超声背散射骨质评价中的频散衰减测量与补偿

作     者：东蕊 刘成成 蔡勋兵 邵留磊 李博艺 他得安 Dong Rui;Liu Cheng-Cheng;Cai Xun-Bin;Shao Liu-Lei;Li Bo-Yi;Ta De-An

作者机构：同济大学物理科学与工程学院声学研究所上海200092 复旦大学电子工程系上海200433 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2019年第68卷第18期

页      面：144-151页

核心收录：

学科分类：07[理学] 082403[工学-水声工程] 08[工学] 070206[理学-声学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:11874289,11827808,11804056,11525416) 中央高校基本科研业务费(批准号:02302150002)资助的课题~~ 

主　　题：超声背散射 骨质评价 频散衰减 衰减补偿 

摘      要：超声背散射法已逐渐应用于骨质的评价与诊断.相比于人体软组织,致密多孔的骨组织中超声衰减大,导致接收到的超声信号微弱,频散失真严重.骨组织的超声频散衰减通常由超声透射法测量.然而,透射法测量的超声衰减为传播路径上组织介质衰减的平均值,无法区分软组织、皮质骨及松质骨的衰减效应,无法测量感兴趣区域内松质骨组织的超声衰减.本文旨在研究松质骨超声频散衰减的背散射测量方法,分析补偿超声背散射信号频散失真的可行性.离体测量16块松质骨样本的超声背散射与透射信号(中心频率1 MHz).采用四种背散射方法(谱移法、谱差法、谱对数差法和混合法)测量松质骨超声频散衰减系数,与超声透射法测量的频散衰减标准值进行对比.结果表明,骨样本超声频散衰减范围为2.3—6.2 dB/mm/MHz,透射法测量的超声频散衰减(均值±方差)为(4.14±1.14) dB/mm/MHz;谱移法、谱差法、谱对数差法和混合法测量的频散衰减(均值±方差)分别为(3.88±1.15) dB/mm/MHz,(4.00±0.98) dB/mm/MHz,(3.77±0.84)dB/mm/MHz,(4.05±0.85) dB/mm/MHz.背散射法测量的频散衰减系数与标准值有较高的相关性(R=0.78—0.92, p 0.01),其中,谱差法(R=0.91, p 0.01)和混合法(R=0.92, p 0.01)测量结果更准确(相对误差小于20%).以上结果说明背散射法测量松质骨超声频散衰减具有可行性,基于傅里叶变换-逆变换原理可以补偿背散射信号频散衰减失真,显著提高信号强度,有利于后续超声背散射骨质评价及成像研究.