功能超聲與彌散光學(xué)斷層掃描結(jié)合的成像系統(tǒng)助力新生兒腦監(jiān)護(hù)新突破

2025年12月10日，由法國巴黎大學(xué)Charlie Demené教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在《Developmental Cognitive Neuroscience》期刊上發(fā)表了題為“Cot-side functional imaging in neonates for early neurodevelopment monitoring using functional ultrasound connectivity imaging and the combination of fUS with diffuse optical tomography: a feasibility study”的研究論文。研究提出并驗(yàn)證了一種結(jié)合功能超聲與彌散光學(xué)斷層掃描的床邊多模態(tài)成像系統(tǒng)，用于早期監(jiān)測新生兒腦功能連接。研究顯示，該系統(tǒng)能高分辨率捕捉早產(chǎn)兒與足月兒丘腦-皮層連接差異，并為全腦功能連接評估提供了新工具，有望用于高風(fēng)險嬰兒的神經(jīng)發(fā)育軌跡預(yù)測。

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Iconeus超聲功能及血流成像儀

早產(chǎn)是5歲以下兒童死亡的主要原因之一，常伴隨腦損傷風(fēng)險，導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育障礙。目前臨床缺乏早期可靠的生物標(biāo)志物來預(yù)測個體神經(jīng)發(fā)育軌跡。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)成像與功能預(yù)后相關(guān)性差，且現(xiàn)有功能成像技術(shù)如fMRI、EEG等在便攜性、深度覆蓋或空間分辨率方面存在局限。因此，開發(fā)一種能夠在床邊進(jìn)行全腦功能連接監(jiān)測的工具具有重要臨床意義。

本研究通過功能超聲（fUS）與高密度彌散光學(xué)斷層掃描（HD-DOT）結(jié)合，彌補(bǔ)了單一成像技術(shù)覆蓋面不足的問題，首次實(shí)現(xiàn)了新生兒床邊全腦功能連接監(jiān)測。結(jié)果顯示，fUS在空間分辨率與深部腦區(qū)成像上優(yōu)勢顯著，能清晰區(qū)分早產(chǎn)兒與足月兒丘腦-皮層連接的動態(tài)差異，且與HD-DOT信號在重疊腦區(qū)高度相關(guān)。該系統(tǒng)成功捕捉到早產(chǎn)兒腦功能連接成熟度較低、狀態(tài)轉(zhuǎn)換模式與足月兒存在顯著區(qū)別。多模態(tài)融合不僅擴(kuò)展了腦區(qū)覆蓋范圍，更為早期識別腦發(fā)育異常提供了可靠工具，為高危新生兒的神經(jīng)發(fā)育監(jiān)測與干預(yù)奠定了方法學(xué)基礎(chǔ)。

Figure 2
2a：展示傳統(tǒng)多普勒成像與超快多普勒成像在血流體積敏感性上的對比，fUS的高靈敏度顯而易見。
2b：展示早期新生兒fUS成像的臨床設(shè)置，包括設(shè)備布置和探頭在頭部的固定方式。
2c：示意圖解釋fUS如何通過神經(jīng)血管耦合反映腦活動。
2d：基于種子的連通性分析展示額葉兩個不同種子區(qū)域的腦連接模式。
2e：展示丘腦兩個種子區(qū)域的連通性圖譜，說明fUS能捕捉丘腦連接的高度異質(zhì)性。

Figure 3
3a：展示fUS視場中功能區(qū)域的劃分。
3b：通過聚類分析得到4種全局腦狀態(tài)。
3c-d：分別展示足月兒和早產(chǎn)兒在10分鐘內(nèi)腦狀態(tài)的動態(tài)變化。
3e-f：展示兩組嬰兒腦狀態(tài)發(fā)生率和轉(zhuǎn)移概率的統(tǒng)計(jì)比較。
 

Figure 4
4a–c：展示專為新生兒設(shè)計(jì)的便攜式3D fUS成像系統(tǒng)，包括設(shè)備、探頭及頭戴裝置。
4d-e：fUS成像系統(tǒng)在新生兒重癥監(jiān)護(hù)室的使用場景及在通氣早產(chǎn)兒上的應(yīng)用。
4f–h：展示fUS系統(tǒng)獲取的腦部結(jié)構(gòu)圖像、血流圖像及三維血管重建結(jié)果。

Figure 5
5a–c：展示fUS與高密度彌散光學(xué)斷層掃描系統(tǒng)結(jié)合的多模態(tài)成像方案及三維配準(zhǔn)。
5d：基于光學(xué)通道種子的fUS相關(guān)性圖譜分析。
5e：展示單個新生兒中fUS與光學(xué)信號的連通性矩陣及信號時序?qū)Ρ取?/span>
 

Figure 6
6a–c：展示4名足月新生兒中fUS-DOT多模態(tài)成像的平均連通性矩陣，驗(yàn)證系統(tǒng)在群體中的可重復(fù)性。

參考文獻(xiàn)
Faure F, Uchitel J, De Crescenzo S, et al. Cot-side functional imaging in neonates for early neurodevelopment monitoring using functional ultrasound (fUS) connectivity imaging and the combination of fUS with diffuse optical tomography (fUS-DOT): A feasibility study. Dev Cogn Neurosci. 2026 Jan;77:101652. doi: 10.1016/j.dcn.2025.101652.