In radiation oncology, it is usually difficult and time-consuming to manually profile the targets in the head and neck. Therefore, it is very necessary to develop an automatic medical image segmentation method, which not only saves time and energy, but also avoids the subjective variations among different physicians. In this work, we used positron emission computed tomography and computed tomography image data to segment head and neck tumors, and realized more accurate segmentation by using the complementary information between them. The network was developed based on the U-Net architecture, and an inception module was added into the encoder module. In addition, dense modules and spatial attention are added to the decoder to improve the network performance. Experimental results show that our method outperforms the other U-Net networks. Quantitatively, the dice similarity coefficient, recall rate and Jaccard similarity coefficient are found to be 0.782, 0.846 and 0.675, respectively. Compared with the original U-Net, these results corresponds to an improvement by 6.8%, 13.4% and 9.8%, respectively. The 95% Hausdorff distance is found to be 5.661,which is 1.616 smaller than the original U-Net. In conclusion, this study demonstrates that the inception spatial-attention dense U-Net model can effectively improve the segmentation accuracy on the head and neck tumor PET-CT images.
在片上系统(system-on-chip,SoC)芯片中,由于各功能部件在频率、活跃度等方面存在差异,导致产热分布不均的问题比较突出,严重影响芯片的可靠性和使用寿命.针对这一问题,该文设计了一种面向 SoC 芯片的多区域温度控制系统.首先,通过片上总线技术进行分布式多区域温度采集,以获取 SoC 芯片的多区域温度信息.然后,设计了兼顾全局与局部温控的温度控制机制.该机制基于温度采集阶段的实时数据,通过协调时钟降频、中断以及脉冲宽度调制散热等方式进行局部或全局芯片温度管理与控制.同时,用户可以通过主控程序调整系统参数,使系统与各种温度控制场景兼容.该文在一种大规模众核 SoC 平台上进行了温度控制系统的测试.实验结果表明,该文提出的温度控制系统可有效减缓 SoC 工作时的芯片温度上升速度,并将芯片区域最高温度控制在用户所设定的极高温临界值±3℃范围内,表明该温度控制系统用于 SoC 芯片的温度控制是可行的.
开发高效的 Ni 基加氢催化剂,实现 1,4-丁炔二醇加氢定向合成 1,4-丁二醇,是构建煤基初级化学品高值化延伸产业链的关键.针对目前广泛采用的 Raney Ni 催化剂,无载体支撑,存在活性比表面低、加氢选择性差等问题,该文制备了以发达孔隙结构的活性炭(active carbon,AC)为载体的Ni/AC 催化剂,结合表征手段探讨了催化剂结构与性能的构效关系.研究结果表明,随着 Ni 负载量的升高,活性炭表面暴露的活性镍物种先增加后减少,加氢活性也呈火山形分布.25Ni/AC(Ni 的质量分数为 25%)催化剂对 1,4-丁二醇的选择性最高,达 86.2%,对半加氢产物 1,4-丁烯二醇与半缩醛 2-羟基四氢呋喃的选择性分别为 1.2%与 6.8%.造成此现象的原因是该样品中高分散的活性 Ni 提供了大量活性氢,促进了加氢反应.低 Ni 负载量的催化剂因 Ni 活性中心间距较远,表面活性 H 密度低,而易于发生异构副反应生成半缩醛 2-羟基四氢呋喃.当 Ni 负载量较高时,Ni 聚集造成加氢活性下降.
凝血酶-抗凝血酶复合物(thrombin-antithrombin complex,TAT)是人体凝血和抗凝血平衡的产物,反映人体的凝血状态,其检测结果可用于血栓性疾病的辅助诊断.该研究建立了人血浆样本中TAT 化学发光免疫分析检测方法,并对其性能进行评估.该研究以 TAT 为免疫原制备杂交瘤抗体,以双抗体夹心模式建立 TAT 化学发光免疫分析检测方法.经过反应优化,磁珠浓度和吖啶酯抗体浓度确定为 0.20 g/L 和 0.2 mg/L,样本量为 50 μL,在 37℃条件下,磁珠抗体和待测物孵育 5 min,再与吖啶酯标记抗体孵育 5 min.结果表明,该方法与含有凝血酶原(0.20 mg/mL)和抗凝血酶 Ⅲ(0.31 mg/mL)的样本没有交叉反应,且与日本希森美康的 TAT 试剂的检测结果相关性较高(r＞0.95).此外,该方法的各项性能指标良好:空白限 LoB≤0.20 ng/mL,检出限 LoD≤0.40 ng/mL,在 0.40～120 ng/mL 范围内的线性相关系数为 0.998,准确度在±8%的范围内,可满足临床上对血栓性疾病进行辅助诊断的需求.
