【正文】 課題 局部腦損害 (腦卒中與腦膠質(zhì)瘤 )的腦網(wǎng)絡(luò)研究 預(yù)期目標(biāo)： 揭示局部性腦損害 (腦卒中和腦膠質(zhì)瘤 )對腦結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)的影響，闡明局部性腦 損害后神經(jīng)功能恢復(fù)過程中腦網(wǎng)絡(luò)的變化模式以及這些模式是否能作為預(yù)后判斷的影像學(xué)標(biāo)志。 (2) 人 急性 腦腦梗死后腦網(wǎng)絡(luò)重塑與 患者神經(jīng)功能 康復(fù)的關(guān)系研究 ： 研究人腦梗死后腦 網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)變化與神經(jīng)功能康復(fù)的關(guān)系，如運動網(wǎng)絡(luò)可塑性與運動功能康復(fù)的關(guān)系；語言網(wǎng)絡(luò)可塑性與語言功能康復(fù)的關(guān)系等。 （二） 急性腦梗死后局部腦網(wǎng)絡(luò)研究 。 （三） 腦膠質(zhì)瘤功能重組研究 。 在國際一流雜志（ IF10）發(fā)表論文 13篇，在有影響力的雜志（ IF5）上發(fā)表論文 10 篇以上。 （二）輕度認(rèn)知障礙和早期阿爾茨海默病患者的腦網(wǎng)絡(luò)研究 。 圖 2. 課題 之間關(guān)系 圖 16 四、年度計劃 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 1. 按照各個課題計劃，完善實驗設(shè)計，確立 數(shù)據(jù)收集 標(biāo)準(zhǔn) 2. 基于磁共振數(shù)據(jù)的腦區(qū)細化方法研究 3. 基于磁共振與電生理的腦 網(wǎng)絡(luò)計算理論和 方法研究 4. 研究局部性腦損害和彌 漫 性腦損害腦網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的早期變化特點 1. 完成各個課題計劃的部分實驗數(shù)據(jù)的收集工作 2. 初步建立 基于磁共振數(shù)據(jù)的腦區(qū)細 化方法 3. 建立與完善基于磁共振與電生理的腦網(wǎng)絡(luò) 計算理論和方法 4. 明確 局部性腦損害和彌 漫 性腦損害腦網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的早期變化特點 5. 發(fā)表 SCI 論文 1520 篇， 其中 IF5論文 的 6 篇以上 6. 申請專利、軟件著作權(quán) 36 項 第 二 年 1. 繼續(xù)各課題的 數(shù)據(jù)收集 工作，包括新入組及縱向隨訪數(shù)據(jù) 2. 完善 基于磁共振數(shù)據(jù)的腦區(qū)細化方法 ；開展 腦區(qū)細化研究 ；研究腦區(qū)細化及腦連接模式的生物學(xué)意義 3. 繼續(xù)基于 磁共振與電生理的腦 網(wǎng)絡(luò)的計算理論和 方法研究 ，利用疾病和動物模型驗證計算理論和方法的有效性 4. 研究 局部性腦損害 患者在藥物和手術(shù)等干預(yù)下腦網(wǎng)絡(luò)的變化 特點 5. 研究彌漫性腦損害患者及高危人群的腦網(wǎng)絡(luò)異常模式 1. 完成各個課題計劃的實驗數(shù)據(jù)收集工作 2. 完成 23 個腦葉的腦區(qū)細化 3. 完善并驗證基于 磁共振與電生理的腦 網(wǎng)絡(luò)的計算理論和方法 4. 明確藥物和手術(shù)等干預(yù)措施對腦網(wǎng)絡(luò)的影響 5. 明確彌漫性腦損害患者及高危人群的腦網(wǎng)絡(luò)異常模式 6. 發(fā)表 SCI 論文 1520 篇， 其中 IF5論文 的 6 篇以上 7. 申請專利、軟件著作權(quán) 25 項 17 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 三 年 1. 繼續(xù)各課題的縱向隨訪數(shù)據(jù) 收集 工作 2. 