周?chē)窠?jīng)三維重建與可視化研究進(jìn)展

【摘要】

目的  對(duì)周?chē)窠?jīng)三維重建與可視化研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

方法  廣泛查閱近期國(guó)內(nèi)外周?chē)窠?jīng)三維重建與可視化研究的相關(guān)文獻(xiàn)，并進(jìn)行回顧和綜合分析。

結(jié)果  利用周?chē)窠?jīng)三維重建與可視化技術(shù)，不僅可以真實(shí)再現(xiàn)周?chē)窠?jīng)復(fù)雜的三維表面結(jié)構(gòu)及毗鄰關(guān)系，而且可以將周?chē)窠?jīng)內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)任意顯示、旋轉(zhuǎn)、縮放、分割和適時(shí)三維測(cè)量，并已經(jīng)在臂叢神經(jīng)、腰骶叢神經(jīng)、神經(jīng)干功能束（組）、肌內(nèi)神經(jīng)走行分布、周?chē)窠?jīng)再生過(guò)程、包含周?chē)窠?jīng)的復(fù)合組織三維重建與可視化研究等方面取得了初步成效。但由于周?chē)窠?jīng)信息的識(shí)別、分割、配準(zhǔn)和融合等問(wèn)題尚未解決，周?chē)窠?jīng)可視化研究目前仍處于初始階段。

結(jié)論 周?chē)窠?jīng)三維重建與可視化研究對(duì)更新周?chē)窠?jīng)損傷的診療理念、完善周?chē)窠?jīng)診療手段，開(kāi)辟周?chē)窠?jīng)科研與教學(xué)的新途徑等方面均具有重要的價(jià)值，可望成為周?chē)窠?jīng)外科新的生長(zhǎng)點(diǎn)。

周?chē)窠?jīng)包括 31 對(duì)脊神經(jīng)及 12 對(duì)腦神經(jīng)，在骨科領(lǐng)域常見(jiàn)的周?chē)窠?jīng)損傷主要為脊神經(jīng)所組成的神經(jīng)叢及其發(fā)出的神經(jīng)干，其診斷和治療仍然是困擾臨床的難題之一。傳統(tǒng)的診斷方法不能明確損傷程度及性質(zhì)，具有局限性，影像診斷技術(shù)的迅速發(fā)展使周?chē)窠?jīng)損傷的診斷水平取得了明顯進(jìn)展，但準(zhǔn)確性仍偏低，即 使 是 目 前 最 先 進(jìn) 的 MRI 神 經(jīng) 成 像，圖 像 的 信 噪比和空間分辨率仍不十分理想 [1]，且這些診斷手段均是間接搜集證據(jù)。同時(shí)，臨床醫(yī)生只能憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)推測(cè)周?chē)窠?jīng)干內(nèi)各個(gè)神經(jīng)功能束（組）的走形、走向和分布空間結(jié)構(gòu)以及它們相互之間毗鄰關(guān)系的“三維重建”。這種主觀想象缺乏科學(xué)性和準(zhǔn)確性，增加了手術(shù)操作不當(dāng)造成神經(jīng)、血管和局部臟器醫(yī)源性損傷的潛在風(fēng) 險(xiǎn)。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，醫(yī)學(xué)數(shù)字影像設(shè)備的不斷更新及新的傳輸標(biāo)準(zhǔn) DICOM 的推出，建立基于解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)字化虛擬人及其器官的三維可視化模型研究已經(jīng)引起越來(lái)越廣泛的關(guān)注。三維重建和可視化研究是利用數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集的系列二維圖像或機(jī)體（尸體）二維薄層連續(xù)斷面圖像，重建出某個(gè)器官或結(jié)構(gòu)的三維可視數(shù)字化解剖模型，逼真顯示人體組織器官內(nèi)在物理屬性和空間毗鄰關(guān)系，便于從不同方位三維顯示其局部解剖關(guān)系、測(cè)量解剖結(jié)構(gòu)的空間位置等。醫(yī)生通過(guò)可視化技術(shù)能夠精確直觀地觀察和處理人體病灶及其周?chē)M織器官，極大地促進(jìn)了精確診斷、外科手術(shù)計(jì)劃、臨床醫(yī)師培訓(xùn)及解剖教學(xué)等的發(fā)展 [2-3]。周?chē)窠?jīng)及神經(jīng)干功能束（組）的三維重建與可視化研究是虛擬周?chē)窠?jīng)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)，同時(shí)也是解剖神經(jīng)向生理神經(jīng)過(guò)渡的動(dòng)力來(lái)源之一，有望為周?chē)窠?jīng)診斷治療和臨床學(xué)習(xí)培訓(xùn)帶來(lái)新的生機(jī)和活力。但由于周?chē)窠?jīng)顯示困難，美國(guó)可視人計(jì)劃甚至將神經(jīng)顯示技術(shù)難題列為全球招標(biāo)項(xiàng)目亟待攻克 [4]。因此，目前對(duì)人體器官三維重建與可視化研究仍大多集中于頭頸部，如腦及顱神經(jīng)、耳、喉、頸椎等器官、骨骼和大塊肌肉、腹部和盆部器官等，而對(duì)周?chē)窠?jīng)、血管、小肌肉等研究相對(duì)較少，本文擬對(duì)周?chē)窠?jīng)的計(jì)算機(jī)三維重建與可視化研究進(jìn)行介紹。

