大脑额下沟计算断层影像解剖学及三维可视化

摘要

研究背景：随着微型计算机运行的速度和能力的提升以及对活体头颅断层图像获取设备的改进，通过计算机辅助脑、神经影像学引导下立体定向及介入技术的进步，为颅内病灶的精准定位及微侵袭性治疗确定了可行性，在颅内病灶的治疗计划中占据一席之地。通过对额下沟的位置、形态的研究，额下沟精准的三维空间定位及额下沟三维立体数据集的建立，是对额下沟附近区域病灶制定治疗计划的前提。
　　大脑额下沟（inferior frontal sulcus IFS）为额中回与额下回之间的沟，起于中央前沟下端附近，为前后走行，走向额极。大脑半球脑沟的形态变化很大，与其内部细胞构筑有很大关系，额下沟与大脑中央前沟关系密切。额下沟与中央前沟之间关系的形态学规律分类多种多样，1980年，崔志潭等通过观察100例大脑半球标本将其分为三种类型，即“一段”、“二段”、“三段”型；1989年， Ebeling U.等根据额下沟与中央前沟下端的关系及形态学规律分为四类：①、额下沟起点位于中央前沟下端，与中央前沟下端相连；②、额下沟起点位于中央前沟下端前方，未与中央前沟相连；③、额下沟起点处分叉，其中一支与中央前沟下端相连；④、额下沟起点位于中央前沟下端后方，额下沟与中央前沟相交叉（本研究中称为“十字征”）。
　　本研究通过对40例正常成年人进行头颅 MRI T1WI序列扫描，以经过 AC-PC线的横断面作为基准线，通过横断面定位冠状面、使其与 AC-PC线垂直，再定位矢状面。以此横断面、冠状面及矢状面断层图像，并对额下沟进行统计、分析，了解其位置、形态学特征与规律，奠定了对额下沟进行空间立体定位以及其定向立体数据集采集的基础。进一步了解二维、三维坐标中额下沟的位置、形态特征及规律，并同时对额下沟进行性别差异和侧边差异研究。最后通过三维重建及可视化形象的了解额下沟的空间位置关系，并在对额下沟相关区域病灶治疗计划中具有一定的作用。
　　第一部分：额下沟的MRI形态学研究
　　目的：探讨额下沟在横、冠、矢状面上的类型及额下沟与中央前沟的关系。
　　方法：40例头颅连续MRI T1WI断层扫描图像,其基准线为前、后联合间连线（即AC-PC线），扫描过程中严格保证头颅固定，以Dicom3.0格式存入微型计算机。观察额下沟在横、冠、矢状面在MRI上的形态、位置，并对其进行分类。
　　结果：（1）、额下沟在矢状面断层图像上侧别差异不大，主要分为“波浪形”、“Y”字形及“十字征”三类额下沟；（2）、额下沟与中央前沟相连与不相连比约为1:1；（3）、“Y”字形额下沟不容易与中央前沟下端相连具有统计学意义；（4）、额下沟在横断面上类型种类最多，分为“一段型”、“二段型”、“三段型”、“波浪形”、“C”字形、“S”型等；（5）、额下沟在冠状面上分为“一段”型、“二段”型、“C”字形及“S”形四种。
　　结论：额下沟在横、冠、矢状面上形态多种多样，每层图像左右侧额下沟并非都是同一种类型。
　　第二部分：额下沟外侧缘立体定位数据集的构建及拟合曲线方程
　　目的：探讨额下沟在二维坐标中的位置、形态特征、规律及其侧别差异和性别差异。
　　方法：对40例健康成人的大脑额下沟外侧缘坐标值读取并构建其数据集。然后将取得的数据用 Excel进行处理，利用其图表功能，绘制出额下沟外侧缘的投影散点图，最后用SPSS17.0软件求出额下沟外侧缘的拟合曲线方程，并分析其相关系数。
　　结果：（1）、构建完成额下沟外侧缘的立体数据集（见表2.1、表2.2）；（2）、额下沟外侧缘在矢状面和冠状面的投影分布图（如图2.1~图2.4）；（3）、建立额下沟外侧缘在横、冠、矢状面上的投影线的回归直线方程式(见方程式1~17)；（4）、建立额下沟外侧缘的三维立体拟合直线方程(见方程式18~21)。
　　结论：（1）、男性与女性在Z值上较为稳定，不存在性别差异和侧别差异；（2）、男性两侧额下沟侧别差异不大，女性左侧额下沟在较右侧额下沟 Y值（即前后方向）更分散。
　　第三部分：额下沟立体数据集的构建及其回归平面分析
　　目的：探讨额下沟在三维坐标中的位置、形态特征、规律及其侧别差异和性别差异。
　　方法：断层图像上建立标准的二维 X-Y坐标系，然后通过该坐标系精准叠加于大脑断层 MRI上，可直接读出相应结构的三维坐标值。并对额下沟立体定位坐标值建立多项直线回归方程。
　　结果：（1）、构建额下沟立体定位坐标数据集；（2）、建立额下沟的多项直线回归方程。
　　结论：（1）、距离中心原点垂直距离远的横断面上额下沟变异程度小；（2）、额下沟在左右方向变异程度较大，在前后方向及上下方向的变异程度小。
　　第四部分：额下沟的三维重建与可视化
　　目的：通过建模形象的了解额下沟的空间位置关系及为额下沟区立体定向等治疗手段提供三维可视化模型。
　　方法：对一例头颅MRI数据直接以Dicom3.0格式直接导入3D-Doctor软件，手工分割、边界提取额下沟、中央前沟、侧脑室及大脑外表轮廓后进行三维重建，采用充分复杂面绘制方法，在3D-Doctor软件操作界面进行三维重建。
　　结果：成功构建额下沟及其邻近重要结构的三维可视化模型。
　　结论：通过额下沟的三维可视化模型能够从不同角度观察其空间位置、形态特征及其与周围邻近组织的关系，该模型在对额下沟区域的治疗计划制定中具有一定的作用。

目录

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声明

目录

中文摘要

英文摘要

前言

参考文献

第一部分大脑额下沟的MRI形态学研究

材料与方法

结果

讨论

参考文献

第二部分大脑额下沟外侧缘立体定位数据集的构建及拟合曲线方程

材料与方法

结果

讨论

参考文献

第三部分：额下沟立体定位数据集的构建及其回归平面分析

材料与方法

结果

讨论

参考文献

第四部分：额下沟的三维重建与可视化

材料与方法

结果

讨论

参考文献

结论

本课题研究的创新点及临床应用价值

本研究的创新性主要有以下几点：

本研究的临床应用价值：

下一步研究计划

致谢

附录

A 英文缩略词表

B、个人简历、论文发表情况及课题参与、申报情况

C 综述:大脑额下沟相关的fMRI研究进展