结合全卷积网络和GrowCut的肾皮质分割算法

目的 肾脏图像分割对于肾脏疾病的诊断有着重要意义,临床上通过测量肾皮质的体积和厚度可判断肾脏是否有肿瘤、慢性动脉硬化性肾病和肾移植急性排斥反应等。现有的肾脏分割算法大多针对一种模态,且只能分割出肾脏整体。本文提出一种基于全卷积网络和GrowCut的肾皮质自动分割算法,用于多模态肾脏图像分割。方法 首先用广义霍夫变换对肾脏进行检测,提取出感兴趣区域,通过数据增强扩充带标签数据;然后用VGG-16预训练模型进行迁移学习,构建适用于肾皮质分割的全卷积网络,设置网络训练参数,使用扩充数据训练网络。最后用全卷积网络分割图像,提取最后一层卷积层的特征图得到种子点标记,结合肾脏图像的先验知识纠正错误种子点,将该标记图作为GrowCut初始种子点可实现肾皮质准确分割。结果 实验数据为30组临床CT和MRI图像,其中一组有标记的CT图像用于训练网络并测试算法分割准确性,该文算法分割准确率IU（region intersection over union）和DSC（Dice similarity coefficient）分别达到91.06%±2.34%和91.79%±2.39%。与全卷积网络FCN-32s相比,本文提出的网络参数减少,准确率更高,可实现肾皮质分割。GrowCut算法考虑像素间的邻域信息,与全卷积网络结合可进一步将分割准确率提高3%。结论 该方法可准确分割多模态肾脏图像,包括正常和变异肾脏的图像,说明该方法优于主流方法,能够为临床诊断提供可靠依据。     

深度学习结合影像组学的肝脏肿瘤CT分割

目的 从医学影像中进行肝脏与肿瘤分割是计算机辅助诊断和治疗的重要前提。常见的胸部和腹部扫描成像效果中,图像对比度偏低,边界模糊,需要医生丰富的临床解剖学知识才能准确地分割,所以精确的自动分割是一个极大的挑战。本文结合深度学习与医学影像组学,提出一种肝脏肿瘤CT（computed tomography）分割方法。方法 首先建立一个级联的2D图像端到端分割模型对肝脏和肿瘤同时进行分割,分割模型采用U-Net深度网络框架,在编码器与解码器内部模块以及编码器与解码器层次之间进行密集连接,这种多样化的特征融合可以获取更准确的全局位置特征和更丰富的局部细节纹理特征;同时融入子像素卷积与注意力机制,有利于分割出更加微小的肿瘤区域;接着生成两个用于后处理的学习模型,一个基于影像组学的分类模型用于假阳性肿瘤的去除;另一个基于3D体素块的分类模型用于分割边缘的细化。结果 实验数据来自某医院影像科300个肝癌病例CT,每个序列中的肝脏与肿瘤都是由10年以上的医学专家进行分割标注。对数据进行5倍交叉验证,敏感度（sensitivity）、命中率（positive predicted value）和戴斯系数（Dice coefficient）在验证结果中的平均值分别达到0.87±0.03、0.91±0.03和0.86±0.05,相比于性能第2的模型分别提高了0.03、0.02和0.04。结论 肝脏肿瘤CT的精确分割可以形成有价值的术前预判、术中监测和术后评价,有助于制定完善的手术治疗方案,提高肝脏肿瘤手术的成功率,且该方法不局限于肝脏肿瘤的分割,同样也适用于其他医学影像组织器官与肿瘤的分割。     

