【技术实现步骤摘要】
一种骨密度的测量装置及方法
本专利技术涉及生理参数测量领域,具体涉及一种利用超声进行测量的骨密度测量装置及方法。
技术介绍
骨质密度测量是用来检查骨骼强度的一个重要指标,可以作为评价是否患有骨质疏松症的其中一个重要参数。通过骨密度测定,分析骨骼中骨矿物质含量的过少,了解早期骨量,预防骨质疏松、骨折的发生的可能性可以为后续健康生活提供有力依据。常用的骨密度测量方法有单光子吸收法(singlephotonabsorptiometry,SPA)、双光子吸收法(dualphotonabsorptiometry,DPA)、双能X线吸收法(dualenergyX-rayabsorptiometry,DEXA)和QCT等。超声骨密度仪是利用超声波穿过机体不同组织时发生衰减量不同测定。由于骨的组成成分不同,它对超声波的反射和穿透衰减也有一定的区别,因此,可利用计算得出的超声波在骨内的传导速度和衰减指数的变化来间接反映骨密度的情况。定期超声技术科测量跟骨、髌骨、胫骨、指骨等部位。由于超声定量技术便携、无辐射、精度较高,越来越受到关注。由于在超声骨密度测定过程中,超声波的速度与骨密度正相关,因此,通过检测超声波在骨骼中的传播速度,可以获知骨密度的情况,但是,如何准确获知超声波在骨骼中的传播速度,以根据传播速度准确评估骨密度,是在超声波测量骨密度时的一个关键因素。但是,骨骼周围软组织的存在通常会影响精测结果,因此,超声波测量骨密度时需要消除软组织的干扰,目前的测量方法并没有很好的排除软组织的干扰。因此,亟需 ...
【技术保护点】
1.一种骨密度的测量装置,其特征在于,该装置包括PC机,PC机连接主控电路,主控电路对超声装置的发射、接收进行控制,发射电路用于提供发射脉冲到发射探头,使发射探头发射超声波到样本,超声波被样本进行衰减和吸收后,被设置在发射探头相对侧的接收探头接收,接收探头将接收到的超声波信号传输到接收电路后,由接收电路传输到主控电路,然后超声波信号被传输到PC机进行处理,PC机通过对超声波信号进行处理,得到骨密度。/n
【技术特征摘要】
1.一种骨密度的测量装置,其特征在于,该装置包括PC机,PC机连接主控电路,主控电路对超声装置的发射、接收进行控制,发射电路用于提供发射脉冲到发射探头,使发射探头发射超声波到样本,超声波被样本进行衰减和吸收后,被设置在发射探头相对侧的接收探头接收,接收探头将接收到的超声波信号传输到接收电路后,由接收电路传输到主控电路,然后超声波信号被传输到PC机进行处理,PC机通过对超声波信号进行处理,得到骨密度。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,在使用该装置时,发射探头与接收探头均通过耦合剂均与样本紧密接触。
3.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,PC机对接收到的信号处理,经过去噪、消除工频干扰,从而准确确定超声波信号在骨中传播的时间;
由于超声波在骨中以及软组织中都进行传播,因此,需要计算超声波仅在骨中传播时的传播时间,记为净传播时间,净传播时间的计算如下:
tNDT=ts-tsb(1)
其中,ts和tsb分别表示超声波在两种样本中传播时从发射探头到接收探头的传输时间,其中一个样本仅包括软组织,另一个样本包括软组织和骨组织,即ts为超声波在软组织中的传播时间,tsb为超声波在包括软组织和骨的样本中的传播时间,tNDT为净传播时间;
设在软组织和“纯净”的骨中,超声波的传播速度分别为vs和vb,超声波在脚后跟中传播的时间tsb可以表示为:
在式(2)中,db为骨的厚度,ds为软组织的厚度,因此,有如下式(3):
其中,d是发射探头和接收探头之间的距离,那么将公式(2)和(3)代入公式(1),可以得到如下的式(5):
其中,超声波在软组织中的传播速度vs为常数值,不会随着骨密度的变化而变化,因此,vs可以通过查表获得,d可以直接测定,在公式(4)中,为了得到tNDT,关键是得到ds。
4.根据权利要求3所述的方法,所述的得到ds的具体过程如下:
通过对弹性成像的超声图像进行处理,来得到ds:
设I1和I2均为图像大小为m×n的图像,记录得到I1和I2的时间差,记为t';
在得到I1和I2的过程中,超声探头在样本上移动,超声波也在纵向和横向上发生位移,使用动态规划来计算RF线,即种子线上的多个小样本在纵向上的总位移ai和和纵向上的总位移li,通过使式(5)的正则化代价函数最小,计算子位移Δai和Δli,这样种子线上的第i个小样本在纵向和横向上的位移可以计算为:
其中,s表示种子线上的横向位置,α表示正则化权值,α表示了每个子样本在向上的方向上的纵向位移距邻近点的邻近程度,βα表示了每个子样本在向上的方向上的横向位移距邻近点的邻近程度,βl'表示了在向左的方向上的横向位移距邻近点的邻近程度,i的取值范围为0-m,ls为I2上的图像的点从I1上移动时的一个值;Cs为在s处的正则化代价函数;
因为计算时一次仅计算一条RF线,可以去掉s,将ai,s、li,s、Δai,s、Δli,s简化为ai、li、Δai、Δli,围绕(i+ai,j+li)进行二阶泰勒展开,可得:
I2(i+ai+Δai,j+li+Δli)≈I2(i+ai,j+li)+ΔaiI'2,a+ΔliI'2,l(6)
I'2,a和I'2,l为I2图像在点(i+ai,j+li)的纵向和横向上的导数值,当Cs()的相对于Δai、Δli的偏微分均为0时,得到最优的(Δai,Δli),即:
设定时,得到最优的(Δai,Δli),
对于i=1,…,m,对2m个数据进行堆叠,得到Δd=[Δa1Δl1Δa2Δl2…Δam△lm]T,因此,得到如下公式(7):
AΔd=b(7)
其中A为一个大小为2m×2m的矩阵系数,b为长度为2m的向量,利用托马斯算法求解方程方程(7),可以得到在超声图像中组织的位移,将其近似视为软组织的厚度ds,
在得到ds后,代入到公式(2),同时利用t'=ts,代入到公式(1),可以得到tNDT,得到tNDT后,在公式(4)中,可以得到vb。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,将纵波波速与骨矿物密度的关系表述如下:
vb=kρ1/2(8)
在式(8)中,K为常数,ρ为骨矿物密度,即骨密度。
6.一种骨密度的测...
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