專利名稱：骨中音速的確定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及骨的機(jī)械性質(zhì)的無損傷測定，尤其是在相對于骨的任意角度上的測定。
背景技術(shù)：
已知聲波在物質(zhì)中的速度取決于該物質(zhì)的機(jī)械性質(zhì)。
在一定角度上到達(dá)固體的聲波通常作為三種波的組合通過與沿該固體傳播，即縱向、橫向及表面波，其中各波具有不同速度。在骨速度確定中，通常測定最快的縱波。縱波的速度是VL=E(1-σ)ρ(1+σ)(1-2σ)------(1)]]>其中E、σ與ρ分別是楊氏模量、橫向收縮對縱向伸長之泊松比及物質(zhì)的質(zhì)量密度。
在稱作“骨質(zhì)疏松的骨脆性超聲傳輸速度檢測”的文章，(R.P.Heaney等人，JAMA，卷261第20期，1989年5月26日，2986-2990頁中)，骨的楊氏模量E由經(jīng)驗給出為E=Kρ2(2)此時骨中縱向聲波的速度為VL=(E/ρ)=(Kρ)-----(3)]]>其中K為包含諸如骨骼結(jié)構(gòu)的空間朝向、骨物質(zhì)的固有性質(zhì)與疲勞損傷等多種因素。因此，縱波的速度為質(zhì)量密度的函數(shù)并可用作骨的質(zhì)量的指示器。
為了執(zhí)行骨的機(jī)械性質(zhì)的體內(nèi)超聲測定，必須通過骨周圍的軟組織傳輸超聲波。不幸的是，軟組織的厚度是沿骨的長度變化的。并且對于所有的軟組織，軟組織速度不是常數(shù)值。這些變化能影響通過骨的超聲傳播時間測定值的精度。通常，軟組織厚度及其速度的變化或者加以忽略或者試圖對消軟組織的效應(yīng)。
通過引用將其結(jié)合在此的美國專利號5,143,072描述了通過保證在通過軟組織的路徑部分對于不同測定具有相同的長度時取測定值來克服介入的軟組織的未知厚度的效應(yīng)的方法。一個發(fā)射機(jī)與兩個接收機(jī)放置在平行于骨的共線配置中。當(dāng)波從發(fā)射機(jī)向骨發(fā)射時，該波通過介入的軟組織然后沿骨前進(jìn)。這兩個接收機(jī)檢測從骨出口及行進(jìn)通過軟組織回到兩個接收機(jī)的超聲波。忽略軟組織，從發(fā)射機(jī)到第一接收機(jī)與第二接收機(jī)的路徑之差是一段其長度等于兩個接收機(jī)之間的距離的骨。通常，軟組織是不能忽略的。然而，如果兩個接收機(jī)相當(dāng)靠近在一起，在骨與接收機(jī)之間的軟組織中的路徑長度是近似相同的，并且在一定的精度級上應(yīng)是對消的。在上面的專利文件中所描述的一個實(shí)施例中，接收機(jī)/發(fā)射機(jī)配置是擺動的，并且只在骨與兩個接收機(jī)之間的(最短)距離相等時才取測定值?？捎媒邮諜C(jī)作為從骨反射波的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)測定這些距離。當(dāng)傳播時間相等時，假定配置是與骨共線的。
然而，即使這一方法也有若干缺點(diǎn)。首先，軟組織速度不是常量，而是它隨軟組織的類型而變化。此外，骨與接收機(jī)之間的傳播路徑對于反射波與來自發(fā)射機(jī)的波是不同的，因此計算出的聲音骨速度是不正確的。第二，上述方法需要相對長的平骨部分。從而，使用該方法只能測試諸如脛骨等少數(shù)骨骼。此外，由于高頻超聲波是非常耗散的，將它們用在這一方法中是不現(xiàn)實(shí)的。
通過引用將其公開結(jié)合在此的PCT公布WO97/13145描述了骨速度確定的另一方法，其中可以測定骨的很短部分中的速度。在這一公布中，將若干波發(fā)射到骨上并用一或多個接收機(jī)接收。一個波行進(jìn)通過骨與軟組織兩者而一或多個波只行進(jìn)通過軟組織。用只行進(jìn)通過軟組織的波來計算軟組織速度。應(yīng)用計算出的軟組織速度來從行進(jìn)通過骨與軟組織兩者的波的行進(jìn)時間中求出骨速度。
發(fā)明概述本發(fā)明的一些實(shí)施例的目的之一為提供具有高空間分辨率的聲音骨速度確定方法。此外，在本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例中能測定一小部分骨骼，從而幾乎人體的所有骨骼都能測定。
本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的另一目的為提供即使在測定探頭不平行于骨骼時也能確定聲音骨速度的方法。應(yīng)理解在許多醫(yī)學(xué)情況中，與非損傷性測試情況不同，不能用簡單的方法精確地確定骨與皮膚的相對分布。反之，在非損傷性測試情況中，通常將任何介入層制造成已知厚度。
本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的另一目的為提供確定聲音骨速度的方法，其中骨骼不是平滑的與/或其中骨對測量探頭呈現(xiàn)彎曲的或非平面的表面。
本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的另一目的為提供測量探頭與/或測量方法，其中在發(fā)射元件與接收元件之間存在最小的干擾量。
本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的另一方面涉及沿一或多個發(fā)射機(jī)與一或多個接收機(jī)之間的兩或多條不同路徑獲取超聲波的行進(jìn)時間的若干測定值。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例，至少三條并且最好所有路徑都包含要確定其音速的一段骨骼。
本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的另一方面涉及作為測定超聲速度的一部分，超聲波沿其行進(jìn)的路徑之間的重疊的量。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，不同路徑的骨部分實(shí)質(zhì)上并不重疊。作為附加或替代，超聲波在骨周圍的軟組織中的路徑實(shí)質(zhì)上并不重疊。
本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的另一方面涉及用來確定超聲波的行進(jìn)時間的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的相對對齊。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，不是所有發(fā)射機(jī)與/或接收機(jī)都是共線的。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)與/或接收機(jī)不是都共面的。作為替代或附加，可按任何次序布置所使用的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)，例如一種次序是發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、發(fā)射機(jī)及接收機(jī)。作為替代或附加，單個超聲元件可作為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)兩者工作。
本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的另一方面涉及解連接測定值與未知變量的方程的方法。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，聲音的骨速度是通過解在其中插入測定時間的一組聯(lián)立方程確定的。作為附加或替代，分析化簡這些聯(lián)立方程使之只剩下只包含一個變量的一個方程，例如骨速度。
本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的另一方面涉及通過對其它未知數(shù)作出不同假設(shè)便能執(zhí)行確定的變量的若干級估計。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，至少4個變量互相相關(guān)骨速度、軟組織速度、探頭距骨的平均距離及探頭與骨的夾角。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，通過解一組方程可從其它變量估算或計算出這些變量中的任何一個。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，將軟組織速度估算為例如1500 m/s，因而只須計算三個變量。從而只需三個行進(jìn)時間測定值。作為附加或替代，四個以上變量可以互相相關(guān)，例如，如果假定軟組織包含兩層，各具有不同的音速。作為附加或替代，在用具有已知特征的模型的標(biāo)定階段中，可用已知或假定的“骨”音速來確定發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離與/或探頭的其它尺度。
本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的另一方面涉及確定聲波沿要求的路徑的行進(jìn)時間的方法。在本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例中，通過檢測第一波從發(fā)射機(jī)到達(dá)接收機(jī)來確定發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的行進(jìn)時間。然而，在一些情況中，第一波可能不是沿要求的路徑行進(jìn)的。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，根據(jù)檢測到的波的特征來確定波已沿要求的路徑行進(jìn)。在一個實(shí)例中，取決于波是否通過骨骼，波的頻譜是不同的。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，由于頻率-衰減關(guān)系與/或頻率-擴(kuò)散關(guān)系是取決于波行進(jìn)通過的物質(zhì)的，頻譜是不同的。作為附加或替代，如果兩個波沿兩條不同路徑到達(dá)接收機(jī)，當(dāng)這兩個波在時間上重疊到達(dá)接收機(jī)時，可以預(yù)期至少對于某些頻率分量波幅是增加的。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，不是預(yù)定波的這些特殊特征，通過在檢測類似特征的波的兩個接收機(jī)上執(zhí)行波的時間相關(guān)來確定所要求的波到達(dá)接收機(jī)的時間。
本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例中的另一方面涉及由接收機(jī)/發(fā)射機(jī)探頭的超聲元件，尤其是用于聲音骨與/或軟組織速度確定的元件，之間的串音導(dǎo)致的干擾的降低。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，探頭設(shè)計對在探頭的超聲元件之間行進(jìn)通過探頭的波提供迷宮式隔離。從而可以延遲這些波。作為附加或替代，在這些超聲元件之間的空間中用減慢聲音的物質(zhì)與/或衰減聲音的物質(zhì)填充。這一速度降低允許在時間上關(guān)閉行進(jìn)通過探頭的波。作為附加或替代，設(shè)置電屏蔽來屏蔽開接收機(jī)與發(fā)射機(jī)。這減少電串音。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，用衰減物質(zhì)在超聲元件與要測定的物體之間構(gòu)成聲室來減少超聲元件之間的串音。作為替代或附加，聲室中填充有減慢聲速物質(zhì)。
作為替代或附加，當(dāng)將超聲探頭貼著人體放置時，使用衰減與/或減慢聲速耦合物質(zhì)來延遲與/或衰減有害的串音。
本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的另一方面涉及定義具有晚關(guān)閉時間與作為附加或替代的早關(guān)閉時間的檢測窗。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，定義這種晚與/或早關(guān)閉時間使得不通過骨骼的超聲波不能在時窗內(nèi)到達(dá)接收機(jī)上。作為替代或附加，這些波有可能到達(dá)，但只在極度衰減的幅度上。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，各探頭的關(guān)閉時間是存儲在與該探頭關(guān)聯(lián)的存儲介質(zhì)上的。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，存儲介質(zhì)是與探頭一起封裝的。作為替代或附加，存儲介質(zhì)是物理地連接或安裝在探頭上的。作為對時窗的替代或附加，其它標(biāo)定信息與/或頻率特征信息，尤其是用于區(qū)分行進(jìn)通過骨的波的，與/或探頭的特征與/或標(biāo)識信息與/或探頭的使用信息是存儲在存儲介質(zhì)上的。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，存儲介質(zhì)包括嵌入探頭中的電子電路。該電路最好包括一個EPROM。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，當(dāng)將探頭連接到母設(shè)備中時詢問電路，該母設(shè)備最好包括用于驅(qū)動探頭與/或根據(jù)從探頭到達(dá)的波確定音速的電路。
