基于CT影像的颈动脉分叉血流动力学特性分析

利用实际病人的CT影像数据构建颈动脉分叉血管几何模型,利用ANSYS有限元软件计算血流速度和压力分布,对颈动脉血流动力学的特征进行分析,如颈动脉剪切应力在一个心动周期里不同时刻的变化情况,颈动脉窦部的血流速度场随时间变化情况,涡流形成的特点;然后分析颈总动脉、颈内动脉和颈外动脉的血流阻力变化情况.数值仿真结果表明,在心动周期的不同时刻,颈动脉窦部的剪切力几乎是最小的.在颈动脉窦部下方附近,涡流易于形成.在收缩期的开始阶段,动脉阻力有一个很大的高峰.这些特点会对研究颈动脉血管疾病有一定的启发.

基于影像数据的心室隔膜形态分析

利用医学图像分割、形态学图像处理等算法在心脏核磁共振图像中提取心室壁骨架线、心室内膜边界.在分割提取工作的基础上,通过可以描述心室隔膜形态的关键参数自动分析心室内膜形态.提出自动计算心室隔膜骨架线曲率的算法,并针对曲率描述心室隔膜形态的不足,提出心室隔膜偏移量的概念,完善了基于影像数据评价心室隔膜形态的方法.实验结果表明:曲率、偏移量、心室内膜边界和变化量是评价心室隔膜形态的重要参数.

基于肺部动态增强MR影像的药物动力学定量分析

针对临床肺部对比剂动态增强磁共振成像(DCE-MRI)数据,提出一种新的药物动力学参数定量分析FCM-B RR方法.该方法基于参考区域模型(reference region,RR),结合模糊C均值聚类(fuzzy Cmean,FCM)和B-样条(B-Spline)曲线拟合技术,解决了传统模型针对具有复杂血供系统的局限性,并且降低了噪声对结果的影响.利用FCM-B RR方法分析了5位病理证实的肺癌患者的临床DCE-MRI数据,检验了该方法的有效性和可行性.FCM-B RR方法给出的K_(trans)参数图像反映了肿瘤组织和正常组织的异质性,并通过统计分析知正常组织和肿瘤组织之间具有显著差异(P<0.01).FCM-B RR方法能够直接利用常规临床数据定量分析病灶区域的药物动力学参数,在治疗评估肺部恶性肿瘤上具有参考意义.

脉率变异性估计心率变异性的可行性分析

研究了心率变异性(heart rate variability,HRV)是否可以由脉率变异性(pulse rate variability,PRV)替代,以及HRV与PRV之间的定量关系.同步采集了健康青少年、老年人与心血管病人组各25人的脉搏和心电数据,并通过定量对比分析了HRV与PRV在时域、频域和非线性三个方面的特征参数.结果表明,HRV与PRV二者不是完全一致的,其中健康青少年组的全部参数(SDNN,RMSSD,PNN50,HF,LF,SD_1,SD_2,α_1,α_2,SE,CD和AE;Ratio<0.2)均具有一致性,故二者在一定程度上可以互相替代分析;而老年人组和心血管病人组只有部分参数(老年:SDNN,SD_1,SD_2,α_1,α_2,CD,SE和AE;病人:SDNN,SD_2,α_1,α_2,CD和AE;Ratio<0.2)具有一致性,其余参数(老年:PNN50,RMSSD,LF和HF;病人:PNN50,RMSSD,LF,HF,SD_1和SE;Ratio≥0.2)都不具有充分的一致性,故二者不可以互相替代分析.

双侧特征融合的乳腺肿块检测

乳腺癌是妇女最常见的恶性肿瘤之一,面向乳腺钼靶X线图像的计算机辅助肿块检测技术可以帮助影像科医师早期发现乳腺病变.针对于单侧的乳腺肿块检测中准确率有待提升的问题,提出双侧特征融合的乳腺肿块检测算法.首先,进行图像预处理,并利用相干点漂移完成乳腺轮廓配准;然后,利用配准得到的变换矩阵获得双侧乳腺感兴趣区域,再在其中提取左右侧乳腺的单侧特征向量和双侧对比特征向量,从而建立融合的特征模型,并采用遗传选择算法对特征向量进行特征选择;最后利用极限学习机基于选择后的特征进行乳腺肿块检测.实验结果表明,与传统的基于单侧的乳腺肿块检测算法相比,文中算法能有效地提高检测准确率.

