相控阵超声相位相干成像(PCI)检测原理及应用

为了了解相控阵超声相位相干成像(PCI)检测技术在工业无损检测应用中的效果及特点,详细介绍了相控阵超声全聚焦成像与相位相干成像(PCI)检测技术的基本原理,从原理上分析了PCI检测技术与全聚焦成像检测技术的差异性。通过试验测试了PCI检测技术对点状缺陷、面状缺陷与体积状缺陷的检测特点及效果,根据得到的检测效果,展示了PCI检测技术对于不同类型缺陷的检测优势与不足,以推动该技术在工业无损检测中的正确应用。

测量光学非线性的4f相位相干成像技术研究进展

4f相位相干成像技术是一种简单有效的测量材料三阶非线性的方法,文中具体介绍了它的基本原理、发展现状及应用前景。设计了一种改进的4f相位相干成像系统,通过改进传统4f相位相干成像系统的参考光路,使得原来用以监设计测脉冲能量浮动的参考光斑同时具备了监测入射脉冲空间分布的功能,实现了4f相位干成像系统在光斑空间分布不稳定情况下的非线性折射测量。报道了4f相位相干成像技术的最新进展—基于4f相位相干成像系统的泵浦探测系统。用这个新系统进行泵浦-探测实验方便快捷,并可同时研究出材料的激发态吸收与折射。

基于相位相干成像的TOFD检测缺陷图像增强处理研究

利用超声衍射时差法(TOFD)对钢制安全壳(CV)焊缝进行缺陷检测时,存在信噪比低和分辨率差等现象。为解决上述问题,发展了一种基于相位相干成像(PCI)的TOFD的图像增强处理算法,该算法适用于平行扫查(B扫查)与非平行扫查(D扫查),针对B扫查和D扫查图像从增强算法原理及其试验效果进行了说明,为后续缺陷定位、定量研究奠定理论基础。首先,利用合成孔径聚焦技术(SAFT)对厚度48 mm的CV试块焊缝中底面开口槽B扫查和D扫查图像进行处理,得到SAFT图像;然后,利用PCI算法对SAFT图像进行相位相干处理。结果表明,PCI算法能够通过减小合成孔径声束宽度有效提高横向分辨率。此外,该算法还能够通过放大相位分布对幅值的作用有效抑制背景噪声,使缺陷信噪比得到提升。并在上述研究基础之上,比较了CCF和SCF权重矩阵增强效果,为实际图像处理中权重矩阵的选择提供参考。

4f相位相干成像技术时间相关特性分析

4f相位相干成像技术是测量三阶光学非线性的新方法。在4f相位相干成像法的理论处理中根据脉冲光的时间高斯型分布引入时间项,研究了在无非线性吸收条件下激光脉冲时间分布不同对测量非线性折射的影响。应用4f成像系统对甲苯的三阶非线性折射进行了实验测量。根据脉冲时间高斯型分布得到的拟合值与相同条件下根据脉冲时间矩形分布的拟合值相差比较大,并对这两个值的差异给出了理论解释。

体素内相位不相干运动成像在高级别胶质瘤及单发转移瘤鉴别中的价值

目的探讨体素内相位不相干运动成像(IVIM)在高级别胶质瘤(HGG)及单发转移瘤(SBM)鉴别中的价值。方法收集2017年8月至2021年2月杭州市临平区第一人民医院经手术、活检病理检查、临床病史证实的32例HGG及22例SBM患者,进行常规MR平扫、多个b值IVIM扩散成像及增强扫描。测量肿瘤实质区及瘤周水肿区扩散系数(D值)、假扩散系数(D^(*))及灌注分数(f值),以对侧正常白质(NAWM)作为参照将各参数标准化,采用两样本t检验对各参数进行统计学分析,并采用ROC曲线计算各参数诊断的AUC值、灵敏度和特异度。结果两组患者肿瘤实质区IVIM参数在标准化前后差异均无统计学意义(均P>0.05),而在瘤周水肿区,HGG的D^(*)值、fD^(*)值均高于SBM(均P<0.05),D值低于SBM(P<0.05),而f值差异无统计学意义(P>0.05)。其中,D^(*)值具有最高的鉴别诊断效能,其AUC值、灵敏度和特异度分别为0.914、0.875和0.834。结论肿瘤实质区的IVIM参数无法区别HGG及SBM,而瘤周水肿区的D^(*)值及D值对HGG及SBM有鉴别诊断价值。

钛焊缝的对置串列PCI与脉冲回波TFM组合检测

随着近年来PCI技术及TFM技术的发展与应用,与FMC及PWI所对应的数据处理方式已日渐丰富,从原先优化定性的辅助工具逐步转变为可用于实际检测的整套先进技术。针对钛焊缝检测中PCI技术与TFM技术的组合使用开展了相关分析,进行了二者与FMC和PWI配合使用的不同结合方式的对比试验。结果表明,采用PWI-TFM与对置串列PWI/FMC-PCI组合检测方式,能够优化钛焊缝检测效率与成像质量。

