帕金森患者丘腦底核三維重建

張偉忠，盧鳳飛，薛 杉，汪浩源，姚 晨，何驍征，張世忠 （南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院神經外科，廣東廣州510280）

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帕金森患者丘腦底核三維重建

張偉忠，盧鳳飛，薛 杉，汪浩源，姚 晨，何驍征，張世忠 （南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院神經外科，廣東廣州510280）

【摘 要】目的：探討三維重建帕金森患者丘腦底核的可視化研究，并總結丘腦底核在帕金森患者中的變化規(guī)律．方法：收集南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院近6年來進行丘腦底核深部腦刺激手術的40例帕金森患者的術前磁共振影像，應用三維重建技術重建丘腦底核，測量丘腦底核體積，并按年齡、病程、性別、左右側等進行比較，并總結其分布規(guī)律．結果：帕金森患者STN平均體積，40～49歲組為（86．45±8．75）mm3；50～59歲組為（79．20±4．16）mm3；60～69歲組為（76．03±5．76）mm3；70～79歲組為（76．46±5．22）mm3．其體積與年齡、病程均呈負相關性，且左側STN體積大于右側STN，但不同性別的STN體積比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0．05）．結論：三維重建技術能較好顯示丘腦底核形態(tài)大小，帕金森患者丘腦底核體積隨年齡和病程增長而縮小，左側大于右側，呈現(xiàn)一定規(guī)律性．

【關鍵詞】三維重建；帕金森病；丘腦底核；體積

0　引言

帕金森病一直是困擾人類的一大疾病，但近年來，隨著手術治療帕金森病的進展，特別是深部腦刺激手術（deep brain stimulation，DBS）的應用，大大改善了患者的生活質量．目前帕金森DBS治療的靶點有蒼白球內側核（globus pallidus internas，GPi）和丘腦底核（subthalamic nucleus，STN），而STN在運動癥狀的改善方面優(yōu)于GPi［1］，所以逐漸成為帕金森患者進行DBS手術的首選靶點［2］．

臨床上定位STN主要依靠術前磁共振影像，它需要術者在各個層面反復檢查確定針道，以免誤穿重要的組織．隨著三維重建技術的引入，它能實現(xiàn)腦組織的三維重建，使術者能夠放大、切割和提取需要的組織器官，從而為手術設計提供更直觀立體的參考．研究發(fā)現(xiàn)，三維重建定位STN?DBS手術靶點的精準度優(yōu)于2D磁共振影像定位［3］．雖然目前STN的三維重建在國內外均有報道［4－6］，但由于STN與周圍核團灰度相近，難以實現(xiàn)自動分割，且不同個體形態(tài)大小差異明顯［7］，所以需要結合精確的解剖數(shù)據(jù)．目前應用的STN數(shù)據(jù)多來自于冰凍切片研究，而尸體數(shù)據(jù)有異于活體數(shù)據(jù)，可能會造成一些偏差．并且這些數(shù)據(jù)均來自于正常個體，鮮有針對帕金森患者的STN數(shù)據(jù)研究采集．

基于上述問題，本研究對40例STN?DBS手術患者的術前磁共振影像進行三維重建，測量不同帕金森個體的STN體積數(shù)據(jù)，并結合年齡、病程等因素進行分析，以期為帕金森患者STN?DBS手術提供參考．

1　資料和方法

1．1一般資料 選取南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院近6年來收治的帕金森STN?DBS手術患者40例作為研究對象，其中男22例；女18例，年齡（57．93±8．47）歲，病程（8．60±3．52）年．根據(jù)患者的年齡分為4組：A組（40～49歲），B組（50～59歲），C組（60～69歲），D組（70～79歲）．患者均進行術前磁共振檢測，層厚為1 mm．所有數(shù)據(jù)以DICOM格式保存．

1．2納入標準 符合國際功能障礙協(xié)會（movement disorder society，MDS）2015版帕金森病診斷標準的帕金森患者，且無其他明顯神經系統(tǒng)癥狀，影像學未提示有明顯顱內異常，無精神病史、酗酒史、藥物濫用史．

1．3方法

1．3．1選定興趣區(qū)域（region of interest，ROI） 將患者的術前磁共振影像資料導入Mimics17軟件，并確定空間坐標系．調整圖像灰度使STN顯示清晰．在STN所在層面，選取ROI并根據(jù)該區(qū)域的灰度范圍對影像進行著色，對STN區(qū)域進行局部增強，使核團區(qū)域凸顯出來（圖1）．

