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基于IVOCT的动脉粥样硬化斑块识别与风险评估

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中国激光 2024年第9期51卷 227-237页

作者：韩泽君林兴康裘耀阳张晓高磊李勤北京理工大学医学技术学院北京100081 中国人民解放军总医院第六医学中心北京100048

动脉粥样硬化引起的易损斑块破裂已经严重危害到人类的健康,而血管内光学相干断层成像(IVOCT)凭借其高分辨率已经成为识别冠脉易损斑块的主要工具,但图像判读费时费力,通常还依赖于医生的经验。目前已有基于传统机器学习的研究实现了对... 详细信息

动脉粥样硬化引起的易损斑块破裂已经严重危害到人类的健康,而血管内光学相干断层成像(IVOCT)凭借其高分辨率已经成为识别冠脉易损斑块的主要工具,但图像判读费时费力,通常还依赖于医生的经验。目前已有基于传统机器学习的研究实现了对单帧图像的分类,但这些信息不足以辅助医生确定治疗方案,仍然需要医生二次判读。基于Faster R-CNN(R-CNN,区域卷积神经网络),针对IVOCT图像中易损斑块的特点,在数据增强、预测框(BBox)编码、网络结构等方面进行了改进和优化,实现了对易损斑块的自动识别,并选取易损斑块的病变累积角度、纤维帽厚度、巨噬细胞浸润情况、浅表微钙化情况和血管狭窄程度作为指标,对易损斑块的破裂风险进行多方面评估。在公开数据集CCCV2017 IVOCT中进行训练,测试后取得了较好结果,该方法可推广应用于同类图像。

关键词：医用光学动脉粥样硬化血管内光学相干断层成像易损斑块自动识别风险评估

无人机辅助通感一体化系统中的信息年龄分析优化

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 1996-2003页

作者：于宝泉杨炜伟王权张若愚蔡跃明海军航空大学烟台264001 陆军工程大学南京210007 中国人民解放军32319部队乌鲁木齐830002 南京理工大学南京210094

在许多监测控制任务中,由于被监测目标和控制中心距离较远,控制中心难以直接获取目标实时的状态信息。无人机(UAV)可以发挥其高移动性优势,减少感知和通信距离,进而提升感知和通信能力,为远距离目标状态信息实时获取问题提供了新思路。... 详细信息

在许多监测控制任务中,由于被监测目标和控制中心距离较远,控制中心难以直接获取目标实时的状态信息。无人机(UAV)可以发挥其高移动性优势,减少感知和通信距离,进而提升感知和通信能力,为远距离目标状态信息实时获取问题提供了新思路。对此,该文研究了UAV辅助通感一体化系统中的信息年龄(AoI)分析优化问题,首先分析了控制中心的状态更新过程,然后推导出平均峰值AoI的闭式表达式。进一步地,在多UAV多目标场景中,通过优化UAV在空中的感知位置和通信位置以及UAV和目标的匹配关系,来进一步降低系统的平均峰值AoI,改善状态更新的实时性。仿真结果验证了理论分析的正确性,同时表明了相比于对比方法,所提优化方法可以有效改善系统的AoI性能。

关键词：信息年龄无人机辅助系统通感一体化

应用差分进化-神经网络模型的杀爆弹瞄准点分配方法

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北京理工大学学报 2024年第2期44卷 146-155页

作者：徐豫新贾志远杨晓红索非张益荣北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 中国人民解放军63961部队北京100012

为在不增加计算时耗的前提下提升多枚杀爆弹对面目标打击毁伤效能,建立融入动爆威力计算的多瞄准点规划方法.对面目标采用结构化网格划分方法实现多枚杀爆弹对目标毁伤区域的精确计算,并进行计算结果验证,基于多次计算结果采用神经网络... 详细信息

为在不增加计算时耗的前提下提升多枚杀爆弹对面目标打击毁伤效能,建立融入动爆威力计算的多瞄准点规划方法.对面目标采用结构化网格划分方法实现多枚杀爆弹对目标毁伤区域的精确计算,并进行计算结果验证,基于多次计算结果采用神经网络方法建立单枚弹药对面目标毁伤区域的计算代理模型,在同样计算条件下,比非代理模型计算时间缩短1000倍;据此,通过差分进化算法实现多枚杀爆弹对面目标打击瞄准点及末端弹道参数的规划.通过实例对比分析表明:该瞄准点规划方法形成的打击方案比传统以毁伤半径为输入的方法毁伤效果大幅提升,最低提升25.5%,且单次规划时间不超过3 s,解决了瞄准点规划中毁伤效能模型复杂度与计算耗时之间的矛盾.

