中国数字人血管的分割和重建方法研究

为构建符合真实人体血管形态的表面模型,提出了一种中国数字人血管的分割和重建方法。首先通过人工追踪血管行向,构建出血管段的连接关系,根据连接关系交互式地逐段分割血管;再将血管截面沿中心线放样,重建出各段血管;最后通过布尔运算融合相邻血管,构建出完整的血管树形表面模型。以中国数字人男二号数据集为基础,构建了上臂动脉血管表面模型。模型具有结构精细,表面光滑连续的特点,对于虚拟内窥镜、解剖教学等领域的研究具有重要意义。

适于脑功能活动检测的便携式近红外光谱仪的研制

研制一种新型的可用于研究脑功能活动的16通道便携式近红外光谱仪(NIRS)。系统探头柔软性强,与待测部位有良好贴附性,可探测面积为4.4cm×15cm的前额叶区域。选用集成化探测器、光源及其驱动芯片和基于USB接口的掌上型数据采集卡,使整机重量控制在1kg以内。用Visual C++6.0平台开发配套软件,系统的时间分辨率可通过软件设置,最高达100ms。监测Valsalva手法诱导脑血流调节过程的结果表明,系统能够实时测量人脑前额叶皮层血氧和血容量变化情况,从而反映出待测区域功能活动的强弱,为研究大脑认知神经活动提供了条件。

基于平板探测器的小动物微型CT成像系统

介绍了一套适用于小动物成像的高分辨微型CT成像系统。该系统采用用焦点为100μm的微焦点射线源和成像面积为13cm×13cm的平板探测器测量数据,以旋转扫描的锥束算法进行图像重建。经测试,平板探测器的MTF在调制度10%时,可达到31lp/cm;CT系统放大倍率为1.94时,分辨率可达185μm。用兔股骨为样品,可清晰观察到骨小梁结构,表明该系统可高分辨地实现小动物样本的三维结构成像。

锥束微型CT图像重建中射线源位置的修正

目的:针对利用锥束光X射线机构建的微型CT系统,对射线源的微小偏差进行校准。方法:以FAXITRONMR_20型cone-beam数字X射线机为实验对象,利用金属球模型的二维投影图像计算出射线源垂直投影位于探测板平面相对坐标。对常用的锥束CT滤波逆投影算法,给出了在非标准位置扫描时的锥束CT的修正公式。结果:通过投影测量法发现所使用仪器的射线源和探测器中心存在1.056mm的偏差,并进行了修正;以模型实验显示了修正前后的结果。结论:该方法可以精确测量射线源的相对位置,通过软件修正,重建清晰的CT图像。

超分辨成像中基于模板函数对多个荧光分子定位

在生物结构和功能成像领域里,超分辨成像成为近年来研究的热点,而荧光分子定位,特别是多荧光分子的定位,是超分辨成像的一个重要环节。本文基于模板函数和非线性拟合给出多个荧光分子定位算法,并利用该算法分析信噪比和两个荧光分子距离对荧光分子定位精度的影响,指出了只有信噪比大于5,两个荧光分子的距离大于8个像素时,才能获得精确的荧光分子的定位。结果证明该方法的合理性和有效性。

双CCD拼接CT成像的断裂伪迹消除方法

为了解决双CCD拼接的探测器CT在成像时的几何失真问题,以双CCD探测器数字X射线机FAXITRONMX-20为实验对象,利用矩形钢板的二维投影图像计算出两块CCD之间的横向和纵向位移偏差,并以此为依据对所拍摄的图像做相应的平移和插值处理。利用金属球模型的二维投影图像分别计算出射线源垂直投影时位于两块CCD平面上的坐标,并以此为依据调整CT投影图拍摄的旋转中心。结果表明:利用矩形钢板的二维投影图像计算出的两块CCD之间的横向位移达到3个像素;利用金属球模型的二维投影图像分别计算出的射线源的垂直投影位于左、右两块CCD的平面坐标上。根据这些测量数据调整了拍摄方法,修改了重建软件,并以模型实验显示了校正前后的结果。该方法考虑了双CCD探测板之间的缝隙和空间不共面的情况,减轻了三维重建在拼接处的"断裂"现象,使得纵向误差由88μm减小到了44μm。

基于近红外三波长检测葡萄糖水溶液浓度的两种预测模型比较

讨论了近红外三波长测定水溶液中葡萄糖浓度的建模方法,采用偏最小二乘回归建立预测模型,对预测集样品中的葡萄糖浓度进行预测,结果所得预测均方根误差(RMSEP)为17.08mg/dL,浓度预测值与参考值的相关系数为0.997,而采用吸光度差值比率法所得预测模型的RMSEP达到54.94mg/dL,相应的相关系数仅为0.949。结果表明偏最小二乘回归所建模型用于近红外三波长葡萄糖浓度的预测,所得预测误差较小,初步验证了系统的可行性。

移位修正JPSTH算法的归一化修正

针对移位修正联合刺激后时间直方图的处理结果依赖于具体实验数据的不足,本文提出了一种改进算法,对移位修正联合刺激后时间直方图进行归一化处理。将该方法应用于多电极阵列细胞外记录的海马神经元网络电刺激后的响应信号的分析,结果表明,该方法在神经元网络连接状态不变而具体实验数据不同的情况下,能准确体现神经元网络的连接状态。

随机扫描多光子荧光显微成像系统

多光子荧光显微成像是生物学研究的有力手段,但目前的成像速度难以满足神经成像中快事件检测的需要。针对这一问题,提出了一套随机扫描快速多光子荧光显微成像系统。系统采用二维声光偏转器快速扫描飞秒激发光束,能够以每点10μs的速度对特定的感兴趣区域进行跳跃式扫描,即随机扫描,使得有效的扫描速度大为提高。引入单棱镜补偿方法解决应用声光偏转器带来的色散问题。以170 nm荧光小球为样品,测得系统的横向分辨力为0.3μm,纵向分辨力为1.3μm。给出了随机扫描系统和商品化多光子荧光显微镜对同一个荧光细胞的成像结果,证明了新系统的成像能力。