1 數(shù)字化可視人體研究現(xiàn)狀

數(shù)字化可視人體是采用人體解剖學(xué)和現(xiàn)代影像學(xué)方法獲取人體解剖結(jié)構(gòu)的斷面數(shù)據(jù)信息，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)建立數(shù)字化人體器官真實(shí)結(jié)構(gòu)的三維模型，將此模型作為一個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，可應(yīng)用于與人體結(jié)構(gòu)有關(guān)的多個(gè)領(lǐng)域 [5-6]。可視人體計(jì)劃是 1989 年由美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)圖書(shū)館提出，1994 年－1995  年 Colorado 大學(xué)完成并向世界公布了男女兩組可視人計(jì)劃圖像數(shù)據(jù)集，開(kāi)創(chuàng)了數(shù)字解剖學(xué)和數(shù)字化虛擬人體的新時(shí)代。繼虛擬美國(guó)人和虛擬韓國(guó)人制作完成后，目前國(guó)內(nèi)外已有 9 個(gè)虛擬可視人數(shù)據(jù)集，其中我國(guó)提供了 6 個(gè) [5]?？梢暼搜芯渴且豁?xiàng)借助計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)人類，同時(shí)在醫(yī)學(xué)、仿生學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景的重大課題，近年來(lái)引起廣泛關(guān)注。 #p#page_title#e#

虛擬人的研究可分為 4 個(gè)階段，即虛擬可視人、虛擬物理人、虛擬生理人和虛擬智能人 [5]。虛擬可視人是將人體結(jié)構(gòu)信息數(shù)字化與可視化，使人們能通過(guò)計(jì)算機(jī)操作三維動(dòng)態(tài)觀察人體整個(gè)解剖結(jié)構(gòu)的大小、形狀、位置及器官間相互空間關(guān)系，通過(guò)虛擬反饋裝置進(jìn)行各種外科手術(shù)設(shè)計(jì)，模擬外科手術(shù)操作或指導(dǎo)醫(yī)師進(jìn)行手術(shù)。虛擬可視人是從幾何角度定量描繪人體結(jié)構(gòu)，屬于解剖人；如果其中加入人體組織的力學(xué)特性和形變等物理特性，即為第 2 代的虛擬物理人；而研究人體微觀結(jié)構(gòu)及生物化學(xué)特性的則屬于更高級(jí)的虛擬生理人，它是真正能從宏觀到微觀、從表象到本質(zhì)全方位反映人體的交互式數(shù)字化虛擬人體。隨著人類基因組計(jì)劃的完成和數(shù)字化虛擬人研究的深入，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)人體結(jié)構(gòu)和功能從微觀到宏觀的數(shù)字化、可視化，達(dá)到人體結(jié)構(gòu)的精確模擬，最終實(shí)現(xiàn)人體功能和思維智能的模擬，即虛擬智能人。虛擬技術(shù)的不斷發(fā)展，將會(huì)成為促進(jìn)現(xiàn)代臨床診斷和治療手段更新的基礎(chǔ)和前提，為科學(xué)研究、教育事業(yè)及臨床手術(shù)設(shè)計(jì)和模擬操作開(kāi)辟新的途徑，并將極大地充實(shí)和更新人們的診療理念 [2]。

2 周?chē)窠?jīng)的三維重建與可視化研究現(xiàn)狀

在人體形態(tài)結(jié)構(gòu)研究方面，掌握某個(gè)器官或結(jié)構(gòu)在人體三維空間的準(zhǔn)確定位和測(cè)量數(shù)據(jù)，會(huì)成為推進(jìn)現(xiàn)代臨床診斷和治療手段的基礎(chǔ)和前提 [7]。近年來(lái)利用周?chē)窠?jīng)三維重建技術(shù)建立的可視化模型，不僅可以三維顯示周?chē)窠?jīng)毗鄰的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，而且可以將周?chē)窠?jīng)所有的內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)任意顯示、旋轉(zhuǎn)、縮放、交互觀察和適時(shí)三維測(cè)量，為影像診斷、臨床選擇治療方案及手術(shù)方式提供明確依據(jù)，也為周?chē)窠?jīng)解剖教學(xué)和科研提供全新的工具和理念，目前已經(jīng)在臂叢神經(jīng)、腰骶叢神經(jīng)、神經(jīng)干功能束（組）等方面取得了一些進(jìn)展。

