【睿智答答已上线 | CT成像离不开数学的作用】#科学答人[超话]# #科普中国·科学答人#

#深夜大明白# 图像是人类探索自然非常重要的一类工具,进入21世纪之后,图像更是无处不在。科学研究中,使用显微镜可以让我们观察物质和生命体的微观结构;借助望远镜,可以让帮助我们揭开浩瀚宇宙的奥秘;通过卫星遥感,可以让我们方便快捷的观测到地面的情况、对未来天气变化进行预测。在平时生活中,手机拍照非常的方便,拍后可以用各种各样的图像处理软件处理照片。自动驾驶领域中,可以通过相机来实时判断路面状况;视频监控时,也可以根据视频拍摄的图片,做人脸识别等大数据分析。在电脑特效和动画领域,也需要大量的图像处理、渲染及数值仿真模拟,产生各种各样非常逼真的影像。这些内容的实现,全都离不开数学。

这里我们介绍下医院中最常用也是最重要的医学影像之一,CT成像。CT的全称叫Computed tomography,中文翻译为断层扫描技术。其实也解释了CT成像的基本原理:一片一片扫描人体,每次扫描后把得到的数据记录下来。

现代CT设备的成像质量非常高,CT呈现的是一个三维的图像,我们也可以观察其XY、YZ和XZ三个不同截面上的二维图像,从这里面可以清晰地看到人体软组织结构及骨骼上的任何病变。那么,数学在这里面起到了什么样的作用?我们是如何通过数学获得这种高质量图像的?

背后一个最重要的数学工具叫Radon变换(拉东变换),以澳大利亚数学家Radon的名字来命名。想了解Radon变换的话,需要具备微积分的相关知识。

通过Radon变换来描述CT成像是第一个数学问题,就是机器是怎么采集数据的。第二个数学问题就是,我们得到这个数据之后,怎么转换成医生想要的CT图像。这个对应的数学基础就是如何求解大规模的线性方程组。在这里面作出重要贡献的是波兰数学家Kaczmarz,他在1937年描述了怎么用一种迭代方法来求解大规模的线性方程组。采用这种算法,就可以重建出医生想要看到的CT图像。基于Kaczmarz这个迭代算法,曾获得诺贝尔医学奖的科学家Cormack,设计出了一个高效的迭代算法,叫做代数重建算法,从而实现了从采集到的数据,反演得到医生想要看到的CT图像的过程。

CT图像重建至今仍然是一个非常前沿的研究课题,我本人也在CT成像中做了很多工作。我们在不断追求的目标是把X光对人体的伤害降到最低,同时把CT成像的质量提到最高。

下一个例子就是电脑特效与动画。如果我们想要让计算机产生一个特效动画,需要什么样的数学工具呢?

首先,我们要思考一个虚拟的物体或者人,如何在电脑中表达,这就涉及到第一个问题,就是几何体的数学表达。

粗略来讲有两种不同的表达方式,第一种叫三角剖分曲面。一个三角剖分曲面是由众多三角形组成,每一个三角形都是由顶点、边和面组成,这是一个非常精巧的数学结构。用三角剖分可以构建非常复杂的曲面结构,同时也可以在这个曲面上做非常复杂的计算,比如算这个曲面的局部曲率、曲面的表面面积,以及在曲面上求解方程。

另外一种表达叫隐式表达,最有代表性的例子是水平集函数表达。我们想象有一个二元函数,这个函数在x、y和z平面呈现的形态像一个山包,所谓的水平集,就是这个函数值z等于一个固定数值的所有点x,y组成的集合。可以想象你用一个水平的平面去切这个函数,交点组成的集合就是一个水平集。通常我们考虑0水平集,即所有函数值为0的点组成的集合。

有了水平集的表达之后,就可以很方便地去做一些复杂的动画模拟。比如做一个水珠分裂成两个水珠的动画,可以把水珠对应的水平集函数逐渐向下拉,展现的动画形态就是从一个连通的区域(一个水珠)慢慢地断裂,变成两个区域,即实现了一颗水珠分裂成两颗水珠的动画。

如果想生成非常复杂的动画或电脑特效,得让几何体能够动起来。用数学方法,严格来讲叫数值计算,不但能让几何体动起来,而且还能动得非常逼真。比如,电影《终结者》里面的液态机器人,慢慢地被液化;电影《加勒比海盗》中世界尽头的大漩涡,这里面牵涉到的都是对液体的模拟。对液体的模拟,需要用刚才所提到的水平集函数,求解一个非常复杂的微分方程。当然,其他动画效果也大多基于物理规律来求解微分方程,从而做出非常逼真的模拟。

