經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 •'7.路 R7 五、發明說明（） 將爲αΝ。 本發明實施例的說明預計僅爲案例且熟習本項技術人 士作許多變化及修正後顯而易知的。所有此變化及修正意 欲在後附申請專利範圍之本發明範圍內。 [元件符號說明] 410153 A7 11 波型產生器 12 傳送轉換器 13 轉換器 14 放大器 15 處理器 16 主體部份 21 微處理機 22 數位/類比轉換器 23 記憶體 24 記憶體 25 數位/類比轉換器 26 放大器 27 單位 221 激發體 222 傳送器 223 媒介物 224 接收器 -------I!---装---1 — ! — — 訂---------線 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準<CNS)A4規格（210 X 2耵公釐） 41015¾ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（/ ) 技術領域 本發明係有關一種用於骨骼聲響分析的裝置及方法， 且更特別有關將包含暫態聲響測量之聲響測量轉換爲相同 的寬頻超音波衰減(BUA)測量，及根據相同之寬頻超音波 衰減測量之特別測量單位之校準測量的裝置及方法。 背景技術 各種利用聲響技術之骨骼特徵測量的方法已知被用來 確認病人是否有處理骨骼狀況及疾病的需要。許多聲響技 術通常在超音波頻率下利用第一(傳輸)轉換器將聲響訊號 從第一外部位置提供至主體，及位於利害關係之骨骼之對 側的第二外部位置的第二（接收)轉換器來接收第一轉換器 經由骨骼及干預軟組織所傳輸的訊號(轉換器通常經由諸如 水或水凝膠的適當液體而被耦合至主體）。 通常被引用的骨骼聲響特性之一稱爲寬頻超音波衰減 (BUA)，通常被引用的頻率範圍大約爲300至7〇0仟赫。 寬頻超音波衰減被定義爲經由足根部而被傳輸之能量的線 性對數振幅對頻率的斜率。寬頻超音波衰減測量通常是由 接收轉換器中因進行測量中之骨骼所傳輸之寬頻聲響脈衝 所製造之訊號的富利葉轉換所實施。被接收之訊號的富利 葉成份通常與經由已知媒介或被假設之頻譜衰減特性所測 量之對應成份成比例關係，使其可導出骨骼衰減對頻率之 斜率。已知骨骼擁有高頻優先衰減的效果-已知當骨骼 逐漸可滲透時此優先衰減會降低，因此，寬頻超音波衰減 同樣地因更多可滲透的骨骼而降低。寬頻超音波衰減測量 3 - (請先Μ讀背面之注意事項再填筅本頁) ί 兮° r 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 410153 at _______B7_____ 五、發明說明（之） 通常遭遇許多缺點，包含經由骨骼之多重路徑之傳輸及接 收聲響轉換器之間的聲響所傳輸之被接收訊號的污染。舉 例而言*給定測量之寬頻超音波衰減結果可能視所使用之 裝置及視所使用之時域記錄，如果可能的話，以資料被使 用之視窗功能，被用來估計斜率之頻率範圍及方法，及被 用來校準之方法的長度及部份而定。 如以下更詳細討論之被接收波型的早期部份可能更具 被測量主件的代表性。再者，因爲實證資料將寬頻超音波 衰減値連繫至骨骼情況，所以其可預期將有關被接收訊號 之早期或其他短暫部份所作成之測量轉換爲理想情況下可 能利用寬頻超音波衰減技術作成之相同測量及引用以寬頻 超音波衰減相同物型式的結果。 對於臨床用途而言，不論是以一個或一個以上之測量 單位所作成的測量’被測量及被引用的特性都必須於整個 人口樣本及個人測量兩者有高度的重製性。 爲了監控測量的可靠性及重製性，已提供不同之品質 標準來模擬骨骼的衰減特質，亦即高頻的優先衰減性。一 種需要製造模型足根結構的標準類型，諸如環氧樹脂光子 ’有時充塡如鎢粉或玻璃豆之另一物質的微粒，且有時被 溫度控制。已知這些標準無法重製及應用。已知現行技術 的另一標準類型爲可模擬衰減性骨骼之光譜效應，但不能 解釋諸如轉換器感應至接觸效應的整個系統之機械面的電 子標準。 發明槪要 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 一---*— — — 1 —---裝·!