用于血管内超声成像的高频换能器研制

血管内超声(Intravascular Ultrasound,IVUS)成像技术可以精确评估血管腔口径、血管壁形态和其他相关血流和血管特性,在冠状动脉疾病的诊断、治疗指导和治疗后的评估中发挥着重要作用。文章设计并制备了一种用于血管内超声成像的高频超声换能器,并对换能器的电学和声学性能进行测试和表征。结果表明,所制备IVUS换能器的中心频率为38.9 MHz,-6 dB相对带宽为56.6%,在谐振频率42.3 MHz处的电阻抗为22.6Ω,在反谐振频率48.2MHz处的电阻抗为56.5Ω,有效机电耦合系数为0.48。使用该换能器进行线仿体成像实验的结果显示,换能器的纵向分辨率为54μm,横向分辨率为209μm。最后,将文中制备的超声换能器与国外同类型换能器进行比较,结果表明,该换能器的性能良好,能够满足血管内超声临床检测需求,未来有望能够突破技术瓶颈,实现国产替代。     

一种合成发射孔径超声成像轴向运动补偿方法

0引言在合成孔径聚焦成像中,多幅低质量图(LRI)相干相加得到高质量图(HRI),从而实现发射逐点聚焦,提高图像的分辨率。但是低质量图间的组织运动会降低其相干性,从而影响成像质量。解决该问题有两种途径,一种是提高系统帧率,使两幅低质量图之间的运动位移很小,另一种是对低质量图间的位移进行补偿。Gammelmark和Jansen[1]提出了二倍运动补偿方法,在两次合成     

运动补偿下成像光谱仪的辐射能量采集特性

为研究运动补偿下成像光谱仪的辐射能量采集特性,首先推导出系统探测器像元采集到的光谱辐射能量与瞬时视场光轴摆角的关系式.据此,在可见近红外(0.4～1.0 μm)光谱范围内,计算不同摆角下系统采集到的光谱辐射能量与观测星下点(对应光轴摆角为0°)时系统采集到的光谱辐射能量的比值.结果表明:与观测星下点相比,运动补偿过程中系统采集到的总光谱辐射能量随光轴摆角的增大而减小,并且其中地面目标辐射所占的比例也随之减小.系统信噪比有类似的特性.要使整个观测过程辐射能量提高的倍率保持或接近预期的补偿倍率,光轴摆角尽量小于30°.     

编码发射技术在医学高频超声成像中的研究进展

高频超声成像以其高分辨和实时性好等优势成为近年来医学超声成像领域研究的热点。但由于超声的衰减随频率增加呈指数级升高,导致高频超声信号幅值小,图像信噪比低。为了增强高频超声成像的信噪比,近年来编码发射（又称编码激励）技术得到了越来越多的研究和应用。文章对近几年国内外编码发射技术在医学高频超声成像方面的应用和研究进展进行了综述,重点分析了Chirp码、巴克（Barker）码和格雷（Golay）码3种主要编码发射技术在高频超声成像方面应用的优缺点,并综合对比了各种编码发射技术在高频成像方面的应用前景。     

医学超声内窥成像系统的数字增益补偿

为了补偿医学超声内窥镜中超声信号的传输衰减,设计了由AD8065、AD8331和现场可编程门阵列（FPGA）组成的前置放大与增益补偿电路．电路采用AD8065实现超声换能器与增益补偿电路间的阻抗变换,然后,根据超声信号在人体组织中的衰减规律,由FPGA输出补偿控制电压,控制AD8331实现对回波信号的补偿放大．对实际超声回波进行的补偿实验表明,该电路能够有效地补偿超声信号的传输衰减,而且,利用FPGA的可编程性,该电路可根据不同的衰减曲线进行灵活配置.     

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。     

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。     

碳纤维复合材料手动超声成像检测技术的研究

本文较详细地介绍了手动超声成像检测技术及其在复台材料制件中的应用，包括先进的ＣＣＤ视频图像定位技术、缺陷模式识别、模糊聚类及其应用。     

基于超声成像技术对小直径棒棍检测工艺研究探讨

小直径金属棒材超声成像检测工艺提出了一个包括检测棒材样品仿形、检测工艺仿真、工艺验证的检测工艺。可实现对小直径金属棒材内部缺欠的精确检测,并以超声A型信号和B型信号组合形成二维图像检测结果显示,可直观有效评定棒材中的缺欠。     

合成孔径声纳运动补偿算法的局部优化研究

在合成孔径声纳（Synthetic Aperture Sonar,SAS）的成像处理中,声纳基阵的不稳定是影响成像质量的重要因素,运动误差的存在会直接导致图像的畸变和分辨率下降,在实际的SAS成像中必须考虑运动误差的影响。结合SAS成像的特点,分析了传统运动补偿算法的不足,并提出了针对强点目标的局部优化方案,最后通过仿真和试验数据进行了有效性验证。     

