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血管内超声（IVUS）换能器仿真设计与研制

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血管内超声（IVUS）换能器仿真设计与研制

作者：李章剑中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

血管内超声（Intravascular Ultrasound, IVUS）是一种新型微创性诊断方法，该方法能够分析血管的狭窄程度及其管壁形态，能够应用于在冠心病的介入性诊疗并得到很好的治疗效果。作为IVUS系统里最关键的组成部分，IVUS换能器具有体积小... 详细信息

血管内超声（Intravascular Ultrasound, IVUS）是一种新型微创性诊断方法，该方法能够分析血管的狭窄程度及其管壁形态，能够应用于在冠心病的介入性诊疗并得到很好的治疗效果。作为IVUS系统里最关键的组成部分，IVUS换能器具有体积小、高频、高分辨率等特点，广泛应用于在心血管疾病诊断中，可以获得高分辨率的高质量图像。 IVUS超声换能器主要包括压电振片、匹配层、电极和背衬层等部分。在制造过程中各部分的厚度是决定超声换能器性能的一个非常重要的参数，使用有限元仿真的方法对各组成部分的厚度的影响进行系统和详细的分析可以优化制造过程为IVUS超声换能器的设计与制造提供有价值的指导信息。本文第1章介绍IVUS的概况以及IVUS换能器;第2章主要介绍换能器声学基础、IVUS换能器的设计方法与IVUS换能器的有限元仿真方法;第3章分析了不同条件下换能器的振动情况，比对了不同参数下的换能器的性能;与第3章对应，第4章分析了不同条件下换能器的声场，比对了不同参数下的换能器的声场;第5章则着重分析了不同参数的换能器的瞬态响应特性并与实际样品进行了比较。通过仿真与实际测试，可以发现：40μm厚度的压电振片的共振频率位于50MHz附近，适用于设计工作频率在50MHz的IVUS超声换能器，且在50MHz的电学激励下，压电振片发生振动时同时存在厚度振动模态，径向放射模态等;而匹配层的加入会在导纳曲线中引入其他的共振频率，对IVUS换能器的谐振频、反谐振频率皆产生较大的影响，尤其以第二层匹配层的影响较大;而声场结果表明匹配层可以有效改善声波透射的效率，提高声场发射的强度;加入背衬层可以改善声场的特性，一定程度上改善了导纳曲线，但背衬层的厚度变化对声场的影响较小;通过对不同参数的换能器进行比较，得到换能器压电振片、第一匹配层、第二匹配层、背衬层的优化厚度分别为40μm、13.5μm、11μm、160μm;按照这样的参数进行了瞬态响应分析并与实际测试进行了比较，结果表明仿真分析与实验结果具有较高的重合性，但仍然存在一定的误差。上述结果表明使用有限元方法进行IVUS优化设计是可行并有效的，可以直观地指导IVUS换能器的设计与制造，从而缩短IVUS设计与制造的周期，对于减少时间与物质上的投入具有较大的意义。

关键词： IVUS换能器仿真优化声场仿真换能器制造

医用50MHz超声换能器材料厚度影响仿真研究

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压电与声光 2014年第2期36卷 205-209,216页

作者：李章剑邵维维崔崤峣韩志乐中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春吉林130033 中国科学院大学大珩学院北京100049

通过有限元分析法对高频超声换能器各组成部分的厚度影响进行了系统分析。创建了一个合理的有限元模型,通过仿真得到了不同条件下的声场特性与振动特性。结果表明,匹配层可改善声波透射的穿透特性并对导纳曲线变化有较大影响,引入了另... 详细信息

通过有限元分析法对高频超声换能器各组成部分的厚度影响进行了系统分析。创建了一个合理的有限元模型,通过仿真得到了不同条件下的声场特性与振动特性。结果表明,匹配层可改善声波透射的穿透特性并对导纳曲线变化有较大影响,引入了另一个共振频率;且厚40μm的压电振片的最优匹配层厚度是13.5μm。背衬层的厚度效应分析结果证明背衬层可改善声场的特性,一定程度上改善了导纳曲线,但背衬层的厚度变化对声场的影响较小。

关键词：高频超声换能器厚度影响仿真

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超声换能器环氧树脂-氧化铝匹配层研究

声学技术 2022年第4期41卷 630-636页

作者：张剑吕加兵朱鑫乐崔崤峣李章剑中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163 长春理工大学机电工程学院吉林长春130021

匹配层对超声换能器的性能起着至关重要的作用,寻找合适的匹配层材料是换能器设计中的关键步骤。提出了一种基于环氧树脂-氧化铝复合材料的匹配层材料。首先,测试了不同配比的环氧树脂-氧化铝复合材料的声学性能,对比了其声学特性,并确... 详细信息

