【摘要】：帕金森病是一種基底神經(jīng)節(jié)功能障礙引起的神經(jīng)病癥。深部腦刺激(DBS)手術(shù)是帕金森后期患者治療的有效手段。該手術(shù)通過對(duì)患者腦部植入電極,刺激丘腦底核靶點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)治療的目的。DBS手術(shù)需要對(duì)術(shù)前術(shù)后的靶點(diǎn)和電極位置進(jìn)行精確定位,但在現(xiàn)有條件下,對(duì)患者腦部的成像存在如下問題:首先,丘腦底核作為靶點(diǎn)體積較小,只有在特定的T2WI或SWI加權(quán)的MR圖像中可見,且靶點(diǎn)在圖像中沒有明確邊界,難以定位;其次,DBS手術(shù)會(huì)引起患者腦組織的形變,造成靶點(diǎn)位移,加大術(shù)后定位難度;此外,植入電極為金屬材質(zhì),限制了術(shù)后MR成像時(shí)間,使得圖像分辨率較低,圖像中只有電極信息而無靶點(diǎn)信息。這些因素導(dǎo)致實(shí)際的靶點(diǎn)和電極位置信息分布在不同模態(tài)、不同分辨率的圖像上,很難對(duì)它們?cè)谀X中的位置及相互關(guān)系進(jìn)行直觀準(zhǔn)確地呈現(xiàn),給DBS手術(shù)計(jì)劃制定及術(shù)后治療帶來困難。為解決上述問題,本文基于ICBM-152腦圖譜,對(duì)手術(shù)前后圖像進(jìn)行了配準(zhǔn)方法的研究。實(shí)際臨床數(shù)據(jù)在手術(shù)過程中存在著模態(tài)的不同、空間位移的變化,與標(biāo)準(zhǔn)的人腦圖譜之間也存在著坐標(biāo)空間、尺寸、個(gè)體生物學(xué)局部特性的較大差異,因此很難使用已有的算法對(duì)雙方進(jìn)行配準(zhǔn)。針對(duì)以上問題,本文所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的腦圖譜與臨床圖像的配準(zhǔn)方法包括如下幾個(gè)階段,首先,針對(duì)臨床數(shù)據(jù)與圖譜坐標(biāo)空間不匹配的問題,使用基于K-L距離的腦中膈面識(shí)別算法,獲得腦中膈面的空間位置信息,將其坐標(biāo)空間與圖譜坐標(biāo)空間進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化;其次,由于圖譜在整體尺寸上與臨床圖像不同,采用FCM聚類算法提取腦皮質(zhì)標(biāo)識(shí)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)大腦分塊映射及對(duì)應(yīng)縮放比例的計(jì)算,并使用分段仿射配準(zhǔn)方法,對(duì)圖譜與臨床圖像進(jìn)行粗配準(zhǔn);最后,為解決粗配準(zhǔn)圖譜與圖像的局部失配問題,通過使用基于B樣條函數(shù)的非剛性配準(zhǔn)方法,并進(jìn)行多尺度B樣條自由形變優(yōu)化,確定不同網(wǎng)格尺度下的優(yōu)化參數(shù),對(duì)臨床數(shù)據(jù)與腦圖譜進(jìn)行精配準(zhǔn)。上述研究結(jié)果雖然較好地實(shí)現(xiàn)了ICBM-152圖譜與MR圖像的配準(zhǔn),但實(shí)際DBS手術(shù)中,由于條件限制,術(shù)前T1WI圖像為全腦數(shù)據(jù),無靶點(diǎn)信息;術(shù)前T2WI圖像以及術(shù)后圖像分別包含靶點(diǎn)及電極信息但缺少標(biāo)識(shí)點(diǎn)信息。因此,配準(zhǔn)算法所需的信息分散在不同模態(tài)、不同圖像質(zhì)量的數(shù)據(jù)中。為保證對(duì)圖像信息的有效利用,本文針對(duì)DBS手術(shù)圖像建立了一個(gè)完整的數(shù)據(jù)處理流程管線,應(yīng)用于帕金森病DBS計(jì)劃環(huán)節(jié)時(shí),實(shí)現(xiàn)了術(shù)前靶點(diǎn)定位;應(yīng)用于術(shù)后效果評(píng)估的環(huán)節(jié)時(shí),實(shí)現(xiàn)了術(shù)后的靶點(diǎn)和電極定位。上述算法利用實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)試,取得了較好的效果。
【圖文】：

圖 1-1 Medtronic 3387 以及 3389 型電極示意圖[11]前 DBS 系統(tǒng)可以選擇不同的手術(shù)植入靶點(diǎn)解決相應(yīng)神經(jīng)障礙疾病。其中，以球（GPi）作為植入靶點(diǎn)可以治療肌張力障礙；以丘腦腹側(cè)中間核（Vim）作為可以治療特發(fā)性震顫；本文所探討帕金森病則通常選擇丘腦底核（STN）作為，，其解剖示意圖見圖 1-2。

2圖 1-2 腦深部核團(tuán)解剖示意圖[12]的療效通常會(huì)與核團(tuán)損毀術(shù)進(jìn)行對(duì)比，核團(tuán)損毀術(shù)的手術(shù)靶點(diǎn)。在手術(shù)效果上，Vim 核損毀術(shù)可以顯著改善患者的震顫以及減少癥狀的治療效果較差；Gpi 核損毀術(shù)對(duì)于僵直、運(yùn)動(dòng)減少于震顫的治療效果較差；DBS 對(duì)于震顫、僵直以及運(yùn)動(dòng)減少效果[13]。從中遠(yuǎn)期效果來看，雙側(cè) DBS 治療可以維持 5 年的治療久穩(wěn)定，相比損毀術(shù)有明顯優(yōu)勢(shì)。在手術(shù)安全性上，DBS 損傷的
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R742.5;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2685179