一种超声背散射骨密度检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超声背散射骨密度检测方法和装置，方法包括以下步骤：S1、获取参考信号和经过待测骨的超声背散射信号，基于平行声波射线理论，采用逆卷积算法的有效集方法求解逆卷积，计算得到超声回波渡越时间谱；S2、根据峰值总数和有效时间窗长度的比值得到计算得到超声回波渡越时间谱的谱峰数密度，同时，计算有效时间窗长度内峰值包络曲线的谱线下面积；S3、将S2的谱峰数密度和谱线下面积进行线性回归分析，得到骨密度信息。与现有技术相比，本发明专利技术具有测量稳定性好等优点。明具有测量稳定性好等优点。明具有测量稳定性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种超声背散射骨密度检测方法和装置


[0001]本专利技术涉及骨密度检测领域，尤其是涉及一种超声背散射骨密度检测方法和装置。

技术介绍

[0002]双能X射线骨密度测量(DXA)、外周定量计算机断层扫描(pQCT)、高分辨率磁共振成像(HR
‑
MRI)等。但这些技术由于成本较高，具有较强的电离辐射或者获取图像时间长，导致难以推广应用，对于这种状况，现有技术采用超声透射法检测骨密度，但是超声透射法需要两个超声探头相对放置，测量不方便，同时存在超声信号衰减大，测量稳定性差等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种超声背散射骨密度检测方法和装置。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005]一种超声背散射骨密度检测方法，包括以下步骤：
[0006]S1、获取参考信号和经过待测骨的超声背散射信号，基于平行声波射线理论，采用逆卷积算法的有效集方法求解逆卷积，计算得到超声回波渡越时间谱；
[0007]S2、选定有效时间窗长度，计算有效时间窗长度内超声回波渡越时间谱的峰值总数，根据峰值总数和有效时间窗长度的比值得到计算得到超声回波渡越时间谱的谱峰数密度，同时，绘制超声回波渡越时间谱的峰值包络曲线，计算有效时间窗长度内峰值包络曲线的谱线下面积；
[0008]S3、将S2的谱峰数密度和谱线下面积进行线性回归分析，得到骨密度信息。
[0009]进一步地，谱峰数密度的表达式为：
[0010][0011]其中，PKS表示谱峰数密度，pks表示有效时间窗长度内超声回波渡越时间谱的峰值总数，t
w
表示从超声回波渡越时间谱中截取的有效时间窗长度。
[0012]进一步地，谱线下面积的表达式为：
[0013][0014]其中，S_PKS为谱线下面积，pks表示有效时间窗长度内超声回波渡越时间谱的峰值总数，P t
i
)表示在时间点t
i
所对应的声波射线的比例，dt表示超声回波渡越时间谱信号时间间隔，i表示第i个峰值。
[0015]进一步地，所述线性回归分析的步骤具体为：基于线性回归分析算法计算谱峰数密度和谱线下面积分别与骨密度信息的相关性参数，所述相关性参数包括相关系数和显著性检验值，当显著性检验值小于预设的阈值时，基于此时的相关性参数确定骨密度信息。
[0016]进一步地，所述骨密度信息包括平均骨小梁数量、平均骨小梁间距和骨表面/总体积中的一种或多组，所述骨密度信息用于计算骨密度。
[0017]进一步地，所述参考信号为通过脉冲超声回波模式测量抛光钢板反射的信号。
[0018]本专利技术还提出一种超声背散射骨密度检测装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的方法。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020](1)本专利技术通过在超声回波模式下，由超声回波信号推导出超声回波渡越时间谱，并根据超声回波渡越时间谱的谱峰数密度和谱线下面积相关参数进行线形回归分析，得到骨密度信息，降低了放射风险，节约了检测时间和成本。
[0021](2)本专利技术在时域中分析背散射信号，不用考虑背散射信号复杂的频率响应，也不用考虑信号的衰减补偿，可以克服背散射信号衰减大，测量稳定性差的问题。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的流程图；
[0023]图2为本专利技术的实施例中三种不同骨体积分数的超声回波渡越时间谱，其中，图2(a)为骨体积分数为34.8％时的超声回波渡越时间谱，图2(b)为骨体积分数为24.29％时的超声回波渡越时间谱，图2(c)为骨体积分数为16.12％时的超声回波渡越时间谱；
[0024]图3为本专利技术的PKS参数与骨结构信息的关系，其中，图3(a)为PKS参数与平均骨小梁数量的相关性，图3(b)为PKS参数与平均骨小梁间距的相关性；
