潜水减压多普勒超声气泡信号识别方法

用三参量模糊分析法识别潜水减压气泡信号的研究

  • 摘要
    三参量模糊分析法。建立了 f-p-Δp( 频率、谱峰、峰差) 三参量模糊分析法,综合气泡原本特征以及背景噪声计算评分以识别气泡,最后给予 SPENCERⅠ ~ Ⅲ分级
  • 原理和方法
    • 减压气泡信号的能量集中在600~4000Hz 之间,背景噪声能量集中在600Hz 以下,在高频段,气泡信号的能量密度高于噪声信号,单个气泡信号的时程一般在5~20ms,带宽在200Hz 左右。 因此,可以考虑利用频谱分析的方法将背景噪声分离,从而还原气泡信号。
    • 为了表示局部化的气泡信号,需要对FFT加窗。参数的选择及窗宽的确定是频谱分析的重要内容,我们可以通过变窄窗宽来提高气泡信号的瞬时频率的分辨率,但过度变窄的窗宽会增大标准偏差,所以最佳窗应使得局部标准偏差 σ最小
    • 进行谱估计时,通常窗内气泡信号与噪声信号出现2~3个峰,实验表明,主要由心搏音组成的噪声在低频的1~2峰,气泡信号出现在高频的2~3峰。根据多年来人工鉴别气泡音的经验:音调高于心搏音,音量大于噪声,我们分别设计了 f-p-Δp ( 频率、谱峰高、峰高差) 三个特征参量的 S 型隶属度函数,表达气泡信号的频谱分布特征及规律
      • 频率f, 通过实验发现在气泡信号普遍出现在500~2000Hz,根据实验结果,我们设定频率特征的隶属度函数 μf 如下,这样基本可以反映音调高于心搏音的模糊特征。
        潜水减压多普勒超声气泡信号识别方法_第1张图片
    • 对于音量大于噪声的模糊特征,我们采用P(f) -峰高、ΔP(f) -峰高差这两个次级特征分量。 当心搏音较强时,高频的噪声信号也相应升高,要求气泡信号的音量足够大,而且相对噪声信号的峰高足够高时,才可以判定是气泡信号,以下分别是两个特征分量 μP( f ) μΔP( f ) 的隶属度函数:
      潜水减压多普勒超声气泡信号识别方法_第2张图片
    • 根据以上三个次级特征分量,我们规定某一谱密度峰属于气泡的可能性的隶属度函数:
      μ_bubble=Min{μf ,μp ( f ) ,μΔp ( f ) }( 若 μbubble>0.8则计为气泡)。
    • 一个例子:下图是一个典型的气泡信号谱密度曲线,高频段的信号峰 μ b u b b l e μ_{bubble} μbubble =0.88,可以计为一个气泡信号。
      潜水减压多普勒超声气泡信号识别方法_第3张图片
  • 结论:
    基本符合多年来人们判断气泡的经验,也符合人工监听结果,下图为该方法和人工监听结果的对比。
    潜水减压多普勒超声气泡信号识别方法_第4张图片

Detection of bubbles in blood vessels and the evaluation of their flow

  • 摘要
    开发了一种 信号处理方法(梳状滤波器) 来分离气泡多普勒信号并估计相应的气体流量。

Spectral analysis of Doppler ultrasonic decompression data

  • 摘要
    描述了利用快速傅立叶变换技术分析气泡瞬态的能量密度谱计算

其他

  • 小波分析、跳变检测算法和经验模式分解(论文引用错误)

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