关键词：杀爆弹动爆威力瞄准点规划毁伤幅员神经网络差分进化算法

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深度学习的视网膜血管分割研究综述

计算机科学与探索 2024年第8期18卷 1960-1978页

作者：汪有崧裴峻鹏李增辉王伟上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 海军军医大学中国人民解放军海军特色医学中心上海200433

视网膜眼底图像的分割结果可为糖尿病视网膜病变、青光眼和年龄相关性黄斑病等眼科疾病的诊断提供辅助。通过准确分割视网膜血管,医生能够更好地了解患者眼部状况,为诊断、治疗和评估提供有力支持。对近年来的基于深度学习的眼底血管分... 详细信息

视网膜眼底图像的分割结果可为糖尿病视网膜病变、青光眼和年龄相关性黄斑病等眼科疾病的诊断提供辅助。通过准确分割视网膜血管,医生能够更好地了解患者眼部状况,为诊断、治疗和评估提供有力支持。对近年来的基于深度学习的眼底血管分割论文进行回顾整理,介绍了最常用于眼底血管分割的数据集,以及预处理方式,并将近期的模型算法分为单网络模型、多网络模型以及Transformer模型几个大类。对每一类网络中所存在的各个模块文章进行了介绍分析,探讨了它们的优势以及在处理眼底血管分割任务时的局限性。这些分析有助于理解不同模块的特点和适用场景。将所检索的模型数据进行总结,通过比较不同算法模型在同一数据集上的表现,以及根据相同的评价指标获得的分数,比较各算法模型的优劣,分析分数较好算法存在优势的原因,并指出了现如今的算法所存在的缺陷,总结深度学习的方法在视网膜血管分割中面临的诸多挑战,指出了未来深度学习在眼底血管分割方面可侧重的发展方向。

关键词：眼底图像血管分割深度学习

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基于随机邻域嵌入的无监督复杂工况识别

系统仿真学报 2024年第6期36卷 1334-1343页

作者：黄林刘善君王伟龚立海军工程大学舰船综合试验训练基地模拟训练中心湖北武汉430033 中国人民解放军91447部队机电教研室辽宁大连116041 中国人民解放军91278部队辽宁大连116041

现代工业生产设备通常结构复杂并交替运行于不同工况,基于监测数据进行准确的工况识别是对系统进行健康监测的基础,但系统的监测数据通常维度较高、数据量较大。针对设备复杂工况的识别问题,提出了一种基于随机邻域嵌入的无监督工况识... 详细信息

现代工业生产设备通常结构复杂并交替运行于不同工况,基于监测数据进行准确的工况识别是对系统进行健康监测的基础,但系统的监测数据通常维度较高、数据量较大。针对设备复杂工况的识别问题,提出了一种基于随机邻域嵌入的无监督工况识别方法。采用随机邻域嵌入算法,能够保留数据的局部和全局结构特性;计算了高维和低维空间中数据点的概率相似性,可实现设备高维监测数据的降维和无监督聚类,在不建立系统模型的基础上达成准确识别系统工况的目的。结果表明:该方法可有效实现高维监测数据的复杂工况识别,是一种有效的无监督聚类学习方法。

关键词：随机邻域嵌入无监督工况识别降维聚类

大气压栅状介质阻挡放电等离子体空气消毒研究

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高电压技术 2024年第7期50卷 2972-2987页

作者：张丽阳郭云涛帖金凤付洋洋罗海云清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084 北京理工大学宇航学院北京100081 中国人民解放军疾病预防控制中心消毒与感染控制科北京100071

空气净化与消毒是控制呼吸道传染性疾病的有效途径。介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)用于空气消毒具有高效、大面积放电、低风阻等优势,但目前对其空气消毒特性、消毒因子和消毒剂量的研究不足。文中介绍了清华大学电... 详细信息

空气净化与消毒是控制呼吸道传染性疾病的有效途径。介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)用于空气消毒具有高效、大面积放电、低风阻等优势,但目前对其空气消毒特性、消毒因子和消毒剂量的研究不足。文中介绍了清华大学电机系气体放电与等离子体研究团队近期关于栅状DBD等离子体空气消毒的研究进展。杀菌特性方面,重点研究了放电结构参量、湿度、微生物种类、电压类型等因素的影响,发现缩小间隙、增大电极尺寸、增加气流湿度均可提高杀菌效率和能量效率(Z值),相对湿度为60%时装置Z值可达1.68L/J;对MS2噬菌体气溶胶的单次通过净化效率可达99.5%~99.9%。杀菌因子方面,实验发现短寿命气相粒子是细菌气溶胶灭活的主要因子,长寿命粒子作用至多占总杀菌作用的30%。杀菌剂量方面,提出以比能量密度作为等离子体空气消毒的剂量参数,并基于湿空气放电的化学反应动力学模型,发现单粒子剂量与功率密度的线性关系,揭示了比能量密度作为剂量的机制。该研究可为介质阻挡放电空气消毒提供理论和工程应用支撑。

