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鄭州輕工業大學軟件學院人工智能和機器人實驗室負責人黃萬偉博士，用10天時間和團隊自主研發出紅外熱成像測溫樣機及“紅外熱成像人體測溫篩查預警系統”，并交付使用。

本項目是基于PPP1CA生物標志物，進行肝癌早期篩查和診斷試劑盒開發及產業化的項目，開發PPP1CA膠體金肝癌早期篩查試劑盒，用于肝癌早期普篩。 一、項目進展 創意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業 入學/畢業時間 李昱潔 藥學院/藥學專業 2018/2022 趙祖一 藥學院/藥學專業 2020/2024 劉楚熠 藥學院/藥學專業 2020/2024 趙博韜 公共衛生學院/預防醫學專業 2018/2025 于悅 人文學院/歷史學專業 2020/2024 沈佳敏 經濟學院/經濟統計專業 2019/2023 韓一諾 生命科學學院/生物科學 2019/2023 魏翹楚 公共衛生學院/預防醫學專業 2020/2025 賴欣 藥學院/藥學專業 2020/2024 趙書悅 藥學院/藥學專業 2020/2024 譚清 法學院/法學專業 2020/2025 尹潔 醫學院/臨床醫學專業 2019/2024 楊夢嬌 經濟學院/金融工程專業 2019/2023 三、指導教師 姓名 學院/所學專業 職務/職稱 研究方向 李良成 藥學院/藥學專業 廈門大學藥學院副教授 腫瘤、自身免疫性疾病和糖尿病的發病機理及藥物開發研究 洪萬進 藥學院/藥學專業 新加坡分子與細胞生物學研究院院長、廈門大學藥學院教授 分子與細胞生物學、病毒學和癌細胞生物學 藍偉光 化學系/化學專業 廈門大學材料學院講座教授 生物膜技術 徐陳芳 藥學院/藥學專業 廈門大學藥學院輔導員 藥物分析 四、項目簡介 早期肝癌發病隱匿，最初癌變細胞與正常細胞幾乎無差異，人體不會感到不適。問題在于，目前臨床檢測肝癌的生物標志物—甲胎蛋白（AFP）存在特異性差、靈敏度低等的缺點，早期患者不能被及時發現，治愈率低、死亡率很高，所以肝癌的早期篩查對于提高患者生存率具有至關重要的臨床意義。 前期研究中利用原代培養的肝癌細胞分泌的外泌體，結合蛋白組學和生物信息學技術，尋找到PPP1CA作為肝癌腫瘤標志物，使肝癌檢測的靈敏度和特異性均達到90%以上，優于目前市面上的檢測試劑盒（以甲胎蛋白為生物標志物，靈敏度為18-60%）。 本項目是基于PPP1CA生物標志物，進行肝癌早期篩查和診斷試劑盒開發及產業化的項目，開發PPP1CA膠體金肝癌早期篩查試劑盒，用于肝癌早期普篩；同時也將開發PPP1CA免疫化學發光檢測試劑盒，用于肝癌分期檢測，并積極推進其商業化生產與應用。

本實用新型公布一種對流體運輸管道內部狀況進行定期檢查的管道內況檢測機器人，屬于檢測機器人技術領域。包括為機器人提供電力的電源、控制機器人運動的驅動模塊、與驅動模塊相連的推進機構、對采集到的數據和外部指令進行處理的數據綜合處理模塊、用于信息傳輸的通信及數據傳輸模塊、用于采集外部信息的多種參數感知模塊和拍照記錄存儲模塊。本實用新型能及時方便的檢測管道內的具體狀況并且檢測范圍大；不限定機器人能夠進行采樣的數據類型、參數種類，可由工程技術人員依據當前需求，自主改進，加裝相應裝置以滿足測量目的。

