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基于混合CNN-Transformer的多器官医学图像分割算法研究

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基于混合CNN-Transformer的多器官医学图像分割算法研究

作者：朱礼鹏吉林大学

学位级别：硕士

在多器官分割任务中,不同的组织和器官之间的形态、分布差异都比较大,边界也往往难以区分;同时多器官分割要求模型在训练过程中进行多个类别的学习,因此需要大量的数据进行训练,但在体素水平进行3D医学图像的标注需要大量的时间与精力,... 详细信息

在多器官分割任务中,不同的组织和器官之间的形态、分布差异都比较大,边界也往往难以区分;同时多器官分割要求模型在训练过程中进行多个类别的学习,因此需要大量的数据进行训练,但在体素水平进行3D医学图像的标注需要大量的时间与精力,很少有公开的腹部多器官全标注数据集。相比于以往的单病灶分割,多器官分割是更具有挑战性、但也更有应用价值的任务。因此,本文研究基于混合CNN-Transformer的多器官医学图像分割方法,主要为了解决目前深度学习方法在多器官分割任务中对不同器官的边界划分不完整、小尺寸器官分割精度低等问题。具体研究内容主要包括:(1)传统卷积网络感受野受限,无法有效捕捉到图像特征的长距离依赖关系,从而影响到分割精度,Transformer可以很好地克服这个问题。为了综合利用卷积和Transformer的优势,本文提出了一种基于局部感知的混合U型神经网络的多器官分割算法(Lightweight Local Perception Transformer U-shaped Network,LLP-TUNet)。该网络通过将CNN与Transformer混合以综合利用卷积和Transformer的优势,网络中编解码器的卷积模块主要用于提取低级别细节,而Transformer编码器中连续的轻量级局部感知Transformer模块则专注于学习长距离依赖,并在跳跃连接中引入双重注意力机制。通过轻量级多头自注意力和局部感知单元的优化,能够降低Transformer模块的训练成本,更好地适应局部语义;双重注意力跳跃连接也有效地弥补了语义鸿沟。实验表明,LLP-TUNet在多器官分割数据集上的表现优于现有的分割方法,并对不同的数据集有良好的泛化性。(2)在多器官医学图像分割任务中,器官和组织的边界往往模糊不清,难以准确分割;同时,不同尺寸的器官之间的分割性能会相互影响,较小尺寸器官的分割结果通常较差。为了解决这两个问题,本文在现有工作的基础上提出了基于边界增强引导与多尺度特征聚合的混合CNN-Transformer网络EEMHNet(Edge-enhanced guidance and multi-scale feature aggregation basd hybrid CNN-Transformer network,EEMHNet)。首先,引入Sobel算子设计了双分流的边界辅助分割模块,将边缘检测作为网络的子任务,利用边缘信息来辅助目标边界的分割;其次,设计多尺度特征聚合模块,来增强对于不同尺度语义知识的学习。实验结果表明,EEMHNet在两个多器官分割数据集上都能起到积极的作用,以较高准确率分割小目标与器官边界。与现有模型相比,EEMHNet可以达到具有竞争力的效果。

关键词：多器官医学图像分割 CNN-Transformer混合型神经网络跳跃连接边缘分割多尺度注意力

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隧道掏槽爆破岩块抛掷堆积形态的数值模拟

工程爆破 2024年第3期30卷 54-61页

作者：朱礼臣中铁十四局集团建筑工程有限公司工程部济南250000

为了控制隧道掏槽爆破飞石范围,确保隧道爆破施工的高效性与安全性,利用离散元软件对掏槽体岩块抛掷堆积形态进行了数值模拟,结合某快速铁路单线隧道工程,研究了掏槽体岩块抛掷堆积形态及其主要参数。在对比分析掏槽体岩块堆积形态的模... 详细信息

为了控制隧道掏槽爆破飞石范围,确保隧道爆破施工的高效性与安全性,利用离散元软件对掏槽体岩块抛掷堆积形态进行了数值模拟,结合某快速铁路单线隧道工程,研究了掏槽体岩块抛掷堆积形态及其主要参数。在对比分析掏槽体岩块堆积形态的模拟结果与实际测量结果的基础上,研究发现:掏槽体岩块的初速度为堆积形态的重要影响因素;在初速度为10 m/s的前提下,从爆破开始到岩体全部停止运动总共经历3.5 s,最终堆积形态近似于椭圆形;最大抛掷距离与前端堆积高度均符合工程实际测量结果。研究结果对隧道掏槽爆破设计和安全施工,具有重要的指导意义。

关键词：隧道掏槽爆破离散元数值模拟岩块堆积形态抛掷初速度

纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶在不同骨缺损环境中应用的价值

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中国组织工程研究 2024年第5期28卷 753-758页

