激光回波信号采集技术

由于激光脉冲信号具有方向性好、抗干扰能力强等优点,激光脉冲成像在高精度测量地表三维信息领域得到广泛应用。激光回波信号采集和处理技术是激光脉冲成像的关键技术。通过对激光回波信号的采集和处理,可以得到地表粗糙度、倾斜度、反射率等信息。本文对已经投入使用的激光雷达的设计思想及实验结果进行分析,对已经采用的激光回波信号采集技术进行了简要回顾,对此技术的发展进行了初步展望。

基于FPGA的激光回波数据采集与传输系统

传统的激光测距机只是通过测量激光发射主波和目标反射的回波的时间间隔来测量目标距离的。这种方法简单易行,但是没有充分利用信号波形所携带的信息,没有达到探测系统的最佳信噪比。为了提高信号的信噪比、增加激光测距机的作用距离,可以采用全波形高速采样的方案,这些激光全波形数据可用于后续处理的幅度累加、自相关、互相关等处理,能够有效地提高回波信号的信噪比。本文的工作是这种测距方案的一个重要组成部分,包括高速AD采样、FPGA的时序控制、数据采集和传输等部分。针对激光回波数据采集与实时传输的要求和AD采样芯片的多通道、数据量大、速率快的特点设计了基于现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)、单时钟先进先出存储器FIFO(First-In-First-Out)和RS232接口总线的激光回波数据采集与实时传输系统。系统主要以FPGA和RS232协议为核心,主要研究采用状态机设计模块来将系统各个模块联结起来。由FPGA向AD芯片写入配置数据的同时,也接收AD芯片的输出数据并送入到FIFO存储器进行缓存和运算处理,处理好的数据由RS232总线发送给上位机进行数据处理。仿真实验结果表明系统逻辑准确,可以满足激光回波波形实时采集与传输的基本要求。

雷达高度表回波信号采集器中的回波捕捉

针对提高雷达回波信号捕获率的要求 ,对雷达高度表视频回波信号高速采集系统提出了改进方案 .对采集系统在实际工作中可能会受到的持续强干扰的情形 ,通过动态调整门限的方法实现捕捉中的恒虚警概率 ,并根据回波自身的特点提出多帧近似的模糊处理方法 ,从而提高了捕获率 .

磁化准备快速采集梯度回波磁共振成像序列在下肢深静脉血栓中的应用及其诊断价值

目的评估磁化准备快速采集梯度回波(MPRAGE)磁共振成像序列检查下肢深静脉血栓(DVT)的临床价值。方法对43例经超声确诊或疑似有DVT的患者进行MPRAGE和对比增强磁共振静脉血管造影(CE-MRV)检查,并评估采集得到图像的图像质量及诊断信心分数(四分法:1-最差,4-最好)。结果MPRAGE和CE-MRV均获得较好的图像质量和诊断信心分数,MPRAGE的图像质量评分结果比CE-MRV稍低(平均值:3.62±0.64 vs 3.72±0.51,P﹤0.001),两者的诊断信心分数无统计差异(平均值:3.67±0.62vs3.68±0.54,P=0.572)。结论MPRAGE可准确地诊断DVT患者,其检查结果与CE-MRV一致性高,可以作为安全、方便的替代方法。

ESWAN序列同次采集颅脑MRA及MRV

目的:探讨多回波采集T2*WI的三维梯度回波序列(ESWAN)动脉成像(MRA)及静脉成像(MRV)的可行性。方法:11例健康志愿者均行回波数为11的ESWAN及3D-TOFMRA检查,其中7例还加做2D-TOFMRV扫描。仅保留ESWAN序列中动脉流入增强效应较强的前3个回波后处理获得的幅度图像,经最大强度投影重组Willis环图像,分析Willis环各段显示效果并与3D-TOFMRA比较;保留后7个回波的图像后处理得到的幅度图像,经最小强度投影显示颅内静脉,比较ESWAN与2D-TOFMRV对脑深部静脉的显示效果。结果:ESWAN与3D-TOFMRA对Willis环显示结果高度一致(P=1.00),ESWAN对大脑深部静脉的显示明显优于2D-TOFMRV(P<0.0001)。结论:合理设置ESWAN参数,可以实现同次扫描采集MRA及MRV。

