利用影像數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換定位頭顱外體表標(biāo)志與顱內(nèi)靶點(diǎn)關(guān)系

李 濱，雷 學(xué)，戴 萌，王潤(rùn)輝，畢艷華，范振增

（1.華北油田公司總醫(yī)院神經(jīng)外科，河北任丘 062552；2.河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院神經(jīng)外科，河北石家莊 050000）

利用影像數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換定位頭顱外體表標(biāo)志與顱內(nèi)靶點(diǎn)關(guān)系

李 濱1，雷 學(xué)1，戴 萌1，王潤(rùn)輝1，畢艷華1，范振增2*

（1.華北油田公司總醫(yī)院神經(jīng)外科，河北任丘 062552；2.河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院神經(jīng)外科，河北石家莊 050000）

目的利用螺旋CT圖像及其后處理工作站，結(jié)合顱外標(biāo)志，尋找顱內(nèi)病灶與頭皮各點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置關(guān)系。方法使用美國(guó)GE公司的CT及后處理工作站（AW4.0），選擇患者頭顱CT掃描數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維立體、水平位、矢狀位和冠狀位等4種圖像重建，從中獲得雙側(cè)外耳門(mén)上緣、病灶側(cè)顴弓上前緣皮膚點(diǎn)、手術(shù)靶點(diǎn)的原始三維坐標(biāo)值。設(shè)病灶側(cè)外耳門(mén)上緣為原點(diǎn)，顴弓上前緣皮膚點(diǎn)位于x軸，對(duì)側(cè)的外耳門(mén)上緣位于xoy平面上，將原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)代入坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)公式，求出上述4個(gè)點(diǎn)在新坐標(biāo)系的新三維坐標(biāo)值x1，y1，z1，即x1值為靶點(diǎn)距原點(diǎn)外耳門(mén)上緣前（后）的距離，z1值代表靶點(diǎn)距原點(diǎn)外耳門(mén)上緣上（下）的距離，y1值代表靶點(diǎn)垂直深度距離。該法用于13例需手術(shù)定位患者，驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。結(jié)果所有患者均能成功定位靶點(diǎn)。結(jié)論利用螺旋CT和CT工作站，獲得顱外體表標(biāo)志以及顱內(nèi)靶點(diǎn)的原始三維坐標(biāo)值，建立以病灶側(cè)外耳門(mén)上緣為原點(diǎn)，眶耳線(xiàn)為x軸的新三維坐標(biāo)系，通過(guò)數(shù)學(xué)方法轉(zhuǎn)化，獲得靶點(diǎn)在新坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)對(duì)顱內(nèi)靶點(diǎn)的體表定位。該方法實(shí)用可靠，是一種新的簡(jiǎn)易顱內(nèi)病灶定位方法。

腦；體層攝影術(shù)，螺旋計(jì)算機(jī)；放射外科手術(shù)

顱內(nèi)病變定位是神經(jīng)外科醫(yī)師手術(shù)成功的關(guān)鍵。目前精確的靶點(diǎn)定位方法，主要是立體定向儀定位或神經(jīng)導(dǎo)航［1］，需昂貴儀器且操作繁瑣，不能普及應(yīng)用。若僅依靠CT掃描進(jìn)行粗略定位，往往會(huì)產(chǎn)生較大的誤差［2］。為此，本文介紹了一種依賴(lài)CT和MRI掃描數(shù)據(jù)結(jié)合頭顱體外明顯標(biāo)志，推算出定位顱內(nèi)病灶的數(shù)學(xué)公式，從而使顱內(nèi)病變體表投影和靶點(diǎn)深度距離定位趨于簡(jiǎn)單化。通過(guò)文獻(xiàn)檢索查新，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)此類(lèi)報(bào)道。

1 資料與方法

1.1 一般資料：本文選擇了13例需要手術(shù)定位的患者?；坠?jié)區(qū)高血壓腦出血9例，額葉、顳葉、頂葉大腦腦膜瘤3例和顳葉膠質(zhì)瘤1例。男性9例，女性4例。年齡31～73歲，平均56.3歲。

1.2 方法

1.2.1 掃描：采用美國(guó)GE螺旋CT（4排），GE公司的 AW 4.0CT工作站，對(duì)患者按眶耳線(xiàn)（orbitomeatal line，OML）常規(guī)掃描，包括外耳門(mén)和外眥。若病灶較大，定位精度要求不太高，普通掃描即可；若病灶較小，且定位精度要求較高，可以做CT薄層掃描或套掃成薄層的CT圖像，層厚一般要達(dá)到至少5mm。