2.1    頸部與臂叢神經(jīng)三維重建與可視化研究

人類認(rèn)識(shí)與診治臂叢神經(jīng)損傷經(jīng)歷了 200 多年，但臂叢神經(jīng)損傷診治這個(gè)世界性難題仍未解決。由于臂叢神經(jīng)內(nèi)部各神經(jīng)束的組成在結(jié)構(gòu)和功能上互相交叉混合，臂叢神經(jīng)內(nèi)部神經(jīng)束和神經(jīng)纖維的立體結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，因此，即使是目前最理想的 MRI、CTM 等影像診斷技術(shù)，準(zhǔn)確性仍不能令人滿意。Penkert 等 [8]術(shù)前通過(guò) CTM 和 MRI 檢查前瞻性研究 40 例患者，經(jīng)頸椎半椎板切除證實(shí) CTM 的診斷準(zhǔn)確性達(dá) 85%，而MRI 的準(zhǔn)確性僅為 52%。因此，如何進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和影像技術(shù)達(dá)到全方位精確顯示臂叢神經(jīng)損傷或病變性質(zhì)，是進(jìn)一步提高臂叢神經(jīng)診治水平首要解決的問(wèn)題。

三維重建與可視化技術(shù)為臂叢神經(jīng)的診治和科研提供了一種全新、有價(jià)值的手段，近年有一些初步研究報(bào)道。劉光久等 [9] 應(yīng)用中國(guó)男性數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集進(jìn)行脊柱區(qū)頸段三維可視化模型的研究。由于其主要是研究脊柱區(qū)頸段重要結(jié)構(gòu)的解剖，雖然能較好顯示脊柱頸段、脊髓、椎動(dòng)脈、頸神經(jīng)根及脊神經(jīng)節(jié)等結(jié)構(gòu)，但對(duì)完整的臂叢神經(jīng)結(jié)構(gòu)顯示尚不理想。陳增淦等 [10] 取健康成年尸體臂叢神經(jīng)標(biāo)本的連續(xù)等距超薄切片，ALP 組織化學(xué)染色后，采用數(shù)碼顯微攝像系統(tǒng)獲取二維圖像信息并配準(zhǔn)分割后，對(duì)臂叢神經(jīng)顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，建立的三維可視化模型研究較好顯示了臂叢神經(jīng)外部及內(nèi)部的大體結(jié)構(gòu)特征。張?jiān)堑?/span> [11]應(yīng)用虛擬中國(guó)人女Ⅰ號(hào)數(shù)據(jù)集的薄層斷面圖像配準(zhǔn)切割后，應(yīng)用 Amira 3.1 軟件對(duì)臂叢神經(jīng)進(jìn)行三維面重建與體重建，建立的臂叢神經(jīng)三維可視化數(shù)字模型較好的反映了臂叢神經(jīng)的解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)也能較好顯示臂叢神經(jīng)與 C4 ～ T2 椎體及頸總動(dòng)脈、鎖骨下動(dòng)脈和右椎動(dòng)脈三維表面重建圖像。劉光久等 [12] 利用中國(guó)數(shù)字化可視人體提供的連續(xù)薄層斷面圖像，在 P4 微機(jī)上配準(zhǔn)后，利用 3D-DOCTOR 軟件進(jìn)行圖像分割，采用面重建的方法建立了臂叢神經(jīng)三維可視化模型，使臂叢神經(jīng)的組成、走行及其與脊髓、鎖骨、鎖骨下動(dòng)靜脈和腋動(dòng)靜脈等解剖結(jié)構(gòu)毗鄰關(guān)系的三維顯示良好。彭田紅等 #p#page_title#e# [13] 將明膠 - 氧化鉛灌注新鮮成人尸體標(biāo)本，解剖出上肢的主干血管和臂叢神經(jīng)主要分支，硝酸銀溶液涂抹神經(jīng)后，行連續(xù) CT 掃描，應(yīng)用 Amira 3.1 軟件進(jìn)行三維表面重建。重建的三維圖像可顯示臂叢神經(jīng)的主要分支、上肢主干血管及骨骼與神經(jīng)。

