超声背散射信息熵成像评价脂肪肝的新方法

提出超声背散射Tsallis信息熵成像评价脂肪肝的新方法。利用滑动窗口法,估算窗口内局部背散射包络信号的Tsallis信息熵参数值,对信息熵参数值矩阵进行扫描变换、颜色映射及感兴趣区域设置,叠加到超声B模式图像,实现Tsallis信息熵成像。分析72名肝脏捐献者和204名患者的超声背散射信号,参考标准分别为磁共振波谱测得的肝脏脂肪分数(Hepatic Fat Fraction, HFF)和肝活检组织学检查测得的脂肪肝程度。对于72名肝脏捐献者,Tsallis信息熵与lg(HFF)的相关系数r=0.67(P<0.000 1)。对于204名患者,受试者工作特征曲线下面积分别为0.82、0.88、0.89(≥轻度、≥中度、≥重度),而超声背散射零差K成像分别为0.76、0.82、0.82。超声背散射Tsallis信息熵成像可以直观定征并定量评价脂肪肝的严重程度,其诊断性能优于超声背散射零差K成像,可作为一种超声评价脂肪肝的新方法。     

基于多传感器探测的X射线安检技术研究

针对X射线双能透射和康普顿背散射两种成像方式的各自特点,提出了一种基于互补信息特征的图像融合系统设计方案,可获得综合双能量透射与康普顿背散射双重信息,且高原子序数与低原子序数的两种物质均清晰的彩色融合图像.该融合方法依据冗余性和互补性区域的判断,根据透射和背散射图像中影像的特点,采取不同的融合规则,不仅能够提供一定的被检物品的材料信息和空间位置信息,还可进行相应的色彩警示,从而提高安检设备对违禁物品的探测效能.     

基于GPU的超声弹性成像并行实现研究

为了提高超声弹性成像计算速度,提出使用GPU硬件加速基于互相关技术和相位零估计的弹性成像技术。先描述这两种弹性成像技术的实现细节及特点,然后分析这两种技术的计算密集操作部分的并行化计算可能性,最后通过GPU程序开发工具ArrayFire实现了基于GPU的互相关和相位零估计的超声弹性成像技术。通过模拟和扫描仿真人体组织的弹性成像体模获得的压缩前后数据帧对基于GPU的超声弹性成像方法进行测试与验证。实验结果表明,基于GPU的方法可以大幅提高弹性图计算速度,在处理单帧弹性图条件下,与基于互相关方法比较,加速比达到42,而基于相位零估计的方法在提高数据吞吐量的情况下加速比可达到65。     

基于超声相控阵的水下船体表面成像方法研究

针对当前水下船体表面成像设备较少、成本较高、成像误差较大的问题,提出一种基于超声相控阵技术的水下船体成像方法。以超声相控阵技术为基础,控制一维线型超声相控阵列换能器发射的聚焦声波对水下船体表面进行相控扫描,声波作用于船体表面后发生散射,回波被换能器接收后利用双曲线交汇法计算出各反射点的点云数据,最终利用点云数据重构出水下船体表面的三维模型。通过搭建水池船模成像实验对方法进行了验证,结果表明,重构图像最大误差小于5mm,具有较高的成像分辨力。     

非线性参量B/A超声成像的仿真与仿体实验研究

非线性参量B/A是描述生物组织非线性效应的重要参量,其对组织特性的敏感度较线性参量高出1~2个数量级。将非线性参量B/A用于生物组织成像,更有利于组织定征与医学超声诊断。目前已有的B/A成像效果大多依赖于B/A测量技术的准确性。为了获取较好的B/A成像,通过仿真与仿体实验比较了有限振幅声波法测量非线性参量B/A的几种经典方法,仿真和仿体实验结果均表明:扩展比较法(Extended Comparative Method,ECM)测量准确性高,其测量误差低于3%。运用该方法结合滤波反投影仿真实现B/A参量层析成像,成像结果能较好描述简单组织中的B/A参量分布。     

阻尼材料粘接质量超声检测试验研究

为了研究阻尼材料粘接质量的超声检测方法,用超声透射法和反射法分别检测了一种阻尼材料的5种不同样品,结果表明:超声透射法和反射法能够检测出样品中模拟的夹杂气泡、粘接面开裂、异物夹入等粘接缺陷,对于带空腔结构的阻尼橡胶板,内部的空腔结构和粘接缺陷也都能检测出来。     

