基于人脑MRI图像的颅脑三维可视化研究
第15卷第4期北华大学学报(自然科学版)Vol.15No.42014年8月
JOURNAL OF BEIHUA UNIVERSITY(Natural Science)
Aug.2014
文章编号:1009-4822(2014)04-0480-02DOI :10.11713/j.issn.1009-4822.2014.04.013
基于人脑MRI 图像的颅脑三维可视化研究
缪春明,沈维高
(北华大学附属医院,吉林吉林一132011)
摘要:目的一探讨基于人脑MRI 数据三维重建颅脑的可行性.方法一选取1例成年自愿者行1mm 层厚的MR 轴位扫描,应用哈尔滨工业大学自主开发的NASP 软件应用体绘制技术完成颅脑的三维可视化.结果一应用该技术可以清晰二逼真地显示颅脑的形态结构及其毗邻关系.结论一利用人脑MRI 数据可以实现颅脑结构的可视化.关键词:MRI;颅脑;三维可视化中图分类号:R445.2
文献标志码:A
收稿日期:2014-04-23
作者简介:缪春明(1967-),男,副主任医师,博士,主要从事脑血管病临床研究;
通信作者:沈维高(1975-),男,副教授,博士,硕士生导师,主要从事神经解剖学研究.
On Three-Dimensional Visualization Based on the
Human Brain MRI Imaging
Miao Chunming,Shen Weigao
(Affiliated Hospital of Beihua University ,Jilin 132011,China )
Abstract :Objective 一To explore the feasibility to reconstruct cerebral morphological structure by using human brain MRI data.Methods 一One male adult with healthy volunteer was selected to receive MR axial scanning with 1mm thick layer.NASP software autonomously developed by Harbin Institute of Technology was used to complete the craniocerebral three-dimensional reconstruction and visualization.Results 一The special technique,the morphological structure and location of adjacent structure could be showed clearly and vividly.Conclusion 一Based on the human brain MRI image data,the brain three-dimensional reconstruction and visualization could be completed.
Keywords :MRI;craniocerebral;three-dimensional visualization 一一目前,学者对人脑研究所获数据是相对颅脑结构的观测结果,缺乏整体观.而临床医生只能通过二维影像推测三维图像,而三维数据和可视化才是临床医生所迫切需要的.现在借助计算机技术可以实现人脑三维图像的可视化,但是,目前国内采用的是非国人数据,不适合中国人颅脑的形态结构特点.因此,本研究基于中国人脑MRI 图像实现颅脑的三维可视化,为临床医生提供直观的人颅脑形态学资料.
1一材料与方法
1.1一标本的选择
选择健康男性自愿者1例,排除高血压二糖尿
病二精神病史二遗传病史和重大疾病史;无酒精中毒史,无吸烟史;神经精神检查无阳性体征;在MR 图像上显示无颅脑疾病.1.2一MRI 扫描
该男性健康自愿者SE 序列T1WI 横断面:TR =500ms TE =8,NEX =1ms,矩阵280?256,层间距=0mm,层厚=1.0mm,TA =9?,以眦耳线为扫描基线,扫描范围包括全脑.扫描数据以DICOM 格式存储到计算机.
1.3一颅脑的三维重建与可视化
由哈尔滨工业大学自主开发的NASP 软件应用体绘制技术完成颅脑的三维重建和可视化.
2一结一一果
三维重建的颅脑结构形态逼真,可以在二维或三维显示,根据需要可观察到三维断面的形态结构,便于观察感兴趣区及其毗邻结构之间的形态结构二位置关系.由于三维重建颅脑结构来源于MRI 图像,可以实现与临床影像资料的对比观察,从而指导临床工作.而且三维重建的结果实现了可视化,可以直观二形象地浏览感兴趣区,以及任意旋转二平移与缩放观察,从而为临床医生提供形象二直观的参考资料(见图
1).
A:重建的整体颅脑;B:轴位可视化;C:矢状位可视化;D:冠状位可视化图1颅脑的重建及可视化
Fig.1
Craniocerebral reconstruction and visualization
3一讨一一论
人脑三维重建的关键问题是数据的采集与图像的分割.本实验采用西门子MRI SE 序列T1WI 横断面:TR =500ms TE =8,NEX =1ms,矩阵280?
256,层间距=0mm,层厚=1.0mm,TA =9?,确保了
MRI 图像的清晰度和连续薄层扫描间距,为重建奠定了基础.
在临床工作中,神经外科医师依据头部二维的
MRI 资料,推断二想象构建人脑三维形态结构,显然有很大的局限性,也必然会影响临床医生对疾病的诊断与治疗[1].因此,国内外学者致力于从事颅脑形态结构的三维重建和可视化研究.20世纪80年代,
美国和加拿大研究机构[2-3]均基于MR 灰度图像[4-6](层厚最薄只能达到1mm)建立数学模型,但构建的模型均不能反映人脑结构信息资料[7].美国学一
者Spitzer 等[8]利用白种人标本间距为1mm 的
VHP 数据集开发人体大脑模型,但立体定向功能常用的图谱来自于一位56岁法国女尸的一侧大脑半球的层厚4mm 在Talairach [9-10]标准空间的脑模型,二者均来自西方人脑资料,显然不适合中国人脑结构的特点.李七渝等[11]利用数字化可视数据建立了中国人大脑解剖模型,不适用于临床应用.本实验利用1.5TMR 采集健康男性大脑数据,建立了反映中国人脑特点的脑解剖模型,可以为临床医师形象理解人脑结构及临床疾病的诊断二制定手术计划提供参考资料.参考文献:
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?责任编辑:陈丽华?
