|探秘“终极疆域” 国产科研大装备赋能中国脑计划

在上海科技大学生物医学工程学院地下一层，一台国产科研大装备——高度定制、用于脑科学前沿基础研究的3.0T磁共振系统，正在采集志愿者的脑影像。
这是国家科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目的一部分。产学研医四方携手攻坚，首次使用国产高端磁共振赋能中国脑计划，将绘制中国首个婴幼儿动态脑图谱和发育轨迹，为儿科临床、类脑与人工智能等科技前沿提供基础支撑，推动国产科研大装备产业突围与发展。
首次给中国婴幼儿的大脑“画地图”
对人类大脑的研究，被称作是自然科学的“终极疆域” 。
“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。 ”上海科技大学生物医学工程学院婴幼儿脑发育影像实验室主任张寒说。
作为上述大科学计划的一部分， “婴幼儿脑发育队列”项目近日在上海科技大学正式开题，将聚焦婴幼儿早期发育阶段大脑结构、功能、连接的重大变化，建设中国首个0至6岁正常发育婴幼儿聚合交叉大队列，绘制中国首个婴幼儿动态脑图谱和发育轨迹，并开展前沿技术和发育机制研究。
与成年人发育成熟的大脑不同，新生儿出生第1年大脑发育速度极快，大脑容量和形态特征快速变化，这对数据采集、成像技术和数据分析技术均提出了更高要求。哪怕此前已经积累了大量研究，但基于成人大脑的技术对婴幼儿大脑图像的适用性也非常有限。
精准的测量和分析婴幼儿早期脑发育图谱和发育轨迹，可以为早期识别诊断甚至治疗婴幼儿相关疾病提供关键依据。
“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。 ”张寒说。
国产大装备与国家前沿科学研究双向“赋能”
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。婴幼儿易动，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——3.0T磁共振uMR 890进行全方位扫描，装备搭载了基于人工智能技术的uAIFI‘类脑’平台，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％至34% ，极大提高了婴幼儿脑影像数据采集效率和成像质量。 ”张寒说。
采访人员在这台定制化的国产科研大装备上看到，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。
“成人扫描磁共振所使用的线圈对婴幼儿来说尺寸过大，我们就第一时间开发了婴幼儿头颈脊柱联合线圈，把线圈内径从26厘米减少到适合婴幼儿体型的18厘米，线圈更紧密贴合成像区域，扫描图像更清晰。为了让科研人员采集数据更便利，我们让线圈轴向覆盖范围更大，这样扫描过程中不需要移动婴儿或者更换扫描线圈就能一次性完成扫描。 ”联影医疗董事长张强说。