超声力学效应在医学诊疗中的创新与转化

目前,医学超声技术正逐渐从传统的基于波动效应的组织器官结构成像,以及基于热效应和空化效应的病变组织毁损等治疗方式,逐步向多功能诊疗技术融合的方向发展。超声力学效应 (即声辐射力),作为其最重要的生物学效应之一,越来越受到科研和医疗工作者的关注和重视。受益于对超声力学效应理论和机制的不断深入了解,以及电子信息技术的快速发展,近年来涌现出多种基于声辐射力的超声诊疗新技术,如能够对组织力学参数进行定量测量的超声弹性成像技术,以及能够对脑部等神经细胞的活动抑制状态进行无创调节的超声神经调控技术,极大地拓展了超声在医学临床领域的应用,为肝硬化、乳腺癌等重大疾病的早期筛查,以及脑疾病治疗和脑科学研究提供了独特的方法和工具。本文将对这些基于超声力学效应的医学超声新技术近年来的代表性研究成果进行系统性介绍,并分析其未来的发展方向。     

基于RS-CART决策树的航空发动机小样本故障诊断

针对CART(classification and regression tree)分类决策树构建过程中由于小样本集特征维数高及噪声等造成的过拟合问题,在CART决策树算法训练过程中引入基于互信息的粗糙集(rough sets,RS)属性约简,考虑信息熵与基尼(GINI)系数刻画样本集“纯净度”的相似关系,对历史故障数据进行属性约简,降低属性维度以优化训练集,在此基础上构建分类决策树,可视化输出规则。实验结果表明:将改进的CART决策树算法应用于某型航空发动机油液故障诊断,提取的规则可解释性强,能够减小冗余属性及噪声对决策的影响,与常用故障诊断算法相比,该模型的诊断准确率提升20%左右,AUC(area under curve)值高达92%,可以有效处理高维离散型航空发动机小样本故障问题。     

FAST一次支撑系统的实验研究

介绍了FAST光机电一体化的索支撑轻型指向跟踪系统的关键技术之一一次支撑系统，并对一次支撑系统1：30缩尺模型进行了系统的实验研究，测试了小车在跟踪模式下不同轨迹上的控制效果，测量并计算了小车的等效刚度，通过刚度系数估计了小车的风载响应。实验结果表明，本文所提出的一次支撑方案可以达到一次支撑结构所要求的位置控制精度。本文的研究利用大跨度悬索体系实现对空间目标的精确位置控制具有一定的参考价值。     

单板环形分配器式扩压器性能的进一步研究

研究了随着燃烧室进口马赫数不断提高时单板环形分配器式扩压器的总压损失、静压恢复和扩压器流态问题。采用计算流体力学(CFD)方法,对矩形分配器式扩压器进行数值模拟,将其结果与矩形分配器式扩压器试验结果对比,得出边界条件设置方法,对单板环形分配器式扩压器进行了数值模拟。燃烧室进口马赫数从0.291增加到0.420。结果表明:矩形分配器式扩压器的数值模拟结果与试验结果较为吻合,误差在±5%之内;随着燃烧室进口马赫数的不断提高,单板环形分配器式扩压器的性能下降。在马赫数高达0.420时,单板环形分配器式扩压器内流动没有分离,静压恢复为0.870,总压损失为1.346%,表明其性能比短突扩扩压器的性能好,在一定程度上能够满足下一代先进燃气轮机燃烧室对扩压器的要求。     

基于NSGA-II的停机位多目标指派建模与仿真

为探索大型机场停机位指派问题综合现实有效的解决方法,分析了停机位指派过程设计的利益主体,以最小化航空公司运行成本、最小化旅客步行距离、最小化航班冲突概率同时最大化航空公司之间的公平性为目标,建立大型机场停机位多目标指派模型。采用第2代非支配排序遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对模型进行仿真验证,该算法可以对多目标问题进行更高效的求解。分析不同迭代次数下的Pareto前沿解集的特性,并将优化解与随机指派结果进行对比,验证了该模型和算法的有效性。     

