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《复旦大学》 2009年
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超声背散射法评价松质骨状况的参数估计及其成像研究

黄凯  
【摘要】: 骨质疏松症是影响公众健康的重要问题之一。患有骨质疏松时,松质骨的骨矿密度(BMD)下降、骨微结构退化。相比于双能X线吸收法(DXA)、定量CT(OCT)等诊断方法,超声诊断具有无电离辐射、便捷、速度快、价格低廉等优势。传统的超声透射法使用双探头获得人体跟骨处的超声透射信号,以参数宽带超声衰减(BUA)和超声传导速度(SOS)反映BMD信息。而超声背散射方法使用单探头,易于探测跟骨以外的骨组织(例如脊骨、腕骨等),且超声背散射信号中含有全部的骨微结构信息,因而超声背散射法诊断骨质疏松的技术越来越受到研究者的重视。 本文以松质骨中的超声背散射信号分析、松质骨微结构参数估计、超声背散射参数成像为主线,主要研究了以下内容: 1.在介绍松质骨超声背散射模型的基础上,实验分析了单圆柱仿体的超声背散射频率特性,从而验证单圆柱模型解释松质骨中超声背散射的可行性,为超声背散射信号中含有松质骨的微结构信息提供理论依据。 2.在松质骨微结构中,主要的散射元为骨小梁,平均骨小梁间距(MTBS)是松质骨微结构的重要参数之一,患有骨质疏松时MTBS会增大。因此,在以上研究的基础上,本文对直接从超声背散射信号中估计MTBS的算法进行研究。 (1)提出适合松质骨超声背散射的仿真系统,在系统中将影响MTBS估计的组织特性具体为四个主要参数:MTBS、间距的标准差、弥散散射与规则散射的回波能量比、以及所有散射回波与噪声的能量比。 (2)提出两种从超声背散射信号中估计MTBS的算法:频率域的改进的倒谱算法和时间域的简易反向滤波跟踪(SIFT)算法。通过仿真、仿体、离体牛胫骨、在体人体跟骨实验将提出的算法与已有的常用算法进行比较。其中,仿真信号由本文提出的适合松质骨超声背散射的仿真系统获得;仿体、离体牛胫骨、在体人体跟骨信号由本文搭建的背散射系统获得。实验结果表明,改进的倒谱方法比传统倒谱方法有更大的有效MTBS估计范围,并对骨小梁间距的变化、弥散散射和噪声有更强的鲁棒性;而提出的时间域的SIFT算法不仅比基于频率域的方法(倒谱法和二次变换法)鲁棒性更强,而且稳定性更好。 3.由于松质骨的各向异性,松质骨微结构中各点的声特性并不一致,而超声背散射参数成像可直观给出一个区域的松质骨微结构信息。因此,本文对松质骨超声背散射参数成像进行了研究。 (1)提出基于超声背散射法的超声参数成像方法,对四个超声参数(声特性阻抗(Z_b)、表观背散射系数(BC)、表观积分背散射系数(AIB)、和频谱偏移量(SMS))进行估计,以离体牛胫骨为样本实现了这四个参数成像; (2)对四个超声参数与微CT获得的松质骨微结构参数(平均骨小梁厚度(Tb.Th)、平均骨小梁间距(Tb.Sp,微CT使用的MTBS术语)、骨体积分数(BV/TV)、骨表面积体积比(BS/BV)和骨材料密度(BD))作了相关性分析。结果表明,Zb、BC、AIB、SMS参数图像从不同角度给出了松质骨物理特性的分布结果: ①Z_b参数与骨微结构无较强相关性(Tb.Th,r=-0.233;Tb.Sp,r=0.257),但与骨材料密度(BD)的相关性较强(r=0.448,p<0.05)。Z_b参数图像表征的是不同位置处松质骨表面的物理特性。 ②BC和AIB参数与Tb.Sp有较强的负相关关系r=-0.513~0.596,p<0.01),而与Tb.Th呈现正相关(r=0.265~0.339),但相关性并不显著,与BV/TV和BS/BV的相关性也并不明显。BC和AIB参数图像表征的是不同位置处松质骨内部骨小梁网状结构的散射强度。 ③SMS参数与Tb.Th、Tb.Sp、BV/TV、BS/BV和BD均有较强相关性(Tb.Th,r=-0.699,p<0.01;Tb.Sp,r=0.477,p<0.05;BV/TV,r=-0.675,p<0.01;BS/BV,r=0.663,p<0.01;BD,r=0.663,p<0.01)。SMS参数图像表征的是不同位置处松质骨结构引起超声能量损失的程度。 ④BC、AIB参数值的标准差与骨结构信息有较为显著(p<0.01)的相关性(Tb.Th,r=-0.550~-0.645;Tb.Sp,r=0.405~0.627;BV/TV,r=-0.572~-0.668;BS/BV,r=0.513~0.640);SMS参数值的标准差也有类似的结果(Tb.Th,r=-0.720;Tb.Sp,r=0.771;BV/TV,r=-0.754;BS/BV,r=0.802),这说明BC、AIB和SMS参数的空间变化量可能有助于骨质疏松的诊断。 以上研究结果为超声背散射法评价松质骨状况和诊断骨质疏松提供了一定的理论依据。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:R445.1

