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磁粒子成像系统的实现及优化研究

磁粒子成像系统的实现及优化研究

作者：张秦阳沈阳工业大学

学位级别：硕士

磁粒子成像(Magnetic Particle Imaging,MPI)是一种新型示踪剂成像技术,利用磁性纳米粒子示踪剂在零磁场中的非线性磁化特性,可视化被测物内的示踪剂浓度,从而检测磁性纳米粒子示踪剂的空间分布,检测到的信号强度与磁纳米粒子浓度成正比... 详细信息

磁粒子成像(Magnetic Particle Imaging,MPI)是一种新型示踪剂成像技术,利用磁性纳米粒子示踪剂在零磁场中的非线性磁化特性,可视化被测物内的示踪剂浓度,从而检测磁性纳米粒子示踪剂的空间分布,检测到的信号强度与磁纳米粒子浓度成正比,具有高灵敏度的特点。而高精度、高质量、高空间分辨率的MPI图像重建具有巨大的现实意义,也是目前存在的问题之一。且当前MPI设备大多采用封闭式设计,为实现较大、较深的检测区域,设备体积一般较大、缺少灵活性,不易进行移动。为了MPI能实现更高精度、高质量的图像,且设备可灵活移动,本文提出了两种设备的设计方案,分别研发实现了大型开放式MPI扫描系统和小型手持式MPI检测设备。两种设备的设计方法都是基于对磁性纳米粒子的研究、信号获取原理以及空间分辨率原理的基础上进行设计和实验的。基于系统矩阵的图像重建是MPI重建的重要组成部分,也是优化MPI不可或缺的一部分。本文利用非负最小二乘算法进行图像重建来优化MPI设备。大型开放式MPI扫描系统和小型手持式MPI检测设备分别利用工作站和便携式设备两种实验平台对图像重建时间进行对比分析。对于实验结果和分析,其中大型开放式MPI扫描系统扫描后图像空间分辨率为8mm,是原始分辨率的4倍左右,而图像重建后可到达2mm左右,基本还原了样本本身大小并实现了优化。大型开放式MPI扫描系统为解决难以实现的多种临床问题提供了可能。在深层颅内出血的检查上,传统造影方法难以实现持续性的颅内血流成像,而若将其安装于ICU病床,可对患者进行24小时实时连续不间断的颅内血流状况监测,且无需将病人挪动至CT/MRI检查室;在手术辅助方面,用其替代放射性的X线进行DSA成像,将直接消除介入手术术中成像对医患双方带来的长时间辐射副作用。这种技术上的巨大革新无疑会为患者的康复,乃至临床医学的发展带来福音。小型手持式MPI检测设备则是在其基础上,实现前哨淋巴结准确定位检测、最短及最佳时间检测、实验所需示踪剂最低浓度检测以及与传统方式对比检测,并对检测出的前哨淋巴结进行图像重建,准确还原了淋巴结本身的大小,最终实现移动式扫描,扩大了扫描区域,使实验灵活进行。最后通过对两种设备结果展示及分析,验证了大型开放式MPI扫描系统的准确性以及小型手持式MPI检测设备的可行性和有效性,证明MPI有很高的时间分辨率和空间分辨率等优势,在未来医学检测方面必然有很高的应用前景。

关键词：磁粒子成像图像重建前哨淋巴结检测空间分辨率

基于无场线电子扫描开放式磁粒子成像系统设计

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仪器仪表学报 2023年第5期44卷 204-213页

作者：白石杨辉邹宇琪张秦阳李天舒沈阳工业大学大学信息科学与工程学院沈阳110870

磁粒子成像是一种全新的人体内动态靶向影像学方法,但当前磁粒子成像系统以封闭式磁场扫描结构为主,严重限制了其临床应用范围。设计了一种开放式电子扫描窄带磁粒子成像系统,在分析了超顺磁粒子谐波磁化响应的基础上,通过对线圈表面耦... 详细信息

