深穿透跨尺度辐射场分析软件NECP-MCX研发及应用

西安交通大学核工程计算物理实验室自主研发了深穿透跨尺度辐射场分析软件NECP-MCX。针对大空间伽马射线辐射输运模拟、聚变堆停堆剂量模拟和点源屏蔽问题等新应用场景下的新问题与新挑战,在NECP-MCX中研发了对应的新方法与新功能。针对km尺度的伽马射线辐射输运问题,提出一致性共轭驱动重要性抽样(CADIS)-下次事件估计器(NEE)耦合方法,该方法能够精确高效地获得km尺度距离处的光子通量密度,计算效率比传统的NEE高6.8倍;针对聚变堆停堆剂量问题,采用粒子输运-燃耗-活化-源项耦合分析方法,获得PF线圈、TF线圈、真空室和偏滤器处停堆剂量随停堆时间的变化;对于点源屏蔽问题,提出首次碰撞源(FCS)-CADIS方法,解决CADIS方法对点源进行源偏倚的局限性,FCS-CADIS方法的计算效率比CADIS方法高2倍。

宫腔粘连的影响因素及术后患者心理状况的分析

目的探索宫腔粘连(IUA)的影响因素并分析IUA患者术后的心理状况。方法回顾性分析2020年1月1日至2021年8月31日在川北医学院附属医院行宫腔镜下宫腔粘连分离术(TCRA)的220例IUA患者的临床资料,并于术后2年通过电话或门诊随访患者的人口统计学特征、月经改善情况,并采用汉密尔顿焦虑量表(HAMA)及抑郁量表(HAMD)评估患者的心理状况。根据患者的术前宫腔粘连程度分组(轻度92例、中度76例、重度52例),统计分析各组间的差异。结果轻、中、重度粘连组中夫妻关系好者占比分别为79.35%、55.26%、42.31%,组间差异有统计学意义(P<0.05);重度粘连组宫腔操作次数显著高于轻度、中度粘连组(P<0.05),而轻度、中度粘连组间的差异无统计学意义(P>0.05)。术后2年,轻、中、重度粘连组月经改善总有效率分别为90.22%、78.95%、63.46%,组间差异有统计学意义(P<0.05),轻度粘连组改善最明显。术后2年,轻、中、重度粘连组HAMA评分分别为(6.29±4.42)分、(7.83±5.31)分、(8.54±5.14)分,HAMD评分分别为(6.10±4.51)分、(8.00±5.55)分、(8.77±5.72)分,其中轻度粘连组HAMA、HAMD评分均显著低于中度、重度粘连组(P<0.05),而中度与重度粘连组间HAMA、HAMD评分比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论夫妻关系及宫腔操作次数是IUA的重要影响因素,夫妻关系越好者宫腔粘连程度越轻,宫腔内操作频次越高者重度粘连发生率越高;术前粘连程度影响术后患者月经改善情况及心理状况,术前粘连程度轻者术后月经改善程度更好、焦虑/抑郁状况更轻。

基于数学形态学和区域合并的医学CT图像分割

针对传统分水岭算法分割腹部CT图像存在的过分割情况,提出了一种基于形态学优化和区域合并的分水岭分割算法。该方法先利用多尺度数学形态学方法检测出梯度图像,并用形态学重构去除细密纹理和噪声引起的局部极值,然后进行分水岭变换。为了产生有意义的分割,采用简单的区域灰度均值对变换后的图像进行有效的合并。实验结果表明,该方法能有效解决分水岭算法的过分割问题,得到较好的分割效果。

基于Web的数字图像处理虚拟实验室的实现

提出了基于Matlab Web Server数字图像处理课程网络虚拟实验室的构思。采用B/S模式,利用ASP.NET和数据库技术,结合Matlab Web Server组件实现虚拟实验室系统,实现了包括图像的增强、频域处理、几何变换、数学形态学和分割等数字图像处理的主要教学内容,提供一个良好的调整算法参数和综合性算法组合的交互式GUI学习平台,学生可以在实验中快速熟悉图像处理的基本算法并进行综合性实验的设计。

CT系列图像的三维层次化子块生长分割

准确地从CT系列图像提取感兴趣的组织是手术规划的基础,针对肝脏轮廓分割存在分割不全的问题,提出了基于三维区域生长算法的腹部CT图像分割方法。算法首先由用户选择若干个生长点,然后充分利用CT系列图像层间的相似性,提出基于子块的改进区域生长算法,实现三维的层次化子块区域生长,以更准确提取肝脏区域,其中生长准则由系统分析用户选择的生长点的邻域子块属性获得,以减少用户的干预。实验结果表明,算法能在较少的干预下快速分割出来CT系列图像中的肝脏轮廓。

