Bone Quantitative Ultrasound

سونوگرافی کمی (QUS) استخوان یک زمینه تحقیقاتی نسبتاً جدید است. جامعه تحقیقاتی با شاخه های بین رشته ای در آکوستیک، تصویربرداری پزشکی، بیومکانیک، مهندسی پزشکی، ریاضیات کاربردی، زیست شناسی استخوان و علوم بالینی به طور پیوسته در حال رشد است، که منجر به دستاوردهای قابل توجهی در فناوری های جدید اولتراسوند برای اندازه گیری استخوان و همچنین مدل هایی برای روشن کردن تعامل می شود. و انتشار امواج اولتراسونیک در ساختارهای پیچیده استخوانی. صدها مقاله منتشر شده در مجلات تخصصی از طریق وب و از کتابخانه های الکترونیکی قابل دسترسی هستند. با این حال، هیچ گردآوری و ترکیبی از جدیدترین و مهم ترین تحقیقات وجود ندارد. تنها کتاب در مورد QUS استخوان در سال 1999 منتشر شده است، زمانی که مکانیسم های انتشار اولتراسوند در استخوان هنوز تا حد زیادی ناشناخته بود و فناوری نابالغ بود. جامعه تحقیقاتی اکنون به اندازه بحرانی رسیده است، جلسات ویژه ای در جلسات بزرگ بین المللی سازماندهی می شود (به عنوان مثال، در کنگره جهانی بیومکانیک، نشست های سالانه انجمن آکوستیک آمریکا، کارگاه بین المللی تراکم سنجی استخوان، و غیره...). در نتیجه، زمان بررسی کامل و جامع موضوع فرا رسیده است. این کتاب جدیدترین نتایج تجربی و مفاهیم نظری توسعه‌یافته را ارائه می‌کند و برای محققان، دانشجویان فارغ‌التحصیل یا کارشناسی، مهندسان و پزشکانی که در این زمینه درگیر هستند در نظر گرفته شده است. بخش مرکزی کتاب فیزیک انتشار اولتراسوند در استخوان را پوشش می دهد. هدف ما این است که به خواننده دیدگاه گسترده‌ای از مدل‌های ریاضی و عددی به‌عنوان کمکی برای درک پتانسیل QUS و انواع متغیرهایی که می‌تواند توسط QUS برای مشخص کردن استحکام استخوان تعیین شود، ارائه دهیم. انتشار صدا در استخوان هنوز موضوع تحقیقات فشرده است. مدل‌های مختلفی پیشنهاد شده‌اند (به عنوان مثال، تئوری Biot از poroelasticity و نظریه پراکندگی برای توصیف انتشار موج در استخوان اسفنجی استفاده شده‌اند، در حالی که انتشار در استخوان قشر مغز در محدوده نظریه‌های امواج هدایت‌شده قرار می‌گیرد). بررسی گسترده ای از مدل ها تاکنون منتشر نشده است. ما در این کتاب قصد داریم مدل‌هایی را که برای حل مسئله مستقیم استفاده می‌شوند و استراتژی‌هایی که در حال حاضر برای رسیدگی به مسئله معکوس توسعه داده شده‌اند را با جزئیات ارائه کنیم. این شامل نظریه های تحلیلی و رویکردهای عددی می شود که در سال های اخیر به طور تصاعدی رشد کرده اند. بیشتر یافته‌های تجربی اخیر و پیشرفت‌های فناوری نیز به‌طور جامع بررسی خواهند شد.

Quantitative ultrasound (QUS) of bone is a relatively recent research field. The research community is steadily growing, with interdisciplinary branches in acoustics, medical imaging, biomechanics, biomedical engineering, applied mathematics, bone biology and clinical sciences, resulting in significant achievements in new ultrasound technologies to measure bone, as well as models to elucidate the interaction and the propagation of ultrasonic wave in complex bone structures. Hundreds of articles published in specialists journals are accessible from the Web and from electronic libraries. However, no compilation and synthesis of the most recent and significant research exist. The only book on QUS of bone has been published in 1999 at a time when the propagation mechanisms of ultrasound in bone were still largely unknown and the technology was immature. The research community has now reached a critical size, special sessions are organized in major international meetings (e.g., at the World Congress of Biomechanics, the annual meetings of the Acoustical Society of America, International Bone Densitometry Workshop, etc...). Consequently, the time has come for a completely up to date, comprehensive review of the topic. The book will offer the most recent experimental results and theoretical concepts developed so far and is intended for researchers, graduate or undergraduate students, engineers, and clinicians who are involved in the field. The central part of the book covers the physics of ultrasound propagation in bone. Our goal is to give the reader an extensive view of the mathematical and numerical models as an aid to understand the QUS potential and the types of variables that can be determined by QUS in order to characterize bone strength. The propagation of sound in bone is still subject of intensive research. Different models have been proposed (for example, the Biot theory of poroelasticity and the theory of scattering have been used to describe wave propagation in cancellous bone, whereas propagation in cortical bone falls in the scope of guided waves theories). An extensive review of the models has not been published so far. We intend in this book to present in details the models that are used to solve the direct problem and strategies that are currently developed to address the inverse problem. This will include analytical theories and numerical approaches that have grown exponentially in recent years. Most recent experimental findings and technological developments will also be comprehensively reviewed.