DBS组织激活体积估计及神经调控可视化研究
发布时间：2022-01-06 07:29
帕金森病（Parkinson’s Disease,PD）是一种中枢神经系统进行性退行性疾病,对于严重的PD患者,与传统毁损术相比,脑深部刺激术（Deep Brain Stimulation,DBS）更为合适。尽管DBS在治疗运动障碍方面取得一定成功,但术后程序调控过程中医生缺乏直观引导容易产生副作用。本文针对此问题,在关键解剖结构及植入电极的三维重建基础上,展开DBS组织激活体积（Volume of tissue activated,VTA）估计及可视化的研究。首先,采用Pacer算法从术后CT影像中提取并重建DBS植入电极;然后通过图谱配准方法进行电极植入靶点核团丘脑底核（subthalamus nucleus,STN）的分割及三维重建,主要是利用7T MRI图像构建的图谱与患者T2加权MR图像的全局和局部配准实现;接着,基于弥散张量成像（Diffusion Tensor Imaging,DTI）采用概率追踪的方法实现STN邻近皮质脊髓束（corticospinal system,CST）的示踪;最后,在电极、STN和CST重建的基础上,通过DTI计算脑组织各向异性导电率,实现两种理...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-10-采用的3D脑图谱为0.6mm×0.6mm×0.6mm体素的7TMR数据集，如图2-5所示，其中红色标记表示红核，绿色标记表示STN，浅蓝色标记表示苍白球，深蓝色标记表示黑质。对所有医学图像的处理及研究都需要在统一的空间坐标下展开，本课题将T2加权MR术前图像，术后CT图像均与T1加权MR术前图像进行配准，使其通过空间变换的应用变形到T1加权MR术前图像所在空间坐标下，在此基础上进行后续的图像处理。配准可基于开源的医学软件平台3DSlicer完成，3DSlicer是用于医学图像的分析（包括配准和交互式分割）和可视化（包括体绘制）以及用于图像引导治疗研究的软件平台。该软件中有已经集成的配准模块，常用的有GeneralRegistration（Brain），GeneralRegistration（Elastix），其中患者自身图像间的配准由于来自同一个体，因此配准方法通常选用简单的刚性变换即可；而待配准的脑图谱与患者医学图像数据来自于不同个体，甚至不同模态，因此选择配准模块GeneralRegistration（Brain）时，配准方法不单需要勾选Rigid（6DOF）进行简单的刚性变换选用，还应包括Rigid+Scale（7DOF），Rigid+Scale+Skew（10DOF），Affine（12DOF），BSpline（>27DOF）等变换的依次应用，从而保证配准结果的准确性。图2-1T1加权MR图像图2-2T2加权MR图像
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-10-采用的3D脑图谱为0.6mm×0.6mm×0.6mm体素的7TMR数据集，如图2-5所示，其中红色标记表示红核，绿色标记表示STN，浅蓝色标记表示苍白球，深蓝色标记表示黑质。对所有医学图像的处理及研究都需要在统一的空间坐标下展开，本课题将T2加权MR术前图像，术后CT图像均与T1加权MR术前图像进行配准，使其通过空间变换的应用变形到T1加权MR术前图像所在空间坐标下，在此基础上进行后续的图像处理。配准可基于开源的医学软件平台3DSlicer完成，3DSlicer是用于医学图像的分析（包括配准和交互式分割）和可视化（包括体绘制）以及用于图像引导治疗研究的软件平台。该软件中有已经集成的配准模块，常用的有GeneralRegistration（Brain），GeneralRegistration（Elastix），其中患者自身图像间的配准由于来自同一个体，因此配准方法通常选用简单的刚性变换即可；而待配准的脑图谱与患者医学图像数据来自于不同个体，甚至不同模态，因此选择配准模块GeneralRegistration（Brain）时，配准方法不单需要勾选Rigid（6DOF）进行简单的刚性变换选用，还应包括Rigid+Scale（7DOF），Rigid+Scale+Skew（10DOF），Affine（12DOF），BSpline（>27DOF）等变换的依次应用，从而保证配准结果的准确性。图2-1T1加权MR图像图2-2T2加权MR图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三层球模型弱直流电刺激下脑白质各向异性对电场分布的影响[J]. 张元,逯迈,翟伟兵,胡延文. 北京生物医学工程. 2016(02)
