MR与CT图像融合技术在帕金森病深部脑电刺激术后的应用

何 品，蔡晓东，张豆豆，刘佳丽，吴清平， 许东峰，雷 益，邱喜雄，夏 军*

(1.深圳市第二人民医院影像科,2.神经外科，3.统计教研室，广东 深圳 518035)

MR与CT图像融合技术在帕金森病深部脑电刺激术后的应用

何 品1，蔡晓东2，张豆豆2，刘佳丽2，吴清平3， 许东峰1，雷 益1，邱喜雄1，夏 军1*

(1.深圳市第二人民医院影像科,2.神经外科，3.统计教研室，广东 深圳 518035)

目的 采用CT和MRI图像融合技术评价帕金森病(PD)患者深部脑电刺激(DBS)术后电极位置准确性的应用价值。方法 收集接受双侧DBS疗法的32例PD患者，采用术后颅脑薄层CT和术前MRI图像融合(融合组)技术并与常规术后复查MRI图像(常规组)比较，分析电极位置精确度及检查耗费时间。结果 融合组与常规组测量的电极位置相关性较好(P均<0.008)；融合组与常规组电极尖端位置比较，除左侧电极y轴、z轴方向差异有统计学意义外(t=-2.34、-3.08，P均<0.05)，余差异均无统计学意义(P均>0.05)。术后复查MR检查时间为(7.65±0.33)min，术后复查CT时间为(2.85±0.29)min，差异有统计学意义(P<0.05)。结论 DBS术后应用头部薄层CT与MRI图像融合能精确定位电极位置，并可避免PD术后复查MRI的潜在风险，缩短术后复查的时间。

图像融合；体层摄影术，X线计算机；磁共振成像；深部脑刺激；电极位置

深部脑电刺激(deep brain stimulation， DBS)疗法是一种安全、微创、疗效好的手术方法，且越来越多地用于不能耐受药物治疗的晚期及长期帕金森病(Parkinson disease， PD)患者，约70%PD患者在术后5年内临床症状及生活质量得到明显改善与提高[1-2]。DBS术后通过利用持续的高频脉冲电刺激抑制不正常的脑核团异常放电，达到治疗效果，而刺激参数质量控制及调整是由术后植入电极的解剖位置决定的[3]。由于MRI比CT具有更好的软组织对比度，故临床上常规采用MRI术后复查确定植入电极位置。但有研究[4-5]报道，DBS术后MR复查存在一定的风险，如电极发热、移位、电流刺激及设备破坏等，甚至在未严格遵守MR安全检查要求的前提下，可能导致严重、暂时或永久的伤害，包括短暂性肌张力障碍、瘫痪、昏迷，甚至死亡。本研究拟通过图像融合技术将患者术前颅脑MRI与术后薄层CT图像进行融合处理，并与常规术后颅脑MR图像对照，探讨图像融合技术显示电极位置的能力。

1 资料与方法

1.1一般资料 收集2015年4月—2016年3月在我院接受DBS治疗的PD患者32例，其中女12例，男20例，年龄32～76岁,平均(56.8±12.0)岁，病程 3～7年，Hoehn and Yahr分级(2～5级)平均(3.04±0.91)级。患者术前大剂量左旋多巴冲击试验改善率均≥30%。所有患者均接受双侧DBS治疗，患者术前、术后均以帕金森运动评分量表(united parkinson's disease rate scale, UPDRS Ⅲ)评分，并计算改善率。改善率=(未服药UPDRS Ⅲ基线评分-服药后或术后UPDRS Ⅲ评分)/未服药UPDRS Ⅲ基线评分×100%。

1.2仪器与方法 MR检查：采用Siemens Avanto 1.5T MR扫描仪，32通道头线圈。扫描序列：术前行高分辨率质子密度像+SE T2WI轴位扫描(TR 3 460 ms，TE1 11 ms，TE2 90 ms，翻转角度150°，FOV 250 mm×250 mm，矩阵256×256，激励次数2，层厚 2 mm。术后行质子密度像+SE T2WI轴位扫描(TR 4 320 ms，TE1 11 ms，TE2 90 ms，FOV 230 mm×230 mm，矩阵256×256，体素大小0.9 mm×0.9 mm×2.0 mm，激励次数2，层厚2 mm和SE T2WI冠状位扫描 (TR 3 090 ms，TE 84 ms，翻转角度150°，FOV 220 mm×220 mm，矩阵384×288，激励次数1)。CT检查：采用Siemens Somatom definition 40排螺旋CT机，管电压140 keV，管电流286 mA，层厚0.6 mm。图像处理工作站采用医科达Leksell 10.1手术计划工作站(Elekta Instruments, Stockholm)。