從而按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例提供了確定覆蓋有具有外表面的一層軟組織的一段骨骼中的音速的方法，包括確定第一超聲波沿從所述外表面回到所述外表面的第一路徑的第一行進(jìn)時間，該路徑包含所述骨段的至少第一部分；確定第二超聲波沿從所述外表面回到所述外表面的第二路徑的第二行進(jìn)時間，該路徑包含所述骨段的至少第二部分；確定第三超聲波沿從所述外表面回到所述外表面的第三路徑的第三行進(jìn)時間，該路徑包含所述骨段的至少第三部分；以及從所述三個確定的行進(jìn)時間中導(dǎo)出所述骨段中的所述音速。
最好，所述第一、第二與第三波中的至少兩個是用單個發(fā)射機(jī)同時生成的。
作為替代或附加，所述第一、第二與第三波中至少兩個是用單個接收機(jī)同時檢測的。作為替代或附加，所述第一、第二與第三波中至少兩個在生成時各具有基本上的相同的平均頻率。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述第一、第二與第三波中至少兩個在生成時各具有基本上不同的平均頻率。作為替代可附加，所述第一、第二與第三波中至少兩個在檢測時各具有基本上不同的平均頻率。
作為替代或附加，所述第一、第二與第三波中至少兩個在檢測時各具有基本上相同的平均頻率。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，各所述第一、第二與第三路徑包括軟組織部分及其中所述第一、第二與第三路徑中至少兩條在它們的軟組織部分的長度上具有至少20％的重疊。
作為替代或附加，各所述第一、第二與第三路徑包括軟組織部分及其中所述第一、第二與第三路徑中至少兩條在它們的軟組織部分的長度上具有至少30％的重疊。
作為替代，各所述第一、第二與第三路徑包括軟組織部分及其中所述第一、第二與第三路徑中沒有兩條超過它們的軟組織部分20％的長度的重疊。
作為替代或附加，各所述第一、第二與第三路徑包括軟組織部分及其中所述第一、第二或第三路徑?jīng)]有兩條超過它們的軟組織部分30％的長度的重疊。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述第一、第二與第三骨部分中至少兩部分在它們的長度上重疊至少20％。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述第一、第二與第三骨部分中至少兩部分在它們的長度上重疊至少40％。
作為替代或附加，所述第一、第二與第三骨部分中至少兩部分在它們的長度上重疊至少70％。作為替代，所述第一、第二與第三骨部分中沒有兩部分重疊超過它們的長度20％或以上。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述第一、第二與第三骨部分中沒有兩部分重疊它們的長度40％或以上。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述第一、第二與第三骨部分沒有兩部分重疊它們的長度70％或以上。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，該方法包括估算軟組織速度及其中導(dǎo)出所述音速包括用所述估算的軟組織速度導(dǎo)出所述骨速度。作為替代，該方法包括確定第四超聲波沿從所述外表面回到所述外表面的第四路徑的第四行進(jìn)時間，該路徑包含所述骨段的至少第四部分及其中導(dǎo)出所述音速包括也用該第四行進(jìn)時間導(dǎo)出骨速度。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，至少兩條所述聲波路徑在外表面上的幾何投影是平行的。作為替代，所述聲波路徑在外表面上沒有幾何投影是相互平行的。作為替代，所述聲波是由超聲元件生成與檢波的，及其中所述超聲元件是非共面的。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述外表面不平行于所述骨的外表面，而所述波行進(jìn)通過所述骨。作為替代或附加，導(dǎo)出包括解聯(lián)立方程組。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，該方法包括為多個骨段重復(fù)所述確定行進(jìn)時間及所述推導(dǎo)音速，以生成至少一部分骨的聲音骨速度圖。作為替代或附加，該方法包括為所述波通過所述骨的多種行進(jìn)方向重復(fù)所述確定行進(jìn)時間及所述導(dǎo)出音速，以生成至少一部分骨的方向性聲音骨速度圖。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了確定包含聲音骨速度、軟組織速度、所述軟組織的厚度及所述軟組織的外表面相對于骨的傾角的一組未知數(shù)中至少一個的方法，包括
確定至少三個超聲波沿所述骨的表面從所述表面行進(jìn)到所述骨及返回到所述表面的行進(jìn)時間；以及從所述三個確定的行進(jìn)時間中導(dǎo)出至少所述未知數(shù)之一。
最好，所述至少一個未知數(shù)包括軟組織速度。作為替代、該方法包括為至少一個所述未知數(shù)假設(shè)一個值。最好，所述假設(shè)未知數(shù)包括軟組織速度。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了用于聲音骨速度測定的探頭，包括至少四個超聲元件，其中至少一個包括發(fā)射機(jī)及其中至少一個包括接收機(jī)；以及控制所述至少一個發(fā)射機(jī)發(fā)射至少三個通過軟組織層到骨的超聲波的控制器，在所述三個波沿所述骨表面行進(jìn)之后該控制器通過所述至少一個接收機(jī)檢測所述三個波的至少相對行進(jìn)時間，以及該控制器從所述確定的至少行進(jìn)時間中導(dǎo)出聲音骨速度。
最好，所述至少四個超聲元件包括三個發(fā)射機(jī)及一個接收機(jī)。作為替代，所述至少四個超聲元件包括三個接收機(jī)與一個發(fā)射機(jī)。作為替代，所述至少四個超聲元件包括兩個接收機(jī)與兩個發(fā)射機(jī)。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述超聲元件不是全體共線的。作為替代，所述超聲元件是全體共線的。作為替代或附加，所有所述超聲元件是共面的。作為替代或附加，不是所有所述超聲元件是共面的。
作為替代或附加，所述探頭適應(yīng)于壓緊在軟組織的皮膚層上及其中所述超聲元件相對于所述層傾斜一個傾角。最好，所述傾角是根據(jù)預(yù)期的聲音骨速度確定的。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述至少三個超聲波是由單一發(fā)射機(jī)作為單一的波生成的，該波散射形成所述至少三個波。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了用于音速測定的探頭，包括至少兩個超聲元件，至少其中之一包括發(fā)射機(jī)及至少其中之一包括接收機(jī)；以及多個錯列的聲音阻擋物，它們明顯地衰減在所述探頭中所述發(fā)射機(jī)與所述接收機(jī)之間沿直線行進(jìn)的超聲波。
最好，所述探頭中所述至少一個發(fā)射機(jī)、所述至少一個接收機(jī)與所述阻擋物之間的容積中包括超聲衰減填料。作為替代或附加，所述探頭包括用于所述至少一個接收機(jī)與至少一個發(fā)射機(jī)的電屏蔽。作為替代或附加，所述探頭包括至少兩個附加的超聲元件，這些零件也是用所述阻擋物隔音的。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述探頭適應(yīng)于聲音骨速度測定的。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，將聲室定義為用所述至少的發(fā)射機(jī)與所述至少的接收機(jī)及要靠身體放置的平面為邊界的，其中所述聲室包括聲音衰減物質(zhì)。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了超聲探頭，包括至少兩個超聲元件，其中至少一個包括發(fā)射機(jī)及其中至少一個包括接收機(jī)；以及定義為用所述至少一個發(fā)射機(jī)及所述至少一個接收機(jī)與要靠身體放置的平面為界限的聲室，其中所述聲室包含聲音衰減物質(zhì)。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，超聲速度測定探頭中的超聲元件是包括在超聲元件格柵中的。
最好，所述探頭通過電掃描所述格柵掃描骨骼。作為替代或附加，所述超聲元件中至少一個包括相控陣列。最好，所述相控陣列的傾角是通過電控制所述相控陣列達(dá)到的。
作為替代或附加，所述探頭包括連接在所述探頭上的存儲裝置，其中所述探頭的標(biāo)定數(shù)據(jù)存儲在所述存儲裝置中。最好，所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括超聲元件之間的至少一個距離。作為替代或附加，所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括超聲元件的至少一個垂直位移。作為替代或附加，所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括兩個所述超聲元件之間的路徑的至少一個垂直位移。作為替代或附加，所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括晚關(guān)閉時間，在它以后忽略所接收的波。作為替代或附加，所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括在至少一個所述超聲元件與使用中所述探頭壓在上面的表面之間的探頭部分的音速。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了排斥聲音骨速度探頭中的寄生信號的方法，包括檢測表面上在信號行進(jìn)通過一部分骨之后從發(fā)射機(jī)到達(dá)接收機(jī)的信號；以及如果所述信號在預(yù)定時限之后到達(dá)，排斥與并不行進(jìn)通過骨骼的波關(guān)聯(lián)的所述信號。
最好，如果所述信號在第二時限之前到達(dá)，便排斥所述信號。作為替代或附加，所述預(yù)定時限是根據(jù)該探頭的標(biāo)定確定的。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了存在著基本上只通過軟組織行進(jìn)的波時，檢測來自骨的超聲波的到達(dá)的方法，包括獲取表示所述骨波與所述軟組織波的信號；以及分析所述信號來檢測所述信號中至少一個頻率中的幅度改變，這些改變是與來自所述骨的所述波關(guān)聯(lián)的。
最好，所述分析包括當(dāng)來自骨的波到達(dá)時確定信號幅度中的明顯增加。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了在存在基本上只通過軟組織行進(jìn)的波時檢測來自骨的超聲波的到達(dá)的方法，包括在第一接收機(jī)上獲取表示所述骨波與所述軟組織波的信號；在第二接收機(jī)上獲取表示所述骨波與所述軟組織波的信號；以及將兩個信號關(guān)聯(lián)來檢測來自所述骨的波的到達(dá)。最好，所述關(guān)聯(lián)是根據(jù)所述波的生成執(zhí)行的。最好，所述關(guān)聯(lián)是根據(jù)所述波的預(yù)期的到達(dá)時間窗口執(zhí)行的。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了聲音骨速度測定的方法，包括將聲音骨速度探頭壓在軟組織層的表面上并且不平行于下面的骨表面；發(fā)射至少一個波到所述骨表面及從所述骨表面接收到少兩個波，其中所述接收的波不是從所述表面發(fā)射的；測定各所述接收的波的行進(jìn)時間；以及從所述測定的行進(jìn)時間導(dǎo)出所述聲音骨速度。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了聲音骨速度測定方法，包括將聲音骨速度探頭壓在軟組織層的表面上并且不平行于下面的骨表面；從所述探頭發(fā)射至少一個波到所述骨表面及從所述骨表面接收至少兩個波，其中波是從探頭中的位置發(fā)射與接收的，該發(fā)射與接收位置是不共面的；測定各所述接收的波的行進(jìn)時間；以及從所述測定的行進(jìn)時間中導(dǎo)出所述聲音骨速度。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例提供了聲音骨速度測定方法，包括將聲音骨速度探頭壓在軟組織層的表面上并且不平行下面的骨表面；發(fā)射至少一個波到所述骨表面及從所述骨表面接收至少兩個波，其中這些波連接在探頭中至少三個位置上，各所述位置為發(fā)射位置或接收位置，及其中至少一對連接的位置不與任何其它連接的位置對共線；測定各所述接收的波的行進(jìn)時間；以及從所述測定值中導(dǎo)出所述聲音骨速度。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了聲音骨速度測定方法，包括發(fā)射至少一個超聲波到骨，該波沿該骨的表面行進(jìn)；接收所述波；以及分析所述接收的波中的特定頻率的行進(jìn)時間，其中所述特定頻率是與骨的皮層的預(yù)期厚度相關(guān)的。
