一种快速电阻抗成像方法及其灵敏度研究

该文介绍了一种基于等位线反投影算法的快速电阻抗断层成像方法，并实现了一种以等位线反投影算法为基础的实用动态电阻抗断层成像方法，分别研究了简单、复杂场域电导率分布下，该重建算法对场域内目标的定位精度及其对场域内部电导率分布变化的灵敏度。研究结果表明：该重建算法可以准确对目标进行定位，而且成像速度快，具有一定的分辨率，对场域内电导率分布的变化具有较好的灵敏度，但该重建算法的图像分辨率仍有待进～步提高。该快速电阻抗成像方法非常适合于对脑血肿、脑水肿患者的实时图像监护，以帮助医生及时做出正确的诊断，这在医学上有着重要的意义。     

基于II三维重建的facet-braiding现象分析

三维全景图像技术(Integral Imaging,简称II)是一种能够记录和显示全真三维场景的图像技术。该技术采用微透镜阵列记录空间场景,空间任意一点的深度信息只需通过一次成像即可直接获得。Facet braiding是三维全景图像中一种很重要的视觉现象,该现象造成图像失真,影响了图像的观看效果。Ref. 6中Martine} Cuenca从单个元素图像的角度对该现象进行了分析,现从三维重建的角度对该现象的出现与否进行对比验证。先用光学软件模拟深度优先、参考平面在无穷远处的传统II成像系统,然后在该模拟系统中进行对比实验,结果并未出现Ref. 6中提到的facet braiding现象。该结果对II的视角分析、物体的精确三维重建及空间分辫率分析具有重要意义。     

A novel method to construct 3D electrodes at the sidewall of microfluidic channel

We report a simple, low-cost and novel method for constructing three-dimensional (3D) microelectrodes in microfluidic system by utilizing low melting point metal alloy. Three-dimensional electrodes have unique properties in application of cell lysis, electro-osmosis, electroporation and dielectrophoresis. The fabrication process involves conventional photolithography and sputtering techniques to fabricate planar electrodes, positioning bismuth (Bi) alloy microspheres at the sidewall of PDMS channel, plasma bonding and low temperature annealing to improve electrical connection between metal microspheres and planar electrodes. Compared to other fabrication methods for 3D electrodes, the presented one does not require rigorous experimental conditions, cumbersome processes and expensive equipments. Numerical analysis on electric field distribution with different electrode configurations was presented to verify the unique field distribution of arc-shaped electrodes. The application of 3D electrode configuration with high-conductive alloy microspheres was confirmed by particle manipulation based on dielectrophoresis. The proposed technique offers alternatives to construct 3D electrodes from 2D electrodes. More importantly, the simplicity of the fabrication process provides easy ways to fabricate electrodes fast with arc-shaped geometry at the sidewall of microchannel.     

B小波和阶跃谱分析在缺损频谱成像中的应用

提出一种用于频域的快速B小波变换方法和阶跃谱分析理论,并把它们用于磁共振缺损频谱数据中提取高频频谱、恢复完整频谱,重建图像.在此方法中,首先用快速B小波变换方法,从低频磁共振数据中提取、恢复缺少的高频分量的特征信息;然后用阶跃谱分析理论,由这些特征信息构成高频磁共振频谱、恢复完整频谱数据;最后用FFT(fast Fourier transform)重建磁共振图像.实验和模拟结果都表明,重建图像质量优于现有方法.     

面向脑胶质瘤影像分析的混合现实技术

当前混合现实(MR)技术在数字医疗领域正日益受到广泛关注. 以脑胶质瘤医学影像分析混合现实技术为对象, 提出基于深度学习模型3D UNet的MR脑胶质瘤定位与区域分割算法, 采用基于面绘制方法对脑胶质瘤影像进行多结构组织的三维绘制与优化, 提出了基于交互式无标识和基于标识图的移动混合现实三维注册跟踪与视觉空间共享算法, 实现MR多设备的第三视角空间实时共享, 设计并实现了面向脑胶质瘤医学影像分析的混合现实原型系统. 实验结果表明所提方法能有效实现MR脑胶质瘤检测、分割与三维重建, 通过MR移动设备的实时共享, 实现脑胶质瘤医学影像混合现实分析, 有效支撑脑胶质瘤辅助诊断与治疗, 也为手术术前规划、医学教育培训等提供了新的方法.     

