基于神经网络的超声背散射零差K成像脂肪肝评价方法研究

目的 :针对传统超声背散射零差K模型参数估计方法存在复杂度较高的问题,提出一种基于神经网络的超声背散射零差K模型参数估计方法,并在此基础上提出一种基于神经网络的超声背散射零差K成像脂肪肝评价方法。方法:首先,利用蒙特卡罗仿真得到模拟的超声背散射包络信号样本,然后提取特征参数并输入到训练好的神经网络模型中,即可得到零差K模型参数的估计结果。其次,利用滑动窗口法估计窗口内局部背散射包络信号的零差K模型参数值,对零差K模型参数估计值矩阵进行扫描变换、颜色映射和感兴趣区域设置,将感兴趣区域内的参数图像叠加显示到B超图像中,实现超声背散射零差K成像。最后,通过计算机仿真实验验证基于神经网络的超声背散射零差K模型参数估计方法的估算精度,通过临床实验验证基于神经网络的超声背散射零差K成像评价脂肪肝的性能。结果:计算机仿真实验结果表明,基于神经网络的超声背散射零差K模型参数估计方法估计零差K模型lg α参数、k参数的相对均方根误差分别为0.505和0.408,相比传统估计方法整体上提高了估算精度。临床实验结果表明,基于神经网络的超声背散射零差K模型参数αNN、kNN诊断脂肪肝≥S1、≥S2、≥S3的AUC值分别为0.77、0.84、0.87和0.77、0.84、0.84,相比基于传统超声背散射零差K成像提高了脂肪肝评估性能。结论:提出的基于神经网络的超声背散射零差K成像脂肪肝评价方法能够较好地评估脂肪肝,可为定量超声评价脂肪肝提供一种新手段。

超声背散射信息熵成像评价脂肪肝的新方法

提出超声背散射Tsallis信息熵成像评价脂肪肝的新方法。利用滑动窗口法,估算窗口内局部背散射包络信号的Tsallis信息熵参数值,对信息熵参数值矩阵进行扫描变换、颜色映射及感兴趣区域设置,叠加到超声B模式图像,实现Tsallis信息熵成像。分析72名肝脏捐献者和204名患者的超声背散射信号,参考标准分别为磁共振波谱测得的肝脏脂肪分数(Hepatic Fat Fraction,HFF)和肝活检组织学检查测得的脂肪肝程度。对于72名肝脏捐献者,Tsallis信息熵与lg(HFF)的相关系数r=0.67(P<0.0001)。对于204名患者,受试者工作特征曲线下面积分别为0.82、0.88、0.89(≥轻度、≥中度、≥重度),而超声背散射零差K成像分别为0.76、0.82、0.82。超声背散射Tsallis信息熵成像可以直观定征并定量评价脂肪肝的严重程度,其诊断性能优于超声背散射零差K成像,可作为一种超声评价脂肪肝的新方法。

超声背散射信号多分支残差网络评估脂肪肝

目的基于超声背散射信号的深度学习技术是超声组织定征中的一种新兴趋势,提出一种基于背散射信号卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的深度学习模型多分支残差网络(Multi-Branch Residual Network,MBRNet),并分析其对脂肪肝的评估效能。方法MBR-Net由3个分支组成,各分支使用不同卷积块,以增强局部特征获取能力,结合带有跳跃连接的残差机制,引导网络有效地捕获特征。实验采用204例临床脂肪肝(S0无脂肪肝80例、S1轻度脂肪肝70例、S2中度脂肪肝36例、S3重度脂肪肝18例)背散射信号。采用背散射信号重构B超图像,手工选定肝实质区域,对其中的每条射频信号,使用长度为768个采样点的门在其上滑动,步长为20个采样点,得到n条门控信号。然后从n条门控信号中随机选取256条。结果共获得261120条信号样本(S0:102400;S1:89600;S2:46080;S3:23040)。MBR-Net与Nguyen网络、Han网络在脂肪肝评估中的性能比较,MBR-Net诊断脂肪肝程度≥S1、≥S2、≥S3均具有更高的准确度、灵敏度和特异性,且MBR-Net的AUC也最高;MBR-Net(三分支网络)的脂肪肝分类效果优于双分支网络和四分支网络。结论相较于传统的单分支、无残差机制的CNN方法,本研究提出的MBR-Net整体上提高了分类精度,在评估肝脏脂肪变性程度的分类任务中取得了良好的性能,MBR-Net可作为超声背散射信号深度学习评估脂肪肝的新方法。