~1H-MRS采用短回波扫描在超急性脑梗死治疗中的应用价值

目的探讨MR波谱采用激励回波采集方法、短回波时间扫描时,MR波谱在超急性脑梗死治疗中的临床应用价值。材料与方法采取溶栓治疗与非溶栓治疗的超急性期脑梗死患者经住院治疗1 w后均行常规磁共振及MR波谱扫描,对病灶中心区、病灶边缘区、病灶周围正常区及对侧镜像区N-乙酰天门冬氨酸(N-acetylpartate,NAA)/总肌酸(肌酸+磷酸肌酸)(Creatine,Cr)、胆碱化合物(Choline,Cho)/Cr、NAA/Cho等比值进行分析。结果 (1)非溶栓组病灶中心区NAA/Cr、NAA/Cho值明显降低,Cho/Cr、肌醇(Myo-inositol,m I)/Cr值高于病灶边缘区,谷氨酸复合物(Glutamine/Glutamate,Glx)/Cr值高于对侧镜像区(P<0.05);病灶边缘区NAA/Cr值低于病灶周围正常区,NAA/Cho值低于对侧镜像区(P<0.05);病灶中心区NAA/Cho、Cho/Cr及Glx/Cr值与临床美国国立卫生院神经功能缺损评分(National Institutes of Health Stroke Scale,NIHSS)呈明显相关性(r=-0.626、0.629、-0.689,P<0.05),病灶边缘区域乳酸(Lactate,Lac)/Cr值与临床NIHSS评分具有明显相关性(r=0.812,P<0.05)。(2)溶栓组病灶中心区Cho/Cr值高于病灶边缘区,病灶边缘区NAA/Cr、m I/Cr值低于对侧镜像区,病灶边缘区NAA/Cho值低于病灶周围正常区(P<0.05);病灶中心区NAA/Cho、Cho/Cr、m I/Cr及Glx/Cr值与临床NIHSS评分具有明显相关性(r=-0.686、0.791、-0.757、-0.791,P<0.05),病灶边缘区Lac/Cr值与临床NIHSS评分具有明显相关性(r=0.735,P<0.05)。(3)溶栓组病灶边缘区NAA/Cr、NAA/Cho及m I/Cr值明显高于非溶栓组,病灶中心区、病灶周围正常区Lac/Cr值明显低于非溶栓组,病灶中心区Glx/Cr值明显高于非溶栓组(P<0.05)。结论 ~1H-MRS采用短回波时间扫描检测到更多代谢物的变化,能更全面地检测脑梗死临床治疗后受损脑组织的恢复情况,能客观评估诊疗效果及其预后,为临床应用提供客观的影像学依据。

IVIM-DWI和IDEAL-IQ技术预测子宫内膜癌p53基因突变

目的:探讨体素不相干运动DWI(IVIM-DWI)和多点非对称回波采集与迭代最小二乘法水脂分离(IDEAL-IQ)成像在鉴别p53基因突变型与野生型子宫内膜癌(EC)中的价值。方法:回顾性分析2021年11月-2022年6月在本院经病理证实的18例p53突变型和28例p53野生型EC患者的IVIM-DWI和IDEAL-IQ成像资料。比较两组间ADC_(slow)、ADC_(fast)、f、FF和R_(2)^(*)值的差异。分别采用受试者工作特征曲线(ROC)、Logistic回归分析和DeLong检验评估各参数的诊断效能、构建多参数联合模型和比较AUC的差异。结果:p53基因突变组的ADC_(slow)和f值均显著小于野生组[(0.66±0.26) vs.(1.11±0.45),P<0.001;1.78 (1.49,2.15) vs. 2.29 (1.51,3.35),P=0.048],R_(2)^(*)值显著大于野生组[(23.98±12.46) vs.(15.10±3.69),P=0.001];两组间ADC_(fast)和FF值的差异无统计学意义(P=0.173、0.184)。ADC_(slow)、f和R_(2)^(*)值预测突变型EC的AUC分别为0.817、0.675和0.718;三者构建的联合模型的AUC为0.984,敏感度为96.43%,特异度为94.44%。DeLong分析结果显示,联合模型与单项参数(ADC_(slow)、f、R_(2)^(*))比较,AUC的差异均有统计学意义(Z=2.659,P=0.008;Z=3.876,P<0.001;Z=3.318,P=0.001)。结论:IVIM-DWI和IDEAL-IQ成像的定量参数可用于评估EC患者的p53基因突变情况,且两种技术多参数联合诊断能够显著提升预测效能。

