一种烟雾病手术疗效的评估方法

技术领域

本发明涉及IPC分类G06F电数字数据处理或者G06T图像数据处理或产生技 术，包括G06T5/00如从位像到位像地建立一个类似的图形的图像的增强或复原技术，尤 其是一种烟雾病手术疗效的评估方法。

背景技术

烟雾病是一种病因不明的、以双侧颈内动脉末端及大脑前动脉、大脑中动脉起 始部慢性进行性狭窄或闭塞为特征，并继发颅底异常血管网形成的一种脑血管疾病。由于 这种颅底异常血管网在脑血管造影图像上形似“烟雾”，故称为“烟雾病”。

烟雾状血管是扩张的穿通动脉，起着侧支循环的代偿作用。患者的临床表现复 杂多样，包括认知功能障碍、癫痫、不随意运动或头痛，其中最常见的是脑缺血，可表现 为短暂性脑缺血发作(transient ischemic attack，TIA)、可逆性缺血性神经功能障碍(reversible ischemic neurologic deficit，RIND)或脑梗死，其中TIA常由情绪紧张、 哭泣、剧烈运动或进食热辣食物等诱发。自发性颅内出血多见于成年患者，主要原因是烟 雾状血管或合并的微动脉瘤破裂出血，以脑室内出血或脑实质出血破入脑室最为常见，也 可见基底节区或脑叶血肿，单纯蛛网膜下腔出血较少见。神经功能障碍与脑缺血或颅内出 血部位等相关。

烟雾病在东亚国家高发，且有一定的家族聚集性，遗传因素可能参与发病，在 女性多发，有儿童和青壮年二个高峰发病年龄，脑缺血和颅内出血是该病的两种主要危害，总体上儿童和成年患者均以脑缺血为主，而颅内出血多见于成年患者。近年来，烟雾病在我国的发病率和患病率有逐渐上升的趋势，但在诊断和治疗上仍存在一些争议。

对于烟雾病的治疗已经引起关注。

中山大学附属第一医院提出的中国专利申请201910592731.2公开了一种rnf213a基因完整敲除斑马鱼突变体的制备及其应用；设计针对斑马鱼rnf213a基因的TALEN序列；构建其左右臂质粒，并体外转录出相应的mRNA；将TALEN左右臂mRNA混合 并注射到斑马鱼胚胎中；注射后的胚胎养至F0成鱼与野生型成鱼交配，将携带有rnf213a 基因突变的胚胎养至F1成鱼；F1代鱼剪尾基因型鉴定发现存在两种杂合子基因型：+2bp 及-7bp；将杂合子与野生型成鱼外交3代，净化其遗传背景后，再将同种基因型的杂合子 杂交得到纯合子两种基因型：+2bp及-7bp。纯合子与纯合子杂交得到的胚胎进行表型观察 发现存在与人相似的烟雾病表型及海绵状血管瘤表型。该发明通过TALEN基因编辑技术， 能够快速高效的建立rnf213a基因完整敲斑马鱼品系，利用该模型能够开展针对烟雾病或 /和海绵状血管瘤的药物筛选工作。

该文献还公开的了烟雾病的研究资料。RNF213 p.R4810K与烟雾病相关存在明 显种族差异，主要集中在亚洲人，日本烟雾病病人该位点突变率为90.1％，韩国78.9％， 中国23.1％；正常人也存在该位点的变异，日本人2.5％，韩国人2.7％，中国人0.9％。 相对于日本及韩国，中国汉族烟雾病病人此突变位点突变率较低。高加索人烟雾病发病率 是日本人的1/10，高加索人未发现RNF213 p.R4810K与烟雾病明显相关，这可能是高加索 人烟雾病发病率较低的原因之一。在RNF213 p.R4810K与相同环境不同血统烟雾病病人的 研究中发现，p.R4810K在56％亚洲血统烟雾病病人中存在，非亚洲血统烟雾病病人中无 p.R4810K点突变。这提示RNF213 p.R4810K是否参与烟雾病的发病机制存在种族差异。

