手持式拉曼快检仪关键技术研究
这是一篇关于拉曼光谱,自动积分,定量分析,回归分析的论文, 主要内容为随着科学技术进步,拉曼光谱技术已经不拘泥实验室科研领域的研究,而逐渐应用于食品、安检、生命科学和珠宝鉴定等领域。手持式拉曼快检仪的发展将有助于拉曼光谱技术的应用更加广泛、更加便捷。然而,目前还存在一些手持式拉曼快检仪的关键技术问题尚待解决,诸如快检仪仪器体积较大、检测过程耗时较长且步骤繁琐不利于推广、仅仅对检测物质进行定性分析而定量分析较为困难、微型拉曼光谱仪分辨率较低等问题,这些问题制约着手持式拉曼快检仪的发展。因此,本文在课题组前期便携式拉曼快检仪研究基础上,对手持式拉曼快检仪的关键技术进行研究和设计。本文主要包括对手持式拉曼快检仪体积的小型化、自动积分的智能检测以及常规拉曼检测的定量分析等关键技术进行研究。本文主要工作内容包括以下几点:(1)根据手持式拉曼快检仪的性能指标和功能需求,进行总体设计。硬件上采用分离式的双CPU、双系统设计,注重硬件的集成化、模块化和小型化设计,选用微型光谱仪和核心板来缩小硬件体积。软件上采用B/S架构进行开发,并对相应功能进行设计和实现。(2)对自动积分算法进行研究,提出一种基于简单模糊规则的动态PI控制的自动积分算法。通过使用该算法,能够实现对任意样品的拉曼信号采集,确保样品拉曼峰不会因为信号太弱而被噪声“淹没”或者因为信号太强导致溢出,并通过实验分析验证了该算法的可行性。该算法省却了人工手动调节积分参数的过程,缩短了检测的时间,降低了样品的漏检率,提高样品拉曼光谱信噪比,实现了自适应采谱,收敛速度快。(3)对拉曼检测的定量分析算法进行研究,并以乙醇溶液定量分析为例子,提出一种非线性的多峰定量方法。经过基线校准算法处理,扣除背景对光谱的影响,同时对峰强进行转化,克服了不同积分时间对光谱数据的影响,通过建立三种乙醇溶液的定量分析模型,得出非线性定量模型的预测能力优于线性模型,且三次曲线模型优于二次曲线模型,综合多个特征峰的预测结果,采取排除离群值后求平均来作为最后的定量分析结果,来该方法定量准确度较高,通用性较高,可推广到其它常规拉曼物质的定量分析。对推动拉曼光谱在定量分析的应用上有重要意义。
超声造影对肝脏肿瘤病变的诊断及评估肝脏原发恶性肿瘤动静脉瘘
这是一篇关于超声造影,肝脏肿瘤,定量分析,肝脏原发肿瘤,病理分化,动静脉瘘的论文, 主要内容为第一部分:超声造影定量分析在肝脏肿瘤超声诊断中的应用 目的:探讨超声造影定量分析在肝脏肿瘤超声诊断中的应用价值。 方法:利用超声造影剂SonoVue对92例患者102个病灶(59个恶性,43个良性)行超声造影检查,记录病灶增强方式、开始强化时间、消退时间、达峰时间等指标,用logistic多因素回归分析,对有影响的因素进行统计学处理。 结果:59个恶性肿瘤主要表现为动脉相早期增强(即21s内),达峰时间在32s以内多见,与良性病灶造影增强表现相比,差异有统计学意义。肝脏原发恶性病灶与继发恶性肿瘤动脉相均快速增强,差异无统计学意义,但两组消退时间上差异显著,有统计学意义。 结论:超声造影动脉相早期强化(21s内)作为肝脏恶性肿瘤诊断指标有价值,肝脏原发恶性肿瘤与继发恶性肿瘤消退时间有鉴别意义,结合其它指标有助于提高对肝脏恶性肿瘤的诊断。 第二部分:超声造影评估肝脏原发恶性肿瘤分化程度及动静脉瘘 目的:分析原发性肝癌不同分化程度与超声造影表现的关系。超声造影对照血管造影,评估肝脏恶性肿瘤动静脉瘘情况。 方法:回顾性分析了2007年6月——2009年9月期间我院确诊为肝脏原发恶性肿瘤患者接受超声造影检查的65例患者资料。根据分化程度,将44例病理结果明确分化程度的肝细胞肝癌病灶分成高分化、中分化及低分化三组。观察病灶血流灌注情况,记录开始增强时间、消退时间、消退模式等指标,并对数据进行统计学分析。对比10例接受超声造影检查并行肝动脉化疗栓塞患者影像资料,观察肿瘤动静脉瘘发生情况。 结果:肝脏原发恶性肿瘤始增时间、消退时间、消退模式、门脉期回声与肿瘤分化程度无明显相关。消退迅速的原发性肝癌多合并肝动脉-门静脉瘘的存在。 结论:超声造影能清晰的显示肿瘤血管的灌注,评估肝脏原发恶性肿瘤动静脉瘘的发生与程度,对临床治疗方案的制定有指导意义。
复合绝缘子脉冲太赫兹成像系统设计及应用
