目的:研究基于聚类的多Atlas分割方法对正常组织感兴趣区分割的改善，以达到更好的危及器官的勾画效果。方法:选取2019—2020年浙江省肿瘤医院已完成治疗的100例宫颈癌患者的CT图像作为Atlas图谱库。按照危及器官（膀胱、直肠和外轮廓）的体积特征参数作为测度，利用k均值聚类（k-means）算法将Atlas图谱库划分成若干子集。将待分割图像匹配到相对应的图谱库中进行多Atlas分割。使用相似性系数（DSC）对分割结果进行评价分析。结果:以30例患者作为测试组，比较了不同聚类方法所生成的子图谱库对图像分割结果的改进。相较于一般多Atlas分割，聚类多Atlas分割方法能显著提高膀胱（DSC为0.83±0.09∶0.69±0.15， P<0.001和直肠（DSC为0.7±0.07∶0.56±0.16， P<0.001）的分割准确性，但左、右双侧股骨头（0.92±0.04、0.91±0.02）和骨髓（0.91±0.06）的差异无统计学意义。并且聚类多Atlas分割方法平均分割时间短于一般多Atlas分割方法（2.7∶6.3 min）。 结论:聚类多Atlas分割方法不但会减少与待分割图像配准的Atlas图像个数，而且预期能提高分割效果，并获得较高的准确率。

目的:提出基于结构信息和直觉模糊集的图像相似度测度法，并对放疗计划定位CT图与CBCT图进行相似性测度以客观定量衡量摆位误差。方法:选取鼻咽癌和盆腔部肿瘤患者各1例，提取其计划CT图像及CBCT图像，在鼻咽癌患者横截面与矢状面、盆腔部患者横截面与冠状面上，人为模拟了5种不同程度的摆位误差，同时运用相关系数、均方误差、图像联合熵、互信息以及本文相似度测度法对误差进行比较测量。结果:5种方法都可以在一定程度上描述误差。对比其他方法，相似度测度法随着误差增大表现出更强烈的变化趋势：鼻咽癌横截面5种误差递增结果归一化后为0.553、0.683、1.055、1.995、5.151，矢状面为1.171、1.618、1.962、1.790、3.572；而其他方法结果归一化后为0~2间，且同一方法不同误差的结果变化较小。另外，该方法对软组织误差更敏感。结论:基于结构信息和直觉模糊集的图像相似度测度法衡量结果与人眼感知更一致，可一定程度上客观量化了包括骨性标记与软组织的误差，其反映的软组织偏差对个体化精准放疗有意义。

为了解高黎贡山地区不同海拔蝗虫和螽斯类群落多样性及其与环境因子之间的关系,采用样线法于2020年和2021年9-10月对该地区海拔1200～2400 m范围内的蝗虫和螽斯2个类群进行了调查,整个调查区域划分为3个海拔段:分别为海拔段Ⅰ(1200～1600 m)、海拔段Ⅱ(1600～2000 m)和海拔段Ⅲ(2000～2400 m).结果表明:调查共采集蝗虫和螽斯741头,隶属于7科35属52种,其中海拔段Ⅰ有7科24属30种426头,海拔段Ⅱ有4科12属15种201头,海拔段Ⅲ有2科12属13种114头;螽斯科(Tettigoniidae)、斑腿蝗科(Catantopidae)和驼螽科(Rhaphidophoridae)为该地区的优势类群,山地吟螽(Phlugiolopsis montana)为该地区的优势种;在海拔段Ⅰ,物种丰富度、多样性指数、丰富度指数和优势集中性指数均最高;相似性分析表明,3个海拔段间的相似性系数位于0～0.1026;其中海拔段Ⅱ与海拔段Ⅲ的相似性系数最高为0.1026.相关性分析表明,环境因子显著影响蝗虫和螽斯类多样性,但不同测度之间存在一定差异;温度与物种丰富度呈显著负相关,与Pielou均匀度指数呈显著正相关;降水量与多样性指数、个体数和物种丰富度均呈显著负相关;温度和降水因子是影响高黎贡山地区蝗虫和螽斯类多样性空间分布格局的主导因子,生境异质性有助于提高2个类群的物种丰富度.

