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稀疏表示图像去噪算法研究及在海浪反演中的应用

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稀疏表示图像去噪算法研究及在海浪反演中的应用

作者：张睿颖大连海洋大学

学位级别：硕士

波浪要素是我们研究海况和获取海上活动情况必不可少计算数据。本文选用的X波段雷达因为其波长较短,故具有穿透力强、分辨率高、抗干扰能力强的优势。其中垂直极化雷达波的适用性更广、对目标敏感、抗干扰能力更强,可以被广泛地应用于... 详细信息

波浪要素是我们研究海况和获取海上活动情况必不可少计算数据。本文选用的X波段雷达因为其波长较短,故具有穿透力强、分辨率高、抗干扰能力强的优势。其中垂直极化雷达波的适用性更广、对目标敏感、抗干扰能力更强,可以被广泛地应用于多种探测环境。所使用的图像是来自JZ20-2平台采集到的波浪雷达图像,通过对具有不同纹理特征的雷达图像区域进行去噪,根据图像质量评价判断每种方法的去噪效果。因不同去噪方法对雷达图像的去噪优势不同,故进行了去噪方法融合,进而得到不同图像特征的雷达图像适用的权重值。在融合方法权重确定的过程中,针对图像波浪纹里密集的区域,稀疏表示法所占权重最大,所以本文选取的X波段雷达图像,稀疏表示法去噪的效果最好。本文针对X波段雷达中存在的相干噪声问题,该雷达图像进行了不同方法的去噪。由于不同的去噪阈值也会影响图像的去噪效果,所以每种方法分出了三个阈值,并对各阈值去噪之后的图像进行了图像质量评价结果分析。分析结果表明,阈值λ=0.02的稀疏表示法在选取的八种去噪算法中表现最好,能有效地去除X波段雷达噪声。然后在此基础上将去噪之后的图像应用二维快速傅里叶变换计算得到频谱等值图并提取波向线,分析波向线的连续程度以及平滑程度,结果为:经高斯滤波、傅里叶变换和稀疏表示法去噪后的图像反演的波向线流畅、平滑,可以有效地提取出波浪的走向,效果最好。最后根据实测的水深数据利用斯托克斯公式推算出波向,与采用基于傅里叶变换、高斯滤波、稀疏表示融合算法去噪后所反演出的波向线进行了比较分析,反演出的波向线与基于实测水深计算的波向线具有较好的一致性,且该融合算法中稀疏表示法所占权重最高,体现出稀疏表示去噪法的优越性。稀疏表示去噪法也可以将噪声所占比减小到最小,保留图像细节,对于非线性信号有良好的效果,可以自适应调整参数。将稀疏表示法应用在溢油图像的去噪上,结果表明:去噪后的图像油膜区域与海面的交界线被更清晰地呈现出来,这为后续的油污打捞和防控提供了更好的依据和基础。因为清晰的边界线可以帮助相关部门更准确地判断油污的分布范围和形态,从而采取相应的打捞和防控措施,从而使稀疏表示法为其它遥感影像的应用领域提供了新的技术方法和研究手段。

关键词： X波段雷达稀疏表示雷达图像去噪波向线反演

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黄渤海海上溢油运动轨迹模型预测研究

黄渤海海上溢油运动轨迹模型预测研究

作者：鹿宏宇大连海洋大学

学位级别：硕士

随着全球经济的快速发展,人们对石油的需求也随之增加,而陆上石油储备资源不断减少,使得海洋石油的开采、运输和储存活动日益频繁,不可避免的增加了海上石油泄露的风险,海上一旦发生溢油事故,必将损害海洋生态环境,威胁海洋生物生命安全... 详细信息

