标准化神经影像融合技术及临床应用研究
丁里 朱之庄 武绍远 翟明 马莎 刘江
摘 要 目的 对不同成像技术的神经影像进行标准化影像融合研究，并用此技术进行临床应用。方法 利用计算机与扫描仪，采用photoshop 5.0图像处理软件，对脑部变性疾病、缺血性脑血管病MRI、CT、SPECT影像进行标准化影像融合。结果 显示该技术融合了结构学与功能学影像的优点，可准确的判断rCBF的改变范围、部位。结论 为研究结构学与功能学的神经影像学改变提供一种研究技术方法。
关键词：计算机辅助 神经影像 图像处理 标准化
在神经影像学中，头颅SPECT由于是对脑功能状态显像分辨率为厘米级，结构显示不如头颅CT、MRI清楚，相互之间独立比较时不易准确的确定病灶在SPECT上的位置及范围，主观影响因素较大。因此我们通过计算机与相应软件结合研究探讨：①用基于WINDOWS平台的个人电脑研究一种神经影像的叠加技术方法。②应用此技术使结构学影像能弥补功能学影像上的解剖结构及分辨率的不促。③提供一种神经影像的诊断、研究方法。
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1 临床资料
1.1 研究对象 标准化影像融合技术影像学处理临床上选择正常健康人1例，原发性失语症(primary progressive aphasia;PPA)1例，parkinsion病(parkinsion's disease;PD)2例(其中1例合并痴呆)，alzhiemer病(alzheimer disease;AD)2例，血管性疾呆(vasculal dementia;VD)2例，binswanger病(binswanger disease;BD)10例，单发性梗塞10例，共27例作为该技术的示例。全部示例的MRI、CT与SPECT检查时间控制在1周以内。
研究设备：P166计算机一台，二兆显示内存，32兆内存，1G硬盘。Microtek ScanMarker E6扫描仪及透明胶片适配仪，作为神经影像输入设备。软件采用Scanwizad 5.0版本。Canon 210SP彩色喷墨打印机作为输出设备，影像处理采用支持Windows 95中文平台的Adobe公司新版的Photoshop 5.0图像处理软件。
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1.2 方法
1.2.1 神经影像相互之间解剖匹配
(1)MRI：选用PHILIPS 0.5T的MRI进行头颅扫描，横断位从O-M线向上扫描10层，层厚10mm，冠状位由后向前以10mm扫描一层，矢状位由右向左扫描，以10mm扫描，解剖结构参照Georges标准。
(2)头颅CT：头颅CT选用SIEMENS SMATON Plus 4螺旋CT扫描，扫描横断位标准从O-M线向上扫描10层，层厚10mm，每层解剖结构标准参照Samuel标准。
(3)头颅SPECT：头颅SPECT选用美国Omega 550/MCS560型，放射性同位素选用99mTc-ECD扫描前避光、避声，静脉注射显像剂后30分钟进行度360度采样。之后，以每层厚10mm进行冠状、矢状、横断位断层成像，其三维解剖结构断层与MRI横断位、矢状位、冠状位或CT横断位扫描起始轴线相同。三者结构形态匹配标准参照姜氏标准。
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1.2.2 神经影像学的标准化过程
(1)将选择好的MRI(或CT横断位)及SPECT横断位(图1、2)、冠状位、矢状位层面影像，在扫描仪软件Scanwizad上设置MRI图像分辨率为200dpi，SPECT为400dpi后，控制在默认值将两种影像扫入Photshop软件中，打开Fill(文件)档中的预置(preferences)栏，选择参考线与网格(guides and Grid)，控制网格间隔(gridine every)7个象素，子网格(subivision)7个象素标准，用Image Size功能使每张MRI或是SPECT图像在叠加融合之前控制在Y轴、X轴7×7象素的标准网格范围之中。并以JPG格式命名文件后存档。
图1 正常健康人MRI横断位
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图2 正常健康人SPECT横断位
(2)在Photshop软件中，开启文件窗口，打开存档的MRI或CT和SPECT图像文档，并通过图像(image)窗口中的模式(mode)窗口中执行RGB指令，将MRI的黑白图像模式(grayscale)转化为具有彩色象素的RGB模式。以MRI或CT图像为背景(backgrouod)，SPECT图像为叠层(laryer)，选取SPECT图像后执行编辑(edit)窗口中的copy指令，拷贝选取SPECT图像。
