Semi-empirical bone model for determination of trabecular structure properties from backscattered ultrasound

A novel semi-empirical scattering model of trabecular bone facilitating its characterization and allowing optimization of the interrogating pulse-echo transducer performance was developed. The model accounts for spatial density distribution of the trabeculae and includes measurement conditions such as pressure–time waveform of the probing ultrasound wave, the emitted field structure, and the transfer function and limited bandwidth of the acoustic source operating in pulse-echo mode. These measurement conditions are of importance as they modify the scattered echoes, which in turn are linked to the micro-architecture of the bone. The bone was modeled by a random distribution of long and thin cylindrical scatterers having randomly varying diameters and mechanical properties, and oriented perpendicularly to the ultrasound beam axis. To mimic clinically encountered conditions the relevant empirical data obtained at 1 MHz were input to the model. The data included pulse-echo source pressure field distribution in the focal zone and the above mentioned transfer function. With these data the model allowed frequency dependent backscattering coefficient of the simulated bone structure and its statistical properties to be determined. The results obtained indicated that the computer simulation is of particular relevance in studying scattering properties of the cancellous bone and holds promise as a tool to determine the relationship between the physical dimensions and shape of the scatterers and for monitoring of osteoporosis. The results of simulations also indicated that the new bone model proposed is well suited to mimic clinically relevant conditions. In contrast to the existing bone models, which usually assume scatterers to be randomly distributed as infinitely long identical cylinders with a cross-section much smaller than the probing ultrasound wave, the new model includes two populations of scatterers having different physical dimensions and also allows the mechanical properties of the scatterers to be varied.     

双变形镜自适应光学系统像差解耦研究

对由大行程变形镜和高空间频率变形镜组成的双变形镜自适应光学系统中的像差解耦原理和限定像差校正算法做了理论分析。认为在高空间频率变形镜的斜率响应矩阵中加入限定像差向量,根据直接斜率法分别计算出两个变形镜的控制电压,可以实现两个变形镜分别对低阶像差和高阶像差的闭环校正。仿真研究了19单元变形镜和61单元变形镜组成的双变形镜自适应光学系统对低阶像差和高阶像差分别校正的情况,结果说明双变形镜自适应光学系统的校正效果与理想行程的单变形镜自适应光学系统的校正效果相当,避免了制作同时具有大行程和高空间频率两个特征的变形镜。     

直线阵光学综合孔径成像中的子孔径尺寸效应

光学综合孔径阵列中的子孔径的位置和直径的大小对成像质量有着重要的影响。详细分析了几种不同优化排列的光学综合孔径直线阵列的无像差点扩展函数、光学传递函数和衍射成像特性．结果表明,子孔径的位置不同．光学传递函数的空间频率覆盖有很大的差异。增大子孔径的直径可以增大空间频率覆盖程度．但子孔径直径过大时义会产生空间频率冗余度和增加制造成本。直线阵光学综合孔径的衍射成像是多重像,子孔径直径的增大还可以减小重影的程度,提高成像质量。结果说明,在进行光学综合孔径阵列优化排列时必须考虑子孔径的直径大小这个重耍的因素。     

基于光外差技术的超宽带频率响应测量系统

介绍了一种利用光外差技术测量光电探测器超宽带频率响应的测试方法。将一个可调谐外腔激光器和一个固定波长的分布反馈激光器（DFB-LD’s）产生的激光输入到光电探测器进行混频。通过对可调激光器腔长的控制,可以在光电探测器产生从DC到上百GHz的拍频信号,在无需额外校准光源的情况下就可以进行光电探测器超宽带频率响应特性的测试,这是该方法最突出的优点。实验证明该方法比较准确、简便、易于操作。在实验中,对两个不同的InGaAs p-i—n探测器进行测量,得到器件的3dB带宽分别为14．4GHz和40GHz。该测量方法对同类实验的研究和应用都具有实用意义。     

高频脉冲管制冷机流动特性实验分析

系统的测量了不同运行条件下,高频脉冲管制冷机蓄冷器冷端压力波幅值、速度波幅值以及它们之间相位差的变化规律。结合焓流理论,解释了小孔开度、充气压力、压比和运行频率,在高频条件下对制冷性能的影响规律。所得结果定性解释了制冷机中相应的实验现象,对于高频脉冲管制冷机的机理理解和实验研究有重要指导意义。     

高温高压下二辉橄榄岩的阻抗谱实验研究

 在1.0～4.0 GPa压力、1 073～1 573 K温度和10^-1～10⁷ Hz频率条件下,利用SARLTON-1260阻抗-增益/相位分析仪,就位测定了二辉橄榄岩的阻抗谱。实验结果表明：二辉橄榄岩的阻抗谱对频率具有很强的依赖性,并从阻抗谱的测试原理（颗粒内部、颗粒边缘、样品与电极间的导电机制）上做出了解释;温度是决定二辉橄榄岩电导率的一个重要物理参数,电导率随着温度的升高而增大,lg σ与1/T之间符合Arrenhius关系式;在高压实验中第一次将压力作为测量二辉橄榄岩电导率重要的约束因素,随着压力的增大,电阻率升高、电导率降低。     

磁场中束缚极化子的有效质量

研究磁场中束缚极化子有效质量的性质,采用改进的线性组合算符和变分法讨论了磁场中强、弱耦合极化子的振动频率和有效质量与磁场B和库仑势的关系。以RbCl晶体为例进行了数值计算,结果表明:强耦合束缚磁极化子的振动频率λ和有效质量m^*随磁场B的增加而增大。弱耦合磁极化子的振动频率λ也随磁场的增加而增加,并且发现由于库仑势的存在,使得强耦合束缚磁极化子的振动频率λ和有效质量m^*有所增大。弱耦合磁极化子的有效质量仅和耦合强度α有关。     

脱氧核糖核酸在硬脂酸铝离子膜上固定杂交及BAR基因片段检测

将石墨粉、固体石蜡和硬脂酸按一定比例混合制得表面富含羧基的碳糊电极,然后在电极表面组装荷正电的铝离子膜。在硬脂酸铝离子膜上进行DNA探针的固定和与目标基因的杂交。以亚甲蓝为杂交指示剂,用循环伏安法优化了DNA的固定和杂交条件。应用该电化学生物传感器以微分脉冲伏安法对转基因玉米外源BAR基因片段进行了检测,结果令人满意。     

微型同轴脉管制冷机最低制冷温度影响因素的实验研究

本文对微型同轴脉管制冷机最低制冷温度的影响因素进行了实验研究。试验结果表明:在其他运行参数不变的情况下,随着氢浓度的逐渐减少,最低制冷温度也逐渐降低,当氢的摩尔浓度小于20％时,其最低制冷温度和纯氦相差不大。不同的氢氦配比下,该脉管制冷机的最佳运转频率为16.7 Hz。随着系统平均压力的提高,最低制冷温度也随之下降,但变化幅度越来越小。     

球面参考光波数字全息的一些特点分析及实验

对以球面波作为参考光记录数字全息图的采样和再现分离条件进行了详细的分析。推导出了同时满足采样和再现分离条件时,CCD及物体的横向尺寸、物体及参考光源至CCD的距离之间需要满足的关系式,证明了完全散射物体上复振幅在记录面上的叠加可以等效为一个点光源在记录面上产生的效果,进行了相应的实验研究。结果表明：数字全息术中采用球面参考光波可以比采用平面参考光波更容易满足采样和分离条件,并可以记录到更多的物体信息;在物体至CCD的距离固定的情况下,无透镜傅里叶变换全息术是优化的记录光路结构;散射物体比衍射物体的数字全息图更容易满足采样和分离条件。