《Human Brain Mapping》：Normative T1 and T2 Brain Atlases Across the Adult Lifespan in a Chinese Cohort: Multicenter Quantitative MRI Benchmarks for Ageing and Neurodegenerative Research
编辑推荐：
定量磁共振（MRI）弛豫测量能够提供对脑微结构敏感且具有良好可重复性的测量指标，并日益广泛应用于衰老及神经退行性疾病研究。然而，覆盖成人全生命周期的标准化脑图谱仍较为稀缺，尤其缺少基于大样本、协调一致的多中心数据集所构建的图谱。本研究旨在建立基于全生命周期的标
定量磁共振（MRI）弛豫测量能够提供对脑微结构敏感且具有良好可重复性的测量指标，并日益广泛应用于衰老及神经退行性疾病研究。然而，覆盖成人全生命周期的标准化脑图谱仍较为稀缺，尤其缺少基于大样本、协调一致的多中心数据集所构建的图谱。本研究旨在建立基于全生命周期的标准化T1和T2图谱，以支持个体化评估和组间比较。研究人员对来自中国11个影像中心的947名健康汉族成年人进行了回顾性分析，其中男性421名；中位年龄39岁；年龄范围19–72岁。采用协调一致的MP2RAGE和GRAPPATINI方案采集T1和T2图，并通过统一流程进行处理，随后采用体素水平混合效应回归模型进行建模，模型纳入年龄线性项和二次项、性别以及中心随机截距。研究人员进一步在3名于所有中心完成扫描的流动受试者（traveling subjects）中评估了中心间可重复性。图谱显示，在白质和灰质中均存在区域特异性的年龄效应和性别效应。中心间变异性极低〔T1的组内相关系数（ICC）> 0.99，T2的ICC > 0.90〕。T1和T2均呈二次轨迹变化：在成年早期下降，于中年达到最低值，并在后续年龄阶段升高，其中效应在皮层灰质中最为显著。性别差异在顶叶区和胼胝体区域最为明显。这些基于全生命周期的标准化弛豫测量图谱为健康脑中与年龄和性别相关的微结构变化提供了高保真参考。该图谱为中国成年人群的个体化定量画像和组间比较提供了定量基准，但在更广泛应用于其他族群之前，仍有必要在其他民族人群中进行验证。
该研究发表于《Human Brain Mapping》，核心目标是构建适用于中国成年人群的全生命周期标准化T1和T2脑图谱，并为脑衰老及神经退行性疾病研究提供可量化、可复用、具备多中心一致性的定量MRI（磁共振成像）参考框架。研究背景在于，传统MRI主要依赖相对信号对比进行定性判读，难以直接跨个体、跨时间及跨设备进行稳定比较；相比之下，T1和T2弛豫时间属于具有物理单位的绝对定量参数，能够更直接反映脑组织微结构特征，如含水量、髓鞘状态及铁沉积等，因此在衰老、神经精神疾病和神经退行性疾病研究中具有重要价值。尽管定量MRI近年来发展迅速，已有研究提示其能够敏感检出细微组织改变，但覆盖整个成人年龄范围、基于大样本且采用统一多中心采集策略建立的标准化脑图谱仍然缺乏，尤其在中国人群中更为明显。因此，开展这项研究具有现实必要性：一方面可为健康脑弛豫参数提供年龄与性别分层的参照区间，另一方面可为未来患者层面的偏离检测和群体层面的疾病比较奠定基准。
研究人员围绕这一目标，汇集了来自中国11个中心的健康汉族成年人定量MRI数据，最终纳入947例有效样本，年龄覆盖19–72岁。研究建立了体素水平的T1与T2标准图谱，并系统评估年龄、性别及中心因素对弛豫值的影响，同时通过流动受试者验证多中心数据的一致性。结果表明，该图谱能够稳定刻画成人脑白质与灰质中与年龄和性别相关的微结构变化规律；T1和T2均呈现显著的二次年龄轨迹，即成年早期下降、中年附近最低、老年阶段再次升高；皮层灰质的年龄效应最强，性别差异则在顶叶和胼胝体等区域最突出。此外，在统一扫描协议和统一处理流程下，中心间变异极低，说明该多中心标准图谱具有较高可靠性。论文的重要意义在于，为中国成年人群提供了一个高保真的定量弛豫参照体系，可支持个体化脑画像、组间差异分析以及未来临床病理偏离识别，也推动了定量神经影像从静态平均模板向动态标准化模型的发展。
本研究的主要技术方法包括：基于中国11个中心招募的健康汉族成年人队列，使用相同3T Siemens MAGNETOM Prisma扫描仪及64通道头颈线圈，采用协调一致的MP2RAGE序列进行T1 mapping，采用GRAPPATINI序列进行T2 mapping；在预处理阶段，完成T2图数值换算、T2向T1刚体配准、基于MP2RAGE的脑组织分割、构建研究特异性T1模板及非线性空间标准化；在统计建模阶段，采用体素水平混合效应回归，将年龄、年龄
2、性别纳入固定效应，并将中心设为随机截距；此外通过3名流动受试者在多中心重复扫描，并结合水模体质量控制与ICC（组内相关系数）分析评估中心间重现性。
3.1 Normative T1 and T2 Atlases Reveal Spatial and Demographic Influences Across the Brain