目前臂叢神經(jīng)三維重建與可視化研究工作剛起步，主要是利用我國(guó)已有的數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集或尸體標(biāo)本薄層切片的二維圖像，經(jīng) Adobe Photoshop 7.0 軟件配準(zhǔn)，以偽彩色對(duì)重建的不同結(jié)構(gòu)加以區(qū)分，在圖形工作站或個(gè)人電腦上利用已有的工具軟件進(jìn)行三維重建。由于原始二維圖像對(duì)周?chē)窠?jīng)及其毗鄰的軟組織分辨困難，加上這些研究主要是針對(duì)臂叢神經(jīng)部分結(jié)構(gòu)而沒(méi)有對(duì)毗鄰解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，因此，臂叢神經(jīng)周?chē)能浗M織結(jié)構(gòu)無(wú)法顯示，臂叢神經(jīng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與周?chē)M織的毗鄰關(guān)系也不能清楚顯示，且重建的圖像連續(xù)性尚不能令人滿意，圖像輸出格式較單一。

但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，盡管臂叢神經(jīng)三維重建與可視化研究仍面臨不少難題，但其應(yīng)用前景廣闊。

2.2         盆底與腰骶叢神經(jīng)三維重建與可視化研究

骨盆和腰骶叢神經(jīng)局部解剖關(guān)系復(fù)雜。盡管由于骨盆骨折、髖關(guān)節(jié)后脫位造成腰骶叢神經(jīng)損傷臨床較少見(jiàn)，但現(xiàn)有的臨床體檢、神經(jīng)電生理、影像學(xué)等診斷技術(shù)尚不能對(duì)腰骶叢神經(jīng)損傷做出精確定性與定位診斷，可能延誤其早期診斷與早期修復(fù)的時(shí)機(jī)。因此，

對(duì)腰骶叢神經(jīng)結(jié)構(gòu)與毗鄰關(guān)系的三維重建與可視化研究，可準(zhǔn)確顯示該區(qū)域復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)及其空間毗鄰關(guān)系，對(duì)腰骶叢神經(jīng)損傷的發(fā)病機(jī)制、診斷和治療具有重要指導(dǎo)意義。目前有關(guān)腰骶叢神經(jīng)解剖的研究多基于新鮮尸體神經(jīng)解剖和影像學(xué)解剖，而對(duì)其連續(xù)薄層斷面解剖的研究尚不十分完善 [4]。邱明國(guó)等 [14-15]       應(yīng)用中國(guó)數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集（男、女各 1 例）建立的盆底部局部可視化數(shù)字模型，能清晰顯示盆底部肌肉與骨性結(jié)構(gòu)、膀胱、子宮、前列腺及直腸等的三維解剖關(guān)系及其空間毗鄰關(guān)系，但腰骶叢神經(jīng)的顯示仍不太滿意。Jokisch 等 [16] 應(yīng)用仿真椎管內(nèi)窺鏡雖然不能辨清組織的真實(shí)顏色，但可以在直視下觀察脊髓、馬尾神經(jīng)、椎管、神經(jīng)根管形態(tài)以及毗鄰關(guān)系。為實(shí)現(xiàn) L4、5    神經(jīng)前支和腰骶干以及與骨盆的三維重建與可視化，張景僚等 [17] 在成年男性尸體標(biāo)本上解剖顯露上述神經(jīng)以鈦粉和粘合劑均勻涂抹，然后以螺旋 CT 掃描獲取并重建的三維圖像，可以直觀顯示腰骶叢神經(jīng)與骨盆（骶髂關(guān)節(jié)）的空間位置關(guān)系、走行和毗鄰關(guān)系，但不能同步顯示神經(jīng)血管和肌肉等信息。張?jiān)堑?/span> [4] 應(yīng)用虛擬中國(guó)人女Ⅰ號(hào)數(shù)據(jù)集重建的數(shù)字化可視模型可以清楚地顯示腰骶叢神經(jīng)及其主要分支與主要血管和骨盆的關(guān)系，以及腰骶干及匯合成坐骨神經(jīng)的結(jié)構(gòu)特征。

為進(jìn)一步加深和形象化腰叢神經(jīng)及周?chē)M織的解剖結(jié)構(gòu)，為腰椎前路微創(chuàng)手術(shù)入路、手術(shù)模擬及腰叢神經(jīng)損傷無(wú)創(chuàng)性診斷提供直觀可靠的依據(jù)。陸聲等 [18]利用“虛擬中國(guó)人”Ⅰ號(hào)女性數(shù)據(jù)集進(jìn)行三維面重建和體重建，構(gòu)建的腰叢神經(jīng)及其周?chē)M織結(jié)構(gòu)三維可視化模型，可顯示腰叢神經(jīng)及其主要分支與主要血管、椎體及腎臟之間的關(guān)系以及腰叢神經(jīng)與腰大肌之間的關(guān)系，有望為術(shù)中快速確認(rèn)腰叢神經(jīng)提供便利。

