[发明专利]一种面向骨骼肌的非线性声参量在体测量技术

说明书

本发明公开了一种面向骨骼肌的非线性声参量在体测量技术，涉及人机接口领域。本发明提出了解决非线性声参量在体测量的总体方案，通过基波幅值求解反射倾角，从而修正倾斜反射对非线性声参量计算的影响；通过探头设计等效曲面反射和倾斜反射对声波幅值的影响，从而利用上个子方案消除曲面反射的影响；利用积分方法，弱化平面或者曲面上非光滑平面的影响；通过模板匹配，利用结构噪声与有用信号的反向，消除结构噪声。本发明率先提出非线性声参量在体测量的方法，系统地解决非线性声参量在体测量中的倾斜反射、非平面反射和噪声问题。

技术领域

本发明涉及人机接口领域，尤其涉及一种面向骨骼肌的非线性声参量在体测量技术。

背景技术

人体组织具有声学非线性特征，该特征可通过非线性声参量(B/A)量化。由于正常和病变组织有着不同的非线性声参量，基于非线性声参量B/A的成像曾被当作是一种诊断组织是否病变的工具。有研究表明，单晶铜的非线性声参量B/A值随着残余应力发生变化，变化范围从20到120；根据肌丝滑行理论，骨骼肌在收缩过程中的微观结构产生变化；骨骼肌的弹性随着肌肉的收缩变大，而弹性是系统熵值的一种表征。因此，根据非线性声参量B/A的定义，非线性声参量B/A会随着肌肉的收缩状态产生变化，并可以建立非线性声参量B/A与肌肉收缩状态之间的关系模型，该模型能够应用于人机接口中，即可以用于分析骨骼肌的健康状态，又可以用于对人体运动进行解码。

目前主要有两种手段测量非线性声参量B/A：热力学方法和有限振幅法。前者能够获得相当高的准确率，但不适用于在体测量。根据所发射超声和测量原理不同，有限振幅法可再被分为三种：单频、双频和泵浦波相移法。第一种的测量原理是，探头发射特定幅值单个频率的超声信号，通过测量二次谐波的幅值来计算非线性声参量B/A；第二种的测量原理是，发射两个频率相近的超声，通过测量两种超声的合频和差频超声计算非线性声参量B/A；第三种的测量原理是，发射泵浦波和与该波垂直的另一个声波，通过测量泵浦波的相移计算非线性声参量B/A。虽然第三种比前两个具有更高的精度，但由于其不能被通用的超声设备实现，因而不适用于在体测量。此外，第一种有限振幅法需要最少的超声激励源，即所需的设备最简单。第一种有限振幅法可以通过双频探头和具有双晶工作模式的A超设备实现，目前市场上已经有诸多此类设备的便携化产品；该方法能够从一个回波反射超声信号中获取非线性声参量B/A，并可以和组织的形态学信息同步获取。

目前几乎没有研究或者发明使用第一种有限振幅法进行非线性声参量B/A的在体测量，而是将组织取到体外进行测量。在以往的文献中，生物组织的非线性声参量测量在离体环境下进行，如在水中，利用有限振幅法，使用一个探头发射的声波穿过组织，另一个探头接受，或者通过金属板垂直反射，使用一个探头发射和接受。在在体测量中，人体骨骼，如肱骨的表面绝非一个平面，其会对反射信号的幅值产生显著的影响，现没有技术方案能够将其进行量化。

因此，本领域的技术人员致力于开发面向骨骼肌的非线性声参量在体测量技术，对第一种有限振幅法进行改善，包括对非平面反射影响的量化和对该影响的消除，实现非线性声参量B/A的在体测量，及其在人机接口中的应用。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在体测量中的非平面反射问题和结构噪声问题，实现骨骼肌非线性声参量B/A的在体测量。

为实现上述目的，本发明提供了一种面向骨骼肌的非线性声参量在体测量技术，包括以下步骤：

步骤1、使用基频信号激励探头，产生基波；

步骤2、所述基波在传递过程中产生二次谐波；

步骤3、所述基波与所述二次谐波被肌骨组织界面反射，由所述探头再次接受；

步骤4、使用与倾斜反射进行等效方法及基于基波幅值的修正方法，分别消除曲面反射及倾斜反射的影响；

步骤5、使用模板匹配方法，消除结构噪声；