本刊"病例讨论"栏目征稿

主要研究了高强度聚焦声场及其检测装置.首先从理论角度分析了高强度聚焦超声(HIFU)换能器的声场特性,然后在Matlab软件中,对小振幅条件下的聚焦声场作了计算机仿真.最后理论结合实践,设计并实现了一套具有实用价值的、基于计算机采集与控制的聚焦声场三维自动检测系统,并介绍了相关软、硬件的实现过程.     

自聚焦多元辐射器超声热场的计算机模拟与实验研究

分析了非相干自聚焦多元辐射器的声场结构，对该声场进行了模拟计算，绘制了声强分布图，并利用自行研制的九元阵装置进行了实验研究。结果表明：非相干自聚焦多元辐射器可以产生具有较好聚焦特性的超声热场；焦域吸收率SAR大于80％，焦域温度在2s内达45℃，焦域直径在φ5mm以内。上述特性适合于高强度超声聚焦热疗使用。     

基于1-3压电复合材料宽带超声换能器研究

电声转换效率与换能器带宽是评价聚焦超声换能器性能的重要指标。传统压电陶瓷制备的聚焦超声换能器,其电声转换效率与换能器带宽偏低。该文采用实验结合仿真模拟的方式,通过研究1-3压电复合材料中压电相的体积比、环氧相改性、调控匹配层阻抗与匹配层厚度对换能器性能的影响,开发了一种基于1-3压电复合材料的聚焦超声换能器,实现了82.3%的电声转换效率与140 kHz的换能器带宽。结果表明,与同等规格的传统压电陶瓷聚焦超声换能器相比,该超声换能器的两项指标分别提升了105%与250%,这为大功率聚焦超声换能器的设计开发提供了参考与指导。     

高强度聚焦超声治疗对肝癌患者生存期影响

目的:研究高强度聚焦超声治疗对肝癌患者生存期的影响.方法:应用高强度聚焦超声肿瘤治疗系统治疗肝癌患者48例,术后随访了解生存情况.结果:治疗后中位生存期10个月,平均生存期(11.8±6.9)个月,患者的生存期明显延长(P＜0.05).结论:高强度聚焦超声治疗是延长肝癌患者的生存时间的一种有效方法.     

基于环形相控阵的超声CT成像系统的设计

为了更好地实现乳腺癌的早期精确诊断,设计了一种基于聚焦环阵的新型超声CT成像系统。256个电容式微加工超声换能器(CMUT)环形分布于乳腺四周,采用64个换能器发射,对面64个换能器接收的方式进行,在COMSOL中依次进行256次仿真来实现环形扫描。根据超声相控阵原理进行发射聚焦后,采用滤波反投影算法进行图像重建。聚焦到乳腺外部时,重建偏差值小于0.05%,聚焦到4号肿瘤时,该区域重建偏差值仅为0.002%。实验结果表明,该系统可以用于乳腺癌的早期精确诊断,且能提高内部肿瘤的检测质量。     

相控阵聚焦超声控制系统的设计

低强度聚焦超声治疗技术是当前超声治疗领域的研究热点,应用场景不同对于超声系统的参数和性能要求也具有差异化,相控阵技术的引入为解决聚焦声场精确控制带来了新的思路。现有相控阵聚焦超声控制系统的输出参数相对固定,频率和功率可调范围窄,且支持换能器阵列通道的规模较小。该文设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的256通道的相控阵超声控制系统。实验结果表明,该系统实现频率1~3 MHz 可调,输出电压峰 峰值±100 V连续可调,相位延时精度为5 ns,可驱动不同阵元数的相控阵探头,从而为超声治疗技术的研究提供多元化激励实施方案。     

聚焦强度可调的高数值孔径的双焦点超透镜

基于超表面对光波的振幅、相位和偏振进行调控来实现聚焦与成像的超透镜受到广泛关注。设计了一种聚焦强度可调的高数值孔径的双焦点超透镜，并进行了理论分析和仿真验证。仿真结果表明，该超透镜能有效地将圆偏振入射光聚焦到半高宽为0.44λ的光斑上，对应的数值孔径高达0.95。此外，通过改变入射光的偏振态，可以灵活地调制两个焦点的相对强度，而不同于以往的双焦点超透镜需要对光强进行重新组合。更重要的是，当圆偏振光入射时，它的聚焦效率可达65%，可适用在0.8~1.2 THz的较宽频率范围和0°~20°的入射角内，同时该工作为多焦点超透镜的设计提供了重要思路，也将在多成像系统、光学层析成像技术等许多领域具有较高的应用价值。     

