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非笛卡尔并行磁共振成像重建技术研究新进展

仪器仪表学报 2017年第8期38卷 1996-2006页

作者：吴振洲常严徐雅洁王慧杨晓冬中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学影像室苏州215163

相对于传统的k空间笛卡尔采样,非笛卡尔采样能够使得k空间具有更高的覆盖效率,同时可以更有效地利用梯度系统性能,减少d B/dt值,避免引起人体不良的生理反应。k空间非笛卡尔采样和并行成像技术结合能够进一步提高成像速度,但是也使得图... 详细信息

相对于传统的k空间笛卡尔采样,非笛卡尔采样能够使得k空间具有更高的覆盖效率,同时可以更有效地利用梯度系统性能,减少d B/dt值,避免引起人体不良的生理反应。k空间非笛卡尔采样和并行成像技术结合能够进一步提高成像速度,但是也使得图像域中的伪影模式更加复杂,因此非笛卡尔并行磁共振成像重建具有更高的技术难度。综述了目前几种典型的非笛卡尔并行成像重建技术,具体讨论了每种方法的技术细节和优缺点,包括敏感度编码(SENSE)、共轭梯度敏感度编码(CGSENSE)、非笛卡尔自标定并行采集方法(non-Cartesian GRAPPA)、基于数据一致性的迭代方法(SPIRi T)和近年来发展迅速的压缩感知技术。SENSE和CG-SENSE理论上可以获得最优的重建结果,但受制于线圈敏感度分布的准确测量;Non-Cartesian GRAPPA无需测量线圈敏感度,但只能对特定的非笛卡尔采样模式进行近似计算;SPIRi T结合了SENSE和GRAPPA的优点,通过迭代优化方法可以获得较满意的结果;压缩感知技术利用图像的稀疏变换特性,配合现有的迭代优化并行成像方法可以进一步提升重建图像质量,将继续成为未来研究的热点。

关键词：磁共振成像技术非笛卡尔采样并行成像压缩感知

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在体跨尺度双光子显微成像技术

中国光学(中英文) 2022年第6期15卷 1167-1181页

作者：陈帅任林周镇乔李敏贾宏博广西大学物理科学与工程技术学院和脑与智能研究中心中国科学院苏州生物医学工程技术研究所

双光子显微镜在厚生物组织中依然可以保持良好的空间分辨率，这一优点使得其诞生不久就被应用于在体脑成像研究。而神经网络在时空多个维度均具有跨尺度的特点，为满足脑科学研究中在体跨尺度脑成像的需求，双光子显微镜近年来有了快速... 详细信息

双光子显微镜在厚生物组织中依然可以保持良好的空间分辨率，这一优点使得其诞生不久就被应用于在体脑成像研究。而神经网络在时空多个维度均具有跨尺度的特点，为满足脑科学研究中在体跨尺度脑成像的需求，双光子显微镜近年来有了快速且显著的发展。本文首先介绍了双光子显微镜的工作原理，然后在成像视野、成像通量、成像深度、分辨率、微型化5个方面详细综述了双光子显微镜研究的新进展，并深入分析了跨尺度双光子在体显微成像技术的难点及未来挑战。

关键词：在体脑成像跨尺度双光子显微镜

注意力引导多任务学习的前列腺癌盆腔淋巴结转移预测

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上海交通大学学报 2023年

作者：张志远胡冀苏张跃跃钱旭升周志勇戴亚康中国科学院苏州生物医学工程技术研究所徐州医科大学医学影像学院苏州大学附属第二医院

基于前列腺癌原发灶的术前磁共振影像定量特征预测盆腔淋巴结转移（pelvic lymph node metastasis， PLNM）是治疗方案制定的重要参考。然而，现有预测方法对肿瘤原发灶内部的异质性信息提取不充分，导致提取的图像定量特征与PLNM预测... 详细信息

基于前列腺癌原发灶的术前磁共振影像定量特征预测盆腔淋巴结转移（pelvic lymph node metastasis， PLNM）是治疗方案制定的重要参考。然而，现有预测方法对肿瘤原发灶内部的异质性信息提取不充分，导致提取的图像定量特征与PLNM预测的关联性不足。针对以上问题，提出一种肿瘤分割任务作为辅助任务的注意力引导多任务学习网络用于PLNM预测。首先，在肿瘤分割网络中提出多分支各向异性大核注意力模块，通过不同分支、各向异性大卷积核获得更大的感受野从而有效获取肿瘤的局部和全局信息。然后，在PLNM预测网络中提出多尺度特征交互融合注意力模块，对多尺度特征进行层次化融合筛选。在320例数据集上的实验显示，所提方法的AUPRC值（85.44%±2.04%）和AUROC值（91.86%±2.18%）优于经典的单任务分类方法和多任务方法。

