Page 7 - 《应用声学》2025年第2期
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第 44 卷 第 2 期                  陈洪磊等： 定量超声骨检测技术研究进展                                           267


             组织的声速和衰减特性，评估骨密度和微结构特                             射信号衰减系数评估长骨皮质骨的孔隙率、孔隙密
             性。通过比较骨组织透射信号频谱与水透射信号的                            度和孔隙尺寸分布；Karbalaeisadegh 等          [13]  研究表
             参考频谱计算频散衰减系数，提取一定频率范围内                            明香农熵对高度散射和吸收介质骨中微观结构变
             (通常是 0.2∼0.6 MHz) 超声频谱线性回归的斜率作                    化的敏感性可用于诊断和监测OP。
             为 BUA。通常情况下，超声 BUA 和 SOS 与骨密度                         超声背散射骨检测理论研究方面，Faran                 [14]  提
             呈正相关性：OP 患者骨小梁的减少、超声衰减减弱                          出声散射理论模型，把散射子理想化为沉浸于非黏
             导致 BUA 数值降低；矿化骨质丢失和弹性模量减                          性流体中的弹性球状或柱状均匀介质，众多间距随
             少使SOS降低。
                                                               机分布的散射子群与入射平面波相互作用产生散
                 超声背散射法采用单个换能器进行超声波的
                                                               射波。基于 Faran 理论发展了松质骨中的超声背散
             激励和接收，可用于检测跟骨、腰椎和髋骨的骨
                                                               射理论模型，将单个骨小梁理想化为略小于超声波
             密度、松质骨微结构、骨胶原蛋白含量等。背散
                                                               长的均匀横向各向同性弹性圆柱体，且径向方向与
             射骨评价参数主要有超声背散射系数 (Backscat-
                                                               入射超声波束方向垂直           [15−16] 。Litniewski等 [17]  研
             ter coefficient, BSC)、积分背散射系数 (Integrated
                                                               究发现松质骨中超声背散射特性服从瑞利分布。Ta
             backscatter coefficient, IBC)、表观积分背散射系数
                                                               等 [18]  采用蜂窝状松质骨理论模型准确预测了松质
             (Apparent integral backscatter coefficient, AIB)以
                                                               骨中超声背散射系数，该系数随频率的增加非线性
             及背散射频谱质心偏移 (Spectrum centroid shift,
                                                               地增加，随松质骨表观密度的增大而增大；当松质
             SCS)。其中，AIB 为不经过衰减补偿的表观积分背
                                                               骨的表观密度一定时，该系数随频率的增大而增大。
             散射系数。SCS 与松质骨健康呈负相关：健康松质
                                                               Shankar [19]  将Nakagami模型用于组织超声表征。
             骨的超声信号衰减更大、频偏更明显，对应 SCS 值
                                                                   图2(a)为Medsinglong公司研制的便携式超声
             更小 (SCS 为负值)；OP 松质骨的超声衰减较小、频
             偏较小，对应 SCS 值较大。Jia 等          [10]  提出背散射模        透射骨矿物质密度仪           [20] 。被测人员跟骨垂直置于
             式下的超声渡越时间谱法，通过减少相位干涉影响，                           两对齐的换能器之间，脚跟贴合小腿支撑板底部
             提高骨密度和结构超声检测的准确度和稳定性。Bi                           以保持稳定。该超声透射仪测量的参数包括 BUA、
             等  [11]  对肌骨组织的超声背散射检测研究显示：AIB                    SOS、超声硬度指数等。图 2(b)∼(c) 分别为复旦大
             对骨骼属性具有稳定的检测能力，背散射信号幅值                            学他得安教授团队研制的超声背散射骨诊断仪及
             及抵达时间对肌肉及脂肪性质更敏感。此外，皮质                            其在新生儿左跟骨的超声背散射测量图                   [4] 。该系统
             骨孔隙率导致超声波的散射。2021 年，Iori 等              [12]  将   可以快速获得超声背散射信号及其BSC、AIB、SCS
             超声背散射检测技术用于长骨检测，通过分析背散                            等骨评价声参数。


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                                                                                     16 cm





                                                                 (b) ܭேܸߦᆑ҄ᄊᡔܦᑀங࠱ᰤ฾᧚ጇፒ











                                 (a) Χ୆रᡔܦᤩ࠱ᰤᆈྭ᠏ࠛए́                 (c) ழၷЈᡲᰤښʹᡔܦᑀங࠱฾ត
                                          图 2  典型超声体波骨检测系统及其临床测试图
                          Fig. 2 Typical ultrasound bulk wave bone evaluation system and its clinical test chart
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