磁共振IDEAL-IQ和体素内不相干运动预测子宫内膜癌细胞增殖状态

目的:探索磁共振成像多点非对称回波采集与迭代最小二乘法水脂分离(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and the least squares estimation quantification sequence,IDEAL-IQ)和体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion,IVIM)在子宫内膜癌(endometrial carcinoma,EC)细胞增殖状态评估中的价值。方法:回顾并分析24例Ki-67增殖指数低(≤50%)和19例Ki-67增殖指数高(>50%)的EC患者的资料,分别测量病灶IDEAL-IQ成像的脂肪分数(fat fraction,FF)、R_(2)^(*)弛豫率(R_(2)^(*))值和IVIM成像的慢速表观弥散系数(slow apparent diffusion coefficient,ADCslow)、快速表观弥散系数(fast apparent diffusion coefficient,ADC-fast)和灌注分数(perfusion fraction,f)并进行对比。受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线的曲线下面积(area under curve,AUC)被用于确定各参数的诊断效能,logistic回归和DeLong检验分别被用于多参数联合诊断和不同AUC间的差异分析。Spearman相关被用于评估各参数值与Ki-67增殖指数的相关性。结果:Ki-67增殖指数高的组ADC-slow、ADC-fast和R_(2)^(*)值均显著低于Ki-67增殖指数低的组(P分别为<0.001、0.004、<0.001)。ADC-slow、ADC-fast、R_(2)^(*)以及三者联合鉴别Ki-67增殖指数高、低组EC的AUC分别为0.860、0.748、0.862和0.978。DeLong分析显示,ADC-slow+ADC-fast+R_(2)^(*)与ADC-slow、ADC-fast及R_(2)^(*)之间的AUC差异均有统计学意义(Z分别为2.109、3.134、2.227;P分别为0.035、0.002、0.023)。ADC-slow和R_(2)^(*)值均与Ki-67增殖指数呈中度负相关(r分别为-0.547、-0.711,P<0.001),ADC-fast与Ki-67增殖指数呈轻度负相关(r分别为-0.324,P=0.034)。结论:ADC-slow、ADC-fast和R_(2)^(*)均有助于评估EC患者的细胞增殖状态,且三者联合能够对Ki-67增殖指数高、低组EC进行更有效的鉴别。

ESWAN联合DWI诊断前列腺增生和前列腺癌的一致性研究

目的 探讨多回波采集重度T_(2)^(*)WI三维梯度回波(ESWAN)序列联合磁共振弥散加权成像(DWI)在前列腺增生和前列腺癌中的诊断价值。方法 选取研究对象为湖南省人民医院2017年1月~2020年1月收治的19例前列腺癌患者,将其设为前列腺癌组,另外选取同期收治的11例前列腺增生患者行对照分析,设为前列腺增生组,所有患者入院2~3d后选择飞利浦Ingenia3.0T MRI超导磁共振机行ESWAN和DWI扫描,另外通过一致性分析ESWAN、DWI及ESWAN联合DWI诊断前到腺增生和前列腺癌的价值。结果 前列腺19例癌患者中,存在癌灶26个:主要包括高信号结节2个,等信号结节2个,T_(2)W1低信号结节18个,高低混杂信号结节4个;其中外周带病灶位置为16个、中央带病灶位置为10个,癌灶突出包膜、侵及精囊腺和骨转移分别为15例、7例、4例。此外,还有前列腺增生11例患者结节均处于中央带,T_(2)W1低信号结节、T1W1信号略低结节、等信号结节和低信号结节分别为4、4、2和1个。前列腺癌组ADC值显著低于前列腺增生组,P<0.05。30例前列腺增生和前列腺癌患者中ESWAN检查(+)24例,灵敏度66.67%,特异度91.67%,准确率76.67%,Kappa=0.544。30例前列腺增生和前列腺癌患者中DWI检查(+)25例,灵敏度67.57%,特异度96.30%,准确率76.67%, Kappa=0.544。30例前列腺增生和前列腺癌患者中联合检查(+)28例,灵敏度84.85%,特异度96.3 0%,准确率90.00%,Kappa=0.801。DWI结合ESWAN诊断前列腺癌、前列腺增生的灵敏度和准确性均明显高于单一诊断,P<0.05。结论 ESWAN、DWI均可应用在前列腺癌、前列腺增生诊断之中,且ESWAN联合DWI诊断前列腺癌、前列腺增生的灵敏度和准确性更高,值得临床重视。

