基于3D-DOCTOR的成人腦干MRI的三維測量準確性研究

王娟，李敏達，湯樂民

（1.南通大學醫學院；2.南通大學附屬醫院影像科，江蘇南通 226001)

基于3D-DOCTOR的成人腦干MRI的三維測量準確性研究

王娟1，李敏達2，湯樂民1

（1.南通大學醫學院；2.南通大學附屬醫院影像科，江蘇南通 226001)

目的利用3D-DOCTOR軟件對腦干磁共振成像（MRI）圖像進行三維重建及體積測量，分析測量值的準確性。方法選擇十例腦干標本，根據阿基米德原理分別測量標本體積，再用3.0T MRI對十例標本分別掃描，用3D-DOCTOR軟件對MRI圖像進行三維重建，并利用該軟件計算腦干體積，將獲得的數據與實際測量數據進行比較分析。結果三維重建后腦干結構具有較好的立體感，可在計算機上進行自由觀察和測量；計算機算出的腦干體積和實際測量值比較接近，兩者之間的差異無統計學意義（P＞0.05）。結論借助3D-DOCTOR軟件重建的腦干能較準確的模擬真實腦干，對該區病變的診斷和臨床手術治療有一定的指導意義。

腦干；三維重建；三維測量；磁共振成像；3D-DOCTOR

腦干上承間腦和大腦半球，下連脊髓，自下而上由延髓、腦橋和中腦三部分組成。腦干里有維持個體生命，包括心跳、呼吸、消化、體溫、睡眠等重要的反射中樞，如果腦干受到損傷則會嚴重危及生命。腦干的毗鄰結構復雜，如腦神經、腦血管等。有研究者通過對磁共振成像（MRI）圖像的二維測量，獲得了正常成人腦干的有關數據[1]。但隨著計算機網絡技術、醫學圖像處理技術和科學信息技術的迅猛發展，醫學影像設備的不斷更新，數字化研究不僅局限于二維圖像的研究，通過對二維斷層序列圖像進行三維重建，可使醫生從多角度多層次進行分析，通過人機交互能使醫生有效的參與數據的處理和分析[2]。

腦干的病變如出血、梗塞、腫瘤等常見病變導致其外形的變化，腫瘤及出血常引起腦干的膨大，變性疾病又常導致腦干的萎縮，因此測量腦干的大小可以作為腦干病變的診斷依據。三維圖像重建是開展腦干虛擬研究的基礎，建立基于真實人體的腦干三維模型具有重要的研究價值與意義。本研究利用3D-DOCTOR 4.0軟件對顱腦MRI圖像中的腦干進行三維重建及測量，為該區病變的影像診斷及外科手術的設計和手術方式的選擇提供形態學依據。

1 材料和方法

選取成人腦干標本（南通大學醫學院解剖學實驗室提供）十例，根據阿基米德原理用量筒測量其體積，為了減少測量誤差，每個標本測量三次，取三次的平均值作為每個標本的實際體積。

利用3.0T MRI掃描儀對腦干標本進行掃描（南通大學附屬醫院影像中心提供），磁場強度為3.0T，數據采集距陣512*512，層厚5mm，用自旋回波序列，掃描參數：T1加權像；將掃描圖像以DICOM格式輸入圖像處理工作站。在工作站上運行3D-DOCTOR 4.0軟件，導入原始圖像后進行圖像配準，選取腦干，然后進行腦干三維重建和體積計算。將所得體積與實際測量體積做比較，觀察兩者之間的差異。

2 結果

利用3D-DOCTOR 4.0軟件重建出成人腦干三維結構具有立體感，可在計算機上從任意角度自由觀察其結構并進行腦干體積的測量（圖1）。

十例腦干標本實際測量體積平均值為116350 mm3，計算機測量平均值為112372.4 mm3（表1）。兩者比值最大為1.12，最小為0.92。兩者之間的差異并沒有統計學意義（P＞0.05）。