上面提到的这些工作都是一个非常著名的应用数学家、计算机科学家Ronald Fedkiw做出来的,他是斯坦福大学的教授,同时也是我的师兄。我们的博士导师都是加州大学洛杉矶分校(UCLA)著名应用数学家、美国科学院和工程院院士Stanley Osher。因为Fedkiw在流体模拟特效领域作出了卓越的贡献,他获得了2008年奥斯卡技术成就奖。

所以,有时候我跟学生们半开玩笑地讲,做数学的也是有可能获得奥斯卡的。据我师兄Ronald Fedkiw回忆,得奖的时候他非常激动,除了获得荣誉,还因为颁奖人是他心中的女神Jessica Alba,这两个原因都让他对那一刻终身难忘。(内容出自1月16日首都科学讲堂北京大学北京国际数学研究中心长聘副教授董彬演讲内容)(图源:视觉中国)

江西省财政厅朱斌厅长专门接受记者采访,对《预算报告》进行了解读。

请简要介绍2020年江西省预算执行情况?

2020年,全省财政总收入完成4048.3亿元,增长1.2%;一般公共预算收入完成2507.5亿元,增长0.8%;一般公共预算支出6666.1亿元,增长4.4%。总体来看,财政运行呈现“收入转正、质量提升、支出有力”三个特点。

一是收入转正。财政总收入自5月份起增速逐月向好,在10月份实现“转正”,持续好于全国财政收入增速;一般公共预算收入总量居全国第15位,与上年位次持平,“十三五”期间提升5位。所有设区市、86个县(市、区)财政总收入实现正增长。

二是质量提升。全省税收收入占财政总收入比重达到80.1%,较一季度回升2.1个百分点;一般公共预算收入中税收收入占比达到67.9%,在全国排位由一季度的第28位回升至第23位。主要得益于产业税收回暖,全省工业税收由一季度的下降10.8%缩窄至全年下降0.8%,卷烟、有色、非金属矿物制品等传统产业税收保持平稳增长,电子信息、通用及专用设备制造等新兴产业税收增势较好,税源结构不断优化。

三是支出有力。全省一般公共预算支出增速连续六年高于财政收入增速,持续保持较高支出强度,为经济社会发展提供扎实财力保障。支出结构不断优化,重大战略部署和基本民生等各项重点支出得到有效保障。其中,聚焦疫情防控,筹集投入70.4亿元,保障患者救治、医护人员待遇、药物研发、防控物资供给等资金需求;倾力民生保障,用于教育、社保、农林水、住房保障等民生领域的支出占比近八成。

2020年是脱贫攻坚决战决胜之年,又面临疫情等不利影响,请问财政部门做了哪些工作?

2020年是全面建成小康社会收官之年,高质量完成脱贫攻坚,是政治硬任务。省财政厅坚定不移落实省委、省政府应对疫情坚决打赢脱贫攻坚战十条意见,巩固既有成绩,再接再厉,目标不松、力度不减,确保高质量如期打赢脱贫攻坚战,推动贫困地区全面“摘帽”。

从宏观政策层面看,我们坚持注重“三个结合”:

与疫情防控相结合。加大财政扶贫投入,优先向疫情影响较大、脱贫任务较重的地方倾斜;及时做好受疫情影响较大的贫困户“两不愁三保障”工作,落实好临时救助等措施,防止因疫致贫、返贫。

与乡村振兴战略相结合。继续抓好贫困地区基础设施建设的同时,聚焦脱贫攻坚巡视“回头看”指出的产业扶贫相关问题,重点发力,强化产业投入,提高政策实效,支持推进农村特色产业健康发展,增强“造血”功能,确保扶得起、稳得住、管的久。

与帮扶其他困难群体相结合。发挥政府作用保基本,支持保障城镇低保、特困、事实无人抚养儿童、重病重残人员等基本生活,确保小康路上不掉一人。https://t.cn/A65c2bS3

#杨天真晒张雨绮孕肚照##这里是江西#

【佛历2550年星盘泽度金天神】对于本命年、犯太岁年流年不利的除了我们周知的拉祜天神、个别的针对性转运法器外、这里介绍一款别于其它款的泽度金,大小合适、佩戴刚刚好这款泽度金背面外环有12星座组成的莲花盘符文、内环有nin nam lom fai (土、水、风、火)“能造四大”相扣、在圆觉经载,“能造四大”即四大皆空、乃指由地、水、火、风四大和合而成之人身。很好的诠释此圣物的暗寓、而正面由泽度金天神坐骑拉祜天神,也是最好的象征转运牌。加持上一点都不逊色;在同年入了三场法会、第一次在泽度金原庙、第二次在泽度金老家的那空丝坛玛喇的城皇庙、最后一次在司坛玛兰大帝纪念塔前举办的加持法会。功德上主转运、好运、绝处逢生、泽度金也叫拾来金、钱财不愁。 https://t.cn/R2Wx8V1


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