具有异质化功能特性的微血管网络数学模型研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81871454
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2805.生物医学系统建模及仿真
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Microvascular network is the fundamental functional unit in circulatory system. Due to the features of microvascular network, such as small size, high density, complex connection structure and uncertain boundary conditions and comprehensive regulatory processes, the mathematical model for the microvascular network has become one of the challenges in the research of simulation and modeling of physiological system. Fractal theory provides a basic modeling strategy for describing complex microvascular system. However, the existing methods failed to mimic the important functions like substance exchange and network regulation, mostly limited in the statistical analysis of blood vessel topological structure and parameters because of the neglecting of the network heterogeneity. The present study aims to develop the functional model of microvascular network based on the heterogeneous fractal theory. The work will introduce the topological and functional fractal characteristics of the microvascular network in the modeling, focusing on the heterogeneous expression of the fractal dimension in the microvascular network, the construction of the capillary elasticity network, as well as the heterogeneous regulation mechanism. Finally, a heterogeneous fractal mathematical model for the microvascular network will be established based on the experimental data of model animals. The outcome of the proposal will produce a complete solution for the study of functional microvascular network models, offer a reliable technical approach for physiological and clinical application, and contribute to the international development in this field.
微血管网络是循环系统最基本的功能单位,由于尺寸微小、密度高、结构复杂、边界条件不确定、调控过程繁多等特点,使得微血管网络数学模型成为生理系统仿真建模研究的难点之一。分形理论可以为描述复杂微血管系统提供基本建模方法,但由于缺乏对网络异质性的研究,现有方法多限于血管拓扑结构及参数的统计分析,难以仿真物质交换、网络调控等最为重要的功能特性。本申请拟开展基于异质化分形理论的微血管网络功能模型研究,引入微血管网络的拓扑及功能分形特性,重点解决微血管网络异质化表达方法、毛细血管功能性弹性网络构建、网络分形调控机制等关键问题,最终基于模式动物实验数据建立具有异质化特性的功能性微血管网络分形数学模型。本申请预计将形成微血管网络功能模型研究较为完整的解决方案,为微血管网络的生理、临床研究提供可靠技术方法,并在国际相关研究领域中产生影响。

结项摘要

本项目重点开展了微循环网络调控机制、微循环网络的拓扑及功能异质化特性等研究。解决了微循环网络长时程-短时程调控机制耦合难题,基于模式动物实验数据建立了脉动血流调制的长短时程微循环网络调控模型,定量分析了一氧化氮等对血管网络的调控过程。解决了兼顾表征异构血管网络中局部-全局信息的难题,应用分形分析技术建立了描述异质化血管网络空间及时间特征的数学模型,并实现了分形维数的可视化,研究结果揭示血管网络存在形态及功能的异质化特征,对深入了解血管再生中的时间及空间分布模式及其生理属性具有重要意义。本项目还开展了组织灌注模型技术研究,建立了重要脏器如肾脏、肺的微循环血流灌注分形模型,提出了基于小样本生理数据建立机器学习模型的方案,为研究成果在重症疾病诊疗中的临床转化及应用打下了基础。获得了1项省级科技进步二等奖,在国际微循环研究主流学术期刊发表了一批高水平论文,培养了多名青年研究人才,并开展了活跃的国内外学术交流活动,助力提升了我国微循环研究的国际影响力。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(3)
专利数量(1)
Preprocessing Unevenly Sampled RR Interval Signals to Enhance Estimation of Heart Rate Deceleration and Acceleration Capacities in Discriminating Chronic Heart Failure Patients from Healthy Controls
预处理不均匀采样的 RR 间隔信号以增强对心率减速和加速能力的估计,以区分慢性心力衰竭患者与健康对照
  • DOI:
    10.1155/2020/9763826
  • 发表时间:
    2020-03-31
  • 期刊:
    COMPUTATIONAL AND MATHEMATICAL METHODS IN MEDICINE
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Cao, Ping;Ye, Bailu;Pan, Qing
  • 通讯作者:
    Pan, Qing
Visualizing the spatiotemporal pattern of yolk sac membrane vascular network by enhanced local fractal analysis
通过增强局部分形分析可视化卵黄囊膜血管网络的时空模式
  • DOI:
    10.1111/micc.12746
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Microcirculation
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Li Peilun;Pan Qing;Jiang Sheng;Kuebler Wolfgang M.;Pries Axel R.;Ning Gangmin
  • 通讯作者:
    Ning Gangmin
A model of the pulmonary acinar circulatory system with gas exchange function to explore the influence of alveolar diameter
具有气体交换功能的肺腺泡循环系统模型探讨肺泡直径的影响
  • DOI:
    10.1016/j.resp.2022.103883
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    Respiratory Physiology & Neurobiology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Sheng Jiang;Zaiyang Fu;Peilun Li;Yanfei Shen;Qun Su;Guolong Cai;Gangmin Ning
  • 通讯作者:
    Gangmin Ning
An adaptive fractal model for sublingual microcirculation
舌下微循环的自适应分形模型
  • DOI:
    10.1016/j.mvr.2020.104101
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Microvascular Research
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Jiang Sheng;Li Peilun;Shen Yanfei;Yan Molei;Zhang Jian;Liu Mingming;Ning Gangmin;Cai Guolong
  • 通讯作者:
    Cai Guolong
A novel data augmentation method to enhance deep neural networks for detection of atrial fibrillation
一种新的数据增强方法,用于增强深度神经网络以检测心房颤动
  • DOI:
    10.1016/j.bspc.2019.101675
  • 发表时间:
    2020-02-01
  • 期刊:
    BIOMEDICAL SIGNAL PROCESSING AND CONTROL
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Cao, Ping;Li, Xinyi;Pan, Qing
  • 通讯作者:
    Pan, Qing

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其他文献

基于改进量子粒子群算法的微循环结构自调节模型参数优化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    生物医学工程学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘清;姚家良;王若帆;曹平;宁钢民;方路平
  • 通讯作者:
    方路平
基于并行计算的心脏冠状循环血流仿真研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    计算机仿真
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    方路平;姚家良;宁钢民;潘清
  • 通讯作者:
    潘清
劝导技术及其在自我健康管理中的应用与发展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国生物医学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾琳燕;陈进;蔡国龙;宁钢民
  • 通讯作者:
    宁钢民
结合序列学习和U型网络的海马体分割方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    计算机辅助设计与图形学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹平;盛邱煬;潘清;宁钢民;汪振杰;方路平
  • 通讯作者:
    方路平

其他文献

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宁钢民的其他基金

模式动物循环系统自适应数学模型研究
  • 批准号:
    81271662
  • 批准年份:
    2012
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  • 项目类别:
    面上项目
多尺度循环系统功能模型研究
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  • 批准年份:
    2009
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    面上项目
高血压优化治疗模型研究
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  • 批准年份:
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    28.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于实验数据的心血管系统数学模型
  • 批准号:
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  • 资助金额:
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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

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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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