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基于深度学习的光声微血管图像提取

基于深度学习的光声微血管图像提取

作者：于佳灵曲阜师范大学

学位级别：硕士

光声成像(Photoacoustic Imaging,PAI)具有高分辨率和高对比度的优点,能够实现从细胞到器官的多尺度无损成像。它不仅可以成像组织形态结构,还可以定量反映各种组织成分的变化。已被证实在生物医学领域具有重要的应用价值,如肿瘤新生血... 详细信息

光声成像(Photoacoustic Imaging,PAI)具有高分辨率和高对比度的优点,能够实现从细胞到器官的多尺度无损成像。它不仅可以成像组织形态结构,还可以定量反映各种组织成分的变化。已被证实在生物医学领域具有重要的应用价值,如肿瘤新生血管成像、血氧与组织代谢成像、乳腺癌早期诊断,动脉斑块检测。光学分辨率光声显微镜(Optical-resolution Photoacoustic Microscopy,OR-PAM)的独特优势是它能够在没有外源性对比剂的情况下实现高分辨率的微血管成像。这一特性对于探索和理解组织微循环系统的内在机制提供了极大的可能性,尤其是在研究疾病状态下血液微循环的变化方面,OR-PAM技术显示出了巨大的应用潜力。然而,由于微循环系统血管结构的高密度、结构复杂性和低对比度特征,OR-PAM图像中的微血管分割具有挑战性。目前,已有研究工作已经探索了多种光声微血管提取方法,但它们只对粗血管和对比度高的细血管有良好的分割能力,导致细血管网络提取的不完整和不连续,限制了微血管形态分析和血流动力监测的精确度。针对OR-PAM微血管分割面临的挑战性问题,本文开展了以下的相关研究:(1)提出融合残差注意力与多尺度感知的深度学习模型(Residual Attention and Multi-scale Perception Network,RA-MP-Net),实现光声图像的正常血管分割。本文在四层U-Net的基础上进行改进,设计了残差注意(Residual Attention,RA)模块和多尺度感知(Multi-scale Perception,MP)模块,成功开发了一种用于OR-PAM微血管分割的网络模型(RA-MP-Net)。RA模块关注血管的空间信息,MP模块用于捕获不同尺度的血管特征。针对OR-PAM血管图像低对比度问题,设计了一个双分支结构,用于增强参与网络训练的图像。本文开展了小鼠耳部3D正常血管数据成像和分割实验,与Otsu方法、K-means聚类、区域生长法和其它已有深度学习模型相比,基于RA-MP-Net的分割算法能够提取出更多的毛细血管,对于准确定量分析血管的形态参数具有重要意义。(2)提出基于弱信号注意机制和多尺度感知的深度学习模型(Weak Signal Attention Mechanism and Multi-scale Perception Network,WSA-MP-Net),用于实现光声微血管分割。相比于正常血管,肿瘤血管图像中存在更多新生的毛细血管,进一步增大了微血管网络的提取难度。因此,本文创新性的提出了一个弱信号注意力(Weak Signal Attention Mechanism,WSA)模块用于微血管结构增强。在WSA中,能够将传统空间注意力模块(Spatial Attention Module,SAM)不能捕获的弱信号亮度进行有效提升,以便于通过训练的网络模型提取更多毛细血管信息。此外,在后处理模块中加入Hessian矩阵计算,进一步提高网络模型预测血管的连续性。本文在小鼠耳部正常血管(NV-ORPAM)和肿瘤血管(TV-ORPAM)数据集上开展实验,实验结果表明:与已有工作相比,WSA-MP-Net在提取血管连续性和完整性方面表现出了优越的性能。最后,将训练好的模型成功应用于小鼠脑胶质瘤血管生成的连续监测,证明了该模型的实际应用可行性和良好的泛化能力。(3)鉴于微血管图像标注非常繁琐,需要耗费大量人力的现状,本文提出了一种深度分层数据构建方法和半自动标注算法,在包含深度信息的分层3D体数据中进行标注,从而降低人力成本,提高标签图像的生成精度和速度。在构建数据集过程中,沿着深度方向关注—个显著的血管分支,属于该特定血管分支的连续深度切片构建成一个3D体数据。每个体数据包含3～5张切片,具体数量由信号特征决定。对每个3D体数据做最大振幅投影,得到源图像,并使用半自动标注算法生成源图像对应的标签图像。具体来说,首先采用自适应直方图均衡化和K-means聚类来获得粗分割结果。然后,使用Canny算子提取分割结果中的血管边缘,得到边缘掩模。为了减少K-means方法对血管直径的失真,将掩模与分割后的血管图像相乘。最后,删除相乘后图像中的小连通分量,人工修改得到最终的标签图像。本文通过使用半自动标注算法快速生成NV-ORPAM和TV-ORPAM两个数据集的标签。相比于直接人工标注血管,使用该算法生成标签图像的速度提升了2倍。NV-ORPAM和TV-ORPAM中原始图像和对应标签图像的公开,填补了开放获取光声血管数据集的空白。