对于烟雾病的治疗效果的评估工作正在不断研发中，但是未见相关专利文献公开，能够查询到的疾病治疗效果评估技术公开的文献较少，例如：

中国人民解放军总医院提出的中国专利申请201911143440.1公开了一种肝脏 肿瘤消融术后三维空间疗效评估方法及系统，该方法包括：获取患者医学影像图，对医学 影像图进行预处理；对医学影像图进行图像分割和三维建模，获得术前肝脏区域、术前肝 脏肿瘤区域、术后肝脏区域和术后消融区域；利用CPD点集配准算法对术前肝脏区域和术 后肝脏区域进行全局配准，获得变换矩阵，然后计算术前肝脏肿瘤区域对应于消融手术后 的配准结果肿瘤区域；对共有特征进行提取和局部配准，然后对配准结果肿瘤区域进行调整；计算术后消融区域与配准结果肿瘤区域的边界之间的距离，并将该距离在三维空间内可视化显示。该发明能够辅助医生进行消融术后的疗效评估，为患者后续治疗方案制定奠定基础。

北京理工大学提出的中国专利申请201811622007.1提供一种消融手术治疗效 果的评估方法和装置。其中，消融手术治疗效果的评估方法包括：分别对术前图像中的肿 瘤区域和术后图像中的消融区域进行预处理；对预处理后的术前图像中的肿瘤区域和预处理后的术后图像中的消融区域进行图像配准，获取弹性形变场，并对弹性形变场进行矢量场分析，确定肿瘤收缩中心点；根据肿瘤收缩中心点，将预处理后的术前图像中的肿瘤区域映射到图像配准后的预处理后的术后图像上，获取消融手术治疗效果的评估结果。该发明实施例提供的消融手术治疗效果的评估方法和装置，能准确反映术中肿瘤的收缩，从而能获得更准确的消融手术治疗效果的评估结果。

对于烟雾病的治疗效果的评估工作需要获得进展，但是以上这些现有文献并不能提供对本发明有益的启示。

发明内容

本发明的目的是提供一种烟雾病手术疗效的评估方法，通过SPECT脑显像差 异，直观展现同一受试者术前和术后的可视化灌注结果和量化灌注ROI结果。

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：一种烟雾病手术疗效的评估方法， 结合99TCm-双半乙酯单光子发射计算机断层成像术以及计算机断层扫描脑血流灌注显像 技术，将采集到的同一受试者的术前和术后SPECT图像分别进行三维有序子集期望最大化 重建后导入SPECT Proc工作流，先定义并测试Talairach边界，处理完毕后，设定受试 者参照组，并设置体素数据为相关、归一化为至整个脑部最大值；比较同一受试者术前和 术后SPECT脑显像差异，评估烟雾病手术疗效。

尤其是，评估方法还在于：

1)将采集到的同一受试者的术前和术后SPECT图像分别进行三维有序子集期 望最大化，即3D OSEM重建，包括8个子集和12次迭代，然后导入NeuroGam系统SPECT Proc 工作流。

2)定义Talairach边界线：将受试者术前SPECT数据设为“基准”数据集， 将受试者术后SPECT数据设为“测试”数据集。从右上角下拉菜单中选中“基准”数据， 为“基准”数据定义Talairach边界，定义方法如下：

①分隔左右半球：应根据大脑半球间隙来分隔左右半球，沿X轴方向移动分隔 线，此线应平分脑干和脑半球界沟。

②分隔大脑前、中、后部及顶部和底部：这些分隔是基于脑连合线进行分隔的。 在屏幕中心的两个图像上定义垂直前连合(AC)和后连合(PC)线，AC和PC线之间有24mm 的固定距离，沿脑干顶部放置AC-PC线。