ESWAN评估子宫肌瘤高强度聚焦超声消融术的应用研究

目的分析子宫肌瘤高强度聚焦超声(HIFU)术后增强型T_2*加权血管成像(ESWAN)信号的变化,探讨ESWAN的应用价值。方法 HIFU术前、后1 d对子宫肌瘤行常规MRI和ESWAN成像,测量ESWAN参数值并使用配对t检验进行比较。结果子宫肌瘤HIFU术前和术后的幅度值分别为1624.59±53.07和1750.13±39.81,相位值为(0.12×10^(-2)±0.81×10^(-2))Hz和(0.25×10^(-2)±0.10)Hz,R_2*值为(27.69±1.27)Hz和(24.19±1.20)Hz,T_2*值为(34.66±2.07)ms和(36.46±2.14)ms。HIFU术后,幅度值、相位值和T_2*值升高(P=0.04、P=0.91和P=0.45),R_2*值降低(P=0.02)。结论 ESWAN有助于评估子宫肌瘤HIFU术后的组织学变化。

基于EKF的毫米波雷达多目标跟踪算法研究

针对车载毫米波雷达多目标跟踪过程中存在量测数据受噪声影响严重和跟踪目标运动状态为非线性的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的车载毫米波雷达多目标跟踪算法。首先,建立了多目标跟踪过程中跟踪对象的数学模型;其次,介绍了多目标跟踪算法,并具体对扩展卡尔曼滤波器在该算法中的应用进行了详细的推导和研究;最后,开展了车载毫米波雷达多目标跟踪实验,并对跟踪结果作出了深入的理论分析。实验结果表明,该算法可以对车载毫米波雷达探测到的多个目标量测信息进行滤波跟踪。

ESWAN与磁共振常规组合序列对新生儿缺氧缺血性脑病出血检出率的对比研究

目的比较磁共振多回波采集重度T2WI三维梯度回波序列(ESWAN)与磁共振常规组合序列在新生儿缺氧缺血性脑病(HIE)出血检出率中的效果。方法采用磁共振组合序列(T1WI、T2WI、FLAIR)及ESWAN序列,检测56例HIE患儿出血例数、不同分度HIE出血的检出例数及HIE出血灶个数,比较二者对HIE出血检出率、检出个数的差异。结果 ESWAN及磁共振组合序列对轻度HIE检出率有显著差异;二者对HIE出血灶个数的检出存在显著差别,ESWAN序列显著优于常规MRI序列。结论 ESWAN序列对新生儿缺氧缺血性脑病出血检出率显著高于磁共振常规序列,可作为HIE出血诊断的辅助手段。

磁共振氢质子波谱序列PRESS和STEAM比较

目的 :比较短TEPRESS与STEAM两种氢质子波谱序列在脑肿瘤诊断中的优劣。方法 :43例脑肿瘤的1 H MRS,除了TE稍不同外 ,PRESS和STEAM序列的其他参数全部相同。结果 :PRESS与STEAM在检测肿瘤Cr的浓度方面 ,其差异有显著性意义 ,其因素可能和序列的特征有关 ,而对NAA、Cho、mi、NAA/Cr、Cho/Cr具有良好的一致性 ,且PRESS波谱的信噪比好 ,检查时间短。结论 :PRESS可取代STEAM作为脑肿瘤的波谱检查序列之一。

