[基金项目]国家重点研发计划(２０２０Y F C ２００７３０２)㊁北京市科技计划(Z １７１１０００００１１７００１)㊁北京市优秀人才青年拔尖团队项目(２０１６００００２１２２３T D ０７
)㊁磁共振成像脑信息学北京重点实验室专项基金.[第一作者]李坤成(１９５５ )，男，山东乳山人，博士，主任医师，教授.研究方向：医学影像学.[通信作者]李坤成，首都医科大学宣武医院放射与核医学科,１０００５３；磁共振成像脑信息学北京市重点实验室,１０００５３.E Ｇm a i l :c j r ．l i k u n c h e n g ＠v i p １６３．c o m [收稿日期]２０２０Ｇ０９Ｇ２４㊀㊀[修回日期]２０２１Ｇ０１Ｇ３１
述评
C o n s t r u c t i n g m
u l t i m o d a l b r a i n s t r u c t u r a l a t l a s e s o fC h i n e s e a d u l t s L IK u n c h e n g １,
２∗,L I A N GP e i p e n g
３,
４
(１．D e p a r t m e n t o f R a d i o l o g y a n d N u c l e a rM e d i c i n e ,X u a n w uH o s p i t a l ,C a p i t a lM e d i c a lU n i v e r s i t y ,B e i j i n g １
冲动控制障碍
０００５３,C h i n a ;２．B e i j i n g K e y L a b o r a t o r y o f M a g n e t i cR e s o n a n c e I m a g i n g a n dB r a i nI n f o r m a t i c s ,B e i j i n g
１０００５３,C h i n a ;３．S c h o o l o f P s y c h o l o g y ,C a p i t a lN o r m a lU n i v e r s i t y ,B e i j i n g １
０００４８,C h i n a ;４．B e i j i n g K e y L a b o r a t o r y o f L e a r n i n g a n dC o g n i t i o n ,B e i j i n g １
０００４８,C h i n a )[A b s t r a c t ]㊀T h e r e s e a r c ho b j e c t i v e s ,p r o g r a m s a n d t e c h n i c a l r o u t e s o f t h e n a t i o n a lm u l t i c e n t e r p r o j
e c t o fm u l t i m o d a l b r a i n s t r u c t u r e a t l a s o fC h i n e s eh e a l t h y a d u l t s ,a sw e l l a s t h e l a t e s t p r o g r e s s e s a n d
f o l l o w Ｇu p r e s e a r c h p l a n so f t h e p r o j e c tw e r e d e s c r i b e d ．T h em u l t i c e n t e r p r o j e c t h a s c o m p l e t e d t h e c o n s t r u c t i o na n dv e r i f i c a t i o no f t h en e wt h r
e e Ｇd i m e n s i o n a l s t r u c t u r e b r a i na t l a s o f C h i n e s e a d u l t s ,a sw e l l a s t h eT １/T ２q u a n t i t a t i v e b r a i n a t l a s ,w h i l e t h eC h i n e s ew h i t em a t t e r f i b e r b r a i n a t l a s
i sn o wu n d e r c o n s t r u c t i o n ．O n e p a r t o f i m p o r t a n t f o l l o w Ｇu p w o r k i s t o o b t a i n t h e n o r m a l r e f e r e n c e v a l u e s o f i m p o r t a n t b r a i n s t r u c t u r e s i nC h i n e s e a d u l t s ．
