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背向散射技术辅助的植入式设备无线供能通信系统研究

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背向散射技术辅助的植入式设备无线供能通信系统研究

作者：杨航华中科技大学

学位级别：硕士

随着低功耗物联网（Low Power Internet of Things,Low-Power Io T）技术的迅速发展,各种微型医疗机器人在智慧医疗场景下的应用愈发广泛。然而对于植入式的医疗机器人或者植入式的健康传感器而言,这些设备的远程操控性能和无线通信性... 详细信息

随着低功耗物联网（Low Power Internet of Things,Low-Power Io T）技术的迅速发展,各种微型医疗机器人在智慧医疗场景下的应用愈发广泛。然而对于植入式的医疗机器人或者植入式的健康传感器而言,这些设备的远程操控性能和无线通信性能从根本上受到无线设备电池寿命的限制。由于需要手动更换电池,植入式设备无法连续运行,这给植入式设备的应用发展带来了极大的限制。无线供能通信系统（Wireless Powered Communication System,WPCS）是一种应对此问题的重要解决策略。然而,现有的植入式WPCS的下行链路（Downlink,DL）能量传输的解决方案只能实现较低的能量传输效率,或要求植入式设备和射频源（Radio Frequency,RF）保持相对静止的状态,无法较好的解决运动状态下的植入式设备无线供能效率低的问题。此外,由于植入式设备在人体内信道衰落大,导致上行链路（Uplink,UL）信噪比低,信道中细微的变化会增加数据帧解码的误包率,无法满足植入式设备的上行链路可靠性通信的需求。为此,本文考虑背向散射技术辅助的可植入WPCS,利用背向散射设备能量和通信的耦合关系,设计适用于运动环境下的植入式设备下行链路高效供能和上行链路可靠通信方案。（1）针对运动场景下的植入式设备下行无线供能效率低的问题,本文提出在植入式设备周围部署多个射频源,采用波束赋形（Beamforming）的方案使得多个射频源的能量在接收端叠加,提升了能量传输效率。为解决波束赋形技术在人体内信道衰落大时信道估计的难题,本文通过非线性背向散射标签降低了信道衰落,以测量植入式设备信道状态信息（Channel State Information,CSI）。在获取CSI后,发送端通过相位对齐（Phase Alignment,PA）的方式实现高效的下行链路供能。基于以上方案,本文设计出背向散射硬件原型,并评估了系统对于运动状态下的植入式设备的供能效率。实验结果表明,本文提出的方案在运动速度超过100cm/s时,供能效率相较现有的植入式无线供能方案提升接近10倍。（2）针对植入式设备的上行无线通信细微信道变化导致误包率的问题,本文设计了适用于可植入WPCS的极化码（Polar code）编码方案,通过低功耗编码提升通信可靠性。首先,为兼容植入式设备功耗有限的特性,本文基于极化信道的容量极化顺序,设计了存储矩阵的优化算法,有效的降低了编码的存储资源占用率。然后,为解决植入式设备难以根据信道质量调整传输速率的难题,本文基于固定比特误码率（Frozen Bit Error Rate,FBER）调整编码码率,保障了传输的可靠性和传输速率。本文评估了编码方案在植入式设备场景中的工作性能。实验结果表明,在现有的常用的物联网编码方式构建通信链路收包率只有30%的情形下,本文提出的方案实现了2.6倍的性能提升。

关键词：植入式设备无线供能通信背向散射技术波束赋形信道编码

背向散射技术结合多巴酚丁胺负荷试验检测不同部位冠状动脉狭窄

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中华超声影像学杂志 2005年第7期14卷 494-496页

作者：周青郭瑞强陈金玲刘岚郝力丹武汉大学人民医院超声科 430060

目的探讨背向散射技术结合多巴酚丁胺负荷试验(DSE)能否提高对不同部位冠状动脉狭窄的检测率。方法记录32例临床疑诊为冠心病的患者在不同剂量多巴酚丁胺负荷下左室乳头肌水平短轴观的背向散射积分,按冠状动脉造影结果将心肌节段分组,... 详细信息