2.3     神經(jīng)干功能束（組）三維重建與可視化研究

解剖結(jié)構(gòu)的完整性和連續(xù)性是周?chē)窠?jīng)發(fā)揮正常神經(jīng)傳導(dǎo)功能的基礎(chǔ)。因此，能否準(zhǔn)確對(duì)合神經(jīng)束（組）是確保神經(jīng)吻合準(zhǔn)確性和提高功能恢復(fù)的關(guān)鍵因素，也是神經(jīng)移位術(shù)時(shí)最大限度節(jié)約神經(jīng)纖維、減少供區(qū)神經(jīng)功能損傷、提高受區(qū)神經(jīng)功能恢復(fù)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題 [19]。探求一種準(zhǔn)確、迅速、簡(jiǎn)便的方法來(lái)鑒別神經(jīng)束（組）的功能成分（主要指運(yùn)動(dòng)纖維和感覺(jué)纖維），使相關(guān)功能神經(jīng)束（組）配對(duì)吻合，提高神經(jīng)修復(fù)的療效，一直是臨床面臨的難題。 #p#page_title#e#Terzis [20] 認(rèn)為，在周?chē)窠?jīng)修復(fù)中，正確對(duì)合神經(jīng)功能纖維束（組）始終是巨大的挑戰(zhàn)。

既往對(duì)四肢主要神經(jīng)干內(nèi)運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)神經(jīng)功能束的分布和局部定位、神經(jīng)纖維定量組織學(xué)特征（橫截面積、神經(jīng)纖維數(shù)量和比例）進(jìn)行了描述 [21]。然而，周?chē)窠?jīng)斷面二維圖像對(duì)量效關(guān)系的研究還處于感性認(rèn)識(shí)階段，缺乏系統(tǒng)深入的基礎(chǔ)研究工作；現(xiàn)有的神經(jīng)斷面二維圖像不能顯示運(yùn)動(dòng)或感覺(jué)神經(jīng)纖維錯(cuò)向生長(zhǎng)、交叉吻合的關(guān)系。因此，如何盡可能地按照不同的功能進(jìn)行神經(jīng)束（組）的科學(xué)分類，精確地重建出神經(jīng)內(nèi)部神經(jīng)束（組）和神經(jīng)纖維錯(cuò)綜復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)，為準(zhǔn)確對(duì)合相同性質(zhì)的神經(jīng)束（組）提供重要參考，避免神經(jīng)纖維錯(cuò)向生長(zhǎng)與對(duì)合帶來(lái)的問(wèn)題，成為醫(yī)學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)之一 [22]。

Terzis 等（1984）最早將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到周?chē)窠?jīng)顯微解剖和神經(jīng)纖維計(jì)數(shù)。Watchmaker 等 [23]對(duì)前臂遠(yuǎn)段及手部正中神經(jīng)進(jìn)行連續(xù)組織切片 HE 染色后，通過(guò)三維重建的方法進(jìn)行神經(jīng)束功能定位特征的研究，認(rèn)為可以獲得更具體、直觀的神經(jīng)干內(nèi)部定位資料。李智等 [24] 將橈神經(jīng)連續(xù)組織切片后行 ALP 組織化學(xué)染色，利用計(jì)算機(jī)重建的可視化模型可初步顯示橈神

經(jīng)的三維立體結(jié)構(gòu)及其各神經(jīng)束的三維立體行徑。謝小棉等 [25] 采用成年男性新鮮尸體尺神經(jīng)標(biāo)本，等距切取斷面后采用乙酰膽堿酯酶組織化學(xué)染色法染色，在OpenGL 支持下，采用基于輪廓的表面重建技術(shù)實(shí)現(xiàn)了尺神經(jīng)干內(nèi)部各個(gè)功能束（組）及外膜的三維可視化，并能在可視模型中區(qū)分淺支束（組）、深支（手內(nèi)?。┦ńM）、腕背支束（組）、尺動(dòng)脈支束（組）、尺側(cè)腕屈肌遠(yuǎn)支束（組）、指深屈肌支束（組）和尺側(cè)腕屈肌束（組）共7  個(gè)功能束（組），初步顯示了神經(jīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

神經(jīng)干的三維可視化模型克服了二維斷面的神經(jīng)束組研究的孤立、靜止的缺點(diǎn)，可以更直觀、更有效地反映神經(jīng)干內(nèi)部各個(gè)功能束組的整體三維信息，并可在計(jì)算機(jī)上通過(guò)任意的三維旋轉(zhuǎn)和虛擬切割來(lái)觀察神經(jīng)干內(nèi)部各個(gè)功能束（組）在三維空間上的相對(duì)位置、走形與相互毗鄰關(guān)系。隨著研究的深入，如果能開(kāi)發(fā)出能方便應(yīng)用的神經(jīng)修復(fù)輔助軟件，將為提高顯微外科修復(fù)中神經(jīng)對(duì)接的準(zhǔn)確度和神經(jīng)修復(fù)的精度提供有效的輔助引導(dǎo)方法。