[K e y
w o r d s ]㊀b r a i n ;m a g n e t i c r e s o n a n c e i m a g i n g ;m u l t i c e n t e r c l i n i c a l t r i a l D O I :１０ １３９２９/j
．i s s n １００３Ｇ３２８９ ２０２１ ０２ ００１构建中国成人多模态脑结构图谱 李坤成１,２∗，梁佩鹏３,
４
(１．首都医科大学宣武医院放射与核医学科，北京㊀１０００５３;２．
磁共振成像脑信息学北京市重点实验室，北京㊀１０００５３;３．首都师范大学心理学院，北京㊀１０００４８;
４．学习与认知北京市重点实验室，北京㊀１０００４８
)[摘㊀要]㊀阐述中国健康成人多模态脑结构图谱的全国多中心项目研究目标㊁研究方案及技术路线，以及项目最新进展及后续研究计划.本项目已完成新的中国成人三维结构脑图谱㊁T １/T ２定量脑图谱构建及验证，中国人白质纤维脑图谱正在构建中.获取中国成人重要脑结构正常参考值是重要的后续研究工作.[关键词]㊀脑；磁共振成像；多中心临床试验 [中图分类号]㊀R ３２２;R ４４５ ２㊀[文献标识码]㊀A㊀㊀[文章编号]㊀１００３Ｇ３２８９(２０２１)０２Ｇ０１６１Ｇ０４
㊀㊀脑图谱是脑与认知科学研究的基础构架[１]什么叫差动保护
闲来笔潭下载
,
研究人员可基于此比较或综合不同成像方式㊁不同大脑状态(健康或患病)及不同实验室的脑成像结果.欧美人
的脑结构图谱目前已有报道[２Ｇ３
]，而针对中国人的
脑结构图谱研究仍然较少.既往本课题组基于多中心１ ５T M R I 数据构建了我国汉族成人三维脑结构图 谱，并验证其在大脑图像配准和分割中的有效性[４
]，基
于这一脑图谱分割海马精准度高于广泛应用的西方人
脑图谱(MN I １５２
)，配准形变更小[１,３Ｇ８
]，但其空间分辨能力仍需进一步提高.本项目纳入全国多中心健康志愿者的３ ０T M R I 数据，构建新的我国成人多模态脑结构图谱，旨在奠定针对我国成人的脑与认知科学研
究基础.
李谷一五十年演唱会１㊀构建中国成人多模态脑图谱方案
１ １㊀研究对象㊀本项目于２０１６年６月２６日正式启动，采用多中心研究方式，由１０家医院㊁３所大学㊁１所临床研究所及３家公司共同完成；影像学数据采集自其中１１个中心，拟纳入男㊁女健康志愿者各５００名，根据年龄分为１８~３０岁㊁３１~４０岁㊁４１~５０岁㊁５１~６０岁及６１~８０岁５组，每组２００名，男㊁女各１００名.纳入标准:①基本认知功能测评结果正常;②汉族，右利手，年龄ȡ１８岁;③无神经系统疾病或神经系统症状;
④无精神疾病史㊁心脑血管疾病史，无家族遗传病史;
⑤无㊁酗酒史;⑥无长期服用影响神经系统药物史.排除标准:①罹患全身感染性㊁代谢性及免疫性疾病或某系统其他严重疾病;②颅内肿瘤或正常颅压性脑积水;③严重脑外伤伴意识丧失持续＞５m i n;④恶性肿瘤病史;⑤M R扫描失败㊁发现脑内异常改变或图像质量不合格;⑥存在MR I扫描禁忌证，如幽闭恐惧和体内金属植入物等.本项目获中国注册临床试验伦理审查委员会批准(伦理号:C h i E C R C T２０１９０１９７)，检查前志愿者及家属均签署知情同意书.研究流程见图
.
图１㊀构建中国成人多模态脑结构图谱研究流程图
１ ２㊀认知测评㊀记录人口学信息如性别㊁年龄及受教育程度等.基于多维心理网络平台(h t t p://w w w．d w e i p s y．c o m/l a t t i c e/)进行认知功能测评，每项测试均先提示指导语，练习后进行正式
测试，包括①选择反应时测验(有视觉线索)，考查反应速度;②三维心理旋转测验，考查空间想象能力;③物体数量认知，考查快速呈现下的数量加工能力;④词语辨析测验，考查语义理解能力;⑤瑞文推理测验(１０分钟版)，考查观察力及清晰思维能力;⑥数字序列推理(简化版)，考查归纳推理能力;⑦简单数字计算(２０以内减法)，考查算术计算流畅性;⑧言语工作记忆(呈现音频)，考查声音呈现下的工作记忆能力或记忆广度;⑨视觉搜索(注意)任务，考查选择和集中注意能力.如任一项认知测评值在正常参考范围之外，则判定为认知功能测评异常.１ ３㊀采集M R数据㊀采用S i e m e n s M a g n e t o m P r i s m a３ ０T M R扫描仪,６４通道高分辨头线圈.扫描前对设备系统状态和主要参数指标进行检测，包括主磁场均匀性㊁梯度场线性(图像畸变)㊁图像信噪比(s i g n a l n o i s e r a t i o n,S N R)㊁图像对比度㊁层厚及扫描室温和湿度等，并将设备调整至符合欧洲共同体质量标准水平，以保证所获图像质量规范和统一.