最好，所述波是作為所述特定頻率上的窄帶波發(fā)射的。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了標(biāo)定具有包含至少一個發(fā)射機(jī)與一個接收機(jī)的多個超聲元件的探頭的方法，包括將所述探頭耦合到具有第一已知音速的板上并測定至少兩對所述超聲元件之間的第一多個行進(jìn)時間；
將所述探頭耦合到具有第二已知音速的板上并測定至少兩對所述超聲元件之間的第二多個行進(jìn)時間；以及從所述行進(jìn)時間中確定所述超聲元件對之間的至少兩個距離。
最好，確定包括確定至少一個所述元件對的至少一個平均垂直位移。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了標(biāo)定具有包含至少一個發(fā)射機(jī)與一個接收機(jī)的多個超聲元件的探頭的方法，該方法包括將所述探頭耦合在具有第一已知音速的板上并測定至少兩對所述超聲元件之間的第一多個行進(jìn)時間；將所述探頭耦合在具有第二已知音速的板上并測定至少兩對所述超聲元件之間的第二多個行進(jìn)時間；以及從所述行進(jìn)時間中確定至少一個所述元件對的至少一個平均垂直位移。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述多個超聲元件包括至少四個超聲元件。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了用于聲音骨速度測定的探頭，包括至少兩個超聲元件，其中至少一個包括發(fā)射機(jī)及其中至少一個包括接收機(jī)；以及連接在所述探頭上的存儲裝置，其中所述探頭的標(biāo)定數(shù)據(jù)存儲在所述存儲裝置上，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括兩個所述超聲元件之間的路徑的至少一個垂直位移。
按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例還提供了用于聲音骨速度測定的探頭，包括至少兩個超聲元件，其中至少一個包括發(fā)射機(jī)及其中至少一個包括接收機(jī)；以及連接在所述探頭上的存儲裝置，其中所述探頭的標(biāo)定數(shù)據(jù)存儲在所述存儲裝置上，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括晚關(guān)閉時間，忽略在它之后接收的波。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括超聲元件之間的至少一個距離。作為替代或附加，所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括至少一個超聲元件的垂直位移。作為替代或附加，所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括在至少一個所述超聲元件與所述探頭在使用中壓在上面的表面之間的探頭的一部分的音速。
附圖的簡要描述通過參照下面結(jié)合附圖的其較佳實(shí)施例的描述，將更清楚地理解本發(fā)明，其中出現(xiàn)在一個以上的圖中的相同結(jié)構(gòu)、元件或部件、在它們所出現(xiàn)的所有圖中都用相同或相似的數(shù)字標(biāo)記，附圖中

圖1示意性地示出按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例，音速確定測定值的各種變量；圖2示出按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的用于聲音骨速度測定的裝置；圖3為利用壓電換能器陣列的本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意性圖4為圖3的陣列的示意性圖，示出換能器到控制與信號處理元件的連接；圖5示出按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例使用相控陣列聲音探頭；圖6與圖7示出超聲元件傾斜在按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的探頭的操作特征上的效應(yīng)；圖8為按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的探頭的示意性剖面圖；圖9示出按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的圖8的探頭的超聲元件；圖10示出不平行的骨表現(xiàn)之間的負(fù)面交互作用及超聲測定來自骨的反射的一種方法；圖11示出按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例不平行骨表現(xiàn)在測定方法上的效應(yīng)；圖12為人骨的部分示意性剖面圖；以及圖13為示出物體的厚度與沿其表面的超聲波速度之間的關(guān)系的曲線。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述圖1示出了簡化的情況，其中要通過介入的軟組織層22測定骨18的聲音的骨速度。用超聲元件201(發(fā)射機(jī))生成超聲波及用超聲元件202(接收機(jī))檢波。在兩個超聲元件之間存在超聲波能且真正采用的許多路徑。然而，各路徑具有不同屬性。具體地，一條路徑是最快的路徑。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，最快路徑包含骨段。
將φ定義為連接兩個超聲元件的線與平行于骨18的表面的線之間的夾角。將h定義為超聲元件與骨18之間的平均距離。定義軟組織22的表面的皮膚20通常與探頭250平接?？紤]其中φ≠0的配置，元件201與202分別位于位置205’與209’上，(縱波的)三條主路徑是(a)沿軟組織的22表面從元件201到文件202的直接路徑。
(b)在位置210’上從骨18反射出波的路徑。
(c)通過軟組織從位置205’行進(jìn)到骨18上第一位置206’，在位置206’上進(jìn)入骨18，沿骨18的上層行進(jìn)到第二位置207’然后從骨中出來并通過軟組織行進(jìn)到位置209’的路徑。
A．只通過軟組織表面的聲波傳播這一波行進(jìn)通過軟組織22沿軟組織22的表面層從發(fā)射機(jī)位置205’到接收機(jī)位置209’。在許多情況中，該波將實(shí)際上沿皮膚20與/或沿用來耦合超聲元件到軟組織22上的聲音油脂行進(jìn)。聲波以軟組織音速VS上行進(jìn)通過軟組織22，VS大約為1540 m/s。
用下列表達(dá)式確定波從發(fā)射機(jī)201行進(jìn)到接收機(jī)202的聲音傳播時間T205′-209′=A205′-209′VS------(4)]]>其中A205’-209’為發(fā)射機(jī)201與接收機(jī)202之間的距離。
B．聲波通過骨反射從發(fā)射機(jī)傳播到接收機(jī)這一波通過軟組織22從發(fā)射機(jī)位置205’行進(jìn)，在反射位置210’上從骨18的表面反射到達(dá)接收機(jī)位置209’上的接收機(jī)202。
這一波的傳播時間在用下面的表達(dá)式確定的T205′-210′-209′=A205′-210′-209′VS------(5)]]>其中A205’-210’-209’是從位置205’到反射位置210’然后到接收位置209’的路徑長度。距離A205’-210’-209’取決于軟組織22的厚度h與角φ。由于這一路徑長于“A”中描述的直接路徑，如果兩條路徑的軟組織速度相等，則T205’-210’-209’＞T205’-209’。
C．聲波從發(fā)射機(jī)通過軟組織沿骨表面到接收機(jī)的傳播用軟組織聲音速度VS與骨聲音速度VB之間的比定義臨界角γsinγ=VSVB------(6)]]>其中VB＞VS。
這一波行進(jìn)通過軟組織22從位置205’到達(dá)骨18的表面上的第一位置206’；然后該波在相對于骨18的表面的垂線的第一角度上進(jìn)入骨18，沿骨18的表面從第一位置206’傳播到第二位置207’，在第二角度上從骨18出來，然后行進(jìn)通過軟組織22直到它到達(dá)接收機(jī)位置209’。
如在光學(xué)中眾所周知的，包含骨在內(nèi)的位置205’與209’之間的最快路徑確定第一角與第二角為臨界角。如果不存在這一路徑，類型B的路徑更快。應(yīng)理解，如果超聲波是作為聚焦束發(fā)射的，基本上束的所有能量都導(dǎo)向在骨上，類型A的路徑在理論上快于類型C的路徑。
可使用兩種方法之一確定類型C的波的行進(jìn)時間。第一，在下面描述的能肯定檢測到的波是類型C的波而不是類型B或A的波的情況下，可測定行進(jìn)的持續(xù)時間。此外，行進(jìn)時間可作為其它定義的或?qū)С龅淖兞康暮瘮?shù)計算出。將行進(jìn)時間分割成分量是有用的T205’-206’-波從發(fā)射機(jī)位置205’(在軟組織22中)行進(jìn)到位置206’的時間；
T206’-207’-波沿骨18的表面從位置206’行進(jìn)到位置207’的時間；以及T207’-209’-波(在軟組織22中)從位置207’行進(jìn)到接收機(jī)位置209’的時間。
從而，總行進(jìn)時間是Ttotal=T205’-206’+T206’-207’+T207’-209’(7)用參照數(shù)字A212’-213’表示路徑205’-206’-207’-209’在平行于骨19的線上的投影，此后用這一參照數(shù)字作為投影的長度。用參照數(shù)字A205’-211’表示從位置205’到骨18(在位置211’上)的垂直距離。距離A205’-212’是位置205’與209’之間的垂直距離的一半。A205’-212’與A205’-211’可確定如下A205-211=h-A212-2132sinφ]]>A205-212=h-A212-2132sinφ------(8)]]>發(fā)射機(jī)位置205’與第一位置206’之間的距離(即A205’-206’)可確定如下205′-206′=h-A212′-213′2sinφcosγ----(9)]]>相應(yīng)的，T205’-206’可確定如下T205′-206′=h-A212′-213′2sinφVS·cosγ---(10)]]>T207’-209’可用下式確定T207′-209′=h+A212′-213′2sinφVS·cosγ----(11)]]>而T206’-207’用下式確定T206-207=A212-213VBcosφ-2htan(γ)VB------(12)]]>因此，Ttotal可按照下式計算Ttotal=2hcosγVS+A212-213VBcosφ------(13)]]>在本發(fā)明的較佳實(shí)施列中，在不同條件下進(jìn)行多個Ttotal的測定，以便生成一組方程，其中VS、VB、φ與h是依賴于Ttotal的多個測定值的(γ是VS與VB的直接函數(shù)，因此不將它作為單獨(dú)變量對待)。在本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例中，一或多個上述應(yīng)變數(shù)可以估算，從而簡化方程并需要較少的Ttotal測定值。
圖2示出按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的適用于這種多次測定的超聲測定系統(tǒng)260。系統(tǒng)260包含具有4個超聲元件(最好兩個發(fā)射機(jī)251與252及兩個接收機(jī)253與254)的探頭250。最好，超聲元件包括壓電陶瓷換能器。如能理解的，在這一探頭中可定義4個不同換能器對，各為上述聯(lián)立方程組提供一個獨(dú)立的Ttotal測定值。在其它配置中，發(fā)射機(jī)與/或接收機(jī)的數(shù)目可以不同。作為附加或替代，至少一個超聲元件既可用作發(fā)射機(jī)又可用作接收機(jī)。在一個示范性實(shí)施例中，一個發(fā)射機(jī)與三個接收機(jī)配合，從而只定義三條波路徑。解四個未知數(shù)的四個方程所要求的第四條路徑是通過為未知變量之一估算一個值來消除的。作為替代，單個接收機(jī)可與三個發(fā)射機(jī)配合。作為附加或替代，可定義額外路徑(數(shù)目大于變量/方程數(shù))來提供聲音骨速度的更可靠的估算。