磁粒子成像是一种全新的人体内动态靶向影像学方法,但当前磁粒子成像系统以封闭式磁场扫描结构为主,严重限制了其临床应用范围。设计了一种开放式电子扫描窄带磁粒子成像系统,在分析了超顺磁粒子谐波磁化响应的基础上,通过对线圈表面耦合磁场的计算及电流控制利用8个梯度线圈形成了基于无场线的开放式空间定位磁场,成像区域30 mm×30 mm;以单边激励线圈产生20.7 kHz激励磁场,处于高频激励磁场及定位磁场中的超顺磁纳米粒子示踪剂产生具有丰富谐波成分的可定位超顺磁磁化信号,使用高信噪比Gradiometer线圈检测其3次谐波信号形成电压云图图像;通过预测量的系统函数矩阵利用非负最小二乘法对电压云图进行重建,形成示踪剂浓度分布云图。成像实验结果表明,系统在开放式成像区域内探测灵敏度20μg Fe,图像重建空间分辨率2 mm,成像速度1 fps,达到了较好的开放式成像效果,系统也是国内首台全自主研发的开放式磁粒子成像系统。

关键词：磁粒子成像梯度线圈无场线电子扫描谐波信号

CsPbX_(3)QDs@MOFs复合材料的研究综述

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光谱学与光谱分析 2023年第11期43卷 3321-3329页

作者：赖妞黄启强张秦阳张博文王娟杨杰王茺杨宇王荣飞云南大学材料与能源学院云南昆明650091

全无机钙钛矿量子点CsPbX_(3)(QDs)(X=Cl、Br、I)具有可覆盖整个可见光区(400~700 nm)的发射,单一发光峰较窄,量子效率较高,其发射波长和带隙可通过调节CsPbX_(3)中卤素原子X来实现调控。因CsPbX_(3)优异的光学特性而被广泛应用于显示领... 详细信息

全无机钙钛矿量子点CsPbX_(3)(QDs)(X=Cl、Br、I)具有可覆盖整个可见光区(400~700 nm)的发射,单一发光峰较窄,量子效率较高,其发射波长和带隙可通过调节CsPbX_(3)中卤素原子X来实现调控。因CsPbX_(3)优异的光学特性而被广泛应用于显示领域,然而其稳定性较差等问题阻碍其进一步的应用。金属有机框架(MOFs)是一种多孔性的框架结构,因其独特的多孔结构,永久的孔隙率而作为一种基质载体来提高材料的稳定性。MOFs将QDs限制在主体内部不仅可以保护它们免受外部环境的刺激,使它们彼此隔离而不团聚,而且还可以实现各种新的特性和应用。将QDs限制在MOFs中所得的复合材料(CsPbX_(3) QDs@MOFs)具有比CsPbX_(3) QDs更优异的光学特性以及对周围环境更好的稳定性,复合材料(CsPbX_(3) QDs@MOFs)在光电器件,传感器以及加密与防伪领域有着广泛的应用。该综述首先介绍了CsPbX_(3) QDs相关结构、制备、光学性能和应用,以及现存问题。例如在毒性、稳定性、阴离子交换等方面及相应解决方法;其次介绍了MOFs结构、制备、特性及应用等相关内容;并对介绍复合材料CsPbX_(3) QDs@MOFs的制备、光学特性、应用,例如在白光二极管(WLEDs)、防伪和加密、用作催化剂、远程型白光发射器件中的应用,并实现了宽色域应用,验证了这些新型发光复合材料在背光显示应用中具有很大的应用前景。对复合材料CsPbX_(3) QDs@MOFs现阶段存在一些问题和需要改进方面提出一些见解,对下一步进行复合材料方向提供一些思路并对研究前景进行了展望。

关键词：全无机钙钛矿量子点金属有机框架发光特性应用

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基于平行泊车路径规划的智能泊车系统设计

计算机测量与控制 2023年第6期31卷 168-175页

作者：张安莉王娟袁安中陈奎锋张秦阳西安交通大学城市学院西安710018 机器人与智能制造陕西省高校工程研究中心西安710018

针对智能泊车系统对泊车准确度及计费实时性要求,提出一种基于距离和避障信息融合的自动泊车路径规划方法和泊车计费方法,解决当前泊车与计费不能有效融合,不利于进行智能管控的现实问题;系统采用STM32单片机作为系统主控芯片,电机驱动... 详细信息

针对智能泊车系统对泊车准确度及计费实时性要求,提出一种基于距离和避障信息融合的自动泊车路径规划方法和泊车计费方法,解决当前泊车与计费不能有效融合,不利于进行智能管控的现实问题;系统采用STM32单片机作为系统主控芯片,电机驱动模块RZ7889D驱动直流电机,转向舵机采用MG996,超声波测距传感器HC-SR04用于测量车身与障碍物物理距离并结合LM393实现红外避障,实现智能泊车;系统采用LabVIEW设计智能泊车系统上位机面板,实时显示泊车车位、数量、时长和费用,并具有历史数据查询和车辆数据波形显示功能;经仿真测试和系统微缩物理模型测试,该系统能够实现平行泊车路径规划,可实现平稳、顺滑的良好泊车,平均泊车时长为41 s,能够根据停车时长进行计费,满足简单、可靠且准确的智能泊车计费系统设计要求。

