基于MRI的老年人丘脑体积的研究

　　作者：王跃华 张相彤 付宜利 高文朋 林志国 作者单位：哈尔滨医科大学第一临床医学院神经外科,黑龙江 哈尔滨 150001

　　【摘要】 目的 利用立体定向MRI资料重建丘脑测量体积，分析年龄、性别对其的影响。方法 选取健康成年自愿者行立体定向MRI扫描，在MRI上对丘脑进行识别、分割、提取、匹配与三维重建，测量重建后丘脑的体积。结果 三维重建的丘脑表面光滑、形态逼真，清晰的显示了丘脑在标准立体定向空间中的位置，可直观显示，任意角度浏览。60岁以下组为(6 089.66±105.13) mm3，60岁以上组丘脑平均体积为(5 799.92±106.58)mm3。结论 60岁以上组丘脑体积较60岁以下组显著缩小。

　　【关键词】 MRI 老年人 立体定向 丘脑

　　Study of volume of thalamus on MRI from old people

　　WANG YueHua, ZHANG XiangTong, FU YiLi,et al.

　　Department of Neurosurgery, First Clinical Medical Hospital of Harbin Medical University, Harbin 150002, Heilongjiang, China

　　【Abstract】 Objective To study the volume of thalamus with the help of magnetic resonance imaging (MRI) to analyze the effect of age and sex on it. Methods All the basic data from thalamus on stereotactic MRI from healthy volunteers，thalamus were identified, segmented, extracted, saved and 3D reconstructed. Results The surfaces of thalamus after 3D reconstruction were smooth and their shapes was clear and their morphosis was observed intuitively. Volume of the thalamus in over age of 60 was (5 799.92±106.58)mm3, that in under age of 60 was (6 089.66±105.13)mm3. Conclusions The volume of thalamus in over the age of 60 diminutions apparently.

　　【Key words】 MRI;Old people; Stereotaxis;Thalamus

　　有研究显示，在一些精神类疾病的患者丘脑体积常发生改变，在人脑正常的生理过程中，丘脑的体积也发生一定程度的改变，这种变化在年老时更明显〔1〕。丘脑体积的这种改变越来越引起脑科学研究者的关注。本研究利用计算机技术和立体定向MRI资料对老年人丘脑进行三维重建，测量丘脑体积，并分析年龄、性别因素对丘脑体积的影响。以期为临床提供更直观的资料。

　　1 材料与方法

　　1.1 样本MRI数据的采集 按课题组以往的研究方法选取健康自愿者〔2〕，在MRI正中矢状位图像上辨认出前连合(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(0)。ACPC所在水平面定为H0平面，通过原点垂直H0平面的冠状面定为F0平面。采用T1加权序列(TR=390 ms,TE=15 ms，FOV=224×256，NAQ=2。)行冠位和轴位MRI扫描(层厚1 mm，间距0 mm)。顺序记录扫描资料，直接输入到计算机工作站保存。将资料按年龄分两组，A组:41～60岁(40例);B组:61～80岁(40例)，共计80例。

　　1.2 丘脑的三维重建和体积的获取 丘脑三维重建的基本过程包括图型识别、分割、提取、匹配与重建。首先利用无丢失压缩技术将MRI上获得的DICOM格式信息资料存储在硬盘上，然后在计算机工作站上将上述资料转换为RGB模式后利用课题组自行研发的软件实现丘脑的三维重建：选用在容积分析菜单普通模式下的多模式节段分割命令完成初期图像分割，该模式是一种半自动分割技术，通过调节上下域值可以区分信号不同的组织。然后采用手工分割方法在所有能够显示丘脑的MRI层面上描绘出核团轮廓线，对不易识别的部分对照相应的轴状扫描的图像信息，对比调整轮廓线直至达到包含所有丘脑的信息(图1)。对手工分割后的丘脑进行颜色充填，将核团以外的脑组织信息删除，这样每一层面上只剩下相应的丘脑信息(图2)。最后将层面编号逐层保存。利用轮廓拼接技术进行三维重建，采用VST软件对重建后的丘脑体积进行测量。

　　1.3 统计学分析 结果用x±s表示，利用统计分析软件包SPSS11.5对结果进行处理。

　　2 结果

　　2.1 丘脑的三维重建 本研究的资料是按照平行ACPC平面进行扫描获取的MRI图像，所以图像上体现的是重建后丘脑在立体定向三维空间的位置(图3)。图像中绿色的直线代表经过ACPC的直线(Y轴)，蓝色的直线代表在正中矢状面上垂直于ACPC中点的直线(Z轴)，红色的直线代表H0平面上通过原点垂直于ACPC中点的直线(X轴)。从图3中可以看到构建出的丘脑在立体定向空间内呈前上斜、外上翘、前内偏卵圆形，核团全部位于原点外,大部分位于原点上和原点后。呈前上偏斜34°，向外翘32°，向前内偏35°的类椭圆型团块。三维重建的丘脑表面光滑、形态逼真，清晰的显示了丘脑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。