系統(tǒng)260最好包含耦合在第一發(fā)射機(jī)251上的第一高壓短脈沖驅(qū)動器256A及耦合在第二發(fā)射機(jī)252上的第二高壓短脈沖驅(qū)動器256B。電壓驅(qū)動器最好將來自控制器258的信號轉(zhuǎn)換成具有300V峰值電壓的高壓信號。系統(tǒng)260最好包含第一與第二信號處理器257A、257B。此外，有些信號處理可由控制器258執(zhí)行。各信號處理器257A、257B最好包含放大器及變壓裝置。信號處理器257A耦合在接收機(jī)253上而信號處理器257B耦合在接收機(jī)254上。控制器258耦合在第一與第二高壓短脈沖驅(qū)動器256A、256B及第一與第二信號處理器257A、257B上。控制器258最好調(diào)節(jié)聲波的發(fā)射、接收與/或初步處理。計算機(jī)259最好耦合在控制器258上用于進(jìn)一步處理從控制器258接收的信息與/或控制控制器258。計算機(jī)259最好將測定結(jié)果與/或患者信息與/或其它信息存儲在本機(jī)存儲器中，最好是數(shù)據(jù)庫中。作為附加或替代，計算機(jī)259可利用有線、無線與/或計算機(jī)可讀介質(zhì)發(fā)送與/或接收來自遠(yuǎn)程位置的信息。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，利用存儲的結(jié)果將同一患者的特定測定值與不同時間與/或不同體位與/或探頭朝向上的其它測定值比較。作為附加與替代，存儲的結(jié)果可用作不同人群的基線。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，以下述方式使用系統(tǒng)260。作為骨速度測定過程的第一步，在皮膚表面20上施加聲音油脂，最好是水基聲耦合凝膠、硅酮凝膠與/或礦物油。然后將探頭250放在聲音油脂上。測定過程之前最好用測試測定確定骨骼實(shí)際上在探頭的視野中與/或已選擇了適當(dāng)?shù)奶筋^尺寸。
通過在發(fā)射機(jī)251與252之一或兩者上生成超聲波來啟動波的傳播時間的多次測定。如果同時激勵兩個發(fā)射機(jī)，它們最好利用不同波長，以便有可能在接收機(jī)253與254上確定是哪一個發(fā)射機(jī)激發(fā)的超聲波。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，發(fā)射的波具有非?？斓纳仙龝r間，例如20 ns。作為附加或替代，波具有適度的持續(xù)時間，例如0.5μs。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，使上升時間盡可能短，以便提高檢測從骨接收的第一超聲波的時間精度。最好波的持續(xù)時間充分地短使得在連續(xù)的測定之間探頭與測定的組織松馳與/或使發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的任何聲波消失。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)251與252發(fā)射最好集中在1.25MHz附近的寬帶脈沖。應(yīng)指明由于波在骨中行進(jìn)的距離是短的，盡管高頻聲波在骨中衰減較高，高于在先有技術(shù)中使用的頻率的頻率是實(shí)用的。通常，較高的頻率比較低的頻率給出更精確的結(jié)果。從而，在本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例中使用較高頻率，例如2.5、10或甚至20MHz。通常接收機(jī)檢測到的第一個波是主要包含在特定配置中行進(jìn)最快的頻率分量的窄帶波。從而可使用單一寬帶發(fā)射的波。這一波包括多個頻率，軟組織與骨的濾波性質(zhì)自動選擇最適當(dāng)?shù)念l率。如下所述，可用最快頻率的識別來確定骨的某些其它特征，例如皮質(zhì)的厚度。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，測定四個行進(jìn)時間即T251-253、T251-254、T252-253及T252-254。術(shù)語Ax-y用來表示點(diǎn)x與點(diǎn)y之間的距離。當(dāng)x與y是超聲元件時，該距離便是元件之間的距離。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，行進(jìn)時間是通過檢測激勵了一或兩個發(fā)射機(jī)之后到達(dá)超聲接收機(jī)的第一超聲波測定的。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，定義檢測到的波必須通過的噪聲幅度閾值。最好該噪聲閾值是特定探頭與/或特定接收機(jī)、發(fā)射機(jī)與/或接收機(jī)/發(fā)射機(jī)對的特征。作為附加或替代，噪聲閾值可在激勵發(fā)射機(jī)之前通過測定噪聲級來確定。最好，為每一次測定定義時窗。下面描述測定行進(jìn)時間的其它方法。作為附加或替代，可以使用本技術(shù)中已知的其它行進(jìn)時間測定法。根據(jù)上面討論的方法學(xué)，相對于圖1及利用系統(tǒng)260的各種已知值與未知數(shù)及利用測定的行進(jìn)時間，可以建立下列方程對于第一行進(jìn)時間T251-253VB·T251-253-2K1tan(γ)=A251-253·cosφ----(14a)]]>K1=h-A251-254-A251-2532·sinφ]]>對于第二行進(jìn)時間T252-254VB·T252-254-2K2tan(γ)=A252-254·cosφ]]>K2=h+A251-254-A252-2542·sinφ]]>對于第三行進(jìn)時間T251-254VB·T251-254-2htan(γ)=A251-254·cosφ------(15)]]>
對于第四行進(jìn)時間T252-253VB·T252-253-2htan(γ)=(A251-253+A252-254-A251-254)·cosφ---(16)]]>從而產(chǎn)生利用四個未知數(shù)(VB、VS、h與φ)的四個方程。如果估算這些未知數(shù)之一，例如通過估算軟組織速度為1540 m/s，只需要為三個未知數(shù)解三個方程。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，為各未知數(shù)解這些方程。如能理解的，可以以脫機(jī)方式執(zhí)行某些解法，從而可以生成適當(dāng)?shù)能浖渲袑y定值簡單地插入軟件中來發(fā)現(xiàn)一或多個未知數(shù)的值。作為替代或附加，一些解法可提出特定的算法構(gòu)造。作為附加或替代，也可使用本技術(shù)中已知的其它解法，例如，迭代法。
為h解方程(16)h=VB·T251-254·tan(γ)2-A251-254·tan(γ)2·cosφ---(17)]]>利用方程(15)與(16)解出φcosφ=VB·(T251-254-T252-253)2A251-254-A251-253-A252-254----(18)]]>將方程(17)與(18)作為在方程(14a)與(14b)上，得出 例如，通過將VS定義為VB的函數(shù)，利用一個方程相對于其它變量定義一個變量，然后將結(jié)果應(yīng)用在其它方程中產(chǎn)生只有VB作為變量的單一方程等，可以解這些方程。在一個實(shí)例中，利用方程(19)將VS確定為VB的函數(shù)。Vs2=(A251-254-A251-253)2(A251-254-A251-253)2VB2+M-]]>VB2(A251-254-A251-253)2VB2+M•(A251-254-A251-253)2•(T252-253-T251-254)2(2A251-254-A251-253-A252-254)2------(21)]]>M=[(T251-254-T251-253)+(A251-254-A251-253)(T252-253-T251-254)2•T251-254-A251-253-A252-254]2------(22)]]>(A251-254-A251-253)2•(T252-253-T251-254)2(2•A251-254-A251-253-A252-254)2]]>然后可以從方程(20)確定VB。應(yīng)理解上述方程組是用于解出所有四個未知數(shù)的。然而，有可能改寫上述方程，只有用于直接依賴于測定的行進(jìn)時間的骨速度的一個方程。此外，應(yīng)理解方程21可用軟組織速度的估算來替代。
在本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例中，可以用這里所描述的超聲測定以外的不同方法估算上述四個變量中的一個或多個。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，是用從皮膚到骨的距離的超聲范圍測定估算h的。作為附加或替代，可使用X射線成象估算h。
作為附加或替代，可用X射線成象估算φ。作為附加或替代，可通過執(zhí)行兩次測定h(在探頭250每一側(cè)上一次)來估算φ。作為附加或替代，可通過擺動探頭250將φ設(shè)定為零，并在將φ確定為零時的執(zhí)行測定。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，如果從探頭上的隔開的點(diǎn)到下面的骨上的兩次距離測定確定相同的傳播時間，便可將φ確定為零。
作為附加或替代，可用三角測量法計算軟組織速度，例如在WO97/13145中所描述的，通過引用將其公開結(jié)合在此。在這一PCT申請的方法中，通過軟組織的路徑的三角形的兩邊是從骨反射的波產(chǎn)生的。第三邊是由兩個換能器之間的距離形成的。利用三邊或兩邊與一個已知角(通常是90度)，假定軟組織速度對所有三邊都相同并且已知沿兩邊的行進(jìn)時間，便可以將軟組織速度表示為已知的行進(jìn)時間與兩發(fā)射機(jī)之間的距離的函數(shù)。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，軟組織速度是沿與按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的波的路徑重疊的路徑測定的。應(yīng)理解測定的軟組織速度是脂肪與肌肉中的速度的平均值。接近骨骼的層通常包含更多肌肉，其中的速度可比脂肪組織中高10％。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，重復(fù)數(shù)次上述測定并取平均值，以便減少噪聲效應(yīng)。作為附加或替代，測定比要求的數(shù)目更多的路徑。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，這導(dǎo)致一組超定方程，其解法是本技術(shù)中已知的。
在上面的討論中應(yīng)理解各測定路徑是與其它測定路徑無關(guān)的。從而，不要求存在路徑之間的重疊。此外，不要求換能器是共線或者甚至是共面的。應(yīng)理解如果超聲元件并不全都在同一平面上，對于所有的對，由一對超聲元件定義的路徑的有效“h”將不相同。因此，如下所述，可確定每一條路徑的有效“h”的校正值。從而，在為特定路徑解上述方程時，各路徑使用不同的“h”值。作為替代或附加，可使用高度校正常數(shù)。作為替代或附加，如果獲取了足夠的路徑行進(jìn)時間測定值，便可確定高度校正值。
然而通常希望路徑之間的大程度重疊，以便減小由不同身體部件的聲音性質(zhì)變化引起的誤差。這一可變性的一個主要成因在于骨骼不是構(gòu)造相同的物質(zhì)。反之，骨包括多層，各具有不同的硬度(和聲音速度)。這些層的厚度與組分可沿骨的長度變化。此外，骨通常包括縱向與徑向區(qū)段，各有不同的硬度與音速特征。在一些情況中這些特征劇烈變化而在其它情況中存在漸變。此外，骨通常包括在不同的方向上呈現(xiàn)不同聲學(xué)性質(zhì)的各向異性物質(zhì)。各向異性質(zhì)量的程度與/或方向可作為骨的深度的函數(shù)變化。最好，用按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的系統(tǒng)在不同方向與/或沿主要徑向與/或軸向范圍掃描骨的主要部分。
為了正確比較兩個不同測定時期導(dǎo)出的兩種骨聲音速度結(jié)果，必須在骨的同一部分上執(zhí)行兩次測定。具體地，沿骨的縱軸的位置精度在諸如脛骨等長骨中最好應(yīng)在5毫米的數(shù)量級上。使用諸如用永久性標(biāo)記標(biāo)記位置等常規(guī)定位方法容易達(dá)到這一精度。然而，由于骨的結(jié)構(gòu)，橫向定位精度最好應(yīng)在數(shù)百微米的數(shù)量級上。由于達(dá)到這一精度是困難的，最好至少在橫向朝向的一定角范圍內(nèi)用探頭并測定多個骨聲音速度。將最大或最小測定值用作參考值，供在其它時間中與骨聲音速度測定值進(jìn)行比較。作為附加或替代，骨18的聲音速度是從垂直于骨軸線的平面上的若干方向上測定的，由于骨18的皮質(zhì)通常具有若干不同區(qū)段，各區(qū)段具有不同硬度與聲音速度。在下面描述的格柵實(shí)施例中，最好利用格柵裝置來確定測定相對于骨的軸的切向定位與/或朝向。最好用這一格柵裝置同時成象該骨。
應(yīng)理解對于諸如脊椎骨等一些骨，測定較軟的區(qū)段可能比測定較硬的區(qū)段更實(shí)際，從而搜索最小的速度。測定的最小速度通常表示在最軟區(qū)段中的行進(jìn)。在以后日期上找到的測定的最小速度也是在最軟區(qū)段中，從而在同一橫向位置(同一區(qū)段)上重復(fù)速度測定。
