近期,复旦大学附属华山医院神经外科的毛颖、顾宇翔教授团队在神经医学期刊《Medcomm》(IF:10.7)发表了题为《Application of individual brain connectome in chronic ischemia: mapping symptoms before and after reperfusion》的研究论文。本研究针对慢性脑缺血行搭桥手术治疗的临床场景,利用AI+连接组学的技术方法,从临床上实现对脑卒中神经功能与认知功能症状、术后早期与长期预后的全面识别和预测;同时从技术角度,率先实现对卒中后结构扭曲缺损的大脑进行大样本、个体化和自动化的脑区识别分割,为该领域从组水平科学研究向个体化临床实践提供成功范例。
[REF: Lei Y, Zhang X, Ni W, Gao C, Li Y, Yang H, Gao X, Xia D, Zhang X, Osipowicz K, Doyen S, Sughrue ME, Gu Y, Mao Y. Application of individual brain connectome in chronic ischemia: mapping symptoms before and after reperfusion. MedComm (2020). 2024 Jun 2;5(6):e585. doi: 10.1002/mco2.585. PMID: 38832213; PMCID: PMC11144839.]
脑血管搭桥手术是治疗慢性狭窄闭塞性血管病(CSOV)的有效手段,能降低脑卒中再发风险并改善长期预后。然而并非所有患者均可从这一术式中获益,比如术后早期发生急性卒中的情况,这也是COSS和CMOSS等临床研究中对手术组的重要关切。虽然普遍认为这类高危患者应有特征性脑缺血改变,但缺乏证据,临床筛查困难。
近年来脑科学进展提示,脑功能的异常可以通过连接组学分析获得,但脑卒中后结构的扭曲缺失如何识别存在技术困难。近来,基于“AI+多模态连接组学”的脑区自动分割方法被首次提出,为本研究大宗样本的个体化脑区识别和特征提取提供技术支持。而“症状-环路”映射理论也为本研究寻找临床症状/预后与脑连接组的对应关系提供合理性支持。
因此,本研究收集了来自国家神经系统疾病医学中心三个独立院区的499例搭桥手术,并进行了47.8±20.5个月的随访(表1)。针对入院后的神经功能(NIHSS评分)和认知功能(记忆、执行力、语言和视-空间功能)、术后早期症状(NIHSS评分、失语和偏侧运动障碍)以及长期随访的神经功能(NIHSS评分)和认知功能(筛查量表)筛选出11个临床缺血状态指标。
为了提高研究结果的稳定性和外部有效性,三个院区的多模态磁共振数据来源于三个不同的扫描设备并进行多中心数据校正,患者纳入并不排除既往大面积脑梗死,以提高研究的临床应用价值。经过独立于扭曲结构的基于“AI+多模态连接组学”的脑区自动分割方法,本研究成功在个体水平上获得了局部脑区的功能连接、结构连接和PageRank中心性三个维度的脑连接组特征。随后针对11个临床缺血状态指标构建了33个预测模型,其中11个模型可接受(AUC>0.7),基于功能连接预测长期神经功能预后的模型表现优秀(AUC>0.8)(表2),随后列举了对特定症状或预后有重要贡献的脑网络(表3)。

最后,本研究通过机器学习可解释工具SHAP提取了这11个可接受模型的高权重特征,形成针对每个可预测症状或预后的脑连接组指纹,建立首个脑卒中症状及预后的个体化连接组指纹库。
通讯作者简介
顾宇翔 教授
复旦大学附属华山医院
博士,复旦大学附属华山医院神经外科主任医师,教授,博士生导师
华山医院党委副书记,神经外科副主任
国家区域医疗中心、华山医院福建医院执行院长
目前担任“中国医药教育协会神经外科专业委员会副主任委员”、“中国研究型学会脑血管病专委会副主任委员”、“中国卒中学会复合介入神经外科分会副主任委员,上海市医师协会神经介入专委会副会长、上海市医学会卒中分会副主任委员,兼任“中国临床神经科学杂志”及“中国脑血管病杂志”编委等
毛颖 教授
复旦大学附属华山医院
主任医师,博士生导师,长江学者,国家杰出青年基金获得者
复旦大学附属华山医院院长
国家神经疾病医学中心主任
复旦大学附属华山医院神经外科常务副主任
复旦大学神经外科研究所副所长
上海市脑功能重塑和神经再生重点实验室主任
中华医学会神经外科学分会候任主任委员
中国医师协会神经外科分会副会长
第一作者简介
雷宇 主治医师
复旦大学附属华山医院
复旦大学附属华山医院神经外科主治医师,博士,华山医院团委副书记,国家卫健委第二批援藏(仲巴)医疗队队长,新冠疫情期间任定点医院神经科临时副主任
师从毛颖、顾宇翔教授,擅长脑血管病的介入及外科治疗,获复旦大学五四青年奖章个人、复旦大学优秀青年医生、援藏先进个人、上海市优秀基地住院医师、上海市优秀毕业生等
主持国家自然科学基金1项,院级课题2项,任国自然青年基金函评专家;以第一或通讯发表论文34篇,是多本国际杂志专刊主编或编委;专利14项,已转化1项,3次获上海市发明类奖项,曾获AANS最佳国际摘要奖(首个获奖华人)、国家科技进步二等奖(第10完成人)
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