基于遗传算法优化VMD-ESSA的HIFU回波信号降噪研究

由于高强度聚焦超声(HIFU)信号夹杂环境噪声,提出利用遗传算法优化变分模态分解(VMD)并结合能量均值法(EAM)及奇异谱分析(SSA)来对其进行降噪。遗传算法使得VMD具有更强的抗干扰性,奇异谱分析能够弥补能量均值去噪不完善。仿真实验表明,所提方法与GA-VMD-E、GA-VMD-SSA、VMD-ESSA降噪方法相比,重构后的信号的信噪比更高,均方根误差和最大误差更小。在实测信号中从频谱和降噪率两个角度证明了该方法的优越性,为通过HIFU回波信号分析生物组织损伤提供了一种更有效的预处理方法。

基于HIFU回波信号和多尺度模糊熵的生物组织变性识别研究

为了解决高强度聚焦超声(HIFU)治疗中的监测问题,在无需引入其他监测源的情况下,通过研究HIFU回波基波与二次谐波的多尺度模糊熵(MFE),提出了一种生物组织变性辨析新方法。HIFU回波信号通过谱减法去噪后,利用信息散度优化的变分模态分解(KLD-VMD)提取其基波与二次谐波分量,然后结合基波与二次谐波的MFE对组织进行变性识别,并使用等错误概率(EER)评价了该方法的有效性。最后,研究还比较了KLD-VMD与VMD、经验模态分解(EMD)和固有时间尺度分解(ITD)等其他分解方法,结合MFE分析了其辨析变性组织的能力。试验结果表明:基于KLD-VMD和MFE的组织变性识别其EER达到5.1%,相较于其他方法表现出了更好的识别效果;结合基波和二次谐波的识别结果比使用单一特征参数更好。该研究为HIFU治疗提供了一种新的监测方法,具有潜在的实际应用价值。

声流现象的研究及其应用

本文从声流产生的机理出发，综合了影响声流的诸因素，介绍了声流现象的检测方法及声流效应的应用．

热疗用聚焦超声换能器的研究

本文通过数值计算及实际测量，研究了凹球面声透镜聚焦换能器及凹球面自聚焦换能器产生的声场，证实此两种聚焦方式均可获得理想的聚焦效果，但自聚焦方式更适合高强度聚焦超声（HIFU）加热治疗。

光声结合用于生物组织成像的研究进展

光声结合为生物组织层析成像提供了一种新的有效的手段。这种新方式克服了传统成像技术的一些不足 ,能获得更多的信息。本文总结了该领域三个主要研究方向的工作 。

基于动态时间规整和神经网络的方言辨识研究

汉语方言辨识技术的研究不仅有利于提高方言语音识别系统的识别效率,而且对于公安部门的刑事侦查等方面都具有非常重要的应用价值。以湖南方言作为研究对象,对不同方言特征的差异及方言辨识中特征参量的合适选取进行了深入研究。针对语音信号具有很强的随机性而神经网络的输入结构相对固定等特点,提出了基于动态时间规整和神经网络的方言辨识方法。实验结果表明,选取相同的特征参数时对不同类别或不同声调的方言的辩识率不同。

热疗用凹球面状环形换能器的研究

引入负声源,导出了凹球面状环形换能器声场的简洁表示式。通过数值计算,研究了凹球面状环形阵列的阵元几何尺寸、阵元分布和阵元数及激励信号等因素对声场特征的影响,分析了此类阵列的相控聚焦效果。

生物组织中有限束宽光吸收的蒙特卡罗模拟

用蒙特卡罗法模拟了有限束宽均匀分布和高斯分布光在生物组织中的传播 ,分析了生物组织的光学参数及光源特性对光吸收分布的影响。结果表明 :只要有效光吸收系数增加 ,最大光吸收率就会增加。光的侧向传输能力主要依赖于光的有效散射。光束宽度增加 ,辐照范围加宽。高斯光束的吸收分布的梯度更大。

人体长骨振动的在体测试

振动分析技术用来诊断骨病和估计骨折愈合程度的可行性已得到证实。测试时常用的激振方式有电动、人工和超声等,拾振装置有传声器、力传感器和加速度计等。文章采用医用叩诊锤激振、双加速度计拾振,在不同情况下在体测试了人体长骨的振动。通过分析测试信号的功率谱及传递函数,发现骨组织中振动传播具有方向性,拾振器的质量、测点及激振点位置对测试结果有影响。实际应用中应选用质量较小的拾振器,且应尽量保持待测肢与对照肢的测试条件一致。

