基于二次成像技术标志点获取和自动配准的长段周围神经功能束三维可视化关键技术研究

目的探讨四肢周围神经功能束三维可视化重建过程中的关键技术问题及解决方法,并验证其可行性。方法取自愿捐献新鲜成人尸体右上臂20cm尺神经标本。以4根成年女性头发作为标志线,连续横断面冰冻切片,厚15μm,层距0.5mm,共400张切片,行乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,AchE)染色;采用二次成像技术,以配置MSHTO MD90显微数码成像装置的Olympus Z61型体视显微镜于AchE染色前、后分别获取同一切片的2张全景图像,通过Photoshop图像处理软件图层叠加进行图像处理,获取含4个完整定位标志点的神经断面二维全景图像;以优化最小二乘支持向量机方法作为分类器自动识别处理图像,并利用空间变换方法实现自动配准,结合人工辅助获取功能束轮廓,通过Amira 4.1医学三维重建软件进行长段尺神经功能束三维重建,评估重建逆向还原效果。结果利用二次成像Photoshop图像处理软件处理同一张切片染色前、后的图像,图像轮廓吻合度良好,合成图像获得的标志点定位精确,操作简便快捷。优化最小二乘支持向量机方法识别精度高,误差率为8.250%;三维模型可直观观察神经内部不同性质功能束交叉融合的变化,其任意水平切割逆向还原基本吻合。结论基于二次成像技术和Photoshop图像处理软件图层处理技术的计算机自动配准可应用于长段周围神经的三维可视化重建,重建快捷,效果较好。     

短段腓总神经功能束三维重建的初步研究

目的 基于组织学连续断层切片,利用计算机技术进行短段腓总神经功能束三维重建.方法 取自愿捐献的成人约5 cm长胭窝段腓总神经,连续横断冰冻切片,片厚10 μm,切片间距0.25 mm,共切取200张切片.采用乙酰胆碱酯酶组织化学染色,镜下观察神经束变化规律,通过数码摄像系统将染色切片转化为数字图像,图像拼接获取放大100倍的二维全景图像,人工判断功能束性质,图形处理软件配准分割后,利用Amira 3.1三维重建软件实现腓总神经功能束的三维重建.结果 (月国)窝段腓总神经内部功能束可划分为感觉神经束、运动神经束、混合神经束和以运动神经纤维为主的混合神经束.其中,腓深神经和腓浅神经间无神经束的交叉融合,神经束的交叉融合主要发生在腓深神经和腓浅神经内部的功能束间.三维重建结果能较真实地再现周围神经的三维立体结构及其内部功能束组的三维立体行径,重建结构能单独或搭配显示,还能任意角度显示.结论 基于组织学和计算机技术,可以三维重建短段腓总神经功能束,为长段周围神经功能束的三维重建提供可行性依据.     

人体正中神经内部显微结构的三维重建与可视化研究

[目的]探索应用计算机处理人体正中神经全长连续冰冻组织切片的二维图像信息,开发3DNerve神经三维可视化系统,重建人体正中神经内部显微结构并实现三维可视化.[方法]取新鲜人尸正中神经标本1例,以人长发为定位线、OCT包埋剂包埋、采用连续冰冻组织切片、乙酰胆碱脂酶组织化学法染色、高分辨率扫描仪获取二维数码信息后、应用3DNerve对正中神经显微结构进行三维重建.[结果]正中神经在不同断面神经束的数目、位置以及神经束内神经纤维的性质变化较大.连续断面观察显示各神经束均是混合束,未见有纯粹的感觉束或运动束的出现.通过3D Nerve可在任意断面放大的视野下观察正中神经的显微结构,追踪各神经束在正中神经内的立体行径.从而动态地展示正中神经内部神经束的复杂结构.[结论]重建的正中神经三维可视化真实地再现正中神经干全长及其内部各神经束和束组的三维立体结构,可为临床修复正中神经损伤提供精确的断层解剖图像.     

