尾静脉注射方法考察Stearic-PEI/SPIO 纳米基因载体的基因转染性能及磁共振可视化效果研究

实验应用硬脂酸-聚乙烯亚胺包裹超顺磁氧化铁(Superparamagnetic Iron Oxide,SPIO)装载目的基因构建可视化 纳米复合物,进行 BABL/c 雌性小鼠体内磁共振成像实验、组织学检测,探讨其是否能够有效地介导体内基因表达以及 产生磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)效果。MRI 实验结果显示,对小鼠尾静脉注射复合物 0.5 小时后进 行磁共振扫描,与注射生理盐水的对照组相比实验组 T2 加权信号明显降低,信号强度仅为对照组的 35%;48 小时后, 实验组 T2 加权信号强度略有回升,但与对照组信号强度相比仍存在显著差异。组织学结果显示可视化基因纳米复合物 能够穿过血管内皮细胞进入肝脏组织,并释放 DNA 在细胞内成功表达,但基因表达效果较差。综合 MRI 成像及组织检 查实验结果可知,该纳米颗粒具有优良的 MRI 成像性能,但通过尾静脉注射方法基因转染效率较低。     

3T 下基于PSIF 的快速T2 加权腹部成像方法

3T 下传统的屏气 T2 加权成像序列 HASTE 在腹部成像中受到射频特定吸收率和 B1 发射场均匀性的限制。本文 研究显示时间反转稳态自由进动快速成像(PSIF)序列在腹部成像中能提供较好的 T2 对比,并且在翻转角 30°～ 40°之间 取得最好的对比度。与 HASTE 对比发现,该序列 SAR 值低,且对 B1 发射场均匀性不敏感。实验中,正常志愿者的肝脏 信噪比在 17 左右,肝脾对比度噪声比在 18 左右,这对诊断用图像是足够的。此外,PSIF 序列使用很短的 TR 来缩短扫描 时间,采集速度为 1 秒/层,使得该序列不需要屏气或者呼吸触发。     

基于图像质量与频谱特性加权的光瞳结构优化

为进一步优化光学合成孔径成像系统的光瞳结构,研究了3种典型光瞳结构下复原图像质量与调制传递函数之间的关系,提出基于图像质量与频谱特性加权的光瞳优化方法。该方法将复原图像质量评价因子与频谱分布特性因子的线性加权值,作为光瞳优化的目标函数,调整权重因子使合成孔径成像系统的性能在图像质量与分辨率之间达到平衡。仿真结果表明,对六孔径和九孔径光瞳结构优化后,复原图像对比度更高,人工痕迹更少,更利于在保证成像分辨率的同时获得更好的成像质量。     

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。     

采用贝叶斯决策概率型DT-MRI的脑白质纤维追踪成像

弥散张量磁共振成像(DT-MRI)的脑白质纤维追踪成像可无创重建脑白质纤维的三维结构,而现有追踪成像方法一般仅考虑局部纤维的弥散倾向,对纤维束几何结构的综合考虑不足,为此提出一种贝叶斯决策概率型的纤维追踪成像算法.该算法通过纤维束当前体素的弥散张量方向和纤维束几何结构信息,利用贝叶斯决策理论估算追踪下一体素的方向概率分布;按照概率分布对纤维束进行加权采样,重建纤维束的三维结构图像.最后利用文中算法在合成弥散张量数据上进行了成像仿真,在真实脑部DT-MRI数据上进行了成像实验.仿真和实验结果表明,该算法能实现预期的脑白质纤维追踪成像,比现有追踪成像方法结果更可靠,可重复性更强.     

