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重复经颅磁刺激对阿尔茨海默病小鼠海马齿状回钾离子通道的影响

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中国组织工程研究 2025年第12期29卷 2544-2552页

作者：钱磊于洪丽赵秀芝朱俞灿河北工业大学生命科学与健康工程学院天津市300130 河北工业大学天津市生物电工与智能健康重点实验室天津市300130 河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津市300130

背景:经颅磁刺激已经被用于治疗阿尔茨海默病,但其机制尚未完全明确。目的:分析重复经颅磁刺激对阿尔茨海默病小鼠海马齿状回神经兴奋性的作用机制。方法:采用随机数字表法,将16只C57BL/6小鼠随机分为对照组(n=8)、对照+磁刺激组(n=8),... 详细信息

背景:经颅磁刺激已经被用于治疗阿尔茨海默病,但其机制尚未完全明确。目的:分析重复经颅磁刺激对阿尔茨海默病小鼠海马齿状回神经兴奋性的作用机制。方法:采用随机数字表法,将16只C57BL/6小鼠随机分为对照组(n=8)、对照+磁刺激组(n=8),将16只APP/PS1小鼠随机分为痴呆组(n=8)、痴呆+磁刺激组(n=8),对照+磁刺激组与痴呆+磁刺激组给予重复经颅磁刺激,2 h/d,连续刺激14 d。磁刺激结束后,采用水迷宫实验检测小鼠认知能力,全细胞膜片钳技术采集动作电位,分析阿尔茨海默病对动作电位的影响;全细胞膜片钳技术采集钾离子通道电流,分析其动力学特性对神经兴奋性的作用。结果结论:①水迷宫实验结果显示,正常小鼠接受重复经颅磁刺激后能够更加精准地找到确定原平台位置,阿尔茨海默病导致小鼠学习记忆能力下降,找到平台次数下降,海马齿状回神经元退化,而重复经颅磁刺激可提高阿尔茨海默病小鼠的学习记忆能力;②全细胞膜片钳技术检测结果显示,重复经颅磁刺激能够使阿尔茨海默病小鼠神经元更容易发生去极化,使神经元更易兴奋;③钾离子通道电流分析结果显示,阿尔茨海默病使得瞬时外向钾通道半数激活电压增大,失活曲线向着去极化方向偏移,复活时间常数延长,使得延迟整流钾通道激活曲线向着去极化的方向偏移,而重复经颅磁刺激干预延迟了钾离子通道的打开与关闭,抑制了细胞内钾离子的外流,使得细胞内保持较高浓度K^(+),提高了神经元兴奋性;④结果表明,重复经颅磁刺激可能通过提高海马齿状回颗粒神经元兴奋性来缓解认知能力的衰退。

关键词：重复经颅磁刺激全细胞膜片钳 K+通道水迷宫神经兴奋性学习记忆动作电位

经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质网络可塑性的影响

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中国组织工程研究 2025年第6期29卷 1108-1117页

作者：张帅李子春徐亦豪谢晓峰郭忠圣赵清扬省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室生命科学与健康工程学院河北工业大学天津市300401 天津市生物电工与智能健康重点实验室生命科学与健康工程学院河北工业大学天津市300401

背景:经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控技术,利用超声波与静磁场耦合作用产生的感应电场调节神经系统的放电活动,但其影响大脑突触可塑性的作用机制研究尚浅。目的:探讨经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质神经网络突触可塑性的... 详细信息

背景:经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控技术,利用超声波与静磁场耦合作用产生的感应电场调节神经系统的放电活动,但其影响大脑突触可塑性的作用机制研究尚浅。目的:探讨经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质神经网络突触可塑性的影响。方法:①动物实验:将24只C57小鼠平均且随机分为4组,对照组(接受伪刺激)、刺激6.35 W/cm^(2)组(接受0.3 T、6.35 W/cm^(2)的耦合刺激)、刺激17.36 W/cm^(2)组(接受0.3 T、17.36 W/cm^(2)组的耦合刺激)和刺激56.25 W/cm^(2)组(接受0.3 T、56.25 W/cm2的耦合刺激),记录小鼠执行T迷宫过程中局部场电位信号和行为学正确率。②建模仿真实验:构建经颅磁声电刺激小鼠前额叶皮质神经网络模型,分别比较不同刺激强度下神经网络结构连接特性。结果与结论:①经颅磁声电刺激能够有效缩短小鼠行为学习时间,工作记忆能力得到改善(P实验准确度没有明显差异(P>0.1)。分析小鼠前额叶局部场电位信号发现经颅磁声电刺激促进了β节律与γ节律能量增强;而随刺激强度升高,β节律与γ节律出现了非同步性下降;通过β-γ相位幅值耦合发现,刺激增强了神经网络适应新的信息和任务要求的能力变化。②建模仿真发现,刺激使得神经网络放电水平增强,长时程突触权重水平提高而短时程突触权重仅在刺激强度较高时降低。③研究结果表明,不同的刺激强度与神经网络功能结构的影响存在复杂的非线性关系;这种神经调控技术为治疗突触功能障碍和神经网络异常等相关神经疾病方面提供新的可能。