(3)激活作为背景的MRI图像，将SPECT图像根据Y轴及X轴上的控制点，执行粘贴(plaste)指令，叠加融合入MRI之上，在layer窗口中执行叠层(overlay)指令，看清作为底层及粘贴层面的结构，然后通过Edit窗口中的自由扩张(free transfrom)指令，根据切入点用周边扩张点精确调整SPECT图像大小与MRI融合，再通过layer窗口中的合并指令(flatter image)使两张图像合并，这样两图像之间的标准化融合过程就完成了(图3)。
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图3 正常健康人标准化神经影像横断位
1.2.3 神经影像的诊断分析 结果分析采用双盲法头颅MRI或CT结果由放射科医师诊断，SPECT结果由核医学医师诊断，标准化影像融合诊断由一位课题组医师在计算机上进行结果诊断。最后，由另二位医师用计数方法比较标准化影像融合技术与经典影像诊断方法的结果异同。
2 结果
2.1 PPA在MRI 上仅左侧外侧裂周出现轻度萎缩，图像与SPECT融合后，则可以看出PPA的rCBF在颞顶区已消失，而左额中回、额下回前后区，右颞上、下回、双顶后区、枕前区rCBF已明显的减少。
2.2 PD合并痴呆的影像未作标准化融合时，MRI结构的改变仅额叶前部、双外侧裂轻度的萎缩，而SPECT在额叶、颞叶及颞枕区rCBF减少。标准融合后则可准确的确定SPECT在左额眶回、额上、中回、下回区明显减少，同时侧室前后角区rCBF出现减少，双侧基底节区rCBF尚保留，颞枕区在未经融合之前难以分清之间的界线，融合后，则可以看出rCBF减少主要在双侧颞上回后区。无痴呆的PD虽然在MRI上，双侧额、颞区、顶无明显的异常结构改变，在标准化融合影像后已可以发现双眶回区、额中回、颞上回及右颞枕区rCBF减少。
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2.3 Alzheimer病 在做标准融合之前，MRI仅显示了双颞叶、颞极的萎缩，额、顶叶轻度萎缩。SPECT显示：双颞叶前后区、顶rCBF消失，双额部区rCBF减少。与结构学影像融合后，显示额叶主要在额内侧、眶回、额下回、中回后部rCBF明显减少，双颞极、颞上回后、顶后rCBF消失，枕叶外侧rCBF减少，同时皮质下、侧室旁的rCBF也明显减少。
2.4 缺血性脑血管病 多梗塞性疾呆，MRI显示病灶呈多灶状，波及额、左侧丘脑、双基底节、侧室旁及顶叶。与SPECT的相应层次融合后，影像学显示病灶同上的区域rCBF消失，侧脑室旁rCBF明显减少，但以前后角为明显，同时双额叶从眶回至额上回区rCBF减少，内侧区域rCBF消失，顶区rCBF减少，双基底节区、丘脑区rCBF消失。
2.5 Binswanger脑病 有痴呆的患者MRI、T2加权相呈现在双侧室旁高信号云雾状的白质疏松状改变，并以前后角为明显，与SPECT相应的层面融合后，叠加融合的神经影像学显示了额后外侧rCBF消失，颞上回、颞下回、海马区、颞顶部rCBF明显减少，双侧室旁rCBF消失，尤其前、后角区。
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2.6 单发性梗塞 MRI显示梗塞区位于左侧颞后、缘上回角回区，与SPECT融合后，则显示复合影像rCBF消失波及颞中回、顶区且消失的周边仍有rCBF降低区，并且包绕rCBF消失区。并可通过融合后确定在非梗塞区域的额中回、额下回区左侧缘上回、角回区域明显减少。
3 讨论
神经影像学之间的对比，在结构学上与功能学的影像学之间存在着较大的差异，尤其对潜于深层的功能改变与结构改变之间的关系，或是神经心理改变与神经影像学之间、临床症状与影像之间的关系，在针对同一个体时不同临床诊断者或研究者易出现偏差。因此，对两种不同形态的影像标准化融合可初步具备：
3.1 提供一种神经影像学之间比较的研究方法，头颅CT或MRI目前仅能提供一种解剖结构信息，作为SPECT显像剂99mTc-ECD的分布特点可充分的反应大脑血流量及利用细胞对99mTc的摄取功能间接显示细胞的代谢状态，由于是一功能的显示，故在结构上难以像CT或MRI一样的清楚显示大脑结构，因此，通过标准化融合过程，可将二者之间的特点相互融合起来，为临床研究提供一种研究方法。
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3.2 通过计算机进行SPECT图像与结构影像合成，可精确的判断rCBF减少的范围及部位，为研究脑变性疾病或脑血管疾病提供标准化的方法。
