利用電磁波的骨骼方法和安排的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是一種用于骨骼驅(qū)動(dòng)、骨骼檢測(cè)以及骨骼治療中的至少一項(xiàng)的利用電磁波的骨骼方法。在該方法中進(jìn)行第一方法步驟和第二方法步驟中的至少一個(gè)，其中在該第一方法步驟中，借助于電磁波在至少一個(gè)產(chǎn)生位置處產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械波穿過軟組織(105)進(jìn)入到骨骼(107)中。在該第二方法步驟中，借助于電磁波檢測(cè)由至少一個(gè)機(jī)械波所引起的骨骼振動(dòng)，在至少一個(gè)記錄位置處記錄這些骨骼振動(dòng)以形成機(jī)械波信息，并且所述至少一個(gè)記錄位置離所述至少一個(gè)產(chǎn)生位置的距離是已知的，并且此外，在該第二方法步驟中基于至少一個(gè)記錄信號(hào)來確定骨骼特性。
【專利說明】利用電磁波的骨骼方法和安排
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及骨骼定量超聲(QUS)，包括對(duì)骨中的超聲信號(hào)進(jìn)行的光-聲(PA)激發(fā)和/或檢測(cè)。
現(xiàn)有技術(shù)
[0002]實(shí)質(zhì)上，提議該激發(fā)和/或檢測(cè)借助于例如由一個(gè)激光源或脈沖激光源產(chǎn)生的一束電磁波或脈沖波形來完成，該束電磁波或脈沖波形經(jīng)由電磁波導(dǎo)(例如，光學(xué)纖維、準(zhǔn)直儀、透鏡、掩模和/或鏡安排)介導(dǎo)并且定向到人組織上。電磁波輸入到人組織中之后是產(chǎn)生熱和機(jī)械振動(dòng)進(jìn)入到組織中的電磁-機(jī)械轉(zhuǎn)換(例如，光-聲轉(zhuǎn)換)。相對(duì)應(yīng)地，在輸出電磁波時(shí)，檢測(cè)組織的機(jī)械振動(dòng)(例如，借助于光學(xué)干涉測(cè)量法、光學(xué)相干斷層成像術(shù)或激光多普勒振動(dòng)測(cè)量法)。因此目的是在一根骨、多根骨或骨骼中產(chǎn)生和/或檢測(cè)機(jī)械波(例如，超聲波)。潛在應(yīng)用涉及一根骨、多根骨或骨骼的評(píng)估和治療。骨評(píng)估可以包括骨疾病(如骨質(zhì)疏松)的篩查或診斷以及骨折愈合的監(jiān)測(cè)。治療可以包括，例如通過機(jī)械振動(dòng)促進(jìn)骨折愈合。
[0003]具體地說，本發(fā)明密切涉及關(guān)于骨的無創(chuàng)傷評(píng)估的早期專利US7601120B2(佩特羅.莫伊拉寧(Petro Moilanen)等人)，該專利提議在人長(zhǎng)骨(如橈骨和脛骨)中同時(shí)對(duì)兩種或更多種模式的蘭姆波進(jìn)行體內(nèi)QUS測(cè)量。這種測(cè)量是基于所謂的軸向傳輸技術(shù)，該技術(shù)是指沿著骨的長(zhǎng)軸在一個(gè)給定源接收器距離(或許多距離)處進(jìn)行的激發(fā)和檢測(cè)。具體地說，所述超聲模式中的一種可以與第一到達(dá)信號(hào)(FAS)相關(guān)聯(lián)，而另一種可以與基本彎曲(即非對(duì)稱)蘭姆模式(AO)相關(guān)聯(lián)。
[0004]FAS的聲速可以根據(jù)基本對(duì)稱蘭姆模式(SO)和橫向壓縮波的聲速來解讀(尼克爾森(Nicholson)等人2002 ;博西(Bossy)等人2002)。橫向壓縮波是沿著骨的外(骨膜)邊界以與體壓縮波(bulk compression wave)近乎一致的速度傳播的一種壓縮波。具體來說，F(xiàn)AS表現(xiàn)為一種瞬時(shí)模式，它的表觀傳播速度可以根據(jù)飛行時(shí)間連同已知的源-接收器距離來評(píng)估。為了修正由于穿過軟涂層組織所引起的飛行時(shí)間上的延遲，需要許多源-接收器距離和在源和接收器的對(duì)稱安排的兩個(gè)相反方向處傳播的測(cè)量值。這種修正通過傳統(tǒng)的超聲裝置，即壓電陶瓷接觸超聲換能器陣列是可能實(shí)現(xiàn)的，該換能器已在體內(nèi)研究上示出以提供對(duì)骨礦物質(zhì)密度和皮質(zhì)厚度的良好評(píng)估，尤其是當(dāng)激發(fā)的中心頻率被調(diào)諧成足夠低(優(yōu)選為100-400kHz)時(shí)(基勒帕(Kilappa)等人2011)。此外，此方法已提供對(duì)骨折的極佳預(yù)測(cè)，與DXA相當(dāng)或比DXA更好(莫伊拉寧等人，同上(subm))。至今，以上信息都不被認(rèn)為是新穎的。
[0005]還可以在骨中單獨(dú)激發(fā)并檢測(cè)許多蘭姆模式。最特別感興趣的一種是AO蘭姆模式，它的速度與皮質(zhì)骨的厚度強(qiáng)烈相關(guān)，并且因此基本上使得能夠估算與所測(cè)量的超聲速度成反比的皮質(zhì)壁厚度 (莫伊拉寧等人UMB2007)。然而，基于壓電陶瓷接觸超聲換能器來激發(fā)并檢測(cè)此AO模式穿過軟組織涂層的傳統(tǒng)超聲技術(shù)的確已顯示出挑戰(zhàn)性(莫伊拉寧等人2008)。這由于以下事實(shí)而得到解釋:軟涂層組織為干涉提供了傳播路徑，這些干涉通常是相當(dāng)強(qiáng)的，而同時(shí)已知AO模式遠(yuǎn)離骨、在周圍軟組織內(nèi)具有弱的位移振幅。此外，由于干涉模式的傳播速度與AO模式的傳播速度近似，所以從記錄在軟涂層頂上的響應(yīng)信號(hào)提取AO的確具有挑戰(zhàn)性。因此，需要特別注意調(diào)諧激發(fā)和檢測(cè)以便潛在地實(shí)現(xiàn)對(duì)AO模式的體內(nèi)測(cè)量。除了 AO蘭姆模式之外，許多其他蘭姆模式也證明是診斷上有用的。
[0006]骨強(qiáng)度(或易碎性)通過許多特性，如彈性剛度、骨礦物質(zhì)密度、多孔性以及皮質(zhì)厚度來確定。具體地說，已顯示皮質(zhì)骨的微觀多孔性是形容個(gè)體之間在彈性剛度或骨礦物質(zhì)密度方面的變化的主要決定因素(格蘭克(Granke)等人2011)。另一方面，已知除皮質(zhì)厚度之外，多孔性是形容皮質(zhì)骨的易碎性的一個(gè)重要因素(耶尼(Yeni)等人1997 ;澤巴澤(Zebaze)等人2010)。因此骨易碎性是通過多種因素來確定，這些因素可以通過超聲來最完全地評(píng)估。然而，為此清楚地需要多模式的超聲以便提供對(duì)骨易碎性的完整表征。而且這些現(xiàn)有技術(shù)實(shí)例指示清楚地需要多模式的軸向傳輸結(jié)合對(duì)例如FAS (第一到達(dá)信號(hào))和AO模式的測(cè)量，以便提供對(duì)骨易碎性的更完整的表征。