[0025]图4为本专利技术的S_PKS参数与骨结构信息的关系，其中，图4(a)为S_PKS参数与骨表面/总体积的相关性，图4(b)为S_PKS参数与平均骨小梁数量的相关性。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0027]本专利技术提出一种超声背散射骨密度检测方法，方法的流程图如图1所示。方法包括以下步骤：
[0028]步骤S1，通过脉冲超声回波模式测量抛光钢板反射的参考信号以及经过待测骨的超声背散射信号，基于平行声波射线理论，计算参考信号和背散射信号的逆卷积结果。由于逆卷积运算是不适定的，因此需要采用正则化方法进行求解，有效集算法是正则化方法的一种，可以用于求解信号的逆卷积结果，得到超声回波渡越时间谱；
[0029]步骤S2、选定有效时间窗长度，计算有效时间窗长度内超声回波渡越时间谱的峰值总数，根据峰值总数和有效时间窗长度的比值得到计算得到超声回波渡越时间谱的谱峰数密度PKS，同时，绘制超声回波渡越时间谱的峰值包络曲线，计算有效时间窗长度内峰值包络曲线的谱线下面积S_PKS；
[0030]步骤S3、进行线形回归分析，具体步骤为：采用线性回归统计分析方法分别计算PKS和S_PKS与骨密度信息的相关性参数，所述相关性参数包括相关系数和显著性检验值，当显著性检验值小于预设的阈值时，基于此时的相关性参数确定骨密度信息。
[0031]谱峰数密度的表达式为：
[0032][0033]其中，PKS表示谱峰数密度，pks表示有效时间窗长度内超声回波渡越时间谱的峰值总数，t
w
表示从超声回波渡越时间谱中截取的有效时间窗长度。
[0034]谱线下面积的表达式为：
[0035][0036]其中，S_PKS为谱线下面积，pks表示有效时间窗长度内超声回波渡越时间谱的峰值总数，P t
i
)表示在时间点t
i
所对应的声波射线的比例，dt表示超声回波渡越时间谱信号时间间隔，i表示第i个峰值。
[0037]S3中，骨密度信息包括平均骨小梁数量、平均骨小梁间距和骨表面/总体积中的一种或多组，所述骨密度信息用于计算骨密度。相关性参数包括相关系数R和显著性检验值p。预设的阈值可以为0.01或0.001，一般认为p<0.01为有显著统计学差异，p<0.001为有极其显著统计学差异，p<0.01和p<0.001的含义分别是样本间的差异由于抽样所致的概率小0.01和0.001。
[0038]本专利技术的优点在于可以在较为简单的超声回波模式下，由超声回波信号推导出超声回波渡越时间谱，并根据超声回波渡越时间谱相关参数直接推断骨密度，同时降低了放射风险，节约了检测时间和成本。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声背散射骨密度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取参考信号和经过待测骨的超声背散射信号，基于平行声波射线理论，采用逆卷积算法的有效集方法求解逆卷积，计算得到超声回波渡越时间谱；S2、选定有效时间窗长度，计算有效时间窗长度内超声回波渡越时间谱的峰值总数，根据峰值总数和有效时间窗长度的比值得到计算得到超声回波渡越时间谱的谱峰数密度，同时，绘制超声回波渡越时间谱的峰值包络曲线，计算有效时间窗长度内峰值包络曲线的谱线下面积；S3、将S2的谱峰数密度和谱线下面积进行线性回归分析，得到骨密度信息。2.根据权利要求1所述的一种超声背散射骨密度检测方法，其特征在于，谱峰数密度的表达式为：其中，PKS表示谱峰数密度，pks表示有效时间窗长度内超声回波渡越时间谱的峰值总数，t
w
表示从超声回波渡越时间谱中截取的有效时间窗长度。3.根据权利要求1所述的一种超声背散射骨密度检测方法，其特征在于，谱线下面积的表达式为：其中，S_PKS为谱线下面积，pks表示有效时间窗长度内超声回波渡越时间谱的峰值总数，Pt
i
)表示在时间点t
i
所对应的声波射线的比例，dt表示超声回波渡越时间谱信号时间间隔，i表示第i个峰值。4.根据权利要求1所述的一种超声背散射骨密度检测方法，其特征在于，所述线性回归分析的步骤具体为：基于线性回归分析算法计算谱峰数密度和谱线下面积分别与骨密度信息的相关性参数，所述相关性参数包括相关系数和显著性检验值，当显著性检验值小于预设的阈值时，基于此时的相关性参数确定骨密度信息。5.根据权利要求4所述的一种超声背散射骨密度检测方法，其特征在于，所述骨密度信息包括平均骨小梁数量、平均骨小梁间距和骨表面/总体积中的一种或多组，所述骨密度信息用于计算骨密度。6.根据权利要求1所述的一种超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成成，贾琰，马贺雨，李博艺，李颖，他得安，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：