基于3D-DOCTOR的成人脑干MRI的三维测量准确性研究

王娟，李敏达，汤乐民

（1.南通大学医学院；2.南通大学附属医院影像科，江苏南通 226001)

基于3D-DOCTOR的成人脑干MRI的三维测量准确性研究

王娟1，李敏达2，汤乐民1

（1.南通大学医学院；2.南通大学附属医院影像科，江苏南通 226001)

目的利用3D-DOCTOR软件对脑干磁共振成像（MRI）图像进行三维重建及体积测量，分析测量值的准确性。方法选择十例脑干标本，根据阿基米德原理分别测量标本体积，再用3.0T MRI对十例标本分别扫描，用3D-DOCTOR软件对MRI图像进行三维重建，并利用该软件计算脑干体积，将获得的数据与实际测量数据进行比较分析。结果三维重建后脑干结构具有较好的立体感，可在计算机上进行自由观察和测量；计算机算出的脑干体积和实际测量值比较接近，两者之间的差异无统计学意义（P＞0.05）。结论借助3D-DOCTOR软件重建的脑干能较准确的模拟真实脑干，对该区病变的诊断和临床手术治疗有一定的指导意义。

脑干；三维重建；三维测量；磁共振成像；3D-DOCTOR

脑干上承间脑和大脑半球，下连脊髓，自下而上由延髓、脑桥和中脑三部分组成。脑干里有维持个体生命，包括心跳、呼吸、消化、体温、睡眠等重要的反射中枢，如果脑干受到损伤则会严重危及生命。脑干的毗邻结构复杂，如脑神经、脑血管等。有研究者通过对磁共振成像（MRI）图像的二维测量，获得了正常成人脑干的有关数据[1]。但随着计算机网络技术、医学图像处理技术和科学信息技术的迅猛发展，医学影像设备的不断更新，数字化研究不仅局限于二维图像的研究，通过对二维断层序列图像进行三维重建，可使医生从多角度多层次进行分析，通过人机交互能使医生有效的参与数据的处理和分析[2]。

脑干的病变如出血、梗塞、肿瘤等常见病变导致其外形的变化，肿瘤及出血常引起脑干的膨大，变性疾病又常导致脑干的萎缩，因此测量脑干的大小可以作为脑干病变的诊断依据。三维图像重建是开展脑干虚拟研究的基础，建立基于真实人体的脑干三维模型具有重要的研究价值与意义。本研究利用3D-DOCTOR 4.0软件对颅脑MRI图像中的脑干进行三维重建及测量，为该区病变的影像诊断及外科手术的设计和手术方式的选择提供形态学依据。

1 材料和方法

选取成人脑干标本（南通大学医学院解剖学实验室提供）十例，根据阿基米德原理用量筒测量其体积，为了减少测量误差，每个标本测量三次，取三次的平均值作为每个标本的实际体积。

利用3.0T MRI扫描仪对脑干标本进行扫描（南通大学附属医院影像中心提供），磁场强度为3.0T，数据采集距阵512*512，层厚5mm，用自旋回波序列，扫描参数：T1加权像；将扫描图像以DICOM格式输入图像处理工作站。在工作站上运行3D-DOCTOR 4.0软件，导入原始图像后进行图像配准，选取脑干，然后进行脑干三维重建和体积计算。将所得体积与实际测量体积做比较，观察两者之间的差异。

2 结果

利用3D-DOCTOR 4.0软件重建出成人脑干三维结构具有立体感，可在计算机上从任意角度自由观察其结构并进行脑干体积的测量（图1）。

十例脑干标本实际测量体积平均值为116350 mm3，计算机测量平均值为112372.4 mm3（表1）。两者比值最大为1.12，最小为0.92。两者之间的差异并没有统计学意义（P＞0.05）。

