該模型在PET重建圖像質(zhì)量上明顯優(yōu)于現(xiàn)有深度學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)迭代方法近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院 勞特伯生物醫(yī)學(xué)成像研究中心胡戰(zhàn)利研究員團(tuán)隊(duì)，與中山大學(xué)腫瘤防治中心以及上海聯(lián)影醫(yī)療公司的“產(chǎn)研醫(yī)合作成果”，發(fā)表在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域頂刊IEEE Transactions on Medical Imaging （IF=10.6）上。現(xiàn)有研究表明，兒童對于輻射劑量的敏感程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于成人，而且兒童在PET掃描時(shí)更容易由于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致重建圖像出現(xiàn)偽影，因此低劑量快速PET成像在臨床上具有重要意義。基于此，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種基于深度學(xué)習(xí)的深度泛化PET重建模型（圖1）。該模型通過隱式學(xué)習(xí)來同時(shí)優(yōu)化數(shù)據(jù)保真項(xiàng)和正則化項(xiàng)，能夠顯著改善由系統(tǒng)誤差、隨機(jī)散射和背景噪聲等引起的原始信號畸變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模型在PET重建圖像質(zhì)量上明顯優(yōu)于現(xiàn)有深度學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)迭代方法（圖2-圖4）。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院助理研究員張其陽博士為論文第一作者，胡戰(zhàn)利研究員、梁棟研究員為論文通訊作者，鄭海榮研究員、楊永峰研究員為論文共同作者。該研究得到了國自然優(yōu)青項(xiàng)目/面上項(xiàng)目、深圳市杰青項(xiàng)目/重點(diǎn)項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。圖1：深度泛化PET重建模型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖2：不同訓(xùn)練周期下的 CRC-STD 曲線（BrainWeb 數(shù)字模體數(shù)據(jù)）圖3：兒童患者的冠狀切片和軸視圖切片圖像圖4：不同方法對不同 ROI 所產(chǎn)生的 CNR 改善率直方圖，ROI標(biāo)注于左側(cè)圖像（活體小鼠數(shù)據(jù)）文章鏈接
提出了一種新型的二維-三維彈性影像配準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)及影像擴(kuò)增模型在胸腹部的放療過程中，腫瘤的位置會(huì)受到呼吸運(yùn)動(dòng)與腸道非自主蠕動(dòng)等的影響，隨之發(fā)生變動(dòng)。為確保腫瘤在各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都能得到有效治療，臨床操作中經(jīng)常選擇放大照射范圍。然而，這也導(dǎo)致正常組織受到了不必要的輻射損傷。因此，為了確保射線能精確對準(zhǔn)并跟隨腫瘤，從而減少對正常組織的傷害，精確的腫瘤定位與跟蹤技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所梁曉坤副研究員課題組，針對現(xiàn)有技術(shù)需要金屬標(biāo)記點(diǎn)有創(chuàng)植入和依賴大量訓(xùn)練樣本的問題，提出了一種新型的二維-三維彈性影像配準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)及影像擴(kuò)增模型，充分考慮了患者胸腹部的個(gè)性化運(yùn)動(dòng)模式，在少量樣本訓(xùn)練數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的無創(chuàng)影像引導(dǎo)。具體研究成果如下：錐束X射線以其快速成像和易于集成的特性，成為放療中實(shí)時(shí)引導(dǎo)的理想方式。為了解決放療過程中軟組織腫瘤難以實(shí)時(shí)無創(chuàng)地追蹤的問題，提出了一種基于單角度錐束X射線投影的三維腫瘤實(shí)時(shí)追蹤技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)在人體動(dòng)態(tài)環(huán)境中對腫瘤的精確跟蹤。該技術(shù)通過在放療過程中將單角度錐束X射線投影與三維計(jì)劃CT進(jìn)行實(shí)時(shí)多維彈性配準(zhǔn)，并利用transformer的卓越特征提取性能，實(shí)時(shí)地精準(zhǔn)捕捉放療中的三維腫瘤位置（如視頻1所示）。