何 品，蔡曉東，張豆豆，劉佳麗，吳清平， 許東峰，雷 益，邱喜雄，夏 軍*

(1.深圳市第二人民醫(yī)院影像科,2.神經(jīng)外科，3.統(tǒng)計(jì)教研室，廣東 深圳 518035)

MR與CT圖像融合技術(shù)在帕金森病深部腦電刺激術(shù)后的應(yīng)用

何 品1，蔡曉東2，張豆豆2，劉佳麗2，吳清平3， 許東峰1，雷 益1，邱喜雄1，夏 軍1*

(1.深圳市第二人民醫(yī)院影像科,2.神經(jīng)外科，3.統(tǒng)計(jì)教研室，廣東 深圳 518035)

目的 采用CT和MRI圖像融合技術(shù)評(píng)價(jià)帕金森病(PD)患者深部腦電刺激(DBS)術(shù)后電極位置準(zhǔn)確性的應(yīng)用價(jià)值。方法 收集接受雙側(cè)DBS療法的32例PD患者，采用術(shù)后顱腦薄層CT和術(shù)前MRI圖像融合(融合組)技術(shù)并與常規(guī)術(shù)后復(fù)查MRI圖像(常規(guī)組)比較，分析電極位置精確度及檢查耗費(fèi)時(shí)間。結(jié)果 融合組與常規(guī)組測(cè)量的電極位置相關(guān)性較好(P均<0.008)；融合組與常規(guī)組電極尖端位置比較，除左側(cè)電極y軸、z軸方向差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(t=-2.34、-3.08，P均<0.05)，余差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。術(shù)后復(fù)查MR檢查時(shí)間為(7.65±0.33)min，術(shù)后復(fù)查CT時(shí)間為(2.85±0.29)min，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論 DBS術(shù)后應(yīng)用頭部薄層CT與MRI圖像融合能精確定位電極位置，并可避免PD術(shù)后復(fù)查MRI的潛在風(fēng)險(xiǎn)，縮短術(shù)后復(fù)查的時(shí)間。

圖像融合；體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)；磁共振成像；深部腦刺激；電極位置

深部腦電刺激(deep brain stimulation， DBS)療法是一種安全、微創(chuàng)、療效好的手術(shù)方法，且越來越多地用于不能耐受藥物治療的晚期及長(zhǎng)期帕金森病(Parkinson disease， PD)患者，約70%PD患者在術(shù)后5年內(nèi)臨床癥狀及生活質(zhì)量得到明顯改善與提高[1-2]。DBS術(shù)后通過利用持續(xù)的高頻脈沖電刺激抑制不正常的腦核團(tuán)異常放電，達(dá)到治療效果，而刺激參數(shù)質(zhì)量控制及調(diào)整是由術(shù)后植入電極的解剖位置決定的[3]。由于MRI比CT具有更好的軟組織對(duì)比度，故臨床上常規(guī)采用MRI術(shù)后復(fù)查確定植入電極位置。但有研究[4-5]報(bào)道，DBS術(shù)后MR復(fù)查存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，如電極發(fā)熱、移位、電流刺激及設(shè)備破壞等，甚至在未嚴(yán)格遵守MR安全檢查要求的前提下，可能導(dǎo)致嚴(yán)重、暫時(shí)或永久的傷害，包括短暫性肌張力障礙、癱瘓、昏迷，甚至死亡。本研究擬通過圖像融合技術(shù)將患者術(shù)前顱腦MRI與術(shù)后薄層CT圖像進(jìn)行融合處理，并與常規(guī)術(shù)后顱腦MR圖像對(duì)照，探討圖像融合技術(shù)顯示電極位置的能力。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2015年4月—2016年3月在我院接受DBS治療的PD患者32例，其中女12例，男20例，年齡32～76歲,平均(56.8±12.0)歲，病程 3～7年，Hoehn and Yahr分級(jí)(2～5級(jí))平均(3.04±0.91)級(jí)?；颊咝g(shù)前大劑量左旋多巴沖擊試驗(yàn)改善率均≥30%。所有患者均接受雙側(cè)DBS治療，患者術(shù)前、術(shù)后均以帕金森運(yùn)動(dòng)評(píng)分量表(united parkinson's disease rate scale, UPDRS Ⅲ)評(píng)分，并計(jì)算改善率。改善率=(未服藥UPDRS Ⅲ基線評(píng)分-服藥后或術(shù)后UPDRS Ⅲ評(píng)分)/未服藥UPDRS Ⅲ基線評(píng)分×100%。

