一种基于梯度信息的直接子野优化算法

针对传统直接子野优化算法(DAO)收敛速度慢、易停滞、全局搜索能力低的缺点,本文提出一种基于梯度信息的直接子野优化方法(GDAO)。在GDAO中分别采用不同的优化方法对子野形状和子野权重进行迭代优化。首先为提高子野形状优化时每次搜索的有效性,对传统模拟退火算法(SA)进行了改进,将梯度信息融合在SA算法中。采用基于梯度的SA法确定子野形状,并在优化同时充分考虑多叶准直器(MLC)叶片间的约束条件,保证优化后的子野形状满足临床放射治疗的要求。之后再利用计算量少、迭代代价低、收敛快且稳定的梯度类具有求解大规模约束优化问题能力的带约束最小存储拟牛顿算法(L-BFGS-B)优化子野权重。实验结果表明,与传统SA算法相比,新算法计算时间减少了15.90%,同时得到的治疗方案靶区最低剂量提高了0.29%,最高剂量降低了0.45%;危及器官膀胱最高剂量降低了0.25%;危及器官直肠最高剂量降低了0.09%,说明在调强放射治疗(IMRT)中采用GDAO方法直接优化子野,可在短时间内得到满足临床要求并可直接实施照射的治疗方案,具有较好的临床实用价值。     

静息态脑功能网络分析的假设驱动和数据驱动方法综述

基于功能磁共振成像的研究已发现在脑区之间存在低频波动一致的脑功能网络.脑功能网络有助于认识脑功能和诊断神经精神疾病,而脑功能网络分析方法在其中具有重要地位.本文首先综述了假设驱动和数据驱动进行脑功能网络分析的两类方法,接着对常用的基于感兴趣区、基于体素、基于独立成分分析、基于主成分分析和基于聚类方法的原理、优缺点做了详细介绍,并着重阐述了最近提出的组信息指导的独立成分分析方法,及基于半监督学习技术的感兴趣区选择方法,最后对改进方向进行了展望.     

基于独立成分分析的精神分裂症患者动态脑功能网络分析新方法

目的 提出一种新的基于独立成分分析法进行动态脑功能网络分析的方法,并应用该方法探讨精神分裂症患者在动态全脑功能网络上的变异。方法 首先基于滑动时间窗方法计算正常被试和精神分裂症患者的动态全脑功能网络,然后使用组信息指导独立成分分析方法,提取每个被试的动态全脑功能网络的功能连接状态及相应的时间波动,比较正常被试和精神分裂症患者在功能连接状态上的差异。结果 两组的最重要功能连接状态的模式有相似性。正常被试在额叶、顶叶相关区域较精神分裂症患者具有更强的正功能连接;在小脑相关区域精神分裂症患者呈现出更多的正功能连接,而正常被试呈现出更多的负功能连接。结论 组信息指导独立成分分析方法可有效提取动态脑功能网络的功能连接状态,可揭示精神分裂症患者在动态脑功能网络的变异。     

基于含噪声密度聚类算法的质子辐射诱导的DNA集簇性损伤研究

以原子级几何模型模拟脱氧核糖核酸(DNA)分子损伤的遍历算法目前存在着计算时间长、收敛速度慢、计算设备要求高等缺点,因此本文提出一种基于能量沉积点和羟自由基(·OH)位置信息的含噪声密度聚类(DBSCAN)算法,该算法结合概率统计方法,能快速地得到DNA链断裂产额,帮助进一步研究DNA集簇性损伤的变化规律。首先,课题组依托放射生物学蒙特卡罗模拟软件Geant4-DNA,模拟质子和次级粒子在细胞核中的输运以及它们对水分子电离激发的过程,获得粒子能量沉积点和羟自由基的位置信息。然后在简化的细胞核几何模型中,利用损伤发生概率函数计算得到DNA损伤点的空间分布数据集,确定损伤点密度,由DSBCAN算法计算DNA单链断裂(SSB)和双链断裂(DSB)产额。最后分析DNA链断裂产额随传能线密度(LET)值变化的趋势,总结出不同损伤簇的变化规律。实验结果表明,与遍历算法相比,本文新算法模拟速度快且模拟精度高,模拟结果同其他实验和模拟方法相比较,具备良好的一致性。实现了在分子水平上快速获得质子辐射致DNA集簇性损伤更为精细的信息,为辐射生物损伤机制的研究提供了一种重要和有力的研究手段。     

基于模糊最大熵的医学X增强方射线图像边缘法研究

目的：由于医学X射线图像在数字化成像过程中容易受到成像设备中射线散射、电器噪声以及人体组织结构的复杂性等因素的影响,导致数字医学x射线图像的质量不高。因此,针对数字医学X射线图像对比度较差,目标细节信息不明显的特点,研究了一种基于模糊最大熵的图像边缘增强算法。方法：首先将医学X射线图像从灰阶域变换到模糊域。然后通过最大熵准则确定模糊阈值将医学X射线图像分为目标和背景两部分．并分别对其进行图像增强处理．最后再映射回到灰阶域。结果：本文以主动脉造影X射线图像为例,对其分别进行经典模糊边缘增强、反锐化边缘增强和模糊最大熵边缘增强处理,并对处理后图像的相关参数进行定量分析。结论：结果表明基于模糊最大熵算法处理后的图像质量高．边缘细节信息明显增强,且该算法相比其它两种算法具有更好的抗噪性。     

