基于超聲線性和非線性參量信息融合的骨強度評價方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超聲線性和非線性參量信息融合的骨強度評價方法，在基于傳統(tǒng)超聲線性參量基礎上，融合了之前所忽視的非線性參量信息，定量確立了線性參量和非線性參量對不同強度的骨骼影響規(guī)律，建立了具有更高準確性的人體骨強度綜合評價模型，該評價方法有效解決了目前僅用線性參量評價骨強度精度不足的問題，提高現(xiàn)有QUS測量骨強度的精確性，并為超聲骨密度檢測在大眾健康領域的普及推廣提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
【專利說明】基于超聲線性和非線性參量信息融合的骨強度評價方法
[0001] 所述領域 本發(fā)明涉及超聲檢測及評估方法，具體為一種基于超聲線性和非線性參量信息融合的 骨強度評價方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 骨質(zhì)疏松癥是一種常見的退行性疾病，我國60歲以上人群中發(fā)病率為56%，其中 女性發(fā)病率高達60%至70%。骨質(zhì)疏松的嚴重后果是在日常生活或受到輕微創(chuàng)傷時發(fā)生 脆性骨折，造成沉重的家庭、社會和經(jīng)濟負擔。中華醫(yī)學會骨質(zhì)疏松和骨礦鹽疾病分會在 2011年原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥診治指南中強調(diào)：骨質(zhì)疏松性骨折是可防、可治的。早期診斷、及 時預測骨折風險，進而采用規(guī)范合理的防治措施是避免發(fā)生骨質(zhì)疏松及其骨折最有效、經(jīng) 濟和可行的方法。
[0003] 定量超聲法（Quantitative Ultrasound，QUS)以其無福射傷害、便攜、操作簡單和 廉價等優(yōu)點成為評價骨強度的首選方法。從Langton et al (1984)提出用QUS技術(shù)評價 臀部骨折風險開始，很多研究已經(jīng)證實QUS對骨質(zhì)疏松有一定的診斷能力。但是由于QUS 技術(shù)發(fā)展時間不長，且骨骼是一種不均勻的各向異性介質(zhì)，超聲在其內(nèi)部的傳播機理還不 明確，QUS評價骨強度方法還不是十分成熟。
[0004]目前，QUS評價骨強度方法均是基于線性參量的近似評價，忽視了非線性效應，使 得其在實際應用中，出現(xiàn)了重復性和相關(guān)性均不高的問題，這也導致QUS其應用發(fā)展受到 阻礙。超聲在骨骼中傳播客觀存在非線性效應，其非線性參量可反映骨骼的微結(jié)構(gòu)和微損 傷特性，不容忽視的非線性效應，且非線性效應對骨組織的微結(jié)構(gòu)和微損傷有一定辨識能 力。雖然超聲線性參量在一定程度上可以區(qū)分骨強度，但是不能定量檢測骨組織的微結(jié)構(gòu) 和微損傷，而微結(jié)構(gòu)和微損傷是骨強度高低的重要決定因素。因此，利用非線性參量將會更 好地提高僅用線性參量評價骨強度的精確度。對超聲在骨骼中的非線性效應研究有高階諧 波法、動態(tài)聲彈性測試法(DAET)、非線性諧振聲譜法(NRUS)、非線性聲波調(diào)制譜法(NWMS)， 這些方法目前都處于試驗探索階段，尚未建立定量評價模型及人體測評系統(tǒng)，構(gòu)建定量數(shù) 學評價模型還需要進一步的研究利用非線性參量對骨骼進行組織定征在國際上正處于萌 芽和興起階段，尚未發(fā)現(xiàn)這方面的專利文獻發(fā)表。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對上文所述，設計了 一種基于超聲線性和非線性參量信息融合 的骨強度評價方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)不足的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案闡述如下： 基于超聲線性和非線性參量信息融合的骨強度評價方法，其特征在于：包括以下步 驟： (1) 首先采集超聲波在離體骨骼中的傳播信號，提取超聲線性參量； (2) 利用一次諧波法獲取信號中的非線性參量，然后對其進行歸一化處理； (3) 通過抗壓試驗方法測量離體骨豁的實際骨強度； (4) 融合獲取的超聲線性參量、非線性參量和實際骨強度，采用圖解法和最小二乘法， 回歸建立基于線性參量和非線性參量的人體骨強度評價模型； ' (5) 將人體所測量的超聲線性參量和非線性參量代入步驟（4)中所建立的評價模刑對 人體骨強度進行評估。 t