超声背散射统计参数成像评价儿童脂肪肝的新方法

目的超声零差K分布是最具物理意义的背散射包络统计模型,探讨超声零差K成像评价儿童脂肪肝的可行性。方法改进基于神经网络的零差K分布参数估算方法,采用特征值的理论值训练估算模型,将并行计算引入背散射统计参数成像。利用中心频率3.5 MHz的探头采集儿童的背散射信号,将改进后的背散射统计参数成像应用于儿童脂肪肝的评价,分析Nakagami成像m参数、零差K成像k参数和log10(α)参数诊断儿童脂肪肝的性能,包括3种二分类(G0 vs.G1~G3、G0~G1vs.G2~G3、G0~G2vs.G3)。结果共得到393例儿童脂肪肝超声背散射信号,其中正常G0共165例,轻度G1共33例,中度G2共78例,重度G3共117例。并行计算法的超声Nakagami成像和超声零差K成像的平均运行时间均比滑动窗口法明显缩短,并行计算法的运算速度约是滑动窗口法的3倍。log10(α)参数在3种二分类中,均获得了最高的曲线下面积、特异性和准确度。结论本研究设计基于并行计算的超声背散射统计参数成像方法,可提高成像速度,超声背散射统计参数成像能用于儿童脂肪肝的定量评价,特别是早期检测,研究结果可为儿童脂肪肝的定量超声评价提供新思路和新方法。

乳腺微钙化超声检测方法综述

乳腺微钙化是早期乳腺癌的重要影像学特征之一,是实现乳腺癌早期诊断的关键.超声成像具有无辐射、实时性好、费用低等优势,被广泛应用于乳腺疾病的检测,但受空间分辨率和散斑噪声等因素影响,传统B超很难检出乳腺微钙化.在总结乳腺微钙化特性和传统超声成像局限性的基础上,综述了近年来国内外乳腺微钙化超声检测方法的研究进展,主要包括高频超声检测、B超图像后处理、超声弹性成像、时间反转多信号分类法、高频空间信息、二阶超声场成像、光声成像等,介绍了各检测方法的相关原理,同时对各种方法的特点和局限性进行了详细论述与分析.最后,对乳腺微钙化超声检测方法进行总结,并对近期发展趋势进行了展望.本文综述的检测方法均在一定程度上提高了传统B超成像检测微钙化的性能,但相对于乳腺X线摄影仍存在差距.乳腺微钙化超声检测技术的未来发展趋势包括检测技术的融合、检测方法的比较与评价、病变类型的诊断分类.

基于超声组织定征技术的脂肪肝无创检测

早期检测脂肪肝对于及时治疗和预防肝硬化具有重要意义。本文对基于超声组织定征技术的脂肪肝无创检测方法进行综述,主要包括超声弹性成像技术和定量超声技术(超声衰减系数、包络统计、背向散射系数、谱参数、散射子特性)。系统阐述了各方法评估脂肪肝的原理和研究现状。主要结论包括:①超声弹性成像评估脂肪肝的临床价值存在争议,需进一步研究明确;②定量超声检测不同程度脂肪肝的性能有待明确和提高。提出以下未来发展方向:①各种超声组织定征技术检测不同程度脂肪肝的性能对比研究,以明确各种超声组织定征技术检测不同程度脂肪肝的性能和特点;②融合多种超声组织定征技术的脂肪肝检测方法研究,以提高不同程度脂肪肝检测的性能;③探索能有效评估不同程度脂肪肝的超声组织定征新技术。

新能源材料及其在电池中的应用

新能源的开发与研究是降低碳排放、优化自然环境、实现可持续发展的重要保障,而新能源材料的研究则是新能源研究的基础环节,是新能源技术发展的前提。本文主要介绍了电池应用领域新能源材料的研究进度与取得的成就,并分析了各种材料的优劣,希望对新能源材料的研究工作能够有所帮助。

超声温度影像与弹性成像监控组织射频消融

目的通过射频消融离体猪肝实验探讨超声温度成像和弹性成像方法在不同功率射频消融监控下的适用性。方法实验中选用7块猪肝(长×宽×高=5.0 cm×4.0 cm×2.5 cm)作为消融样本,分别在10及50 w功率下进行射频消融,观测其回波时移图像和超声弹性成像,以此来评估两种超声成像方法在不同功率的射频消融实验下的可靠性。结果基于回波时移的温度成像方法在低功率消融下,可准确显示消融区域(r=0.95),当温度升到50℃以上,消融区域与实际不再吻合;而弹性成像在高功率下可以准确反映射频消融的情况,在低功率消融下,由于温度上升范围有限,组织未完全坏死,弹性成像效果不明显。结论超声温度成像方法存在只限于低功率下的射频消融的局限性,结合弹性成像方法,可弥补超声温度成像方法的不足,实现不同功率射频消融下的消融区域的正确检测。

