人体声发射定位技术的研究

　　0　引　言

　　人体的心、肝、肺、眼球、大脑等器官都在不停地运动着,并不断地发出各种各样的声信号,称这些生理信号为主动生理声信号,而当外界施加于人体某种作用,会产生被动的生理声信号,如,超声多普勒信号、肌音、关节音、吞水音、耳声发射等,称这类信号为人体声发射信号^{[1, 4]。}运用新的理论和方法,提取和识别人体各器官的声学信息并找出规律,为临床提供新的无创伤性诊断方法,这些研究具有重要的理论意义与应用价值。

　　用灵敏的声传感器来接收和处理这些人体声信号,通过对声发射源特征参数(能量、计数、延迟、上升时间等)的分析和研究,推断出人体组织器官缺陷的位置、状态变化程度和发展趋势^[1]。

　　人体骨科诊断作为外科诊断的一个分支,因生物力学与骨科疾病有密切联系,且人体运动系统与骨科也直接相关。为此,本文将人体声发射与骨科诊断治疗中所遇到的一些问题结合起来,利用声发射技术进行无损诊断。通过应用BL—420生物机能实验系统采集声信号,处理从声传感器接收的数据,利用时差线定位技术进行声源定位。

　　1　声源定位方法

　　声发射是在一定诱发条件下,物体内部发生微观动态变化,以应力波形式释放多余的能量,产生声信息^[2]。用声传感器将声信息转换成电信号,经放大后加以显示或记录,以揭示物体内部的变化过程。

　　人体声发射技术的核心问题是:由接收的信号反推到声发射源的问题,即所谓的“反向源”或“逆源”问题。人体声发射信号处理的最终目的是得到对声发射源的描述。其主要内容是:源的位置、源的性质和源的严重性程度^[2]。本文主要是研究声源定位,常用的声源定位方法如表1所示。

　　本文采用BL—420生物机能实验系统和JXH—4型声传感器对人体小腿骨进行实验。该实验采集的信号是突发信号,根据前面所研究的定位方法,结合骨的特性(细而长),选用时差线定位方法进行声源定位。

　　时差线定位是经对各个声发射通道信号到达时间差、波速和传感器间距等参数的测量和一定的算法运算来确定声源的位置。时差线定位是一种精确而又复杂的定位方式,可以广泛用于骨骼无损诊断。但它易丢失大量的低幅度信号,其定位精度又受波速、衰减和骨骼形状等易变量的影响,因而,在实际应用中也受到种种限制。

　　2　实　验

　　2.1　实验设备

　　BL—420生物机能实验系统是配置在微机上的4通道生物医学信号采集、放大、记录与处理系统。BL—420医学信号采集卡是一台程序可控的,带4通道生物医学信号采集与放大功能,并集成高精度、高可靠性及宽适应范围于一体的硬卡。BL—NewCentury信号处理软件利用微机强大的图形显示与数据处理功能,可同时显示4通道从生物体内探测到的生物电信号或张力、压力等生物非电信号的波形,并可对实验数据进行存贮、分析与打印。