[0007]所述的基于超聲線性和非線性參量信息融合的骨強度評價方法，其特征在于：所 述超聲波信號中的線性參量包括寬帶超聲衰減BUA和超聲傳播速度S0S。 ' '
[0008]所述的基于超聲線性和非線性參量信息融合的骨強度評價方法，:a：特征亦干.紹 聲波信號中的非線性參量為B/A。 '
[0009] 有益效果 其一，本發(fā)明在基于傳統(tǒng)超聲線性參量基礎上，融合了之前所忽視的非線性參量信窗， 定量確立了線性參量和非線性參量對不同強度的骨骼影響規(guī)律，建立了具有更高準確1^生^ 人體骨強度綜合評價模型。
[0010]其一，本發(fā)明中所構(gòu)建基于線性參量和非線性參量的人體骨強度評價原型檢測模 型，有效解決目前僅用線性參量評價骨強度精度不足的問題，并降低對操作技術(shù)的要求'，易 用于大量群體的篩查和普查。 '

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明中基于超聲線性和非線性參量信息融合的骨強度評價方法示意圖。 [0012]圖2是本發(fā)明中建立人體骨強度綜合評價模型流程圖。 ~

【具體實施方式】
[0013]如圖1所不，基于超聲線性和非線性參量信息融合的骨強度評價方法具體為· 1、 使用超聲采集設備，采集人體骨骼超聲傳播信號； '、 ' 2、 提取超聲信號中的線性參量，包括寬帶超聲衰減Bua和超聲傳播速度sos ; 3、 提取超聲信號中的非線性參量B/A ; ' 4、 融合所提取的超聲線性參量和非線性參量，根據(jù)所建立的人體超聲骨強度綜合評價 模型，對人體骨強度進行評價。
[0014]圖2為本發(fā)明所建立人體骨強度綜合評價模型的流程圖，建立評價模型的具體流 程圖為： 步驟100 :首先采集離體骨骼超聲傳播信號，其中離體骨骼采用牛脛骨； _步驟110 :提取所采集的超聲信號中的線性參量和非線性參量，并對非線性參量b/a進 行歸一化處理，即nB/A=p2/pl,其中，p2為二次諧波幅值強度，pi為基波幅值強度，其中 線性參量為寬帶超聲衰減BUA和超聲傳播速度S0S ; 步驟120 :通過工作測力儀檢定裝置進行抗壓實驗，獲取牛脛骨骨強度即p=Fmax/A，其 中，P為骨強度（MPa)，F(xiàn)max為牛脛骨斷裂前測力儀檢定裝置施加的最大力量(N)，a為抗壓 截面面積（mm2); 步驟130 :采用圖解法和最小二乘法，對獲取的超聲線性參量、非線性參量和實際骨強 度進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析； 少驟140 :回歸建立人體骨強度綜合評價模型為p=a*BUA+b*s〇s+c* (B/A)。
[0015] >以上為建立評價模型所展示的流程，為優(yōu)選實施方案，例如在提取超聲傳波信號 方式中，采用牛脛骨作為離體骨骼作為實驗對象只是為了方便測試，而非唯一選擇；例如提 取非線性參量時采用二次諧波法，也非唯一選擇。
【權(quán)利要求】
1.基于超聲線性和非線性參量彳目息融合的骨強度評價方法，龍?zhí)卣髟谟凇ぐㄒ韵虏?驟： '、 首先采集超聲波在離體骨骼中的傳播信號，提取超聲線性參:量;； 利用多次諧波法獲取信號中的非線性參量，然后對其進行^一化處理. 通過抗壓試驗方法測量離體骨骼的實際骨強度； ' 融合獲取的超聲線性參量、非線性參量和實際骨強度，采用圖解法和最小二乘法，回歸 建立基于線性參量和非線性參量的人體骨強度評價模型； 將人體所測量的超聲線性參量和非線性參量代入步驟（4)中所建立的評價模型對人體 骨強度進行評估。
2·根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲線性和非線性參量信息融合的骨強度評價方法，其 特征在于：所述超聲波信號中的線性參量包括寬帶超聲衰減BUA和超聲傳播速度sos。~ 3·根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲線性和非線性參量信息融合的骨強度評價方法，其 特征在于：超聲波信號中的非線性參量為B/A。 〃
【文檔編號】A61B8/08GK104188690SQ201410428287
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】陳焱焱, 徐玉兵, 孫怡寧, 王遠, 馬祖長, 周旭, 楊先軍, 張永亮, 占禮葵, 李文, 曹慶慶 申請人:中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院