1.2儀器與方法 MR檢查：采用Siemens Avanto 1.5T MR掃描儀，32通道頭線圈。掃描序列：術(shù)前行高分辨率質(zhì)子密度像+SE T2WI軸位掃描(TR 3 460 ms，TE1 11 ms，TE2 90 ms，翻轉(zhuǎn)角度150°，F(xiàn)OV 250 mm×250 mm，矩陣256×256，激勵(lì)次數(shù)2，層厚 2 mm。術(shù)后行質(zhì)子密度像+SE T2WI軸位掃描(TR 4 320 ms，TE1 11 ms，TE2 90 ms，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，矩陣256×256，體素大小0.9 mm×0.9 mm×2.0 mm，激勵(lì)次數(shù)2，層厚2 mm和SE T2WI冠狀位掃描 (TR 3 090 ms，TE 84 ms，翻轉(zhuǎn)角度150°，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，矩陣384×288，激勵(lì)次數(shù)1)。CT檢查：采用Siemens Somatom definition 40排螺旋CT機(jī)，管電壓140 keV，管電流286 mA，層厚0.6 mm。圖像處理工作站采用醫(yī)科達(dá)Leksell 10.1手術(shù)計(jì)劃工作站(Elekta Instruments, Stockholm)。

1.3分組及電極坐標(biāo)計(jì)算方法 以術(shù)后常規(guī)MRI為常規(guī)組；以術(shù)前顱腦MRI與術(shù)后薄層CT融合圖像為融合組。常規(guī)組的電極位置測(cè)量：DBS術(shù)后1周，腦起搏器處于關(guān)閉狀態(tài)，若患者不自主運(yùn)動(dòng)，需給予5 mg的地西泮靜脈推注，以保證采集的圖像無運(yùn)動(dòng)偽影；行MR掃描，掃描層面包括軸位[與前聯(lián)合、后聯(lián)合線(AC-PC)平行]及冠狀位(與電極方向平行)；圖像導(dǎo)入Leksell 10.1計(jì)劃系統(tǒng)工作站，以AC-PC為中點(diǎn)，重建冠狀位、矢狀位及軸位圖像，分別在軸位(x軸)、矢狀位(y軸)、冠狀位(z軸)方向測(cè)量并記錄電極位置(圖1)。融合組的電極位置測(cè)量：術(shù)前1～2天進(jìn)行MR頭顱平掃；質(zhì)子密度像+T2WI軸位像與AC-PC平面平行；術(shù)后當(dāng)日行去框架頭顱CT掃描(薄層)，掃描層厚2 mm，重建層厚0.6 mm，掃描范圍覆蓋顱底及頭頂，掃描方向與AC-PC平面平行；應(yīng)用Leksell手術(shù)計(jì)劃工作站將MRI圖像與術(shù)后CT圖像進(jìn)行圖像融合處理，以AC--PC的中點(diǎn)作為原點(diǎn)，分別在軸位(x軸)、矢狀位(y軸)、冠狀位(z軸)方向測(cè)量并記錄電極位置(圖2、3)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較兩組DBS術(shù)后電極植入位置及術(shù)后掃描時(shí)間的差異，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用Pearson相關(guān)性分析比較兩組DBS術(shù)后電極植入位置的一致性；經(jīng)Bonferroni校準(zhǔn)，以P=0.008為檢驗(yàn)水準(zhǔn)。

2 結(jié)果

患者術(shù)前大劑量服用左旋多巴較術(shù)前未服用左旋多巴的UPDRS Ⅲ評(píng)分改善率約為80.74%，開機(jī)未服左旋多巴較術(shù)前未服用左旋多巴的改善率約為47.46%，開機(jī)服用左旋多巴較術(shù)前未服用左旋多巴的改善率約為87.25%(表1)。

常規(guī)組與融合組測(cè)量的電極植入位置具有相關(guān)性(P均<0.008，表2、圖4～7)；融合組與常規(guī)組電極尖端位置比較，除左側(cè)電極y軸、z軸方向差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外(t=-2.34、-3.08，P均<0.05)，余差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05，表3)。

PD患者術(shù)后復(fù)查MR檢查時(shí)間為(7.65±0.33)min，術(shù)后復(fù)查CT時(shí)間為(2.85±0.29)min，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表1 患者術(shù)前、術(shù)后UPDRS Ⅲ量表評(píng)分

