锂离子电池中重要正极材料体系的磁共振研究进展

锂离子电池得到了快速发展,并改变了我们的生活。锂离子电池正极材料的研究是提高电池性能的关键;而理解正极材料的性能与结构之间的关系、阐释正极材料的电化学反应机理(尤其是性能衰减与失效机理)有助于提高材料的能量密度和功率密度。磁共振技术(含核磁共振和顺磁共振)在过去三十多年的研究中不断进步,逐渐成为研究正极材料构效关系的关键技术之一。本文总结了几个重要的已经商业化的正极材料(LiCoO2、NCA、NMC和LiFePO4)的磁共振研究进展,展示了核磁共振、顺磁共振在正极材料构效关系研究中的重要作用;尤其值得一提的是原位技术的发展在电化学反应机理中逐渐显示出其重要性。本文有助于了解磁共振技术在电池材料研究中的重要价值,并进一步推动磁共振技术的发展。

介入磁共振技术进展

介入磁共振(MR)是一种借助磁共振成像(MRI)技术导引手术的新型治疗方式。尽管产品化MR介入系统早已问世,但在实际应用中仍然面临许多技术挑战。该文先从MR兼容性、成像实时性和图像质量等方面进行探讨,然后以MR测温技术为例,具体分析了测温成像中面临的一些技术问题。

低场核磁共振检测食品中总无机硫

在食品、药材的生产加工过程中,经常加入不同价态的含硫化合物进行漂白、防腐和抗氧化。过量使用这些物质会对人体产生损害。因此,应加强对这些物质的检测。本文中,笔者报道了一种基于低场核磁共振技术的检测食品中总无机硫含量的新方法。提出了一种简单的前处理方法,利用过氧化氢(H2O2)将食品样品中所有无机硫氧化至最高价态(硫酸根)。制备了一种含钡盐的水凝胶作为检测试剂。利用Ba^2+和SO4^2-之间的相互作用改变水凝胶中的化学环境,带来质子弛豫时间的改变。在模拟实验中,应用低场核磁共振分析仪测量了凝胶体系在不同浓度Na2 SO4溶液中的横向弛豫时间T2,初步得到了T2与SO4^2-浓度之间的关系曲线。本研究提出的方法成本低、耗时短、前处理简单,有望用于食品中无机硫的快速检测。

时域间断伽辽金-粒子模拟方法研究进展

时域间断伽辽金-粒子模拟(discontinuous Galerkin time-domain particle-in-cell,DGTD-PIC)方法采用非结构网格能准确描述复杂结构,采用高阶基函数进一步提高了计算的精度,同时避免了求解大型逆矩阵,在等离子体和高功率电磁学相关数值模拟方面具有广泛的用途。近年来国内外报道了大量DGTD-PIC方面的研究工作,该方法在核心关键技术方面已取得了许多突破性进展。为促进DGTD-PIC方法的发展及应用,本文对该方法在修正势的DGTD电磁场计算方法、复频移完全匹配层边界、非结构网格中带电粒子定位与电荷和电流分配等关键技术方面所取得的研究成果进行了详细介绍。

慢性脑卒中伴严重偏瘫患者经胼胝体相连皮质功能连接异常对运动恢复的影响

目的:探究慢性脑卒中重度偏瘫患者的经胼胝体连接脑区的功能连接改变及其与上肢运动功能恢复的相关性。方法:收集25例慢性脑卒中重度偏瘫患者康复干预1个月前后和32例健康受试者的静息态功能磁共振成像数据。利用自动解剖标记图谱(anmtomical automatic labeling,AAL)识别与胼胝体直接相连的32对同源皮质脑区并进行感兴趣区水平的功能连接分析,比较这些脑区的患侧半球内、健侧半球内以及半球间功能连接的组间、组内差异,并进一步将功能连接与患者上肢运动功能评分(Fugl-Meyer assessment of upper extremity,FMA-UE)进行相关性分析。结果:与健康对照组相比,卒中组康复干预前和干预后半球内总功能连接差异均不显著,而半球间总功能连接显著减弱(P<0.01,FDR校正);进一步分析发现,同源脑区比非同源脑区的半球间功能连接减弱更加明显,涉及前额叶、感觉运动区、顶叶、颞叶和枕叶。与干预前相比,卒中组干预后的患侧内侧眶回与健侧内侧额回间的功能连接显著增强(P<0.01,FDR校正)。相关性分析显示,卒中组干预前半球间总功能连接与干预前FMA-UE评分显著正相关(r=0.590;P=0.004)。有5条半球间功能连接与干预前FMA-UE评分显著正相关(P<0.05)。其中3条为同源脑区连接,涉及额下回盖部、腹侧运动前区和初级运动皮质。另外2条为非同源脑区间连接,分别是患侧外侧眶回与健侧额下回眶部之间的连接、患侧顶下小叶与健侧缘上回之间的连接。此外,卒中组康复干预前有3条非同源脑区半球间连接与FMA-UE评分变化量显著正相关(P<0.05),涉及初级运动皮质、初级感觉皮质、腹侧运动前区和颞上回。卒中组干预前后功能连接变化量与FMA-UE评分变化量无显著相关性。结论:经胼胝体相连脑区的半球间功能连接下降可能是影响慢性期脑卒中运动功能障碍持续存在的重要因素之一。感觉运动脑区之间以及健侧感觉运动脑区与患侧颞上回之间的跨半球功能连接与运动恢复密切相关,可用于预测慢性期脑卒中重度偏瘫患者上肢运动功能的恢复。