建筑設施內空調管道噪聲控制與治理無論對于日常生活品質以及工業噪聲污染都 是一個重要的課題，對于具體工程建設在設計之初就能獲得較為理想的設計方案顯得尤 為重要。傳統空調管道的設計工作大多通過翻查大量數表及依照大量復雜的公式計算從 而獲得其噪聲自然衰減以及再生噪聲的量級，最后將所有管道組件的衰減噪聲及再生噪 聲量進行統一，從而得出整個空調管道的噪聲預測結果。此過程工作繁瑣，大量的查表 及公式計算很容易出錯，并且復查工作較為難進行，從而導致設計方案的周期較長，效 率低下。同時由于很多數表及公式的適用條件有限，大量新型材料的涌現很難在一些數 表中找到對應關系，這勢必會導致設計方案存在誤差較大的風險，難以把握空調管道噪 聲的控制。 針對于上述情況，我們開發了空調管道噪聲預測系統——NoiseExpress，首先其將 大量的參考數表數字化，公式程序化，設計者只需將空調管道個單元組件間結構規格及 物理構成通過程序相應的控件輸入，最終便可以得出整個管道的噪聲控制結果。同時本 系統集成了大量的空調管道各個單元組件如彎頭、三通、變徑管、靜壓箱、消聲器等的 實測數據，豐富的數據庫為管道設計，組件單元的設計及仿真提供了科學與現實依據， 大大提高了方案設計的精確度。

油氣管道是油氣能源的主要輸送方式。我國現有的油氣管道距離長，鋪設地點和環境十分復雜。油氣管道一旦出現泄漏，造成的后果十分嚴重。因此，開展針對油氣管道的實時泄漏監測，保障其健康穩定可靠運行十分重要。為此，我國“十三五”規劃中明確要求加強管道建設和維護工作，加強檢測與巡查。 本項目著眼于油氣管道具有的距離長、隱蔽性、泄漏點隨機等特點，根據油氣管道泄漏監測的需求和要點、針對現有監測技術的不足，以提升油氣管道可靠性與可維護性、提高油氣管道泄漏監測定位精度和實時性、降低誤警率和虛警率等為目標，

影像學檢查在新冠肺炎的診療中具有非常重要的參考價值，《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第五版）》將“疑似病例具有肺炎影像學特征者”作為臨床診斷標準，但在臨床實踐中存在一定局限，疫情爆發導致待閱片數量激增，醫生閱片壓力巨大；新冠肺炎屬于新發疾病，各地醫療機構特別是基層機構缺乏閱片經驗，且由于“異病同影”，容易造成漏診或誤診；該病病程發展快，患者需要接受多次胸部CT檢查以監測病情發展、評估治療效果等，單憑閱片醫生肉眼很難快速對比并識別病灶變化。 在接診量高峰期，亟待建立更精準高效的人工智能影像輔助診斷方法。孫逸仙紀念醫院林天歆教授組織醫院呼吸內科、急診科、放射科、大數據與人工智能團隊開展科研攻關，在廣州再生醫學與健康廣東省實驗室、廣東省科技廳的支持下，聯合清華大學、澳門科技大學以及廣州康睿智能科技有限公司，使用50萬份臨床影像學大數據，開發了基于胸部CT的新型冠狀病毒肺炎AI篩查和輔助診斷系統。 該系統能對新冠肺炎進行快速診斷，判定新冠肺炎的分級和嚴重程度，協助醫療機構加速辨別感染者，為快速隔離、診斷、治療爭取時間。其優勢主要體現在：快速、準確地診斷新冠肺炎。有經驗的影像科醫生看完1個患者的胸部CT圖像約15-30分鐘。該AI系統可在20秒內完成1個患者CT圖像的檢測及診斷過程，診斷準確率達90%以上。進行病情嚴重程度分級和重癥危重癥預測功能。該系統可對胸部CT圖像每一切面的小結節、磨玻璃影和實變進行自動分割、標注及定量分析，可預測患者的吸氧頻率、血氧飽和度、全身代謝情況、其他器官損傷程度，預測病人發展為重癥、危重癥的概率和時間，以便醫生及時干預，降低患者死亡率。協助醫務人員進行藥物效果評估，指導用藥。系統可對同一位患者用藥前后的CT圖像進行對比分析，通過定量計算病灶在用藥前后的變化，判別藥物是否有效，指導臨床用藥。

Nodal是出現在腫瘤組織和患者血液中的一個小蛋白分子，作為一種新型的腫瘤標志物具有巨大的臨 床應用前景。目前國內外尚無針對Nodal 蛋白的高敏感檢測的試劑盒產品應用于臨床。建立了高靈敏度的 生物素-親和素檢測系統。此檢測方法可檢測pg/ml級的Nodal蛋白，使用該方法測定結直腸癌、鼻咽癌和膽 囊癌病人血清，結果表明三種腫瘤病人的Nodal 濃度明顯高于正常人水平。