空间特殊环境会引起宇航员机体损伤,机体生理指标的监测对损伤机制和保护手段的研究至关重要.人体长期处于微重力环境,会引起线粒体功能紊乱.线粒体膜电位是线粒体功能是否正常的重要参考指标,因此,快速、简便地监测模拟微重力环境下线粒体膜电位具有重要意义.该文利用线粒体靶向聚集诱导发光探针 TPE-Ph-In 实现了对细胞的免洗和长周期染色,以及在微重力环境下对线粒体膜电位的成像监测.此外,为克服长时间微重力环境下细胞贴壁不牢固的问题,利用水凝胶 Matrigel 包裹细胞进行培养,用 TPE-Ph-In 进行成像,构建了 AIE 探针-水凝胶 3D 成像体系.该文为探究细胞的微重力效应提供了新的研究方法与思路.
过量谷氨酸所致神经兴奋毒性是脑卒中等严重神经系统疾病中脑细胞损伤的主要原因.电化学技术是当前研究中枢神经系统谷氨酸递质的重要检测手段,可对病灶内神经兴奋毒性的特性、程度等进行快速准确的检测评估.因此,谷氨酸传感器的研究与应用对制定更为全面的治疗方案、脑保护策略以及研发新药等都具有重要意义.基于纳米技术、新型生物酶、光刻与印刷技术、晶体管技术的发展,电化学检测谷氨酸技术与应用也得到了大力推动.该文对适用于中枢神经系统谷氨酸检测的电化学传感器的检测原理、传感器设计与制备工艺及其应用等方面的研究进展进行了综述,并对其未来发展趋势进行了展望.
聚集诱导发光分子因其高效的发光性质而被广泛应用于生物成像、光波导和电致发光等领域,但在光信息存储领域还鲜有研究.与其他光存储材料相比,聚集诱导发光分子的局域密度变化会引发荧光强度的变化,这在光存储领域是一个显著优点.该文针对聚集诱导发光分子的特性,讨论了该类分子在超分辨光存储领域的可能应用方式,以及需要解决的关键问题.
基于结构磁共振影像的孤独症分类对孤独症疾病的早期筛查和精准诊断具有重要意义，但受数据噪声及样本不足的影响，基于结构磁共振影像的孤独症分类模型的准确率并不理想。该文提出一种新的数据增强模型，并采用孤独症脑成像交换数据库I中的密西根大学样本库1数据集进行模型测试，随机选取密西根大学样本库1数据集中的78个样本进行实验，以对孤独症分类准确率进行评估。实验结果显示：该方法在500次实验的494次（98%以上的实验）中能够将分类准确率提升10%～20%，在不增加数据量的情况下显著提升了孤独症的分类准确率。通过分析准确率提升和标注变化比例之间的关系，该文进一步对数据标注噪声的问题进行了探讨。
由于受到能隙定律的严重约束,激发态的有机红光材料的非辐射衰减较大,从而导致其荧光量子产率普遍较低.该文利用电子给/受体(donor-acceptor,D-A)之间不同的连接方式,在有无苯环作为 π 桥的情况下合成了 AQ-2DPAC 和 AQ-2PDPAC 两种红光蒽醌材料.并系统地研究了上述两种材料的电子结构、热性能、光物理性能和电致发光性能,以评估苯环作为 π 桥对材料发光性能的影响.两种蒽醌材料采取高度扭曲构造,均具有优良的聚集诱导发光和延迟荧光特性.该研究表明,就两种电荷转移发光材料而言,苯环作为 π 桥的引入使 D-A 得到了更有效的分离,并减小了最低单重态和三重态激发态之间的能级差,提高了辐射复合速率,从而提高荧光量子产率.因此,荧光量子产率从 D-A型分子 AQ-2DPAC 的 19%显著提升至 D-π-A 型分子 AQ-2PDPAC 的 52%.采用 AQ-2PDPAC 发光材料的有机发光二极管器件性能更为优异,最大外量子效率为 13.7%,最大亮度为 12 260 cd·m-2.