作者：朱礼威王江玥白丁四川大学华西口腔医院正畸科口腔疾病研究国家重点实验室国家口腔疾病临床医学研究中心四川省成都市610041

背景:近年来,纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶在修复骨组织损伤方面的研究备受关注。目的:综述应用于骨组织工程的纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶近年来的最新进展,举例说明纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶在不同骨缺损环境中的应用。方法:... 详细信息

背景:近年来,纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶在修复骨组织损伤方面的研究备受关注。目的:综述应用于骨组织工程的纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶近年来的最新进展,举例说明纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶在不同骨缺损环境中的应用。方法:应用计算机检索中国知网、万方、PubMed和Web of Science数据库2016-2023年发表的相关文献,中文检索词为:“明胶,甲基丙烯,纳米,骨,骨组织工程,骨再生,成骨”,英文检索关键词为“gelatin,methacryl*,nano*,bone,bone tissue engineering,bone regeneration,osteogenesis”。结果与结论:①当前作为甲基丙烯酰明胶填料的纳米材料包括无机纳米材料、有机纳米材料以及有机-无机纳米杂化材料。②无机纳米材料可有效提高水凝胶的力学强度、触变性能,调节其降解时间,同时还可通过调节自身表面电荷、搭载药物/因子、自身降解释放金属离子等方式,实现水凝胶的抗菌、促骨形成、免疫调节、促血管生成等功能。③有机纳米材料、有机-无机纳米杂化材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶是两类新兴的材料,目前研究相对较少,但从已发表的研究来看,相比无机纳米材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶,有机纳米材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶的生物相容性及载药性能更佳,纳米相与有机聚合物相间的相互作用更强,纳米粒子的分散性更好。④有机-无机纳米杂化材料复合甲基丙烯酰明胶水凝胶结合了前二者的优势,且金属离子释放可控性更佳,具有巨大的研究潜力。⑤纳米材料可增强甲基丙烯酰明胶水凝胶的抗菌、免疫调控、促成骨等生物学性能,以促进感染性骨缺损、伴糖尿病骨缺损、骨肉瘤切除术后等复杂骨缺损环境下的骨再生。然而,纳米复合甲基丙烯酰明胶水凝胶用于骨缺损修复中的研究还仅限于动物实验,仍需要进行更多的安全性评价和临床试验。

关键词：甲基丙烯酰明胶纳米材料纳米粒子骨组织工程骨再生骨修复水凝胶支架材料

基于数字化转型背景的中职语文教学策略研究——以《念奴娇·赤壁怀古》教学为例

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教师 2024年第1期 24-26页

作者：朱礼勇合肥市工程技术学校安徽合肥238000

在教育数字化转型背景下,传统的中职语文教学模式已无法适应新时代职业教育的发展要求,那么应如何解决中职生语文核心素养培育中的问题?文章以《念奴娇·赤壁怀古》教学为例,将数字化技术融入中职语文教育教学全过程,提出优化中职语文... 详细信息

在教育数字化转型背景下,传统的中职语文教学模式已无法适应新时代职业教育的发展要求,那么应如何解决中职生语文核心素养培育中的问题?文章以《念奴娇·赤壁怀古》教学为例,将数字化技术融入中职语文教育教学全过程,提出优化中职语文教学的策略,有效地弥补传统教学模式存在的弊端,推进了中职生语文核心素养的培育,提升了中职语文教学的质量。

关键词：数字化转型中职语文教学策略

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高考中氮及其化合物之间转化关系的考查方式

高中数理化 2024年第16期 61-62页

作者：朱礼臻山东省日照市岚山区第一中学

氮及其化合物的转化关系是一个重要且复杂的知识点,这不仅要求考生对氮元素及其化合物的性质有深入的了解,而且需要掌握这些化合物在不同条件下的相互转化.这类试题不仅考查考生对基础知识的掌握程度,还考查了他们的逻辑思维能力和实验... 详细信息

氮及其化合物的转化关系是一个重要且复杂的知识点,这不仅要求考生对氮元素及其化合物的性质有深入的了解,而且需要掌握这些化合物在不同条件下的相互转化.这类试题不仅考查考生对基础知识的掌握程度,还考查了他们的逻辑思维能力和实验设计能力.

关键词：实验设计能力知识的掌握考查方式逻辑思维能力元素及其化合物高考相互转化考生

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山地城市市郊铁路连续长大陡坡设计方案

城市轨道交通研究 2024年第8期27卷 39-44页

作者：张文正蔡涵哲朱礼佳上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092 广州地铁设计研究院股份有限公司广州510010

[目的]山地城市市郊铁路采用长大陡坡可以有效减少线路长度,降低工程投资,然而设置长大陡坡对列车运行不利,影响列车运营安全。为解决连续长大陡坡的技术难题,满足线路能力、运行间隔及行车速度等行车要求,应对山地城市市郊铁路长大连... 详细信息

