数字全息粒子图像测速技术研究

通过全息照相及再现的理论分析 ,进行了数字全息计算机数值模拟 ,利用快速傅里叶变换技术 (FFT)对拍摄到的干涉条纹进行了图像复频域的信号分析 ,实现了数字全息的复频域滤波技术和全息图的小景深再现技术 ,应用于数字全息粒子图像测速DHPIV(DigitalHolographyParticleImageVelocimetry)技术 .并对立方体对角复杂流动流场进行了试验测量 ,得到了空间中的三维速度向量场分布 ,进而得到了三维流线的空间分布 。

DPIV系统研制及其应用

笔者在北京航空航天大学流体力学研究所多年从事系统的PIV测试技术研究,经过科研攻关成功研制出目前国内第一套完善的实时数字式粒子图像测速(DigitalParticleImageVelocimetry)系统,实现了速度场和涡量场的实时测量,而且已经成功地应用于各项流体力学的实验测量中,其中包括:1.5M超声速喷流实验、三角翼前缘涡破裂复杂流场测量实验、大型工程水洞流场校测、绕摆动圆柱卡门涡测量实验以及锥阀管道模型和漩涡分离器内部流场测量实验等[1～3]。

近距离DPIV粒子成像分析

在PIV(ParticleImageVelocimetry)近距离拍摄中 ,通过对在非傍轴成像条件下薄透镜成像公式的推导 ,求得粒子图像成像点的近似解析解 ,对粒子图像的成像位置在PIV图像计算中的影响作了讨论 ;同时也对已知直径粒子进行了试验拍摄 ,将试验所得的数据与理论推导的结果进行了比较 ,对在近距离拍摄中光圈对粒子成像的影响给出了定量分析 .

超音速喷流DPIV瞬时速度场实验测量

介绍了采用数字式互相关粒子图像测速系统 (DPIV)在测量超音速喷流实验中的应用 ;实验给出了设计马赫数Ma =1 .5的小型拉瓦尔喷管在不同总压和反压比条件下 ,喷流速度场、流线、涡量分布等定量信息 .实验结果显示出流场中激波前后流体速度 ,涡量分布的明显变化 。

DPIV在水洞流场均匀度校测中的应用

用数字式粒子图像测速技术 (DPIV)及特定预偏置技术校测水洞流场 ,并将测量结果与用传统流场校测方法测得的结果相比较 ,发现特定预偏置技术显著提高了流场测量精度 。

基于层析PIV的湍流边界层展向涡研究

层析PIV是一种现代激光测速技术,能实现三分量空间体内三分量（3D3C）速度场的测量。应用层析PIV测量Re_τ=1768的平板湍流边界层,得到150个瞬时速度场,测量体的大小为80mm×16mm×45mm。旋涡强度λ_（ci）准则用来进行涡识别,而旋涡强度在展向的投影λzci被用来识别展向涡。根据λ^z_（ci）的连通域得到展向涡位置后,统计了展向涡沿法向的变化规律,并给出了在流向-法向平面内高低速区域和正负展向涡空间位置的关系。统计结果表明：随着法向高度的增加,展向涡的强度逐渐降低;负展向涡的流向平均速度高于正展向涡,且流向速度与法向速度有很强的依赖性;在小尺度范围内,流向-法向平面内的高低速流动区域与正负展向涡的空间位置密切相关。

高频响流场测试TR-PIV系统技术及其应用

系统地介绍了高频响流场测试TR-PIV技术的基本原理、系统结构及组成,并对其三大关键技术即高速相机、高频响激光器和高速数据存储技术进行了系统的技术分析。结合TR-PIV实验系统要求,对商业高速相机和高频响激光器技术的现状进行了介绍和分析。TR-PIV实验过程中产生的大量数据图像文件对实验系统数据传输带宽的高要求,制约着实验数据采集频率和总实验时间两个参数。建立了基于PCI-E间接存储技术的TR-PIV流场测试系统并利用该系统对低速循环水槽中自由来流方柱绕流场进行了长时间110Hz连续采样,获取了方柱尾迹中旋涡结构的时空演变特征。研究结果对于集成建立高频响TR-PIV测试系统及其应用具有较好的指导价值。

