利用超声波测量骨龄和骨生长板发育程度的方法

摘要

一种利用超声波测量骨龄和骨生长板发育程度的方法，属测量技术领域。其技术方案是：随机抽取600名以上的1－10岁儿童作为测量对照样本；利用超声波测量对照样本的儿童的桡骨处的骨声速；将测得的结果进行处理，得出1－10岁儿童各个年龄段的骨声速的平均值，将此平均值作为该年龄段儿童骨声速传播的标准值；测量被测试儿童的骨声速和骨生长板声速，并与各年龄段儿童骨声速标准值进行比较，从而得出被测试儿童的骨龄和骨生长板发育状态评价结果。本发明杜绝了测量过程的人为干扰，使评价更为客观和量化，开辟了儿童骨龄和评判生长发育状况的新方向。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用超声波在骨骼中传输速度来检测骨生长板的发育程度及骨龄状况，属测量技术领域。

背景技术

骨龄是骨骼生长发育程度的一个标志，骨骼是随人的年龄的增长而逐渐成熟的。青少年时期的骨密度比较低，随着年龄的增长及钙化过程的延长骨骼密度也逐渐加大，在40岁左右达到骨密度的峰值。我们将骨骼成熟的程度称做骨龄，很显然骨龄和人的实际年龄呈平行增长的关系，并和骨密度之间呈现一种函数关系。骨生长板是界于骨骺和干骺端的透明软骨组织，也称作骺软骨。骨生长板共分为三层：一是静止层，二是增生层，三是肥大层，均对人的生长发育起着重要的作用。人之所以能够长高是因为生长板的增生层快速分裂出许多软骨细胞，在肥大层钙细胞聚集在软骨细胞的线粒体中，随后被释放到酸性介质中，形成羟基磷灰石的结晶，并使细胞中的蛋白多糖和10型胶原蛋白钙化形成原始松质骨，并进一步钙化形成硬骨，骨骼因而变长，变粗，并使儿童不断长高。在青少年时期细胞代谢活跃，生长板发育旺盛，我们称之为开放期。待到成年生长板闭合以后，人的骨骼基本定型也就不再长高了。由于生长板决定着人体骨骼的发育程度，决定着人的身高，因此测量生长板的发育情况，可以予测儿童的生长潜能，同时在青少年运动员的选拔工作中也有着重要的意义。

传统的检查骨龄和骨生长板的方法主要靠X光拍片法，对桡骨(或胫骨)的骭骺端拍片。观察骨骺线的情况、根据生长板的增宽或变窄等进行判断，以确定生长板闭合与否。对待骨龄的判断也是对手掌进行X-光拍片，根据七块掌骨的形状来判断骨龄。由于每个医师的肉眼观察和经验不同，往往增加人为的误差，很难有一个客观的标准和具体量化的指标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种更简便、更快捷，能够排除各种人为干扰因素的、利用超声波测量骨龄和骨生长板发育程度的方法。

解决上述问题的技术方案是：

一种利用超声波测量骨龄和骨生长板发育程度的方法，它采取如下步骤：

a、随机抽取一组1-10岁儿童作为测量对照样本；

b、利用超声波测量对照样本的儿童的桡骨(或胫骨)处的骨声速V_A；

c、将测得结果进行统计处理，按照每1岁为一个年龄段，得出1-10岁儿童各个年龄段的桡骨(或胫骨)处的骨声速V_A的平均值，将此平均值作为该年龄段儿童骨声速传播的标准值；

d、利用超声波测量被测试儿童在桡骨(或胫骨)处的骨声速，得出骨声速V_B；

e、利用超声波测量被测试儿童在桡骨结节处的骨生长板声速，得出骨生长板声速V_G；

f、将被测试儿童的骨声速V_B与各个年龄段儿童骨声速标准值V_A进行比较，得出被测试儿童的骨龄；

g、将被测试儿童的骨生长板声速V_G和骨声速V_B的值相比较，得出生长板状态值A， $>>A>=>{{}_{}}_{}$>当A值小于1时说明生长板未闭合，表明儿童尚有生长潜力；当A≈1时，表明生长板已基本闭合，表明儿童身高继续生长空间很少。

上述利用超声波测量骨龄和骨生长板发育程度的方法，其超声波测量采用的波长可以是相同的，也可以是不同的。

上述利用超声波测量骨龄和骨生长板发育程度的方法，所述骨声速V_B的测量位置，可以选取其它骨骼。

上述利用超声波测量骨龄和骨生长板发育程度的方法，所述骨生长板声速V_G的测量位置，可以选取其它骨骼处的骨生长板。

本发明利用超声波骨密度分析仪能很快测得儿童的骨声速和骨生长板声速，通过与标准值对照，得出骨龄和生长板发育程度两套数据。它杜绝了人为干扰，使一个很复杂的问题得以简单处理，评价更为客观和量化，开辟了测量儿童骨龄和检测生长发育情况的一个新方向。

附图说明

图1是本发明测定骨骼中声速的原理示意图；

图2是利用参比发射器消除倾角影响的原理示意图；

图3是测量装置构成示意图。

图中各标号为：1、2分别为超声波发射器和接收器；3.显示器；4.打印机；P.探头；T.探头下平面；D.隔音带；G.被测骨骼；T和G之间为软组织；αγ.入射角或反射角。

