質心偏移參數(SCQ和平均骨小梁間距(MTBS)，它們和松質骨的骨礦密度和微結構狀況都有較高的相關性。

發明內容
本發明的目的在於提出一種客觀性好、診斷正確性高的人體松質骨診斷系統。本發明提供的人體松質骨診斷系統，是基於超聲背散射信號參量的松質骨診斷軟體系統。該系統包括超聲背散射信號的獲取模塊、預處理模塊、背散射參量的計算模塊、松質骨狀況評價模塊4個部分。下面對本發明內容做進一步介紹
1.超聲背散射信號的獲取模塊通過使用松質骨超聲診斷系統控制超聲收發一體探頭，在探頭表面均勻塗敷醫用超聲耦合劑後將其置於待測者腳跟內側較平整的位置，然後進行測量。測量過程中，每隔Ims超聲探頭髮射一組超聲脈衝到松質骨並接收超聲背散射信號，每次測量發射1 組超聲脈衝並將所有得到的信號平均，以減小噪聲；
2.預處理模塊為得到有效的背散射信號，首先通過閾值判斷法來確定背散射信號的開始位置，然後根據待測者輸入的體重/身高比來估計他的軟組織和皮質骨的厚度，根據採樣率和超聲傳播速度計算出背散射信號中混合的反射信號的長度，然後去除這部分反射信號。最後通過選取感興趣的松質骨厚度，用同樣的方法計算信號長度，最後加時域窗截取出這部分有效的超聲背散射信號；
3.背散射參量的計算模塊根據得到的有效背散射信號，再結合松質骨診斷系統中預存的參考信號，先利用FFT分別得到他們的幅度譜 Ss if)和民(/)(其中Ss(f)是有效的背散射信號的幅度譜，(/)是參考信號的幅度譜)。再利用以下公式計算背散射參量
(3)
權利要求
1. 一種基於超聲背散射信號參量的松質骨診斷系統，其特徵在於包括如下模塊(1)超聲背散射信號的獲取模塊該模塊通過控制超聲收發一體探頭，測量背散射信號；測量過程中，每隔Ims超聲探頭髮射一組超聲脈衝到松質骨並接收超聲背散射信號，每次測量發射1 組超聲脈衝並將所有得到的信號平均，以減小噪聲；(2)預處理模塊該模塊首先通過閾值判斷法來確定背散射信號的開始位置，然後根據待測者輸入的體重/身高比來估計他的軟組織和皮質骨的厚度，根據採樣率和超聲傳播速度計算出背散射信號中混合的反射信號的長度，然後去除這部分反射信號；最後選取感興趣的松質骨厚度，用同樣的方法計算信號長度，最後加時域窗截取出有效的超聲背散射信號；(3)背散射參量的計算模塊該模塊根據得到的有效背散射信號，再結合松質骨診斷系統中預存的參考信號，利用FFT分別得到背散射信號的幅度譜Ss (/)和參考信號的幅度譜S7 (/)，再由以下公式計算4個背散射參量
2.根據權利要求1所述的基於超聲背散射信號參量的松質骨診斷系統，其特徵在於所述背散射信號的基頻Λ的具體計算方法為首先利用簡易反向濾波器最小化超聲換能器脈衝響應和散射響應的影響，然後利用自相關技術加強背散射信號的周期性，最後用閾值判斷和平均的方法求出。
3. 一種基於權利要求1所述松質骨診斷系統的松質骨診斷方法，其特徵在於具體步驟為(1)將超聲探頭固定於人體的腳跟位置，在松質骨超聲診斷系統的控制下，向人體松質骨垂直發射超聲脈衝波，超聲波的傳播受到松質骨微結構的作用，背向散射回來的超聲信號由同一超聲探頭接收；(2)將步驟(1)中接收到的信號通過並行數據總線傳輸到預處理模塊中，進行信號預處理，再根據軟組織和皮質骨的厚度去除其中的反射信號，最後通過加時域窗的方法來提取有效的背散射信號；(3)對步驟O)中得到的有效背散射信號，結合系統中預存的參考信號，採用軟體模塊分別計算背散射係數(BC)，表觀積分背散射係數(AIB)、頻譜質心偏移量(SCQ和平均骨小梁間距(MTBS)四個參量；(4)將步驟(3)中得到的四個參量與已經建立並儲存在系統資料庫中的標準值進行比較，來評價並顯示松質骨的健康狀況。
全文摘要
本發明屬於醫學超聲技術領域，具體為一種基於超聲背散射信號參量的松質骨診斷系統。該系統包括超聲背散射信號的獲取模塊、預處理模塊、背散射參量計算模塊和松質骨狀況評價模塊。本發明利用超聲收發一體探頭從人體跟骨處獲取超聲背散射信號，並提取出有效的松質骨超聲背散射信號，再利用計算模塊計算出背散射係數、表觀積分背散射係數、頻譜質心偏移量和平均骨小梁間距四個參量，最後用這四個參量通過與存儲在系統內部標準資料庫中的標準值比較來分析松質骨的健康狀況。相比於傳統的使用寬帶超聲衰減和超聲傳播速度的超聲透射法診斷系統，本發明診斷系統能得到松質骨結構的完整信息，從而更好地檢測人體松質骨的健康狀況。
文檔編號A61B8/08GK102198009SQ201110158970
公開日2011年9月28日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者他得安, 楊白丁, 王威琪, 王文斌, 韓海傑 申請人:復旦大學