[发明专利]基于超声背散射信号参量的松质骨诊断系统

说明书

技术领域

本发明属于医学超声技术领域，具体涉及一种松质骨超声诊断系统。

背景技术

随着人口老龄化的加剧，骨质疏松已经成为影响公众健康的重要问题之一。患有骨质疏松时，会引起患者骨矿密度的下降和骨微结构的退化。目前常用的诊断骨质疏松的方法是双能X射线测量骨密度，但是由于它具有电离辐射且仪器成本比较昂贵，因此不能作为日常的检测手段。超声诊断具有无电离辐射、便捷、速度快、价格低廉等优势而日益受到人们的广泛关注。

目前常用的方法是超声透射法，它使用双探头获取人体跟骨处的超声透射信号，以宽带超声衰减(BUA)和超声传播速度(SOS)反映骨矿密度信息。超声背散射法相比于这种传统的超声透射法具有以下优点：(1)超声背散射法使用收发一体探头，因此相对于超声透射法需要2个探头，它的测量位置更加灵活，易于探测跟骨以外的骨组织（例如脊骨、腕骨等）。（2）研究表明，骨质疏松的引起不仅是骨矿密度的下降，也和骨微结构的变化密切相关，相比于超声透射法只能检测骨矿密度的变化，超声背散射信号中含有骨微结构的全部信息，因此理论上能更加准确地诊断骨质疏松。

目前理论上常用的用超声背散射信号定征松质骨结构状况的参数为背散射系数(BC)、表观积分背散射系数(AIB)、频谱质心偏移参数(SCS)和平均骨小梁间距(MTBS)，它们和松质骨的骨矿密度和微结构状况都有较高的相关性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种客观性好、诊断正确性高的人体松质骨诊断系统。

本发明提供的人体松质骨诊断系统，是基于超声背散射信号参量的松质骨诊断软件系统。该系统包括：超声背散射信号的获取模块、预处理模块、背散射参量的计算模块、松质骨状况评价模块4个部分。

下面对本发明内容做进一步介绍：

1.超声背散射信号的获取模块：通过使用松质骨超声诊断系统控制超声收发一体探头，在探头表面均匀涂敷医用超声耦合剂后将其置于待测者脚跟内侧较平整的位置，然后进行测量。测量过程中，每隔1ms超声探头发射一组超声脉冲到松质骨并接收超声背散射信号，每次测量发射128组超声脉冲并将所有得到的信号平均，以减小噪声；

2.预处理模块：为得到有效的背散射信号，首先通过阈值判断法来确定背散射信号的开始位置，然后根据待测者输入的体重/身高比来估计他的软组织和皮质骨的厚度，根据采样率和超声传播速度计算出背散射信号中混合的反射信号的长度，然后去除这部分反射信号。最后通过选取感兴趣的松质骨厚度，用同样的方法计算信号长度，最后加时域窗截取出这部分有效的超声背散射信号；

3.背散射参量的计算模块：根据得到的有效背散射信号，再结合松质骨诊断系统中预存的参考信号，先利用FFT分别得到他们的幅度谱                                               和（其中是有效的背散射信号的幅度谱，是参考信号的幅度谱）。再利用以下公式计算背散射参量：

                                   (1)

                          (2)

                                     (3)

                              (4)

其中和分别是探头-6dB有效带宽的最小值和最大值；为超声探头的中心频率，为128次测量的背散射信号的频谱均值；为背散射信号的基频。利用公式(1)计算背散射系数(BC)，利用公式(2)计算表观积分背散射系数(AIB)，利用公式(3)计算频谱质心偏移量(SCS)，利用公式(4)计算平均骨小梁间距(MTBS)。

4.松质骨状况评价模块：系统中的数据库保存了不同年龄、不同性别和不同体重/身高比下的各个背散射参量的标准值。在每次测量前，输入待测者的编号、姓名、性别、年龄、身高和体重等个人信息，系统利用计算出来的背散射参量和对应的标准值进行比较，最后综合评价待测用户的松质骨健康状况。

本发明中，背散射信号的基频的具体计算方法：首先利用简易反向滤波器最小化超声换能器脉冲响应和散射响应的影响，然后利用自相关技术加强背散射信号的周期性，最后用阈值判断和平均的方法求出。见图2所示。