HIFU场中声压的光纤光栅偏振型测量理论分析

在对高强度聚焦超声（HIFU）场中温度和产压性质分析的基础上，提出了根据光纤的光弹效应，用偏振光进行声压的测量，并从理论上进行了分析，得出了一些有用的公式。     

近红外波段偏振无关型反射超透镜的设计

近些年，超透镜受到了广泛关注。文中提出了一种基于金材料的近红外波段偏振无关型反射超透镜，该超透镜采用MgF₂材料作为电介质层，利用FDTD软件实现仿真设计。仿真结果表明:超透镜在不同偏振光入射的情况下具有相同的聚焦效果，入射波长在700~850 nm 的范围内，具有较好的聚焦效果。入射波长在750 ~800 nm范围内单焦点聚焦效果最好。当入射波长为800 nm，该超透镜可以分别实现单焦点和多焦点聚焦，其单焦点、双焦点和三个焦点的焦距分别为9.6、6.6 和 4.7 μm。可以利用该超透镜的特点实现不同的聚焦要求。     

基于k Wave的HIFU在组织中焦点偏移仿真研究

该文利用k Wave对高强度聚焦(HIFU)超声在多层组织中的焦点偏移现象进行了仿真及理论研究,分析了不同变量在非线性情况下对高强度聚焦超声穿过多层组织达到肝脏组织中形成的焦点位置的影响。研究发现,在换能器参数相同条件下,多层组织的存在将导致焦点明显向换能器方向偏移,其聚焦位置相对于水域中焦点位置相差达到2.6 mm;肌肉厚度的增加将导致焦点向靠近换能器方向移动,脂肪厚度的增加将导致焦点向远离换能器方向移动。对于不同F数(F数表示换能器曲率半径与开口直径之比)的换能器,焦点位置的变化相对较小,这说明本研究的焦点偏移现象及结论对于不同的换能器有普适性,可为高强度聚焦超声精准高效治疗提供参考依据。     

先进米波雷达DBF 模拟接收机设计

现代雷达系统对接收机提出了更高的要求,数字化接收机能满足这些要求并已经成为现代雷达、通信等接收系统的一种主流实现方式。文中研究了数字接收机,重点讨论了模拟接收机与数字模块的匹配、增益的计算和分配。根据设计要求,给出了一种模拟接收机详细设计方案,进行了各部分分析计算和详细设计,按照设计方案进行了工程样机研制,调试完成后给出了测试结果。测试结果表明:模拟接收机指标完全满足设计要求,并应用到了样机系统中,且工作稳定可靠。     

基于FPGA的“数字电路”教学改革探索

传统“数字电路”课程以讲授中小规模电路为主,与产业和技术应用趋势严重脱节。本文以FPGA设计技术和硬件描述语言为基础,按照数字电路到复杂数字系统的顺序,从易到难地重新设计了教学内容,重点培养学生利用FPGA设计数字电路和数字系统的能力。在理论教学改革的同时,配套的实验课程也采用FPGA平台开展教学。课堂实践证明,改革后的新课程“数字电路与FPGA设计”能够满足应用型本科院校的人才培养需要。     

基于机器视觉的啤酒瓶检测系统的设计

针对传统啤酒瓶检测系统速度慢、精度低等问题,该文设计了一种基于机器视觉的啤酒瓶空瓶检测系统。该系统以机器视觉为理论基础,重点介绍了LED照明光源和数字化光源控制器的设计以及图像处理技术中的问题。实验结果表明,该系统具有速度快、连续性好及检测精度高等特点,能够实现对啤酒瓶瓶口、瓶壁和瓶底的缺陷检测。     

Optoelectronic time-of-flight design and the demonstration of anall-optical, stored program, digital computer

