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一维磁粒子成像系统性能测试分析及其成像研究

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一维磁粒子成像系统性能测试分析及其成像研究

作者：吕龙龙西安电子科技大学

学位级别：硕士

磁粒子成像(Magnetic Particle Imaging,MPI)是一种全新的医学成像技术,其通过超顺磁性纳米粒子对变化磁场非线性响应的原理对磁粒子浓度的空间分布进行成像。系统的选择场由两个大小相等的磁场同磁极相对来产生,并在磁场区域中心形成... 详细信息

磁粒子成像(Magnetic Particle Imaging,MPI)是一种全新的医学成像技术,其通过超顺磁性纳米粒子对变化磁场非线性响应的原理对磁粒子浓度的空间分布进行成像。系统的选择场由两个大小相等的磁场同磁极相对来产生,并在磁场区域中心形成无磁场点(Field Free Point,FFP),即磁场强度为零的点。然后使用由电磁线圈产生的周期变化的驱动场来促使FFP扫描整个样本空间。当FFP经过磁粒子时,接收线圈就能检测到粒子磁化强度发生的变化。磁粒子分布的信息存在于感应电压信号中的高频谐波部分,因此需要使用高通滤波器除去基波信号,然后使用滤波后的磁粒子信号(Magnetic Particle Signal,MPS)进行图像重建。论文首先介绍了MPI成像的基础理论知识,包括磁粒子的顺磁性、超顺磁性特性及磁流体的概念,并介绍了适用于模拟磁粒子的二阶修正平均场理论,讨论了磁粒子的粒径对朗之万函数和点扩散函数的影响。其次介绍了MPI扫描系统的搭建,分别使用电磁线圈法和永磁铁法搭建了两组MPI成像扫描仪,通过实验采集到的数据与仿真数据对比,选择合适的方式来产生MPI成像系统所需的选择场。随后文章引入了MPI图像重建中经常使用的两种重建算法:系统矩阵法和X-Space法,并分析了两种算法的优缺点。然后使用搭建的小型一维MPI成像系统采集接收信号,并讨论了两种高通滤波器(巴特沃斯高通滤波器和切比雪夫高通滤波器)对磁粒子信号的滤波效果。最后使用X-Space法对滤波后的信号进行了一维MPI图像重建,并对成像结果进行了分析,不仅证明了一维系统的可行性,而且验证了直流信号的缺失对MPI图像的影响。

关键词：磁粒子成像系统性能分析成像研究

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基于因子模型的事件热度建模和推理

基于因子模型的事件热度建模和推理

作者：吕龙龙北京工业大学

学位级别：硕士

随着互联网的发展,当今社会信息化程度越发显著。从信息量的角度来看,网络平台上的数据量呈现出快速增长的趋势;从传播效率的角度来看,网络平台的普及和上网人数的激增使得事件在网络平台上的传播速度有了质的提升。这种现状一方面导致... 详细信息

随着互联网的发展,当今社会信息化程度越发显著。从信息量的角度来看,网络平台上的数据量呈现出快速增长的趋势;从传播效率的角度来看,网络平台的普及和上网人数的激增使得事件在网络平台上的传播速度有了质的提升。这种现状一方面导致网络媒体工作者难以快速准确地从众多事件中筛选出真正的热点事件;另一方面导致社交平台的用户无法第一时间接收到真正的热点事件。因此,针对事件热度的预测研究成为当下的研究重点之一。目前针对事件热度的预测研究大多数都过度依赖事件热度值在时间维度上的变化趋势,但是由于信息传播速度的增长,时间特征对于事件热度的预测有着严重的滞后性。因此,为了在不考虑时间维度的情况下基于事件自身的内容实现对事件热度值的预测。本研究从构建热点事件数据集、基于因子模型的事件热度建模和推理以及事件热度预测算法的加速处理三个方面进行介绍。(1)热点事件数据集构建。首先根据预定义的规则获取百度平台中特定的数据并构建热点事件数据集。其中获取的数据包括热点事件标题、事件简要内容、事件发布来源、事件配图和事件实时热度值五个方面。这些热点事件数据为探究热点事件的产生规律提供数据基础。(2)基于因子模型的事件热度建模和推理。一方面根据事件的话题分布和语义关键词建模事件的基础热度值;另一方面基于因子模型探究事件语义关键词之间的相互关系,建模事件激发热度值,从而实现对事件整体热度的建模。之后,基于建模的事件热度值构建事件热度预测算法,假设事件热度值服从泊松分布设计目标函数,通过优化目标函数实现对事件热度值的预测。最后设计实验在模拟数据集、中文热点事件数据集和英文论文引用数据集HEP-PH上对算法的合理性和有效性进行验证,并设计消融实验探究多模态融合模块中不同项对算法整体性能的影响。(3)事件热度预测算法的加速处理。为了实现对事件热度预测算法运行速度的优化,本研究使用拉普拉斯变换的方式对原目标函数进行处理,在不改变参数物理意义的前提下实现对目标函数的简化。打破其服从泊松分布的假设,得到新的目标函数。之后,通过对全新目标函数的优化实现对事件热度值的预测,并通过对比实验探究加速处理后对算法运行效率的优化效果。