1.2.2 原始坐標(biāo)值的選?。涸?CT工作站上（AW4.0），對(duì)患者的CT數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，工作站屏幕上會(huì)出現(xiàn)三維立體、水平位、矢狀位和冠狀位等4種圖像，在三維立體圖上獲得患側(cè)外耳門(mén)上緣、患側(cè)（近似OM線(xiàn)）顴弓上前緣皮膚點(diǎn)、健側(cè)外耳門(mén)上緣、靶點(diǎn)的原始三維坐標(biāo)值，每個(gè)坐標(biāo)在4種圖像上可相互參考和印證。各靶點(diǎn)選擇時(shí)盡量在重建的冠狀位和矢狀位圖或立體圖像上選擇，數(shù)據(jù)會(huì)更加準(zhǔn)確。

1.2.3 計(jì)算和編程：已知舊坐標(biāo)系里的4個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)分別為A（x1，y1，z1），B（x2，y2，z2），C（x3，y3，z3）和D（x4，y4，z4）。A點(diǎn)為新坐標(biāo)系的原點(diǎn)，B點(diǎn)位于新坐標(biāo)系的x軸，C點(diǎn)位于新坐標(biāo)系的xoy平面上，下面求出B，C和D在新坐標(biāo)系里的坐標(biāo)（推導(dǎo)過(guò)程略），分別為（x′1，y′1，z′1），（x′2，y′2，z′2），（x′3，y′3，z′3）和（x′4，y′4，z′4），要通過(guò)這4個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)找到兩個(gè)坐標(biāo)系之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。就可以用于求任意一個(gè)舊坐標(biāo)系里的點(diǎn)在新坐標(biāo)系里的坐標(biāo)。假設(shè)任意舊坐標(biāo)系里任意一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y，z）轉(zhuǎn)換到新坐標(biāo)系中變?yōu)椋▁′，y′，z′）。這種轉(zhuǎn)換關(guān)系可以用矩陣表示為系就可以用于求任意一個(gè)舊坐標(biāo)系里的點(diǎn)在新坐標(biāo)系里的坐標(biāo)。具體過(guò)程略。

將上述程序于MATLAB軟件中編程并運(yùn)算，就可計(jì)算出顱內(nèi)靶點(diǎn)的新坐標(biāo)值即x1，y1，z1［3-6］。

1.2.4 坐標(biāo)值意義：新坐標(biāo)系和顱內(nèi)靶點(diǎn)新坐標(biāo)值的意義與手術(shù)定位的關(guān)系，新的三維坐標(biāo)系是仿我們手術(shù)時(shí)在患者頭部畫(huà)出病側(cè)外耳門(mén)上緣、病灶側(cè)的顴弓上前緣皮膚點(diǎn)（近似眶耳線(xiàn)），結(jié)合CT和MRI圖像，尋找出顱內(nèi)靶點(diǎn)在手術(shù)視野平面中距外耳門(mén)上緣的上下前后的頭皮體表投影位置。把患側(cè)外耳門(mén)上緣設(shè)為原點(diǎn)，近似眶耳線(xiàn)為x軸，x軸和健側(cè)外耳門(mén)上緣構(gòu)成xoy平面，經(jīng)過(guò)原點(diǎn)并垂直xoy平面的為z軸，構(gòu)成類(lèi)似我們手術(shù)視野和定位需要的坐標(biāo)系。求出的顱內(nèi)靶點(diǎn)（x，y，z）可以理解為x值為靶點(diǎn)距外耳門(mén)上緣前（后）的距離，z值代表靶點(diǎn)距外耳門(mén)上緣上（下）的距離，y值代表靶點(diǎn)距xoz平面的垂直（深度）距離。

2 結(jié) 果

在CT和CT后處理工作站上，只要將CT圖像重建，找出雙側(cè)外耳門(mén)上緣、病灶側(cè)的顴弓上前緣皮膚點(diǎn)及靶點(diǎn)坐標(biāo)值。就能經(jīng)MATLAB軟件中編程的數(shù)學(xué)公式程序坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到結(jié)合以病灶側(cè)外耳門(mén)上緣為原點(diǎn)的x、y、z平面三維坐標(biāo)靶點(diǎn)值，即以外耳門(mén)上緣、病灶側(cè)的顴弓上前緣皮膚點(diǎn)為基線(xiàn)的x，y，z靶點(diǎn)值。經(jīng)過(guò)臨床應(yīng)用，均能成功的定位患者顱內(nèi)病灶。

