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Brainstorm + Fieldtrip IEEG定位及分区教程_fieldtrip配准图像

作者：从前慢现在也慢 | 2024-08-21 13:19:16

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fieldtrip配准图像

本文是我进入实验室后，针对原本的配准工具fieldtrip在MNI空间映射上不准确的问题，改用的新工具Brainstorm的教程，但因为该工具基本没有可编程部分，因此依然保留了使用Fieldtrip进行前期acpc定位和批处理导出电极触点所在分区的功能，希望对有需要的同学有所帮助。实验室对于Fieldtrip的工作流程很熟悉，因此在这里没有详述，如果不了解的话请阅读

Integrated analysis of anatomical and electrophysiological human intracranial data | Nature Protocols

出于对病人隐私的考虑，原始MRI、CT图像无法在这里给出，请在其他.nii数据或这些软件给出的公共数据（不推荐，国外的IEEG电极与我们的不相同）进行尝试，在开始之前使用freesurfer进行分割重建

一、前言

工具版本：Fieldtrip-20210614

Brainstorm-210711

本教程为IEEG电极植入后定位的标准化流程，为后续分析提供参考，包含MRI-CT图像的配准、IEEG电极定位、IEEG触点在不同坐标系（acpc、ctf、mni）的坐标定位及IEEG触点在不同模板（AAL、Desikan-Killiany、Destrieux等）的分区定位，在之前使用fieldtrip工作流程的基础上，针对于原方法MNI映射不准确、图像可视化差等问题，引入brainstorm工具予以解决。本教程以brainstorm为主，fieldtrip仅作为辅助作用，研究人员可在此基础上，继续使用brainstorm对SEEG信号及癫痫发病的相关问题予以进一步分析，该工具也为此提供了丰富的方法支持。本教程针对的研究人员对于之前使用Fieldtrip的工作流程有大致了解，因此仅给出示例代码予以参考，对于fieldtrip配准、MRI图像基准点的定位、freesurfer分割等具体操作不再做说明。

brainstorm下载及安装教程请参考：

EEG/MEG数据处理工具包Brainstorm的下载与安装教程_悦影科技-CSDN博客_brainstorm安装

brainstorm详细教程请参考：

Tutorials - Brainstorm

二、教程正文

1. fieldtrip前期配准：

使用fieldtrip将原始MRI图像配准到acpc坐标系

2. 创建工程：

将matlab工作目录切换至brainstorm3安装文件夹，命令行中输入“brainstorm”启动，首次启动需要进行安装

Plugins-spm12-install，安装spm工具箱。brainstorm提供了包括spm12、fieldtrip在内的多种工具的集成、调用，若您的电脑中已经安装了spm12，直接点击Load进行加载、

File-New protocol，为患者创建新的协议，在这里我们以编号-患者姓名的格式为其命名，Brainstorm数据库是由一组协议组成的，一次只能打开一个协议，保留所有默认设置创建

File-New subject创建一个新主题，一个协议中可以包含多个主题，依然保留所有默认设置创建

3. 解剖结构的导入及准备：

右键Subject-Import anatomy folder，导入freesurfer分割文件夹，文件类型选择FreeSurfer+Volume atlases（除头部表面外也导入了体积分区），系统提示输入最终皮质表面所需的顶点数，默认情况下，我们将整个大脑的这个值设置为 15000（这意味着每个半球为 7500）。在导入过程中，实际只需要freesurfer文件夹中的label、surf、mri这三个文件夹

在MRI查看器中，定位NAS（鼻根），左耳 (LPA)，右耳 (RPA)，前连合 (AC)，后联合（PC），半球间点 (IH)，我们默认您已经具备了这些定位的相关知识，在此不过多赘述，brainstorm内部已经舍弃了acpc相关坐标，仅作为ctf坐标系的辅助。Brainstorm导入的MRI图像为freesurfer文件夹中的T1.mgz，由于步骤1中，我们已将该图像配准到acpc坐标系下，因此world坐标系原点即为ac点，尽管acpc定位不会对brainstorm产生过多影响，我们仍建议您这么做