正中神经显微结构三维可视化研究

目的 将正中神经干全长作连续冰冻组织切片,采集系列切片的神经二维信息,开发3D Nerve可视化系统,实现正中神经内部显微结构的三维可视化.方法 取新鲜成人尸体正中神经标本,作好定位并标记、OCT包埋、采用连续冰冻组织切片、染色、用扫描仪获取切片染色前后的连续的正中神经断面二维信息数据库,开发并应用3D Nerve可视化系统.结果 通过3D Nerve可视化系统观察发现,在不同断面正中神经神经束的数量、位置以及神经束内神经纤维的性质变化较大.在该系统中可在任意断面放大的视野下观察正中神经的显微结构,追踪各神经束在正中神经内的立体行径;重建的正中神经能在空间位置上绕任意轴作任意角度旋转,便于从不同的角度对各神经束的形态、空间位置及相互毗邻关系进行观察,从而动态地展示正中神经内部的复杂结构.结论 正中神经3D Nerve可视化系统真实地再现正中神经干全长及其内部各神经束和束组的三维立体结构,可为临床修复正中神经损伤提供精确的断层解剖图像.     

人体尺神经显微结构三维可视化研究

目的 将人体尺神经行连续冰冻组织切片,经染色、扫描后获取尺神经连续断面二维图像信息,通过3D Nerve三维可视化软件系统勾画出完整的尺神经干三维解剖图谱.方法 取自愿捐献死亡3 h内38岁男性左侧尺神经全长(自臂丛内侧束至腕横韧带)标本1例,长约50cm,经定位、包埋、连续冰冻组织切片、乙酰胆碱脂酶组织化学染色,获取尺神经连续二维图像信息,应用3D Nerve三维可视化软件系统对尺神经内部结构进行三维重建.结果 尺神经在不同断面神经束的数量、位置及内部神经纤维的性质均有变化.应用尺神经3D Nerve三维可视化软件系统可在任意断面、任意角度观察尺神经内部的显微结构,追踪各神经束的立体行径,动态地展示尺神经内部神经束的复杂结构.结论 尺神经的3D Nerve三维可视化软件系统可真实地再现尺神经干全长及其内部各神经束的三维立体行径,为医学教学与临床修复尺神经损伤提供精确的神经任意断面三维立体解剖图像,有助于提高神经修复的疗效.     

周围神经虚拟三维重建中神经束功能及形态定位的组织化学染色方法研究

目的探索周围神经虚拟三维重建中不同性质神经纤维与功能束的组织学水平的形态学定位方法。方法取自愿捐献新鲜成人尸体右侧正中神经作为样本进行连续冰冻切片,取形态完整标本切片30个,首先采用单纯Karnovsky-Roots法对神经切片染色(A组,n=30),再依次行甲苯胺蓝染色(B组,n=28)以及丽春红2R染色(C组,n=21)。每种染色完成后即于光学显微镜下分区显微摄影(×100)并拼接成全景图像,比较不同染色方法下全景图像的纹理特征、乙酰胆碱酯酶活性部位数量及平均灰度;并对比计算机自动获取神经束轮廓结果,以确立获取理想图像的染色方案。结果 A、B、C组乙酰胆碱酯酶活性位点数量分别为(21.63±4.06)×102、(20.64±3.51)×102、(20.54±5.71)×102个;平均灰度分别为(1.41±0.06)×102、(1.10±0.05)×102、(1.14±0.07)×102。各组间乙酰胆碱酯酶活性位点数量差异无统计学意义(F=0.64,P=0.54);与A组比较,B、C组平均灰度均较低,差异有统计学意义(P<0.001)。A组仅乙酰胆碱酯酶活性部位着色;B组髓鞘显示不满意;C组可同时显示神经纤维轴突及髓鞘染色,神经束和不同性质神经纤维纹理特征最显著,神经束边界轮廓最清晰,计算机处理时假阳性容易去除,图像分割最精确。结论 Karnovsky-Roots-甲苯胺蓝-丽春红2R三重复染方法不影响神经纤维乙酰胆碱酯酶阳性位点的表达,图像纹理清晰,较符合周围神经虚拟三维重建时在组织学水平分辨及获取神经束功能状态二维图像的相关要求,有望解决周围神经组织形态学表达方式这一技术难题。     