关键词：光学分辨率光声显微成像深度学习微血管分割多尺度感知

基于数据驱动的Sr,La共掺杂BaTiO3基陶瓷形成能预测和性能优化研究

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基于数据驱动的Sr,La共掺杂BaTiO3基陶瓷形成能预测和性能优化研究

作者：方凯灵南昌航空大学

学位级别：硕士

围妊娠期接种新冠疫苗对妊娠结局及子代生长发育的影响

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围妊娠期接种新冠疫苗对妊娠结局及子代生长发育的影响

作者：鲁灵湖北医药学院

学位级别：硕士

背景:2019年全球爆发的新型冠状病毒肺炎是由严重急性呼吸综合症冠状病毒2(SARS-Co V-2)引起的,其在世界范围内迅速蔓延,对人类生命、公共安全和全球经济造成了破坏。感染SARS-Co V-2会增加孕妇发生早产、死胎等不良妊娠结局的风险,新... 详细信息

背景:2019年全球爆发的新型冠状病毒肺炎是由严重急性呼吸综合症冠状病毒2(SARS-Co V-2)引起的,其在世界范围内迅速蔓延,对人类生命、公共安全和全球经济造成了破坏。感染SARS-Co V-2会增加孕妇发生早产、死胎等不良妊娠结局的风险,新型冠状病毒肺炎疫苗接种是保护人群免受COVID-19影响的最重要的干预措施,但许多备孕及妊娠期妇女考虑到疫苗可能对胎儿带来潜在影响,导致这一特殊人群疫苗接种率较低,研究新型冠状病毒肺炎疫苗接种对围妊娠期女性及其子代的影响具有重要意义。目的:探究围妊娠期接种新型冠状病毒肺炎疫苗对妊娠结局及子代生长发育的影响,为增加围妊娠期妇女疫苗接种率提供更多的安全性参考依据。方法:选取2021年07月至2021年10月期间在湖北省妇幼保健院规律产检,且符合入组标准的妊娠妇女作为研究对象,通过电话联系征得其同意后并签署知情同意书。按照是否接种COVID-19灭活病毒疫苗将研究对象分为接种疫苗组(即妊娠前或妊娠期接种COVID-19疫苗,共348名)与未接种疫苗组(即妊娠前或妊娠期未接种COVID-19疫苗,共497名),通过问卷、电话、医疗记录查询等方式进行孕期全周期及产后的追踪随访,完善妊娠女性疫苗接种史、孕产史、身高、年龄、孕前体重、妊娠合并症或并发症、相关分娩记录(包括分娩方式、出生孕周、出生体重、子代性别)、子代体检资料和喂养史等相关信息,这些数据均详细地记录在问卷中。比较接种疫苗组与未接种疫苗组女性的妊娠结局、子代的生长发育指标是否存在显著差异,并通过相关分析方法分析导致孕妇不良妊娠结局的危险因素。结果:第一部分1、在分娩队列的845名参与者中,接种疫苗组348名,未接种疫苗组497名。两组妊娠女性进行了基于年龄、孕产史、分娩方式以及妊娠合并症等基本信息的对比后,发现两组孕妇之间的差异无统计学意义(P>0.05)。2、在本研究中,接种疫苗组综合不良妊娠结局发生率为16.7%(58/348),未接种疫苗组综合不良妊娠结局发生率为14.3%(71/497),差异无统计学意义(P>0.05)。在本研究中,研究对象41.2%(348/845)接种了至少1剂COVID-19疫苗,33.6%(284/845)接种了2剂。接种2针剂疫苗妇女的综合不良妊娠结局发生率为16.9%(48/284),未接种疫苗妇女的综合不良妊娠结局发生率为14.3%(71/497),差异无统计学意义(P>0.05)。3、接种疫苗组中243例女性在妊娠前接种新冠疫苗,105例女性在妊娠期接种新冠疫苗。其中88例女性在妊娠0-4周接种新冠疫苗。接种疫苗组妇女根据疫苗接种时间分为3个亚组,即妊娠前接种组、妊娠期接种组、妊娠0-4周接种组(妊娠0-4周接种?妊娠期接种)。妊娠期接种新冠疫苗妇女早产发生率为1.0%(1/105),未接种疫苗组妇女早产发生率为6.4%(32/497),差异有统计学意义(P生率为18.1%(44/243)、妊娠期接种新冠疫苗妇女的综合不良妊娠结局发生率为13.3%(14/105)、妊娠0-4周接种新冠疫苗妇女的综合不良妊娠结局发生率为12.5%(11/88),未接种疫苗组妇女的综合不良妊娠结局发生率为14.3%(71/497),三个亚组与未接种疫苗组比较,差异无统计学意义(P均>0.05)。4、多胎妊娠(r=0.194,P生殖技术助孕(r=0.160,P生有关,接种新冠疫苗(r=0.025,P>0.05),与不良妊娠结局发生的相关关系并不显著。第二部分1、对220对母子/女的相关基本资料进行分析,接种疫苗组产妇中经产妇比例高于未接种疫苗组,差异有统计学意义(P生体重等比较,差异无统计学意义(P均>0.05)。2、接种疫苗组与未接种疫苗组子代既往6月龄、12月龄、18月龄体检中身高、体重、BMI比较,组间差异均无统计学意义(P均>0.05)。3、接种新冠疫苗对男童和女童的影响在体格检查测量指标方面的差异均无统计学意义(P>0.05)。结论:1、围妊娠期接种新型冠状病毒肺炎疫苗并不会增加不良妊娠结局的发生率,即使是孕早期接种疫苗。2、围妊娠期接种新型冠状病毒肺炎疫苗并未增加子代不良生长发育风险。