完成基准的选择后，点击Save，brainstorm将进行后续的导入工作，并生成皮层的3D视图

右键MRI-MNI normalization，将坐标注册到MNI空间中。在弹出的窗口中选择maff8，此方法嵌入在 Brainstorm 中，不需要安装 SPM12，它基于与 SPM 软件中的 MNI ICBM152 模板的仿射联合配准

这种标准化不会修改解剖结构，它只是保存了一个转换，可以在头脑风暴坐标和 MNI 坐标之间进行转换。计算此转换后，我们可以在MRI 查看器中看到某点的MNI坐标

右键皮层cortex_15002V-MRI registration-Check MRI/surface registration，我们可以检查皮层表面与MRI图像是否吻合

4. 导入植入后CT图像：

右键Subject-Import MRI，选择CT图像，弹出窗口均选择默认选项，在Registration: How to register the new volume with the previous one？窗口中，我们通常选择第一个选项SPM，用 SPM 工具箱来估计从CT图像到MRI的变换，若您已经在其他地方（如fieldtrip）已将CT与MRI共同注册配准，这里也可选择Ignore

MRI查看器会自动打开，CT图像会作为彩色层覆盖到MRI图像，我们可以在此查看两个图像的配准是否准确

5. 标记植入电极

右键CT图像-SEEG/ECOG implantation

Subject中将会创建新的implantation文件夹，并开始编辑一个空的channel文件。在brainstrom窗口的右侧，iEEG选项卡下，我们可以添加电极（+符号）并设置其模型，请根据患者电极植入的相关信息，添加相应数量的电极，并设置电极长度、触点间距等信息。在本示例中，共有14根植入电极，其中4号（d）为长电极，其他均为短电极。默认情况下，触点直径略大于电极直径，否则有可能会导致触点的显示错误

在iEEG选项卡中选中要标记的电极，在MRI查看器中，将光标置于电极的尖端（颅内），点击选项卡中“Set tip”，再将光标放在头骨中电极的入口处（也可放在其他位置，该点仅用于计算方向，不使用该点的实际位置），点击Set skull entry，电极会出现在MRI查看器中，各触点位置会自动计算标出

在这一步中，您可以同时打开MRI图像与病例对照以获得电极位置的参考，由于MRI图像与CT图像已经配准，因此两个图像电极的坐标完全相同。在MRI查看器中，您可以通过Neurological/Radiological选项，在神经科医生和影像科医生的影像查看习惯中切换，以符合病例的左右方向

完成所有标记后，点击save，保存电极位置信息

右键SEEG/ECOG，选择在皮层模型下查看电极，以大致检查电极位置是否正确，在查看器中，每个触点都可被选中，右键触点可查看其详细信息

右键SEEG/ECOG-File-Export to file，将电极触点信息导出，在文件类型中选择EEG：ASCII：Name,XYZ_MNI导出MNI坐标，选择EEG：ASCII：Name,XYZ_World导出World坐标，由于我们使用的是已经过acpc配准的图像，因此World坐标也就是acpc坐标。导出的坐标是两个txt文件

6. 确定电极触点分区

在brainstorm里，可以很方便地查看各类大脑分区信息，freesurfer已为我们提供Deskian-Killiany、Destrieux等多种native坐标系下的分区信息，右键Subject-Add MNI parcellation，下载基于MNI空间的分区信息，在之前的步骤中我们已将图像注册到标准MNI空间，这些分区信息将基于此与图像对应，在这里我们下载AAL3分区

切换回电极信息页面，右键SEEG/ECOG，在MRI查看器中查看电极，可以看到，MRI查看器右上角已经显示光标位置所在区域，右键空白处-Anatomical atlas可以切换当前所使用的分区，“Show atlas“选项可以在MRI图像上以不同颜色显示各个分区。通过iEEG选项卡切换电极，可以很方便地查看各个位置所在的区域