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磁共振脑表面三维重建技术及应用的研究

作　者: 龚向阳
导　师: 章士正
学　校: 浙江大学
专　业: 影像医学与核医学
关键词: 中央沟三维重建技术扩散加权成像解剖结构面静脉磁共振容积重建中央后沟表面结构表面重建
分类号: R445.2
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

第一部分磁共振脑表面三维重建方法的研究及各种方法间的比较研究目的本部分目的在于磁共振脑表面三维重建方法的研究及各种方法之间的比较。主要内容包括:(1)创新性的以MR扩散加权成像(DWI)的示踪扩散加权图像(traceDiffusion-Weighted Images,trace DWI)作为原始图像进行脑表面三维重建(DWI-3D),并评价其重建的效果;(2)基于三维梯度回波与扩散加权成像序列的三维脑表面重建技术比较;(3)利用MRIcro软件的脑表面结构三维重建技术,并评价重建效果。材料与方法(1)一般资料:50例正常人(男24例,女26例,11～84岁,平均55岁)行扩散加权成像(DWI),其中55岁(含55岁)以下组23人,年龄11～55岁,平均39.6岁;55岁以上共27人,年龄58～84岁,平均68.2岁。30例正常人(男性17例,女性13例,21～66岁,平均45岁)行扩散加权成像(DWI)及矢状位3D梯度回波扫描序列(3D flash)。33例正常志愿者(男17例,女16例,21～39岁,平均25.6岁)行矢状位3D梯度回波扫描序列图像,利用MRIcro软件行三维脑表面重建。(2)检查方法:DWI检查参数为:TR/TE:5000ms/118ms,视野(FOV)220mm×220mm,矩阵128×128,层厚5mm,无间隔,与眶耳线平行共扫描25层,4次平均,扩散加权系数b=1000mm~2/s。3D flash扫描序列检查参数:TR/TE:30ms/5ms,视野(FOV)220～240 mm×220～240 mm,矩阵256×256×196,层厚1.2mm,20%间隔,矢状位扫描。(3)图像重建:DWI扫描图像在图形工作站中使用RT 3D(容积重建)软件进行三维容积重建并对重建图像进行观察。3D flash图像重建首先使用RT 3D(容积重建)软件进行三维容积重建。然后逐步剥除头皮及颅骨板障的信号,暴露脑表面结构。MRIcro重建在Windows2000下以MRIcro软件进行。(4)图像评价和分析:由有经验的神经放射诊断医师3人集体分析和评价上述图像。使用SPSS 10.0 for Window进行统计学处理,采用t检验。结果一、基于扩散加权成像的三维脑表面重建技术1.1 50例左右半球中央沟、中央前回、中央后回、中央前沟、顶上小叶、中央后沟、顶内沟、额上回及额上沟等结构显示最好,平均得分2.61～2.77;外侧沟、缘上回、额中回、额下回等结构平均得分2.0～2.49;额下沟、角回和颞上回得分1.67～1.89;颞中回、颞下回、颞上沟和颞下沟等平均得分0.87～1.26。1.2 50例左右半球之间无显著性差异存在。1.3 55岁以上、以下两组比较结果表明额上回、额中回、额上沟、中央后回、中央前回、额下沟、额下回、缘上回、顶内沟、中央后沟等结构在两组间有显著差异。中央沟、中央前沟及顶上小叶2组的显示均较好,差异没有显著性;颞下回、颞下沟、颞中回、颞上沟、角回、颞上回等结构,2组均显示不良,差异无显著性。二、基于三维梯度回波与扩散加权成像序列的三维脑表面重建技术比较基于3D flash的三维图像各结构的平均得分均在2.5分以上。中央前回、中央后回、顶上小叶、缘上回、额上回、颞上回、颞中回、中央前沟、中央沟、中央后沟、顶间沟、外侧沟和颞上沟等结构平均得分在2.90以上。基于DWI的三维图像显示中央前回、中央后回、项上小叶、额上回、中央前沟、中央沟、中央后沟、顶间沟及额上沟等结构平均得分为2.60～2.75;缘上回、角回、额中回、额下回、颞上回、外侧沟和额下沟等结构平均得分1.67～2.48:颞中回、颞下回、颞上沟及颞下沟等平均得分仅0.88～1.27。比较两种方法,基于3D flash序列的图像均优于基于扩散加权成像的三维重建,差异有显著的意义。其中缘上回、角回、额中回、额下回、颞上回、颞中回、颞下回、外侧沟、额下沟、颞上沟和颞下沟等结构差异十分显著,P值小于0.001。三、利用MRIcro软件的脑表面结构三维重建技术利用MRIcro软件的脑表面结构三维重建中央沟、中央后沟、中央后回、中央前沟、中央前回、顶内沟、顶上小叶等结构平均得分都在2.80以上;外侧沟、额上回、角回、缘上回、额上沟、额下沟、额下回、额中回、颞上沟、颞上回、颞中回和颞下沟等平均得分在2.52～2.77之间;颞下回平均得分2.39。结论通过对3种不同方法的脑表面重建效果、重建过程的比较,作者认为脑表面三维重建的方法是多种多样的,各种方法有一定的适用范围,也存在一定的局限性,研究者和临床医师可以根据需要加以选择。第二部分磁共振脑表面三维重建在脑表面占位病灶定位中的价值探讨研究目的通过23例病灶邻近脑表面的病例的脑表面三维重建。评价三维脑表面重建图像对病灶与邻近主要脑沟脑回关系的显示情况,同时比较一组医师在判读三维图像与二维图像时定位结果的一致性,评价三维脑表面重建对病灶精确定位的价值。材料与方法1.病例资料:病例共23例(男15例、女8例,年龄8～74岁,平均38.7岁,中位年龄41岁)。其中肿瘤性占位15例、陈旧脑梗塞软化病灶5例、血管畸形2例、脑裂畸形1例。2.检查方法:采用3D flash序列扫描。3.图像重建:使用RT 3D(容积重建)软件进行三维容积重建并暴露脑表面结构。4.图像评价和分析方法:将23例患者的三维重建图像和三轴图像请2位有经验的放射诊断医师和2位年轻进修医师分别判读。对病灶所在和累及的位置进行记录。5.结果统计:使用SPSS 10.0 for Window进行统计学处理,采用Mann-Whitney’s U Test和卡方检验。