該單角度X光方法大幅減少了治療過程的額外放射劑量，同時(shí)也節(jié)省了醫(yī)生和患者的放療時(shí)間，期望也可應(yīng)用于各種臨床背景的靶區(qū)實(shí)時(shí)定位任務(wù)。研究成果以Volumetric Tumor Tracking from a Single Cone-Beam X-Ray Projection Image enabled by Deep Learning為題，發(fā)表在醫(yī)學(xué)影像分析頂刊Medical Image Analysis (IF=10.9)。研究助理戴晶晶為第一作者，梁曉坤副研究員為通訊作者。當(dāng)前，深度學(xué)習(xí)在影像引導(dǎo)靶區(qū)定位和分割中的應(yīng)用，多受訓(xùn)練數(shù)據(jù)量的制約。雖然通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以在某個(gè)特定任務(wù)上達(dá)到優(yōu)良的性能，但網(wǎng)絡(luò)的泛化性卻受到了犧牲。面對數(shù)據(jù)的稀缺性。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新型的基于統(tǒng)計(jì)形變的三維醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)擴(kuò)增法。該方法通過對不同病患的解剖空間變化進(jìn)行建模，以有限的數(shù)據(jù)集中的形態(tài)信息，產(chǎn)生物理上真實(shí)反映病患器官變化的圖像。如圖1所示，一幅原始病患影像，經(jīng)過此形變模型處理，便可衍生出多種器官的解剖結(jié)構(gòu)。在多個(gè)公開數(shù)據(jù)集的實(shí)驗(yàn)中，這一方法展現(xiàn)了最好的靶區(qū)定位與分割效能。研究成果以A statistical deformation model-based data augmentation method for volumetric medical image segmentation為題，發(fā)表在醫(yī)學(xué)影像分析頂刊Medical Image Analysis (IF=10.9)。客座本科生何文豐為第一作者，梁曉坤副研究員為通訊作者。 相關(guān)工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金，廣東省科協(xié)等資助。視頻1：基于單個(gè)錐束X射線投影的三維腫瘤實(shí)時(shí)跟蹤視頻圖1：研究團(tuán)隊(duì)提出的基于統(tǒng)計(jì)形變模型的三維醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)擴(kuò)增法的實(shí)現(xiàn)效果論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.media.2023.102998https://doi.org/10.1016/j.media.2023.102984
團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于低溫?cái)?shù)字微流控系統(tǒng)的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用檢測盒（LTDMF-PPI-Box），以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、快速、無損、高效的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用檢測。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所楊慧研究員團(tuán)隊(duì)，與廈門大學(xué)薩本棟微米納米研究院陳宏教授團(tuán)隊(duì)合作，在Lab on a Chip 上發(fā)表了題為A low-temperature digital microfluidic system used for protein-protein interaction detection的研究，并被選為當(dāng)期的封底文章 (Back cover)。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于低溫?cái)?shù)字微流控系統(tǒng)的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用檢測盒（LTDMF-PPI-Box），以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、快速、無損、高效的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用檢測。本研究中，沈杰男博士和廖嘉琪碩士為共同第一作者，楊慧研究員和陳宏教授為共同通訊作者，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院為第一通訊單位，廈門大學(xué)為第二通訊單位。