本文選題：超聲背散射　切入點：松質(zhì)骨　出處：《復(fù)旦大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：骨質(zhì)疏松癥是一種全身性的骨骼疾病,通常體現(xiàn)為骨量流失和骨微結(jié)構(gòu)的退化,導(dǎo)致發(fā)生骨折的風(fēng)險增大�，F(xiàn)代社會的老齡化加劇使骨質(zhì)疏松癥得到越來越多的重視,全球目前約有2億人受骨質(zhì)疏松癥的困擾。骨質(zhì)疏松癥嚴(yán)重影響公眾生活質(zhì)量,骨質(zhì)疏松性骨折也對社會產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此,骨質(zhì)疏松癥的早期診斷和及時治療具有重要意義。目前,X射線、定量CT及雙能X射線法(DXA)已被應(yīng)用于臨床評價骨質(zhì)量及預(yù)測骨折風(fēng)險。DXA測定的骨礦密度(BMD)是臨床上評價骨質(zhì)疏松的金標(biāo)準(zhǔn)。然而,BMD只能預(yù)測骨折風(fēng)險的60%。超聲因其無損、無電離輻射、價廉、便攜及能提供骨彈性信息等優(yōu)勢,被認(rèn)為是骨質(zhì)評價的新工具。超聲評價松質(zhì)骨狀況通常有兩種方法：透射法和背散射法。背散射法用單一探頭發(fā)射接收松質(zhì)骨背向散射信號,能更便捷地測量對骨質(zhì)疏松更明顯的骨骼,如髖骨、椎骨等部位。背散射能提供BMD、散射子(骨小梁)大小和數(shù)目、彈性模量及松質(zhì)骨微細(xì)結(jié)構(gòu)等信息。應(yīng)用超聲背散射法評價松質(zhì)骨骨質(zhì)狀況已成為骨超聲領(lǐng)域極具前景的研究方向。本文的研究工作旨在完善松質(zhì)骨超聲背散射理論,促進(jìn)超聲背散射法用于松質(zhì)骨骨質(zhì)的臨床診斷,主要工作如下：1.建立松質(zhì)骨超聲背散射仿真系統(tǒng)基于時域有限差分法(FDTD)分別建立了二維和三維的仿真系統(tǒng),可以模擬超聲波在松質(zhì)骨內(nèi)傳播時的散射、透射、衍射及吸收等現(xiàn)象。松質(zhì)骨微結(jié)構(gòu)信息由微CT提供,完全匹配吸收層(PML)用作仿真的邊界條件,通過仿真得到松質(zhì)骨的超聲背散射信號,有助于理解超聲波在骨小梁復(fù)雜結(jié)構(gòu)中背散射的機制。2.研究超聲背散射信號與骨小梁材料特性的關(guān)系基于松質(zhì)骨超聲背散射仿真系統(tǒng),分析骨小梁材料特性(密度、拉梅常數(shù)、粘度系數(shù)及聲阻抗系數(shù)等)對背散射系數(shù)(BSC)和積分背散射系數(shù)(IBC)的影響。結(jié)果表明,背散射系數(shù)隨骨小梁密度的增加而增加；BSC和IBC隨拉梅常數(shù)的增加而增加、隨第一粘度系數(shù)的增加而近似線性地減小,第二粘度的變化對背散射信號的影響較小；背散射參數(shù)隨阻抗系數(shù)的增加而減小。說明松質(zhì)骨超聲背散射信號不僅受BMD和骨微結(jié)構(gòu)的影響,還與骨小梁的材料參數(shù)密切相關(guān)。3.研究超聲背散射信號與骨小梁排列方向的關(guān)系松質(zhì)骨微結(jié)構(gòu)具有很強的各向異性,骨小梁通常沿一個特定的方向排列,即骨小梁主要排列方向(MTA)。通過離體實驗研究了超聲背散射信號與MTA關(guān)系。結(jié)果表明,背散射信號對骨小梁排列方向很敏感,當(dāng)超聲波與骨小梁方向垂直時,背散射信號最強；通過背散射信號能量的極值、背散射參數(shù)與骨樣本角度擬合橢圓的短軸方向可以準(zhǔn)確估計MTA方向。擬合橢圓的離心率與骨樣本的各向異性度(DA)強相關(guān)(R=0.92～0.94,p0.05)。研究證明,通過超聲背散射法可以估計松質(zhì)骨的MTA方向和DA,為評價松質(zhì)骨骨質(zhì)狀況提供新的思路和方法。4.研究松質(zhì)骨超聲背散射信號選取標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)前研究中,超聲背散射有效信號(S0I)沒有明確的選取標(biāo)準(zhǔn),研究者也經(jīng)常觀察到完全相反的結(jié)果(正或負(fù)相關(guān)性)。通過離體實驗證明,(1)避開長度(T1)和選取長度(T2)直接影響表觀積分背散射系數(shù)(AIB)：AIB隨T1的增大而減小,T2較小時(2μs),AIB波動增加,之后保持穩(wěn)定;(2)SOI也影響AIB與骨體積比(BV/TV)的相關(guān)性：當(dāng)T1較小時,AIB與BV/TV為正相關(guān)；當(dāng)T1較長(約3-8μs)時,AIB與BV/TV主要表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)性。T2的影響較小,只在T2較小時(2μs),引起相關(guān)性的波動。(3)在不同的超聲信號頻率(0.5-10MHz)下,AIB與BV/TV的相關(guān)性也不同：當(dāng)頻率較低時(2.25MHz),更容易得到正相關(guān)性；當(dāng)頻率較高時,更適宜觀察負(fù)相關(guān)性。據(jù)此,本文提出了各個感興趣頻率段(0.5-10MHz)下,明確而統(tǒng)一的SOI選取標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的超聲背散射骨質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)。5.研究皮質(zhì)骨對超聲背散射信號的影響及補償方法在體測量時,皮質(zhì)骨對松質(zhì)骨超聲背散射準(zhǔn)確的評價產(chǎn)生不可避免的干擾。通過仿真研究了皮質(zhì)骨厚度(CTh)與超聲背散射信號的關(guān)系。在較寬的頻帶(1-3.5MHz)內(nèi),AIB隨CTh的增加而波動下降(R=-0.72--0.90,p0.001),且CTh2.18mm時,AIB波動較大；減掉皮質(zhì)骨的多次反射波干擾后,AIB-。顯著地降低(p0.05),且波動較�。徊捎帽疚奶岢龅难a償算法后,補償后的AIB與CTh顯著不相關(guān)(R=-0.02～0.01,p0.05),且波動得到明顯抑制。結(jié)果表明,本文提出的補償算法能有效地補償皮質(zhì)骨對超聲背散射測量的影響。超聲背散射與骨小梁材料和排列方向的研究完善了松質(zhì)骨超聲背散射理論,超聲背散射信號選取標(biāo)準(zhǔn)和皮質(zhì)骨干擾的研究解決了在體測量中的關(guān)鍵問題,本文研究工作推動了超聲背散射應(yīng)用于松質(zhì)骨骨質(zhì)評價,對超聲背散射法應(yīng)用于臨床診斷骨質(zhì)疏松癥有較大促進(jìn)作用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R580;R445.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1631698