定量超声骨密度仪应用的基础理论

　　现在被广泛接受的定义为骨质疏松是一种性慢性，表现为骨量减少，伴随骨小梁结构变化，最终增加骨折的危险性。骨质疏松骨折发生在脊柱、股骨颈和腕部。骨量减少本身无严重症状，但骨质疏松骨折，尤其是股骨颈骨折会造成很大的医疗负担，并有很高的死亡率。骨密度降低，骨强度减弱是骨折的原因之一。但骨折的发生是一个非常复杂的过程，除骨强度减弱外，还有病人摔倒的情形及病人的保护性反应都是非常重要的因素。

　　自从英国Langton于1984年报道了利用跟骨QUS测量可以区分骨质疏松骨折病人与正常人群以来，超声测量骨密度被引起很大兴趣。首先超声波无放射性，并具有廉价、便携、易使用等优点。更主要的是理论上超声能够提供骨小梁结构方面的信息。骨强度主要取决于BMD，但骨结构也很重要。前述所有BMD测量方法都是利用放射线，它们只能测量BMD，但不能提供骨小梁结构方面的信息，而超声有可能提供这一方面的信息。

　　定量超声骨密度仪应用的基础理论

　　超声波是超出人耳听力频率以上的一种机械波(>20千赫)。其波形由速度，频率和波长决定，它们之间的关系是:

　　速度=波长×频率。

　　当超声波通过骨组织时，它与骨组织之间的反应和放射线通过骨组织的情况完全不同。超声波通过介质(骨组织)时，超声波发生两个根本的变化。介质可以改变超声波的速度，也可以使超声波能量减弱，发生衰减。因此目前临床上使用的超声骨密度仪主要测量两个参数: 超声速度(Speed of Sound，SOS)和宽幅超声衰减(Broadband Ultrasound Attenuation BUA)。其他参数都是由这两个参数演变而来。

　　从力学知识我们知道，当超声波穿过均质材料时，如塑料，橡胶等，如果已知该材料的密度和超声速度，该材料的弹性系数(Elasticity Modulus)，也就是扬氏系数(Young’s Modulus)(表示材料强度的一项指标)可由下列公式求得:

　　弹性系数=密度×(超声速度)2。

　　应该注意该公式不适用于非均质材料，如木材和松质骨等，但可以用这个公式作初步分析。

　　超声测量仪一般由超声波发生器，超声波探头和电脑组成。工作时超声波由发射探头发出，通过水或耦合剂，穿过被测组织，由接收探头接收信号，然后由电脑计算超声速度(SOS)和/或振幅衰减系数(BUA)。

　　目前市场上有近十种超声测量仪。它们所测量的部位不同: 多数测量跟骨，也有测胫骨和手指等。它们工作频率不同，耦合方式有差别，工作原理也有些不同。

　　就耦合剂而言，多数采用水做耦合剂。因超声测量受到温度的影响，所以多数采用恒温35℃，与人体温度接近，其缺点是使用不方便。另外一些采用胶作耦合剂，胶使用方便，缺点是随室温不同而异。

　　多数超声测量仪没有图像，这样测量点取决于探头和被测部位的相对位置。在跟骨过大或过小时，有可能探头的位置超出跟骨的范围。为了克服这一问题，已有机器采用对被测部位进行扫描，形成图像，然后在图像上确定测量兴趣区，这样可提高精度，并避免测量到跟骨外。

　　目前以跟骨测量仪最为常用，这主要是根据跟骨以松质骨为主，后跟部位比较适合超声测量。每人的跟骨宽度不同，而且不易被测量，外面有跟部软组织也影响结果。多数测量仪是除以一个固定的值，如25(mm)，来计算超声速度的。

　　多数机器测量跟骨，以松质骨为主。目前有一种测量皮质骨的仪器。测量部位也以胫骨为主，它测量的是超声在皮质骨的传导速度。一般认为骨疏松先发生在松质骨，后期才表现在皮质骨。

　　现在市场上的超声骨密度仪，都有比较好的精度，一般都在1%~2%之间，尤其SOS的精度可达0.5%。大量的研究表明在跟骨部位测得的SOS和BUA都和跟骨部位的骨密度有比较好的相关性。病例对照研究表明骨疏松病人比正常人群的SOS和BUA值要低。