东北大学学报（自然科学版）

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基于MedSAM的高效半监督医学图像病灶分割方法

贾熹滨, 尹训洁, 范超, 杨正汉

2026, 47 (1): 1-10. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20259022

摘要 ( 374 )

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针对半监督病灶分割中教师网络性能较差，难以指导学生网络进行有效分割的问题，本文提出一种高效的半监督医学图像病灶分割方法.该方法选用特征提取能力更强的MedSAM(medical segment anything model)作为教师网络，构建基于Mamba的轻量级学生网络，通过知识蒸馏提升学生网络分割性能.针对异构网络特征对齐带来的语义失配问题，提出基于扰动一致的跨架构知识蒸馏策略，将教师特征映射到学生特征空间并对齐扰动响应，提升学生网络特征表达能力以优化分割性能.此外，针对病灶形态多样及前景背景对比度低导致的分割一致性差问题，提出基于分布的自监督损失进行优化.在多类医学图像病灶分割数据集上的实验表明，本文方法的分割性能优于现有方法，同时学生网络参数量仅为1.34 M，显著提升了模型效率.

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医学图像压缩与视觉任务联合优化方法

姚超, 高梓轩, 陈俊如, 卢奕鹏

2026, 47 (1): 11-19. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20259020

摘要 ( 350 )

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针对医学图像处理中依赖独立编码组件无法实现数据压缩与机器视觉任务联合优化的问题，本文构建了一种端到端的机器视觉任务驱动的医学图像压缩网络（machine vision task-driven medical image compression network，MVMICNet）模型，端到端地实现数据压缩与医学图像分析的和谐统一.为了保持医学图像压缩前后机器视觉任务的性能，设计了任务感知的改进码率-准确率损失函数，通过引入任务相关的损失项，在优化过程中动态平衡码率、重建图像失真与机器视觉任务精度三者之间的关系；同时，MVMICNet模型采用分阶段训练的模式，针对机器视觉任务的不同特性进行特定的优化，确保了模型能够精准捕获对诊断至关重要的特征信息，实现了压缩效率与任务性能的同步提升，从而在复杂的医学应用场景中展现出更优越的鲁棒性；最终，本文在语义分割和目标检测任务中验证了该框架的有效性.

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均值教师方法在半监督医学图像分割中的应用

杨金柱, 魏美, 于琪, 孙松

2026, 47 (1): 20-30. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20250103

摘要 ( 273 )

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医学图像分割是临床诊疗的重要技术基础，精准的医学图像分割有助于提升疾病诊断准确率与效率.深度学习方法在该领域取得了显著进展，然而，这类方法高度依赖人工标签数据，而高质量分割标签获取成本高，限制了其实际应用.半监督学习通过联合利用少量标签数据与大量无标签数据，有效缓解了标签匮乏问题.其中，均值教师（mean teacher，MT）是当前主流的半监督学习方法，其通过指数移动平均从无标签数据提取信息，提升模型精度与泛化性能，目前已被广泛应用于医学图像分割.本文对MT进行了深入综述，重点从一致性正则化、不确定性、注意力机制、多任务学习、辅助校正及模型变体等方面介绍其在医学图像分割领域的应用和改进.本文简要分析了MT方法的应用和改进趋势，罗列了医学图像分割中常见对比实验方法、数据集、MT骨干网络和评价指标.最后，讨论了MT在医学图像分割中面对的挑战和未来潜在的研究方向.

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一种基于电子健康记录的多尺度图表示学习模型

樊捷杰, 班晓娟, 张志研

2026, 47 (1): 31-41. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20259019

摘要 ( 274 )

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现有的电子健康记录（electronic health records, EHR）的图表示学习方法多依赖单个患者的局部信息，忽视了群体患者在疾病演化和诊疗路径上的潜在关联，从而限制了模型的泛化性与鲁棒性.针对这一问题，本文提出一种混合多层级图神经网络（hybrid multi-level graph neural network, H-MGNN）模型，并将其应用于重症监护室（intensive care unit, ICU）患者的死亡预测.该模型通过构建宏观层面的患者关系图（patient-patient graph, P-P）、微观层面的分类-笔记-词汇超图（taxonomy-note-word hypergraph, T-N-W），结合超图的时序依赖关系，实现多尺度上的患者特征融合.同时，本文设计了融合算法（hybrid embedding, Hybrid-E），用于提取和整合患者嵌入的潜在特征，以提升预测准确性.实验结果表明，H-MGNN在MIMIC-Ⅲ(medical information mart for intensive care Ⅲ)数据集上的住院死亡率预测等任务中显著优于现有方法，验证了其在复杂EHR数据挖掘中的有效性和先进性.