这是一篇关于复合绝缘子,卧式脉冲太赫兹成像系统,太赫兹时域光谱技术,缺陷特征波形,定量分析的论文, 主要内容为复合绝缘子具有机械强度高,不易发生裂缝,老化速度慢等特点,广泛应用于电力领域,使电网运行更加安全可靠。复合绝缘子在制造和使用过程中的护套-芯棒界面易产生气隙,降低了复合绝缘子的绝缘性。目前,太赫兹无损检测技术已被证明可以有效检测复合绝缘子中护套-芯棒界面的气隙缺陷,但复合绝缘子的形状为圆柱形,在无损检测中,很难保证太赫兹波垂直入射复合绝缘子表面,斜入射会使太赫兹在检测相同厚度样品时的飞行时间变长,能够提高成像系统检测的纵向分辨率。因此,本文采用斜入射的方式设计复合绝缘子脉冲太赫兹成像系统,检测复合绝缘子中护套-芯棒界面的气隙缺陷,并通过太赫兹时域光谱技术实现对复合绝缘子护套-芯棒界面气隙缺陷厚度和面积的定量化分析。论文的主要完成工作如下:1)卧式脉冲太赫兹成像系统机械结构设计。以太赫兹时域光谱系统为基础,结合复合绝缘子的几何尺寸,设计系统的总体结构。基于模块化设计思路将该系统分为运动支撑模块、线性位移模块和旋转模块,并对模块中各结构的强度计算和校核,最终卧式脉冲太赫兹成像系统的线性位移模块的重复定位精度±0.01mm,旋转模块中驱动机构与旋转支撑机构的同轴度达到±0.02mm,探测器焦点与旋转模块轴线的水平度±0.02mm。2)卧式脉冲太赫兹成像系统关键零部件有限元分析。根据各机构的实际受力情况,采用静力学分析的方法分析运动支撑模块、线性位移模块和旋转模块中各机构的受力情况,通过材料力学第四强度理论,对各机构的最大等效应力进行校核。为了验证本文构建系统的可靠性,对阶梯轴和花键轴进行模态分析,阶梯轴和花键轴在前六阶分析中阶梯轴的固有频率最小为198.7Hz,花键轴的固有频率最小为174.68Hz远大于旋转模块的工作频率50Hz,不会在检测过程中产生共振现象,影响检测精度。3)卧式脉冲太赫兹成像系统中控制设计。以轴向位移机构的性能参数为基础,计算的步进电机理论参数结合工频特性曲线,实现了对电机的选型。根据电机参数选择合适的驱动器和控制器,并利用Altium Designer搭建卧式脉冲太赫兹成像系统控制电路,并以此为基础编写太赫兹数据采集程序,为后续复合绝缘子气隙缺陷检测提供了软件支持。4)复合绝缘子气隙缺陷太赫兹检测与定量分析。通过卧式脉冲太赫兹成像系统得到含有气隙缺陷的复合绝缘子太赫兹检测波形,分析太赫兹气隙缺陷的波形特征实现了气隙缺陷识别。对标准缺陷模拟样件气隙缺陷进行厚度分析,太赫兹检测气隙厚度与预制气隙厚度,检测准确率达到95.48%。通过太赫兹时域光谱成像技术对标准缺陷模拟样件太赫兹成像研究,结果表明,太赫兹实际检测面积与预制缺陷面积相比准确率达到96.1%。并对本文设计的卧式脉冲太赫兹成像系统开展了复合绝缘子实际应用研究,研究表明,太赫兹检测气隙厚度与预制气隙厚度,最少相差0.005mm,太赫兹实际检测面积与预制缺陷面积相比准确率达到93.22%。本文设计的卧式脉冲太赫兹成像系统主要针对护套-芯棒界面检测,该成像系统用于复合绝缘子入网前对复合绝缘子的护套-芯棒界面进行评估,对安全事故预防具有重要作用。
近十年中国陆地气溶胶时空特征及驱动力定量分析
这是一篇关于气溶胶光学厚度,中国陆地,西北干旱区,京津冀,驱动力,定量分析的论文, 主要内容为大气气溶胶通过吸收和散射太阳辐射影响地球的辐射平衡;同时气溶胶微粒作为云的凝结核,可以影响云的光学特性、云量,进而对降水量和水循环产生间接效应。气溶胶污染问题尤为突出,研究我国大气污染防治背景下的气溶胶时空特征及其驱动力因素问题已迫在眉睫。气溶胶光学厚度(AOD,Aerosol Optical Depth)作为表征大气浑浊度的重要物理量,不仅是衡量气溶胶的关键指标之一,也是确定大气气溶胶辐射气候效应的关键因子。遥感技术应用广泛,它可以支持大范围、大尺度、多通道、高时空分辨率的气溶胶监测。MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectrometer)AOD产品数据己被大量应用于全球和区域气溶胶时空分布和变化研究。随着我国的经济快速发展,工农业活动向大气排放了大量气溶胶粒子,大气中气溶胶颗粒物的来源众多且复杂,区域环境问题日益严重,因此有必要对中国区域的大气环境进行宏观分析。