微波诱导热声成像中的被动波束成形超表面研究 学术背景 微波诱导热声成像（Microwave-Induced Thermoacoustic Imaging, MTAI）是一种新兴的医学成像技术，结合了微波和超声成像的优点。它通过微波脉冲照射生物组织，组织吸收电磁能量后产生热膨胀，进而生成超声波（即热声信号），这些信号携带了组织内部的形态和功能信息。MTAI具有无创、高分辨率、深穿透和高对比度等优点，因此在乳腺癌筛查、脑部成像、关节成像等领域得到了广泛应用。然而，随着成像深度的增加，微波能量的衰减导致热声信号的信噪比（SNR）和对比度显著降低，限制了其在深层组织中的应用。 为了解决这一问题，研究者们提出了多种方法，如使用高功率微波源、多天线耦合等，但这些方法存在生物安全性问题、电路设计复杂、成本...

基于可穿戴线圈的仰卧位乳腺MRI运动校正研究 学术背景 乳腺癌的诊断和监测中，磁共振成像（MRI）是至关重要的工具。目前，标准的乳腺MRI通常采用俯卧位进行成像，这种姿势有助于减少呼吸运动带来的伪影。然而，俯卧位对患者来说并不总是舒适的，并且与手术、超声检查、放射治疗等临床干预中常用的仰卧位存在乳腺形状和位置的差异。因此，开发仰卧位乳腺MRI具有重要的临床意义，但其对运动伪影的敏感性较高。 为了减少仰卧位乳腺MRI中的呼吸运动伪影，研究人员提出了多种策略，包括屏气技术、呼吸门控或重新排序技术，以及基于导航器或运动传感器的回顾性非刚性运动校正。其中，使用运动传感器进行校正是一种有效的方法。然而，传统的呼吸带（respiratory belt）在仰卧位乳腺MRI中的应用存在局限性，尤其是在使用可...

基于光谱扩散后验采样的多材料分解研究 背景介绍 在医学成像领域，CT（计算机断层扫描）技术被广泛应用于疾病诊断和治疗规划。近年来，谱CT（spectral CT）因其能够提供能量依赖的衰减信息，成为研究热点。谱CT通过多能量通道的投影数据，可以重建出不同材料的密度分布，这一过程称为材料分解（material decomposition）。然而，材料分解是一个高度非线性的逆问题，传统的分解方法如解析分解（analytical decomposition）和迭代模型分解（iterative/model-based decomposition）存在诸多局限性，如计算效率低、噪声大、模型依赖性强等。此外，尽管基于深度学习的分解方法在精度和速度上有显著提升，但它们往往缺乏对物理模型的显式利用，导致鲁棒...

基于自校准机制的深度重建框架（DEISM）在加速化学交换饱和转移成像中的应用 学术背景 化学交换饱和转移（Chemical Exchange Saturation Transfer, CEST）成像是一种高灵敏度的分子磁共振成像技术，能够检测与多种疾病（如癌症、癫痫和卒中）相关的生物分子。然而，CEST成像的一个主要缺点是扫描时间过长，这是由于需要在不同的饱和频率偏移下进行多次数据采集。长时间的扫描限制了CEST成像在临床中的广泛应用。为了解决这一问题，研究者们致力于开发加速CEST成像的技术，主要通过利用数据中的冗余信息，从欠采样的k空间数据中重建图像。 尽管现有的并行成像和压缩感知（Compressed Sensing, CS）技术在一定程度上加速了CEST成像，但这些方法仍存在局限性。...

基于自监督学习的神经内窥镜实时3D重建与导航研究 学术背景 神经内窥镜手术（neuroendoscopy）作为一种微创手术技术，广泛应用于脑深部病变的治疗，如内镜下第三脑室造瘘术（endoscopic third ventriculostomy, ETV）、脉络丛烧灼术、囊肿开窗术等。然而，手术过程中由于脑组织移位（brain shift）和脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）流失，脑深部结构会发生几何形变，这给传统的基于术前影像的神经导航（neuronavigation）带来了挑战。传统导航系统通常依赖于术前磁共振（MRI）或计算机断层扫描（CT）影像的刚性配准（rigid registration），无法实时更新术中组织形变，导致导航精度下降。 为了解决这一问题，研...