肺部影像解剖结构分割数据集及应用

目的 从影像中快速精准地分割出肺部解剖结构可以清晰直观地分辨各解剖结构间的关系,提供有效、客观的辅助诊断信息,大大提高医生的阅片效率并降低医生的工作量。随着影像分割算法的发展,越来越多的方法应用于分割肺部影像中感兴趣的解剖结构区域,但目前尚缺乏包含多种肺部精细解剖结构的影像数据集。本文创建了一个带标签的肺部CT/CTA （computer tomography/computer tomography angiography）影像数据集,以促进肺部解剖结构分割算法的发展。方法 该数据集共标记了67组肺部CT/CTA影像,包括CT影像24组、CTA影像43组,共计切片图像26 157幅。每组CT/CTA有4个不同的目标区域类别,标记对应支气管、肺实质、肺叶、肺动脉和肺静脉。结果 本文利用该数据集,用于肺部CT解剖结构分割医学影像挑战赛——2020年第四届国际图像计算与数字医学研讨会,该挑战赛提供了一个肺血管、支气管和肺实质的评估平台,通过Dice系数、过分割率、欠分割率、医学和算法行业专家对分割和3维重建效果进行了评估,目的是比较各种算法分割肺部解剖结构的性能。结论 本文详细描述了包括支气管、肺实质、肺叶、肺动脉和肺静脉等解剖结构标签的肺部影像数据集和应用结果,为相关研究人员利用本数据集进行更深入的研究提供参考。     

融合边界信息的高分辨率遥感影像分割优化算法

目的 针对目前区域分割算法获取的区域边界与真实地物边界不一致问题,利用高分辨率遥感影像地物内具有均质性和地物间边缘信息突出的特点,提出一种融合边界信息的高分辨率遥感影像分割优化算法。方法 首先采用Canny算法对遥感影像进行边缘提取并进行边缘连接处理,产生闭合边界;然后将边界与初始分割结果进行融合处理,获得新的分割结果;最后在闭合边界约束下,基于灰度相似性准则对新的分割结果进行区域合并,获得优化后的最终分割结果。结果 采用本文提出的分割优化算法对Mean Shift算法和eCognition软件获得的分割结果进行优化处理,优化后的分割结果与初始分割结果相比正确分割率（RR）平均提高了4%,验证了本文算法的有效性。结论 该优化算法适用性广,可优化基于区域、基于边界和基于聚类等多种分割方法,同时该算法既能保持高分辨率遥感影像分割的区域完整性,又能保持地物边缘细节特征,提高了分割精度。     

结合改进的U-Net和Morphsnakes的肝脏分割

目的 精确的肝脏分割是计算机辅助肝脏疾病诊断和手术规划的必要步骤,但由于肝脏解剖学的复杂性、邻近器官的低对比度和病态等原因,使得肝脏分割在医学图像处理领域仍然是具有挑战性的任务。针对腹部图像器官边界模糊及传统U-Net模型实现端到端的分割时精确度不高等问题,设计了一种基于改进的U-Net （IU-Net）和Morphsnakes算法的增强CT图像肝脏分割方法。方法 首先根据CT图像头文件信息对原始数据进行预处理并构建数据集,然后使用构建好的数据集训练IU-Net,训练过程中使用自定义的Dice层评测图像分割结果的准确率,最后通过OpenCV和Morphsnakes对初始分割结果进行精细分割,最终实现增强CT图像中肝脏的精确分割。结果 实验数据包括200组增强CT,160组用于训练,40组用于测试。本文算法分割准确率达到了94.8%,与U-Net、FCN-8s模型相比,具有更好的分割效果。结论 本文算法可以准确分割增强CT图像中各种形状的肝脏,能够为临床诊断提供可靠依据。     

面向浏览器的医学影像可视化系统

目的 当前各大商业公司和开源社区所提供的医学影像可视化系统依赖于各类平台以及与平台相关的插件,难以实现跨平台访问.为此提出并实现了基于HTML5的面向现代浏览器的医学影像可视化系统.方法 基于B/S(browers/server)模式进行系统整体架构与设计,设计自定义的传输协议提供各种定制的图像可视化服务.对于2维影像,采用HTML的canvas技术和WebGL技术进行浏览器端硬件加速.对于3维医学影像,采用前后端异步操作的策略以提供渐进式可视化.算法构造原始数据的多分辨率采样,并在用户交互过程中实现自适应可视化.结果 在不同的浏览器、多组临床医学影像肝脏数据上测试了系统,表明系统支持跨浏览器的可视化.测试2维和3维可视化的结果表明,系统支持2维影像的实时可视化(25帧/s),支持3维影像的交互可视化.对于512×512×154的医学体数据,低精度绘制模式的可视化效率可以达到60帧/s,高精度绘制模式的可视化效率可达到 1帧/s 的绘制效率.结论 本文面向浏览器的医学影像可视化系统利用当下新兴的WEB技术实现了跨浏览器、跨平台地对用户提供服务,为远程及移动医疗影像可视化系统提供了机会.     

