Numerical simulations of partial elements excitation for hemispherical high-intensity focused ultrasound phased transducer

The hemispherical phased transducer maximizes the coverage of the skull and the ultrasonic energy per unit area of the skull is minimized, thereby reducing the risk of skull burns, but the transducer has a small focal area adjustment range, increasing the focal length of treatment is an urgent question for this type of transducer. In this paper, a three-dimensional high-intensity focused ultrasound (HIFU) transcranial propagation model is established based on the human head structure. The finite difference time domain (FDTD) is combined with the Westervelt acoustic wave nonlinear propagation equation and Penne's biological heat conduction equation for numerical simulation of the sound pressure field and temperature field. Forming a treatable focal area in a small-opening hemispherical transducer with a small amount of numerical simulation calculation focusing at a set position to determine the minimum partial excitation area ratio of focusing. And then, applying these preliminary results to a large-opening diameter hemispherical transducer and the temperature field formed by it or full excitation is studied. The results show that the focus area with the excitation area ratio of less than 22% moves forward to the transducer side when the excitation sound is formed. When the excitation area ratio is greater than or equal to 23%, it focuses at the set position. In the case of partial incentives, using 23% of the partial array, the adjustable range of the treatable focal area formed in the three-dimensional space is larger than that of the full excitation.     

空间相机CCD像面拼接重叠像元数分析与计算

针对一类具有分段仿射形式的混杂系统模型的控制方法问题,提出了一种高效显式模型预测控制算法。该算法通过将最优控制问题转化为多参数规划问题,离线求得具有分段仿射形式的显式控制器;在线过程,应用一种新的搜索算法,它能够快速准确的对系统状态点进行定位,确定其所属的控制器分区,再根据该分区所对应的子控制率,进行简单的线性运算,即可得到系统的输入。该控制方法避免了反复的在线优化计算,大大减少了计算量,并且,在线计算的速度更快,控制的实时性更好。将该算法应用到具有典型混杂特性的两容水箱系统中,仿真结果表明：水箱的液位从初始液位能够快速平稳的达到期望的液位,且与其它的控制算法相比较,该算法更加高效。     

经颅聚焦超声联合微泡开放血脑屏障的数值仿真研究

近年大鼠等动物实验表明经颅聚焦超声联合微泡技术可无创开放血脑屏障实现药物递送,但在临床治疗时由于人体头颅非均质结构及其高声衰减特性,需优化超声经颅聚焦参数和微泡参数。本文基于人头颅CT数据、82阵元相控换能器和血管建立了三维数值仿真模型,研究超声及微泡参数对机械指数和靶区声发射的影响,评估血脑屏障开放程度及组织损伤的可能性。结果表明,声功率和微泡初始密度增大,机械指数和宽带噪声强度增大;频率增大,稳态空化强度增大;当微泡初始半径大于5μm时,稳态空化显著增强。该研究结果为经颅聚焦超声联合微泡技术诱导可控的BBB开放及安全有效递送治疗药物提供了理论数据和技术参考。     

空间大口径望远镜稳像系统发展现状及趋势

介绍了目前国际上已发射及正在论证的大型空间望远镜的稳像控制系统,主要包括自由飞行模式的HUBBLE、JWST、ATLAST-8m和ATLAST-9.2m,载体搭载模式的SOFIA和OPTⅡX。详细论述了这些空间望远镜稳像系统的组成、工作原理、主要元件、性能指标和控制算法,并对基于磁悬浮技术的无扰动载荷设计概念和机械臂直接驱动空间相机的设计思想进行了介绍。分析表明,基于机械臂和磁悬浮技术的精密稳像及主动振动抑制系统是未来的发展趋势。     

紫外臭氧廓线探测仪快视系统的设计与实现

为了实现紫外臭氧廓线探测仪图像数据的实时处理,并为其装调和自动定标提供必要的功能支持,实现了臭氧廓线探测仪快视系统。该系统分析了臭氧廓线探测仪图像数据下传原理和自动定标的工作流程,设计了相互协调的三线程的工作方式,保证系统流畅运行;采用命名管道通讯机制实现自动定标功能。实验结果表明：该系统实时完成2个波段的数据解析、图像显示和辅助线绘制等功能,实验过程中系统运行流畅,无丢包现象,叠加线可提供像素级的对准精度;以50ms的积分时间进行自动定标,定标速度可达每分钟39个波段,三倍于两个熟练配合测试人员的定标效率。     

现代航天光学成像遥感器的应用与发展

概述了当前航天光学成像遥感器在对地、对天观测的多个领域的应用现状,给出了国外著名高分辨率商业卫星的性能指标,归纳了在轨和即将发射的太空望远镜的工作参数,展望了以更高的地面分辨率、更宽的地面覆盖和更高成像质量为目标的高性能光学遥感器的发展方向。依托大型光学成像平台的模块化技术和天地一体化设计为代表的综合性光学遥感器,阐述了实现自动识别和在轨参数自动调整的智能型光学成像遥感器的可行性、环境条件和技术要求。总结了目前在航天光学成像遥感器设计中大口径、主动光学波前探测和在轨智能处理等方面的关键技术和实现难题,提出了可实现的研究思路和未来的发展前景。     

剪切波对HIFU经颅聚焦形成温度场影响的数值仿真研究

在高强度聚焦超声经颅治疗时,既有纵波又有剪切波,为了保障该治疗方法的安全有效性,有必要分析剪切波对HIFU治疗温度场的影响。该文基于人体头颅CT数据和曲率半径为150 mm的256阵元的半球相控换能器建立三维高强度聚焦超声经颅声波传播模型,利用时域有限差分法结合Westervelt声波非线性传播方程、动量方程、质量守恒方程和Pennes生物热传导方程数值仿真其形成温度场,研究在相同输入功率、不同聚焦角度条件下对应阵元数进行激励时,剪切波对换能器形成温度场的影响。结果表明,随换能器聚焦角度减小,在几何焦点处形成的焦域面积逐渐增大,考虑剪切波形成的温度场达到65?C所需时间逐渐延长,焦点前移程度越大;在相同聚焦角度条件下,考虑剪切波的温度场达到65?C所需时间更短,旁瓣更少,在颅骨处的温度更高,对焦点前移几乎没有影响;随换能器聚焦角度减小,考虑剪切波的模型形成的焦域面积变化范围更大;幂指数函数形式对不同聚焦角度下焦域面积大小的拟合优度高,可预测不同聚焦角度换能器形成的焦域面积。