面向小动物模型的功能PAT多生理参数定量成像方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61901342
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.5万
  • 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:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

This project intends to develop the functional photoacoustic tomography (f-PAT) to achieve quantitative imaging of multi-physiological parameters of the small animal model with high spatial resolution, focusing on three important aspects in f-PAT technology: acoustic inversion, optical inversion and physiological parameters calculation. To improve the reconstruction quality of the initial pressure image under the limited-view measurement condition, the deep neural network driven by the PAT reconstruction model is constructed. To realize the quantitative reconstruction of the optical absorption coefficient distribution in the target region, the high-order approximation of radiative transfer equation, which is more suitable for describing photon propagation process in small animals, is introduced. Meanwhile, a more accurate nonlinear iteration strategy for calculating the optical absorption perturbations is proposed. Furthermore, to achieve effective estimation of multiple physiological function parameters in vivo, the multispectral unmixing algorithm based on physiological prior information constraint and an advanced method for kinetic parameters calculation are introduced. In summary, this research can provide the theoretical and methodological support for the study of physiological and pathological mechanisms of biological tissues and the efficacy assessment of antineoplastic drugs.
本项目拟发展体系化的功能光声层析成像(f-PAT)技术,以实现小动物模型的多生理功能参数分布在体高空间分辨率定量成像为目标,围绕f-PAT技术中紧密连接的声学求逆问题、光学求逆问题以及生理参数求逆问题三个重要环节展开研究。构建PAT重建模型驱动的深度神经网络架构,以提高有限角度测量条件下目标区域初始声压图像的重建质量;选择更适合小动物模型的光子输运高阶建模,提出更准确的微扰量非线性迭代求解策略,实现对目标区域光学吸收系数分布的定量重建;研究基于生理先验信息约束的多光谱组分离析算法和动力学参数估计方法,最终实现多生理功能参数定量求解,为生物组织生理与病理学机理研究以及抗肿瘤药物疗效评估提供理论和方法支持。

结项摘要

为有效利用光声断层成像(PAT)实现生物组织生理与病理学机理、抗肿瘤药物疗效的精准可视化评估,本项目发展了体系化的功能光声断层成像(f-PAT)技术。面向f-PAT技术中“声学初始声压重建问题”,构建了“Transformer-卷积”混合深度重建网络,实现了稀疏角度测量条件下初始声压的精准重建;发展了三维PAT加速重建方法,实现了重建图像轴向分辨率的提升以及三维重建效率的提高。接着针对“光学吸收参数定量问题”,发展了结合光子输运高阶模型与非线性迭代更新的定量PAT(q-PAT)方法,对具有中小尺寸复杂结构且呈现大吸收或小散射的生物组织实现了区域光学参数分布的准确定量。在前两项研究基础上,进而瞄准“光谱学功能生色团解混问题”,提出了一种结合空间正则化与半监督光谱解混的多光谱PAT(MSPAT)重建方法,最终实现了对外源性探针光谱和各生色团浓度图的同步优化重建。本项目实现了上述三个研究成果的连通应用,生物学在体成像实验表明上述f-PAT方法的有效性,团队正在积极推动该项技术的临床前应用。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
Nonlinear iterative perturbation scheme with simplified spherical harmonics (SP3) light propagation model for quantitative photoacoustic tomography
用于定量光声断层扫描的具有简化球谐函数 (SP3) 光传播模型的非线性迭代扰动方案
  • DOI:
    10.1002/jbio.202000446
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Biophotonics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Wang Yihan;Xu Menglu;Gao Feng;Kang Fei;Zhu Shouping
  • 通讯作者:
    Zhu Shouping
Compact fiber-free parallel-plane multi-wavelength diffuse optical tomography system for breast imaging
用于乳腺成像的紧凑型无光纤平行平面多波长漫射光学断层扫描系统
  • DOI:
    10.1364/oe.448874
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Wang Yihan;Li Songpeng;Wang Yirong;Yan Qiang;Wang Xin;Shen Yudong;Li Zhiqiang;Kang Fei;Cao Xu;Zhu Shouping
  • 通讯作者:
    Zhu Shouping
基于时域光声信号的谱分析技术及其在生物医学领域的应用
  • DOI:
    10.3969/j.issn.0258-8021.2022.04.009
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国生物医学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑佳欣;田蕊;刘明晴;昝克华;王艺涵;朱守平
  • 通讯作者:
    朱守平
Painted radioluminescence imaging with radioluminescent nanophosphors
使用放射发光纳米磷光体绘制放射发光成像
  • DOI:
    10.1063/5.0130428
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Bai Tingting;Kang Fei;Zhu Shouping;Chen Xueli;Wang Yihan;Cao Xu
  • 通讯作者:
    Cao Xu
Full-frequency correction of spatial impulse response in back-projection scheme using space-variant filtering for optoacoustic mesoscopy
使用光声介观空间变滤波对反投影方案中的空间脉冲响应进行全频校正
  • DOI:
    10.1111/sed.12360
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Photoacoustics
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Lu Tong;Wang Yihan;Li Jiao;Prakash Jaya;Gao Feng;Ntziachristos Vasilis
  • 通讯作者:
    Ntziachristos Vasilis

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其他文献

机器学习在聚合物材料研究中的应用研究进展
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    高校化学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王艺涵;贾丹;詹胜鹏;徐宛星;李健;段海涛
  • 通讯作者:
    段海涛

其他文献

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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

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          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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