《人腦熱量輸運機制及其調控方法》是依託中國科學院理化技術研究所，由何志祝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：人腦熱量輸運機制及其調控方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：何志祝
- 依託單位：中國科學院理化技術研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
闡明人腦工作原理是現代科學所面臨的重大課題之一，全球性腦研究熱潮已初步形成。高強度產熱是腦生理活動的最基本特徵之一。腦熱平衡機制是腦功能正常運行的重要保障，但其機理研究的滯後，已嚴重製約高效腦熱調控方法的發展。從工程熱物理學視角研究人腦傳熱傳質機理，是闡明腦熱調節等腦功能原理的關鍵所在。本項目旨在通過對人腦熱量輸運這一關鍵熱物理問題的深入研究，探索腦熱平衡機理，建立腦熱靶向調控方法。具體而言：基於現代醫學影像技術發展人體頭部熱物性參數準確估算方法；建立新型血管化傳熱傳質模型和腦熱狀態定量評估方法；研究代謝產熱、腦血管網路熱效應、皮膚和環境換熱三者之間動態平衡關係；澄清學術界對腦熱選擇性調節(BSC：Brain Selective cooling)機制的爭議；探索腦熱平衡和失調的關鍵因素；發展腦熱異常區域探測方法，探索腦熱調控最最佳化方法學。本研究可望在腦熱生理基礎與套用研究方面取得新的突破。
結題摘要
解碼人類大腦的奧秘已成為人類認識自我的終極目標之一，而腦熱平衡機理研究不僅有助於解讀人類腦功能生理活動及歷史進化規律，還對心腦血管疾病的診治具有重要的臨床價值。本項目從工程熱物理學科角度去解讀和探索人腦的物質和能量輸運，不僅可以闡明腦熱平衡和調控等腦功能工作機理，同時對工程熱物理領域所關注的能量最佳化利用等關鍵科學問題攻克具有重要的仿生啟示意義。本項目主要研究內如包括：構建血管化生物組織傳熱傳質理論模型，系統地定量刻畫和解讀腦熱平衡調節過程中關鍵熱物理問題，發展頭部溫度異常區域探測與靶向腦冷卻方法，探索腦熱調控最最佳化設計方法學。本項目在執行過程中，取得研究進展包括：基於高精度MRI醫學影像，重構出人體頭部與血管網路三維結構，並建立腦組織有效熱導率張量估算模型；建立了連續-離散型（CCD）新型傳熱理論模型，實現了多尺度血管網路與實體組織之間熱交換理論刻畫，在此基礎上，針對複雜頭部三維結構建立了高效的生物傳熱模型並行求解算法，其計算效率顯著高於商業軟體；基於發展的血管化生物傳熱理論，研究了腦血管網路傳熱、皮膚散熱和呼吸換熱對腦熱輸運過程的影響，研究表明血管網路熱效應是影響腦熱平衡的主要因素；系統構建了紅外熱診斷技術與理論，發展了三維體表熱紅外溫度圖譜測量技術，並構建了生物體熱物性參數及熱源反重構理論模型，並將該技術用於腦部淺表區域溫度異常診斷，從理論上驗證了其可行性。另外，在本項目的支持下，還開展了腦腫瘤冷凍治療、用於人體熱敷的柔性加熱膜研製，及用於人體生理參數測量的液態金屬柔性電子等交叉學科研究。本項目在執行過程中共發表和錄用論文14篇：包括11篇SCI論文（含1篇IF＞10）和2篇EI論文,申請專利1項，培養研究生4名。