[2]丘脑底核生理功能研究进展[J]. 王大磊,刘晓莉,乔德才. 中国康复医学杂志. 2014(03)
[3]脑白质疏松症患者胼胝体(区)磁共振弥散特征与认知功能障碍(损害)的相关关系[J]. 王双坤,袁俊亮,顾华,郭晓娟,彭朋,刘敏,胡文立. 中华临床医师杂志(电子版). 2013(15)
[4]经硬脑膜电刺激对视皮层神经活动影响的仿真研究[J]. 夏楠,侯文生,章毅,郑小林,吴小鹰,阴正勤,JIANG Yingtao. 中国生物医学工程学报. 2011(05)
[5]应用有限元分析ANSYS软件行微电极对脑深部作用区域的模拟分析[J]. 连芩,王珏,刘亚雄,徐书洁,尹磊. 中国组织工程研究与临床康复. 2008(39)
[6]微电极针道制图在丘脑底核电刺激治疗帕金森病手术中的应用[J]. 王学廉,高国栋,贺世明,李维新,王举磊,管定国,陈玲. 第四军医大学学报. 2005(02)
[7]刺激术和毁损术在双侧立体定向手术治疗帕金森病中的比较[J]. 胡小吾,周晓平,王来兴,姜秀峰,曹依群,徐波涛,金爱国,曾浩. 中华神经外科杂志. 2004(04)
[8]脑深部电刺激治疗运动障碍性疾病[J]. 张建国,张凯,吴胜田,李少武,王忠诚. 中华神经外科杂志. 2004(02)
[9]丘脑底核电刺激治疗帕金森病[J]. 张建国,王忠诚,张小英,初君盛,李少武,吴胜田,周云. 中华神经外科杂志. 2002(01)
[10]双侧丘脑底核脑深部电刺激治疗帕金森病[J]. 孙伯民,刘康永,郎黎琴,潘力,李殿友,凌至培,刘道宽. 中华神经外科杂志. 2002(01)
博士论文
[1]基于DTI的脑组织分割与各向异性电导率计算模型的研究[D]. 吴占雄.浙江大学 2009
硕士论文
[1]基于DTI的脑白质电导率计算与脑刺激的数值模拟研究[D]. 胡延文.兰州交通大学 2015
[2]FEM在深部脑刺激中的应用[D]. 张敬楠.河北工业大学 2015
[3]深部脑刺激的有限元分析[D]. 王丽莎.燕山大学 2013
[4]基于弥散张量成像的脑白质纤维追踪算法研究[D]. 赖昀.苏州大学 2013
[5]深部脑刺激的建模及其各向异性电场的分布研究[D]. 李洪艳.河北工业大学 2012
[6]三维头部数值模型的建立及DBS电场的分析研究[D]. 韩婷彦.河北工业大学 2011
本文编号：3572022
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-10-采用的3D脑图谱为0.6mm×0.6mm×0.6mm体素的7TMR数据集，如图2-5所示，其中红色标记表示红核，绿色标记表示STN，浅蓝色标记表示苍白球，深蓝色标记表示黑质。对所有医学图像的处理及研究都需要在统一的空间坐标下展开，本课题将T2加权MR术前图像，术后CT图像均与T1加权MR术前图像进行配准，使其通过空间变换的应用变形到T1加权MR术前图像所在空间坐标下，在此基础上进行后续的图像处理。配准可基于开源的医学软件平台3DSlicer完成，3DSlicer是用于医学图像的分析（包括配准和交互式分割）和可视化（包括体绘制）以及用于图像引导治疗研究的软件平台。该软件中有已经集成的配准模块，常用的有GeneralRegistration（Brain），GeneralRegistration（Elastix），其中患者自身图像间的配准由于来自同一个体，因此配准方法通常选用简单的刚性变换即可；而待配准的脑图谱与患者医学图像数据来自于不同个体，甚至不同模态，因此选择配准模块GeneralRegistration（Brain）时，配准方法不单需要勾选Rigid（6DOF）进行简单的刚性变换选用，还应包括Rigid+Scale（7DOF），Rigid+Scale+Skew（10DOF），Affine（12DOF），BSpline（>27DOF）等变换的依次应用，从而保证配准结果的准确性。图2-1T1加权MR图像图2-2T2加权MR图像