該系統直接切入湖北省隨州市曾都區的實際情況，讓當地65萬居民通過手機主動報告自己近期密切接觸的人員。系統基于曾都區既往和每日更新的確診病人、疑似病人、發熱病人及其密切接觸人員的信息進行數據分析，進而關聯挖掘出高風險人員。系統從廣大居民端而非僅從患者端入手排查密切接觸者，以居民自發填寫、及時反饋取代疾控人員和社區干部面對面調查登記、事后反饋，變“要我報告”為“我要報告”，極大削減了疫情防控期間工作人員的工作量；系統還為居民提供實時健康提示功能，使其在第一時間得知密切接觸情況變化并及時做好防護；同時，系統還擴大了接觸人員排查層級，通過用戶之間的關聯及時掌握“密切接觸者的密切接觸者”，為疾控工作擴大防線、跟進措施提供了高效信息支撐。

1 研究背景 1.1 高壓力、大直徑和高可靠性的非金屬壓力管道需求迫切 管道作為五大運輸方式之一，是輸送石油、天然氣、飲用水等重要能源和資源的主要手段，對國民經濟的發展和穩定至關重要，被稱為國民經濟的“生命線”。我國壓力管道發展迅猛，應用規模不斷增大，在石油、天然氣和飲用水輸送等重大工程建設中發揮了不可替代的作用。在油氣領域，國內油氣管道已形成縱橫東西、貫通南北、連接海外的管道輸送網絡。目前我國的原油管道1.9×104km，成品油管道2×104km，天然氣干線管道4.8×104km，油氣管道的總長度穩居全球前五名。以西氣東輸三線為例，其西起新疆霍爾果斯，東至福建省福州市，全長5220km，設計年輸量3×1010m3。此外，油田集輸管網和城鎮燃氣管網的管道長度已達到數十萬公里，且仍在不斷增長，成為油氣管道重要組成部分。在水資源輸送領域，為解決我國的水資源時空分布不均問題，我國已經實施了多項跨流域、跨地區的長距離管道輸水工程，如南水北調工程、廣東省的“東深引水工程”和“西江引水工程”、天津的“引灤入津工程”和山東的“引黃濟青工程”。以南水北調中線工程為例，年均輸送生活、工業用水6.4×1010m3，農業用水3×1010m3，供水范圍內總面積15.5萬平方千米，惠及沿線6000萬人口。 以聚乙烯及其增強復合管為代表的非金壓力屬管道具有耐腐蝕、抗震、柔性好、壽命長等優勢，在越來越多的應用領域替代金屬管道，成為世界各國競先研發的未來管道發展方向。全球非金屬管道的年均增速約5.9%，我國聚乙烯管道年平均增速更是達15%。 隨著聚乙烯及其增強復合管的不斷發展，其在燃氣和輸水等領域應用不斷擴展。在燃氣領域，在燃氣領域，美國、英國、丹麥等的城市燃氣管道中聚乙烯管應用比例均接近100%，而我國新鋪設的中低壓城市燃氣管90%以上采用聚乙烯管材。在輸水領域，我國城市建筑排水管道85%采用塑料管，城市排水管道的塑料管使用量達到50%，城市供水管道（DN400mm以下）80%采用塑料管，村鎮供水管道90%采用塑料管，逐漸占據主導地位。目前，多數國家已經在燃氣和給水領域選擇聚乙烯管逐漸替代金屬管道，實現以塑代鋼。 近年來，非金屬壓力管道逐漸在更高壓力、更大直徑和更高安全性要求的油氣集輸、核電冷卻水輸送等領域廣泛應用。如在油田的油氣集輸及開采領域，用于油氣田注水的非金屬壓力管道（直徑50-75mm），工作壓力已經達到32MPa；用于油田站內給水的非金屬壓力管道（直徑315mm），工作壓力已經達到2MPa；用于油田集輸管的非金屬壓力管道（直徑50-75mm），工作壓力已經達到4MPa，平均工作溫度高達60℃。在核電站冷卻水輸送領域，美國的Callaway核電站率先鋪設聚乙烯管道的外圍冷卻水系統，我國新建的AP1000核電站（浙江三門核電、山東海陽核電）外圍冷卻水輸送均采用聚乙烯管道（直徑752mm，徑厚比DR9）。