研究 腦區(qū)細化 方法 并利用動物實驗驗證腦區(qū)細化 的 合理性 3. 研究 多模態(tài)影像 信息融合的腦網(wǎng)絡(luò) 技術(shù) 4. 研究 局部性腦損害 患者 和彌漫性腦損害患者的腦網(wǎng)絡(luò)動態(tài)演變規(guī)律 1. 完成各個課題計劃的實驗數(shù)據(jù)收集工作 2. 完成 23 個腦葉的腦區(qū)細化 ，并驗證 腦區(qū)細化 的合理性 3. 建立多模態(tài)影像 信息融合的 腦網(wǎng)絡(luò)計算理論與方法 4. 明確 局部性腦損害 患者和彌漫性腦損害患者的腦網(wǎng)絡(luò)動態(tài)演變規(guī)律 5. 發(fā)表 SCI 論文 2025 篇， 其中 IF5論文 的 8 篇以上 6. 申請專利、軟件著作權(quán) 35 項 第 四 年 1. 完善腦葉的腦區(qū)細化 及 動物實驗驗證腦區(qū)細化 的 合理性 2. 利用動物模型和疾病模型研究 腦網(wǎng)絡(luò) 的 生理意義和臨床可用性 3. 研究腦網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在 局部性腦損害和彌漫性腦損害中的臨床應(yīng)用價值 1. 完成 所有腦區(qū)的細化，完成腦區(qū)細化合理性的驗證 2. 建立系統(tǒng)（多層次、動態(tài)、因果和非線性）的腦連接計算理論與方法 ，明確腦網(wǎng)絡(luò)生理意義，建立臨床可用性評價方法 3. 建立基于腦網(wǎng)絡(luò)的 局部性腦損害 預(yù)后判斷方法，彌漫性腦損害早期診斷和療效評價方法 4. 發(fā)表 SCI 論文 2025 篇， 其中IF5 論文 的 8 篇以上 5. 申請專利、軟件著作權(quán) 25 項 18 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 五 年 1. 整 合 實驗數(shù)據(jù)， 建立數(shù)據(jù)庫 2. 構(gòu)建適合腦網(wǎng)絡(luò)研究的腦圖譜 3. 研究基于腦網(wǎng)絡(luò)的臨床應(yīng)用平臺 4. 研究腦網(wǎng)絡(luò)表征臨床可用性的多中心疾病模型驗證標(biāo)準(zhǔn)、范式和平臺 1. 完成項目數(shù)據(jù)庫建立 2. 完成腦圖譜 的構(gòu)建，集成腦圖譜劃分的全部技術(shù)和軟件 3. 建立腦梗死 預(yù)后判斷系統(tǒng) 4. 建立精神分裂癥早期診斷和預(yù)后判斷系統(tǒng) 5. 發(fā)表 SCI 論文 1520 篇， 其中 IF5論文 的 6 篇以上 6. 申請專利、軟件著作權(quán) 25 項 19 一、研究內(nèi)容 關(guān)鍵科學(xué)問題 本項目重點研究腦網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和腦疾病狀態(tài)下腦網(wǎng)絡(luò)的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上探索重大腦疾病早期診斷及預(yù)后評價的影像學(xué)標(biāo)志，這不僅是國際前沿基礎(chǔ)科學(xué)問題，也是國家重大需求。 20 2. 腦連接 。（ 2） 基于電生理的腦網(wǎng)絡(luò)研究 。具體研究內(nèi)容包括：（ 1） 局部性腦損害 (腦卒中與腦膠質(zhì)瘤 )的腦網(wǎng)絡(luò)研究 。研究精神分裂癥患者 及其高危人群腦網(wǎng)絡(luò)的 解剖 和功能拓撲組織特征，并與同年齡段正常對照比較，明確疾病造成的腦發(fā)育過程與正常腦發(fā)育過程的差異，并驗證這些差異是否可作為精神分裂癥早期診斷的影像學(xué) 標(biāo)志 ；研究首發(fā)、未服藥精神分裂癥患者抗精神病藥物治療前后腦網(wǎng)絡(luò) 解剖 和功能 網(wǎng)絡(luò) 組織的 動態(tài)變化，確立藥物療效與患者腦網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化之間的關(guān)系，篩選可用于預(yù)測抗精神病藥物治療療效的影像學(xué)標(biāo)志。 