近日，清华大学生物医学工程学院田启源课题组脑影像实验室在神经影像领域顶级期刊《影像神经科学》（Imaging Neuroscience）在线发表题为“弥散磁共振成像空间分辨率对人脑短距离联络纤维重建与结构性连接估计的影响”（Effects of diffusion MRI spatial resolution on human brain short-range association fiber reconstruction and structural connectivity estimation）的研究论文。该研究系统评估了弥散磁共振成像策略对人脑距离联络纤维重建的影响，并构建了首个人脑短距离联络纤维比例图谱。论文第一作者为生物医学工程学院2025级博士生郑佳兰，通讯作者为生物医学工程学院田启源副教授与牛津大学博士后研究员李梓瑜博士（原生物医学工程系2021届本科毕业生），合作者包括清华生物医学工程学院、牛津大学、哈佛大学、斯坦福大学、加州大学旧金山分校等多所机构的学者。

点击此处查看更多论文信息

短距离联络纤维（Short-range Association Fiber, SAF）作为连接相邻脑回的关键白质通路，对脑区间的高效信息传递至关重要，也是阿尔茨海默病等神经退行性疾病中最早受累的结构之一。然而，由于其主要分布于厚度仅约1.5毫米的浅表白质层内，常规分辨率的扩散磁共振成像极易受部分容积效应影响，导致其信号被周围组织掩盖，难以实现准确重建与定量分析。

该研究创新性地利用gSlider序列采集多分辨率弥散磁共振数据集（0.96、1.5和2毫米等体素分辨率）并回顾性降采样公开弥散数据集中数据，系统比较了多种成像策略对SAF的重建影响。

图为 研究流程

研究发现，较低的空间分辨率会显著低估SAF在脑结构性网络中的占比，其中颞叶区域受影响最为明显。研究进一步揭示，基于约束球面反卷积（CSD）的多纤维模型、结合解剖约束（ACT）与流线滤波（SIFT）的追踪策略对分辨率下降具有更强的鲁棒性。此外，研究还发现，对低分辨率数据进行上采样可在一定程度上改善重建效果，尤其对扩散张量成像（DTI）方法提升显著。

图为 不同成像方法下SAF在脑连接中的比例

图为 不同脑区的SAF重建比例对分辨率的敏感性

基于0.96毫米高分辨率数据与优化后的追踪流程，本研究构建了首个人类脑区SAF比例图谱，进一步证实了SAF在脑连接中的主导地位，为理解脑连接架构提供了新的基准工具。

图为 人类不同脑区内SAF比例图谱

该研究为弥散磁共振成像的数据采集与分析方法选择提供了系统的定量依据，对推动SAF与脑连接组学在基础研究与临床疾病中的应用具有重要价值。

田启源课题组脑影像实验室介绍

清华大学生物医学工程学院田启源课题组脑影像实验室于2023年创立，致力于推动脑影像新工具、脑科学新发现以及脑疾病新诊疗的诞生（birth）与突破。该实验室专注于人工智能赋能的生物医学成像与图像分析技术研发，聚焦磁共振影像、人脑结构与功能、人脑发育与退化、计算机视觉、深度学习与基座模型等前沿领域，开展具有颠覆性的跨学科医工交叉研究。该实验室相关研究发表于国际著名学术期刊《细胞》（Cell）、《神经成像》（NeuroImage）、《医学影像分析》（Medical Image Analysis）、《医学磁共振》（Magnetic Resonance in Medicine）等。