《Acta Neurochirurgica》：Subthalamic segmentations in relation to deep brain stimulation volumes in Parkinson’s disease
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目的：精确分割丘脑底核（STN）对于优化帕金森病（PD）深部脑刺激（DBS）的疗效至关重要。临床可用工具如Brainlab Elements（BL-E）可实现手术规划的自动分割，但其与术后容积组织激活（VTAs）的空间关系尚未充分阐明。研究人员以多图谱分割（M
目的：精确分割丘脑底核（STN）对于优化帕金森病（PD）深部脑刺激（DBS）的疗效至关重要。临床可用工具如Brainlab Elements（BL-E）可实现手术规划的自动分割，但其与术后容积组织激活（VTAs）的空间关系尚未充分阐明。研究人员以多图谱分割（MAS）作为外部解剖参考，比较了通过单极触点测试获得的BL-E衍生STN分割与有效VTA之间的空间对应关系。方法：研究人员回顾性分析了40例接受慢性STN-DBS治疗的PD患者的影像数据。基于T1w和T2w扫描，使用BL-E获得分割，并利用由20个手动分割中脑核图谱组成的库获得MAS。通过Dice系数、Jaccard指数和欧几里得质心距离评估空间对应性。计算VTA质心与临床确立的STN-DBS刺激设置之间的距离，以评估靶向一致性。采用Wilcoxon符号秩检验评估度量间的统计学差异。结果：与MAS相比，BL-E分割表现出与VTA更优的空间对应性，质心间欧几里得距离更小（p<0.001）。Dice系数和Jaccard指数无显著差异（p=0.18）。VTA质心到最有效刺激位置的距离在半球间一致（左侧：2.54 mm [1.92–3.25]；右侧：2.87 mm [1.85–3.82]）。MAS靶点较BL-E靶点更偏下和偏前。结论：临床应用的VTA与规划分割空间对应良好，表明工作流内可重复性，但并非对解剖金标准的优越对应。未来研究应整合连接组信息，以更准确地反映刺激的功能相关性及其治疗效果。
**研究背景**
深部脑刺激（DBS）是帕金森病（PD）的有效治疗方法，而精确的术前规划与电极植入对疗效至关重要。丘脑底核（STN）是DBS最常用的靶点之一，其分割准确性直接影响刺激容积与治疗效果。商业软件如Brainlab Elements（BL-E）利用专利合成组织模型进行患者特异性的STN自动分割，整合多模态磁共振成像（MRI）信号，且其分割边界与电生理测量具有较好一致性。然而，BL-E分割与术后容积组织激活（VTAs）之间的空间对应关系尚未被系统表征。多图谱分割（MAS）作为研究导向的工具，通过融合多个图谱的分割结果来捕捉个体间解剖变异，可作为外部解剖参考评估临床靶向策略的空间对齐。因此，本研究旨在量化BL-E与MAS两种分割方法与基于单极触点测试获得的临床有效VTA之间的空间对应性，以评估工作流内可重复性。论文发表在《Acta Neurochirurgica》。
**关键技术方法**
样本队列：40例慢性STN-DBS PD患者（16名女性，平均年龄58.2±7.2岁）来自Philipps-University Marburg神经内科。图像处理：术前3T MRI（T1w和T2w）经过去噪、N4场不均匀性校正、颅骨剥离后，分别通过BL-E的Elements Segmentation Basal Ganglia模块（Release 4.0）和MAS方法（利用20个手动分割中脑核图谱库进行ANTs非线性配准及多数投票融合）生成STN分割。VTA建模：采用Lead-DBS管线（版本2.6），使用PaCER算法定位电极，基于有限元模型计算电场（阈值0.2 V/mm）定义VTA。空间对应性通过Dice系数、Jaccard指数和欧几里得质心距离评估，统计分析采用Wilcoxon符号秩检验。
**研究结果**
1. **电极位置与VTA质心**：所有DBS电极在MNI152空间的位置显示，左右半球VTA质心平均坐标分别为x=?13.5 mm, y=?13.8 mm, z=?5.9 mm和x=13.2 mm, y=?13.0 mm, z=?6.2 mm。VTA质心到STN最有效刺激位置（基于文献坐标）的距离在左半球为2.54 mm [1.92–3.25]，右半球为2.87 mm [1.85–3.82]，表明靶向一致性良好。两侧半球VTA体积无显著差异（左：55.50 mm3 [38.75–93.25]；右：67.0 mm3 [50.25–88.50]；p=0.74）。
2. **空间重叠度量**：BL-E分割的Dice系数（0.17 [0.06–0.35]）高于MAS（0.14 [0.02–0.27]），但差异未达统计学显著性（p=0.18）。Jaccard指数结果类似（BL-E: 0.09 [0.03–0.21]；MAS: 0.08 [0.01–0.15]；p=0.18）。
3. **质心距离差异**：BL-E分割质心与VTA质心间的欧几里得距离（3.22 mm [2.12–4.45]）显著小于MAS（4.27 mm [3.37–5.38]；p<0.001）。
4. **质心位置偏移**：MAS靶点相对于BL-E靶点更偏下（p<0.001）和偏前（p<0.001）。
5. **临床关联分析**：运动改善（MDS-UPDRS-III百分比改善）与空间度量（Dice系数、Jaccard指数、质心距离）之间均无显著相关性（rho值分别为?0.04、?0.04、0.04，p值均>0.8）。
**讨论与结论**
讨论指出，BL-E分割在术前规划中直接指导电极放置，因此其与VTA的较低质心距离主要反映工作流内一致性，而非对解剖金标准的优越对应。MAS的下方和前方位移可能与图谱库未能完全涵盖PD人群的解剖变异有关，如年龄、病程及帕金森亚型对皮层下结构形态的影响。空间度量（如Dice系数和质心距离）仅能粗略估计结构-功能关系，因为DBS通常靶向STN背外侧区域而非几何中心，且STN具有功能亚区组织；缺乏亚区分割可能降低对临床改善的敏感性。未来研究应整合连接组信息，因为最优运动控制是通过调控连接脑网络实现的，而非单纯提升与单一解剖结构的空间一致。STN因其广泛皮层投射，可调节不同症状域对应的神经环路。局限性包括：在MNI空间进行组分析可能引入非线性配准误差；1×1×1 mm3体素分辨率导致部分容积效应；STN在7T以下场强中边界界定存在固有困难；刺激参数基于术后3个月标准化单极测试，未必代表长期优化设置；单中心小样本可能限制普适性。
**结论翻译**：本研究的发现表明，与MAS相比，BL-E分割显示与临床应用的VTA质心距离更小，提示该自动分割软件具有工作流内可重复性。然而，这并不意味着其对解剖金标准的优越对应。未来研究应整合连接组信息，以更准确地反映刺激的功能相关性及其治疗效果。