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基于面部视频的非接触式血氧饱和度估计方法

齐林, 高启赫, 关舒月, 李永春

2026, 47 (1): 42-51. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20250067

摘要 ( 199 )

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针对远程光电容积描记法（rPPG）在非接触式血氧饱和度（SpO₂）测量中存在的时空特征建模不足以及复杂场景下鲁棒性差的挑战，提出了一种趋势感知时空融合网络（trend-aware spatio-temporal fusion network, TAST-Net）.该网络通过一个创新的双路融合架构，将3D卷积神经网络（3D CNN）分支提取的局部生理特征与ViViT（video vision transformer）分支捕捉的全局时空依赖进行协同融合.为增强模型对信号动态变化的敏感性，设计了一种结合均方误差与皮尔逊相关性损失的加权组合损失函数.在2个公开数据集上的实验结果表明，TAST-Net表现出优秀的性能：在PURE（pulse rate estimation）数据集上均方根误差（ $e R M S$ ）为0.53%，平均绝对误差（ $e M A$ ）为0.37%，皮尔逊相关系数（R）为0.96；在更具挑战性的VIPL-HR（visual information processing and learning-heart rate）数据集上， $e R M S$ 为0.84%， $e M A$ 为0.57%，R为0.82，其综合性能优于其他对比方法.研究结果表明，TAST-Net为从面部视频中实现准确、稳健的SpO₂估计提供了一个有效的方案，并验证了融合局部与全局特征策略在rPPG信号处理中的有效性.

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面向椎体成形术的骨水泥注射过程可视化仿真

张雅斓, 申龙, 张少甫, 张雪松

2026, 47 (1): 52-59. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20259021

摘要 ( 275 )

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在骨科经皮椎体成形手术中，骨水泥注射核心参数（如注射量、压力及角度）的确定仍依赖经验判断，而这些参数对防止渗漏和并发症至关重要.为此，本文提出一种集成多相非牛顿流体模型的先进仿真框架.该框架采用基于Voronoi图的仿生骨表征方法，用于预测骨小梁结构内的水泥流动特性，并支持不同工况下水泥弥散情况的高保真可视化分析.实验结果表明，本仿真框架在术前规划优化、手术培训辅助及渗漏风险评估方面展现出潜在应用价值：术前可辅助医护人员预演注射过程以优化操作方案；在培训场景中，能模拟不同参数下的水泥弥散效果，为新手医师熟悉操作逻辑提供参考；同时，其对渗漏风险的预测功能，也有望为提升临床手术安全性提供技术层面的支持.

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执行器故障下的分布式驱动电动车辆非线性观测器设计

王宏伟, 吉新玉, 宋金烁

2026, 47 (1): 60-66. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240152

摘要 ( 352 )

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针对具有执行器故障的分布式驱动电动车辆非线性动力学系统,设计一种基于观测器的鲁棒故障诊断算法.首先,考虑执行器故障及系统干扰,建立7自由度车辆系统数学模型.然后,利用线性矩阵不等式和李雅普诺夫函数设计一种基于非线性观测器的故障诊断策略,实现对系统状态、干扰信息及故障因子的多重估计,并给出理论性证明.最后,参考车辆实际驾驶条件,通过MATLAB/Simulink和CarSim进行联合仿真.结果表明,所设计的观测器可对执行器故障进行准确的诊断和估计,能快速跟踪系统实际运行状态,提高了系统的抗干扰能力.

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虚假数据注入攻击下直流微电网分布式弹性控制

邰源政, 孟范伟, 张煜

2026, 47 (1): 67-74. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240146

摘要 ( 328 )

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PDF(2243KB) ( 39 )

针对直流微电网在虚假数据注入攻击下出现电压偏差和电流分配失衡的问题，以多分布式电源的孤岛直流微电网为研究对象，提出一种分布式弹性协同控制方法.该方法能有效消除虚假数据注入攻击的影响，在正常情况下也不会干扰到系统的运行.通过Lyapunov稳定理论证明了直流微电网在受到任意常值虚假数据注入攻击时均能保证正常稳定运行，实现电压调控和电流分配2个控制目标.利用MATLAB/Simulink搭建了仿真模型，验证了该控制方法的有效性.

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基于跨模态注意力机制的视频-文本检索方法

董闯, 栗伟, 巴聪, 覃文军

2026, 47 (1): 75-81. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20250040

摘要 ( 229 )

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PDF(1323KB) ( 50 )

针对当前视频-文本检索方法未能有效结合时间信息与相关性信息进行联合建模的问题，提出一种基于跨模态注意力机制的视频-文本检索方法.首先，利用预训练的大规模图像-文本模型提取文本和视频帧的嵌入表示，通过知识迁移缓解不同模态数据之间的异质性问题.然后，使用联合文本-帧跨模态注意力机制模块，同时编码视频帧之间的时间信息以及视频帧与文本之间的相关性信息，捕获更具竞争力的视频特征表示.最后，利用交叉熵损失函数约束模型训练.通过对比实验验证，该方法能够有效捕获视频帧的时间信息和相关性信息，在MSR-VTT(microsoft research video to text)和LSMDC(large-scale movie description challenge)数据集上取得具有竞争力的效果.