关键词：大气压栅状介质阻挡放电等离子体空气消毒生物气溶胶

基于环介导等温扩增微流控芯片技术快速检测蚊媒携带登革病毒方法的建立

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中国寄生虫学与寄生虫病杂志 2024年第2期42卷 234-241页

作者：姜宁白洁李平单文琪周秋明董昊炜袁浩陶峰李翔宇马雅军彭恒上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 中国人民解放军海军军医大学基础医学院病原生物学教研室上海200433 海口市疾病预防控制中心海南海口571100 中国人民解放军海军军医大学海医系上海200433

目的建立一种基于环介导等温扩增(LAMP)微流控芯片技术的快速检测蚊媒携带登革病毒的方法。方法根据登革病毒衣壳蛋白(C)、前膜蛋白(prM)和非结构蛋白2A(NS2A)基因片段构建pUC-GWAmp-CprM和pUC-GW-Amp-NS2A质粒,设计多组环介导等温扩增... 详细信息

目的建立一种基于环介导等温扩增(LAMP)微流控芯片技术的快速检测蚊媒携带登革病毒的方法。方法根据登革病毒衣壳蛋白(C)、前膜蛋白(prM)和非结构蛋白2A(NS2A)基因片段构建pUC-GWAmp-CprM和pUC-GW-Amp-NS2A质粒,设计多组环介导等温扩增特异性引物组。制备LAMP微流控芯片,以靶基因质粒、登革病毒核酸为模板进行检测,根据起峰时间、相对荧光单位、假阳性、重复实验稳定性、检测灵敏度等指标筛选最优引物组。用最优引物组分别检测埃及伊蚊、白纹伊蚊等主要登革热传播媒介和常见的致倦库蚊、中华按蚊、摇蚊的cDNA,并与寨卡病毒、流行性乙型脑炎病毒、恶性疟原虫、黄热病毒等常见蚊媒传播病原体进行交叉检测,评价LAMP法的特异性。评价LAMP法检测CprM和NS2A靶基因质粒的灵敏度,分别与PCR、实时荧光定量PCR(qPCR)检测结果进行比较。用登革病毒RNA与传播媒介埃及伊蚊、白纹伊蚊RNA分别以1∶10、1∶100和1∶1000混合,模拟媒介携带登革病毒的样品进行LAMP微流控芯片检测。对采集自宁德市三都岛、西安市、上海朱家角、长兴岛和五角场等5地的白纹伊蚊的cDNA进行检测。结果引物组筛选结果显示,CprMG2和NS2AG1引物组起峰时间早,相对荧光单位高,灵敏度最高,为最优引物组。CprMG2引物组可检测浓度低至10-6 ng/μl的pUC-GW-Amp-CprM质粒,最低检测限为1.3×10^(3)拷贝;NS2AG1引物组可检测浓度低至10-9 ng/μl的pUC-GW-Amp-NS2A质粒,最低检测限为1拷贝。最优引物组CprMG2、NS2AG1对埃及伊蚊、白纹伊蚊、中华按蚊、致倦库蚊、摇蚊等蚊虫cDNA无非特异性扩增,与寨卡病毒、流行性乙型脑炎病毒、恶性疟原虫、黄热病毒核酸无交叉反应。LAMP微流控芯片检测CprM靶基因的最低检测限为1.3×10^(3)拷贝,较PCR检测的最低检测限(1.3×10^(4)拷贝)高1个数量级;LAMP微流控芯片检测CprM和NS2A靶基因的最低检测限分别为1.3×10^(3)拷贝、1拷贝,与qPCR检测的最低检测限(1.3×10^(3)拷贝、1拷贝)相当。LAMP微流控芯片检测模拟现场样品的结果显示,CprMG2可检出与埃及伊蚊、白纹伊蚊RNA 1∶10、1∶100和1∶1000混合的登革病毒RNA,NS2AG1最低可检出1∶100混合的登革病毒,特异性均为100%。LAMP微流控芯片检测5地现场采集白纹伊蚊的结果均为阴性。结论建立了基于LAMP微流控芯片检测登革病毒的方法,该法敏感性和特异性高,检测时间短,可用于现场蚊媒携带登革病毒的检测。