结合多尺度圆形滤波与MS聚类的疑似结节分割

肺部CT图像中疑似病灶感兴趣区域(ROI)的准确分割是肺部计算机辅助检测/诊断(CAD)的重要环节。本文提出结合Hessian矩阵滤波的均值漂移聚类肺部疑似病灶ROI区域分割算法。对原图像进行多尺度Hessian矩阵圆形滤波,图像中圆形的疑似结节病灶区域得到滤波增强、直线形的气管/血管区域得到抑制,将Hessian矩阵滤波后的形状特征、灰度、空间位置3种信息引入特征空间,将均值漂移聚类的核函数分解为3种特征信息所分别对应的核函数乘积形式,最后采用自适应计算带宽的方法确定每个待分割疑似区域的带宽进行均值漂移聚类分割。对来自LIDC等127个包含不同类型肺结节的病例进行实验,实验结果表明引入Hessian矩阵圆形滤波信息的均值漂移聚类能够分割出与血管或气管相连或者交叉的结节区域,去除ROI中包含的非结节区域,能有效分割出基于灰度信息难以分割的毛玻璃型(GGO)结节;对于3种类型的结节区域:血管相连结节(VPN)、毛玻璃型结节(GG0)、孤立性结节(SPN)分割平均准确率分别为92.80%、86.13%、95.08%。

融合弹性腔与弹性管模型的上肢血管系统建模仿真

针对弹性管模型适用于模拟大中型动脉血管,不适用于模拟微小型动脉血管问题,对人体上肢血管系统建立一种弹性管与弹性腔融合模型,从而提高其模型的精度.首先分别在肱-桡动脉段建立弹性管模型,在桡-指动脉段建立弹性腔模型;然后在两模型的接触面处应用血管压力和血液流量的连续性原理,建立二者联系,导出融合模型;最后对比分析弹性管模型和弹性管与弹性腔融合模型的仿真性能.在PRD,H1,H2,t1和t 2评价指标下,弹性管与弹性腔融合模型(PRD:(4.0±2.0)%;t1:(2.5±1.7)%;t2:(3.1±1.9)%;H1:(1.9±2.1)%;H2:(1.3±1.3)%)的仿真波形和实测波形误差均低于弹性管模型(PRD:(16.5±8.3)%;t1:(3.4±2.4)%;t2:(4.5±3.7)%;H1:(22.1±14.9)%;H2:(19.7±15.3)%).结果表明,弹性管与弹性腔融合模型能够更精确地模拟人体上肢血管系统的生理状态.

基于仿射传播聚类选择的多Atlas右心室精准分割

由于右心室具有易变、壁薄、边界不明显等特点,Atlas成为近年来流行的图像分割方法.针对现存的Atlas选择方法大多基于配准后选择最优的Atlas,比较耗时并且降低了分割性能,提出了利用仿射传播聚类算法进行Atlas选择的方法.首先,将所有的Atlas图像看作一系列数据点,通过数据点之间的消息传递聚类;然后,得到的聚类中心图像和目标图像经过配准得到形变标记结果,采用STAPLE融合策略融合;最后,对融合结果以相似性测度因子为依据进行排序,而用相似性测度因子值最大的聚类中心进行配准分割.重复以上过程,直到得到较精确的分割结果.实验结果表明,提出的方法能有效地进行右心室的分割,与传统选择方法相比,分割精度得到了明显提高.

基于全卷积网络迁移学习的左心室内膜分割

为了避免过拟合现象,提出了基于全卷积网络迁移学习的左心室内膜分割方法.该方法在已用自然图像训练好的VGGNet模型的基础上对参数进行微调;其次,利用了心室内膜位于MRI图像中心处的先验信息作为选取准则来优化分割结果.将该方法对2009 MICCAI数据集的45个病例进行测试,其DICE指数、APD距离和GC率分别为0. 91,1. 73 mm和97. 81%.测试结果表明该方法对于心脏M RI图像的左心室内膜的分割结果较好,当引入一定的先验信息后可以优化测试结果.

基于双弹性腔模型与整心动周期脉搏波的血流动力学参数估计

为了对心脏疾病的诊断和治疗提供指导,同时也为进行心脏辅助装置的设计及评价提供有利的工具,提出了基于双弹性腔模型和整心动周期脉搏波的血流动力学参数估计方法,运用非线性最小二乘Levenberg-Marqurdt算法对实测脉搏波数据进行参数估计得到动脉系统的模型参数,即人体的血流动力学参数(包括外周阻力、动脉顺应性和血流惯性).利用MATLAB/Simulink工具结合图形用户界面(graphical user interface,GUI)建立的左心与动脉系统耦合的动力学电路模型得到的仿真结果与人体实测脉搏波数据进行对比分析,验证了模型参数估计的有效性.用该方法估计的参数结果符合生理参数范围,且效果优于传统的舒张期估计方法,其中主动脉顺应性参数的估计结果误差降低了50%,参数带入模型得到的仿真结果与实测脉搏波之间的误差也降低了20%左右.

