基于Level set方法的医学图像分割

本文引入了一种基于偏微分方程的曲线进化方法—Level set方法,通过与Fast marching方法的结合,可以实现运算速度的大大提高。同时引进了更有效的Kim提出的GMM(Group Marching Method)方法,减少了运算量,并给出了改进方法。最后,把该方法用于仿真图与医学图像分割中,获得了较好的效果。

基于Level Set方法的Visible Human Being虚拟人图像处理

提出了将基于区域的VectorConfidenceConnected的低级分割方法和基于边界的LevelSet高级分割方法相组合的分割方法,使得边界的平滑性得到了保持;既有效地结合了医学专家的医学背景知识,又提高了分割处理的速度,很好的处理了医学图像中常见的拓扑结构,实验结果表明该方法切实可行。

APP/PS1转基因AD小鼠磁共振波谱及行为学的对照观察

目的探讨氢质子磁共振波谱(1H-MRS)成像对APP/PS1转基因AD小鼠代谢变化的显示及其早期诊断价值。方法35只APP/PS1AD小鼠(实验组)和20只同源野生型小鼠(对照组)在6、9月龄时接受Morris水迷宫测试及1H-MRS成像。1H-MRS测量小鼠大脑海马区N-乙酰天门冬氨酸(NAA)、肌醇(mI)和肌酸(Cr)的峰下面积,计算NAA/Cr和mI/Cr比值并进行两样本均数t检验。结果与对照组比较,实验组小鼠6月龄时mI/Cr比值明显升高(t=2.904,P<0.05),NAA/Cr比值明显降低(t=-7.535,P<0.05)。免疫组化检查显示海马区出现Aβ沉积斑块,周围包绕活化的胶质细胞;而行为学差异在9月龄时才有统计学意义(P<0.05),表现为小鼠学习和记忆方面的损害。结论1H-MRS是早期评价AD的高敏感性、高特异性的方法,mI、NAA的变化早于行为学改变。

诱导后大鼠胰岛素分泌细胞超顺磁化氧化铁颗粒-多聚左旋赖氨酸体外标记后生物活性研究

目的比较超顺磁化氧化铁颗粒-多聚左旋赖氨酸(SPIO-PLL)标记与未标记诱导后大鼠胰岛素分泌细胞的生物活性,探讨两者MRI成像表现。方法分离培养大鼠骨髓间质干细胞(BMSC),经二期方案诱导成胰岛素分泌细胞,SPIO-PLL标记细胞,普鲁士蓝染色显示细胞内铁;放射免疫分析法测定标记及未标记细胞的胰岛素分泌情况;同时采用临床应用型1．5 T MR仪对两组细胞群进行T_1WI、T_2WI、T_2*WI 3个序列成像。结果普鲁士蓝染色显示标记细胞蓝色铁颗粒位于细胞内。标记后的细胞能分泌胰岛素,经统计学分析分泌量与未标记细胞无显著性差异。标记后的细胞在以T_2*WI序列信号降低最明显,信号强度变化率最大。结论SPIO-PLL可以有效标记诱导后大鼠胰岛素分泌细胞,且对其生物学活性无明显影响,临床应用型1．5 T MR仪可对标记细胞群进行体外成像。

一种基于信号极点先验知识和隔点抽样的磁共振波谱参数估计方法

提出了一种新的参数估计方法.该方法通过有效地结合隔点抽样技术和信号极点先验知识,实现了波谱的参数估计.文中的理论和实验证明,该方法不论是从计算速度还是从参数估计的精度来比较,都要明显优于经典的HTLS方法和HTLSPK方法.

一种基于全局最小乘方法的磁共振波谱目标频率选择的量化方法

磁共振波谱中,感兴趣成分的单独量化不但符合许多实际应用的要求,而且同时也提高了量化的速度和精度.为此本文提出了一种基于频率选择的波谱信号量化方法,该方法通过全局最小乘方法来估计波谱信号的非线性参数,又结合前向和后向的APES方法来估计其线性参数.文中的模拟和活体数据实现表明,本文方法在计算速度和参数估计的稳健性上要明显优于经典的HSVD和HTLS方法,同时其综合性能比Stoica等提出的频率选择方法SELF-SVD还好.