2.4       肌內(nèi)神經(jīng)走行分布三維重建研究

支配人體骨骼肌的神經(jīng)，多數(shù)形成神經(jīng)血管束，通過(guò)肌門(mén)進(jìn)入骨骼肌，臨床上常游離移植帶血管神經(jīng)的肌瓣進(jìn)行功能重建。對(duì)肌內(nèi)神經(jīng)走行的研究將有助于指導(dǎo)選擇和切取部分肌肉和穿支皮瓣，避免損傷肌內(nèi)或皮瓣內(nèi)神經(jīng)，保證移植后具有正常神經(jīng)支配和最佳功能恢復(fù)，以及減少供區(qū)功能損失具有重要意義。

Tay lor 等 [26] 對(duì)肌內(nèi)血管的分支走行進(jìn)行了較為詳盡的研究。但迄今對(duì)骨骼肌內(nèi)神經(jīng)走行和分布尚缺乏詳盡描述。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，把肌塊做成連續(xù)切片，用計(jì)算機(jī)三維重建顯示神經(jīng)在肌內(nèi)的分布，能很方便的用于模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間關(guān)系觀察和準(zhǔn)確定位，最大限度顯示神經(jīng)及其重要毗鄰，并可以進(jìn)行手術(shù)路徑的模擬，具有良好臨床應(yīng)用價(jià)值。

梁力等 [27] 以失神經(jīng)環(huán)構(gòu)后肌為模型，采用計(jì)算機(jī)對(duì)再神經(jīng)支配環(huán)構(gòu)后肌的亞神經(jīng)結(jié)構(gòu)（運(yùn)動(dòng)終板）三維分布進(jìn)行重建，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)肌蒂移植法明顯優(yōu)于神經(jīng)植入法，前者術(shù)后環(huán)構(gòu)后肌中運(yùn)動(dòng)終板分布以肌蒂為中心呈密集的團(tuán)塊狀，而后者則沿植入神經(jīng)方向及周?chē)仕缮⒌膸罘植肌?/span>Loh 等 [28] 采用計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)重建了比目魚(yú)肌肌內(nèi)神經(jīng)分布情況，發(fā)現(xiàn)比目魚(yú)肌可分為背側(cè)面、外側(cè)前面、內(nèi)側(cè)前面三個(gè)區(qū)域，其背側(cè)面可再分為 5 個(gè)區(qū)域，相鄰的區(qū)域存在重疊支配區(qū)，而內(nèi)、外側(cè)區(qū)域由隔膜分開(kāi)，比目魚(yú)肌內(nèi)神經(jīng)支配區(qū)域的劃分解釋了一個(gè)或多個(gè)區(qū)域在不適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和力量作用下肌纖維易受損傷，每個(gè)區(qū)域的功能并不是獨(dú)立的，其間的交互作用非常重要。Gülekon 等 [29] 定性比較了顯微解剖、 #p#page_title#e#Sihler’s 染色和計(jì)算機(jī)重建 3 種方法對(duì)18 周齡胎兒骨骼肌內(nèi)神經(jīng)分支分布特征的可視化研究的特點(diǎn)，結(jié)果表明顯微解剖簡(jiǎn)便易行，而后兩者比較煩瑣，但結(jié)果卻比顯微解剖更可靠。

2.5    周?chē)窠?jīng)再生過(guò)程的三維重建與可視化研究

周?chē)窠?jīng)損傷后其遠(yuǎn)近端形態(tài)改變與神經(jīng)再生及功能恢復(fù)聯(lián)系密切。目前對(duì)于再生神經(jīng)的觀察，通常是采用 HE、氨銀、甲苯胺藍(lán)以及免疫組織化學(xué)方法對(duì)神經(jīng)纖維某些結(jié)構(gòu)染色后進(jìn)行平面觀察，無(wú)法直觀地觀察其立體結(jié)構(gòu)。周?chē)窠?jīng)三維可視化研究使周?chē)窠?jīng)形態(tài)功能的研究突破以往二維形式的局限，為揭示神經(jīng)損傷后神經(jīng)纖維的再生規(guī)律及其與神經(jīng)功能恢復(fù)

的關(guān)系提供一條新的研究思路和研究手段 [30]。陳菁等 [31] 采用硅膠管橋接大鼠坐骨神經(jīng)缺損模型，對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)、損傷區(qū)不同部位的坐骨神經(jīng)進(jìn)行連續(xù)切片攝像后，采用分割 - 計(jì)數(shù)的軟定位方法將顯微圖像配準(zhǔn)后，利用體繪制方法在 SGI 三維圖形工作站上對(duì)大鼠坐骨神經(jīng)損傷后變性、再生過(guò)程中形態(tài)結(jié)構(gòu)改變進(jìn)行三維重建和可視化研究。重建的三維圖像能較好的顯示大鼠再生坐骨神經(jīng)纖維各組織結(jié)構(gòu)的形態(tài)特點(diǎn)及再生神經(jīng)通過(guò)吻合口界面的過(guò)程，并可觀察到新生神經(jīng)纖維與正常神經(jīng)纖維相比有郎飛結(jié)尚未形成、排列紊亂、髓鞘較薄、軸索較細(xì)、膠原纖維增生、神經(jīng)膜管形成等差異。

