骨小梁材料特性对超声背散射信号的影响

基于时域有限差分法(FDTD)建立了松质骨的超声背散射仿真系统,研究了骨小梁材料特性对超声背散射信号的影响。首次得到松质骨中的超声背散射系数(BSC)和积分背散射系数(IBC)随骨小梁材料参数(密度、拉梅常数、黏度系数及声阻抗系数)的变化关系。研究结果表明,IBC随骨小梁密度的增加而增加;BSC和IBC随拉梅常数的增加而增加、随第一黏度系数的增加而近似线性地减小,第二黏度的变化对背散射信号的影响很小;背散射参数随阻抗系数的增加而减小。说明松质骨中的超声背散射特性不仅受骨矿密度(BMD)和骨微结构的影响,还与骨小梁的材料参数密切相关。研究结果有利于理解松质骨中超声的背散射特性,对松质骨骨质状况的评价有一定帮助。      

有监督学习的超声背散射方法在骨质评价中的应用

在超声背散射方法评价骨质的实际应用中,如何更为准确地判断测量对象是否为骨质疏松是一个重要问题。提出一种有监督学习的超声背散射评价方法,根据超声背散射离体实验的信号处理结果,对松质骨样本使用支撑向量机和自适应增强的有监督学习算法进行预测和分类。研究结果表明,有监督学习的超声背散射评价方法分类的准确率为80.00%~82.86%,并且对骨质疏松的样本具有较高的特异性(特异度>92.3%)。因此有监督学习的超声背散射评价方法具有有效性,评价效果优于现有的其它定量超声方法,对超声背散射方法的在体应用有一定帮助。      

超声背散射骨质评价中的频散衰减测量与补偿

超声背散射法已逐渐应用于骨质的评价与诊断.相比于人体软组织,致密多孔的骨组织中超声衰减大,导致接收到的超声信号微弱,频散失真严重.骨组织的超声频散衰减通常由超声透射法测量.然而,透射法测量的超声衰减为传播路径上组织介质衰减的平均值,无法区分软组织、皮质骨及松质骨的衰减效应,无法测量感兴趣区域内松质骨组织的超声衰减.本文旨在研究松质骨超声频散衰减的背散射测量方法,分析补偿超声背散射信号频散失真的可行性.离体测量16块松质骨样本的超声背散射与透射信号(中心频率1 MHz).采用四种背散射方法 (谱移法、谱差法、谱对数差法和混合法)测量松质骨超声频散衰减系数,与超声透射法测量的频散衰减标准值进行对比.结果表明,骨样本超声频散衰减范围为2.3—6.2 dB/mm/MHz,透射法测量的超声频散衰减(均值±方差)为(4.14±1.14) dB/mm/MHz;谱移法、谱差法、谱对数差法和混合法测量的频散衰减(均值±方差)分别为(3.88±1.15) dB/mm/MHz,(4.00±0.98) dB/mm/MHz,(3.77±0.84)dB/mm/MHz,(4.05±0.85) dB/mm/MHz.背散射法测量的频散衰减系数与标准值有较高的相关性(R=0.78—0.92, p 0.01),其中,谱差法(R=0.91, p 0.01)和混合法(R=0.92, p 0.01)测量结果更准确(相对误差小于20%).以上结果说明背散射法测量松质骨超声频散衰减具有可行性,基于傅里叶变换-逆变换原理可以补偿背散射信号频散衰减失真,显著提高信号强度,有利于后续超声背散射骨质评价及成像研究.     