关键词：前列腺癌盆腔淋巴结转移多任务学习多分支各向异性大核注意力模块多尺度特征交互融合注意力模块多参数磁共振

融合改进YOLOv5算法的图像全站仪全自动测量方法

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仪器仪表学报 2022年第5期43卷 120-127页

作者：郎松曹选张艳微高若谦巩岩中国科学院苏州生物医学工程技术研究所苏州215163 中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州)生命科学与医学部苏州215163 苏州科技大学物理科学与技术学院苏州215009

针对图像全站仪在无棱镜合作工作模式下无法实现目标点全自动测量的问题,提出一种融合改进YOLOv5算法的图像全站仪全自动测量方法。应用融合卷积注意力机制模块的YOLOv5算法,实现了反射片靶标的广角镜头识别与检测;应用目标自动照准算法... 详细信息

针对图像全站仪在无棱镜合作工作模式下无法实现目标点全自动测量的问题,提出一种融合改进YOLOv5算法的图像全站仪全自动测量方法。应用融合卷积注意力机制模块的YOLOv5算法,实现了反射片靶标的广角镜头识别与检测;应用目标自动照准算法,实现了反射片靶标中心的长焦镜头精确照准,进而实现目标点位置坐标的全自动测量。借助自研的图像全站仪开展了反射片靶标的识别与检测实验和目标点全自动测量实验。实验结果表明,利用改进的YOLOv5算法对反射片靶标的识别与检测的准确率可达98.65%;目标点全自动测量方法具有与人工照准测量方法相当的测量精度且测量效率较后者提高了1.5倍。所提方法具有较高的测量精度和测量效率,可广泛应用于无人值守的全自动测量工作场合。

关键词：图像全站仪 YOLOv5 目标识别与检测自动照准全自动测量

基于双目立体视觉测量数据的空间圆拟合方法对比

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江苏大学学报（自然科学版） 2018年第4期39卷 431-437,444页

作者：刘仰川唐玉国高欣中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学影像技术研究室江苏苏州215163 中国科学院大学北京100049

为了找出测量工程应用中最优的空间圆拟合方法,进行了基于双目立体视觉测量数据的空间圆拟合方法对比.根据相交成空间圆的平面和球面的求解次序及关联性,将现有5种拟合方法分为平面与球面共同求解、平面与球面独立求解、平面与球面关联... 详细信息

为了找出测量工程应用中最优的空间圆拟合方法,进行了基于双目立体视觉测量数据的空间圆拟合方法对比.根据相交成空间圆的平面和球面的求解次序及关联性,将现有5种拟合方法分为平面与球面共同求解、平面与球面独立求解、平面与球面关联性求解3类;利用自行研制的双目立体视觉系统,采集3组随多齿分度台做圆周运动的靶标的空间坐标作为拟合数据;以心面距、平面度、圆度为拟合精度评价指标,通过空间圆拟合试验,对比分析各拟合方法的性能及影响因素.试验结果表明:球面需要平面约束才能正确求解;先利用最小二乘平差法求解平面法向量和常系数,再利用坐标系变换法或中垂面法求解球心和半径是最优拟合方法;增加测量点数能够提高拟合精度.

关键词：空间圆拟合最小二乘平差坐标系变换中垂面双目立体视觉多齿分度台

基于Chirp编码激励的微型介入式超声消融方法研究

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影像科学与光化学 2022年第5期40卷 997-1003页

作者：陈贝翼宁传龙张瑞黄文昌徐杰邵维维崔崤峣中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 生命科学与医学部江苏苏州215000 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

超声消融是目前治疗肿瘤等疾病倍受关注的方法。为了在微创介入治疗情况下,尽可能扩大消融治疗区域、缩短治疗时长,文章提出一种基于Chirp编码激励的介入式超声消融方法,结合自主研制的微型化介入消融换能器和小型化Chirp编码激励电路模... 详细信息

超声消融是目前治疗肿瘤等疾病倍受关注的方法。为了在微创介入治疗情况下,尽可能扩大消融治疗区域、缩短治疗时长,文章提出一种基于Chirp编码激励的介入式超声消融方法,结合自主研制的微型化介入消融换能器和小型化Chirp编码激励电路模块,实验验证讨论了该方法的有效性。聚丙烯酰胺(PAA)仿体实验结果表明:相比于恒定频率激励方法,采用Chirp编码激励方法,可以在相同时间内扩大单次消融的有效治疗区域;在保证一定消融治疗覆盖面积的基础上,有效减少整体消融治疗时间。

关键词：介入超声超声消融信号调制热效应空化效应

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流式细胞仪样品流速及聚焦流测量方法研究

工程设计学报 2018年第4期25卷 383-387,419页

作者：严心涛马玉婷吴云良武晓东王策中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

为提高流式细胞仪的探测分辨率和数据检测的稳定性,需要精确控制样品流速,并分析样品流速和鞘液流速对样品聚焦流的影响,可通过样品聚焦流直径和样品聚焦流在流动室流道中的相对位置来评价样品的聚焦状况。利用蠕动泵运动特点,设计了一... 详细信息