Arbitrary viewpoint video synthesis from multiple uncalibrated cameras.

We propose a method for arbitrary view synthesis from uncalibrated multiple camera system, targeting large spaces such as soccer stadiums. In Projective Grid Space (PGS), which is a three-dimensional space defined by epipolar geometry between two basis cameras in the camera system, we reconstruct three-dimensional shape models from silhouette images. Using the three-dimensional shape models reconstructed in the PGS, we obtain a dense map of the point correspondence between reference images. The obtained correspondence can synthesize the image of arbitrary view between the reference images. We also propose a method for merging the synthesized images with the virtual background scene in the PGS. We apply the proposed methods to image sequences taken by a multiple camera system, which installed in a large concert hall. The synthesized image sequences of virtual camera have enough quality to demonstrate effectiveness of the proposed method.     

芯片焊盘自动识别与定位方法的研究

为了准确找到芯片焊盘的位置,首先对已有隶属函数进行改造,用一种新的基于最大模糊熵原则的阈值分割法对图像进行二值处理;然后采用计算图像重心的方法得到芯片的大致位置;最后针对芯片上各焊盘的位置特点,以焊盘为模板,通过计算模板图像和目标图像之间的汉明距离来识别各焊盘的位置．实验结果表明：文中方法能准确地识别出芯片焊盘位置．     

联合相邻帧预测的心脏磁共振电影成像方法

快速动态磁共振成像可以通过减少采样量来缩短信号的采集时间.因此,从下采样的数据中重建出高质量的图像成为研究的热点.目前,常见的重建方法利用动态图像序列的稀疏表示实现高质量的重建.本文提出了一种联合相邻帧预测（Joint adjacent-frame prediction,JAFP）的重建方法,首先根据动态图像序列相邻帧之间高度的相似性,联合预测当前帧图像,获得稀疏的图像差;其次,利用图像差序列在时间域的拟周期特性,通过傅里叶变换进一步提高图像差序列的稀疏度.在此基础上构建动态成像模型,并在压缩感知（Compressed sensing,CS）框架下进行求解.该方法可将前一次的重建结果作为新的输入,从而形成迭代算法.采用两个磁共振心脏电影成像数据集对提出的方法进行了实验验证,并与k-t FOCUSS ME/MC和MASTeR进行了比较.实验结果表明,该方法联合相邻帧改进了预测图像的效果,提升了重建图像的质量,具有广泛的应用价值.     

用于长期神经元放电记录的一体化可步进植入式神经电极

步进式电极是神经科学电生理记录的重要工具。传统电极支架的主要功能是电极丝支撑以及机械驱动电极丝的微推进。在慢性记录过程中，电极的位置可以推进到更深的脑组织中，从而记录更多的神经元放电活动。但传统电极支架制作和组装需要多个步骤和部件，组装过程烦琐困难、结构集成度低，且无法保证支撑板结构之间相互平行，增加了实验误差。该文提出一种可实现集成度高、结构稳定、组装容易的新型电极构架。与传统电极支架相比，新设计的电极支架具有更少的组件，且一体化的支架设计减少了不同支架之间的误差，有助于实验条件的统一。受力分析表明，该文提出的新电极具有优良的抗形变特性，且新电极比传统电极重量更小，可减轻实验小鼠头部负载压力。通过手术在小鼠大脑中植入电极，实验结果表明一体化记录电极可获得高质量的神经信号。因此，该文提出了一种新的电极设计思路，该思路有助于提高实验效率，并可应用于多种小动物在体电生理实验。     