本研究以地理学的理论和方法为指导,借助RS技术和数理统计方法,选取2008—2017年MODIS Aqua C006气溶胶产品数据,分析近十年中国陆地气溶胶光学厚度时间序列变化规律、空间格局分布特征;以“胡焕庸线”为界,选取西北干旱区、京津冀地区为典型区域分析区域AOD时空变化,建立区域的驱动力因子的评价指标,再通过主成分分析的方法,确定典型地区气溶胶光学厚度的时空分布主要的驱动力因子,从而建立AOD驱动力的定量模型。具体结论如下:(1)中国陆地AOD多年平均、季节分布特征符合“西低东高”的特点。2008—2017年整体呈现下降趋势且变化幅度较小;高值区为京津冀地区、华中地区、长三角地区、珠三角地区以及塔里木盆地,低值区为青藏高原、云贵高原、内蒙古高原等;AOD时空分布呈现较强的季节特征,春季AOD最高,秋季最低。(2)2008—2017年西北干旱区年均AOD分布呈现明显的规律性分布特征;西北干旱区春、夏两季气溶胶值较高。塔里木盆地等为高值区,阿勒泰地区为低值区。京津冀地区十年内AOD值始终较高,其南部区域气溶胶浓度四季均高;京津冀地区AOD值夏季高于春季高于冬季高于秋季。(3)确定驱动力指标要素,分析了西北干旱区、京津冀地区各驱动力指标要素。以AOD(y)为因变量,西北干旱区以降水量(x1)、GDP(x2)、NDVI(x3)、LST(x4)为自变量,京津冀地区以LST(x1)、GDP(x2)、降水量(x3)、风速(x4)为自变量,建立多元回归模型,进行区域尺度驱动力定量分析,得到西北干旱区模型拟合度为77%,京津冀地区模型拟合度为81%。本研究对于对科学预测以及有效控制我国大气颗粒物含量有着实际的指导意义,并希望通过本次研究可以为我国气候变化研究、气候变化应对政策和行动,以及气候谈判提供科学依据。
面向MRI的膝关节软骨识别及缺损区域面积估算
这是一篇关于膝关节软骨分割,MRI图像,卷积神经网络,三维重建,定量分析的论文, 主要内容为膝关节软骨局部性缺损是一种严重的骨关节炎疾病,膝关节软骨局部性缺损的程度不同,也会使软骨病灶区域的形态、体积和表面积不同。因此,对膝关节软骨缺损区域进行量化,可辅助医生制定手术方案。MRI图像的组织分辨率良好,可使组织及病变成像,是诊断骨关节炎的主要成像方式。但是在膝关节MRI图像中骨头与软骨和周围肌肉、韧带等组织的对比度低,不能有效的分割目标组织和背景;而且缺损病灶目标小且受周围组织影响,分割时容易忽略病灶区域;此外为了对膝关节软骨缺损区域量化评估,传统方式是通过对缺损区域逐张手工描记,再通过类似于微积分的方式求体积和表面积,这种方法效率非常低,而且不够直观。针对以上三个问题,本文提出了一种改进的U型网络结构对膝关节MRI图像中的组织及软骨局部缺损区域进行分割,然后对分割后的图像进行三维重建并对目标物体进行定量评估。本文具体工作内容如下:首先,本文在原U-Net网络的基础上,提出一种改进的多尺度信息融合网络模型。把空洞空间卷积池化金字塔模块(ASPP)融入网络中,该模块的引入可以用不同采样率的空洞卷积通过并行的方式对特征进行提取,以多个尺度捕捉图像的上下文,有效解决膝关节组织错分的问题。其次,本文改进了U-Net网络编码部分和解码部分特征的融合方式,提出了一种新的特征融合方法(FFM),将深层语义特征与浅层边缘特征更好的融合,增强对缺损病灶区域目标的特征选择,解决了分割时易忽略缺损区域小目标的问题。再次,对三维重建方法进行学习探究,并使用面绘制方法中的移动立方体算法对自动分割后的膝关节组织进行三维重建并定量评估,快速得到患者软骨和软骨缺损处所占的体积及外表面积等相关参数,并得到较为形象直观的膝关节立体三维模型。最后,为了验证本文算法的有效性,本文在人体膝关节临床数据集上进行了消融实验,通过实验结果可以表明,本文所改进的各个模块在一定程度上均能提高分割精度。此外,本文与其他经典的类U-Net算法进行对比,本文算法分割精度等指标有明显的优势,证明了本文算法的有效性。然后通过动物实验验证了本文定量评估方法的可行性,并对比分析了本文算法和医生手工测量的患者膝关节软骨缺损区域的体积以及表面积,结果表明本文算法的准确性在临床的可接受范围内。
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