血管内皮祖细胞靶向损伤血管内皮磁共振成像的实验研究

目的采用超顺磁性氧化铁(SPIO)作为磁共振示踪细胞的标记物,为血管内皮祖细胞移植防治血管内皮损伤性疾病提供实验依据。方法分离、鉴定并培养新西兰大白兔外周血血管内皮祖细胞(EPCs),制备 Fe_2O_3-多聚左旋赖氨酸(PLL)并体外标记 EPCs。用2.5 F 球囊扩张兔右侧颈动脉,制作血管内膜损伤模型,进行 EPCs 局部移植。A 组5只,移植 Fe_2O_3-PLL 标记的 EPCs,B 组5只,移植荧光标记的 EPCs,C 组5只为空白对照,局部注射生理盐水。细胞移植后7 d,所有实验兔行 MR 颈动脉扫描,并取受损伤血管做病理组织学检查,并与 MR 信号变化进行对比分析。结果EPCs 的 Fe_2O_3-PLL 标记率>95%,A 组标记细胞移植后7 d,MR 扫描 T_2WI 显示损伤血管壁明显低信号区,而 B 组和 C 组无明显异常信号改变;病理学检测显示 A 组损伤血管内膜有普鲁氏蓝染色阳性细胞黏附,B 组损伤血管内皮有强荧光表达,C 组损伤血管内皮无表达。结论利用1.5 TMR 仪进行活体成像技术,可示踪并检测磁粒子标记血管内皮祖细胞在损伤血管内皮的归巢、黏附及分布,为血管内皮祖细胞移植防治血管内皮损伤性疾病提供了实验依据。

外周血内皮祖细胞磁探针标记及体外磁共振成像的实验研究

目的应用纳米磁探针三氧化二铁（Fe2O3）-多聚赖氨酸（PLL）复合物体外标记兔外周血内皮祖细胞（EPCs），磁共振（MR）对标记细胞成像。方法合成Fe2O3-PLL复合物。分离兔外周血单个核细胞，贴壁法筛选出EPCs，传代培养，Fe2O3-PLL标记祖细胞，普鲁士蓝染色、电子显微镜显示细胞内铁，四氮噻唑蓝（MTT）比色试验评价不同浓度Fe2O3-PLL标记EPCs后对细胞生长状况的影响，流式细胞分析检测标记、未标记细胞的细胞周期、细胞凋亡，应用MR的不同序列进行细胞群成像。结果普鲁士蓝染色、电镜观察均可见铁颗粒位于细胞质内，标记率接近100％，MTT比色试验示10μg／ml至200μg／ml7个铁浓度组，Fe2O3-PLL标记后细胞的光吸收值与未标记者比较，差异无统计学意义，流式细胞分析结果显示Fe2O3-PLL标记后细胞周期、细胞凋亡与未标记细胞间差异无统计学意义。磁共振成像（MRI）显示标记Fe2O3-PLL的细胞群较未标记者信号降低，以T2^＋加权像（FWI）信号强度变化率最大；标记后7d的信号强度变化率均较标记1d者下降。结论Fe2O3-PLL可以有效标记兔外周血EPCs，其对细胞的活力、增殖等生物学特性无明显影响。临床应用型1．5TMR可在体外进行标记细胞群成像，间接反映于细胞的数量和分裂增殖状态。