五年預(yù)期目標(biāo) : ： 發(fā)展聚焦超聲在復(fù)雜活體組織中的非線性聲傳播理論，在此基礎(chǔ)上，將可實現(xiàn)聲能單向流動的聲二極管理論引 入，利用 具有負折射率的人工聲學(xué)材料和時間反轉(zhuǎn)理論 實現(xiàn)焦域精細時空控制，提高焦域能量密度；篩選用于聚焦超聲增效治療 且具有多模態(tài)成像能力的多功能 微納米生物材料，并闡明強超聲與生物組織和微納米生物材料導(dǎo)入時相互作用的治療機制；研究證實超聲消融腫瘤表面層治療模式的高效機制和方案，最終實現(xiàn)綜合利用精細焦域、微納米生物材料和超聲消融腫瘤表面層治療模式三者結(jié)合方式增強和加速焦域處腫瘤組織損傷。 24 ： 通過本項目的研究，形成聚焦超聲安全、高效無創(chuàng)治療腫瘤的理論方法體系和技術(shù)平臺。 25 三、研究方案 1． 學(xué)術(shù)思路與技術(shù)途徑 聚焦超聲臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn)：圍繞聚焦超聲更安全、更高效治療需求，依然存在許多問題， 深入分析臨床問題， 凝練出科學(xué)研究的核心是：增強和加速焦域處腫瘤組織損傷的實現(xiàn)、監(jiān)測和療效評價。 本項目的技術(shù)途徑如下（ 如 圖 2 所示 ）： 26 增強和加速焦域處腫瘤組織損傷的實現(xiàn)、監(jiān)測和療效評價 關(guān)鍵科學(xué)問題一 聚焦超聲在活體組織 中非線性傳播特性及相互作用機理 關(guān)鍵科學(xué)問題二 聚焦超聲治療的靶組織瞬態(tài)物理特性及其 專一監(jiān)控成像與焦域的三維精確導(dǎo)航 關(guān)鍵科學(xué)問題 三 腫瘤高效治療模式及其療效評價 1建立 聚焦超聲在復(fù)雜 活體 組織中非線性聲傳播的理論模型 2 引入聲二極管 理論， 研究 利用時間反轉(zhuǎn) 和 具有 負折射率 人工聲學(xué)材料形成 時空可控的精細焦域的理論和方法 5 研究 聚焦 超聲 與組織細胞相互作用的瞬態(tài)物理特性 、生物學(xué)效應(yīng)及其時變規(guī)律 6 研究 采用 超聲和磁共振 專一監(jiān)控 聚焦超聲治療 的 高分辨、高靈敏 成像 理論與方法 8 針對聚焦超聲治療的 非傅里葉傳熱行為 ，建立 生物組織傳熱學(xué) 新模型 9 高聲 強 下 聚焦超聲聲場 測量 3 從聲學(xué)、生物傳熱學(xué)和生物學(xué)角度研究聚焦超聲消融 腫瘤表面層治療模式的高效機制 12 采用細胞生物學(xué)和影像學(xué)等方法，研究壞死腫瘤組織的轉(zhuǎn)歸和修復(fù)機理 7 確立 精準(zhǔn) 的病灶三維坐標(biāo)數(shù)據(jù) 集 ，研 究病灶的 快速定位和 焦域 三維精確 導(dǎo)航 理論與方法 13 采用血清蛋白組學(xué)和免疫學(xué)方法，研究聚焦超聲治療后機體的生物學(xué)效應(yīng) 增強和加速焦域處腫瘤組織損傷的研究方面 聚焦超聲治療的靶組織瞬態(tài)物理特性及其監(jiān)控成像與焦域的三維精確導(dǎo)航的研究方面 聚焦超聲治療腫瘤的劑量學(xué)研究方面 聚焦超聲治療腫瘤的 療效評價 研究方面 4 構(gòu)建 并篩選 聚焦超聲增效 用微納米生物材料，并進行生物學(xué)效應(yīng)評價，闡明增效機制 10 聚焦超聲治療的空化監(jiān)測 11 生物學(xué)效應(yīng)研究和臨床實踐數(shù)據(jù)庫 重大需求：更安全、更高效的聚焦超聲無創(chuàng)治療腫瘤 圖 2 本項目的學(xué)術(shù)思路和技術(shù)途徑 （ 1） 在實現(xiàn)增強和加速焦域處腫瘤組織損傷的研究方面 A) 針對多層、非均一復(fù)雜活體組織對聚焦超聲傳播的影響，三維重建聲通道和靶組織的超聲和磁共振圖像，采用相位屏和反饋耦合求解差分方程方法分別解決皮膚層影響和溫度上升引起的生物組織聲參數(shù)變化問題， 27 建 立聚焦超聲在復(fù)雜活體組織中非線性聲傳播的理論模型。 E) 綜合利用精細焦域控制、聚焦超聲 消融腫瘤表面層治療模式、 增效用微納米生物材料實現(xiàn)增強和加速焦域處腫瘤組織損傷。 （ 3） 在聚焦超聲治療腫瘤的劑量學(xué)研究方面 A) 考慮聚焦超聲快速致組織凝固性壞死的非傅里葉傳熱行為，建立生物傳熱學(xué)新模型。 B) 通過血清蛋白組學(xué)和免疫學(xué)方法，研究聚焦超聲治療腫瘤后機體在分子和 細胞水平上的變化規(guī)律，建立聚焦超聲治療腫瘤療效的臨床整體生物學(xué)效應(yīng)監(jiān)測和評價方法。 （ 1） 在增強和加速焦域處腫瘤組織損傷的實現(xiàn)方面 綜合利用時間反轉(zhuǎn)和聲二極管形成的精細焦域、增效用微納 米生物材料和 聚焦超聲 消融腫瘤表面層治療模式三者相結(jié)合的方式來增強和加速焦域處腫瘤組織損傷。 ? 在焦域的三維精確導(dǎo)航研究基礎(chǔ)上，建立通過 阻斷腫瘤周邊血供、使未輻照的中央?yún)^(qū)腫瘤細胞產(chǎn)生缺血性壞死的 聚焦超聲 消融腫瘤表面層治療模式。 ? 針對聚焦超聲高效、無創(chuàng)、適形治療與偽影干擾、器官運動等方面的矛盾，確立精準(zhǔn)的病灶三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)集，發(fā)展病灶快速定位和焦域的三維精確導(dǎo)航理論和方法。這是確保本項目順利實施和取得成功的根本因素。 綜上所述，本項目總體研究方案切實可行，各參加單位不僅積累了緊密相關(guān)、扎實的研究基礎(chǔ)，而且在研究隊伍和科研條件方面均有雄厚的實力。對有望重大突破的課題，加強優(yōu)秀人員引進及經(jīng)費調(diào)度。六個課題互連互補、逐步遞進，立足于增強和加速焦域處腫瘤組織損傷、專一的聚焦超聲治療監(jiān)控成像和導(dǎo)航、腫瘤治療劑量學(xué)和療效評價的研究，形成聚焦超聲 安全、 高效無創(chuàng)治療腫瘤的理論方法體系和技術(shù)平臺， 促進 我國新一代更安全、更高效聚焦超聲治療設(shè)備和臨床應(yīng)用 的發(fā)展 ，保持我國在聚焦超聲治療領(lǐng)域的 國際 前沿 地位 （見圖 3）。 研究內(nèi)容： 發(fā)展聚焦超聲治療腫瘤的關(guān)鍵聲學(xué)理論，建立聚焦超聲在活體組織中非線性聲傳播的理論模型，探索活體組織內(nèi)聚焦超聲焦域形成的新模 式、新機制，探討皮膚、非均勻聲路徑、骨組織、含氣組織和器官對焦域的形態(tài)影響，發(fā)展極細超聲聲束技術(shù)，為聚焦超聲細胞外科奠定理論基礎(chǔ)，并為治療劑量學(xué)研究提供理論依據(jù)。 2. 在聚焦路徑上引入具有單向?qū)ㄌ匦缘?“聲二極管 ”模型，最大限度減少能量反射并實現(xiàn)對聲能流的特殊控制。在此基礎(chǔ)上，建立基于時間反轉(zhuǎn)方法的高強度超聲聚焦試驗系統(tǒng)，包括具備將接收電信號進行存 儲和時間反轉(zhuǎn)處理的陣元系統(tǒng)（時間反轉(zhuǎn)鏡），并進行 離體、在體、臨床 實驗驗證。 研究內(nèi)容： 在研究聚焦超聲在復(fù)雜活體組織中非線性聲傳播理論模型基礎(chǔ)上，建立基于非傅里葉傳熱理論的聚焦超聲快速致熱凝固性壞死的生物傳熱學(xué)模型；采用理論與實驗研究相結(jié)合的方法，探索高聲強下聚焦超聲聲場測量新技術(shù)和臨床治療空化監(jiān)測方法，將生物學(xué)效應(yīng)實驗研究和臨床實踐數(shù)據(jù)庫結(jié)合，建立聚焦超聲治療腫瘤劑量學(xué)模型。 3. 利用超聲和磁共振兩種影像手段，結(jié)合空化監(jiān)測聲學(xué)方法，研究聚焦超聲治療過程中超聲空化與靶組織溫升、凝固性壞死之間的關(guān)系，建立聚焦超聲治療的空化劑量模型。 研究內(nèi)容： 聚焦超聲治療過程中 靶組織的瞬態(tài)物理特性及其變化 機制復(fù)雜，與常規(guī)條件下的生理和病理過程差異顯著，現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)不能直接反映靶組織這一復(fù)雜變化過程。 3. 研究快速高靈敏磁共振溫度成像，包括基于彌散和雙量子原理的溫度成像方法以及克服運動偽影和磁場不均勻性干擾的算法和實現(xiàn)方法