[0007]發(fā)明簡(jiǎn)要說明
[0008]本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種改進(jìn)的骨質(zhì)疏松評(píng)估技術(shù)，該技術(shù)針對(duì)骨質(zhì)疏松分析的需求給出基本準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。這通過一種有待至少用于骨骼驅(qū)動(dòng)、骨骼檢測(cè)以及骨骼治療中的一項(xiàng)的利用電磁波的骨骼方法得以實(shí)現(xiàn)。在該方法中進(jìn)行第一方法步驟和第二方法步驟中的至少一個(gè)，其中在該第一方法步驟中，借助于電磁波在至少一個(gè)產(chǎn)生位置處產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械波穿過軟組織進(jìn)入到骨骼中；并且在該第二方法步驟中，借助于電磁波檢測(cè)由至少一個(gè)機(jī)械波所引起的骨骼振動(dòng)，在至少一個(gè)記錄位置處記錄所檢測(cè)到的至少一個(gè)機(jī)械波以形成機(jī)械波信息，并且所述至少一個(gè)記錄位置離所述至少一個(gè)產(chǎn)生位置的距離是已知的，并且此外，在該第二方法步驟中基于至少一個(gè)記錄信號(hào)來確定骨骼特性。[0009]本發(fā)明的焦點(diǎn)還是一種利用有待至少用于骨骼驅(qū)動(dòng)、骨骼檢測(cè)以及骨骼治療中的一項(xiàng)的電磁波的骨骼安排。該安排包括:至少一個(gè)第一裝置和第二裝置，并且其中該第一裝置是用于借助于電磁波在至少一個(gè)產(chǎn)生位置處產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械波穿過軟組織進(jìn)入到骨骼中，并且該第二裝置是用于借助于電磁波檢測(cè)由至少一個(gè)機(jī)械波所引起的骨骼振動(dòng)；用于在至少一個(gè)記錄位置處記錄所檢測(cè)到的至少一個(gè)機(jī)械波以形成機(jī)械波信息的裝置，并且所述至少一個(gè)記錄位置離所述至少一個(gè)產(chǎn)生位置的距離是已知的；以及用于基于至少一個(gè)記錄信號(hào)來確定骨骼特性的裝置。
[0010]本發(fā)明是基于利用第一方法步驟和第二方法步驟中的至少一個(gè)，其中在該第一方法步驟中，產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械波穿過軟組織進(jìn)入到骨骼中；并且在該第二方法步驟中，檢測(cè)由至少一個(gè)機(jī)械波所引起的骨骼振動(dòng)，記錄所檢測(cè)到的至少一個(gè)機(jī)械波以形成機(jī)械波信息，并且在該第二方法步驟中基于至少一個(gè)記錄信號(hào)來確定骨骼特性。
[0011]本發(fā)明的益處在于骨特性的測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量得以提高以用于例如骨質(zhì)疏松分析。還可以使用具有實(shí)質(zhì)上小尺寸的測(cè)量傳感器，這使得能夠使用低頻率的例如具有小且可控制形式的機(jī)械干涉的超聲來改進(jìn)彈性波模式的受控激發(fā)，并且使得能夠小型化例如多元件傳感器，并且給出使用傳感器方面的人類工程學(xué)益處和生產(chǎn)傳感器方面的經(jīng)濟(jì)益處二者。本發(fā)明還使得電磁激發(fā)能夠出于治療目的而用于在骨中產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。
[0012]附圖簡(jiǎn)要說明
[0013]圖1呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的電磁波激發(fā)和檢測(cè)。[0014]圖2呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)延遲激發(fā)和檢測(cè)實(shí)施例。
[0015]圖3A至圖3D呈現(xiàn)了用于執(zhí)行電磁波傳感器的定位運(yùn)動(dòng)的裝置。
[0016]發(fā)明詳細(xì)說明
[0017]在圖1中呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的電磁波激發(fā)和檢測(cè)。參考號(hào)100指示第一裝置100，該第一裝置用于借助于電磁波在至少一個(gè)產(chǎn)生位置處產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械波穿過軟組織105進(jìn)入到骨骼107中。圖1中的參考符號(hào)120指示由第一裝置100執(zhí)行的電磁輸入功能。圖1中的參考符號(hào)122指示電磁輸出功能。在圖2中呈現(xiàn)了作為一個(gè)實(shí)例的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)相位延遲激發(fā)和檢測(cè)實(shí)施例。該安排包括用于檢測(cè)電磁輸出的第二裝置103。在所述檢測(cè)中，借助于電磁波檢測(cè)由至少一個(gè)機(jī)械波所引起的骨骼振動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選相位延遲實(shí)施例中，光束通過光學(xué)纖維被引導(dǎo)，此后，該光束被吸收到骨骼中并且產(chǎn)生例如一個(gè)超聲波。通過在例如激光二極管的觸發(fā)信號(hào)之間采用一個(gè)時(shí)間延遲Utl)來獲得時(shí)間延遲激發(fā)。
[0018]參考圖2，該安排包括以下裝置104，該裝置用于在至少一個(gè)記錄位置處記錄所檢測(cè)到的至少一個(gè)機(jī)械波以形成機(jī)械波信息。所述至少一個(gè)記錄位置離所述至少一個(gè)產(chǎn)生位置的距離是已知的。該安排包括用于基于至少一個(gè)記錄信號(hào)來確定骨骼特性的裝置108。在需要時(shí)，所述裝置104、108被安排在例如利用計(jì)算程序的一個(gè)計(jì)算機(jī)處理器中。計(jì)算機(jī)處理器104、108示意性地呈現(xiàn)在圖2中。在計(jì)算機(jī)處理器104、108與第一裝置100和第二裝置103之間使用有線或無線數(shù)據(jù)傳輸以在它們之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。除圖2的延遲激發(fā)和檢測(cè)實(shí)施例之外，所述裝置103、104、108還可以用于本發(fā)明的其他實(shí)施例。