结果1.23例病灶三维脑表面重建,21例(91.3%)得到清楚图像,2例显示不佳。2.4位医师定位结果比较:依靠2D图像,4位医师定位完全一致的部位8个(6.78%),只有一位医师定位的部位有51个(43.22%),总认定的部位有118个。依靠3D图像,4位医师定位完全一致的部位16个(17.2%),只有一位医师定位的部位有28个(30.11%),总认定的部位有93个。3.4位医师的定位结果显示:(1)依靠3D定位,总的认定部位数从118个减少到93个;(2)依靠3D定位4位医师一致的部位从6.78%增加到17.20%,而只有一位医师认定的部位从43.22%减少到30.11%,差异有显著性。(3)按脑叶分布比较两次定位结果,差异没有显著性。(4)额叶、顶叶、颞叶和枕叶等四个脑叶中,依据2D和3D定位,额叶定位的一致性改变最为显著。(5)使用3D图像进行病灶的定位,各位医师之间的认识仍然存在明显的不同,4位医师定位一致率也仅17.2%。4.2位有经验的医师与2位年轻医师分别依据2D、3D图像进行定位的结果显示:(1)2位有经验医师依据2D图像和3D图像进行病灶定位时,一致率从50%提高到59.7%统计学检验差异无显著性。(2)2位年轻医师依据2D图像和3D图像进行病灶定位时,一致率从16.4%提高到32.1%,差异有显著性。(3)依据2D图像定位时有经验组的一致率50%明显高于另一组16.4%,差异非常显著。(4)依据3D图像定位时有经验组的一致率59.7%仍高于另一组32.1%,差异有显著,但相对于依据2D图像定位差距明显缩小。结论1.3D重建技术清楚显示病灶及其与邻近脑沟、脑回的关系。2.依靠3D定位,诊断医师之间的意见较依靠2D定位趋于一致。3.对照3D图像进行定位,定位一致性均有提高,其对于断层解剖知识不熟悉的年轻医师及临床医师的价值更大。4.纵使使用3D图像进行病灶的定位,各位医师之间的认识仍然存在明显的不同,4位医师定位一致率也仅17.2%,2位高年资医师之间的一致性也仅仅59.7%。第三部分“仿真开颅术”:一种简单的显示脑表面静脉及脑表面解剖结构的方法目的介绍一种简单的显示脑表面静脉以及脑表面结构的方法,并对64例脑肿瘤病人的显示结果进行分析。材料与方法:本研究包括64例脑肿瘤患者(男32例,女32例,平均年龄45岁)。所有患者因为神经导航系统而进行三维增强MPRAGE序列MR扫描,上述扫描原始图像进行被用于再重建。在重建脑表面结构及表面静脉的过程中,我们逐步剥除颅骨及头皮,像剥苹果皮一样,得到仿真的开颅手术时所见的脑表面影像。我们对重建图像的质量进行评分,脑表面结构和表面静脉被分别地从0分(难以显示)到3分(非常好)评分。64例中20例患者的肿瘤位于脑表面或肿瘤蔓延至脑表面,我们将重建的仿真图像与手术照片进行对比以评价本方法的检出敏感性。我们还对图像的质量与硬膜增强程度和脑沟/蛛网膜狭窄程度的相关性进行分析,以了解影响图像质量的原因。结果:所有患者均得到了较好的重建图像,脑表面结构和表面静脉的平均得分分别为2.81和2.77。图像质量与硬膜增强程度和脑沟/蛛网膜狭窄程度呈负相关关系。检出敏感性分析显示。直径超过2mm的表面静脉在重建图像上100%显示,直径在1-2mm之间显示率为90%,1mm以下的表面静脉有59.3%能够显示。结论:使用这种简单的重建手段,我们可以得到仿真的开颅图像,使得神经外科医师可以在手术之前“预览”开颅后的脑表面情况。第四部分正常人中央沟不对称性的研究及其研究方法的探讨研究目的本研究尝试利用现有的软件,创立一种可行的方法,研究比较群体之间脑结构的一致性和不对称性。由于脑结构的复杂性,本研究仅尝试将该方法应用于两侧中央沟不对性比较。材料与方法(1)33例正常志愿者(男17例,女16例,21～39岁,平均25.6岁),均为右利手。(2)检查方法:采用3D flash扫描序列。(3)图像重建方法:用AFNI(Analysis of Functional NeuroImages)将图像文件转换为.HEAD和.BRIK文件,并进行空间标准化(Talairach系统)。然后以MRIcro软件进行格式转化并打开,通过该软件剥除颅骨和头皮等软组织,显示脑沟、脑回等脑表面解剖结构的三维形态。(4)中央沟示踪(trace)方法:使用MRIcro软件,提取33例正常志愿者的两侧中央沟的空间定位参数。(5)数据分析:利用Origin 6.0 Professional软件,绘制33例正常志愿者的左侧、右侧中央沟在XY(轴位观)、XZ(冠状位观)和YZ(矢状位观)坐标系中的投射曲线,并计算33例的平均曲线,直观地比较双侧中央沟在各个轴向上的不对称性。并比较双侧中央沟平均线起止点的XYZ参数。结果(1)XY(轴位观)结果:右侧中央沟的起点位置、中央沟形态及终点位置相对于左侧存在较大的变异,曲线的一致性较差。右侧中央沟的起点和终点位置,相对与左侧更靠近中线,差异十分显著。双侧中央沟Y值的标准差(SD)随X值(左右)的改变而改变,左右侧的SD值各出现相仿的3个波峰。(2)XZ(冠状位观)结果:33正常志愿者的两侧中央沟在XZ轴向上表现出高度的一致性,左侧的终点相对于右侧向足侧走行得更远一些。(3)YZ(矢状位观)结果:双侧中央沟的走行形态变异均比较明显,其中右侧的变异更为明显。右侧中央沟位置偏前,平均曲线也显示右侧中央沟在Z轴30～50范围间明显偏前。结论1.将AFNI、MRICro及Or igin 6.0 Professional等3个软件结合起来研究脑沟的走行轨迹,具有可性性和实用性。2.33例正常志愿者双侧中央沟的轨迹大致上呈对称性表现。但其中有3个特点值得注意:其一是右侧中央沟的起点位置、中央沟形态及终点位置相对于左侧存在较大的变异,曲线的一致性较差。其二左右中央沟均出现3个相仿的标准差波峰;其三是左右两侧平均曲线对比显示右侧中央沟的起点和终点位置,相对与左侧更靠近中线。其四是右侧中央沟位置较左侧偏前,平均曲线也显示右侧中央沟在Z轴30～50范围间明显偏前。