超分辨成像中荧光分子定位算法性能比较

超分辨成像已成为活细胞结构和功能成像的关键工具,荧光分子定位是超分辨成像过程中不可缺少的步骤。从超分辨成像角度研究各种荧光分子定位算法性能具有重要的意义。选择5种典型的荧光分子定位算法:质心法、广义质心法、高斯拟合、解线性方程组和极大似然法,以定位精度和定位时间来评价所选择算法的性能。结果表明,1)高斯拟合、极大似然法和广义质心法能高精度对荧光分子定位,不受荧光分子所在子区域提取的影响;2)质心法和解线性方程组法能应用于图像在线分析,但定位精度较低,受子区域提取影响较大;3)当两个荧光分子位于一个衍射斑时,采用这5种算法的定位精度都会急剧下降。

基于近红外三波长的血糖检测系统研制

研制了一套基于近红外三波长的血溏浓度检测系统,其主要由光源、斩波器、探头及锁定放大器组成,3个波长分别为1200、1350和1610nm,探头采用圆-环式设计,并将源探间距设为理论分析的最佳距离3～5mm。对不同浓度葡萄糖水溶液测量表明:吸收差值比D与葡萄糖浓度具有很好的线性相关性,其相关系数为0.972。采用偏最小二乘回归建立预测模型,其预测均方根误为17.08mg/dL,相关系数可达0.997。

一种简便的计算层析系统X射线硬化校正方法

以实物拍摄为依据,用一种最简便的修正方法解决计算机X射线层析术成像时由于硬化效应引起的切片图灰度失真问题。用高性能数字X射线机FAXITRON MX-20(射线管焦点20μm,探测板灰度等级16位)对不同厚度的物体进行透射成像,测得对应的透射光强度,并利用新创的指数拟合法得到理想的拟合曲线,由此推导硬化效应的指数校正公式;最后利用实验室的微型计算机层析设备进行扇形束扫描,并逆投影重建生成计算层析断层图像,验证了该校正方法的实用性。该指数拟合法的误差不到常用的二阶多项式拟合法的1/3,对物体计算层析重构,硬化校正以前有明显的“杯状”伪迹,切片灰度不均匀,用指数法修正以后该伪迹消失,切片灰度均匀。

Micro CT中混叠伪影的消除

Micro CT系统是近几年发展起来的具有极高空间分辨率和探测灵敏度的一种成像技术,专门用于对小动物进行成像,并被广泛应用于药物开发,肿瘤检测.Micro CT的这种高分辨率使存在于CT中的混叠伪影在Micro CT中更为突出,成为影响图像质量,降低图像分辨率的主要因素.本文模拟分析了伪影产生的机理,并提出了一种直接对重构的切片图进行伪影分析及消除的算法,能快速有效的消除Micro CT切片图像里的混叠伪影,伪影消除率达70%以上,并且使图像的对比度提高.

滑动焦点光声显微成像方法

在高分辨光声显微成像系统中,只有在有限焦深范围内的吸收体可以获得高分辨率高信噪比的成像,而实际的生物组织往往具有不规则的轮廓,导致成像结果分辨率和信噪比不均匀。提出了一种基于稀疏扫描轮廓的滑动焦点光声显微成像方法,首先在固定的焦点上稀疏扫描轮廓,人工选择轮廓点获取轮廓的稀疏矩阵,然后通过双调和(Biharmonic)插值获取完整的轮廓矩阵,并将轮廓矩阵转化为焦点位置移动矩阵,最后进行二次扫描,根据焦点位置移动矩阵在每次扫描之前调整焦点位置,使得在整个扫描过程中,样品始终处于焦深的范围,从而获得分辨率和信噪比均匀的光声显微图像。通过模型实验和在体皮下血管成像、颅下血管成像,证明了该方法可以有效地提高光声成像的质量。

近红外光谱术测量肌氧含量拐点方法的比较

随着运动强度逐渐增大,近红外光谱术测量的肌氧含量发生非线性变化的"拐点"可用于评价无氧阈。对赛艇运动员做渐增负荷运动时的肌氧含量和呼吸参数的变化进行了研究,旨在比较两种确定肌氧拐点的方法:1)基于氧合血红蛋白和还原血红蛋白的相对浓度差Δ[O2Hb-HHb]的变化趋势进行判断;2)利用还原血红蛋白的相对浓度Δ[HHb]的变化趋势确定。研究发现,这两种方法确定的肌氧拐点都与通气无氧阈显著相关(r=0.980,0.965;p<0.001);且两者间高度相关(r=0.985;p<0.001),无统计差异(p>0.05)。结果表明,这两种方法确定的肌氧拐点都可用于评价无氧阈。

基于高精度断层图片数据集的大鼠动脉血管重建

目的基于微米级大鼠断层图片数据集,建立高精度的大鼠动脉血管的三维模型,为各种监测鼠血管组织形态变化的试验提供客观依据。方法采用一套高分辨率大鼠断层切片图像数据集,使用半自动交互方法对动脉血管进行分割,使用改进的移动立方体(marching cube,MC)算法,在一台IBM图形工作站上对80 GByte大小的血管图片数据集进行重建。结果建立了完整的高精度大鼠动脉血管的三维表面模型,能显示出0.4mm大小的微细血管。结论该大鼠动脉血管三维模型可以为观测试验鼠血管组织形态变化提供一个立体的空间比较标准。