[发明专利]一种宽带超声衰减测量仪器的系统校准方法

说明书

技术领域

本发明属于医学超声应用领域，更具体地说是针对现有超声骨密度测量中系统校准存在的问题，提出一种新的系统校准方法，提高超声骨密度测量精度。

背景技术

超声骨密度测量是利用宽带超声衰减(Broadband Ultrasound Attenuation，BUA)这一声学参数在骨媒质传播中的变化来测量骨骼矿物质的密度，进一步判断被检测者的骨质疏松状况。这种方法具有无辐射、费用低等优点。

BUA测量方法并不复杂。通常采用两个超声探头，一个是超声发射探头，一个是超声接收探头。在测量过程中，超声发射探头、测量样品、超声接收探头在空间中排列在一条直线上，超声发射探头发射超声波，超声波穿过被测样品后被超声接收探头接收，对接收信号进行处理后得出BUA参数。

测量需要两个步骤，首先把测量样品拿掉，两个探头直接对接，测量和记录接收信号的频谱，这个过程就是系统校准。然后测量样品放在两个超声探头之间，测量超声波透射信号；对两次接收到的信号采用傅立叶变换等算法进行分析，可以得出BUA。在实际的多样本测量中，常常系统校准只做一次。

但是这种校准方法存在两个缺陷：首先未有效考虑水或脂肪对信号的影响，那么系统校准就不可能抵消人体组织中脂肪对测量的影响；其次由于超声信号几乎没有衰减地进入到测量回路，可能使测量放大器进入饱和状态而不能有效放大信号，造成信号的失真。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种宽带超声衰减测量仪器的系统校准方法，以期能够避免水和脂肪对测量的影响，减小由于动态范围不一致产生的放大器频率特性误差，提高测量精度。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明宽带超声衰减测量仪器的系统校准方法，其特点是：

首先，由宽带超声衰减测量仪器发射超声并穿过骨密度标准样本，测得穿过骨密度标准样本的信号的频率特性V_s(f)，由宽带超声衰减测量仪器发射超声并穿过骨密度被测样本，测得穿过骨密度被测样本的信号的频率特性V_b(f)；

然后由式(1)计算获得骨密度被测样本相对于骨密度标准样本的骨组织宽带超声衰减系数BUA_b,s：

式中，f为频率，c_b,s为常数；

最后由式(2)计算获得骨密度被测样本的骨组织宽带超声衰减系数BUA：

BUA＝BUA_b,s+BUA_s,w (2)；

式中，BUA_s,w为骨密度标准样本的骨组织宽带超声衰减系数。

已有的骨密度被测样本的BUA的测量原理是：以超声发射探头发射的超声信号穿透骨密度被测样本，由超声接收探头接收，获得骨密度被测样本的超声时域信号v_b(t)和频率特性V_b(f)；以超声发射探头发射的超声信号穿透水，由超声接收探头接收，获得水的超声时域信号v_w(t)和频率特性V_w(f)；然后由式(3)、(4)计算获得骨密度被测样本的BUA：

A(f)＝c+BUA×f(4)；

由于V_w(f)实际上由超声信号、超声发射探头和超声接收探头的频率响应以及水对超声信号的吸收等因素决定，因此式(3)的物理意义是把V_b(f)中的超声信号、超声传感器探头及水或脂肪(在超声测量中脂肪的作用近似为水的作用)的影响通过V_w(f)去除，仅留下骨密度被测样本对超声信号的衰减信息。

由式(3)得出的结果实际上是频率f的函数，采用泰勒级数把式(3)展开，仅取一次项，获得下式(4)；式中c为常数。大量实验表明在一定的频率范围内如0.2MHz～1MHz内，A(f)确实可以近似为简单的直线方程，BUA就是其斜率，它反映了骨密度的高低。BUA大，说明骨密度高，反之说明骨密度低。因此，可以通过测量BUA参数来评估一个人的骨密度及骨质疏松的情况。