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作者与期刊信息
本研究的通讯作者为Liwei Zhang、Lingzhong Fan和Peng Zhang，其他主要作者包括Heyuan Jia、Kaikai Wang、Mingxin Zhang、Guocan Gu、Yiying Mai、Xia Wu、Congying Chu和Xuntao Yin。研究团队来自多个机构，包括北京航空航天大学、中国科学院自动化研究所、北京天坛医院、广州妇女儿童医疗中心等。该研究于2025年发表在Communications Medicine期刊上，DOI为10.1038/s43856-025-00810-0。
学术背景
本研究属于神经科学和医学影像学交叉领域，重点关注脑干肿瘤（brainstem tumors）对儿童小脑（cerebellum）结构的影响及其与行为障碍的关联。脑干肿瘤占儿童脑肿瘤的15%，其中弥漫性内生性桥脑胶质瘤（diffuse intrinsic pontine glioma, DIPG）占80%，预后较差且常伴随复杂的神经功能障碍。尽管脑干肿瘤患者常表现出类似小脑损伤的症状，但关于小脑结构变化的研究仍有限。本研究旨在通过定量分析小脑损伤模式，探讨其与行为障碍的关系，为临床诊断和治疗提供科学依据。
研究流程
1. 研究对象与数据收集
研究纳入了2019年4月至2022年12月在北京天坛医院神经外科诊断为脑干肿瘤的147名儿童患者（年龄4-17岁）以及849名健康儿童（年龄4-18岁）作为对照。患者纳入标准包括：首次诊断为脑干肿瘤、未接受过化疗或放疗、肿瘤局限于脑干且未侵及小脑或丘脑、无其他神经精神疾病史。所有患者均完成了3D T1磁共振成像（MRI）扫描和行为量表（Child Behavior Checklist, CBCL）评估。
小脑分割与体积分析
研究采用基于U-Net的ACAPULCO（Automatic Cerebellum Anatomical Parcellation Using U-Net with Locally Constrained Optimization）算法对小脑进行自动分割，将小脑分为26个亚区。通过高斯过程回归（Gaussian Process Regression, GPR）建立健康儿童小脑体积的标准化模型，用于评估患者小脑体积的个体化偏差。
行为预测模型构建
研究利用总异常值计数（Total Outlier Count, TOC）和小脑亚区体积作为预测特征，构建行为预测模型。通过岭回归（Ridge Regression）分析小脑体积偏差与行为量表得分的关系，重点关注社交问题和退缩行为。
数据分析与结果验证
研究采用皮尔逊相关性分析、多重线性回归和置换检验等方法，验证小脑体积偏差与行为障碍的关联。通过10折交叉验证评估模型的预测性能，并通过1000次置换检验确定结果的显著性。
主要结果
1. 小脑体积偏差模式
研究发现，95%以上的患者在小脑区域表现出负向偏差，尤其是左V区等前叶区域。TOC值与严重社交问题（r = 0.31, p = 0.001）和退缩行为（r = 0.28, p = 0.001）显著相关。小脑区域体积减小与更明显的社交问题（r = 0.27, p = 0.007）和退缩行为（r = 0.25, p = 0.015）密切相关。
关键小脑亚区的影响
研究发现，右X、V、IV、VIIb区以及左IX、VIII、X区与社交问题相关，而左V、右IV、蚓部VI和VIII区与退缩行为相关。这些结果表明，小脑前叶和后叶在行为障碍中均发挥重要作用。
肿瘤体积与TOC的关系
多重线性回归分析显示，肿瘤体积与TOC值呈显著正相关（p < 0.0001），表明肿瘤体积越大，小脑损伤越严重。
结论与意义
本研究揭示了脑干肿瘤患者小脑损伤的异质性模式，并首次将小脑结构变化与行为障碍联系起来。研究发现，小脑前叶和后叶的萎缩与社交问题和退缩行为密切相关，TOC值可作为评估小脑损伤的个体化指标。这些发现不仅深化了对脑干肿瘤患者行为障碍机制的理解，还为临床诊断和治疗提供了新的量化工具。此外，研究采用的自动化分割和标准化模型方法为大规模神经影像研究提供了可靠的技术支持。
研究亮点
1. 创新性方法：研究采用基于U-Net的ACAPULCO算法实现小脑自动分割，并结合高斯过程回归建立标准化模型，显著提高了小脑体积分析的精度和效率。
2. 重要发现：首次系统性地揭示了脑干肿瘤患者小脑损伤的异质性模式，并明确了小脑前叶和后叶在行为障碍中的不同作用。
3. 临床价值：TOC值作为个体化指标，可用于评估小脑损伤的严重程度，为临床决策提供科学依据。
4. 跨学科贡献：研究结合神经影像学、机器学习和行为学方法，为脑干肿瘤患者的神经行为研究开辟了新方向。
其他有价值的内容
研究还发现，小脑损伤模式与肿瘤位置和体积密切相关，提示肿瘤生长对小脑结构的直接影响。此外，研究结果支持了“小脑-脑干-皮层”环路在行为调节中的重要作用，为未来研究提供了新的理论框架。
以上报告全面介绍了该研究的主要内容、方法、结果及其科学和临床价值，适合向研究人员推广。