專利名稱：基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置及剪切波參數檢測方法
技術領域：
本發明涉及超聲骨組織檢測領域，尤其涉及一種基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置及剪切波參數檢測方法。
背景技術：
骨質疏松是以骨量減少、骨的微觀結構退化為特征的，致使骨的脆性增加以及易于發生骨折的一種全身性骨骼疾病。骨質疏松與糖尿病、老年癡呆一起，被列為世界三大老年性疾病，它不僅嚴重危害人類健康，而且給家庭和社會帶來極大負擔。中國正逐步向老齡化社會過渡，作為中老年退行性疾病的骨質疏松癥及其所引起的骨折已成為一個嚴重的社會問題。對于骨質疏松的策略是主動預防，早期診斷是關鍵。因此，對骨質疏松癥診斷方法的研究受到國內外學術界和醫學界的日益重視。目前臨床對骨質疏松的診斷廣泛采用定量超聲(Quantitative Ultrasound, QUS)技術。QUS的基本原理是用發射探頭在骨組織中產生超聲波，再用檢測探頭接收超聲波。然后根據接收的超聲波計算各種聲學參數，例如聲速、聲衰減。然后利用物理模型或者經驗公式將這些聲學參數與骨組織特性聯系起來，進而診斷骨質疏松。骨組織中可以傳播兩種聲波縱波(longitudinal wave)和橫波(shear wave,也稱為剪切波)。縱波的傳播方向與質點振動方向一致，而剪切波的傳播方向與質點振動方法垂直。兩種聲波在骨組織中的傳播方式不同，與骨組織特性的聯系也不同。例如縱波聲速與骨的體模量相關，而剪切波聲速與骨的剪切模量相關，不同的彈性模量反映了骨的不同生物力學特性。根據Sarvazyan 等人的論文(Ultrasound in Medicine and Biology, Vol. 24, No. 9, pp.1419 - 1435; 1998)，與骨組織的體模量相比，剪切模量分布在更寬的范圍中，因此剪切模量對骨組織的變化更敏感?，F有QUS技術發射的超聲波都是縱波，得到的聲學參數也都是縱波聲學參數。如果在QUS測量的同時檢測剪切波聲學參數，將與縱波聲學參數形成互補關系，可以更全面的對骨組織特性進行評估。

發明內容
現有QUS技術雖然應用廣泛，但其測量精度不高，與基于X線的方法相比還有差距。鑒于現有QUS技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置及剪切波聲學參數檢測方法，旨在定量檢測骨組織中剪切波聲學參數，與現有QUS技術互補，為骨組織評估提供更全面的信息。本發明的技術方案如下
一種基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其中，包括
超聲激勵電路；
超聲檢測電路；
超聲激勵探頭；
超聲檢測探頭；信號處理模塊；
控制電路；
所述超聲激勵電路連接超聲激勵探頭，所述超聲檢測電路連接超聲檢測探頭和信號處理模塊，所述控制電路連接超聲激勵電路、超聲檢測電路和信號處理模塊；
所述超聲激勵電路以預定形式的激勵信號激勵超聲激勵探頭，發射相應頻帶寬度的激勵超聲波，所述超聲波聚焦于骨組織內部，通過聲輻射力激勵骨組織振動，產生剪切波并向四周傳播，超聲檢測電路通過超聲檢測探頭發射檢測脈沖并接收回波，所述回波中包含了剪切波的振動信號，控制電路控制各個部分的時序和同步，信號處理模塊對回波進行處理，從中提取剪切波，并計算骨組織的剪切波聲學參數，然后根據所述聲學參數輸出骨組織狀況評價結果。所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其中，所述剪切波的質點振動方向與傳播方向垂直。 所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其中，所述激勵超聲波是脈沖調幅波。所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其中，所述激勵超聲波是連續調幅波。所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其中，所述超聲激勵探頭和超聲檢測探頭為同一探頭。所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其中，所述超聲激勵探頭和超聲檢測探頭為不同探頭。所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其中，所述檢測電路通過脈沖回波方式接收回波。所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其中，所述聲學參數包括聲速和聲衰減量。所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其中，所述骨組織剪切波聲學參數用于評價骨組織狀況。
一種所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置的剪切波參數檢測方法，其中，包括步
驟
A、所述超聲波骨評價裝置發射相應頻帶寬度的超聲波；
B、所述超聲波聚焦于骨組織內部，通過聲輻射力激勵骨組織產生剪切波并向四周傳
播；
C、所述超聲波骨評價裝置發射檢測脈沖并接收回波，并對所述回波進行處理，從中提取剪切波，并獲取所述剪切波的聲學參數；
有益效果
本發明公開的基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置及剪切波聲學參數檢測方法，其中，采用激勵振動檢測的工作方式，激勵和檢測都是采用縱波，而檢測的對象是組織內部由于激勵產生和傳播的剪切波。本發明與現有的QUS技術在裝置上很容易兼容超聲激勵電路可以用于實現QUS中的發射功能，超聲檢測電路可以用于實現QUS中的接收功能，本發明檢測的剪切波參數與QUS檢測的縱波參數互補，從而能夠為骨組織評估提供更全面的信肩、O


圖I為本發明基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置的結構框圖。圖2a為本發明基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置激勵剪切波的結構示意圖。圖2b為本發明基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置檢測剪切波的結構示意圖。圖3為本發明基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置的剪切波參數檢測方法的流程圖。
