基于有限元的舌体三维温度场数值模拟

依据生物体自然形态所进行的三维温度场建构与计算是近年来国内外生物传热研究中的焦点之一.采用血管铸型的方法获取猪舌的血管树,通过数码成像及逆向建模将其转换为计算机可识别的数字模型.以Pennes方程为基准方程,对自然形态和实际传热状态下的舌体三维温度场进行了重构计算,并获得成功.通过此方法可获取其它生物体器官三维空间的温度分布,对本研究而言,舌体三维温度场计算的成功为探索生物传热与中医舌诊的机理研究搭建了技术平台.     

基于模拟方法生成血管树的人舌三维温度场数值模拟

采用分步模拟方法生成血管树并以此作为物理模型,进行舌体三维温度场的实验研究与数值计算。计算分为舌体组织和血液温度场数值模拟两部分,相应数学模型也包括舌体组织控制方程、血液控制方程及两者之间的耦合方程。在考虑了血液与组织间的耦合换热,舌津液蒸发的影响基础上,采用数值模拟得到的舌面对流换热系数,使计算结果与红外热像验证极为近似。以模拟方法生成的血管树替代生物体的血管铸型,在某种意义上说将生物体三维传热计算方法的研究推向了一个新的层面。     

人舌三维温度场的实验研究与数值模拟

直接采用人舌血管铸型进行三维温度场的实验研究与数值计算.体现出依据生物体的真实形状和真实受热状态而进行的生物传热研究.仍以Pennes方程为基准方程,对自然形态和实际传热状态下的人舌舌体三维温度场进行了重构,计算结果与红外热像测试结果趋于一致.意义在于,以此为技术平台,可通过变换多种生物参数的方法获取不同的舌体三维温度分布与测取中医不同证候的舌热像进行比较,获取特定证候具有的相应生物参数值,由此研究生物传热与传统医学的相关性.     

舌模型建构与三维温度场数值模拟初探

舌体的三维温度场的建立可直观反映全舌空间温度的分布情况,能够深层次分析全舌的传热特性。本文选择猪舌为实验研究对象,建构舌体真实血管分布的物理模型为计算机可识别的数字模型,在此基础上用有限元方法对舌体三维温度场的数值模拟做了初步探索。讨论了血管形状分布,血液灌注率,代谢热与生物体三维温度场变化规律的相关性。     

血液对流换热的数值计算

在血管壁施加第三类边界条件是计算血液与组织间对流换热的一种近似计算方法.为分析其可行性,用有限元数值模拟方法计算血管分支结构中血液与组织的对流换热,得到不同流速和半径下分支血管内血液的截面平均Nu数沿管长的变化曲线.结果表明,血管树中分支血管的Nu数变化幅度不大,且趋于稳定值的速度很快.以相同边界条件下包含简单血管系统的舌体为例,分别用近似方法和完全耦合计算方法,进行血液流场和舌体温度场模拟.通过比较计算结果,得出两种方法得到的温度场分布趋势基本相同;用完全耦合计算方法得到的舌体温度略高于用近似方法得到的舌体温度,两者差值小于0.2℃.     

无创测取舌温与人舌血液灌注率的计算分析

无创获取生物体变物性参数的方法,是生物传热研究的难题之一。本文提出了利用人舌红外热图优化计算舌血液灌注率的方法。通过热象仪测取人舌的二维温度场,根据给定的某些物性参数用生物传热模型进行逆运算,从而确定出人舌的血液灌注率。     

舌横纵剖面温度场的实验研究与计算

用红外热成象技术与动物实验等多种方法对舌体的生物传热特性进行了研究。结合中医舌诊机理,用有限元法计算了猪舌内部横、纵剖面的二维温度场。结果表明,舌体传热的特征是温度梯度由舌根到舌尖较大,沿舌厚度方向较小,舌体温度分布受血管分布和血管截面积的影响。得到的舌表面温度场与横纵剖面温度场之间的关系,为结合病症对人舌温度场进行分析计算提供了思路和依据。     

双冷针冷冻手术中冻结相变传热的数值模拟

建立了生物组织(含正常组织与肿瘤)冻结过程相变传热的数学模型.模型中采用树状分形方法模拟血管的结构形态,同时考虑了组织在冻结过程中存在冻结区、糊状区和未冻结区三个区域.对生物组织在同时插入两根探针时冻结过程中温度场分布及冰晶生长规律进行了模拟.模拟结果表明:在冷冻初期,冰晶的生长速度较快,到了后期冰晶生长速度明显减慢;探针间距在冷冻初期对冰晶生长产生较大影响,随着冷冻时间的增加这种差别会逐渐减少.     

