基于Halcyon加速器百分百图像引导模式下盆腔肿瘤CTV-PTV边界外放的研究

目的探讨基于Halcyon加速器百分百图像引导模式下盆腔肿瘤临床靶区-计划靶区(Clinical Target Volume,CTV)-(Planning Target Volume,PTV)边界外放的摆位误差。方法选取2023年1—5月在Halcyon加速器上行调强放射治疗的19例盆腔肿瘤患者为研究对象,采集每个患者分次间、纠正后、分次内300套共900个锥形束CT图像,与计划CT进行配准融合,得到三维方向上的矢量误差,用X(左右)方向、Y(头脚)方向、Z(腹背)方向表示。计算摆位误差及分布趋势,并根据纠正后及分次内的摆位误差计算CTV-PTV的外放边界。结果X方向上,分次间、纠正后、分次内的摆位绝对误差分别为(2.07±1.82)、(0.19±0.19)、(0.30±0.28)mm;Y方向上,分次间、纠正后、分次内的摆位绝对误差分别为(3.87±2.67)、(0.23±0.31)、(0.27±0.23)mm;Z方向上,分次间、纠正后、分次内的摆位绝对误差分别为(0.72±0.83)、(0.20±0.22)、(0.30±0.27)mm,差异均有统计学意义(P<0.05)。纠正后和分次内X、Y、Z 3个方向分别有97%和96.33%的摆位误差在1 mm以内。CTV-PTV外放边界从6.36 mm缩小到1.06 mm。结论从摆位误差角度来看,基于Halcyon加速器百分百图像引导模式下的盆腔肿瘤治疗,根据纠正后和分次内的摆位误差计算CTV-PTV外放边界为1.1 mm。通过Halcyon加速器治疗盆腔肿瘤患者可降低摆位误差,提高患者靶区和危及器官的安全精度,缩小CTV-PTV边界外放值,减少正常组织的累及体积。

基于粒子图像分割的混合PIV-PTV算法

粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)因其非接触场测量的特性,已成为空气动力学领域的主要测量工具。复杂流动的速度场往往具有非均匀性,示踪粒子难以在待测空间均匀分布。因此,在应用PIV互相关算法处理粒子稀疏区时,需要采用更大的查询窗口以降低测量的不确定度,但会带来空间分辨率低的实际问题。而粒子追踪测速法(particle tracking velocimetry,PTV)追踪单个示踪粒子的跨帧位移,具有比PIV更高的空间分辨率,但难以适用于粒子浓度高的稠密区。针对PIV、PTV各自的优点,本文发展了一种基于粒子图像分割的混合PIV-PTV测速技术。首先定义了基于维诺多边形的粒子局部浓度量度,用以计算示踪粒子在粒子图像上的局部浓度场;其次通过设定的浓度阈值对粒子进行二分类,使用基于高斯核函数的支持向量机寻找出最优的分类边界,从而实现对粒子图像的粒子稀疏区和稠密区的划分;最后对两个区域分别使用PIV和PTV进行速度场计算,并合并为完整的速度场输出。仿真结果表明,上述方法可实现对粒子图像中的示踪粒子稀疏区和稠密区的自动划分,有效提高速度场测量的空间分辨率。将该方法应用在马赫数Ma=6的湍流边界层近壁测量中,可有效解决高速条件下粒子因强剪切难以进入边界层近壁区的问题,显著提高对近壁流动的解析能力。

基于全局位置迭代PCSS算法的光场PTV气泡跟踪测速方法

光场粒子跟踪测速(PTV)技术能够在单视角条件下重建气液两相流中气泡的三维空间位置,实现气泡运动轨迹的跟踪,为受限空间条件下气泡参数测量提供了解决方案。然而,在气泡浓度较高以及位移量较大的条件下,光场PTV气泡匹配准确率较低,由此导致气泡运动速度场测量结果出现明显的错误矢量。为解决该问题,本文提出了基于全局位置迭代以及极坐标系统相似技术的气泡匹配方法(GPPI-PCSS),通过PCSS匹配方法所获得的气泡三维速度场对单帧图像内所有气泡的位置进行迭代更新,使两帧图像中的气泡位置逐渐重合,由此获得高准确度的气泡匹配结果。通过开展鼓泡床内气泡运动行为光场PTV实验研究,对GPPI-PCSS方法的准确性进行了评价。结果表明:在采样间隔0.5~7ms、空气流量0.15~0.35L/min工况范围内,GPPI-PCSS方法的气泡匹配准确率的平均值为92.65%,分别高于传统PCSS方法的81.38%和松弛方法的84.12%。此外,通过GPPI-PCSS方法所测量得到的气泡最大运动速度范围为38.34~49.87cm/s,与理论计算值一致,由此证明了所提出的GPPI-PCSS方法可以用于光场PTV技术中,在高气泡浓度、大气泡位移条件下获得准确的气泡速度测量结果。