带尺寸约束的弱监督眼底图像视盘分割

目的 医学图像的像素级标注工作需要耗费大量的人力。针对这一问题，本文以医学图像中典型的眼底图像视盘分割为例，提出了一种带尺寸约束的弱监督眼底图像视盘分割算法。方法 对传统卷积神经网络框架进行改进，根据视盘的结构特点设计新的卷积融合层，能够更好地提升分割性能。为了进一步提高视盘分割精度，本文对卷积神经网络的输出进行了尺寸约束，同时用一种新的损失函数对尺寸约束进行优化，所提的损失公式可以用标准随机梯度下降方法来优化。结果 在RIM-ONE视盘数据集上展开实验，并与经典的全监督视盘分割方法进行比较。实验结果表明，本文算法在只使用图像级标签的情况下，平均准确识别率（mAcc）、平均精度（mPre）和平均交并比（mIoU）分别能达到0.852、0.831、0.827。结论 本文算法不需要专家进行像素级标注就能够实现视盘的准确分割，只使用图像级标注就能够得到像素级标注的分割精度。缓解了医学图像中像素级标注难度大的问题。     

鼻咽癌原发肿瘤放疗靶区的自动分割

目的 放射治疗是鼻咽癌的主要治疗方式之一,精准的肿瘤靶区分割是提升肿瘤放疗控制率和减小放疗毒性的关键因素,但常用的手工勾画时间长且勾画者之间存在差异。本文探究Deeplabv3+卷积神经网络模型用于鼻咽癌原发肿瘤放疗靶区（primary tumor gross target volume,GTVp）自动分割的可行性。方法 利用Deeplabv3+网络搭建端到端的自动分割框架,以150例已进行调强放射治疗的鼻咽癌患者CT（computed tomography）影像和GTVp轮廓为研究对象,随机选取其中15例作为测试集。以戴斯相似系数（Dice similarity coefficient,DSC）、杰卡德系数（Jaccard index,JI）、平均表面距离（average surface distance,ASD）和豪斯多夫距离（Hausdorff distance,HD）为评估标准,详细比较Deeplabv3+网络模型、U-Net网络模型的自动分割结果与临床医生手工勾画的差异。结果 研究发现测试集患者的平均DSC值为0.76±0.11,平均JI值为0.63±0.13,平均ASD值为（3.4±2.0）mm,平均HD值为（10.9±8.6）mm。相比U-Net模型,Deeplabv3+网络模型的平均DSC值和JI值分别提升了3%~4%,平均ASD值减小了0.4 mm,HD值无统计学差异。结论 研究表明,Deeplabv3+网络模型相比U-Net模型采用了新型编码—解码网络和带孔空间金字塔网络结构,提升了分割精度,有望提高GTVp的勾画效率和一致性,但在临床实践中需仔细审核自动分割结果。     

