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编号:10273665
伽玛刀治疗帕金森氏病定位方法探讨
http://www.100md.com 《生物医学工程学杂志》 1998年第3期
     作者:何 咏 姚家楫 吴锡标 邓印辉

    单位:(广州医学院第二附属医院 广州伽玛刀治疗研究中心,广州 510260);(广州医学院 第二附属医院 神经外科)

    关键词:伽玛刀;立体定向;帕金森氏病

    生物医学工程学杂志980316 内容摘要 本中心自1993年12月至1997年8月期间,利用伽玛刀治疗帕金森氏病90例。总结了一套伽玛刀治疗功能性疾病的MR定位方法,包括头架的固定,靶点的选择及其坐标的计算修正公式和由公式推导的修正表。分析了头架固定对靶点坐标确定的影响因素,比较了修正前后的坐标差值,为伽玛刀治疗功能性疾病的定位提出一种新的思想。

    Stydies on Target Localization of Parkinson′s Disease

    Treated with Gamma Knife
, http://www.100md.com
    Treated with Gamma Knife

    He Yong Yao Jiaji Wu Xibiao Deng Yinhui

    (Guangzhou Gamma Knife Treatment and Research Canter,Neurosurgical Department,The 2nd Affiliated Hospital of Guangzhou Medical College,Guangzhou 510260)

    Abstract Ninety cases of Parkinson's disease were treated in our center from Dec. 1993 to Aug. 1997. Based on our work, we have developed a method for the MR localization in the treatment of Parkinson's disease with Gamma knife, including the fixing of stereotactic frame, the selection of target, and the correction of the target's coordinates. In this paper, the effects of fixing of coordinate frame on the localization of target have been analyzed. Also presented are the errors of the coordinates of the selected targets, compared with those corrected. The method reflects a new idea for target localization.
, 百拇医药
    Key words Gamma knife Stereotactic Parkinson's disease

    伽玛刀治疗功能性疾病为一次性小野大剂量照射。为了能准确定出靶灶的位置,要求一套准确度和精度非常高的定位及靶点计算方法。我们通过90例帕金森氏病的定位总结了一套以前后连合为标志的核磁共振(MR)定位方法,现报告如下:

    1 材料与方法

    1.1 靶点的选择

    以震颤为主的病例,选择病变对侧丘脑腹外侧核之腹中间核(Vim),共79例。以肌张力增高为主的病例,选择苍白球内侧部(p.m),共11例[1]

    1.2 头架的固定

    采用Leksell立体定位架。定位架基环前中线对准病人鼻中线,后中线对准枕外隆突。在病人眼外眦上2 cm处与外耳孔上3.5 cm处作一连线,定位架基环侧边平行于该线[2,3]
, 百拇医药
    1.3 MR定位扫描

    全部患者采用德国西门子公司1.0 T核磁共振机(SIEMENS Magnetom Impact1.0T),采用自旋回波序列(SE序列)。①Vim:先沿头颅正中矢状面扫描,层厚3 mm,无层距。在头颅正中矢状面图像上清晰可见前连合(AC)、后连合(PC)及中脑导水管等结构。沿ACPC连线方向作垂直于正中矢状面的质子加权横断扫描,层厚4 mm,无层距。得到前后连合所在平面为H0平面。②p.m:在横断扫描的基础上,取ACPC连线中点为中心点,作垂直于连合间径的质子加权冠状面扫描,层厚5 mm,无层距,中心点平面即为F0平面。

    1.4 靶点的确定

    用上述方法得到的图像与立体定向解剖图谱一致。H0平面可见前后连合及内囊后肢,在H0上4 mm片标出Vim靶点(前后连合中后3/5,连线旁10~13 mm),靶点距内囊后肢不少于6 mm为宜;在F0前5 mm层面上划出0点线(过前后连合中点垂直于正中矢状面的直线),标出p.m靶点(0点线上距前后连合连线17~22 mm),靶点距内囊膝部不少于6 mm为宜[4]
, 百拇医药
    2 结 果