圖1　對選定興趣區(qū)進行著色

1．3．2優(yōu)化核團外形和重建 由兩位經驗豐富的臨床DBS醫(yī)生在互不知情的情況下，比對中國數(shù)字化可視人體圖譜，對增強區(qū)域進行進一步優(yōu)化，修正輪廓，并用軟件的三維重建功能進行重建（圖2A、2B）．

1．3．3測量體積并記錄 用軟件自帶的體積測量功能對左右STN體積進行測量，并依次記錄．

1．4統(tǒng)計學處理 用SPSS20．0統(tǒng)計學軟件對數(shù)據(jù)進行分析，計量資料用±s表示，采用t檢驗，P＜0．01表示差異具有統(tǒng)計學意義．對不同性別帕金森患者的STN體積進行獨立樣本t檢驗，P＜0．01表示差異具有統(tǒng)計學意義．所有數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布．

圖2　丘腦底核

2　結果

2．1各年齡段STN體積分布及相關性研究 對40例帕金森患者進行年齡分組，觀察各年齡段的STN體積分布（表1）．并對年齡與左側STN體積、右側STN體積以及雙側STN平均體積進行相關性檢測，結果顯示有相關性，相關系數(shù)分別為－0．606、－0．412、－0．535，且差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0．01，表2），并繪制散點趨勢圖（圖3）．

表1　帕金森患者各年齡段STN體積分布　?。ā纒，mm3）

表1　帕金森患者各年齡段STN體積分布　?。ā纒，mm3）

組別　n　　雙側STN平均體積左側STN體積右側STN體積A組　8　 86．45±8．75　 91．67±9．64　 81．24±8．19 B組　12　 79．20±4．16　 85．01±4．25　 73．39±5．84 C組　16　 76．03±5．76　 80．40±5．29　 71．66±6．79 D組　4　 76．46±5．22　 79．95±6．13　 69．45±7．74

表2　帕金森患者年齡與STN體積的相關性分析

圖3　帕金森患者STN體積隨年齡變化趨勢圖

2．2病程與STN體積的相關性研究 40例帕金森患者的病程為（8．60±3．52）年，同左側STN體積、右側STN體積以及雙側STN平均體積進行相關性檢測，結果顯示有相關性，相關系數(shù)分別為－0．601、－0．602、－0．633，且差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0．01，表3），并繪制散點趨勢圖（圖4）．

表3　帕金森患者病程與STN體積的相關性分析

圖4　帕金森患者STN體積隨病程變化趨勢圖

2．3帕金森患者雙側STN體積比較 將40例帕金森患者左、右側STN體積比較，并按年齡分組依次比較，結果顯示（表4），帕金森患者的左側STN體積較右側大，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0．01），且在A、B、C組均符合此結果．D組左右側STN體積差異并無統(tǒng)計學意義（P＞0．01）．

表4　帕金森患者左右側STN體積的比較　?。ā纒，mm3）

表4　帕金森患者左右側STN體積的比較　?。ā纒，mm3）

bP＜0．01 vs右側STN．

組別　n　　左側STN　　右側STN A組　8　91．67±9．64b　81．24±8．19 B組　12　85．01±4．25b　73．39±5．84 C組　16　80．40±5．29b　71．66±6．79 D組　4　76．46±5．22　69．45±7．74合計　40　83．64±7．62　78．87±7．70

2．4不同性別帕金森患者STN體積比較 將40例帕金森患者按性別分為兩組，并對年齡、病程進行獨立樣本t檢驗，結果顯示兩組年齡、病程之間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0．01），具有可比性．結果顯示，不同性別間STN體積差異無統(tǒng)計學意義（P＞0．01，表5）．

表5　不同性別帕金森患者STN體積的比較?。ā纒，mm3）

表5　不同性別帕金森患者STN體積的比較?。ā纒，mm3）

組別　n雙側STN平均體積左側STN體積　右側STN體積男性　22　 79．47±5．02　 84．77±4．87　 74．17±6．65女性　18　 77．89±9．44　 82．26±10．00　 73．52±9．00