小鼠骨髓间充质干细胞体内定向诱导分化与治疗肝功能损伤的实验研究

目的 观察小鼠骨髓间充质干细胞（MSC）在肝脏特定微环境下是否向具肝细胞表型与功能的细胞横向分化，并探讨其治疗肝功能损伤的可行性。方法 20只裸小鼠，随机分为4组，每组5只：A组：CCl4与橄榄油1：1混合，按1ml／kg腹腔注射，每周2次。1周后经尾静脉移植1×10^6GFP阳性MSC，术后继续注射CCl4，每周2次；B组：CCl4注射同A组，经尾静脉注入等量生理盐水；C组：正常小鼠，细胞移植同A组；D组：正常对照。术后4周处死全部受试动物，血清检测肝功能，HE、Masson染色行组织学观察，双荧光染色确认GFP阳性细胞并观察其是否表达肝细胞特异性蛋白。结果 A、B组受体肝纤维组织增生显示肝功能损伤模型制作成功，二组胶原分布百分比差异并无统计学意义（10．5±1．5vs12．7±1．6，t=-2．238，P〉0．05）。A组镜下可见GFP阳性细胞主要分布于汇管区及小叶间隔周围，部分同时表达白蛋白（35％±7％）；B、C、D组镜下均未见绿色荧光细胞。A组白蛋白水平明显高于B组（24．4g／L±3．3g／Lvs18．6g／L±2．9g／L，P〈0．05），两组血清丙氨酸转氨酶（ALT）水平差异有统计学意义（121U／L±21U／Lvs192U／L±29U／L，P〈0．05）。结论 持续肝功能损伤可以有效诱导MSC向肝迁移增殖，部分MSC在肝细胞持续损伤的微环境下有向肝样细胞横向分化的潜能，提示MSC移植可以在一定程度上修复受损肝功能。

肾功能衰竭大鼠超顺磁性氧化铁标记骨髓间充质干细胞肾脏移植MR活体示踪的研究

目的应用磁性氧化铁纳米粒子和多聚左旋赖氨酸(poly-L-lysine,PLL)的偶联物Fe2O3-PLL标记大鼠骨髓间充质干细胞(MSCs),MR活体示踪经肾动脉移植入肾功能衰竭(简称肾衰)大鼠肾脏的标记细胞。方法制备Fe2O3-PLL,分离、纯化并培养大鼠骨髓MSCs,Fe2O3-PLL标记细胞,普鲁士蓝染色显示细胞内铁。肌内注射甘油所致肾衰的大鼠分为2组,分别经左肾动脉移植入标记细胞(6只)和未标记细胞(5只),移植后即刻及第1、3、5、8天应用MRI对移植细胞进行活体示踪,并与肾脏组织切片普鲁士蓝染色和HE染色对照。结果MSCs的Fe2O3-PLL标记率近100%,普鲁士蓝染色显示蓝色铁颗粒位于MSCs胞质内。标记细胞移植后肾衰大鼠肾脏皮质区信号强度明显下降,T2WI信号改变最明显,而肾髓质及肾盂信号较细胞移植前无明显变化,信号改变随着时间的延长逐渐减轻一直持续到移植后第8天。组织学分析见绝大多数标记细胞分布于肾皮质肾小球内,与MRI信号改变区域基本一致。未标记细胞移植后未见肾脏信号改变。结论Fe2O3-PLL可以有效标记大鼠骨髓MSCs,临床应用型1.5T磁共振仪可对经肾动脉移植入肾衰大鼠肾脏的标记细胞进行初步活体示踪。

神经干细胞移植治疗APP／PS1小鼠磁共振波谱及行为学对照研究

目的应用氢质子磁共振波谱（Protonmagneticresonancespectroscopy，1H—MRS）技术及Mor-ris水迷宫（Morriswatermaze，MWM）检测，探讨神经干细胞（NSCs）移植治疗APP／PS1转基因阿尔茨海默病（Alzheimerdisease，AD）小鼠的效果。方法C57BL／6小鼠NSCs培养、扩增。12月龄APP／PS1转基因AD小鼠（实验组）30只与野生型小鼠（对照组，C组）15只作为实验对象。实验组小鼠随机数字表法分为A、B两组，分别移植NSCs（A组）及PBS（B组）至AD双侧海马CA1区，对照组不作处理。移植前及移植后4周行1H．MRS成像及MWM测试，并与组织病理学结果进行对照研究。结果1H—MRS显示移植前A、B及c组小鼠的NAA／Cr值分别为1．01±0．08、1．03±0．05及1．21±0．05，mI／Cr值分别为0．69＋0．05、0．71±0．06及0．58±0．06，A、B组间差异均无统计学意义（P〉O．05），但均较c组差异有统计学意义（P〈0．05）。移植4周后A组NAA／Cr值升高（1．18±0．09），mI／Cr值降低（0．53±0．04），均较B组相同时点差异有统计学意义（P〈0．05），与c组相比差异无统计学意义（Jp〉0．05）。行为学检测显示移植后A组逃避潜伏期明显缩短，较B组差异有统计学意义（P〈0．05）；移植后A组小鼠平台停留时间[（35．21±5．44）S]、穿越平台次数[（5．75±3．23）次]也较B组明显增加（P〈0．05）。Nissl＇s染色显示AD小鼠在NSCs移植后海马区神经元细胞数较未移植AD小鼠明显增多（P〈0．05）。结论NSCs移植可明显改善AD小鼠的学习、记忆能力，1H—MRS可从功能代谢水平有效的评价NSCs移植治疗AD的效果。

