尽管现在随着新生儿治疗能力的提高,早产儿的存活率明显提高,但早产儿的数量仍然处于很高的水平,他们存在着发生近期以及长期神经疾病的风险。过早地暴露于子宫外环境很有可能破坏早期神经发育的关键时期和关键结构,比如丘脑皮质上行纤维束在板层下区(subplate,SP)的停留阶段、突破SP到达皮质板(cortical plate,CP)的重新定位以及皮质-皮质短纤维连接的发育等,而且研究表明即使没有明显的白质破坏,早产儿皮质的正常发育也可能受阻。这些发育过程的异常或者部位的损伤最终会导致皮质结构发育迟缓,进而表现出运动、认知障碍和行为缺陷。此外,由于大脑发育不同阶段所暴露的医疗并发症和危险因素不同,极早期早产儿(VPT,<32孕周)和中晚期早产儿(MLPT,32-36孕周)出现的大脑发育异常也会存在差异。由于新生儿皮层结构相对薄,仅1-2mm厚,且弥散指标对来自于白质和脑脊液的部分容积效应十分敏感,因此很少有直接针对早产儿大脑皮层非常早期的弥散影像学研究。与足月儿相比,早产儿在这一时期皮质微结构发生了多大程度的改变也尚未有详细的探索。为了实现这一目标,本研究在现有的TBSS(tract-based spatial statistics)提取白质核心体素的统计方法的基础之上,探索灰质提取核心体素的方法GBS S(gray matter-based spatial statistics),以减小部分容积效应对研究结果的影响,并结合多球壳弥散磁共振成像技术以及神经突密度和方向分散度成像(neurite orientation dispersion and density imaging,NODDI)对神经突进行量化来探测早产儿大脑皮质非常早期的微观结构变化。本研究纳入dHCP公开数据库的38例早产儿和32例足月新生儿,常规MRI检查未发现明显局灶性病变。出生年龄在24-42孕周之间,根据出生年龄分为3组:(1)18例VPT婴儿,出生年龄在24.57-31.86 GW之间;(2)20例MLPT婴儿,出生年龄在32.71-36.86 GW之间;(3)32例FT新生儿,出生年龄在37.14-42.14 GW之间。扫描时间均在校正胎龄足月时期(37-44PMW)。通过提取在同一标准空间的多个个体大脑皮质核心体素,分别对VPT组和FT组之间以及MLPT组和FT组之间使用FSL中的Randomise进行全脑皮质体素级别的组间比较,经过TFCE和FWE多重比较校正后,结果发现NODDI的两个指标NDI和ODI中仅NDI显示出有意义的组间差异,即两组早产儿在神经突密度上明显比正常足月儿低,而且在极早期早产儿程度和范围更大。这些差异区域不仅体现在高级的复杂功能皮质区,部分初级功能皮质区也发生改变。早产组和足月组之间神经突方向分散度ODI没有区别可能提示早产儿在足月时期与正常足月儿皮质细胞构筑相似。DTI模型结果显示,和正常足月儿相比,早产组大脑皮质的MD,AD和RD增高,且主要表现在RD的增高,此外相比极早期早产儿,足月儿的FA在部分额叶皮质和后顶叶皮质表现出有意义的增高。结果表明,以上这些改变区域主要集中在联合皮质区,而且主要分布在额叶和顶叶,在中晚期早产儿中,变化则主要集中在后顶叶皮质。基于23个脑皮质感兴趣区的分析进一步证实了以上指标的组间差异,同时还证明了皮质不同区域的结构以及发育程度不同。这些早期结构改变可能是早产儿日后发生运动、认知和学习障碍等发育迟缓的重要基础,如何维持早产儿正常发育也成为了目前研究的热点。本研究使用先进的NODDI模型和基于灰质骨架的弥散统计分析(GBSS)方法,针对早产儿在校正胎龄足月时期与正常足月儿大脑皮质结构的发育差异进行研究,从神经突的角度对比了早产儿早期与足月新生儿大脑皮质微结构的发育差异。我们的结果表明:(1)早产改变了大脑皮层的神经认知区域和主要感觉/运动功能区域的微结构组织,尤其是与认知相关的高阶皮质区,而且极早期出生的婴儿相比于中晚期出生的婴儿所表现的改变范围更广;(2)早产儿中大脑皮质微结构的改变是由所探测的神经突密度或髓鞘化程度等所驱动的,而不是由神经突的排布这一形态特征所驱动的,这是传统DTI模型的参数FA所无法区分的;(3)本研究中使用的方法和技术能够为早产儿脑发育在诊疗方面的评估提供新的途径。