凹球面聚焦超声换能器用于热疗时在人体内引起的瞬态温度场

本文引入了虚拟热源的概念 ,分析了边界条件对升温的影响与加热时间及温度场点位置的关系 ,详细研究了声源参数及生物组织特性参数对治疗区升温快慢的影响 ,比较了聚焦参数相同的凹球面换能器和高斯换能器声焦点的瞬态温度 。

凹球面自聚焦声场非线性效应的研究

用球束方程(SBE)研究了声源参数和媒质特性对凹球面自聚焦声场非线性效应的影响。结果表明,谐波的最大幅值出现在声焦点附近,基波与线性声场的分布类似,而高阶谐波的聚焦性能更好。超声频率、声源表面初始声压幅值或非线性参数越大,即平面波冲击间断形成距离越短,声的非线性效应越明显。声衰减会使非线性效应减弱,而凹球面曲率半径增大会使谐波和基波最大值的位置偏离更明显。

超声治疗中耦合液对声聚焦影响的研究

本文推导了凹球面聚焦换能器产生的声波经耦合液进入软组织后的声场计算公式，并对不同耦合液、耦合层厚度、温度对声聚焦的影响进行了研究，得到了一些对超声热疗具有指导意义的结果。

热疗用环形平面换能器声场特性的研究

引入负声源,导出了环形平面换能器声场的简洁表示式,计算了单个圆环、多个同心圆环同时激励及环阵相控聚焦声源产生的声场,分析了环的宽度、环数及聚焦点位置等因素对声场特征的影响。提出根据各阵元在声场中某点产生的声压的相位来确定各阵元电激励信号的延时,此方法较根据各阵元到该点的平均声程确定各阵元电激励信号的延时,能更准确地在该点实现聚焦。

骨科诊断客观化的研究

本文对骨科诊断客观化研究的三个方面:骨病诊断、关节病诊断、骨折愈合程度估计进行了综述。主要总结了超声方法、关节声发射信号分析法、振动响应分析、机械阻抗法在研究中的应用,并对各种类型测量方法的特点与存在的问题进行了讨论。

用声传递函数确定骨组织的特性

用双加速度计在体和离体测试了骨组织的声传递函数。结果表明:骨组织具有声低通滤波特性,且可产生多种振动模式。声传递函数的特征因人而有较大差异,但同一对象左右两肢的测试结果可以对照。声传递函数的主频能很好地反映骨的缺陷大小,可用于诊断骨病和估计骨折愈合程度。

基于小波和模糊判决的HIFU治疗区域确定方法

B超是高强度聚焦超声(HIFU)治疗中常用的监控设备,本文从图像处理角度研究了B超监控时有效治疗区的自动确定方法.根据HIFU治疗后B超图像特点,结合小波变换模局部极大值和模糊判决理论检测出有效治疗区域的边缘,然后通过数学形态学处理得到其封闭轮廓线.实验结果表明:该方法受阈值影响小,在边缘特征点较少情况下也能获得理想的分割效果,能够有效地从B超图像中检测出HIFU治疗区域.

生物组织光声效应的实验研究

建立了一套测试系统,对几种真实生物组织产生的光声信号进行了测试.结果表明:不同生物组织产生的光声信号的时域和频域特征均存在明显的差异;光声信号的频率较低,主频由生物组织特性决定;光声场的分布有指向性.

冲击测试技术用于骨科诊断的研究

本文用力电类比图分析了在体骨振动的检测方法，提出了加速度计来研究骨的冲击响应，理论和实验证实双加速度计拾振得到的传递函数能较好地反映骨的健康情况。

两种不同聚焦超声源对生物媒质加热作用的比较

计算了凹球面自聚焦超声源和聚焦高斯超声源在生物媒质中产生的声场及温度场,并对其主要特征进行了分析。比较了不同条件下此两种聚焦超声源用于热疗时的有效治疗区及声焦点处的升温快慢,揭示了它们对生物组织加热作用的差异,证实最大温升主要取决于最大声吸收率。

热疗用聚焦脉冲声场的时域和频域特性研究

本文用传递函数的概念导出了四球面聚焦脉冲声场的简洁表达式，从数值计算上和实验上研 究了这种声场中轴线上不同位置处声压信号的持续时间和频谱特征，分析了它们对热疗的影响．