本文關鍵詞：采用雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術重建語言和運動相關的纖維束用以指導神經外科手術

  更多相關文章： 弓裝束 皮質脊髓束 彌散張量成像 瘤周水腫 纖維交叉 約束球形反褶積 雙張量無損卡爾曼濾波 纖維束成像術 神經外科手術計劃

【摘要】：研究背景：彌散張量纖維束成像術越來越廣泛地被運用于術前追蹤腦腫瘤患者腦內白質纖維束以避免術中損傷這些重要的纖維束從而減少術后的神經功能障礙。然而,瘤周水腫效應和纖維分叉效應對傳統(tǒng)的基于單張量模型的纖維束成像術來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。本研究的目的在于展示一種先進的纖維束成像算法,這種算法采用基于雙張量無損卡爾曼濾波的方法進行纖維束成像,它可以在腦腫瘤患者中追蹤通過瘤周水腫區(qū)和纖維分叉區(qū)的神經纖維束,達到良好的纖維束成像效果。方法：在本論文中,我們設計了3個課題對雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術的表現進行評價,以確定其在對神經外科手術計劃中涉及的語言和運動相關白質纖維束的重建能力。在課題1中,我們回顧性地選擇了10個腦腫瘤患者進行研究,這些患者都是右利手并且腫瘤的位置都位于左腦半球語言功能區(qū)附近。所有的患者都接受了3.0 T的常規(guī)磁共振,功能磁共振和彌散張量成像(31個方向)掃描。然后我們采用單張量流線纖維束成像術和雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術進行纖維束追蹤。再采用一種基于2個感興趣區(qū)的纖維束選擇方法對弓裝束進行選擇。接著通過解剖比對和體積定量的方法來比較這兩種算法在重建弓裝束的表現。在本課題中,功能磁共振用于確定語言功能區(qū)的主導半球。在課題2中,我們回顧性地選擇了10個腦腫瘤患者進行研究,這些患者的腫瘤位置都位于運動功能區(qū)附近并有明顯的瘤周水腫。所有的患者都接受了3.0 T的常規(guī)磁共振,功能磁共振和彌散張量成像(31個方向)掃描。然后我們采用單張量流線纖維束成像術和雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術進行纖維束追蹤。再采用一種基于2個感興趣區(qū)的纖維束選擇方法對皮質脊髓束進行選擇。接著同樣通過解剖比對和體積定量的方法來比較這兩種算法在重建皮質脊髓束的表現。在本課題中,功能磁共振用于確定功能性運動纖維束。在課題3中,我們回顧性地選擇了8個腦腫瘤患者進行研究,這些患者都是被確定需要行腦腫瘤切除術。所有的患者都接受了3.0 T的常規(guī)磁共振和彌散張量成像(31個方向)掃描。為了比較約束球形反褶積纖維束成像術和雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術這兩種算法在追蹤皮質脊髓束之間的表現。我們對這些患者的彌散張量成像的數據都采用了兩種算法進行纖維束重建。最后我們通過解剖對比和纖維束定量的方法對皮質脊髓束進行了結果分析。結果：在課題1中,我們的結果顯示采用單張量流線纖維束成像術,10個患者中有4個顯示弓狀束被破壞中斷,另外的6個患者只能追蹤到的弓狀束只包括少量的纖維。相反,在同樣的這些患者中,雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術在所有患者中成功地追蹤到所有穿過瘤周水腫區(qū)的弓狀束,而且采用雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術所追蹤到的弓狀束體積(11685.420±6970.921,均數±標準差)大于采用單張量模型流線纖維束成像術所重建的體積(2201.850±2294.674,均數±標準差),結果具有顯著性差異(p0.05)。在課題2中,我們的結果顯示單張量流線纖維束成像術沒辦法完全追蹤到瘤周水腫區(qū)的纖維束,并且只能追蹤投射到運動功能區(qū)內側部分的皮質脊髓束。相反,雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術在瘤周水腫和纖維交叉效應的影響下,仍然成功地追蹤到呈扇形的皮質脊髓束。另外,雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術所追蹤到的纖維束更接近運動功能磁共振的激活區(qū),這提示采用這種方法對追蹤投射到運動皮層的皮質脊髓束的敏感性要比單張量流線纖維束成像術要高。而且采用雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術所追蹤到的皮質脊髓束體積(79858.780±13719.452,均數±標準差)要大于采用單張量流線纖維束成像術所重建的體積(7396.180±2662.399,均數±標準差),結果具有顯著性差異(p0.05)。在課題3中,我們的結果顯示全腦纖維束種植結合基于解剖感興趣區(qū)或功能磁共振激活區(qū)進行纖維束選擇的時候,雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術對皮質脊髓束的追蹤效果優(yōu)于約束球形反褶積纖維束成像術。相反,當采用腦干感興趣區(qū)作為纖維種植區(qū)并采用功能磁共振激活區(qū)作為纖維束追蹤終止區(qū)進行纖維束成像,或者以功能磁共振激活區(qū)作為纖維種植區(qū)并采用腦干感興趣區(qū)作為纖維束追蹤終止區(qū)進行纖維束成像,約束球形反褶積纖維束成像術對皮質脊髓束的纖維追蹤效果優(yōu)于雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術。同時,與雙張量卡爾曼濾波纖維束成像術相比,我們發(fā)現約束球形反褶積纖維束成像術更容易追蹤到假陽性纖維。另外,我們發(fā)現采用雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術的所重建的纖維形態(tài)上很平滑,而采用約束球形反褶積纖維束成像術所重建的纖維束顯得很曲折。最后,當需要進行神經外科手術計劃的時候,雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術所重建的纖維束在可視性方面的兼容性優(yōu)于約束球形反褶積纖維束成像術。結論：在課題1中,我們研究表明在腦腫瘤患者的瘤周水腫區(qū),雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術能夠比單張量流線纖維束成像術追蹤到更大體積的弓裝束。在課題2中,我們研究表明在腦腫瘤患者中,雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術能夠追蹤到穿越瘤周水腫區(qū)和纖維交叉區(qū)的纖維束,從而比單張量流線纖維束成像術追蹤到更加完整的皮質脊髓束。在課題3中,我們研究發(fā)現對于約束球形反褶積纖維束成像術和雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術在重建皮質脊髓束方面的差異,要取決于研究者所采用的纖維種植法和纖維束選擇策略�？偟膩碚f,如果應用于神經外科手術計劃,雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術在重建皮質脊髓束的表現優(yōu)于約束球形反褶積纖維束成像術。綜上所述,對于神經外科手術計劃來說,雙張量無損卡爾曼濾波纖維束成像術在重建語言和運動相關白質纖維束的能力優(yōu)于單張量流線纖維束成像術或約束球形反褶積纖維束成像術,這種先進的纖維束成像技術具有應用于臨床的潛力。
【關鍵詞】：弓裝束 皮質脊髓束 彌散張量成像 瘤周水腫 纖維交叉 約束球形反褶積 雙張量無損卡爾曼濾波 纖維束成像術 神經外科手術計劃
【學位授予單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R445.2;R739.41
【目錄】：

