脑梗死病灶在MRI或CT上的分割与配准用于病灶-症状映射

病灶-症状定位是一种通过研究脑损伤患者来定位脑功能的强大工具。其中一个重要步骤是图像处理，包括病灶分割和配准至标准空间。本方案描述了一个适用于所有结构性成像模态的统一框架，可提供在标准空间中一致的病灶输出，用于病灶-症状定位研究。

必须将病灶转换到标准空间，以便在不同受试者之间进行比较。每位患者的脑部图像必须进行空间对齐，以校正脑部大小和形状的差异。使用该方法时，通过观察每一步操作的演示，而非仅依赖书面说明，将有助于更好地掌握操作流程。

此外，还需要对脑图像有深入的理解，因此视觉化演示非常有帮助。本实验方案描述了进行病灶-症状映射所需处理步骤的具体操作。一旦病灶图谱被配准至标准空间，即可在大规模患者群体中开展病灶-症状映射分析。

当所有病灶图谱都被转换到标准空间后，每个体素在不同受试者中均代表相同的脑区。这使得可以进行统计分析，例如检验特定体素中病灶的存在是否与认知功能缺损相关。首先收集缺血性卒中患者的脑部CT或MRI扫描图像。

大多数扫描仪将扫描结果保存为 DICOM 文件，可复制到硬盘或服务器上。通过为每个病例设置单独的行，为每个临床变量设置单独的列，将临床变量收集到一个数据文件中。对于梗死分割，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。

要将DICOM图像转换为未压缩的NIfTI文件，请使用DICOM转NIfTI工具，在命令提示符中输入此处屏幕上显示的命令，并使用指向DICOM文件的文件夹路径。此处可查看插入了文件夹路径的命令示例。该命令将运行可执行程序，转换所选文件夹中的DICOM图像，并将NIfTI文件保存在此文件夹中。

最后，在开始梗死分割之前，将NIfTI文件按每个病例建立子文件夹，整理成便于管理的文件夹结构。首先，需确认扫描是在卒中症状出现至少24小时之后进行的。否则，急性梗死灶在CT上将不可见或仅部分可见，此类扫描无法用于分割。

通过选择“文件”，然后从下拉菜单中选择“打开主图像”，使用 ITK-SNAP 软件打开原始 CT 图像。接着点击“浏览”，选择要打开的扫描文件。现在根据影像特征识别梗死区域。

首先，需注意梗死区域的信号强度较正常脑组织低。在急性期，较大的梗死灶可引起占位效应，导致周围组织移位、脑室受压、中线结构偏移以及脑沟消失。梗死区域还可能发生出血性转化，在影像上表现为梗死灶内出现高信号区域。

在慢性期，梗死灶将表现为一个密度减低、形成空腔的中心区域，其密度与脑脊液相似，周围环绕着密度稍高的边缘，代表受损的脑组织。对于较大的梗死灶，可能出现邻近脑沟或脑室的代偿性扩大。使用主工具栏中的画笔模式，通过左键单击绘制、右键单击擦除，对梗死脑组织进行分割。

或者，使用多边形模式在病灶边界处放置锚点，并在移动鼠标沿病灶边界时按住鼠标左键。当所有点连接完成后，单击“接受”以填充所勾画的区域。完成分割后，通过下拉菜单点击“分割”并选择“保存分割图像”，将分割结果保存为与扫描图像相同文件夹中的二值NIfTI文件；保存时需使用与已分割扫描图像完全相同的文件名，扩展名为lesion。

首先，确保DWI扫描在卒中发病后七天内进行。梗死灶在卒中发病数小时后即可在DWI上显现，且其在DWI上的可见性在约七天后逐渐减弱。接下来，根据DWI上的高信号和ADC图上的低信号来识别并标注梗死的脑组织。

切勿将弥散加权成像（DWI）中常见于空气与组织或骨组织交界面附近的高信号误认为病变，此类信号通常为伪影。对于FLAIR成像，首先需确认扫描是在卒中症状出现后48小时进行的。在超急性期，梗死灶通常不可见，或其确切边界尚不清晰。

接下来，在 ITK-SNAP 中打开 FLAIR 图像，如有需要，同时在另一个窗口中打开 T1 加权扫描图像作为参考。在急性期，梗死灶表现为略显均质的高信号病灶，可伴有或不伴有肿胀和占位效应。如有条件，可使用弥散加权成像（DWI）来区分急性梗死与慢性病灶，例如白质高信号。

要注册图像，首先下载 RegLSM，并使用该工具处理 CT 扫描或任何类型的 MRI 序列。注册流程如本处所示的图示。接下来，打开 MATLAB 2015a 或更高版本，将当前文件夹设置为 RegLSM，然后通过输入 addpath 后跟 SPM 文件夹名称来启用 SPM。

接下来，输入 RegLSM 以打开图形界面。若要对单个案例执行配准，请在“配准”下拉菜单中选择“测试模式”。然后使用“打开图像”按钮选择已分割的扫描图像、标注，以及可选的 T1 图像，并选择所需的配准方案。

或者，可以使用批处理模式来注册所选文件夹中的所有病例。确保 RegLSM 已将生成的配准参数、配准后的扫描图像以及配准后的病灶图保存在自动生成的子文件夹中。现在，通过在 RegLSM 界面中选择“检查结果”来查看配准结果，并浏览包含这些结果的主文件夹。

滚动查看已配准的扫描图像，并使用十字光标检查其与MNI152模板的对齐情况，注意观察可识别的解剖标志。务必在之前创建的数据文件中的单独一列中标记所有配准失败的图像，以便后续进行手动校正。对于需要校正的任何病灶图谱，先在ITK-SNAP中打开MNI152 T1模板，然后从“Segmentation”菜单中选择“Open Segmentation”，并选择已配准的病灶图谱，该图谱将叠加显示在模板上。

此外，将配准结果在单独的窗口中打开以供参考。在 ITK-SNAP 中使用画笔工具，通过左键单击添加体素或右键单击删除体素，对任何类型的错位进行校正，以修正已配准的病灶图。最后，将校正后的病灶图保存为与未校正病灶图相同的文件夹中的 NIfTI 文件，然后保存分割结果，命名时采用与未校正病灶图完全相同的文件名，并添加 corrected 扩展名。

在此，我们看到一位患者的CT扫描图像。最初的扫描无法用于分割，因为梗死区域尚不可见，尽管CT灌注图已显示出缺血。第六天的CT显示梗死脑组织出现肿胀，并伴有轻微的中线移位和出血性转化。

四个月后的扫描显示脑组织丢失，并伴有脑室及邻近脑沟的代偿性扩大。此处显示的是第6天CT图像与MNI152模板配准的结果。配准算法对中线移位及左侧脑室受压的补偿不足，因此需要进行人工校正。

校正后，配准的病灶图可准确反映原空间中的梗死区域，可用于病灶-症状映射。此处展示了配准后的DWI序列及其对应的配准梗死区域与MNI152模板的比较。注意右侧尾状核头部存在轻微误差。

这需要在标准空间中对分割结果进行手动校正。最后，该图显示了第三天 MRI FLAIR 序列配准的结果，其效果良好，无需手动校正。本方案涵盖了为病灶-症状映射准备影像数据的整个流程，包括如何准确执行梗死分割及将其配准至脑模板的实用指南。

病灶图可用于病灶-症状映射研究，以定位特定的认知功能，或利用病灶位置预测卒中患者的认知预后。该方案可加速并标准化病灶-症状映射研究的工作流程，使研究人员能够开展包含数百至数千名受试者的大规模多中心研究。