关键词：经颅磁声电刺激工作记忆突触可塑性皮质网络 LIF神经元模型

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双能X射线光栅相衬成像的研究

物理学报 2017年第1期66卷 340-347页

作者：荣锋谢艳娜邰雪凤耿磊天津工业大学电子与信息工程学院天津300387 天津工业大学天津市光电检测技术与系统重点实验室天津300387

X射线光栅相衬成像存在系统复杂、成像效率低、步进精度要求高、光栅加工难度大等问题.本文设计了一种双能阵列X射线源和双能分析光栅,并应用于X射线光栅相衬成像,提出了一种双能X射线光栅相衬成像系统,阐述了该成像系统的成像原理和相... 详细信息

X射线光栅相衬成像存在系统复杂、成像效率低、步进精度要求高、光栅加工难度大等问题.本文设计了一种双能阵列X射线源和双能分析光栅,并应用于X射线光栅相衬成像,提出了一种双能X射线光栅相衬成像系统,阐述了该成像系统的成像原理和相位信息提取方法.提出的成像系统不需要精密步进平台,精简了成像系统,避免了步进误差导致的成像质量降低问题;两次曝光就可以成像,提高了成像效率;双能阵列X射线源、双能分析光栅的应用避免了源光栅、分析光栅难以加工的问题.对提出的成像系统及其相位提取方法进行了仿真,仿真结果显示成像系统可以正常成像,提取到的检测样本的X射线相衬成像相位一阶导数分布与相关文献实验所得结果一致.

关键词： X射线相衬成像双能阵列X射线源双能分析光栅

饱和非线性介质中艾里-高斯光束的传输与交互作用

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物理学报 2016年第24期65卷 58-65页

作者：陈卫军卢克清惠娟利张宝菊天津工业大学光电检测技术与系统天津市重点实验室天津300387 天津工业大学电子与信息工程学院天津300387

研究了艾里-高斯光束在饱和非线性介质中的传输与交互作用.结果表明,入射光为单艾里-高斯光束时,在一定功率范围内,调节初始振幅与光场分布,可形成传输方向可控的呼吸孤子.当初始振幅增加时,孤子的呼吸周期先减小后增大.入射光为两艾里... 详细信息

研究了艾里-高斯光束在饱和非线性介质中的传输与交互作用.结果表明,入射光为单艾里-高斯光束时,在一定功率范围内,调节初始振幅与光场分布,可形成传输方向可控的呼吸孤子.当初始振幅增加时,孤子的呼吸周期先减小后增大.入射光为两艾里-高斯光束时,同相位光束相互吸引,两光束中心位置两侧附近产生呼吸孤子和对称孤子对.反相位光束相互排斥,中心位置两侧仅产生对称的孤子对.光场分布越趋于高斯分布,两艾里-高斯光束相互作用就越强,孤子对的数目越少.

关键词：非线性光学饱和介质艾里-高斯光束交互作用

基于差分光密度差异的组织内异质体的快速定位方法

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光谱学与光谱分析 2018年第11期38卷 3362-3367页

作者：王慧泉任丽娜赵喆王金海陈洪丽天津工业大学电子与信息工程学院天津300387 天津市光电检测技术与系统重点实验室天津300387

基于近红外光谱法对组织内的异质体进行无创检测时,光源-探测器(S-D)相对于异质体的位置对检测效果有着重要影响。为实现对组织内异质体的快速定位,该研究基于一源多探的检测结构针对不同水平位置、不同深度和不同直径的异质体进行光密... 详细信息

基于近红外光谱法对组织内的异质体进行无创检测时,光源-探测器(S-D)相对于异质体的位置对检测效果有着重要影响。为实现对组织内异质体的快速定位,该研究基于一源多探的检测结构针对不同水平位置、不同深度和不同直径的异质体进行光密度分布有限元分析,计算各探测器之间的差分光密度差异。仿真实验结果表明,根据多探测器形成的差分光密度差异曲线可快速定位组织内异质体的水平位置。曲线的高斯拟合特征量与异质体的水平位置、深度和直径有着强相关性。基于差分光密度差异曲线可以实现组织内感兴趣区域的快速定位,对采用近红外光谱法的组织肿瘤检测、光学脑功能成像等领域的源-探位置放置提供重要参考,提高其检测精度。

关键词：近红外光谱异质体检测差分光密度差异高斯拟合

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GPNet:轻量型红外图像目标检测算法

红外与毫米波学报 2022年第6期41卷 1092-1101页

作者：李现国曹明腾李滨刘意苗长云天津工业大学电子与信息工程学院天津300387 天津市光电检测技术与系统重点实验室天津300387

针对资源受限的红外成像系统准确、实时检测目标的需求,提出了一种轻量型的红外图像目标检测算法GPNet。采用GhostNet优化特征提取网络,使用改进的PANet进行特征融合,利用深度可分离卷积替换特定位置的普通3×3卷积,可以更好地提取多尺... 详细信息