为提高流式细胞仪的探测分辨率和数据检测的稳定性,需要精确控制样品流速,并分析样品流速和鞘液流速对样品聚焦流的影响,可通过样品聚焦流直径和样品聚焦流在流动室流道中的相对位置来评价样品的聚焦状况。利用蠕动泵运动特点,设计了一种平均流量称重法测量样品流速的方法,并与微流量传感器测量结果作比较;采用最小二乘法线性拟合蠕动泵的控制电压和样品流速之间的函数关系,并采用显微成像法直接测量和分析样品流速和鞘液流速对样品聚焦流直径、偏离流动室流道中心线的距离的影响。实验结果显示,采用平均流量称重法与微流量传感器测得的样品流速的线性相关系数高达0.982 8;蠕动泵的样品流速与其控制电压的线性相关系数高于0.99,说明利用该线性关系可以实现样品流速的精确控制;采用的显微成像法能快速方便地测得样品聚焦流的直径及位置,为流式细胞仪样品流速、鞘液流速的调控以及液流器件组装精度的测试提供了指导方法。

关键词：流式细胞术流速蠕动泵流动室聚焦

单光束小型SERF原子磁力计光频移抑制研究

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中国激光 2024年

作者：缪柯萱胡涛郭清乾冯晓宇张寅常严杨晓冬济南国科医工科技发展有限公司季华实验室中国科学技术大学生命科学与医学部生物医学工程学院(苏州) 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学影像技术研究室

随着量子操控与光电检测技术的进步，原子磁力计作为新型量子极弱磁传感器得到了快速发展。工作在无自旋交换弛豫(SERF)状态下的原子磁力计相较于传统极弱磁探测传感器，凭借无需制冷、结构紧凑、运维成本低及灵敏度高等优势，广泛应用... 详细信息

随着量子操控与光电检测技术的进步，原子磁力计作为新型量子极弱磁传感器得到了快速发展。工作在无自旋交换弛豫(SERF)状态下的原子磁力计相较于传统极弱磁探测传感器，凭借无需制冷、结构紧凑、运维成本低及灵敏度高等优势，广泛应用于诸多领域。而由圆偏振泵浦光频率失谐产生的光频移现象会对SERF原子磁力计测量正交性及输出响应产生重要影响。对此，本文基于自研小型单光束SERF 87Rb原子磁力计，提出了一种基于非敏感轴响应分析的光频移抑制方法，精准绘制了光频移曲线并结合光吸收曲线，分析并确定了SERF原子磁力计的中心共振频率。此外，分析发现利用该方法对光频移抑制可显著降低磁力计测量轴间的耦合串扰，提升测量正交性及敏感轴输出响应，实验结果证明了该抑制方法的有效性。基于上述研究结果，进一步对比发现了抑制光频移对自研小型SERF原子磁力计性能的提升，最终灵敏度在140 Hz的带宽范围内可达13 fT/(Hz)1/2，动态范围约为±3 nT。

关键词：原子磁力计无自旋交换弛豫光频移虚拟磁场正交性

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基于卷积神经网络的内镜图像中食管病变分类

计算机工程与应用 2023年第7期59卷 118-125页

作者：龙其刚王金铭梁燕宋杰冯亚东李鹏赵凌霄中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州)生命科学与医学部合肥230026 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163 东南大学附属中大医院消化内科南京210009

消化内镜检查是食管癌筛查的常规手段。由于内镜下的病灶在形状、颜色和质地上的个体差异和视觉相似性,食管鳞癌的诊断效率和准确率都极大地依赖于内镜医师的经验,尤其在白光内镜下容易被误诊和漏诊。针对上述问题,提出一种融合双线性... 详细信息

消化内镜检查是食管癌筛查的常规手段。由于内镜下的病灶在形状、颜色和质地上的个体差异和视觉相似性,食管鳞癌的诊断效率和准确率都极大地依赖于内镜医师的经验,尤其在白光内镜下容易被误诊和漏诊。针对上述问题,提出一种融合双线性池化和注意力机制的卷积神经网络,可基于白光内镜图像对食管病变进行分类。该网络以ResNet50作为基本框架,加入全新设计的全局通道注意力模块,重新标定通道间特征,并引入双线性池化操作融合多个特征层,增强特征表达。基于2101例多中心临床患者的白光内镜图像数据集的实验结果显示,该方法对食管病变的分类准确率在图像和病人级别分别为94.2%和96.9%,对食管鳞癌的敏感度和特异度在图像级别为95.4%和98.8%,在病人级别为98.7%和95.9%,均优于实验中所对比的近年来其他模型和方法。该实验结果表明,提出的网络对白光内镜下的食管病变表现出优异的分类性能,可有效提高食管鳞癌的诊断准确率,同时具有较好的鲁棒性。

关键词：食管鳞癌白光内镜图像卷积神经网络双线性池化注意力机制