匹配层对超声换能器的性能起着至关重要的作用,寻找合适的匹配层材料是换能器设计中的关键步骤。提出了一种基于环氧树脂-氧化铝复合材料的匹配层材料。首先,测试了不同配比的环氧树脂-氧化铝复合材料的声学性能,对比了其声学特性,并确定了材料的最佳配比。其次,研制了相应的换能器,分析该匹配层对换能器性能的影响,通过脉冲-回波方法测试了其性能参数。最后,基于四分之一波长匹配层原理对匹配层的厚度进行了优化。结果显示,环氧树脂中加入质量分数为60%的氧化铝粉末的匹配层对换能器的改善效果最佳,该方案减小了换能器接收回波的拖尾,接收回波的幅值提高至1136 mV(+104%),−6 dB带宽达到49.679%(+107%)。结果表明,氧化铝-环氧树脂混合材料可以提升换能器的声学性能,是较为理想的匹配层材料,在高频超声换能器的设计与应用中具有很好的应用前景。

关键词：高频超声换能器匹配层氧化铝环氧树脂带宽

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高频高灵敏光声探头的光声内窥成像

应用声学 2023年第4期42卷 693-699页

作者：杨董永李章剑杨晨谢靖 George Seriadis 简小华崔崤峣中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 苏州215000 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医用声学技术研究室苏州215163 亥姆霍兹慕尼黑研究中心生物与医学影像研究所慕尼黑85764

光声内窥成像技术具有高分辨、高精准、功能成像等优点,是目前临床新型成像诊断技术研究的热点。然而,光声内窥成像技术受激光器安全能量阈值和光声换能器灵敏度的制约,现有的光声内窥成像技术大多无法兼顾高成像信噪比和小尺寸要求。... 详细信息

光声内窥成像技术具有高分辨、高精准、功能成像等优点,是目前临床新型成像诊断技术研究的热点。然而,光声内窥成像技术受激光器安全能量阈值和光声换能器灵敏度的制约,现有的光声内窥成像技术大多无法兼顾高成像信噪比和小尺寸要求。为了解决光声信号回波能量低、光声图像信噪比差的问题,该文采用一种带有集成前端放大器的小尺寸的光声探头设计方案,其中心频率达到30 MHz,直径小于2.5 mm,通过仿体实验证明其仿体中的成像深度可达6.5 mm,横向成像分辨率可达144.9μm,纵向分辨率为111.1μm,尤其是,成像信噪比相较于对照组的传统光声换能器提高了11.5 dB。该文研究表明,前端集成放大光声探头能有效提高光声成像信噪比,改善成像质量,为提高光声内窥临床诊断精准度提供了新方法。

关键词：光声内窥成像高灵敏光声换能器高频高信噪比

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一种基于GPU计算的超声内镜系统

中国医疗器械信息 2016年第5期22卷 1-3,28页

作者：吕铁军韩志乐李章剑崔崤峣中国科学院苏州生物医学工程技术研究所苏州215163

超声内镜成像(Endoscopic Ultrasound Imaging,EUS)在临床中具有重要的作用,针对该成像系统的功能需求,设计并实现了一种将原始回波数据采集传输至计算机后,利用GPU(Graphic Processing Unit)作为主要单元进行计算的单阵元旋转式超声内... 详细信息

超声内镜成像(Endoscopic Ultrasound Imaging,EUS)在临床中具有重要的作用,针对该成像系统的功能需求,设计并实现了一种将原始回波数据采集传输至计算机后,利用GPU(Graphic Processing Unit)作为主要单元进行计算的单阵元旋转式超声内镜系统。整个系统包括20MHz压电陶瓷材料换能器探头,前端处理模块,电机以及电机驱动模块,基于现场可变编辑门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)的数据采集与PCI-e数据传输接口,加速与成像算法部分。利用PDMS(Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)体模和离体猪胃组织进行了成像,验证了系统成像的性能。

关键词：超声内镜成像系统 GPU 压电陶瓷换能器离体实验

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从存在历史看中国传统与科学的关系

贵州社会科学 2024年第6期 4-14页

作者：李章印山东大学

海德格尔在其存在历史之思中提出第一种起动和另一种起动概念，与之对应的可以是第一种存在历史和另一种存在历史，以及第一种科学和另一种科学。第一种科学是在第一种存在历史完成之际从西方形而上学中产生出来的近现代科学，另一种科... 详细信息