[目的]山地城市市郊铁路采用长大陡坡可以有效减少线路长度,降低工程投资,然而设置长大陡坡对列车运行不利,影响列车运营安全。为解决连续长大陡坡的技术难题,满足线路能力、运行间隔及行车速度等行车要求,应对山地城市市郊铁路长大连续陡坡设计方案进行研究。[方法]以市郊铁路重庆中心城区至南川线东温泉站—黎香湖站区间线路纵断面设计为工程背景,通过仿真模拟对列车在坡道上的牵引和制动性能、列车救援能力及闸瓦热容量等进行检算,并从车辆性能、行车间隔、运营列车救援措施及列车运营安全保障等方面提出相应措施。[结果及结论]山地城市市郊铁路连续长大陡坡线路纵断面采用连续陡坡+缓坡,即“坡度为35‰、长度为1000 m的线路+坡度为18.6‰、长度为250 m的线路”的组合形式,可以满足列车牵引起动、故障运行、坡道制动及列车救援等行车要求,从而确保列车运营安全。

关键词：山地城市市郊铁路长大连续陡坡

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融合真实情境的复习课教学——以“探究双效泡打粉”为例

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化学教与学 2024年第4期 74-77,36页

作者：朱礼枭江苏省溧阳中学江苏常州213300

本文通过对“水溶液中的离子反应”这一专题展开复习,围绕“双效泡打粉”这一真实情境,引导学生通过数字化实验展开对泡打粉成分作用的探究,形成分析水溶液中离子反应问题的认识思路,感受化学学科价值,并在自主设计泡打粉配方的过程中... 详细信息

本文通过对“水溶液中的离子反应”这一专题展开复习,围绕“双效泡打粉”这一真实情境,引导学生通过数字化实验展开对泡打粉成分作用的探究,形成分析水溶液中离子反应问题的认识思路,感受化学学科价值,并在自主设计泡打粉配方的过程中培养工程思维。

关键词：离子反应真实情境复习课泡打粉

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城市污水处理技术措施及其发展探索

清洗世界 2024年第5期40卷 102-104页

作者：朱礼波甘肃恒信安环科技发展有限公司甘肃兰州730000

文章对我国城市污水治理的技术措施和今后的发展进行了探讨。首先,从环境保护、公众健康、水资源循环利用和对经济的影响等几个角度对我国城市污水治理进行了论述。接着,对国内外城市污水的基本概念、特征、国内外现状进行了分析,提出... 详细信息

文章对我国城市污水治理的技术措施和今后的发展进行了探讨。首先,从环境保护、公众健康、水资源循环利用和对经济的影响等几个角度对我国城市污水治理进行了论述。接着,对国内外城市污水的基本概念、特征、国内外现状进行了分析,提出了我国目前面临的技术问题、基础设施匮乏、资金投入与运行管理困难、环境与健康风险、资源利用效率低下等问题。本文对采用物理处理技术(沉淀法、过滤法和离心分离法)、化学(混凝沉淀、氧化还原、中和)、生物处理技术(活性污泥、生物膜和厌氧消化)和其他新型处理技术(MBR、生物炭吸附、高级氧化等)进行了详尽的分析。这几种方法都有各自的优势与局限性,应结合具体的具体情况加以选择。探讨了我国城市污水治理技术今后的发展方向,提出了科技创新、绿色环保、数字智能化等内容。在此基础上,本项目将重点放在新型高效节能环保技术的开发、基础设施的建设与运行管理、相关法律法规的制订与完善、国际合作与技术交流等方面。最后,对我国城市废水治理的一些技术措施做了概括,指出了今后的发展方向。本研究成果将为我国城市污水治理提供新的思路,为保障我国水资源安全、生态环境保护及可持续发展提供科学依据。

关键词：污水治理环境保护水资源循环利用

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管窥人工智能与大数据地球科学研究新进展

地学前缘 2024年第4期31卷 1-6页

作者：周永章肖凡中山大学地球科学与工程学院广东珠海519000 中山大学地球环境与资源研究中心广东珠海519000 中山大学广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室广东珠海519000

本期是《地学前缘》组织出版的“人工智能与大数据地质”主题专辑。它由17篇学术论文组成,涵盖了知识图谱、基于深度学习的图像识别、非结构化地质信息的机器可读表达、图形大数据与社区发现、关联规则算法、三维地质模拟与成矿预测、... 详细信息

本期是《地学前缘》组织出版的“人工智能与大数据地质”主题专辑。它由17篇学术论文组成,涵盖了知识图谱、基于深度学习的图像识别、非结构化地质信息的机器可读表达、图形大数据与社区发现、关联规则算法、三维地质模拟与成矿预测、物联网与在线监测系统等不同主题,提供了极其有价值的应用场景和研究案例,在一定程度上反映了中国人工智能与大数据地球科学领域研究的最新进展,值得同行关注。

关键词：知识图谱深度学习图像自动识别非结构地质信息社区发现大数据挖掘三维地质建模物联网标识