基于线性八叉树的快速直接体绘制算法

提出了基于线性八叉树的加速体绘制算法。利用线性八叉树对物体进行空间剖分,光线投射法跨越体数据集中的空体素,以提高绘制的速度。针对光线穿越体数据时的特殊情况,改进线性八叉树邻域查找的方法,特别是不同尺寸的邻域查找方法,克服了层次八叉树邻域查找的低效率,同时提出了光线离开平面的简洁判定方法,方便光线下一个采样点的计算。实验结果表明,该算法能够有效地提高绘制的速度。

基于自适应标记分水岭算法的肝脏CT图像自动分割

目的为减少人工交互提出了基于自适应标记分水岭的CT系列图像肝脏区域自动分割算法。方法首先对图像进行形态学重构运算以平滑图像,然后计算多尺度形态学梯度,同时提出利用梯度图像非零的局部极小值点的均值进行自适应标记提取,以避免分水岭的过分割和欠分割,再结合肝脏为最大的实质性脏器和相邻图像的相似性实现CT系列图像的肝区自动分割。结果该算法能自动、快速地提取CT系列图像中的肝脏区域。结论分水岭算法能准确定位区域的边缘,通过选择合适的阈值对梯度图像进行标记以抑制分水岭的过分割,实现医学图像中感兴趣区域的自动分割。

肝脏及内部管道的可视化和三维交互式测量

对肝脏和内部血管进行三维重建和三维空间距离的测量对于肝胆外科有重要的意义。在对VTK消息传递和处理进行分析的基础上,基于当前的二维设备,设计了一个可视化和三维交互式控制的距离测量系统,能够直观地观察体数据的各个截面,同时实现对肝脏及内部管道之间三维空间距离的测量,克服了当前系统中只能够在某个固定的平面上测量的缺点,有效地提高了测量的精确度,在辅助临床诊断、手术规划和医学研究等领域中有较好的应用前景。

肝脏的三维可视化及切除术模拟研究

从CT断层数据提取出肝体、动脉、静脉、门静脉和肿瘤,采用轮廓拼接技术重建出肝脏和内部管道,然后利用交互式切割工具对其进行模拟手术切割,开发出一个基于PC的肝脏可视化与模拟切割系统。系统以V isual C++为开发工具,结合可视化类库VTK,用户可通过图形界面调节不透明值并观察肝脏及其内部管道的空间结构,同时实现交互式调节切割平面以模拟肝脏肿瘤切除术。切割面的动态调节与模拟肝切除术的效果图表明针对具体病人的CT数据进行重建可以直观地展示其三维结构,通过切割的模拟有利于术前规划和选择恰当的手术方位以减少对肝实质和血管的伤害。

直接体绘制加速算法综述

针对当前体绘制存在的软件加速算法,将其分为空间剖分技术、光线相关、物空间相关和基于图像绘制技术等四类,分别介绍其算法基本内容。最后利用MIN-MAX八叉树加速算法设计一个直接体绘制系统。

读者行为分析及图书馆移动服务平台构建

移动图书馆能够提供个性化和便捷的移动信息服务,具有广阔的发展前景。在对读者借阅记录进行关联规则分析的基础上,研发了图书馆移动服务平台。该平台采用C/S结构,基于MVC开发模式,采用Java语言完成系统开发,使用Android布局技术完成UI设计,读者可基于智能手机实时进行图书查询、续借、借阅证挂失和个性化图书推荐等,实现读者基于Android智能手机获取图书馆服务的功能。

基于梯度向量的交互式CT图像分割

首先采用旋转模板对图像进行平滑去噪处理,同时得到各像素点的梯度值方向,然后根据梯度值方向采用ArcWeights方法计算各点的梯度值,这些方法的结合可以有效的降低噪声对灰度值计算的影响,得到了较好的梯度值图像。根据改进后的边缘检测方法,对边缘梯度信息进行最优化计算,选择最优的边缘点,最后将这些边缘点进行曲线拟合。实验结果显示该方法能有效地分割出胆囊图像。

自适应图融合的缺失多视图聚类算法

多视图聚类能充分利用不同视图间数据的一致性和差异性,引起越来越多的关注。传统多视图聚类方法假设每个视图的数据都是完整的,然而在实际应用中,收集到的多视图数据常存在部分视图缺失的样本。为了对缺失多视图数据进行聚类分析,提出自适应图融合的缺失多视图聚类算法(IMC_AGF)。算法以两两视图间共有样本为瞄点构建样本-样本的相似度矩阵,学习其一致性知识,再利用两两视图间的互补性,用自适应图融合算法整合所有的相似度图,获取缺失多视图数据完整的相似度矩阵,然后进行谱聚类得到分类结果。实验结果表明,提出的算法优于与之比较的经典缺失多视图聚类方法。