基于相位相干性的厚壁焊缝TOFD成像检测研究

将相位相干成像(Phase coherence imaging,PCI)后处理算法应用于厚壁焊缝超声TOFD检测,有效改善低信噪比和水平分辨力问题。首先,利用合成孔径聚焦(Synthetic aperture focusing technique,SAFT)算法对TOFD-B图像的孔径数据集进行延时叠加处理。然后,基于PCI算法通过孔径数据集中各路信号的相位信息构建相干因子,用以表征B-SAFT图像中各像素点的相位相干性。最后,通过构建的相位相干因子对B-SAFT图像进行加权处理。结果表明,PCI算法能够通过放大相位分布对像素点幅值的贡献,有效抑制噪声和提高信噪比,使壁厚78 mm奥氏体不锈钢焊缝中3个Φ3边钻孔平均信噪比达到30d B以上,较TOFD-B图像提高了20 dB。此外,PCI算法还可增强孔径波束指向性提高分辨力,使48 mm壁厚CV焊缝中缺陷半波高水平宽度较TOFD-B图像缩小70%以上。

芳香查尔酮衍生物的合成、理论计算及三阶非线性光学性质

合成了2种新的具有潜在应用价值的非线性光学(NLO)有机材料芳香查尔酮衍生物1-(呋喃-2-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(1)和1-(噻吩-2-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(2),并对其进行了NMR、IR和HR-MS结构表征。采用4f相位相干成像技术测定了化合物1和2的三阶NLO性质并确定了相关参数:脉冲宽度4 nm,激光波长440 nm,化合物1:非线性吸收系数β=5.5×10^(-10)m/W,非线性折射系数n2=-2.1×10^(-17)m^2/W,三阶非线性极化率χ(3)=1.58×10^(-11)esu;化合物2:β=-2.4×10^(-10)m/W,n^2=0.3×10-17m^2/W,χ(3)=0.50×10^(-11)esu;并测定了紫外光谱和DSC曲线。采用密度泛函方法计算了化合物1和2的轨道能量和极化率,结果表明电子转移能在分子内部进行,说明比较易于极化,展示了良好的非线性光学性质。

1-(芘-1-基)-3-(噻吩-3-基)丙烯酮的合成、理论计算及三阶非线性光学性质

合成一种非线性光学(NLO)有机材料查尔酮:1-(芘-1-基)-3-(噻吩-3-基)丙烯酮,通过1 H NMR、IR、HR-MS表征了其结构。采用4f相位相干成像技术测定了它的三阶NLO性质,相关参数为:脉宽4ns,激光波长为450nm,非线性吸收系数(β)=7.3×10-10 m/W,非线性折射率(n2)=-3.6×10-17 m2/W,三阶非线性极化率(χ(3))=4.12×10-11 esu;并测定了紫外光谱、荧光光谱和DSC曲线。采用密度泛函方法计算了它的轨道能量和极化率,结果表明电子转移可在分子内部进行,显示出良好的NLO活性。

厚壁管道周向压电Lamb波缺陷图像增强研究

为解决厚壁管道周向压电Lamb波缺陷检测中非平稳信号引起的低信噪比和分辨率问题,利用相位相干成像算法(PCI)从Lamb波信号中提取相位信息构建相位相干因子,通过动态加权处理放大相位分布对超声图像像素幅值的贡献。一方面,该方法保留相位分布一致的缺陷回波幅值,增强缺陷信噪比。另一方面,该方法能通过增强孔径波束指向性,提高后处理图像的虚拟聚焦效果及横向分辨力。通过对外径269mm、壁厚32mm的带有20mm横向裂纹缺陷的厚壁管道进行了探伤检测,对得到的信号进行图像重建。结果表明,PCI的信噪比为25.2dB,较原始B扫描图像提高了15.6dB,半波高水平宽度由47.3mm缩小到22.4mm,提升了横向分辨率,提高了对缺陷的识别度。

带不锈钢堆焊层的主管道焊缝全聚焦超声检测

针对带不锈钢堆焊层的主管道焊缝在进行超声检测时,存在结构噪声干扰严重的问题,开展了全聚焦(TFM)超声成像试验研究。以堆焊层内部深度为65 mm,直径为2 mm的侧钻孔为例,当所用阵元数从16增加到64时,其TFM图像信噪比提高了5.3 dB,阵列性能指数降低了35%。在此基础上,进一步引入相位相干成像(PCI)法,对TFM图像进行加权处理。与原始TFM图像相比,PCI法能有效改善图像的信噪比和分辨力。对于64阵元得到的图像,信噪比提高了13.19 dB,阵列性能指数降低了约65%。