骨小梁中超声背散射信号的频率分析及其微结构的估计

骨质疏松症是一种骨强度下降的全身性骨骼疾病,骨强度的下降是骨量减少和骨微结构退化的共同结果。相比于传统的超声透射方法,超声背散射法可提供更多的骨微结构信息,而对于松质骨结构的建模能有助于结构信息的获取。本文将骨小梁简化为单圆柱模型(圆柱状的单根骨小梁浸于骨髓中),并基于此模型对超声背散射与频率的关系进行分析。用铝线代替骨小梁做仿体实验,通过实验与理论结果的比较来验证单圆柱模型的可行性。     

基于双高斯衰减模型的超声回波处理方法

信号降噪与特征提取是超声检测数据处理的关键技术.基于超声信号有特定结构而噪声和超声信号的结构无关,本文提出一种旨在解决强噪声背景下超声回波的参数估计和降噪问题的方法.该方法将超声回波的参数估计和降噪问题转换为函数优化问题,首先根据工程经验建立超声信号的双高斯衰减数学模型,然后根据观测回波和建立的超声信号模型确定目标函数,接着选择人工蜂群算法对目标函数进行优化从而得到参数的最优估计值,最后由估计出的参数根据建立的超声信号数学模型重构出无噪的超声估计信号.通过仿真和实验表明本文方法可以准确估计出信噪比大于-10 dB的含噪超声回波中的无噪信号,且效果优于基于自适应阈值的小波降噪方法和经验模态分解方法;此外相比常用的指数模型和高斯模型,本文提出的双高斯衰减超声信号模型与实测超声信号更接近,其均方误差为9.4×10~(-5),波形相似系数为0.98.     

超声表观积分背散射系数评价新生儿骨状况的可行性研究

新生儿骨发育状况的超声评价有重要意义。本文研究用超声背散射信号来评价新生儿骨发育状况的可行性。提出将超声表观积分背散射系数(AIB)用于评价新生儿松质骨状况,研究了不同超声频率下AIB与婴儿体重、出生天数之间的关系。研究结果表明,足月儿的AIB明显大于早产儿的AIB;足月儿的体重和AIB相关性较弱;早产儿的AIB参数和出生天数具有较高的正相关性(R=0.633)。说明超声背散射信号及其参数AIB可用于评价新生儿松质骨发育状况。      

二次变换法估计骨小梁的间距

平均骨小梁间距作为松质骨微结构的重要表征参数,其值可作为诊断骨质疏松的重要参考信息。提出将二次变换法运用于骨小梁间距的估算,探究其运用于骨小梁间距估算的可行性。通过散射元仿真、时域有限差分法仿真和离体松质骨实验所得到松质骨背散射信号进行分析,同时以自回归倒谱法(AR倒谱法)、反向滤波-自回归倒谱法(反向滤波-AR倒谱法)、自适应滤波-自回归倒谱法(自适应滤波-AR倒谱法)和简易反向滤波跟踪(SIFT)算法作为对比方法进行分析,通过对比证明了其可行性和相比于其他方法的优越性。结果表明,不管是利用仿真实验还是牛胫骨的离体实验所得信号估算骨小梁间距,二次变换法比其他算法具有更强的测量稳定性和准确性。     

二次变换法估计骨小梁的间距

平均骨小梁间距作为松质骨微结构的重要表征参数,其值可作为诊断骨质疏松的重要参考信息。提出将二次变换法运用于骨小梁间距的估算,探究其运用于骨小梁间距估算的可行性。通过散射元仿真、时域有限差分法仿真和离体松质骨实验所得到松质骨背散射信号进行分析,同时以自回归倒谱法(AR倒谱法)、反向滤波-自回归倒谱法(反向滤波-AR倒谱法)、自适应滤波-自回归倒谱法(自适应滤波-AR倒谱法)和简易反向滤波跟踪(SIFT)算法作为对比方法进行分析,通过对比证明了其可行性和相比于其他方法的优越性。结果表明,不管是利用仿真实验还是牛胫骨的离体实验所得信号估算骨小梁间距,二次变换法比其他算法具有更强的测量稳定性和准确性。      