一种简单高精度超声液位计系统的设计与实现

介绍了超声时延法测距的基本原理,设计并实现了一种基于DSP的超声液位计系统,改进国内同类产品精度和稳定度偏低的问题。利用选用的AD、DSP芯片特点,给出了一种简单高效率的超声换能器驱动电路和回波采集放大电路的实现方案;使用通用16位定点DSP芯片TMS320VC5502,实现测距算法,增强了后端数字信号处理能力;使用收发一体窄带超声换能器发射和接收超声信号,其中心频率20kHz,3dB带宽1kHz。实验结果表明,本系统测量范围为0.5～18m,测量精度可达到测量距离的0.5%。

前列腺正常外周带ESWAN成像加龄性变化规律研究

目的:分析正常男性前列腺外周带ESWAN成像的相位值、磁矩值、R2*值、T2*值随年龄的变化规律,探讨ESWAN评估外周带加龄性变化的可行性。方法:对65名正常男性行前列腺多回波采集重度T2*加权三维梯度回波(ESWAN)成像,测量外周带的相位值、磁矩值、R2*和T2*值,研究对象按照年龄不同分为青年、中年及老年三组,分析各组的ESWAN指标及其年龄相关性。结果:青、中、老年组外周带R2*值分别为15.43±2.71 Hz、16.49±3.53 Hz、20.67±5.30 Hz(F=9.402,P=0.000),T2*值依次为73.13±17.22 ms、65.56±20.15 ms、49.73±15.74 ms(F=8.433,P=0.001),磁矩值为1721.0±126.1、1489.3±247.7、1556.1±273.9(F=4.773,P=0.012);各组间相位值的差异无统计学意义(F=0.804,P=0.452)。相关性分析结果显示外周带R2*值与年龄呈正相关(r=0.477,P=0.000),而T2*值与年龄呈负相关(r=-0.510,P=0.000)。同时相位值、磁矩值与年龄的相关性分析均显示无相关性(r=-0.095,P=0.452;r=-0.126,P=0.316)。结论:正常男性前列腺外周带ESWAN成像与年龄具有相关性,R2*、T2*值能反映外周带的加龄性变化。

磁共振波谱采用不同序列参数扫描在急性脑梗死预后中的对比研究

目的探讨采用点解析波谱(point resolved spectroscopy,PRESS)长回波和激励回波采集方式(stimulated-echo method,STEAM)短回波两种磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)在急性脑梗死治疗中的临床应用价值。材料与方法对27例急性期脑梗死患者均行常规磁共振及PRESS长回波和STEAM短回波MRS扫描,分析梗死病灶侧各代谢物的改变及与患者3个月后的改良Rankin量表评分(modified rankin scale,mRS)的相关性,并对两种MRS扫描结果进行对比分析。结果(1)PRESS长回波和STEAM短回波两种MRS均检测到病灶区N-乙酰天门冬氨酸(N-acetylpartate,NAA)、胆碱化合物(choline,Cho)、总肌酸(creatine,Cr)、NAA/Cr、Cho/Cr等比值的改变,但两种扫描结果之间没有明显差异;部分患者采用PRESS长回波扫描时检测到乳酸(lactate,Lac),而STEAM短回波扫描时均检测到Lac及肌醇(myo-inositol,mI)、谷氨酸复合物(glutamine/glutamate,Glx)等短T2物质。(2)两序列扫描均检测到病灶区NAA含量与对侧镜像区NAA含量的比值(ratio NAA,rNAA)、NAA/Cr比值与患者3个月后的mRS量表呈明显负相关(P<0.05)。(3)受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线显示STEAM短回波检测到病灶区rNAA、rCr、NAA/Cr比值预测急性脑梗死患者预后的灵敏度是88.9%、66.7%、77.8%和特异性是80%、80%、60%;PRESS长回波检测到病灶区rNAA、rCr、NAA/Cr比值预测急性脑梗死患者预后的灵敏度是57.1%、28.6%、57.1%和特异性是75%、87.5%、87.5%。结论PRESS长回波与STEAM短回波扫描具有很好的一致性,均能检测到相关代谢物的改变来反映梗死区的病理变化,但STEAM短回波还可检测到更多种类代谢物的异常,且在预测急性脑梗死预后方面优于PRESS长回波。