关键词：网络事件数据挖掘热度预测因子模型

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支持项集元素计数的社交流媒体频繁项集挖掘

支持项集元素计数的社交流媒体频繁项集挖掘

作者：吕龙龙华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,诸如国外的Twitter、Facebook、Instagram、Linked In以及国内的新浪微博、微信等各种社交软件犹如雨后春笋般悄无声息地进入了人们的生活。在利用这些社交平台的同时,其所产生的数据也隐藏着巨大的经济价值以及社会价值。但由... 详细信息

近年来,诸如国外的Twitter、Facebook、Instagram、Linked In以及国内的新浪微博、微信等各种社交软件犹如雨后春笋般悄无声息地进入了人们的生活。在利用这些社交平台的同时,其所产生的数据也隐藏着巨大的经济价值以及社会价值。但由于网络流媒体自身特征,如数据量巨大、数据产生速度快、到达次序杂乱无章、数据只能被有限次处理等,网络数据流挖掘对人们提出了巨大的挑战。本文首先利用从新浪微博平台所获取的流媒体文本数据及用户信息,在传统的密度聚类算法DBSCAN基础上,设计了一种基于用户信息的社交流文本聚类算法DBSCAN-IB。该算法在历史簇与当前窗口簇合并时,充分利用了用户信息,将用户信息作为簇合并的一个测度因子,其挖掘结果更精确。其次,在对事件的频繁项集挖掘上,提出了一种支持项集元素计数的频繁项集挖掘算法FP-growth-EC。FP-growth-EC是对频繁模式增长算法的拓展。在频繁模式树构造时,将项集元素计数信息加入至项集末尾元素所对应的节点中;同时,在频繁项集挖掘时,合并当前节点与孩子节点计数信息。通过对频繁模式树FP-Tree节点增加计数因子的方式,FP-growth-EC不仅能够挖掘出频繁项集,而且能够获得频繁项集元素的计数信息。实验结果表明:(1)DBSCAN-IB与不带用户信息的社交流聚类算法相比,前者对“魏则西事件”的检测更准确。(2)使用FP-growth-EC与不加计数因子的元素计数频繁项集挖掘算法,对十套随机生成的带元素计数的频繁项集进行求解,FP-growth-EC求解时间更少。

关键词：社交流数据数据挖掘聚类频繁项集

椎体成形术治疗脊柱转移瘤手术中肿瘤骨水泥填充率的研究

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椎体成形术治疗脊柱转移瘤手术中肿瘤骨水泥填充率的研究

作者：吕龙龙吉林大学

学位级别：硕士

背景:恶性肿瘤患者,晚期发生脊柱转移常见。转移肿瘤可引起椎体的不稳定性、强烈的疼痛和一系列神经症状,严重降低了患者终末期的生存质量。经皮椎体成形术通过向患者病椎内注入适量骨水泥,从而达到增加椎体强度、缓解疼痛及杀死肿瘤等... 详细信息

