方法文章

内侧颞叶结构的手动分割综合方案

DOI：

10.3791/50991

⸱

2014年7月2日

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Psychology Department, University of Illinois Urbana-Champaign, 2Neuroscience Program, University of Illinois Urbana-Champaign, 3Beckman Institute for Advanced Science and Technology, University of Illinois Urbana-Champaign

* These authors contributed equally

本文内容

勘误通知

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本研究提供了一套完整的手动追踪内侧颞叶（MTL）结构的操作指南。该方案可应用于针对健康人群和临床人群的内侧颞叶结构和/或结构-功能联合磁共振成像（MRI）研究。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本文介绍了一套完整的手动勾画内侧颞叶（MTL）脑区的详细方案，包括杏仁核、海马体以及相关的海马旁区域（内嗅皮层、外嗅皮层 和海马旁回）。与大多数现有追踪方案通常仅关注特定 MTL 区域（例如，杏仁核和/或海马体）不同，本方案采用整合性视角，能够清晰地定位所有 MTL 亚区。通过整合多种来源的信息，包括分别针对各个 MTL 结构的已有勾画方案、组织学报告和脑图谱，并辅以直观的图示材料，本方案为理解 MTL 解剖结构提供了准确、直观且便捷的指导。本文还通过展示自动分割与手动分割方案之间可能存在的差异，进一步强调了此类勾画指南的必要性。该知识可应用于不仅涉及结构 MRI 研究，也包括在健康人群和临床群体中进行基于解剖定义的感兴趣区域（ROI）的结构-功能共定位及 fMRI 信号提取的研究。

引言

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

内侧颞叶（MTL）被认为是感觉信息整合的最高级脑区之一1，长期以来一直是靶向分析的常见研究对象。例如，海马及其相关的旁海马区域在记忆研究中已被广泛研究2-5。此外，杏仁核在情绪加工及情绪与认知相互作用研究中的作用也经常被强调6-11。近年来，在新兴的人格神经科学领域中，多个MTL区域也受到关注，该领域将这些脑区及其他脑区的结构与功能与人格特质的个体差异相联系12。评估MTL结构的解剖与功能对于退行性疾病的诊断具有重要意义，因为在这些疾病中，不同的MTL结构可能出现特定的结构和功能异常。例如，在阿尔茨海默病（AD）中，可观察到内嗅皮层和海马的显著萎缩13,14，而海马萎缩可预测由轻度认知障碍向AD的转化15。近年来，自动分割算法在皮层和皮层下结构的分割中日益流行，但与任何工具一样，这些程序在某些情况下不可避免地会出现错误。在这种情况下，研究者应具备识别MTL结构解剖边界的必要知识和指导原则。现有文献中的趋势往往是针对MTL的个别亚区16-21，其中许多方案倾向于聚焦于海马16-19。

与大多数现有的内侧颞叶（MTL）追踪指南不同，本方案提供了一套全面的指导原则，可实现所有MTL亚区的清晰定位。文中描述了以下MTL结构的追踪方法：杏仁核（AMY）、海马（HC）、嗅周皮层（PRC）、内嗅皮层（ERC）以及海马....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

方案

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. 杏仁核

  1. 杏仁核的前部切片
    1. 确定杏仁核（AMY）中岛阈首次出现的第一个切片，此处额叶与颞叶之间的白质连接连续且可见30。在冠状面视图中，以角束作为杏仁核的下外侧边界。
    2. 以视交叉作为杏仁核出现的解剖标志。利用轴向和矢状面视图区分早期切片中杏仁核与周围钩回的结构。在轴向视图中沿杏仁核周围的白质纤维束走行，以排除内嗅区域32。
    3. 向后移动，确定前连合在双侧半球均连续完整的第一个切片20，此时杏仁核呈现其典型形态。以内嗅沟作为上内侧边界，从半环状沟底部沿白质至杏仁核下端画一条假想线作为下内侧边界，以颞叶茎部作为外侧边界，并返回至内嗅沟，逆时针追踪完成杏仁核轮廓绘制31。
  2. 杏仁核的后部切片
    1. 注意在此层面，杏仁核与海马（HC）均在同一张（或几张）切片中可见。
    2. 仍在冠状面视图中，确定杏仁核最后一个切片，该切片中结构位于侧脑室颞角内侧延伸部分38（若脑室不存在，则为海马伞）的上方，且位于钩回（即海马头部隆起部分）的外侧。通过矢状面和轴向视图检查，确保追踪准确且一致。
    3. 从岛叶下环状沟底部向视束画一条假想线，作为杏仁核的上界31，该线也可将其与苍白球和壳核的灰质区分开来。
    4. 沿半月回走行作为上内....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

手动分割与自动分割之间可能差异的示意图

AMY、HC、PRC、ERC 和 PHC 手动分割的三维模型如图1所示，分割的矢状面切片如图2所示。为了展示手动与自动勾画之间可能存在的极端差异，下图图3并列显示了某代表性受试者 AMY 的切片图像，其中自动分割存在错误，并与手动勾画结果进行了对比。尽管自动分割软件能够识别出这些结构的主要本体，但其分割结果较为粗糙，与手动分割相比，导致 AMY 体积被低估。

为说明目的，将一名受试者的手动勾画结果与使用自动分割程序41-44获得的自动分割结果进行了比较，重点关注杏仁核（AMY）和海马（HC）。两种方法勾画出的AMY和HC体积也根据受试者的颅内体积（ICV）进行了校正（表1），校正过程包括以下两个步骤：1）AMY和HC分割的体积统计：手动分割软件自动计算标注区域的体积统计信息。当待分析的分割结果及其灰.......