[0019]在一種根據(jù)本發(fā)明的方法中進(jìn)行第一方法步驟和第二方法步驟中的至少一個(gè)，其中在該第一方法步驟中，借助于電磁波在至少一個(gè)產(chǎn)生位置處產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械波穿過軟組織105進(jìn)入到骨骼107中。在該第二方法步驟中，借助于電磁波檢測(cè)由至少一個(gè)機(jī)械波所引起的骨骼振動(dòng)，在至少一個(gè)記錄位置處記錄所檢測(cè)到的至少一個(gè)機(jī)械波以形成機(jī)械波信息，并且所述至少一個(gè)記錄位置離所述至少一個(gè)產(chǎn)生位置的距離是已知的，并且此外，在該第二方法步驟中基于至少一個(gè)記錄信號(hào)來確定骨骼特性。當(dāng)進(jìn)行第一方法步驟或第二方法步驟中的無論哪一個(gè)時(shí)，例如機(jī)械和/或壓電機(jī)械效應(yīng)裝置可以與該第一方法步驟或第二方法步驟以及在所述第一方法步驟或第二方法步驟中所利用的第一裝置100或第二裝置103、104、108—起利用。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)治療實(shí)施例可以通過使用根據(jù)該第一方法步驟的第一裝置100來實(shí)現(xiàn)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選安排包括用于在借助于電磁波產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械波時(shí)進(jìn)行多模式的軸向傳輸?shù)难b置100。該安排還可以包括以下裝置100，該裝置用于調(diào)諧機(jī)械波的中心頻率和型式中的至少一項(xiàng)，以便促進(jìn)至少一種蘭姆模式進(jìn)入到骨中的體內(nèi)激發(fā)。裝置100優(yōu)選包括多個(gè)電磁源(即電磁波傳感器100)以及至少一個(gè)處理器，該處理器在圖2的優(yōu)選實(shí)施例中可被安排成用于通過進(jìn)行電磁源100陣列的相位延遲激發(fā)來調(diào)諧機(jī)械波的中心頻率和型式中的至少一項(xiàng)，以便促進(jìn)至少一種蘭姆模式進(jìn)入到骨中的體內(nèi)激發(fā)。裝置100可被進(jìn)一步安排成用于通過基于所檢測(cè)信號(hào)的振幅的最大化和所檢測(cè)信號(hào)的帶寬的最小化中的至少一項(xiàng)、利用一個(gè)反饋來優(yōu)化相位延遲的振幅，并且裝置108被安排成用于確定在相位延遲的振幅連同電磁源100陣列中的多個(gè)源之間的平均距離的基礎(chǔ)上激發(fā)的蘭姆模式的相速。
[0021]用于借助于電磁波檢測(cè)骨骼振動(dòng)的第二裝置103 (圖2)包括一個(gè)光學(xué)干涉儀103、光學(xué)相干斷層成像裝置103以及激光多普勒測(cè)振儀103中的至少一個(gè)，并且相對(duì)應(yīng)地，骨骼振動(dòng)的檢測(cè)是基于光學(xué)干涉測(cè)量法、光學(xué)相干斷層成像術(shù)以及激光多普勒振動(dòng)測(cè)量法中的至少一種。光學(xué)干涉儀103、光學(xué)相干斷層成像裝置103以及激光多普勒測(cè)振儀103還可以被稱為電磁波傳感器103。由第二裝置103對(duì)骨中的骨骼振動(dòng)進(jìn)行的優(yōu)選檢測(cè)是基于對(duì)第一到達(dá)信號(hào)(FAS)和多種蘭姆超聲模式中的至少一項(xiàng)的檢測(cè)。一種優(yōu)選安排包括以下裝置108，該裝置用于識(shí)別機(jī)械波信息中的至少一種蘭姆模式，并且用于基于所識(shí)別的至少一種蘭姆模式來確定該至少一個(gè)機(jī)械波的速度，從而評(píng)價(jià)骨骼的至少一個(gè)特性。而且本發(fā)明的一種優(yōu)選安排可以包括用于基于所形成的機(jī)械波信息來描繪骨骼的骨物質(zhì)特性的裝置108。
[0022]在圖3A至圖3D中呈現(xiàn)了以下裝置106，該裝置用于通過執(zhí)行以下運(yùn)動(dòng)中的至少一項(xiàng)來執(zhí)行電磁波傳感器100、103的定位運(yùn)動(dòng):調(diào)諧這些電磁波傳感器的垂直定位運(yùn)動(dòng)、這些電磁波傳感器的自適應(yīng)軸向定位運(yùn)動(dòng)、這些電磁波傳感器的切向定位運(yùn)動(dòng)、這些電磁波傳感器的方位角定位運(yùn)動(dòng)以及這些電磁波傳感器的軸向掃描運(yùn)動(dòng)。稍后在本說明中詳細(xì)解釋圖3A至圖3D。
[0023]在以下說明中詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選模式之一。光-聲(稍后在本說明中=PA)裝置，即電磁波傳感器實(shí)質(zhì)上使得能夠靈活地調(diào)諧激發(fā)和檢測(cè)，這可通過許多方式促進(jìn)對(duì)人骨中的蘭姆波進(jìn)行的體內(nèi)激發(fā)和檢測(cè)。想法是產(chǎn)生強(qiáng)且易于在接收器處辨別的一種模式。這種模式還應(yīng)當(dāng)是對(duì)骨的至少一種臨床相關(guān)特性(例如，皮質(zhì)骨厚度、彈性剛度或骨礦物質(zhì)密度)敏感的。
[0024]通過PA調(diào)諧激發(fā)和/或檢測(cè)可以由以下方面組成:A.調(diào)諧光波長(zhǎng)(電磁束的波長(zhǎng))以便在骨中提供通過最小化覆蓋軟組織中的吸收來調(diào)節(jié)的的最大光吸收。由此產(chǎn)生超聲源(即機(jī)械波源)進(jìn)入到骨中，或盡可能地接近骨。B.調(diào)諧被照射表面面積以便在皮膚上提供最大可允許的光強(qiáng) 度。C.調(diào)諧被照射表面的形狀以便在接收器處產(chǎn)生最強(qiáng)的可能目標(biāo)模式。最佳形狀可以是例如球形、線條或峰狀(crest)。D.調(diào)諧機(jī)械(例如超聲)激發(fā)中心頻率，以便提供(a)最佳可激發(fā)性和(2)對(duì)骨的至少一種臨床有用特性的足夠的(或最佳的)敏感性。E.調(diào)諧相位延遲激發(fā)情況下的相位延遲的振幅，以便促進(jìn)一種特定模式的選擇性激發(fā)。
[0025]雖然接觸超聲換能器陣列已經(jīng)使得能夠準(zhǔn)確評(píng)估第一到達(dá)信號(hào)(FAS)速度，但與激發(fā)相關(guān)的以下幾點(diǎn)可增強(qiáng)FAS測(cè)量。考慮到一個(gè)接觸超聲源陣列和兩個(gè)接觸超聲接收器，源陣列的每一端處一個(gè)接收器。
