Page 6 - 《应用声学》2025年第2期

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的关系分为超声体波松质骨检测方法 (包括超声透
0 引言
射法和超声背散射法) 和轴向传播超声皮质骨检测
骨骼作为重要的运动支持器官，兼具机体代谢 方法 (包括第一到达波法和超声导波法 [2] )。根据超
和造血等功能，与人体健康息息相关。年龄、机体病 声波激励机制分为压电换能器机械振动激励的传
变以及药物等影响骨细胞代谢、骨质的吸收和形成， 统超声骨检测技术和激光热弹激励的光声骨检测
导致骨质疏松症 (Osteoporosis, OP)、骨不愈合、骨 技术。光热结构耦合激励光声信号综合了传统超声
肿瘤等疾病。骨骼疾病影响骨数量、质量及材料排 骨结构力学性质评价能力和组织光学性质的敏感
布，改变骨骼的几何结构、材料性质及力学性能 [1] 。 性，是近年来发展较快的一种新型超声骨质检测方
例如，OP导致骨厚度降低、孔隙率增加，骨密度、弹 法。Feng等 [3] 、Liu等 [4] 和Lashkari等 [5] 在光声/超
性模量及强度等力学性能下降，羟基磷灰石基体、 声体波松质骨成分、微结构和力学性质检测方面
胶原蛋白等组织成分比例和浓度变化。定量超声通 进行了大量的研究。Tran等 [6] 、陈洪磊等 [2] 对导波
过建立超声参数与骨结构物理性质、骨病理状况的 骨检测理论、方法及仪器等进行了大量的研究。通
映射模型，实现骨病诊断，具有安全便捷、成本低等 过分析导波波速和频率 -波数/速进行皮质骨厚度、
优点。 空隙率及小梁骨微结构的检测。Steinberg 等 [7] 和
定量超声骨检测技术主要包括超声骨评价和 Moilanen 等 [8−9] 在光声导波骨质检测技术进行了
骨超声成像两类。根据骨结构特征选择检测波型： 较早的探索。针对骨结构声学性质成像及可视化问
例如，对于跟骨或脊椎等结构厚度大于声波波长的 题，研究人员发展了脉冲回波成像、断层反演成像
骨骼采用振动方向与传播方向一致的纵波进行骨 等方法，为骨病成像诊断技术发展提供了有力支持。
评价或成像 (见图 1(a))，骨厚度小于纵横体波波长 本文结合超声骨检测信号激励 -接收特征，从
的长皮质骨多采用由纵横体波叠加耦合形成的具 超声骨检测理论、评价方法、成像技术等方面介绍
有多模态频散特征的导波进行骨结构物理性质评 了传统超声和光声骨检测研究的热点问题，分析了
价或反演 (见图 1(b)∼(d))。超声骨评价技术通过建 超声/光声体波和导波对骨结构物理性质的特异性
立超声参数与骨结构物理性质的回归分析与映射 和敏感性、超声骨成像技术的研究现状，最后展望
模型评价骨质状况。根据声波传播路径与被测骨骼 了定量超声骨检测技术的发展趋势和前景。

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(a) ጫฉ૝үᇨਓڏ (b) ഷฉ૝үᇨਓڏ

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图 1 典型超声波振动及形成原理示意图
Fig. 1 Vibration and generation principal diagram of typical ultrasonic waves

散射、透射、衍射和吸收后被超声换能器接收。超声
1 超声骨检测技术
透射法骨检测中，置于跟骨两侧相对位置的超声换
1.1 超声体波骨检测 能器分别用于超声波的激励和接收，通过测量超声
超声体波骨检测采用压电超声换能器向骨组 传播速度 (Speed of sound, SOS) 和宽带超声衰减
织中激励脉冲纵波，纵波经过皮质骨和松质骨发生 (Broadband ultrasound attenuation, BUA)表征骨