王娟，李敏達，湯樂民

（1.南通大學醫(yī)學院；2.南通大學附屬醫(yī)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(yī)學院；2.南通大學附屬醫(yī)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(jù)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(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)進行比較分析。結(jié)果三維重建后腦干結(jié)構(gòu)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(tǒng)計學意義（P＞0.05）。結(jié)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(qū)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(jié)構(gòu)復雜，如腦神經(jīng)、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(shù)據(jù)[1]。但隨著計算機網(wǎng)絡技術、醫(yī)學圖像處理技術和科學信息技術的迅猛發(fā)展，醫(yī)學影像設備的不斷更新，數(shù)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(yī)生從多角度多層次進行分析，通過人機交互能使醫(yī)生有效的參與數(shù)據(jù)的處理和分析[2]。

腦干的病變?nèi)绯鲅?、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(jù)。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(qū)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(tài)學依據(jù)。

1 材料和方法

選取成人腦干標本（南通大學醫(yī)學院解剖學實驗室提供）十例，根據(jù)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(yī)院影像中心提供），磁場強度為3.0T，數(shù)據(jù)采集距陣512*512，層厚5mm，用自旋回波序列，掃描參數(shù)：T1加權(quán)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(jié)果

利用3D-DOCTOR 4.0軟件重建出成人腦干三維結(jié)構(gòu)具有立體感，可在計算機上從任意角度自由觀察其結(jié)構(gòu)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(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

表1 成人腦干標本實際測量體積數(shù)據(jù)與三維重建測量體積數(shù)據(jù)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(yī)學圖像三維重建，是計算機圖形學和數(shù)字圖像處理技術在生物醫(yī)學工程中的重要應用。它涉及到計算機圖形學、數(shù)字圖像處理、生物醫(yī)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(yī)學三維重建技術在醫(yī)學診斷、手術規(guī)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(yī)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(jié)構(gòu)、提供三維解剖數(shù)據(jù)以及有效地指導外科實踐[6]。

顱腦常規(guī)CT平掃由于受后顱凹骨嵴的干擾，可在圖像上產(chǎn)生放射狀的偽影和“亨氏暗區(qū)”，嚴重地影響了腦干區(qū)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(jié)構(gòu)，僅常規(guī)SE序列檢查、T1加權(quán)像即可清晰顯示顱腦腦干的解剖結(jié)構(gòu)，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(yī)學三維重建軟件，具有占用內(nèi)存小，重建速度快、價格便宜等優(yōu)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)、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(shù)的選擇會影響數(shù)據(jù)的準確性。三維重建是根據(jù)二維圖像數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)也越多[7]。此外，實際測量數(shù)據(jù)由于操作者或其他原因，也有可能出現(xiàn)偏差。盡管兩組數(shù)據(jù)不完全相同，但它們之間的差異并無統(tǒng)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(yī)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(yōu)化及解剖多媒體教學的發(fā)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(yī)學圖像計算機三維重建技術研究進展[J].內(nèi)蒙古醫(yī)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(xù)冰凍切片在NOS陽性神經(jīng)核團三維重建中的應用[J].神經(jīng)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(shù)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.

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

[7]田和強，吳冬梅，杜志江，等.醫(yī)學影像三維可視化系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[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.