③围绕脑部建立一个框：以颞叶的下限、皮层的上限、额叶的前限、枕叶的后 限、皮层组织的侧限来定义此框的边缘。

④验证定义的边界线：调整每个边界线时，轮廓也将实时更新。屏幕左下部的 8个小图像为质量控制图像，它们显示了叠加于相应缩放灌注图像的Talairach计算轮廓。 调整边界线时检查实时更新的质量控制QC图像。如果需要，对边界线进行微调，直至获 得最佳的QC图像。

设定完成后，从右上角下拉菜单中选中“测试”数据，以同样的方法为“测试” 数据定义Talairach边界；

3)处理完毕后，进入“人群比较信息”对话框，输入受试者年龄、性别、注 射药物(ECD)、选择参照组，设定体素数据为相关、归一化为至整个脑部最大值。

4)比较同一受试者术前和术后SPECT脑显像差异。基本信息设定完成后，进 入报告界面，得到归一化的“基础”数据和归一化的“测试”数据的可视化灌注和量化灌 注ROI结果，并得到归一化后的“测试”数据集减去归一化后的“基准”数据集的结果， 该结果被定义为“Delta数据”。从右上角下拉菜单中选中“Delta数据”，即可得到“Delta 数据”的可视化灌注结果和量化灌注ROI结果，直观展现出同一受试者术前和术后的SPECT 脑显像差异；

其中；可视化灌注结果中，所有图像显示来自额位、横位和矢状位投影，显示 了映射在3D皮层表面的平均加表面活性采样值；量化灌注ROI结果中，选择不同的额叶、 顶叶、颞叶、枕叶、丘脑、基底神经节和小脑脑叶，作为感兴趣区ROI，每个感兴趣区域 表示为整个体积的相应百分比；系统自动量化受损皮质在严重程度和大小上的任何灌注差 异，给出定量结果，包括每个相应ROI的平均/最大/最小像素值，选取平均像素值来进行 量化比较。

尤其是，结合99TCm-双半乙酯单光子发射计算机断层成像术以及计算机断层 扫描脑血流灌注显像技术，借助NeuroGam系统和SPSS系统评估烟雾病手术疗效；运用Mcnemar卡方检验来比较手术前后视觉评估和NeuroGam定量分析发现病灶数的差异；采用SPSS系统完成所有统计分析，运用配对T检验来探究术前和术后脑血流灌注是否存在组间差异。

尤其是，以术前额叶为例，将视觉评估和NeuroGam定量分析发现的血流灌注 减低的额叶病灶数量分别输入SPSS系统中，假设阳性结果为1，阴性结果为0，以视觉评 估组和NeuroGam评估组及频数为横轴，1和0为纵轴，绘制2×2列联表；首先对数据进 行加权，点击软件上方工具栏中的“Data”，选择“Weight cases”，点击弹出窗口中的 “Weight casesby”，选入频数变量，点击“OK”完成加权。之后点击软件上方工具栏 中的“Analyze”，选择“Descriptive Statistics”中的“Crosstabs”，在交叉表窗口 中将视觉评估组选入行，NeuroGam评估组选入列，选择统计方法“Mcnemar”，点击“Cells” 选择二联表统计内容，包括观察值、期望值、行百分率、列百分率和总体百分率；选择完 成后点击“OK”即可得到观察值、期望值、行百分率、列百分率、总体百分率及检验结果 P值。若P值＜0.05则认为视觉评估和NeuroGam定量分析发现的术前额叶的病灶数量存 在统计学差异。若P值大于0.05则认为视觉评估和NeuroGam定量分析发现的术前额叶的 病灶数量无统计学差异。以此类推，逐步分析视觉评估和NeuroGam发现的各个ROI术前 和术后病灶数量的差异，以此来证明两种方法评估烟雾病手术疗效的能力是否存在差异。