基于深度神经网络的粒子图像测速算法

粒子图像测速(PIV)作为一种流体力学实验技术,能够从流体图像中获取全局、定量的速度场信息。随着人工智能技术的发展,设计用于粒子图像测速的深度学习技术具有广泛的应用前景和研究价值。借鉴在计算机视觉领域用于运动估计的光流神经网络,采用人工合成的粒子图像数据集进行监督学习训练,从而获得适用于流体运动估计的深度神经网络模型,并且能够高效地提供单像素级别分辨率的速度场。文中采用人工合成的湍流流场粒子图像进行初步实验评估,并讨论PIV神经网络的隐藏层输出和内在原理,同时将训练而成的深度神经网络模型与传统的相关分析法、光流法对比;随后进行射流流场测速实验,验证深度神经网络PIV的实用性。实验结果表明,文中提出的基于深度神经网络的粒子图像测速在精度、分辨率、计算效率上具有优势。

基于机器学习方法的三维粒子重构技术

通过三维粒子重构获取粒子场的分布情况是层析粒子图像测速的关键步骤,有限二维投影下的三维粒子重构是一个欠定的反问题,其精确解往往很难得到。一般情况下,可以通过优化方法得到近似解。为了获取质量更高的粒子场并用于层析粒子图像测速,提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的粒子重构方法。所提出的技术可以从基于传统的代数重构技术(Algebraic Reconstruction Technique,ART)的方法所得到的粗略粒子分布中进一步提高粒子重构质量。与现有的基于ART的算法相比,新技术在重构质量方面有了显著的改进,可以有效剔除虚假粒子并更准确地还原粒子形状,并且在粒子浓度较稠密的情况下计算速度至少快了一个数量级。

清肝化瘀颗粒的急性毒性试验研究

目的:经口给予小鼠清肝化瘀颗粒进行急性毒性实验,为清肝化瘀颗粒进一步临床应用的安全性提供实验数据。方法:实验用ICR小鼠80只,体重18～21g,随机分为对照组和清肝化瘀颗粒26.8、35.8、48.3、64.4、85.9、116.3、153.8g生药/kg 7个剂量组,每组各10只。禁食15h后灌胃给药1次,给药体积40ml/kg体重,对照组给予同体积水。给药后观察毒性反应,记录不良反应。14d观察期结束时对存活动物剖检,观察各脏器改变。结果:清肝化瘀颗粒一次性经口给予小鼠后,64.4g生药/kg剂量组有2只、85.9、116.3、153.8g生药/kg剂量组10只均急性死亡。Bliss法计算半数致死量(LD50)为69.94g生药/kg(相当于临床剂量的104倍),最大无致死剂量为48.3g生药/kg,最大无毒反应剂量为26.8g生药/kg。除急性死亡外,不良反应主要为腹泻、静卧、步态不稳、翻正反射消失伴肢体僵直。用药14d后存活小鼠各脏器肉眼观察均未见病变。结论:清肝化瘀颗粒给予小鼠26.8g生药/kg(相当于临床剂量的40倍)时无毒性反应;药量达到临床剂量的104倍,即69.94g生药/kg时,达到小鼠半数致死量。提示清肝化瘀颗粒临床拟用剂量(0.67g生药/kg)安全。

鱼游动涡结构PIV实验研究

鱼类逃逸和巡游已逐渐成为鱼类仿生推进水动力学领域的研究热点,其研究结果为水下航行器推进技术提供了很好的理论基础和指导意义。利用平面PIV技术测量了斑马鱼在水中游动时的尾迹流场,分析了不同游动状态下的鱼尾迹涡结构的变化规律;同时利用Tomo-PIV技术测量了曼龙鱼游尾迹三维流场,获得了涡环链结构。结果表明:不同游动状态下,鱼游尾迹表现出不同的流动结构和尾迹模式,对其进行研究有利于进一步揭示鱼游动的水动力学机理。