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨白丁;松质骨骨小梁间距估计的算法研究及超声诊断系统的初步研制[D];复旦大学;2011年
【参考文献】
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1 李群伟;骨质疏松症的诊断及早期诊断[J];哈尔滨医科大学学报;1996年06期
2 他得安,王威琪,汪源源,余建国;超声背散射系数评价松质骨状况的可行性研究[J];航天医学与医学工程;2005年05期
3 黄凯;他得安;王威琪;Lawrence H.Le;;基于反向滤波器的倒谱法估计平均骨小梁间距[J];航天医学与医学工程;2007年06期
4 王牧;定量骨超声测定与骨质疏松症的诊断[J];临床医学影像杂志;1997年02期
5 他得安,陈启敏;基于AR倒谱法研究人体脾组织微结构的变化[J];声学技术;2000年03期
6 黄凯;他得安;王威琪;;谱自相关法估计骨小梁间距[J];声学技术;2007年05期
7 他得安;王威琪;汪源源;余建国;;基于自回归倒谱法估计骨小梁间距[J];仪器仪表学报;2007年01期
8 黄凯;他得安;王威琪;Lawrence H.Le;;准规则生物组织超声背散射信号的仿真[J];仪器仪表学报;2008年09期
9 黄凯;他得安;王威琪;;骨小梁中超声背散射信号的频率分析及其微结构的估计[J];应用声学;2009年04期
10 他得安;王威琪;汪源源;余建国;;基于超声背散射信号分析松质骨中的声阻抗[J];中国生物医学工程学报;2007年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张斌南;王力;郭义军;刘晓军;黄京韬;宇文展;;长期太极拳练习对男大学生骨健康的影响[J];北京体育大学学报;2010年05期
2 何方成;;复合材料孔隙率的超声检测方法探讨[J];材料工程;2009年S1期
3 韩利华,王全平,刘建,李晓娟,候的门;卵巢切除大鼠皮质骨骨密度与生物力学特性[J];第四军医大学学报;2001年11期
4 房晔;周亚滨;;基于概率神经网络说话人识别的算法研究[J];电子测量技术;2008年08期
5 陶蓓;刘建民;;骨定量超声测量的临床应用[J];国际内分泌代谢杂志;2006年04期
6 赵婷婷;严碧歌;;超声诊断松质骨的研究进展[J];海南医学院学报;2009年09期
7 杨永红;何成奇;杨霖;王维;雷中杰;;不同强度脉冲电磁场对去势大鼠血清雌二醇的影响[J];四川大学学报(医学版);2008年02期
8 他得安,王威琪,汪源源,余建国;超声背散射系数评价松质骨状况的可行性研究[J];航天医学与医学工程;2005年05期
9 黄凯;他得安;王威琪;Lawrence H.Le;;基于反向滤波器的倒谱法估计平均骨小梁间距[J];航天医学与医学工程;2007年06期
10 肖登;杨霖;雷中杰;杨永红;高强;何成奇;;不同强度脉冲电磁场对去卵巢大鼠股骨骨密度的影响[J];激光杂志;2011年05期
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1 他得安;王威琪;汪源源;余建国;;低频下松质骨中纵波的参数测量与分析[A];中国声学学会2005年青年学术会议[CYCA'05]论文集[C];2005年
2 李春梅;杨日福;张伟;范晓丹;刘刚;丘泰球;;超声在骨质疏松症上的应用[A];中国声学学会功率超声分会2009年学术年会论文集[C];2009年
3 他得安;王威琪;汪源源;余建国;;松质骨的一种超声散射理论模型[A];2005年上海市生物医学工程学会学术年会论文集[C];2005年
4 黄凯;他得安;王威琪;;基于反向滤波器估计骨小梁间距的倒谱方法[A];中国仪器仪表学会医疗仪器分会2006年学术年会暨中国仪器仪表学会医疗仪器分会第三届第三次理事会论文汇编[C];2006年
5 朱鋐达;郁忠勤;王琴琴;张志方;杨键;罗敏;许曼音;陈家伦;;上海地区正常中国人定量骨超声测定的初步观察[A];全国老年骨质疏松专题学术研讨会论文汇编[C];2000年
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1 喻晶;IFN-γ对小鼠破骨细胞前体CXCR4表达的调节及意义[D];华中科技大学;2010年