基于PIV/PTV的平板裂缝支撑剂输送试验研究

为了解水力压裂过程中水力裂缝内支撑剂的铺置规律,基于平板裂缝开展了支撑剂输送试验,分析了泵注排量、压裂液黏度、注入位置、支撑剂类型对支撑剂铺置过程的影响;运用PIV/PTV技术,测试了压裂液-支撑剂两相运动速度,从颗粒运动角度分析了不同因素对最终砂堤形态的影响。试验发现:平板单缝内支撑剂铺置存在“裂缝前端先堆积至平衡高度,再稳定向后端铺置”和“砂堤整体纵向增长,稳定向后端铺置”2种典型模式,2种模式可以在泵注的不同阶段出现并转换;砂堤不同位置形态主控因素存在差异,注入位置与排量主要控制前缘形态,黏度与排量主要控制中部形态,黏度主要控制后缘形态;在裂缝远端,支撑剂沉降存在“回流式”和“直接式”2种模式,前者受涡流控制,后者则仅依靠重力沉降;现场施工时可考虑“定向射孔+大排量中高黏70/140目石英砂(主体支撑剂)+40/70目陶粒架桥+大排量中高黏70/140目石英砂长距离输送+排量尾追40/70目陶粒”,兼顾缝长方向远距离铺置和近井地带裂缝与井筒的高连通性。平板裂缝内支撑剂运移与铺置规律试验结果可以为页岩储层压裂主裂缝内支撑剂高效铺置及储层改造工艺参数优化提供参考。

PTV-GC/MS-SIM法检测卷烟烟气中的B[a]P

采用程序升温汽化(programmed temperature vaporization,PTV)大体积进样与气相色谱-质谱选择离子扫描模式(GC/MS-SIM)联用,检测了卷烟主流烟气中苯并[a]芘(benzo[a]pyrene B[a]P),优化了PTV-GC/MS-SIM检测卷烟烟气B[a]P的参数。样品经反相C18固相萃取柱(solid-phase extraction,SPE)纯化后的洗脱液不再需要浓缩,直接应用PTV技术进样,提高了洗脱液的利用率,缩短了分析时间,提高了GC/MS-SIM检测卷烟烟气B[a]P的灵敏度。

采用PTV技术研究循环流化床内气固两相流动

采用PTV技术对循环流化床顶部颗粒稀疏流动区域进行了测量 ,其中采用先进的高速摄像技术获取流动的连续图像 ,并采用目前有望在气固两相流动测量中发挥较大作用的四种PTV算法 :BICC法、VGT法、SPRING法和 4 FRAME法 ,对所获取的图像进行颗粒配对处理 ,从而得到流场中运动颗粒的速度信息。所得到的结论为 :本文所采用的PTV算法在图像处理中都产生少量的伪矢量 ,通过采取简单的伪矢量识别算法就可以剔除大部分伪矢量 ;本文实验条件下 ,测得循环流化床顶部区域内颗粒运动速度差别较小。本文工作为进一步详细实验测量研究奠定了理论与技术基础。

应用PTV技术对颗粒碰撞规律的研究

为了研究稠密气固两相流中颗粒团聚的形成和破碎现象,本文提出了采用可获得颗粒运动学参数的可视化测量技术一PTV技术间接测量颗粒碰撞过程中的作用力的新思路和方法。在建立双球碰撞的运动学参数与动力学参数相互关系的数学模型基础上,设计了微球颗粒的碰撞实验并利用上述模型推演出了颗粒间作用力和碰撞能量损失等参数。