嘱受试者仰卧，闭眼，保持头部不动，双耳戴耳塞.采用西门子D o t引擎进行自动定位扫描，期间如果发现头动则重新进行扫描.采用S i e m e n s公司正在研发(w o r k i n g i n p r o g r e s s,W I P)的脉冲序列：磁化准备双快速梯度回波(m a g n e t i z a t i o nＧp r e p a r e d２r a p i d g r a d i e n t e c h o,M P２R A G E)，首先连续采集１９２层矢状位图像,T R５０００m s,T E２ ８８m s，双反转时间７００m s/２５００m s,F O V２５６m m，体素１ ０m mˑ１ ０m mˑ１ ０m m,i P A T(G R A P P A)加速因子为３，采集时间８m i n２２s；之后采集T２标记图(T２m a p p i n g)，轴位４８层,F O V２
３０m m，矩阵３２０，层厚３m m,T R４０００m s,i P A T加速因子为２，采集时间３m i n２２s.采用T２加权可变反转角快速自旋回波黑水成像(T２w e i g h t e d s a m p l i n g p e r f e c t i o n w i t h a p p l i c a t i o n o p t i m i z e d c o n t r a s t s d a r k f l u i d,T２S P A C E D a r kF l u i d)序列连续采集１９２层矢状位图像,T R３２００m s,T E４０８m s,F O V２５６m m，体素１m mˑ１m mˑ１m m,i P A T加速因子为３，采集时间３m i n４６s.以M P２R A G E序列行弥散光谱成像(d i f f u s i o n s p e c t r u mi m a g i n g,D S I)，轴位采集９２层,９６个方向(b＝０６个方向,b＝１０００s/m m２３０个方向,b＝２０００s/m m２３０个方向,b＝３０００s/m m２３０个方向),T R３６００m s,T E９０m s,F O V２１０m m，体素１ ５m mˑ１ ５m mˑ１ ５m m，层加速因子为３,i P A T 加速因子为２，相位编码沿A P㊁P A方向各采集一次，每次采集时间６m i n４４s，共１３m i n２８s.以M P２R A G E序列行弥散谱成像(d i f f u s i o ns p e c t r u m
i m a g i n g
,D S I )，轴位采集２７层,４S c a n ＧT r a c e 模式(b ＝０６个方向,b＝１０００s /m m ２
３０个方向,b＝
２０００s /m m ２３０个方向,b ＝３０００s /m m ２
３０个方向)
,T R２５００m s ,T E７４m s ,F O V２１０m s
，体素２m mˑ２m mˑ５m m ，层加速因子为３,i P A T 加速因子为２,
采集时间４m i n ５０s .采用M P ２R A G E 序列行磁敏感加权成像(s u s c e p t i b i l i t y w e i g h t e di m a g i n g
,S W I ),T R２７m s ,T E２０m s ,F O V２２０m m ，轴位采集８０层，体素０ ８６m mˑ０ ８６m mˑ１ ５m m ,F A１５ʎ,i P A T 加速因子为２，采集时间４m i n５４s
.１ ４㊀数据传输及管理㊀本项目开发了专用数据传输
系统，以提高数据传输效率㊁减少错误概率，各中心采集数据后均线上传输数据；同时开发了中国人多模态脑结构图谱大数据云平台，为集多模态影像学数据存储㊁管理和分析(高性能计算和深度学习)于一体的服务平台，可有效存储㊁管理及分析数据.该平台集成多个软件工具，支持自主定制分析流程，操作可视化㊁便捷化，可大幅提升数据分析效率.数据传输系统直接与云平台连接，传输到云平台后，启动数据完整性检查及质量评估，发现问题及时反馈，要求相应研究中心重新上传数据.
１ ５㊀数据质量控制㊀全过程执行MR 数据质量控制，包括正式扫描前的飞行测试㊁每次扫描前的水模扫描㊁数据上传后的质量评估及正式数据分析前的数据质控.
１ ５ １㊀飞行测试㊀正式试验前,
选择３名健康年轻志愿者(女２名㊁男１名)，采用正式试验拟用序列，在所有中心至少完成１次扫描，基于相同受试者㊁相同设备及参数评估不同中心间数据的可靠性和可重复性[９Ｇ１０]
，并将其用于校准不同中心间的数据漂移.
