题目：基于定量超声的骨密度检测及骨质疏松评价方法研究

骨质疏松症是以骨量降低及骨组织微结构退变为特征的一种全身性骨骼疾病，伴有骨脆性增加、易于发生骨折。据国际骨质疏松基金会官方网站调查，全球50岁以上的人口中，有1/3的女性和1/5的男性因骨质疏松症而骨折，平均每3分钟就有一名患者因骨质疏松而骨折。骨质疏松症既使患者备受病痛困扰，也给家庭、社会造成巨大的人力和经济损失。定量超声方法是近年发展起来的一种新的骨密度检测和骨折危险评价方法，该方法具有无电离辐射、价格便宜以及设备便携等优点。但在实际应用中，由于骨质疏松患者与健康人群在超声诊断参数（SOS、nBUA和STI）的分布上有很大的重合部分，这使得使用定量超声方法诊断骨质疏松症敏感性较低，限制了其临床应用。为此，本论文主要针对：（1）将骨骼所受力学载荷的影响引入基于定量超声的骨密度检测方法以提高超声骨质疏松诊断敏感性的合理性分析；（2）静态力学载荷对定量超声骨检测参数的影响；（3）静态力学载荷下，定量超声骨检测参数与骨特性参数的相关性分析以及超声骨质疏松评价模型的建立；（4）动态力学载荷对基于定量超声的骨密度检测和骨质疏松评价的影响等问题进行了研究，本论文的主要工作如下：1、力学条件下基于定量超声的骨密度检测和骨质疏松诊断方法的提出及分析以往基于定量超声的骨质疏松症诊断研究都是在骨骼不承受力学载荷的条件下进行的。本论文提出：骨骼所受力学载荷的改变，会影响或改变在其中传播的超声波的性质进而引起定量超声参数的变化；在超声骨质疏松检测方法中引入力学载荷的影响可能提高基于定量超声骨质疏松诊断敏感性。并对这一假说的合理性进行了讨论和分析，为本论文进一步的工作确立了研究方向并奠定了一定的理论基础。该假说的提出和论证，在基于定量超声的骨质疏松诊断研究领域中，尚属首次。2、静态力学载荷对绝经前后女性跟骨定量超声检测的影响力学载荷对骨骼的微结构和力学特性都会产生影响，理论和实验研究都证明骨骼的微结构和力学特性都与超声骨检测结果具有很高的相关性。本文通过对比女性在站立（跟骨承受力学载荷）和静坐（跟骨不承受力学载荷）条件下的超声跟骨检测结果，分析了力学载荷对定量超声参数的影响，指出力学载荷主要影响超声频域衰减参数nBUA。在此基础上，根据不同力学载荷下获得的超声参数对女性绝经与否的分辨能力，结合女性绝经与骨质疏松症的关系，得出以下结论：在测量中引入力学加载条件后，有可能提高基于定量超声的骨密度检测方法对骨质疏松症诊断的敏感性。3、静态力学载荷对离体牛松质骨定量超声骨检测的影响为了明确力学载荷与超声参数之间的定量关系，分析静态力学载荷下超声参数对骨特性参数的评估能力。本文进一步以离体牛松质骨样本作为研究对象，利用Micro-CT技术和力学测量手段，综合获取了松质骨样本的骨矿密度（BMD）、骨骼微观结构和力学特性参数等骨骼特性参数。通过分析力学载荷与定量超声参数的相关性，进一步明确了力学载荷主要影响nBUA这一结论。指出力学载荷与nBUA线性正相关，并提出了新的超声骨密度检测参数：nBUA关于压强的变化率（CRnBUA），分析表明CRnBUA与BMD呈线性负相关。以此为基础，提出了将静态力学载荷参数与超声参数相结合的，能够较为准确的估算骨密度参数的数学模型。以上结果说明，静态力学载荷下的定量超声骨密度检测方法具有较高的检测准确性。4、动态力学载荷对人体跟骨定量超声骨密度检测的影响人体骨骼日常所承受的力学载荷主要是动态载荷，因此探寻动态力学载荷对超声骨检测方法的影响是十分必要的。本文将力学测量手段和超声骨密度检测方法相结合，在受试者起立和坐下的过程中，测量了受试者跟骨所承受的连续变化的力学载荷以及与之相对应的经跟骨透射的超声信号。通过对超声透射信号在时域和频域的综合分析，发现当力学载荷变化时，超声信号功率谱峰值点随之发生偏移，进而使nBUA值发生改变。分析表明动态力学载荷同样与nBUA高度线性正相关，因此CRnBUA同样适用于动态力学载荷下的超声骨密度检测，并且CRnBUA与BMD呈高度线性负相关。在此基础上，得出了多个以CRnBUA参数为核心的，将力学载荷和超声参数相结合的BMD估算模型。利用以上模型得到的BMD估算值与真实值之间误差小、一致性好，表明动态力学载荷下基于定量超声的骨密度检测方法与DXA方法具有相似的准确度。本论文以提高基于定量超声的骨质疏松症诊断敏感性为目的，通过理论分析讨论，提出了力学载荷会影响超声骨密度检测结果，力学载荷下的超声骨密度检测方法有可能提高基于定量超声的骨质疏松诊断敏感性这一假说。通过动态和静态载荷下的在体和离体实验研究，初步建立了力学载荷下的定量超声骨密度检测方法，提出了新的结合力学载荷的测量参数，建立了能够更精确估算骨密度的数学模型。本论文的主要结论是，将力学加载条件引入到基于定量超声的骨密度检测方法中，有助于提高基于定量超声的骨质疏松症诊断的敏感性，使之有可能成为可靠的临床诊断方法。