目的探讨背向散射技术结合多巴酚丁胺负荷试验(DSE)能否提高对不同部位冠状动脉狭窄的检测率。方法记录32例临床疑诊为冠心病的患者在不同剂量多巴酚丁胺负荷下左室乳头肌水平短轴观的背向散射积分,按冠状动脉造影结果将心肌节段分组,比较各组心肌在各剂量负荷下背向散射积分周期变异(CVIB)值的变化。结果和正常冠状动脉供血心肌节段相比,狭窄冠状动脉供血心肌节段的CVIB值在静息状态和小剂量多巴酚丁胺负荷下无显著差异,但在大剂量负荷下明显降低。以DSECVIB背向散射技术与传统DSE联合应用可提高DSE对不同部位冠状动脉狭窄的检测率,尤其对于左前降支的病变。

关键词：多巴酚丁胺负荷试验冠状动脉狭窄背向散射技术不同部位背向散射积分冠状动脉供血右冠状动脉病变左前降支左室乳头肌不同剂量造影结果静息状态高敏感性检测率准确率特异性 DSE 心肌冠心病节段小剂量 CVI

基于无源背向散射技术的铁路信息采集系统设计与实现

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基于无源背向散射技术的铁路信息采集系统设计与实现

作者：刘超华中科技大学

学位级别：硕士

随着我国铁路运营里程的不断增加以及列车运行速度的逐步提升,铁路的运营安全越来越受到国家相关部门的关注。当前,铁路信息采集系统主要通过在铁路沿线预先布置大量传感器对轨道设施运行状态进行监测,从而减小安全事故的发生风险。然而... 详细信息

随着我国铁路运营里程的不断增加以及列车运行速度的逐步提升,铁路的运营安全越来越受到国家相关部门的关注。当前,铁路信息采集系统主要通过在铁路沿线预先布置大量传感器对轨道设施运行状态进行监测,从而减小安全事故的发生风险。然而,现有铁路巡检系统存在高成本、难部署、难维护等问题,这制约了铁路系统运维效率的进一步提升。因此,本文提出了结合背向散射通信技术和高机动性无人机硬件平台的铁路信息采集系统。该系统基于背向散射通信技术构建了无源通信节点来传输铁路沿线传感器信息,并基于无人机搭建信息采集系统,实时获取铁路沿线各节点采集的传感器数据,从而实现低成本、易部署、易维护的铁路安全监测。具体而言,本文首先设计了高效能量收集模块,用以转换和储存环境中的射频能量,并结合低功耗的背向散射通信技术,设计了无源通信节点以传输铁路传感器信息,使得节点摆脱了对电池的依赖。其次,为克服复杂环境对无线信号的影响,本文设计了支持远距离无线电(Long Range Radio,Lo Ra)的背向散射调制方式,有效降低了环境噪声的干扰,提升了节点的通信距离。进一步,为增强无源通信节点的传输效率,本文设计了面向多个背向散射节点的并行接入机制,实现了多节点的同时通信。最后,本文利用具有高机动性的无人机平台,设计了铁路信息采集系统,使无人机硬件平台与背向散射节点能够有效通信和协同工作,最终实现了铁路传感器信息的快速采集。本文在实际铁路环境中对系统进行了测试。实验结果表明,本系统在无人机快速移动下也能稳定采集传感器信息,其无源通信距离可达50m,实现了多节点并行接入功能,为铁路信息实时采集提供了可行方案。

关键词：背向散射技术信息采集系统无源通信射频能量收集

多巴酚丁胺负荷下背向散射技术检测存活心肌的临床研究

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临床超声医学杂志 2003年第6期5卷 338-341页

作者：尹家保孙有刚吕瑾玉张峻襄樊市第一人民医院超声科 441000 武汉大学人民医院超声科 430061

目的　运用背向散射技术结合小剂量多巴酚丁胺负荷超声心动图对 3 2例慢性冠心病患者不同类型的心肌进行分析 ,探讨二者相结合检测存活心肌价值。方法　测量不同负荷阶段 ( 0、5、10、2 0 μg/kg·min注药速度 )胸骨旁左心室乳头肌水平... 详细信息