APP／PS1转基因阿尔茨海默病小鼠的MR波谱定量分析

目的 利用MRS探讨APP/PS1转基因阿尔茨海默病（AD）小鼠脑内代谢物的变化及对早期AD的诊断价值.方法 35只APP/PS1双转基因AD小鼠（实验组）和20只野生型小鼠（对照组）分别在3、6、9月龄时采用7.0 T高场强MR仪行1H-MRS,测量小鼠大脑皮质及海马区N-乙酰天冬氨酸（NAA）、肌醇（mI）和肌酸（Cr）的峰下面积,计算NAA/Cr和mI/Cr比值,并与病理结果进行对照.分别以各月龄AD小鼠的NAA/Cr比值的95%可信区间的上限及mI/Cr比值的95%可信区间的下限作为阈值,比较其对AD小鼠的敏感度、特异度和准确度.两组间NAA/Cr和mI/Cr比值的比较采用独立样本t检验.结果 3、6、9月龄AD小鼠的mI/Cr比值分别为0.68±0.03、0.72±0.04、0.77±0.04,对照组分别为0.63±0.04、0.64±0.03、0.64±0.04,两组间差异均有统计学意义（t值分别为2.814、5.146、14.437,P值均〈0.01）,3月龄时ml/Cr比值即明显升高,病理检查显示大脑皮质及海马区出现星形胶质细胞的增生、活化;3、6、9月龄AD小鼠的NAA/Cr比值分别为1.17±0.08、1.04±0.05、0.90±0.05,对照组分别为1.18 ±0.07、1.16 ±0.07、1.18±0.08,3月龄时,两组间差异无统计学意义（t=0.752,P〉0.05）,6、9月龄时两组间差异有统计学意义（t值分别为-8.514、-5.646,P值均〈0.05）,6月龄时NAA/Cr比值明显降低,病理检查显示AB沉积斑块出现.mI诊断3、6及9月龄AD小鼠的敏感度分别为80%（28/35）、84%（26/31）、85%（23/27）;特异度为85%（17/20）、94%（17/18）、100%（16/16）;准确度为82%（45/55）、88%（43/49）、91%（39/43）;NAA诊断6、9月龄AD小鼠的敏感度分别为84%（26/31）、89%（24/27）;特异度为89%（16/18）、100%（16/16）;准确性为86%（42/49）、93%（40/43）.结论 mI、NAA是评价早期AD的高敏感度、高特异度的指标,且mI的变化早于NAA,1H-MRS定量分析为早期AD的诊断提供了重要依据.

