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国产大设备为3亿中国儿童打造“大脑金标尺”
耀阳daban
2023-06-14 20:26:41
国产大设备为3亿中国儿童打造“大脑金标尺”

 

“看起来像毛线团一样,特别绚烂好看”。4岁的落落(化名)在看见自己的大脑神经图像时拍手惊叹。这张图像来自一台高度定制、用于脑科学前沿基础研究的国产科研大装备3.0T磁共振系统。

作为第一批参与婴幼儿脑图像实验的小志愿者,落落开心将扫描脑图像的过程比喻成“太空之旅”。磁共振幽深的孔径并没有劝退落落,她从容的躺进“太空舱”,准备开启她的“任务”。扫描完后,她开心地说道:“带上有 ‘天线’的感应头盔,不开口就能猜到我在‘想什么’。”

落落参与的是国家科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目之一“婴幼儿脑发育队列”项目。该项目由上海科技大学生物医学工程学院创始院长沈定刚指导,上海科技大学生物医学工程学院博士生导师、婴幼儿脑发育影像实验室主任张寒牵头。项目聚焦婴幼儿早期发育阶段大脑结构、功能、连接的重大变化,将建设中国首个0-6岁正常发育婴幼儿聚合交叉大队列,绘制婴幼儿脑发育图谱和轨迹,揭示影响发育的遗传和环境因素,探索基因、环境共同作用下的脑和行为发育机制,为3亿中国儿童打造一份“大脑金标尺”。

儿童志愿者正在佩戴耳机,用于脑影像扫描听觉刺激呈现  联影医疗供图

“大脑就像一棵树,0-2岁大脑细胞快速生长发育,之后神经纤维和突触如树叉分支,越长越密,6-7岁就与成人的大脑相差无几。磁共振得出的大脑高清影像,可以观察到婴幼儿大脑的结构、功能、以及大脑各区域的连接情况。不同生长阶段的图像揭示大脑在成长过程中的变化轨迹。”项目合作单位之一、上海师范大学儿童发展与家庭研究中心主任李丹对大脑的比喻,更直观表明了孩童时期的大脑是一个飞速变化的过程。

“儿童大脑不是成人的缩小版,儿童研究一定是最复杂的。”项目合作单位之一、复旦大学附属儿科医院厦门医院放射科主任刘俊刚认为,0-6岁是疾病的黄金干预期,孩子与成人的病征呈现出‘同病异影’,针对孩子本身的生长发育机制的特殊性,有可能形成一个跑赢时间的诊疗范式。

不论是从科研教育还是临床诊疗都急需一份“金标尺”—— 绘制中国首个婴幼儿动态脑图谱,聚焦婴幼儿早期发育阶段大脑结构、功能、连接的重大变化,精准刻画孩子成长发育轨迹,提前捕捉细微病变。

“根据世界卫生组织《全球疾病负担研究》显示,在全球范围内,5岁以下婴幼儿中平均每49.5人就有1人患有脑相关疾病,如自闭症、多动症、发育障碍等;我国早产儿筛查异常率高达18%。但科学家对这些疾病的发病原因、如何早发现早治疗都一知半解。” 张寒说,“医生通过行为测试,大约在2岁左右可以识别出自闭症儿童,但此时进行治疗干预已经错过了‘黄金治疗期’。我们希望通过脑发育的基础研究,更早识别、治疗这些‘未解之病’,造福更多家庭。”

张寒还提到,中国儿童脑计划必须有中国的特色,且符合中国的国情,应更加关注智商和情商的双重发展,以及语言和社会情绪能力发育的基因和环境因素的识别和脑机制,为我国“科学教育”提供参考。

近1000亿个神经元和100万亿个连接……研究人脑,高清图像的数据采集是基础条件,研究婴幼儿的脑部发育更非易事。

据张寒介绍,新生儿易动,无法忍耐磁共振的噪声和长时间扫描,往往只有在睡眠状态才有可能采集到高质量的数据。为此,他们引入了国产科研大装备——联影医疗3.0T磁共振uMR 890进行全方位扫描,装备搭载了人工智能辅助的压缩感知技术ACS?,不仅图像高清,还可将扫描时间节省约44%,脑结构成像噪声降低约28-34%,这极大提高了婴幼儿脑影像数据采集效率和成像质量。

据了解,该设备为适应儿童的生理和心理特点,系统多个软硬件都做了个性化的调整。来自联影医疗的研发工程师团队,几乎每天都和科学家们待在一起,第一时间响应科研需求,随时进行设备的调整和升级。

“婴幼儿活泼好动,如何确保扫描图像清楚?为解决这个难题,我们开发出MoCAP智能无标记运动追踪校正系统,采用先进3D全息数字点云追踪,算法自动将每一次‘越轨运动’恢复矫正,始终确保图像极高精度,大大提升扫描效率和图像质量。”联影医疗董事长兼联席首席执行官张强说。

对此,沈定刚指出:“我们首次使用了国产高端磁共振来做中国脑计划的课题研究。众所周知,技术的发展与前沿科学研究的进步相辅相成。尤其在国家重大前沿科研项目中,我们既要研究解决脑科学领域的众多科学问题,也应该以此带动国内相关技术和产业的发展。尤其当前科技自立自强成为国家发展战略,支持国产核心技术的发展更是尤为重要。”

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    2023-06-15 08:36
    上代码啊????~~~~~
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