关键词：登革病毒蚊虫环介导等温扩增微流控芯片现场检测技术

内镜下单侧小关节分级切除对颈椎节段稳定性影响

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医用生物力学 2024年第3期39卷 400-406页

作者：杨广南刘江蒋强张晗硕李土胜马靖博丁宇华南理工大学医学院广州510006 中国人民解放军总医院第六医学中心中医学部骨伤科北京100048

目的探究颈椎内镜下不同范围小关节切除对颈椎节段稳定性的影响,为临床手术提供生物力学理论基础。方法基于CT数据建立颈椎C5~6正常有限元模型,并模拟颈椎内镜手术操作获得不同范围(0、25%、50%、75%、100%)单侧小关节切除椎板开窗模... 详细信息

目的探究颈椎内镜下不同范围小关节切除对颈椎节段稳定性的影响,为临床手术提供生物力学理论基础。方法基于CT数据建立颈椎C5~6正常有限元模型,并模拟颈椎内镜手术操作获得不同范围(0、25%、50%、75%、100%)单侧小关节切除椎板开窗模型(模型1~5),分析比较各组模型节段活动度(range of motion, ROM)及椎间盘von Mises应力情况。结果除前屈工况外,模型1、2较正常模型各方向下ROM及椎间盘von Mises应力改变不明显,模型3较正常模型各方向下ROM及椎间盘von Mises应力出现较为明显增加,前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转及右旋转时ROM分别增加27%、4%、3%、13%、5%、16%,von Mises应力分别增加32%、4%、2%、5%、9%、5%。模型4、5较正常模型各方向下ROM及椎间盘von Mises应力增加显著,模型4的ROM分别增加27%、14%、6%、24%、7%、167%,von Mises应力分别增加33%、13%、3%、32%、10%、130%;模型5的ROM分别增加27%、17%、6%、25%、7%、167%,von Mises应力分别增加33%、29%、8%、33%、12%、138%。结论随着单侧小关节切除范围的增加,颈椎节段ROM和椎间盘von Mises应力极值逐渐增加。当单侧小关节切除超过1/2时,颈椎出现较大的ROM增加及应力改变。临床手术中应尽量保留1/2以上颈椎小关节,避免医源性失稳。

关键词：颈椎内镜手术颈椎管狭窄症小关节分级切除

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两点串联装药爆炸区域增效效果分析

兵器装备工程学报 2024年第1期45卷 27-34页

作者：吕中杰赵开元王乐阳刘彦黄风雷黄宁杨剑波北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 中国人民解放军32184部队

针对串联装药爆炸区域内出现区域增效现象,利用LS-DYNA有限元软件建立了两点装药爆炸的计算模型,针对不同装药间距、不同装药质量条件下两点装药爆炸冲击波的传播过程和相互作用进行了模拟研究,并对数值模拟结果的超压、冲量衰减规律进... 详细信息

针对串联装药爆炸区域内出现区域增效现象,利用LS-DYNA有限元软件建立了两点装药爆炸的计算模型,针对不同装药间距、不同装药质量条件下两点装药爆炸冲击波的传播过程和相互作用进行了模拟研究,并对数值模拟结果的超压、冲量衰减规律进行了试验验证。分析了两点装药入射冲击波和反射冲击波超压值的相对大小,将冲击波有效作用区内的增效效果区划分成增效明显区、增效过渡区和增效不显区。分析了不同毁伤阈值条件下装药质量、装药间距对冲击波有效作用区区域面积的影响,确定了不同毁伤阈值下的最佳装药间距,得到了装药质量、最佳装药间距与毁伤阈值之间的关系。结果表明:在增效明显区内两点装药爆炸产生的入射波相互作用形成强反射波,强反射波与入射波叠加,超压显著提高,表现为两点装药反射波超压峰值整体高于单点装药入射波的超压峰值;在不同毁伤阈值条件下,随装药间距增加,有效作用区域面积会呈现先增后减的变化趋势,在明确装药质量、毁伤阈值的条件下,存在一个最佳装药间距对应着最大有效作用区域面积;获得了不同毁伤阈值的最佳装药间距工程计算模型,毁伤阈值和最佳装药间距与装药质量立方根的比值呈现多项式函数关系。

关键词：串联装药区域增效冲击波叠加毁伤区域面积