-----訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 41015? A7 ___B7__ 五、發明說明（；） 在較佳實施例中，本發明提供一個測量對應骨骼之寬 頻超音波衰減値的方法。此方法擁有提供一個擁有與骨骸 隔離關係之一對轉換器之超音波資料收發器的裝置’其中 該對之第一轉換器被耦合至訊號產生器’以提供擁有分配 於整個頻率範圍的能量’且此對之第二轉換器接收沿著包 含構件之路徑傳播之聲響脈衝所產生的聲響訊號。此裝置 同時也擁有可與第二轉換器通訊以提供聲響測量値的訊號 處理器，此測量表示至少光譜之一或構件的暫時組件，一 直到由第二轉換器接收之訊號之全量。本發明實施例提供 之方法之連續步驟包含測量以組件使用裝置產生的第一波 形hsubjm⑴及以校準媒介使用裝置產生的第二波形heal⑴，及 從hsubj„tWS生之聲響測量値的値。對於寬頻超音波衰減的 任何値而言，濾波器Fm被界定，使得Fm之頻率反應爲以 斜率之對數線性依序地對應著寬頻超音波衰減15使得從將 濾波器Fm應用至第二波形hm⑴產生之波形計算出之聲響 測量値可匹配之從hsubj«t⑴衍生之m値被決定出。 滿足以上情況之m値的決定可在不同案例基礎下被實 施，或更佳地藉由決定聲響測量及m値之夠大組之m之間 關係，使得查找表或如多項關係之近似功能關係可被運用 〇 爲符合本發明實施例所衍生之寬頻超音波衰減値因爲 貢獻hsub^w之變異的裝置這些面同時也表現於中而達 成了特殊裝置之校準。 爲符合本發明之另一實施例，轉換函數Fm可爲Fm(f) 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 i I ll^illllla - -------訂-- - -----I J. {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
五、發明說明（W A7 B7 410153 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 = AemV_W(f)的型式，其中a爲常數，炉⑴爲特定的相 位轉換函數，且W(f)爲特定窗函數。 圖式簡單說明 藉由以下附圖及附帶之詳細說明可更容易了解本發明 ，其中： 圖1爲顯示符合本發明較佳實施例中使用之系統的一 般組件圖； 圖2爲顯示圖1系統的實施圖： 圖3A_C顯示健康骨骼，骨質疏鬆之骨骼，及水校準 案例中被接收之典型波訊號的比較。 圖4A提供顯示反應@由圖1系統產生且經由擁有實 質多孔之骨骼傳送之激發波型之圖1之轉換器的被儲存輸 出圖，及適當地劃出符合本發明較佳實施例之UBIs計算 圖4B提供有關圖4A圖型之Burg光譜估計函數圖。 圖5A提供顯示反應出由圖1系統產生且經由低正常 品質之骨骼傳送之激發波型之圖1之轉換器的被儲存輸出 圖，及適當地劃出根據本發明較佳實施例之超音波骨骼指 標的計算。 圖5B提供有關圖5A圖型之Burg光譜估計函數圖。 圖6A提供顯示反應出由圖1系統產生且經由非常低 正常品質之骨骼傳送之激發波型之圖1之轉換器的被儲存 輸出圖，及適當地劃出根據本發明較佳實施例之超音波骨 骼指標的計算。 -------；----------------訂· — 一1· ^^ (請先閲讀背面之注意事項再堉寫本頁) 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 41 4i〇i^3 __B7_ 五、發明說明（t ) 圖6B提供有關圖6A圖型之Burg光譜估計函數圖。 圖7及8分別爲一位46歲健康女性之跟骨之兩維區域 的超音波骨豁指標-4b及超音波骨豁指標_5c的表面圖；及 圖9爲顯示根據本發明較佳實施例爲了達到從一個或 一個以上超音波骨骼指標的測量估計骨骼完整之其他測量 目的之超音波分析系統的圖示模型。 特定實施例之詳細說明 在名爲”利用光譜及暫時訊號成份之最大功能做骨骼超 音波分析之裝置及方法的美國專利號第5,720,290(“Buhler 專利”)中，在此附上其拷貝且藉如物證A之參考合倂，可 實行在此揭露之本發明系統。 一般安排，訊號產生，及訊號處理 圖1爲顯示於Buhler專利中說明且可符合本發明較佳 實施例中使用之系統類型的一般組件圖。在此系統中，波 型是藉由波型產生器11所產生的，且被傳送至項目12的 傳送轉換器Ττ。轉換器Ττ以聲響方式被耦合至目標的主 體16且製造了被傳送進入主體16且特別是進入主體內之 骨骼的聲響波。