目的　运用背向散射技术结合小剂量多巴酚丁胺负荷超声心动图对 3 2例慢性冠心病患者不同类型的心肌进行分析 ,探讨二者相结合检测存活心肌价值。方法　测量不同负荷阶段 ( 0、5、10、2 0 μg/kg·min注药速度 )胸骨旁左心室乳头肌水平短轴切面的 4个节段 (前壁、下壁、前室间隔及后壁 )的CVIB和CVIB % ,PTCA术后随访二维超声。结果　对照组 (A组 )及非存活心肌组 (B组 )的CVIB和CVIB %在小剂量多巴酚丁胺负荷状态下无显著变化 ,而存活心肌组 (C组 )CVIB和CVIB %均在 5～ 10 μg/kg·min时增加至 2 0 μg/kg·min。结论　慢性冠心病患者的心肌背向散射积分参数在小剂量多巴酚丁胺负荷状态下呈现出有意义的改变。

关键词：多巴酚丁胺背向散射技术检测存活心肌小剂量超声心动图慢性冠心病

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离体猪淋巴结组织的高频成像研究

声学学报 2004年第3期29卷 272-276页

作者：刘晓宙叶式公龚秀芬章东芮斌南京大学声学研究所近代声学国家重点实验室南京210093 南京肉联加工厂质检科南京210015

用C扫的超声显微镜系统对猪的淋巴结组织进行了研究,得到了猪的正常淋巴结和出血性淋巴结组织的高频超声图像和声参量值,结果表明:高频超声图像能反映组织结构的变化;猪的出血性淋巴结组织的声散射系数比正常淋巴结组织的小,且随频率的... 详细信息

用C扫的超声显微镜系统对猪的淋巴结组织进行了研究,得到了猪的正常淋巴结和出血性淋巴结组织的高频超声图像和声参量值,结果表明:高频超声图像能反映组织结构的变化;猪的出血性淋巴结组织的声散射系数比正常淋巴结组织的小,且随频率的变化而变化,背向散射技术是在高频段进行组织定征的有效手段。

关键词：离体猪淋巴结组织高频成像超声显微镜系统背向散射技术声散射系数

背向散射积分对缺血性脑血管病患者颈动脉斑块的定量评价

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背向散射积分对缺血性脑血管病患者颈动脉斑块的定量评价

作者：宋平梅中国医科大学

学位级别：硕士

前言目前，缺血性脑血管病的发病率、致残率明显增加。病因以动脉粥样硬化为主。颈动脉粥样硬化是全身动脉粥样硬化的一部分，同时颈动脉是颅内血供的主要来源，占70-80％，因此颈动脉粥样硬化存在与否、严重程度、进展情况、粥样... 详细信息