随着全球经济的快速发展,人们对石油的需求也随之增加,而陆上石油储备资源不断减少,使得海洋石油的开采、运输和储存活动日益频繁,不可避免的增加了海上石油泄露的风险,海上一旦发生溢油事故,必将损害海洋生态环境,威胁海洋生物生命安全,影响人们的正常生产生活,甚至阻碍社会经济发展。研究溢油的运动轨迹对决策者快速准确的制定出预测预警方案和清污措施,及时控制溢油扩散范围及降低溢油带来的危害具有重要意义,因此,开展海上溢油运动轨迹预测和防治工作尤为重要。首先,文章简要介绍了海上溢油事故及其所带来的危害,并综述了国内外学者对海上溢油数值模拟的研究进展;其次,结合前人研究的经验结论介绍了MEDSLIK-Ⅱ模型,该模型将拉格朗日算法与油膜浓度建立联系,在求解溢油浓度平流-扩展-变换过程中,模型定义了油膜状态变量、油粒子状态变量和结构状态变量,分别考虑了在一定时间内海面、水中和海岸的浓度级别来重建原油浓度,再次,介绍了MEDSLIK-Ⅱ模型建立是在油粒子模型的基础上综合了扩展模型和风化模型,为海上溢油轨迹预测提供理论依据,将模型实际应用到大连"716"溢油事故分析中,并单独考虑了风要素和波浪要素对油膜运动轨迹的影响。本文基于MEDSLIK-Ⅱ模型对大连“716”溢油事故进行120小时溢油轨迹模拟并进行验证,可以从模型模拟输出72小时和84小时后结果中看到,在大窑湾、小窑湾和大连湾均有油膜的分布,与卫星资料显示相符合。根据模型输出溢油轨迹结果的逐时分布图中,可以看出在溢油发生后,从溢油的初始位置开始,油粒子聚集、油膜浓度偏高,在风和流的作用下,油膜不断漂移扩散,浓度也随着油膜扩散而逐渐降低,在靠近海岸线的地方有油膜附着,溢油发生120小时后,大连湾及附近大部分海域均有油膜的分布,且油膜向东北方向至金石滩和西南方向至星海湾浴场扩散的趋势明显,很好的重现了溢油后油膜在海面上扩散的运动轨迹及其岸线吸附的过程,对于黄渤海海域制定突发性溢油事故处理应急预案及环境风险评估等具有现实意义。最后,分析了风要素和波浪要素对模型油膜运动轨迹结果的影响。当单独考虑风要素时,从模型结果中可以看出油膜运动轨迹整体与风向一致,流场是由风场驱动的;在溢油前期油膜随流场方向扩散,在油膜漂移扩散后期受到岸线吸附作用明显,这与模型内部机制有关;而对于部分地区油膜浓度高于四周,除了地形的影响,也是风化作用中蒸发过程的体现。当在前文模型模拟的基础上,加入波浪要素的影响,可以看出溢油前期,油膜随流场的方向漂移扩散,在大、小窑湾及大连湾均有油膜分布,到溢油后期在南部的油膜偏尾部有明显破碎,正是波浪作用的体现;同时也受到岸线吸附作用,油膜附着在海岸上,但在大窑湾西岸由于港湾地形影响,流速平缓,波浪作用较弱,油膜分布较少。

关键词：溢油模型 MEDSLIK-Ⅱ模型溢油运动轨迹黄渤海

利用CRISPR/Cas9技术构建PRKDC基因敲除的免疫缺陷兔

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利用CRISPR/Cas9技术构建PRKDC基因敲除的免疫缺陷兔

作者：陶源东北农业大学

学位级别：硕士

基因编辑兔模型与小鼠模型相比,它们较大的体积、较长的寿命以及与人类在基因进化程度上更相近,使得其更加适合于人类疾病研究。在过去的十年中,随着基因编辑技术的不断发展,已经报道了50多个基因敲除或敲入兔模型。尤其在免疫系统研究... 详细信息

基因编辑兔模型与小鼠模型相比,它们较大的体积、较长的寿命以及与人类在基因进化程度上更相近,使得其更加适合于人类疾病研究。在过去的十年中,随着基因编辑技术的不断发展,已经报道了50多个基因敲除或敲入兔模型。尤其在免疫系统研究方面,兔免疫系统基因在进化上与人类更相近,使得兔成为研究人类免疫系统疾病的主要模型之一。PRKDC作为编码DNA依赖性蛋白激酶DNA-PKcs的基因,其在哺乳动物细胞的免疫系统发育和DNA修复中起重要作用。主要参与淋巴细胞发育,抗体V(D)J重组、免疫球蛋白和T细胞受体基因组装、中枢免疫耐受的建立,并且在维持端粒长度和稳定性方面也扮演着重要角色,对于染色体稳定性的维持至关重要。因此,动物中PRKDC基因的失活会导致严重的联合免疫缺陷(SCID)。目前最常用的SCID模型是免疫缺陷小鼠,但由于小鼠与人的免疫系统以及种属差异较大,而且体积小不易操作,在研究中存在着一定限制。因此本研究选择了体型大小适中、寿命更长、免疫系统与人类更相似的兔作为研究对象,通过CRISPR-Cas9技术破坏了兔PRKDC基因构建免疫缺陷兔模型。本研究针对兔PRKDC基因#78和#80外显子设计sgRNAs,将体外转录获得的PRKDC sgRNA和Cas9 m RNA混合均匀后注射进入兔受精卵的细胞质中,实现大片段敲除并获得PRKDC基因的失活。将经过注射处理的受精卵经过短暂培养后移植到代孕母体,自然产生后代。利用Sanger测序技术对移植后代进行基因型检测,挑选纯合的敲除个体和野生型个体进行表型鉴定比对。通过流式细胞筛选、HE染色、表型鉴定等,检测了PRKDC基因的敲除对于兔免疫系统的影响。通过表型鉴定发现,PRKDC基因敲除兔与其他SCID动物相似,SCID兔表现出明显的胸腺发育不全,外周血淋巴细胞计数显著减少。虽然脾脏重量和外观没有显著差异,但对于病理学切片的病理学分析发现敲除PRKDC基因后脾脏内淋巴细胞数量明显减少,未见明显红髓、白髓结构,并出现淋巴细胞浸润情况。综上,我们的研究证明了针对于PRKDC基因#78和#80外显子间大片段的敲除可以破坏兔免疫系统,成功的生产出免疫缺陷兔模型,为再生医学、细胞治疗安全性测试、器官移植、癌症治疗和人类造血系统提供良好的研究工具。