表1 成人腦干標本實際測量體積數據與三維重建測量體積數據及兩者比值

圖1 正常成人腦干三維重建立體圖像

3 討論

醫學圖像三維重建，是計算機圖形學和數字圖像處理技術在生物醫學工程中的重要應用。它涉及到計算機圖形學、數字圖像處理、生物醫學工程等多種技術，是一項多學科交叉的研究領域，是目前的一個研究熱點[3-5]。醫學三維重建技術在醫學診斷、手術規劃、模擬仿真、整形及假肢外科、解剖教學等方面都有重要的應用。因此，對醫學圖像三維重建技術的研究具有重要的學術意義和廣闊的應用前景，它可以幫助我們更容易理解復雜的解剖結構、提供三維解剖數據以及有效地指導外科實踐[6]。

顱腦常規CT平掃由于受后顱凹骨嵴的干擾，可在圖像上產生放射狀的偽影和“亨氏暗區”，嚴重地影響了腦干區病灶的顯示。顱腦的MRI圖像無骨偽影，具有良好的分辨率，能多方位成像，能清晰顯示顱腦解剖結構，僅常規SE序列檢查、T1加權像即可清晰顯示顱腦腦干的解剖結構，因此多采用MRI序列圖像用于腦部組織的三維重建。

本實驗進行三維重建采用的是3D-DOCTOR 4.0軟件。該軟件是得到美國FDA認證的生物醫學三維重建軟件，具有占用內存小，重建速度快、價格便宜等優點。此外該軟件操作簡便，對計算機硬件要求不高，因此可以廣泛使用。本研究中，三維重建后的腦干結構清晰，可以從任意角度進行觀察，還可以進行任意的切割、旋轉、測量等操作。在本研究中，計算機測量體積和真實體積稍有偏差，分析原因，MRI成像參數的選擇會影響數據的準確性。三維重建是根據二維圖像數據計算而來，因此圖像的一些屬性如：像素間距、層間距、圖像分辨率、圖像的范圍以及圖像的位置（如原點等）會影響重建后的三維圖像的準確性。掃描間隔越大，丟失的數據也越多[7]。此外，實際測量數據由于操作者或其他原因，也有可能出現偏差。盡管兩組數據不完全相同，但它們之間的差異并無統計學意義（P＞0.05），因此可以認為，3D-DOCTOR軟件測量的腦干體積可以等同實際腦干體積。此外，該軟件建立腦干的三維可視化模型，醫生可以通過它精確直觀地觀察和分析腦干及其周圍病變，極大地促進了影像診斷的精確性、外科手術計劃設計的科學性、手術方式的優化及解剖多媒體教學的發展。

[1]張健.腦干的MRI解剖學測量及其臨床意義[J].解剖學研究，2007，29(1)：59-61.

[2]郭高峰，汪劍威，張玉清.醫學圖像計算機三維重建技術研究進展[J].內蒙古醫學院學報，2010，32(3)：62-65.

[3]季達峰，羅時鵬，韓笑，等.大鼠腦干連續冰凍切片在NOS陽性神經核團三維重建中的應用[J].神經解剖學雜志，2013，29(2)：173-176.

[4]張海軍，林志國，王躍華.中國人腦MRI立體定向活體尾狀核數字化的三維重建[J].中國組織工程研究與臨床康復，2009，(13)：1637-1639.

[5]竇郁，雷軍強，郭順林，等.3.0TMR三維重建腦干小腦上腳纖維交叉的研究[J].2013，31(1)：57-59.

[6]沈宓，湯敏，丁斐.壁虎頸髓連續組織切片計算機三維重建研究[J].神經解剖學雜志，2011，27(3)：335-339.

[7]田和強，吳冬梅，杜志江，等.醫學影像三維可視化系統的設計與實現[J].計算機仿真，2011，28(6)：270-273.

（責任編輯 劉紅）

The Accuracy of Three-dimensional Reconstruction of Brainstem MRI Based on 3D-DOCTOR

WANG Juan1,LI Min-da2，TANG Le-min1
(1.Nantong University;2.The Affiliated Hospital of Nantong University，Nantong Jiangsu226001,China)

The brainstem reconstructed by 3D-DOCTOR is similar to the actual brainstem.This three-dimensional model may be helpful to diagnose the brainstem diseases and guide virtual brainstem surgery.

brainstem;three-dimensional reconstruction;three-dimensional measurement;MRI;3D-DOCTOR

R445.2

A

1671-0142（2015）05-0051-02

王娟(1981-)，女，江蘇揚中人，實驗師.