国产大设备赋能中国“儿童脑计划”，婴幼儿脑发育队列项目启动

本文转自：人民日报客户端

谢卫群 连琤

“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。

扫描中 受访者提供

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”。面对磁共振幽深的孔径，并没有劝退落落，她从容地躺进“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教授指导，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教授牵头。

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”。

“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。”项目合作单位之一的上海师范大学儿童发展与家庭研究中心主任李丹教授对大脑的绝妙比喻，更直观地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。”项目合作单位之一的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；在中国，早产儿筛查异常率高达18%。但是，科学家们对这些疾病的发病原因、如何早发现早治疗，都一知半解。”张寒教授说，“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。”

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。

“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。我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。”张寒教授介绍，“我们将继续联合联影医疗攻克一系列关键技术，产研医三方一起解决技术难题。”

据了解，这台国产大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。

此次项目的开展，不仅对于认识脑、预防脑疾病等具有重要意义，对于国产医学影像装备产业的自主可控与领先发展同样意义重大。沈定刚教授指出：“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。”