关键词：多传感器模糊控制器平行泊车路径规划

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短期低频脉冲磁场诱导经典瞬时感受器电位通道1对肱二头肌最大自主收缩力与力量耐力的影响

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中国组织工程研究 2023年第11期27卷 1796-1804页

作者：厉中山王春露刘洁杨铁黎孔维签李伟张秦阳陈松车同同李志远关荣鑫白石东北大学体育部辽宁省沈阳市110819 福建师范大学体育科学学院福建省福州市350117 北京体育大学冰雪运动学院北京市100084 中国医科大学科学试验研究中心辽宁省沈阳市110122 首都体育学院北京市100191 沈阳工业大学信息科学与工程学院辽宁省沈阳市111003 清华大学体育部北京市100084 浙江大学公共体育与艺术部浙江省杭州市310058 辽宁省磁医学检测与治疗专业技术创新中心辽宁省沈阳市110034

背景:力量素质是人类进行身体活动的必备要素,短暂的低频脉冲磁场刺激可诱导和激活经典瞬时感受器电位通道1(classical transient receptor potential channel 1,TRPC1),并引发小鼠骨骼肌生长与重塑,从而对肌组织产生一系列生理支持效应... 详细信息

背景:力量素质是人类进行身体活动的必备要素,短暂的低频脉冲磁场刺激可诱导和激活经典瞬时感受器电位通道1(classical transient receptor potential channel 1,TRPC1),并引发小鼠骨骼肌生长与重塑,从而对肌组织产生一系列生理支持效应,该机制是否会引发人体骨骼肌生理结构与工作能力的变化,并作为一种全新的人体肌力提升手段尚无研究。目的:选用可激活TRPC 1的特定低频脉冲磁场作为外源性刺激,以观察并验证短期刺激对人体肱二头肌最大自主收缩力与力量耐力的影响。方法:选择普通成年健康受试者27例,随机分为训练组、照射组、训练+照射组,每组9例。训练组采用抗阻训练,训练+照射组每次接受10 min低频脉冲磁场刺激(强度1.5 mT,频率3300 Hz)后即刻进行抗阻训练,照射组只进行10 min低频脉冲磁场刺激,试验周期9 d,间隔48 h进行1次训练或照射,为了观察低频脉冲磁场与抗阻训练结合是否会产生增益效果,训练组与训练+照射组在5次训练前后采集最大自主收缩力的肌电信息,照射组只在第1,3,5次进行最大自主收缩力测试,跟踪肌力变化情况。试验后观察3组受试最大自主收缩力值、1次重复最大力量、耐力持续时间、中值频率的变化。结果与结论:①在试验过程中,所有被试的最大自主收缩力值变化与时间交互效应显著(P<0.01),随时间的推进均出现显著变化,各组内最大自主收缩力值变化与时间交互显著(P<0.05),组间无交互效应;②各组被试后测最大自主收缩力值、1次重复最大力量、耐力持续时间、中值频率相比前测均显著提升,其中训练组各指标提升率依次为19%,23%,28%,18%,训练+照射组提升率依次为11%,10%,53%,18%,照射组各指标提升率依次为28%,18%,27%,6%;③训练+照射组的中值频率显著高于照射组(P<0.05),与训练组无显著性差异;④通过对训练组与训练+照射组每次训练前后的最大自主收缩力肌电均方根振幅平均值对比发现,训练组前2次训练后最大自主收缩力肌电均方根振幅平均值显著下降(P<0.05)。⑤结果证实:在强度1.5 mT,频率3300 Hz的脉冲磁场短期刺激方案下,人体肱二头肌最大自主收缩力值和力量耐力显著提升,低频脉冲磁场诱导TRPC1促进肌组织工作能力提升这一机制在人体上得到有效验证;在最大力量提升效果上,低频脉冲磁场刺激与该试验进行传统抗阻训练的两组最终力量水平一致;抗阻训练结合脉冲磁场刺激在训练过程中可体现出更好的抗疲劳能力,以及保持肌力稳定增长的功效,这种结合在训练初期可在相同负荷下使局部肌群更多的运动单位获得训练刺激,提升整体训练效率;在力量耐力提升效果上,低频脉冲磁场刺激可使肌肉等长收缩时间延长,抗疲劳能力提升,低频脉冲磁场刺激结合抗阻训练相比单纯进行低频脉冲磁场刺激可带来更加有效的力量耐力增益效果。