3 討 論

神經(jīng)導(dǎo)航或立體定向固然定位準(zhǔn)確，但其儀器昂貴，基層醫(yī)院不能普及；又因其操作復(fù)雜，收費(fèi)價(jià)格高，在顱內(nèi)病變手術(shù)時(shí)很難普及應(yīng)用，即便買(mǎi)了這些儀器臨床大體定位也很少運(yùn)用。這就存在著顱內(nèi)病變手術(shù)切口定位問(wèn)題。因?yàn)楦麽t(yī)院影像設(shè)備條件不一樣，采集圖像的手段和水平也不一樣，許多CT片缺乏側(cè)位定位片或掃描基線(xiàn)不標(biāo)準(zhǔn)，患者的體位不標(biāo)準(zhǔn)如頭部旋轉(zhuǎn)等，致使神經(jīng)外科醫(yī)師根據(jù)CT和MRI片定位病灶的方法，會(huì)產(chǎn)生一定的偏差。如矢狀竇旁腦膜瘤的前后邊界，為了全部包括腫瘤不得不擴(kuò)大切口，給患者帶來(lái)負(fù)面影響。醫(yī)師有時(shí)為了避免這種偏差，常于患者頭顱體表放置顯影的標(biāo)志物，定位顱內(nèi)病變前后邊界，并重新進(jìn)行CT掃描，用來(lái)驗(yàn)證定位的準(zhǔn)確性，依據(jù)標(biāo)志物調(diào)整頭皮切口邊界［7］。這樣雖提高了準(zhǔn)確性，但增加了患者的醫(yī)療費(fèi)用，延長(zhǎng)了住院時(shí)間，患者又受到一次射線(xiàn)的損傷。因此，臨床上迫切需要運(yùn)用原始CT或MRI片數(shù)據(jù)，對(duì)顱內(nèi)病變進(jìn)行較準(zhǔn)確頭皮投影定位和測(cè)量靶點(diǎn)深度距離。為此，我們對(duì)該項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)行了研究。

現(xiàn)在無(wú)論是CT還是MRI的技術(shù)越來(lái)越成熟，精度越來(lái)越高，可以到達(dá)0.01mm，失真度越來(lái)越小，影像資料的后處理系統(tǒng)非常豐富和強(qiáng)大，影像學(xué)的飛速發(fā)展給臨床工作帶來(lái)了便利［8］?；贑T的成像原理，可以把每次的CT或MRI掃描看成是一次精度很高的、在各個(gè)方向上的對(duì)頭顱的“實(shí)體解剖”［9］，而且每個(gè)“體素或像素”均有自己的三維坐標(biāo)值。重建時(shí)電腦屏幕上出現(xiàn)三維立體圖像、水平位、矢狀位和冠狀位4種圖像，從中可以獲得任意點(diǎn)的原始三維坐標(biāo)值包括顱內(nèi)靶點(diǎn)和顱外標(biāo)志。經(jīng)MATLAB軟件中編程的數(shù)學(xué)公式程序坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，就能得到以病側(cè)外耳門(mén)上緣為原點(diǎn)的靶點(diǎn)新坐標(biāo)值，指導(dǎo)臨床手術(shù)。

從病側(cè)外耳門(mén)上緣到病灶側(cè)的顴弓上前緣皮膚點(diǎn)劃線(xiàn)，近似OM線(xiàn)。CT掃描的眶耳線(xiàn)，是外眥與外耳門(mén)連線(xiàn)，額部延長(zhǎng)線(xiàn)向正中矢狀面靠攏，實(shí)際上眶耳線(xiàn)是斜向前上內(nèi)穿行于組織內(nèi)的，是不可見(jiàn)的。所以我們選擇近眶耳線(xiàn)的顴弓上前緣皮膚點(diǎn)，使手術(shù)患者頭部畫(huà)出的定位線(xiàn)近似平行矢狀面，和我們臨床操作更加接近。以外耳門(mén)上緣為基礎(chǔ)所建立的手術(shù)定位坐標(biāo)系，很容易被神經(jīng)外科醫(yī)師所理解和接受，但注意靶點(diǎn)選擇時(shí)盡量在重建的圖像上選擇，每個(gè)坐標(biāo)在4種圖像上相互參考和印證，數(shù)據(jù)會(huì)更加準(zhǔn)確。

