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关键词： 原子弹  

ISBN: (纸本)9787515028705

关键词： X射线荧光CT   吸收校正   图像重建   卷积神经网络  

摘要： X射线荧光CT是一种利用X射线荧光分析与X射线CT技术相结合的无损检测技术,通过特征X射线的能量和强度分析样品中高Z元素的种类和分布,在药物靶向治疗、癌症早期诊断等领域应用前景广阔。然而,样品本身对入射X射线以及荧光X射线的吸收是制约其高质量图像重建的重要因素之一。近年来,随着深度学习技术的不断发展,卷积神经网络强大的特征提取能力为X射线荧光CT重建技术的发展提供了新的思路和方法。因此,本文基于管激发平行孔准直扇束X射线荧光CT成像系统,以提升重建图像质量为目的,开展了相关研究,具体研究内容如下: （1）开展X射线荧光CT成像理论研究。详细分析X射线荧光CT在成像系统、吸收校正算法以及重建算法方面的国内外研究现状;并以X射线荧光CT的数理基础、模拟技术、卷积神经网络等为基础,从X射线荧光CT的吸收校正算法和重建算法等方面展开研究。 （2）针对X射线荧光CT因吸收效应造成重建图像质量不佳的问题,研究基于改进U-Net网络的X射线荧光CT吸收校正方法。采用数值模拟方式构建扇束X射线荧光CT系统扫描实验模体获得投影正弦图作为数据集,在U-Net网络模型中引入可分离卷积块和批量归一化层以调整其模型结构,为减少参数和计算量使用了单层卷积。基于Geant4软件模拟扇束X射线荧光CT系统,获得蒙特卡洛仿真的投影数据以验证算法的有效性,并通过图像质量评价指标SSIM、NRMSE、CNR、图像平均梯度、标准差等分析比较了数值模拟实验和蒙特卡洛模拟实验中校正前后的正弦图和重建图像的质量,校正后的重建图像平均梯度和标准差分别提高了29.9%和28.6%,结果表明校正后的重建图像质量得到提升。 （3）针对传统的解析重建算法和迭代重建算法存在重建图像质量不佳、耗时等局限性,研究基于残差编解码网络的X射线荧光CT图像重建方法。将残差学习机制和SA-GAN自注意力模块引入编解码网络中,以关注正弦图域中的全局特征信息,并结合所提的吸收校正方法实现投影正弦图的校正和图像重建,最后分别基于数值模体GNPs和PMMA中嵌入Nd（NO3）3溶液的蒙特卡洛仿真成像模体获得投影数据,通过FBP算法、MLEM算法、本文算法重建图像,通过图像质量评价参数NMSE、PSNR分析比较了重建图像的质量,结果表明本文算法在数值模拟时的重建图像质量略优于对比算法。

摘要： 中国很早就开始使用瓷器了，中国对瓷的研究非常深入，也正是因为中国瓷器有极强的美学意义和艺术欣赏性，其在世界上一直受到人们的喜爱和赞赏。在长江下游，青瓷有着不可忽视的地位。了解瓷的人都知道，一部中国陶瓷史，半部在浙江，越窑青瓷对中国陶瓷史有着巨大的贡献。一、越窑青瓷发展历史及其传播在浙江上虞，有一条穿越全境的长河——曹娥江。早在商周时期，曹娥江中游两岸就已经着手烧制陶瓷。“曹娥江上百舸争流，白帆如云；会稽山麓千窑林立，青烟拢日”，曹娥江两畔造就了一场制造业革命的青瓷浪潮。

关键词： 波长色散X射线荧光光谱法(WDXRF)   过磷酸钙   氟   氟化钙   基体效应  

摘要： 测定过磷酸钙中氟含量，对过磷酸钙生产及质量控制有指导意义。实验将样品充分干燥后粉碎至粒度小于74μm,采用硼酸镶边，在压力35 t条件下保压30 s,制成样片，选择F-Kα线为分析线，建立了粉末压片-波长色散X射线荧光光谱法(WDXRF)测定过磷酸钙中氟的方法。采用X射线衍射(XRD)对大量过磷酸钙样品进行扫描，结果发现，过磷酸钙中物相组成主要是硫酸钙、氟化钙、二氧化硅，故实验选择以离子选择电极法定值的过磷酸钙样品为基体，加入不同质量的氟化钙后用三维混样仪混匀，配制得到一组氟含量呈一定梯度且能覆盖样品中氟含量范围的系列校准样品用于绘制校准曲线，以使校准样品系列和过磷酸钙样品中氟的谱峰角度始终保持一致，且减少了基体效应、矿物效应等对测定的影响；选取3个不同氟含量的校准样品，用三维混样仪混匀5 min后按照实验方法平行测量5次，氟荧光强度测定结果的相对标准偏差(RSD,n=5)小于3.0%,表明校准样品均匀性满足实验要求。以氟含量为横坐标，对应的氟荧光强度为纵坐标绘制校准曲线，其线性相关系数为0.999 6,方法检出限为3 mg/kg。采用实验方法对3个不同氟含量的过磷酸钙样品中氟进行测定，结果的相对标准偏差(n=10)为1.4%～3.1%;采用氟离子选择电极法对这3个样品进行测定以进行方法比对，结果表明，两种方法测定结果基本一致。

