(项目所属学科：3701030-疾病诊断治疗技术与仪器系统) 骨质疏松、新生儿代谢性骨病及骨疲劳等是影响健康的一个严重问题。因此，对以上骨病的诊断和预防受到国内外的日益重视，成为学术界和医学界研究的热点和前沿课题之一。另一方面，从注重疾病诊治到对生命全过程的健康监测与预防，是我国中长期科技发展规划的重要组成部分。目前我国正在加大社区及农村医疗机构设施建设投入，构建更加合理的社会医疗保障结构。但双能X线等设备昂贵、具有放射性，难以在社区及农村医疗机构中普遍使用。而基于超声技术的设备具有很多优点，适合于普查应用。本项目主要研究了超声背散射法诊断与评价骨质的技术、仪器及应用。 本项目以骨质的超声评价理论-方法-技术-仪器-应用为主线，其主要内容和科技创新点有: (1) 理论研究：在理论上分别建立了蜂窝状的松质骨理论模型和充粘液复合管状长骨模型，研究超声在骨质中的传播机理以及超声与骨微结构的相互作用，并分析相关超声参量与骨微结构的相关性。提出将表观积分背散射系数(AIB)、频谱质心偏移量(SCS)和骨小梁间距(TbSp)用于诊断和评价骨状况，并获得了超声参量与骨矿密度(BMD)的相关性，实现了相关算法。(2) 数值研究：采用时域有限差分法，分析骨微结构中超声背散射信号和超声导波的传播机理。(3) 松质骨超声实验及其信号处理算法研究：提出了三种TbSp估计的新算法(简易反向滤波跟踪算法、简易反向滤波-基频估计算法和希尔伯特-基频估计(HFE)算法)，其中在研制的系统中已将HFE算法用于计算TbSp；同时，提出了两种长骨中超声导波的时频分离和频散补偿方法。 (4) 研制成功了国际上首台采用超声背散射法的骨超声诊断仪：① 软件系统设计及算法编程实现；② 硬件设计与实现；③ 系统核心技术指标、机械设计、工艺结构及整体设计等；④ 系统测量的新超声参量研究，包括背散射系数(BC)、AIB、SCS和TbSp等。仪器的技术指标为：研制的诊断仪可测量的频率范围0.5-7.5MHz，存储容量可达35万个受测者信息；采用彩色LCD显示；用户可用触摸屏、USB键盘/鼠标，内置微形打印机和4个USB接口操作。系统的重复精度小于1.8 %；仪器尺寸为300(W)×200(L)×150(H)mm3，重约3.8kg。测试时间小于5s；干式耦合。(5) 标准数据库的建立: 临床试验方案的设计和制订、试验数据的分析和处理等。在国际上首先建立了骨质超声背散射参数BC、AIB、SCS和TbSp的标准值数据库1200多例(不同性别、不同年龄段)。 本项目已申报国家发明专利5项，发表学术论文20篇(其中SCI收录10篇，EI收录5篇)，该仪器已被用于成年人骨质检测、新生儿骨质评价等，在复旦大学附属中山医院、附属华山医院和儿科医院临床测量2123例。 该系统为便携式系统。系统的制造成本低、运行成本低、无电离辐射、简便、速度快、可携带等优点，在所有人群中都可以适用。项目的实施不需要特别的设备和材料,其电功率很小,也非常环保。其成果对提高人口健康水平及改善人民生活质量具有极其重要的意义。