表1 成人脑干标本实际测量体积数据与三维重建测量体积数据及两者比值

图1 正常成人脑干三维重建立体图像

3 讨论

医学图像三维重建，是计算机图形学和数字图像处理技术在生物医学工程中的重要应用。它涉及到计算机图形学、数字图像处理、生物医学工程等多种技术，是一项多学科交叉的研究领域，是目前的一个研究热点[3-5]。医学三维重建技术在医学诊断、手术规划、模拟仿真、整形及假肢外科、解剖教学等方面都有重要的应用。因此，对医学图像三维重建技术的研究具有重要的学术意义和广阔的应用前景，它可以帮助我们更容易理解复杂的解剖结构、提供三维解剖数据以及有效地指导外科实践[6]。

颅脑常规CT平扫由于受后颅凹骨嵴的干扰，可在图像上产生放射状的伪影和“亨氏暗区”，严重地影响了脑干区病灶的显示。颅脑的MRI图像无骨伪影，具有良好的分辨率，能多方位成像，能清晰显示颅脑解剖结构，仅常规SE序列检查、T1加权像即可清晰显示颅脑脑干的解剖结构，因此多采用MRI序列图像用于脑部组织的三维重建。

本实验进行三维重建采用的是3D-DOCTOR 4.0软件。该软件是得到美国FDA认证的生物医学三维重建软件，具有占用内存小，重建速度快、价格便宜等优点。此外该软件操作简便，对计算机硬件要求不高，因此可以广泛使用。本研究中，三维重建后的脑干结构清晰，可以从任意角度进行观察，还可以进行任意的切割、旋转、测量等操作。在本研究中，计算机测量体积和真实体积稍有偏差，分析原因，MRI成像参数的选择会影响数据的准确性。三维重建是根据二维图像数据计算而来，因此图像的一些属性如：像素间距、层间距、图像分辨率、图像的范围以及图像的位置（如原点等）会影响重建后的三维图像的准确性。扫描间隔越大，丢失的数据也越多[7]。此外，实际测量数据由于操作者或其他原因，也有可能出现偏差。尽管两组数据不完全相同，但它们之间的差异并无统计学意义（P＞0.05），因此可以认为，3D-DOCTOR软件测量的脑干体积可以等同实际脑干体积。此外，该软件建立脑干的三维可视化模型，医生可以通过它精确直观地观察和分析脑干及其周围病变，极大地促进了影像诊断的精确性、外科手术计划设计的科学性、手术方式的优化及解剖多媒体教学的发展。

[1]张健.脑干的MRI解剖学测量及其临床意义[J].解剖学研究，2007，29(1)：59-61.

[2]郭高峰，汪剑威，张玉清.医学图像计算机三维重建技术研究进展[J].内蒙古医学院学报，2010，32(3)：62-65.

[3]季达峰，罗时鹏，韩笑，等.大鼠脑干连续冰冻切片在NOS阳性神经核团三维重建中的应用[J].神经解剖学杂志，2013，29(2)：173-176.

[4]张海军，林志国，王跃华.中国人脑MRI立体定向活体尾状核数字化的三维重建[J].中国组织工程研究与临床康复，2009，(13)：1637-1639.

[5]窦郁，雷军强，郭顺林，等.3.0TMR三维重建脑干小脑上脚纤维交叉的研究[J].2013，31(1)：57-59.

[6]沈宓，汤敏，丁斐.壁虎颈髓连续组织切片计算机三维重建研究[J].神经解剖学杂志，2011，27(3)：335-339.

[7]田和强，吴冬梅，杜志江，等.医学影像三维可视化系统的设计与实现[J].计算机仿真，2011，28(6)：270-273.

（责任编辑 刘红）

The Accuracy of Three-dimensional Reconstruction of Brainstem MRI Based on 3D-DOCTOR

WANG Juan1,LI Min-da2，TANG Le-min1
(1.Nantong University;2.The Affiliated Hospital of Nantong University，Nantong Jiangsu226001,China)

The brainstem reconstructed by 3D-DOCTOR is similar to the actual brainstem.This three-dimensional model may be helpful to diagnose the brainstem diseases and guide virtual brainstem surgery.

brainstem;three-dimensional reconstruction;three-dimensional measurement;MRI;3D-DOCTOR

R445.2

A

1671-0142（2015）05-0051-02

王娟(1981-)，女，江苏扬中人，实验师.