作為附加或替代，利用所獲取的速度測定值來構(gòu)筑骨18的橫向與/或軸向速度輪廓圖，它對于骨結(jié)構(gòu)分析是有用的。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，將探頭250定向成避免跨在諸如大血管等主要身體結(jié)構(gòu)上。在本發(fā)明的較佳實(shí)施列中，大血管是通過確定血液反射的超聲波的頻譜中的多普勒頻移檢測到的。作為附加或替代，使超聲束明顯寬于這些結(jié)構(gòu)，從而減少與/或平均掉它們的效應(yīng)。
使用上述方法波在骨中傳播的最小要求距離可短到5、3、2或甚至1毫米。應(yīng)區(qū)別若干分辨率參數(shù)測定的骨段的軸向與徑向放置精度；測定的骨段的長度；以及在單次測定中將測定區(qū)移動小量的精度。另一重要分辨率參數(shù)是速度測定值本身的精確性。應(yīng)理解采用下面描述的格柵類型探頭，能增進(jìn)這些分辨率中一或多個。
發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的較佳距離取決于軟組織厚度。使用這里描述的方法，相對地不均勻的骨骼的高分辨率映象是可能的。例如，諸如脊椎骨內(nèi)的骨、腕中的小骨及靠近關(guān)節(jié)的骨部分。此外，有可能在縱與橫兩個方向上測定骨速度，由于測定的骨段的長度可以非常短，即使相對于骨的半徑也一樣。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，將探頭制成彎曲的。最好將曲線的半徑選擇成與下面的骨的預(yù)期半徑符合。
最小的要求的骨路徑段的小尺寸使之有可能利用本發(fā)明實(shí)施例以高空間分辨率掃描。例如，為了測定牙冠的一部分中的音速，可使用10 MHz超聲脈沖。由于超聲的高頻，探頭尺寸可在3毫米的數(shù)量級上而分辨率要好于1毫米。
在本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例中骨速度的單次測定是在只有1.5毫秒長的時段上進(jìn)行的，這比大多數(shù)身體節(jié)奏要快得多。沿著身體節(jié)奏過程的幾個測量可以用于測量身體節(jié)奏對測量的反應(yīng)。在一些情況中，身體節(jié)奏在確定路徑與/或軟組織速度改變中增加不確定性。作為替代或附加，希望測定的是身體節(jié)奏在VS、VB。φ或h上的效應(yīng)。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，執(zhí)行40次單一測定并在大約100 ms的時段上平均。作為估算的骨速度提出平均值。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，分析這些測定值來確定它們的分布與/或檢驗內(nèi)部一致性。平均映象時間通常包含在骨周邊周圍大約100-200點(diǎn)上測定音速。
作為替代采用寬帶發(fā)射波，可使用單一頻率脈沖波，由于在本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例中，所分析的波的唯一方面是波的第一次接收的時間。作為替代，采用更復(fù)雜的波形或脈沖及分析所接收的波。應(yīng)理解可以按任何次序也可同時執(zhí)行上述過程的發(fā)射與接收步驟。最好，將不同頻率用于各波。作為替代或附加，定時這些脈沖以便使兩個脈沖一起到達(dá)單一接收機(jī)。
最好將上面參照圖2描述的四元件探頭構(gòu)成為小于100毫米長，小于50毫米長更好并且在一些較佳實(shí)施例中小于3毫米長。在本發(fā)明的特定較佳實(shí)施例中，探頭是22毫米長。由于對這種探頭的非常高的精確度要求，最好用在15-40℃的溫度范圍中基本上不膨脹或收縮的材料構(gòu)成探頭體與/或結(jié)構(gòu)元件與/或填充物質(zhì)與/或隔離元件。這些材料通常包括從15℃加熱到40℃時膨脹的材料與從15℃加熱到40℃時收縮的材料的混合物。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，超聲元件之間的距離是為一定的預(yù)期軟組織深度優(yōu)化的。從而，典型的工作系統(tǒng)包括若干探頭，各適用于不同的深度范圍。如下所述，探頭連接器可包含其類型的電指示。作為替代，采用下面描述的單個格柵型探頭。
通常，不將探頭構(gòu)成到各超聲元件之間的距離的絕對精度。反之，用近似0.1毫米的精度構(gòu)成探頭，而元件之間的精確距離是用人體模型測定的。將具有好于2μm的典型精度的測定結(jié)果存儲在計算機(jī)259中供在下面更詳細(xì)地描述的速度測定中使用。這一人體模型最好包含塑料圓柱體，該圓柱體具有帶嵌入在塑料內(nèi)的沿其軸形成的臺階的圓柱形金屬核心。各臺階對應(yīng)于覆蓋金屬核心的塑料的不同已知深度。當(dāng)用探頭測定人體模型時，最好將音速測定方程倒過來，使得探頭的超聲元件之間的距離成為已知深度與音速及測定的行進(jìn)時間的函數(shù)。作為對使用這一人體模型的替代或附加，可使用具有已知音速的硬板直接測定發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的傳播時間。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，物質(zhì)中的音速溫度相關(guān)性也是已知的。板的厚度最好至少20 mm，以便長于波長及延遲從板-空氣邊界的反射。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，利用兩塊具有不同已知音速的板用于標(biāo)定。在各板中，至少測定發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的對之間的三個波的行進(jìn)時間。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，不測定發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的內(nèi)部對之間的行進(jìn)時間。在超聲骨速度測定期間，最好也不測定這一內(nèi)部對。兩塊板與各板中的三個測定值產(chǎn)生6個獨(dú)立方程。從這些方程中可標(biāo)定6個變量。這些變量最好是超聲元件之間的三個距離及超聲元件從測定板的三個平均高度，即分隔超聲元件與板的聲室的有效厚度(下面描述)。各平均高度表示可用在表示在特定發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對之間的波的行進(jìn)的方程中的平均高度。作為對兩塊板中的三個測定值的替代，可以在其它數(shù)目的板中執(zhí)行其它數(shù)目的測定來產(chǎn)生一組用于標(biāo)定的要求的方程。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，可以機(jī)械地配置探頭以便匹配特定的測定情況。這些配置可包含改變超聲元件之間的距離與/或它們的傾斜角。最好在超聲元件被正確地定位與固定在位之后，最好通過如上所述測定板中的行進(jìn)時間確定它們的精確位置。
現(xiàn)在參見圖3、圖4與圖5，其中示出對于掃描跨越諸如臂等人體的部分448有用的進(jìn)一步實(shí)施例的特性。
在這一實(shí)施例中，將由超聲發(fā)射機(jī)/接收機(jī)單元450的陣列構(gòu)成的探頭裝置放置在或包卷在分區(qū)448周圍或構(gòu)成軟保護(hù)套樣元件460。陣列450的單元最好用壓電材料構(gòu)成，諸如壓電塑料或陶瓷。陣列450通常以諸如用聲音耦合油脂等標(biāo)準(zhǔn)方式聲學(xué)耦合在分區(qū)448上。
通常如圖4中所示，將陣列450的各單元的輸入與輸出引線連接在模擬矩陣多路復(fù)用器451上，后者又依次連接在驅(qū)動器452及信號處理單元454上。通常通過微處理器455控制驅(qū)動器452與單元454。
多路復(fù)用器451使陣列450的各單元能單獨(dú)訪問并可進(jìn)行操作以便將各單元定義為接收機(jī)、發(fā)射機(jī)/接收機(jī)或不活躍的。
由于通過骨18的長路徑導(dǎo)致的衰減，在先有技術(shù)方法中單個地使用陣列450的單元可能對于構(gòu)成超聲換能器太小。因此，將要求的位置中的陣列450的多個單元或組電氣地或可選擇地定義為超聲元件。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，如這里所描述的，陣列450的各單元是獨(dú)立的超聲元件。作為替代，將單元組定義為換能器，如先有技術(shù)中所示。然而，當(dāng)這樣定義組時，最好使用下面描述的較佳操作模式之一。
操作的第一較佳方法為選擇近似于上述實(shí)施例的功能性的單元與單元組。從而能達(dá)到發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的最佳布置而無須移動超聲元件與/或探頭。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，使用兩步方法來確定作為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的陣列450的配置。如上所述，本發(fā)明的較佳實(shí)施例采用為探頭與骨18之間的特定軟組織厚度優(yōu)化的探頭。使用陣列450成象骨18便有可能在骨速度測定之前確定下面的軟組織22的厚度。A，按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的最佳配置元件陣列的方法包括(a)確定下面的軟組織22的厚度；以及
(b)將陣列450配置成在它們之間具有最佳距離的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)與發(fā)射機(jī)/接收機(jī)，它們是根據(jù)確定的軟組織22的厚度計算的。
厚度可用飛行時間法估算，它假設(shè)軟組織速度1540 m/s。作為替代或附加，執(zhí)行若干預(yù)測來確定所要求的骨骼徑長度與/或測定的其它參數(shù)。
操作的較佳方法通過操作陣列450的不同單元而不是物理地移動包含多個超聲單元的單元來映象骨與軟組織。從而，能夠測定不同位置上與不同方向上的骨速度而無須物理地移動該裝置。
圖5示出多元件探頭250’，包含至少一個細(xì)分的元件287，它是細(xì)分成“n”個子元件的。探頭250’最好包括“M”個元件，各個都可以細(xì)分。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，用波的預(yù)定相移驅(qū)動這“n”個子元件，以便生成具有要求的諸如方向與聚焦的特征的束。使用上述格柵元件，便有可能在方向A上在骨表面上重新定位測定區(qū)而無須移動探頭250’。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，使用單個格柵型成象探頭用于成象、軟組織速度測定與/或骨速度映象。在某些情況中，對于各種類型的測定可使用不同的測定方案。作為替代可附加，兩種不同的測定方法可以測定單一性質(zhì)，諸如骨速度或軟組織速度。
最好，將發(fā)射機(jī)與/或接收機(jī)定向成優(yōu)先發(fā)射與/或接收在估算的臨界角上的它們的波。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，超聲波是作為錐束發(fā)射的。作為替代或附加，這些波是聚焦在到達(dá)骨的估算的或測定的距離上的，最好是沿預(yù)期這些波所行進(jìn)的(要求的)路徑。
已知超聲在純皮層的骨中的速度為近似3000 m/s-4700 m/s(對應(yīng)于大約19°-31°的臨界角)，而在帶有皮層骨的薄的表面層的分隔帶骨中的速度為近似1650 m/s-3000 m/s(對應(yīng)于大約31°-69°的臨界角)。
圖6與圖7示出超聲元件傾斜角在按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的探頭的工作特征上的效應(yīng)。最好根據(jù)超聲元件的所要求的波長特征選擇第一與第二發(fā)射機(jī)251、252的寬度及第一與第二接收機(jī)253、254的寬度，并相對于水平面確定發(fā)射機(jī)251、252與/或接收機(jī)253、254的傾斜角。作為發(fā)射機(jī)251、252與/或接收機(jī)253、254的傾斜的后果，在傾斜的發(fā)射機(jī)251、252與/或接收機(jī)253、254下方定義了區(qū)276。區(qū)276也稱作聲室。區(qū)276可用液體或諸如硅橡膠等彈性物質(zhì)填充，例如美國通用電氣公司生產(chǎn)的RTV630硅橡膠或英國Robner生產(chǎn)的EL-11OH聚氨基甲酸酯橡膠或諸如Polymer Gvulot生產(chǎn)的U146A硬聚氨基甲酸酯及鏈狀膨脹劑等相對硬的物質(zhì)。最好選擇包含聲音速度、聲阻擋與聲吸收中一或多個的區(qū)276的聲學(xué)參數(shù)，以便優(yōu)化探頭250的不同特征。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，探頭250包含至少一個阻擋元件265(示出在圖6與7中)，它最好是聲衰減器。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，阻擋元件用來延遲與/或衰減行進(jìn)通過探頭本身的超聲波。通常將波沿其行進(jìn)快于沿包含骨的路徑行進(jìn)的路徑稱作“寄生路徑”。
