中国人脑部MRI数字化影像资料的采集研究,人体解剖学论文.docx

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1、中国人脑部MRI数字化影像资料的采集研究,人体解剖学论文过去由于设备及技术条件有限,科研人员长期都是用尸体标本来研究人脑大体和局部解剖构造,其标本的构造和测量数据与正常人的真实情况还是存在较大差异.而计算机技术和信息技术的迅猛发展给人体数字化研究的开拓和发展带来了强大的推动力,在医学领域数字化虚拟人体不仅可用于生物和人体形态学研究和教学,可以应用于外科手术模型的建立及模拟手术等.本研究运用磁共振成像( MRI) 、解剖学及计算机学等技术,采集符合中国人体特征的中青年健康志愿者的脑部 MRI 数字化影像资料,进行了数字化成像研究工作. 1 材料与方式方法 1. 1 一般资料 本组从厦大医学院的学

2、生中召集了 28 名健康、体检无疾病史的男性人员作为志愿者,年龄在 20 32 岁之间,平均 23. 4 2. 06 岁,因 1 名发现颅内病变、2 名图像质量不合格而被排除,故实际介入本组研究的例数为25 人.另从 ICBM 数据库中选择年龄和性别完全匹配的25 名 Caucasian 受试者的数据作为对照组. 1. 2 方式方法 采用美国 GE 公司的 1. 5TSigna 高场磁共振扫描仪,MRI 数据采集选用 FAST SPGR( 快速翻转恢复梯度回波) 序列 T1 加权像行全脑扫描,PREP TIME = 350 ms,TE = 5. 2 ms,FA = 15 ,矩阵 256 256

3、,经采样获到高分辨、高信噪比的图像,然后将原始数据输入计算机工作站采用MATLAB、SPM 及 Mango 等医学图像处理分析及观察软件及其标准图谱转换软件等对采集的 MRI 图像进行后三维处理. 2 结果 通过对每个大脑的长、宽、高及 AC - PC 线的长度测量,分别获得中国人和 Caucasian 两组数据,并用 t 检验进行组间统计学分析,用 P 值表示( 见表 1) .结果显示国人和 Caucasian 在大脑的形态和尺寸上存在一定差异,国人大脑的长和 AC - PC 线长度比 Caucasian 的小,但高和宽则较大,四个参数都具有明显统计学意义( P 值 0. 01) .将采集的

4、全脑原始图像数据统一输入到计算机工作站上进行相应的一系列后处理,经格式转换、归一化、插值、比照度加强等步骤后,运用图形对位软件在计算机上对图像进行校正,再通过边界处理软件完成对大脑皮质、髓质、脑室、基底核、脑干、小脑等主要构造的提取并将信息存入数据库,经过矫正对位、描边处理、三维重建等多个步骤处理,显示出脑部的三维立体形态,构造真实,立体感强. 在上述已建立的人脑数字化数据库基础上确定脑内三维坐标,首先选定正中矢状位的位置,设定前连合和后连合连线( AC - PC 线) 的中点为大脑原点,经原点做三条互相垂直的坐标轴即 X、Y、Z 轴,分别通过三轴可获得脑的矢状位、冠状位和轴位图.将制作的 M

5、RI 三维脑图映射到Talairach 空间进行统一的非线性变换图像空间标准化处理.再把脑部主要组织构造按解剖名称标识的一定顺序建立数据库,做成软件包并以插件的方式参加到图像后处理软件中,然后将标准化后的图像与相应的立体坐标位置及中英文解剖标识进行逐一对照,进而通太多功能阅读器用鼠标点击不同层面的任意部位的脑深部构造,即可实时显示其三维坐标及相应的中英文双语解剖名称,方便使用者阅读和学习脑部解剖.通过对脑组织图像的三维重建,使用者能够对所感兴趣的脑组织的空间形状、位置有愈加直观地了解,更可进行交互式的操作,从各个方位对之进行观察,同时在轴位、矢状位和冠状位上对脑各解剖构造进行辨别. 3 讨论

6、由于与外国人脑构造存在差异,研究中国人脑的构造对认识脑和治疗脑部疾病有着非常重要的意义.数字脑图谱是应用数字图形以及当代计算技术,采用人体解剖学和当代影像学相结合的方式方法,获取人脑解剖构造的数据信息,经三维分割处理,加上解剖标识再辅以 3D 可视化技术的结果,在计算机上建立的全数字化的人脑真实构造的三维模型,能够被重新采样、注释或用多种方式进行操作,明显优于传统脑图谱1,2. 当前三维重建的方式方法主要包括两大类: 基于轮廓的外表重建法和基于体素的重建法.在这里基础上,能够沿任意角度进行切割,这对于解剖学教学、科研及临床上模拟手术入路等领域具有重要意义3,4.定位基准点的选择当前多采用大脑原

7、点( 前、后连合连线的中点) 作为脑内神经核团定位的基准点,其位置恒定,个体差异少,生理变化病理改变小,因而该基准点是正确可靠的5,6.三维坐标系统的建立是脑内神经核团定位的基础,经原点作三条互相垂直的坐标轴即 X、Y、Z 轴,每一脑图平面上均有两条坐标轴,两轴相交点就是原点.有了基准点和基准轴,就可在有核团的任何脑图上测定各轴的靶心坐标值7,8. 基于 MRI 图像构建数字脑图谱,通过医学图像处理分析及观察软件( Mango) ,使用者能够方便地阅读各方位的立体图像及相应的解剖标识,将此模型作为一个基础数据平台,可应用于与人脑构造和功能有关的研究和应用领域如神经解剖教学、指导脑立体定向手术、

8、脑部手术模拟级计划制订及脑功能成像研究等9. 以下为参考文献 1Talairch J,Tournoux P. Co - plannar stereotaxic atalas ofthe humanbrain M . Thieme medical publishers,Inc. Newyork. 1988: 258 299. 2Hohne KH. A 3D anatomical atlas based on a volume modeJ. IEEE Comput. Graphics Appl. 1992( a) ;12:72 78. 3Pommert A. Symbolic modeling o

9、f human an atomy for vi-sualization and simulationJ. IEEE: Visualization in bio-medical computing. 1994,2359: 412 423. 4Tiede U A. computerized three - dimensional atlas of thehuman skull and brainJ. Am neuroradiology,1993,14( 3) :551 559. 5Collins DL. Model based segmentation of individual brainstr

10、uctures from date. IN: Robb,R. A. ( ed) : Visualization inbiomedical computing,Proc,SPIE1808,Chapel Hill,NC,1992: 10 23. 6Kikinis R. Computer assisted interactive three - dimension-al planning for neurosurgical proceduresJ. Neurosuro -surgery. 1996,338( 4) : 640 651. 7Lemaitre H,Crivekko F,Grassiot B,et al. Age and sex re-lated effects on the neuroanatomy of healthy elderlyJ.Neuroimage,2005,26( 3) : 900 911. 8陈玉敏,彭长平 . 人脑内主要核团立体定向图谱M.北京: 科学出版社,1987:235 244. 9罗述谦,闫华,王萍 . 从 MRI 体数据提取大脑外表形态的新方式方法J. 北京生物医学工程,2000 ,4( 1) : 200.