弥散张量成像建立0-2岁婴幼儿脑白质模版的研究及验证

Brain development is a dynamic and complex process. The process of white matter development under 2 years old is very unique. The magnetic resonance atlas with objective measured value of infant white matter development has not been established at home and abroad. Early diagnosis and treatment of brain development disorders on children are greatly limited. Diffusion tensor imaging is an ideal technology on white matter evaluation of 0-2 years old infants. One of the most crucial step is the image registration process. After preliminary experiment, we found characteristics of tensor field distribution on DTI cannot be complete expression by the diffusion parameter map based on inappropriate tensor model, meanwhile changes of voxel positions in tensor field cannot be reflected by gradient field of diffusion parameter map. This application intends to construct a standard atlas of white matter based on 200 cases of Chinese normal infants among 0-2 years old, by using nonlinear high registration accuracy of non-rigid diffeomorphism paradigm. The result should be as a foundation of further research on brain development, mechanism and treatment of pediatric diseases associated with brain.

大脑发育是一个动态复杂的过程，0-2岁的脑白质发育具有独特的过程和变化，国内外婴幼儿脑白质发育磁共振标准脑模版的空白限制了对脑白质发育异常的早期发现、诊断和治疗。扩散张量成像技术（Diffusion Tension Imaging, DTI）是较为理想的评估0-2岁婴幼儿脑白质髓鞘化过程的研究技术。前期研究发现DTI构建脑模版过程中，不适当的模型会引起基于张量模型计算的弥散系数参量图不能完整地表达DTI图像张量场的分布特征，弥散系数参量图的梯度场也不能反映张量场在不同体素位置的变化情况。本次申请意在应用非线性高配准精度的微分同胚非刚性配准范式对弥散张量图像进行配准，研究0-2岁中国正常婴幼儿大脑白质微结构发育演变过程的磁共振弥散张量特征，建立婴幼儿脑白质微结构标准模版并进行验证。本研究结果将为进一步分析人类大脑发育及功能形成过程、脑发育相关疾病的机制和治疗提供基础。

0-2岁的脑白质发育具有独特的过程和变化，国内外婴幼儿脑白质发育磁共振标准脑模版的空白限制了对脑白质发育异常的早期发现、诊断和治疗。扩散张量成像技术（Diffusion Tension Imaging, DTI）是较为理想的评估0-2岁婴幼儿脑白质髓鞘化过程的研究技术。前期研究发现DTI构建脑模版过程中，不适当的模型会引起基于张量模型计算的弥散系数参量图不能完整地表达DTI图像张量场的分布特征，弥散系数参量图的梯度场也不能反映张量场在不同体素位置的变化情况。本研究选取经神经内科医师、影像科医师及Gesell发育诊断量表评估临床查体、运动和认知正常、常规核磁头颅检查无颅内占位及先天畸形、足月顺产、无母体孕期疾病（妊高症、糖尿病等）、宫内缺血缺氧、头颅外伤、颅内感染、颅内手术病史、精神疾患家族史的0-2岁婴幼儿共120例进行头颅DTI入组扫描，按年龄分为6组，以每组选定的独立样本为模版，应用MRlcron、DtiStudio、DiffeoMap及SPM软件，联合非线性高配准精度的微分同胚非刚性配准范式进行数据预处理、张量计算和图像归一化，并应用Matlab对最终图像进行平均计算构建相应组别对应的平均图谱。最终成功建立0-2 岁中国婴幼儿磁共振正常大脑白质图谱，包括各向异性图、彩色编码图、T1加权像图、B0图以及平均弥散加权像。所有模版主观评分均超过2分，客观评估参量模版均方根误差控制在0.19以下，且根据结构T1模版建立的月龄0-2岁儿童大脑平均体积变化立方趋势图与既往文献报道结构模版变化趋势相同。本次应用非线性高配准精度的微分同胚非刚性配准范式建立的0-2岁中国正常婴幼儿大脑白质微结构发育演变模版，不仅为进一步分析人类大脑发育及功能形成过程、脑发育相关疾病的机制和治疗提供基础，为医、教、研提供客观、公正的影像学信息，同时也填充和弥补全球人类脑计划中国婴幼儿标准脑的空白。

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