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基于ACO算法及可变性管理的SaaS多租户服务仿真技术

印莹, 霍胤彤, 刘影梅

2026, 47 (1): 82-88. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20250021

摘要 ( 231 )

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PDF(2238KB) ( 24 )

为了满足不同租户的具体业务需求，软件即服务（SaaS）通常提供仿真定制功能.通过仿真定制，租户可根据自身的业务需求，对软件即服务进行个性化配置，从而更好地满足其业务需求.但是现有的租户定制服务存在租户要求无法充分满足以及算法运行和响应速度慢的问题.因此，本文提出一种基于蚁群优化（ACO）算法和可变性遍历的软件即服务多租户服务仿真定制技术，实现仿真优化服务部署，引入可变性模型，实现服务定制组装的适应性和可复用性.实验结果显示，在评估SaaS租户服务资源使用情况时，该技术在实例a和b上的平均值高于对比算法；执行时间在不同配置方案中有所波动，最短为1 426 ms，最长为1 652 ms；切换资源耗费占空比相对较为稳定，波动范围在1.12%~1.51%，较低的占空比意味着在相同时间内，SaaS能够更有效地利用资源，减少因资源切换而带来的性能损耗.不同SaaS租户的配置方案及运行时间的数据表明，租户能够有效派生服务配置方案.所提技术可为SaaS的仿真定制性能优化提供技术参考.

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航空事故领域的知识抽取方法研究与实现

刘军, 曹悦, 刘向军, 王宏艳

2026, 47 (1): 89-98. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240234

摘要 ( 255 )

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PDF(1739KB) ( 34 )

随着航空运输业与信息技术的快速发展，航空应急管理给海量、异构的航空安全数据高效利用带来了挑战.本文针对航空事故知识图谱的知识抽取问题，即命名实体识别与关系抽取问题，提出以下方法：1）提出基于BERT（bidirectional encoder representations from Transformers）的改进BiGRU-IDCNN-CRF模型，实现94.69%的命名实体识别精确率；2）构建基于强化学习的聚类远程监督关系抽取模型，结合改进K均值聚类与远程监督标注降低数据噪声，并通过强化学习优化去噪过程，最终结合分段卷积神经网络（PCNN）与注意力机制，实现84.16%的关系抽取精确率.实验结果表明，本文方法有效提升了航空事故知识图谱的信息提取质量，为航空安全管理提供了精准的信息支撑.

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基于PBT-DeepTCN和数字孪生的烧结终点多步预测

宋小龙, 栗潇通, 杨欢, 吴朝霞

2026, 47 (1): 99-106. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240126

摘要 ( 329 )

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PDF(2605KB) ( 14 )

烧结终点位置是影响烧结矿质量和生产效率的关键参数.针对烧结终点预测中存在的指导性不足、时效性差和可视化效果弱等问题，本文构建了包括物理实体、虚拟环境、多步预测、孪生数据和虚实连接在内的数字孪生五维模型，为烧结过程提供工艺参数监控和优化指导.在预测方面，首先进行数据预处理，然后采用灰色关联度分析(GRA)筛选特征变量，最后利用基于群体的训练方法(PBT)优化的深度时间卷积网络(DeepTCN)对烧结终点进行多步预测.实验结果表明，所提数字孪生模型在不同预测步长下具有较高预测精度，为烧结领域数字化、智能化转型提供了先进思路与技术方法.

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基于混合特征选择的BiGRU-Att烧结矿转鼓指数预测模型

栗潇通, 宋小龙, 范金鑫, 吴朝霞

2026, 47 (1): 107-114. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240127

摘要 ( 349 )

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PDF(1515KB) ( 14 )

由于烧结过程具有复杂且高维的过程变量及诸多不确定性因素，单一特征选择方法难以有效地选出最佳特征集，从而影响模型的预测准确性.为此，提出一种基于混合特征选择的BiGRU-Att烧结矿转鼓指数预测模型.首先，利用最大信息系数(MIC)从原始特征集中筛选出候选特征.然后，运用基于同时扰动随机逼近的特征选择方法(SPSA-FS)对候选特征集进一步优选.最终，将最佳特征集作为基于注意力机制的双向门控循环单元模型(BiGRU-Att)的输入进行烧结矿转鼓指数预测.与多种模型和单一特征选择方法的比较分析结果表明，本文提出的混合特征选择方法能够选出最佳的特征集，所建模型具有较高的预测精度，为烧结过程提供了可靠的决策支持.