尤其是，配对T检验探究术后手术侧半球和对侧半球脑血流灌注是否存在差异。同样以额叶为例，打开SPSS系统，导入所有受试者手术半球及其对侧半球的平均像素值，将同一受试者的双侧平均像素值配为一对，所有平均像素值分为手术组和对照组；点击工具栏中的“Analyze”，选择“Compare Means”中的“Paired Sample T Test”，出现配 对T检验窗口；将手术组和对照组同时选中放入配对变量中，点击“OK”即可得到P值、 手术组和对照组的平均值及标准差；若P值＜0.05则认为手术组和对照组在额叶的脑血流 灌注值存在统计学差异，并可根据平均值及标准差来比较两组额叶脑血流灌注值的高低； 若P值＞0.05则认为手术组和对照组在额叶的脑血流灌注值无统计学差异；以同样的方法 进行其他ROI的配对T检验。

尤其是，配对T检验来探究术前和术后手术侧和非手术侧大脑半球脑血流灌 注是否存在差异，并运用Mcnemar卡方检验来比较手术前后视觉评估和NeuroGam定量分 析发现的病灶数的差异，若P值＜0.05，则认为存在统计学差异；选择的ROI为额叶、顶 叶、颞叶、枕叶、丘脑、基底神经节和小脑，用NeuroGam软件后处理所得的各个ROI的 平均像素值来代表各个脑区的血流灌注量。

本发明的优点和效果：分析可以覆盖整个大脑皮层。分析方法直观并且易学易用，操作简单便捷，分析结果更加客观真实。可同时对定量资料和定性资料进行统计分析，分析结果准确性高，以统计学依据证明优于视觉评估，保证结论的可信度。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合 本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本发明保护的范围。

为了克服现有技术的上述问题，本发明提供一种烟雾病手术疗效的评估方法， 其发明构思是，结合99TCm-双半乙酯单光子发射计算机断层成像术以及计算机断层扫描脑血流灌注显像技术，将采集到的同一受试者的术前和术后SPECT图像分别进行三维有序子集期望最大化重建后导入SPECT Proc工作流，先定义并测试Talairach边界，处理完毕 后，设定受试者参照组，并设置体素数据为相关、归一化为至整个脑部最大值；比较同一 受试者术前和术后SPECT脑显像差异，评估烟雾病手术疗效。

本发明评估方法还在于：

1)将采集到的同一受试者的术前和术后SPECT图像分别进行三维有序子集期 望最大化，即3D OSEM重建，包括8个子集和12次迭代，然后导入NeuroGam系统SPECT Proc 工作流。

2)定义Talairach边界线：将受试者术前SPECT数据设为“基准”数据集， 将受试者术后SPECT数据设为“测试”数据集。从右上角下拉菜单中选中“基准”数据， 为“基准”数据定义Talairach边界，定义方法如下：

①分隔左右半球：应根据大脑半球间隙来分隔左右半球，沿X轴方向移动分隔 线，此线应平分脑干和脑半球界沟。

②分隔大脑前、中、后部及顶部和底部：这些分隔是基于脑连合线进行分隔的。 在屏幕中心的两个图像上定义垂直前连合(AC)和后连合(PC)线，AC和PC线之间有24mm 的固定距离，沿脑干顶部放置AC-PC线。

③围绕脑部建立一个框：以颞叶的下限、皮层的上限、额叶的前限、枕叶的后 限、皮层组织的侧限来定义此框的边缘。

④验证定义的边界线：调整每个边界线时，轮廓也将实时更新。屏幕左下部的 8个小图像为质量控制图像，它们显示了叠加于相应缩放灌注图像的Talairach计算轮廓。 调整边界线时检查实时更新的质量控制QC图像。如果需要，对边界线进行微调，直至获 得最佳的QC图像。