• 摘要3-7
• ABSTRACT7-12
• Chapter 1 Reconstruction of the arcuate fasciculus for surgical planningin the setting of peritumoral edema using two-tensor unscented Kalmanfilter tractography12-37
• 1. Introduction12-14
• 2. Materials and Methods14-18
• 3. Results18-25
• 4. Discussion25-29
• 5. Conclusions29-30
• References30-37
• Chapter 2 Corticospinaltract modeling for neurosurgical planning bytracking through regions of peritumoral edema and crossing fibers usingtwo-tensor unscented Kalman filter tractography37-61
• 1. Introduction37-38
• 2. Materials and Methods38-43
• 3. Results43-52
• 4. Discussion52-55
• 5. Conclusions55
• References55-61
• Chapter 3 Differences between constrained spherical deconvolution andtwo-tensor unscented Kalman filter tractography in tracing thecorticospinal tracts using clinical diffusion MRI61-84
• 1. Introduction61-62
• 2. Materials and Methods62-70
• 3. Results70-78
• 4. Discussion78-81
• 5. Conclusions81
• References81-84
• Abbreviations84-85
• Publications85-87
• Acknowledgements87-89
• Certificate of review in statistic analysis89

【共引文獻】

中國期刊全文數據庫 前8條

1 高云云;袁濤;全冠民;;高級別星形細胞瘤治療前DTI評估進展[J];國際醫(yī)學放射學雜志;2013年06期

2 趙超云;夏新舍;王明磊;劉子姍;高文奇;馬輝;王曉東;夏鶴春;;DTI技術示蹤視束、視輻射在指導腦膠質瘤術后放療方案選擇中的應用價值[J];磁共振成像;2015年10期

3 鄭淞文;譚曉天;;磁共振彌散張量成像評估脊髓病變的臨床應用進展[J];中國脊柱脊髓雜志;2013年09期

4 張瓊;倪敏;周惠芬;丁曙晴;樊志敏;;誘發(fā)電位在功能性腸病研究中的價值[J];世界華人消化雜志;2014年02期

5 衛(wèi)潤斐;王本瀚;;彌散張量成像在腦腫瘤手術中的應用[J];中國臨床神經外科雜志;2014年11期

6 耿杰峰;陳曉雷;許百男;;弓形束擴散張量纖維束示蹤成像研究進展[J];中國現代神經疾病雜志;2015年04期

7 王本瀚;宋來君;李經綸;張長遠;郭效東;姚安會;衛(wèi)潤斐;;腦運動區(qū)小病變個體化手術治療[J];中國微侵襲神經外科雜志;2015年05期

8 艾合買提·哈斯木;付強;李紹山;劉波;;磁共振功能成像技術在腦膠質瘤診治中的應用[J];中華臨床醫(yī)師雜志(電子版);2015年15期

中國博士學位論文全文數據庫 前2條

1 李夢君;高清纖維束成像定量研究顱內腫瘤及其周圍區(qū)域神經纖維關系[D];中南大學;2014年

2 朱鳳平;高場強術中磁共振影像功能神經導航聯合術中神經電生理監(jiān)測技術定位腦運動傳導通路的基礎與臨床研究[D];復旦大學;2013年

中國碩士學位論文全文數據庫 前2條

1 衛(wèi)潤斐;多模態(tài)神經導航聯合皮層電刺激技術在中央區(qū)腫瘤中的臨床研究[D];新鄉(xiāng)醫(yī)學院;2014年

2 李經綸;腦運動區(qū)腫瘤的手術治療[D];鄭州大學;2013年

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本文編號：582314