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-10-采用的3D脑图谱为0.6mm×0.6mm×0.6mm体素的7TMR数据集，如图2-5所示，其中红色标记表示红核，绿色标记表示STN，浅蓝色标记表示苍白球，深蓝色标记表示黑质。对所有医学图像的处理及研究都需要在统一的空间坐标下展开，本课题将T2加权MR术前图像，术后CT图像均与T1加权MR术前图像进行配准，使其通过空间变换的应用变形到T1加权MR术前图像所在空间坐标下，在此基础上进行后续的图像处理。配准可基于开源的医学软件平台3DSlicer完成，3DSlicer是用于医学图像的分析（包括配准和交互式分割）和可视化（包括体绘制）以及用于图像引导治疗研究的软件平台。该软件中有已经集成的配准模块，常用的有GeneralRegistration（Brain），GeneralRegistration（Elastix），其中患者自身图像间的配准由于来自同一个体，因此配准方法通常选用简单的刚性变换即可；而待配准的脑图谱与患者医学图像数据来自于不同个体，甚至不同模态，因此选择配准模块GeneralRegistration（Brain）时，配准方法不单需要勾选Rigid（6DOF）进行简单的刚性变换选用，还应包括Rigid+Scale（7DOF），Rigid+Scale+Skew（10DOF），Affine（12DOF），BSpline（>27DOF）等变换的依次应用，从而保证配准结果的准确性。图2-1T1加权MR图像图2-2T2加权MR图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三层球模型弱直流电刺激下脑白质各向异性对电场分布的影响[J]. 张元,逯迈,翟伟兵,胡延文. 北京生物医学工程. 2016(02)
[2]丘脑底核生理功能研究进展[J]. 王大磊,刘晓莉,乔德才. 中国康复医学杂志. 2014(03)
[3]脑白质疏松症患者胼胝体(区)磁共振弥散特征与认知功能障碍(损害)的相关关系[J]. 王双坤,袁俊亮,顾华,郭晓娟,彭朋,刘敏,胡文立. 中华临床医师杂志(电子版). 2013(15)
[4]经硬脑膜电刺激对视皮层神经活动影响的仿真研究[J]. 夏楠,侯文生,章毅,郑小林,吴小鹰,阴正勤,JIANG Yingtao. 中国生物医学工程学报. 2011(05)
[5]应用有限元分析ANSYS软件行微电极对脑深部作用区域的模拟分析[J]. 连芩,王珏,刘亚雄,徐书洁,尹磊. 中国组织工程研究与临床康复. 2008(39)
[6]微电极针道制图在丘脑底核电刺激治疗帕金森病手术中的应用[J]. 王学廉,高国栋,贺世明,李维新,王举磊,管定国,陈玲. 第四军医大学学报. 2005(02)
[7]刺激术和毁损术在双侧立体定向手术治疗帕金森病中的比较[J]. 胡小吾,周晓平,王来兴,姜秀峰,曹依群,徐波涛,金爱国,曾浩. 中华神经外科杂志. 2004(04)
[8]脑深部电刺激治疗运动障碍性疾病[J]. 张建国,张凯,吴胜田,李少武,王忠诚. 中华神经外科杂志. 2004(02)
[9]丘脑底核电刺激治疗帕金森病[J]. 张建国,王忠诚,张小英,初君盛,李少武,吴胜田,周云. 中华神经外科杂志. 2002(01)
[10]双侧丘脑底核脑深部电刺激治疗帕金森病[J]. 孙伯民,刘康永,郎黎琴,潘力,李殿友,凌至培,刘道宽. 中华神经外科杂志. 2002(01)
博士论文
[1]基于DTI的脑组织分割与各向异性电导率计算模型的研究[D]. 吴占雄.浙江大学 2009
硕士论文
[1]基于DTI的脑白质电导率计算与脑刺激的数值模拟研究[D]. 胡延文.兰州交通大学 2015
[2]FEM在深部脑刺激中的应用[D]. 张敬楠.河北工业大学 2015
[3]深部脑刺激的有限元分析[D]. 王丽莎.燕山大学 2013
[4]基于弥散张量成像的脑白质纤维追踪算法研究[D]. 赖昀.苏州大学 2013
[5]深部脑刺激的建模及其各向异性电场的分布研究[D]. 李洪艳.河北工业大学 2012
[6]三维头部数值模型的建立及DBS电场的分析研究[D]. 韩婷彦.河北工业大学 2011
本文编号：3572022
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