基于动态规划的超声多普勒信号最大频率曲线提取

提出一种基于全局优化的动态规划算法以进行超声多普勒血流信号最大频率曲线的提取。并将该方法分别应用于仿真的超声多普勒信号和实际采集的多普勒血流信号,在信噪比小于20 dB的较强噪声背景下,基于动态规划方法提取的最大频率曲线较之传统方法提取的结果,相对误差最多可减小20倍以上。在强噪声背景下的估计精度明显高于其它方法,显示出基于动态规划的最大频率曲线提取算法具有较好的抗噪声性能。结果表明:基于全局优化的动态规划算法能够从较强噪声背景中准确提取超声多普勒血流信号的最大频率曲线,并可进一步用于诊断血管疾病。     

多角度复合的超声多普勒矢量血流成像

血流速度的精确测量对于研究心血管疾病和动脉粥样硬化斑块的形成至关重要,传统的彩色多普勒方法局限于获得沿超声束的速度分量,难以描绘复杂的血流运动.本文提出了一种多角度复合的超声多普勒方法,结合多角度复合技术来提升速度估算的准确度.该方法可以获取复杂血管内较为精确的二维速度矢量,实现血管内动态矢量血流成像.仿真结果表明,多角度复合有效地减小了速度估算的误差,提升图像的质量.颈动脉分叉仿体成像实验表明,该方法可以获得较为清楚的血管内速度矢量图像.定量分析结果表明5个角度复合方案能够准确估算血管内流量.本文提出的多角度复合的矢量多普勒具有可视化复杂血流和计算血流动力学参数的能力,在矢量血流成像方法中有重要潜力.     

无造影剂增强的超快超声脊髓微血管成像方法

微小血管及其血流实时成像对监测生物体血氧代谢等具有重要意义.在无微泡造影剂的情况下,传统超声多普勒技术仍较难实现高信噪比的微小血管成像.本研究提出了一种无造影剂增强的超快超声脊髓微血管成像方法.本研究从基于多角度复合平面波的高帧频成像技术出发,提出基于特征值分解的频率-幅值双阈值滤波法,从而将脊髓组织信号和微血流信号分离,可实现脊髓内微血流的动态成像.在体成像实验结果表明,无超声造影剂时,超快超声多普勒成像技术仍可获得较为清晰的大鼠脊髓内微血流的实时图像,并能够清晰地呈现脊髓受损所致的微血流缺失状况.定量分析结果表明,增大复合平面波角度数可有效提高图像的信噪比.综上,超快超声多普勒成像技术有潜力被应用于脊髓内微血管成像及功能实时监测与动态评价,相关结果可为脊髓功能成像方法的研究提供借鉴.     

一种结合两类相位调制激光多普勒频移测量的方法

提出了一种新的激光多普勒频移测量方法,该方法以相位调制拍频信号振幅和相位作为自变量定义新函数,并以该函数作为多普勒频移鉴频参量,将两类相位调制激光多普勒频移测量方法结合.理论上将该方法的鉴频曲线、灵敏度曲线以及误差曲线等与两类相位调制方法的相应曲线进行比较,发现该方法不但继承了相位调制拍频信号振幅方法的工作方式,能够对小频移量进行测量,而且吸收了相位调制拍频信号相位方法的测量能力,具有更高的测量灵敏度和动态范围.通过实验对硬目标反射的频移可控信号光进行测量,证明了理论的正确性,而且通过调整平移参数,可以使该方法的测量动态范围提高约26.8%,更适合对高多普勒频移量进行测量.     

气体栓子超声多普勒信号的仿真研究

通过分析研究气体栓子的超声多普勒信号的特征及其成因,建立气体栓子的超声多普勒仿真模型,为后续的气体栓子与固体栓子的分类提供理论基础。先利用超声辐射力和液体黏滞阻力的模型计算气体栓子所受的超声辐射力和黏滞阻力,然后计算气体栓子在血管内的径向加速度和轴向加速度,并从加速度得到气体栓子在血管内的运动轨迹,最后建立气体栓子的计算机仿真模型。实验中仿真合成气体栓子和固体栓子的超声多普勒信号,对信号的分析结果表明,相比于固体栓子,仿真的气体栓子信号受到作用力而产生的加速度将导致气栓信号在多普勒声谱图上频域的展宽,当气体栓子由低速区域加速到高速区域再由高速区减速至低速区将会在声谱图上体现为"V"型,若只有单一的加速或减速运动将只表现为斜线型。将仿真的气栓信号与临床采集的气栓信号进行比较,发现两者的特征是吻合的,说明气栓超声多普勒信号的仿真方法是合理的。      

一种测量液体粘滞系数的新方法

文章报道了一种测量液体粘滞系数的新方法－微机控制超声多普勒法,它将超声技术与计算机技术相结合,利用超声多普勒效应接收液体中下落小球的频移信号,将此信号送微机进行采集、比较、判断、计算并出粘滞系数,应用本方法能快速准确地测量多种液体的粘滞系数。     