利用图像标准化融合技术，对脑变性疾病，缺血性脑血管疾病影像进行了临床测试，融合后结构学的影像可以精确的确定变性疾病rCBF减少及消失的区域，尤其是在额叶、颞顶枕交界区，此类负荷神经心理功能的区域，精确的定位可以更好的研究结构或是功能的改变与临床神经心理改变之间的关系，同时在研究由于皮质下损伤造成的远隔效应，应用标准化融合技术可以清晰的显示与其相关远隔的皮质区域rCBF降低的关系。对单发性的脑梗塞经融合后，可充分显示脑梗塞所造成的实际坏死区及周边缺血的半暗带，可为临床研究溶栓前后或是治疗脑梗塞新药疗效的判断提供一个手段。
对于缺血所致的二类特殊痴呆，可显示梗塞区域rCBF降低与结构学之间的关系，尤其对Binswanger病，融合后可充分显示皮质下及皮质rCBF减退及消失的准确区域，为研究此类痴呆非梗塞区域rCBF减低与神经心理学改变的关系，提供了一种形态学手段。
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作者简介：丁里(1960—)，男，副主任医师。
丁里(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
朱之庄(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
武绍远(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
翟明(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
马莎(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
刘江(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
参考文献
[1]Samuel Merran,Jacques Hureau,Adrian Dixon CT and MRI Radiological Anatomy.Portland Inc,1992,20-140.
[2]Georges Y.El-Khoury,Ronald A.Bergman,William J.Montgomery.Sectional Anatomy by MRI/CT.Amazon Inc,1995,68-250.
[3]姜树学，马述盛.断面解剖与MRI、CT、ECT对照图谱.辽宁科学技术出版社，1998，2-100., 百拇医药
摘 要 目的 对不同成像技术的神经影像进行标准化影像融合研究，并用此技术进行临床应用。方法 利用计算机与扫描仪，采用photoshop 5.0图像处理软件，对脑部变性疾病、缺血性脑血管病MRI、CT、SPECT影像进行标准化影像融合。结果 显示该技术融合了结构学与功能学影像的优点，可准确的判断rCBF的改变范围、部位。结论 为研究结构学与功能学的神经影像学改变提供一种研究技术方法。
关键词：计算机辅助 神经影像 图像处理 标准化
在神经影像学中，头颅SPECT由于是对脑功能状态显像分辨率为厘米级，结构显示不如头颅CT、MRI清楚，相互之间独立比较时不易准确的确定病灶在SPECT上的位置及范围，主观影响因素较大。因此我们通过计算机与相应软件结合研究探讨：①用基于WINDOWS平台的个人电脑研究一种神经影像的叠加技术方法。②应用此技术使结构学影像能弥补功能学影像上的解剖结构及分辨率的不促。③提供一种神经影像的诊断、研究方法。
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1 临床资料
1.1 研究对象 标准化影像融合技术影像学处理临床上选择正常健康人1例，原发性失语症(primary progressive aphasia;PPA)1例，parkinsion病(parkinsion's disease;PD)2例(其中1例合并痴呆)，alzhiemer病(alzheimer disease;AD)2例，血管性疾呆(vasculal dementia;VD)2例，binswanger病(binswanger disease;BD)10例，单发性梗塞10例，共27例作为该技术的示例。全部示例的MRI、CT与SPECT检查时间控制在1周以内。
研究设备：P166计算机一台，二兆显示内存，32兆内存，1G硬盘。Microtek ScanMarker E6扫描仪及透明胶片适配仪，作为神经影像输入设备。软件采用Scanwizad 5.0版本。Canon 210SP彩色喷墨打印机作为输出设备，影像处理采用支持Windows 95中文平台的Adobe公司新版的Photoshop 5.0图像处理软件。
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1.2 方法