項目Π的轉換器TR同時也以聲響方式被 耦合至主體16且經由骨骼及主體接收由其他事物之聲響波 傳送之效應產生的訊號。任何經由主體傳送及接收之聲響 訊號成份可一起被歸於此說明及附帶申請專利範圍中的”聲 響資料收發器” β轉換器TR的輸出藉由放大器14而被放大 且被處理器15所處理。處理器15分析轉換器7^的輸出， 且可做成骨骼情況的決定性反射且提供輸出。 7 本紙張尺度適用申國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --裝------—訂*--------線钱 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 410153 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 B7 五、發明說明（έ ) 圖2爲顯示圖1系統的運作圖。舉例而言，主體可爲 最接近跟骨的區域。當圖1之組件可於已知現行技術水準 方式之類比成份中被實行時’其可便利的使用數位運作。 於是，處理器15及波型產生器11可被實現於包含控制轉 換器TR輸出的處理及被用於激發轉換器Ττ之波型的產生 的單位27中。此波型可被儲存於項目24中之記憶體1中 之數位型式，且於被提供至放大器26及轉換器Ττ之前經 由數位對類比轉換器25的運作而被微處理機21控制。同 樣地，接收轉換器TR的輸出由放大器14供應至類比對數 位轉換器22且此被數位化之輸出被儲存於項目23的記憶 體2中。然後此被儲存之輸出被提供指示骨骼情況之資料 輸出的微處理機21所處理。 在系統之更進一步實施例中，圖2之實施例(或圖1之 完全或部份類比運用)被用來處理符合任何一個或一個以上 不同程序之TR&被儲存輸出以提供指示骨骼情況的資料輸 出。爲符合某些實施例，指示骨骼情況的資料輸出包含吾 人稱爲”超音波骨骼指標”(UBI)的數字。我們實行的每一不 同程序可導致不同的超音波骨骼指標，且各種超音波骨骼 指標類型可被例如超音波骨骼指標-2，超音波骨骼指標-3 等等的數値字尾來辨識。Buhler專利中詳細地說明了經由 超音波骨骼指標-2至超音波骨骼指標-8的程序。爲了連接 被使用之一般訊號處理技術(但不是超音波骨骼測試內容中 特定的使用）’下列參考是相關的：30oualem Boashash的時 間頻率訊號分析(Wiley，1的2)(特別是有關即時頻率分析； 8 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (猜先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 43^--------^---------線. 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 A7 -削 153-^- 五、發明說明（T ) 特別見第2章，第43-73頁）及Richard Shiavi的應用統計 訊號分析介紹（Irwin，1991)(特別是有關Burg光譜估計； 特別見第369-373頁）。這些內容在此以參考文獻方式合倂 〇 此程序依不同的超音波輸入反應於一方面擁有相當少 孔及可連接骨骼及另一方面擁有相對多孔及不可連接骨骼 的優點。Buhler專利中說明的各種超音波骨骼指標與本發 明有關且將於以下說明之。
超音波骨骼指標-2。爲了符合超音波骨骼指標-2，TR 的被儲存輸出是經由離散富利葉轉換來運作的。然後計算 產生之頻率成份之對數加權線性加總；此加總爲超音波骨 骼指標-2。此加權被選來將從相同個體採取之連續測量的 差異最小化及從不同個體採取之連續測量的差異最大化， 所以此函數扮演了決定骨骼之非連接及多孔範圍的判別式 〇 超音波骨骼指標-3。超音波骨骼指標-3程序使用了 TR 被儲存輸出的Hilbert包絡：HUben包絡提供了做爲時間 函數之被接收波型能量內容的測量。有關健康骨骼之被接 收波型中低頻訊號之較大優勢會使其擁有較有關相對多孔 之被接收波型爲長之持續期間。於是，爲了符合超音波骨 骼指標-3，Hilbert包絡被檢驗能量持續期間。 超音波骨骼指標-4。超音波骨骼指標-4程序使用了 TR 被儲存輸出的自我迴歸移動平均(ARMA)光譜估計函數。在 一實施例中，超音波骨骼指標-4使用了 TR被儲存輸出的 9 本紙張足度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐） — ΙΊ !'------ -裝-----—II 訂·------— 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 410^53_Z_ 五、發明說明（$ )