[0026]1.由于更小的元件直徑，用PA裝置(光學(xué)纖維或激光二極管)替換接觸US源使得能夠增加源的數(shù)量。由此可增大超聲速度評(píng)估的準(zhǔn)確性。
[0027]2.光-聲源或光-聲源陣列的位置可被容易地掃描到，以便進(jìn)一步增大速度測(cè)定的準(zhǔn)確性。
[0028]3.PA裝置可以相繼地從通過掃描聲激發(fā)中心頻率進(jìn)行的快速迭代測(cè)量實(shí)現(xiàn)快速調(diào)諧該中心頻率，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)FAS速度的分散的評(píng)估。期望這種分散評(píng)估提供一種用于基于FAS的皮質(zhì)厚度估算的方式，作為AO蘭姆模式的替代方案。
[0029]AO模式的激發(fā)和檢測(cè)會(huì)極大地受到源100和接收器103的適當(dāng)調(diào)諧的影響。因此可考慮以下調(diào)諧激發(fā)的方法。[0030]1.干涉模式進(jìn)入到軟組織涂層中的激發(fā)應(yīng)被最小化，而蘭姆AO模式在骨中的激發(fā)應(yīng)被最大化。
[0031]最小化被激發(fā)到軟組織涂層中的能量和最大化在骨中被激發(fā)成AO模式的能量的方法。
[0032]2.適當(dāng)選擇光波長(zhǎng)以最小化軟組織中的光吸收。光吸收越低，PA源越弱。當(dāng)軟組織中的PA源是弱的時(shí)，在軟組織中被激發(fā)成干涉模式的能量也是弱的。
[0033]3.適當(dāng)選擇光波長(zhǎng)以最小化光散射，以便實(shí)現(xiàn)朝向骨的尖銳光束。
[0034]4.適當(dāng)選擇光波長(zhǎng)以最大化骨中的光吸收，以便在骨中產(chǎn)生強(qiáng)的PA源。
[0035]5.適當(dāng)調(diào)諧聲激發(fā)頻率，以便促進(jìn)AO激發(fā)穿過軟組織涂層。在非常低的超聲頻率下優(yōu)選在20-120kHz下AO被最有效地激發(fā)，然而這類頻率的壓電元件為此目的而具有不適當(dāng)大的直徑。PA裝置實(shí)現(xiàn)了這類頻率的點(diǎn)源。
[0036]6.適當(dāng)調(diào)整由激光輻照的區(qū)域的形狀和大小(優(yōu)選一條窄線)，以便在人組織的安全限值內(nèi)最大化PA能量的量，但是最小化表面面積，以便促進(jìn)AO蘭姆模式的激發(fā)。激發(fā)功率是光束強(qiáng)度和所輻照的表面面積的函數(shù)。
[0037]7.一個(gè)源陣列的相位延遲激發(fā)可以用于進(jìn)一步促進(jìn)AO的激發(fā)。
[0038]8.阻斷干擾穿過軟組織涂層的直接傳播路徑已通過初始建模和體外實(shí)驗(yàn)顯示減小軟涂層中的直接干涉模式的強(qiáng)度，以便大大促進(jìn)在軟涂層頂上的檢測(cè)器處的AO模式的檢測(cè)。為此，檢測(cè)器也可以是傳統(tǒng)的接觸超聲換能器。
[0039]促進(jìn)AO模式的檢測(cè)的方法
[0040]1.調(diào)諧檢測(cè)器對(duì)低超聲頻率(〈120kHz)的最佳敏感性。這最佳地由PA裝置如激光干涉儀完成。
[0041]2.實(shí)施一種點(diǎn)或窄線條式檢測(cè)器，這也通過PA裝置來實(shí)現(xiàn)。
[0042]3.使用軟組織涂層光學(xué)清除技術(shù)以使得檢測(cè)器光束穿透接近骨表面。(已顯示此技術(shù)是有挑戰(zhàn)性的并且是潛在地不可能實(shí)施的)。
[0043]PA (光-聲)測(cè)量要求夾緊前臂或小腿，并且相對(duì)于有待測(cè)量的骨將一個(gè)或多個(gè)源和一個(gè)或多個(gè)接收器引導(dǎo)到一個(gè)適當(dāng)位置中。設(shè)計(jì)這樣一種適合于臨床測(cè)量的設(shè)備是一項(xiàng)任務(wù)。
[0044]1.重要的特征是方便的位置調(diào)整和基于在精細(xì)位置調(diào)整過程中被測(cè)量的超聲信號(hào)的適當(dāng)反饋。主要要求是合理的快速且可再現(xiàn)的定位。
[0045]可替代地，PA源可以與多個(gè)接觸US接收器一起封裝在一個(gè)手持探頭內(nèi)部。這樣一種設(shè)計(jì)可以通過潛在地與小型平移平臺(tái)結(jié)合的一個(gè)激光二極管或一個(gè)激光二極管陣列來實(shí)施，以便提供用于掃描源位置的裝置。這樣一種設(shè)置可提供用于混合裝置的一個(gè)潛在實(shí)施例。
[0046]2.根據(jù)源自本US裝置的經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)手持探頭連同來自所測(cè)量信號(hào)的即時(shí)響應(yīng)使得能夠進(jìn)行直觀定位。
[0047]可替代地，PA源可以與一個(gè)或兩個(gè)PA接收器一起封裝在一個(gè)手持探頭內(nèi)部，其中該源通過一個(gè)激光二極管或一個(gè)激光二極管陣列來實(shí)施，并且該接收器通過例如一對(duì)干涉測(cè)量檢測(cè)器來實(shí)施 。這樣一種設(shè)計(jì)可提供適合于臨床使用的用于全PA裝置的一個(gè)潛在實(shí)施例。[0048]本發(fā)明的新穎且發(fā)明性特征可以被視為至少歸因于以下幾個(gè)事實(shí):
[0049]1.已知的光-聲(PA)方法以一種不明顯的方式與已知的骨骼定量超聲(QUS)方法結(jié)合。要求同時(shí)完成若干參數(shù)(如光波長(zhǎng)、光束強(qiáng)度以及皮膚上的所照射區(qū)域的尺寸，調(diào)諧PA源以獲得最佳聲波長(zhǎng)，以及潛在地阻礙干涉模式的傳播)的謹(jǐn)慎選擇。
[0050]2.PA裝置使得能夠靈活地調(diào)諧激發(fā)(和檢測(cè))。
[0051]A.點(diǎn)或點(diǎn)樣(包括細(xì)線)源同樣是在非常低的超聲中心頻率(f = 20-120kHz)下實(shí)現(xiàn)的，這是當(dāng)調(diào)諧成這類頻率時(shí)其物理直徑太大的壓電陶瓷元件所不可能實(shí)現(xiàn)的。另外，PA裝置還使得能夠?qū)嵤c(diǎn)樣檢測(cè)器。已知點(diǎn)樣源和接收器最佳用于促進(jìn)具體地AO蘭姆模式的激發(fā)和檢測(cè)(也對(duì)其他模式有用)，包括AO模式的可激發(fā)性典型地隨著頻率的降低而增大。
