最近的一项研究提示, 超声导波模式转换现象可用于定量表征骨折长骨的骨折深度和宽度的变化, 为超声监测骨折愈合提供了新的方法.

这项名为《超声导波定量评价长骨骨折状况》的研究论文发表于《中国科学: 物理学 力学 天文学》2014年第7期, 从仿真角度定量地探究了骨折深度和宽度变化对低阶超声导波模式的幅度的影响, 由复旦大学信息科学与工程学院他得安教授担任通讯作者撰写.

骨折临床表现为在外伤或病理等因素作用下所致的骨缺失性病症. 统计研究表明有5-10%的骨折患者受到愈合障碍的困扰. 由于骨折愈合的缓慢性, 愈合进程中的疾病易于被忽视, 从而导致严重骨质流失与二次损伤, 全面影响患者的身体状况. 因而, 及时发现愈合障碍以确保骨折正常愈合是骨折慢性治疗的关键. 然而, 准确诊断与动态监测则是给予合理治疗的前提与基础.

基于超声导波的诊断技术除具备传统超声技术费用低、便携、无辐射, 还可反映长骨皮质骨几何形状(厚度、截面形状)以及材料特性(骨密度、微孔率和杨氏模量)等信息, 已获得了学界的广泛关注. 但是由于对导波在人体长骨中的传播规律研究不足, 基于超声导波的长骨骨折及愈合状况评价尚未广泛投入临床实践.

该研究的创新之处在于采用低频窄带超声仅激励出较少的导波模式, 从而避免了宽带激励下导波信号模式多、难分离的难题. 通过声学仿真, 得到不同骨折程度下超声导波的传播信号(如图1), 进而定量分析了骨折深度和宽度对导波模式幅度的影响, 从而为基于超声导波的长骨骨折愈合评价提供了定量参数. 结果表明, 导波模式A0对骨折宽度和深度变化较为敏感, S0和A0模式幅度的比值S0/A0可定量表征骨折的深度和宽度(如图2).

图1  不同程度的长骨骨折模型下超声导波传播的时间距离图

(a)完好; (b)骨折宽1 mm, 100%断裂

图2  导波模式S0和A0的幅度比值随(a)骨折宽度, (b)骨折深度的变化图

该研究发现超声导波的模式转换现象可用于定量表征长骨骨折深度和宽度的变化, 为基于超声导波的长骨骨折愈合评价提供了定量参数, 对于超声监测长骨骨折愈合具有重要的科学意义.

来源论文:

刘丹, 许凯亮, 李大为, 等. 超声导波定量评价长骨骨折状况.中国科学: 物理学力学天文学, 2014, 44(7): 682-690