2 戴哲浩;去卵巢、糖皮质激素、降钙素对雌性大鼠骨强度影响的实验研究[D];中南大学;2011年
3 丁晓颖;成骨生长肽羧基端5肽OGP_(10-14)及其类似物G48A对大鼠骨代谢的影响[D];天津医科大学;2003年
4 陈新;藏族女性骨质疏松症与部分相关基因研究[D];苏州大学;2003年
5 杨一林;肝纤维化超声诊断的实验研究[D];第四军医大学;2005年
6 贾红蔚;环孢素A、胰岛素对链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠骨转换及其分子机制影响的研究[D];天津医科大学;2007年
7 吴子祥;骨质疏松绵羊模型的建立与纤维蛋白胶复合骨形态发生蛋白对提高骨质疏松椎体强度的实验研究[D];第四军医大学;2007年
8 汪金刚;高压设备放电紫外检测技术及其应用研究[D];重庆大学;2008年
9 郑驰超;超声测量骨密度及超声成像的若干方法的研究[D];中国科学技术大学;2010年
10 吴冰;基于超声背散射信号成像的脊柱侧凸椎弓根螺钉植入导航系统基础研究[D];第二军医大学;2012年
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2 刘波;基于脉冲压缩与二相编码激励的超声检测提高信噪比研究[D];陕西师范大学;2011年
3 杨白丁;松质骨骨小梁间距估计的算法研究及超声诊断系统的初步研制[D];复旦大学;2011年
4 郭佳林;超声背散射对新生儿骨营养状况的检测及意义[D];复旦大学;2011年
5 张宗谦;基于定量超声技术的超声声速测量的研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 张冉;抗骨痹素抗骨质疏松的药效学研究[D];沈阳药科大学;2003年
7 刘湘华;中国人群中AHSG基因与骨密度和骨大小的关系[D];湖南师范大学;2003年
8 陶庆文;强直性脊柱炎患者骨质疏松症与中医辨证分型的关系研究[D];北京中医药大学;2003年
9 代汉慧;大豆异黄酮对去势大鼠骨质疏松的影响[D];天津医科大学;2004年
10 夏英毅;天津地区1071人骨密度研究[D];天津医科大学;2004年
【同被引文献】
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1 李群伟;骨质疏松症的诊断及早期诊断[J];哈尔滨医科大学学报;1996年06期
2 罗春苟;他得安;李维;王威琪;;时频方法分析长骨中的超声导波及皮质骨厚度[J];声学学报(中文版);2009年05期
3 黄凯;他得安;王威琪;LE Lawrence H;;基于简易反向滤波跟踪算法分析松质骨的微结构特征[J];中国生物医学工程学报;2008年02期
4 他得安,王威琪,汪源源;松质骨中超声背散射信号的分析[J];中国医学影像技术;2004年09期
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 他得安;王威琪;;超声背散射法评价松质骨状况的研究[J];应用声学;2013年03期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 他得安,王威琪,汪源源,余建国;超声背散射系数评价松质骨状况的可行性研究[J];航天医学与医学工程;2005年05期
2 他得安,陈启敏;基于AR倒谱法研究人体脾组织微结构的变化[J];声学技术;2000年03期
3 他得安;王威琪;汪源源;余建国;;基于自回归倒谱法估计骨小梁间距[J];仪器仪表学报;2007年01期
4 他得安,汪源源,余建国,王威琪;超声诊断骨质疏松症中松质骨的模型[J];应用声学;2003年06期
5 潘子昂,王石麟,刘忠厚;我国骨质疏松研究现状和展望[J];中国骨质疏松杂志;1995年01期
6 段云波;骨质疏松──一种起源于人生最初二十年的疾病[J];中国骨质疏松杂志;1995年02期
7 王质彬,刘忠厚,臧月涵;对骨质疏松症应重在预防[J];中国骨质疏松杂志;1995年02期
8 他得安,余建国,汪源源,王威琪;诊断骨质疏松症的超声参量[J];中华超声影像学杂志;2003年05期
9 杨立生,孙顺吉,潘波,杨启秋,佟俊清,裴淑繁,杨毅;老年性骨质疏松性腰椎骨折的X线诊断[J];中华老年医学杂志;1995年04期
10 楼超华,袁耀萼;绝经期后骨质疏松症的流行病学[J];老年学杂志;1990年04期
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1 杨晋,卢奕;爆破超声能量模式在超声乳化白内障吸除术中应用的效果观察[J];中华眼科杂志;2005年01期