关键词：新型冠状病毒肺炎疫苗妊娠期女性妊娠结局灭活疫苗生长发育

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聚偏氟乙烯基聚合物的结构调控和性能研究

聚偏氟乙烯基聚合物的结构调控和性能研究

作者：刘梦灵北京化工大学

学位级别：硕士

能源短缺是当今世界亟待解决的难题,获取高机电转换效率和优异储能特性的材料在一定程度上可以缓解资源匮乏的局势,聚偏氟乙烯（PVDF）作为传统的的多晶型（α/γ/β）聚合物有机材料因其良好的电活性性能和稳定的化学结构等原因在新能... 详细信息

能源短缺是当今世界亟待解决的难题,获取高机电转换效率和优异储能特性的材料在一定程度上可以缓解资源匮乏的局势,聚偏氟乙烯（PVDF）作为传统的的多晶型（α/γ/β）聚合物有机材料因其良好的电活性性能和稳定的化学结构等原因在新能源领域备受关注。然而,与无机压电材料相比,PVDF的压电性能还存在较大的提升空间。目前压电性能的优化策略主要有制备工艺的改善、物理共混以及化学共聚,但存在成本高、优化效果差、操作繁琐危险等问题。此外,PVDF因较差的结合力极大地限制了其作为电极粘合剂在锂电池行业的应用,常用的解决方案是在PVDF聚合物链中引入可逆的动态化学键或相互作用力来强化其作为粘合剂在维持电极完整性方面的能力,比如氢键、静电相互作用、金属配位键,二硫键和双键等。本文采用原子转移自由基聚合（ATRP）技术在温和的条件下将两种丙烯酸酯类单体[丙烯酸叔丁酯（t BA）/甲基丙烯酸甲酯（MMA）]分别接枝到PVDF（Mw=530000/180000 g/mol）主链上,并控制反应时长得到不同接枝程度的聚（丙烯酸叔丁酯-偏氟乙烯）[PVDF-g-PtBA,聚丙烯酸叔丁酯的摩尔百分含量:PtBA（mol%）=0～8.4%]和聚（甲基丙烯酸甲酯-偏氟乙烯）[PVDF-g-PMMA,聚甲基丙烯酸甲酯的摩尔百分含量:PMMA（mol%）=0～31.8%]接枝聚合物,通过极性结构的修饰和结晶行为的调控进一步提升材料各方面的性能,比如:压电性能、介电性能、铁电性能、电池性能等。主要研究内容及结果如下:（1）PVDF-g-PtBA的结晶行为研究:我们主要探究了经溶液浇铸法得到的聚合物薄膜在“部分熔融非等温结晶”和“完全熔融等温结晶”过程里的结晶行为。研究表明,相对于未进行化学修饰的PVDF,PVDF-g-PtBA在特定温度下部分熔融后再进行非等温结晶能够维持与其同等的结晶度且诱导更多的电活性γ相的生长。与此同时,相对于未改性的纯PVDF,PVDF-g-PtBA样品在完全熔融后于高温（159°C）下等温结晶过程中获取的极性γ球晶的成核密度更高。在结晶度保持60%的情况下,PVDF-g-PtBA（PtBA mol%=8.4%,PVDF:Mw=180000 g/mol）的极性相含量Fγ（部分熔融非等温结晶）和γ球晶（完全熔融等温结晶）的成核密度分别可高达0.67和99%。