超声瞬时弹性成像算法与系统设计研究

超声瞬时弹性成像是在超声弹性成像基础上发展而来的,具有无创无损、方便快捷等优点,为临床检查提供了新的途径。为充分发挥超声瞬时弹性成像算法优势,推动我国临床事业的良好发展,必须加大对其的研究力度,不断改良算法并对系统进行优化设计。笔者分析了超声弹性成像在临床中的具体应用,根据超声瞬时弹性技术原理及优缺点,深入探究超声瞬时弹性成像算法与系统设计,测试结果证明,系统检测结果精准度较高,成像技术所用算法具有一定的优越性。     

一种高重复频率激发电路下的高速超声内窥成像系统

光学相干层析-血管内超声联合（Optical coherence tomography intravascular ultrasound, OCT-IVUS）成像技术能同时弥补光学相干涉成像的低成像深度与超声成像的低分辨率,能够较为全面地进行血管内的易损斑块识别,但受血管内超声（Intravascular ultrasound, IVUS）技术超声激发重复频率限制,OCT-IVUS成像难以在高帧率成像的同时获得高成像线数,从而影响显示分辨率。为提升IVUS成像速度,同时不降低图像显示的分辨率,尝试应用高重频超声激发技术的方法解决这一难题。本文设计了一种50 kHz的高重频超声激发电路,并在此设计基础上研制了一种50 f/s的高速超声内窥成像系统;进而对系统性能进行测试。激发电路高压脉冲测试以及信噪比（Signal noise ratio, SNR）测试结果表明：激发电路可用于25 MHz超声换能器的激发,具有较高的SNR;应用此激发电路所研制的超声内窥成像系统能够在不降低显示分辨率的前提下提高成像速度,该系统技术能有效检出易损斑块,促进OCT-IVUS的临床应用,对心血管疾病的早期发现、诊断和预防具有一定价值。     

基于图神经网络的自闭症辅助诊断研究综述

自闭症谱系障碍是一种复杂的神经系统发展障碍疾病,截至目前其病因尚不明确。图神经网络作为非欧几里得空间深度学习的重要分支,在处理图结构数据的相关任务中取得优异表现,为医学领域的成像和非成像模式的集成提供了可能,因此利用图神经网络进行自闭症等脑部疾病神经成像诊断逐渐成为研究热点。阐述传统机器学习方法在自闭症疾病预测中应用,介绍图神经网络的基本分类,按照图中节点与边关系的建模方法,从基于人群图和基于个体图两个角度对图神经网络在自闭症辅助诊断中的应用进行梳理和分析,并归纳现有诊断方法的优劣势。根据目前基于图神经网络的自闭症神经成像诊断的研究现状,总结了脑神经科学领域辅助诊断技术面临的主要挑战和未来研究方向,对于自闭症等脑部疾病辅助诊断的进一步研究具有指导意义和参考价值。     

机器学习在术中光学成像技术中的应用研究

术中光学成像技术的兴起为临床手术提供了更加便捷和直观的观察手段。传统的术中光学成像方法包括开放式光学成像和术中腔镜、内镜成像等,这些方法保障了临床手术的顺利进行,同时也促进了微创手术的发展。随后发展起来的术中光学成像技术还有窄带腔镜成像、术中激光共聚焦显微成像和近红外激发荧光成像等。术中光学成像技术可以辅助医生精准定位肿瘤、快速区分良恶性组织和检测微小病灶等,在诸多临床应用领域表现出了较好的应用效果。但术中光学成像技术也存在成像质量受限、缺乏有力的成像分析工具,以及只能成像表浅组织的问题。机器学习的加入,有望突破瓶颈,进一步推动术中光学成像技术的发展。本文针对术中光学成像技术,对机器学习在这一领域的应用研究展开调研,具体包括：机器学习对术中光学成像质量的优化、辅助术中光学成像的智能分析,以及辅助基于术中光学影像的3维建模等内容。本文对机器学习在术中光学成像领域的应用进行总结和分析,特别叙述了深度学习方法在该领域的应用前景,为后续的研究提供更宽泛的思路。     

阿尔茨海默氏症研究中的磁共振成像数据分析

首先综述了当前结构磁共振成像、功能磁共振成像和扩散张量磁共振成像3种技术在阿尔茨海默氏症研究中的现状;其次介绍和分析了上述3种磁共振成像数据的主要处理方法;最后介绍了基于阿尔茨海默氏症的神经影像数据库及其诊断平台的建设状况.另外,也提到了此课题在该领域的一些研究进展.     

