骨质疏松症(Osteoporosis,OP)是老龄化社会中影响健康的一个严重问题,许多国家为此投入了大量经费进行研究.近年来,我国正逐步向老龄化社会过渡,老年性骨质疏松症患者迅速增加.据估计,目前我国的骨质疏松患者已超过九千万人.骨质疏松的重点是防而不是治,只有做到早期诊断,才能做到早期预防.因此,骨质疏松症的诊断成为国际学术界和医学界研究的热点和前沿课题.作为临床工作的基础,松质骨状况评价及骨质疏松症诊断的新参量及其方法的研究显得尤其重要.超声技术因费用低、无电离辐射、简便、速度快、可携带等优点而在诊断骨质疏松症方面受到广泛关注,并取得了很大的进展.然而现有用透射法测量的超声传导速度(SOS)和宽带超声衰减(BUA)虽与骨矿密度(BMD)有高度的相关性,但不能全面反映松质骨质量及骨微结构信息,而松质骨中的散射很少受到重视.本课题的目的是:探索用超声背散射信号评价松质骨状况及其诊断骨质疏松症的新参量及新方法;分析并探讨背散射信号及其系数在诊断骨质疏松症中的作用,并用背散射信号测量骨小梁的间距等,得到对超声诊断骨质疏松症有直接意义的结果.在理论上,分析了超声在松质骨中的传播特性及散射机理,建立了一种蜂窝状的松质骨理论散射模型,并分析了散射对超声衰减的影响;在实验上,采用背散射法,测量背散射信号及其背散射系数和背散射信号的频谱最大值偏移量(SMS)等参量,并进行了详细的分析和讨论;最后采用AR倒谱法分析了牛胫骨、人尸体跟骨和人在体跟骨松质骨中骨小梁的平均间距.分析结果表明:(1)超声波的传播方向和骨小梁方向的夹角在60°附近,快纵波和慢纵波的相速度都有一个转折点;入射角度在60°以上,角度越大时,骨髓和骨小梁被"锁"得越紧,因此阻止了慢纵波的传播.(2)超声通过纯水后的幅度谱和功率谱最大,通过松质骨时快纵波的幅度谱和功率谱较大而慢纵波的幅度谱和功率谱最小;在松质骨中慢纵波的衰减大于快纵波的衰减.(3)由于散射而引起的衰减占松质骨中总的超声衰减的26﹪左右.(4)从牛胫骨、人尸体跟骨和人在体跟骨松质骨的背散射实验及理论分析结果中发现,背散射系数随入射频率和松质骨表观密度的增加而非线性的增加.一般,整个背散射系数曲线可以分成三段,第一段和第三段背散射系数的斜率较大,而第二段背散射系数的斜率较平坦.(5)随松质骨表观密度的增大,背散射信号频谱的最大值向低频方向的偏移量增大.根据其频谱最大值偏移量(SMS)的大小,可评价其松质骨状况和患骨质疏松的程度.(6)松质骨的密度与骨小梁的平均间距成一定的关系.随松质骨表观密度的减小,骨小梁的平均间距增大.在用超声评价松质骨状况及诊断骨质疏松症时,背散射信号具有重要作用;背散射系数(BSC)和频谱最大值偏移量(SMS)可以用于评价松质骨状况和骨质疏松症的诊断中.用背散射法测量背散射信号时,只用单一换能器,使骨超声诊断设备更简单,其实现方式在将来松质骨状况的评价及骨质疏松症的临床诊断中有更理想的可操作性.