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《第二军医大学》 2017年
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基于大脑皮层重建的多模态影像融合技术在神经外科中的应用研究

韩凯伟  
【摘要】:目的:探讨临床上在存在颅内病变的情况下,基于结构性MRI影像的大脑皮层模型的建立与模型分割方法,比较所构建的大脑皮层模型与大脑三维容积渲染对于大脑皮层以及病变的显示效果,并研究MRI减影技术对颅内静脉系统,尤其是小静脉的重建方法及效果,研究基于DSA数据的多血管、双时相下的血管重建及显影技术,探讨基于开源软件平台下的大脑皮层三维模型与颅内动脉、静脉模型融合的融合精准性的相关因素,筛选优化的图像配准策略;并进一步探讨基于大脑皮层重建的多模态影像融合技术在神经外科中的优势及应用价值。方法:选择2014年1月至2016年12月期间在我科收治的行DSA和导航MRI检查的72例患有神经外科疾病(包括脑肿瘤、脑血管畸形)的患者作为研究对象,将纳入研究的患者分组进行DSA、薄层MRI平扫、薄层MRI增强、MRV检查,检查完毕后将DSA影像数据、MRI数据从PACS系统导出,导出至安装有MacOS系统的个人电脑,分别使用Horos,FSL,FreeSurfer,3D Slicer对图像进行裁剪、建模、配准、减影、融合渲染等操作,逐次获得大脑皮层模型,病变模型、DSA多血管融合模型,颅内静脉系统模型,以及最终的融合模型。由2位高年资神经外科医师对重建各组模型进行判读及评分,由2位手术医师对最后融合的模型与实际手术中的符合情况进行评分,评分系统采用改良的主观评价评分表。分别对脑皮层重建模型和大脑三维容积渲染对病变的定位价值,对于大脑皮层及病变的显示效果,以及对手术的指导价值进行对比研究。对MRI减影技术重建的颅内静脉系统与MRV重建的静脉显示效果,融合模型与手术实际符合程度进行对比研究,DSA多血管、双时相融合模型与3D DSA重建的血管显示效果。结果:1)在所有病例中,大脑皮层重建模型都能成功构建,并且能与DSA重建的多血管、双时相的血管模型,MRI减影产生的颅内静脉系统模型,以及MRI容积数据成功融合。在对大脑皮层表面模型进行构建与分割时,对于病变未累积到灰质以及灰白质交界区域的患者,即便是在占位效应非常明显的情况下,仍然能够成功构建模型,而且准确的对皮层区域进行准确的分割,对于病变累及到灰白质交接区域的患者,构建的模型存在局部缺损,但对于正常的灰质与白质,其模型构建与分割是准确的。2)根据大脑皮层重建模型定位病变与周围脑回之间的关系的效果明显优于大脑三维容积渲染(p0.01),通过图像配准后的补充模型构建与融合,能够纠正模型构建时产生的缺损;3)MRI减影技术重建的颅内静脉系统与MRV重建的静脉显示效果在显示大的静脉窦及直径大于2mm的颅内静脉上没有区别,对于直径大于1mm小于2mm的颅内静脉MRI减影技术显示效果要优于MRV(p0.01),对于直径小于1mm的颅内静脉系统,两种方法显示效果均不理想。4)与3D-DSA重建的血管造影相比,在31例血管畸形患者中,多血管、双时相的融合血管模型在确定显示动静脉畸形、动静脉瘘动静脉分流部位的血管构筑和引流静脉的走行上更有优势(p0.01),在显示直径小于0.5mm的颅内血管上,融合血管模型与传统3D脑血管造影都不如传统2D血管造影。5)基于皮层重建的多模态影像融合模型与手术中所见动脉、静脉及脑沟、脑回的解剖基本一致,能够从多方位各个角度显示了脑沟、脑回的形态,动静脉畸形的血管构筑,肿瘤的形态及其与周围血管、脑沟、脑回的毗邻关系,在手术前制定手术计划,手术当中为神经外科医师未直接暴露周围结构之前,根据已有的解剖结构进行空间定位,修正导航偏移提供了重要的指导作用。结论:在颅内病变未破坏灰质以及灰白质交界区域的情况下,采用基于表面形态学分析的大脑皮层重建方法能够成功建立准确的大脑皮层模型,对于病变累及灰质或灰白质交界区域的患者,通过改良模型构建方法,同样能够建立接近实际的大脑皮层模型;基于MRI减影技术重建的颅内静脉能有效显示颅内小静脉;基于DSA多组血管(颈内动脉-椎基底动脉,颈内动脉(左)-颈内动脉(右)、双时相(动脉-静脉)的影像融合技术融合血管模型能够准确显示存在复杂血管畸形的血管构筑,基于大脑皮层重建的多模态影像融合模型能沟准确重建初与实际相符的脑沟、脑回、病变、动脉、静脉,对颅内动静脉畸形、颅内动脉瘤、硬脑膜动静脉瘘,颅内肿瘤的术前评估,手术入路选择,术中定位,根据解剖结构纠正导航偏移等具有重要的应用价值。
【学位授予单位】:第二军医大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R651

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