基于超声波脉冲反射与FDTD波传播模拟的纯种马钉骨早期筛查方法研究

《IEEE Open Journal of Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control》：Ultrasonic Evaluation of an Equine Leg with Small Bucked Shin Using a Heterogeneous Digital Model

　　

摘要：

目前用于诊断纯种马骨骼疾病的医疗技术手段成本效益较低，且不适用于育种领域的筛查。因此，本研究以纯种马腿部骨骼中常见的"钉骨"（bucked shin）为研究对象，旨在为牧场主开发一种便携、安全且经济的系统，以替代传统的触诊筛查方法。为此，利用骨骼数字模型和波的传播模拟，开发了一种仅需单一换能器系统的简易脉冲反射技术。通过将X射线计算机断层扫描（CT）系统获取的二维骨矿物质密度数据与实验观测到的纵波速度相结合，在考虑单轴特性的基础上，构建了一个体素大小为61微米的二维非均匀弹性模型（径向-切向横截面）。采用弹性有限差分时间域（FDTD）方法对超声波传播进行模拟，并成功通过反射测量检测到了因钉骨引起的表面微小不规则现象。通过改变模型的材料属性，还观察到了骨质量密度对波的传播的显著影响。该技术有望帮助筛查钉骨的初期症状，挽救动物生命，对动物福利具有重要意义。