１ ５ ２㊀水模扫描㊀于每个扫描日采用S i e m e n s 标配
长圆柱形水模进行１次水模扫描，检测场不均匀性㊁伪影(g
h o s t )㊁读出梯度引起的失真(d i s t o r t i o n )㊁S N R ㊁弥散梯度涡流(e d d y c
u r r e n t )及稳定性，以评估当日机器状态.
１ ５ ３㊀数据传输质量控制㊀云平台对各中心上传数
据进行快速数据质量控制，检查数据是否完整(各序列文件数)以及是否存在文件无法读取.
１ ５ ４㊀正式数据分析前的数据量质控制㊀构建图谱前进行严格筛选，仅纳入质量较高的数据，以保证脑图谱的质量.
２㊀进展
共采集１０１３名受试者影像学数据，男５４５名㊁女４６８名，年龄１８~７２岁,
见表１.目前已在数据质控的基础上完成新的３D 结构脑图谱(图２㊁３)，构建并验证了T １/T ２定量脑图谱；中国人脑白质纤维脑图谱尚在构建中.
表１㊀构建中国成人多模态脑结构图谱
研究纳入受试者(名)
研究中心序号
男女总数１４７２７７４
２７０６１１３１３２２２８５０４４７２６７３５２７２３５０６６１４７１０８７３４４６８０８６６６３１２９９
７１５５１２６１０５１４１９２１１４９
５１
１００合计５４５４６８１０１３
３㊀后续工作
３ １㊀脑图谱示范应用及推广㊀在我国脑计划即将推出之际，针对中国人的脑与认知科学研究迫切需要我国人脑图谱的支撑，本项目构建的多模态脑结构图谱将有望满足这一需求.在基于中国人的脑重大疾病研究中，该脑图谱对于施行精准医学影像㊁影像组学㊁ 医学影像＋人工智能 等交叉学科研究尤为关键，有望进一步提高诊断准确率及可靠性
.
图２㊀中国人三维结构脑图谱㊀A~E ．分别为１８~３０岁㊁３１~４０岁㊁４１~５０岁㊁５１~６０岁及６１~８０岁受试者脑图谱
图３㊀全脑灰质(A)㊁白质(B)及脑脊液(C)体积值随年龄变化趋势
３ ２㊀亚区划分㊀本项目将在已构建的中国人三维结构脑图谱空间基础上结合其他多模态数据(如D S I数据)进行亚区分割，进而在初始自动解剖图谱划分基础上实施更为精细的大脑划分，有助于在亚区层次支撑针对我国人的脑临床和科学研究.
３ ３㊀脑结构正常参考值㊀针对大脑不同分区和一些重要结构如海马㊁内嗅皮层㊁杏仁核㊁丘脑及纹状体等，提取体积㊁定量T１/T２值及弥散特征值如部分各向异性等，进而建立相应正常参考值，以支持临床诊断及医学影像学人工智能应用.本专题将报道基于中国成人多模态脑图谱的部分正常参考值，并比较手动与自动测量结果的差异，相比之前的正常参考值研究[１１Ｇ１５]具有以下优势:①３ ０T M R较１ ５T数据质量更好，图像分辨率更高，显示脑结构更加清晰;②优化了部分重要脑结构的勾画
方案，使其更为精细化，如将海马分为头㊁体及尾三部分，以显示其细微差异;③既往颅腔体积以头颅高径㊁前后径及左右径相乘得出，此次将枕骨大孔作为颅腔体积的下界，其他界限以硬脑膜为界，矢状位每１０层图像为１组计算体积，更为准确㊁更接近实际情况.
(致谢：感谢１７家参加本多中心研究单位：首都医科大学宣武医院㊁北京市神经外科研究所㊁首都医科大学附属北京朝阳医院㊁首都医科大学附属北京友谊医院㊁首都师范大学㊁北京师范大学㊁天津市第一中心医院㊁浙江大学㊁河南省人民医院㊁郑州大学第一附属医院㊁武汉大学中南医院㊁中南大学湘雅医院㊁广东省梅州市人民医院㊁深圳市龙岗中心医院㊁上海谦狐科技有限公司㊁上海承蓝科技股份有限公司及S i e m e n s医疗系统有限公司.感谢S i e m e n s医疗系统有限公司授权使用W I P脉冲序列，并支持召开启动和中期总结会议.)