VTK在医学图像处理教学中的应用

三维可视化工具包（Visualization Toolkit，VTK）是一个基于对象方法设计的、功能强大的可视化类库，可以便捷地实现医学图像的三维重建，将VTK用于医学图像处理的教学中，可以直观展示图像处理技术的特点。实践表明，这种方法不仅加深了学生对基本概念的理解，同时也激发了学生的学习兴趣。

基于分段直方图均衡化技术的图像增强

分析了传统灰度图像直方图均衡化算法存在的优缺点，提出了基于分段直方图均衡化技术的图像增强算法。该算法基于图像的特点，利用K均值聚类算法将图像分成几个灰度区间，然后再分别进行均衡化。实验结果表明，该算法对灰度呈现两端分布且低灰度区域有较多像素点分布的图像有较好的增强效果。

基于亮度变换的彩色皮肤图像黑色素浓度分析

为便捷地分析人体皮肤中的黑色素水平,利用手机自拍功能获取人体皮肤彩色图像,根据场景的标记物进行自适应亮度变换,以克服环境影响,再基于皮肤的颜色模型,生成皮肤颜色表,然后计算彩色图像的每个像素点的黑色素浓度。实验表明,算法能有效地调整亮度水平并计算出皮肤黑色素的浓度。

针对大空间伽马射线输运模拟的CADIS-环探测器耦合方法

为解决大空间伽马射线蒙特卡罗输运模拟面临的粒子难以到达目标区域的深穿透问题和小目标区域计数问题,本文提出一致性共轭驱动重要性抽样(CADIS)-环探测器耦合方法。使用环探测器计数作为统计目标量的计数方法,使用基于CADIS方法的概率论-确定论耦合流程自动产生源偏倚参数和权窗参数,将自动产生的源偏倚参数和权窗参数与环探测器计数耦合运用到大空间伽马射线输运模拟,能增加环探测器附近的粒子数,降低蒙特卡罗计数统计方差。数值结果表明,针对3000 m的大空间伽马射线输运模拟,在相同粒子输运的情况下,与只使用环探测器计数相比,CADIS-环探测器耦合方法能将相对标准偏差从11.33%降低到2.49%,将品质因子提高2倍。因此,本文提出的CADIS-环探测器耦合方法能有效解决大空间伽马射线输运模拟的深穿透问题和小目标区域计数问题。

噻托溴铵联合吸入激素治疗哮喘-慢性阻塞性肺疾病重叠综合征的效果分析

目的:观察噻托溴铵联合吸入激素治疗哮喘-慢性阻塞性肺疾病重叠综合征(ACOS)的效果。方法:选取2021年12月—2023年1月肇庆市第一人民医院收治的120例ACOS患者作为研究对象,采用随机数字表法分为对照组与观察组,各60例。两组均行基础对症治疗,对照组在对症治疗基础上采用吸入激素治疗,观察组在对照组基础上使用噻托溴铵治疗。比较两组治疗效果。结果:治疗后,两组哮喘控制测试评分高于治疗前,且观察组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。两组慢性阻塞性肺疾病评估测试评分低于治疗前,且观察组低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗后,两组第1秒用力呼气容积、呼气峰值流速、第1秒用力呼气容积占用力肺活量比值高于治疗前,且观察组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组总有效率高于对照组,差异有统计学意义(P=0.023)。观察组不良反应发生率低于对照组,差异有统计学差异(P=0.040)。结论:ACOS患者采用噻托溴铵联合吸入激素治疗效果显著,能够有效缓解患者临床症状,改善肺功能,降低不良反应发生率。

《医学图像处理》课程个性化教学模式探索

介绍《医学图像处理》课程的教学内容和特点,并分析当前课程教学的现状和问题,同时基于Web和MatLab Web Server的《医学图像处理》课程虚拟实验室学习平台,分析在信息技术的支持下,从教学内容安排、实验内容设计、学生探究性实验等方面进行个性化教学模式的探索,以培养学生学以致用和探索创新的能力。

数字图像处理技术在中医药信息化中应用研究概况

20世纪70年代,X射线计算机断层扫描成像（X-CT）的发明引发了医学影像领域一场革命,数字图像处理开始应用于医学领域。医学图像处理在现代医学的医学诊断、临床治疗等方面起着非常重要的作用。2007年,国家中医药管理局发布的《中医药信息化建设＂十一五＂规划纲要》明确提出了未来中医药信息化的建设方向。大力推进中医药信息化是中医药事业发展的重要保障。笔者现将数字图像处理技术在中医药信息化中的应用研究现状作一介绍,并对其发展趋势加以探讨。