如圖6與7中所示，超聲元件與骨之間的實(shí)際角度取決于生成波的發(fā)射機(jī)的邊。該角可以是物理角或相控陣列生成的角。通常，使用錐束，以便使特定的傾角定義在它們之間測定條件是最佳的角γ1與γ2的范圍。如上所述，這些角要求的范圍取決于軟組織速度、相對于骨的平行線的角度及骨速度。用戶可以在一定程度上控制這些參數(shù)，然而許多參數(shù)取決于由患者的年齡或性別決定的生理特征與/或作為測定的主題的特定身體部件。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，用在上列方程中的超聲元件之間的距離是由元件的傾角決定的。通常，當(dāng)使用低傾角時，超聲元件的上(內(nèi))端是有效的，而當(dāng)傾角高時，超聲元件的下(外)端是有效的。通常，當(dāng)要測定較低的骨速度時選擇較高的傾角。例如，在圖6元件的上端及在圖7中元件的下端。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，可以根據(jù)上述變量的估算確定使用哪一端。作為替代或附加，最好用迭代估算法，其中一個階段的結(jié)果用來估算下一階段中的常數(shù)的值。在本發(fā)明的較佳實(shí)施列中，當(dāng)使用格柵型探頭時，壓電元件本身是平直，所以沒有上下端問題，即使光束是傾斜的也一樣。
如上所述，本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的一個方面為減少寄生波。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，寄生波是通過在探頭250中放置多個聲阻擋物減少的。從而任何寄生波必須在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)元件之間行進(jìn)通過曲折迂回的路徑。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，將阻擋物放置成構(gòu)成迷宮。除了行進(jìn)在探頭體中的寄生波，一些寄生波能行進(jìn)通過聲室。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，阻擋物265延伸通過聲室到達(dá)皮膚。在本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例中，阻擋物265從探頭250伸出，當(dāng)將探頭250壓在皮膚上時導(dǎo)致軟組織中的凹入。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，探頭250與/或聲室是用聲衰減物質(zhì)構(gòu)成的。從而，寄生波不能帶任何明顯的強(qiáng)度行進(jìn)通過探頭。通過使聲室衰減，行進(jìn)通過它能極度衰減任何不立即從聲室出來的超聲波。這樣衰減的寄生波的一個實(shí)例是行進(jìn)通過聲室并進(jìn)入軟組織來“繞過”阻擋物265的波。在本發(fā)明的較佳實(shí)施列中，聲室包括聲窗，從而比其它波較小地衰減沿要求的路徑(在期望的臨界角附近)行進(jìn)的超聲波。這些窗口可通過改變聲室的材料的組分與/或用材料的各種后處理方法形成。
作為替代或附加，用具有低音束的物質(zhì)填充探頭250與/或聲室，使寄生超聲波慢下來。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，聲室是用U-146聚氨基甲酸酯(1920m/s,5.5 dB/cm)填充的，在聚合時經(jīng)過精細(xì)的氣相分離。作為替代或附加，可將英國Robner的聚氨基甲酸酯EL-11OH(1620 m/s,3dB/cm)用作填充物質(zhì)。作為替代或附加，可以使用美國CIRS的PWO-02(1835 m/s,15dB/cm)或PWN-01(2010 m/s，20dB/cm)。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離較短時使用較高衰減物質(zhì)。最好不測定內(nèi)部發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的路徑，因此只須考慮次最短路徑。
圖8示出按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例構(gòu)造的探頭。探頭250最好包含上述聲音阻擋物與/或電屏蔽，用于互相隔離壓電元件。圖8中，各超聲元件是在其兩面用參照數(shù)字301A-301H指示的電屏幕物電屏蔽的。用屏幕電纜302A-302B將元件驅(qū)動器與其它電子元件連接在超聲元件上。電纜的屏幕最好連接在各元件周圍的電屏蔽上，然后再到壓電元件的底面(正面)上。作為替代或附加，聲音阻擋物(300A,C,E)位于每兩個超聲元件之間。作為替代或附加，在其它聲音阻擋物之間最好有聲音阻擋物(300B,D)將探頭內(nèi)部變成聲音迷宮。在一些情況中，可降低阻擋物300C與300E與/或?qū)⑵湎蛱筋^表面延遲，尤其是如果超聲元件之間的距離較短時。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，在探頭在全體聲學(xué)元件周圍也構(gòu)成聲音阻擋物，并將它們與探頭的外殼隔離開。最好，電屏蔽從所有方面包圍各聲學(xué)元件。阻擋物300A-300E最好包括延伸在探頭的對邊之間的平板。圖8中的空白空間最好用衰減物質(zhì)填充，如上所述。
圖9示出在發(fā)明的較佳實(shí)施例中用作發(fā)射機(jī)與/或接收機(jī)的示范性壓電元件的放大視圖。
在圖8的實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)251與/或252生成的行進(jìn)在皮膚20上方及繞過聲音阻擋物300A-300B的波的傳播時間受到延遲，因為探頭250中的元件是設(shè)計成迷宮型式的。下面表1中示出聲音阻擋物300A-300E及電屏蔽物301A-301H的尺寸，這是對于兩個探頭實(shí)施例的。如表1中所示，發(fā)射機(jī)251、252與接收機(jī)253、254的尺小與特征及它們之間的距離根據(jù)發(fā)射機(jī)與/或接收機(jī)是否(用于近端指骨Ⅲ分析還是橈骨(手)/脛骨(腿)分析)表1
在按照本發(fā)明的另一實(shí)施例中，用基本上與阻擋物265、300A-300E相似組分的進(jìn)一步的阻擋物將探頭250本體與包圍探頭250的把手(如探頭把手)分隔開。從而，發(fā)射機(jī)251、252生成的波不能行進(jìn)通過探頭把手到接收機(jī)253、254及在行進(jìn)通過骨的波與/或降低其幅度之前到達(dá)。這一進(jìn)一步的阻擋物最好具有高聲音衰減。這樣，充氣(如充空氣的)的間隙可用作該進(jìn)一步的阻擋物。此外，這一進(jìn)一步阻擋物也可用海綿材料、多孔材料等構(gòu)成。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，探頭250是空的，由于空氣在這些高頻與/或低音速上具有非常高的衰減率。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，可以定期機(jī)械調(diào)節(jié)充空氣的探頭，以便符合特定測定情況，諸如軟組織深度與預(yù)期的超聲骨速度。
表2示出探頭250的本體、聲室276、聲音阻擋物265、300A-300E及電屏蔽物301A-301F的較佳組分材料，及這些材料的制造商(與相應(yīng)部件號)的示范性表表2
圖1-9中所示裝置(及與之關(guān)聯(lián)的方法)在骨18的平面不平行于皮膚20的平面時特別有用。圖10示出不平行骨形式之間的負(fù)面交互作用及利用從骨的反射的超聲測定方法。當(dāng)測定來自骨的反射時，大部分能量是在入射角上反射的。從而，如果入射角為零(當(dāng)形式為平行時)，如元件251所示，大部分能量反射回到元件251。然而，如果形式是不平行的，如元件253所示，則大部分能量不反射回到超聲元件。結(jié)果，對噪聲具有增加的易感性及更難于設(shè)計在若干數(shù)量級上靈敏的接收機(jī)。這一問題的可能最終結(jié)果便是難于確定在離開發(fā)射機(jī)一定距離上是否存在骨表面。
圖11示出不平行骨形式在按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的測定方法上的影響。代替測定反射，本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例只測定進(jìn)入骨及由骨發(fā)射的波的幅度。如圖11中所示，波的進(jìn)入骨中及波從骨的發(fā)射對于角度的小改變敏感性小得多，如可以預(yù)期的，如果骨表面是不平整的。如果一開始進(jìn)入角與出口角就不垂直于骨，這尤其真實(shí)。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，一旦標(biāo)定了探頭，便用計算機(jī)259將標(biāo)定的參數(shù)存儲在諸如FLASH ROM等只讀存儲裝置中。最好將這一只讀存儲裝置耦合在探頭250上與/或包含在探頭250中，以便特定探頭250的標(biāo)定是在其本身的只讀存儲裝置上提供的。當(dāng)利用連接插頭將探頭250耦合在測定系統(tǒng)上時，最好通過插頭終端用測定系統(tǒng)檢索探頭250的標(biāo)定參數(shù)并將其用在測定速度VB中。作為替代或附加，在探頭250本身中至少包含某些信號處理電路，該電路可利用標(biāo)定信息。作為替代或附加，這一只讀存儲器可包含探頭標(biāo)識號與/或使用信息，這在測定系統(tǒng)與一個以上連接在其上面的探頭同時使用時尤其有用。
最好標(biāo)定下面的參數(shù)中一或多個與/或?qū)⑵浯鎯υ谥蛔x存儲器上(a)元件間距離；(b)各種寄生波的幅度；(c)最小與/或最大時間限制，在它們外面寄生波可到達(dá)接收機(jī)上；(d)超聲波的衰減級；(e)發(fā)射機(jī)與/或接收機(jī)的發(fā)射與/或接收頻率與/或空間反應(yīng)；(f)發(fā)射機(jī)與/或接收機(jī)的帶寬共振特征；(g)單個超聲元件下面的聲室的相對厚度；(h)聲音的聲室材料速度，它可包含若干速度，每一個工作頻率一種。
聲音骨速度測定具有許多用途。第一種用途為找出骨折與變形。當(dāng)骨受力過度或骨折時(即使是X射線圖象中難于看見的細(xì)縫骨折)，在骨折周圍位置上其音速也明顯地改變。借助本發(fā)明的一些實(shí)施例的高分辨率，能利用本發(fā)明的較佳實(shí)施例識別腕骨骨折。
第二種用途在于估計骨及其部分的密度，以便確定由于骨疾病、骨質(zhì)疏松或低重力環(huán)境引發(fā)的骨中礦物質(zhì)損失。應(yīng)指出速度主要與楊氏模量相關(guān)，即速度越低骨骼越弱。
第三種用途為制訂骨折的治療過程計劃。當(dāng)前通用的實(shí)踐是將損傷的骨保持在模中直到經(jīng)過預(yù)定的時段為止。然而，一些患者需要較長或較短的治療時段。X射線圖象通常并不顯示足夠的細(xì)節(jié)來估計骨的完整性。通過測定聲音骨速度的變化并畫出圖表，醫(yī)師能更準(zhǔn)確地估計骨的修復(fù)狀態(tài)。在較佳實(shí)施例中，在模上釘一小孔而不需要卸掉模子便能測定聲音骨速度。對于某些患者，比較相對測肢體的聲音骨速度中的變化是有利的。
本發(fā)明的另一種用途是用于測定骨的皮質(zhì)的厚度。圖12示出骨18具有內(nèi)核318與皮質(zhì)314。骨18的總直徑為D而內(nèi)核316的直徑為d。從而皮質(zhì)314的厚度為(D-d)/2。
按照本發(fā)明的又一實(shí)施例，計算259通過利用參照圖13中所示的理論上推導(dǎo)與經(jīng)驗上驗證的正規(guī)化的速度對正規(guī)化的厚度的無量綱曲線估算皮質(zhì)314的厚度。在H.Kolsky,1953年(Oxford與Clarendon出版社)所寫的書“固體中的應(yīng)力波”中討論了圖13中的曲線的建立。此外圖1-9中所示的探頭250能有利地用在這些測定上。
曲線的精確形狀隨測定的物質(zhì)的類型變化。然而，本發(fā)明已確定，對于人骨曲線的形狀近似地不變。
圖13的曲線中的速度VL是利用在無窮大固體中達(dá)到的速度VO正規(guī)化的，而厚度是用來自發(fā)射機(jī)的波的波長λ正規(guī)化的。λ當(dāng)然是由VB確定的λ=VB/f(23)其中f為超聲波的頻率。本發(fā)明人已確定不論厚度是骨18的厚度D(圖12)還是皮質(zhì)314的厚度(D-d)/2(圖12)，曲線近似相同。提出的解釋是當(dāng)皮質(zhì)相對于λ厚時，骨的內(nèi)部在音速上沒有影響。然而，當(dāng)皮質(zhì)相對于λ薄時，骨的內(nèi)部影響音速。骨的內(nèi)部通常比皮質(zhì)軟得多，因而它們的音速比皮質(zhì)的音速低得多。從而，如果采用較高的頻率，便能測定較薄的皮質(zhì)骨層中的速度。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，將所用的頻率選擇成與期望的骨層厚度匹配。作為替代或附加，頻率分析所接收的波。作為替代或附加，測試若干頻率來確定哪一種頻率最合適。作為替代或附加，采用寬帶脈沖且最高的適用(它能行進(jìn)通過薄皮質(zhì))頻率通常是先到達(dá)，而較低的頻率明顯滯后。
