数字化人脑图谱研究

数字化人脑图谱是医学图象可视化及脑科学研究的重要工具。本文介绍数字化人脑图谱的概念、发展、构建方法及在手术计划。

基于中国人脑图谱Chinese2020配准的阿尔茨海默病患者静息态fMRI

目的探讨基于中国人脑图谱Chinese2020配准的静息态功能MR数据分析在阿尔茨海默病(AD)患者中的应用价值。方法收集12例AD患者(AD组)和17名健康志愿者(正常对照组),基于中国人脑图谱Chinese2020和传统标准脑图谱ICBM152配准对静息态数据进行全脑分析,运用低频振幅(ALFF)和局部一致性(ReHo)分析方法,评估AD患者脑局部神经元自发活动的变化,并比较基于2种脑图谱配准计算的AD患者ALFF和ReHo差异性脑区的分布。结果基于2种脑图谱的数据分析均发现,与正常对照组比较,AD组右侧颞上回、右侧楔前叶和右侧角回ALFF值减低,左侧小脑、左侧颞极、颞上回和颞中回ALFF升高(P均<0.05);AD组左侧颞中回、右侧颞下回、左侧三角部额下回和左侧楔叶ReHo值减低,左侧小脑ReHo值升高(P均<0.05)。基于Chinese2020分析获得的相同的差异脑区平均灰质占比[ALFF:(38.85±17.88)%;ReHo:(54.69±13.28)%]高于基于传统脑图谱ICBM152分析[ALFF:(33.75±14.70)%;ReHo:(45.66±12.35)%],但差异无统计学意义(P=0.68、0.21)。结论基于中国人脑图谱Chinese2020配准的静息态功能磁共振数据分析在检测中国AD患者的局部神经元自发活动方面较传统的西方人脑图谱更准确。

具有多种浏览器的数字化人脑图谱

目的 用计算机技术实现基于MR图像的数字化人脑解剖图谱。方法 首先对获取的MR图像进行边缘提取、去除非脑组织等操作 ,再提取感兴趣区 ,分别用虚拟现实建模语言 (VRML)和移动立方体法 (marchingcubes)获得可视化显示 ,并对图谱加解剖标识。用一种基于点约束的变形算法———薄板样条法 (thin platesplines)使基于MR图像的图谱与Talairach标准图谱对准 ,实现图谱到Talairach标准空间的映射。结果 基于中国人 (男、女各一 )头部MR体数据集 ,实现具有多种浏览功能的数字化人脑图谱。该图谱将各种功能集成于一个人机交互式界面中 ,可以任意选取感兴趣区放大、旋转观察 ,对人脑的各个组成部分的名称及其上下级层次结构深入了解 ,逼真的 3D显示图像对脑内部深层结构产生直观的印象。结论 具有多种浏览功能的数字化人脑图谱是人脑解剖教学、神经外科手术计划和引导及人脑组织分类的重要工具。

中国人脑图谱的现状、进展及展望

目前,意识的起源、智力的物质基础仍是人类的未解之谜;同时,严重危害人类健康的神经、精神疾病日渐增多,大脑结构和功能的正常状态及大脑发育、发展和退化规律仍不清楚。因此,深入研究正常人和病理状态下的脑内信息加工过程,对于研究脑、认识脑、保护脑和开发脑均有重要意义.

