超声导波评价长骨状况的研究

发布时间：2021-09-11 09:44

　　随着人口老龄化的加剧,骨质疏松症已成为影响人类健康的重要疾病之一,其临床表现主要为松质骨骨小梁变细缺失,皮质骨微孔率增大并逐渐变薄,最终导致骨力学特性的改变并极大增加患者骨折的风险。目前,人体长骨皮质骨评价的主要方法仍为X线技术,其中双能X线吸收法（DXA）是骨质评价的金标准。但X线检查只能提供包括骨矿密度（BMD）与二维骨几何形状等在内的有限信息,无法反映骨微结构以及生物力学特性。基于超声导波的诊断技术除具备传统超声技术的费用低、无电离辐射、简便、速度快、可携带以及适合于普查应用等优点外,还可反映长骨皮质骨几何形状（包括厚度、截面形状）以及材料特性（包括骨密度、微孔率和杨氏模量）等信息。因此,应用超声导波评价长骨状况已成为当前骨超声研究中极具前景的课题。本文针对超声导波评价长骨皮质骨这一课题,从仿真与实验出发,重点围绕长骨皮质骨厚度与裂纹诊断两大研究方向,主要开展了下述工作。1.长骨中超声导波信号处理方法与仿真结合导波理论,用信号处理方法分析导波频散作用对激励信号的影响；建立时域有限差分（FDTD）模型,探讨导波激发与裂纹评价方法。（1）提出导波频散信号的合成算法,在已知导波频散曲线... 

【文章来源】：复旦大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 综述
    1.1. 引言
    1.2. 长骨概述
        1.2.1. 骨的结构及骨质构成
        1.2.2. 长骨疾病
        1.2.3. 长骨皮质骨的材料特性
    1.3. 国内外研究现状
    1.4. 研究难点
    1.5. 本文的主要工作及创新点
        1.5.1. 主要工作
        1.5.2. 主要创新点
    1.6. 小结
    参考文献
第二章 超声导波基础
    2.1. 引言
    2.2. 导波理论
        2.2.1. Lamb波简介
        2.2.2. 柱状导波简介
    2.3. 导波的模式转换特性
    2.4. 导波的激励
        2.4.1. 导波激励中的模式选择
        2.4.2. 宽带激励法简介
        2.4.3. 窄带激励方法简介
    2.5. 导波的测量
        2.5.1. 轴向测量
        2.5.2. 周向测量
    2.6. 小结
    参考文献
第三章 导波信号合成
    3.1. 引言
    3.2. 超声导波频散信号的产生
    3.3. 导波频散信号合成结果分析
        3.3.1. 单一导波频散信号合成结果分析
        3.3.2. 多模式导波频散信号合成结果分析
    3.4. 小结
    参考文献
第四章 时域有限差分仿真分析
    4.1. 引言
    4.2. 仿真原理
    4.3. 仿真模型
    4.4. 仿真参数
    4.5. 仿真结果与讨论
        4.5.1. 宽带激励下的皮质骨仿体(钢板)仿真结果
        4.5.2. 窄带激励下的皮质骨仿体(钢板)仿真结果
        4.5.3. 宽带与窄带激励方式比较分析
    4.6. 小结
    参考文献
第五章 实验仪器介绍
    5.1. 引言
    5.2. 实验仪器与数据采集
    5.3. 实验方法
    5.4. 小结
    参考文献
第六章 超声导波信号时频分析
    6.1. 引言
    6.2. 时频分析方法
        6.2.1. 短时傅里叶变换法(STFT)
        6.2.2. 重排平滑伪维格纳维利分布(RSPWVD)
        6.2.3. Zhao-Atlas-Marks分布(ZAMD)
    6.3. 导波特有的分析法
    6.4. 牛胫骨超声导波实验信号分析
    6.5. 小结
    参考文献
第七章 基于时频分析的超声导波模式分离
    7.1. 引言
    7.2. CRAZY-CLIMBER算法与模式分离
        7.2.1. 基于Crazy-Climber的时频表征脊检测算法
        7.2.2. 基于Crazy-Climber算法的模式重建与分离
    7.3. 超声导波信号分离结果
        7.3.1. 多模式导波合成信号分离结果
        7.3.2. 牛胫骨超声导波实验信号分离结果
    7.4. 小结
    参考文献
第八章 频散补偿与模式分离
    8.1. 引言
        8.1.1. 频散补偿原理
        8.1.2. 基于频散补偿的模式分离
    8.2. 基于频散补偿的参数估计
        8.2.1. 频散补偿的模式能量
        8.2.2. 基于频散补偿的距离估计算法
        8.2.3. 基于频散补偿的厚度估计算法
    8.3. 合成多模式导波信号分析
        8.3.1. 完全频散补偿结果
        8.3.2. 基于频散补偿的参数估计
        8.3.3. 基于频散补偿的模式分离
    8.4. 多模式导波实验信号分析
        8.4.1. 完全频散补偿结果
        8.4.2. 基于频散补偿的参数估计
        8.4.3. 基于频散补偿的模式分离
    8.5. 小结
    参考文献
第九章 基于超声导波的长骨皮质骨骨裂评价
    9.1. 引言
    9.2. 仿体实验分析及讨论
        9.2.1. 含裂纹仿体(钢板)FDTD仿真结果
        9.2.2. 含裂纹仿体(钢板)实验结果
    9.3. 羊骨实验分析及讨论
    9.4. 小结
    参考文献
第十章 总结与展望
    10.1. 结论与分析
        10.1.1. 超声导波信号处理方法与仿真分析
        10.1.2. 长骨皮质骨厚度评价的研究
        10.1.3. 长骨皮质骨骨裂评价的研究
    10.2. 工作展望
        10.2.1. 实验方法
        10.2.2. 超声导波信号处理
        10.2.3. 长骨皮质骨厚度评价
        10.2.4. 长骨皮质骨骨裂评价
附录 博士期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于希尔伯特-黄变换测量超声导波的群速度及材料厚度[J]. 罗春苟,他得安,王威琪.  声学技术. 2008(05)
[2]超声背散射系数评价松质骨状况的可行性研究[J]. 他得安,王威琪,汪源源,余建国.  航天医学与医学工程. 2005(05)
[3]中国人骨质疏松症诊断标准回顾性研究[J]. 张智海,沈建雄,刘忠厚.  中国骨质疏松杂志. 2004(03)
[4]中国人原发性骨质疏松症诊断标准(试行)[J]. 刘忠厚.  中国骨质疏松杂志. 1999(01)



本文编号：3392777