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(xué)珠江醫(yī)院神經(jīng)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(xué)珠江醫(yī)院神經(jīng)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(jié)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(xué)珠江醫(yī)院近6年來進(jìn)行丘腦底核深部腦刺激手術(shù)的40例帕金森患者的術(shù)前磁共振影像，應(yīng)用三維重建技術(shù)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(cè)等進(jìn)行比較，并總結(jié)其分布規(guī)律．結(jié)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(fù)相關(guān)性，且左側(cè)STN體積大于右側(cè)STN，但不同性別的STN體積比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0．05）．結(jié)論：三維重建技術(shù)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(cè)大于右側(cè)，呈現(xiàn)一定規(guī)律性．

【關(guān)鍵詞】三維重建；帕金森?。磺鹉X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(shù)治療帕金森病的進(jìn)展，特別是深部腦刺激手術(shù)（deep brain stimulation，DBS）的應(yīng)用，大大改善了患者的生活質(zhì)量．目前帕金森DBS治療的靶點有蒼白球內(nèi)側(cè)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(jìn)行DBS手術(shù)的首選靶點［2］．

臨床上定位STN主要依靠術(shù)前磁共振影像，它需要術(shù)者在各個層面反復(fù)檢查確定針道，以免誤穿重要的組織．隨著三維重建技術(shù)的引入，它能實現(xiàn)腦組織的三維重建，使術(shù)者能夠放大、切割和提取需要的組織器官，從而為手術(shù)設(shè)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(shù)靶點的精準(zhǔn)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(nèi)外均有報道［4－6］，但由于STN與周圍核團(tuán)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(jié)合精確的解剖數(shù)據(jù)．目前應(yīng)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(shù)患者的術(shù)前磁共振影像進(jìn)行三維重建，測量不同帕金森個體的STN體積數(shù)據(jù)，并結(jié)合年齡、病程等因素進(jìn)行分析，以期為帕金森患者STN?DBS手術(shù)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(xué)珠江醫(yī)院近6年來收治的帕金森STN?DBS手術(shù)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(jìn)行術(shù)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(biāo)準(zhǔn) 符合國際功能障礙協(xié)會（movement disorder society，MDS）2015版帕金森病診斷標(biāo)準(zhǔn)的帕金森患者，且無其他明顯神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，影像學(xué)未提示有明顯顱內(nèi)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(shù)前磁共振影像資料導(dǎo)入Mimics17軟件，并確定空間坐標(biāo)系．調(diào)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(jìn)行著色，對STN區(qū)域進(jìn)行局部增強(qiáng)，使核團(tuán)區(qū)域凸顯出來（圖1）．

圖1　對選定興趣區(qū)進(jìn)行著色

1．3．2優(yōu)化核團(tuán)外形和重建 由兩位經(jīng)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(qiáng)區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，修正輪廓，并用軟件的三維重建功能進(jìn)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(jìn)行測量，并依次記錄．

1．4統(tǒng)計學(xué)處理 用SPSS20．0統(tǒng)計學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)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(xué)意義．對不同性別帕金森患者的STN體積進(jìn)行獨立樣本t檢驗，P＜0．01表示差異具有統(tǒng)計學(xué)意義．所有數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布．

圖2　丘腦底核

2　結(jié)果

2．1各年齡段STN體積分布及相關(guān)性研究 對40例帕金森患者進(jìn)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(cè)STN體積、右側(cè)STN體積以及雙側(cè)STN平均體積進(jìn)行相關(guān)性檢測，結(jié)果顯示有相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為－0．606、－0．412、－0．535，且差異具有統(tǒng)計學(xué)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(cè)STN平均體積左側(cè)STN體積右側(cè)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(guān)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(guān)性研究 40例帕金森患者的病程為（8．60±3．52）年，同左側(cè)STN體積、右側(cè)STN體積以及雙側(cè)STN平均體積進(jìn)行相關(guān)性檢測，結(jié)果顯示有相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為－0．601、－0．602、－0．633，且差異具有統(tǒng)計學(xué)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(guān)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(cè)STN體積比較 將40例帕金森患者左、右側(cè)STN體積比較，并按年齡分組依次比較，結(jié)果顯示（表4），帕金森患者的左側(cè)STN體積較右側(cè)大，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0．01），且在A、B、C組均符合此結(jié)果．D組左右側(cè)STN體積差異并無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0．01）．

表4　帕金森患者左右側(cè)STN體積的比較　?。ā纒，mm3）

表4　帕金森患者左右側(cè)STN體積的比較　?。ā纒，mm3）

bP＜0．01 vs右側(cè)STN．

組別　n　　左側(cè)STN　　右側(cè)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(jìn)行獨立樣本t檢驗，結(jié)果顯示兩組年齡、病程之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0．01），具有可比性．結(jié)果顯示，不同性別間STN體積差異無統(tǒng)計學(xué)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(cè)STN平均體積左側(cè)STN體積　右側(cè)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(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，比如顱底手術(shù)［8］、顱骨骨折［9］以及DBS手術(shù)［10］等．三維重建技術(shù)以優(yōu)秀的空間分辨率、清晰的立體解剖關(guān)系而受到臨床醫(yī)生的青睞．特別是STN?DBS手術(shù)需要精準(zhǔn)的定位，以減少出血等并發(fā)癥的產(chǎn)生［11］，而定位的準(zhǔn)確性依賴于個體STN數(shù)據(jù)差異的研究［12］．而目前關(guān)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(shù)，在近20年來受到世界各國神經(jīng)外科醫(yī)生的應(yīng)用，但對于其治療機(jī)制研究不一而足，有研究［13］認(rèn)為其能增加局部血液灌注，與糖代謝有關(guān)［14］，也有研究［15］認(rèn)為其能對黑質(zhì)膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生影響．但目前而言STN?DBS治療帕金森病的明確機(jī)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(xué)數(shù)據(jù)，為帕金森病深部腦刺激治療機(jī)制的研究，應(yīng)用STN?DBS手術(shù)以及評估帕金森患者手術(shù)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(fù)相關(guān)性．將其與正常人丘腦底核數(shù)據(jù)［17］進(jìn)行比較，顯示帕金森患者體積明顯偏小．這提示了帕金森病的發(fā)病機(jī)制同丘腦底核的體積變化存在一定關(guān)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(jìn)展而縮?。▓D4），進(jìn)一步符合上述設(shè)想．

帕金森患者的左右側(cè)丘腦底核體積具有明顯差異（表4），左側(cè)丘腦底核體積大于右側(cè)，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(guān)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(shè)計靶點的時候，我們應(yīng)該考慮左右側(cè)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(shù)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(zhì)量以及操作者的解剖學(xué)經(jīng)驗．由于目前并沒有對大腦核團(tuán)的自動劃分功能，本研究雖然由2位熟練DBS手術(shù)醫(yī)生進(jìn)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(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型和核團(tuán)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(xiàn)標(biāo)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(xué)基金（81501046，81371397，81172416）

作者簡介：張偉忠．博士在讀．E?mail：516725971＠qq．com