一种基于光声导波波形反演的骨结构力学性质评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光声导波波形反演的骨结构力学性质评估方法，包括步骤S1：采用全激光系统获取骨中轴向两点光声导波信号；步骤S2：确定信号有效带宽，采用分离谱技术提取各窄带成分；步骤S3：波形反演算法参数初始化；步骤S4：计算导波结构导波频散方程，获取导波频率波数曲线；步骤S5：基于超声传播函数计算个体相关导波模式信号；步骤S6：个体相关多窄带成分信号残差率计算及个体筛选；步骤S7：反演算法截止判据，如满足则进入步骤S9；否则，进入步骤S8；步骤S8：个体更新，构建新的分析种群，进入步骤S4；步骤S9：输导波波数频散和波导结构力学性质。结构力学性质。结构力学性质。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光声导波波形反演的骨结构力学性质评估方法


[0001]本专利技术涉及激光超声医疗领域，特别涉及一种基于光声导波波形反演的骨结构力学性质评估方法。

技术介绍

[0002]全激光超声导波激励检测技术具有非接触、信号信息丰富的优点，在医疗超声诊断和工业无损检测领域中得到了广泛关注。研究或工程应用中采用激光测振仪扫描获取导波空间波场信号，通过多维傅里叶变换得到波场频率波数谱，结合导波频散理论实现长骨、金属或复合材料板壳等波导的结构力学性质评估。学者提出通过两点检测压电传感器激励导波信号波形反演，实现波导结构力学性质评估方法，克服了超声导波定量评估技术对波场信号获取的依赖性，极大提升了评估技术实施的灵活性(可参考文献：Chen HL,Ling FY,Zhu WJ,et al.,Waveform inversion for wavenumber extraction and waveguide characterization using ultrasonic Lamb waves.Measurement,2023,207:112360)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光声导波波形反演的骨结构力学性质评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：采用全光学系统向骨中激励光声导波，检测获得骨轴向两点的导波信号，然后进入步骤S2；步骤S2：评估确定光声导波信号的有效带宽，提取光声导波信号不同窄带成分，然后进入步骤S3；步骤S3：波形反演算法初始化：依据导波频散理论方程和超声传播函数参数设置个体基因范围、进行个体初始化、设置优化算法迭代更新和截止判据参数，然后进入步骤S4；步骤S4：计算基于个体基因参数的波导结构导波频散方程，获取导波频率波数曲线，然后进入步骤S5；步骤S5：基于超声传播函数计算个体相关各模式导波信号，然后进入步骤S6；步骤S6：个体相关多窄带成分信号残差率评估、个体筛选，然后进入步骤S7；步骤S7：分析个体残差率、进化代数是否满足截止判据，如满足则进入步骤S9；否则，进入步骤S8；步骤S8：对个体基因参数更新，构建新的分析种群，然后进入步骤S4；步骤S9：输出优选个体基因和导波波数频散信息，评估长骨结构力学性质。2.根据权利要求1所述的一种基于光声导波波形反演的骨结构力学性质评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用脉冲激光向长骨中激励光声导波，采用光学方式采集获得骨轴向两检测点的导波信号，通过两点检测信号实现光声导波波数提取及骨结构力学性质评估。3.根据权利要求1所述的一种基于光声导波波形反演的骨结构力学性质评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，基于傅里叶频谱分析确定光声导波信号有效带宽，采用基于高斯滤波器箱的分离谱技术提取两检测光声导波信号中的各窄带成分，将宽带非平稳信号转为多个窄带平稳信号。4.根据权利要求1所述的一种基于光声导波波形反演的骨结构力学性质评估方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下内容：步骤S21：分析光声导波信号的傅里叶频谱，获得信号有效带宽区间[ω
d
,ω
u
]；步骤S22：采用高斯窗带通滤波器箱提取光声导波信号各窄带成分，具体如式(1)和(2)：(2)：式中，G
m
为带通高斯滤波器箱，ω
u
和ω
d

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪磊，许凯亮，李颖，他得安，
申请(专利权)人：复旦大学义乌研究院，
类型：发明
国别省市：