    (1)由于头架安装与前后连合连线可能存在一定角度而定位扫描中我们沿ACPC连线方向进行,得到的图像可能与头架成一定角度。因而从图像上标出靶点后应根据其角度与位置通过修正公式计算靶点坐标。

    1)作Vim横断方向有角度(T to C)θ:

    图1 a.头架示意图 b.横断面示意图

    Fig 1 a. Front view of the frame b. Axial diagram

    参照图1,设定靶点为P点,由图像测得P点及各数据如图,其坐标的确定需对测量数据作如下修正:

    1.x方向的数据与角度无关,无需修正;
, 百拇医药
    2.y方向由于θ角的存在,该方向数值应乘以cosθ;

    3.图中CM(或DN)长度乘以cosθ仅为MN线的z值,P点的Z坐标值还应根据该点沿AC(BD)方向到MN线的距离y'乘以sinθ来修正。

    修正后靶点的计算公式如下:

    X=100±x (靶点在头架中心点左侧取+)

    Y=100±ycosθ (靶点在头架中心点前方取+)

    Z=zcosθ±y'sinθ+40(靶点在头架MN连线下方取+)

    2)作Vim横断方向有角度(T to S)β:

    参照图2,设定靶点为P,由图像测量的数据如图,其坐标的确定需对测量数据作如下修正:
, 百拇医药
    1.x方向由于角度β的存在,因此该方向数值x应乘以cosβ;

    2.y方向数据与角度无关,无需修正;

    3.z方向,平行于AC(或BD)的各条线的z值均不同(从Zm至Zn)P点的Z值可根据它到MC与ND的比例来确定。

    图2 a.头架示意图 b.横断面示意图

    Fig 2 a.Front view of the frame b.Axial diagram

    具体公式如下:

    X=100±xcosβ (靶点在头架中心左侧取+)
, 百拇医药
    Y=100±y(靶点在头架中心前方取+)

    Z=[zm-X1(Zm-Zn)/x2]+40

    结合1)与2),作Vim时横断方向修正公式如下:

    X=100±xcosβ (+,-取法同1、2)

    Y=100±ycosθ

    Z=[Zm-x1(Zm-Zn)/x2]cosθ±y'sinθ+40

    3)冠状面角度修正:
, 百拇医药
    图3 a.头架示意图 b.冠状面示意图

    Fig 3 a.Front view of the frame b.Coronal Diagram

    参照图3,冠状扫描是以横断位图像定位的,因此横断扫描时存在的角度θ将带入冠状扫描,参照图4,冠状扫描可能存在角度α。公式推导同横断面,叠加后得到冠状位修正公式如下:

    X=100±xcosα (靶点在头架中心点左侧取+)

    Y=[ym-x1(ym-yn)/x2]cosθ±y'sinθ+40(靶点在MN线前方取+)

    Z=100±zcosθ(靶点在头架中心点下方取+)
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    冠状面定靶点时需参考零点线,可以如下方法在片中标出该线:

    由横断面算出前后连合各自的Z坐标,记为Zac与Zpc,连合间径长度记为lap。连合间径与F0前5 mm层面交点的Z坐标为(Zac+Zpc)/2+5(Zac-Zpc)/lap。代入修正公式,可在片上标出该点,过该点垂直于正中矢状面的线为零点线。

    图4 a.头架示意图 b.冠状面示意图

    Fig 4 a.Front view of the frame b.Coronal Diagram

    (2)作者根据公式作出修正值表1和表2,在计算过程中凡与角度有关的修正可通过查表完成。以横断为例,若角度θ与β均不为0,计算方法如下:X值:首先从片中测出x,查cos表,横向表头为角度值,纵向为长度值。找到该角度下x长度对应的修正值△d,X=100±(x-△d);Y值计算同X;Z值:先由测量值计算[Zm-x1(Zm-Zn)/x2)]长度设为a,再根据角度θ和a值查cos表得△d1;根据y′和θ查sin表得△d2,Z=a-△d1±△d2+40。一般修正值小于0.1可忽略不计。
, 百拇医药
    表1 Sin值修正表