前言目前，缺血性脑血管病的发病率、致残率明显增加。病因以动脉粥样硬化为主。颈动脉粥样硬化是全身动脉粥样硬化的一部分，同时颈动脉是颅内血供的主要来源，占70-80％，因此颈动脉粥样硬化存在与否、严重程度、进展情况、粥样硬化斑块的形态、是否容易脱落成栓子等，在缺血性脑血管病的发病中起重要作用。颈动脉病变的检测不仅能够评估颅内动脉的病变情况，而且可以推断由于颈动脉病变所致缺血性脑血管病发生的可能性。传统的彩色多普勒超声能够准确测量颈动脉内膜中层厚度(intima-media thickness, IMT)及判定斑块形态，对斑块的性质却只能粗略的区分，不能够提供定量信息。背向散射积分(integrated backscatter, IBS)是近年发展起来的一项新的超声组织定征技术，因其独特的对组织微细结构的反映特性成为主要的组织定征技术手段。本研究应用IBS技术对缺血性脑血管病患者的颈动脉斑块性质进行检测，为缺血性脑血管病发生的可能性提供定量参考指标。材料与方法一、材料 1、研究对象病例组55例，男35例，女20例，平均年龄61岁;对照组25例，男15例，女10例，平均年龄59岁。临床上无脑血管疾病症状、体征的体检者。 2、仪器应用美国HP SONOS 5500型超声诊断仪(配置组织射频信号 H维图像显示和声学定量分析系统软件及光盘存储器）及*** 线阵探头。二、方法 L二维超声检查：依次显示颈总动脉＊A人颈总动脉分又部pIF人颈内动脉（IC人颈外动脉（ECA人测量各段动脉内径和 CCA后壁的 IMT。观察 CCA、ICA正CAJIF各段动脉有无斑块（斑块的定义为H维超声局部 CCA、ICA上CA的血T值31．0 mm，BIF的 IMT值＞***入临斑块总数并根据斑块大体灰阶程度分为强回声斑块、低回声斑块、弱回声斑块和混合回声斑块。人彩色多普勒血流显像：根据有无充盈缺损证实斑块的存在。 3、频谱多普勒检测：测量各动脉收缩期峰值速度uX平均血流速度州＊搏动指数（PIX阻力指数（RI人 4＊值的测定：在背向散射积分OBS）状态，设置两组增益条件分别为 eain70JomP65和sando／omP65。每组增益条件下，首先将感兴趣区（ROI）放置在CCA管腔内取样，然后将ROI分别放置在各斑块的强回声部分、低回声部分和弱回声部分取样，进行连续2．48秒的检测。每个回声部分测量三次，计算平均田值。再将斑块各回声部分的IBS值除以CCA管腔血液的IBS值，得出校正IBS值。 5、数据的统计分析：计量参数用均值上标准差表示。统计分析使用 t检验和方差分析。P＜0．05有统计学意义。结果一、病例组与对照组IMT值和内径的比较病例组＊CA后壁二MT值为二．17。o．23恤，对照组为o．77。 O．历nun，两者有显著性差异（P＜o＊二）。病例组比A、1＊A、EA、 BIF内径均较对照组增宽明显（分别为 8．42 ti．16mm斤．63 t 二．04nun、5．54 to．90nun、10．46土二．46mm和 7．92 to．89nun、5．86 ·二· to．68nun、4．93 to．63nun、9石5土豆．01mm），具有显著性差异河＜0．01）。二、病例组和对照组频谱多普勒测值比较病例组 CCAn＊CApi＊CAn与对照组相比均有显著性差异（病例组分别为***＊0．12、1．25。0．43＊．70 c 0．10，对照组分别为o．7二士o．m、二．03士o．3卑＊．6二土***，P＜o．0二）。病例组 CCApi为二．85 L ***，对照组为 1．59 f 0．54，二者之间有统计学差异（P＜o．05）。三有关颈动脉斑块的研究结果＊发生斑块的病例数病例组55个病人中35个病人发生斑块，占64％。对照组25个受检者中9个人出现斑块，占36％。二者有显著性差异P刊＊n。 2、斑块的发病数病例组 110条颈动脉中共有 138个斑块，平均每条颈动脉发生斑块二．25个

关键词：动脉粥样硬化缺血性脑血管病背向散射技术颈动脉斑块

脑梗塞患者颈动脉内中膜厚度、超声背向散射积分及血管内皮功能的临床研究

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脑梗塞患者颈动脉内中膜厚度、超声背向散射积分及血管内皮功能的...