1.3分组及电极坐标计算方法 以术后常规MRI为常规组；以术前颅脑MRI与术后薄层CT融合图像为融合组。常规组的电极位置测量：DBS术后1周，脑起搏器处于关闭状态，若患者不自主运动，需给予5 mg的地西泮静脉推注，以保证采集的图像无运动伪影；行MR扫描，扫描层面包括轴位[与前联合、后联合线(AC-PC)平行]及冠状位(与电极方向平行)；图像导入Leksell 10.1计划系统工作站，以AC-PC为中点，重建冠状位、矢状位及轴位图像，分别在轴位(x轴)、矢状位(y轴)、冠状位(z轴)方向测量并记录电极位置(图1)。融合组的电极位置测量：术前1～2天进行MR头颅平扫；质子密度像+T2WI轴位像与AC-PC平面平行；术后当日行去框架头颅CT扫描(薄层)，扫描层厚2 mm，重建层厚0.6 mm，扫描范围覆盖颅底及头顶，扫描方向与AC-PC平面平行；应用Leksell手术计划工作站将MRI图像与术后CT图像进行图像融合处理，以AC--PC的中点作为原点，分别在轴位(x轴)、矢状位(y轴)、冠状位(z轴)方向测量并记录电极位置(图2、3)。

1.4统计学方法 采用SPSS 16.0统计分析软件。采用配对t检验比较两组DBS术后电极植入位置及术后扫描时间的差异，以P<0.05为差异有统计学意义。采用Pearson相关性分析比较两组DBS术后电极植入位置的一致性；经Bonferroni校准，以P=0.008为检验水准。

2 结果

患者术前大剂量服用左旋多巴较术前未服用左旋多巴的UPDRS Ⅲ评分改善率约为80.74%，开机未服左旋多巴较术前未服用左旋多巴的改善率约为47.46%，开机服用左旋多巴较术前未服用左旋多巴的改善率约为87.25%(表1)。

常规组与融合组测量的电极植入位置具有相关性(P均<0.008，表2、图4～7)；融合组与常规组电极尖端位置比较，除左侧电极y轴、z轴方向差异有统计学意义外(t=-2.34、-3.08，P均<0.05)，余差异均无统计学意义(P均>0.05，表3)。

PD患者术后复查MR检查时间为(7.65±0.33)min，术后复查CT时间为(2.85±0.29)min，差异有统计学意义(P<0.05)。

表1 患者术前、术后UPDRS Ⅲ量表评分

表2 融合组与常规组测量电极空间位置的相关程度

表3 融合组与常规组测量双侧电极尖端位置比较(mm，±s)

图1 常规MR图像测量电极空间位置 A.x轴方向； B.y轴方向； C.z轴方向

图2 应用融合图像计算植入电极空间坐标 A.x轴方向； B.y轴方向； C.z轴方向 图3 融合图像可清晰显示出电极四个刺激点(箭)

图4 常规组与融合组测量y轴方向左侧电极尖端位置的散点图 图5 常规组与融合组测量z轴方向左侧电极尖端位置的散点图 图6 常规组与融合组测量x轴方向右侧电极尖端位置的散点图 图7 常规组与融合组测量y轴方向右侧电极尖端位置的散点图

3 讨论

在过去的10年里，DBS手术逐渐取代了丘脑底核(subthalamic nucleus，STN)核团毁损术，越来越多地用于治疗晚期及长期不能耐受药物治疗的PD患者。目前临床常用的电刺激靶点为STN核，手术的关键在于精确地定位靶点位置，以期得到较好的临床效果，而术后复查电极位置不仅可以评估电极放置的准确性，还可以排查是否有颅内出血等并发症。虽然常规MRI显示软组织有良好对比度，可清楚地观察电极是否在STN核内，但植入电极材质在磁场中可能会存在发热、移位、电流刺激及设备破坏等潜在风险，因此本研究拟采用术前MRI与术后CT图像融合技术代替术后复查MRI，既能达到术后复查MRI的效果又能避免MRI潜在风险。

UPDRS是目前国际上普遍用于评价PD患者生活质量的量表，不仅可以对PD患者的运动、日常生活能力、病程发展程度、手术疗效等作出客观评判，还可以直观地了解手术后肢体震颤、僵直的改善及手脚灵活性的变化，是判断DBS疗效的重要预测指标[6]。本组患者术前大剂量左旋多巴冲击试验改善率均≥30%，预示可能获得较好的手术效果。本研究结果显示相对于术前未服左旋多巴的UPDRSⅢ量表评分，术后开机未服药及术后开机服药后UPDRSⅢ量表评分改善率明显提高。Shin等[7]临床研究发现，术后疗效的改善率可以推测术后电极放置在STN核内的精确度。

