شبيه سازي تشخص پوكي استخوان با استفاده از امواج فراصوتي

Simulation of Osseous Injuries Detection using Ultrasonic Waves

آسيب‌هاي استخواني را به سبب منجر شدن به مرگ ‌و مير مي‌توان در شمار بيماري‌هاي خطرناك در دوران ميان‌سالي طبقه‌بندي كرد كه ازجمله مهم‌ترين اين آسيب‌ها مي‌توان به پوكي استخوان در ناحيه‌ي لگن و ستون فقرات اشاره داشت كه خطر معلول شدن و مرگ را افزايش مي‌دهد؛ به همين جهت تشخيص به‌موقع آن اهميت ويژه‌اي دارد. روش اشعه‌ي ايكس DXA كه توسط آن مي‌توان وزن ماتريس معدني را در هر قسمت از بدن تعيين كرد كه روشي مقبول براي به دست آوردن استحكام استخوان است. اما اين روش به سبب استفاده از اشعه‌ي مخرب ايكس، هزينه‌ي زياد و مشكل در استفاده باليني نيز تشخيص را به تأخير مي‌اندازد. شاخص هاي آزمون فراصوتي به‌ عنوان يك موج مكانيكي، از خواص بيومكانيك و بيوفيزيكي استخوان كه از طريق آن انتشار مي‌يابد، تحت تأثير قرار مي‌گيرد. قابليت فراصوت در تشخيص تغييرات در استخوان و اندازه‌گيري ويژگي‌هاي مختلف، ازجمله دلايلي است كه مي‌توان اين روش را به جهت بي‌خطر بودن و هزينه‌ي كمتر جايگزين اشعه‌ي ايكس نمود. در اين پژوهش با شبيه‌سازي دوبعدي ماهيچه و استخوان ران پا و دربسته‌ي نرم‌افزاري آباكوس و با تغيير مدول الاستيسته و چگالي استخوان به عنوان مدلي از پوكي، سيگنال هاي عبوري و بازتابي از ماهيچه و استخوان بررسي گشته و نشان داده شده است كه با توجه به تغييرات امپدانس آكوستيكي استخوان در اثر پوكي، از تغيير در سرعت و دامنه موج مي توان به تشخيص استخوان سالم از ناسالم پرداخت.

Osseous injuries can be classified as some of the most dangerous middle-age ailments, due to their ability to prove fatal. Osteoporosis of the hip and spine is one of the most significant of these injuries, which increases the risk of paralysis and death. Thus, its timely diagnosis is of paramount importance. The DXA X-ray method, which can be used to obtain the bone mineral density matrix in any part of the body, is a widely accepted technique for determining bone strength. Due to utilizing the hazardous X radiation, high operating costs and clinical difficulties, it can also delay the diagnosis. Ultrasound waves features are affected by the biomechanical and biophysical properties of the bone in which they travel. The capability of ultrasound in detecting changes in bones and determining their various properties, as well as its safety and lower operational costs are among the reasons that this method can be a good substitute for X-ray. In this research, a 2D model of the bone and muscle is developed in ABAQUS software followed by changing the elastic properties and density of the bone, as a model of osteoporosis. It is shown that due to change in the acoustics impedance of the bone, there is a considerable change in wave velocity and amplitude which can be used for determining the healthy and unhealthy bones from each other.