不同手术类型对乳腺癌放射治疗精确度的影响

目的研究乳腺癌改良的根治性乳房切除术(根治)、早期保乳手术(保乳)、假体植入3种手术类型对其放射治疗精确度的影响,为不同手术类型的患者制定个性化放疗方案。方法随机选择2023年2—7月就诊于厦门大学附属第一医院肿瘤放射治疗科行旋转调强治疗的乳腺癌放射治疗患者37例进行回顾性分析,其中乳腺根治患者13例,保乳患者11例,假体植入患者13例。每例患者除首次锥形束CT(Cone beam CT,CBCT)复位外,每5天在治疗前采集1次CBCT,并与定位图像进行配准,记录腹背(ventral-dorsal,VRT)、头脚(cranial-caudal,LNG)、左右(lateral,LAT)3个方向的误差值。共收集误差数据150组,其中根治61组,保乳38组,假体植入51组,并对误差进行分析。结果根治组在三维方向的摆位误差分别为:VRT[-1.80(-3.20,-0.20)]mm,LNG[-2.20(1.10,3.05)]mm,LAT[-3.30(-1.10,1.65)]mm,保乳组在三维方向的摆位误差分别为:VRT[-0.20(-1.03,1.03)]mm,LNG[1.40(-2.20,3.00)]mm,LAT[0.15(-3.05,2.90)]mm,假体植入组在三维方向的摆位误差分别为:VRT[-1.00(-3.00,0.70)]mm,LNG[-1.00(-3.00,1.80)]mm,LAT[0(-2.00,2.80)]mm,对3组数据进行K个独立样本的非参数检验和事后多重比较显示,根治组和保乳组在VRT方向比较,差异有统计学意义(P<0.05)。3组在LNG,LAT方向上比较,差异无统计学意义(P>0.05)。3组不同手术类型在三维方向上的计划靶区(planning target volume,PTV)边界分别为根治组(4.18,6.19,7.52 mm),保乳组(4.71,6.53,8.01mm),假体植入组(6.17,7.53,6.29 mm)。结论不同手术类型对乳腺癌放射治疗精确度影响不同,在VRT方向上根治组的摆位误差大于保乳组,可根据不同的手术类型个性化选择固定方式以提高患者的摆位精确度。除此之外,每个肿瘤中心可根据不同的手术类型计算适合自己中心的PTV外扩范围以给予临床医生建议。

模糊逻辑方法用于气固两相流动PTV测量中的颗粒识别过程

采用人工智能中的模糊逻辑方法进行气固两相流动PTV测量中的颗粒识别,因更多地模拟人脑的思维过程使得识别效率得到大幅度的提高,同时,在识别过程中可以获取大量有关颗粒本身的信息,如形状和尺寸等,由此可将气固两相流动中的不同尺寸的颗粒区分开,从而可实现对气固两相流动的测量。

DT-PTV离散相伪矢量的概率择优式剔除算法

提出一种基于三角嵌铺的粒子追踪测速(DT-PTV)算法的剔除离散相伪矢量新方法——概率择优式剔除法,引入了剔除冗余匹配的计算模块和扩大匹配信息量的"反算"概念,基于DT-PTV的"DT三角-粒子双层匹配"特性以及上述模块的多种组合,总结出适用于离散相流场的去伪多途径运算.通过对若干自定义流场进行多途径去伪并比较匹配准确率后得出,DT三角层面的信息最大化积累至粒子层面的最优选择是适用于DT-PTV离散流场测速的最有效去伪途径,在随机粒子场较低空间率(187.215)时用"三角层面有反算但无模块运算+粒子层面择优"途径计算,仍然能保持92%左右的匹配准确率,故将此途径命名为概率择优式剔除法.利用DT-PTV结合概率择优式剔除进行大气边界层风洞中的跃移层测速以及单颗跃移轨迹的提取,结果良好.

两相流显微PIV/PTV系统的开发

开发了一个能同时测量两相流中两相速度和细颗粒尺寸分布的显微PIV/PTV系统,其硬件系统包括大功率连续激光器、显微镜、高速摄像机;软件系统由改进的球形颗粒图像识别算法、各种图像处理算法和各种先进的PIV/PTV算法组成。其中改进的圆弧识别算法能够进行更准确地进行曲线分割而能对充满噪音并相互重叠的颗粒图像给出较好的识别结果。应用该PIV系统,可以在微秒和微米数量级上捕获细颗粒/气泡图像,并能较准确地同时得到两相速度、颗粒尺寸和浓度分布。对焚香可吸入颗粒物进行了速度和尺寸的同时测量,得到了较满意的结果。

导叶可调式液力变矩器流场模拟与PTV验证

为研究导叶可调式液力变矩器的内部流动特性,以循环圆直径为320 mm导叶可调式液力变矩器作为研究对象.采用计算流体动力学(CFD)方法对其不同开度、不同工况下的内部流动状态进行数值模拟,并对相应的透明模型进行粒子跟踪测速(PTV)试验验证.同一开度下,随着转速比的增加,可调导轮内部液流速度增加,液流方向与叶片进口方向的夹角增大;在制动工况时,叶片工作面有漩涡现象,而空载工况时,叶片非工作面有漩涡产生.对比试验与数值模拟内流场结果,发现后者可以比较准确地预测导叶可调式液力变矩器的内部流动特性.该结论为研究导叶可调式液力变矩器内部流动状态,预测外特性及其设计优化提供了方法和依据.

