人腦基底神經(jīng)節(jié)區(qū)數(shù)字化組織學(xué)圖譜構(gòu)建.pdf

1、基底神經(jīng)節(jié)區(qū)位于人腦深部，包括紋狀體、背側(cè)丘腦、底丘腦核等眾多結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜的核團(tuán)組織，它們與大腦皮質(zhì)共同構(gòu)成運(yùn)動(dòng)和情感控制環(huán)路。在神經(jīng)外科立體定向手術(shù)中，針對(duì)該區(qū)域核團(tuán)及功能分區(qū)的準(zhǔn)確定位是手術(shù)成功的關(guān)鍵。然而目前的MRI、CT等常規(guī)影像資料由于不具備組織學(xué)信息，尚無法清晰分辨出基底神經(jīng)節(jié)核團(tuán)的準(zhǔn)確邊界以及功能分區(qū)。本實(shí)驗(yàn)選取中樞神經(jīng)系統(tǒng)無肉眼可見病變的成人腦新鮮標(biāo)本，取右半球基底神經(jīng)節(jié)區(qū)組織塊，經(jīng)梯度脫水、明膠包埋、設(shè)置定標(biāo)點(diǎn)等預(yù)處

2、理后進(jìn)行60μm層厚冰凍連續(xù)切片，同時(shí)在固定位置用高分辨率數(shù)碼相機(jī)采集連續(xù)斷面圖像；等距離抽取兩個(gè)序列的組織切片，分別進(jìn)行尼氏染色和鈣結(jié)合蛋白免疫組化染色，經(jīng)高分辨率數(shù)碼掃描儀后獲得數(shù)字化染色切片圖像數(shù)據(jù)。利用課題組自行開發(fā)的圖像處理軟件先對(duì)連續(xù)斷面圖像及染色切片圖像進(jìn)行對(duì)位、配準(zhǔn)，再對(duì)染色切片圖像中的核團(tuán)以及部分核團(tuán)的功能區(qū)進(jìn)行分割、標(biāo)識(shí)，以獲得二維數(shù)字化組織學(xué)圖譜，并將圖譜中核團(tuán)和功能分區(qū)的二維輪廓配準(zhǔn)映射到患者的MRI圖像上，以實(shí)

3、現(xiàn)圖譜的個(gè)性化應(yīng)用。利用分割后圖像進(jìn)行基底神經(jīng)節(jié)區(qū)核團(tuán)三維重構(gòu)并建立與臨床上一致的腦標(biāo)準(zhǔn)空間三維坐標(biāo)系，以獲得基底神經(jīng)節(jié)區(qū)核團(tuán)三維模型和各核團(tuán)、亞核團(tuán)以及功能分區(qū)在三維坐標(biāo)系中的中心點(diǎn)坐標(biāo)、輪廓范圍和體積等三維解剖數(shù)值。
　　 主要研究結(jié)果：
　　 1.以可視人頭部連續(xù)斷層圖像體繪制模型為參照，實(shí)現(xiàn)了人腦深部基底神經(jīng)節(jié)區(qū)的可視化取材，獲得包括基底神經(jīng)節(jié)區(qū)主要核團(tuán)在內(nèi)的4cm×5cm×6cm組織塊；在可視化人體技術(shù)理論基礎(chǔ)

4、上，根據(jù)冰凍切片機(jī)連續(xù)切片和組織塊斷面數(shù)據(jù)采集的實(shí)際需要，對(duì)大組織塊的包埋、定標(biāo)點(diǎn)設(shè)置等技術(shù)方法進(jìn)行了改進(jìn)和探索，并對(duì)組織切片裝置以及斷層數(shù)據(jù)采集方法進(jìn)行了相應(yīng)的改良，建立了一套針對(duì)大組織塊取材、切片、染色和數(shù)據(jù)采集的技術(shù)方法。
　　 2.通過冰凍切片的方式，獲得了一套人腦基底神經(jīng)節(jié)區(qū)連續(xù)組織切片集，每張切片層厚為60μm，共計(jì)879張；等距離抽取兩個(gè)序列的組織切片分別進(jìn)行了尼氏染色和鈣結(jié)合蛋白D-28K(CB)免疫組化染色，并

5、通過高清掃描獲得了尼氏染色和鈣結(jié)合蛋白D-28K免疫組化染色組織切片原始圖像數(shù)據(jù)集各一套。
　　 3.利用課題組自行開發(fā)的圖像配準(zhǔn)軟件，對(duì)組織塊連續(xù)斷面圖像進(jìn)行了對(duì)位配準(zhǔn)；并分別對(duì)兩套染色切片圖像與相應(yīng)的斷面圖像進(jìn)行了配準(zhǔn)，糾正了染色切片在切片、裱片、染色等過程中產(chǎn)生的形變，同時(shí)完成了染色切片圖像之間的配準(zhǔn)。獲得一套配準(zhǔn)后的基底神經(jīng)節(jié)區(qū)連續(xù)斷面圖像數(shù)據(jù)集和兩套配準(zhǔn)后的基底神經(jīng)節(jié)區(qū)組織化學(xué)染色圖像數(shù)據(jù)集。此部分資料為神經(jīng)外科和影像

6、診斷提供了基于組織學(xué)水平的參考資料。
　　 4.采用Photoshop軟件，完成了尼氏染色切片圖像中的尾狀核頭體部、殼核、內(nèi)外側(cè)蒼白球、伏核、基質(zhì)、底丘腦核、紅核、黑質(zhì)、未定帶等核團(tuán)，背側(cè)丘腦中的前核、腹前核、腹外側(cè)核、腹后外側(cè)核、腹后內(nèi)側(cè)核、中央正中核、背內(nèi)側(cè)核、背外側(cè)核、后外側(cè)核、丘腦枕前部等亞核團(tuán)，以及前后連合的輪廓分割和解剖標(biāo)識(shí)；完成了對(duì)鈣結(jié)合蛋白D-28K染色切片圖像中尾狀核、殼核、內(nèi)外側(cè)蒼白球的感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)、邊緣區(qū)及聯(lián)

7、合區(qū)的分割和標(biāo)識(shí)，構(gòu)建了人腦基底神經(jīng)節(jié)區(qū)的二維數(shù)字化組織學(xué)圖譜。
　　 5.利用自行開發(fā)的二維圖像配準(zhǔn)軟件，將具有核團(tuán)解剖標(biāo)識(shí)和功能分區(qū)信息的基底神經(jīng)節(jié)區(qū)核團(tuán)分割圖像與患者的MRI等臨床影像資料進(jìn)行了個(gè)性化配準(zhǔn)，為基于臨床影像資料的靶點(diǎn)核團(tuán)定位提供了二維形態(tài)學(xué)參考。
　　 6.采用Amria軟件的面繪制方法對(duì)分割圖像進(jìn)行了三維重建，構(gòu)建了包括22個(gè)灰質(zhì)核團(tuán)、亞核團(tuán)及相關(guān)白質(zhì)纖維束在內(nèi)的人腦基底神經(jīng)節(jié)區(qū)三維模型以及尾狀核頭