设定完成后，从右上角下拉菜单中选中“测试”数据，以同样的方法为“测试” 数据定义Talairach边界；

3)处理完毕后，进入“人群比较信息”对话框，输入受试者年龄、性别、注 射药物(ECD)、选择参照组，设定体素数据为相关、归一化为至整个脑部最大值。

4)比较同一受试者术前和术后SPECT脑显像差异。基本信息设定完成后，进 入报告界面，得到归一化的“基础”数据和归一化的“测试”数据的可视化灌注和量化灌 注ROI结果，并得到归一化后的“测试”数据集减去归一化后的“基准”数据集的结果， 该结果被定义为“Delta数据”。从右上角下拉菜单中选中“Delta数据”，即可得到“Delta 数据”的可视化灌注结果和量化灌注ROI结果，直观展现出同一受试者术前和术后的SPECT 脑显像差异。其中：

①可视化灌注结果：所有图像显示来自额位、横位和矢状位投影，显示了映射 在3D皮层表面的平均加表面活性采样值。软件使用不同颜色标注的脑血流三维图像显示 大脑皮层和皮层下结构的血流灌注情况。

②量化灌注ROI结果：选择不同的脑叶，如额叶、顶叶、颞叶、枕叶、丘脑、 基底神经节和小脑作为感兴趣区ROI(region of interest)，每个感兴趣区域表示为整个 体积的相应百分比；系统自动量化受损皮质在严重程度和大小上的任何灌注差异，给出定 量结果，包括每个相应ROI的平均/最大/最小像素值，选取平均像素值来进行量化比较。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例：结合99TCm-双半乙酯单光子发射计算机断层成像术以及计算机断层 扫描脑血流灌注显像技术，借助NeuroGam系统和SPSS系统评估烟雾病手术疗效；运用Mcnemar卡方检验来比较手术前后视觉评估和NeuroGam定量分析发现病灶数的差异；采用SPSS系统完成所有统计分析，运用配对T检验来探究术前和术后脑血流灌注是否存在组间差异。

前述中，以术前额叶为例，将视觉评估和NeuroGam定量分析发现的血流灌注 减低的额叶病灶数量分别输入SPSS系统中，假设阳性结果为1，阴性结果为0，以视觉评 估组和NeuroGam评估组及频数为横轴，1和0为纵轴，绘制2×2列联表；首先对数据进 行加权，点击软件上方工具栏中的“Data”，选择“Weight cases”，点击弹出窗口中的“Weight casesby”，选入频数变量，点击“OK”完成加权。之后点击软件上方工具栏中的“Analyze”， 选择“Descriptive Statistics”中的“Crosstabs”，在交叉表窗口中将视觉评估组选入 行，NeuroGam评估组选入列，选择统计方法“Mcnemar”，点击“Cells”选择二联表统计 内容，包括观察值、期望值、行百分率、列百分率和总体百分率；选择完成后点击“OK” 即可得到观察值、期望值、行百分率、列百分率、总体百分率及检验结果P值。若P值＜ 0.05则认为视觉评估和NeuroGam定量分析发现的术前额叶的病灶数量存在统计学差异。 若P值大于0.05则认为视觉评估和NeuroGam定量分析发现的术前额叶的病灶数量无统计 学差异。以此类推，逐步分析视觉评估和NeuroGam发现的各个ROI术前和术后病灶数量 的差异，以此来证明两种方法评估烟雾病手术疗效的能力是否存在差异。

前述中，配对T检验探究术后手术侧半球和对侧半球脑血流灌注是否存在差 异。同样以额叶为例，打开SPSS系统，导入所有受试者手术半球及其对侧半球的平均像 素值，将同一受试者的双侧平均像素值配为一对，所有平均像素值分为手术组和对照组； 点击工具栏中的“Analyze”，选择“Compare Means”中的“Paired Sample T Test”，出 现配对T检验窗口；将手术组和对照组同时选中放入配对变量中，点击“OK”即可得到P 值、手术组和对照组的平均值及标准差；若P值＜0.05则认为手术组和对照组在额叶的脑 血流灌注值存在统计学差异，并可根据平均值及标准差来比较两组额叶脑血流灌注值的高 低；若P值＞0.05则认为手术组和对照组在额叶的脑血流灌注值无统计学差异；以同样的 方法进行其他ROI的配对T检验。