[0052]B.通過某些PA源(激光二極管)即時(shí)調(diào)諧超聲激發(fā)的中心頻率，以便實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)超聲模式(如FAS)的分散評(píng)估。對(duì)中心頻率的這種調(diào)諧是壓電元件所不可能實(shí)現(xiàn)的(因?yàn)槎趟矐B(tài))。FAS的分散對(duì)皮質(zhì)厚度敏感，而固定頻率下的FAS測(cè)量主要對(duì)彈性剛度和骨礦物質(zhì)密度敏感。
[0053]C.相位延遲激發(fā)進(jìn)一步促進(jìn)超聲模式的激發(fā)。PA的優(yōu)點(diǎn)來源于點(diǎn)樣傳感器元件的可能性，這些點(diǎn)樣傳感器元件使得能夠在一個(gè)短的臨床陣列探頭內(nèi)部包括若干傳感器元件。
[0054]3.可能對(duì)所 提議方法的臨床應(yīng)用取得成功至關(guān)重要的裝置設(shè)計(jì)。
[0055]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的安排發(fā)展將確切地旨在實(shí)現(xiàn)厚度敏感的SGW模式(=與蘭姆AO—致)的臨床相關(guān)體內(nèi)測(cè)量。為此，本項(xiàng)目的特定目的是:
[0056]-引入PA技術(shù)以用于骨中的寬帶(低頻率)且靈活的信號(hào)產(chǎn)生。
[0057]-使用PA來選擇性激發(fā)AO模式作為減小由上覆軟組織引起的模式失真的手段。
[0058]-使用PA來遠(yuǎn)程地對(duì)來自上覆軟組織上方的骨表面振動(dòng)進(jìn)行成像。
[0059]-優(yōu)化用于準(zhǔn)確且快速地掃描所測(cè)量的長(zhǎng)達(dá)足以用于臨床使用的距離的技術(shù)。
[0060]-通過建模優(yōu)化用于對(duì)骨進(jìn)行體內(nèi)測(cè)量的測(cè)量設(shè)置。
[0061]-優(yōu)化用于實(shí)現(xiàn)臨床體內(nèi)測(cè)量的信號(hào)處理。
[0062]-設(shè)計(jì)并構(gòu)建一種便攜儀器。
[0063]這些目的將實(shí)現(xiàn)對(duì)骨質(zhì)疏松的臨床相關(guān)多模式(FAS+SGW)體內(nèi)表征，與迄今已成為可能的表征相比，該表征將是相對(duì)便宜的并且將提供更完整的骨評(píng)估。
[0064]將研究實(shí)施PAQUS (光-聲骨骼定量超聲)裝置的不同選擇。
[0065]1.用非接觸(光-聲；PA)裝置替換超聲軸向傳輸掃描儀(圖1)的源和接收器。
[0066]A.相1:混合裝置-與接觸超聲檢測(cè)結(jié)合的PA源。
[0067]B.相2:全PA實(shí)施-通過PA裝置進(jìn)行激發(fā)和檢測(cè)。
[0068]通過使用一個(gè)(PA)相位延遲陣列探頭來增強(qiáng)激發(fā)。如由PA裝置所實(shí)施的，根據(jù)鏡面反射(脈沖-回波測(cè)量)直接評(píng)估皮質(zhì)厚度。
[0069]彈性被導(dǎo)波(蘭姆波)的兩個(gè)臨床有用的特性是厚度敏感性和對(duì)材料特性的敏感性。后者取決于每種特性模式的穿透深度和特征振動(dòng)概況。
[0070]慢被導(dǎo)波(SGW或Wave2)與AO蘭姆模式的特性一致。快第一到達(dá)信號(hào)(FAS或Wavel)是在所測(cè)量的信號(hào)下可觀測(cè)到的一種表觀模式，并且它的速度可被解讀。FAS和SGW的最佳厚度敏感性的范圍可根據(jù)適當(dāng)模型來解讀。
[0071]軟上覆組織的影響對(duì)于SGW(與AO相關(guān)聯(lián))的激發(fā)和檢測(cè)是特別有挑戰(zhàn)性的，這具體是因?yàn)槁暷芸焖傩孤┑街車M織中(這導(dǎo)致隨著距離快速衰減)和特征位移概況，根據(jù)該特征位移概況此模式在骨中具有可檢測(cè)的位移振幅，但是該振幅在遠(yuǎn)離骨的軟涂層中快速下降，并且因此是在涂層頂上難以檢測(cè)到(維克多(ViktOTOV) 1967 ;雅普拉(Yapura)和金拉(Kinra)，1995)。此外，涂層中的其他更強(qiáng)的模式所造成的干涉阻礙對(duì)弱AO模式的識(shí)別(莫伊拉寧等人，2008)。
[0072]長(zhǎng)波長(zhǎng)(低頻率)的選擇可在某種程度上降低這種軟組織影響。對(duì)于特別長(zhǎng)的波長(zhǎng)，即使在(薄)軟涂層頂上，AO模式也可以具有可測(cè)量的位移。為此，低至例如50kHz的頻率可被視為是最佳的。光-聲實(shí)現(xiàn)這類低頻率的激發(fā)和檢測(cè)，而以壓電元件來實(shí)現(xiàn)這類低頻率的激發(fā)和檢測(cè)將是有挑戰(zhàn)性的，這是因?yàn)檫@類換能器的大的物理尺寸。事實(shí)上已知對(duì)于激發(fā)AO模式來說垂直于彈性波導(dǎo)的尖銳(即介導(dǎo)到一個(gè)小的表面區(qū)域上)且強(qiáng)的脈沖是最佳的。
[0073]—個(gè)光信號(hào)的能量經(jīng)由光-聲變換被介導(dǎo)成一個(gè)聲信號(hào)(即超聲)的能量。雖然此過程因光吸收而發(fā)生，但光-聲變換的效率主要由吸收系數(shù)(每種材料的特征)和光波長(zhǎng)確定。另外，光束的穿透深度發(fā)揮了作用。
[0074]對(duì)于皮質(zhì)骨，這些光學(xué)參數(shù)取決于波長(zhǎng)。皮質(zhì)骨在長(zhǎng)于1400nm的激發(fā)波長(zhǎng)下具有最高光吸收，其中進(jìn)入到皮質(zhì)骨中的有效穿透深度是約1mm。因此，在這些波長(zhǎng)下的激光激發(fā)對(duì)在骨中產(chǎn)生最強(qiáng)的可能光-聲波是最佳的。
[0075]需要另外進(jìn)行考慮來介導(dǎo)信號(hào)通過軟組織涂層?？傮w來說，軟組織影響光吸收和散射，并且因此有效地限制到達(dá)骨的光能的量。例如，根據(jù)相關(guān)吸收譜，在600-1100nm下的吸收是最小的(并且因此是最佳的)(針對(duì)皮膚的結(jié)果)。因此，在對(duì)于骨和軟組織的最佳值之間不存在直接的匹配，并且有效的光-聲激發(fā)往往在軟涂層與骨中的吸收之間進(jìn)行折中的結(jié)果。因此，需要謹(jǐn)慎選擇最佳激發(fā)波長(zhǎng)。