蒙脱土纳米增强二苯醚亚苯基硅橡胶的阻隔性能研究

进行有机蒙脱土对二苯醚亚苯基硅橡胶纳米增强改性的研究。利用FTIR,XRD和TEM进行组织结构分析并测试耐辐照、耐液体溶胀和气体阻隔性能。结果表明,钠基蒙脱土(Na-MMT)经插层剂三十六烷基甲基溴化铵处理后,得到有机化蒙脱土(OMMT),OMMT的层间距比Na-MMT提高近65%;OMMT在橡胶复合材料中主要呈现纳米插层结构分布;二苯醚亚苯基硅橡胶纳米复合材料的耐辐照、耐液体溶胀和气体阻隔性能得到明显提高,其原因乃源于蒙脱土片层结构的阻隔性能形成的纳米阻隔墙效应。     

基于云模型的自适应并行模拟退火遗传算法

针对遗传算法收敛速度慢,容易"早熟"等缺点,提出了一种改进的遗传算法,即基于云模型的自适应并行模拟退火遗传算法(PCASAGA,Adaptive Parallel Simulated Annealing Genetic Algorithms Based On Cloud Models).PCASAGA使用云模型实现交叉概率和变异概率的自适应调节;结合模拟退火避免遗传算法陷入局部最优;使用多种群优化机制实现算法的并行操作;使用英特尔推出的线程构造模块(TBB,Threading Building Blocks)并行技术,实现算法在多核计算机上的并行执行.理论分析和仿真结果表明:该算法比其他原有的或改进的遗传算法具有更快的收敛速度和更好的寻优结果,并且充分利用了当前计算机的多核资源.      

基于粗糙集-信息熵的辐射源威胁评估方法

为满足复杂电磁环境下战机对辐射源威胁等级判定算法的需求,将粗糙集理论引入对雷达辐射源威胁评估中,并结合信息熵理论构建一套完备的计算威胁度量值的数据处理模型,实现对辐射源威胁程度的定量表示,直观地评估辐射源的威胁程度。经典粗糙集理论难以应对在没有决策信息条件下的决策问题,采用信息熵的方法求取最大权重属性替代决策属性,拓展粗糙集的适用范围。模型直接基于数据驱动得到辐射源的威胁度量值,易于实现并具备良好的时效性,减少系统对先验信息的要求与主观赋值带来的影响。仿真结果表明,该方法可以快速、准确地实现对辐射源威胁的评估。      

引入缺陷的细粒度软件变更识别方法

软件开发过程中,缺陷通过变更引入软件系统。为提高缺陷发现效率,降低人工审查成本,提出一种引入缺陷细粒度变更自动化识别方法。该方法基于机器学习分类思想,将细粒度变更作为实例,从时间、地点、内容、意图以及人员5方面构造特征集;采用程序静态分析与自然语言语义分析相结合的方法挖掘软件历史库,自动化构建细粒度变更实例;使用软件历史中的细粒度变更实例训练分类器,从而识别新的细粒度变更是否引入了缺陷。在实际软件系统上运用成本有效性评估策略验证方法有效性。结果表明相比于文件和事务粒度的引入缺陷变更识别方法,该方法可显著降低人工审查成本。     

多余度无刷直流电动机的自抗扰控制

为了克服电机内部参数变化、齿槽效应、负载扰动以及余度降级等不确定因素对多余度无刷直流电动机位置伺服系统性能的影响,实现高性能的位置伺服控制,提出了基于自抗扰控制器的多余度无刷直流电动机位置伺服系统.该系统通过跟踪微分器为给定位置信号安排了一个过渡过程,解决了系统的快速性与超调之间的矛盾;通过扩张状态观测器将影响输出的系统内外"总扰动"扩展成新的状态变量,实时估计出来并进行动态补偿,提高了系统的抗干扰能力;通过非线性组合实现了"小误差大增益、大误差小增益"的工程经验,提高了控制精度.仿真结果表明:该系统具有良好的动、静态性能,满足了系统的性能要求,且对电机内部参数变化、余度降级、负载扰动等具有很强的鲁棒性.