使用該種定位方法需要注意以下幾點(diǎn)：①定位線(xiàn)除眶耳線(xiàn)以外，可根據(jù)實(shí)際情況任意調(diào)整，但需注意圖像中我們選擇的體表點(diǎn)需和患者實(shí)際的體表點(diǎn)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，必要時(shí)可以根據(jù)手術(shù)視野和體位要求等，在體表貼上MARK以輔助定位。②由于計(jì)算出的三維數(shù)值是根據(jù)手術(shù)需要構(gòu)建的垂直三維坐標(biāo)，在顱腦的頂部靶點(diǎn)體表投影測(cè)量上還需要注意頭顱曲度變化增加帶來(lái)的誤差增大問(wèn)題，可使用一些簡(jiǎn)單的三維直角尺輔助。③該坐標(biāo)系的xoz平面，和我們常說(shuō)的矢狀面有一定的小夾角（這與選擇外耳門(mén)上緣和同側(cè)顴弓上前緣皮膚點(diǎn)的個(gè)人在圖像上的選取點(diǎn)有關(guān)，一般情況下與矢狀面角度 ＜5°），對(duì)病灶的一般定位并不受影響；若需要xoz平面完全與矢狀面平行，比如竇旁占位的定位，可補(bǔ)選大腦鐮的任意兩點(diǎn)對(duì)新坐標(biāo)系進(jìn)行調(diào)整（其調(diào)整公式和程序也已完成），以增加手術(shù)時(shí)方向性的把握［10］。④用于前額和后枕皮膚點(diǎn)平行矢狀位穿刺時(shí)，需用延長(zhǎng)線(xiàn)平行移位法和顱腦中線(xiàn)，確定其部位和方向。

本定位方法有以下優(yōu)點(diǎn)：①可以直接在CT工作站獲取患者的靶點(diǎn)資料，不需要患者再次CT重新掃描，減少了醫(yī)療費(fèi)用和放射性損傷；②由于是數(shù)學(xué)計(jì)算，而且CT工作站中靶點(diǎn)選擇時(shí)幾種圖像相互驗(yàn)證，整體的誤差小，精度高；③簡(jiǎn)單易行，上述工作在CT工作站靶點(diǎn)選擇和在MATLAB軟件中運(yùn)行得到結(jié)果，只需數(shù)分鐘即可完成；④在CT和MRI中均可以實(shí)現(xiàn)上述靶點(diǎn)的獲得。相信該技術(shù)和軟件可在相關(guān)技術(shù)人員的幫助下能進(jìn)一步完善，能更簡(jiǎn)化和精確地幫助臨床醫(yī)師定位。

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（本文編輯：劉斯靜）

UTILIZING COORDINATE TRANSITION OF IMAGING DATA TO LOCATE THE RELATIONSHIP BETWEEN THE INTRACRANIAL TARGET AND THE SKULL SURFACE SIGNS

LI Bin1，LEI Xue1，DAI Meng1，WANG Runhui1，BI Yanhua1，F(xiàn)AN zhenzeng2*
（1.Department of Neurosurgery，Huabei Oilfield General Hospital，Hebei Province，Renqiu 062552，China；2.Department of Neurosurgery，the Second Hospital of Hebei Medical University，Shijiazhuang 050000，China）

Objective To determine the corresponding relations between the positions of intracranial lesions and scalp surface signs by using Spiral CT and CT workstations.MethodsWith the application of American GE CT and CT workstations（AW4.0），the data of the patientsˊhead scan images were selected to reconstruct four images including three-dimensional position，horizontal position，sagittal position and coronal position.From those images，the three-dimensional coordinates figures of upper limbs of bilateral outer ears，upper front skin point of cheekbones on the lesion side（in Orbitomeatal Line，OML）and lesions demanding surgery were obtained for all 13 cases of patients who need surgical navigation.Command：With the upper limb of outer ear on the lesion side as the origin，the upper front skin point of cheekbones on the lesion side was located in OML（x-axis），and the upper limb of contralateral outer ear in xoy plane，a new three-dimensional coordinate system was acquired by means of mathematical transformation of these three-dimensional coordinates figures with mathematical formula，and the new coordinates figures（x，y，z）were calculated in the new three-dimensional coordinatesystem，with“x1”on behalf of the longitudinal distance from the target to the upper limb of outer ear on the lesion side，“z1”on behalf of the vertical distance from the target to the upper limb of outer ear on the lesion side，“y1”on behalf of vertical depth of target.This method was applied in all 13 patients to verify the navigating accuracy of the method.ResultsAll lesions of the patients were accurately navigated. Conclusion By using Spiral CT and CT workstation，the original three-dimensional coordinates figures of skull surface signs and intracranial targets were obtained，and a new three-dimensional coordinate system was established within which the origin was the upper limb of outer ear on the lesion side and the x-axis was the OML.A new three-dimensional coordinates figures of the target was acquired to locate the surface projection of intracranial lesions with the application of mathematical methods of coordinate transformation.This method is a novel，reliable，simple and practical way to locate the intracranial lesions.

brain；tomography，spiral computed；radiosurgery

R651.11

A

1007-3205（2012）11-1260-04

2012-03-28；

2012-08-27

李濱（1978-），男，山東淄博人，華北油田公司總醫(yī)院主治醫(yī)師，醫(yī)學(xué)碩士，從事腦立體定向研究。

*通訊作者。E-mail：zhenzengfan@yahoo.com.cn

10.3969/j.issn.1007-3205.2012.11.008