    Table 1 Sin corrective table 长度

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    4

    0.07

    0.14
, 百拇医药
    0.21

    0.28

    0.35

    0.42

    0.49

    0.56

    8

    0.14

    0.28

    0.42

    0.56

    0.70

    0.84
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    0.97

    1.11

    12

    0.21

    0.42

    0.63

    0.84

    1.05

    1.25

    1.46

    1.67

    16

    0.28
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    0.56

    0.84

    1.12

    1.39

    1.67

    1.95

    2.23

    20

    0.35

    0.70

    1.05

    1.40

    1.74
, 百拇医药
    2.09

    2.44

    2.78

    24

    0.42

    0.84

    1.26

    1.67

    2.09

    2.51

    2.92

    3.34

    28
, 百拇医药
    0.49

    0.98

    1.47

    1.95

    2.44

    2.93

    3.41

    3.90

    32

    0.56

    1.12

    1.67

    2.23
, 百拇医药
    2.79

    3.34

    3.90

    4.45

    36

    0.63

    1.26

    1.88

    2.51

    3.14

    3.76

    4.39

    5.01
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    40

    0.70

    1.40

    2.09

    2.79

    3.49

    4.18

    4.87

    5.57

    表2 Cos值修正表 Table 2 Co scorrective table 长度

    1

    2
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    3

    4

    5

    6

    7

    8

    6

    -

    -

    0.01

    0.01

    0.02

    0.03

    0.04
, 百拇医药
    0.06

    12

    -

    0.01

    0.02

    0.03

    0.05

    0.07

    0.09

    0.12

    18

    -

    0.01
, 百拇医药
    0.02

    0.04

    0.07

    0.10

    0.13

    0.18

    24

    -

    0.01

    0.03

    0.06

    0.09

    0.13
, 百拇医药
    0.18

    0.23

    30

    -

    0.02

    0.04

    0.07

    0.11

    0.16

    0.22

    0.29

    36

    0.01
, 百拇医药
    0.02

    0.05

    0.09

    0.14

    0.20

    0.27

    0.35

    (3)用这套公式对靶点坐标进行修正,并与忽略角度计算的坐标相比较。我们从中筛选出角度θ为±1°与±3°的病例并按y'值从小到大排列,其结果参见附表3、4。

    表3 Vim靶点差值

    Table 3 Error of the coordinate of Vim 角度θ
, 百拇医药
    y′

    X差值

    Y差值

    Z差值

    -1

    6.85

    0

    0

    0

    -

    11.80

    0

    0

    0
, 百拇医药
    -1

    14.49

    0

    0

    0.5

    1

    16.97

    0

    0

    0.5

    -1

    19.20

    0

    0
, 百拇医药
    0.5

    -3

    8.42

    0

    0

    0.5

    3

    16.00

    0

    0

    1.0

    3