关键词：兔基因编辑免疫缺陷 PRKDC

剪切波弹性成像评估乳腺癌新辅助化疗反应效果的Meta分析

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剪切波弹性成像评估乳腺癌新辅助化疗反应效果的Meta分析

作者：郭雯林吉林大学

学位级别：硕士

背景:乳腺癌因其高发病率和高死亡率引起了全球广泛关注,临床多采取以手术为主的综合治疗。近年来,新辅助化疗(NAC)因其益处众多而广泛地应用于临床,通过监测NAC反应可提供重要的预后信息,从而提高患者生存期并完善癌症管理体系,然而,... 详细信息

背景:乳腺癌因其高发病率和高死亡率引起了全球广泛关注,临床多采取以手术为主的综合治疗。近年来,新辅助化疗(NAC)因其益处众多而广泛地应用于临床,通过监测NAC反应可提供重要的预后信息,从而提高患者生存期并完善癌症管理体系,然而,乳腺癌患者对NAC的反应效果因人而异,准确评估NAC疗效至关重要。病理学评估手段作为评估的金标准,可在细胞层面上准确评估NAC疗效,但标本必须术后提取且无法实时监测NAC后病灶的变化,而通过影像学手段可无创、及时地做出评价,多种不同的成像技术在评估新辅助化疗反应效果和指导手术选择方面拥有重要参考价值,其中,超声在可获得性、患者舒适度和成本方面具有显著优势,但常规二维超声在评估化疗后残留肿瘤大小方面主观性较大、可靠性较差,而剪切波弹性成像技术(SWE)作为近年来开发的一种低成本新型超声成像技术,可通过无创和定量的方式测量组织硬度,具有通过评估组织硬度来预测NAC反应效果的潜在能力,其在评价乳腺癌新辅助化疗反应效果中展示出更佳的敏感性、客观性和可重复性,具有较高的临床应用价值。目的:临床研究中,SWE已应用于评价乳腺癌NAC反应效果,但现有的结果仍存在不确定性。本文借助Meta分析统计学方法系统全面地检索中、英文数据库,汇总分析目前已发表的16篇相关临床研究的数据,探索剪切波弹性成像评估乳腺癌新辅助化疗反应效果的准确程度,以便更加准确快捷地指导临床进一步决策。方法:以“乳腺癌”、“剪切波弹性成像”、“新辅助化疗”、“Breast Neoplasm”、“neoadjuvant therapy”、“Elasticity Imaging Techniques”等为关键检索词,全面检索中国知网、Sinomed、Pubmed、Cochrane Library等中、英文数据库自建库到2023年1月已收录的所有相关文献。检索完成后首先依据已经制定的纳入及排除标准筛选出符合条件的研究并借助Rev Man5.3软件通过诊断准确性研究质量评估工具-2(Quality Assessment of Diagnostic Accuracy Studies-2,QUADAS-2)对纳入的文献进行质量评价,同时提取符合条件的文献基本信息,制作文献基本信息表及包含真阳性值(True positive,TP)、真阴性值(True negative,TN)、假阳性值(False positive,FP)、假阴性值(False negative,FN)的四格表并根据数据进行统计分析。其次通过Meta Disc1.4软件检测阈值效应以及使用Stata16软件检测异质性并绘制森林图,结果显示存在显著异质性,采用随机效应模型,根据所得出的灵敏度、特异度等合并效应量,综合判断剪切波弹性成像对乳腺癌新辅助化疗反应效果的评估价值。由于本次Meta分析纳入的研究间存在显著异质性,故进行亚组分析及敏感性分析探索引起异质性的可能因素,并根据其结果进一步探究影响诊断性能的因素,然后绘制Deek’s漏斗图检测发表偏倚,绘制Fagan图分析SWE评估乳腺癌NAC反应效果的临床应用价值。结果:本次Meta分析共包含16篇符合标准的中、英文相关文献,数据分析得出灵敏度对数与(1-特异度)对数之间的spearman相关系数为0.113,P=0.676,表明本研究不存在阈值效应。异质性检验I为71%(95%CI 35%-100%),表明本研究存在显著异质性。绘制森林图并得出合并敏感度和合并特异度分别为0.81(95%CI 0.76-0.84)、0.83(95%CI 0.78-0.88),合并阳性似然比和阴性似然比分别为4.85(95%CI 3.59-6.55)、0.23(95%CI 0.19-0.29),诊断比值比为20.98(95%CI 13.52-32.55),综合受试者工作特征曲线下面积为0.86(95%CI 0.82-0.88)。结论:SWE具有良好的诊断性能,是评价乳腺癌患者NAC反应效果的一种新型无创的影像学检查手段,具有较高的临床应用价值。作为SWE的定量弹性指标,采用硬度变化评价NAC反应效果比采用速度变化评价准确性更高。三维SWE在评价NAC反应效果方面表现出良好的评估性能,为临床应用提供了一种新的选择。