含管壁搏动的超声多普勒血流信号仿真

基于血流和血管壁的物理模型,提出了对包含血管壁搏动的超声多普勒血流信号进行计算机仿真的方法。实验中生成了不同采样容积下的超声多普勒仿真信号,通过计算仿真信号的平均频率曲线,并与给定值进行比较,证明了方法的有效性。该方法的提出,为进一步研究分离血流信号和管壁搏动信号的方法提供了方便有效的信号源。     

基于超快超声多普勒的三维脑损伤成像方法研究

三维超声微血管成像可直观呈现血流信息,对于脑血管疾病诊断和治疗具有重要意义。本文旨在将超快超声成像技术、超快超声功率多普勒技术和机械扫描相结合,实现脑血管三维成像和脑缺血区域评价。通过工程实现,完成了可同步控制微型线性位移平台移动和超声阵列超快发射、高速采集与压缩存储的三维扫描数据采集序列与系统。利用GPU并行运算,高效实现了超声图像波束合成方法,对原始射频超声数据完成重建。进而,基于SVD杂波滤除技术,从重建三维超声数据中提取了脑部的动态小血管信号,并获得了各切面的功率多普勒成像和冠状面彩色多普勒超声小血管成像。最后,采用体素方法对三维脑血管进行重建。大鼠在体实验结果表明,该成像系统可用于三维脑血管网络在体成像,以及脑血管损伤区域定位与量化评价。本工作对脑病检测技术发展与诊断方法研究具有一定的借鉴意义。此外,相关检测系统和成像算法具有一定普适性,对其他富含微血流血管的组织检测也有一定的参考价值。     

基于反向传播神经网络的阻抗断层图像重建新方法

电阻抗成像是通过对物体表面电压、电流的测量来重建物体内部阻抗分布或变化图像的一种新颖计算机断层成像技术。阻抗断层图像重建是一种病态的、非线性的逆问题。提出了一种全新的阻抗断层图像重建方法，它利用反向传播神经网络来表征物体内部阻抗变化位置与物体表面电压变化大小的非线性映射关系，从而可以根据对物体表面测量电压的变化先准确定位阻抗变化区域，再用线性近似方法重建阻抗变化图像，这种方法不仅具有一定的抗噪能力，而且成像精度和空间分辨率都大大好于逆投影方法。     

双向血流超声多普勒信号的小波降噪

利用小波框架结合软阈值的方法对表征双向血流的超声多普勒信号进行降噪。为了避免软阈值非线性处理对双向血流多普勒信号方向表征的影响,先对超声多普勒信号进行方向分离,然后对分离后的信号分别进行小波降噪,最后合成降噪后的双向血流超声多普勒信号。对计算机仿真的股动脉超声多普勒血流信号的降噪实验结果分析表明:本方法在不影响双向血流信息的前提下,提高了多普勒信号的信噪比、最大频率曲线和平均频率曲线的估计精度。仿真实验的结果证明了本方法可以用于双向血流超声多普勒信号的降噪。     

狭窄血管内定常流多普勒信号的计算机仿真

提出了一种狭窄血管内定常流多普勒血流信号的计算机仿真方法,在PC机上合成不同血流速度、狭窄血管段不同位置的多普勒信号。对这些仿真信号进行频谱分析,计算出相应的最大频率、平均频率和频谱宽度等参数。实验结果的分析验证了该仿真方法的有效性,为狭窄血管内多普勒血流信号的理解和进一步的特征提取提供了便利。     

一种基于自动多次曝光面结构光的形貌测量方法

为解决视觉测量中重建强反射表面时遇到的过度曝光或曝光不足的问题,提出了一种基于自动多次曝光的面结构光测量方法。该方法的核心是根据基准点像素值随曝光时间的变化计算相机响应曲线。利用相机响应曲线和不同曝光时间下的图像计算出当前场景测量所需的曝光次数和曝光时间。将具有不同曝光时间的图像序列融合成新的条纹图像序列进行重建。实验结果表明:所提方法能够准确计算每次曝光的时间,克服了强反射表面引起的条纹图像饱和或过暗的问题,能够实现高动态范围表面反射率物体的三维形貌光学非接触测量。     

光学相干层析多普勒成像功能拓展研究

光学多普勒成像(Optical Doppler tomography,ODT)是一种结合了光学相干层析成像技术(Opticalcoherence tomography,OCT)和多普勒流速仪的非侵入、非接触的成像技术,能够实现对高散介质组织内部的血管分布和血液流速的探测。阐述了基于数字希尔伯特变换的相位分离多普勒光学相干层析成像技术的工作原理,并且通过对玻璃毛细管和生物芯片微通道管中聚苯乙烯溶液流速的实验测量,准确测量管内微粒缓慢移动时的多普勒频移量,获得了玻璃管内和生物芯片微通道管中流速分布曲线,证实了所提方法的可行性。获取的多普勒图像具有较高的空间分辨力和速度分辨力,在未来的临床应用中有潜在的应用价值。     