由于聚乙烯管道具有耐海水及微生物腐蝕、抗震等優勢，許多現有核電站冷卻水管道系統也逐漸更換為聚乙烯管道，如2017年大亞灣核電站成功將其核安全相關的反沖洗系統管道更換為200mm，DR9的聚乙烯管道。 1.2 管道系統安全性的要求日益迫切 隨著聚乙烯管道系統在燃氣、供水等領域的應用日益廣泛，其安全問題受到越來越多的關注。根據中國城市規劃協會地下管線專業委員會的統計報告，2009年至2013年中國城市管線典型事故共計75起，而其中導致人員死傷的27起。南京“7.28”管道泄漏爆炸事故共造成22人死亡，120人住院治療，爆燃點周邊部分建筑物受損，直接經濟損失4784萬元。臺灣“8.1”燃氣泄漏爆炸事故中多條街道陸續發生可燃氣體外泄，并引發多次大爆炸，造成32人死亡，321人受傷，經濟損失高達1.4億元。類似的管道泄漏導致爆燃的事故給全社會帶來了重大的公共環境和人身安全的威脅。 隨著聚乙烯管道系統在燃氣、供水等領域的應用日益廣泛，全社會對管道系統安全性的要求也日益迫切。 1.3 焊接過程的溫度控制是提升管道系統可靠性的關鍵 當我們追溯這些事故的源頭，會發現有53%的聚乙烯管道系統故障發生在管道的接頭處——即管材與管材焊接的部位（來自塑料管道數據庫委員會PPDC）。接頭作為管道系統中質量最薄弱的環節，其焊接質量影響到整個管道系統的安全運行。 電熔焊接是目前聚乙烯管道最常用的連接方式之一。它通過預埋在電熔套筒內部的電阻絲加熱電熔套筒的內表面及管材的外表面，使二者吸收熱量并熔融，而后固定、冷卻。 在電熔焊接過程中，溫度是最重要的參數，也是造成接頭失效最本質的原因。不合理的焊接工藝導致的焊接過程的溫度控制不當，引發冷焊和過焊等缺陷。內部溫度過高會使得金屬絲周圍的聚乙烯材料因溫度過高而裂解，從而導致接頭強度不足，產生過焊現象；內部溫度不足則會導致熔合區深度和界面強度不足，產生冷焊現象。冷焊缺陷很難從外觀上或通過常規液壓試驗分辨，但其可能導致焊接接頭在服役過程中沿熔合面發生貫穿裂紋擴展失效，具有很大的安全隱患。 1.4 應用過程的安全狀態監測是保障管道系統安全運行的關鍵 接頭是管道系統的薄弱環節。美國塑料管研究所（PPI）技術總監Sarah Patterson在2016年美國機械工程師協會（ASME）壓力容器與管道（PVP）50周年會的大會報告上指出，非金屬管道的無損檢測與安全監測研究是今后塑料管道技術發展應用的重要課題。 在接頭安全監測方面，管道的服役過程安全監測研究主要有以下四種：（1）基于應變的監測技術：主要采用應變片等傳感器測量管道應變。該方法技術成熟，但測點多、電路復雜，且僅能獲得材料表層局部的應變信息。（2）連續碳纖維復合材料自監測技術：如內嵌連續碳纖維的復合材料，可以實時提供結構應變信息。采用連續碳纖維自監測的應變靈敏度系數小于傳統應變片，且應變檢測范圍很小。（3）基于埋入傳感器的監測技術：如利用嵌入式光纖光柵的管道應變場監測。光纖檢測集成度高、精度高，已經在管道、橋梁等結構的智能監測中得到廣泛應用。（4）基于導電填充材料的監測技術：在不導電的聚乙烯或其他非金屬基體樹脂中摻入少量導電纖維或顆粒，從而在材料中建立導電傳感網絡，當材料產生變形或局部損傷時，導電網絡相應地產生導通節點數變化或局部斷開，通過測量材料宏觀電阻變化可以獲得材料應變或局部損傷等信息。 基于導電填充材料的智能監測技術一直是混凝土結構與生物傳感器領域的前沿與熱點。其關鍵問題是如何通過合理的傳感器設計，在不影響監測對象本身工作特性的同時，有效地提取監測對象的服役狀態和結構損傷信息。開展結構安全監測技術研究，智能監測感知壓力容器與管道結構失效特征參量，實現損傷失效的預警和運行的自主優化，是未來壓力容器行業重要的研究方向。 