臂丛神经显微结构的计算机三维重建

目的：重建臂丛神经的外轮廓及其内部神经束的精细三维行径，同时探索一种臂丛神经显微结构计算机三维重建的实用方法。方法：取健康成年尸体的臂丛神经标本2例(从神经根管出口至正中神经交叉处，平均长20cm)，作好标记，以女性头发作为定位线，采用连续组织切片后胆碱脂酶组织化学染色，高分辨率数码摄像系统获取二维数码信息后对臂丛神经显微结构进行三维重建。结果：三维重建真实地再现臂丛神经的三维立体结构及其内部各神经束的三维立体行径，并可显示臂丛神经中神经束的任意断面及其全长的解剖结构与相互关系，形象地展示臂丛神经内部神经束的复杂重组过程。重建结构均能单独或搭配显示，还能任意角度显示：在臂丛的五个根中，C6-C8内部神经束数目较C5、T1多。在C6-C8中，又以C7神经根内部神经束数目最多。结论：臂丛神经内部神经束结构相当复杂，相互间不断交叉重组，形成独特的神经束网络结构。臂丛神经显微结构三维重建由于采用了较为精确的定位材料和方法，三维图像显示效果较好，是一种较为实用的方法。     

一种用于肌腱二级纤维束及周围腱内膜形态观察的扫描电镜制样方法研究

目的探讨一种用于肌腱二级纤维束及周围腱内膜形态观察的扫描电镜制样方法。方法以猪趾浅屈肌腱为例,将肌腱在常温下横切为1 cm左右的肌腱段,通过双光子荧光显微镜观察组织完整性,行冰冻切片联合特殊Masson染色,观察肌腱二级纤维束及周围腱内膜分布情况。另取肌腱段若干经10%中性甲醛固定4 h,分为5组,采用不同的扫面电镜制样方法:A组,单纯梯度脱水; B组,行冰冻切片,再将肌腱切片进行梯度脱水; C组,梯度脱水至70%,行冰冻切片,再将肌腱切片进行梯度脱水; D组,梯度脱水至80%,行冰冻切片,再将肌腱切片进行梯度脱水; E组,梯度脱水至100%,行冰冻切片。各梯度脱水试剂为乙醇配制,梯度脱水终浓度均为100%。冰冻切片厚度均为100μm。经临界点干燥喷金后行体视显微镜和扫描电镜观察。结果双光子二次谐波显微成像观察示肌腱结构完整连续。Masson染色观察示周围腱内膜较薄区域难以辨别独立胶原纤维束。体视显微镜观察示肌腱切片电镜制样后大体完整,三级纤维束的周围腱内膜清晰可见。扫描电镜观察示A、D、E组肌腱组织呈现不同程度的过度收缩,二级纤维束结构无法辨别; B组整体呈现无规律的冰晶空隙,二级纤维束结构难以辨认,胶原纤维排列清晰可见; C组连续完整,二级纤维束及其周围腱内膜、胶原纤维排列均清晰可见。结论扫描电镜的肌腱试样制备,可通过组织固定后经乙醇梯度脱水至70%,行冰冻切片,再将肌腱切片继续梯度脱水至100%,该方法能清晰观察到肌腱二级纤维束及周围腱内膜的形态。     