基于3D Slicer的弥散张量成像方法研究与应用

弥散张量成像技术已经应用于临床,而利用弥散张量数据进行纤维束追踪是近年来研究的热点问题,本文基于3D Slicer平台对弥散张量成像方法进行了研究,详细介绍了MR图像弥散张量成像的分析处理流程,对医学诊断有很重要的参考价值。     

基于时间反转的直升机结构损伤成像算法

复合材料在直升机结构中大量应用,为了提高直升机服役过程中的安全性,在直升机尾桁结构上采用基于时间反转的导波结构健康监测方法进行损伤成像算法研究。阐述了基于时间反转的损伤成像方法步骤,利用Matlab软件平台编写了损伤成像算法程序,并利用在尾桁结构件上采集的信号数据进行损伤成像方法验证。实验选取多个模拟损伤测试点进行多次损伤诊断,均能得到误差不超过20 mm的损伤定位结果,可以满足直升机结构健康监测地面实验分析的需要。     

磁共振并行成像技术综述

介绍了常用的磁共振成像加速方法,其中并行成像尤为重要,因为它可以和其他加速方法互补;还介绍了5种常见的并行成像方法:利用局部灵敏度的部分并行成像、灵敏度编码、空间谐波同时获取、泛化自校正部分并行获取、与基于阵列线圈灵敏度的并行编码与复原.最后,讨论了这5种方法的互相联系,以及在工业上的应用,并展望了动态成像和非笛卡尔坐...     

光学分子影像关键技术及应用研究

光学分子影像成为近年来医学影像学研究中的新兴热点之一,其以靶向性的分子影像探针为先决条件,以新兴成像模态为发展特色,以多模态分子影像技术为核心内容,以分子影像手术导航为应用出口,在预临床和临床应用方面都取得了突出的进展。在分子影像探针方面,靶向性的光学分子影像探针在疾病的诊断和治疗研究与应用中得到越来越多的关注。契伦科夫成像作为一种新型的光学分子成像模态,可以实现肿瘤的高灵敏早期检测与精准定位。在多模态分子影像方面,以光学为核心有机融合结构与代谢信息的多模态分子成像技术成为医学影像技术发展的前沿,研发实现结构、功能和分子影像数据的同机获取的光学多模态分子影像成像设备,为生物医学领域的研究提供更精细、更全面的生理病理信息。在分子影像手术导航方面,光学分子影像作为一种非入侵式的成像技术,实现手术过程中对肿瘤及病灶组织边界的实时、精准定位,有效的为外科医生提供辅助,从而提高患者的生存率。总之,光学分子影像技术的不断发展,为疾病的精确诊断与个性化治疗提供新的手段。     

基于HL-2M 装置的等离子体可见光成像诊断系统的研制

HL-2M 托卡马克初始等离子体放电实验对等离子体可视化诊断有一定的需求,其中可见光成像系统为关键诊断之一,对初始等离子体放电有着十分重要的作用。本研究以HL-2M为平台设计研发了一套可见光成像诊断采集系统,本系统具有切向与广角两套成像诊断,可以直观准确地分析放电过程中的等离子体演化,包括等离子体击穿、维持、破裂和等离子体与壁相互作用等物理现象。系统的两套诊断通过镜头与传像光纤束进行等离子体可见光辐射的成像与传输,并以Lumenera Lt425C相机为采集和控制核心。以远程服务器控制本地并传输至数据库为控制模式,控制软件采用了VC++的多线程技术以及OpenCV软件库的图像处理技术,能够进行实时的可见光图像采集,并在放电结束后进行图像回放,同时系统具备色彩校准标定可以在装置复杂情况还原装置真实运行状态,系统具备参数配置功能,支持炮间更改参数,适应各种情况的物理实验,并有着一定的可移植性。本系统的开发研制可以满足HL-2M 装置初始等离子体放电期间的运行基本要求,在HL-2M初始等离子体放电期间取得了良好的效果,为后续推广至其他的装置提供了解决方法。     