该部分展示了所构建标准化T1和T2图谱的代表性切面，并从空间分布与人口学变量两个层面证明图谱具有解释力。研究人员通过体素水平回归模型估计各体素的截距项、性别效应、年龄效应、年龄
2效应及中心效应，从而建立了年龄和性别校正后的标准弛豫图谱。结果说明，脑内不同区域的T1和T2弛豫时间并非均质分布，而是受到解剖位置、年龄和性别的共同影响。该发现表明，采用体素化标准模型比简单群体平均值更适合描述健康脑微结构的正常变异范围。
3.2 Regional Variation in T1 and T2: Sex Differences and Interindividual Variability
该部分重点分析脑区层面的性别差异及个体间变异。研究人员根据性别相关差异幅度和个体间方差对皮层及皮层下脑区进行排序。T1方面，性别差异最明显的区域包括右侧直回、枕极和额下回，也见于扣带皮层和颞上回等区域。T2方面，最显著的性别差异位于中央区和顶叶相关区域，尤其包括胼胝体中后段、胼胝体中央段、颞上回横颞部、楔前叶及中央后沟，且男性T2值通常高于女性。关于个体间变异，T1的高方差主要位于边缘-旁边缘及感觉运动相关区域，如双侧中央后回、杏仁核和旁中央小叶；T2的高方差则集中于胼胝体和颞叶区域。该结果说明，不同脑区在正常人群中的微结构变异程度并不一致，其中部分区域既表现出较强性别效应，也表现出较高个体差异，因而可能成为未来个体化偏离分析或病理检测的敏感区域。
3.3 Age-Related Trajectories of T1 and T2 Across Representative Brain Regions
该部分系统描述了T1和T2随年龄变化的轨迹特征。研究人员选取了9个具有代表性的脑区，涵盖皮层区、基底节区以及边缘-丘脑区，考察不同功能系统中的年龄相关弛豫变化。结果显示，几乎所有区域的T1和T2均随年龄呈非线性二次轨迹：成年早期下降，随后在中晚年上升。这一模式与早期髓鞘成熟及后期年龄相关退变过程相一致。模型性能评估显示，白质（WM）和深部灰质（GM）的体素水平均方根误差（RMSE）较低，而皮层灰质RMSE较高，提示皮层灰质因结构异质性更强、解剖变异更复杂，其年龄拟合精度相对较低。研究还采用分年龄组汇总分析，分别比较18–29岁、30–39岁、40–49岁、50–59岁和60–72岁各组的平均T1和T2及95%置信区间（CI），结果与模型推断出的总体轨迹一致，从而支持模型结果的稳健性。该部分的核心结论是，健康成人脑T1与T2并非简单线性老化，而具有明确的二次年龄依赖性，这为按年龄、性别进行个体化解释提供了依据。
3.4 High Intersite Reproducibility of Relaxation Values Revealed by ICCs in Traveling-Subject Data
该部分用于验证多中心定量MRI数据的一致性与图谱的可推广性。研究人员利用3名流动受试者在9个中心完成重复扫描，计算各中心配对间脑区平均T1和T2的ICC(2,1)。结果显示，所有T1的ICC均大于0.99，所有T2的ICC均大于0.90，表明跨中心重现性极佳。结合统一硬件平台、统一序列协议、统一预处理流程及日常水模体质控，研究证明在严格协调的多中心条件下，中心相关方差可以被有效控制。这一结果为该标准图谱作为多中心研究和潜在临床比较工具的可靠性提供了直接证据。
讨论部分指出，本研究建立了目前规模最大的健康人脑T1和T2弛豫标准图谱之一，兼顾了年龄、性别、个体差异和中心效应等多个维度。其重要贡献不仅在于提供静态模板，更在于通过统计建模形成可解释的动态标准参考。研究人员强调，T1和T2的区域差异、性别差异及年龄二次轨迹共同构成了健康脑微结构正常波动的关键特征；其中杏仁核、中央后回和胼胝体中段等区域可能对病理性偏离更敏感。针对多中心MRI研究常见的设备和流程偏差问题，论文通过流动受试者数据验证了所用方案的高一致性，说明协调采集与统一分析能够显著增强定量MRI的跨中心可比性。与此同时，作者也审慎指出若干限制：样本仅限中国汉族成年人，图谱目前属于特定人群参考；全部数据均来自Siemens MAGNETOM Prisma平台及统一协议，因此对其他厂商设备和不同采集方案的适用性仍需外部验证；此外，本研究为横断面设计，所得年龄轨迹反映的是群体水平年龄趋势，而非个体纵向老化过程。尽管如此，论文认为，MP2RAGE与GRAPPATINI等快速弛豫测量序列结合标准化图谱，具有支持临床诊断和病理偏离识别的潜力，未来可通过患者个体或疾病队列相对于该图谱的比较，进一步验证其临床实用性。
研究结论部分可概括翻译如下：本研究构建了基于中国成年人群全生命周期的标准化T1与T2弛豫图谱，为健康脑中年龄和性别相关的微结构变化提供了高保真定量参考。该图谱在统一多中心采集和处理条件下表现出极高的中心间可重复性，可作为中国成年人群个体化定量画像和组间比较的基准。然而，在推广至其他民族或其他扫描平台之前，仍需进行独立外部验证。