超声散射子特性成像评估乳腺肿瘤良恶性研究

目的:提出一种基于超声散射子特性成像评估乳腺肿瘤良恶性的新方法,并验证其分类效果。方法:选取78位女性乳腺肿瘤患者的超声射频数据分别进行H-Scan超声成像,其中,良性病灶48例、恶性病灶52例。H-Scan超声成像利用高斯加权Hermite多项式(GHn)进行匹配滤波。利用GH2和GH8滤波核对超声射频数据进行并行卷积滤波,将GH2滤波成像结果和GH8滤波成像结果分别分配给红色通道R和蓝色通道B,原始射频数据成像结果分配给绿色通道G,根据R、G、B通道,实现H-Scan超声成像。采用SPSS 19.0软件进行数据统计分析。结果:良性乳腺肿瘤病灶区域显示出更多的红色分量,而恶性乳腺肿瘤病灶区域与良性乳腺肿瘤病灶区域相比,蓝色分量更为显著。良恶性乳腺肿瘤R、G、B通道统计分析发现,每个H-Scan成像结果所有像素相对应的R、B通道差值求均值的统计结果(t=3.275,P<0.05)、R通道和B通道的均值之差与G通道的比值统计结果(t=3.275,P<0.05)以及R通道平均值与B通道平均值之间的比值统计结果(t=3.275,P<0.05)均具有显著性差异。采用ROC曲线分别对R、G、B通道的均值进行统计分析发现,R、G、B通道曲线下面积分别为0.838、0.811、0.765,P值均小于0.001。结论:H-Scan超声成像能够有效区分良恶性乳腺肿瘤病灶,其中,良性乳腺肿瘤病灶区域多为直径较大的散射子,而恶性乳腺肿瘤病灶多为直径较小的散射子。

超声零差K分布模型仿真研究

目的零差K分布模型是最具有物理意义的超声背向散射信号包络统计分布模型,主要参数包括k(相干散射与弥漫散射的比值)和μ(有效散射子个数),但目前尚缺乏k、μ参数估计算法的系统对比研究,本文系统阐述零差K模型及其参数估算方法,并通过计算机仿真对比研究各类估算算法的性能。方法利用蒙特卡洛仿真产生独立同分布的超声背向散射信号包络样本,利用零差K模型参数估算算法对k和μ参数进行估计,包括偶数阶矩法(Dutt-Greenleaf法和Prager-Berman法)、小数阶矩法、RSK法和XU统计法;最后,进行10组仿真实验,每组进行1 000次仿真,对比分析各类估计算法的性能,包括排除次数、估算误差和运行时间等参数。结果 Dutt-Greenleaf法、Prager-Berman法、小数阶矩法、RSK法和XU统计法的平均排除次数分别为474、915、672、0、0;参数k平均估算误差分别为31. 2%、55. 8%、122. 2%、12. 8%、20. 6%;参数μ平均估算误差分别为23. 2%、41. 9%、16. 3%、6. 8%、3. 0%;平均运行时间分别为0. 72 s、0. 85 s、1. 38 s、298. 34 s、109. 53 s。结论在零差K分布模型参数估计方法中,(1) Dutt-Greenleaf法、Prager-Berman法和小数阶矩法的排除次数较高,RSK法和XU统计法基本无排除;(2) RSK法的k平均估算误差最小,XU统计法的μ平均估算误差最小;(3) Dutt-Greenleaf法、Prager-Berman法、小数阶矩法的平均运行时间远少于RSK法和XU统计法。

基于经验模态分解的超声零差K成像评估肝纤维化研究

目的为提高超声零差K成像评估肝纤维化的性能,提出基于经验模态分解的超声背散射零差K成像评估肝纤维化方法,利用经验模态分解技术,消除肝实质等噪声信号对肝纤维化信号的影响。方法首先,将采集到的43例临床肝纤维化的超声背散射信号(F0=14,F1=10,F2=6,F3=2,F4=11)进行经验模态分解,然后分别将分解后的第一本征模态函数和第二本征模态函数经包络检测、滑动窗口、零差K模型参数估算等处理,计算得到感兴趣区域内的零差K模型参数k和α矩阵,通过扫描变换得到零差K参数图像,最后采用参数k和α对肝纤维化进行评估。结果采用经验模态分解技术提高了超声零差K成像诊断肝纤维化的性能。参数k在诊断肝纤维化≥F1即有无肝纤维化时提高较为明显,平均受试者工作特征曲线下面积提高至0.68,参数α在诊断肝纤维化程度≥F1时,平均受试者工作特征曲线下面积提高至0.82。结论经验模态分解技术有效减少了肝实质等非目标背散射信号对肝纤维信号的影响,提高了超声零差K成像检测肝纤维化的性能,并且在判别有无肝纤维化时性能最佳;在肝纤维化评估效果方面,参数α优于参数k。

