基于立体定向MRI红核的可视化研究

【摘要】 目的 探讨通过立体定向MRI人脑资料重建红核的可行性。方法 选取男性健康自愿者在标准的脑立体定向空间做1 mm层厚的MR轴位脑扫描，在MRIT2像上对红核进行识别、分割、提取、匹配与重建。结果 在标准立体定向空间中，重建的红核表面光滑、形态逼真，清晰地显示了其位置。结论 基于立体定向MRI人脑资料可以实现红核的可视化。

【关键词】 MRI;立体定向;红核

红核是锥体外系中重要核团，与脑内其他结构有广泛的纤维联系，对调节肌张力、协调肌肉运动有重要作用。重建人脑红核对解剖学研究、临床手术具有重要意义。因此本研究拟探讨基于立体定向MRI人脑资料重建红核的可行性。

　　1 材料与方法

　　1.1 人脑立体定向MRI数据的采集 按本课题组以往的研究方法〔1〕选取1名成年男性健康自愿者，在MRI正中矢状位图像上分辨前连合(Anterior commissure，AC)、后连合(Posterior commissure，PC)后确定AC后缘中点到PC前缘中点的长度(LI)，将LI中点定为原点(O)。ACPC所在水平面定为H0平面，以H0平面为中心平面行轴位MRI扫描，扫描层厚1 mm，间距0 mm。扫描参数：扫描参数：T2加权序列：TR=4 200 ms，TE=100 ms， FOV=192×256，NAQ=2。其中H0平面以上的MRI标记为Hd(dorsal)，根据距H0平面的距离分别标记为Hd1，Hd2，Hd3，…Hd20;H0平面以下的MRI标记为Hv(ventral)， 根据距H0平面的距离分别标记为Hv1，Hv2，Hv3，…Hv20。

　　1.2 人脑红核的重建 三维重建的基本过程包括红核的识别、分割、提取、配准与重建。首先将存储在光盘上的DICOM格式MRI信息资料设置为RGB模式后保存，利用课题组研发的软件〔2〕提取存储为RGB的MRI资料。MRI上T1加权像上红核呈略高信号，与周围组织界限不清晰;而在T2加权像上呈卵圆形低信号，与周围组织分界清晰。所以在轴位T2像上确认红核后，采用手工分割方法在所有能显示豆状核MRI层面上描绘出核团轮廓线，对手工分割后的红核进行颜色充填后将核团以外脑组织删除，这样每一层面上只剩下豆状核的信息，最后将层面编号逐层保存。利用轮廓拼接技术行三维重建。

　　2 结 果

　　由于本研究人脑MRI数据的采集是按照平行于ACPC平面扫描获得的图像，所以在重建后的图像上体现的是立体定向三维坐标系。即图像中直线AB代表经过ACPC直线(Y轴)，直线CD代表H0平面上通过原点垂直于ACPC中点的直线(X轴)，直线EF代表在正中矢状面上垂直于ACPC中点的直线(Z轴)。而构建出的红核(图1)位于原点左右两侧，整体呈后倾30°、外倾斜18°、外偏34°的类椭圆形团块。三维重建的红核表面光滑、形态逼真，清晰地显示了红核在立体定向空间中的实际位置，可直观显示并能任意角度浏览。

　　3 讨 论

　　红核位于中脑上丘高度，横断面上呈一对边界明显的浑圆的核团。红核〔3〕可分为两部分：大细胞部占据核团尾部，在低等动物发达，在人类已经很不显著;相反，人类红核小细胞部十分发达，几乎占据红核全部。小细胞部又分为尾侧部、嘴侧部、背内侧部。红核主要接受来自小脑和大脑皮质的传入纤维，另外，苍白球、中脑顶盖和黑质等也有纤维投射到红核。红核的传出纤维分别到达脊髓、脑干和小脑，主要有红核脊髓束、红核小脑束等，其中红核小脑束参与构成了红核小脑红核环路，可能控制着运动的自动化编程过程。

　　国内关于红核可视化的报道是基于尸脑的资料〔4〕，由于死后的多因素可能影响红核轮廓的识别，进而对核团的形态和位置产生一定的影响，而且标本来源问题，不利于建立大样本数据库进行统计分析。为了克服这些困难，本研究完成了以个体立体定向人脑MR资料为基础的三维重建，实现了红核的可视化。但本研究发现在1.5TMRT1加权像上红核呈略高信号，与周围组织界限不清晰，而在T2加权像上呈卵圆形低信号影像与周围组织界限清晰容易识别，便于图像分割。目前对于分割标准尚未有统一的标准，只能凭借图像信号的改变进行手动分割。而图像分割是三维重建的基础，其分割的效果直接影响到三维重建模型的精确性。许多学者致力于医学图像自动分割方法，并获得了一定的成果〔5〕。但是，目前图像分割技术只能对MRI大脑灰质、白质、脑脊液区分，对于大多数脑组织，主要还是手动分割方式。这样必然对MR设备提出更高的要求，本研究采用1.5TMR 1 mm层厚扫描图像，达到了理想的效果。但近年来国外有学者〔6〕应用3T MR 0.5 mm层厚扫描核团，能够获得更清晰MRI并能获得更好的分割效果，重建的核团将更逼真。因此在目前没有达到完全自动分割技术和高磁场MR设备的情况下，提高研究者扎实的专业知识和计算机操作能力尤为重要。本研究依据MRIT2加权像构建的红核清晰显示了立体定向空间的形态和位置，三维重建后的红核可以任意旋转、缩放和浏览，为基础研究及临床手术应用提供形态基础。

参考文献

　1 林志国，王跃华，陈晓光，等. MRI立体定向丘脑底核和杏仁核个体化、数字化、可视化图谱的研究〔J〕.中华神经外科杂志，2007; 23(4):2825.

　　2 付宜利，汪逸群，高文朋，等.基于水平集算法的图像分割〔J〕.医学影像学杂志，2007; 17(8)：8647.

　　3 姚家庆，戴衡茹.人脑立体定位应用解剖〔M〕.太原:山西科学技术出版社，2005：1856.

　　4 卢洪煊，秦光先，陆成梁.红核与黑质的空间位置关系〔J〕.解剖学杂志，1989;12(4)：3059.

　　5 Benabid AL， Koudsie A， Benazzouz A， et al. Imaging of subthalamic nucleus and ventralis intermedius of the thalamus〔J〕. Mov Disord， 2002;17(3)：1239.

　　6 Nakano N， Taneda M. Threedimensional atlas of subthalamic nucleus and its adjacent structures〔J〕. No Shinkei Geka，2005;33(7):68392.