Burg光譜估計函數；Burg函數提供了估計能量對被接收波 型頻率的繪圖。圖型爲健康及相對多孔骨骼之間的判別式 。超音波骨骼指標-4爲對數(sdf)對f函數之斜率(dB/MHz) 的估計。一般而言，負斜率越陡，骨骼越健康。超音波骨 骼指標-4b爲僅參考圖上兩點斜率的估計，第一點發生於 第一個波峰，且第二點發生在高於400仟赫茲的頻率。 超音波骨骼指標-5。超音波骨骼指標-5程序使用了有 關被接收波型之較早部份期間之即時頻率的測量。一實施 例使用了 Hilbert頻率函數。在不被經由多重路徑於傳送及 接收轉換器間之聲響傳送所污染的分析，被接收波型之較 早部份期間可更具主體，特別是骨骼的代表性基於被接 收波型之較早部份期間的分析可參考圖4Α-Β，圖5Α_Β及 圖6Α-Β來討論《如已教過Boashash的圖24，一訊號通常 可以下型式表示： f(t)=a(t)e㈣ (1) 已知現行技術水準中a(t)表示訊號的包絡’且0⑴爲 訊號的頻率函數。特別是，訊號函數行爲的分解可成爲利 用Hilbert轉換(Boashash，第26頁)之方程式（1)的型式， 如於訊號主要沿著激發源之中央頻率軌跡處很適當，接著 包絡a⑴可被歸於Hilbert包絡且頻率函數可被歸於Hilbert 頻率函數。做爲時間函數的包絡及頻率函數因爲激發的暫 時特性及骨骼反應的特性而有所不同，且其不健康及健康 骨骼案例的値可分別由圖4A中之數値242及243及圖6A 中之數値262及263來表示。對於健康骨骼而言’在被接 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） IΙΊ I I ^--— II ~ i ί J I I I — — — — — — ί - 气 j (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 _410153_B7 _ 五、發明說明（7 ) 收波型之較早部份期間(3或4微秒），其很少變化且主要的 頻率相對很低。對於相對多孔骨骼而言，則其有相當的變 化且主要的頻率相對很高β此變化可根據任何現行技術水 準中熟知之各種方法中來量化。做爲可替代或除此之外以 時間來測量Hilbert頻率函數的變化，其可能決定前述之被 接收突發之早期階段的主頻率；在此區域中，不良骨骼擁 有較高的主頻率。吾人將此主要頻率及時間區段的期間分 別稱爲”主要早期頻率”及”主要早期期間”。決定此頻率或 期間的方法之一爲計算此區域中之Hilbert函數然後決定整 個期間之Hilbert相位對時間的平均斜率。另一方式爲，此 區域中之主要頻率的測量可直接從良好成果之樣本波型式 資料來估計。超音波骨骼指標-5c爲利用第一實質峰之每一 側邊上的兩點之期間的估計β此實施例中的兩點被決定做 爲時間爲零時之第二導數的位置（反射點）。一半期間被估 計爲這兩點曲線切線的截距。超音波骨骼指標-5c値爲微秒 表示對應整個期間。 超音波骨骼指標-5d爲微秒表示對應第一及第二實質 峰間之隔離値的兩倍。應注意可從根據波型振幅定標度於 零交叉點之波型斜率來決定正弦或接近正弦波型的期間。 超音波骨骼指標-5f提供了對應的指標，其被定義爲(27： A) /(dy/dt)，其中A爲第一及第二實質峰間之峰頂-峰底的 振幅，且dy/dt爲位於這些峰之間零交叉點之波型的斜率 〇 另一實施例運用了早期主要頻率的其他測量，其全部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） I I*— i — — — — — -nil--—訂--I---I--j (請先w讀背面之注意事項再填寫本頁) 410153 A7 B7 _ 五、發明說明（β ) 均於本發明範疇內。 超音波骨骼指標-6。超音波骨骼指標-6使用了 TR被儲 存輸出的短期富利葉轉換以較Hilbert轉換更詳細地來檢驗 整個期間之被接收波型的不同光譜內容。