双指数模型扩散成像及扩散峰度成像在胶质瘤分级中的应用

目的评价双指数体素内相位不相干运行成像(IVIM)及扩散峰度成像(DKI)在胶质瘤分级中的诊断价值。方法纳入经病理证实的32例胶质瘤患者,进行单b值(0和1000 s/mm^2)扩散加权成像(DWI),多b值(分别为0、20、40、80、100、120、150、200、400、600、800、1000 s/mm^2)IVIM成像及DKI成像(b值为0、1000、2000 s/mm^2,15个扩散方向),测量DWI的表观扩散系数(ADC)值,IVIM成像的扩散系数D值,灌注相关扩散系数D~*及灌注分数f值,测量DKI成像的平均峰度(MK)、平均扩散系数(MD)及平均各项异性(FAk)值,比较高、低级别胶质瘤的IVIM和DKI成像参数,并利用受试者工作特性曲线评价各参数的诊断效能。结果高低级别胶质瘤的ADC值无显著差异,在IVIM参数中,高级别胶质瘤的D~*值[分别为(40.6±21.2)×10^(-3)mm^2/s和(19.2±7.5)×10^(-3)mm^2/s,P<0.01]和f值(分别为11.5±5.1和7.5±3.2,P<0.05)高于低级别胶质瘤,而D值[分别为(0.61±0.170×10^(-3)mm^2/s和(0.73±0.13)×10^(-3)mm^2/s,P>0.05]无显著差异。在DKI参数中,高级别胶质瘤的MK值显著高于低级别胶质瘤(分别为0.59±0.14和0.37±0.07,P<0.001),而MD值(分别为1.43±0.15和1.53±0.09,P>0.05)及FAk值(分别为0.14±0.02和0.15±0.03,P>0.05)无显著差异。D~*值、f值及MK值的曲线下面积分别为0.814、0.773和0.935。结论 IVIM及DKI参数有助于鉴别高低级别胶质瘤,其中D~*值及MK值的诊断价值最高。

1-(芘-1-基)-3-(苯并噻吩-3-基)丙烯酮的合成和三阶非线性光学性质研究

合成1种查尔酮衍生物1-（芘-1-基）-3-（苯并噻吩-3-基）丙烯酮（PBTAK）,经IR,1 H NMR,13C NMR和HR-MS对其结构进行表征.采用4f相位相干成像技术测定了它的三阶非线性光学性质并确定了相关参数：脉宽为4nm,激光波长为460nm,非线性吸收系数β=0.23×10-9 m/W,非线性折射率n2=-0.50×10-16 m2/W,三阶非线性极化率χ（3）=9.37×10-21 C;同时测定了紫外光谱、荧光光谱和DSC曲线.运用密度泛函方法计算了PBTAK的分子轨道能量和极化率,结果表明电子转移能在分子内部进行,显示出良好的非线性光学活性.

两个查尔酮衍生物的合成、理论计算及三阶非线性光学性质

合成了两个查尔酮类衍生物1-(4-甲基苯基)-3-(4-二甲氨基苯基)丙烯酮(1)和1-(4-甲基苯基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(2),通过1H NMR、13C NMR、IR、HR-MS对其进行结构表征。采用4f相位相干成像技术测定了化合物1和2的三阶NLO性质,确定了相关参数:脉冲宽度4nm,激光波长分别为500和440nm,1:非线性吸收系数β=7.3×10-10m/W,非线性折射率n2=-3.6×10-17m2/W,三阶非线性极化率χ(3)=2.56×10-11esu;2:β=-4.8×10-10m/W,n2=2.0×10-17m2/W,χ(3)=1.45×10-11esu。测定了化合物紫外光谱,并通过DSC考察了化合物的热稳定性。采用密度泛函方法计算了化合物1和2的轨道能量和极化率,结果表明电子转移能在分子内部进行,显示出良好的非线性光学活性。

比较双指数与传统单指数模型ADC值对浸润性导管癌诊断效能研究

目的比较双指数与传统单指数模型表观扩散系数诊断浸润性导管癌的价值,寻找最佳诊断界值。方法回顾性分析经手术病理或其他方式确诊的35例(44个病灶)乳腺浸润型导管癌和17例(24个病灶)良性病变患者,同时选取30名健康志愿者作为对照。所有患者均行MRI常规检查及传统单指数模型的DWI及基于相位不相干运动成像(IVIM)技术的双指数模型的多b值DWI检查,分别测量各组ADC值及slow ADC值,采用两独立样本t检验进行比较;绘制良恶性病变组ADC值及slow ADC值的ROC曲线,并寻找两种不同指数模型诊断浸润性导管癌的最佳界值。结果浸润性导管癌ADC值为(0.989±0.145)×10-3mm2/s、slow ADC值为(0.375±0.130)×10-3mm2/s,与正常乳腺腺体及良性病变对比差异均有统计学意义(P<0.01)。良恶性病变间ADC值及slow ADC值ROC曲线下面积分别为0.893及0.929。最佳诊断界值分别为1.06×10-3mm2/s及0.475×10-3mm2/s。诊断敏感性分别为87.5%和91.7%,特异性分别为77.3%和81.8%,准确性分别为77.3%和86.4%。结论基于IVIM理论的多b值DWI双指数模型slow ADC值与传统DWI单指数模型ADC值对诊断浸润性导管癌均有较高的诊断价值,但与传统ADC值相比,双指数模型slow ADC值诊断的敏感性、特异性及准确性均有提高。