大腦顳上溝計算斷層影像解剖學(xué)及三維可視化研究.pdf

1、研究背景：隨著顯微神經(jīng)外科技術(shù)的提高和神經(jīng)影像技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)代神經(jīng)外科已經(jīng)改變了經(jīng)典神經(jīng)外科的傳統(tǒng)開顱方式，向以病灶為中心的個體化、微創(chuàng)性手術(shù)入路發(fā)展，而微創(chuàng)手術(shù)的基礎(chǔ)是術(shù)前對病變的精確定位。自20世紀(jì)80年代以來，磁共振成像技術(shù)的發(fā)展使得無創(chuàng)的活體腦結(jié)構(gòu)研究成為可能。為適應(yīng)基于立體定向技術(shù)的功能神經(jīng)外科、微創(chuàng)神經(jīng)外科以及神經(jīng)放射外科等的快速發(fā)展，計算機(jī)輔助的影像引導(dǎo)下立體定向和介入放射技術(shù)為大腦皮層病變的微侵襲治療提供了現(xiàn)實途徑。對大

2、腦重要腦溝進(jìn)行三維定位及可視化研究，將為腦內(nèi)微小病灶的精確定位、手術(shù)方案的擬定、微創(chuàng)技術(shù)的實施提供形態(tài)學(xué)依據(jù)。
　　顳上溝（Superior temporal sulcus，STS）是大腦外側(cè)面相當(dāng)恒定的腦溝之一，位于大腦外側(cè)面，為顳上回與顳下回的界限，前起顳極，后至角回，由前下向后上走行，與外側(cè)溝水平部幾乎平行。顳上溝周圍存在重要的皮質(zhì)功能區(qū)，顳上溝在外側(cè)面有大腦中動脈的重要分支圍繞。顳上溝內(nèi)側(cè)有很多重要結(jié)構(gòu),例如側(cè)腦室顳角、海

3、馬結(jié)構(gòu)等等。上述區(qū)域是腦感染、腫瘤、血管性病變的好發(fā)部位。因此，顳上溝在斷面上的準(zhǔn)確識別及其在三度空間中的精確定位是顳上溝周圍區(qū)域病變的影像定位診斷、立體定向及微創(chuàng)神經(jīng)外科手術(shù)等的解剖學(xué)基礎(chǔ)。
　　腦溝是腦分區(qū)的天然標(biāo)志，通過識別腦溝定位不同的功能區(qū)或腦回，可以達(dá)到精確定位的目的，滿足腦功能分區(qū)研究和腦外科發(fā)展的需求。然而關(guān)于顳上溝精確的三維空間定位、顳上溝的非對稱性、顳上溝在大腦中的三維可視化模型構(gòu)建的研究尚未見報道。鑒于此,本

4、研究選取29例無神經(jīng)、精神病史國人的MRI圖像，對其顳上溝的形態(tài)位置及側(cè)別差異進(jìn)行統(tǒng)計分析；在基于連合間徑的笛卡爾三維坐標(biāo)系中測量顳上溝的立體定位數(shù)據(jù)集，求得其在此坐標(biāo)系中的平面回歸方程；構(gòu)建基于斷層影像的顳上溝在整腦中的三維可視化模型，為研究顳上溝區(qū)域的的臨床影像學(xué)、立體定向外科、介入放射及微創(chuàng)外科等提供量化解剖學(xué)資料。
　　第一部分：基于連合間徑定位體系的大腦顳上溝斷層影像解剖學(xué)
　　目的：通過研究以AC-PC線為掃描基

5、線的活體MR圖像，探討大腦顳上溝在橫斷面及矢狀面上的形態(tài)特征
　　方法：29例健康常人志愿者顱腦，以大腦連合間徑為掃描基線(AC-PC線)，行橫斷層3mm薄層及矢狀面7mmMR掃描。在微型計算機(jī)上將掃描數(shù)據(jù)以Dicom3.0格式導(dǎo)入eFilm2.1工作站，利用―3D-Cursor‖技術(shù)以易識別的矢狀面為對照，觀察顳上溝在連續(xù)橫斷層面上的形態(tài)及位置；對顳上溝在斷面上進(jìn)行分段；對顳上溝在橫斷面上表現(xiàn)為多溝的層面進(jìn)行統(tǒng)計分析。
　

