超声表观积分背散射系数与骨矿密度的相关性分析

　　0 引言

　　骨质疏松症是一个全球性疾病，随着人口老龄化的日益严峻，骨质疏松症得到了学界的广泛关注。近年来，定量超声技术在评价骨骼肌[1]及骨质状况[2-4]方面取得了显著进展。与双能X射线(DualX-ray Absorptiometry, DXA)、定量CT(QuantitativeComputerized Tomography, QCT)等基于放射源的技术相比，定量超声技术具有无电离辐射、携带方便、价格低廉等优点，可用于长期动态监测患者的骨质状况。目前，临床上利用超声技术诊断骨质疏松症主要用第一到达波法(First Arrive Signal, FAS)和超声透射法。与传统的超声透射法相比，超声背散射法仅用一个探头，可方便地对感兴趣区域进行扫描。罗春苟等提出了基于背散射法的超声背散射参数成像方法，并验证了其可行性[5]。相关研究表明[6,7]，背散射参数不仅能反映骨矿密度(Bone MineralDensity, BMD)状况，还能提供松质骨微结构方面的变化[8]，从而有助于骨质疏松状况的评价。超声背散射信号与松质骨的微结构密切相关，可反映骨小梁数量、尺寸、方向等信息。表观积分背散射系数(Apparent Integral Backscatter coeffi-cient, AIB)可反映背散射信号的能量分布，常被用定征松质骨的状况。Hoffmeister 等的研究表明，虽然皮质骨会影响AIB值的绝对大小，但对AIB与BMD的相关性系数影响较小[9]。离体松质骨实验分析，表明AIB与BMD相关性系数最高可达0.90[10]。

　　本文基于自主研发的松质骨超声背散射诊断系统，旨在分析大样本中，在体超声背散射信号的表观积分背散射系数(AIB)与骨矿密度(BMD)的相关性。

　　1 实验与方法

　　1.1 实验对象

　　本文实验对象为1087位成年志愿者：男性513位，女性574位。年龄与性别分布如表1所示。

　　在相同实验条件下，对所有志愿者均进行两组对照检查，以获得右脚跟骨区域的AIB参数以及腰椎和髋骨区域的BMD参数。下面将对相关参数做进一步介绍。

　　1.2 超声背散射实验系统

　　本实验基于自主研发的松质骨超声背散射诊断系统，采用Panamatric公司的中心频率为3.5MHz和5.0MHz的宽带非聚焦型探头，系统的采样频率为32MHz。该系统可在5s内快速测得松质骨的相关超声特征参数。机身全部重量约为3.5kg，采用触摸屏和键盘操作，具有速度快、携带方便、操作简便等优点。

　　利用松质骨超声背散射诊断系统得到的某一志愿者的原始超声信号如图1所示。

　　该信号中混杂着发射信号、软组织和皮质骨的反射信号以及跟骨中松质骨的背散射信号。由图可得，前4µs内幅度最大的即为发射信号。4~8µ间为软组织的反射与散射信号，幅度相对较小。其后为皮质骨的反射信号，因皮质骨和软组织的皮阻抗相差较大，故表现为幅度较大的反射信号。12~20µs间为松质骨的超声背散射信号，如图1中的矩形框所示。