作者：吴立文中国医科大学

学位级别：硕士

前言近年来随着人口的老龄化，缺血性脑血管病患者有逐年增加的趋势，已成为继心脏病和肿瘤之后人群三大死亡原因之一，颈动脉粥样硬化存在与否、严重程度、进展情况、粥样硬化斑块的形态、是否容易脱落成栓子等，在脑梗塞的发病... 详细信息

前言近年来随着人口的老龄化，缺血性脑血管病患者有逐年增加的趋势，已成为继心脏病和肿瘤之后人群三大死亡原因之一，颈动脉粥样硬化存在与否、严重程度、进展情况、粥样硬化斑块的形态、是否容易脱落成栓子等，在脑梗塞的发病中起重要作用。血管内皮功能受损是动脉粥样硬化的一个早期标志，通过检测血管内皮功能可及早地发现血管内皮功能失调，及时进行治疗。传统的彩色多普勒超声能够准确测量颈动脉内中膜厚度及判定斑块形态，但对斑块性质却只能粗略的区分，不能够提供定量的信息。背向散射积分(IBS)是近年发展起来的一项新的超声组织定征技术，是基于背向散射原理，通过对组织射频信号的检测、处理和分析，定量的反映生物组织细微结构的病理改变。本研究应用IBS技术对颈动脉斑块性质进行检测，为脑梗塞发生的可能性提供定量参考指标。材料与方法一、材料 1．研究对象病例组76例脑梗塞患者，对照组60例，临床上无脑血管疾病症状、体征的体检者。 2．仪器应用Philips公司Sonos 5500型彩色超声诊断仪，配有7.5MHz线阵探头，ECG同步信号显示，声学定量分析系统软件及光盘存储器。二、方法 1．二维超声检查受检者仰卧位，依次显示颈总动脉，颈动脉分叉部、颈外动脉及颈内动脉颅外段。测量三个心动周期舒张末期的各段动脉的内径和CCA内中膜厚度。 2.确定斑块的标准为:二维超声测得局部IMT值〕1 .20或比邻近部位厚0 .5或妻近邻部位的1 .5倍，或彩色图像显示血管腔某处彩色血流缺损，缺损处面积蒸10。 3.动脉狭窄率的计算狭窄率二(1一刀N)x 100%，其中A为狭窄的管腔面积，N为该处管腔正常面积，按照狭窄率大于50%计算狭窄动脉数。 4.彩色多普勒血流显像将二维图像同彩色多普勒血流结合起来进一步判断管腔的血流充盈情况。 5.频谱多普勒检测、测量各动脉收缩期峰值(S)、平均血流速度(N)、舒张末期血流速度 (D)、脉动指数(PI)、阻力指数(RI)。一‘ ***值的测定启动AD系统并设置在背向散射积分(IBs)状态，将感兴趣区(Ror)放置在斑块邻近管腔内及斑块的强回声部分，低回声部分和弱回声部分分别取样，进行连续2 .48秒的检测。 7.血流介导血管内皮功能的测定用超声方法测量肪动脉内径变化率。 8.数据的统计分析计量资料、计数资料用SPSS数据库软件11 .0进行统计处理。结果一、颈动脉IMT值和内径的比较 1.病例组的颈总动脉的IMT平均值(1 .17土0.24明显高于对照组的IMT平均值(0.77土0.17，差异有统计学意义，P<0.01。 2.病例组的颈动脉各段内径，包括CCA(8 .44土1 .16、IcA(6.65 土1 .04rnrn)、ECA(5.58土0.90nun)及BIF(10.45土l.47rnm)分别与对照组相比CCA(7.91士0.88nun)、ICA(5.85土0.65nnn)、ECA(4.95土0. 64、BIF(9 .68土1 .01都相对扩张，差异有统计学意义，P<0.01。二、血流动力学指标 1.颈总动脉、颈内动脉、颈外动脉病例组与对照组在收缩期峰值流速、舒张末期流速、及平均流速上均无差异。病例组的脉动指数C以(1.86士 0.41)、ICA(1 .17土0.37)、ECA(2.57土0.92)分别高于对照组脉动指数 CCA(1 .46土0.40)、ICA(1.00土0.32)、ECA(1.95*0.47)。病例组的阻力指数CCA(0.78土0.01)、ICA(0.64土0.01)、ECA(0.84*0.01)分别高于对照组阻力指数CCA(一72士0.11)、I以(0.印土0.11)、ECA(0.50，0. 01)，差异有统计学意义，P<0.01。三、颈动脉斑块 1.发生斑块病例数病例组斑块发生比例63%，明显高于对照组出现斑块比例30%，差异有统计学意义，P<0.01。 2.比较两组狭窄动脉数病例组狭窄动脉比例(37.9%)明显高于对照组.(l1.1%)，差异有统计学意义，P<0.01。 3.颈动脉斑块部位分布.… 病例组颈内动脉的斑块(46%)最多，其次是颈总动脉(24%)，再其次是分叉处(17%)，颈外动脉的斑块最少(13%)。 4.颈动脉斑块回声性质 4.1对照组斑块回声性质特征对照组颈动脉斑块以强回声(51%)和低回声(26%)为主，弱回声和

