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多模态影像三维重建基础之数据篇

 医贰叁Doc 2020-11-10
多模态三维影像重建的基础:数据、数据的配准,这两个基础没做好,后面的重建工作就没法进行下去。目前数据获取最大的难题就是大部分医院的影像系统仍然比较封闭,需要临床医生亲自到影像科拷贝数据,或者刻盘,甚至有些数据无法拷贝,而如果要将影像重建技术运用于临床,就必须要用到自己患者的数据进行处理,这个难题目前无法解决,建议多和影像科及信息科交流,逐步改善影像系统。我们医院的PACS影像系统很不错,在这里要赞一下这个系统,只要影像科及时把扫描原始数据上传到系统后,马上就能在科室内网电脑上直接下载保存,见图1,非常的方便

图1

这次我们先谈谈数据,就是我们要建出即漂亮、又实用的模型,到底需要用到CT、MRI哪些序列。只有搞明白了,我们才好向影像科的老师们提要求,这也是目前想学影像重建老师们问我最多的问题,比如下面这两张图,到底需要哪些序列的数据?

 图2  
         

图3


图2重建需要T1 3D、T1+3D 序列(层厚1mm),CT平扫、CTA、CTV(层厚0.625mm),图3需要加一个DTI序列,这两张图是比较完整的一个肿瘤多模态的重建病例下面具体谈谈重建分别需要的数据序列:

1

脑组织

脑组织:效果最好的数据是T1 3D,其它比如T1+3D,CT平扫薄层也可以,推荐有条件的医院要求影像科颅内肿瘤病人常规加扫T1 3D序列。处理软件:freesurfer,SPM12下的CAT12插件,3D slicer里的Swiss Skull Stripper模块等。Freesufer处理效果最好,但对于大脑皮层有异常信号的数据不能处理,耗时最长,几小时到几十小时不等;SPM12效果稍差,但耗时较短,一般几十分钟,对于脑压高的病人数据剥脑后重建脑回显示欠佳;Swiss Skull Stripper模块简单、快捷,但是效果最差。另外还有FSL软件里的bet也可以剥脑,虽然处理速度快,但是效果也不太令人满意。综合来看,推荐使用CAT12作为主力处理软件

  图4(freesurfer处理后重建)

 图5(cat12处理后重建)

图6(7T磁共振扫描数据cat12处理后重建)

2

脑血管 

脑血管:所需序列,MRA、MRV,CTA,CTV。MRA、MRV优势是重建出的血管效果平滑,重建快捷、简单,缺点是次级小血管部分无法显示,尤其是静脉,细节丢失较多;CTA、CTV次级血管显示较好,细节保留更多,但重建出的血管不够平滑,尤其是与颅骨相邻的血管,虽然可以利用平扫数据进行减影,但效果还是会比MRA和MRV稍差一些,重建耗时也会更多。为了更好的指导临床手术,细节保留是最重要的,所以推荐使用CTA、CTV结合CT平扫减影来重建大脑动、静脉系统

图7(MRA、MRV重建)    

 图8(CTA、CTV重建)

3

肿瘤 

肿瘤:所需序列,3D+T1、T2 3D、CTA 。用的最多的还是3D+T1序列,部分没有强化的肿瘤需要T2 3D序列,要求不高的时候也可以用CTA数据来重建

图9(低级别胶质瘤重建)

4

白质纤维束和颅神经 

白质纤维束和颅神经:所需序列,DTI、FIESTA-C(GE磁共振命名,其它品牌会有不同)、T1 3D。DTI序列扫描参数一般设置为20-30个方向,层厚2mm-5mm,一般大的纤维束重建完全够用。方向数越多,层厚越小,颅神经重建出来的机率就更大,也会更精细,颅神经的重建需要结合T1 3D序列作为结构像进行重建;颅神经也可以根据FIESTA-C序列,通过影像辨别进行人工勾画分隔重建,个人观点,通过DTI重建更符合颅神经的真实走行。目前后组颅神经重建还比较困难,使用DSI数据重建,目前来看效果是最好的

图10
      图11(部分大脑纤维束重建)

图12(DTI重建部分颅神经)
     
        图13(DSI可以重建完整视觉通路)

以上是本人关于多模态影像三维重建数据方面的一些经验和体会,希望能够帮助到各位老师,其中会有一些不够专业和局限的观点,希望各位老师能够指出

下一期准备谈谈相关序列数据的配准问题,都是大家在配准过程中容易碰到的问题。后面会陆续出关于多模态影像三维重建的教程,希望各位有兴趣的老师多多关注3DSlicer社区

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