1.2.1 神经影像相互之间解剖匹配
(1)MRI：选用PHILIPS 0.5T的MRI进行头颅扫描，横断位从O-M线向上扫描10层，层厚10mm，冠状位由后向前以10mm扫描一层，矢状位由右向左扫描，以10mm扫描，解剖结构参照Georges标准。
(2)头颅CT：头颅CT选用SIEMENS SMATON Plus 4螺旋CT扫描，扫描横断位标准从O-M线向上扫描10层，层厚10mm，每层解剖结构标准参照Samuel标准。
(3)头颅SPECT：头颅SPECT选用美国Omega 550/MCS560型，放射性同位素选用99mTc-ECD扫描前避光、避声，静脉注射显像剂后30分钟进行度360度采样。之后，以每层厚10mm进行冠状、矢状、横断位断层成像，其三维解剖结构断层与MRI横断位、矢状位、冠状位或CT横断位扫描起始轴线相同。三者结构形态匹配标准参照姜氏标准。
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1.2.2 神经影像学的标准化过程
(1)将选择好的MRI(或CT横断位)及SPECT横断位(图1、2)、冠状位、矢状位层面影像，在扫描仪软件Scanwizad上设置MRI图像分辨率为200dpi，SPECT为400dpi后，控制在默认值将两种影像扫入Photshop软件中，打开Fill(文件)档中的预置(preferences)栏，选择参考线与网格(guides and Grid)，控制网格间隔(gridine every)7个象素，子网格(subivision)7个象素标准，用Image Size功能使每张MRI或是SPECT图像在叠加融合之前控制在Y轴、X轴7×7象素的标准网格范围之中。并以JPG格式命名文件后存档。
图1 正常健康人MRI横断位
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图2 正常健康人SPECT横断位
(2)在Photshop软件中，开启文件窗口，打开存档的MRI或CT和SPECT图像文档，并通过图像(image)窗口中的模式(mode)窗口中执行RGB指令，将MRI的黑白图像模式(grayscale)转化为具有彩色象素的RGB模式。以MRI或CT图像为背景(backgrouod)，SPECT图像为叠层(laryer)，选取SPECT图像后执行编辑(edit)窗口中的copy指令，拷贝选取SPECT图像。
(3)激活作为背景的MRI图像，将SPECT图像根据Y轴及X轴上的控制点，执行粘贴(plaste)指令，叠加融合入MRI之上，在layer窗口中执行叠层(overlay)指令，看清作为底层及粘贴层面的结构，然后通过Edit窗口中的自由扩张(free transfrom)指令，根据切入点用周边扩张点精确调整SPECT图像大小与MRI融合，再通过layer窗口中的合并指令(flatter image)使两张图像合并，这样两图像之间的标准化融合过程就完成了(图3)。
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图3 正常健康人标准化神经影像横断位
1.2.3 神经影像的诊断分析 结果分析采用双盲法头颅MRI或CT结果由放射科医师诊断，SPECT结果由核医学医师诊断，标准化影像融合诊断由一位课题组医师在计算机上进行结果诊断。最后，由另二位医师用计数方法比较标准化影像融合技术与经典影像诊断方法的结果异同。
2 结果
2.1 PPA在MRI 上仅左侧外侧裂周出现轻度萎缩，图像与SPECT融合后，则可以看出PPA的rCBF在颞顶区已消失，而左额中回、额下回前后区，右颞上、下回、双顶后区、枕前区rCBF已明显的减少。
2.2 PD合并痴呆的影像未作标准化融合时，MRI结构的改变仅额叶前部、双外侧裂轻度的萎缩，而SPECT在额叶、颞叶及颞枕区rCBF减少。标准融合后则可准确的确定SPECT在左额眶回、额上、中回、下回区明显减少，同时侧室前后角区rCBF出现减少，双侧基底节区rCBF尚保留，颞枕区在未经融合之前难以分清之间的界线，融合后，则可以看出rCBF减少主要在双侧颞上回后区。无痴呆的PD虽然在MRI上，双侧额、颞区、顶无明显的异常结构改变，在标准化融合影像后已可以发现双眶回区、额中回、颞上回及右颞枕区rCBF减少。
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2.3 Alzheimer病 在做标准融合之前，MRI仅显示了双颞叶、颞极的萎缩，额、顶叶轻度萎缩。SPECT显示：双颞叶前后区、顶rCBF消失，双额部区rCBF减少。与结构学影像融合后，显示额叶主要在额内侧、眶回、额下回、中回后部rCBF明显减少，双颞极、颞上回后、顶后rCBF消失，枕叶外侧rCBF减少，同时皮质下、侧室旁的rCBF也明显减少。