土地利用冲突是区域土地开发利用过程中存在的客观问题,对区域经济社会发展和生态安全具有重要影响.识别、测度区域土地利用冲突,明晰其时空演化格局,有助于优化区域土地利用结构,促进土地资源的可持续利用.以重庆市为例,基于景观格局构建了土地利用冲突测度模型,从县域、镇域以及格网 3 个尺度全面和系统地分析了 1995-2020 年重庆市土地利用冲突的时空演化特征,并耦合多目标规划(Multi-Objective Programming,MOP)-斑块生成土地利用变化模拟模型(Ptach-generating Land Use Simulation,PLUS)模拟了重庆市 2030 年不同发展情景下土地利用冲突格局.结果表明:(1)1995-2020 年重庆市县域、镇域与格网不同尺度下的土地利用冲突格局具有较大相似性,不同尺度的土地利用重度冲突区主要分布在重庆中心城区及周边地区,区县建成区.土地利用一般冲突区主要分布于渝东南和渝东北地区.研究期内土地利用冲突有所加剧,其中土地利用重度冲突区占比增加了 3.09%.(2)1995-2005 年重庆市土地利用冲突区主体位于乡村地域,但冲突程度较低,随着工业化、城市化进程及人口的集聚,2005 年后土地利用冲突热点区域的城市地域集聚效应显著,城市及周边地区土地利用冲突区面积和土地利用冲突度均显著提升.(3)区域土地利用冲突空间格局不仅受到了人为经济社会活动的驱动影响,在空间格局上受自然生态环境基底影响显著,其中地形地貌的限制加剧了土地利用重度冲突区.(4)不同发展情景模拟中经济优先发展情景下土地利用冲突最为严重,生态优先发展情景下土地利用冲突最小,可持续发展情景兼顾了经济和生态发展的用地需求,土地利用冲突强度处于中间范围,但区域发展总福利最大,是未来区域发展路径最优选择.

植被覆盖度测度的准确性很大程度上影响着研究结论是否科学合理.在干旱半干旱退化草原区,尤其是受采矿剧烈扰动的矿区,发育的生物土壤结皮(Biological soil crust,BSC)由于其颜色和光谱同绿色植被具有相似性,导致对植被覆盖度的测量存在一定的影响.以伊敏露天矿区为研究区,在西排土场和内排土场采集了含苔藓结皮、地衣结皮和藻结皮的样方相片各四组(每组中包含样方喷水前和喷水后的相片各一张),并采集了一组不含结皮的样方相片作为对照组,运用数码照相法提取植被覆盖度,通过不同的数据处理方法(最大似然分类法及RGB阈值法)进行植被覆盖度提取,设立对比试验,分析BSC对于植被覆盖度测度是否有影响,其影响大小如何,影响程度是否受BSC含水量大小的影响,并对比各常规处理方法的优劣,研究能否通过结合纹理特征与色彩信息剔除BSC对植被覆盖度提取值的影响.研究结论:1)基于照相法的常规数据处理方法提取植被覆盖度时,BSC的存在导致测得的植被覆盖度值偏高,且苔藓结皮、地衣结皮吸水后比吸水前影响更显著,藻结皮相反;2)3个演替阶段的BSC中,尤以含苔藓结皮的样方植被覆盖度高估最为明显,其次为地衣,而含藻结皮样方规律不明显;3)样方内BSC覆盖度越高,植被覆盖度越低,其植被覆盖度测度越不准确,因此在研究草原矿区这类草本植物覆盖度较低、结皮发育的区域时,应当注意BSC的影响;4)试通过应用纹理信息提出改进的提取方法,发现单纯的纹理分类精度极低,而结合了纹理信息与RGB色彩信息的分类精度较高;5)对两种常规分类方法的精度进行比较,RGB阈值法较最大似然分类法更为不准确,对植被覆盖度的高估接近最大似然分类法的2倍.对两种改进的提取方法的精度进行比较,二者都可以有效提高测量精度,基于波段合成的纹理分类方法最佳.四种方法精度由高到低的顺序为:纹理结合RGB法＞考虑生物土壤结皮的最大似然分类法＞普通最大似然分类法＞RGB阈值法.