游离股薄肌移植在臂丛损伤治疗中的显微组织学及定量研究

目的 观察股薄肌移植在臂丛损伤治疗中显微组织学变化及神经纤维数量变化.方法 新鲜尸体下肢标本6具(成年男性),显微镜下分离观察股薄肌肌支神经,标记方位后在不同平面取材,4％甲醛溶液固定后冰冻切片,行改良Kamovsky-Roots法AchE组织化学染色,观察神经组织染色结果及不同断面上的神经束分布情况;石蜡包埋切片,行Loyez髓鞘染色法染色,应用图像分析系统对组织切片进行定量分析:测算各神经断面有髓神经纤维数目、神经束截面积和神经干截面积,计算神经束和结缔组织所占比例并采用配对样本t检验.结果 低倍镜下股薄肌肌支神经束大多数神经纤维呈现酶活性反应,有少量稀疏的块状酶染区.高倍镜下神经纤维形态清晰可见,轴突染色,髓鞘及周围结缔组织不染色.应用Loyez髓鞘染色法显示断面有髓神经纤维,通过图像分析系统,能够测算神经分支及各断面的神经纤维数目和结缔组织面积等指标.股薄肌神经有髓神经纤维数为(1958±375)根.前、后支有髓神经纤维数,前、后支截面积差异均有统计学意义,P＜ 0.05,后支的神经纤维数和截面积大于前支.股薄肌神经干上各个平面之间结缔组织面积差异均有统计学意义(P＜0.05),结缔组织所占比例向远端逐渐增加,而神经束所占比例的变化趋势和结缔组织相反.结论 应用AchE组织化学染色方法,股薄肌神经运动束的特征清晰可辨,结合显微解剖结果,能够明确股薄肌神经束的走行及分布情况.应用Loyez髓鞘染色法通过定量分析可明确神经纤维数,有助于选择合适的供体神经,保证两吻合神经之间达到相互匹配.     

面神经的角神经三维可视化研究

目的 通过三维可视化技术,验证前期解剖学研究结果,并为失神经支配手术提供一定的理论依据.方法 取自愿捐献的甲醛固定的成人尸头,切取内眦角内侧全层软组织长3 cm、宽1 cm,以皮肤表面2平行刀痕为定位线,连续横断石蜡切片,片厚10 μm,切片间距0.25 mm,共切取120张切片.采用HE组织化学染色,高分辨率扫描仪获取二维数码图像后进行三维重建.结果 ①真实再现了角神经的三维立体结构及角神经与内眦动静脉的三维立体行径,且重建结构不但能单独或搭配显示,并可从任意角度显示.②证实了角神经显微解剖学研究的正确性.③角神经毗邻关系的三维重建技术可以应用到临床.结论 基于组织学和计算机技术,可以三维重建角神经的毗邻关系,为角神经的失神经支配手术提供更加准确的可行性依据.     

股外侧皮神经和跟内、外侧神经的截面形态观察与神经纤维计数

目的 为临床开展股前外侧皮瓣移植修复足跟软组织缺损感觉重建提供指导. 方法 选择7具成年男性标本,分别于股外侧皮神经髂前上棘下5 cm、跟内侧神经和跟外侧神经第一支主干起始段切取神经样本.经固定、梯度脱水、包埋、修块定位和半薄切片后,以甲苯胺蓝染色.以MOTICMED6.0数码医学图像分析系统摄取图片,观察神经截面形态、神经纤维束组数目和排列,计数神经纤维和测定神经纤维密度.采用photoshop 7.0选区面积计算软件测量和计算神经纤维束组面积;应用photoshop网格功能测量和计算神经纤维密度. 结果 股外侧皮神经、跟内侧神经和跟外侧神经第一支的平均神经束组数分别为4束、3束和4束,束组面积分别为114.28 μm2、126.92μm2、102.76 μm2,纤维密度分别为11.43束/μm2、6.47束/μm2、10.08束/μm2,神经纤维束分别为987束、862束、570束. 结论 跟内侧神经和跟外侧神经第一支具有与股外侧皮神经较为相似的截面形态特点,股前外侧皮瓣移植修复足跟大面积软组织缺损时,适宜选择跟内侧神经或跟外侧神经第一支与股外侧皮神经吻合来重建皮瓣感觉.     