頻率指數可以類 似超音波骨骼指標_2之型式來計算。此指數之暫時變化可 被用來計算類似超音波骨骼指標-5之型式的不同指標。 超音波骨骼指標-7。超音波骨骼指標-7使用了 TR被儲 存輸出的富利葉轉換來製造容許相位對頻率繪圖的資料； 此圖的斜率爲速度的測量(爲頻率函數）。頻率速度的變化( 或其時間領域相似物，群組延遲)是離散的，其可根據任一 不同方法而被量化。在相對多孔的骨骼中，則相對較少離 散情形；在相對少孔的骨骼中，則相對較多離散情形。 超音波骨骼指標-8。超音波骨骼指標-8程序是在不良 骨骼製造寬頻訊號，而健康骨骼較具有選擇性地通過相對 低頻之認知前提的邏輯下。於是，超音波骨骼指標-8牽涉 到(I)針對此段說明及以下申請專利範圍目的之有關環繞低 頻光譜峰之100仟赫茲光譜能量的”窄頻能量”，及(ii)針對 此段說明及以下申請專利範圍目的之有關0至1000仟赫茲 全光譜能量的”寬頻能量”的決定。超音波骨骼指標-8爲窄 頻能量對寬頻能量的正常化比例。 如Buhler專利中說明，上述之超音波骨骼指標僅爲閩 述，其他之超音波骨骼指標或超音波骨骼指標的結合則可 被使用。 如現行應用所說明的可獲得及顯示上述超音波骨骼指 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ill—--!-!!1--裝.------ 訂—！線 — V (請先閱讀背面之注意事項再1!^本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 410153 A7 ___B7 五、發明說明（Π ) 標或其他之骨骼完整的各種測量空間圖。 藉由任何導出關於物體骨骼之眾多位置之超音波診斷 資料可達成空間的製圖。這些可無限制地包含以機械式或 電子式來掃瞄骨骼之聲響資料收發器。爲符合本發明之各 種實施例，空間製圖可具有優點地被用於各種目的，無限 制地包含： (a) 界定如特殊診斷用途區域之骨骼邊緣的目標骨骼之 可界定特色的一個或一個以上之”接合區域”； (b) 界定如眾所周知之特殊診斷用途區域之環繞超音波 骨骼指標參數之特定區域之診斷測量之形勢幾何學之可界 定特色的一個或一個以上之”接合區域”； (c) 決定使用於特殊診斷用途之界定區域之上骨骼/下骨 骼轉變，亦即骨骼邊緣；及 (d) 運用形勢幾何學訊號或空間圖本身之幾何特色做爲 一個或一個以上之診斷測量。因此，例如爲了符合本發明 實施例之診斷目的，可運用特殊超音波骨骼指標域的曲度 來做爲空間函數。 圖7及8分別爲分別爲一位46歲健康女性之跟骨之兩 維區域的超音波骨骼指標-4b及超音波骨骼指標-5c的表面 圖。在這些圖中，軸右邊被標示”行”近似於足根至腳趾的 軸，有著位於原點的最足根位置(亦即朝向足根背部）。（在 此圖及隨後的圖上，被呈現的區域可能未必包含根骨的最 近邊緣）。被標示”列”的軸是垂直於”行”軸，也有著位於原 點的最足根位置（亦即朝向足根背部）。這兩個軸被辨識關 13 111 — ΙΜΙΙΙΙΙΪ — · 1111--I . I-------/1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 __410153_b7_ 五、發明說明（p ) 於圖1及2之轉換器配對Ττ及TR的座標。轉換器配對可 被如Buhler專利之圖16之支架166彼此相對地固定配置 ，使得超音波脈衝可沿著路徑經由根骨從轉換器Ττ被傳送 至轉換器TR且以Biihler專利中說明的方式被處理。以給 定區域中之兩個轉換器可決定適切的超音波骨骼指標。接 著轉換器被移至相對骨骼之一系列不同位置使其允許整個 接合區域之超音波骨骼指標値之集合的決定。（然而，轉換 器被裝置及被移動的特殊方式並不是本發明的一部份）。因 此，此二軸（行及列）可辨識相對於目標足部轉換器配對的 位置。最後，垂直軸顯示針對每個位置決定之適切的超音 波骨骼指標値。 在此說明之方法及裝置可於本發明之範疇內有效地被 應用，可提供骨骼品質破壞的早期指示而可於特定位置上 藉由骨骼品質測量的單獨値來提供。所有上述技術，不論 是單獨或結合方式，均可被用於決定目標骨骼多孔改變的 傾向，已知應用於現行技術水準之個人一般技巧的臨床硏 究方法。 從超音波骨骼指標測量的寬頻超音波衰減估計 我們接著討論從如超音波骨骼指標-5f之超音波骨骼指 標測量來決定寬頻超音波衰減或另外之寬頻超音波衰減相 等物的估計。