面向学龄儿童脑智发育研究的多模态MRI脑影像序列参数与扫描规范专家共识

摘要

当代多模态MRI技术的迅速发展，为精准刻画儿童青少年脑发育规律与个体差异、揭示脑发育异常疾病的神经机制，提供了重要影像研究工具，带来了儿童脑发育影像学这一脑科学前沿方向。然而，面向学龄儿童(6~18岁)的高质量多模态MRI脑影像序列参数设置与

扫描采集极具挑战性，严重阻碍了国内脑发育相关影像研究的开展与推广。为此，国内相关领域的多家权威机构和专家团队，依托科技部科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目“中国学龄儿童脑智队列”计划，通过调研全国30余家机构MRI设备现况，以及国际大型儿童脑发育队列研究序列参数的优缺点，共同制订了《面向学龄儿童脑智发育研究的多模态MRI脑影像序列参数与扫描规范专家共识》,以期规范国内不同规模、不同类型队列相关脑发育影像研究中的序列参数设计与扫描操作，提升儿童脑影像扫描成功率与影像质量，以及结果可比性与稳定性，推动我国儿童脑智发育基础与临床研究的整体进步。

学龄儿童阶段(6~18岁)是人类个体脑智发育的重要时期1,脑结构与脑功能都在快速变化，支撑个体各类认知行为，尤其是高级行为，如抽象思维、执行功能等迅速成熟[2,3]。面向学龄儿童的脑智发育研究，不仅有助于阐释儿童脑的典型发育规律，深入理解儿童行为发生发展的生物机制，也有助于建立多尺度、多模态的个体脑发育

精准评估、分型、预警模型，是当今脑科学领域的战略前沿方向。同时，开展学龄儿童脑智发育研究，对理解人类高级认知功能涌现的神经机制，揭示人类特有高级智能的生物本质，也具有重要启发价值。

当代多模态MRI技术的快速进步，为无损探查学龄儿童脑结构与功能发育特征提供了必不可少的影像工具[4,5.6,7,并催生了人脑发育影像学这一前沿领域。研究者基于多种模态的MRI序列，如结构MRI、扩散MRI(diffusionMRI,dMRI)、功能MRI(functionalMRI,fMRI)等，采集高质量、高通量的人脑发育影像数据，进而捕捉儿童脑结构形态、纤维通路与功能活动的多维发育模式。结合多模态脑连接组技术，还可在系统水平解析儿童脑结构与功能网络的拓扑组织模式与发育规律8,9]。在过去十余年，该领域已取得一系列突破性进展，揭示了学龄儿童脑发育的诸多典型特点[10.1,12,13,14,15]。例如儿童脑皮层结构形态(如皮层厚度、灰质体积)[10,11,16]、功能同步活动(如静息态功能活动低频振幅、功能连接梯度)[14,17均会在学龄期显著重组，

并呈现出从初级皮层到联合皮层渐变的典型空间模式[183。如何在多个模态、多种尺度下精准描绘学龄儿童脑的典型发育规律与个体差异，解析脑发育对个体行为发育的支撑机制，是当前领域内的关键科学问题。近年来，人脑发育影像学研究步入了群体神经科学的全新时代，研究者开始尝试利用多中心、大样本的多模态脑发育影像队列数据，结合脑影像计算建模、统计分析与人工智能等前沿算法开展工作。国际上已推出多个大型儿童脑发育队列研究计划，如美国ABCD (AdolescentBrainCognitiveDevelopmentstudy)项目[19]、HCP-D

(theLifespanHumanConnectomeProjectDevelopment)项目203、欧盟IMAGEN项目213,旨在建立高质量、大样本儿童多模态脑发育影像数据库，进而可靠、稳定地解析儿童脑发育的群体规律、个体差异，及其与遗传、环境的交互作用，深入阐释儿童脑智发育的神经机制，建立个体脑发育精准评估新方法。国内的多个研究机构也在持续开展学龄儿童脑智发育追踪队列研究，如北京师范大学牵头的“北京学龄儿童脑发育与学习适应追踪”项目22】、中国科学院心理研究所的“彩巢计划”项目23等。特别是，在科技部的科技创新2030-重大项目的支持下，“中国学龄儿童脑智队列研究”项目正式启动，全国30余个大学、医院和研究机构合作建立涵盖3万人超大样本的中国学龄儿童脑影像数据库，是世界上最大的儿童脑智发育队列研究之一。

然而，在各类学龄儿童脑影像学研究，尤其是多中心、大队列研究中，高质量的MRI脑影像采集难度很大24,25]。主要原因有(1)已有的脑发育影像研究，其所用成像序列种类繁杂、参数极不统一、设置复杂耗时；(2)学龄儿童扫描具有耐受性差、头动效应大的突出难点，总体扫描成功率显著低于成人，扫描操作极具挑战性。为此，制订高水平的学龄儿童MRI脑影像序列参数和扫描规范专家共识，建立统