[发明专利]基于超声稳态反射波的生物体声阻抗的测量方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术和超声波应用技术，具体是一种利用正交频分复用(OFDM)调制方式构造相互正交的连续多频超声信号，通过测量该多频超声信号的稳态反射回波信号来获得生物体不同组织声阻抗的基于超声稳态反射波的生物体声阻抗的测量方法与装置。

背景技术

近年来，超声技术因费用低、无电离辐射、操作简便、检测速度快、容易携带等优点而在测量生物体组织特别是在测量人体骨质密度(骨矿密度)相关指标、确定骨质疏松症标准方面受到广泛关注，并取得了很大的进展。国内外现有的研究和已上市的超声诊断仪，都用超声透射法，利用超声波对物质密度、结构及材料的特征表现来评价骨的质量。它们将超声波传导速度(SOS)及宽带超声衰减(或振幅衰减BUA)作为评价骨状态和骨密度的指标，而无法直接得到反映骨质量的本质参数——声阻抗或者骨质密度。

超声波传导速度(SOS)是表征生物组织声学特性的重要参数之一。在确定骨质疏松症的应用中，由于松质骨的各向异性，不同区域骨小梁的疏密程度，间距大小，骨密度都有很大差异，从而可以用超声传导速度(SOS)来反映骨质的特性。目前大多数有关超声透射法来测量超声波传导速度(SOS)的研究主要是在离体条件下，在活体(在体)中想要得到很高的精度是比较困难的。并且超声速度测量值主要是测量骨的结构，不能完全反映骨矿物质的含量。

超声在松质骨组织中传播时，由于松质骨组织微结构的吸收、散射、声束扩散、界面反射等因素，会引起超声能量的损失，即超声衰减。随着松质骨类型和状态的不同，超声衰减特性存在差异。宽带超声衰减(BUA)是宽带超声以不同频率穿过跟骨测定其净衰减值，因超声衰减几乎是频率的线性函数，其斜率即为宽带超声衰减(BUA)。超声衰减除与超声频率有较密切关系外，它主要受骨密度和骨结构的影响。骨的超声衰减由骨的吸收和散射所造成，骨密度高，超声吸收大，骨小梁网分布紧密，从而超声衰减(BUA)值大。当发生骨质疏松症时，由于骨量和骨密度减少，骨小梁网分布稀疏，骨皮质变薄，超声吸收和散射减少，宽带超声衰减(BUA)值则变小。

虽然现有透射法测量的超声波传导速度(SOS)及宽带超声衰减(BUA)与骨矿密度有高度的相关性，但用这种方法及其装置来评价骨状态在许多方面有着局限性及不足：

1)现有的超声波传导速度(SOS)及宽带超声衰减(BUA)的测量方法及其装置有很大的局限性。它们的测量必须使用两个超声换能器，这就带来了诸多缺点。比如，两个探头界面耦合，两个探头不易完全对准，并且只适用于骨的两表面平行的情况，所测骨与换能器的角度也会直接影响到最后的测量结果。因为超声波在骨中传播时，如果不是垂直入射会发生折射现象，最后导致进入骨中的超声波的能量与入射波的能量比发生改变，影响测量值的准确性；所以大多数的研究都是在离体实验中进行，而很难在在体实验中使用；

2)在超声透射法及其装置中，超声波的传播路径很复杂。考虑最简单的跟骨测量情况，一个换能器发射超声波信号，经过在耦合剂、肌肉、骨骼、肌肉、耦合剂传播后才到达接收的换能器，其间的传播路径很复杂，会受吸收、散射、声束扩散、界面反射等因素影响，致使测量值的准确性很难得到保证。

3)现有的超声透射测量必须使用两个超声换能器(探头)，若可以用单个超声换能器(探头)，则能降低诊断设备的成本。

4)现有的超声透射装置只能测量出超声波传导速度(SOS)及宽带超声衰减(BUA)这两个参数，只能反映骨质整体的疏密程度，而不能直接得到全面反映松质骨质量的声阻抗参数或者骨质密度参数。并且只能测量单个组织的参数，所以更不能应用于一般生物体不同组织声阻抗参数或者骨质密度参数的同时测量。

5)现有的超声透射装置测量超声传导速度(SOS)这个参数，必须已知超声波在肌肉软组织中的传播速度的情况下才能测得，或者在离体实验中需要已知超声在耦合剂中的传播速度和样本骨的厚度才能测得。

6)现有的超声透射测量是采用连续发射脉冲超声波，因为每个脉冲是瞬时波，每个脉冲的宽度(持续时间)相当短，致使接收透射脉冲的检测难度大，容易漏检，并且容易受噪声干扰。

发明内容