6、　結(jié)果：能夠在薄層MR圖像連續(xù)層面上準(zhǔn)確識別顳上溝，并得出顳上溝的形態(tài)及位置規(guī)律：
　　1.顳上溝在斷面上的分段
　　在矢狀面上可以分為水平段及升段，二者之間出現(xiàn)明顯的拐點，在橫斷面上的顳上溝各段位置為（1）水平段范圍均值：左側(cè) Z=-27.10~2.28mm右側(cè)Z=-26.48~2.07mm；（2）升段范圍均值：左側(cè)Z=2.28~36.41mm右側(cè)Z=2.07~36.41mm2．顳上溝拐點及多溝表現(xiàn)的統(tǒng)計
　　（1）

7、顳上溝拐點三維坐標(biāo)值：
　　左側(cè)：-X±S=51.78±6.6221mm，-Y±S=-34.90±8.1627mm，-Z±S=2.06±3.1309mm
　　右側(cè)：-X±S=-53.20±7.3935mm，-Y±S=-28.34±8.8218mm，-Z±S=2.24±3.1346mm
　?。?）顳上溝在橫斷面上多溝表現(xiàn)兩側(cè)無明顯差異性
　　3．笛卡爾坐標(biāo)系中顳上溝水平段在Y軸上的最前與最后點的位置范圍及前后跨度<

8、br>　　左側(cè)：最前點Y的平均坐標(biāo)值為32.2310±3.5072mm，最后點Y的平均坐標(biāo)值為-38.3207±9.2233mm，在Y軸前后跨度的平均值為70.5517±10.2311mm.
　　右側(cè)：最前點Y的平均坐標(biāo)值為34.0448±3.6126mm，最后點Y的平均坐標(biāo)值為-32.1345±9.1437mm，在Y軸前后跨度的平均值為66.1793±10.0585mm.
　　三組數(shù)據(jù)經(jīng)兩樣本t檢驗P值均大于0.01

9、>　　結(jié)論：利用―3D-Cursor‖技術(shù)以易識別的矢狀面為對照，可以在橫斷面薄層MR圖像連續(xù)層面上準(zhǔn)確識別顳上溝，為顳上溝區(qū)域病灶的定位和外科手術(shù)入路方案的制定提供了解剖學(xué)依據(jù)。顳上溝的分段及多溝層面的分析為經(jīng)顳上溝手術(shù)入路和腦的發(fā)生發(fā)育學(xué)提供參考。
　　第二部分：大腦顳上溝升段以及顳上溝外側(cè)緣立體定位數(shù)據(jù)集的構(gòu)建及回歸分析
　　1．顳上溝升段立體定位數(shù)據(jù)集的構(gòu)建
　　目的：求得顳上溝升段在笛卡爾三維坐標(biāo)系中的立體定

10、位數(shù)據(jù)集。
　　方法：上述29例健康成人顱腦橫斷層 MRI數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)化導(dǎo)入 Photoshop軟件，經(jīng)圖象旋轉(zhuǎn)、坐標(biāo)原點平移，使得設(shè)定的大腦空間坐標(biāo)系X、Y軸在該層面上的投影線分別與軟件操作界面的坐標(biāo)軸x、y完全重合；以顳上溝升段在外表面的點為起始點，沿顳上溝向內(nèi)x值每隔3mm取點，讀取、記錄各取樣點的x、y坐標(biāo)值，z值為所在層面距離零層面的數(shù)目與層距的乘積。所有取樣點坐標(biāo)組成顳上溝升段在三維坐標(biāo)系中的立體定位數(shù)據(jù)集。
　