The recent demonstration of an all-optical, stored-program, digital computer by our group focused on high-speed optoelectronic design. It was made possible by a new digital design method known as time-of-flight design. A rudimentary, but general-purpose, proof of principle computer was built, which is all-optical in the sense that all signals connecting logic gates and all memory are optical in nature. LiNbO₃ directional couplers, electrooptic switches, are used to perform logic operations. In addition to demonstrating stored program operation in an optoelectronic digital computer, the system demonstrated the feasibility of the new design method, which does nor use any flip-flops or other bistable devices for synchronization or memory. This potentially allows system clock rates of the same order as device bandwidth. This paper describes how the time-of-flight design method was motivated by the special properties of optoelectronic digital design. The basic principles of the method we employed will be discussed along with some of its potential advantages. The experimental work with digital optical circuits leading up to and including the stored program computer experiment will then be discussed. Finally, the future potential of time-of-flight design in high-bandwidth optoelectronic systems will be discussed     

数字多讯道校区教学演播系统设计

阐述了数字多讯道演播室系统的建声和摄像、录音、灯光的综合设计架构和工程设计要点;并且简要介绍建声和摄录编特性,以及灯光效果和数字化传播的全程控制;同时简单描述数字化录音制作的强大功能和丰富多样的技术处理能力,还有高品质的录音质量等优越性。图文并茂地举例介绍了计算机音频工作站,对经常碰到的实际问题提出了方便简洁的处理方法和优异的实际效果。     

基于CPLD/FPGA的数字电路设计方法变革必要性研究

大规模可编程逻辑器件的应用已经为数字系统的设计带来了极大的灵活性。标准化逻辑设计语言的引入,极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念。作为大学的技术基础教学环节,应做出相应的调整。分别通过组合逻辑和时序逻辑设计实例比较了传统设计方法存在的问题和现代逻辑设计方法的优势。通过对比可以看到,现代逻辑设计技术取代传统的数字系统设计方法而成为数字电路设计的主流,是电子技术发展的必然趋势。     

代理签密体制研究综述

代理签密是实际应用中不可缺少的数字签密技术。首先,阐述代理签密的原理和安全特性;然后,根据公钥认证的方法,将代理签密归类为基于PKI的代理签密体制、基于身份的签密体制和无证书代理签密体制,重点论述基于身份的代理签名体制和无证书代理签名体制的研究现状。最后,指出代理签名方案作为一种新的数字签名技术,具有重要的应用前景;将来的研究方向应重点放在如何提高方案的效率,如何设计出更多无证书特殊类型的代理签密方案,以及如何将方案更好地和实际运用相结合等方面。     

全球数字地缘版图初现端倪

在新冠疫情冲击下,世界政治经济格局加速演进,大国竞争聚焦于信息技术的创新发展和数字空间。加强顶层设计、保障关键技术的创新发展是世界主要大国实施国家数字战略的基本目标;推动数据共享和数据跨境流动,在促进数据流动和共享中获得最大的发展红利是各国实现数字发展的最终目标;保障数字空间安全是各国追求数字发展红利的必要条件和重要保障,特别是供应链安全和数据安全。数字技术的发展推动了全球权力的重新分配,在中美科技竞争和中欧寻求合作的大势下,数字空间将逐渐形成中美欧三极鼎立的地缘格局。     

基于剩余定理的数字干涉仪设计与实现

通过介绍一套外场应用条件下基于剩余定理的多基线数字干涉仪系统设计、仿真、实现和实验结论,说明剩余定理应用于干涉仪设计具有较为严密的逻辑性和准确性。将数字接收技术引入干涉仪系统合理可行,并且保证了较高性能,符合电子对抗发展趋势,使系统设计方法更具借鉴意义。该干涉仪采用超宽带数字技术实现,数字中频带宽达到400 MHz,已应用于某单站定位试验系统,效果良好。     

Microprocessors in a digital system design curriculum

For some time now, the notion that "an algorithm is an algorithm" has been emphasized in digital system design. In approaching such design problems, the question of hardware versus software implementation of the algorithm should be left to the last. In fact, such approaches have not been viable until the advent of the microprocessor, and software design has seemingly gone its own way independently of hardware design. But has it really? It is becoming increasingly clear that structured approaches to the design of digital systems, hardware or software, have evolved in both areas and are virtually identical. It is possible to teach a course on digital system design so that a diverse group can understand and learn from each other's background. It is also possible to have a laboratory wherein realistic projects can be undertaken. In this paper, the digital system design sequence and laboratory facilities at Northwestern University will be discussed. Also, desirable design tools will be postulated.