發(fā)布時間：2017-12-06 17:23

  本文關(guān)鍵詞：基于定量超聲的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨骨強度評價方法研究

  更多相關(guān)文章： 定量超聲 骨強度 皮質(zhì)骨 松質(zhì)骨 動態(tài)時間窗 超聲功率譜 評價模型

【摘要】：骨質(zhì)疏松癥是一種常見的退行性疾病。隨著中國社會老齡化的加劇,骨質(zhì)疏松性人口數(shù)量逐年增加。當發(fā)生骨質(zhì)疏松性骨折時,患者及其家庭將背負沉重的生活壓力和經(jīng)濟負擔,嚴重影響國民的生活質(zhì)量和幸福指數(shù)。同時,骨質(zhì)疏松性骨折治療,大大增加了社會福利負擔和醫(yī)療負擔。世界衛(wèi)生組織(WHO)指出,對骨質(zhì)疏松癥的篩查是預防骨質(zhì)疏松性骨折最有效和最經(jīng)濟可行的措施。目前,雙能X射線(DEXA)被認為是骨質(zhì)狀況評價和骨質(zhì)疏松診斷的金標準,可以用來檢測骨骼中的礦物質(zhì)密度(BMD)。然而,骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生是由于骨強度的下降導致骨的脆性骨折,而骨強度不僅與骨量BMD有關(guān),還與骨的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。當前我國正大力推廣社區(qū)醫(yī)療建設(shè),構(gòu)建更加合理的社保體系。但DEXA因其設(shè)備昂貴、檢測時間長、存在一定量的輻射,孕婦和幼兒不宜長期使用檢測等因素,而難以在社區(qū)醫(yī)院和中小型醫(yī)院普及使用,因而不適合骨質(zhì)疏松癥的篩查。定量超聲法(QUS)不僅可以檢測骨質(zhì)“量”的信息(BMD),還能反應骨骼“質(zhì)”的信息(骨微觀結(jié)構(gòu)),而且QUS具有費用低、速度快、便攜、無電離輻射等優(yōu)點,被WHO認為是替代DEXA最經(jīng)濟有效的診斷方法。根據(jù)測量方法和測量部位的不同,QUS用于骨質(zhì)狀態(tài)的診斷分為皮質(zhì)骨骨強度和松質(zhì)骨骨強度評價方法的研究。然而,目前針對皮質(zhì)骨骨強度和松質(zhì)骨骨強度的研究還存在一些難點,如臨床上對皮質(zhì)骨骨強度評價方法存在超聲特征參量(SOSFAS)識別率低、SOSFAS與DEXA測量結(jié)果的相關(guān)性不高等問題。同樣,對松質(zhì)骨孔隙率(影響松質(zhì)骨骨強度大小重要指標之一)的診斷和評價,也缺乏有效的手段和評價模型。本研究針對皮質(zhì)骨骨強度評價參量(SOSFAS)識別率低等問題,提出了改進算法以提高SOSFAS與DEXA測量結(jié)果的相關(guān)性。同時,基于超聲功率譜,提出用于評價松質(zhì)骨孔隙率大小的超聲特征參數(shù)APF,并開展了多參量融合評價松質(zhì)骨骨強度模型的研究,通過臨床試驗驗證新模型的有效性。主要研究內(nèi)容如下：針對皮質(zhì)骨骨強度評價研究,主要集中在以下兩點：1.基于雙發(fā)雙收探頭結(jié)構(gòu)的皮質(zhì)骨骨強度測試平臺的構(gòu)建鑒于骨質(zhì)健康篩查和普查的適用性和低成本,本研究設(shè)計了一款基于雙發(fā)雙收探頭結(jié)構(gòu)的便攜式皮質(zhì)骨(橈骨、脛骨部位)骨密度測試儀。該儀器設(shè)計的硬件成本低,重量小于1.5千克,測量重復性好(CVRMS=0.18),測量精度到達同類產(chǎn)品的水平,滿足骨質(zhì)疏松癥普查和篩查需求。2.皮質(zhì)骨骨強度評價參量SOSFAS識別算法研究針對皮質(zhì)骨特征參量SOSFAS誤判率較高的問題,本研究在靜態(tài)時間窗的基礎(chǔ)上提出動態(tài)時間窗算法,結(jié)合雙發(fā)雙收探頭結(jié)構(gòu),提出一種簡便有效的SOSFAS識別算法。該算法有效的消除了較厚軟組織對SOSFAS測量結(jié)果的影響,并對系統(tǒng)延時干擾具有較好的屏蔽效果。臨床試驗證明,橈骨遠端1/3處SOSFAS與同部位橈骨遠端33%處位置的DEXA測量結(jié)果顯著相關(guān)(r=0.81,P0.05),比傳統(tǒng)的SOSFAS測量算法提高了測量精度。針對松質(zhì)骨骨強度評價研究,主要集中在以下兩點：3.松質(zhì)骨骨微觀結(jié)構(gòu)超聲評價參量研究松質(zhì)骨骨小梁微觀結(jié)構(gòu)對松質(zhì)骨骨強度影響至關(guān)重要。理論研究證明：超聲特征參量可以反映骨小梁的方向、厚度、間距和數(shù)量等微觀信息。然而,對影響骨小梁結(jié)構(gòu)至關(guān)重要的骨小梁孔隙率的研究卻并不多。在體外(in vitro)實驗中,部分研究人員發(fā)現(xiàn)超聲被散射系數(shù)與松質(zhì)骨孔隙率有較高的相關(guān)性,但在體內(nèi)(invivo)實驗中缺乏有效的臨床實驗數(shù)據(jù)支持。鑒于超聲功率譜參數(shù)在檢測復合材料孔隙率中的應用,本研究提出采用超聲透射波信號的超聲功率譜,研究超聲功率譜特征參量與松質(zhì)骨孔隙率的關(guān)系。通過對50人臨床超聲透射波信號采集和分析發(fā)現(xiàn),超聲功率譜特征參數(shù)APF,PF,FB,與腰椎L1-L4段DEXA測量結(jié)果BMD呈現(xiàn)不同的相關(guān)性,其中,APF與腰椎BMD顯著相關(guān)(r=-0.71,P0.05)。除此之外,APF與BMD呈現(xiàn)出非線性關(guān)系(特別是指數(shù)關(guān)系),這表明APF比SOS和BUA對骨質(zhì)少孔和骨質(zhì)疏松類人群的區(qū)分度更好、分辨率更高,因此可以作為新的評價松質(zhì)骨骨強度的特征參量。4.松質(zhì)骨骨強度評價模型的研究近幾年對松質(zhì)骨骨小梁結(jié)構(gòu)的研究越來越受到重視,研究人員提出了各種新的超聲評價參數(shù),然而更多的是單一參量的理論模型研究。因此,本研究通過采集50例臨床實驗數(shù)據(jù),采用多參量線性回歸方法,初步構(gòu)建了基于APF、BUA和SOS多參量評價骨強度的模型,并通過52例臨床實驗驗證模型的有效性。結(jié)果顯示：采用APF、BUA、SOS單一參量或BUA+SOS組合評價BMD時,與DEXA的相關(guān)性最大只有0.89,RMSE最小為8.2%；當采用APF+BUA+SOS多參量融合BMD時,相關(guān)性最高達0.91,且RMSE為7.8%。同時,52例臨床驗證實驗結(jié)果表明：APF+BUA+SOS評價模型可以用于提高臨床對松質(zhì)骨骨強度的評價精度。總之,綜合皮質(zhì)骨骨強度評價方法和松質(zhì)骨骨強度評價方法,可以實現(xiàn)對外周骨(指骨、橈骨、脛臂和跟骨)的綜合評價,為構(gòu)建骨質(zhì)健康評價和健康促進小閉環(huán)系統(tǒng)提供理論和技術(shù)支持,從而實現(xiàn)對人體骨質(zhì)健康狀態(tài)綜合評價目的。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R580;TB559