海德格尔在其存在历史之思中提出第一种起动和另一种起动概念，与之对应的可以是第一种存在历史和另一种存在历史，以及第一种科学和另一种科学。第一种科学是在第一种存在历史完成之际从西方形而上学中产生出来的近现代科学，另一种科学是在另一种存在历史中繁荣发展的、有别于近现代科学但又可以包含近现代科学的一种科学。中国传统所体现的存在历史不同于第一种存在历史，因而不可能产生近现代科学。但中国传统的起动与另一种起动颇为相似，它所开启的存在历史与另一种存在历史也颇为相似，另一种科学因而可以在中国传统中繁荣发展起来，中国古代科学就是另一种科学的一种朴素形态。从第一种存在历史向另一种存在历史的转变已经开启，中国能够为另一种科学提供更为合适的土壤。

关键词：存在历史起动中国传统第一种科学另一种科学李约瑟难题

“关系”的诗学与语言的伦理——“九十年代诗学”的重审与“未来诗学”的再出发

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文艺争鸣 2024年第4期 135-144页

作者：李章斌南京大学中国新文学研究中心

是呀,宝贝,诗歌并非——来自哪个幽闭,而是诞生于某种关系中——张枣《断章》诗人学会弃绝是要弃绝他从前所抱的关于词与物的关系的看法。——海德格尔《在通向语言的途中》一、回到“关系”我在2023年6月青岛举行的会议上,曾较为激烈... 详细信息

是呀,宝贝,诗歌并非——来自哪个幽闭,而是诞生于某种关系中——张枣《断章》诗人学会弃绝是要弃绝他从前所抱的关于词与物的关系的看法。——海德格尔《在通向语言的途中》一、回到“关系”我在2023年6月青岛举行的会议上,曾较为激烈地批评20世纪90年代以来的诗歌写作和诗学理论过度集中于语言的发明与自我的呈现上,造成一种过度“技术流”的倾向和自我中心的写作方向。^((1))这可能会带来一些误解,以为我们反对在诗歌中呈现自我,或者反对对语言进行革新。实际上,任何诗歌写作都少不了这两个因素,没有这两个因素,诗歌也很难成为诗歌。

关键词：诗歌写作诗学理论张枣自我中心 20世纪90年代以来九十年代《断章》幽闭

基于微型阵列换能器的复合多角度平面波超快速超声成像

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中国医疗器械杂志 2019年第5期43卷 313-317页

作者：唐雨嘉崔崤峣李章剑杨晨蔡黎明吕加兵焦阳中国科学技术大学合肥市230026 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所苏州市215163

超声内窥镜成像多使用传统聚焦超声成像技术,成像帧率较低,难以满足临床部分对成像速率要求较高的应用需要。在近年来的热点研究领域中,平面波超快速成像技术可以获得较高的成像帧率,并保证成像的质量。因此,该文提出一种基于微型线阵... 详细信息

超声内窥镜成像多使用传统聚焦超声成像技术,成像帧率较低,难以满足临床部分对成像速率要求较高的应用需要。在近年来的热点研究领域中,平面波超快速成像技术可以获得较高的成像帧率,并保证成像的质量。因此,该文提出一种基于微型线阵超声换能器的平面波超快速成像技术,并通过仿真计算和仿体实验验证了该方法的有效性。实验结果表明,应用在平面波超快速成像的微型换能器,设计时需要充分考虑阵元宽度与阵元个数的配合,才能获得良好的平面波成像效果。这为今后在介入式超声成像、超声内窥镜等环境下进行平面波超快速成像奠定了基础。

关键词：超快速成像超声平面波微型超声换能器

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“神”之生存史本义考释

周易研究 2024年第3期 35-49页

作者：李章印山东大学犹太教与跨宗教研究中心暨哲学与社会发展学院山东济南250100

中国古代“神”概念的主要含义并不是人格神。在西方主客二分思维方式的影响下,“神”的生存史本义被掩盖了。运用生存论字源学方法考释“神”字及其构成要素的生存史本义,可以得出以下结论:“神”字之偏旁“示”的生存史本义是用以指... 详细信息

中国古代“神”概念的主要含义并不是人格神。在西方主客二分思维方式的影响下,“神”的生存史本义被掩盖了。运用生存论字源学方法考释“神”字及其构成要素的生存史本义,可以得出以下结论:“神”字之偏旁“示”的生存史本义是用以指导人生的显示和指示,而通常认为的本义,如对过世先人或四方之主的泛称以及供桌、牌位之义,在生存史上反而是派生出来的。“神”之原形字“申”的生存史本义不是作为存在者的神或人格神,而是发生于本真生存中的万物之“玄妙显示”。“申”字加“示”部而构成“神”,是为了进一步强化“玄妙显示”这种生存史本义。“神”的生存史本义,即发生在特别显示活动中的、玄妙莫测的并且能够指导人生的万物之显示。对古代训诂学和文字学典籍的生存论阐释可以有力地支持这种解释。追溯和阐明“神”字的生存史本义,有助于今人准确理解中国古代典籍。

关键词：神生存史本义生存论字源学玄妙显示人格神