关键词：脉冲磁场经典瞬时感受器电位通道1 TRPC1 力量素质短期效应耐力肱二头肌收缩肌力

短期低频脉冲磁场诱导经典瞬时感受器电位通道1对局部肌肉肌力提升后的保持与衰减变化轨迹

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中国组织工程研究 2023年第23期27卷 3721-3727页

作者：厉中山白石刘洁杨铁黎邹宇琪孔维签李伟张秦阳陈松车同同李志远关荣鑫王春露东北大学体育部辽宁省沈阳市110819 福建师范大学体育科学学院福建省福州市350117 沈阳工业大学信息科学与工程学院辽宁省沈阳市111003 辽宁省磁医学检测与治疗专业技术创新中心辽宁省沈阳市110034 中国医科大学科学实验研究中心辽宁省沈阳市110122 首都体育学院北京市100191 清华大学体育部北京市100084 浙江大学公共体育与艺术部浙江省杭州市310058 北京体育大学冰上运动学院北京市100084

背景:短暂的低频脉冲磁场刺激可诱导和激活经典瞬时感受器电位通道1,并可提升人体局部肌肉(如肱二头肌)的最大自主收缩力与力量耐力。目的:通过可激活经典瞬时感受器电位通道1的特定低频脉冲磁场作为肌力提升手段,并观察短期刺激对人体... 详细信息

背景:短暂的低频脉冲磁场刺激可诱导和激活经典瞬时感受器电位通道1,并可提升人体局部肌肉(如肱二头肌)的最大自主收缩力与力量耐力。目的:通过可激活经典瞬时感受器电位通道1的特定低频脉冲磁场作为肌力提升手段,并观察短期刺激对人体肱二头肌最大自主收缩力与力量耐力提升后的变化衰减过程。方法:选取普通成年健康受试者27例,随机等分为训练组、照射组、训练+照射组。训练+照射组每次接受10 min低频脉冲磁场刺激后即刻进行抗阻训练,照射组只进行10 min低频脉冲磁场刺激,训练组采用抗阻训练,试验时间为8周,在正式试验的第1-12天进行短期肌力提升方案及力量水平后测,随后6周观察各组最大自主收缩力与力量耐力的衰减变化过程。结果与结论:(1)所有被试者随着试验时间的不断推进,最大自主收缩力值变化显著(P <0.01),时间交互效应明显,组间无交互效应,时间与分组交互效应不显著。(2)与初测值相比,照射组肌力衰减最大自主收缩力跟踪的第1,2,3,4周均显著高于初测值;训练组肌力衰减最大自主收缩力跟踪的第1,4周均显著高于初测值;与后测值相比,照射组最大自主收缩力值肌力衰减跟踪的第5,6周显著低于后测值;训练组最大自主收缩力肌力衰减跟踪的第5,6周显著低于后测值;训练+照射组肌力衰减最大自主收缩力跟踪的第1,5,6周显著低于后测值。(3)通过对3组最大自主收缩力变化曲线进行相关性分析可以看出,照射组整体最大自主收缩力肌力变化与训练组及训练+照射组最大自主收缩力变化趋势高度正相关,变化趋势高度一致。与照射组相比,训练组与训练+照射组最大自主收缩力具有更强的正相关性。(4)各组被试随着时间的推进,中值频率值均发生显著性变化(P <0.01),时间交互效应明显,时间点和分组交互作用对中值频率值变化具有显著性影响(P <0.05)。(5)与初测值相比,照射组肌力衰减中值频率值跟踪的第2周显著高于初测值;训练+照射组所有肌力衰减中值频率值跟踪的第2周显著高于初测值;与后测值相比,照射组肌力衰减中值频率值跟踪均与后测无显著性差异;训练组肌力衰减中值频率值跟踪的第1,4周显著低于后测值;训练+照射组肌力衰减中值频率值跟踪的第1,2周显著低于后测值。(6)3组受试者力量耐力中值频率值变化曲线进行相关性分析可以看出,照射组与训练组和训练+照射组之间具备较低的正相关性,与训练组相比,训练+照射组与照射组之间的相关程度略高。(7)结果显示,在强度1.5 mT、频率3 300 Hz的脉冲磁场短期刺激方案使肌力增强后,最大自主收缩力衰减到初测值的周期为6周,与该试验抗阻训练的衰减周期及提升后的衰减速度一致,在衰减过程中相比进行抗阻训练的2组变化波动较小,无疲劳累积的影响,肌力保持水平较佳。力量耐力提升后至少可保持6周。相比抗阻训练的力量耐力变化,低频脉冲磁场刺激可免于疲劳累积的影响,抗疲劳能力持续增长与保持水平较好,抗阻训练结合脉冲磁场可观察到对耐力水平带来一定影响与增益效果,减少衰减过程的波动,利于耐力水平的保持。