不同维生素B12衍生物对DSS致小鼠结肠炎调控作用的研究

背景溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)属于炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)的一种,是一种免疫系统攻击自身消化系统的临床常见疾病, UC患者通常需要外源补充维生素B12(vitamin b12, VitB12)以改善其部分并发症.现在市场上存在许多类型的VitB12衍生物.但这些衍生物对于UC的不同作用仍有待进一步研究.目的探究维生素B12衍生物对硫酸化右旋糖苷钠(dextransulfate sodium, DSS)致小鼠结肠炎的调控机制.方法将C57BL/6J小鼠随机分成四组:对照(control, CON)组、DSS组、DSS+氰钴胺(cyanocobalamin, CNCBL)组和DSS+甲钴胺(methylcobalamin, MECBL)组,各8只,通过DSS喂饲致小鼠UC及VitB12衍生物添加给药,对各组小鼠疾病活动指数(disease activity index,DAI)、结肠长度、质量及组织病理学结果进行统计学评价和分析.结果与CON组相比, DSS组小鼠DAI评分、结肠质量减少程度和组织破坏程度和炎症介质转录水平明显上升,差异有统计学意义(P <0.05);CNCBL喂饲可加重小鼠UC症状,差异有统计学意义(P <0.05);而MECBL喂饲则可改善小鼠结肠质量,减少组织破坏,炎症介质生成也有明显改善,差异有统计学意义(P <0.05).结论MECBL能改善小鼠UC的症状,对肠黏膜具有保护作用,而CNCBL则对小鼠UC有加重损害的作用.

Negative tunnel magnetoresistance in a quantum dot induced by interplay of a Majorana fermion and thermal-driven ferromagnetic leads

We investigate the spin-related currents and tunnel magnetoresistance through a quantum dot,which is side-coupled with a Majorana fermion zero mode and two thermal-driven ferromagnetic electrodes.It is found that the interplay of Majorana fermion and electrodes'spin polarization can induce a nonlinear thermal-bias spin current.This interplay also decreases the total magnitude of spin or charge current,in either parallel or antiparallel configuration.In addition,a thermal-driven negative tunnel magnetoresistance is found,which is an unique feature to characterize Majorana fermion.With large temperature difference,a step phenomenon is observed in gate tuned spin-up current.When the coupling between quantum dot and topological superconductor is strong enough,this step will evolve into a linear relation,revealing Majorana fermion's robustness.

肿瘤热疗超声无创监测技术研究进展

肿瘤热疗是用加热方式杀死癌细胞,已成为肿瘤治疗的一种重要手段。肿瘤热疗分为传统热疗（41-45Ⅱ）和热消融治疗（〉60Ⅱ）。在肿瘤热疗中,对治疗区组织温度及热凝固区进行无创测控是保证热疗安全和提高疗效的关键,本文综述肿瘤热疗超声无创测温及热凝固区检测技术的研究进展。超声无创测温主要基于声速和热膨胀、超声衰减系数、背向散射能量、B超图像纹理等参数的温度相关性。热凝固区超声检测主要基于超声组织定征技术,包括Nakagami统计模型、超声衰减、超声背向散射积分、超声弹性成像、组织散射子平均间距、次谐波低频声发射等。提出了肿瘤热疗超声无创监测技术的未来发展方向,包括监测精度验证方法的研究、针对组织个体差异自适应调整参数的研究、减少组织运动干扰的方法研究、多维多参数监测方法研究、实时计算技术的研究及肿瘤热疗实验数据共享中心的建立。

ADAM10/17活性调控在Aβ致神经小胶质细胞激活中的作用

阿尔茨海默病(AD)是一种神经退行性疾病,严重影响老年患者的生活质量。AD最主要的致病机制是淀粉样β蛋白(Aβ)对神经细胞的损伤。Aβ前体淀粉样前体蛋白(APP)由β和γ剪切酶剪切而来,另外α剪切酶也可剪切APP,从而减少Aβ的产量。因此上调α剪切酶ADAM10/17的活性有可能成为AD的治疗策略之一。该研究实验数据证实,ADAM10/17不仅参与APP的剪切,还参与神经胶质细胞的激活和神经炎症反应;ADAM10/17可能参与胶质细胞炎症因子翻译后的修饰和剪切。该研究的结果为APPα剪切酶激活剂的研究提供了研究基础,在APPα剪切酶激活剂的研发过程中,不应只局限于神经细胞的作用,还必须考虑神经胶质细胞神经炎症的参与,以有效规避药物的不良反应。