基于智能移动终端的低成本心音采集系统

目的为了有效预防心脏疾病,降低电子听诊器成本,本文设计与实现了基于智能终端的低成本心音采集系统。方法通过软、硬件的结合,实现了基于手机等移动终端的心音采集、传输和分析。本系统硬件部分将心音的模拟信号通过AV线传输给智能手机。手机上的心音采集软件实时显示心音图,并将数据保存为wav格式,便于传输和后续服务器端的分析。同时,本文采用主、客观测评方法,将本系统与目前市场常用的两款应用于临床的听诊器所采集心音的质量进行了对比。结果该系统不仅能随时实时捕获心音,而且采集的心音信号质量好,心音图清晰、准确。与另两款商业听诊器对比,本系统性能可靠,能满足临床要求。结论本系统能方便、准确地采集心音信号,极大地降低了成本,而且并能通过智能终端将心音数据发送给医生,方便诊断。

基于体动射频信号的睡眠分期

为了减轻传统接触式睡眠生理监测系统对人体造成的负担,设计了一种基于微波技术的非接触式睡眠生理信号采集与分析系统,提出一种基于体动射频信号的睡眠分期识别算法.通过小波变换对射频运动传感器(RFMS)采集的体动信号进行预处理,再计算出体动信号的能量值,最后通过判别式处理和阈值法实现了睡眠分期:醒觉期、浅睡期、中睡期、深睡期.实验采集分析了8个实验者为期46天的睡眠生理信号,同时同步采集视频信息、TANITA水床睡眠信息、接触式呼吸脉搏信号.与视频结果比较发现醒觉期正确率达到90%;与TANITA水床睡眠结果相比,本系统的结果与其吻合程度达到70%;与不同睡眠状态下呼吸率、心率的变化相比,本系统的结果吻合度达到80%.

基于二维压缩扩展和光流法的组织应变估计方法

在超声弹性成像中,为了得到大压缩量下的精确应变估计,要考虑组织横向膨胀带来的横向位移的信号去相关影响,为此提出了结合二维压缩扩展和光流法的组织应变估计方法.首先采用二维希尔伯特变换法将原始超声RF信号通过包络检测的方法转换为解析信号,再利用块匹配算法得到16个子区域的位移矢量,然后利用线性回归方法从位移矢量估计出二维压缩扩展的参数.在完成二维压缩扩展之后,再利用光流法对微小位移进行精确估计.实验结果表明,二维压缩扩展方法和光流法的结合增加了总体应变估计的精度与鲁棒性.所得纵向位移和纵向应变与有限元仿真结果基本一致,证明了所提算法的正确性.

无线传感器网络中基于虚拟力的分布式节点定位

节点定位是无线传感器网络应用中需要解决的一个基本问题。传统算法大都基于集中式方法估计节点位置,从而导致较大开销。因此,结合最小二乘法进行初步估计定位,并在此基础上,给出了基于虚拟力的传感器节点定位模型,提出了基于虚拟力的分布式定位算法,该算法通过邻居节点间信息的分布式交互,能够有效节省定位开销。进一步,在定位过程中引入未知节点升级机制,以提高收敛速度。一系列仿真实验表明,该算法能够通过分布式迭代定位,快速实现全网节点的精确定位。

跌倒检测系统的研究进展

目的:随着社会老龄化的迅速发展,针对老年人群的健康安全监护的需求日益增加。跌倒检测系统能够有效检测老年人跌倒事件的发生并及时报警,保护老年人的健康及安全。方法:对一些常见的跌倒检测的系统、算法、设备及其应用进行了比较研究,并提出了一些关于系统评价标准设定的建议。结果:本文将跌倒检测系统分为基于视频图像的跌倒检测系统、可穿戴式的跌倒检测系统和环境式的跌倒检测系统三大类,并从舒适性、实用性、准确率等方面进行比较,还从实验对象选择、实验环境设置、样本动作分类和检测指标确立四个方面对建立跌倒检测系统的评价标准进行了阐述。结论:本文进行的比较研究系统地概述了跌倒检测系统的常见技术和算法,提出了其评价标准的基础框架,对于其进一步的研究设计、商品化开发具有一定指导意义。

