基于多模态脑影像的帕金森定量分析方法及软件平台研究

发布时间：2020-07-16 17:23

【摘要】：帕金森病(Parkinson′s disease,PD)是老年人中第四位常见的神经变性疾病,随着老龄化社会的到来,PD患病率在逐渐上升。PD是慢性进展性疾病,将伴随患者一生,而且容易进展为老年痴呆,早期诊断PD有助于及时进行干预治疗,具有重要意义。医学影像和计算机技术在辅助医生进行PD诊断中有着重要的作用。现有研究表明,PD患者的尾状核在18F-AV-133示踪剂下的脑PET成像结果与患病前相比呈现萎缩病变,其病变比例可为早期诊断提供依据。但是,仅依据脑PET成像结果无法估计病变前尾状核体积,因此,基于患者的尾状核在AV-133示踪剂下的脑PET成像无法精确计算所需比例。针对该问题,考虑患者早期的尾状核形态未发生变化,患者脑MR成像结果显示的尾状核与其患病前尾状核形态一致。因此,本文基于PD患者MRI、PET、CT等多种模态下的脑影像,对PD患者尾状核病变比例进行计算,从而实现对PD的定量研究分析。为了将不同模态的脑图像设置到统一规格下,需要对脑MR、PET、CT原始图像进行预处理,包括重定向、重采样、降噪等。同时为了使不同模态的脑图像处于同一空间坐标下,本文基于互信息方法对脑MR、CT图像进行配准,并通过在配准之前预先分割脑CT图像中的颅骨的方法提高配准精度。分别对配准后的脑MR图像和预处理后的脑PET图像进行分割,从中分割出PD患者对应的完整尾状核和未病变尾状核,并计算各自的体积,进而计算出尾状核病变比例。为了便于医生直接获取尾状核的结构信息以及体积、病变比例等数据信息,基于MC(Marching Cubes)算法对尾状核及颅骨三维重建,并将重建结果与数据结果进行显示。最后将各分散功能模块进行整合,搭建PD定量分析软件平台,为辅助医生诊断和分析PD提供一种新的工具。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R742.5;TP391.41
【图文】：

示踪剂,患者,尾状核

多模态脑影像的 PD 定量分析系统主要通过对 PD 患者的T 等不同模态下的图像进行一系列预处理、配准、分割等图像的分割结果计算 PD 患者完整尾状核体积，基于 PD剂下的脑 PET 图像分割结果计算尾状核中未病变部分体D 患者尾状核病变比例，实现对 PD 的定量分析。森定量分析方法概述属于复杂的脑部神经变性疾病，PD 的发病受到老化、环因素的影响[22]。尾状核区域的多巴胺(DA)神经元丢失是一[23]，研究表明监测突触末梢囊泡单胺转运体 VMAT-2 DA 神经末梢丢失情况。VMAT-2 的显像剂有多种，临床 18F-FP-DTBZ 和 18F-AV-133，其中 18F-AV-133（以下有更好的亲和力和敏感性[24]。由 PD 患者 AV-133 示踪剂下发现，当患者出现临床症状时，其尾状核在 AV-133 示踪中已出现缺损[25]。如图 2-1 所示，即为 PD 患者在 AV-1ET 图像。

MR图像,患者,尾状核,未病

图 2-2 PD 患者脑 MR 图像Fig.2-2 The brain MR image of PD patient，仅计算 PD 患者尾状核病变比例这一数据，所提供的信单纯的尾状核病变比例数据，无法对尾状核结构以及尾状的情况有直观的了解。为了方便医生观察尾状核病变部位核以及未病变尾状核进行三维重构并显示在同一坐标系下显示在脑结构中更有利于观察其位置信息，也需要对颅骨。因此，系统需要实现对完整尾状核、未病变尾状核及颅示功能。尾状核是从脑 MR 图像中分割得到的，而尾状核中未病T 图像中分割得到的。脑 MR 图像与脑 PET 图像是由不同集的，具有不同的空间坐标系，脑组织结构并不相对应，的脑图像配准到同一空间下，使其脑结构相匹配，在同一整尾状核、未病变尾状核以及颅骨等图像才有意义。脑 P对病灶定位比较准确，然而其图像分辨率较低，考虑 CT 剖关系明确，易于与脑 MR 图像配准，在实际配准过程

方向参数,重定向

PET、CT 等图像的空间坐标一致。ET、CT 图像预处理T、CT 图像是由不同成像原理的设备采体积大小可能不同，所以需要首先对图同的标准格式，以便于进一步的图像处以下三个步骤：图 2-1 和图 2-2 可以看出不同模态下的定向过程对原始脑 MR、PET、CT 图程中的标准方向选择 RAS（右，前，后，并被广泛应用于其它方面神经成像软tome[28]。首先，使用所有有效的重定向输入图像。然后，用户在 GUI 中检查RAS 坐标系模板匹配正确的一个（如图定向之后，结果如图 3-2 所示，图像的便于进行观察和后续处理。

【参考文献】