基于超声散射回波功率谱的热疗无损测温模型

在随机起伏介质超声散射理论下，基于组织超声散射问波功率谱，提出一种无损获取组织温度信息的新方法。组织中声速及密度的随机起伏引起超声散射，散射回波声压谱的均方值与组织中声速ｃ、声速对温度的梯度ｄｃ／ｄｔ和组织的平均温度Ｔ等有关。分析组织散射超声回波信号平均归一化功率谱与组织温度的关系，可以从超声散射回波中有效提取组织温度信息。理论分析和模拟实验为医学上肿瘤热疗提供了一种新的无损测温的方法和思路。     

互相关自适应加权的医学超声成像算法研究

根据超声成像系统的超声回波信号互相关性,提出互相关自适应加权超声成像算法.该算法根据散射点回波信号之间的空间相关性设置加权系数,对不同位置的散射点进行自适应加权成像,从而降低了成像系统的旁瓣,抑制了相关性较差的噪声.通过Field II仿真的点目标和吸声斑目标处理结果表明该方法成像的横向和纵向分辨率高,成像速度快.相对于延时叠加(DAS)算法,该算法对散射点成像可提高对比度16 dB,对于吸声斑成像可提高对比度0.85 dB.最后采用完备数据集进行实验,结果表明该算法成像分辨率优于DAS算法,对比度提高了17 dB.     

Point defects on graphene on metals

Understanding the coupling of graphene with its local environment is critical to be able to integrate it in tomorrow's electronic devices. Here we show how the presence of a metallic substrate affects the properties of an atomically tailored graphene layer. We have deliberately introduced single carbon vacancies on a graphene monolayer grown on a Pt(111) surface and investigated its impact in the electronic, structural, and magnetic properties of the graphene layer. Our low temperature scanning tunneling microscopy studies, complemented by density functional theory, show the existence of a broad electronic resonance above the Fermi energy associated with the vacancies. Vacancy sites become reactive leading to an increase of the coupling between the graphene layer and the metal substrate at these points; this gives rise to a rapid decay of the localized state and the quenching of the magnetic moment associated with carbon vacancies in freestanding graphene layers.     

基于Matlab分析负荷对多联机IPLV的影响

多联机有其特殊的优点,但是不同部分负荷的组合对IPLV的影响仍需进一步研究。文中建立IPLV与部分负荷的相关公式,运用MATLAB软件分析不同卸载级负荷与IPLV的关系,从而确定不同部分负荷的最优组合。     

Note on duality on polarized symplectic manifolds

In this note we use some of the results of [3] to derive a general duality theorem for the cohomologies of foliated structures on a manifold. The result is applied to the special case of a symplectic manifold M on which the foliation is given by a complex polarization F in the sense of geometric quantization. We obtain, for example, a rigorous proof of the fact that for a smooth function ƒ on M whose Hamiltonian vector field leaves F invariant, the spectrum of the corresponding prequantization operator v(ƒ) coincides with the spectrum of its transpose, under the above duality. This latter result was obtained by Simms in [12] under certain hypotheses. Proofs of the validity of those hypotheses are now available in the literature; cf. [3] and [7].     

Space-charge effects on multipactor on a dielectric

Analyzes the effects of space charge shielding on the steady state of a multipactor discharge on a dielectric. Analytic methods are used to obtain an exact function for the potential in the discharge, assuming a Maxwellian distribution of emitted electrons. An equation for the amount of power deposited on the dielectric by the multipactoring electrons, for a given saturation level, is given. A simple method for obtaining the saturation level, for a given material, is obtained     

Remarks on KdV-type flows on star-shaped curves

We study the relation between the centro-affine geometry of star-shaped planar curves and the projective geometry of parametrized maps into RP¹. We show that projectivization induces a map between differential invariants and a bi-Poisson map between Hamiltonian structures. We also show that a Hamiltonian evolution equation for closed star-shaped planar curves, discovered by Pinkall, has the Schwarzian KdV equation as its projectivization. (For both flows, the curvature evolves by the KdV equation.) Using algebro-geometric methods and the relation of group-based moving frames to AKNS-type representations, we construct examples of closed solutions of Pinkall’s flow associated with periodic finite-gap KdV potentials.