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(Protein-protein interaction, PPI)是生命體系中最基本的一種現(xiàn)象，它們在細(xì)胞內(nèi)扮演著重要的角色。各種生物學(xué)過程和疾病的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)測都離不開蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間的相互作用，研究蛋白質(zhì)之間的相互作用對于理解疾病的發(fā)生、發(fā)展具有重要的意義，通過科學(xué)方法精準(zhǔn)測定其作用途徑和作用方式等本質(zhì)信息，能夠極大助力諸如新型藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)等生物醫(yī)學(xué)研究及藥物研發(fā)。目前，常見的PPI的檢測方法有串聯(lián)親和純化、熒光共定位、熒光雙分子互補(bǔ)、熒光能量共振轉(zhuǎn)移、免疫共沉淀和蛋白質(zhì)芯片等。上述方法通常自動(dòng)化程度不足，難以高效實(shí)現(xiàn)并行檢測；此外，受限于當(dāng)前檢測技術(shù)在檢測靈敏度及檢測速度上的不足，難以實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的PPI測量。為解決上述難題，研究人員開發(fā)了一種基于低溫?cái)?shù)字微流控系統(tǒng)的PPI檢測盒（LTDMF-PPI-Box），以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、快速、無損、高效的PPI檢測。LTDMF通過編程控制液滴的運(yùn)動(dòng)，將PPI的檢測時(shí)間從數(shù)十小時(shí)縮短至1.5小時(shí)。此外，集成熱電冷卻器(TEC)可確保蛋白質(zhì)的工作溫度，將蛋白質(zhì)的保存率提高至90%以上，以利于后步的操作及應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)以與胰島素分泌密切相關(guān)的RILP蛋白和Rab26蛋白之間的相互作用作為原型，進(jìn)一步證明了LTDMF-PPI-Box的可行性。LTDMF-PPI-Box由數(shù)字微流控系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)兩部分組成。數(shù)字微流控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的樣本操作及檢測；溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)樣本環(huán)境控制以提高檢測精準(zhǔn)度及后步應(yīng)用可行性。相較于傳統(tǒng)的PPI檢測方法，LTDMF-PPI-Box是一種極具優(yōu)勢的蛋白質(zhì)相互作用檢測平臺(tái)，其自動(dòng)化潛力有望解決相互作用蛋白高通量篩選的需求，因此LTDMF-PPI-Box未來有望加速PPI網(wǎng)絡(luò)的建立。文章主題LTDMF-PPI-Box文章鏈接
全球變暖已經(jīng)是不爭事實(shí)，減少化石燃料燃燒和提升生態(tài)系統(tǒng)固碳能力對于減緩氣候變化至關(guān)重要。杉木（ Cunninghamia lanceolata ）是我國南方亞熱帶地區(qū)一種重要鄉(xiāng)土針葉樹種。我國管理世界上最廣泛的森林種植面積，根據(jù)國家林業(yè)局的清查數(shù)據(jù)（ 2014年）杉木林的種植面積橫跨16個(gè)省，占地約1096萬公頃，占全國森林覆蓋率的6.66%和種植面積的21.4% 。近年來，一些研究通過模擬模型和統(tǒng)計(jì)方法評估了中國森林碳固存潛力，然而，準(zhǔn)確評估固碳潛力和固碳能力有必要進(jìn)行實(shí)地測量數(shù)據(jù)以了解不同林齡杉木林固碳能力和固碳速率的差異，有助于修正模型，服務(wù)于我國“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。不同林齡杉木林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量概念圖。全球變暖已經(jīng)是不爭事實(shí)，減少化石燃料燃燒和提升生態(tài)系統(tǒng)固碳能力對于減緩氣候變化至關(guān)重要。在我國提出“雙碳”目標(biāo)的背景下，人工造林增加陸地生物量和土壤碳匯是減緩當(dāng)前全球變暖趨勢的有效方法。杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國南方亞熱帶地區(qū)一種重要鄉(xiāng)土針葉樹種。我國管理世界上最廣泛的森林種植面積，根據(jù)國家林業(yè)局的清查數(shù)據(jù)（2014年）杉木林的種植面積橫跨16個(gè)省，占地約1096萬公頃，占全國森林覆蓋率的6.66%和種植面積的21.4%。