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

传统上，许多研究人员认为手动分割是金标准。然而，由于内侧颞叶（MTL）结构形态高度可变，且这些结构与周围神经组织及非神经区域之间的磁共振成像（MRI）对比度通常较弱，使得对各个结构进行精确勾画变得复杂。在历史上，文献中对某些MTL结构的描述存在分歧。例如，在对内嗅皮层（PRC）进行分割时，有研究将侧副沟描述为中断的35,36，但此前其他文献则将其描述为较短的侧副沟（CS），未超过岛阈水平30。这种解释上的差异导致了PRC前界定义的不同，这在一定程度上可以解释为何在不同研究中观察到个体结构分割结果存在变异。在分割过程中，手动描记在这方面具有独特优势，因为视觉检查允许根据具体情况作出调整，而这种适应性在自动分割中难以实现。当前方案中用于界定PRC和外嗅皮层（ERC）的标准即可说明这一点。值得注意的是，有研究者建议应始终将PRC的内侧边界定义为侧副沟内侧壁中点，而不考虑沟的深度30。关于后部海马旁回（PHC），由于其后边界有时界定模糊，现有文献中存在多种定义。在本方案中，采用海马尾部终止点之后的边界，以反映在解剖学32和功能研究46中.......

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者声明无利益冲突。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本研究得到了对 FD 的资助支持。MM 受美国国家科学基金会资助项目（编号 0903622）的 IGERT 博士奖学金支持。作者感谢 Dolcos 实验室成员在数据收集和准备工作中的协助。

....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
ITK-SNAP宾夕法尼亚大学与犹他大学 ITK-SNAP 团队ITK-SNAP v2.2
FSL脑功能磁共振成像（FMRIB）分析小组FSL v4.1
西门子 Magnetom Trio 3T 磁共振扫描仪西门子Magnetom Trio 3T

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Amaral, D. G. Introduction: what is where in the medial temporal lobe. Hippocampus. 9, 1-6 (1999).
  2. Squire, L. R., Zola-Morgan, S. The medial temporal lobe memory system. Science. 253 (5026), 1380-1386 (1991).
  3. Eichenbaum, H., Otto, T., Cohen, N. J.

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

重印与许可

申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表

申请许可

勘误

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Formal Correction: Erratum: A Comprehensive Protocol for Manual Segmentation of the Medial Temporal Lobe Structures
Posted by JoVE Editors on 9/01/2014. Citeable Link.

A correction was made to A Comprehensive Protocol for Manual Segmentation of the Medial Temporal Lobe Structures. Table 1 and its legend were updated. References 10 and 14 were also updated.

The references were updated from:

  1. Wager, T. D. & Smith, E. E. Neuroimaging studies of working memory: a meta-analysis. Cognitive, Affective & Behavioral Neuroscience. 3(4), 255-274 (2003).
  1. Scheltens, Ph, et al. Atrophyofmedialtemporallobeson MRIin 'probable' Alzheimer's disease and normal ageing: diagnostic value and neuropsychological correlates. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 55(10), 967-972, (1992).

to:

  1. Wager, T. D., Phan, K. L., Liberzon, I., & Taylor, S. F. Valence, gender, and lateralization of functional brain anatomy in emotion: a meta-analysis of findings from neuroimaging. Neuroimage. 19 (3), 513-31, doi:10.1016/S1053-8119(03)00078-8 (2003).
  1. de Leon, M. J. et al. Imaging and CSF studies in the preclinical diagnosis of Alzheimer's disease. Annals of the New York Academy of Sciences. 1097, 114-145, doi:10.1196/annals.1379.012 (2007).

Table 1 had its legend updated from:

Table 1. Representative volumetric results of the bilateral AMY and the HC of a single subject, from manual tracing using the present protocol and automatic segmentation. Automatic segmentation has underestimated the volume of each of the four structures compared. Corrected volume was calculated as the ratio between Voxel volume and Intracranial volume (ICV). For this subject, ICV = 1446616.73 mm3.

to:

Table 1. Representative volumetric results of the bilateral AMY and the HC of a single subject, from manual tracing using the present protocol and automatic segmentation. Automatic segmentation has misestimated the volume of each of the four structures compared. Corrected volume was calculated as the ratio between Voxel volume and ICV. For this subject, ICV = 1599482.11 mm3. Please click here to view a larger version of this figure.

标签

MRI

相关文章