背景:恶性肿瘤患者,晚期发生脊柱转移常见。转移肿瘤可引起椎体的不稳定性、强烈的疼痛和一系列神经症状,严重降低了患者终末期的生存质量。经皮椎体成形术通过向患者病椎内注入适量骨水泥,从而达到增加椎体强度、缓解疼痛及杀死肿瘤等治疗目标,疗效确切。而与手术并发症密切相关的骨水泥填充量推荐值,尚无统一标准。我们认为,单纯以骨水泥填充量这一绝对值作为指导手术的指标,忽略了个体差异性,这是不够准确的,因此非常有必要提出肿瘤骨水泥填充率的概念,消除不同个体、不同椎体之间的个体化差异,使肿瘤内部骨水泥填充量达到一定标准,更加有效的杀死椎体内部的肿瘤。目的:提出“肿瘤骨水泥填充率”的理论概念,以期消除个体差异性,更加准确的计算出不同个体及不同椎体所需填充骨水泥量的理想范围,从而指导我们对患者实施个体化治疗,使椎体成形手术的疗效更佳,并发症得到更好的控制。方法:回顾性分析我科2015年9月至2018年2月运用经皮椎体成形术治疗脊柱转移瘤患者的手术效果及预后。与术前、术后24小时、术后1个周、3个月分别对患者的临床表现进行评价,包括:视觉模拟评分(VAS)、Oswestry功能障碍指数(ODI)。术前及术后1天对肿瘤转移病椎进行CT薄层扫描。根据椎体有无骨水泥渗漏,将所有手术椎体分为骨水泥渗漏组及骨水泥未渗漏组。同时将病椎的CT影像学资料输入Mimics医学软件中,对病椎、椎体肿瘤及骨水泥进行三维重建,得到病椎体积、肿瘤体积及骨水泥体积。通过V(骨水泥)/V(肿瘤)计算比值,得到该椎体的肿瘤骨水泥填充率。分析骨水泥渗漏组与未渗漏组肿瘤骨水泥填充率与VAS评分及ODI评分的相关性,同时比较两组椎体肿瘤骨水泥填充率之间的差异性。应用SPSS 20.0统计学软件,对数据资料进行t检验和Spearman相关性分析。结果:41例脊椎转移瘤患者,共78个病椎接受了椎体成形手术治疗。其中骨水泥渗漏13例,共21个椎体(21/78,26.92%),I型渗漏17个;II型渗漏4个。本研究所有患者肿瘤骨水泥填充率平均值为(40.90±10.90%)。骨水泥渗漏组:患者肿瘤骨水泥填充率平均值为(56.56±8.71%);术前VAS评分平均值为(7.7±0.7)分,术后24小时、1个周及3个月VAS评分平均值分别为(2.2±0.9)分、(1.4±0.7)分及(1.9±0.6)分;术前ODI评分平均值为(75.5±7.0%),术后24小时、1个周及3个月ODI评分平均值分别为(33.4±7.6%)、(27.8±5.3%)及(30.1±7.9%)。骨水泥未渗漏组:患者肿瘤骨水泥填充率平均值为(36.50±5.31%);术前VAS评分平均值为(7.9±0.7)分,术后24小时、1个周及3个月VAS评分平均值分别为(2.1±1.2)分,(1.4±1.0)分及(1.8±1.1)分;术前ODI评分平均值为(76.5±7.1%),术后24小时、1个周及3个月ODI评分平均值分别为(36.9±9.4%),(26.9±5.6%)及(29.5±6.3%)。两组椎体的肿瘤骨水泥填充率之间存在明显差异性(P<0.05),骨水泥渗漏组与未渗漏组椎体的肿瘤骨水泥填充率与疼痛缓解程度的相关系数分别是ρ=0.036(P=0.878)与ρ=0.030(P=0.824);两组椎体的肿瘤骨水泥填充率与脊柱功能障碍恢复程度的相关系数分别是ρ=0.052(P=0.822)与ρ=0.054(P=0.688)。两组患者的疼痛缓解程度之间及脊柱功能恢复程度之间无显著差异(P=0.085;P=0.876)。结论:1.经过我们研究,我们提出“肿瘤骨水泥填充率”概念,可以消除骨水泥填充的个体化差异。2.通过本项研究,我们推荐椎体成形术治疗脊柱转移瘤的肿瘤骨水泥填充率为(36.50±5.31%)。3.在椎体成形术治疗脊柱转移瘤手术中,当椎体内肿瘤骨水泥填充率为(36.50±5.31%)时,既可以获得满意的治疗效果,又可以较好地预防骨水泥渗漏等并发症的发生。4.在椎体成形术治疗脊柱转移瘤手术中,当椎体内肿瘤骨水泥填充率达到(56.56±8.71%)时,虽然可以获得同样满意的疗效,但骨水泥渗漏的发生率大大增加。5.在椎体成形术治疗脊柱转移瘤手术中,肿瘤骨水泥填充率在我们上述研究范围之内,不管骨水泥是否渗漏,都能明显缓解患者脊柱局部疼痛、改善患者脊柱功能、提高患者生活质量。