AE-FLAIR技术在危急脑梗死中的诊断价值

目的:初步探讨并行采集平面回波联合液体衰减反转恢复系列技术(ASSET-EPI-FLAIR,AE-FLAIR)在危急脑梗死病变中的诊断价值.方法:90例危急脑梗死患者全部行轴位SE-T1、FSE-T2、FLAIR及AE-FLAIR扫描,分别比较FLAIR和AE-FLAIR对脑梗死灶显示清晰度及检查成功率.所得数据均用SPSS13.0配对资料卡方检验进行处理,P<0.05有统计学意义.结果:(1)90例共检出120个梗死灶,在FLAIR、AE-FLAIR显示清晰率分别为64%、85%(x2=13.738,P=0.000 1);其中50例检查时配合者共检出梗死灶70个,在FLAIR、AE-FLAIR显示清晰率分别为90%、94%(x2=0.888,P=0.266);40例检查时不配合者共检出梗死灶50个,在FLAIR、AE-FLAIR显示清晰率分别为28%、72%(x2=19.360,P=0.000 1).(2)90例在FLAIR、AE-FLAIR检查成功率分别为47%,100%(x2=61.791,P=0.000 1).结论:AE-FLAIR不但成像时间短及图像质量较好,而且它有FLAIR加权又有DWI加权图像效果,有利于脑梗死早期诊断,特别是对于伴有神志不清及呼吸衰竭等症状检查不配合患者,因此认为可用AE-FLAIR取代FLAIR技术.

一种用于高温环境的低场核磁共振仪器主控电路

针对低场核磁共振地层孔隙度测量方法在石油资源评估中的日益广泛应用,设计一种最高工作温度可达200度的低场核磁共振仪器主控电路,具有微弱回波信号检测处理、脉冲序列发生、井下数据通讯功能。该电路解决了低场核磁共振测井仪器中主控电路在高温下连续工作的热可靠问题。

定量肝脏脂肪的波谱自动后处理算法

目前质子磁共振波谱技术可用于肝脏脂肪含量的定量检测.利用快速T_2校正多回波波谱采集序列可一次屏气获得一组不同回波时间的波谱数据,然后通过谱线拟合和分析得到质子密度脂肪分数.波谱数据后处理一般通过第三方软件,处理步骤复杂,需要消耗大量的时间,而且有不可避免的人为控制因素干扰.本文开发了自动波谱后处理算法,可以实现谱线拟合、T_2衰减校正和脂肪分数计算,并进一步采用水脂模型实验和人体肝脏脂肪检测实验对算法的可行性和准确性进行了评估.研究结果显示,本文提出的自动定量算法计算得到的质子密度脂肪分数和jMRUI软件处理得到的结果高度一致,但其操作简单,更适用于脂肪肝临床检测.

基于MPRAGE影像的影像组学列线图模型对颞叶癫痫与颞叶癫痫附加征鉴别的作用

本研究回顾性分析了2019年1月1日至2021年1月1日于北京宣武医院就诊的82例颞叶癫痫(TLE)和颞叶癫痫附加征(TPE)患者,男女各41例,年龄2~52(24±10)岁。通过Python随机分为训练集(58例)与测试集(24例)。采用FreeSurfer软件对患侧半球进行皮质分割,定义33个感兴趣区域(ROI),并通过Python提取影像组学特征。使用过滤式特征选择法筛选特征后,利用逻辑回归分类器构建影像组学模型并计算影像组学评分。结合临床特征与影像组学评分,通过R软件构建列线图模型,采用C指数评估模型预测准确性,并用Hosmer-Lemeshow方法检验模型拟合优度。结果显示,TLE与TPE患者在患病时间、颅内电极植入以及海马硬化方面差异有统计学意义(均P<0.05)。影像组学模型在训练集和测试集中的准确度分别为91.4%和87.5%。列线图模型应用C指数预测准确性。采用Hosmer-Lemeshow方法检验模型的拟合优度情况,在训练集和测试集中的AUC分别为0.95(95%CI:0.853~0.991)和0.84(95%CI:0.676~0.999)。本研究表明,基于三维磁化预处理快速采集梯度回波序列的影像组学列线图模型能有效鉴别TLE与TPE,为临床个体化治疗方案的制定提供参考。