全文目录

中文摘要  4-10
英文摘要  10-18
磁共振脑表面三维重建技术及应用的研究  18-58
  前言  18
  第一部分: 磁共振脑表面三维重建方法的研究及各种方法间的比较  18-31
    材料与方法  19-21
    结果  21-23
      一、基于扩散加权成像的三维脑表面重建技术  21-22
      二、基于三维梯度回波与扩散加权成像序列的三维脑表面重建技术比较  22-23
      三、利用MRIcro软件的脑表面解剖结构三维重建技术  23
    讨论  23-31
      一、基于扩散加权成像的三维脑表面重建技术  24-25
      二、基于三维梯度回波与扩散加权成像序列的三维脑表面重建技术比较  25-26
      三、利用MRIcro软件的脑表面解剖结构三维重建技术  26-27
      附表  27-31
  第二部分: 磁共振脑表面三维重建在脑表面占位病灶定位中的价值探讨  31-38
    材料与方法  31-32
    结果  32-34
    讨论  34-38
  第三部分: 仿真开颅术图像:一种简单的显示脑表面静脉及脑表面解剖结构的方法  38-46
    研究背景  38
    材料与方法  38-41
    结果  41-42
    讨论  42-45
    结论  45-46
  第四部分: 正常人中央沟不对称性的研究及其研究方法的探讨  46-54
    材料与方法  46-48
    结果  48-50
    讨论  50-54
  参考文献  54-58
磁共振脑表面成像技术及临床应用(综述)  58-65
攻读博士期间主要科研成果  65-66
附图  66-72

磁共振脑表面三维重建技术及应用的研究

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