跟骨超声背散射系数与新生儿相关参数的相关性

采用超声背散射法检测新生儿跟骨的超声背散射系数(Ultrasonic Backscatter Coefficient,BSC),并分析BSC与出生胎龄、体重、身长和头围等因素之间的关系,从而评估BSC在评价新生儿松质骨状况中的作用。对122例新生儿的临床测试分析结果表明新生儿跟骨中的BSC与出生时的胎龄、体重和身长有良好的相关性。说明超声背散射信号及其BSC可用于评价新生儿的骨质量。     

医学超声成像的模拟研究

简述医学超声成像模拟研究的主要方法,探讨其研究意义和应用前景。将现有的超声成像模拟算法分为基于线性假设和基于非线性假设的两大类,介绍每类中代表方法的基本原理,并讨论两类方法的差异,其中基于数值方法求解超声波动方程的模拟算法更符合实际超声成像过程,为更好地理解超声图像中的各种现象、寻求组织特性和图像特征间的匹配关系提供了有效的研究工具。     

超声表观积分背散射系数与骨矿密度的相关性分析

用超声评价骨质状况是近年来骨质疏松诊断方面的研究热点之一。介绍了超声背散射法及其参量表观积分背散射系数(Apparent Integral Backscatter coefficient,AIB)的测量及与骨矿密度(Bone Mineral Density,BMD)的相关性研究。在体采集了1087位志愿者跟骨的超声背散射信号,并用双能X射线骨密度仪(Dual X-ray Absorptiometry,DXA)测得腰椎和髋骨的BMD值,然后对AIB与BMD进行相关性分析。实验结果表明,参数AIB与BMD显著相关(R=0.58～0.64,n=1087,p<0.05),可被应用于松质骨状况评价。     

位错三维表征技术

位错的三维表征是准确认识位错特性和行为的基础。综述了基于同步辐射X射线、聚焦离子束-电子通道衬度成像系统和透射电子显微镜的位错三维重构方法,重点介绍了基于透射电子显微镜的原子分辨率位错三维重构、体视学原理位错三维重构和系列倾转位错三维重构方法的技术原理和应用实例,对比讨论了上述技术在分辨率、定量表征和参量信息耦合能力方面的优缺点,随后介绍了一种基于透射电子显微镜、可以实现位错几何和晶体学特征参量高精度耦合表征的位错三维定量集成表征技术,并在此基础上总结和展望了未来各类位错三维表征技术的发展趋势和技术特点。     

基于深度学习的超声成像技术研究现状

超声成像技术以其无损、无辐射、实时性好、成像深度深和检查费用低等优点,是目前临床医学最常应用的影像技术之一。随着医疗技术的日益发展,兼顾高帧率和高质量的超声成像已成为临床上的迫切需求。深度学习作为能快速提取信号特征的技术,近年来已经在超声成像领域展开多种应用研究并产生了较好的效果,具有很大的应用前景。文章总结了基于深度学习的超声成像技术现状,重点介绍了超声成像技术中常用深度学习架构,列举了深度学习技术在超声成像中的应用,最后总结了目前深度学习在训练以及实现临床应用中可能会遇到的挑战。     

基于超声水浸法的尼龙棒自动检测系统

尼龙棒综合力学性能优异,被广泛应用于航空航天、汽车、机械等工业领域。针对尼龙棒内部缺陷检测的迫切需求,提出了尼龙棒超声水浸聚焦检测方案,设计了三自由度扫查机构和回转运动机构,采用多线程技术开发了系统软件,实现了尼龙棒的自动扫查和实时成像。建立了超声波在水-尼龙棒中传播的有限元模型,分析了不同探头频率和水声距不同时尼龙棒中的声场分布规律,确定了最优检测参数。采用搭建的系统对尼龙棒进行了检测,该系统运行稳定,实现尼龙棒自动扫查和超声数据的采集,得到了超声A、B、C扫描图像,通过各图像可对缺陷进行定位和定量分析,并与工业CT检测结果进行对比分析,验证了系统的准确性。该系统实现了尼龙棒检测的自动化和图像化,为保证尼龙棒质量奠定了良好的基础。     