前述中，配对T检验来探究术前和术后手术侧和非手术侧大脑半球脑血流灌注 是否存在差异，并运用Mcnemar卡方检验来比较手术前后视觉评估和NeuroGam定量分析 发现的病灶数的差异，若P值＜0.05，则认为存在统计学差异；选择的ROI为额叶、顶叶、 颞叶、枕叶、丘脑、基底神经节和小脑，用NeuroGam软件后处理所得的各个ROI的平均 像素值来代表各个脑区的血流灌注量。

本发明实施例中，NeuroGam系统可自动分析SPECT脑血流灌注图像，采用定 量分析方法，根据SPECT/CT所获得的功能性数据和参考模板(Talairach)之间配准，依 据动脉环、Brodmann分区等对患者脑组织图像进行定量分析，并将SPECT所得结果与正常 或疾病数据库信息进行比较。应用该软件进行图像后处理可得到可视化大脑皮层和皮层下 核团在不同断面的图像、大脑皮层的三维图像，以及不同层面灌注的定量值。使用数据相 减功能，对同一患者手术前后的数据进行比较，图像上可直观显示脑血流灌注增加或减少， 得到相应脑区的血流灌注值。与视觉评估相比，NeuroGam软件操作简单便捷，省时省力， 分析可以覆盖整个大脑皮层。同时，该软件基于体素分析的方法保证了结果的准确性，所 得结果更加客观、真实。NeuroGam系统可基于体素对脑功能图像进行分析,被广泛应用于 痴呆、帕金森病、癫痼、烟雾病等各类脑功能异常疾病的研究中。与同类软件相比，NeuroGam 软件无技术限制，分析方法简单，既可用于临床个体分析，也可用于大样本研究，特别适 用于临床日常实践，可作为临床医师分析各类脑功能异常疾病的有力工具，但未来仍需进 行大样本，多中心，前瞻性的临床研究以验证其应用价值。

本发明实施例中，SPSS系统版本为16.0.1；SPSS系统即Statistical Product andService Solutions统计产品与服务解决方案简称，比如SPSS for Windows是一个组 合式软件包，它集数据录入、整理、分析功能于一身。用户可以根据实际需要和计算机的 功能选择模块，以降低对系统硬盘容量的要求，有利于该软件的推广应用。SPSS的基本功 能包括数据管理、统计分析、图表分析、输出管理等等。SPSS统计分析过程包括描述性统 计、均值比较、一般线性模型、相关分析、回归分析、对数线性模型、聚类分析、数据简 化、生存分析、时间序列分析、多重响应等几大类，每类中又分好几个统计过程，比如回 归分析中又分线性回归分析、曲线估计、Logistic回归、Probit回归、加权估计、两阶 段最小二乘法、非线性回归等多个统计过程，而且每个过程中又允许用户选择不同的方法 及参数。SPSS forWindows的分析结果清晰、直观、易学易用，而且可以直接读取EXCEL 及DBF数据文件，现已推广到各种操作系统的计算机上，它和SAS、BMDP并称为国际上最 有影响的三大统计软件。在国际学术界有条不成文的规定，即在国际学术交流中，凡是用 SPSS软件完成的计算和统计分析，可以不必说明算法。SPSS系统可同时对定量资料和定 性资料进行统计分析，为证明NeuroGam在评估烟雾病手术疗效中的价值优于视觉评估提 供了统计学依据。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中，NeuroGam系统以及SPSS系 统为现有技术，可以根据实际的需要调用其中部分功能模块，这些功能模块中包含有属于 现有技术的运算方法，选择运用其中的部分或者全部模块可，以达成实现本实施例完整技 术方案中的部分内容目的，而本发明是由这些局部技术内容结合其它技术特征共同构成的 完整技术方案。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件以及必需的通用硬件设备平台的方式来实现，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设 备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行上述各个实施例或者实施例的某些 部分的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。