（2）PVDF-g-PtBA的电活性性能研究:薄膜样品在熔点以上9°C（Tm+9）处部分熔融后进行非等温结晶热处理程序,紧接着我们对其进行介电和压电的性能测试。研究结果发现:首先,接枝聚合物的介电常数（ε:7.5→15.7）随PtBA mol%（0→8.4%）的增加而增大,这是因为具有极性特性的PtBA不仅会借助Π键提高聚合物的整体极化率还可以有效增大材料的净偶极矩。其次,接枝聚合物的压电系数(d33:15→53p C/N)随PtBA mol%（0→8.4%）的增加而增大,高介电常数ε和高极性相含量Fγ被认为是有助于提高PVDF-g-PtBA接枝共聚物压电性能的主要因素。（3）PVDF-g-PMMA的结晶行为研究:我们分别观测了“溶剂快速挥发过程中结晶”、“部分熔融非等温结晶”、“完全熔融等温结晶”三种结晶程序下聚合物的结晶行为。研究数据表明,真空烘箱里干燥过程中完成结晶的PVDF-g-PMMA聚合物薄膜会出现一定量的非极性α相,而PVDF-g-PtBA能够得到纯极性（γ+β）相的薄膜样品;在部分熔融重结晶过程中,PVDF-g-PMMA接枝聚合物（3°C）能够最大限度生成极性γ相对应的部分熔融温度窗口会相对于PVDF（1°C）更宽些;在157°C下等温结晶的PVDF-g-PMMA聚合物在等温结晶过程中电活性γ球晶的占比[γ/（α+γ）*100%]为44.9%且略高于PVDF（18.6%）,而PVDF-g-PtBA可高达92.8%。此外,我们还发现PVDF-g-PMMA在三种结晶程序下都能够诱导β相的生成。（4）PVDF-g-PMMA的介电、压电和电池性能探究:在样品制备条件和仪器测试参数都最优化处理后,完成了样品的介电、压电和电池性能的。研究结果发现,PVDF-g-PMMA（PMMA mol%=28.2%）接枝聚合物的介电常数值（15.27）会低于PVDF（20.68）;PVDF-g-PMMA（PMMA mol%=9.4%）在最佳退火温度下部分熔融重结晶后的d33值高达80 p C/N,远高于PVDF(d33=15 p C/N);在电池倍率性能测试的放电过程中,PVDF-g-PMMA、PVDF-g-PtBA和PVDF聚合物参与的复合体系于0.2 C倍率下的电容量依次为837 m Ah?g-1（容量保持率有55%）、451m Ah?g-1（容量保持率有41%）和44 m Ah?g-

关键词：接枝改性聚偏氟乙烯聚丙烯酸叔丁酯聚甲基丙烯酸甲酯电活性性能电池性能

农户农产品电商参与意愿影响因素分析 ——以赣南脐橙种植户为例

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农户农产品电商参与意愿影响因素分析 ——以赣南脐橙种植户为例

作者：曾星灵福建农林大学

学位级别：硕士