基于CA-SegResNet的CT图像标识椎骨自动分割

针对脊椎计算机断层扫描(CT)图像标识椎骨分割问题,提出一种融合三维坐标注意力机制的三维医学图像分割网络CA-SegResNet。该网络通过深度残差卷积神经网络提取图像特征,将编码器每层输出的特征图与解码器每层的输入相融合,然后引入三维坐标注意力模块捕获通道间关系以及方向和位置信息,建立起不同空间方向的长距离依赖关系,实现标识椎骨的精准分割。在对105个病例的颈椎标识椎骨(第7节颈椎)和胸椎标识椎骨(第12节胸椎)的分割任务中,CA-SegResNet在测试集上的分割平均Dice系数(DSC)分别为0.9345和0.9189,平均豪斯多夫距离(HD)为7和8 mm。与U-Net相比,平均DSC分别提高0.0145和0.0463,平均HD分别缩小176和388 mm。实验结果表明,该算法能够对CT图像标识脊椎进行精准分割。

阿尔茨海默病和轻度认知障碍的大脑半球间结构连接异常:一项基于DTI的研究

目的探究阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)和轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)患者的大脑半球间结构连接异常及其与认知功能和日常生活活动能力的关系。材料与方法前瞻性纳入23例AD患者(AD组)、47例MCI患者(MCI组)及37例健康对照(healthy controls,HC)者(HC组)的磁共振弥散张量成像数据。利用高分辨经胼胝体纤维束模板计算并比较通往半球间同位脑区(包括前额叶、感觉运动区、顶叶、枕叶和颞叶)的32条经胼胝体神经纤维束的2个弥散指标——分数各向异性(fractional anisotropy,FA)和平均弥散率(mean diffusivity,MD),进一步将AD组和MCI组中差异脑区的弥散指标值与蒙特利尔认知评估基本量表评分(Montreal Cognitive basic Assessment,MoCA_B)和日常生活活动能力评分(activities of daily living scale,ADL)进行相关性分析。结果与HC组相比,AD组所有经胼胝体神经纤维束的MD值显著升高(P<0.05,FDR校正),除了眶额叶、额下回眶部和腹侧运动前区的其他纤维束的FA值显著降低(P<0.05,FDR校正);MCI组半球间同位脑区经胼胝体神经纤维束的FA值及MD值与HC组的差异均无统计学意义;与MCI组相较,AD组的部分经胼胝体神经纤维束(不包括前额叶和感觉运动区的部分纤维束)的FA值和MD值差异均有统计学意义(P<0.05,FDR校正)。AD组和MCI组所有经胼胝体神经纤维束的FA值及MD值与MoCA_B评分均无显著相关,但AD组多条纤维束(包括背外侧前额叶、感觉运动区、顶叶、枕叶和颞叶的部分纤维束)的FA值及MD值与ADL评分显著相关(P<0.05,FDR校正)。结论本研究结果表明,AD患者比MCI患者的大脑半球间结构连接损伤更严重且区域更为广泛;胼胝体纤维束的半球间结构连接退变与日常生活活动能力的减退更为相关。经胼胝体神经纤维束的损伤程度可作为评估AD患者生活活动能力的重要参考指标。