航空锻件的超声成像技术

由于锻件表面不平整，且厚度不均，目前超声扫查系统普遍采用手工超声波探伤法检测锻件内部缺陷，无法应用标准的B扫描成像和C扫描成像，存在着效率低、探伤质量较差等不足之处。提出了以“厚度-灰度”超声检测为核心的基本成像过程，包括路径规划、全波采样、信号处理、波形分析和缺陷扫描成像等方法，并示例实现。该检测手段有助于促进航空锻件超声检测的智能化，提高检测的效率和可靠性。     

一种基于DDS的三频点标准超声功率源的设计

结合理论方法研究和具体硬件的设计,提出一种基于铌酸锂单晶基片的三频点标准超声换能器,由单片机控制DDS芯片产生3种频率的正弦信号,经过高频运算放大器电路,对标准超声换能器激励输出标准超声功率,从而形成三频点标准超声功率源,可作为一种超声功率传递标准。三频点标准超声功率源实现了18.9MHz高频超声波的输出。和英国NPL测量比对的结果显示,3个频率点上的超声功率值误差均不大于±5%,验证了三频点标准超声功率源输出数据的有效性。     

面向医学内窥诊断的数字超声多普勒成像系统

研究基于现场可编程门阵列（FPGA）的超声多普勒内窥成像系统,针对内窥系统超声探头体积小、回波信号微弱的特点,设计了具有较高增益和较低噪声的超声信号前端接收电路.在FPGA中对微弱信号进行全数字化处理,实现了正交解调与频谱分析等功能,系统具有电路匹配性好、信噪比高、处理速度快及体积小等优势;搭建基于多普勒物理模型的实验平台进行实验验证,分析对比不同实验条件下的声谱,验证了系统及信号处理方法的合理性和正确性.     

振动声激发超声导波评估皮质骨厚度的研究

利用振动声激发超声导波来评价长骨是一种较新的思路。基于超声轴向传播方法,首先通过三维有限元法对导波在长骨中的传播进行建模仿真,再根据接收波形求解0A导波模式的相速度,最后依据理论相速度频散曲线得出皮质骨厚度。对不同厚度(2~6 mm)的骨板仿真的结果表明,皮质骨厚度估计的平均误差仅为2.61%。所提出的方法能够有效评估皮质骨厚度,对发展超声导波反演长骨的新技术具有一定意义,同时为临床超声导波长骨诊断的研究提供了新的思路。     

超声在电弧焊接中的应用

超声场作为一种高效清洁的物理场在电弧焊接中具有越来越多的应用。在电弧焊接过程中,引入超声,可以有效改善电弧形态、熔滴过渡以及焊缝组织,最终提高焊接接头力学性能。超声在电弧焊接过程中的应用特点主要与超声施加方法有关,不同的超声施加方法具有不同的特点,根据不同的超声施加方法可将超声电弧复合焊接分为不同类型。主要综述了电弧超声技术、超声与电弧同轴复合、超声作用于焊丝以及超声工具头作用于固体母材或者焊缝表面4种技术的各自特点及研究进展,着重分析了不同技术的设备特点及其对组织与力学性能的影响。最后对该方向的研究进展进行了总结,并对其发展前景和主要发展方向进行了展望。     

基于超声谱分析的颗粒粒度测量研究

为验证不同超声谱测量和分析方式对颗粒粒度测试的影响,设计了一种非侵入式超声波透射和多次反射信号同步测量实验装置。采用脉冲回波法、反射比样法和透射法分别对体积分数为1%~4%的聚苯乙烯-水悬浮液进行实验,结合理论模型,分析超声波在颗粒两相体系中的衰减谱、相速度谱和阻抗谱。以ECAH模型为理论基础,结合ORT反演算法,对不同超声谱进行反演获得了聚苯乙烯样品颗粒粒径分布。将上述结果与图像法对比,颗粒中位径结果偏差均在15%之内,3种谱分析的粒径分布也较为吻合。     

Critical examination of ultrasonic transducer characteristics and calibration methods

This study systematically determined the transmission and receiving sensitivities of over twenty transducers. Four types of sensitivities were evaluated for both transmission and receiving sensitivities. These are found to be different from each other and the reversibility or reciprocity conditions exist only in exceptional cases. Using their observed behavior as the basis, we critically examined the calibration methods developed to characterize them, including those based on laser interferometry and the acoustic reciprocity principle. Serious flaws in some of the reciprocity methods are uncovered, which can be rectified by using the Hill--Adams method. Four procedures emerged as workable calibration methods for contact ultrasonic and acoustic emission transducers. However, current experimental uncertainties limit the upper frequency to 2 MHz.