关键词：经皮椎体成形术骨水泥脊柱转移瘤填充率并发症

MS-2HCNN:基于深度学习的高光谱图像信号分类方法

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传感技术学报 2024年第1期37卷 111-120页

作者：吕龙龙卢伟秦丽娜运城职业技术大学信创学院山西运城044000

为了能更准确地提取与合并高光谱图像信号中的空间与光谱特征,提出了一种MS-2HCNN结构(Multi Stage-Heightened&Hyperspectral convolutional neural network)。MS-2HCNN通过融合不同的卷积层结果获得了更具判别性的特征,还通过将提取... 详细信息

为了能更准确地提取与合并高光谱图像信号中的空间与光谱特征,提出了一种MS-2HCNN结构(Multi Stage-Heightened&Hyperspectral convolutional neural network)。MS-2HCNN通过融合不同的卷积层结果获得了更具判别性的特征,还通过将提取到的光谱和空间信息进行了串接,简化了计算,保证了准确性和可靠的分类性能。此外,提出的多阶段设计可以将上层获得的背景信息与下层获得的精确空间信息相结合,使得它在准确性和复杂度方面比现有的方法更有优势。最后,为了应对样本特征比问题,引入了复杂度更优、精度更好的网络优化器,加之采用的批量归一化方法减少了MS-2HCNN的模型参数并提高了其拟合能力。在不同开源数据集上的分类结果表明了所提方法的有效性。

关键词：人工智能空间特征光谱特征卷积神经网络

考虑接触角及粒径级配影响的土水特征曲线滞回模型

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岩土工程学报 2022年第3期44卷 502-513页

作者：伏映鹏廖红建吕龙龙柴小庆西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安710049 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054

土水特征曲线描述了非饱和土中含水率(或饱和度)与基质吸力(或土水势)之间的关系。土水特征曲线存在滞回效应,即在相同的吸力下,土体在蒸发或重力排水的脱湿过程中赋存的水量比土体在入渗、毛细上升的增湿过程中所赋存的水量多。针对影... 详细信息

土水特征曲线描述了非饱和土中含水率(或饱和度)与基质吸力(或土水势)之间的关系。土水特征曲线存在滞回效应,即在相同的吸力下,土体在蒸发或重力排水的脱湿过程中赋存的水量比土体在入渗、毛细上升的增湿过程中所赋存的水量多。针对影响土水特征曲线滞回特性的两个关键因素--接触角及由颗粒粒径级配(孔隙分布)引起的墨水瓶效应,首先,基于势能最小原理采用数值模拟方法研究了斜面液滴行为,提出了增湿、脱湿过程微细观界面关键参数接触角与含水率的演化关系;其次,通过修正颗粒间液桥体积表达式,使Young-Laplace方程可用于计算w-lns平面上边界影响区、过渡区及部分残余区的基质吸力;最后,通过引入Rosin-Rammler颗粒粒径分布函数,建立了考虑接触角及粒径级配影响的土水特征曲线滞回模型,该模型参数物理意义明确,能够较好地描述接触角及颗粒粒径对土水特征曲线滞回特性的影响。以西安曲江某基坑压实黄土土水特征曲线为例进行模型验证,结果表明该模型能够很好地反映基质吸力与含水率的非线性关系,该模型可进一步用于非饱和土抗剪强度、本构模型等的研究。

关键词：土水特征曲线滞回模型接触角粒径级配 Young-Laplace方程 Rosin-Rammler分布

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干湿状态对红层软岩脆延特性影响的试验研究

西安交通大学学报 2021年第4期55卷 162-171页

作者：吕龙龙廖红建伏映鹏邓博团西安交通大学土木工程系西安710049 西安科技大学建筑与土木工程学院西安710054

为研究含水状态对脆延转化特性的影响,针对工程性质特殊的胡麻岭隧道红层软岩展开了系列试验,探究了干燥与天然含水状态试样脆延性区的强度变形规律。首先对干湿组红层软岩分别进行不同围压下的常规三轴压缩试验,进一步引入脆性指标对... 详细信息

