Amplitude modulation excitation for cancellous bone evaluation using a portable ultrasonic backscatter instrumentation

The ultrasonic backscatter (UB) has the advantage of non-invasively obtaining bone density and structure, expected to be an assessment tool for early diagnosis osteoporosis. All former UB measurements were based on exciting a short single-pulse and analyzing the ultrasonic signals backscattered in bone. This study aims to examine amplitude modulation (AM) ultrasonic excitation with UB measurements for predicting bone characteristics. The AM multiple lengths excitation and backscatter measurement (AM-UB) functions were integrated into a portable ultrasonic instrument for bone characterization. The apparent integrated backscatter coefficient in the AM excitation (AIB_AM) was evaluated on the AM-UB instrumentation. The correlation coefficients of the AIB_AM estimating volume fraction (BV/TV), structure model index (SMI), and bone mineral density (BMD) were then analyzed. Significant correlations (|R| = 0.82-0.93, p < 0.05) were observed between the AIB_AM, BV/TV, SMI, and BMD. By growing the AM excitation length, the AIB_AM values exhibit more stability both in 1.0-MHz and 3.5-MHz measurements. The recommendations in AM-UB measurement were that the avoided length (T1) should be lower than AM excitation length, and the analysis length (T2) should be enough long but not more than AM excitation length. The authors conducted an AM-UB measurement for cancellous bone characterization. Increasing the AM excitation length could substantially enhance AIB_AM values stability with varying analyzed signals. The study suggests the portable AM-UB instrument with the integration of real-time analytics software that might provide a potential tool for osteoporosis early screening.     

伪叠加Zadoff-Chu序列的LTE下行信道估计

分析了正交频分复用系统中基于叠加训练序列的最小二乘和线性最小均方误差信道估计算法,在此基础上针对LTE信道的结构特征,提出了一种利用伪叠加Zadoff-Chu序列进行信道估计的最小二乘算法。该方法可以大大降低算法复杂度,并且不需要信道先验信息、不占用带宽资源。仿真结果验证了该方法的有效性,其性能比频域的离散傅里叶变换算法和线性最小均方误差算法性能更优。     

在连续的时间系统中不存在Shilnikov型混沌

在n维的、时间连续的光滑系统中,得到了不存在同宿轨道和异宿轨道的条件.基于此结论并用一个基本实例,推断出如下结论:在多项式常微分方程系统中,有着以不存在同宿轨道和异宿轨道为特征的第4类混沌.     

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。     

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。     

时频域独立元分析方法实现超声兰姆波的多模式分离

为方便兰姆波信号分析与模式定征,提出一种将短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)与独立元分析(Independent Component Analysis,ICA)相结合的多模式超声兰姆波识别方法。首先通过STFT将兰姆波时域信号投影至时频域,基于各模式信号在时频域相对独立的特点,利用ICA实现混叠模式分离。根据分离模式时频能量脊提取各模式群速度曲线,进而估计板厚。将方法运用于时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)法仿真与钢板实验,分离得到A0、A1和S0三种模式。仿真与实验中平均群速度估计误差约为1.5%和2.0%,板厚估计误差约为0.3%和2.0%。仿真结果表明,在信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)不小于0 dB的情况下,时频域独立元分析方法均可实现兰姆波多模式分离、群速度曲线提取及板厚估计。     

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。     

不确定性条件下大型客机纵向静稳定性数值研究

飞机的几何不确定性和飞行中的来流不确定性常会引起飞机焦点位置的改变，进而影响飞机的静稳定性。采用CFD数值模拟方法对CHNT客机标模开展气动特性与静稳定性研究，基于非嵌入式概率配置点法，分析在机翼安装角和来流马赫数为不确定性参数情况下的飞机纵向静稳定性。计算结果表明，机翼安装角的正偏差将引起C_M曲线临界位置攻角的前移，翼根处分离流动增大，飞机焦点位置前移，纵向静稳定性减弱，俯仰力矩系数曲线导数C^α_M的PDF、CDF曲线形状类似Beta分布；来流马赫数的不确定性对焦点位置的影响显著，马赫数的正偏差可使飞机焦点位置后移，增强纵向静稳定性，C^α_M的PDF、CDF曲线形状也类似Beta分布。