改进预训练编码器U-Net模型的PET肿瘤自动分割

目的 为制定放疗计划并评估放疗效果,精确的PET（positron emission tomography）肿瘤分割在临床中至关重要。由于PET图像存在低信噪比和有限的空间分辨率等特点,为此提出一种应用预训练编码器的深度卷积U-Net自动肿瘤分割方法。方法 模型的编码器部分用ImageNet上预训练的VGG19编码器代替;引入基于Jaccard距离的损失函数满足对样本重新加权的需要;引入了DropBlock取代传统的正则化方法,有效避免过拟合。结果 PET数据库共包含1 309幅图像,专业的放射科医师提供了肿瘤的掩模、肿瘤的轮廓和高斯平滑后的轮廓作为模型的金标准。实验结果表明,本文方法对PET图像中的肿瘤分割具有较高的性能。Dice系数、Hausdorff距离、Jaccard指数、灵敏度和正预测值分别为0.862、1.735、0.769、0.894和0.899。最后,给出基于分割结果的3维可视化,与金标准的3维可视化相对比,本文方法分割结果可以达到金标准的88.5%,这使得在PET图像中准确地自动识别和连续测量肿瘤体积成为可能。结论 本文提出的肿瘤分割方法有助于实现更准确、稳定、快速的肿瘤分割。     

应用区域统计特征的PolSAR影像分割

目的 提出一种利用区域统计特征的PolSAR影像分割方法,以解决目前研究中在降低斑点噪声和提高分割效率方面的不足。方法 首先利用基于梯度分割影像的分水岭算法进行SAR影像初分割,针对差值梯度非恒虚警率（CFAR）,可能给出虚假边缘从而导致分割错误的问题,引入恒虚警率的均值比率梯度（ROA）;同时,考虑到梯度影像中存在大量局部极小值,直接用分水岭处理得到初分割结果,存在过度过分割,给出了一种利用形态学方法进行梯度重构以消除局部极小值、抑制过分割的方法。然后,基于初分割得到区域,计算区域相干矩阵的最大似然估计,结合假设检验和相干矩阵的Wishart分布,给出一种有效描述区域相似度的目标函数,通过建立区域邻接关系图（RAG）,执行等级区域合并得到最终分割结果。结果 利用模拟数据,德国奥伯法芬霍芬L波段实测数据和中国海南陵水黎族自治县X波段的高分辨率数据,验证本文方法,初分割结果证实梯度重构处理不会破坏原有梯度结构,并能有效抑制过分割;最终分割结果定性定量对比分析表明,本文给出的目标函数,在分割效率、信息保持和分割精度上都有较好表现。结论 实验结果表明,本文方法能有效降低斑点噪声,提高分割效率,从而提供更加准确的分割结果。     

European Community policy and the market

Abstract This paper starts with some reflections on the policy considerations and priorities which are shaping European Commission (EC) research programmes. Then it attempts to position the current projects which seek to capitalise on information and communications technologies for learning in relation to these priorities and the apparent realities of the marketplace. It concludes that while there are grounds to be optimistic about the contribution EC programmes can make to the efficiency and standard of education and training, they are still too technology driven.     

一种自适应子融合集成多分类器方法

融合集成方法已经广泛应用在模式识别领域,然而一些基分类器实时性能稳定性较差,导致多分类器融合性能差,针对上述问题本文提出了一种新的基于多分类器的子融合集成分类器系统。该方法考虑在度量层融合层次之上通过对各类基多分类器进行动态选择,票数最多的类别作为融合系统中对特征向量识别的类别,构成一种新的自适应子融合集成分类器方法。实验表明,该方法比传统的分类器以及分类融合方法识别准确率明显更高,具有更好的鲁棒性。     

煤矿井下安全监控分站的设计及其仿真实现

为了设计一种具有低成本、低功耗、易操作、功能强且可靠性高的煤矿井下安全分站,针对煤矿安全生产实际,文章提出了采用MCS-51系列单片机为核心、具有CAN总线通信接口的煤矿井下安全监控分站的设计方案;首先给出煤矿井下安全监控分站的整体构架设计,然后着重阐述模拟量输入信号处理系统的设计过程,最后说明单片机最小系统及其键盘、显示、报警、通信等各个组成部分的设计;为验证设计方案的可行性与有效性,使用Proteus软件对设计内容进行仿真验证,设计的煤矿井下安全监控分站具有瓦斯、温度等模拟量参数超标报警功能和电机开停、风门开闭等开关量指示功能;仿真结果表明:设计的煤矿井下安全监控分站具有一定的实际应用价值.     

