胫骨定量超声测量骨矿密度原理与方法研究

摘要

骨质疏松症是一种常见病，主要危及绝经后妇女与老年人，其特点是骨量减少、骨组织微细结构受损和脆性骨折的风险增加。随着人口老龄化，骨质疏松症已逐渐成为世界各国日益关注的公共健康问题。测量骨矿密度是目前骨质疏松症早期诊断主要技术手段。利用定量超声测量骨密度是近些年来国际医疗器械界研究开发的诊断新方法。本文重点研究目前商用仪器尚较少采用的胫骨定量超声测量骨矿密度方法的原理及其关键技术，采用自行设计制作的超声波探头测量了人体胫骨中皮质骨的超声横波传播速度(Speed of Sound,，SOS)，所得SOS实验数据可定量反映骨密度和骨弹性状况，评价人体的骨质量，说明胫骨定量超声测量骨密度技术可为骨质疏松诊断提供一种有价值的手段。其主要工作和创新点如下： 1.提出了利用超声横波在胫骨中传播速度测量骨密度的检测原理，并根据胫骨实际解剖结构和波型转换条件分析了超声波在胫骨中传播路径，自行推导了其横波SOS计算公式，制定了先定位后测量的骨密度定量超声检测方法。 2.自行设计并制作了专用的超声探头，含定位和检测两部分。其定位探头设计注重考虑了软组织层厚度的测量，检测探头设计则优先考虑了胫骨中超声波型转换机理以便于检测其横波速度，经实验证明该设计合理、工作有效。 3.提出了一种去除皮下软组织误差的新方法。即先用定位探头测出被测部位软组织层厚度，再在测量探头检测横波SOS速度时扣除软组织层厚误差以减少个体差异对测量精度的影响。 4.建立了一套较为完善的SOS数据采集处理系统，具有高速A/D数据采集和友好人-机接口界面的技术特点。 5.分别进行了牛骨离体和人体在体检测实验，其结果合理、有效。并测量了不同年龄段健康志愿者的SOS值，数据分析结果表明：SOS值随年龄增长逐渐降低、绝经期中老年女性SOS值略低于同年龄段男性，与通常诊断结论一致。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1骨矿密度意义及骨质疏松症概述

1.1.1骨矿密度意义

1.1.2骨质疏松症概述

1.2骨质疏松症的诊断标准及技术发展历程

1.2.1骨质疏松症的诊断标准

1.2.2骨质疏松症的诊断技术发展

1.3本论文研究意义及研究内容

第二章定量超声测量骨矿密度的理论基础

2.1骨的组织学和解剖学基础

2.1.1骨的形态和分类

2.1.2骨的构造

2.1.3骨的化学成分和物理性质

2.1.4人体胫骨的形态

2.1.5人体跟骨的形态

2.2生物医学超声工程基础

2.2.1超声波及特征参量

2.2.2超声波的传播特性

2.2.3生物组织的超声性质

2.2.4超声耦合剂

2.3本章小结

第三章骨矿密度测量系统组成及检测原理

3.1系统组成

3.1.1超声检测

3.1.2数据采集

3.1.3数据处理

3.2检测原理

3.2.1基本原理

3.2.2公式推导

3.3测量超声波速度SOS值的意义

3.4胫骨定量超声诊断技术的优势及前景

3.5本章小结

第四章超声换能器的设计及制作

4.2探头类型选择及结构

4.2.1探头类型选择

4.2.2探头结构

4.2探头设计原理和主要参数

4.2.1压电元件

4.2.2延迟块

4.2.3隔声层

4.2.4匹配线圈

4.2.5背衬块

4.2.6插座与电缆线

4.3探头制作工艺

4.3.1粘合工艺

4.3.2晶片电极焊接工艺

4.3.3匹配线圈制作工艺

4.3.4探头装配工艺

4.4本章小结

第五章实验分析与讨论

5.1实验准备

5.2实验过程

5.2.1实验基本步骤及说明

5.2.2实验过程及结果

5.3实验分析与总结

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1主要工作及创新点总结

6.2今后改进及展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录：测量数据一览表

致谢