表2 融合組與常規(guī)組測(cè)量電極空間位置的相關(guān)程度

表3 融合組與常規(guī)組測(cè)量雙側(cè)電極尖端位置比較(mm，±s)

圖1 常規(guī)MR圖像測(cè)量電極空間位置 A.x軸方向； B.y軸方向； C.z軸方向

圖2 應(yīng)用融合圖像計(jì)算植入電極空間坐標(biāo) A.x軸方向； B.y軸方向； C.z軸方向 圖3 融合圖像可清晰顯示出電極四個(gè)刺激點(diǎn)(箭)

圖4 常規(guī)組與融合組測(cè)量y軸方向左側(cè)電極尖端位置的散點(diǎn)圖 圖5 常規(guī)組與融合組測(cè)量z軸方向左側(cè)電極尖端位置的散點(diǎn)圖 圖6 常規(guī)組與融合組測(cè)量x軸方向右側(cè)電極尖端位置的散點(diǎn)圖 圖7 常規(guī)組與融合組測(cè)量y軸方向右側(cè)電極尖端位置的散點(diǎn)圖

3 討論

在過去的10年里，DBS手術(shù)逐漸取代了丘腦底核(subthalamic nucleus，STN)核團(tuán)毀損術(shù)，越來越多地用于治療晚期及長(zhǎng)期不能耐受藥物治療的PD患者。目前臨床常用的電刺激靶點(diǎn)為STN核，手術(shù)的關(guān)鍵在于精確地定位靶點(diǎn)位置，以期得到較好的臨床效果，而術(shù)后復(fù)查電極位置不僅可以評(píng)估電極放置的準(zhǔn)確性，還可以排查是否有顱內(nèi)出血等并發(fā)癥。雖然常規(guī)MRI顯示軟組織有良好對(duì)比度，可清楚地觀察電極是否在STN核內(nèi)，但植入電極材質(zhì)在磁場(chǎng)中可能會(huì)存在發(fā)熱、移位、電流刺激及設(shè)備破壞等潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此本研究擬采用術(shù)前MRI與術(shù)后CT圖像融合技術(shù)代替術(shù)后復(fù)查MRI，既能達(dá)到術(shù)后復(fù)查MRI的效果又能避免MRI潛在風(fēng)險(xiǎn)。

UPDRS是目前國際上普遍用于評(píng)價(jià)PD患者生活質(zhì)量的量表，不僅可以對(duì)PD患者的運(yùn)動(dòng)、日常生活能力、病程發(fā)展程度、手術(shù)療效等作出客觀評(píng)判，還可以直觀地了解手術(shù)后肢體震顫、僵直的改善及手腳靈活性的變化，是判斷DBS療效的重要預(yù)測(cè)指標(biāo)[6]。本組患者術(shù)前大劑量左旋多巴沖擊試驗(yàn)改善率均≥30%，預(yù)示可能獲得較好的手術(shù)效果。本研究結(jié)果顯示相對(duì)于術(shù)前未服左旋多巴的UPDRSⅢ量表評(píng)分，術(shù)后開機(jī)未服藥及術(shù)后開機(jī)服藥后UPDRSⅢ量表評(píng)分改善率明顯提高。Shin等[7]臨床研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)后療效的改善率可以推測(cè)術(shù)后電極放置在STN核內(nèi)的精確度。

Coyne等[8-10]研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)配合圖像融合技術(shù)能夠提高靶點(diǎn)識(shí)別準(zhǔn)確性以及加快手術(shù)進(jìn)程。本研究采用CT與MR融合圖像與常規(guī)術(shù)后MR圖像對(duì)照，結(jié)果顯示融合組與常規(guī)組兩種方法具有較高相關(guān)性，且雙側(cè)電極在x軸方向差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與既往Barnaure等[11]的研究結(jié)果基本一致。

本研究圖像融合和測(cè)量是由1名影像科主任醫(yī)師和1名功能神經(jīng)外科主任醫(yī)師共同完成，將圖像導(dǎo)入Leksell 10.1軟件包中，基于圖像中共有的信息匹配算法進(jìn)行融合，融合程度較高，且測(cè)量方法是基于AC-PC中點(diǎn)，兩組圖像均進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證兩組圖像在Leksell軟件中的空間位置是一致的，提高了測(cè)量精度。但左側(cè)電極z軸方向、y軸方向差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-2.34、-3.08，P<0.05)，且常規(guī)圖像較融合圖像電極位置偏高，Barnaure等[11]研究結(jié)果同樣存在差異性結(jié)果。推測(cè)可能與以下因素有關(guān)：①由于條件限制，短期內(nèi)樣本量不足；②精確的電極尖端人為識(shí)別誤差；③電極材質(zhì)在MR中產(chǎn)生偽影；④融合仍存在微小誤差等。這些因素還有待在大樣本病例中進(jìn)一步研究。

