本文選題：核磁共振影像 + 電子計(jì)算機(jī)斷層掃描影像��； 參考：《中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)》2015年碩士論文

【摘要】：深部腦刺激(Deep Brain Stimulation,DBS)手術(shù)是許多重癥神經(jīng)、精神系統(tǒng)疾病的唯一有效治療手段,而刺激電極植入的準(zhǔn)確性是決定手術(shù)成功與否的關(guān)鍵因素。深部腦刺激手術(shù)電極植入靶點(diǎn)核團(tuán)如丘腦底核,體積較小,給刺激電極精確植入帶來比較大的困難。目前,臨床上通常采用核磁共振影像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)或者計(jì)算機(jī)斷層掃描影像(Computed Tomography,CT)來輔助手術(shù)電極電位。靶點(diǎn)核團(tuán)僅能在高分辨率核磁共振影像清晰顯示,而術(shù)中、術(shù)后電極位置確認(rèn)受金屬材質(zhì)電極影響,僅可采用低分辨率核磁共振設(shè)備和計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備掃描,同時(shí)電極偽跡較大亦會給術(shù)中、術(shù)后電極定位帶來很大的困難。因此,以術(shù)中、術(shù)后影像為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)深部腦刺激手術(shù)清晰、直觀、準(zhǔn)確的電極定位對于臨床手術(shù)治療效果的提高具有十分重要的意義。本文以術(shù)中、術(shù)后核磁共振影像影像以及術(shù)后計(jì)算機(jī)斷層掃描影像為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了深部腦刺激手術(shù)空間結(jié)構(gòu)三維可視化算法的設(shè)計(jì),為醫(yī)生提供具有真實(shí)感的立體圖像,便于刺激電極的位置確認(rèn)。同時(shí)彌補(bǔ)了目前臨床二維醫(yī)學(xué)影像無法精確顯示植入電極與靶點(diǎn)核團(tuán)三維空間位置關(guān)系的缺陷,在保證精度和速度的前提下,可以滿足臨床深部腦刺激手術(shù)電極定位的需求。主要內(nèi)容包括以下三個(gè)方面:1.針對術(shù)中、術(shù)后影像分辨率低,無法定位核團(tuán)位置的難題,利用術(shù)前高分辨核磁共振掃描影像,將術(shù)中、術(shù)后影像分別與術(shù)前影像配準(zhǔn),進(jìn)而將術(shù)中、術(shù)后影像空間標(biāo)準(zhǔn)化到標(biāo)準(zhǔn)立體定向空間,提高標(biāo)準(zhǔn)化算法精度。針對術(shù)中電極定位精度以及速度上的要求,采用三步線性算法實(shí)現(xiàn)術(shù)中核磁共振影像的空間標(biāo)準(zhǔn)化。針對術(shù)后影像電極偽跡大,腦組織部分形變的問題,采用DARTEL(Diffeomorphic Anatomical Registration Through Exponentiated Lie Algebra)非線性算法將術(shù)后核磁共振影像標(biāo)準(zhǔn)化到標(biāo)準(zhǔn)立體空間。針對術(shù)后CT影像,利用邊緣檢測算法與術(shù)前核磁共振影像配準(zhǔn),再采用DARTEL算法空間標(biāo)準(zhǔn)化。結(jié)果顯示線性算法的匹配誤差為1.29 mm,DARTEL算法的匹配誤差為0.96 mm,小于一個(gè)像素點(diǎn)。2.采用閾值法利用標(biāo)準(zhǔn)化的軸位術(shù)中、術(shù)后MRI或者術(shù)后CT自動重建電極植入路徑,采用互相關(guān)算法自動搜索電極觸點(diǎn),最后利用冠狀影像檢測、調(diào)整電極路徑及觸點(diǎn)位置,重建結(jié)果與臨床影像表現(xiàn)一致。3.利用現(xiàn)有腦圖譜數(shù)據(jù),分割丘腦底核、蒼白球內(nèi)側(cè)核等深部腦刺激靶點(diǎn)核團(tuán)及附近主要神經(jīng)核團(tuán),通過面繪制二值圖像重建及偽彩色處理,實(shí)現(xiàn)腦組織神經(jīng)核團(tuán)的三維可視化,同時(shí)融合電極三維影像,完成深部腦刺激手術(shù)三維空間結(jié)構(gòu)可視化。采用同樣算法實(shí)現(xiàn)不同腦圖譜相關(guān)核團(tuán)三維可視化,對比刺激電極位置,并由醫(yī)生判別,結(jié)果準(zhǔn)確,方便醫(yī)生多角度確認(rèn)術(shù)中、術(shù)后電極位置。本文建立與深部腦刺激相關(guān)神經(jīng)核團(tuán)空間結(jié)構(gòu)模型,為深部腦刺激神經(jīng)外科手術(shù)功能區(qū)定位、最優(yōu)靶點(diǎn)選擇提供指導(dǎo),為深部腦刺激調(diào)控參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù),將提高深部腦刺激電極植入精度、改善臨床治療效果、減少副作用和節(jié)省電池使用壽命。
[Abstract]:Deep brain stimulation (Deep Brain Stimulation, DBS) is the only effective treatment for many severe nervous and mental diseases. The accuracy of the implantation of stimulating electrodes is the key factor determining the success of the operation. Deep brain stimulation electrodes implanted in the nucleus of the target, such as the nucleus of the hilar nucleus, are small in volume and implants to the stimulus electrode accurately. At present, the surgical electrode potential is usually assisted by Magnetic Resonance Imaging (MRI) or Computed Tomography (CT). The target nucleus can only be clearly displayed in high resolution MRI, and the position of the electrode is confirmed by metal in the operation. The electrode can be scanned with a low resolution magnetic resonance device and a computed tomography device, and the electrode artifacts will also be very difficult in the operation. Therefore, a clear, intuitive and accurate electrode location for surgical treatment is performed on the basis of intraoperative and postoperative imaging. The improvement of the effect is of great significance. In this paper, the design of three-dimensional visualization algorithm for spatial structure of deep brain stimulation surgery is realized on the basis of