2.4 缺血性脑血管病 多梗塞性疾呆，MRI显示病灶呈多灶状，波及额、左侧丘脑、双基底节、侧室旁及顶叶。与SPECT的相应层次融合后，影像学显示病灶同上的区域rCBF消失，侧脑室旁rCBF明显减少，但以前后角为明显，同时双额叶从眶回至额上回区rCBF减少，内侧区域rCBF消失，顶区rCBF减少，双基底节区、丘脑区rCBF消失。
2.5 Binswanger脑病 有痴呆的患者MRI、T2加权相呈现在双侧室旁高信号云雾状的白质疏松状改变，并以前后角为明显，与SPECT相应的层面融合后，叠加融合的神经影像学显示了额后外侧rCBF消失，颞上回、颞下回、海马区、颞顶部rCBF明显减少，双侧室旁rCBF消失，尤其前、后角区。
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2.6 单发性梗塞 MRI显示梗塞区位于左侧颞后、缘上回角回区，与SPECT融合后，则显示复合影像rCBF消失波及颞中回、顶区且消失的周边仍有rCBF降低区，并且包绕rCBF消失区。并可通过融合后确定在非梗塞区域的额中回、额下回区左侧缘上回、角回区域明显减少。
3 讨论
神经影像学之间的对比，在结构学上与功能学的影像学之间存在着较大的差异，尤其对潜于深层的功能改变与结构改变之间的关系，或是神经心理改变与神经影像学之间、临床症状与影像之间的关系，在针对同一个体时不同临床诊断者或研究者易出现偏差。因此，对两种不同形态的影像标准化融合可初步具备：
3.1 提供一种神经影像学之间比较的研究方法，头颅CT或MRI目前仅能提供一种解剖结构信息，作为SPECT显像剂99mTc-ECD的分布特点可充分的反应大脑血流量及利用细胞对99mTc的摄取功能间接显示细胞的代谢状态，由于是一功能的显示，故在结构上难以像CT或MRI一样的清楚显示大脑结构，因此，通过标准化融合过程，可将二者之间的特点相互融合起来，为临床研究提供一种研究方法。
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3.2 通过计算机进行SPECT图像与结构影像合成，可精确的判断rCBF减少的范围及部位，为研究脑变性疾病或脑血管疾病提供标准化的方法。
利用图像标准化融合技术，对脑变性疾病，缺血性脑血管疾病影像进行了临床测试，融合后结构学的影像可以精确的确定变性疾病rCBF减少及消失的区域，尤其是在额叶、颞顶枕交界区，此类负荷神经心理功能的区域，精确的定位可以更好的研究结构或是功能的改变与临床神经心理改变之间的关系，同时在研究由于皮质下损伤造成的远隔效应，应用标准化融合技术可以清晰的显示与其相关远隔的皮质区域rCBF降低的关系。对单发性的脑梗塞经融合后，可充分显示脑梗塞所造成的实际坏死区及周边缺血的半暗带，可为临床研究溶栓前后或是治疗脑梗塞新药疗效的判断提供一个手段。
对于缺血所致的二类特殊痴呆，可显示梗塞区域rCBF降低与结构学之间的关系，尤其对Binswanger病，融合后可充分显示皮质下及皮质rCBF减退及消失的准确区域，为研究此类痴呆非梗塞区域rCBF减低与神经心理学改变的关系，提供了一种形态学手段。
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作者简介：丁里(1960—)，男，副主任医师。
丁里(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
朱之庄(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
武绍远(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
翟明(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
马莎(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
刘江(云南省第一人民医院神经内科，云南 昆明 650032)
参考文献
[1]Samuel Merran,Jacques Hureau,Adrian Dixon CT and MRI Radiological Anatomy.Portland Inc,1992,20-140.
[2]Georges Y.El-Khoury,Ronald A.Bergman,William J.Montgomery.Sectional Anatomy by MRI/CT.Amazon Inc,1995,68-250.
[3]姜树学，马述盛.断面解剖与MRI、CT、ECT对照图谱.辽宁科学技术出版社，1998，2-100., 百拇医药