中国人群帕金森病患者灰质萎缩:采用中国人脑图谱Chinese2020的基于体素的形态学研究

目的采用基于体素的形态学测量(VBM)方法探讨中国人脑图谱Chinese2020检测中国人群帕金森病(PD)患者灰质体积改变的价值。方法收集15例PD患者(PD组)和15名性别和年龄匹配的健康志愿者为对照组。分别采用基于中国人群的脑图谱Chinese2020和基于高加索人群的脑图谱MNI152进行空间标准化,比较配准到这2种标准空间所引起的脑结构形变差异,并采用VBM方法比较2种图谱检出PD患者灰质体积萎缩的脑区以及萎缩脑区灰质占比的差异。结果采用MNI152脑图谱发现PD患者灰质萎缩脑区包括双侧颞叶并扩展至同侧脑岛/海马/海马旁回、左侧枕上回/楔叶/楔前叶及右侧壳核;采用Chinese2020图谱后,除上述脑区外,右侧额中回亦可见灰质体积萎缩。PD组和对照组受试者脑结构配准到Chinese2020空间发生形变小于配准到MNI152空间,且基于Chinese2020检测灰质萎缩脑区灰质占比高于采用MNI152图谱(t=2.502,P=0.037)。结论基于中国人群的神经影像学研究应该采用中国人脑图谱进行空间标准化,其脑结构形变更小、所识别出的脑区灰质占比更高,从而提高检测的准确性。

三维人脑计算机图谱表面重建的层间轮廓线插值

本文针对三维人脑计算机图谱问题 ,采用线性插值算法 ,给出了一种可用于序列图象的高精度表面重建的层间轮廓线插值方法 .该方法不仅对一般问题的效果良好 ,而且成功地解决了弹性插值中不能解决的示例 .对一系列数据的实验结果表明 ,它是一种可行的层间轮廓线插值方法 。

抗精神病药物所致体质量增加患者灰质体积变化的神经影像-转录分析

目的探索抗精神病药物所致体质量增加的患者脑灰质体积变化及神经机制。方法收集2019年10月至2021年12月上海市精神卫生中心收治的首发未用药精神分裂症患者129例,根据抗精神病药物治疗8周后体质量变化分为体质量增加组(weight gain,WG)(体质量较基线增加≥7%)和体质量稳定组(weight stable,WS)(体质量较基线变化<3%)。在治疗前后评估患者体质量并采集大脑MRI结构像。应用艾伦人脑图谱进行灰质体积改变与基因表达水平的空间相关分析,并进行基因注释分析。结果纳入33例体质量增加患者和27例体质量稳定患者。与基线比较,WG组治疗后右侧海马、左侧基底节、右侧顶下小叶等脑区灰质体积减小,双侧丘脑灰质体积增加(P<0.05);WS组治疗后双侧眶回、双侧额下回和双侧海马等脑区灰质体积较基线减小(P<0.05),未发现灰质体积增加的脑区。神经影像-转录分析显示354个与WG组灰质体积改变相关的基因,这些基因特异性富集在库欣综合征、神经炎症和谷氨酸信号等通路,特异性表达在表达孤咖啡肽前体的神经元。结论抗精神病药物所致体质量增加患者丘脑灰质体积增加,且与库欣综合征、表达孤咖啡肽前体的神经元等有关,这为抗精神病药所致体质量增加神经机制提供了新的线索。

面向fMRI数据的人脑功能划分

人脑是目前人类发现的最复杂和最具智能的功能组织系统之一.数以万计的神经元相互连接形成了复杂的脑结构,并通过相互间的作用表现出多样的智能活动.脑功能研究是脑科学研究中最重要的内容之一,尤其是功能磁共振成像(f MRI)技术的出现,为人脑功能的研究带来了新的发展机遇.近年来,开始利用基于f MRI数据的计算方法对人脑进行功能的划分,已有研究表明,功能划分所产生的人脑功能子区域比结构图谱中的脑区具有更高的功能一致性,因此更适合用于人脑的功能分析.进一步讲,把人脑功能划分产生的功能子区域用于人脑功能网络的构建能够获得更具可解释性的人脑功能网络,能为人脑疾病机理的研究和探索提供新的手段.本文以f MRI数据为基础,首先,介绍了f MRI数据采集、人脑功能划分及其基本流程;其次,给出了一种人脑功能划分方法的分类体系,并详细阐述了其中主要的人脑功能划分算法;再次,梳理了人脑功能划分中常用的相似性度量和评价指标;最后,总结了人脑功能划分的应用,并深入地分析了人脑功能划分中存在的挑战及未来的研究方向,以期对相关研究提供有益的参考.