具體實施例方式本發明提供一種基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置及剪切波參數檢測方法，為使 本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，如圖I所示，其包括超聲激勵電路110、超聲檢測電路120、超聲激勵探頭130、超聲檢測探頭140、信號處理模塊150和控制電路160，其中，所述超聲激勵電路110連接超聲激勵探頭130，所述超聲檢測電路120連接超聲檢測探頭140和信號處理模塊150，所述控制電路160連接超聲激勵電路110，超聲檢測電路120，以及信號處理模塊150。具體來說，請一并結合圖2a和圖2b，超聲激勵電路110(圖2a和圖2b中用超聲激勵電路表示)以預定形式的激勵信號激勵超聲激勵探頭130，發射相應頻帶寬度的超聲波，所述超聲波聚焦于骨組織內部，通過聲輻射力激勵骨組織振動，產生剪切波并向四周傳播。超聲檢測電路120 (圖2a和圖2b中用超聲檢測電路表示)工作在脈沖回波方式，通過超聲檢測探頭140發射并接收回波(所述回波中包含了剪切波的振動信號)，然后由超聲檢測電路將其發送給信號處理模塊(圖2a和圖2b中用信號處理模塊表示)。信號處理模塊對回波進行處理，從中提取剪切波，并計算剪切波聲學參數，然后根據所述聲學參數輸出骨組織狀況評價結果?？刂齐娐?60負責各個部分之間的控制與時序同步。本發明與現有QUS技術的區別包括=QUS工作方式是發射接收，采用的是縱波；本發明的工作方式是激勵振動檢測，其中振動是剪切波振動，在本實施例中，檢測是采用超聲脈沖回波方法。激勵和檢測都是采用縱波，而檢測的對象是剪切波。本發明與QUS技術在裝置上很容易兼容。激勵電路可以實現QUS中的發射功能，區別只是功率大小。檢測電路也可以實現超聲波的接收。所述剪切波即橫波的質點振動方向與超聲波的傳播方向垂直，而縱波的質點振動方向與超聲波的傳播方向平行。本發明除了可以用一個超聲探頭來產生激勵剪切波，然后用另一個超聲探頭來檢測剪切波之外，還可以用同一個超聲探頭同時激勵和檢測剪切波。激勵探頭和檢測探頭可以只有單個陣元，也可以包含多個陣元，由多陣元協同工作。所述超聲波聚焦于骨組織內部，使整體能量集中在局部區域，激勵骨組織產生振動，所述檢測電路通過脈沖回波方式對剪切波進行檢測，即采用多普勒超聲系統的檢測電路，工作在脈沖回波方式，所述聲學參數包括聲速、聲衰減量等參數。基于上述方法，本發明還提供一種基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置的剪切波參數檢測方法，如圖3所示，包括步驟
5101、所述超聲波骨評價裝置發射相應頻帶寬度的超聲波；
5102、所述超聲波聚焦于骨組織內部，通過聲輻射力激勵骨組織產生剪切波并向四周傳播；
5103、所述超聲波骨評價裝置發射檢測脈沖并接收回波，并對所述回波進行處理，從中提取剪切波，并獲取所述剪切波的聲學參數；
其中，第左個回波的復數形式為
權利要求
1.一種基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其特征在于，包括 超聲激勵電路； 超聲檢測電路； 超聲激勵探頭； 超聲檢測探頭； 信號處理模塊； 控制電路； 所述超聲激勵電路連接超聲激勵探頭，所述超聲檢測電路連接超聲檢測探頭和信號處理模塊，所述控制電路連接超聲激勵電路、超聲檢測電路和信號處理模塊； 所述超聲激勵電路以預定形式的激勵信號激勵超聲激勵探頭，發射相應頻帶寬度的超聲波，所述超聲波聚焦于骨組織內部，通過聲輻射力激勵骨組織產生剪切波并向四周傳播，超聲檢測電路通過超聲檢測探頭發射檢測脈沖并接收回波，所述回波中包含了剪切波的振動信號，控制電路控制各個部分的時序和同步，信號處理模塊對回波進行處理，從中提取剪切波，并計算剪切波聲學參數，然后根據所述聲學參數輸出骨組織狀況評價結果。
2.根據權利要求I所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其特征在于，所述剪切波的質點振動方向與傳播方向垂直。
3.根據權利要求I所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其特征在于，所述激勵超聲波是脈沖調幅波。
4.根據權利要求I所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其特征在于，所述激勵超聲波是連續調幅波。
5.根據權利要求I所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其特征在于，所述超聲激勵探頭和超聲檢測探頭為同一探頭。
6.根據權利要求I所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其特征在于，所述超聲激勵探頭和超聲檢測探頭為不同探頭。
7.根據權利要求I所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其特征在于，所述檢測電路通過脈沖回波方式接收回波。
8.根據權利要求I所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其特征在于，所述聲學參數包括聲速和聲衰減量。
9.根據權利要求I所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置，其特征在于，所述骨組織剪切波聲學參數用于評價骨組織狀況。
10.一種如權利要求I所述基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置的剪切波參數檢測方法，其特征在于，包括步驟 A、所述超聲波骨評價裝置發射相應頻帶寬度的超聲波； B、所述超聲波聚焦于骨組織內部，通過聲輻射力激勵骨組織產生剪切波并向四周傳播； C、所述超聲波骨評價裝置發射檢測脈沖并接收回波，并對所述回波進行處理，從中提取剪切波，并獲取所述剪切波的聲學參數。
全文摘要
本發明公開一種基于聲輻射力的超聲波骨評價裝置及剪切波參數檢測方法，通過超聲激勵電路產生聲輻射力，激勵骨組織振動，產生剪切波在骨組織中傳播，然后由超聲檢測電路發射檢測脈沖并接收回波，再由信號處理模塊對回波進行處理，從中提取剪切波，并計算剪切波聲學參數，最后根據所述聲學參數輸出骨組織狀況評價結果，本發明利用剪切波聲學參數與現有QUS技術互補，達到對骨組織狀況進行準確評價的目的。
文檔編號A61B8/08GK102813533SQ20121029198
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者陳昕 申請人:深圳大學