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基于MRI图像重建的椎间盘可视化及定量分析

作　者: 姜宏涛
导　师: 卢虹冰；廖琪梅
学　校: 第四军医大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 腰椎间盘突出症 MRI图像三维重建分型髓核突出
分类号: R681.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

腰椎间盘突出症(Lumbar disc herniation, LDH)是骨科临床常见病和多发病,是引起腰部和腿部疼痛的最常见原因,而腰腿疼是腰椎间盘突出症患者寻求医学治疗的最主要原因,也是脊椎疾病中研究最多的课题之一。七十多年来,人们对于腰椎间盘突出症的治疗已经有了很深入的认识和研究,但较高的重复治疗率,是医生和患者们共同面临的严重问题。通过正确、科学的分型,选择合理的治疗手段,是降低该症复发率,提高治愈率的有效手段。但是,目前对于腰椎间盘突出症的分型却一直存在着很大的争议,没有形成一个统一的定性或者定量分型的标准。探索定量化的评价与诊断体系,为选择治疗方案提供准确依据,已成为腰椎间盘突出症治疗所迫切需要解决的问题。对于LDH的诊断与分析,三维模型较二维图像更具优势。它能够准确显示、表征椎间盘各结构间的空间关系,特别是MRI成像,具有较高的软组织分辨率,能更好表征LDH引起的结构变化。因此在椎间盘的定量评价上较CT更具有优势。本文的研究目标:基于MRI图像,设计并提出系列二维/三维指标,用于描述指标与腰椎间盘突出症分型之间的联系,探索腰椎间盘突出症定量分型的可行性。本文的主要研究内容:1、基于VTK可视化平台,建立了椎间盘可视化以及定量分析系统。所建立的系统包括图像的二维显示、分割、三维重建以及三维定量测量等功能,为测量与LDH病情严重程度相关的定量指标,提供了显示和分析的工具;2、根据先前文献研究以及临床上常用的指标,总结并设计了系列二维和三维指标,包括椎间盘突出指数(Index of Disc Herniation, IDH)、髓核突出率(Nucleus Protrusion Rate, NPR)、椎间盘后凸角(Kyphotic Angle of the Herniated Disc, KA)、突出椎间盘的空间分布(The Distribution of the Protruded Disc, DPD)、髓核突出体积比(The Ratio between the Protruded Part and the Dural Sac, RPPDS)以及图像信号强度(Relative Signal Intensity, RSI),用以对LDH引起的空间结构和图像变化进行描述;3、对各指标的测量结果进行了相关统计分析,并与相关文献的结果进行了比较,验证了系统的有效性,探索了LDH定量分型的可行性;4、基于20例患者的测量数据,通过Fisher判别分析,得到了初步的判别函数,为下一步大样本量的实验提供分型的初始依据。通过对20例椎间盘突出症患者的MRI数据进行分析,结果表明,九项指标中,有八项具有统计学意义,并且与患者病情严重程度具有较高相关性。通过Fisher判别分析得出了初步的分型判别函数,并通过交叉验证的方法,得出该函数的判别准确率为89.5%。

全文目录

缩略语表  6-7
中文摘要  7-9
Abstract  9-12
前言  12-14
文献回顾  14-23
  1、腰椎间盘突出症的发病机理  14-16
  2、LDH 的诊断和治疗  16-18
  3、LDH 的分型方法  18-20
  4、亟待解决的问题  20-21
  5、本课题的研究意义  21-23
1. LDH 影像学指标的设计与提取  23-32
  1.1 与腰椎间盘突出症严重程度有关的因素  23-26
    1.1.1 突出髓核的大小对LDH 症状严重程度的影响  23-24
    1.1.2 髓核的突出位置对LDH 症状严重程度的影响  24
    1.1.3 MRI 图像信号强度与LDH 症状的关系  24-25
    1.1.4 其他影响因素  25-26
  1.2 LDH 分型的特征指数的定义与设计  26-32
    1.2.1 椎间盘后凸角(KA)  26-27
    1.2.2 椎间盘突出指数(IDH)  27
    1.2.3 髓核突出率(NPR)  27-28
    1.2.4 髓核突出体积比(RPPDS)  28
    1.2.5 椎间盘突出的空间分布(DPD)  28-30
    1.2.6 椎间盘相对信号强度RSI  30-32
2. LDH 定量分析系统的建立  32-48
  2.1 系统的硬件、软件环境  32-36
    2.1.1 C#编程语言  32-34
    2.1.2 VTK  34-36
  2.2 系统结构  36-48
    2.2.1 系统总设计  36-39
    2.2.2 软件程序结构  39-48
3. 研究对象及数据筛选  48-53
  3.1 研究对象  48-49
    3.1.1 研究对象的来源  48
    3.1.2 研究对象的选择  48-49
  3.2 成像方式  49-53
    3.2.1 CT/MRI  49-51
    3.2.2 MRI 参数的选择  51-53
4、实验方法与结果讨论  53-64
  4.1 实验方法  53-54
  4.2 实验结果与统计检验  54-62
    4.2.1 实验结果  54-57
    4.2.2 统计检验  57-62
  4.3 讨论  62-64
小结  64-66
参考文献  66-72
个人简历和研究成果  72-73
致谢  73

基于MRI图像重建的椎间盘可视化及定量分析

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