基于图像分割的两相流PIV/PTV测量技术

介绍了采用图像分割技术,将密度较低的大悬浮颗粒和高浓度的示踪粒子共存的两相流场图像进行分离(相分离),对经过分割的悬浮相图像和连续相图像分别进行PTV和PIV运算,以实现对两相流动各个相速度场的同时测量。而后将基于相分离的PIV/PTV程序应用于对液固两相冲击射流流场的实验测量,并对测量结果进行了研究和分析,从而验证了相分离程序。实验结果表明,基于图像分割的PIV/PTV程序在两相流速度场测量中具有较好的实用性。

室内空气中颗粒状污染物的PTV测量

针对室内空气中颗粒状污染物流动特性的测量搭建了PTV测量系统,该系统由白光照明、CCD摄像头采集图像及四轨迹像点匹配算法软件构成。测量结果表明,该PTV系统具有测量室内空气中可吸入颗粒扩散与流动的速度分布、浓度分布等特性。

稀相颗粒二维速度场测量PTV法的研究进展

综述了粒子跟踪测速算法的研究进展情况。介绍了PTV法的基本原理,描述了它的主要特点,重点综述了粒子跟踪测速算法(PTV)中粒子匹配的进展情况。并对粒子的匹配中所用的算法进行了分类,然后总结了两大类算法的特点;探讨了目前粒子跟踪算法存在的问题及其今后的发展方向。未来研究趋势应该从粒子识别方法、高效的匹配算法以及伪矢量的处理算法3个方面来提高PTV法的测速精度。

基于特征相似度匹配PTV法的稀相气固两相流流场的测量

提出一种基于几何特征和归一化转动惯量特征相似度相结合的粒子跟踪测速算法。该方法采用高速摄像机拍摄流化床中气固两相流的稀相颗粒运动图像,经图像处理后,提取特征参数,进而应用面积和周长相似度对颗粒进行初步筛选匹配。然后对经过初步筛选后的颗粒进行归一化转动惯量最佳相似度的匹配,从而准确快速地实现颗粒匹配,进而计算出气固两相流颗粒的流速。实验结果表明,该方法能准确地跟踪稀相颗粒,是一种行之有效的稀相流场速度测量方法。

PTV-GC/MS测定饮用水中的土臭素

目的：建立大体积进样、程序升温气化、气相色谱质谱联用测定饮用水中的土臭素的分析方法。方法：水中的土臭素用二氯甲烷萃取后大体积进样，程序升温气化、气相色谱质谱分析测定，选择离子定量。结果：在0-1000ng／L浓度范围内线性良好，相关系数为0．999，方法检测限为2ng／L，加标回收率在89％-97％之间，精密度RSD〈10％。结论：该方法灵敏度高、准确度好，满足生活饮用水中的土臭素的卫生检测要求。

基于形心主轴的二维DPTV算法

提出了一种根据曝光时间内示踪粒子形成的轨迹图像来确定瞬时流速的数字化方法。将采集到的粒子轨迹灰度图像转化为二值化图像,对粒子轨迹图像包含的像素点进行了标记。通过确定粒子轨迹图像的形心主轴得到了粒子轨迹长度,根据流场局部区域运动速度基本相同的事实确定了示踪粒子的运动方向,得到了流体的运动速度。应用本文提出的测速算法对槽道流动的瞬时流场进行了测量。对瞬时测量结果进行平均得到的垂向平均流速分布规律与公认的对数率分布规律相吻合。

肺癌精确放疗中PTV外扩边界的研究进展

介绍了PTV外扩边界的相关定义和计算方法。重点论述了呼吸运动和摆位误差对PTV外扩边界的重要影响,以及通过探索肺癌肿块在呼吸运动过程中的位移规律,建立预测数学模型计算PTV外扩边界的研究进展。指示了采取呼吸控制、精确摆位等技术对减小靶区外扩边界的作用。

应用PTV技术测量脱硫塔内流场颗粒总数及颗粒粒径分布的研究

采用PTV技术 ,通过图象处理获得燃煤电站脱硫塔内流场的颗粒总数及颗粒的粒径分布的方法。详细论述了该方法的原理以及实际的算法 。