　　2.2 老年人丘脑体积 见表1。男、女两性丘脑体积无显著性差异(P>0.05)。>60岁组丘脑体积与≤60岁组有显著性差异( P<0.05)。

　　图1 丘脑轮廓的分割(略)

　　图2 丘脑轮廓的提取(略)

　　表1 老年人丘脑体积值(略)

　　图3 丘脑的三围观(略)

　　3 讨论

　　3.1 脑内结构三维重建的意义 准确地了解人脑内部结构信息是进行疾病诊断与治疗的基础。临床工作中要求医生对脑内结构的三维形态和空间毗邻有一个精确的认识。在实际操作过程中，医生们只能依靠经典的印刷版图谱和利用CT、MRI等影像设备获得的二维断面来想象解剖结构复杂的三维形态，这往往难于形成清晰、准确的印象，其可靠性常受主观因素的限制。解决这一问题的较好方法是利用二维连续断面资料进行三维重建〔3〕。计算机技术的迅猛发展及其在医学领域的广泛应用为建立标准的数字化图谱提供了可能。随着医学影像处理技术的进一步提高，快速建立个体患者三维脑解剖图谱将对术前的诊断和靶点定位起到重要作用。三维图谱能为神经外科医生提供一个更为“真实”的空间构型〔4〕。

　　3.2 丘脑体积的研究 目前国内、外关于丘脑体积的报道比较多，其结果存在一定的差异〔5〕。Gaser对平均年龄为66岁的30名受试者进行研究，发现丘脑右侧体积为5 955 mm3，左侧为5 974 mm3这和本研究结果相似。Casanova对平均年龄20岁的10名男性和10名女性受试者进行研究，发现丘脑右侧体积为7 026 mm3，左侧为7 031 mm3;Andreasen 对平均年龄23岁的13名男性和12名女性受试者进行研究，发现丘脑右侧体积为5595 mm3，左侧为5538 mm3，这和本研究的结果有一定的差异。本研究认为产生差异的可能因素有：①在不同的MRI扫描序列和场强下获取的图像资料分辨率不同;不同的扫描角度获得了不同形态的丘脑图像，这些影响了研究者对丘脑轮廓的统一识别;②对丘脑解剖范围看法的不一致〔6〕(有些学者习惯将放射冠归属到丘脑中，有的学者则相反);③不同种族人群间脑结构的差异;④部分学者无法获得大量健康志愿者，很多的研究样本来自患有与丘脑无关的精神类疾病的病人，影响了研究结果的准确性〔7〕。本研究发现>60岁组丘脑体积显著性缩小，一些学者提出60岁左右是人脑衰老的开始，这可能是丘脑体积明显偏小的原因，60岁可能是人脑解剖结构发生重要改变的阶段，也可能就是人脑退化的重要时期，但尚需大量的资料进行验证。我们已着手进行了大规模的中国人脑MRI数据的采集，通过统一的MRI扫描序列、统一的扫描基线、相同的扫描厚度，以建立可扩充的立体定向MRI扫描数据库。随着大量数据的积累，可能会对这个结果进行更好的分析。

　　3.3 MRI扫描方法具有非侵袭性和可重复性 利用MRI影像测量丘脑体积可避免因解剖方法产生的一些人为干扰，重建后可以更加直观显示丘脑形态，并可在任意角度对数字化的丘脑模型进行测量，获得相应的数据。科技的发展能提供更为精确的图形测量及重建工具，更能准确测量不同类型的疾病不同阶段丘脑解剖结构的变化。在积累大量数据的基础上,通过确定老年人丘脑的标准值的范围，可以量化判定单一个体丘脑是否具有病变,更好的协助临床诊治，估测预后。

　　【参考文献】

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　　2 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.

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　　4 Chakravarty MM，Bertrand G，Hodge CP，et al.The creation of a brain atlas for image guided neurosurgery using serial histological data〔J〕.Neuroimage，2006;30(2):35976.

　　5 Lehericy S，Bardinet E，Tremblay L,et al.Motor control in basal ganglia circuits using fMRI and brain atlas approaches〔J〕.Cerebral Cortex，2006;16(2):14961.

　　6 Guo T，Finnis KW，Parrent AG,et al.Visualization and navigation system development and application for stereotactic deepbrain neurosurgeries〔J〕. Computer Aided Surge，2006;11(5):2319.

　　7 侯淑莲，高永春，岂云开，等.脑功能磁共振成像技术对Alzhemier病的研究进展〔J〕.中国老年学杂志，2007;27(2):1935.