近年來，一些研究通過模擬模型和統(tǒng)計(jì)方法評估了中國森林碳固存潛力，然而，準(zhǔn)確評估固碳潛力和固碳能力有必要進(jìn)行實(shí)地測量數(shù)據(jù)以了解不同林齡杉木林固碳能力和固碳速率的差異，有助于修正模型，服務(wù)于我國“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)與環(huán)境科學(xué)中心博士生李旭和博士后Luis Carlos Ramos Aguila在劉菊秀研究員指導(dǎo)下，依托廣東省樂昌林場，通過測量杉木人工林5、10、15、20、30和60年林齡的喬木層、林下植被層、凋落物層和土壤層碳儲(chǔ)量，發(fā)現(xiàn)喬木層、林下植被層、凋落物層、土壤層和杉木林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量隨林齡穩(wěn)步增加。從5年到60年林齡的杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳庫從129.11增長到348.43 Mg ha-1。杉木人工林的固碳速率在前兩個(gè)林分區(qū)間（5-10和10-15林齡）總體增加，15-20林齡區(qū)間達(dá)到峰值611.74 g m-2 year-1，然后在20-30和30-60林齡區(qū)間下降。研究表明，碳固存率與樹木的年齡有關(guān)，杉木林的中林齡階段（15-20年）的森林的碳固存率最高。該研究揭示了杉木人工林隨林齡固碳速率的變化和固碳能力，相關(guān)信息有助于國家減緩氣候變化的行動(dòng)和植樹造林計(jì)劃。相關(guān)研究以“Carbon sequestration and storage capacity of Chinese fir at different stand-ages”為題近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Science of the Total Environment（《總體環(huán)境科學(xué)》）（IF2023=9.8）上。華南植物園李旭和Luis Carlos Ramos Aguila為論文共同第一作者，劉菊秀研究員為通訊作者，武東海研究員、列志旸副研究員、徐文芳副研究員和唐旭利研究員等參與相關(guān)研究。該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃等資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166962圖1. 不同林齡間隔喬木層、土壤層和杉木林生態(tài)系統(tǒng)固碳速率圖2. 不同林齡杉木林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量概念圖
內(nèi)生和外生菌根真菌植物是森林生態(tài)系中2種最常見的菌根真菌類型植物，但是它們對增溫的響應(yīng)策略尚不清楚。基于鼎湖山站長期垂直移位增溫平臺(tái)，探討了不同菌根真菌植物功能性狀對長期增溫的響應(yīng)規(guī)律。研究結(jié)果表明：增溫顯著增加了內(nèi)生菌根真菌植物的飽和光合速率和生長,主要與氣孔導(dǎo)度和最大羧化速率的增加有關(guān)，但增溫顯著降低了外生菌根真菌植物的光化學(xué)量子效率和生長。該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和博士后基金等項(xiàng)目的資助。內(nèi)生和外生菌根真菌植物主成分分析結(jié)果。內(nèi)生和外生菌根真菌植物是森林生態(tài)系中2種最常見的菌根真菌類型植物，但是它們對增溫的響應(yīng)策略尚不清楚。基于鼎湖山站長期垂直移位增溫平臺(tái)，探討了不同菌根真菌植物功能性狀對長期增溫的響應(yīng)規(guī)律。研究結(jié)果表明：1）增溫顯著增加了內(nèi)生菌根真菌植物的飽和光合速率和生長，主要與氣孔導(dǎo)度和最大羧化速率的增加有關(guān)，但增溫顯著降低了外生菌根真菌植物的光化學(xué)量子效率和生長；2）增溫顯著降低了內(nèi)生菌根真菌植物的耐旱性，但顯著增加了外生菌根真菌植物的耐旱性；3）增溫顯著增加了內(nèi)生菌根真菌植物的葉片氮和磷濃度，但沒有影響外生菌根真菌葉片氮磷濃度；4）未來氣候變暖可能有利于內(nèi)生菌根真菌植物的生長，但外生菌根真菌植物抵抗水分脅迫能力更強(qiáng)。上述研究成果可為我國南亞熱帶森林物種組成和群落結(jié)構(gòu)變化提供機(jī)理解釋。相關(guān)研究成果已近期在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Agricultural and Forest Meteorology（《農(nóng)業(yè)與森林氣象學(xué)》）（IF=6.9）上。中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)與環(huán)境科學(xué)中心吳婷博士后為第一作者，劉菊秀研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和博士后基金等項(xiàng)目的資助。論文鏈接：https://authors.elsevier.com/a/1hq6bcFXJggRq圖1.增溫對內(nèi)生和外生菌根真菌植物生長和耐旱性的影響圖2.內(nèi)生和外生菌根真菌植物主成分分析結(jié)果