2 智慧管件系統解決方案 非金屬管道的智慧管件系統包含管件焊接過程的溫度場智能調控和管件使用過程的損傷自監測兩個功能，如圖1所示。 2.1 焊接過程溫度場調控 電熔焊接過程從本質上是電阻絲通電生熱、聚乙烯材料相變熔合的過程，熔區溫度在時間和空間上的變化很大程度上體現出焊接過程的發展。如圖2所示，智能焊機的“智能”正是來源于我們所提出的熔區復合溫度場理論模型。該模型能夠根據采集到的實際電壓電流數據，小成本、高精度地實時推演焊接過程的發展。不同于傳統焊機對被控對象內部情況的“一無所知”，智能焊機首次采用基于熔區溫度場的方式在線監測焊接過程，使得參數的調節和設計有堅實的理論依據。 在溫度場模型的基礎上，本作品能實現對焊接過程的質量控制。在焊接接頭性能與加工條件的研究上，團隊通過熱重分析和凝膠滲透色譜分析研究PE100在不同溫度焊接后的熱降解行為，得出典型工業級PE100材料的允許焊接最高溫度在270℃的結論。同時，通過超聲檢測和梯度試驗的方法證實了管材熔區深度與焊接界面強度的關聯。 基于上述理論研究和多次實踐，對聚乙烯最高溫度和熔區拓展深度進行控制是應對過焊和冷焊缺陷的重要方式。智能焊機對質量進行控制的思路即通過實時溫度場計算聚乙烯最高溫度和熔區邊界，讓最高溫度在不超過270℃，熔區深度控制在2～3mm。為使焊接效率最高，通過由調整次數、焊接時長、最高溫度等指標組成的代價函數對不同調整策略進行評價，從而獲得最優的電壓調整策略。通過這種溫度主動控制的方式，管道焊接缺陷產生的概率下降超80%。 1.1 服役過程安全狀態自監測 為了實現管道系統服役過程的安全狀態自監測，采用短切碳纖維（SCF）增強聚乙烯復合材料（PE-SCF）制備電熔管件。由于碳纖維SCF具有良好的導電性，隨著纖維含量的不斷增加，填充在聚合物基體內部的短碳纖維能夠形成良好的導電網絡，如圖3所示。PE-SCF復合材料內部SCF導電網絡的破壞與重組賦予了該材料壓阻效應，能夠用于監測PE-SCF復合材料承受的載荷。圖4為循環拉伸載荷下PE-SCF的應變和電阻響應與時間的關系。可以看出，PE-SCF復合材料的監測電阻能夠及時反映材料承受的應變。隨著應變增加，材料的電阻值增加；應變降低，材料的電阻值也降低；并且監測電阻對應變變化的響應具有很好的穩定性。PE-SCF復合材料在拉伸力作用下發生變形，部分短碳纖維導電網絡斷開，導致材料的電阻率增加。隨著應變的降低，短碳纖維之間的接觸恢復到初始狀態，電阻值也隨之恢復。結果表明PE-SCF應變與電阻變化之間存在確定的關聯機制，初步論證采用PE-SCF復合材料制備具有自監測功能的電熔接頭具有可行性。 圖5顯示了爆破試驗過程中所監測到的PE-SCF電熔接頭的電阻和壓力變化曲線。結果表明，隨著內部壓力的升高，兩個電極之間的電阻會不斷增加，電阻變化率曲線的斜率也迅速增加。這是因為在加壓初始階段，電阻變化主要由基體的彈性變形引起，在這種情況下，材料內部的導電網絡仍然完整，因此電阻不會產生很大變化。當壓力繼續增加時，材料內部形成微裂紋，導致局部導電網絡的破壞，電阻變化率顯著增加。初步實驗表明，利用電阻變化率監測PE-SCF電熔接頭的內壓載荷及結構損傷狀態具有可行性。 圖6顯示了峰值內壓為5MPa時的循環加載實驗期間，電熔接頭上監測到的電阻變化曲線。可見電熔接頭表面電極之間的電阻變化趨勢與接頭內部的壓力變化趨勢一致，且每個周期的峰值電阻十分穩定。基于電阻測量的內壓監測靈敏度系數約為29.56%/MPa。實驗結果表明，載荷和監測到的電阻信號存在較為穩定的關聯關系，因而用電阻變化監測電熔接頭內部壓力的變化是可行的。 上述測試結果表明，采用PE-SCF復合材料制備電熔管件，利用PE-SCF材料的壓阻效應，能夠實現基于電阻測量的管道系統在服役過程中的內壓及安全狀態實時監測，提升了管道系統的服役安全性。