基于磁化率虚部的磁纳米温度成像方法与关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61571199
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    67.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0125.医学信息检测与处理
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

This project intends to explore a non-invasive in vivo precise temperature imaging methods with resolution of up to 0.1 ℃, which enable non-invasive , quantitative and real-time assessment of the metabolism of human organs , biochemical reactions, neural activity. The existing contact or non-contact temperature measurement method is valid only for the surface or superficial temperature measurement with security and opaque constraints in living body. To solve this problem, our project intend to explore the two-dimensional or three-dimensional magnetic scanning imaging with integration of magnetic nano-harmonic measurement technology based on our previous achievements in temperature measurement by using magnetic nanoparticles and the fact that magnetic susceptibility can be remotely achieved. This system will lead to a new species in vivo temperature imaging equipment. Key scientific issues to be addressed are: 1) Research temperature the mathematical model based on the magnetization of magnetic nanoparticles under strong alternating magnetic field and gradient; 2 ) research on the bottlenecks in the rapid and high-precision temperature imaging using magnetic nanoparticles. The main innovations: 1 ) design of a new bias DC field excitation waveform with a strong gradient background, which make it possible for simultaneously measuring of multiple harmonics of magnetic nanoparticles; 2 ) pathological features Nano- temperature magnetic imaging model and its optimal solution. The key technology achieved in this project will realize a new scientific instruments and medical equipment with independent Intellectual property, which finally lead to social and economic benefits.
本项目拟探索一种分辨力0.1℃的实时温度成像技术,将可无创、定量地评估发生在活体内器官或细胞层面的热物理、热化学过程或神经活动。在安全性和光学不透明性约束下,磁纳米粒子试剂作为温度敏感元件监测发生在活体内的热过程,具有“磁透明”的优势。本申请书在前期磁纳米温度测量技术基础上,研制一种基于二维梯度场的磁纳米温度成像技术。拟解决的科学问题为:1)探索成像梯度场背景(干扰)下的磁纳米粒子温度传感的可行性及其数学模型;2)高精度、快速磁纳米温度成像中的弱磁测量电子学与快速测量信息学瓶颈问题。主要创新:1)在磁弛豫效应基础上,探索并提出了一种基于磁化率一次、三次谐波虚部的温度测量模型;2)研制了一种消除激励信号干扰的交流磁化率探测机械结构与电子学系统,可望显著提高交流磁化过程虚部信号测量的信噪比。本项目的研究将有助于实现一种0.1℃的、亚毫米分辨率的实时温度成像技术,经济与社会效益显著。