针对资源受限的红外成像系统准确、实时检测目标的需求,提出了一种轻量型的红外图像目标检测算法GPNet。采用GhostNet优化特征提取网络,使用改进的PANet进行特征融合,利用深度可分离卷积替换特定位置的普通3×3卷积,可以更好地提取多尺度特征并减少参数量。公共数据集上的实验表明,本文算法与YOLOv4、YOLOv5-m相比,参数量分别降低了81%和42%;与YOLOX-m相比,平均精度均值提高了2.5%,参数量降低了51%;参数量为12.3 M,检测时间为14 ms,实现了检测准确性和参数量的平衡。

关键词：红外图像目标检测 YOLO GhostNet 参数量

一种低复杂度的稀疏FIR陷波滤波器的设计方法

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电子与信息学报 2019年第4期41卷 939-944页

作者：徐微李安宇石博雅天津工业大学电子与信息学院天津300387 天津市光电检测技术与系统重点实验室天津300387

FIR陷波滤波器具有线性相位、精度高、稳定性好等诸多优势,然而当陷波性能要求较高时,通常需要较高的阶数,导致FIR陷波滤波器硬件实现复杂度大大提高。该文基于稀疏FIR滤波器设计算法和共同子式消除的思想,提出一种低复杂度的FIR陷波滤... 详细信息

FIR陷波滤波器具有线性相位、精度高、稳定性好等诸多优势,然而当陷波性能要求较高时,通常需要较高的阶数,导致FIR陷波滤波器硬件实现复杂度大大提高。该文基于稀疏FIR滤波器设计算法和共同子式消除的思想,提出一种低复杂度的FIR陷波滤波器设计方法。该方法首先采用稀疏滤波器设计算法得到满足频域性能设计要求的FIR陷波原始滤波器系数,然后对其进行CSD编码,并分析CSD编码量化系数集中所有的2项子式和孤子的灵敏度,最后根据灵敏度的大小依次选择合理的2项子式或孤子直接合成滤波器系数集。仿真结果表明,新算法设计实现的FIR陷波滤波器比已有的低复杂度设计方法最多可减少51%的加法器,有效地降低了硬件实现复杂度,大大节省了硬件资源。

关键词： FIR陷波滤波器共同子式消除稀疏滤波器设计

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磁探测电阻抗成像呼吸监测仿真研究

生物医学工程学杂志 2017年第1期34卷 27-33页

作者：王慧泉尹剑利李光旭冯彦博王金海陈瑞娟天津工业大学天津市光电检测技术与系统重点实验室天津300387

为了探索磁探测电阻抗成像应用于肺部呼吸监测中的可行性,针对新型磁探测电阻抗成像技术的正问题,以真实人体肺部数据构建成像体物理模型,采用了有限元方法得到成像体内部的电势和电流密度分布,然后根据毕奥-萨伐尔定律分别获得呼气末... 详细信息

为了探索磁探测电阻抗成像应用于肺部呼吸监测中的可行性,针对新型磁探测电阻抗成像技术的正问题,以真实人体肺部数据构建成像体物理模型,采用了有限元方法得到成像体内部的电势和电流密度分布,然后根据毕奥-萨伐尔定律分别获得呼气末与吸气末成像体外部的磁感应强度仿真数据。结果表明,吸气末时成像体周围的磁感应强度值比呼气末小8.875%。研究结果显示了呼吸时由于肺容积、电导率的不同而导致周围磁感应强度的差异等信息,为后续磁探测电阻抗成像的图像重建以及临床疾病检测奠定了基础。

关键词：磁探测电阻抗成像正问题有限元方法磁感应强度

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基于改进共轭梯度法的ERT图像重建

仪器仪表学报 2016年第7期37卷 1673-1679页

作者：李秀艳韩倩汪剑鸣王琦段晓杰天津工业大学电子与信息工程学院天津市光电检测技术与系统重点实验室天津300387

针对电阻层析成像(ERT)图像重建中灵敏度矩阵的病态特性导致共轭梯度法的收敛率低的问题,提出了改进的共轭梯度算法,ERT图像重建前先对数据进行归一化预处理,将解空间映射到Krylov子空间中,再通过共轭梯度法求解低维子空间中的反问题。... 详细信息

针对电阻层析成像(ERT)图像重建中灵敏度矩阵的病态特性导致共轭梯度法的收敛率低的问题,提出了改进的共轭梯度算法,ERT图像重建前先对数据进行归一化预处理,将解空间映射到Krylov子空间中,再通过共轭梯度法求解低维子空间中的反问题。分别利用共轭梯度法、预处理共轭梯度法和改进共轭梯度法对典型的气水两相流模型做了仿真实验。实验结果表明,改进共轭梯度法能够提高重建图像的质量,并且相对于其他算法,降低了计算时间。

关键词：电阻层析成像图像重建共轭梯度法 Krylov子空间