人体心电心音信号定征分析系统设计

目的：设计人体动态心电心音信号定征分析系统。方法：设计了一套以内置A／D的单片机为控制核心,结合信号调理电路和USB通信接口传输的同步采集系统及VC＋＋6．0开发的心电心音定征分析系统,整个系统包括模拟电路、数字电路和PC客户定征分析软件等3个部分。结果：采用双通道、双采样率采集方法实现了动态心音和心电信号的同步采集、实时存储,并可从复杂的带噪原始信号中精确检测提取出心电信号的QRS波、P波、ST段等以及心音信号的各成分。结论：整个系统操作简便、测量准确、功耗低、体积小、数据分析处理功能强大,可在家庭和医院使用。     

正电子发射断层图像重建中基于有序子集惩罚最小二乘算法的应用

为了解决正电子断层成像中传统迭代重建算法不能有效抑制噪声和收敛速度慢的问题,在最小二乘算法中引入二次平滑先验惩罚项,并结合有序子集加速方法用于正电子发射断层图像重建,形成了有序子集惩罚最小二乘算法.实验结果表明,有序子集惩罚最小二乘算法相对于最大似然估计等算法,不仅能够有效地抑制噪声,重建出质量更好的图像,而且较大地提高了收敛速度.     

一种基于笔形束核的快速剂量计算方法

针对传统笔形束核剂量算法计算过程复杂、速度较慢的问题,提出一种基于笔形束核的快速剂量计算方法。该方法在球壳坐标系下,利用射束与不同球壳层碰撞后轴线与体素相交情况的相似性,通过对每条射束只计算初始球壳层碰撞点处轴线与体素的相交情况,并将初始球壳层深度与其它球壳层深度的比值作为校正因子得到其他层碰撞点处轴线与体素的相交情况。避免射线追踪法的重复使用,在不影响算法精度的情况下节省大量时间。实验结果表明:在不同射野大小［（3×3）、（5×5）、（10×10） cm2］的水模体中计算深度剂量分布,两种算法的计算精度基本一致,改进算法的计算速度提升约2.7倍。同时当射野面积为（10×10） cm2时,在肺阻块模体和骨阻块模体不同深度的剖面剂量计算中,改进算法与传统算法的计算精度也基本一致,但计算速度提升约2.6倍。     

基于近红外漫射光技术的脑血流断层成像研究

目的 脑部微血管血流动力学参数对于很多疾病的诊断和评估具有重要意义,为实现人体脑部微血管血流无创、低成本的空间影像重建,研发近红外漫射光相关断层成像（Near-Infrared Diffuse Light Correlation Tomography,DCT）技术,用于组织血流的三维成像。方法 采用Bregman-TV算法求解DCT中待重构的病态方程组,选取10名健康受试者进行头上位倾斜（Head-Up-Tilting,HUT）脑部血流成像实验,诱发受试者脑部血流发生变化,分析受试者在平躺以及倾斜至70°两种状态下的脑血流变化。结果 HUT实验结果表明,受试者在平躺时脑部血流较大,当倾斜床向上倾斜至70°状态时,受试者血流影像显示其脑部血流降低,实验结果与理论相符。结论 本研究中的DCT系统可以将患者的脑部血流状况直观、快速地呈现给医生,具有较高的临床应用价值。     

基于数学形态学人脑MR图像感兴趣区域的提取**★◆

背景：在人脑MRI图像中感兴趣区域提取中，应用数学形态学方法取得了较好的效果，但是在抗噪性能和结构元素选取时存在一些不足之处，使得提取效果有缺陷。 目的：在数学形态学的基础上，采用一系列改进的数学形态学方法，以期清晰完整地提取人脑MR图像中的感兴趣区域如脑脊液部位，为医学诊断提供准确信息。 方法：首先采用复合形态学滤波去除脉冲和高斯噪声，用高低帽变换进行图像增强，然后用形态分水岭阈值分割提取脑部各成分，对分割出的脑脊液图像进行形态开闭滤波、边缘跟踪和灰度填充后，运用抗噪型边缘检测算子检测出清晰完整的脑脊液区域边缘，最后在原图像中用彩色标定，突出感兴趣区域。 结果与结论：综合应用多种数学形态学算法，清晰完整地提取了人脑MRI图像中的感兴趣区域——脑脊液部位。经验证，该方法具有简单、快速、精度高、适用性强等特点。 关键词：图像分割；边缘检测；人脑图像；数学形态学；感兴趣区域；提取