基于无散平滑的4D flow MRI流场优化

目的时间解析的三维相位差核磁共振图像速度编码技术(4D flow MRI)在大血管临床诊断方面有重要应用价值。但是其测量的速度场通常包含许多噪音和坏点,需要利用后处理方法来优化并进行血流动力学的分析。方法提出一种带壁面边界条件的无散平滑(DFSwt)方法来处理4D flow MRI的速度场数据,增强具有物理约束的速度场质量。

基于零应力模型的升主动脉瘤有限元应力分析

目的与动脉瘤的几何信息(最大瘤直径和瘤生长速度)相比,进行应力分析能更直接地评估动脉瘤的破裂风险。血管壁的厚度与形状都会影响应力计算;为确保应力计算的合理性,对血管几何模型进行优化,包括还原血管厚度和还原零应力模型,并对比优化前后的应力分布结果。其中,零应力模型反映血管内部没有载荷时的形态。方法针对患有升主动脉瘤的病人,从医学图像中提取其主动脉内膜形态,结合临床测量的血管壁厚度,重构厚度分布不均匀的主动脉血管壁模型。

经导管置入式心室辅助设备的实验研究

目的经导管置入式心室辅助设备(pVAD)能够为心力衰竭患者提供短期的心室辅助治疗。为分析和解决在研发pVAD过程中产生的血液动力学相关问题,采用多种实验方法。并且强调了实验对pVAD研发过程的重要性。方法通过搭建体外测试平台,模拟pVAD的实际工作环境,对pVAD的水动力学性能,溶血,血栓形成和空化现象进行了探究。此外,应用粒子图像测速技术(PIV),获取流场数据,分析血液动力学问题产生的机理。

血泵内溶血和凝血模型的应用研究

目的心室辅助装置是当前治疗心力衰竭的有效手段,血泵是心室辅助装置中最重要的部件之一,主要用于心室和动脉之间血液输送。但是血泵在体内连续性的高速转动可能会导致溶血和凝血等一系列的并发症,影响血泵的正常运行并危害患者生命安全。方法构建可以用于预测血泵内溶血和凝血的数学模型。其中,溶血模型采用基于欧拉法的剪切应力和暴露时间相关的幂律函数模型,用于评估血泵内血红细胞的破坏程度。

一种基于深度学习的心耳血流动力学指标预测方法

目的心耳表面的血流动力学指标,如内皮细胞活化潜能(ECAP)、时均壁面剪切应力(TAWSS)、震荡剪切指数(OSI)及血液相对停滞时间(RRT)等可反映心耳内部的血流动力学信息,并与房颤、血栓等心血管疾病密切相关,对心血管疾病的诊断具有重要意义。传统基于计算流体力学(CFD)仿真获取上述指标的方法,其时间和计算成本花费颇高。

质子泵抑制剂在内镜黏膜下剥离术所致胃出血中应用研究

近年来，内镜黏膜下剥离术（ESD）在癌前病变、早癌等胃黏膜病变中的应用愈发广泛，并以其切除范围较大、病理标本完整、局部复发率低等优势逐渐成为微创手术的标准方法。然而，ESD手术创面大，深度可达黏膜下层甚至固有肌层，导致出血、穿孔等并发症的概率率也相对增加。

系统生物学——中西医结合的桥梁

中医学“整体观念”和“治未病理念”在疾病预防、诊断、治疗及预后康复管理方面均发挥巨大作用。在现代科学技术及西医学飞速发展的今天,中医药现代化也受到了越来越多的关注,如何将中西医的特点和优势有机结合并更好地服务人类健康事业面临着挑战。

细胞自噬与肝细胞癌病理机制和药物研究现状

细胞自噬在肝细胞癌的发生发展的不同阶段可起到促进及抑制的双刃剑作用,多条信号通路参与其中。目前以调节自噬活性为基础的抗肿瘤化学药物及中药单体已处于开发研究和临床应用阶段,可协同增加药物的抗肿瘤效果,减少化疗药物的耐药性。本文对细胞自噬相关调节机制、自噬与肝细胞癌的关系及其在肝细胞癌治疗中应用的最新进展做一综述。