[发明专利]超声波骨评估的方法和装置

说明书

本专利申请要求2006年12月13日提交的编号为60/874,654美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请中公开的全部内容以引用方式纳入本文。本专利申请也要求2006年12月15日提交的编号为60/875,088美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请中公开的全部内容以引用方式纳入本文。

技术领域

本发明有关于一种可应用于生物活体内的骨头无创性定量测定的装置及方法。更明确地说，本发明是关于用一种超声波装置和方法可用于骨质疏松症的诊断、骨折风险的评估及骨折诊断。再明确一些，本发明是关于一种方法和装置用来在跟骨定位一个感兴趣区，从而可获得某个研究对象或一组研究对象的可重复并可比较的一组超声波参数。

背景技术

近年来，超声波作为一种无创性的骨评估技术受到人们的关注。人们多次努力用超声波能量来估测生物活体内的骨组织状况，进而用来作为诊断骨质疏松症及骨折风险评估的一种度量。

特别要一提的是，Hoop在美国专利(编号3,847,141)中公开一种仪器，它通过测量骨密度进而来监测骨中的钙的含量。将一对超声波传感器面对面地安置在被测者手指的相对二面，发射传感器对准手指骨重复发射脉冲，其对面的接收传感器也对准手指骨来接收穿过骨头的脉冲。Hoop将电路设计成这样，用过滤后的接受信号来触发下一个脉冲的发射；过滤采用带通滤波器，只让位于25kHz至125kHz范围内的接收信号成份通过；Hoop相信所观察到的触发频率与骨头中钙成分成正比。这样他只要考虑在这指定频带中脉冲传输时间就可进行测量。

Pratt，Jr.研究生物活体内，例如马的骨强度。在美国专利(编号4,361,154)中，该发明人解决了一个难题，从而可以测定0.5MHz及1.0MHz脉冲信号穿过骨及软组织的传输时间，也能测定脉冲-回波的传输时间，进而可得信号穿过只含骨头部分的传输时间。借助于一个数据库，他可用测定传输时间来评估骨状况。Pratt，Jr.的另一个美国专利(编号4,913,157)采用同样传输时间/速度推论原理，采用后来的最佳频率2.25MHz为发送基频，用过滤/傅立叶变换过滤相配的技术来进一步处理脉冲信号。

Palmer等人在美国专利(编号4,774,959)中公开了一种骨测量系统。该系统用一系列不同频率的信号来求出衰减量与频率函数关系的斜率。频率为200kHz至600kHz信号由一个传感器发出，由另一个传感器来接受。假定衰减量与频率关系为线性，即假定斜率是常数，比较穿过脚跟骨信号与不穿过脚跟骨信号来求出所要结果。

Brandenburger拥有的美国专利(编号4,926,870)公开了另一种生物活体骨分析系统。该系统测量超声波信号依所需路径穿过骨头的传输时间。根据过去经验得到信号在穿过正确路径后的”规范”波形。在测定病人骨头时，调节传感器的方向一直到接收信号波形显示与”规范”波形一致，即已经找到所需路径。用测定的传输时间来确定超声波穿过病人骨头的速度。

Rossman等人在美国专利(编号5,054,490)中公开一种超声波密度计，它通过测量传输时间来测量骨头的物理性质及完整性。还有一种方法，Rossman等人的仪器先测量特定频率的超声波信号穿过骨头的绝对衰减量，然后与同样频率的信号成分穿过声学性质己知的媒体的绝对衰减量进行比较，以此来分析骨性质及完整性。

Mele等人在美国专利(编号5,564,423)及后来Cadossi等人(美国专利编号6,436,042)公开一种仪器。它测量超声波穿过活体含骨部分与幅度相关的波速。该方法将接收到的超声波信号在屏幕上显示，凭视觉来选择特定的波形部分来分析。

Kaufman等人(美国专利编号5,259,384及5,651,363)和Chiabrera等人(美国专利编号5,785,656及5,879,301)在超声波骨评估方面做出了重大进步。在这些专利中用统计优化方式估算指定骨头的″骨转移函数″，参数化估算相应的相位和衰减函数。这些专利也描述了用二维传感器阵列来获得重复性更好的骨密度，结构及骨折风险的估测。

尽管上面提到的装置及方法比以前有进步，但是为了更精确地评估研究对象的骨密度、结构、品质及骨折风险，有必要对现有技木做进一步的改进。这样才能使超声波技术广泛地用来对骨密度、结构、品质、骨折诊断及骨折风险作精确评估。

发明内容