當此後說明之方法提供寬頻超音波衰減估計 時，此估計被預期對使用者有臨床上的用途且並不隱喻超 音波骨骼指標測量會受相同的限制及超音波骨骼指標測量 在特定性及敏感性上具有與生倶來的缺陷。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） I ! Ί —------ ^ ----I I I I ^--I-----I, ^ (請先閱讀背面之注意事項再壙寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 410153 A7 _B7__ 五、發明說明（〇 ) —般而言，符合本發明之系統可被製如圖9所示。在 此圖中，Tx(項目222)表示傳送器(電子加轉換器）；rx(項 目224)表示接收器(電子加轉換器）。媒介物(項目223)爲轉 換器之間的測試物質或物體。激發體(項目221)爲通常類似 脈衝的激發函數。爲了此說明的目的，激發體可被視爲傳 送器函數的一部份。如圖9所示做爲系統之時間t函數的 響應h⑴可被寫爲 h(t) = hTX(t)*hMedium(t)*hRx(t) (1) 其中星號[*]表不盤旋，且hTX(t)，hwedium⑴及ilRX(t)爲 分別關於傳送器，媒介物及接收器的分離脈衝響應。 爲符合本發明之實施例，傳送器輸出可被應用至兩種 媒介物的任何一個： (1) 如可至多呈現低水準之依頻衰減及速度離散之水或 其他液體或固體媒介物的校準媒介物：及 (2) 如人體足根之測試媒介物。 在個別案例中，被測量之訊號可表示爲校準訊號hcal 及測試訊號htest，其以方程式（1)表示可爲： heal⑴=hTx(t)*hca| Medium⑴*hnx(t) (2) htest(t) = hTX(t)*htest Medium⑴*hRX(t) (3) 當校準媒介物是水或其他聲響中性物(亦及無損失或無 離散）或近似中性物時，heal⑴〜;亦即訊號於無扭 曲下承受了簡單時間延遲(乘上時間to)。 應注意的是轉換器及測試媒介物之間的接觸效應被隱 含於htest中，且格子中的均隱含於hcal Medium中。對於第一 15 I ! — — — — — — —— · 1 I I I I I I ^ ---— — — — — — I ^ (請先M11背面之注意事項再埔寫本頁) 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 410153 五、發明說明（吟） 階而言，這些效應可被忽略。 現在要說明符合本發明實施例將超音波骨骼指標測量 轉換爲寬頻超音波衰減値的程序β此轉換得目的可有效地 提供臨床資料以比較骨骼多孔性之相關寬頻超音波衰減値 及臨床値。因此若如預期的，例如測試物體的的臨床結果 就可以寬頻超音波衰減値來表示。除此之外，被給定轉換 至寬頻超音波衰減的程序可完成裝置的校準。 現在參考圖3A-C，波型Α說明可從利用健康骨骼做 爲媒介物之一部份之接收器Rx獲得的訊號。第一循環或 第二的近似期間30爲~3至4微秒(不健康骨骼爲〜2至2.5 微秒）。波型B說明利用骨質疏鬆骨骼的對應訊號，顯示較 波型A爲短的第一循環。波型C說明典型水校準訊號。第 一少許的循環期間爲1.5至2微秒。此測量超音波骨骼指 標-5f可藉由估計接近第一正峰(圖3A中的P)的頻率(及期 間)而導出的。 對應訊號A及其超音波骨骼指標_5f値的寬頻超音波 衰減估計値可被導出如下。首先，假設提供由轉換函數Fm 所定義的饗應hfilter⑴之濾波器之假定族擁有以下型式
Fm(f) = Aemfej“f)W(f) (4) 其中，m表示對數線性振幅函數之(負)斜率，且更特 別的是， m=-(BUA*lnl0)/20，其中In爲中性對數； A爲常數； φ(ί)爲相位轉換函數：且 16 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1!!:--— — — — — — I I I ! I 訂---—--1 I n (請先閱讀背面之注意事項再埔寫本頁> 410153 A7 B7____ 五、發明說明（π〉 W(f)爲若有必要可呈現來調整訊號處理加工物(如鈴聲 )的(倍數的)窗函數。 