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充氢时间对QP980钢拉伸性能和断裂行为的影响

阮昕懿, 尹晶晶, 常智渊, 兰亮云

2026, 47 (1): 115-122. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240129

摘要 ( 211 )

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PDF(5426KB) ( 15 )

采用电化学充氢与慢应变速率拉伸（SSRT）实验研究充氢时间对QP980钢复相组织氢脆特性的影响.应力-应变曲线结果表明，随充氢时间延长，抗拉强度与延伸率显著下降，但氢的存在不影响断裂前的加工硬化速率.断口形貌分析表明，在无氢情况下，试样中部为韧窝与准解理混合断裂，边缘部分为韧窝断裂；充氢后试样的混合断裂区增大，且随充氢时间的延长，准解理单元刻面尺寸增大.通过二次裂纹和组织观察发现，当氢浓度较低时，铁素体与马氏体的相界面成为裂纹源主要位置，裂纹沿马氏体与铁素体相界面扩展并被铁素体钝化，形成微孔缩聚式裂纹，表明此时氢致局部塑性理论(HELP)为氢脆主导机制；当氢浓度较高时，裂纹转变为发丝状裂纹并穿过基体铁素体组织内部，表明氢致弱键理论(HEDE)为主导机制.

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侧封板振动对双辊薄带铸轧熔池内凝固的影响

李萱萱, 蒋恩, 刘刚, 胡贤忠

2026, 47 (1): 123-130. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240139

摘要 ( 282 )

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对侧封板振动条件下双辊薄带铸轧熔池内凝固特性进行了数值模拟，分析了不同振动频率、振幅和浇铸温度对于双辊薄带铸轧熔池内钢液凝固的影响.设计了机械振动实验对数值模型的准确性进行验证.结果表明：振动的加入将会加速金属熔体的凝固速度，且随着振动频率的增大，熔融金属的凝固速度将得到进一步加快；侧封板处的热流密度大，导致钢液凝固速度增加，液相体积分数沿水平方向从侧封板到熔池中心逐渐降低；浇铸温度升高会导致熔池内糊状区减小，Kiss点位置降低.研究得出最优振动频率为13 Hz，最优振幅为0.5 mm，浇铸温度不宜高于1 860 K.

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整体式螺旋翅片管束结构参数对传热特性的影响

张丹枫, 董辉, 赵亮

2026, 47 (1): 131-137. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240130

摘要 ( 236 )

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为研究结构参数对整体式螺旋翅片管束间传热特性的影响，设计并制作了13组不同结构参数的整体式螺旋翅片管束，搭建了1∶1管束传热特性实验台，借此开展管束传热特性实验研究.研究结果表明：在生产可调范围内，适当增大烟气流速、翅片高度、翅片间距和纵向管距，可以提升管束的气侧Nu；横向管距对管束的气侧Nu影响不显著.基于实验数据，提出了描述整体式螺旋翅片管束气侧Nu的关联式，为后续管束热工参数优化数值计算提供理论基础.

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复合磁场下板坯连铸结晶器夹杂物颗粒的捕捉

曹平, 王长军, 李宝宽, 范正洁

2026, 47 (1): 138-144. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240132

摘要 ( 282 )

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PDF(2596KB) ( 17 )

针对连铸坯凝固均匀性及表面缺陷控制问题，本文建立了电磁搅拌和电磁制动复合磁场调控下的结晶器流动与凝固预测数学模型，利用WALE（wall-adapting local eddy-viscosity）大涡模拟方法以及一种简化的夹杂物捕捉准则，分析复合磁场调控对铸坯表面缺陷的控制机理.研究结果表明：夹杂物颗粒的捕捉位置主要出现在铸坯的外表层，复合磁场下宽面和窄面的凝固壳厚度之差比无电磁调控时降低了4.59%，复合磁场下夹杂物捕捉总量比无磁场时减少了47.21%.研究表明，电磁制动主要抑制凝固壳内夹杂物的捕捉，电磁搅拌的核心作用是促进流动和凝固均匀性.

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井-岩结合的EGS热流耦合数值模拟

于莹莹, 董辉, 赵亮, 徐寒露

2026, 47 (1): 145-152. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2026.20240133

摘要 ( 207 )

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现有研究忽视了井-岩耦合过程及深井筒传热效应，难以准确评估增强型地热系统（EGS）在干热岩中的采热性能.为此，本文基于COMSOL（多物理场仿真软件）构建了井-岩结合的三维热流耦合模型，分析了各因素对EGS采热性能的影响.模拟结果表明，EGS的采热过程主要依赖裂隙和井筒换热，其中裂隙贡献73%，井筒的换热占27%；在一注一采模式下，注采井间距为500 m时采热效果最佳，出口温度可达145.5 ℃；增加注水流量可提升出口温度，但会缩短热储寿命.通过调整井布局、优化流动传热路径发现：一注一采布局寿命长且出口温度高，而一注四采模式能获得最高采热量，是一注一采的3.1倍.

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