973项目申报书-基于影像的脑网络研究及其临床应用(编辑修改稿)

973项目申报书-基于影像的脑网络研究及其临床应用(编辑修改稿)内容摘要：

提供反馈和评价。 图 2. 课题 之间关系 图 16 16 四、年度计划 研究内容 预期目标 第 一 年 1. 按照各个课题计划，完善实验设计，确立 数据收集 标准 2. 基于磁共振数据的脑区细化方法研究 3. 基于磁共振与电生理的脑 网络计算理论和 方法研究 4. 研究局部性脑损害和弥 漫 性脑损害脑网络指标的早期变化特点 1. 完成各个课题计划的部分实验数据的收集工作 2. 初步建立 基于磁共振数据的脑区细 化方法 3. 建立与完善基于磁共振与电生理的脑网络 计算理论和方法 4. 明确 局部性脑损害和弥 漫 性脑损害脑网络指标的早期变化特点 5. 发表 SCI 论文 1520 篇， 其中 IF5论文 的 6 篇以上 6. 申请专利、软件著作权 36 项 第 二 年 1. 继续各课题的 数据收集 工作，包括新入组及纵向随访数据 2. 完善 基于磁共振数据的脑区细化方法 ；开展 脑区细化研究 ；研究脑区细化及脑连接模式的生物学意义 3. 继续基于 磁共振与电生理的脑 网络的计算理论和 方法研究 ，利用疾病和动物模型验证计算理论和方法的有效性 4. 研究 局部性脑损害 患者在药物和手术等干预下脑网络的变化 特点 5. 研究弥漫性脑损害患者及高危人群的脑网络异常模式 1. 完成各个课题计划的实验数据收集工作 2. 完成 23 个脑叶的脑区细化 3. 完善并验证基于 磁共振与电生理的脑 网络的计算理论和方法 4. 明确药物和手术等干预措施对脑网络的影响 5. 明确弥漫性脑损害患者及高危人群的脑网络异常模式 6. 发表 SCI 论文 1520 篇， 其中 IF5论文 的 6 篇以上 7. 申请专利、软件著作权 25 项 17 17 研究内容 预期目标 第 三 年 1. 继续各课题的纵向随访数据 收集 工作 2. 研究 脑区细化 方法 并利用动物实验验证脑区细化 的 合理性 3. 研究 多模态影像 信息融合的脑网络 技术 4. 研究 局部性脑损害 患者 和弥漫性脑损害患者的脑网络动态演变规律 1. 完成各个课题计划的实验数据收集工作 2. 完成 23 个脑叶的脑区细化 ，并验证 脑区细化 的合理性 3. 建立多模态影像 信息融合的 脑网络计算理论与方法 4. 明确 局部性脑损害 患者和弥漫性脑损害患者的脑网络动态演变规律 5. 发表 SCI 论文 2025 篇， 其中 IF5论文 的 8 篇以上 6. 申请专利、软件著作权 35 项 第 四 年 1. 完善脑叶的脑区细化 及 动物实验验证脑区细化 的 合理性 2. 利用动物模型和疾病模型研究 脑网络 的 生理意义和临床可用性 3. 研究脑网络技术在 局部性脑损害和弥漫性脑损害中的临床应用价值 1. 完成 所有脑区的细化，完成脑区细化合理性的验证 2. 建立系统（多层次、动态、因果和非线性）的脑连接计算理论与方法 ，明确脑网络生理意义，建立临床可用性评价方法 3. 建立基于脑网络的 局部性脑损害 预后判断方法，弥漫性脑损害早期诊断和疗效评价方法 4. 发表 SCI 论文 2025 篇， 其中IF5 论文 的 8 篇以上 5. 申请专利、软件著作权 25 项 18 18 研究内容 预期目标 第 五 年 1. 整 合 实验数据， 建立数据库 2. 构建适合脑网络研究的脑图谱 3. 研究基于脑网络的临床应用平台 4. 研究脑网络表征临床可用性的多中心疾病模型验证标准、范式和平台 1. 完成项目数据库建立 2. 完成脑图谱 的构建，集成脑图谱划分的全部技术和软件 3. 建立脑梗死 预后判断系统 4. 建立精神分裂症早期诊断和预后判断系统 5. 发表 SCI 论文 1520 篇， 其中 IF5论文 的 6 篇以上 6. 申请专利、软件著作权 25 项 19 19 一、研究内容 关键科学问题 本项目重点研究脑网络的构建和脑疾病状态下脑网络的变化规律，在此基础上探索重大脑疾病早期诊断及预后评价的影像学标志，这不仅是国际前沿基础科学问题，也是国家重大需求。 