大视场、单细胞分辨率的双光子与三光子显微镜用于深层和广域成像 研究背景与问题提出 多光子显微技术（Multiphoton Microscopy, MPM）是深组织成像的强大工具，尤其在活体脑功能研究中具有不可替代的地位。然而，传统的双光子显微镜（Two-Photon Microscopy, 2PM）虽然能够实现较大的成像视场（Field of View, FOV），但其成像深度通常局限于浅层皮质区域，难以穿透到大脑的深层结构。而三光子显微镜（Three-Photon Microscopy, 3PM）尽管可以实现更深的成像，但由于热损伤限制了激光重复率，导致其视场较小且成像通量较低。因此，如何在保持高分辨率的同时实现大视场（Large Field of View, LFOV）和深层成像，成为多...

图像合成在有限数据下的研究综述 研究背景与问题提出 近年来，深度生成模型（Deep Generative Models）在智能创作任务中取得了前所未有的进展，特别是在图像和视频生成、音频合成等领域。然而，这些模型的成功依赖于大量的训练数据和计算资源。当训练数据有限时，生成模型容易出现过拟合（Overfitting）和记忆化（Memorization）问题，导致生成样本的质量和多样性显著下降。这种限制对许多实际应用场景构成了挑战，例如医学影像生成、工业缺陷检测以及艺术品创作等。 为了应对这些问题，研究人员致力于开发能够在有限数据条件下生成高质量、多样化图像的新模型。尽管已有许多研究尝试解决这一问题，但目前尚缺乏系统性的综述来明确以下几点： 1. 有限数据下图像合成的定义、挑战及分类； 2. 对...

视觉皮层中的方向调谐增益控制机制研究 学术背景 视觉感知是一个复杂的神经过程，受到上下文环境的影响。其中，包围抑制（surround suppression）是一个重要的现象，它描述了当一个刺激被周围刺激包围时，其感知对比度会被减弱的现象。这一现象的神经机制在动物的电生理记录中已经得到广泛研究，表现为当中心刺激的周围存在其他刺激时，中心感受野（receptive field）的神经反应会减弱。然而，尽管已知包围抑制的强度受到中心与周围刺激特征相似性的影响，但关于这种方向调谐（orientation-tuned）的抑制如何影响视觉皮层的增益控制机制，仍然缺乏深入的研究。 本研究旨在探讨方向调谐的包围抑制如何影响早期视觉皮层中的对比度响应函数（contrast response function...

学术背景与研究动机 在牙科医疗保健领域，锥形束计算机断层扫描（CBCT, Cone Beam Computed Tomography）是一种广泛应用的三维成像技术。CBCT能够提供口腔的三维图像，尤其在对牙源性病变的诊断中表现出色。然而，CBCT图像的分割（segmentation）——即对图像中每个体素（voxel）标记出病变、骨骼、牙齿和修复材料——是一个关键且复杂的任务。目前，临床实践中主要依赖手动分割，这不仅耗时，还需要大量的专业知识。为了实现自动化分割，减少对大量手动标记数据的依赖，研究者们提出了结合口腔解剖知识的半监督学习方法。本文提出了一种新颖的“口腔解剖知识引导的半监督学习模型”（OAK-SSL, Oral-Anatomical Knowledge-Informed Semi...

改善胶质母细胞瘤治疗的成像、放疗、药物输送和治疗系统 学术背景 胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是最常见且最具侵袭性的脑癌类型，其预后极差，患者的五年生存率不到10%。尽管几十年来在药物、放疗和手术方面进行了广泛的研究，但患者的生存期仅略有延长。目前的标准化疗方案是Stupp方案，即手术切除后结合放疗和替莫唑胺化疗。然而，Stupp方案仍然是一种姑息治疗，几乎所有患者在治疗后都会复发。因此，寻找更有效的治疗方法，尤其是通过医疗设备的创新来增强现有治疗方案，成为当前研究的重点。 本文旨在探讨如何通过改进成像技术、放疗设备、药物输送系统和治疗设备来提升胶质母细胞瘤的治疗效果。文章重点关注了如何通过医疗设备增强Stupp方案的疗效，以及如何通过直接针对肿瘤的治疗设备来改善患者预后...