Synergistic effects of micro/nano modifications on electrodes for microfluidic electrochemical ELISA

Microfluidic electrochemical sensing has been considered to be highly efficient. However, we showed, by using numerical simulations in this study, that a planar electrode formed on the bottom of a microchannel is exposed to only a small fraction of analytes in amperometric detection. We also showed that three-dimensional (3D) micropillar electrodes significantly improve the detection current. The practical performance was evaluated using 3D micropillar electrodes fabricated by photolithography. The output current increased as the diameters of the micropillars decreased, as predicted by the simulations. It is noteworthy that the current enhancements obtained with the 3D electrodes were larger than those expected from an increase in the surface area. Further increase in current was achieved by electrical deposition of nanoporous gold-black onto the surface of the 3D electrode: when a 3D electrode with micropillars 30 μm in diameter was used, the output current was approximately 20 times that obtained with a 2D electrode without modification. The applicability of the micropillar electrodes was demonstrated in electrochemical enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) of bone metabolic marker proteins. Although an increase in the surface area of the electrode leads to more noise in general, there is no significant difference in the signal-to-noise ratio between the modified 3D electrode and the 2D electrode without modification in the ELISA experiments. This nanoporous micropillar electrode could potentially be a useful component for the development of on-site diagnosis systems.     

空间欠采样太赫兹时域光谱成像方法

文章针对传统太赫兹时域光谱成像技术存在的扫描时间长以及数据存储量大等问题,提出了一种基于压缩感知理论的空间欠采样太赫兹时域光谱成像方法。首先通过扫描电机获得目标非等间隔欠采样信号,然后利用压缩感知方法来重构缺失像素点的太赫兹信息。实验结果显示,当压缩比为0.5时,所重构的太赫兹信号与全采样条件下的信号相关性可达99.95%。通过对压缩重建图像的显示分析,时域图像中的缓变区域和频谱成像中的低频信号恢复效果较好。该方法为快速太赫兹光谱成像提供了一种有效的技术手段。     

三维医学可视化系统

介绍三维医学可视化系统实现的原理及应用。系统通过应用最新的计算机图象处理和图形学技术、实现了图象输入、图象配准、三维重建,数字放射透视图等功能,提供了三维的人体组织、器官的空间形态与位置、为医生的诊断、治疗提供了强有力的可视化工具。     

用于重建流体分布的多电极电容层析成象方法

一种用于两种成份流体成象的多电极电容层析成象系统的有限元模型和成象方法,当已知流体成份分布 时"用有限元方法求出电极对之间的电容值,并用该方法计算出系统的灵敏度分布,以此作为先验知识用反投影法 重建出流体成份的分布图象.     

基于双平面电容传感器的复合材料缺陷检测

非金属复合材料在制造或使用过程中会产生不同形状内部损伤,采用平面电极传感器可对损伤进行无损化检测。针对现有单平面电极传感器检测信号强度弱、检测数据量少等问题,提出一种双平面电极阵传感器检测非金属复合材料的方法。将两个4×4电极传感器组成一套双平面传感器,采用单激励测量模式,利用共轭梯度算法进行图像重建。仿真与初步实验结果表明:双平面电极传感器提高了检测信号强度,使重构图像精度得到了提高。     

在体全眼微血流超声超分辨成像

多类眼科疾病的早期阶段一般伴有血管的形态学和血流动力学改变,因此,全眼微血管评估对眼科疾病的综合诊断具有重要作用。由于光学成像技术的穿透深度有限,特别是在介质透光率低的情况下,现有的光学成像技术难以对整个眼睛的微血管进行可视化。为此,该文开发了一种超声超分辨成像技术,可以微米级分辨率可视化全眼三维微血管系统。首先,用中心频率为10 MHz的线性阵列快速采集多帧序列;其次,经过微泡信号提取,中心点定位,追踪和中心点叠加得到一个剖面的超分辨率图像;最后,将机械扫描的所有剖面重建为兔全眼三维超分辨率微血管图像。实验结果证明,超声定位显微镜可以显示整个眼睛的微血管系统,这对眼科疾病的早期诊断具有重要意义。     