多模医学图像配准是将不同医学成像模式提供的影像信息进行融合的关键步骤.条件方差和(SCV)是一种新的用于多模图像配准的相似性测度,但SCV的主要缺点是它仅使用量化信息来计算联合直方图.基于此,设计了一种新的插值函数来计算联合直方图,从而提高SCV的性能.将改进后的SVC用于多模医学图像配准,并与归一化互信息(MI)、交叉累积剩余熵(CCRE)和原SCV进行了比较.实验证明,相比NMI、CCRE和原SCV,本研究方法能配准具有不同空间变换和噪声的图像,具有更高的配准成功率和鲁棒性.

目的:提出一种改进的引导滤波融合算法,并将其应用于CT与MR图像融合.方法:首先采用基于线性最小平方误差准则的滤波器获得多尺度图像,然后对不同层次加权图像进行重建,最后采用引导滤波器和加权平均法对主体和细节图像进行融合.结果:4组医学图像融合实验定性与定量分析表明,基于本文提出算法获得的融合图像视觉效果更佳,且定量评价指标互信息测度、解剖相似性测度、边缘信息量测度、相位一致性测度、局部质量指数和视觉信息保真度均优于传统的GFF算法.结论:基于提出的算法适合含噪声的图像融合,具有较高普适性和实用性,是一种可行、稳健的医学图像融合算法.

医学图像形变配准技术是实现精准放疗的关键技术,可以很好地反映和描述解剖结构在放疗过程中发生的局部形变,为病情诊断、靶区勾画、精准摆位和精准治疗提供重要依据.对肿瘤精准放射治疗中的形变配准关键技术进行了深入研究,设计了包含融合图像结构特征的相似性测度、基于多尺度B样条和混合样条空间一致性约束的形变配准等核心技术的框架,以提高形变配准的效率和精度,充分发挥形变配准技术在图像引导精准放疗中的作用.

脑深部电刺激(Deep Brain Stimulation,DBS)手术治疗是帕金森病患者重要治疗手段.脑图谱与术前图像之间的配准是实现DBS术前导航和核团识别的一种有效方法.本文对术前图像与ICBM-152图谱的配准问题进行了研究,首先将术前临床图像标准化至图谱的坐标空间,随后使用分段线性配准对图谱进行粗配准,最后利用互信息作为相似性测度,并基于B样条弹性形变模型实现脑图谱与术前数据的非刚性配准.上述方法可以为每个病人计算出个性化的脑图谱,实验结果表明,在原始图像与图谱的互信息测度为0.558的情况下,该方法使二者的互信息提高至1.217.

本研究对贵州安顺地区嗜尸性蝇类群落多样性及季节变化进行了调查,采用α多样性测度方法,分析了多样性指数、 相似性系数、 均匀度指数和优势度指数、 物种丰富度.结果显示,安顺地区嗜尸性蝇类共计28种,隶属7科20属,其中丰富度最高是丽蝇科(Calliphoridae),丰富度达13;其次为蝇科(Muscidae)和麻蝇科(Sarcophagidae),丰富度分别为6和5.从各科个体数来看,丽蝇科(Calliphoridae)最多,共13309头;蝇科(Muscidae)次之,共435头;麻蝇科(Sarcophagidae)第3,共207头.嗜尸性蝇类物种丰富指数、 相似性系数、 均匀度指数、 多样性指数及优势度指数随季节变化而变化.嗜尸性蝇类的物种丰富度指数以夏季和秋季最高,分别为19和16;其次为春季和冬季,丰富度指数分别为14和9.科级多样性指数冬季最高,为0.7780;属级多样性指数春季最高,为1.2430;种级多样性指数春季最高,为1.6122.优势度指数冬季最高,为0.5950,均匀度指数冬季最高,为1.482143.本研究表明贵州安顺地区嗜尸性蝇类种类丰富,生态环境较好.