應(yīng)注意曲線具有用于相對地小的速度比與小直徑/波長比的區(qū)330及用于直徑/波長比大于大約1.5的區(qū)332，其中縱坐標(biāo)漸近到1.0。
為了估計骨18的厚度(D-d)/2，探頭進(jìn)行兩次測定，一次用高頻波及一次用低頻波。對于每一次測定，計算機(jī)259確定骨中的波速。作為替代，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，探頭250為寬帶探頭并且只工作一次。此外，探頭250最好包括用于分開接收的高頻信號與低頻信號的頻率濾波器。從而，利用同一寬帶發(fā)射同時測定高頻速度與低頻速度。
對具有低波長λ的高頻輸入波的響應(yīng)提供沿區(qū)332某處的速度數(shù)據(jù)點(diǎn)334，可以中確定速度VO。數(shù)據(jù)點(diǎn)334的精確位置是未知的，由于厚度尚未測定。然而，其精確位置通常并不重要。
對低頻測定的響應(yīng)在區(qū)330內(nèi)某處提供速度數(shù)據(jù)點(diǎn)336。因為速度VL是從測定已知的且速度VO可從前面的測定中知道，數(shù)據(jù)點(diǎn)336在曲線上的位置是已知的。因此，比值(D-d)/(2*λ)可以確定。由于λ可從發(fā)射機(jī)的頻率及已知的速度得知的，能夠確定皮質(zhì)314厚度(D-d)/2。
應(yīng)理解當(dāng)采用本聲音骨速度測定方法時比使用傳統(tǒng)方法，皮質(zhì)厚度測定更實(shí)際。當(dāng)行進(jìn)通過骨質(zhì)時高頻波衰減很快。因此，只有在利用本發(fā)明時才有可能的。在骨18中的路徑是短的時，使用高頻超聲波的測定才是實(shí)際的。從而，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，采用的高頻波高于傳統(tǒng)裝置中的，并因而適用于較薄的骨。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，利用探頭250確定四個變量(VB、VS、φ與h)中除VB外的一個。實(shí)際上，利用上面描述的方法與裝置，有可能測定軟組織22中的速度。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，可對嵌入第二組織內(nèi)部的組織進(jìn)行軟組織速度測定。這一測定的一個實(shí)例是測定可疑的癌瘤的音速。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，沿兩條路徑確定軟組織速度，其中之一包含腫瘤而另一條不包含。如果腫瘤的大小是從成象器已知的，腫瘤中的音速可通過估計其在用這里所描述的方法測定的平均軟組織速度上的影響來確定。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，使用上述格柵型裝置進(jìn)行軟組織掃描，以便容易選擇超聲脈沖將沿軟組織行進(jìn)的路徑，通過改變元件的帶電，而不是通過移動探頭或其元件。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，可通過測定音速、衰減、與頻率相關(guān)的衰減與/或在軟組織層中的擴(kuò)散診斷一層軟組織。用于將探頭連接在身體上的聲學(xué)油脂最好是具有大約1020 m/s的音速的硅酮油。作為替代或附加，選擇并不填充皮膚毛孔的油脂。作為替代或附加，不要用可能壓縮軟組織的方式將探頭太強(qiáng)地壓在軟組織上。通過改變波的頻率與/或通過發(fā)射寬帶脈沖并確定與頻率相關(guān)的響應(yīng)，按照本發(fā)明的較佳實(shí)施例便有可能用波穿透軟組織22到達(dá)預(yù)定深度。這樣，便能測定軟組織22中的特定層(如皮膚20、皮下層等)中的脈沖速度。通常皮膚的每一個下面的層具有比它上面的層更大的厚度及最高的超聲速度。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，皮膚分析用于皮膚科、糖尿病診斷與/或其它內(nèi)分泌學(xué)用途。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，減小了探頭20中發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離，從而沒有波行進(jìn)通過骨18時會快于通過皮膚。作為替代或附加，可以修正探頭250的其它特征，包含超聲元件的傾角及標(biāo)定設(shè)定值，尤其是寄生波的時窗。最好作出這些修正以便檢測到沿軟組織上層行進(jìn)的波，而不檢測到沿軟組織與/或甚至骨中的其它路徑行進(jìn)的波，或在其中預(yù)期軟組織波的時間窗口外面到達(dá)的波。
作為最快的波將要通過它行進(jìn)的軟組織層厚度的估計，可預(yù)期大約波長λ=c/f的厚度，其中c為軟組織中的超聲速度(用m/s表示)及f為頻率(用Hz表示)。在本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例中這一最快的波確定在其中進(jìn)行軟組織測定的有效厚度。例如，當(dāng)頻率為大約1Mhz而軟組織22中的速度為大約1500 m/s時，在其中進(jìn)行測定的軟組織層的厚度大約在1.5與2.0 mm之間。
也有可能設(shè)置額外的發(fā)射機(jī)與/或?qū)?yīng)的接收機(jī)來確定軟組織的不同層中的速度。如上所述，可通過測定第四脈沖的時間及解上述軟組織22中的速度的方程來確定軟組織22中的速度。通過進(jìn)行兩次附加的行進(jìn)時間測定便可測定第二軟組織層的速度與厚度。從而，有可能測定諸如脂肪組織層與肌肉組織層中的脈沖的速度。
應(yīng)指出骨聲音速度測定的許多先有技術(shù)方法采用軟組織厚度與軟組織速度的不精確估計值。如果采用本發(fā)明的實(shí)施例來確定軟組織厚度與速度的更精確的值，這些先有技術(shù)方法將給出更精確的結(jié)果。
此外，對于確定組織的水、脂肪與肌肉成分，軟組織速度測定是有用的。從而，可通過在一段時間上在患者身體的選擇部件上測定軟組織速度來分析患者的脫水與再充水。如果組織的水份是已知的，或者通過平均患者飲水前后所取的若干次結(jié)果，便能確定組織的肌肉/脂肪比。
當(dāng)掃描女性胸部時，可將空氣組織邊界用作反射平面。最好將胸部壓在彈性模殼上以便在成象過程中不移動。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，掃描是用上述單元陣列進(jìn)行的。最好，掃描包含從多個方向掃描相同的軟組織，以便能重構(gòu)組織的速度圖象，最好使用斷層方法。
如上所述，通常用作為到達(dá)特定接收機(jī)的第一個波的波來確定來自骨的波的到達(dá)。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，即使不是接收機(jī)上的第一個波，也檢測來自骨的第一個波。在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，利用行進(jìn)通過骨的波與只通過軟組織行進(jìn)的波與/或行進(jìn)通過探頭250的波具有不同特征這一事實(shí)。不同特征的一個實(shí)例為與頻率相關(guān)的衰減。另一實(shí)例為與頻率相關(guān)的擴(kuò)散。從而，當(dāng)在接收機(jī)上檢測到波時，可以分析該波來確定何時該波從“軟組織”型波改變成“骨”型波。作為替代或附加，當(dāng)來自骨的波開始到達(dá)時，可以檢測到至少某些頻率分量的幅度的提高。由于新到達(dá)的波是加在軟組織行進(jìn)波上的。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，從忽略與/或補(bǔ)充上述考慮的方法檢測所要求的波。本實(shí)施例基于下述觀察如果從發(fā)射機(jī)發(fā)射單一的波并被兩個不同的接收機(jī)接收，所接收的波將具有類似特征。具體地，當(dāng)從骨到達(dá)的波出現(xiàn)時波中的改變對于兩個接收機(jī)將是類似的，即使由行進(jìn)通過軟組織的波導(dǎo)致的背景信號不同也如此。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，來自兩個接收機(jī)的信號徑跡是互相相關(guān)的。當(dāng)骨行進(jìn)的波到達(dá)接收機(jī)時，預(yù)期檢測到強(qiáng)相關(guān)性。在一些情況中用相關(guān)性確定的時間延遲對于第一個到達(dá)的波更精確并且也對抗噪聲更有效。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，這一相關(guān)性是限制在預(yù)期來自骨的波的時窗中的。作為替代或附加，采用周期性脈沖波，從而增加了正確相關(guān)性的效應(yīng)并能對比脈沖方式的匹配來測試。
熟悉本技術(shù)的人員應(yīng)理解，本發(fā)明不限于這里已具體展示與描述的，而是，本發(fā)明的范圍只受下面的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1．一種確定覆蓋有具有外表面的一層軟組織的一段骨中的音速的方法，包括確定沿從所述外表面回到所述外表面的第一路徑的第一超聲波的第一行進(jìn)時間，該路徑包含所述骨段的至少第一部分；確定沿從所述外表面回到所述外表面的第二路徑的第二超聲波的第二行進(jìn)時間，該路徑包含所述骨段的至少第二部分；確定沿從所述外表面回到所述外表面的第三路徑的第三超聲波的第三行進(jìn)時間，該路徑包含所述骨段的至少第三部分；以及從所述三個確定的行進(jìn)時間導(dǎo)出所述骨段中的所述音速。
2．按照權(quán)利要求1的方法，其中所述第一、第二與第三波中至少兩個是由單個發(fā)射機(jī)同時生成的。
3．按照權(quán)利要求1或2的方法，其中所述第一、第二與第三波中至少兩個是由單個接收機(jī)同時檢測到的。
4．按照權(quán)利要求1-3中任何一項的方法，其中所述第一、第二與第三波中至少兩個在生成時各具有基本相同的平均頻率。
5．按照權(quán)利要求1-3中任何一項的方法，其中所述第一、第二與第三波中至少兩個在生成時各具有基本不同的平均頻率。
6．按照權(quán)利要求1-5中任何一項的方法，其中所述第一、第二與第三波中至少兩個在檢測到時各具有基本不同的平均頻率。
7．按照權(quán)利要求1-5任何一項的方法，其中所述第一、第二與第三波中至少兩個在檢測到時各具有基本相同的平均頻率。
8．按照權(quán)利要求1-7中任何一項的方法，其中各所述第一、第二與第三路徑包括軟組織部分及其中所述第一、第二與第三路徑中至少兩條在它們的軟組織部分長度上具有至少20％的重疊。
9．按照權(quán)利要求1-7中任何一項的方法，其中各所述第一、第二與第三路徑包括軟組織部分及其中所述第一、第二與第三路徑中至少兩條在它們的軟組織部分長度上具有至少30％的重疊。
10．按照權(quán)利要求1-7中任何一項的方法，其中各所述第一、第二與第三路徑包括軟組織部分及其中所述第一、第二與第三路徑中沒有兩條重疊20％以上的它們的軟組織部分長度。
11．按照權(quán)利要求1-7中任何一項的方法，其中各所述第一、第二與第三路徑包括軟組織部分及其中所述第一、第二與第三路徑中沒有兩條重疊30％以上的它們的軟組織部分長度。
12．按照權(quán)利要求1-11中任何一項的方法，其中所述第一、第二與第三骨部分中至少兩個在它們的長度上重疊至少20％。
13．按照權(quán)利要求1-11中任何一項的方法，其中所述第一、第二與第三骨部分中至少兩個在它們的長度上重疊至少40％。
14．按照權(quán)利要求1-11中任何一項的方法，其中所述第一、第二與第三骨部分中至少兩個在它們的長度上重疊至少70％。
15．按照權(quán)利要求1-11中任何一項的方法，其中所述第一、第二與第三骨部分中沒有兩個重疊20％或以上它們的長度。
16．按照權(quán)利要求1-11中任何一項的方法，其中所述第一、第二與第三骨部分中沒有兩個重疊40％或以上它們的長度。
17．按照權(quán)利要求1-11中任何一項的方法，其中所述第一、第二與第三骨部分中沒有兩個重疊70％或以上它們的長度。
18．按照權(quán)利要求1-17中任何一項的方法，包括估計軟組織速度及其中導(dǎo)出所述音速包括用所述估計的軟組織速度導(dǎo)出所述骨速度。
19．按照權(quán)利要求1-17中任何一項的方法，包括確定沿從所述外表面回到所述外表面的第四路徑的第四超聲波的第四行進(jìn)時間，該路徑包含所述骨段的至少第四部分及其中導(dǎo)出所述音速包括還使用第四行進(jìn)時間導(dǎo)出骨速度。
20．按照權(quán)利要求1-19中任何一項的方法，其中所述聲波路徑中至少兩條在外表面上的幾何投影是平行的。
21．按照權(quán)利要求1-19中任何一項的方法，其中所述聲波路徑在外表面上沒有幾何投影是互相平行的。