Coyne等[8-10]研究发现，应用手术计划系统配合图像融合技术能够提高靶点识别准确性以及加快手术进程。本研究采用CT与MR融合图像与常规术后MR图像对照，结果显示融合组与常规组两种方法具有较高相关性，且双侧电极在x轴方向差异无统计学意义，与既往Barnaure等[11]的研究结果基本一致。

本研究图像融合和测量是由1名影像科主任医师和1名功能神经外科主任医师共同完成，将图像导入Leksell 10.1软件包中，基于图像中共有的信息匹配算法进行融合，融合程度较高，且测量方法是基于AC-PC中点，两组图像均进行校准，以保证两组图像在Leksell软件中的空间位置是一致的，提高了测量精度。但左侧电极z轴方向、y轴方向差异均有统计学意义(t=-2.34、-3.08，P<0.05)，且常规图像较融合图像电极位置偏高，Barnaure等[11]研究结果同样存在差异性结果。推测可能与以下因素有关：①由于条件限制，短期内样本量不足；②精确的电极尖端人为识别误差；③电极材质在MR中产生伪影；④融合仍存在微小误差等。这些因素还有待在大样本病例中进一步研究。

DBS术后PD患者术后复查CT的时间[(2.85±0.29)min]较术后复查MR检查的时间[(7.65±0.32)min]，大大缩短，提高了患者舒适度，也降低了MR设备的使用频率。

本研究发现，融合图像与常规术后MR图像测量电极位置具有较高一致性且能精确定位电极位置、减少扫描时间。因此认为CT与MRI融合图像既能够弥补CT图像组织分辨力差的劣势，又能避免术后复查MR可能带来的风险，与既往研究[12-13]相符。Paek等[12]通过DBS术后PD患者临床症状改善提出术后CT与术前MR融合图像可以精确评价术后电极的位置；Geevarghese等[13]通过测量融合图像电极尖端的位置，认为DBS术后CT与MRI融合是一种安全、可靠、快速的检查方法。

总之，术前MRI与术后CT融合图像不仅可以精确定位电极位置，而且对电极周围组织结构显示清楚，可为临床提供术后评价，并可对下一步针对不同适应症(如PD、肌张力障碍、震颤、癫痫等)的治疗选择最合适的电极接触刺激[14]。

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Application of MR and CT image fusion technology after surgery of deep brain electrical stimulation in Parkinson disease

HEPin1,CAIXiaodong2,ZHANGDoudou2,LIUJiali2,WUQingping3,XUDongfeng1,LEIYi1,QIUXixiong1,XIAJun1*

(1.DepartmentofRadiology, 2.DepartmentofFunctionalNeurosurgery, 3.TeachingandResearchSectionofStatistics,ShenzhenSecondPeople'sHospital,Shenzhen518035,China)

Objective To explore the accuracy of the electrodes position in deep brain stimulation (DBS) by using image fusion technique of post-operative CT with pre-operative MRI in patients with Parkinson Disease (PD). Methods Totally 32 patients with PD underwent bilateral DBS were acquired. The electrodes position and examination time of each patient were compared between fusion image of post-operative CT with pre-operative MRI (fusion group) and post-operative conventional MRI(control group). Results Fusion images of fusion group and conventional MR images of control group had high consistency in measure of the electrodes position (allP<0.008). The differences of the left electrodes position in theyandzaxis had statistically significance between fusion group and control group (t=-2.34,-3.08; bothP<0.05), others had no statistically significance (allP>0.05). Post-operative MRI examination time and post-operative CT examination time were (7.65±0.32)min and (2.85±0.292)min, respectively (P<0.05). Conclusion Application of post-operative CT and pre-operative MRI image fusion after DBS operation can accurately identify the electrodes position. It can reduce the potential risk encountered by post-operative MRI examination and shorten the post-operative scan time for patients.

Image fusion; Tomography, X-ray computed; Magnetic resonance imaging; Deep brain stimulation; Electrode position

广东省科技计划项目(2014A020212044、2014A020212047)、深圳市卫生计生系统科研项目(201401019)、深圳市科技研发资金项目(JCYJ20150330102720167)。

何品(1989-)，女，安徽宿州人，在读硕士，医师。研究方向：中枢神经系统影像诊断。E-mail： 649222213@qq.com

夏军，深圳市第二人民医院影像科，518035。E-mail: xiajun2003sz@aliyun.com,

2016-07-12

2016-10-31

中枢神经影像学

10.13929/j.1003-3289.201607054

R744.8; R445

A

1003-3289(2017)02-0183-05