改进的表面法向量投影叠加CT图像疑似肺结节检测算法

对表面法向量投影叠加法进行改进,提出一种基于三维局部形状约束并采用自适应投影距离的表面法向量叠加疑似肺结节检测方法。现有的表面法向量投影叠加法没有对初始ROI(region of interest)区域表面进行形状约束,采用单一投影距离,存在投影叠加计算量大且只适用于固定大小的肺结节检测问题。首先采用Otsu阈值方法得到初始ROI区域,计算初始ROI曲面的三维局部形状指数,对三维ROI的体素表面法向量进行投影约束,以提高球形选择性、减少投影叠加计算量;在表面法向量叠加过程中由ROI曲面自适应地决定投影距离,一方面限制表面法向量向ROI曲面外投影;另一方面可以克服检测固定大小肺结节的局限性;由于肺结节一般表现为球形,具有较大的表面法向量投影叠加值,选择局部最大叠加值,可以检测不同大小的球形疑似肺结节区域。实验结果表明,改进算法具有更好的球形选择性,可以较好地检测出不同大小的疑似肺结节,具有较高的敏感度和较低的假阳性率。

低成本非接触生理参数监测系统研究

本文介绍了一种基于过采样技术的低成本非接触式生理信号的高精度采集系统。由于传统采样ADC精度较低,而高精度采样ADC成本较高,本文采用过采样技术实现低成本、高精度数据采集系统的搭建。过采样是用采样速度换取数据精度的技术,因此,对于微弱生命信号的采集,过采样技术具有非常明显的优势。本文主要通过信号的信噪比与动态范围两个参数来系统地量化比较传统采样与过采样技术之间的优劣性。通过使用过采样技术,生理信号的采样量化噪声降低约40dB,提升了系统分辨率和动态范围。同时,本文实现了生理参数的非接触采集,使系统实用性有了较大提高。

基于主动轮廓模型的磁共振图像左心室分割研究现状

在心脏成像技术中,磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)因具有非侵入、无辐射、高分辨率等优点应用最为广泛。心脏结构与功能量化分析以左心室精准分割为前提。因此,设计有效算法实现左心室精准分割对心血管疾病早期诊断乃至预防具有重要意义。近几年作为流行方法之一,主动轮廓模型(Active Contour Model,ACM)在左心室分割方面取得很大进步。本文综述了近10年来主动轮廓模型基于心脏短轴MRI影像分割左心室的研究成果。据算法性质不同,本文将对以梯度矢量流为代表的参数主动轮廓模型的改进算法和以水平集为代表的几何主动轮廓模型的改进算法进行分别综述。最后对算法性能进行比较,并提出今后主动轮廓模型分割左心室算法的研究趋势和挑战,以使读者充分了解技术现状与未来发展趋势。

体位对桡动脉脉搏波影响的量化分析

目的揭示和量化分析体位变化对男性和女性桡动脉脉搏波的影响。方法选择20名健康学生,采用双路脉搏信号采集设备,分别测量受试者在0度、45度、90度倾斜床上的桡动脉脉搏波,并计算其基本的血流动力学参数和相应的双弹性腔模型参数。采用配对t检验分析比较了不同体位下男性和女性的血流动力学参数。结果随着体位的升高(即受试者随倾斜床坐0度到45度再到90度的变化)男性和女性的心率(HR)和心内膜下心肌活力率(SEVR)均显著变大(P<0.05);男性和女性的桡动脉下降时间(T_(down))显著减小(P<0.05);其他血流动力学参数随体位变化不显著(P>0.05);随着体位的升高男性和女性的主动脉顺应性(C_1)和腹主动脉顺应性(C_2)变小、外周阻力(R)变大。男性和女性的HR、R、u-L_(ratio)具有统计学差异(P<0.05);男性和女性的K值、T_(up)、T_(down)、T_(LVET)、LM-P_(ratio)、d AI、SEVR、u-d_(ratio)、C_1、C_2没有统计学差异(P>0.05)。结论体位变化对桡动脉脉搏波存在明显影响,且对男性和女性血流动力学参数的影响有差异,应引起临床重视。

CTA图像冠状动脉开口层与开口点的全自动定位方法

首先在基于多条件区域增长和解剖结构的基础上通过圆度的变化确定左冠脉开口层,并在指定范围内确定左冠脉开口点;其次计算升主动脉中心和右冠脉开口范围,利用距离曲线的波峰和波谷,并结合解剖结构的特征来确定右冠脉开口层和开口点.该方法中的各种参数得到了统计学验证.最后对57个对象进行测试,左右冠脉开口层定位准确率分别达到98.2%和96.5%.定位的左右冠脉开口点到金标准点的平均距离分别是(1.22±0.37)mm和(1.76±0.49)mm.实验验证了该方法的有效性.