    21.35

    0
, 百拇医药
    0

    1.5

    3

    21.90

    0

    0

    1.5

    3

    25.84

    0

    0

    1.5

    3

    27.00
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    0

    0

    1.5

    表4 p.m靶点修正

    Table 4 Error of the coordinate of p.m 角度θ

    y′

    X差值

    Y差值

    Z差值

    1

    6.50

    0
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    0

    0

    1

    26.65

    0

    0.5

    0

    -3

    3.18

    0

    0

    0

    3

    3.82
, 百拇医药
    0

    0.5

    0

    3

    16.20

    0

    1.0

    0

    3 讨 论

    1986年MR被应用于伽玛刀的定位,因其图像清晰,亦被逐渐应用于功能性疾病的治疗[5,6]。但由于功能性疾病较为特殊,以前国内开展不多,其主要困难是治疗中不能对靶点先进行测试,而只能依靠图像解剖及靶点坐标定位,同时在安装头架时由于技术原因、病人配合程度及颅外标志变异等因素,很难做到完全平行于ACPC线。在两者间或前后,或左右形成不同夹角,影响了靶点定位的精确度。我们以几何方法来修正这些误差,并根据90位病人的实际应用得到结果,认为这种方法可减少误差,便于准确定位。
, 百拇医药
    (1)本方法沿用立体定位解剖标志,在图像中清晰显示前、后连合,内囊后肢等重要结构并与解剖图谱相吻合,因而借鉴解剖数据同时可根据各病人的不同解剖特点,在图片上准确标定靶点并对周围重要结构一目了然。体现了不同病人的个体差异在图像上引起的改变。目前就伽玛刀治疗功能性疾病的MR定位,国内也有一些报道。在治疗中,我们作了一定的比较,认为这种定位方法更精确、更方便。

    (2)本方法修正前后坐标的差值与两方面因素相关:1)前后连合连线方向及头颅正中矢状面与定位头架的角度。若前后连合连线、头颅正中矢状面平行或垂直于定位框架,则横断与冠状扫描均无角度,因此坐标无需修正。存在角度时,角度越小,差值越小;2)靶点越靠近头架中心点(100,100,100),差值越小。若靶点正好处于头架中心点,角度的存在将对它没有影响。

    (3)从公式看到:当各角度为0时,修正公式即为常规MR定位靶点坐标计算公式。因此,在头架安装时应尽可能吻合ACPC连线的方向。根据资料报道并结合实际经验,我们总结了前面的头架固定方法[2,3]。由该方法安装头架的40例病例角度均小于5度,其中18例病例无角度。同时,从表1、2来看,横断面主要是Z坐标,冠状面主要是Y坐标存在差值。以横断面为例,该差值来自于:1)y'sionθ:结合修正表3,4见到cos表的修正值很小,而sin表的修正值相对较大。因此在头架安装时除考虑基环平行于ACPC连线还应尽可能使靶灶上下位置位于头架中心以减小y′的值从而减小y′sinθ带来的误差。2)[Zm-x1(zm-zn)/x2]:当靶灶位置越靠近中心则越接近中心点Z值(zm-zn)/2。因此在头架安装时要求前后中线分别对准鼻尖与枕骨粗隆。
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    由于伽玛刀治疗功能性疾病为超大剂量不可逆过程,且靶灶周围涉及一些颅内重要结构,因此对定位与靶点坐标精度要求非常高。我们采用这套定位方法,从头架固定到坐标计算都作出了改进,治疗的90例病例取得了良好的效果,并未出现不良并发症。

    参 考 文 献

    1 陈柄桓主编.功能性和立体定向神经外科学.内蒙古:内蒙古人民出版社,1988;169

    2 戴蘅茹,姚家庆.AC-PC水平面的研究.功能性和立体定向神经外科杂志,1991;4(1)∶1

    3 徐元昌,郑小燕,王开祥等.AC-PC线与OM线的相关性研究.功能性和立体定向神经外科杂志,1995;8(4)∶17

    4 姚家庆,戴蘅茹著.人脑立体定位应用解剖.合肥:安徽科学技术出版社,1992;32-70,97-99
, 百拇医药
    5 Rand RW,Jacques DB,Melbye RW et al. Gamma Knife Thalamotomy and Pallidotomy in Patient with Movement Disorders: Preliminary Result. Stereotact Funct. Neurosurg, 1993;61∶65

    6 Lesksell L, Lindquist C, Adler JR et al. A new fixation device for the Leksell stereotexic system: Technical note. J Neurosurg, 1987;66∶626

    (收稿:1998-03-23 修回:1998-07-14), 百拇医药