高频宽带换能器多匹配层研究

在水声应用中,高频换能器往往需要较宽的工作带宽,以获得更多的目标信息。文章首先建立了等效电路模型,利用粒子群算法对匹配层材料和厚度进行初步选定,使得换能器具有最宽的工作频带;其次,通过有限元方法对匹配层换能器的导纳和发射电压响应进行分析计算;最后,在理论分析的基础上成功制得三匹配层高频宽带换能器,其工作频段约为150～430 kHz,相对带宽为93%,带内发送电压响应起伏为-6 dB。实验结果表明,三匹配层设计方案可以有效拓宽高频换能器的工作频段。     

带温度补偿结构的高灵敏度光读出红外成像阵列器件设计

本文提出了一种光读出红外成像阵列器件的结构设计,该设计提高了器件的热-机械灵敏度,同时能有效降低周围环境温度变化所带来的影响.理论计算表明,该阵列器件的关键性能指标热-机械灵敏度和噪声等效温差分别为2.39×10-3和2.42,此外,ANSYS模拟仿真的结果验证了该设计能抑制周围环境温度波动对器件红外目标探测的影响.     

高频电磁力作用下金属液内电磁超声波的生成

为解决由机械振动产生的超声波无法在高温环境中成功应用的难题，提出了利用静磁场和交流电流、静磁场和交流磁场的相互作用分别在金属液内直接生成高强度电磁超声波的方法，运用超声波压力传感器对用这两种方法在金属液内生成的电磁超声波的强度进行了测量。研究表明：电磁超声波的强度与所施加的高频电磁力的强度成正比，频率与电磁力的频率相同；实验结果和理论解析结果基本一致；利用高频电磁力的局部作用在金属液全场范围内生成的电磁超声波可以在金属精炼及凝固过程中获得广泛应用。     

高频长缆水声换能器的匹配技术研究

高频换能器接长电缆后谐振频率会发生偏移,导致与工作频率相差甚远,工作点的导纳值与不接长电缆时偏差较大。这使得换能器与发射机和接收机之间的阻抗严重失配。文章对高频长缆水声换能器匹配技术进行研究,通过建立换能器等效电路模型,利用传输线理论,进行四端口匹配网络的设计和仿真,并制作一块匹配电路板。实验结果表明,系统匹配性测试与仿真计算相吻合,提高了系统机电转换效率,证明了该匹配方法的可行性和工程实用性。     

基于高鲁棒性超声超表面的声束定向发射

基于超薄平面型超声超表面构建了超声束定向发射器件,利用有限元仿真验证了声束定向发射的高效性和采用不同单元结构配置时定向发射效果的高鲁棒性。所设计的超表面器件由结构单元周期性排列而成,在保持结构周期性不变的条件下,尽管结构单元几何形状呈随机分布、或者结构中存在几何缺陷,但仍可有效地保持声束定向发射的良好性能。基于超声超表面的超声束定向发射器件具有结构设计简单、定向准确性高、灵活性强、适用范围广等优点,在工业无损检测、水下探测、医学超声工程等领域具有广泛的应用前景。     

基于机械品质因数的全波压电超声换能器设计

针对全波压电超声换能器常规设计方法存在的尺寸参数较多、计算较复杂等问题,研究了一种利用机械品质因数设计全波压电超声换能器的方法.基于压电超声理论推导了全波压电超声换能器的频率方程,利用电学理论推导了全波压电超声换能器各组成部分的等效电路,利用等效电路求取了在任意等效截面处的等效机械阻抗,进而推导出全波压电超声换能器各部...     

Fatigue assessment of high‐frequency mechanical impact (HFMI)‐treated welded joints subjected to high mean stresses and spectrum loading

The fatigue strength of welded joints can be improved with various post‐weld treatment methods. High‐frequency mechanical impact treatment is a residual stress modification technique that creates compressive residual stresses at the weld toe. However, these beneficial residual stresses may relax under certain loading conditions. In this paper, previously published fatigue data for butt and fillet welded joints subjected to high stress ratios and variable amplitude cyclic stresses were evaluated in relation to the current International Institute of Welding (IIW) recommendations on fatigue strength improvement and a proposed IIW design guideline for high‐frequency mechanical impact‐treated welded joints. The evaluation showed that the current IIW recommendations resulted in both non‐conservative and overly conservative fatigue strength estimations depending on the applied stress level, whereas the proposed fatigue assessment guideline fitted the current data well.     

高能超声处理对原位Al3Ti/A356复合材料显微组织和力学性能的影响

采用熔体直接反应法,以工业钛剂和A356合金为反应物,利用高能超声原位合成了Al3Ti/A356复合材料。利用X射线衍射与扫描电镜对该复合材料的微观组织和物相组成进行分析,并通过拉伸实验对该复合材料的力学性能进行测试。结果表明,经过高能超声处理后,复合材料中的Al3Ti颗粒尺寸较高能超声处理前明显变小,分布也更均匀。当超声功率为1.2kW/cm2,超声作用时间为360s时,颗粒尺寸最小,为0.5～2μm。复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到281.83、226.72MPa和5.6%,较未施加高能超声的复合材料分别提高了16.2%、10.3%和33.3%。