关键词：脉冲磁场经典瞬时感受器电位通道1 TRPC1 力量素质肌力衰减短期效应耐力肱二头肌收缩肌力

高职教育与现代化产业体系的适应性研究——以湖南省为例

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福建轻纺 2025年第1期 77-80页

作者：张秦湖南商务职业技术学院湖南长沙410205

职业教育与中国式现代化共生发展,在支撑现代化产业体系向纵深推进过程中发挥着重要作用。文章剖析了湖南高职教育与现代化产业体系发展现状,针对湖南高职教育主要在办学层次、专业建设、数字人才培养与现代化产业体系的发展、布局、需... 详细信息

职业教育与中国式现代化共生发展,在支撑现代化产业体系向纵深推进过程中发挥着重要作用。文章剖析了湖南高职教育与现代化产业体系发展现状,针对湖南高职教育主要在办学层次、专业建设、数字人才培养与现代化产业体系的发展、布局、需求存在不适应、不匹配、不契合的问题,提出应聚焦现代化产业体系重点领域创建本科层次的职业学校,对接现代化产业体系需求打造高水平专业群,加快数字人才培养满足现代化产业数字人才需要等对策。

关键词：现代化产业体系高职教育适应性

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酒杯型输电塔损伤定位的识别方法

振动．测试与诊断 2012年第3期32卷 471-476,519页

作者：刘纲杨溥秦阳刘遥重庆大学土木工程学院重庆400045 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

针对酒杯型大跨越输电塔结构在塔头节段具有刚度突变的特性,建立了基于模态双指标的损伤定位方法。通过对现有模态指标的对比,提出首先采用振型差指标判断酒杯型输电塔刚度突变处是否损伤,再利用模态柔度改变率指标定位输电塔其他节段... 详细信息

针对酒杯型大跨越输电塔结构在塔头节段具有刚度突变的特性,建立了基于模态双指标的损伤定位方法。通过对现有模态指标的对比,提出首先采用振型差指标判断酒杯型输电塔刚度突变处是否损伤,再利用模态柔度改变率指标定位输电塔其他节段的损伤,以克服单一模态指标易误报警的缺陷。分析了模态识别误差、不完备测点和环境因素对模态双指标方法的影响。采用实塔数值模拟分析的结果表明,该方法能根据环境激励较为准确地识别损伤发生的部位,测试误差、环境等因素对其损伤定位功能的影响较小,为该类塔架结构长期在线健康监测提供了损伤识别的方法支撑。

关键词：输电塔损伤定位刚度突变模态柔度改变率振型差

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Q-learning强化学习制导律

系统工程与电子技术 2020年第2期42卷 414-419页

作者：张秦浩敖百强张秦雪北京电子工程总体研究所北京100854 北华航天工业学院计算机学院河北廊坊065000

在未来的战场中,智能导弹将成为精确有效的打击武器,导弹智能化已成为一种主要的发展趋势。本文以传统的比例制导律为基础,提出基于强化学习的变比例系数制导算法。该算法以视线转率作为状态,依据脱靶量设计奖励函数,并设计离散化的行... 详细信息

在未来的战场中,智能导弹将成为精确有效的打击武器,导弹智能化已成为一种主要的发展趋势。本文以传统的比例制导律为基础,提出基于强化学习的变比例系数制导算法。该算法以视线转率作为状态,依据脱靶量设计奖励函数,并设计离散化的行为空间,为导弹选择正确的制导指令。实验仿真验证了所提算法比传统的比例制导律拥有更好的制导精度,并使导弹拥有了自主决策能力。

关键词：比例制导制导律脱靶量机动目标强化学习 Q学习时序差分算法