VCT三维成像在埋伏牙正畸中的临床应用

目的:研究64排VCT三维成像在伏埋牙正畸中的应用价值.方法:2008年3月至2010年12月,对32例14-29岁齿科正畸矫形患者,采用64排VCT行颌面部容积扫描,并用全景齿科成像技术重建图像.结果:VCT三维成像能清晰的显示患者埋伏阻生牙在颌骨中的形态、唇、腭侧位置、萌出方向及于邻牙的关系.结论:VCT三维成像技术是精确显示埋伏阻生牙形态、位置的影像学技术,可为齿科矫形提供指导性意见.     

骨组织形态计量学

<正>骨组织形态计量学(bone histomorphometry)(简称骨计量学)以往是依据骨组织学和生理学,从切片上得到二维的骨结构和骨重建的参数。现在的形态分析基于体视学原理,利用计算机辅助求积,该系统由一个数字化平板分析图像,高清晰度数字彩色视频摄像头装在荧光显微镜上,数位绘图板和一个配备电脑定制图像分析软件程序。形态计量学从二维切片上可推     

尺神经功能束组走行模式的三维重建

目的 在组织学切片基础上，应用计算机三维成像技术，重建尺神经功能束组走行的三维图象，以期指导临床臂丛与尺神经损伤后的显微修复，为臂丛神经根性撕脱伤后手内肌功能的恢复提供必要的形态学基础。方法 制作尺神经连续断面组织切片，AchE组织化学染色，将切片转化为数字图象，人工判断功能束组性质，图形处理软件配准后，采用体数据场轮廓线表面重建方法，应用VC语言编制三维图象存储构建程序，在程序中重建尺神经功能束组走行的三维图象。结果 在程序中实现了尺神经功能束组走行的三维重建。对重建的各神经功能束的外表面进行三维显示，实现人机交互的任意三维旋转、任意断面切割。通过对感兴趣的显示对象(神经干和各束组)的选择，可以在同一三维空间同时显示任意神经功能束组的立体结构，结果反映出它们的在空问位置上的结构、毗邻关系和走行。通过与显微解剖结果对照，发现其显示图象与解剖结果基本吻合。结论 构建的尺神经功能束组的三维图象，能较真实的反映束组的走行分布情况，对临床医生理解神经内部结构，设计手术方案和在术中对照束组的分布方位调整手术方法有积极的作用。     

肢体恶性肿瘤侵害周围神经干的临床与病理观察

目的观察受肿瘤侵害的神经干组织学形态,探讨肿瘤侵害神经干的发生机制。方法12例肢体恶性肿瘤伴有神经损害症状的截肢标本,解剖出受侵段神经干。大体观察及石蜡切片,HE染色、变色酸染色,显微镜下观察。结果12例中,7例神经受肿瘤挤压、推移,但神经外膜完好,无肿瘤细胞浸润。3例神经干一侧面受侵及,神经外膜不完整。肿瘤细胞侵及神经外膜,轴突增粗、空泡变及脱髓鞘。2例神经干完全受侵及,神经外膜完全破坏,肿瘤细胞侵及神经束膜。结论肢体恶性肿瘤早期对神经干以机械性压迫损害为主,随病程进展,肿瘤细胞侵及神经外膜,甚至神经束膜。     

鼻唇部连续组织切片的计算机三维重建

目的:通过获取鼻唇部连续组织切片图像,初步建立可视化虚拟三维唇鼻模型。方法:将鼻唇部组织标本行连续切片,染色后用数码相机获取切片图像数据,进行三维重建及重建后可视化应用。结果:成功探索大块组织标本石蜡切片的制作方法,重建出的鼻唇部数字化模型有良好的展示特性并可进行简单的可视化应用。结论:运用三维重建软件将连续组织切片进行三维重建及可视化应用是可行的。     

