局灶性白质损伤患儿脑微结构隐性病变的早期MRI个体化评估

The number of preterm neonates appears to remain high in China. These subjects are vulnerable to pathogenic factors and easy to get brain lesions. Punctate white matter lesions (PWML) are very common (the incidence>20%). The silent degeneration associated with PWML is harmful to the outcomes and hard to be detected. To reveal the silent degeneration in the extensive regions is the key for the precise diagnosis and prediction of PWML. This project tries to solve this problem. The main contents are as follow: 1) To characterize the microstructure properties of brain, this project will combine the diffusion magnetic resonance imaging (MRI) and different tissue models. The key metrics and responsible lesions will be determined through the correlation analysis between metrics and neurological behavior scores. 2) Based on the quantitative analysis between an individual and the control group, individual-based precise diagnosis of PWML will be performed. 3) Factors of the brain development, interventions, and the lesion progress will be studied during the investigation of the outcome prediction for PWML. This project will be beneficial to the early individual diagnosis of diseases associated with PWML.

近年来，我国早产儿数量居高不下，该人群极易受到各种因素的影响而发生脑损伤，其中局灶性白质损伤（PWML）最为常见（发生率超过20%），而PWML所伴随的隐性病变对发育结局具有严重的危害性且不易被探测，因此，“如何揭示隐藏在更广泛脑区的隐性病变”是对该疾病进行诊断与预后评估的重点与难点。针对上述问题，本项目将：1）基于扩散磁共振成像与脑组织结构模型，研究各参量与神经行为学评分的关系，确定刻画PWML隐性病变的关键变量和责任病灶；2）通过量化个体偏离对照人群的程度，实现个体水平的PWML的准确诊断；3）综合考虑发育因素、干预因素以及PWML的发展过程，研究早期预测PWML患儿发育结局的方法。本研究有望推进PWML相关脑病的早期个体化诊断。

《中国儿童发展纲要（2021—2030年）》将降低儿童生长迟缓率作为重要发展目标，我国早产儿数量庞大，其中，脑白质损伤（punctate white matter lesions，PWML）占据较大比例（发生率超过20%），然而该类损伤具有隐匿性，在随访过程中存在假正常化，但认知、精细运动发展水平存在发育迟缓现象，是制约我国儿童健康发展的重要因素。对该类损伤进行精准评估并判断预后至关重要，围绕“局灶性脑白质损伤隐匿性微结构改变特点及其演变规律”这一科学问题，本项目开展了以下工作：（1）实现了多种扩散磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）模型同步采集与分析方案；（2）针对PWML患者，利用多参量与预后神经行为学评分的相关分析初步选出用于刻画脑隐性病变的关键参量；（3）利用病灶与纤维束的重叠程度初步量化描述了PWML显性病变的空间分布特点；（4）通过对不同级别PWML患儿脑内显性、隐性改变的分析，结合神经行为学评分，初步分析了潜在责任病灶；（5）初步实现了基于扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）参量的个体化分析方法；（6）基于纵向随访数据，初步描述了PWML病灶纵向变化特点；（7）基于DTI参量构建了脑瘫预测模型。. 在原研究计划的基础上，通过医工交叉合作，增加了（1）基于迁移学习的新生儿脑灰白质分割工具研发；（2）个体化分析方法在结构化报告系统的集成。. 通过本项目的研究，实现了PWML显性病灶及其隐匿性微结构改变的量化评估方案，明确了PWML纵向变化特点，纵向随访发现存在脑影像假正常化现象，同时初步建立了脑损伤与预后神经行为学评分的关系，为进一步预后评估及相关脑病乃至发育迟缓的早期预测提供了有价值的信息。