结项摘要

0.1℃分辨率细胞原位温度/代谢成像装置,将为探索生命活动中物质与能量交换奥秘提供从细胞到器官、到生命个体的跨尺度视角,从而将宏观生物物理、药理、病理关联到微观细胞。.本项目2015年立项以来,项目主持人深入探索0.1℃分辨率磁学测温问题。现已明确,MNP是迄今已知的、最高效的温-磁转换材料之一。主要研究内容如下:1)基于磁纳米粒子磁学特性与温度、浓度的Langevin物理模型,实现了多种磁激励波形激励的温度测试方法,刷新了磁学温度测量的新纪录,测量精度从0.54℃提高到0.05℃,突破Nature、Science杂志近10年10余篇报道的核磁共振非接触测温最高水平1℃。首次实现活体内高精度温度测量,被国际权威期刊MEAS SCI TECHNOL评为Highlight亮点论文。2)针对超快传热前沿探索,阐明探测线圈常数与时间分辨率、灵敏度间的竞争关系,发明了超快温度测量方法及系统。实现最快4.23纳秒脉冲的测量。激光脉冲加热测量实验,首次发现纳秒热波信号,证实极端条件下热的波动传递现象,支撑传热学热质理论的假设。.此外,本项目团队2016年成功研制国内首台2.5毫米分辨率磁性颗粒成像装置。UC Berkeley的P. Goodwill博士在MAGMEET 2018邀请报告的“History of MPI”提到,国际上10家机构掌握并成功研制MPI设备,项目主持人团队(Huazhong(China))是其中一家。.项目团队累计授权发明专利21项,包括美国专利5项、中国发明专利16项。 “磁纳米温度测量”主题成果占美国专利库总计7项中的5项,在“Web of Science”或中国发明专利库也排名第一。截止到2019年12月,Web of Science共205条“磁纳米温度测量”主题检索,本团队占42条。作者前五(刘文中、钟景、杜中州、JB Weaver,PC Morais)中的三人来自项目主持人团队。获湖北技术发明一等奖。德意志国家科学院院士、德国PTB院长J. Ullrich评价申请人团队研究成果填补了在体温度测量的空白。此外,磁性颗粒成像研讨会创始主席、德国院士Buzug评价本项目团队“毫无疑问是本领域充满创新精神的领先者”。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Characterization and Relaxation Properties of a Series of Monodispersed Magnetic Nanoparticles
系列单分散磁性纳米颗粒的表征和弛豫性能
  • DOI:
    10.3390/s19153396
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Sensors
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhang Yapeng;Cheng Jingjing;Liu Wenzhong
  • 通讯作者:
    Liu Wenzhong
Design and use of a very stable magnetic nanothermometer
非常稳定的磁性纳米温度计的设计和使用
  • DOI:
    10.1088/0957-0233/27/4/045901
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Measurement Science and Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Du Zhongzhou;Su Rijian;Wei Kai;Gan Yong;Liu Wenzhong
  • 通讯作者:
    Liu Wenzhong
Nanosecond-resolved temperature measurements using magnetic nanoparticles
使用磁性纳米粒子进行纳秒分辨率温度测量
  • DOI:
    10.1063/1.4948737
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Review of Scientific Instruments
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Xu Wenbiao;Liu Wenzhong;Zhang Pu
  • 通讯作者:
    Zhang Pu
Real-time and quantitative isotropic spatial resolution susceptibility imaging for magnetic nanoparticles
磁性纳米颗粒的实时定量各向同性空间分辨率磁化率成像
  • DOI:
    10.1088/1361-6501/aa9a55
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Measurement Science and Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Pi Shiqiang;Liu Wenzhong;Jiang Tao
  • 通讯作者:
    Jiang Tao
Optimal Anti-Noise Ability and High Sensitivity in Magnetic Nanothermometry
磁纳米测温仪的最佳抗噪声能力和高灵敏度
  • DOI:
    10.1109/tnano.2016.2538263
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Nanotechnology
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Pi Shiqiang;Zhong Jing;Wei Kai;Liu Wenzhong
  • 通讯作者:
    Liu Wenzhong

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其他文献

The key information provided by low frequency alternating currentsusceptibility measurements.
低频交流电磁化率测量提供的关键信息。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    杜中州;刘文中;钟景
  • 通讯作者:
    钟景
Visual Perception-based Statistical Modeling of Complex Grain Image for Product Quality Monitoring and Supervision on Assembly Production Line
基于视觉感知的复杂颗粒图像统计建模,用于装配生产线产品质量监控和监督
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    PLoS ONE
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    张进;陈青;徐鹏飞;刘文中
  • 通讯作者:
    刘文中
Visual Perception-based Statistical Modeling of Complex Grain Image for Product Quality Monitoring and Supervision on Assembly Production Line
基于视觉感知的复杂颗粒图像统计建模,用于装配生产线产品质量监控和监督
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    PLos One
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    张进;陈青;徐鹏飞;刘文中
  • 通讯作者:
    刘文中
Quality­Related Monitoring and Grading of Granulated Products by Weibull­Distribution Modeling of Visual Images with Semi­supervised Learning
通过半监督学习的视觉图像威布尔分布建模对颗粒产品进行质量相关监控和分级
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2024-09-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐朝晖;徐鹏飞;刘金平;刘文中;朱建勇;张进
  • 通讯作者:
    张进
Application of statistical modeling of image spatial structures to automated visual inspection of product quality
图像空间结构统计建模在产品质量自动视觉检测中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Process Control
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    桂卫华;刘文中;徐鹏飞;朱建勇
  • 通讯作者:
    朱建勇

其他文献

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刘文中的其他基金

基于氮空缺钻石的高分辨率磁学温度成像方法
  • 批准号:
    61973132
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于磁纳米粒子的靶向热疗温度精密测量方法及其实现技术
  • 批准号:
    61174008
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    59.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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