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉丹;許凱亮;他得安;;長骨裂紋寬度和角度對低階超聲導波的影響[J];聲學學報;2015年04期

2 他得安;李穎;劉成成;;基于希氏變換的超聲基頻算法估計骨小梁間距[J];數(shù)據(jù)采集與處理;2015年02期

3 張慧琳;他得安;;長骨中編碼激勵超聲導波的方法研究[J];聲學技術(shù);2013年S1期

4 劉成成;他得安;王威琪;;骨小梁材料特性對超聲背散射信號的影響[J];聲學學報;2013年03期

5 馬雯;劉福順;;玻璃纖維復合材料孔隙率對超聲衰減系數(shù)及力學性能的影響[J];復合材料學報;2012年05期

6 宋小軍;他得安;王威琪;;利用Golay碼測量長骨中傳播的超聲導波[J];儀器儀表學報;2012年03期

7 宋小軍;他得安;王威琪;;基于時頻分布的盲信號分離方法研究長骨中的多模式導波信號[J];聲學學報;2011年03期

8 ;原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥診治指南(2011年)[J];中華骨質(zhì)疏松和骨礦鹽疾病雜志;2011年01期

9 他得安;王威琪;汪源源;;超聲軸向傳播技術(shù)評價長骨的研究[J];應用聲學;2009年03期

10 他得安;黃凱;王威琪;;評價骨質(zhì)狀況及骨質(zhì)疏松癥的超聲方法[J];中國醫(yī)療器械信息;2009年03期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 陳焱焱;全干式超聲骨強度測量方法研究[D];中國科學技術(shù)大學;2012年

2 許凱亮;超聲導波評價長骨狀況的研究[D];復旦大學;2012年

3 劉繼忠;CFRP孔隙率超聲無損檢測研究與系統(tǒng)實現(xiàn)[D];浙江大學;2005年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉瑾;基于小波分析的超聲波信號降噪研究[D];中國石油大學;2010年

2 徐會亮;基于加窗功率譜估計的間諧波檢測方法研究[D];重慶大學;2008年

，

本文編號：1259397