关键词：脑梗塞颈动脉斑块内中膜厚度背向散射技术血管内皮功能

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糖尿病患者左室超声背向散射改变的初步观察

中国糖尿病杂志 2002年第6期10卷 344-347页

作者：吴懿玲朱剑秋钱大钧无锡市第一人民医院内分泌科 214002 无锡市第一人民医院心血管科 214002

目的　了解 2型糖尿病 (T2 DM)心肌背向散射 (IBS)变化的特点及其临床意义。　方法正常对照组 5 0例 ,T2 DM组 5 0例 ,病程≤ 5年 ,糖化血红蛋白 (Hb A1c) (9.6 9± 1.78) % ,应用HP5 5 0 0型超声诊断仪 ,在胸骨旁左室乳头肌短轴切面分... 详细信息

目的　了解 2型糖尿病 (T2 DM)心肌背向散射 (IBS)变化的特点及其临床意义。　方法正常对照组 5 0例 ,T2 DM组 5 0例 ,病程≤ 5年 ,糖化血红蛋白 (Hb A1c) (9.6 9± 1.78) % ,应用HP5 5 0 0型超声诊断仪 ,在胸骨旁左室乳头肌短轴切面分别测量左心室前间壁、前壁、侧壁、后壁、下壁和后间隔心肌组织的 IBS,并将其与心包 IBS的比值作为心肌 IBS的校正值 (IB% ) ;舒张末期与收缩末期的差值即 CVIB,并将其与心包 IBS的比值作为心肌 CVIB的校正值 (CVIB% )。同时测定左室等容舒张期时间 (IVRT) ,二尖瓣血流图 E峰与 A峰的比值 (E/ A )。　结果　 T2 DM组心脏左室各室壁心肌背向散射参数与正常对照组比较 IB%增大 ,CVIB减低 ,差异非常显著 (P 0 .0 5 )。　结论　 T2 DM患者左室 IBS有明显的变化且呈弥漫性改变 ,左室 IBS的变化出现在舒张功能异常 (糖尿病心肌病亚临床期 )之前。

关键词：超声心动描记术背向散射技术糖尿病

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光纤在线监测系统研究

硅谷 2008年第21期 104-105+163页

作者：刘彬铁岭供电公司通讯所

光纤在线监测系统是专用于对光纤网络进行测试维护的,是提高光纤通信系统可靠性的重要手段。系统集成了光纤测试技术,精密电子机械,计算机及网络等技术,对光纤网络的监测实现了自动化,系统化,智能化。使光纤网络维护人员在监视中心即可... 详细信息

光纤在线监测系统是专用于对光纤网络进行测试维护的,是提高光纤通信系统可靠性的重要手段。系统集成了光纤测试技术,精密电子机械,计算机及网络等技术,对光纤网络的监测实现了自动化,系统化,智能化。使光纤网络维护人员在监视中心即可对整个光纤网络的状态进行监测,并可在线监测在用光纤的状态,及时发现故障及故障隐患,自动发出告警信息,通过电子地图准确判断故障位置,达到压缩故障历时,减轻维护人员工作负担的目的。光纤在线监测系统按结构分为三个部分,即设在通信传输机房的远端光纤测试系统(RTU),通信网络,设在管理中心的管理监控中心(MTC)。

关键词：光纤实时监控系统背向散射技术管理监控中心远端测试系统光时域反射器