[参考文献]
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行波进位加法器t e m p l a t e s a n d a t l a s e s J敭N e u r o i m a g e２０１２６２２９１１Ｇ９２２敭２㊀E V A N SAC C O L L I N SD L M I L L SSR e t a l敭３Ds t a t i s t i c a l n e u r o a n a t o m i c a lm o d e l s f r o m３０５M R I v o l u m e s E B O L敭２００２Ｇ０８Ｇ０６２０２０Ｇ０９Ｇ２４敭h t t p s i e e e x p l o r e敭i e e e敭o r g d o c u m e n t ３７３６０２c i t a t i o n s＃c i t a t i o n s敭
３㊀MA Z Z I O T T A J T O G A A E V A N S A e ta l敭A p r o b a b i l i s t i c a t l a sa n dr e f e r e n c es y s t e m f o rt h e h u m a n b r a i n I n t e r n a t i o n a l C o n s o r t i u mf o rB r a i n M a p p i n g I C B M J敭P h i l o sT r a n sRS o c L o n dBB i o l S c i２００１３５６１４１２１２９３Ｇ１３２２敭
４㊀L I A N GP S H I L C H E N N e t a l敭C o n s t r u c t i o n o f b r a i n a t l a s e s b a s e do nam u l t iＧc e n t e rM R Id a t a s e to f２０２０C h i n e s ea d u l t s J敭S c i R e p２０１５５１８２１６敭
５㊀L A N C A S T E RJL WO L D O R F F M G P A R S O N SL M e t a l敭A u t o m a t e dT a l a i r a c h a t l a s l a b e l s f o r f u n c t i o n a l b r a i nm a p p i n g J敭
H u mB r a i n M a p p２０００１０３１２０Ｇ１３１敭
６㊀S H IL L I A N G P L U O Y e ta l敭U s i n g l a r g eＧs c a l es t a t i s t i c a l C h i n e s eb r a i n t e m p l a t e C h i n e s e２０２０i n p o p u l a r n e u r o i m a g e a n a l y s i s t o o l k i t s J敭F r o n tH u m N e u r o s c i２０１７１１４１４敭
７㊀J I A X L I N S Q I A N T e ta l敭I m p r o v e d g r a y m a t t e ra t r o p h y d e t e c t i o ni n A l z
h e i m e r d i s e a s e i n C h i n e s e p o p u l a t i o n s u s i n g C h i n e s eb r a i n t e m p l a t e J敭A l z h e i m e rD i sA s s o cD i s o r d２０１８３２
４３０９Ｇ３１３敭
８㊀李坤成梁佩鹏敭中国健康成年人脑图谱及脑模板构建M敭北京人民卫生出版社２０２０５敭
９㊀T O N G Q H E H G O N GT e t a l敭R e p r o d u c i b i l i t y o fm u l t iＧs h e l l d i f f u s i o n t r a c t o g r a p h y o n t r a v e l i n g s u b j e c t s A m u l t i c e n t e r s t u d y p r o s p e c t i v e J敭M a g nR e s o n I m a g i n g２０１９５９１Ｇ９敭
１０㊀T O N G Q H EH G O N GT e t a l敭M u l t i c e n t e r d a t a s e t o fm u l t iＧs h e l ld i f f u s i o n M R Ii n h e a l t h y t r a v e l i n g a d u l t s w i t hi d e n t i c a l s e t t i n g s J敭S c i D a t a２０２０７１１５７敭
１１㊀潘克梫陈楠王星等敭两种测量软件在杏仁核体积测量中的比较J敭中国医学影像技术２００９２５５８９０Ｇ８９３敭
长兴撤县设区
１２㊀潘克梫陈楠王星等敭基于高分辨率M R I的正常中国成人杏仁核体积测量J敭中国医疗设备２００９２４２３Ｇ６敭
１３㊀张勇陈楠王星等敭标准化测量海马体积J敭中国医学影像技术２０１０２６９１６１１Ｇ１６１４敭
１４㊀潘克梫陈楠王星等 １０００名中国正常成人杏仁核体积高分辨力M R I测量J敭中国医学影像技术２０１０２６９１６１５Ｇ１６１９敭１５㊀张勇陈楠王星等敭中国汉族正常成人海马体积的高分辨率M R I测量J敭中华放射学杂志２０１０４４６５７１Ｇ５７４敭
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