[0076]在以上三個(gè)示例性情況下，在532nm下的激發(fā)將產(chǎn)生最強(qiáng)但最小的PA源，該P(yáng)A源僅位于軟組織的表面下。由此模仿軟組織表面處的傳統(tǒng)接觸超聲換能器的特征，具有獨(dú)立于激發(fā)頻率的可調(diào)諧表面積的優(yōu)點(diǎn)，這是壓電元件所不可能實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于一個(gè)壓電元件，其尺寸往往是中心頻率的函數(shù)。具體地說，在低超聲頻率下，傳統(tǒng)壓電元件的物理大小限制其對(duì)于本應(yīng)用的適合性。532nm的波長(zhǎng)對(duì)于FAS的激發(fā)是最佳的，尤其是當(dāng)此波模式的測(cè)量已經(jīng)被設(shè)計(jì)并且最佳化用于先前的接觸換能器時(shí)(基勒帕等人2011)。其次，此波長(zhǎng)由于其小的表面大小還可能使得能夠激發(fā)SGW (與AO相關(guān)聯(lián))穿過薄軟涂層。
[0077]在1064nm波長(zhǎng)下的激發(fā)將在軟組織和骨中產(chǎn)生最弱且最大的PA源。穿透到骨中可以使得能夠激發(fā)SGW(與AO相關(guān)聯(lián))，而對(duì)于此目的，源的大的大小不是最佳的。
[0078]在1680nm波長(zhǎng)下的激發(fā)將在軟組織和骨中產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)且尖銳的PA源，這對(duì)于與AO相關(guān)聯(lián)的SGW的激發(fā)是最佳的。在另一方面，軟組織中的強(qiáng)吸收(強(qiáng)于骨中的吸收)可能在軟組織與骨中的PA源之間產(chǎn)生不利的干涉。
[0079]在1250nm下的激發(fā)可被視為用于產(chǎn)生與AO相關(guān)聯(lián)的強(qiáng)SGW的最佳波長(zhǎng)。在此波長(zhǎng)下在骨中存在吸收峰，并且軟組織中的吸收已經(jīng)降低至與骨中相當(dāng)?shù)乃?。一個(gè)初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持這種假設(shè):在低超聲頻率范圍下，在1250nm波長(zhǎng)下激發(fā)的振幅譜強(qiáng)于在1680nm下激發(fā)的振幅譜。
[0080]要么光束可被聚焦到皮膚表面上，要么可通過掩蔽一個(gè)未聚焦光束來調(diào)整光學(xué)暴露的區(qū)域。光束的直接聚焦產(chǎn)生一個(gè)尖銳且強(qiáng)的點(diǎn)(或線)源，這對(duì)于特別是SGW(與AO相關(guān)聯(lián))的激發(fā)是最佳的。然而這種聚焦光束的強(qiáng)度難以準(zhǔn)確且局部地控制，強(qiáng)度可能容易超出安全限值。掩蔽未聚焦的光束因此聚焦于一種更受控制且安全的選擇，即使與聚焦相比，掩蔽不能產(chǎn)生這種最佳點(diǎn)源。通過掩蔽產(chǎn)生的源是沿著傳播方向具有短尺寸(寬度)的線源。l_5mm的值被視為是線源的寬度，而5-15mm的值被視為是長(zhǎng)度。更大光束區(qū)域的優(yōu)點(diǎn)是安全地將更大量的能量介導(dǎo)到組織中，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的響應(yīng)。
[0081]在混合版本的光-聲軸向傳輸掃描儀中，源通過非接觸裝置來實(shí)施而接收器是傳統(tǒng)接觸超聲換能器。使用一對(duì)接收器以便能夠進(jìn)行雙向測(cè)量以用于軟組織影響的準(zhǔn)確修正。
[0082]當(dāng)通過使用例如PAQUS混合設(shè)置在骨中進(jìn)行體內(nèi)激發(fā)和檢測(cè)超聲信號(hào)時(shí)，可在記錄信號(hào)中清楚地識(shí)別FAS模式。
[0083]單獨(dú)的蘭姆模式(例如，AO或SO模式)的激發(fā)可通過相位延遲激發(fā)來促進(jìn)。因此已采用潛在非接觸的IDT(叉指式換能器)樣激發(fā)來允許有效產(chǎn)生一種蘭姆模式(例如，該SO或SO模式)。想法是產(chǎn)生強(qiáng)且易于在接收器處辨別的一種模式。這種模式還應(yīng)當(dāng)是對(duì)骨的至少一種臨床相關(guān)特性(例如，皮質(zhì)骨厚度、彈性剛度或骨礦物質(zhì)密度)敏感的。這么做，我們?cè)谖挥趥鬏斉c接收區(qū)域之間的最短視線上的皮膚上照射出四個(gè)斑點(diǎn)(例如，球形、線條或峰狀)。選擇這些斑點(diǎn)的大小以便在皮膚上提供最大可允許的光強(qiáng)度。選擇它們的形狀以便在接收器處產(chǎn)生最強(qiáng)的可能目標(biāo)模式。選擇斑點(diǎn)間距離以匹配目標(biāo)波模式(例如，沿著橈骨在50kHz下的A0)的飛行時(shí)間要求(空間相位匹配)。目標(biāo)模式的中心頻率被選擇成使得它通過使用反饋來最小化絕對(duì)帶寬來最大化接收信號(hào)的振幅。照射激光的光譜被選擇成使得它在骨中提供通過最小化在覆蓋軟組織中的吸收來調(diào)節(jié)的最佳光吸收。選擇每個(gè)照射脈沖的時(shí)間性概況和到每個(gè)照射斑點(diǎn)上的脈沖型式，以便產(chǎn)生一種聲波型式，該聲波型式產(chǎn)生一種強(qiáng)模式進(jìn)入到骨中。激光斑點(diǎn)的照射(時(shí)間地和空間地)應(yīng)滿足如在IDT換能器中的相位匹配要求(這取決于骨中的聲速和斑點(diǎn)之間的距離)。
[0084]PA波將通過超聲耦合液體耦合到人肢體中，從而在不同組織邊界處反射?；夭▊鞑セ氐絇A傳感器中并且由壓電檢測(cè)器接收。由于皮質(zhì)骨比其他軟組織具有高得多的聲阻抗，所以在骨-軟組織邊界處的回波比從軟組織-軟組織邊界反射的回波強(qiáng)得多，這些回波是易于區(qū)分的。測(cè)量來自骨-軟組織邊界的兩個(gè)回波的時(shí)間差異，如果骨中的聲速是已知的，那么可以估算出骨厚度。
[0085]最后更加詳細(xì)地解釋圖3A至圖3D。將超聲探頭適當(dāng)定位到骨中對(duì)于成功進(jìn)行超聲測(cè)量是至關(guān)重要的。具體地說，相對(duì)于骨的長(zhǎng)軸的橫向和周向方向是重要的。在具有一個(gè)手持陣列探頭的情況下，通過使用所測(cè)量的響應(yīng)信號(hào)的特性作為反饋來手動(dòng)移動(dòng)探頭可直觀地發(fā)現(xiàn)適當(dāng)定位。典型地在30度的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)慕馄饰恢谩?br> [0086]在PAQUS設(shè) 置中，當(dāng)使用一個(gè)外部激光單元(或多個(gè)單元)210，即電磁輻射源210通過一個(gè)光學(xué)纖維216時(shí)，移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)激光束的自由度優(yōu)選被最小化。尤其是，安排激光束的旋轉(zhuǎn)是有挑戰(zhàn)性的。因此，優(yōu)選的是，通過將人肢體移動(dòng)到適當(dāng)位置中、而一個(gè)或多個(gè)超聲源和一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器103保持不變來安排適當(dāng)定位所要求的自由度。[0087]為了安排人肢體的旋轉(zhuǎn)，一個(gè)可能的實(shí)施例包括兩個(gè)圓圈212、214，其中外圓圈212是固定的而內(nèi)圓圈214有旋轉(zhuǎn)的自由。超聲換能器(PA和常規(guī)換能器)被固定到外圓圈中(或相對(duì)于外圓圈被固定)。在混合設(shè)置中，換能器包括例如由一個(gè)外部脈沖激光單元介導(dǎo)的一個(gè)PA源和兩個(gè)常規(guī)接觸US接收器。力傳感器與US接收器一起被包括以便監(jiān)測(cè)接觸壓力。在裝置被安排用于掃描PA源的軸向位置時(shí)，接收器保持不變。