2.6    包括周?chē)窠?jīng)的復(fù)合組織三維重建與可視研究

隨著三維重建和可視化技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)周?chē)窠?jīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其毗鄰的所有解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建，對(duì)于幫助臨床醫(yī)師熟悉其周?chē)窠?jīng)的顯微解剖、走行和毗鄰關(guān)系，深入研究周?chē)窠?jīng)的損傷與修復(fù)機(jī)制，指導(dǎo)臨床診斷和治療具有重要的意義，目前該類研究報(bào)道較少。

蘇秀云等 [32] 基于虛擬中國(guó)人男Ⅰ號(hào)數(shù)據(jù)集進(jìn)行上肢復(fù)合組織的三維可視化研究，建立了中國(guó)數(shù)字人男Ⅰ號(hào)上肢骨骼、肌肉神經(jīng)血管的高精度三維可視化模型，可以準(zhǔn)確反應(yīng)上肢復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)及其空間毗鄰關(guān)系，并且可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布與共享。但由于中國(guó)數(shù)字人彩色斷層圖像上僅能分辨出大的神經(jīng)走行，關(guān)節(jié)囊、肌腱、韌帶無(wú)法分割重建，因此，對(duì)較小的神經(jīng)及神經(jīng)內(nèi)部功能束（組）和較精細(xì)的軟組織仍無(wú)法顯示。

3 周?chē)窠?jīng)三維重建與可視化研究面臨的問(wèn)題

三維重建與可視化研究是在周?chē)窠?jīng)的二維圖像基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)圖像結(jié)構(gòu)的識(shí)別、配準(zhǔn)、分割后，利用工具軟件等在圖形工作站或個(gè)人電腦上進(jìn)行的。利用解剖結(jié)構(gòu)連續(xù)斷層圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)三維重建的方法，已逐漸在解剖學(xué)研究、臨床手術(shù)及教學(xué)工作中顯示出極大的優(yōu)越性，并受到廣泛關(guān)注。雖然已經(jīng)建立了人體的部分三維模型，但由于周?chē)窠?jīng)的信息難以抽取和分割，還沒(méi)有完整的神經(jīng)系統(tǒng)三維可視化模型，神經(jīng)系統(tǒng)的模擬仍是目前面臨的最大挑戰(zhàn)。周?chē)窠?jīng)可視化模型作為一種新的方法和手段，很多仍停留在初始階段，尚有許多亟待解決的問(wèn)題。如周?chē)窠?jīng)二維圖像數(shù)據(jù)的標(biāo)志點(diǎn)、斷面間距、分辨率、光強(qiáng)度、對(duì)比度、灰度值、色彩值等決定三維模型的質(zhì)量，同時(shí)二維圖像數(shù)據(jù)的分割、配準(zhǔn)、融合、計(jì)算機(jī)三維重建和可視化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也有許多尚待解決的問(wèn)題 [33-34]。更為困難的是在人體框架上，賦予周?chē)窠?jīng)物理和生理功能特征 [35]。

高品質(zhì)、高清晰度的薄層解剖斷面數(shù)據(jù)集是人體可視化研究的基礎(chǔ)。目前周?chē)窠?jīng)的二維圖像來(lái)源于數(shù)字虛擬人、尸體標(biāo)本及各種影像設(shè)備提供的圖像。盡管數(shù)字化虛擬人斷面間距和圖像分辨率均已達(dá)到較高的要求，并且攻克了血管全身灌注和標(biāo)識(shí)方面的技術(shù)難題，但周?chē)窠?jīng)的顯示仍無(wú)良好對(duì)策 [13]。由于周?chē)窠?jīng)具有管狀結(jié)構(gòu)細(xì)而長(zhǎng)的特征，包含的切片層次較多，涵蓋的顏色層次也很豐富并具有漸變性，且神經(jīng)組織與周?chē)窘M織的顏色對(duì)比度較小，小于銑間距的神經(jīng)結(jié)構(gòu)無(wú)法辨認(rèn)，且周?chē)窠?jīng)沒(méi)有類似血管系統(tǒng)的管道空間可借助灌注技術(shù)加以顯示，需再在切面上加以染色后與其他組織區(qū)分，為圖像配準(zhǔn)和分割帶來(lái)許多困難；加之神經(jīng)本身柔軟且缺乏周?chē)M織支持，因而在銑切過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)部分撕扯造成辨認(rèn)困難，因而具有一定的主觀性，圖像的連續(xù)性尚不能令人滿意。美國(guó)可視人計(jì)劃在全球引起了巨大反響，但目前數(shù)字化虛擬人橫斷面組織圖像都缺乏神經(jīng)信息。因此，德國(guó)在可視人計(jì)劃數(shù)據(jù)集基礎(chǔ)上建立的具有高度現(xiàn)實(shí)感 #p#page_title#e# Voxel-man 人體三維重構(gòu)中的血管和神經(jīng)信息不得不從外部加入。而在尸體標(biāo)本上進(jìn)行神經(jīng)的三維重建則需要先解剖出神經(jīng)然后進(jìn)行涂染影像掃描或直接連續(xù)切片染色攝像獲取二維斷面圖像。在尸體標(biāo)本上解剖神經(jīng)涂染不僅工作量極大，而且可能造成神經(jīng)組織的移位；直接切片染色則由于切片間距的限制，造成圖像不連續(xù)。由此可見(jiàn)，清晰、精確、直觀顯示周?chē)窠?jīng)尤其是周?chē)窠?jīng)末梢還存在相當(dāng)難度，而實(shí)現(xiàn)其三維重建與可視化技術(shù)是當(dāng)今世界性的課題和難點(diǎn)。