关键词： 焊缝缺陷检测   X射线焊缝缺陷成像   动态特征增强Transformer网络   多尺度窗口框引导分割网络   焊缝缺陷检测系统  

摘要： 近年来由于钢管管道焊缝缺陷导致管道破裂或泄漏事故频发,造成了巨大的经济损失和环境污染。由于焊接缺陷的形状、大小、分布区域、颜色和外观的不规则性且背景复杂、存在遮挡和噪声等,所以焊缝缺陷仍然是一个重要且具有挑战性的问题。我们进行基于数字成像X射线图像技术的缺陷检测方法研究,以提高焊缝缺陷检测的准确性和效率。具体工作如下: （1）针对国内外缺少大型公开焊缝数据集问题,通过数字射线成像系统对钢管焊缝缺陷进行成像与保存,构建X射线缺陷图像数据集（SPSD）。该数据集包含各种缺陷图像2000张,并进行标注。数据集可下载于https://***/liruixiang11029664/SPSD-dataset。 （2）针对焊缝缺陷图像的背景复杂、形状和大小的多样性等,提出一种基于动态特征增强Transformer网络（DEFTNet）的焊缝缺陷检测方法。该网络包括可变形注意模块（DAM）、动态编码模块（DEM）、细节增强Transformer解码模块（DETDM）和动态检测模块（DDM）。在SPSD数据集上的实验结果表明,DEFTNet的焊缝缺陷检测效果显著,其F1、mAP50和mAP50-95分别为0.8901、0.9416和0.5837。 （3）针对焊缝缺陷评级中的多尺度特征划分难、显著与非显著区域区分难等问题,提出一种基于多尺度窗口框引导分割网络（MWBSNet）的焊缝缺陷评级方法。该网络包括自适应多尺度窗口嵌入模块、语义冗余消除模块和窗口引导分割模块。实验结果表明,MWBSNet在SPSD数据集上分割效果显著,Fβ、Sm和MAE分别为0.0209、0.8893和0.9014。 （4）由以上构建的模型研发一种焊缝图像缺陷检测系统。该系统利用PyQt编程工具,通过DEFTNet模型识别多种缺陷,通过MWBSNet对缺陷区域进行细化处理,统计缺陷详细参数。该系统经过常规测试与性能测试后,在山东胜利钢管有限公司的生产环境中进行应用,实现了高效的缺陷检测与分割,检测准确率达到94.27%,漏检率为0.98%,每张图片的检测速度为0.65秒,有效满足工业生产的实际需求,为后续管道缺陷维修提供可视化技术支持。