用于血管内成像的 60 MHz 高频超声换能器设计及其成像实验

在血管内超声成像系统中,超声换能器是重要的部件之一,对成像性能起决定性作用。提高超声换能器的成像分辨率可以获得更多图像细节,有助于临床获取动脉粥样硬化斑块的细节信息。此外,超声换能器还需要具有足够的穿透深度,能够对斑块和血管进行完整评估。而成像分辨率和成像深度都与超声换能器的频率密切相关,且二者相互制约。该文综合考虑了冠脉成像对成像分辨率与成像深度的要求,优化设计并制备了一种 60 MHz 的微型高频换能器。仿体实验表明,基于该换能器的超声成像分辨率可显著提高,且成像深度满足冠脉成像的需求。大动物活体实验结果表明,与商业 40 MHz 换能器相比,该文所设计的换能器能更清楚地看到血管中膜内层边界和支架结构,可以为临床提供更精细的指导优化。     

高速的血管内超声数据传输及成像

血管内超声（IVUS）成像技术能提供动脉粥样斑块的组织信息,便于医生对血管病变作出全面、准确的评价,已广泛应用于心血管疾病的诊断。针对现有的超声数据采集装置在传输速度、成本、灵活性等方面的不足,提出并实现了一种高速的血管内超声成像数据传输及成像方法。采集到的血管内超声信号经过处理后通过高速USB3.0接口传输到PC端,再进行对数压缩以及坐标变换等操作,最后实时显示图像。实际传输速率统计显示,传输速度稳定在2040Mb/s上下。血管仿体成像实验中管壁组织清晰、内腔轮廓平滑。     

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。     

石油勘探电磁层析成像在复杂岩层的应用仿真

对石油岩层进行勘探时,是通过电磁波形成稳定图像,对石油岩层进行勘探.由于石油区域的岩层结构密集和稀松部分分布不均匀,电磁层析成像在分布不均匀的岩石结构中,电磁波回波过程发生不定衰减,导致电磁析图像发生局部变异.传统的石油勘探电磁层析成像技术在图像局部变异下,会严重影响后期的成像效果,成像信息失真明显.提出采用加权小波分析的石油勘探中电磁层析成像复杂结构声波过滤方法.用非线性方程描述所有的石油勘探中电磁层析成像结构声波,选取一组成像信号作为样本数据,计算成像信号的权重,获取所有成像信号在声波过滤过程中的重要程度.针对上述结果进行小波变换处理,完成成像信号的分解,将所有的因子进行重构,实现声波过滤.实验结果表明,利用改进算法进行石油勘探中电磁层析成像复杂结构声波过滤,能够极大的提高过滤准确性,得到清晰的成像信号.     

弥散加权成像的灌注因子图研究及临床应用

目的:研究灌注因子(f-map)成像在辅助临床诊疗中的应用。方法:通过小鼠试验和临床病例,基于对f-map成像分析结果和临床病理诊断结果的对比,来探索f-map在实际临床中的应用。结果:发现f-map在血管成像和脑梗内部受损结构的观察上有一定作用.结论:作为一种代替造影剂和电离辐射的成像方法,f-map有一定临床诊断价值。     

基于深度先验及非局部相似性的压缩感知核磁共振成像

针对现有压缩感知核磁共振成像（CSMRI）算法在低采样率下重构质量低的问题，提出一种融合深度先验及非局部相似性的成像方法。首先，利用深度去噪器和块匹配三维滤波（BM3D）去噪器构建能够融合多种图像先验知识的稀疏表示模型；其次，将该模型作为正则化项，利用高度欠采样的k空间数据构建压缩感知核磁共振成像优化模型；最后，利用交替优化方法求解构建的优化问题。所提出的算法不仅能够通过深度去噪器利用深度先验，还能够通过BM3D去噪器利用图像的非局部相似性来进行图像重建。实验结果表明，与基于BM3D的重建算法相比，该算法在采样率为0.02、0.06、0.09及0.13情况下重构的平均峰值信噪比高出约1 dB；此外，从视觉角度，与现有的基于小波树稀疏性的核磁共振成像算法WaTMRI、基于字典学习的核磁共振成像算法DLMRI、基于字典更新及块匹配和三维滤波的核磁共振成像算法DUMRI-BM3D等相比，所提算法重构的图像包含大量纹理信息，与原始图像最接近。     

