[发明专利]用于表征超声波在线性可变厚度的波导中的传播的超声方法和设备

说明书

用于在频率波数参考框架f‑k中表征超声波在二面波导(1)中的传播的设备，其包括：以“Ej”表示的超声发射器(2)，其中j是在1和N之间变化的整数，N是严格正整数；以“Ri”表示的超声接收器(3)，其中i是在1和M之间变化的整数，M是严格正整数；接收器根据规则节距“A”空间上部署于直线的第一分段上；其包括用于处理接收器接收的来源于发射器的信号的装置，并且其中处理装置包括用于计算改进的离散空间傅里叶变换的装置，其中空间积分变量“x”中心化于所述第一分段的中点并在x增大的方向上穿过接收器，且对于波矢量k(x)等于积k·P(x)，k为x的常数系数并且包含在0与2*Pi/A之间，而P(x)是x的多项式，其x的0次系数等于1且1次系数为使得C·A落在‑1/10和+1/10之间的“C”。

技术领域

本发明总体上涉及在频率-波数框架下表征一个或多个超声波在波导厚度线性可变的情况下的波导或者导模中的传播。

背景技术

特别地，本发明涉及在骨骼可以被线性可变厚度波导来估计的情况下表征由人体长骨的皮质或皮层部分引导的一个或多个模式。本发明尤其旨在基于相对波数或者相对相位速度、作为时间频率的函数的波导模式的表征，通过评估骨骼的弹性和几何特性(尤其是厚度)，以非侵入人体的方式辅助评估骨质疏松症的骨折风险。

下文中，“变量x的n次多项式”将表示数学函数f(x)＝C₀+C₁·x+…+C_n·xⁿ，其中C₀是该多项式的x的0次系数，其中C₁是该多项式的x的1次系数，其可以在专利申请中用没有下标的C来表示，并且其中C_n是该多项式的n次系数。

下文中，“二面波导”将表示线性可变厚度的超声波波导，尤其是被两个楔形平面所限制的波导，表现为平面间平行性缺陷，所述缺陷被限制为一定度数范围内的角。

下文中，“n”维空间中“n”分量的矢量的范数表示该矢量的欧氏范数或2范数，等于矢量分量的平方的和的平方根。

下文中，词“Pi”或者符号“π”将表示圆的周长与其直径的比。

下文中，“波数”将表示波在直径为1的圆的周长上的空间周期或波长的数量，以表示k，其中λ是波长。

下文中，波的“角频率”将表示波在直径为1的圆的周长上的时间周期的数量，以ω＝2·π·f表示ω，其中f是时间频率，即时间周期T的倒数f＝1/T。

下文中，“相位速度”将表示超声波的角频率与其波数的比，表示为

在x增大的方向上行进的正弦平面波将被定义为在位于空间变量x的离散值处的M个接收器上，其复数振幅成比例于：W(t,x)＝e^{-i(ω·t-k·x)}。

下文中，“对于角频率ω的离散时间傅里叶变换”将表示，对于在时间变量t的离散值上定义的信号V(t)，V(t)的值的矢量的数量积和在时间离散值上的正弦波T(t)＝e^2i·ω·t的值的矢量的数量积，其中i是-1的复数根，ω是波的角频率。

下文中，“对于常数、实波数k的在空间方向x上的离散空间傅里叶变换”将表示，对于在位于空间变量x的离散值处的M个接收器上定义的信号V(x)，V(x)的值的矢量的数量积和在接收器上的平面波的值的矢量的数量积，其中i是-1的复数根，k是平面波的波数。矢量T(x)的欧氏范数等于1。

下文中，“对于实波数k(x)在空间方向x上沿着x变化的改进的离散空间傅里叶变换”将表示对于位于空间变量x的离散值处的M个接收器上定义的信号V(x)，V(x)的值的矢量的数量积和接收器上的改进的平面波的值的矢量的数量积，其中i是-1的复数根，k(x)是随着x变化的波数。矢量T(x)的欧氏范数等于1。