基于相似性测度和似然模型的血管造影图像分割新方法

由于造影图像中的血管具有复杂的形态结构,经典的基于跟踪的一类方法在进行分割时容易丢失目标,因此其自动化程度和鲁棒性受到了严重的影响。提出了一种鲁棒的最大似然血管跟踪模型,该模型是建立在多种局部相似性测度和智能知识引导的基础上的,能够精确估计出血管轴线,并能正确判断分支点位置。实验结果表明,该模型具有很高的稳定性,能够为血管三维重建和临床诊断提供正确的依据。     

生物组织的当量导热系数分析

导热对研究冷刀治疗的传热过程很重要.为了对冷刀治疗热过程有更好的理解,本文研究了生物组织的当量导热系数以及相关因素对当量导热系数的影响.将生物组织视为多孔介质,包括血管和正常组织两部分.建立了血管的分形模型,通过分形维的概念得到血管树的当量导热系数,采用盒计数法得到生物组织的当量导热系数.研究结果表明血管树的形状对组织的当量导热系数有很大的影响.     

二叉树SVM算法在小样本故障诊断中的优化

针对二叉树支持向量机多分类算法在故障诊断中存在误差累积的问题,提出了一种新的算法优化方案。该方案旨在通过对分类顺序的优化来降低误差在二叉树架构层次间的传递和累积。算法充分考虑了小样本分布特点,首先从空间聚类分析的角度结合类间距离和类内密集性建立可分性测度作为主要的分类依据,其次从实际训练角度出发提出用预验证的方法作为对上述依据的补充。最后,利用UCI标准数据集,通过与不同多类算法进行比较,证明了该优化方案运用于小样本故障诊断中具有更高的推广性和鲁棒性。     

二级树状管路的优化分析

本文讨论了Y型二级管路分别在占地面积、体积以及占地面积、表面积约束下的最优管径比、最优管长比、最优分岔角度。优化方法采用拉格朗日乘子法和虚功原理方法。通过分析发现;最优树状管路的结构参数随约束条件和流动状态的变化而变化.这意味着对层流流动和湍流流动的情况,树状结构最优参数会表现出差异。本文的忧化结果为不同情况下的树状结构设计提供了基本参考。     

Emergence of fractal scale-free networks from stochastic evolution on the Cayley tree

An unexpected recognition of fractal topology in some real-world scale-free networks has evoked again an interest in the mechanisms stimulating their evolution. To explain this phenomenon a few models of a deterministic construction as well as a probabilistic growth controlled by a tunable parameter have been proposed so far. A quite different approach based on the fully stochastic evolution of the fractal scale-free networks presented in this Letter counterpoises these former ideas. It is argued that the diffusive evolution of the network on the Cayley tree shapes its fractality, self-similarity and the branching number criticality without any control parameter. The last attribute of the scale-free network is an intrinsic property of the skeleton, a special type of spanning tree which determines its fractality.     

PSO嵌入SVM算法的活立木材积预报研究

为了建立立木材积模型,每年有数十万棵优质活立木被伐倒,这是一种破坏性较大的实验。应用光电经纬仪自动量测与手工量测活立木地径、胸径相结合, 通过活立木材积计算软件批量计算,获得中林系107杨(Zhonglin aspens No.107)的胸径、树高、树干材积值400组数据集。采用粒子群算法嵌入支持向量机(PSO-SVM)建立了非线性智能活立木材积预报模型,并以400组实验数据集作为研究资料,随机抽选300组数据的胸径和树高作为输入值,材积为输出值,用MATLAB软件运行PSO-SVM工具箱,训练得到PSO-SVM模型,用100组数据进行检验预测。研究表明,PSO-SVM算法模型预测值与实测值间复相关系数r为0.91,r值比Spurr二元材积模型计算值高出2%,平均绝对误差率提高0.44%。引用经典Spurr二元材积模型计算值和PSO-SVM模型预报值进行对比,认为将PSO算法引入到SVM参数优化中, 使活立木材积预报具有自学习能力和自适应能力,PSO-SVM模型对样本数量要求较小、预报准确率高、学习速度快,具有很好的推广价值与应用前景。