具体实施方式

超声波在不同的介质中传播时具有不同的声速，它的传播速度和物质密度之间存在如下关系：ν＝K*ρ²式中，ρ物质的密度，ν为声波传输速度，κ为常数。

声波的传输速度和物质密度之间存在一个函数关系，不同的物质密度也就决定了不同的声速。既然骨骼随年龄的增长，其密度也逐渐加大，那么展现出来的骨声速也就随之加大，我们只要测得他们的骨声速，也就测出了他们的骨龄。同样，骨生长板是一层透明的软组织，在生长板中声速虽然大于在肌肉和脂肪中的声速，却远远小于在骨中的声速，因此只要测出在生长板处的声速就可知道它们是处在生长期还是闭合期。

本发明曾进行过一次检测试验：在幼儿园和中小学选取一组10岁以前不同年龄阶段的少年儿童，这组人数应不低于600名。本次试验选取了1000名(男500，女500)，使用BMD-1000C型骨密度分析仪，分别测量其桡骨的骨声速，经统计处理取其各年龄段平均值如下：

  年龄    1    2    3    4    5    6    7    8    9    10  骨声速  标准值  男    3210    3410    3500    3560    3600    3650    3670    3680    3700    3730  女    3210    3360    3500    3580    3620    3635    3674    3690    3695    3700

然后对被测试儿童进行超声波骨密度分析仪测试，测得骨声速后和上表中的标准值相对照，就可以求得他们的实际骨龄。

同样在这些儿童的桡骨结节处，利用超声波骨密度分析仪测量他们的骨生长板的声速，我们将测得的生长板处声速设为V_G，而测得的骨中声速设为V_B，同时引入一个数值A，令 $>>A>=>{{}_{}}_{}$>(当然，也可采用其倒数来表示)，A可称为生长板状态值，当A值远远小于1时，说明儿童骨骼有较大的生长潜力，而当A≈1时说明生长板已接近闭合，儿童骨骼生长潜力已经不大了。

测定骨骼中声速的方法可按照图1～3所示进行，图1显示了它的测量原理。当超声波发射到骨表面以后，经过骨表面折射后大部分声波会散射开，只有沿某一角度α发射到骨表面的声波，其折射方向正好与骨表面平行，并在骨表面前进一段路程后，又以相同的出射角α从骨表面反射出来，我们所能利用的就是这部分，其入射角α便称为临界角。入射角α(或γ)也是超声波发射接收器中换能器工作面的倾斜角度。由于这束超声波是在纵向沿着骨表面行进的，只要测出它在骨表面行进的时间和距离就可算出超声波在骨中的声速。但在同时，超声波在到达骨骼表面和反射到皮肤表面时在骨周围的软组织中要经过两段路程，同样消耗了时间。由于探头压在皮肤上时因用力不均，通常会产生一个倾斜角，即骨骼的表面和仪器探头上超声波元件所在的平面是不平行的。当超声波穿透皮肤时，其发射路程和返回到接收器路程是不同的，增加了在软组织中行进的时间，从而影响了测量结果的精确度。计算超声波在骨骼中的传播速度时，要去除骨骼周围软组织对测量结果的影响，就必须保证超声波在软组织中的发射路径和接收路径长度相同，才能保证探头表面与骨表面平行，准确计算出超声波在骨骼中的传播速度。其中图2显示的测量方法可以消除倾角影响。它是在一个探头中安装了两个超声波发射器R、A1和两个超声波接收器B1、B2(也可以采用更多的发射接受器件)，它们按照R、A1、B1、B2的顺序在探头内连续沿平行底面一直线排列。两个发射器R、A1之间的距离和两个接收器B1、B2之间的距离相等，均为L，发射器A1与接收器B1之间的距离为X，可任选。

其测量步骤为：

(1).在覆盖一段骨骼的软组织的外表面设置超声波发射器和超声波接收器，所述发射器和接收器沿上述骨骼的纵轴方向排列、并排列在一条直线上；

(2).由超声波发射器向骨骼发射超声波，由超声波接收器接收超声波；

(3).所述超声波发射器为两个，分别为发射器R、A1，超声波接收器为两个，分别为接收器B1、B2；

(4).上述发射器和接收器按照R、A1、B1、B2的顺序连续排列，位于一个探头中，并排列在一条直线上，两个发射器之间的距离与两个接收器之间的距离相等；且均为L。

(5).确定接收器B1接收到发射器R发射的超声波的时间为T1，确定接收器B2接收到发射器A1发射的超声波的时间为T2，确定接收器B1接收到发射器A1发射的超声波的时间为T3；

f.比较T1、T2，当T1＝T2时，声波在该段骨骼内的传播速度可以用下列公式计算：

                  V＝L/ΔT

其中L为两个超声波接收器B1、B2之间的距离，ΔT＝T2-T3为两个超声波接收器B1、B2接收到超声波发射器A1发射的同一超声波脉冲的时间差。

测量时，所述超声波发射器R和A1发出的超声波波长相同，所述入射角γ在10～25度之间选择。