生物医学光声成像技术及其临床应用进展

样品被短脉冲激光照射后会受激产生超声波,这种现象被称为光声效应。随着激光器技术及超声探测技术的进 步,基于此效应的光声成像技术已成为生物医学成像领域发展最快的技术之一。光声成像作为一种混合型的成像方式, 结合了光学成像的高对比度和光谱识别特性,以及超声成像大穿透深度下仍具备较高分辨率的特点。光声成像技术不仅 可对包括血红蛋白、脂肪在内的多种组织成分进行高特异性成像,还能灵敏的反映包括血氧含量、氧代谢率等生理特征 的变化,与超声技术的形态和结构成像具有很强的互补性,已在临床及生物医学研究领域体现出巨大的应用潜力。光声 成像技术的这些特性使其在恶性肿瘤、心血管疾病、微循环异常等疾病的成像诊断和治疗引导中具有重要的应用前景。 文章小结了本课题组在光声成像技术领域最近取得的一些新进展,包括利用解卷积技术进一步提高光声显微成像分辨 率;利用压缩感知技术降低数据采集量,提高光声层析成像的速度;利用自制的纳米探针,实现光声分子成像和光热治 疗。光声成像技术的这些进步使其在癌症、心脑血管疾病等方面的诊断和治疗更具有可行性,文章最后回顾了光声成像 技术在乳腺癌、前哨淋巴结及血管内成像等方面的临床应用和研究进展。     

多模态网络融合在轻度认知障碍分类中的应用

针对早期轻度认知障碍（MCI）根据医学诊断认知量表评估极有可能无法判断的问题,提出了一种多模态网络融合的MCI辅助诊断分类方法。基于图论的复杂网络分析方法在神经影像领域的应用已得到广泛认可,但采用不同模态的成像技术研究脑部疾病对大脑网络拓扑结构属性的影响会产生不同结果。首先,使用弥散张量成像（DTI）与静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）数据构建大脑结构和功能连接的融合网络。然后,融合网络的拓扑属性被施以单因素方差分析（ANOVA）,选择具有显著差异的属性作为分类特征。最后,利用支持向量机（SVM）留一法交叉验证对健康组和MCI组分类,估算准确率。实验结果表明,所提方法的分类结果准确率达到94.44%,相较单一模态数据法的分类结果有明显提高。所提方法诊断出的MCI患者在扣带回、颞上回以及额叶和顶叶部分区域等许多脑区表现出显著异常,与已有研究结果基本一致。     

艺卓（EIZO）为面向医疗成像应用推出FlexScan M系列显示器

EIZO进日宣布推出专为临床覆查应用而设的FlexScan M系列液晶显示器，首批推出的产品包括200万像素的21．3英寸FlexScan S2100-M、100万像素的19英寸S1910-M和100万像素的17英寸L568-M彩色液晶显示器，上述型号的产品是专为满足无胶片环境中的非诊断成像应用设计的，用来显示临床记录和DICOM图像的需要。艺卓的RadiForce医疗显示器已经凭借支持严格的校正标准的特性在全球内获得了广泛的赞誉，EIZO充分理解医院在针对非诊断成像需求配备多用途显示器方面的需求。     

在体生物光学成像技术的研究进展

在体生物发光成像和在体荧光成像是近年来新兴的在体生物光学成像技术, 能够无损实时动态监测被标记细胞在活体小动物体内的活动及反应, 在肿瘤检测、基因表达、蛋白质分子检测、药物受体定位、药物筛选和药物疗效评价等方面具有很大的应用潜力. 本文详细介绍了在体生物发光成像和在体荧光成像的特点、系统及应用, 比较了它们的异同, 综述了在体生物光学成像技术的基本原理和应用领域, 讨论了将其应用于临床的进一步发展方向.     

用MCNP程序计算针孔成像

中子或伽玛射线的针孔成像在许多研究领域都有广泛的应用。由于这两种射线都有较强的穿透能力,针孔屏蔽体一般都设计得很厚,针孔成像的计算就必须要考虑射线在针孔屏蔽体物质中的散射效应和穿透效应。这些都涉及到粒子在各种材料中的输运计算,这就为针孔成像的计算带来了很大困难。所以,采用通用粒子输运程序MCNP作为针孔成像计算工具。较为详细地讨论了MCNP中几种计算方法的性能,描述了用这些方法计算的方差衰减技术和某些情况下的物理建模技巧。     

XCT和ECT成像原理及综合对比

:目前在医学成像系统应用较为广泛的为XCT和ECT.由于近些年来疾病的复杂性和多变性,单独的XCT或者ECT诊断已经不能精确的诊断,从而产生了将二者结合的SPECT/CT和PET/CT等综合型成像系统.相信以后在医学成型领域,XCT和ECT二者会被进一步的优化和改进,以满足日后的医生更精确的诊断需求.     