DBS術(shù)后PD患者術(shù)后復(fù)查CT的時(shí)間[(2.85±0.29)min]較術(shù)后復(fù)查MR檢查的時(shí)間[(7.65±0.32)min]，大大縮短，提高了患者舒適度，也降低了MR設(shè)備的使用頻率。

本研究發(fā)現(xiàn)，融合圖像與常規(guī)術(shù)后MR圖像測(cè)量電極位置具有較高一致性且能精確定位電極位置、減少掃描時(shí)間。因此認(rèn)為CT與MRI融合圖像既能夠彌補(bǔ)CT圖像組織分辨力差的劣勢(shì)，又能避免術(shù)后復(fù)查MR可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)，與既往研究[12-13]相符。Paek等[12]通過DBS術(shù)后PD患者臨床癥狀改善提出術(shù)后CT與術(shù)前MR融合圖像可以精確評(píng)價(jià)術(shù)后電極的位置；Geevarghese等[13]通過測(cè)量融合圖像電極尖端的位置，認(rèn)為DBS術(shù)后CT與MRI融合是一種安全、可靠、快速的檢查方法。

總之，術(shù)前MRI與術(shù)后CT融合圖像不僅可以精確定位電極位置，而且對(duì)電極周圍組織結(jié)構(gòu)顯示清楚，可為臨床提供術(shù)后評(píng)價(jià)，并可對(duì)下一步針對(duì)不同適應(yīng)癥(如PD、肌張力障礙、震顫、癲癇等)的治療選擇最合適的電極接觸刺激[14]。

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Application of MR and CT image fusion technology after surgery of deep brain electrical stimulation in Parkinson disease

HEPin1,CAIXiaodong2,ZHANGDoudou2,LIUJiali2,WUQingping3,XUDongfeng1,LEIYi1,QIUXixiong1,XIAJun1*

(1.DepartmentofRadiology, 2.DepartmentofFunctionalNeurosurgery, 3.TeachingandResearchSectionofStatistics,ShenzhenSecondPeople'sHospital,Shenzhen518035,China)

Objective To explore the accuracy of the electrodes position in deep brain stimulation (DBS) by using image fusion technique of post-operative CT with pre-operative MRI in patients with Parkinson Disease (PD). Methods Totally 32 patients with PD underwent bilateral DBS were acquired. The electrodes position and examination time of each patient were compared between fusion image of post-operative CT with pre-operative MRI (fusion group) and post-operative conventional MRI(control group). Results Fusion images of fusion group and conventional MR images of control group had high consistency in measure of the electrodes position (allP<0.008). The differences of the left electrodes position in theyandzaxis had statistically significance between fusion group and control group (t=-2.34,-3.08; bothP<0.05), others had no statistically significance (allP>0.05). Post-operative MRI examination time and post-operative CT examination time were (7.65±0.32)min and (2.85±0.292)min, respectively (P<0.05). Conclusion Application of post-operative CT and pre-operative MRI image fusion after DBS operation can accurately identify the electrodes position. It can reduce the potential risk encountered by post-operative MRI examination and shorten the post-operative scan time for patients.

Image fusion; Tomography, X-ray computed; Magnetic resonance imaging; Deep brain stimulation; Electrode position

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014A020212044、2014A020212047)、深圳市衛(wèi)生計(jì)生系統(tǒng)科研項(xiàng)目(201401019)、深圳市科技研發(fā)資金項(xiàng)目(JCYJ20150330102720167)。

何品(1989-)，女，安徽宿州人，在讀碩士，醫(yī)師。研究方向：中樞神經(jīng)系統(tǒng)影像診斷。E-mail： 649222213@qq.com

夏軍，深圳市第二人民醫(yī)院影像科，518035。E-mail: xiajun2003sz@aliyun.com,

2016-07-12

2016-10-31

中樞神經(jīng)影像學(xué)

10.13929/j.1003-3289.201607054

R744.8; R445

A

1003-3289(2017)02-0183-05