長骨疲勞評價的編碼超聲導波方法研究

《長骨疲勞評價的編碼超聲導波方法研究》是依託復旦大學，由他得安擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：長骨疲勞評價的編碼超聲導波方法研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：他得安

項目摘要

研究長骨疲勞程度的準確評價方法對於早期診斷骨疲勞損傷和預防疲勞性骨折的發生具有十分重要的意義。本項目擬研究編碼超聲導波在疲勞長骨中的頻散特性、傳播規律及其高次諧波的發生效應，為評價長骨疲勞狀況提供一種新思路、新方法和理論依據。.本項目將研究長骨中激發超聲導波的編碼方法；從理論、數值仿真和實驗(離體和在體)上深入分析編碼超聲導波的頻散特性參量和高次諧波的發生效應與長骨疲勞程度之間的相關性；研究編碼超聲導波的頻散反演與補償算法以及時頻分析方法，並將其用於分離和提取疲勞長骨中的導波模式；從導波的群速度、衰減及能量等參量中計算出長骨的疲勞變數(如彈性模量及骨強度等)。根據理論、仿真和實驗結果，研究採用編碼超聲導波的特性參量評價骨疲勞的途徑，並綜合提出評價長骨疲勞的一般性建議。本項目不僅在豐富超聲導波理論方面具有重要的科學意義，而且在監測與評價運動性長骨疲勞損傷方面具有極其重要的實際意義。

結題摘要

研究長骨疲勞程度的準確評價方法是近年來骨質診斷方面的研究熱點和難點之一，早期診斷骨疲勞損傷和預防疲勞性骨折的發生具有十分重要的科學意義和實際套用價值。本項目在理論、數值仿真和實驗上研究了超聲導波的編碼激發方法、超聲導波在疲勞長骨中的頻散特性、在骨裂處發生的模式轉換規律、導波的頻散補償以及導波非線性的發生效應，為評價長骨的疲勞狀況提供了一種新思路、新方法和理論依據。 本項目的主要創新性研究內容和成果有：(1) 研究了長骨中編碼超聲導波的碼源及導波特性；(2) 長骨中編碼超聲導波的測量與分析；(3) 從理論、時域有限差分(FDTD)數值仿真和實驗上研究了長骨疲勞的線性和非線性超聲導波評價方法及參數提取和計算；(4) 超聲導波二次諧波參量與骨疲勞程度的關係；(5) 長骨中超聲導波的頻散補償及時間反轉參量計算；(6) 骨裂長骨中超聲導波的傳播特性及骨裂評價研究；(7) 松質骨中超聲的傳播及評價參量選取和分析；(8) 根據理論、數值仿真和實驗結果，探討了採用編碼超聲導波的特性參量評價骨疲勞的實現途徑，建立了多參量綜合評價長骨疲勞的導波方法。 以上研究結果表明：(1) 利用編碼激勵產生超聲導波信號是可行的。與單脈衝的激勵方式相比，編碼激勵方式明顯提高了接收導波信號的幅度、信噪比和傳播距離；(2) 提出的超聲導波的頻散補償及時間反轉的方法能夠有效的分離、識別和提取出各導波模式；(3) 長骨的彈性模量與超聲導波的傳播特性參數密切相關，各個導波模式的相速度、群速度、中心頻率和能量均隨彈性模量的減小而減小。說明超聲導波的傳播特性參量能夠反映出長骨疲勞的程度，進而為長骨早期疲勞診斷提供了一種可能的方法；(4) 在長骨疲勞損傷早期，超聲導波非線性係數隨長骨疲勞程度的增加顯著增強。以上成果不僅在豐富超聲導波理論方面具有重要的科學意義，而且在監測與評價長骨疲勞損傷方面具有極其重要的實際意義。