长骨中编码激励超声导波的方法研究

发布时间：2018-03-31 16:30

本文选题：超声导波　切入点：BarKer码　出处：《复旦大学》2014年硕士论文

【摘要】：骨质疏松患者的骨密度减小,皮质骨变薄、强度变弱,导致骨折的概率增大。超声导波在长骨的皮质骨层中传播,对长骨的骨密度、强度、骨微结构等变化都非常敏感,因此,近几年越来越受到关注。然而,单脉冲激励的超声导波在长骨中传播时,超声信号的衰减很大,导致接收到的信号幅度小,噪声严重。编码激励能够有效地提高信号的信噪比。编码激励的频带的更窄；而且调制后的编码信号,可以激发出低频的超声导波模式,为导波模式的分析带来极大的便利。本文主要利用Barker码和最优二进制编码激励超声导波,分别在板状和多层管状长骨模型上进行仿真和离体实验。接收的超声导波信号用加权匹配滤波器和FIR最小二乘逆滤波器进行解码,获得的结果与传统的单脉冲激励进行比较。结果证明,编码激励的结果可以获得更大的信号幅度及信噪比。使用加权匹配滤波器可以获得N倍的信号幅度增益(N为编码长度),而使用FIR最小二乘逆滤波器则可以获得更高的信噪比。编码激励的超声导波对比单脉冲激励和连续正弦波激励,保持了很高的时间分辨率和频率分辨率。编码激励可以在使用较高中心频率的超声换能器时,仍然能有效激发低频的超声导波,获得更少的导波模式。论文最后对超声导波的接收信号进行了时频分析,提取导波的时频脊,进行导波模式的分离和信号重建,并分析了占主导的导播模式随裂纹深度变化而发生的能量转换规律。在板状结构模型中,占主导的导波模式为A1和S2模式；管状结构模型中,占主导的导播模式为L(0,1)和L(0,3)模式,随着裂纹深度的加深,两种导波模式间可以观察到明显的能量转换,为超声导波评价长骨裂纹提供了依据。
[Abstract]:The bone mineral density of patients with osteoporosis is reduced , the cortical bone is thin , the strength is weakened , and the probability of fracture is increased . The ultrasonic guided wave propagates in the cortical bone layer of the long bone , which is very sensitive to the bone mineral density , strength , bone microstructure and so on in the long bone .
An ultrasonic guided wave with high center frequency can be used to obtain the signal amplitude and signal - to - noise ratio . The results show that the ultrasonic guided wave with high center frequency can be used to obtain higher signal - to - noise ratio .
In the tubular structure model , the dominant conduction mode is L ( 0 , 1 ) and L ( 0 , 3 ) mode . With the deepening of the crack depth , obvious energy conversion can be observed between the two guided modes , which provides a basis for the evaluation of long bone cracks for ultrasonic guided waves .

【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R580;TN911.7

【参考文献】