為了給鯉魚機(jī)器人腦電極準(zhǔn)確植入進(jìn)行定位導(dǎo)航,本研究擬建立腦結(jié)構(gòu)及腦電極三維立體模型。借助腦立體定位儀將鎢電極植入鯉魚小腦,通過(guò)離水電刺激實(shí)驗(yàn)和水下控制實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)腦運(yùn)動(dòng)區(qū)并獲取其三維坐標(biāo)值,應(yīng)用3.0 T磁共振成像儀對(duì)顱腦及電極成像,應(yīng)用3D-DOCTOR和Mimics軟件進(jìn)行三維重建。結(jié)果顯示,所發(fā)現(xiàn)的腦運(yùn)動(dòng)區(qū)及坐標(biāo)值是準(zhǔn)確的,構(gòu)建的腦組織及腦電極三維重建圖再現(xiàn)了腦立體結(jié)構(gòu),可觀察到腦電極與腦組織、腦組織與顱骨表面的相對(duì)空間位置關(guān)系;通過(guò)構(gòu)建的腦組織三維重建綜合顯示圖,可觀察到三維重建的腦組織在磁共振圖像中的解剖位置,以及腦組織與顱骨表面的相對(duì)空間位置關(guān)系。本研究所構(gòu)建的三維重建模型可為腦電極植入提供定位導(dǎo)航工具。 

【文章來(lái)源】：生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2020,37(05)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

借助腦立體定位儀植入腦電極

由于二維的磁共振圖像不能觀察到腦組織的三維立體結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征，因此本研究利用3D-DOCTOR軟件和Mimics軟件實(shí)現(xiàn)鯉魚腦組織及植入腦電極的三維重建。圖3是植入腦電極的鯉魚腦組織三維重建圖，能夠顯示電極植入方向和植入位點(diǎn)，能夠觀察到腦電極與腦組織的相對(duì)空間位置關(guān)系。利用Mimics軟件通過(guò)手動(dòng)勾勒感興趣區(qū)域和調(diào)節(jié)閾值，進(jìn)行了軸狀位、冠狀位、矢狀位的鯉魚腦組織顯影（見圖4）。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行腦組織的三維重建，圖5是鯉魚腦組織的三維重建圖，構(gòu)建出了嗅球、嗅莖、端腦、中腦、小腦、迷葉、延腦等結(jié)構(gòu)，其中嗅莖連接于端腦，直達(dá)鼻部嗅囊，嗅莖末端各有一橢圓形的嗅球；端腦位于腦的最前部，含有嗅覺中樞；中腦較大，是視覺中樞所在區(qū)域；小腦是運(yùn)動(dòng)的主要協(xié)調(diào)中樞；迷葉在小腦后側(cè)面；此后是延腦。本文鯉魚腦組織三維重建圖與秉志[20]在《鯉魚解剖》專著中所述的腦結(jié)構(gòu)基本一致，表明本文鯉魚腦組織三維重建圖不僅是成功的也是可信的。如圖6所示，本研究將鯉魚腦組織軸狀位、冠狀位、矢狀位三個(gè)方向的二維磁共振圖像與重建后的三維腦組織立體模型進(jìn)行融合，構(gòu)建出鯉魚腦組織三維重建綜合顯示圖。通過(guò)比對(duì)，可以看出三維重建腦組織立體模型的外輪廓與二維腦組織磁共振圖像的外輪廓相契合，無(wú)論是軸狀位、冠狀位還是矢狀位都能夠吻合，三維重建后的鯉魚腦組織結(jié)構(gòu)、形狀和大小均不失真。通過(guò)三維重建綜合顯示圖，可以直觀觀察到三維重建的腦組織在磁共振圖像中的解剖位置和形狀，有利于觀察腦組織與顱骨表面的相對(duì)空間位置關(guān)系。腦結(jié)構(gòu)及腦電極三維立體模型的構(gòu)建，可為腦電極的精準(zhǔn)植入提供定位與導(dǎo)航的依據(jù)和工具，對(duì)提升動(dòng)物機(jī)器人控制的精確性和有效性具有重要的研究?jī)r(jià)值和意義。

如圖6所示，本研究將鯉魚腦組織軸狀位、冠狀位、矢狀位三個(gè)方向的二維磁共振圖像與重建后的三維腦組織立體模型進(jìn)行融合，構(gòu)建出鯉魚腦組織三維重建綜合顯示圖。通過(guò)比對(duì)，可以看出三維重建腦組織立體模型的外輪廓與二維腦組織磁共振圖像的外輪廓相契合，無(wú)論是軸狀位、冠狀位還是矢狀位都能夠吻合，三維重建后的鯉魚腦組織結(jié)構(gòu)、形狀和大小均不失真。通過(guò)三維重建綜合顯示圖，可以直觀觀察到三維重建的腦組織在磁共振圖像中的解剖位置和形狀，有利于觀察腦組織與顱骨表面的相對(duì)空間位置關(guān)系。腦結(jié)構(gòu)及腦電極三維立體模型的構(gòu)建，可為腦電極的精準(zhǔn)植入提供定位與導(dǎo)航的依據(jù)和工具，對(duì)提升動(dòng)物機(jī)器人控制的精確性和有效性具有重要的研究?jī)r(jià)值和意義。圖4 鯉魚腦組織閾值提取

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3550486