神经干细胞移植治疗APP—PS1转基因阿尔茨海默病小鼠的1H—MR波谱研究

目的 探讨1 H-MRS评价神经干细胞（NSCs）移植治疗APP-PS1转基因阿尔茨海默病（AD）小鼠疗效的应用价值.方法 C57BL/6小鼠NSCs培养、扩增.12月龄的APP-PS1转基因AD小鼠30只随机数字表法等分为A、B2组,分别移植NSCs及磷酸盐缓冲液（PBS）至双侧海马CA1区；正常小鼠15只（野生型）作为对照组（C组）不作处理.应用7.0T高场强MR仪分别在移植前及移植后6周行1 H-MRS,测量海马区N-乙酰天冬氨酸（NAA）、谷氨酸（Glu）、肌醇（mI）、胆碱（Cho）及肌酸（Cr）的峰下面积,分析NAA/Cr、Glu/Cr、mI/Cr及Cho/Cr的变化并与Nissl染色与电镜检查结果进行对照研究.组间各指标的比较采用单因素方差分析.结果 C57BL/6小鼠NSCs培养成功.1HMRS显示移植前A、B、C3组的NAA/Cr、Glu/Cr及mI/Cr分别为0.89 ±0.05、0.88 -±0.04、1.15±0.05,0.40±0.03、0.39±0.03、0.45±0.05,0.67±0.05、0.67±0.05、0.52±0.04,差异有统计学意义（F值分别为148.918、7.529、59.468,P值均＜0.01）.其中A、B2组AD小鼠的NAA/Cr、Glu/Cr及mI/Cr值差异无统计学意义（t值分别为0.147、0.006、0.207,P值均＞0.05）,但均较C组差异有统计学意义（t值分别为0.255、0.467、0.171及0.269、0.527、0.151,P值均＜0.05）.移植6周后A、B、C3组的NAA/Cr、Glu/Cr及mI/Cr分别为1.13±0.07、0.86±0.05、1.14±0.05,0.45±0.04、0.38±0.02、0.44±0.03,0.58±0.04、0.67±0.04、0.53±0.04,差异有统计学意义（F值分别为112.092、23.076、44.367,P值均＜0.01）.其中A组NAA/Cr及Glu/Cr值升高,mI/Cr值降低,较B组差异均有统计学意义（t值分别为0.271、0.071、0.089,P值均＜0.05）,与C组相比NAA/Cr及Glu/Cr值差异无统计学意义（t值分别为0.013、0.012,P值均＞0.05）,但mI/Cr值差异有统计学意义（t=0.046,P＜0.05）.各组小鼠Cho/Cr值在移植前后差异均无统计学意义（P值均＞0.05）.Nissl染色显示AD小鼠在NSCs移植后海马区神经元细胞数较未移植AD小鼠明显增多.电镜显示A组小鼠海马CA1区大部分神经元细胞形态正常,细胞器丰富,而B组AD小鼠神经元细胞明显肿胀,突触联系疏松.结论 1 H-MRS可定量显示APP-PS1转基因AD小鼠NSCs移植前后的脑内代谢变化,对无创性评价NSCs治疗AD的效果具有较大的应用价值.

磁共振活体监测大鼠间充质干细胞移植治疗急性肾功能衰竭

目的磁共振活体监测移植入急性肾功能衰竭（ARF）大鼠腹主动脉的磁标记间充质干细胞（MSCs）并检测大鼠肾功能及肾脏病理改变。方法磁性纳米粒子体外标记大鼠骨髓MSCs。ARF大鼠分为3组，插导管至腹主动脉，分别移植入标记细胞（10只）；移植入未标记细胞（10只）；灌注等量生理盐水（10只）。移植后0．5h及第1、2、5天应用MRI对移植细胞进行活体示踪，并与肾脏普鲁士蓝染色及CD68抗体染色对照。监测大鼠肾功能恢复及肾脏病理变化情况。结果Fe2O3-PLL可有效标记大鼠MSCs。标记细胞移植后ARF大鼠肾脏皮质区T2＊WI信号强度明显下降，持续到移植后第5天。组织学分析见标记细胞分布于肾皮质肾小球内。细胞移植组肾功能优于对照组，肾损伤程度明显轻于对照组。结论临床应用型1．5T磁共振仪可活体监测移植入ARF大鼠腹主动脉的MSCs，移植后早期细胞分布于肾皮质肾小球内；MSCs移植后早期可促进ARF恢复。

基于Level Set方法的Visible Human Being虚拟人图像处理

根据虚拟人图像特点,我们提出了将基于区域的Vector Confidence Connected的低级分割方法和基于边界的Level Set高级分割方法相组合的分割方法。实验结果中,边界的平滑性得到了保持,同时半自动的分割方法既有效地结合了医学专家的医学背景知识,又提高了分割处理的速度。医学图像中常见的拓扑结构的变化也得到了很好的处理。同时,算法的鲁棒性也到了提高。