[0088]目的是將骨(例如，橈骨)的截面的質(zhì)量中心定位到圓圈的中心點(diǎn)中，并且接著將骨旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)角度中。手臂由已經(jīng)經(jīng)由線性單元被安裝到內(nèi)圓圈214中的特定夾具218來固定。參考符號(hào)200是指用于基座結(jié)構(gòu)的支撐部分200，并且參考符號(hào)226是指使內(nèi)圓圈214相對(duì)于外圓圈移動(dòng)的一個(gè)曲柄226。參考符號(hào)204是指一個(gè)電磁波準(zhǔn)直儀204。
[0089]在下文中，人前臂用作人肢體的一個(gè)實(shí)例，并且橈骨用作有待測(cè)量的骨的一個(gè)實(shí)例。
[0090]移動(dòng)超聲傳感器的裝置224
[0091]1.可提供裝置以在夾緊前臂時(shí)將超聲傳感器103移開，并且使這些傳感器返回至
測(cè)量位置。
[0092]2.可提供裝置以精細(xì)調(diào)諧超聲傳感器103的垂直位置(X)。
[0093]自適應(yīng)軸向定位(Z-方向)
[0094]1.將前臂固定到肘夾具和腕夾具中。 [0095]2.提供裝置以測(cè)量這兩個(gè)夾具的位置。
[0096]3.這兩個(gè)夾具的距離表示骨長(zhǎng)度并且由所測(cè)量的位置來確定。
[0097]4.根據(jù)骨長(zhǎng)度來確定軸向測(cè)量位置。
[0098]5.提供裝置124以(通過一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī))將前臂移動(dòng)到正確軸向位置中或(通過指示“向前”、“向后”和“不動(dòng)”的符號(hào))引導(dǎo)前臂到正確軸向位置中的運(yùn)動(dòng)。
[0099]6.固定這兩個(gè)夾具的軸向位置。
[0100]切向(X和y)定位和方位角定位
[0101]7.旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓圈以調(diào)整方位角。
[0102]8.這兩個(gè)夾具的切向定位將由四個(gè)獨(dú)立的線性單元來調(diào)整。
[0103]9.通過多次位置測(cè)量并且使用所測(cè)量的信號(hào)作為反饋相繼地調(diào)諧定位。定位可以是手動(dòng)的或自動(dòng)的。
[0104]軸向掃描
[0105]10.提供裝置224以相繼地在兩個(gè)接收器之間在一個(gè)有限范圍(例如，30mm)內(nèi)移動(dòng)該源，所述范圍關(guān)于兩個(gè)傳感器103是對(duì)稱的。
[0106]11.在源的每個(gè)位置，在傳感器103處記錄響應(yīng)信號(hào)。
[0107]替代構(gòu)型
[0108]12.在混合設(shè)置中，源210可由一個(gè)激光二極管或一個(gè)激光二極管陣列來替換。在這種情況下，一個(gè)替代構(gòu)型是可能的，其中包括前臂夾具218系統(tǒng)被固定到工作臺(tái)中，并且源和接收器被固定到內(nèi)旋轉(zhuǎn)環(huán)中。第二替代設(shè)計(jì)包括一個(gè)手持陣列探頭，在這種情況下，前臂夾具和定位機(jī)構(gòu)不是必要的。
[0109]13.接收器即傳感器103可以由PA接收器(例如，干涉儀)來替換，并且源可以由常規(guī)超聲換能器或一個(gè)常規(guī)超聲換能器陣列來替換。[0110]14.接收器可由PA接收器(例如，干涉儀)來替換，以便實(shí)現(xiàn)一個(gè)全PA裝置。
[0111]15.這些源和接收器還可以在一個(gè)成像模式中起作用，或者可以包括特定的成像傳感器，以便基于超聲或PA脈沖回波方法實(shí)現(xiàn)肢體的(幾何)成像成像可以提供另外的診斷信息，如皮質(zhì)厚度的概況或圖。此外，成像可以用于確定骨的取向和骨截面的質(zhì)量中心位置，根據(jù)這些人們可以使骨在所述機(jī)構(gòu)中的定位自動(dòng)化。
[0112]計(jì)算機(jī)處理器104、108示意性地呈現(xiàn)在圖A至圖3D中。在計(jì)算機(jī)處理器104、108與圖3A至圖3D中所述的定位裝置106之間使用有線或無線數(shù)據(jù)傳輸來在它們之間進(jìn)行所需的數(shù)據(jù)傳輸。
[0113]雖然已參考附圖和說明書呈現(xiàn)本發(fā)明，但本發(fā)明決不受限于所述附圖和說明書，因?yàn)楸景l(fā)明受 制于由權(quán)利要求所允許的范圍內(nèi)的變化。
【權(quán)利要求】
1.一種有待至少用于骨骼驅(qū)動(dòng)和骨骼檢測(cè)中的一項(xiàng)的利用電磁波的骨骼方法，其特征在于，在該方法中進(jìn)行第一方法步驟和第二方法步驟中的至少一個(gè)，其中在該第一方法步驟中，借助于電磁波在至少一個(gè)產(chǎn)生位置處產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械波穿過軟組織(105)進(jìn)入到骨骼(107)中；并且在該第二方法步驟中，借助于電磁波檢測(cè)由至少一個(gè)機(jī)械波所引起的骨骼振動(dòng)，在至少一個(gè)記錄位置處記錄所檢測(cè)到的至少一個(gè)機(jī)械波以形成機(jī)械波信息，并且所述至少一個(gè)記錄位置離所述至少一個(gè)產(chǎn)生位置的距離是已知的且是非零的，并且此外，在該第二方法步驟中基于至少一 