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84第4期缪春明,等:基于人脑MRI 图像的颅脑三维可视化研究
核磁共振的成像原理
核磁共振的成像原理 核磁共振成像术又叫磁共振成像术，简称核磁共振、磁共振或核磁，是80年代发展起来的一种全新的影像检查技术。它的全称是：核磁共振电子计算机断层扫描术(简称MRI--CT 或者MRl)。什么是核磁共振成像技术呢?简单地说，就是利用核磁共振成像技术(英文简写MRI、MR或NMR，法文简写RMN)进行医学诊断的一种新颖的医学影像技术。核磁共振是一种物理现象，早在1946年就被美国的布劳克和相塞尔等人分。别发现，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学等领域，用作研究物质的分子结构。直到1971年，美国人达曼迪恩才提出，将核磁共振用于医学的诊断，当时，未能被科学界所接受。然而，仅仅10 年的时间，到1981年，就取得了人体全身核磁共振的图像。使人们长期以来，设想用无损伤的方法，既能取得活体器官和组织的详细诊断图像，又能监测活体器官和组织中的化学成分和反应的梦想终于得以实现。 核磁共振完全不同于传统的X线和CT，它是一种生物磁自旋成像技术，利用人体中的遍布全身的氢原子在外加的强磁场内受到射频脉冲的激发，产生核磁共振现象，经过空间编码技术，用探测器检测并接受以电磁形式放出的核磁共振信号，输入计算机，经过数据处理转换，最后将人体各组织的形态形成图像，以作诊断。 核磁共振所获得的图像异常清晰、精细、分辨率高，对比度好，信息量大，特别对软组织层次显示得好。使医生如同直接看到了人体内部组织那样清晰、明了，大大提高了诊断效率。避免了许多以往因手术前诊断不明而不得不进行的开颅、开胸、开腹探查及其他的一些探查诊断性手术，使病人避免了不必要的手术痛苦以及探查性手术所带来的副损伤及并发症。所以它一出现就受到影像工作者和临床医生的欢迎，目前已普遍的应用于临床，对一些疾病的诊断成为必不可少的检查手段。 核磁共振提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术，而且不同于已有的成像术，它是一项革命性的影像诊断技术。因此，它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。 80年代美国政府开始批准核磁共振机的商品化生产，并开始临床应用。我国从1985年引进第1台核磁共振机至今已有超过1000台在工作，目前医生们越来越认识到它在诊断各种疾病中的重要作用，其使用范围也越来越广泛。
磁共振成像原理
磁共振成像是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种成像技术。核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）是一种核物理现象。早在1946年Block与Purcell 就报道了这种现象并应用于波谱学。Lauterbur1973年发表了MR成像技术，使核磁共振不仅用于物理学和化学。也应用于临床医学领域。近年来，核磁共振成像技术发展十分迅速，已日臻成熟完善。检查范围基本上覆盖了全身各系统，并在世界范围内推广应用。为了准确反映其成像基础，避免与核素成像混淆，现改称为磁共振成像。参与MRI 成像的因素较多，信息量大而且不同于现有各种影像学成像，在诊断疾病中有很大优越性和应用潜力。
一、磁共振现象与MRI 含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电，产生磁矩，有如一个小磁体。小磁体自旋轴的排列无一定规律。但如在均匀的强磁场中，则小磁体的自旋轴将按磁场磁力线的方向重新排列。在这种状态下，质子带正电荷，它们像地球一样在不停地绕轴旋转，并有自己的磁场. 正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态。当把它们放入一个强外磁场中，就会发生改变。它们仅在平行或反平行于外磁场两个方向上排列 用特定频率的射频脉冲（radionfrequency，RF）进行激发，作为小磁体的氢原子核吸收一定量的能而共振，即发生了磁共振现象。停止发射射频脉冲，则被激发的氢原子核把所吸收的能逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态。这一恢复过程称为弛豫过程（relaxationprocess），而恢复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫时间（relaxationtime）。有两种弛豫时间，一种是自旋-晶格弛豫时间（spin-lattice relaxationtime）又称纵向弛豫时间（longitudinal relaxation time）反映自旋核把吸收的能传给周围晶格所需要的时间，也是90°射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态所需时间，称T1。另一种是自旋-自旋弛豫时间（spin-spin relaxation time），又称横向弛豫时间（transverse relaxation time）反映横向磁化衰减、丧失的过程，也即是横向磁化所维持的时间，称T2。T2衰减是由共振质