关键词：剪切波弹性成像乳腺癌新辅助化疗 Meta分析

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基于多源数据的辽东半岛顶端上升流研究

基于多源数据的辽东半岛顶端上升流研究

作者：张茹大连海洋大学

学位级别：硕士

辽东半岛顶端上升流是黄渤海海域重要的上升流。由于渤海水深较浅,黄渤海交界处地形复杂,导致辽东半岛顶端上升流的形成原因复杂。通过对辽东半岛顶端上升流研究,可以使我们更好的开发海洋资源,为保护海洋环境提供理论支持,对沿岸地区... 详细信息

辽东半岛顶端上升流是黄渤海海域重要的上升流。由于渤海水深较浅,黄渤海交界处地形复杂,导致辽东半岛顶端上升流的形成原因复杂。通过对辽东半岛顶端上升流研究,可以使我们更好的开发海洋资源,为保护海洋环境提供理论支持,对沿岸地区的海水养殖,海岸工程,交通运输等也有重要意义。本文基于1999-2018年的海表温度数据,计算了上升流的范围,强度指数,及时间空间分布。辽东半岛顶端上升流主要分布时间为6-8月。辽东半岛顶端上升流的出现时间为6月初,并在6月份不断加强,在7月份达到最强,7月中下旬后,辽东半岛顶端由于降水天数增多,海表温度起伏较大,上升流强度起伏较大。8月上升流进入消亡期,8月底彻底消失。上升流的空间分布主要是从辽东半岛顶端沿黄渤海界线一直延伸致山东半岛蓬莱附近,此区域呈现出低温状态,这个低温区呈豆荚状分布,南北跨度较大,东西跨度较小,海表温度约为低于21℃。在这个范围内分布着南北两个明显的区域海表温度低于20℃,南部的低值区靠近山东半岛蓬莱,北部的低值区位于旅顺口区北部海域。在季节性分析中,将模拟结果与实测的潮位、潮流数据进行相关性对比分析,经分析发现潮汐对上升流的中心最低温度以及面积有较大的影响,大潮时期的上升流中心温度更低,面积更大,小潮时期的上升流中心温度较大潮高1℃,面积更小。上升流面积和潮差的相关关系在第4天达到峰值,相关系数达到0.42。上升流区域,大潮时,层化系数K等值线2.0区域有两个中心与上升流两个中心相对应,潮混合作用更强。小潮层化系数k值相对较大,小潮时潮混合弱,层化较强。大潮涨潮时上升流区域北部流速较大,长海县北部流速最大,老铁山水道附近流速相对较小。涨潮时流向为从辽东湾流出,且流速较大。落潮时流向相反,流速较涨潮时小但最大值仍出现在长兴岛附近。大潮时,辽东半岛顶端上升流区域往渤海延伸更明显,渤海中部叶绿素高值区被上升流所带来的底层冷水冲淡。小潮时上升流强度减弱,辽东半岛顶端上升流往渤海延伸较大潮时变化较小。上升流区域海表温度20年来呈现出上升趋势,上升流指数和面积20年来整体呈上升趋势,相关系数R为0.5784(通过95%置信检验)。沿岸风应力带来的Ekman向输运,w量级可以达10cm/s,对上升流有抑制作用。风应力旋度产生的垂向运动量级10cm/s,可忽略不计。老铁山水道海流在底摩擦作用下产生辐散,垂向流速w量级可以达10cm/s,是辽东半岛顶端上升流形成的重要因素。辽东半岛顶端上升流的流场在厄尔尼诺年和拉尼娜年有不同的表现,厄尔尼诺年的15m层流速较拉尼娜年小。

关键词：辽东半岛顶端海域上升流季节内变化年际变化