基于深度先验及非局部相似性的压缩感知核磁共振成像

针对现有压缩感知核磁共振成像（CSMRI）算法在低采样率下重构质量低的问题,提出一种融合深度先验及非局部相似性的成像方法。首先,利用深度去噪器和块匹配三维滤波（BM3D）去噪器构建能够融合多种图像先验知识的稀疏表示模型;其次,将该模型作为正则化项,利用高度欠采样的k空间数据构建压缩感知核磁共振成像优化模型;最后,利用交替优化方法求解构建的优化问题。所提出的算法不仅能够通过深度去噪器利用深度先验,还能够通过BM3D去噪器利用图像的非局部相似性来进行图像重建。实验结果表明,与基于BM3D的重建算法相比,该算法在采样率为0.02、0.06、0.09及0.13情况下重构的平均峰值信噪比高出约1 dB;此外,从视觉角度,与现有的基于小波树稀疏性的核磁共振成像算法WaTMRI、基于字典学习的核磁共振成像算法DLMRI、基于字典更新及块匹配和三维滤波的核磁共振成像算法DUMRI-BM3D等相比,所提算法重构的图像包含大量纹理信息,与原始图像最接近。     

基于群稀疏理论的乳腺动态对比度增强核磁共振图像联合重建

乳腺在注射造影剂钆喷酸葡胺（Gd-DTPA）后,乳腺核磁共振（MR）图像中恶性肿瘤区域比正常或者良性区域呈现出更加快速和更强的灰度变化,因此动态对比度增强核磁共振成像（DCE-MRI）成为了医生检测和诊断乳腺恶性肿瘤的重要工具。但是DCE-MR图像的快速获取目前仍然是一个难题, 为了快速高效地获取这样的DCE-MR图像, 根据群稀疏思想和压缩感知（CS）理论,提出了一种结合变密度随机采样的共轭梯度下降方法。该方法首先使用变密度随机采样的方式从图像的局部k-空间（傅立叶系数）数据中获取采样信息,再将传统的基于l1范数的共轭梯度下降算法扩展到l2,1范数以使得改进的共轭梯度下降算法可以对多幅DCE-MR图像同时进行联合重建。实验结果表明:采样率小于40%时,改进的联合重建方法比多测量向量（MMV）算法在重建时间上减少了约30%;变密度随机采样比均匀随机采样在重建准确率上提高了约70%。     

基于统计特性随机森林算法的特征选择

针对由静息态功能磁共振成像(R-fMRI)得到的脑功能连接矩阵数据运用传统特征选择方法处理的结果,存在特征冗余,无法确定最终特征维数等问题,提出一种全新的特征选择算法.该算法在随机森林(RF)算法中结合统计特性,根据袋外数据的分类效果得到保留的特征,并将其运用在对精神分裂患者与正常被试者的识别实验中.实验结果表明,与传统的主成分分析(PCA)方法相比,该算法可以有效保留重要特征,提高识别精度,且保留的特征具有很好的医学解释性.     

基于局部空间数据的功能磁共振图像运动校正

在脑功能磁共振实验中,运动校正是数据预处理的关键环节。运动校正的结果对后续的脑区定位、功能连接等分析有着重要的影响。但因数据量较大,常规分析软件对实验数据进行运动校正时做了一些简化处理,校正误差较大。为减少这种误差,提出了一种基于局部空间数据的运动校正方法,首先从数据获取的角度构造功能像各切片的局部空间数据,然后利用修正的Gauss-Newton最优化方法估计各切片相对于参考图像做刚体变换后的空间位置,最后利用Delaunay三角剖分方法重构功能像以实现精确校正。仿真实验及实际的视觉实验数据分析结果表明,该方法具有较高的校正精度,是一种有效的功能磁共振数据运动校正方法。     

Using angular and spectral shape similarity constraints to improve MISR aerosol and surface retrievals over land

The Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR) instrument on the Terra satellite has demonstrated the capability to retrieve aerosol optical depths, surface bidirectional reflectance factors, and hemispherical reflectances over a wide variety of land surface types. In particular, its multiangular imaging design has enabled the application of algorithms that minimize sensitivity of the aerosol retrievals to the brightness of the underlying surface. The novel aerosol algorithm that was developed prior to launch has had notable quantitative success. Over certain scene types, however, the approach contained obvious spatial artifacts, so a postlaunch refinement to the algorithm was implemented. It constrains the retrieved aerosol models and optical depths such that the implied angular shape of the surface hemispherical-directional reflectance factor (HDRF) is similar among all of the MISR wavelengths. This upgrade has resulted in three tangible benefits: (1) the occurrence of outliers has been dramatically reduced, (2) correlations with AERosol RObotic NETwork (AERONET) aerosol sunphotometer data are quantitatively improved, and (3) the quality of surface products is markedly enhanced. MISR Level 2 aerosol and surface products are archived at the NASA Langley Atmospheric Sciences Data Center. Those having version numbers v0012 and higher incorporate this upgrade in the data processing software.     

基于自适应低秩去噪的磁共振图像重构

本文提出了一种基于自适应低秩去噪的磁共振图像重构算法.该方法使用去噪近似消息传递算法重构磁共振图像,将自适应加权Schatten-p范数最小化方法（Weighted Schatten p-Norm Minimization,WSNM）作为其降噪模型,研究图像的重构性能.根据算法迭代过程中估计的噪声标准差自适应的设定WSNM的图像块大小及相似块个数.实验表明,与近几年提出的磁共振图像重构算法比较,本文提出的算法可以获得更高的峰值信噪比（Peak Signal to Noise Ratio,PSNR）和更低的相对${L_2}$范数误差（Relative${L_2}$Norm Error,RLNE）,得到更好的重建效果.     

一种基于主动轮廓模型的MRI医学图像序列边缘提取算法

为了提取核共振成像图像序列的边缘，提出了一种改进主动轮廓模型的边缘提取算法。通过调整原始公式的一些参数使得该模型不但能精确地提取图像中的凸形物体的边缘，而且能够接近边缘的凹陷处；引入自适应改变大小的外部约束能量来增大外能的吸引范围，使控制点能够不依赖于初始轮廓而快速地收敛到目标的真实轮廓；结合匹配技术，提高边缘提取结果层间传递的精度。实验结果表明该算法仅需少量用户交互就能快速准确地从医学图像序列中提取出感兴趣的物体边缘。     

基于CUDA的彩色超声血流成像

彩色超声血流成像在医学超声诊断中得到了广泛的运用。对前期所提出的超声血流成像图形处理器(GPU)的处理框架做出了两点改进：在壁滤波器模块并行实现Regression滤波器,替换原来的并行有限冲激响应(FIR)滤波器;在后处理模块中,加入了并行实现的Threshold box滤波器,改善了血流的均匀性。实验结果表明：GPU并行实现的运算效率是中央处理器(CPU)串行实现的16.2倍,帧率可以达到70帧/秒。与传统的FIR滤波器相比,Regression滤波器能够得到更高质量的超声血流图像,并且Threshold box滤波器提高了组织/血流鉴定的精确度。     

超声血流成像中基于动态域的回归和奇异值分解的杂波抑制方法

针对超声彩色血流成像(CFI)中杂波引起血流速度估计不准确的问题,提出了一种基于动态域的多项式回归和奇异值分解(SVD)的杂波抑制方法--ARS算法.首先,根据回波信号的时域特性和能量强度,采用动态划分法区分出信号所属范围;其次,按照信号的所属范围选取多项式回归法或SVD法动态地去除杂波成分.将所提算法与投影初始化无限脉冲响应(IIR)法、非平稳滤波法、回归滤波法和SVD法等杂波抑制方法进行仿真对比,实验结果表明:所提算法能够较好地抑制组织运动干扰(组织区信号的运动速度几乎为零,且滤波后的杂波血流比约为5.427 dB),估计出的最大血流速度(0.968 m/s)最接近于理论值,血流分布均匀,并能较好地保持血流速度剖面的完整性,得到的血流速度图像真实,质量较高.