超声波检测血栓

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血栓的多普勒检测
超声探头发出一定强度的超声波,当超声波遇见运动的血液时,将产生超声多普勒频移。

超声波的波长大于血液中的红细胞的(血液成分中红细胞直径最大)直径,超声波遇见红细胞时将发生散射,而超声回波信号仅为红细胞散射回来的部分声强;当血液中出现与红细胞直径不同的血栓时,血栓与血流形成界面,在两种介质间的界面反射回来的超声波声强与这两种介质之间的声阻差成正比。

两种介质的密度差越大,所接收的回波信号越强。

这样血液与血栓之间的反射波声强明显大于散射声强,因此通过超声多普勒可以检测出血液中的血栓。

论文对血栓多普勒信号的特征提取方法进行了研究,主要探讨了三种方法:
1、在传统的多普勒信号频谱分析方法的基础上,选取表征信号功率的参数rmps 的最大值、带宽f σ的最小值和rmps 与f σ的比值的最大值作为信号的特征参数。

2、将小波包分析法引入血栓的检测中,利用小波包分解血栓多普勒信号,然后计算每一子带信号的时间散度,并提取表征时间离散度分布的特征参数;
3、将信息量的概念引入血栓检测中,首先计算出血栓多普勒信
号的Margenau--Hill 时频分布,并将该分布的三阶Renyi 信息量3m R 作
为信号的特征来进行血栓检测。

仿真实验和临床试用表明:传统的声谱分析法对于检测正常血流
信号比较有效,而小波包分析法和Renyi信息量分析法对于检测血栓和噪声的效果比声谱分析法有改善。

因此,综合这三种方法,有望得到更为准确的血栓检测。

短时傅里叶的血栓信号检测
由血栓检测系统理论知识可知,血栓存在与否,会导致超声频移处的功率是否会增强,短时傅里叶变换是一种分析血栓信号的有效方法。

一般非平稳随机信号都是指全局非平稳性,在局部可以把它看成平稳的过程,多普勒信号也是如此。

因此设定一个时间窗,令其滑动,在窗滑动的任意时刻,在窗内的信号可以认为是平稳的,这样随着窗的滑动就可以计算出非平稳随机信号任意时刻的局部频谱,这就是短时傅里叶变换,可以用符号STFT( t ,f )来表示,短时傅里叶的计算公式为:
其中h(t)为窗函数,短时傅里叶的物理意义就是设置窗函数,通过h(t'-t)取出分析点处附近的一个切片,进行傅里叶变换得到局部频谱信息,通过分析窗得到时频分析的STFT。