函數hfilt„(t)可經由標準反富利葉轉換從Fm(f)來決定 〇 在此的討論可被一般化至其他轉換，如訊號處理之現 行技術水準中爲人所知的技巧，且此一般化於附帶申請專 利範圍中被提出申請時均於本發明之範疇內。 此構想是藉由找出函數hfilt„system⑴及計算對應此函數 hfilt„system⑴之聲響測量來發現寬頻超音波衰減及任何如超 音波骨骼指標-5f之特定聲響測量之間關係的寬頻超音波衰 減多重値，其中， hmtersystem(t) = hTX(t)*hfilter(t)*hRX(t) (5) 藉由重複特定數目寬頻超音波衰減値的處理，寬頻超 音波衰減及聲響測量之間導出的一致性可以査找表或近似 如多項式函數的函數關係來表示。接著藉由應用查找表之 函數關係至從hsubjeet(t)計算而得之聲響測量來決定被給定 hsubjeyt)的寬頻超音波衰減値。舉例而言，藉由配適上述 程序可導出給定儀器之線性斜率及截距，所以可發現任何 參數UBI-5b，UBI-5c，UBI-5d及UBIdf之間的關係爲實 質線性的。接著僅藉由應用界定對應關係之斜率及截距可 達成給定超音波骨骼指標値及寬頻超音波衰減之間的轉換 〇 可替代的是，藉由找出Π1値使得hfiltersystem(t) = hTX(t)*hfilter(trhRX⑴於某些前述時間區段期間提供 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1 * ---I !訂--I--- ---' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -410153-22-- 五、發明說明（β) hsubjeet⑴的最佳配適可導出對應任何單一測量hsubject⑴的寬 頻超音波衰減値。在此案例中’方程式4中之其他參數也 必須被例如用非線性最小平方技術來找出最適解。 相位轉換函數P (f)可被視爲常數。此等於假設沒有離 散且時間零點被重新定義使得以固定延遲從Tx至RX來移 除剩餘之線性相位函數。可替代的是，0(f)可被視爲第二 階可對應物體媒介物中之離散量的二次函數。最後’當相 位無法單獨被得知時，最小相位濾波器被頻率性挑選來製 作身體系統之相位而可被特定化。同樣地，吾人可最初設 定W(f)=l。在有毒加工物的千擾事件中，吾人可於此後建 立適當的窗子W(f)以降低此加工物的效應，如眾所周知之 訊號處理之現行技術水準中的技巧。 應注意的是，因爲healinedium=5(t-t。)爲以水或其他近乎 中性聲響媒介物校準的極佳近似値，所以hfi心system⑴= hcal(t)*hfilt„(t)爲相同之近似値。此方法假設如水之校準媒 介物擁有實質頻率獨立的衰減且實質地免於接合頻率範圍 中的離散。然而，可利用以上說明關係來處理擁有其他聲 響特質之其他校準媒介物來迅速修改此方法。 當上述方法被應用時，可發現有關忽略接觸效應及媒 介物聲響中性假設的不充分正確性可能會導致不同儀器之 間差異的過度估計。爲符合本發明實施例，可藉由說明實 際可被補償之被導出差異分數之實證多重折疊因子α的介 紹來提供過度估計或其他效應的補償。因此，如果兩儀器 被預測有Ν個寬頻超音波衰減不同，則儀器校準後的差異 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X297公釐） I I ^------!裝--------灯…-------線，4 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 •'7.路 R7 五、發明說明（） 將爲αΝ。 本發明實施例的說明預計僅爲案例且熟習本項技術人 士作許多變化及修正後顯而易知的。所有此變化及修正意 欲在後附申請專利範圍之本發明範圍內。 [元件符號說明] 410153 A7 11 波型產生器 12 傳送轉換器 13 轉換器 14 放大器 15 處理器 16 主體部份 21 微處理機 22 數位/類比轉換器 23 記憶體 24 記憶體 25 數位/類比轉換器 26 放大器 27 單位 221 激發體 222 傳送器 223 媒介物 224 接收器 -------I!---装---1 — ! — — 訂---------線 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準<CNS)A4規格（210 X 2耵公釐）