基于内窥超声环阵换能器的快速成像方法研究

随着超声快速成像技术的发展,诞生了一系列新型超声成像模态,大大提高了病变诊断的准 确性和特异性。但这些新技术都需要较高的成像帧率来实现对组织瞬时变化的精确追踪。然而目前已 有的几种快速成像算法都是基于线阵、凸阵以及平面阵的,还没有完全应用到内窥环阵换能器上,导 致这些新技术还无法很好地应用到内窥成像中。为此,该文研究了 3 种基于内窥超声环阵换能器的快 速成像方法,并进行了图像重建的理论推导以及仿真实验验证。结果表明,3 种快速成像算法都可以 将成像帧率提高到 1 kHz 以上,同时将横向分辨率限制在 2 mm 以内。     

Monte Carlo方法在扩散光学成像仿真中的应用

综述了描述前向问题的各种模型,包括解析解方法、数值方法和统计方法.特别地,就生物自发光多谱段光源的实例介绍了Monte Carlo方法.在光学成像领域,针对不同的成像模态、对成像质量的要求以及所需要的信息,MC方法有3种主要形式:连续波、时域和频域.不仅揭示了每种形式的基本原理,同时也相应地介绍了其在本领域的典型应用及软件.通过这些应用可以看出,MC方法对于扩散光学成像,特别是最近几年的在体无创实时成像的发展发挥着重要作用.     

超声声辐射力弹性成像中基于拉东变换的剪切波速度估计方法的改进研究

能够无创定量测量人体组织弹性模量的声辐射力脉冲超声弹性成像方法,已经逐渐成为进行肝硬化分期和乳腺癌良恶性判别等临床诊断的重要工具。但是,在临床实践中也发现,弹性模量测量的稳定性会受到测量深度和组织各向异性等多种因素的影响。因此,如何通过算法的改进提高声辐射力脉冲超声弹性成像测量结果的可靠性,一直是该领域所关注的重要课题之一。文章对现有的基于拉东变换的剪切波速度估计算法进行了多种方式的改进,并利用自主研发的声辐射力定量超声弹性成像系统所采集的超声射频数据,对几种方法得出的剪切波速度测量结果进行了比较。这些改进算法可以被分为两类：(I)在以“时间-侧向位置”为坐标的位移矩阵上进行拉东变换;(II)在以“时间-深度”为坐标的位移矩阵上进拉东变换。第一类算法试图找到在某一个特定深度上剪切波侧向传播的最佳拟合轨迹,而第二类算法则试图直接找到在整个测量深度范围内,剪切波波前通过每个侧向位置的准确时间点。文章在标准弹性仿体和离体猪肉组织样本上进行了测量实验,比较了在不同深度位置上重复测量结果的可靠性,以及这些算法的耗时情况。实验结果将有助于我们找到一种兼顾测量稳定性和计算速度的新型剪切波速度估计算法,并将其应用到声辐射力脉冲超声弹性成像中,提高其测量结果的可靠性和在临床应用中的价值。     

开放式的高分辨率超声成像系统

在医学和生物学研究当中,对活体组织进行无创性成像具有重要意义。高分辨率超声成像技术,可以对细微组 织实现高空间分辨率的成像,已被广泛应用于皮肤、眼睛、心血管和小动物成像等生物医学领域。目前领域内的相关研 究需要不同的成像系统参数,例如要求不同的探头性能、数据采集策略、信号处理以及图像重建、显示和保存方法。因 此需要一种灵活和开放的超声成像系统,能让用户根据各种研究需求实现个性化设置并能全面获取原始实验数据。文章 提出了一种实时的、便携式设计的开放式超声成像系统,可支持定制的高分辨率超声成像研究。系统基于高速现场可 编程逻辑门阵列(FPGA)实现灵活多样的超声成像。用户可以轻松地根据个性化应用需求来调整系统结构。测试结果表 明,本系统能实现 B 超成像、编码激励成像、多普勒成像、血管内成像、多模态组合成像等,为高分辨率生物医学应用 研究提供了非常灵活的成像工具。