本项目拟解决以下三个关键科学问题： (1) 利用成像技术建立 适合脑疾病和脑网络研究、有明确生物学意义的 脑图谱及其适用性的 验证方法体 系 ； (2) 探索脑功能网络的 解剖 基础、脑功能网络和 解剖 网络的相互关系，以及脑功能和 解剖 网络的变化规律， 建立多层次、动态、因果和非线性的脑连接和脑网络的计算理论和方法 及其适用性的 验证体系 ； (3) 探索并揭示局部性脑损害 (脑卒中和脑胶质瘤 )和弥漫性脑损害 (阿尔茨海默病和精神分裂症 )对脑 解剖 和功能网络的影响，探索局部性脑损害后神经功能恢复过程中脑网络的变化模式以及这些模式是否能作为预后判断的影像学标志， 明确脑疾病特异性脑网络表征， 在网络水平上发现阿尔茨海默病和精神分裂症早期诊断、预后判断及疗效评价的影像学标志。 主要 研究内容 本项目围绕以上三个关键科学问题，从基础 研究和临床研究两个层次 ，分三个方面来进行研究， 具体研究内容如下： 1. 脑图谱。 利用多模态磁共振成像技术（ sMRI、 fMRI、 dMRI 等），将脑连接模式与传统的基于细胞形态信息的脑区分割技术结合， 对功能不明确的脑区进行细分 ， 建立 适合脑疾病 和脑网络 研究、有明确生物学意义的脑图谱 ； 对脑图谱的适用性从计算、荟萃分析和动物模型 等方面建立 系统 的 验证方法 体系。 20 20 2. 脑连接。 利用多模态磁共振成像技术 及电生理技术对脑连接进行数学建模，建立多层次、动态、因果和非线性 的 脑连接和脑网络的计算理论和方 法；利用模式动物（猕猴和大鼠）研究脑连接的生理意义，对脑连接和脑网络的计算理论和方法进行验证； 利 用阿尔茨海默病和精神分裂症作为疾病模型验证上述方法的临床可用性。 主要研究内容包括： （ 1） 基于磁共振影像的脑网络研究。 利用 功能磁共振影像 研究脑连接和脑网络 ，发展 脑连接和脑网络 的新理论和新方法； 利用结构和弥散磁共振影像研究脑解剖连接和脑网络、发展其 模式动物 验证方法 ； 利 用阿尔茨海默病和精神分裂症作为疾病模型验证上述方法的临床可用性。 （ 2） 基于电生理的脑网络研究。 针对人的脑电 (EEG)记录，构建相应的脑功能网络和因果网 络，发展动态脑网络方法 ； 参考课题四、五的研究内容，研究正常人和部分病种病人的，脑电脑网络的基本属性及其变化规律 ； 参考课题四和五的研究内容，建立动物模型，在课题一脑图谱工作的基础上进行节点的选择，采用微电极阵列 (MEA)进行记录，构建相应的脑功能网络和因果网络，研究正常和疾病模型的脑网络的基本属性及其变化规律 ； 研究脑电与 fMRI 信息的融合方法，具体包括 fMRI 约束的脑电逆问题方法和 EEG 约束 fMRI 的 HRF 重建方法 ， 发展建立基于融合信息的脑网络的方法 ； 参考课题一、二、四和五所研究的问题和取得的研究成果，研究大 脑的基本功能和部分病种脑网络的特性 ； 基于脑网络性质在进化上的保守性，针对典型的 fMRI 脑功能网络，采用微电极记录技术获取相应网络的神经电生理信息，研究 fMRI 的脑网络的神经电生理机制，以及 BOLD 信号与神经电生理信号之间的相互关系 ； 利用模式动物（猕猴和大鼠）研究脑连接的生理意义，对脑连接和脑网络的计算理论和方法进行验证； 利 用精神分裂症作为疾病模型验证上述方法的临床可用性。 3. 脑疾病的网络表征。 研究 局部性脑损害 和 弥漫性脑损害 在脑网络上的表征，在网络水平上探索 脑疾病 早期诊断、预后判断及疗效评价的影像学标志 ； 采用经颅磁刺激技术和经颅直流电刺激技术 及模式动物（猴和大鼠）对脑损伤和脑连接的生理病理进行建模，明确脑疾病的特异性脑网络表征；建立脑网络表征具有临床可用性的 多中心疾病模型验证 标准、范式和平台。 具体研究内容包括：（ 1） 局部性脑损害 (脑卒中与脑胶质瘤 )的脑网络研究。 研究局部性脑损害 (脑卒中和脑胶质瘤 )对脑结构和功能网络的影响，并采用经颅磁刺 21 21 激技术和经颅直流电刺激技术模拟局部性脑损害，研究特定脑区及特定脑连接的功能意义 ，利用（猴和大鼠）对脑卒中进行模式动物研究， 探索局部性脑损害后神经功能恢复过程中脑网络的动态变化 模式以及这些模式是否能作为预后判断的影像学标志。 （ 2） 弥漫性脑损害 (精神分裂症 和 阿尔茨海默病 )的脑 网络研究。 研究精神分裂症 和 阿尔茨海默病对脑 解剖 和功能网络的影响，在网络水平上探索精神分裂症 和 阿尔茨海默病早期诊断、预后判断及疗效评价的影像学标志。 研究精神分裂症患者 及其高危人群脑网络的 解剖 和功能拓扑组织特征，并与同年龄段正常对照比较，明确疾病造成的脑发育过程与正常脑发育过程的差异，并验证这些差异是否可作为精神分裂症早期诊断的影像学 标志 ；研究首发、未服药精神分裂症患者抗精神病药物治疗前后脑网络 解剖 和功能 网络 组织的 动态变化，确立药物疗效与患者脑网络动态变化之间的关系，筛选可用于预测抗精神病药物治疗疗效的影像学标志。 研究轻度认知障碍和早期阿尔茨海默病患者脑网络在 解剖 和功能拓扑组织上的特征，并与健康老年人比较，明确疾病造成的脑老化过程与正常脑老化过程的差异，以筛选可用于阿尔茨海默病早期诊断的影像学标志；通过对轻度认知障碍人群进行动 态观察，研究轻度认知障碍转化为阿尔茨海默病患者和未转化者在脑 解剖 和功能网络上的差异，建立预测轻度认知障碍转化为阿尔茨海默病的影像学标志。 22 22 项目名称： 聚焦超声无创治疗肿 瘤的关键科学问题研究 首席科学家： 王智彪 重庆医科大学 起止年限： 至 依托部门： 重庆市科委 23 23 二、预期目标 本项目的总体目标： 立足我国原始创新聚焦超声治疗已有基础，围绕实现更安全、更高效的聚焦超声无创治疗肿瘤的核心问题 ——增强和加速焦域处肿瘤组织损伤的实现、监测和疗效评价， 通过理、工、医紧密结合的多学科交叉 研究，在聚焦超声在活体组织中的非线性声传播和生物传热学理论、焦域精细控制方法、瞬态物理特性及专一的高分辨、高灵敏动态监控成像、肿瘤高效治疗模式与疗效评价等方面 取得突破，形成聚焦超声安全、高效无创治疗肿瘤的理论方法体系和技术平台，促进我国具有自主知识产权的新一代更安全、更高效聚焦超声治疗设备的研制和临床应用的发展，并保持国际前沿地位。 同时，凝聚和培养一批引领超声治疗研究的高层次创新型科研人才，形成一支有国际影响力的研究团队，推动声学、医学影像和生物医学工程、基础和临床医学等相关学科领域的发展。 五年预期目标 : ： 发展聚焦超声在复杂活体组织中的非线性声传播理论，在此基础上，将可实现声能单向流动的声二极管理论引 入，利用 具有负折射率的人工声学材料和时间反转理论 实现焦域精细时空控制，提高焦域能量密度；筛选用于聚焦超声增效治疗 且具有多模态成像能力的多功能 微纳米生物材料，并阐明强超声与生物组织和微纳米生物材料导入时相互作用的治疗机制；研究证实超声消融肿瘤表面层治疗模式的高效机制和方案，最终实现综合利用精细焦域、微纳米生物材料和超声消融肿瘤表面层治疗模式三者结合方式增强和加速焦域处肿瘤组织损伤。 ： 突破现有影像的局限，在研究聚焦超声治疗的靶组织瞬态物理特性基础上，提出专一 监控聚焦超声治疗的高分辨、高灵敏超声和磁共振动态成像理论和方法；在建立精准的病灶三维坐标数据集基础上，实现病灶的快速定位和焦域的三维精确导航。 聚焦超声肿瘤治疗剂量学和疗效评价体 系： 针对聚焦超声快速致组织凝固性坏死问题，发展基于 非傅里叶传热理论的聚焦超声治疗 生物传热学理论模型，并结合高声强下声场测量、空化监测、生物学效应研究和临床实践数据库，在聚焦超声治疗监控成像和导航研究基础上，建立肿瘤治疗剂量学模型。 阐明聚焦超声无创治疗后坏死肿瘤组织转归和修复动态过程中的肿瘤细胞生物学和影像学变化规律，及其对机 体代谢和免疫方面的影响，建立聚焦超声治疗肿瘤疗效的 局部和整体效应评价方法。 24 24 ： 通过本项目的研究，形成聚焦超声安全、高效无创治疗肿瘤的理论方法体系和技术平台。 力争在 Science 和 The New England Journal of Medicine 上发表重要论文， 发表科研论文 200 篇左右，影响因子总和大于 400（其中单篇影响因子大于 5 的 15～ 20 篇左右，影响因子大于 10的 5～10 篇左右）。 申请和授权的国际、国内发明专利 30 项左右，获计算机软件著作权 10 项左右，出版专著 1～ 2 部，获省部级一等奖及以上奖励 2～ 3 项。 ： 培养一批。