intraoperative, postoperative magnetic resonance imaging and postoperative computed tomography, which provides a realistic image of the body for the doctors and facilitates the confirmation of the location of the stimulating electrode. It can make up for the defect that the clinical two-dimensional medical image can not accurately display the relationship between the implanted electrode and the three-dimensional space position of the target nucleus. Under the premise of ensuring the accuracy and speed, it can meet the needs of the clinical deep brain stimulation operation electrode location. The main contents include the following three sides: 1. in the operation, the image resolution after the operation is low and can not be used. In order to locate the position of the nucleus, the preoperative high resolution MRI images are used to register the intraoperative and postoperative images with the pre operation images, and then the image space in the operation is standardized to the standard stereotactic space, and the accuracy of the standardization algorithm is improved. Three steps are used to calculate the accuracy of the electrode location and the requirements of the speed. The method realizes the spatial standardization of MRI in the operation. Aiming at the problem of large artifacts and part of the brain tissue deformation after the operation, the DARTEL (Diffeomorphic Anatomical Registration Through Exponentiated Lie Algebra) nonlinear algorithm is used to apply the post operation NMR image to the standard stereoscopic space. Using the edge detection algorithm and pre operation NMR image registration, then using the DARTEL algorithm space standardization, the results show that the matching error of the linear algorithm is 1.29 mm, the matching error of the DARTEL algorithm is 0.96 mm, less than one pixel.2. using the threshold method using the standardized axial position, after operation MRI or after the CT automatic reconstruction electrode implantation after operation. The path, using the cross correlation algorithm to automatically search the electrode contacts, and finally use the coronary image detection, adjust the electrode path and contact position, the reconstruction results are consistent with the clinical images,.3. use the existing brain atlas data, divide the subthalamic nucleus, the pallidus medial nucleus and other deep brain stimulation target nuclei and the nearby major nucleus clusters, through surface drawing. Two value image reconstruction and pseudo color processing are used to realize the three-dimensional visualization of the brain tissue, and the three-dimensional visualization of the deep brain stimulation operation is fused with the three-dimensional image of the electrode. The three-dimensional visualization of the related nuclei of different brain atlas is realized by the same algorithm, and the location of the stimulated electrode is compared with the doctor, and the result is accurate and convenient. This paper establishes a spatial structure model of nerve nucleus associated with deep brain stimulation in order to provide guidance for the location of surgical functional areas in the deep brain stimulation Department of neurosurgery and the optimal target selection, and provide the basis for the optimization of the parameters of the deep brain stimulation, and will improve the precision of the deep brain stimulation electrode implantation, Gai Shanlin. Bed treatment effect, reduce side effects and save battery life.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R651.1;TP391.41

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本文編號：2118434