松质骨的衰减和弥散——超声引导脊柱导航的意义

目的:结合Micro-CT扫描数据了解椎体松质骨的声学特性，以此作为脊柱融合手术中超声导航后路椎弓根螺钉固定的理论依据。方法:以2块牛脊椎松质骨块和2块人同种异体脊椎松质骨块模拟椎弓根螺钉通道内松质骨的情况，用Micro-CT扫描获得各骨标本的CT参数，用中心频率分别为2.2、2.5、3、12 MHz的无聚焦宽频换能器，分别对其进行超声透射实验，通过水听器检测穿过骨块样品的超声波振幅、声衰减和声速数据，计算骨块样品对不同频率超声波的衰减及声速影响。结果:高密度人同种异体骨的骨体积分数和骨小梁数高于低密度人同种异体骨（均 P<0.05），骨小梁分离度和结构模型指数低于低密度人同种异体骨（均 P<0.05）。4块骨样本在4个不同频率下，超声波振幅随骨块厚度的增加而减小（均 P<0.05），声衰减随骨块厚度的增加而增大（均 P<0.05）。随着频率的增加，低频超声（2.2、2.5、3 MHz）下2 mm薄牛松质骨的声衰减逐渐减小[（ r（牛骨1）=0.95， r（牛骨2）=0.89，均 P<0.05]，4块骨样本声速均逐渐增大[ r（牛骨1）=0.71， r（牛骨2）=0.81， r（高密度人同种异体骨）=0.35， r（低密度人同种异体骨）=0.61，均 P<0.05]。牛松质骨中，在相同的低频超声（2.2、2.5、3 MHz）下，声速随骨厚度的增加而增加（均 P<0.05）。 结论:松质骨骨块的CT参数特征和多种频率超声透射下的声学特性具有相关性，为超声导航系统的研发奠定了理论基础。