Chan-Vese模型下的脑肿瘤图像分割方法

提出了一种基于Chan-Vese模型的脑肿瘤图像分割与三维重构方法。该方法首先通过对脑肿瘤图片的迭代腐蚀操作提取脑肿瘤轮廓,然后利用Chan-Vese模型对脑肿瘤进行分割,最后对图像进行迭代膨胀操作复原图像。另外对所有分割后的脑肿瘤图片进行了三维重构与定位。实验结果表明,基于Chan-Vese模型的图像分割方法很好地解决了脑肿瘤分割过程中容易出现的不完全分割问题,同时对脑肿瘤的三维重构与定位也具有较大的临床实用价值。     

基于VRML的虚拟交互系统触摸感知控制仿真研究

针对虚拟交互系统触摸感知控制过程中图像存在噪声干扰,导致触摸感知效果下降的问题,提出了基于VRML的虚拟交互系统触摸感知控制方法。将初始的三维立体空间图像转换为二维平面空间图像,将不间断的图像加以变换,得到离散型的数据,通过图像中不同像素点的平均值来取代该点的灰度值,得到无噪声数字图像。针对图像中任意像素点,对其边缘点进行检测,完成边缘图像细节信息识别获取。在上述基础上,对目标图像进行轮廓提取,采用改进后的归一化傅里叶描述子对经过去噪处理的图像进行三维识别,利用VRML重建识别结果,实现虚拟交互系统触摸感知。通过具体的仿真数据充分验证了所提方法的综合有效性。     

插值方法在光声图像重建中的应用

在光声图像重建的滤波反投影算法中,需要对待测样品进行全方位扫描以获取光声信号数据。但在实际应用当中,超声传感器的采集位置数目和采样角度会受到硬件条件及空间位置的限制,从而造成了重建图像质量的下降。针对上述问题,提出了利用插值方法对光声信号数据进行预处理的解决方案。使用Matlab软件进行了数值仿真,结果表明,通过对插值之后的数据进行重建,图像峰值信噪比得到了明显的提高。     

基于小波包和区域生长的脑组织图像分割

对利用区域生长进行图像分割问题进行了研究,提出了一种MR脑组织图像分割的方法。该方法利用小波包对医学图像进行分解,通过对重构后的近似图像采用区域生长法进行分割,降低了区域生长算法对噪声的敏感度,减少了利用区域生长算法分割后图像的空洞和小孔。实验证明了该方法对MR脑组织图像分割可以有效减少分割后的小孔和空洞,取得了良好的分割结果。     

基于宽波束激励的高帧频超声成像方法研究

超声成像的帧频是影响超声成像应用的一个关键因素,成像系统的帧频决定了系统捕捉运动组织的能力,如3D成像、心脏成像、彩色多普勒等。传统超声成像采用延迟聚焦方法可获得较好的图像,但成像帧频较低。目前提高超声成像帧频主要有平面波成像和宽波束激励成像两种方法。平面波成像是通过激励所有阵元同时发射并同时接收超声波,虽在帧频上获得了显著提高,但由于它使用非聚焦技术,分辨率的提高仍然比较有限,特别是当要维持较高帧率而使用较少的扫描角度时,得到的图像质量仍然不高。宽波束成像技术利用多阵元同时发射超声波、远点聚焦、动态实现孔径变迹等方法可极大地提高图像的帧频、均匀性和空间分辨率。文章通过美国 Verasonics公司 V-1数据采集系统采集宽波束数据,进行波束合成建立宽波束超声图像,并与平面波成像和传统聚焦成像技术进行了对比和分析。实验结果表明,相较于平面波成像和传统聚焦成像方法,宽波束成像具有更好的横向分辨率和轴向分辨率,且可获得比传统聚焦方法更高的帧频。