玻璃通孔转接板是一种典型的垂直传输结构,广泛应用于三维集成封装电路.根据射频信号对小直径、窄节距垂直通孔的使用需求,该文基于光敏玻璃衬底,采用紫外光曝光、热处理以及湿法刻蚀方法,获得了深宽比为 8∶1,最小直径为 25.68 μm 的玻璃通孔.通过研究曝光量对光敏玻璃通孔制备工艺的影响,得到曝光过程中光敏玻璃的改性机理.实验结果表明,随着曝光量增加,通孔孔径增大;光敏玻璃改性过程是由表及里、由正面至背面的逐渐改性过程.这为玻璃通孔转接板的制备提供关键工艺支撑.
集成电路技术的进步不断推动着芯片向高集成度和高性能的方向发展,随之而来的高密度热流带给芯片热管理的挑战也日益严峻.聚合物由于具有柔软的力学性能,且易于加工,十分适合作为电子产品中的导热材料.目前,聚合物的导热性能较低,向其中填充高导热填料,制备高导热的聚合物基复合材料是实现其工业化应用的主要手段.该文综述了近年来以液态金属为填料的聚合物基导热材料的研究现状及应用.液态金属在聚合物基体中的结构分布可分为非连续分布、单向连续分布及三维连续分布.针对不同液态金属分布结构的聚合物基复合材料,结合前人的研究工作,该文分别介绍了热界面材料传热机理,聚合物基液态金属的相关制备方法,所得复合材料的导热特性以及其面临的技术瓶颈.最后,对液态金属填充型聚合物基导热材料的未来研究方向进行了展望.
图像超分辨率是底层视觉领域的一项代表性任务，相关研究发现，图像某个像素位置的重建质量与其周围的背景有关。基于这一发现，该文探索了通过分割输入图像解释网络的新视角，提出了一种简单组合数据集，该数据集信息量丰富，但单张图中仅包含单一的纹理信息。实验证明，与目标区域纹理相近的背景，较有利于模型在该区域的超分辨率重建；对比分析注意力机制与传统卷积神经网络，结果显示，注意力结构更能帮助网络关注长程有效信息。
在制药领域,严重急性呼吸综合征冠状病毒2型的暴发推动了 mRNA疫苗的开发,并使其迅速发展.与其他形式的疫苗相比,mRNA疫苗生产过程简单,安全性优于DNA疫苗;mRNA编码的抗原易于在细胞中表达;mRNA无须在细胞核中转录,因此没有整合到宿主基因组的风险.然而,mRNA疫苗也存在局限性,如可能产生过敏、肾衰竭等严重副作用,或在注射后可能迅速降解,或引起细胞因子风暴.因此,需解决mRNA疫苗的免疫原性及递送效率等问题.该文从mRNA疫苗的发展开始,重点讲述mRNA疫苗的分子设计、递送系统及临床现状,为后续mRNA疫苗的发展提供一些思考.
重大科技基础设施是我国建设世界科技强国的"国之重器",可持续推动重大原创成果的产出,加快创新要素的整合及高端产业的突破.随着新一轮科技革命发展和经济全球化推进,国际竞争日趋复杂化,重大科技基础设施发展进入新阶段,同时面临新的挑战.该文通过梳理分析重大科技基础设施发展新态势,以及运行管理面临的挑战,探讨新时期下重大科技基础设施运行管理路径,对提高重大科技基础设施的建设和运行管理水平具有参考和借鉴意义.
热电能量转换系统可实现热能和电能的直接转换.在一个完整的热电系统中,热电器件与冷热端换热器组成热阻网络,该热阻网络与冷热源之间的换热对系统性能具有决定性影响.该文从网络节点间的耦合传热关系出发,分析了外部换热对系统内部温度分布的影响,得到了实际热环境中热电系统输出性能的近似理论表达式.在此基础上,该文建立了外部换热条件与系统峰值输出功率的直接关系,并提出一套热电能量转换系统设计策略,可用于热电发电系统的快速设计.
