本文提供了一个开放获取的、标准化的影像处理流程实用教程，旨在用于病灶-症状映射。教程逐步介绍了每个处理步骤，从在CT/MRI上进行人工梗死分割，到后续将图像配准至标准空间，并结合典型病例提供了实用建议和图示说明。
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本文内容
摘要
摘要
在病灶-症状映射（lesion-symptom mapping, LSM）中，通过将获得性脑损伤的位置与一组患者的行為或認知症狀相關聯，從而推斷大腦功能。隨著腦成像和圖像處理技術的最新進展，LSM 已成為認知神經科學中一種流行的工具。LSM 可為人類大腦多種認知與非認知功能的功能架構提供基礎性見解。進行 LSM 研究的一個關鍵步驟，是對大量患者的腦部掃描圖像進行病灶分割，並將每幅掃描圖像配準至一個共同的立體定向空間（也稱為標準空間或標準化腦模板）。本文介紹了一種開放獲取的、標準化的腦梗死分割與配準方法，用於 LSM 研究，並基於示例病例提供了詳細且實操性的操作指南。教程涵蓋了在 CT 掃描以及 DWI 或 FLAIR MRI 序列上進行腦梗死手動分割的完整流程，包括梗死識別的標準以及不同掃描類型的常見誤區。配準軟件提供了多種配準方案，可用於處理具有不同採集參數的 CT 和 MRI 數據。教程還介紹了如何使用該配準軟件，並進行視覺質量檢查與必要的手動校正（在某些情況下需要）。該方法為研究人員提供了執行 LSM 研究所需的整個腦圖像處理流程的框架，從數據收集到最終結果的質量核查。
引言
病灶-症状映射（LSM），也称为病灶-行为映射，是研究人类大脑功能结构的重要工具1在病灶研究中，通过研究获得性脑损伤患者来推断和定位脑功能。19世纪首次开展了将神经症状与特定脑区位置相关联的病例研究。 已为语言及其他多种认知过程的解剖学基础提供了根本性见解2然而，许多认知方面的神经解剖学相关机制仍不明确。 其他脑功能仍不明确。在过去几十年中，改进的脑结构成像方法和技术进步使得大规模的活体激光扫描显微镜研究成为可能，并实现了高空间分辨率（即达到单个体素或特定皮层/皮层下感兴趣区域的水平）1,2随着这些方法学的进步，列文斯坦相似性映射（LSM）在认知神经科学领域正变得越来越流行，并持续为认知的神经解剖学基础及神经症状的机制提供新的见解3在任何病灶表面映射（LSM）研究中，一个关键步骤是对病灶进行精确分割并将其配准至脑模板。然而，目前尚缺乏针对LSM目的的脑成像数据预处理的综合性教程。
此处提供了一套标准化病灶分割与配准方法的完整教程。该方法为研究人员提供了一个流程化方案 标准化脑成像数据处理及需避免的潜在问题概述。所展示的图像处理流程是通过国际协作开发的4<....
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方案
本方案遵循本机构人体研究伦理委员会的指南。
1. 扫描图像与临床数据的采集
- 收集缺血性卒中患者的脑部 CT 或 MRI 扫描图像。大多数扫描仪会将扫描结果保存为 DICOM（医学数字成像和通信）文件，可复制到硬盘或服务器上。
注意：只要满足以下两个条件，任何类型扫描仪、扫描方案和 MRI 磁场强度的扫描图像均可使用：1）所用扫描类型的时窗要求已满足（见表 1）；2）图像中无影响梗死区准确勾画的伪影。有关 CT 和 MRI 伪影检测的详细教程见其他文献23,24。常见的 CT 运动伪影示例见图 2，结果部分的示例病例中提供了高质量扫描图像的示例。任何层厚和面内图像分辨率的扫描图像均可用于梗死区的分割。然而，较薄的层厚和较高的面内分辨率可使梗死区在脑模板上的映射更为精确。 - 将临床变量整理为数据文件（例如 Excel 文件），每个病例占一行，每个临床变量占一列。进行梗死区分割时，至少应包括卒中发生日期和影像检查日期，或一个表示卒中与影像检查之间时间间隔的变量。
- 确保遵守有关隐私保护的伦理准则和法规。确保数据已匿名化或编码处理。特别....
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结果
此处提供了脑梗死在CT（图3）、DWI（图5）和FLAIR（图6）图像上的分割示例，以及随后向MNI-152模板的空间配准结果。图3B和图5C所示的配准结果并不完全成功，因为在脑室前角附近存在错位。这些不成功的配准所得病灶图已进行人工校正，校正结果在图中显示。经过此人工校正后，这三个示例 病例的病灶图均能准确反映原始空间中的梗死区域，可用于后续的病灶-症状映射分析。图6C展示了一个配准效果良好、无需任何人工校正的示例。
这些图像还突显了在每种扫描模式下进行脑梗死分割时可能存在的一些潜在问题.......
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讨论
LSM 是研究人脑功能结构的有力工具。在任何病灶-症状映射研究中，一个关键步骤是对影像数据进行预处理、病灶分割以及将图像配准至脑模板。本文介绍了一种用于病灶-症状映射的标准化病灶分割与配准流程。该方法可使用免费的图像处理工具完成，适用于 CT 和结构 MRI 扫描图像的处理，并涵盖了为病灶-症状映射分析准备影像数据的完整流程。
脑成像数据用于病灶-症状映射分析时，首要的处理步骤是病灶分割。本方案提供了一个详细的教程，包括梗死区域勾画的标准、多个示例以及常见误区，以促进准确且可重复的分割操作。如本方案所述并总结于表1中，每种扫描类型都有其可用于梗死分割的特定时间窗口。卒中发作后数小时内，弥散加权成像（DWI）即可显示梗死灶：在DWI上呈高信号，同时在表观弥散系数（ADC）图上呈低信号（反映细胞毒性水肿导致的水分子弥散受限）；而其他MRI序列（包括FLAIR序列）以及CT扫描在48小时内检测梗死灶的敏感性不足，难以可靠识别39。卒中发生一周后，随着血管源性水肿的发展，ADC图像逐渐变为等信号，最终转为高信.......
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披露
作者声明不存在利益冲突。
致谢
Biesbroek 博士的工作得到了乌得勒支大学医学中心 Rudolf Magnus 脑科学中心青年人才奖学金的支持。本研究工作及 Meta VCI Map 联合项目同时得到了荷兰健康研究与发展组织（ZonMw）授予 Geert Jan Biessels 的 Vici 项目资助（项目编号：918.16.616）。作者谨此感谢 Tanja C.W. Nijboer 博士分享用于其中一幅图的扫描图像。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| dcm2niix | N/A | N/A | 免费下载 https://github.com/rordenlab/dcm2niix |
| ITK-SNAP | N/A | N/A | 免费下载 www.itksnap.org |
| MATLAB | MathWorks | N/A | 版本 2015a 或更高 |
| MRIcron | N/A | N/A | 免费下载 https://www.nitrc.org/projects/mricron |
| RegLSM | N/A | N/A | 免费下载 www.metavcimap.org/support/software-tools |
| SPM12b | N/A | N/A | 免费下载 https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ |
参考文献
- Rorden, C., Karnath, H. O. Using human brain lesions to infer function: A relic from a past era in the fMRI age. Nature Reviews Neuroscience. 5 (10), 812-819 (2004).
- Biesbroek, J. M., Weaver, N. A., Biessels, G. J.
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重印与许可