3　討論

磁共振三維重建在神外的各項領域中已經得到廣泛應用，比如顱底手術［8］、顱骨骨折［9］以及DBS手術［10］等．三維重建技術以優(yōu)秀的空間分辨率、清晰的立體解剖關系而受到臨床醫(yī)生的青睞．特別是STN?DBS手術需要精準的定位，以減少出血等并發(fā)癥的產生［11］，而定位的準確性依賴于個體STN數(shù)據(jù)差異的研究［12］．而目前關于帕金森患者的STN數(shù)據(jù)研究極度缺乏，無法為臨床提供有效參考．此外，雖然STN?DBS治療帕金森手術，在近20年來受到世界各國神經外科醫(yī)生的應用，但對于其治療機制研究不一而足，有研究［13］認為其能增加局部血液灌注，與糖代謝有關［14］，也有研究［15］認為其能對黑質膠質細胞產生影響．但目前而言STN?DBS治療帕金森病的明確機制仍然是一個未解之謎［16］．基于此，本研究試圖通過測量分析丘腦底核形態(tài)學數(shù)據(jù)，為帕金森病深部腦刺激治療機制的研究，應用STN?DBS手術以及評估帕金森患者手術效果提供了一定的數(shù)據(jù)參考．

本研究的帕金森患者丘腦底核體積在40～49歲組為（86．45±8．75）mm3；50～59歲組為（79．20± 4．16）mm3；60～69歲組為（76．03±5．76）mm3；70～79歲組為（76．46±5．22）mm3，其隨年齡的增長而縮小呈負相關性．將其與正常人丘腦底核數(shù)據(jù)［17］進行比較，顯示帕金森患者體積明顯偏?。@提示了帕金森病的發(fā)病機制同丘腦底核的體積變化存在一定關聯(lián)性．而且本研究發(fā)現(xiàn)丘腦底核體積隨帕金森病病程進展而縮?。▓D4），進一步符合上述設想．

帕金森患者的左右側丘腦底核體積具有明顯差異（表4），左側丘腦底核體積大于右側，呈現(xiàn)明顯的不對稱性．考慮研究對象均為右利手，從一定程度上提示了形態(tài)與功能的相關性．但不同性別之間，在病程和年齡相一致的情況下，帕金森患者STN體積并沒有明顯差異．

因此，在設計靶點的時候，我們應該考慮左右側以及不同年齡段和病程的帕金森患者STN體積的差異，且需考慮其對帕金森患者手術療效的影響．本研究雖然提供了部分帕金森患者的STN數(shù)據(jù)，但病例數(shù)仍然過少，需要更大宗的研究支持．而且磁共振影像的三維重建的精度依賴于影像質量以及操作者的解剖學經驗．由于目前并沒有對大腦核團的自動劃分功能，本研究雖然由2位熟練DBS手術醫(yī)生進行操作，但仍難以完全消除人為因素的偏差．而這需要更精準的數(shù)學模型和核團劃分算法的研究，為臨床提供支持．

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通迅作者：張世忠．E?mail：shizhongzh＠163．com

Reconstruction of subthalamic nucleus in parkinson’s disease patients

ZHANG Wei?Zhong，LU Feng?Fei，XUE Shan，WANG Hao?Yuan，YAO Chen，HE Xiao?Zheng，ZHANG Shi?Zhong
Department of Neurosurgery，Zhujiang Hospital，Southern Medi?cal University，Guangzhou 510280，China

【Abstract】AIM：To study on 3D reconstruction of subthalamic nucleus and the measurement of subthalamic nucleus volume in parkinson’s disease patients and summarize its regularity．METH?ODS：The subthalamic nucleus of 40 parkinson’s disease patients was reconstructed，using their pre?opration MR images．And we measured the volume of subthalamic nucleus and made compara?tion of volume based on groups of age、duration and so on．And figured out the regularity．RESULTS：The average volume of subthalamic nucleus in patients from 40－49 year?old was 86．45± 8．75 mm3and it’s 79．20±4．16 mm3in 50－59 year?old group，76．03±5．76 mm3in 60－69 year?old group as well as 76．46±5．22 mm3in patients older than 70 year?old．The volume of subthalamic nucleus was negatively correlated to the age and duration and the left subthalamic was larger than the right one．However，there was no significant difference of volume in patients of different gender （P＞0．05）．CONCLUSION：The 3D reconstruction of MR images technology works great in the study of subthalamic nucleus．And the volume of subthalamic nucleus decreases with the increase of age and duration，of which the left is larger than the right．

【Keywords】reconstruction；parkinson’s disease；subthalamic nucleus；volume

【中圖分類號】R752．4

【文獻標識碼】A

文章編號：2095?6894（2016）03?05?04

收稿日期：2016－02－15；接受日期：2016－02－28

基金項目：國家自然科學基金（81501046，81371397，81172416）

作者簡介：張偉忠．博士在讀．E?mail：516725971＠qq．com