他扎罗替尼诱导基因2(tazarotene-induced gene 2,TIG2)的产物chemerin是孤儿G蛋白耦联受体趋化因子样受体1(chemokine-like receptor 1,CMKLR1)的内源性配体.chemerin/CMKLR1信号系统在体内多组织器官发挥着重要的功能和作用.chemerin的C端在体内被蛋白酶切后形成多种亚型,该文通过Alphafold2对chemerin的6种亚型进行结构预测与建模,并将其中有活性的3种形式与CMKLR1进行复合体建模,对复合体进行结合位点分析后,阐明不同活性形式的差异结合位点.此外,将CMKLR1的小分子拮抗剂2-(α-萘甲酰基)乙基三甲基碘化铵(2-(α-naphthoyl)ethyltrimethylammonium iodide,α-NETA)与CMKLR1进行对接,确定二者的相互结合位置.实验结果从蛋白质分子结构层面解释了两点:(1)具有活性的chemerin与CMKLR1的互作方式;(2)小分子拮抗剂α-NETA与CMKLR1的互作方式.研究内容将为CMKLR1的靶向药物设计提供理论依据和实验基础.
纳米铜焊膏在低温烧结后可形成耐高温、高导电导热同质互连结构,该互连结构不仅可避免锡基焊料层和烧结银层服役过程中出现桥接短路和电迁移的可靠性问题,还可解决异质互连结构热膨胀系数不匹配的问题,在集成电路和功率器件封装领域具有重要应用价值.近年来,在铜纳米颗粒稳定性和低温烧结性能方面,纳米铜焊膏烧结互连技术取得了重大研究进展.但与纳米银焊膏烧结互连技术相比,纳米铜焊膏的稳定性、低温烧结性能和可靠性仍有较大提升空间.该文从烧结互连机理、烧结工艺调控、铜纳米颗粒表面改性、纳米铜基复合焊膏、互连可靠性和封装应用方面,阐述了纳米铜焊膏烧结互连技术的最新研究进展,并对后续的技术发展和研究思路进行了展望.
机械通气过程中人机不同步(patient-ventilator asynchrony,PVA)是常见问题.随着智能生理闭环通气成为呼吸机的主要发展方向,机械通气过程将不再局限于传统的通气模式,且针对PVA的智能识别模型,现有技术存在弱泛化性和高复杂度的特点.为此,该文的主要工作是:首先,将定压型与定容型通气模式的混合作为样本;其次,设置Hold-out和留一法两种交叉验证实验,以验证混合通气模式下PVA的识别任务可行性.此外,为提高PVA识别任务中模型的泛化性能,该文提出了基于相空间重建的卷积神经网络(phase-space reconstruction-based convolutional neural network,PSR-CNN)模型,通过交叉验证对现有公开报道的方法做模型选择.在模型构造过程中,相空间重建的最优时间延迟参数和嵌入维度分别使用平均互信息和伪近邻算法估计;在交叉验证过程中,同时使用降采样和补零技术,以保证实验的正常运行.结果显示,就全局指标accuracy和F1-score而言,该文提出的PSR-CNN模型,分别高出对比模型约7％和6％;且PSR-CNN单个样本的平均训练耗时最短,约2 ms.综上所述,该文探索了混合通气模式下PVA识别的可行性,且在该任务的框架内提出了 PSR-CNN模型,提高了 PVA分类任务中模型的泛化性能,降低了模型的复杂度.该文的工作对呼吸机在工程上的智能化发展具有重要参考意义与应用价值.
该文回顾了过去几十年脑机接口技术取得的成果,以及脑机接口科研成果向临床医疗器械转化过程中,将会面临的挑战.对此,该文首先介绍了脑机接口技术常用的信号源,包括脑电图、皮层电图和皮层内电信号及其特点;其次叙述了对商用脑机接口产品的解码能力和信息双向闭环的考量,讨论了目前脑机接口商用机设计中存在的稳定性、生物相容性挑战;最后阐述了植入式脑机接口向医疗器械转化过程中,产业化发展的政策、资金和技术路线的协同发展问题.
半导体器件的集成化和小型化不可避免地导致散热问题发生.热量的持续累积威胁着电子的性能、稳定性和寿命.因此,提高电子器件的散热能力对其稳定运行至关重要.金刚石作为一种高效的散热衬底,具有众多无可比拟的优势,越来越受到人们关注.该文综述了金刚石作为半导体高功率器件热沉的研究进展,简要介绍了金刚石与半导体器件的连接方式,总结了金刚石基半导体器件面临的技术挑战,展望了其未来发展方向.
