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术中磁共振导航准确性研究及融合功能影像导航手术应用

作　者: 姚成军
导　师: 周良辅；毛颖；张荣；吴劲松；宋志坚
学　校: 复旦大学
专　业: 神经外科学
关键词: 术中磁共振体模神经导航准确性影像融合 DTI 脑肿瘤 BOLD 薄板样条非刚体配准法
分类号: R651.1
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

第一部分PoleStar N20术中磁共振神经导航系统导航准确性研究目的导航准确性是评价术中磁共振导航系统有效性的关键指标，本研究通过应用体模的试验研究，分析PoleStar N20术中磁共振神经导航系统导航的准确性及影响因素，为临床应用提供指导。方法应用塑料-有机玻璃立柱插板体模(34~#，Medtronic Surgical NavigationTechnologies，Louisville，USA)，分别测定不同空间靶点、手术体位、扫描序列、噪音水平、磁体移动等对导航准确性的影响。结果导航准确性与扫描序列、噪音水平、扫描层厚显著相关，与靶点空间位置、体位、手术床和磁体移动等不相关。结论PoleStar N20术中磁共振神经导航系统导航准确性可靠，受外界影响小，可满足临床应用所需。第二部分低磁场术中磁共振融合弥散张量成像的导航手术应用目的本研究应用MRI各项异性弥散张量技术(diffusion tensor imaging，DTI)显示脑白质纤维束结构，探讨低磁场术中磁共振(iMRI)导航手术与DTI影像融合的可能性和方法，以及在涉及锥体束脑肿瘤手术中的应用价值。方法19例涉及锥体束的脑肿瘤，应用多影像融合技术将术前DTI与iMRI影像融合指导手术，术中根据需要复查扫描，利用非刚体配准计算法和手动点配准融合技术把DTI逐层与更新的iMRI影像融合，并导航手术。术后随访肢体运动功能。结果成功将DTI影像与iMRI影像融合，术中动态地了解肿瘤切除程度及锥体束位置、毗邻关系。肿瘤全切除率63.2％，次全切除率15.8％，肢体运动较术前好转或维持术前症状者84.2％。结论iMRI与DTI融合导航手术可实时提供病灶与邻近锥体束间三维可视化解剖信息，有助于术中动态了解肿瘤切除程度及保护锥体束，提高肿瘤切除率，降低术后致残率。第三部分低磁场术中磁共振融合血氧水平依赖性成像导航手术研究目的本研究应用血氧饱和水平依赖性成像(blood oxygen leveldependent，BOLD)技术定位脑皮质功能区，探讨低磁场术中磁共振(iMRI)导航手术与BOLD影像融合的可能性和方法，以及在涉及功能区脑肿瘤手术中的应用价值。方法48例涉及脑皮层运动区或语言区的脑占位病变患者，随机分组进行前瞻性对照性研究，试验组应用多影像融合技术将术前BOLD与iMRI影像融合指导手术，术中根据需要复查扫描，利用非刚体配准计算法和手动点配准融合技术把BOLD逐层与更新的iMRI影像融合，并导航手术。对于语言区附近的病变，采用术中唤醒麻醉，皮层电刺激验证BOLD语言区定位准确性。对照组未行BOLD成像，仅采用术前高场强MRI影像导航或iMRI导航。术后随访语言和肢体运动功能。结果试验组成功将BOLD影像与iMRI影像融合，BOLD敏感性72.7％，特异性81.8％。肿瘤切除率：在运动区肿瘤病例中，试验组全切率为86.7％，高于对照组(64.7％)；在语言区肿瘤病例中，试验组全切率为83.3％，高于对照组(60％)。术后致残率：在运动区肿瘤病例中，试验组无手术致瘫率为80％，高于对照组(35.3％)(有统计学意义)；在语言区肿瘤病例中，试验组无术后失语率为83.3％，高于对照组(60％)。结论iMRI与BOLD融合导航手术可实时提供病灶与邻近功能区三维可视化解剖信息，有助于术中动态了解肿瘤切除程度及保护功能区，提高肿瘤切除率，降低术后致残率。第四部分利用脑移位数学模型来预测BOLD和DTI移位的基础研究目的术中iMRI影像更新后再融合的导航虽然可以在一定程度上纠正脑移位的误差，但BOLD激活区和DTI显示的锥体束仍是术前资料，而由脑移位必然导致锥体束和BOLD激活区产生相应的移位，因此成为影响导航准确性的因素。本研究采用薄板样条数学模型来调整脑移位对BOLD激活区和锥体束产生的误差。方法19例涉及锥体束的脑占位病变患者和21例涉及脑皮层运动区或语言区的脑占位病变患者，采用DTI和BOLD技术分别显示锥体束和皮质功能区。以术前iMRI图像和术中iMRI图像分别作为术前和术中数据场，利用基于薄板样条的非刚体配准法计算出脑变形的趋势预测。然后将DTI或BOLD影像进行关联，即可得到预测的DTI或BOLD变形后的图像，再将该图像与术中iMRI图像融合，从而直观地了解移位后的脑组织、锥体束或BOLD激活区与残余肿瘤的位置和毗邻关系。同时利用iMRI影像对预测准确性进行验证。结果40例患者均成功成像并进行融合；脑变形，BOLD和DTI影像变形预测均成功获得。结论基于薄板样条非刚体配准算法的数学模型是预测BOLD和DTI移位的有效方法，预测准度可满足临床之需求。

全文目录

缩略词简表  5-6
中文摘要  6-9
英文摘要  9-13
前言  13-15
第一部分 PoleStar N20术中磁共振神经导航系统导航准确性研究  15-35
  材料和方法  15-17
  结果  17-19
  讨论  19-23
  参考文献  23-24
  附图表  24-35
第二部分低磁场术中磁共振融合弥散张量成像的导航手术应用  35-58
  临床资料与方法  35-37
  结果  37-39
  讨论  39-41
  参考文献  41-43
  附图表  43-58
第三部分低磁场术中磁共振融合血氧水平依赖性成像导航手术研究  58-87
  临床资料与方法  58-62
  结果  62-67
  讨论  67-68
  参考文献  68-71
  附图表  71-87
第四部分利用脑移位数学模型来预测BOLD和DTI移位的基础研究  87-104
  临床资料与方法  87-89
  结果  89-91
  讨论  91-100
  参考文献  100-102
  附图表  102-104
课题小结  104-106
文献综述  106-114
附录  114-115
致谢  115-117

术中磁共振导航准确性研究及融合功能影像导航手术应用

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