基于脑功能图谱的皮层功能区磁刺激靶点定位关键问题研究

Because of the high degree of sophistication and complexity of brain function area, precise location and navigation technology based on structural brain MRI information can not accurately identify and locate brain functional area and magnetic stimulation target. At present, we still need to combine functional responses of brain fMRI information or language and limb stimulation to locate brain functional areas and magnetic stimulation targets. The process is complex, tedious, inefficient and costly. It has a serious impact on the development and application of TMS technology in the field of brain science and the accurate diagnosis and treatment of encephalopathy. It has become an urgent need for TMS to develop a method and technique that can accurately locate the functional area of the cerebral cortex and to plan the target of magnetic stimulation. This project is based on an open database of fine brain function area map, and studies and develops a method of fusion and registration of a brain function Atlas and a brain structure image, solve the key algorithm to locate the magnetic stimulation target in the cerebral cortex space coordinates. The brain functional area was directly labeled on the brain structure image and the TMS targets were planned and located. Verifying the accuracy and reliability of the results of this project through the TMS stimulation test in the functional area of the cerebral cortex. Finally, we can directly locate and navigate the functional area and stimulation target under visualization, and lay the foundation for the research and development of TMS cortical target automatic planning and automatic tracking technology.

由于大脑功能分区的高度精细和复杂性，仅仅依据脑MRI结构影像信息的经颅磁刺激精密定位导航技术无法准确确定和定位脑功能分区与磁刺激靶点，目前仍需要结合脑fMRI信息或语言、肢体刺激后的功能反应才能定位脑功能区和磁刺激靶点，过程复杂繁琐效率极低且成本高，严重影响TMS技术在脑科学研究和脑病临床精准诊疗方面的深入发展和应用，发展一种能准确快速定位脑皮层功能区位置和规划磁刺激靶点的方法和技术已成为TMS应用的迫切需求。本项目拟基于开放的精细脑功能分区图谱数据库，研究发展一种脑功能图谱与脑结构影像融合配准的方法，解决磁刺激靶点在大脑皮层空间坐标位置的关键算法问题，在脑结构影像上直接标记出脑功能分区并规划和定位TMS靶点，通过脑皮层功能区TMS刺激实验验证本项目研究结果的准确性和可靠性。最终在可视化条件下实现直接对脑功能区和刺激靶点的精密定位导航，为TMS皮层靶点自动规划和自动跟踪技术的研发奠定基础。

由于大脑功能分区的高度精细和复杂性，仅仅依据脑MRI或CT结构影像信息的经颅磁刺激精密定位导航技术无法准确确定和定位脑功能分区与磁刺激靶点，目前仍需要结合脑fMRI信息或语言、肢体刺激后的功能反应才能确定脑功能区位置和磁刺激靶点，过程复杂繁琐效率极低且成本高，严重影响TMS技术在脑科学研究和脑病临床精准诊疗方面的深入发展和应用，发展一种能准确快速确定、规划和定位脑皮层功能区位置和磁刺激靶点的方法和技术已成为TMS应用的迫切需求。本项目拟基于开放的精细脑功能分区图谱数据库，研究发展一种脑功能图谱与脑结构影像融合配准的方法，解决磁刺激靶点在大脑皮层空间坐标位置的关键算法问题，在脑结构影像上直接标记出脑功能分区并规划和定位TMS靶点，通过脑皮层功能区TMS刺激实验验证本项目研究结果的准确性和可靠性。最终在可视化条件下实现直接对脑功能区和刺激靶点的精密定位导航。目前，项目负责人设计和研发了经颅磁刺激神经导航定位系统。项目负责人应用脑功能图谱结合静息态脑功能连接引导高频rTMS在提高健康成年被试关联记忆功能的影响研究，研究结果现实与海马区功能连接最强的脑区普遍位于前额叶和顶叶区域，刺激相关区域可以显著提高被试的关联记忆功能。同时项目负责人结合任务态功能核磁影像对脑功能图谱进行了个体化差异分析，结果现实脑功能图谱的个体差异普遍在10mm以上，因此仅仅依靠脑功能图谱并不能很好的个体化定位磁刺激靶点，因此项目负责人提出基于多个静息态功能磁共振成像个体化定位脑皮层靶点的方法，基于相关方法项目负责人获得了第一届中国健康长寿创新大赛新技术组三等奖，为未来个体化精准脑神经调控提供了技术和理论基础。