为研究含水状态对脆延转化特性的影响,针对工程性质特殊的胡麻岭隧道红层软岩展开了系列试验,探究了干燥与天然含水状态试样脆延性区的强度变形规律。首先对干湿组红层软岩分别进行不同围压下的常规三轴压缩试验,进一步引入脆性指标对岩样脆性程度进行定量表征,并基于Mohr-Coulomb强度准则以及考虑结构强度的初始屈服面模型对各特征应力进行了分析。在此基础上通过试验,从宏细观尺度上探究了红层软岩脆延转化机理。研究表明:岩样干燥后,峰值强度增加了93.39%~145.35%,残余强度增加了77.83%~133.72%,脆延转化压力增加近40%,峰值应变降低了24.13%~88.92%;延性区的干湿试样的黏聚力近似为脆性区的1.8倍,但内摩擦角均小于脆性区,为脆性区的50.4%~90.5%;同时发现延性区试样在施加围压时已经进入了弹塑性变形阶段,且脆延转化压力等于等向固结压力。该研究内容可进一步丰富红层软岩的工程特性,并为穿越红层软岩地下工程的开挖支护提供理论依据。

关键词：红层软岩脆延转化压力干湿状态脆性指标初始屈服面

胡麻岭隧道红层软岩的侧限与三轴压缩力学特性试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第4期53卷 1362-1370页

作者：吕龙龙廖红建伏映鹏夏龙飞西安交通大学土木工程系陕西西安710049 陕西省土地工程建设集团自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室陕西西安710075

通过对胡麻岭隧道红层软岩进行侧限与三轴压缩试验,系统地分析该类软岩的压缩特性、脆性及延性区的强度参数、扩容特性以及能量转化特征。在此基础上,引入帽子屈服面模型,探究脆−延转化压力P_(T)与名义先期固结压力P_(C)的关系。研究结... 详细信息

通过对胡麻岭隧道红层软岩进行侧限与三轴压缩试验,系统地分析该类软岩的压缩特性、脆性及延性区的强度参数、扩容特性以及能量转化特征。在此基础上,引入帽子屈服面模型,探究脆−延转化压力P_(T)与名义先期固结压力P_(C)的关系。研究结果表明:正常沉积岩的名义先期固结压力均大于岩石历史最大竖向有效应力;当脆、延性区试样处于峰值应力点时,对应的黏聚力均大于其处于残余应力点时对应的黏聚力,而处于峰值应力点时,试样的内摩擦角均比残余应力点时试样的内摩擦角小;当脆性区试样处于峰值与残余应力点时,对应的黏聚力均比延性区试样的小,但内摩擦角均比延性区试样的大;在不同围压下,试样均先发生压缩而后扩容,扩容起始点均发生在峰值应力点前;扩容起始点所对应的体积应变、试样吸收的单元总应变能U与单元耗散能U_(d)均随围压增大而增大;总应变能−轴应变关系曲线在残余应力点出现明显的转折,单元耗散能−轴应变关系曲线在峰值应力点与残余应力点处均出现明显的转折,且转折趋势会随围压的增加而逐渐淡化;在施加围压时,延性区试样已经进入弹塑性变形阶段,初始屈服面为闭合的帽子模型;P_(T)与P_(C)的关系与地质历史沉积环境、强度参数相关。

关键词：红层软岩名义先期固结压力能量转化脆−延转化

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基于应变能密度映射的黄土结构性参数研究

岩石力学与工程学报 2022年第2期41卷 399-411页

作者：吕龙龙廖红建伏映鹏夏龙飞冷先伦西安交通大学土木工程系陕西西安710049 西安交通大学陕西省土地工程建设集团自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室陕西西安710075 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

岩土体结构的破坏是由于施加能量超过变形能阈值所造成,基于能量的结构性参数更有利于反映结构性的本质特征。对不同含水状态,不同干密度的延安桃花山原状与压实重塑黄土进行了侧限压缩试验,发现孔隙比e与竖向压力P在ln(1+e)-lg P双对... 详细信息

岩土体结构的破坏是由于施加能量超过变形能阈值所造成,基于能量的结构性参数更有利于反映结构性的本质特征。对不同含水状态,不同干密度的延安桃花山原状与压实重塑黄土进行了侧限压缩试验,发现孔隙比e与竖向压力P在ln(1+e)-lg P双对数坐标系内有良好的分段线性关系。在此基础上,基于应变能密度理论,推导提出了侧限压缩条件下的结构性参数映射能,并将该参数推广至复杂加载条件。进一步通过多个区域内,原状与重塑,不同含水率,不同干密度,不同埋深深度,不同粒度土体的侧限压缩试验结果,以及不同含水率土体的等向压缩试验结果,对提出结构性参数的合理性进行了验证。结果表明提出的结构性参数映射能物理意义明确,且能准确地定量表征不同状态,不同试验条件下土体的结构性。

关键词：土力学黄土结构性参数侧限压缩试验应变能密度映射