基于深度学习结合解剖学注意力机制的肺结节良恶性分类

肺结节作为肺癌的初期表现,及时的发现和准确的良恶性诊断对于疾病的治疗具有重要的意义。为了提高肺部CT图像中肺结节良恶性的诊断率,提出一种基于3D ResNet的卷积神经网络,并通过加入解剖学注意力模块有效地提高了肺结节良恶性的分类精度。此外,该方法通过自动分割以获取注意力机制所需的感兴趣区域,实现整个流程的全自动化。解剖学注意力的添加能更好地捕捉图像中的局部纹理信息,进一步提取对于肺结节良恶性诊断有用的特征。本文方法在LIDC-IDRI数据集上进行验证。实验结果表明与传统的3D ResNet及其他现有的方法相比,本文方法在分类精度上有显著的提高,在独立测试集上的最终分类的AUC达到0.973,准确率为0.940。由此可见,本文方法能在辅助医生对肺结节的诊断中起到重要作用。

基于影像组学和多序列MRI的胶质瘤相关癫痫预测

基于多序列MRI建立无侵入性、准确、客观的胶质瘤相关癫痫诊断模型。回顾性地收集403例胶质瘤患者的T_(1)WI、T_(2)WI、T_(1)Gd和T_(2)-FLAIR图像。使用预训练的深度学习模型分割包含胶质瘤及瘤周水肿的感兴趣区域,从中提取一阶统计学特征、形态学特征和纹理特征。采用皮尔逊相关系数、递归特征消除等方法进行特征筛选,并将特征分类建立子模型,最终建立含有15个特征的影像模型用于癫痫诊断,在独立测试集上获得0.836的AUC值。在影像模型的基础上加入年龄及性别进行重新建模,获得含有14个特征的临床-影像模型,在独立测试集上获得0.872的AUC值。结合基本临床信息和多序列MRI影像特征的组学模型可以作为胶质瘤相关癫痫的有效诊断工具。

亮氨酸94在光驱质子泵古紫质-4中的功能

利用基因定点突变技术分别将bR/aR4(细菌视紫红质/古紫质-4)中L93/L94(亮氨酸93/亮氨酸94)突变为侧链不同的丙氨酸、苯丙氨酸和极性不同的苏氨酸,得到bR、含菌红素BI-aR4和缺失菌红素BE-aR4体系突变蛋白,采用紫外-可见光吸收光谱、闪光光解光谱技术和pH滴定等方法,对比研究L94在aR4中对视黄醛构象、光循环及质子传输的影响及其同菌红素的关系。结果表明,aR4中L94同样会通过空间位阻效应调控视黄醛键合区构象和质子通道的螺旋分布,以维持视黄醛顺-反异构平衡和再异构化过程,并且促进质子的释放,保证蛋白高效的质子泵活性。此外,L94对aR4结构和功能的影响会受到菌红素的调制,在缺失菌红素的情况下L94突变对aR4螺旋的扰动更加剧烈,导致质子供体和质子释放簇周围的氢键网络发生变化。

脑功能网络的动态相似度计算与度量

大脑的功能网络会随脑发育、病变、衰老等时间过程改变。现有针对个体间脑功能网络变化的差异(或相似)度量大都是用于评估网络的静态特性的,不适用于评估脑功能网络沿时间轴发生的大跨度、大规模的演变而形成的动态特性。本文提出了一种用于度量脑网络动态相似性的动态网络相似度(DNS)指标。该指标通过结合动态网络的演化和结构特征进行相似度度量。通过四组具有不同演化和结构特征(变化幅度、变化趋势、连接强度分布、连接强度跨度)的模拟动态网络验证了DNS指标的性能。此外,还使用了一组采用经颅直流电刺激(tDCS)治疗的13名中风患者之间脑功能网络的真实数据对DNS指标进行了检验,并与传统静态网络相似度方法作了比较。结果表明DNS指标与模拟动态网络的变化幅度、变化趋势、连接强度分布、连接强度跨度均显著相关。使用DNS指标,可以发现中风患者在tDCS治疗前后运动网络的动态演变具有较强相似性;而利用传统静态网络相似度则不能反映这一动态特性,所得到的患者子组间的相似度结果在治疗前与治疗后差异较大。实验结果表明,DNS指标能够较准确地反映动态网络的演化及结构特性,具有较强的鲁棒性。这一新指标克服了传统静态网络相似度度量方法缺乏总体评估时序脑功能数据能力的缺点。