关键词： 骨肉瘤   碳离子   X射线   PARP抑制剂   cGAS/STING通路  

摘要： 背景:骨肉瘤（Osteosarcoma）是最常见的原发性骨恶性肿瘤,复发、转移率高,预后差,放射治疗是其重要的局部治疗手段。然而,骨肉瘤属于辐射抗拒性肿瘤,传统光子放疗（如X射线）达到致死剂量的能力有限。以碳离子为代表的高LET射线较传统X射线具有更高的相对生物学效应和优越的物理学特性,这对于辐射抵抗的骨肉瘤尤其有利。相较光子放疗,碳离子可大幅提高骨肉瘤的局部控制率,而局部复发率仍高达26.9%且总体总生存仅为45.7%。因此,积极探索合适的辐射增敏剂和系统治疗方案是改善其局部控制和总生存的研究方向之一。PARP是一种DNA修复酶,PARP抑制剂靶向DNA损伤应答在提高骨肉瘤辐射敏感性方面具有巨大潜力,而放疗诱导抗肿瘤免疫应答主要通过肿瘤细胞内DNA损伤积累来启动免疫监视和免疫反应。据此,利用PARP抑制剂辐射增敏和促进辐射诱导抗肿瘤免疫应答可能是改善骨肉瘤局部控制和总生存的理想途径。 目的:以X射线为参照,探究PARP抑制剂对骨肉瘤碳离子治疗的辐射增敏作用以及可能机制,并探索其对辐射诱导抗肿瘤免疫应答的影响及相关分子机制,为骨肉瘤碳离子治疗提供新的理论依据和治疗策略。 方法: 1.探索PARP抑制剂对骨肉瘤细胞的辐射增敏作用 （1）通过全外显基因测序分析骨肉瘤细胞U2OS和K7M2的遗传特征。（2）采用GSEA分析PARP1/2与骨肉瘤DNA损伤信号通路的富集关系。（3）采用CCK-8法测定不同辐照剂量下奥拉帕尼对骨肉瘤细胞增殖的影响。（4）通过克隆存活实验、细胞划痕实验、细胞凋亡实验、细胞周期实验分析PARP抑制剂奥拉帕尼对辐照后骨肉瘤细胞克隆形成、迁移、凋亡、周期的影响。（5）免疫荧光共聚焦、Western bloting检测奥拉帕尼对辐照后骨肉瘤细胞γH2AX、53BP1、RAD51表达的影响,评估DNA损伤和修复的差异。 2.探索PARP抑制剂对辐照后骨肉瘤细胞辐射免疫效应的影响 （1）采用GSEA富集分析PARP3与骨肉瘤免疫相关信号通路的富集关系。（2）根据细胞存活曲线计算骨肉瘤细胞的RBE值。（3）采用Western bloting检测不同辐照剂量X射线对骨肉瘤细胞PD-L1表达的影响,确定最佳辐照剂量,并计算碳离子的相同生物剂量（RBE剂量）;相同RBE剂量下,Western bloting检测PARP抑制剂奥拉帕尼对X射线/碳离子辐照后骨肉瘤细胞PD-L1表达的影响以及时间依赖的关系。 ***抑制剂联合辐照增强骨肉瘤细胞辐射免疫效应的分子机制探究 （1）采用GSEA富集分析PD-L1与骨肉瘤免疫相关信号通路的富集关系。（2）免疫荧光共聚焦实验追踪ds DNA的去向以及与胞质DNA感受器c GAS共定位结合。（3）采用q RT-PCR、Western bloting检测各处理组骨肉瘤细胞c GAS/STING/TBK1/IRF3信号通路以及IFN-β、PD-L1在转录和翻译水平的变化;ELISA检测趋化因子CCL5、CXCL10分泌水平变化。（4）采用si RNA策略,抑制STING的转录,重复实验步骤（3）。 ***抑制剂、PD-L1抑制剂联合辐照促进荷瘤小鼠抗肿瘤免疫应答 （1）利用BABL/c小鼠建立单侧骨肉瘤荷瘤模型,设置实验组、生存组。（2）辐照前3天开始每日给予奥拉帕尼灌胃,局部肿瘤辐照剂量为X射线10Gy或碳离子10Gy（RBE）,辐照后给予PD-L1抑制剂干预,定期测量小鼠体重和肿瘤大小变化。（3）免疫组化法检测肿瘤组织中c GAS、STING、IFN-β、PD-L1和Granzyme B表达情况;密度梯度离心法分离肿瘤、脾脏中的免疫细胞进行CD3+、CD4+和CD8+T淋巴细胞流式细胞检测;ELISA法检测小鼠肿瘤组织趋化因子CCL5、CXCL10分泌水平情况。 结果: ***抑制剂增强了骨肉瘤细胞对X射线/碳离子的辐射敏感性 （1）U2OS和K7M2骨肉瘤细胞存在明显的同源重组修复基因突变和其他DNA损伤修复基因突变,其中U2OS发生BRCA1和BRCA2突变,K7M2发生BRCA2突变。（2）PARP1/2高表达组的基因主要富集于与DNA相关的信号通路。（3）奥拉帕尼抑制辐照后骨肉瘤细胞的增殖（p<0.05）、克隆形成（p<0.05）和迁移（p<0.05）,诱导辐照后骨肉瘤细胞的凋亡（p<0.05）和G2/M期阻滞（p<0.05）。（4）奥拉帕尼诱导辐照后骨肉瘤细胞更严重的DNA损伤（p<0.05）,并延迟DNA损伤修复（p<0.05）。 ***抑制剂增强辐照后骨肉瘤细胞的辐射免疫效应 （1）PARP3高表达组的基因主要富集于胞质DNA感知、趋化因子等免疫相关的信号通路。（2）U2OS细胞的RBE值为2.9;K7M2细胞的RBE值为1