周?chē)窠?jīng)三維重建與可視化研究是近年才興起來(lái)的一門(mén)嶄新綜合性的信息技術(shù)，尚處于初創(chuàng)時(shí)期，遠(yuǎn)未達(dá)到成熟。隨著研究的深入，如果找到一種可以檢測(cè)周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組織化學(xué)特性的化學(xué)標(biāo)記物，使其能夠?qū)⑸窠?jīng)的圖像與周?chē)M織區(qū)別開(kāi)來(lái)，以獲取更精確的神經(jīng)顯示的斷層數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行重建，必將使周?chē)窠?jīng)的三維可視化研究更加蓬勃發(fā)展 [19]。

4    周?chē)窠?jīng)三維重建與可視化研究的意義與展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得人體結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)三維重建與可視化研究得到快速發(fā)展。利用計(jì)算機(jī)圖像重建技術(shù)將一系列二維圖像轉(zhuǎn)換為三維數(shù)字模型，不但能精確、直觀地顯示周?chē)窠?jīng)復(fù)雜的內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)和毗鄰眾多組織的空間位置關(guān)系，而且可在三維空間任意顯示、測(cè)量、旋轉(zhuǎn)、切割、重組、縮放。通過(guò)三維可視化數(shù)字模型，還可進(jìn)行定量分析和動(dòng)態(tài)模擬，實(shí)現(xiàn)三維診斷分析、手術(shù)的精確模擬，使術(shù)前設(shè)計(jì)、術(shù)后效果預(yù)覽、評(píng)價(jià)更加清晰，提高了手術(shù)的安全性和可靠性，減少并發(fā)癥，確立科學(xué)的量化指標(biāo)，使周?chē)窠?jīng)的研究從定性向三維空間的定量研究發(fā)展，從解剖結(jié)構(gòu)研究向三維解剖結(jié)構(gòu)與生理功能同步研究發(fā)展，并將成為未來(lái)周?chē)窠?jīng)損傷診治新的發(fā)展方向和生長(zhǎng)點(diǎn)。

三維醫(yī)學(xué)圖像可視化的應(yīng)用幾乎涉及了人體所有結(jié)構(gòu) [36]。它使信息技術(shù)和醫(yī)學(xué)結(jié)合起來(lái)，并使走向成熟的三維重建圖像處理技術(shù)以空前的速度普及 [37]，同時(shí)也為周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)數(shù)字化和虛擬化研究提供了新的契機(jī)。可視人技術(shù)的不斷完善與軟、硬件技術(shù)的成熟使電腦構(gòu)建的三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖形直接指導(dǎo)臨床應(yīng)用提供了條件 [38]，而人機(jī)交互界面及演示技術(shù)的發(fā)展為三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像在臨床的應(yīng)用提供了一個(gè)很好的舞臺(tái)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及功能影像學(xué)和分子影像學(xué)等成像設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展和完善，以人類基因組計(jì)劃的完成為標(biāo)志，醫(yī)學(xué)生物學(xué)正處于以信息化為主要特征的時(shí)代。計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)和信息化技術(shù)的高速發(fā)展，給周?chē)窠?jīng)三維重建和可視化研究的發(fā)展帶來(lái)新的動(dòng)力和應(yīng)用前景。通過(guò)臨床醫(yī)生和工程技術(shù)人員的能力合作，三維可視化研究將會(huì)在周?chē)窠?jīng)領(lǐng)域擁有更加廣闊的發(fā)展前景。

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