個(gè)記錄信號(hào)來確定骨骼特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼方法，其特征在于，在該第一方法步驟中，在借助于電磁波產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械波時(shí)使用多模式的軸向傳輸以便激發(fā)至少一個(gè)機(jī)械波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼方法，其特征在于，在對(duì)骨骼振動(dòng)進(jìn)行的該檢測(cè)中使用光學(xué)干涉測(cè)量法、光學(xué)相干斷層成像術(shù)以及激光多普勒振動(dòng)測(cè)量法中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼方法，其特征在于，對(duì)骨中的骨骼振動(dòng)進(jìn)行的該檢測(cè)是基于對(duì)第一到達(dá)信號(hào)(FAS)和多種蘭姆超聲模式中的至少一項(xiàng)的檢測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼方法，其特征在于，在該第一方法步驟中，調(diào)諧該機(jī)械波的中心頻率和型式中的至少一項(xiàng)，以便促進(jìn)至少一種蘭姆模式進(jìn)入到該骨中的體內(nèi)激發(fā)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的骨骼方法，其特征在于，在對(duì)該機(jī)械波的中心頻率和型式中的至少一項(xiàng)進(jìn)行的該調(diào)諧中進(jìn)行一個(gè)電磁源(100)陣列的相位延遲激發(fā)，以便促進(jìn)至少一種蘭姆模式進(jìn)入到該骨中的該體內(nèi)激發(fā)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨骼方法，其特征在于，在該方法中利用以下裝置(106)，該裝置用于通過進(jìn)行以下運(yùn)動(dòng)中的至少一項(xiàng)來移動(dòng)電磁波傳感器(100，103):調(diào)諧這些電磁波傳感器的垂直定位運(yùn)動(dòng)、這些電磁波傳感器的自適應(yīng)軸向定位運(yùn)動(dòng)、這些電磁波傳感器的切向定位運(yùn)動(dòng)、這些電磁波傳感器的方位角定位運(yùn)動(dòng)以及這些電磁波傳感器的軸向掃描運(yùn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的骨骼方法，其特征在于，使用所形成的機(jī)械波信息來描繪該骨骼的骨物質(zhì)特性。
9.一種有待至少用于骨骼驅(qū)動(dòng)、骨骼檢測(cè)以及骨骼治療中的一項(xiàng)的利用電磁波的骨骼安排，其特征在于，該安排包括:第一裝置(100)和第二裝置(103)中的至少一個(gè)，其中該第一裝置(100)是用于借助于電磁波在至少一個(gè)產(chǎn)生位置處產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械波穿過軟組織(105)進(jìn)入到骨骼(107)中，并且該第二裝置(103)是用于借助于電磁波檢測(cè)由至少一個(gè)機(jī)械波所引起的骨骼振動(dòng)；用于在至少一個(gè)記錄位置處記錄所檢測(cè)到的至少一個(gè)機(jī)械波以形成機(jī)械波信息的裝置(104)，并且所述至少一個(gè)記錄位置離所述至少一個(gè)產(chǎn)生位置的距離是已知的且是非零的；以及用于基于至少一個(gè)記錄信號(hào)來確定骨骼特性的裝置(108)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的骨骼安排，其特征在于，該安排包括以下裝置(100)，該裝置用于在借助于電磁波產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械波時(shí)進(jìn)行多模式的軸向傳輸以便激發(fā)至少一個(gè)機(jī)械波。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的骨骼安排，其特征在于，用于借助于電磁波檢測(cè)骨骼振動(dòng)的該裝置(103)包括光學(xué)干涉儀(103)、光學(xué)相干斷層成像裝置(103)以及激光多普勒測(cè)振儀(103)中的至少一個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的骨骼安排，其特征在于，該安排包括以下裝置(103)，該裝置用于基于對(duì)第一到達(dá)信號(hào)(FAS)和多種蘭姆超聲模式中的至少一項(xiàng)的檢測(cè)來檢測(cè)骨中的骨骼振動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的骨骼安排，其特征在于，該安排包括以下裝置(100)，該裝置用于調(diào)諧該機(jī)械波的中心頻率和型式中的至少一項(xiàng)，以便促進(jìn)至少一種蘭姆模式進(jìn)入到該骨中的體內(nèi)激發(fā)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的骨骼安排，其特征在于，該安排包括以下裝置(100)，該裝置用于通過進(jìn)行一個(gè)電磁源(100)陣列的相位延遲激發(fā)來調(diào)諧該機(jī)械波的中心頻率和型式中的至少一項(xiàng)，以便促進(jìn)至少一種蘭姆模式進(jìn)入到該骨中的該體內(nèi)激發(fā)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的骨骼安排，其特征在于，該安排包括以下裝置(106)，該裝置用于通過進(jìn)行以下運(yùn)動(dòng)中的至少一項(xiàng)來定位所述裝置(100，103)中的至少一個(gè):調(diào)諧這些電磁波傳感器的垂直定位運(yùn)動(dòng)、這些電磁波傳感器的自適應(yīng)軸向定位運(yùn)動(dòng)、這些電磁波傳感器的切向定位運(yùn)動(dòng)、這些電磁波傳感器的方位角定位運(yùn)動(dòng)以及這些電磁波傳感器的軸向掃描運(yùn)動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的骨骼安排，其特征在于，該安排包括用于基于所形成的機(jī)械波信息來描繪該骨骼的骨 物質(zhì)特性的裝置(108)。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK103906474SQ201280052071
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月1日
【發(fā)明者】佩特羅·莫伊拉寧, 尤西·蒂莫寧, 萬特·基拉帕, 帕西·卡皮寧, 愛德華·哈吉斯托姆, 蒂莫·卡皮寧, 趙作民, 里斯托·米呂萊 申請(qǐng)人:骨治醫(yī)療公司