关键词： 金刚石氮-空位色心   量子传感   自旋磁力成像   NV色心荧光温度特性   NV色心自旋调控温度特性  

摘要： 随着量子物理学的快速发展,以金刚石氮空位色心（Nitrogen-Vacancy Center,NV）为代表的新兴量子材料在量子计算、精密测量和量子传感等领域展现出了巨大的应用潜力。NV色心的电子自旋态具有独特的光学和磁学特性,通过激光诱导的荧光和微波驱动的自旋共振,可实现高灵敏度的量子态测量和调控。尤其是在室温条件下,NV色心表现出较长的自旋相干时间和优异的光致发光特性,可用于磁场、电场、温度等物理量的传感与测试,成为量子技术领域的重要研究方向。目前,基于NV色心的精密测量技术主要分为单色心传感测量和系综NV色心测量。单色心传感具备高空间分辨率,适用于量子信息处理等高精度场景;而系综NV色心测量在宏观传感与成像技术中应用广泛。近年来,研究者们在系综NV色心技术的小型化、高分辨率和高集成度等方向上取得了显著进展。其中,NV色心的分布均匀性和荧光特性被认为是影响测试精度和传感性能的关键因素。然而,NV色心的电荷态（NV0与NV-）以及荧光特性会受到温度和外部环境的显著影响,其具体规律仍需深入探索。 基于这一研究背景,本文围绕金刚石NV色心的单自旋分布表征、自旋荧光特性以及自旋调控的温度依赖性展开研究,具体内容如下; 1、NV色心电子自旋分布表证与成像研究。针对系综NV色心分布均匀性表征的需求,本文提出基于磁力显微技术的自旋磁力测试方法,搭建了光诱导磁力显微镜（Pi MFM）平台,实现了NV色心电子自旋的高分辨二维和三维成像,空间分辨率达到2 nm。 利用涂覆磁性材料的探针,通过双通道模式中共振频率的漂移映射出自旋磁力分布,结合NV色心的激光诱导荧光与微波调控,实现电子自旋的成像。搭建了光诱导磁力显微测试系统,采用频移-力谱转化模型,在外部磁场为3 m T、微波频率为2.946 GHz的条件下完成了二维成像。通过优化探针涂层和扫描参数,进一步实现了三维成像。本研究首次在实验中实现了单NV色心电子自旋的分辨,并揭示了系综NV色心的分布不均匀性对传感性能的影响,为高精度量子传感技术奠定了基础。 2、NV色心荧光光谱温度特性研究。针对温度对NV色心荧光特性的影响,本文搭建了低温共聚焦荧光光谱测试系统,研究了在1.6 K至300 K温度范围内零声子线（ZPL）的光学参数变化规律,提出了适用于低温长光程的荧光增强方法。 验证了在20 K至100 K温度范围内,NV色心的ZPL峰值频率表现出先蓝移后红移的反常现象和ZPL线宽随温度升高线宽的趋势。针对低温环境中光程损耗的问题,提出了多芯光纤荧光收集方案,并对共聚焦系统进行了优化,使得荧光收集效率提升2.3倍,为低温条件下的NV色心光学特性研究提供了重要支持。本研究为解析NV色心的电荷态转换及其荧光特性在极端温度下的动态变化提供了实验依据。 3、不同温度环境下ODMR特性的变化规律。基于光探测磁共振（ODMR）测试系统,系统性的研究了不同温度环境下ODMR谱线对比度、线宽及灵敏度的变化规律。设计并实现了微波芯片的温度与功率实时检测系统,为高精度量子传感的应用发展提供了重要技术支持。 在温度范围为1.6 K至300 K内,研究ODMR曲线的对比度与线宽变化,发现激光功率和微波强度对ODMR信号有显著调控作用。提出了适用于变温环境的激发条件优化方法,使磁灵敏度提升30%以上。设计了一种集成微波功率与温度检测的芯片系统,温度检测灵敏度达到0.38 m K/Hz1/2,最小功率分辨率为20 n W,显著提高了测试系统的精度和稳定性。研究结果为提升NV色心传感器在低温环境下的灵敏度提供了技术路径,为未来的多环境量子传感应用奠定了基础。 本文通过光诱导磁力显微成像、低温荧光光谱研究及ODMR技术优化,全面解析了金刚石NV色心的自旋分布、荧光特性及其温度依赖性。研究结果为NV色心在量子传感与精密测量中的应用提供了理论依据和实验支持,同时为优化基于NV色心的高灵敏度量子传感器提供了重要的方向。未来研究可进一步探索NV色心与其他量子材料（如石墨烯、量子点）的相互作用,以及在复杂环境下的应用潜力,例如高压条件下的应力测试和多场协同传感。这将为NV色心技术在多维量子传感和高分辨率成像领域的创新提供更多可能性。