- 中国健康成年人脑图谱及脑模板构建
- 李坤成
- 1444字
- 2021-12-24 11:25:24
第一节 世界各国脑图谱介绍
一、塔莱拉什脑图谱
塔莱拉什(Talairach)脑图谱,又称为塔莱拉什空间,是一种人大脑的三维坐标系统,以图形标示大脑结构的位置,此图谱长期应用于脑功能成像研究,用于标识脑激活区。此坐标系最初于1967年由神经外科学家简·塔莱拉什(Jean Talairach)和盖勃·斯泽拉(Gabor Szikla)提出,系为神经外科手术服务的标准化网格系统,该网格系统的建立基于脑内的病变距离与大脑整体大小成比例的原理,即体积较大脑内部两个结构之间的距离更大。1988年Talairach Atlas问世,由塔莱拉什和图尔努(Tournoux)共同完成,该图谱的数据来自一具56岁法国妇女尸体,应用布罗德曼分区(Brodmann areas)作为脑区的标签。
塔莱拉什坐标系统基准是前连合(anterior commissure,AC)与后连合(posterior commissure,PC)两个锚点间的连线。由于这两点位于大脑正中矢状面,该连线平面与水平面垂直。前连合是塔莱拉什坐标测距的起源点。y轴在前联合的前-后方向,x轴是左-右方向,z轴在腹-背侧方向。一旦大脑在这些轴上重新定位,研究人员须勾勒出前、后、左、右、上、下6个方向的大脑轮廓。通过定义标准解剖标志,可以确定不同标志(如前、后连合),使来源于MRI、正电子发射计算机体层显像(positron emission tomography,PET)和其他影像学方法的个体图像更容易配准到塔莱拉什标准空间,再由脑图谱来推断脑区部位。塔莱拉什图谱还可以与其他脑图谱(如MNI图谱)进行变换。
二、蒙特利尔神经学研究所脑图谱
蒙特利尔神经学研究所(Montreal Neurological Institute,MNI)构建了一系列脑图谱,包括MNI-305、MNI-152和MNI-452等。在这些脑图谱中,应用最广泛的是MNI-152,此标准脑图谱来自152名年轻成人的高空间分辨率脑MRI数据。与塔莱拉什图谱不同,MNI图谱属于活体概率脑图谱。MNI的研究者将这些大脑通过仿射转换后与MNI-305图谱进行对应,再将这152个大脑数据进行平均,得到了更为清晰、精确的脑图谱。MNI-152是脑成像国际联盟(International Consortium for Brain Mapping,ICBM)推荐的脑ICBM模板,故也被称为ICBM-152。
由于被脑成像国际联盟采纳,MNI-152模板的应用最为广泛,是大多数神经影像软件包,如统计参数图(statistical parametric mapping,SPM;https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)采用的默认模板。大多数神经影像软件包也都能将塔莱拉什坐标转化成MNI坐标,及将MNI坐标转化成塔莱拉什坐标。目前,国际上绝大多数的脑成像研究结果基于MNI-152脑图谱报告脑区坐标。随后,ICBM又推出一个更具有代表性的模板:ICBM-452,将452个成年人大脑MRI图像通过转换与ICBM-305匹配之后的结果,但是目前ICBM-452的应用还不如MNI-152广泛。
三、其他脑图谱
应该指出的是,无论MNI-305还是MNI-152/ICBM-152模板,其清晰度均不够好。例如,MNI-305数据来源于青年人(平均年龄23.4岁±4.1岁),以男性为主(239例)、女性仅66例,MRI数据经线性变换被空间归一化到塔莱拉什空间。
为了得到更加清晰的脑图谱,MNI对一位研究人柯林·福尔摩斯(Colin Holmes)进行27次大脑扫描,再将这些扫描数据与MNI-305进行配准,然后平均起来得到更加清晰和精确大脑图谱,称之为柯林-27(Colin-27)脑图谱。目前,不少基于MNI脑图谱的神经成像结果图都是在柯林-27图谱上显示(图1-1)。类似地,Lalys等(2010)也使用单个被试进行多次MRI扫描并构建了法国人脑模板(French human brain template)。
韩国国立首尔大学医学院研究人员构建了韩国人脑图谱(Lee et al.,2005),搜集 78位右利手正常志愿者,完成MRI检查,包括男性49例、女性29例,年龄18~77岁(平均44.6岁±19.4岁),分为中青年(<55岁,包括男35例、女13例)和中老年(>55岁,包括男14例、女16例)两组。MRI扫描应用通用电器公司1.5T设备(Signa,GE),三维T1加权扰相梯度回波(3D T1WI spoiled gradient recalled echo,3D-T1WI-SPGR)脉冲序列,构建了与年龄、性别相关的脑图谱。但其仍有许多不足之处,比如,样本量小,男女性别数量不对称,年龄分组也不够合理。
图1-1 MNI系列脑图谱:从左至右依次为MNI-305、Colin-27、MNI-152和NHI-452