11、　結(jié)果：構(gòu)建顳上溝升段在三維坐標(biāo)系中的立體定位數(shù)據(jù)集
　　結(jié)論：顳上溝升段與笛卡爾三維坐標(biāo)系有相對穩(wěn)定的位置相關(guān)性。本研究構(gòu)建的―顳上溝升段立體定位數(shù)據(jù)集‖預(yù)期對于立體定向神經(jīng)外科、介入放射治療及微創(chuàng)神經(jīng)外科等有較大的臨床應(yīng)用價值；同時，可以為神經(jīng)生理功能、人類學(xué)等方面的研究提供形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。
　　2．顳上溝外表面的投影圖及擬合曲線方程分析
　　目的：計算顳上溝的外表面在冠狀面和矢狀面上投影圖及其擬合曲線方程。
　

12、　方法：以大腦聯(lián)合間徑中點為原點，前后聯(lián)合間徑與Y軸重疊建立笛卡兒三維坐標(biāo)系；29例健康成人（無神經(jīng)系統(tǒng)疾病、精神病史及其家族史），以AC-PC為掃描基線，掃描層厚2.5 mm，層距0.5mm，采集顱腦橫斷層MRI的T1W的Dicom3.0格式數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)化導(dǎo)入Photoshop軟件，讀取、記錄每一層面上顳上溝最外側(cè)點的三維坐標(biāo)值，z值的求得同前；利用 spss16.0統(tǒng)計軟件求解其在各投影方向上的擬合曲線方程。
　　結(jié)果：

13、顳上溝外側(cè)緣在冠狀面及矢狀面上的投影圖能夠反映顳上溝的特征，求出了顳上溝外側(cè)緣在各投影平面上的直線和曲線回歸方程：
　?。?）在橫斷面上的擬合曲線方程
　　左側(cè)：X=－0.0006Y3－0.011Y2－0.162Y＋64.812（R=0.821,R2=0.673,S=4.253,P<0.01）
　　右側(cè)：X=0.0004Y3＋0.010Y2＋0.195Y－64.004（R=0.846,R2=0.715,S=3.799,

14、P<0.01）
　?。?）在冠狀面上的擬合曲線方程
　　左側(cè)：X=0.0004Z3－0.017Z2－0.010Z＋61.158（R=0.709,R2=0.503,S=5.249,P<0.01）
　　右側(cè)：X=0.0003Z3＋0.016Z2－0.138Z－61.966（R=0.714,R2=0.510,S=4.980,P<0.01）
　?。?）在矢狀面上的擬合曲線方程
　　左側(cè)：Y=0.001Z3＋0.00

15、2Z2－2.310Z－12.430（R=0.907,R2=0.823,S=13.463,P<0.01）
　　右側(cè)：Y=0.001Z3＋0.008Z2－1.959Z－11.502（R=0.894,R2=0.799,S=13.108,P<0.01）
　　結(jié)論：顳上溝外側(cè)緣回歸方程的相關(guān)系數(shù)均較高，反映了其較高的擬合度，表明顳上溝的走行具有較大的穩(wěn)定性。這在腦的發(fā)育學(xué)、人類學(xué)、體質(zhì)測量學(xué)等方面具有一定的科學(xué)價值
　　第三部分

16、：大腦顳上溝的三維重建及可視化
　　目的：重建顳上溝的三維可視化模型，為微創(chuàng)手術(shù)、介入放射、精神外科及解剖學(xué)教學(xué)提供可視化模型。
　　方法：在微型計算機(jī)上，1例正常成人（無神經(jīng)系統(tǒng)疾病、精神病史及其家族史）顱腦冠狀位2mm薄層MRI掃描數(shù)據(jù)以Dicom3.0格式直接導(dǎo)入3D-doctor軟件，人工分割側(cè)腦室、顳上溝、大腦縱裂及大腦表面，分別以不同顏色標(biāo)識，以復(fù)雜面重建方法對上述四者同時進(jìn)行三維重建。
　　結(jié)果：成功重建