相位调制激光多普勒频移测量方法的改进

本文对现有相位调制激光多普勒频移测量方法进行了改进,通过定义新的鉴频参量来同时利用相位调制信号直流和交流分量中的有用信息进行多普勒频移测量.由于相位调制信号直流分量中包含着调制信号光的Fabry-Perot干涉仪光强透过率,所以这一改进本质上是将基于Fabry-Perot干涉仪的边缘技术激光多普勒频移测量方法的优势引入到相位调制测量方法中,以提高其自身的性能.理论上证明改进后的相位调制激光多普勒频移测量方法无需对信号光的光强进行测量,所以可以进一步简化探测系统的结构和较少噪声混入的通道.另外,通过对改进前后鉴频和测量灵敏度曲线进行对比,还证明了其具有更高的测量灵敏度和动态范围.实验上对硬目标反射的频移可控信号光进行测量,不但证明了理论的正确性,而且证明了改进后的相位调制激光多普勒频移测量方法,测量动态范围提高约1倍,测量标准偏差降低约35%.     

一种可用于离面位移测量的光路的优化设计

为了实现对复杂三维物体表面轮廓、小空间内物体的纵向位移或振动等测量，有必要研制高分辨力、非接触的光学检测系统。由于激光多普勒技术具有动态响应快、线性度好、非接触、测量精度高等特点而优先被用于复杂三维物体离面位移的测量。但是物体表面散射光的多普勒信号非常微弱，因此解决信号的强度、信噪比则是实现测量的关键。研究了激光多普勒技术及散射光相位的无规变化的统计规律，设计出一种空间分辨力很高的参考光路，将它用于固体离面位移测量效果很好，其相对误差为0．3％。     

利用声致发光成像技术的液体中超声场动态分布的实时测量方法

根据超声空化原理,运用声致发光成像技术测量超声在液体中的动态分布。利用高灵敏度的ICCD成像系统记录水在超声作用下的声致发光图像,并且分析了声致发光的分布和强度与作用超声的关系。结果表明,超声作用下的发光图像能够反映该作用超声在水中的分布情况,从而提出利用声致发光成像技术测量液体中超声场的分布是一种动态测量声场强度的新方法。     

超声动态测距的一种直接数字解调处理方法

为了减少传统的相位差超声动态测距的复杂性,提出了一种基于直接数字解调的信号处理方法。运用STM32内部两路A/D同步采集超声测量信号与参考信号,对这两组信号数据通过最小二乘椭圆拟合方法,计算[-π,π]单周期范围内的实时相位差。在此基础上,对实时相位差进行解包裹运算,得到绝对相位差。最后,通过绝对相位差的变化量与距离变化量成正比的关系,计算出实时的动态变化距离值。实验结果表明:当目标速度不超过2.5 m/s时,该方法能够准确地将距离值直接解调出来,满足动态变化条件下跟踪测距要求。     

超声动态向量血流成像的产品化实现

传统超声彩色多普勒成像测量的是血流沿超声传播方向上的速度分量,故无法得到垂直于超声传播方向的血流。向量血流成像是一种更加先进的超声血流成像技术。它不受角度限制,可以直接计算出血流速度的大小和方向。本文总结了现有多种超声向量血流成像技术的特点和发展情况,并从产品化实现的角度分析了各项技术的优缺点。从超声系统发射接收、血流成像、向量速度方向合成、显示等几个方面详述了迈瑞超声向量血流成像技术产品化实现过程中遇到的主要问题及解决方案。实验采用了中科院声学所研制的超声多普勒仿血流体模,通过向量血流成像和脉冲多普勒成像分别测量体模的仿血流速度。将向量血流成像直接计算出来的速度值与脉冲多普勒经过角度校正得到的速度进行对比。在不同条件下,经过多次测量,二者的平均相对误差均在10%以内。     

非本征法布里-珀罗干涉型传感器非周期信号的相位解调方法

提出了一种恢复非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)传感器非周期动态信号的三波长正交相位补偿方法。利用三个干涉信号消除直流分量的影响,并通过相位补偿算法产生两个正交信号,用于解调出待测信号。在实验中对EFPI传感器加载一个非周期动态信号,使用三种不同的激光干涉测量技术对实验数据进行信号解调。结果表明,所提方法具有较高的解调精度,适用于高温环境下腔长变化的场合和非周期动态信号的测量。     

涡流检测的数值模拟与缺陷定量分析

随着涡流检测技术的不断发展，不仅要求准确检测出缺陷，且还需对缺陷进行定量、定性评价。涡流检测中阻抗信号变化是进行缺陷检测和定量分析的依据：测量或计算缺陷的阻抗信号，称为涡流检测的正向问题；从阻抗信号推断出缺陷的定量定性特征，则是逆向问题。借助于有限元模拟方法，对涡流检测时的正向问题进行了求解计算；利用傅里叶变换和神经网络方法，对涡流检测时的逆向问题进行了分析。