2 黄荷凤;石一复;;产科超声的生物效应与胎儿安全[J];国外医学.妇产科学分册;1992年03期
3 刘玉凤;任卫东;唐力;陈昕;马春艳;张莹;;超声介导下不同浓度声诺维影响人脐静脉血管内皮细胞凋亡及活性的体外实验研究[J];广西科学;2009年02期
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7 刘兴鹏,马长生,董建增,刘旭,王建安,王健,郭成军,方冬平;应用超声能量行肺静脉电学隔离的即刻效果及其影响因素[J];中华物理医学与康复杂志;2003年12期
8 邹国庆;杨觉先;;经皮肾镜气压弹道联合超声碎石术治疗54例肾结石[J];现代医药卫生;2010年09期
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1 谭旭艳;贾译清;吴丹;;超声能量造影及彩色多普勒对微波治疗肝癌的疗效评价[A];中华医学会第六次全国超声医学学术年会论文汇编[C];2001年
2 谭旭艳;贾译清;吴丹;;超声能量造影及彩色多普勒对微波治疗肝癌的疗效评价[A];中华医学会第一次全国介入医学学术会议论文汇编[C];2001年
3 黄振平;;Ozil扭动超乳技术的影响[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
4 封海兵;;关于超声声能量测量技术的探讨[A];江苏省计量测试学会2005年论文集[C];2005年
5 王祥群;;超声乳化能量角色的细化与临床分析[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
6 高颖;俞瑞;包菁;陈晶;;双线性技术在高龄患者白内障超声乳化手术中的应用[A];2007年浙江省眼科学术会议论文集[C];2007年
7 吴烈;简立;杨钧;;硬核性白内障的现代手术[A];第三次全国中医、中西医结合眼科学术交流会论文汇编[C];2003年
8 张健;徐佩莲;万芸;;经阴道超声能量图诊断盆腔炎性包块的临床意义[A];2005年浙江省超声医学学术年会论文汇编[C];2005年
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1 紫箕;HIFU:下一站,止血[N];医药经济报;2006年
2 本报记者 孟刚;吸脂适合局部减肥[N];中国消费者报;2007年
3 记者 钟世萍;用高新技术攻坚克难[N];重庆日报;2003年
4 张中桥;超声融栓软化下肢动脉硬化[N];保健时报;2005年
5 白毅;我国HIFU应用中的误区亟待纠正[N];中国医药报;2005年
6 郑杰东;蝙蝠食鱼之谜[N];北京日报;2011年
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1 马长生;超声能量导管消融治疗心房颤动的研究[D];武汉大学;2004年
2 邱媛媛;超声联合微泡促进基因转染的研究[D];南京大学;2011年
3 肖雁冰;乳剂靶向改变组织声学环境及增强超声能量沉积的实验研究[D];重庆医科大学;2005年
4 牟芸;超声微泡介导反义磷酸受纳蛋白基因转染效应的研究[D];浙江大学;2009年
5 张萍;超声介导脂质体微泡对大鼠血管平滑肌细胞生物学行为影响的研究[D];第三军医大学;2005年
6 王筱冰;低强度聚焦超声结合原卟啉IX诱导肿瘤细胞不同死亡模式及其机制研究[D];陕西师范大学;2010年
7 胡敏;超声微泡介导基因转染防治移植静脉再狭窄的实验研究[D];华中科技大学;2010年
8 高峰;超声分子影像显像胰岛移植IBMIR[D];中南大学;2010年
9 姚焰;超声消融心肌治疗心律失常的实验研究[D];中国协和医科大学;1999年
10 张波;一种新型基因载体—纳米级超声微泡的制备及其介导PNP/Fludarabine自杀基因系统治疗肝癌的实验研究[D];中南大学;2010年
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1 李琳琳;白内障超声乳化吸除术中混合超声模式的应用研究[D];山东大学;2010年
2 梅媚;两种模式下的白内障超声乳化吸除术临床对比研究[D];安徽医科大学;2010年
3 冯磊;超声联合微泡造影剂介导基因转染的研究[D];清华大学;2012年
4 文海荣;爆破模式超声乳化与连续模式超声乳化手术的效果比较[D];吉林大学;2007年
5 张所涛;扭动模式超声乳化白内障摘除术的临床观察[D];山东大学;2009年
6 韩楠;超声破坏微泡对大鼠皮肤创面愈合影响的实验研究[D];大连医科大学;2010年
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