基于QTE的蒙古文显示机制研究与实现

蒙古语言是中国蒙古族使用的通用语言,由于蒙古文区别于其他文字的书写方式和其自身变形机制等特点,在很多通用的文字处理引擎中都不被支持。在嵌入式产品开发与应用领域中Linux加QTE已经成为流行方式。该文给出了一种在QTE环境上实现基于标准Unicode的蒙古文点阵显示和变形算法, 并自定义了支持蒙古文的QTE组件,扩展了QTE功能,为在Linux加QTE方式的嵌入式体系结构中处理蒙古文提供了一种解决方法。     

基于AD9626的模拟信号采集存储卡设计

自然界的绝大部分信号都是以模拟的形式存在,因此模拟信号的采集转换存储在数字时代十分关键。文章讨论了在雷达信号处理领域基于AD9626的AD采集存储卡的设计原理、硬件结构和程序设计与芯片配置等问题,为今后相关领域的研究提供了可参考的方案。     

A human-computer interface for non-computer specialists

The COM teleconferencing system was designed to be easy to use for both beginners and people with much computer experience. A number of design choices in organizing the human-computer interface were considered very carefully. These design problems are not unique for teleconferencing applications, but will appear in many other developments of human-computer interfaces for non-computer specialists. This report discusses naming conventions, menu format, user commands, help facility and the treatment of ‘type ahead’ from the users.     

Explanation and prediction: an architecture for default and abductive reasoning

Although there are many arguments that logic is an appropriate tool for artificial intelligence, there has been a perceived problem with the monotonicity of classical logic. This paper elaborates on the idea that reasoning should be viewed as theory formation where logic tells us the consequences of our assumptions. The two activities of predicting what is expected to be true and explaining observations are considered in a simple theory formation framework. Properties of each activity are discussed, along with a number of proposals as to what should be predicted or accepted as reasonable explanations. An architecture is proposed to combine explanation and prediction into one coherent framework. Algorithms used to implement the system as well as examples from a running implementation are given.     

View-based model-driven architecture for enhancing maintainability of data access services

In modern service-oriented architectures, database access is done by a special type of services, the so-called data access services (DAS). Though, particularly in data-intensive applications, using and developing DAS are very common today, the link between the DAS and their implementation, e.g. a layer of data access objects (DAOs) encapsulating the database queries, still is not sufficiently elaborated, yet. As a result, as the number of DAS grows, finding the desired DAS for reuse and/or associated documentation can become an impossible task. In this paper we focus on bridging this gap between the DAS and their implementation by presenting a view-based, model-driven data access architecture (VMDA) managing models of the DAS, DAOs and database queries in a queryable manner. Our models support tailored views of different stakeholders and are scalable with all types of DAS implementations. In this paper we show that our view-based and model driven architecture approach can enhance software development productivity and maintainability by improving DAS documentation. Moreover, our VMDA opens a wide range of applications such as evaluating DAS usage for DAS performance optimization. Furthermore, we provide tool support and illustrate the applicability of our VMDA in a large-scale case study. Finally, we quantitatively prove that our approach performs with acceptable response times.     

Call for papers Special issue on Modeling and control technologies for civil,energy,and power systems

正The control of civil,energy,and power systems presents significant new challenges for modeling and control theory.The purpose of this special issue is to provide a forum for researchers and practical engineers to discuss the recent advances in modeling and control technology development for civil,energy,and power systems.Prospective authors are invited to submit their original contributions with the focus on theory or applications of modeling,control     

Information for Authors

正http://www.zju.edu.cn/jzus http://www.springerlink.com Aim The Journals of Zhejiang University-SCIENCE(A/B/C)are edited by the international board of distinguished Chinese and foreign scientists,and are aimed to present the latest developments and achievements in scientific research in China and overseas to the world’s scientific circles,especially to stimulate and promote academic exchange between Chinese and foreign scientists everywhere.