22．按照權(quán)利要求1-19中任何一項的方法，其中所述聲波是用超聲元件生成與檢波的及其中所述超聲元件是不共面的。
23．按照權(quán)利要求1-22中任何一項的方法，其中所述外表面不平行于所述骨的外表面，而所述波行進(jìn)通過所述骨。
24．按照權(quán)利要求1-23中任何一項的方法，其中導(dǎo)出包括解一組聯(lián)立方程。
25．按照權(quán)利要求1-24中任何一項的方法，包括為多個骨段重復(fù)所述確定行進(jìn)時間及所述導(dǎo)出音速，以便生成至少一部分骨的聲音骨速度圖。
26．按照權(quán)利要求1-25中任何一項的方法，包括為多個通過所述骨的所述波的行進(jìn)方向重復(fù)所述確定行進(jìn)時間及所述導(dǎo)出音速，以便生成至少一部分骨的方向性聲音骨速度圖。
27．一種確定包含聲音骨速度、軟組織速度、所述軟組織的厚度及所述軟組織的外表面相對于骨的傾角的一組未知數(shù)中至少一個的方法，包括確定從所述表面，到所述骨，沿所述骨表面及回到所述表面行進(jìn)的至少三個超聲波的行進(jìn)時間；以及從所述三個確定的行進(jìn)時間導(dǎo)出至少一個所述未知數(shù)。
28．按照權(quán)利要求27的方法，其中所述至少一個未知數(shù)包括軟組織速度。
29．按照權(quán)利要求27的方法，包括為至少一個所述未知數(shù)假設(shè)一個值。
30．按照權(quán)利要求29的方法，其中所述假設(shè)的未知數(shù)包括軟組織速度。
31．一種用于聲音骨速度測定的探頭，包括至少四個超聲元件，其中至少一個包括發(fā)射機(jī)及其中至少一個包括接收機(jī)；以及控制器，控制所述至少一個發(fā)射機(jī)發(fā)射至少三個超聲波通過軟組織層到達(dá)骨，在所述三個波沿所述骨的表面行進(jìn)之后，該控制器通過所述至少一個接收機(jī)檢測所述三個波的至少相對行進(jìn)時間，以及該控制器從所述確定的至少行進(jìn)時間中導(dǎo)出聲音骨速度。
32．按照權(quán)利要求31的探頭，其中所述至少四個超聲元件包括三個發(fā)射機(jī)及一個接收機(jī)。
33．按照權(quán)利要求31的探頭，其中所述至少四個超聲元件包括三個接收機(jī)及一個發(fā)射機(jī)。
34．按照權(quán)利要求31的探頭，其中所述至少四個超聲元件包括兩個接收機(jī)及兩個發(fā)射機(jī)。
35．按照權(quán)利要求31-34中任何一項的探頭，其中所述超聲元件不都是共線的。
36．按照權(quán)利要求31-34中任何一項的探頭，其中所述超聲元件都是共線的。
37．按照權(quán)利要求31-36中任何一項的探頭，其中所有所述超聲元件是共面的。
38．按照權(quán)利要求31-36中任何一項的探頭，其中不是所有所述超聲元件是共面的。
39．按照權(quán)利要求31-38中任何一項的探頭，其中將所述探頭適應(yīng)于壓在軟組織的皮膚層上，及其中所述超聲元件是相對于所述層傾斜一個傾角的。
40．按照權(quán)利要求39的探頭，其中所述傾角是根據(jù)預(yù)期的聲音骨速度確定的。
41．按照權(quán)利要求31-40中任何一項的探頭，其中所述至少三個超聲波是作為單個波由單個發(fā)射機(jī)生成的，該波擴(kuò)散以形成所述至少三個波。
42．一種用于音速測定的探頭，包括至少兩個超聲元件，其中至少一個包括發(fā)射機(jī)及其中至少一個包括接收機(jī)；以及明顯衰減沿所述探頭中的直線在所述發(fā)射機(jī)與所述接收機(jī)之間行進(jìn)的超聲波的多個錯列的聲音阻擋物。
43．按照權(quán)利要求42的探頭，其中所述探頭中在所述至少一個發(fā)射機(jī)、所述至少一個接收機(jī)與所述阻擋物之間的容積包括超聲衰減填料。
44．按照權(quán)利要求42或43的探頭，包括用于所述至少一個接收機(jī)及至少一個發(fā)射機(jī)的電屏蔽。
45．按照權(quán)利要求42-44中任何一項的探頭，包括至少兩個附加超聲元件，這些元件也是和所述阻擋物分隔的。
46．按照權(quán)利要求42-45中任何一項的探頭，其中將所述探頭適應(yīng)成用于聲音骨速度測定。
47．按照權(quán)利要求42-46中任何一項的探頭，其中將聲室定義為以所述至少發(fā)射機(jī)與所述至少接收機(jī)及要靠身體放置的平面作為邊界，其中所述聲室包括聲音衰減物質(zhì)。
48．一種超聲探頭，包括至少兩個超聲元件，其中至少一個包括發(fā)射機(jī)及其中至少一個包括接收機(jī)；以及定義為以所述至少發(fā)射機(jī)與所述至少接收機(jī)及要靠身體放置的平面為邊界的聲室，其中所述聲室包括聲音衰減物質(zhì)。
49．按照權(quán)利要求31-48中任何一項的探頭，其中所述超聲元件是包含在超聲元件格柵中的。
50．按照權(quán)利要求49的探頭，其中所述探頭通過電掃描所述格柵掃描骨骼。
51．按照權(quán)利要求31-50中任何一項的探頭，其中所述超聲元件中至少一個包括相控陣列。
52．按照權(quán)利要求51的探頭，其中所述相控陣列元件的傾角是通過電控制所述相控陣列達(dá)到的。
53．按照權(quán)利要求31-52中任何一項的探頭，包括連接在所述探頭上的存儲裝置，其中所述探頭的標(biāo)定數(shù)據(jù)是存儲在所述存儲裝置上的。
54．按照權(quán)利要求53的探頭，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括超聲元件之間的至少一個距離。
55．按照權(quán)利要求53或54的探頭，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括超聲元件的至少一個垂直位移。
56．按照權(quán)利要求53或54的探頭，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括兩個所述超聲元件之間的路徑的至少一個垂直位移。
57．按照權(quán)利要求53-56中任何一項的探頭，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括晚關(guān)閉時間，忽略在它以后接收的波。
58．按照權(quán)利要求53-57中任何一項的探頭，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括探頭在至少一個所述超聲元件與使用中將所述探頭壓在上面的表面之間的部分的音速。
59．一種排斥聲音骨速度探頭中的寄生信號的方法，包括在信號表面上行進(jìn)通過骨的一部分之后，檢測從發(fā)射機(jī)到達(dá)接收機(jī)的信號；以及如果所述信號在與并不行進(jìn)通過骨的波關(guān)聯(lián)的預(yù)定時限之后到達(dá)，便排斥所述信號。
60．按照權(quán)利要求59的方法，其中如果所述信號在第二時限之前到達(dá)，便排斥所述信號。
61．按照權(quán)利要求59或60的方法，其中所述預(yù)定的時限是根據(jù)探頭的標(biāo)定確定的。
62．一種在存在基本上只通過軟組織行進(jìn)的波的情況下檢測來自骨的超聲波的到達(dá)的方法，包括獲取代表所述骨波及所述軟組織波的信號；以及分析所述信號以檢測所述信號中的至少一個頻率中的幅度改變，這種改變是與來自所述骨的所述波關(guān)聯(lián)的。
63．按照權(quán)利要求62的方法，其中所述分析包括在波從骨到達(dá)時，確定信號的幅度中的明顯增加。
64．一種在存在基本上只通過軟組織行進(jìn)的波的情況下檢測來自骨的超聲波的到達(dá)的方法，包括在第一接收機(jī)上獲取代表所述骨波與所述軟組織波的信號；在第二接收機(jī)上獲取代表所述骨波與所述軟組織波的信號；以及將這兩個信號相關(guān)來檢測來自所述骨的波的到達(dá)。
65．按照權(quán)利要求64的方法，其中所述相關(guān)是響應(yīng)所述波的生成執(zhí)行的。
66．按照權(quán)利要求65的方法，其中所述相關(guān)是響應(yīng)所述波的預(yù)期到達(dá)時窗執(zhí)行的。
67．一種聲音骨速度測定方法，包括將聲音骨速度探頭壓在軟組織層的表面上并且不平行于下面的骨表面；發(fā)射至少一個波到所述骨表面及接收至少兩個來自所述骨表面的波，其中所述接收的波不是從所述表面反射的波；測定各所述接收的波的行進(jìn)時間；以及從所述測定的行進(jìn)時間導(dǎo)出所述聲音骨速度。
68．一種聲音骨速度測定方法，包括將聲音骨速度探頭壓在軟組織層的表面上并且不平行于下面的骨表面；從所述探頭發(fā)射至少一個波到所述骨表面及接收至少兩個來自所述骨表面的波，其中這些波是從探頭中的位置發(fā)射與接收的，這些發(fā)射與接收位置是不共面的；測定各所述接收的波的行進(jìn)時間；以及從所述測定的行進(jìn)時間導(dǎo)出所述聲音骨速度。
69．一種聲音骨速度測定方法，包括將聲音骨速度探頭壓在軟組織層的表面上并且不平行于下面的骨表面；發(fā)射至少一個波到所述骨表面及接收至少兩個來自所述骨表面的波，其中這些波連接探頭中至少三個位置，各所述位置是發(fā)射位置或接收位置及其中至少一對連接的位置與任何其它連接的位置對不共線的；測定所述接收的波的行進(jìn)時間；以及從所述測定值導(dǎo)出所述聲音骨速度。
70．一種聲音骨速度測定方法，包括發(fā)射至少一個超聲波到骨，該波沿骨的表面行進(jìn)；接收所述波；以及分析所述接收的波中的特定頻率的行進(jìn)時間，其中所述特定頻率是與骨的皮質(zhì)的預(yù)期厚度相關(guān)的。
71．按照權(quán)利要求70的方法，其中所述波是作為所述特定頻率的窄帶波發(fā)射的。
72．一種標(biāo)定具有包含至少一個發(fā)射機(jī)與一個接收機(jī)的多個超聲元件的探頭的方法，包括將所述探頭耦合到具有第一已知音速的板上并測定至少兩對所述超聲元件之間的第一多個行進(jìn)時間；將所述探頭耦合到具有第二已知音速的板上并測定至少兩對所述超聲元件之間的第二多個行進(jìn)時間；以及從所述行進(jìn)時間確定所述超聲元件的對之間的至少兩個距離。
73．按照權(quán)利要求72的方法，其中確定包括確定所述元件對中至少一對的至少一個平均垂直位移。
74．一種標(biāo)定具有包含至少一個發(fā)射機(jī)及一個接收機(jī)的多個超聲元件的探頭的方法，該方法包括將所述探頭耦合到具有第一已知音速的板上并測定至少兩對所述超聲元件之間的第一多個行進(jìn)時間；將所述探頭耦合到具有第二已知音速的板上并測定至少兩對所述超聲元件之間的第二多個行進(jìn)時間；以及從所述行進(jìn)時間確定所述元件對中至少一對的至少一個平均垂直位移。
75．按照權(quán)利要求72-74中任何一項的方法，其中所述多個超聲元件包括至少四個超聲元件。
76．一種用于聲音骨速度測定的探頭，包括至少兩個超聲元件，其中至少一個包括發(fā)射機(jī)及其中至少一個包括接收機(jī)；以及連接在所述探頭上的存儲裝置，其中所述探頭的標(biāo)定數(shù)據(jù)是存儲在所述存儲裝置上的，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括兩個所述超聲元件之間的路徑的至少一個垂直位移。
77．一種用于聲音骨速度測定的探頭，包括至少兩個超聲元件，其中至少一個包括發(fā)射機(jī)及其中至少一個包括接收機(jī)；以及連接在所述探頭上的存儲裝置，其中所述探頭的標(biāo)定數(shù)據(jù)是存儲在所述存儲裝置上的，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括晚關(guān)閉時間，忽略在這以后接收的波。
78．按照權(quán)利要求76或77的探頭，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括超聲元件之間的至少一個距離。
79．按照權(quán)利要求76-78中任何一項的探頭，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括超聲元件的至少一個垂直位移。
80．按照權(quán)利要求76-79中任何一項的探頭，其中所述標(biāo)定數(shù)據(jù)包括在至少一個所述超聲元件與在使用中所述探頭所壓在的表面之間的探頭部分的音速。
全文摘要
一種確定覆蓋有具有外表面的一層軟組織的骨段中的音速的方法,包括:確定第一超聲波沿從所述外表面回到所述外表面的第一路徑的第一行進(jìn)時間,該路徑包含所述骨段的至少第一部分;確定第二超聲波沿從所述外表面回到所述外表面的第二路徑的第二行進(jìn)時間,該路徑包含所述骨段的至少第二部分;確定第三超聲波沿從所述外表面回到所述外表面的第三路徑的第三行進(jìn)時間,該路徑包含所述骨段的至少第三部分:及從所述三個確定的行進(jìn)時間導(dǎo)出所述骨段中的所述音速。
文檔編號A61B8/08GK1297527SQ98813933
公開日2001年5月30日 申請日期1998年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月3日
發(fā)明者愛德華·坎托羅維奇, 弗拉基米爾·帕斯特納克, 沙伊·阿什克納濟(jì), 埃萊娜·列杰涅夫, 安德列·莫爾德維諾夫, 耶胡達(dá)·尼夫 申請人:陽光醫(yī)學(xué)有限公司