腋神经中三角肌功能束组在四边孔平面分布的显微解剖及组织学研究

目的观察研究腋神经中支配三角肌的功能束(组)于四边孔平面在神经干中的分布规律及组织学特征。方法根据自然分束逆行显微解剖分离12具(24侧)福尔马林灌注固定成人尸体标本(左右各半)的腋神经,于四边孔平面观察记录三角肌功能束组在神经干中的分布情况并测量其直径;另取新鲜冷冻尸体上肢标本6具(左右各半),对腋神经束组于四边孔平面断面取材,组织横断面切片,分别行乙酰胆碱酯酶染色(Karnovsky-Roots法)及Loyez髓鞘染色,观察断面纤维束性质及行纤维计数。结果腋神经在四边孔平面可分为两大束组,支配三角肌的腋神经前支组成的束组走行于神经干外侧,截面积为(2.449±1.327)mm2,占神经干面积的55.4%±9.3%;纤维束性质表现为运动纤维;纤维计数为(2112±631)根,占神经纤维总数的45.6%±1.1%。结论在臂丛神经根性损伤进行神经移位重建肩外展功能时,将移位神经选择性与腋神经外侧束组吻接,会减少纤维散失,提高功能恢复率。     

主动式骨科手术机器人

正骨科手术机器人是手术机器人领域的一个分支,其发展源于20世纪90年代初。目前应用的骨科手术机器人导航方式都需要使用外部的标志点或者具有光学性质的标志点进行手术图像和手术空间的标定。按照在术中是否对手术器械进行主动的跟踪定位可分为主动和被动两类。基于主动导航的骨科手术机器人系统,要求使用某类医学图像进行手术规划和手术机器人定位,据此进一步划分为二维图像导航和三维图像导航。对于骨科手术,常用的二维导航图像为X射线图像。针对X射线图像的引导是指在术中使用X射线获取术中透视图     

快速成型的个体化人工半膝关节的研制--股骨髁的三维建模

目的探讨由螺旋CT扫描数据获取关节软骨表面轮廓信息的方法,为基于快速成型技术的个体化人工半膝关节研究奠定基础. 方法采用Picker 6000螺旋CT机对股骨远端进行层厚1 mm扫描,在CT机Voxel Q图像工作站进行三维容积重建,之后对重建数据间隔0.1 mm下载二维断层图像.应用自行开发的数据格式转换软件,对下载图像进行滤波、去噪等处理,求出断面图像的二维边缘轮廓矢量化数据,输入Surfacer 9.0软件进行矢量化三维重建.针对关节软骨轮廓的识别及假体设计的需要,提取出较精确的关节软骨表面轮廓三维图像,用于个体化人工半膝关节的计算机辅助设计. 结果实现了CT图像信息的矢量转换,获得了有关的关节软骨表面轮廓三维实体模型. 结论由螺旋CT数据进行关节软骨外形轮廓的矢量化重建,可获得精确的关节软骨轮廓三维实体模型,其可编辑性强,为复合大段异体骨移植的人工半膝关节假体计算机辅助设计和快速成型制造奠定了基础;对医学图像信息的矢量转换简便易行,在骨科、口腔颌面外科生物制造领域有较好的应用前景.     

腰骶椎管及其内容物三维图像重建的实验研究

重建腰骶椎管及其内神经组织结构的三维图像，对临床诊断及手术效果的评价，有积极意义。作者以二具年青人新鲜尸体腰骶椎标本为实验模型，应用ＣＴ分别自Ｌ３～Ｓ２平面段实施层厚２ｍｍ、层距１ｍｍ薄层连续ＣＴＭ扫描。将摄像机按序拍摄所获二维ＣＴ图像并输入计算机，通过ＶＩＤＡＳ图像分析系统进行了三维图像重建的实验研究。结果发现，重建的脊椎管及管内神经组织三维图像重建逼真，既能精确显示其三维空间结构和形态，亦能沿Ｘ、Ｙ、Ｚ轴完成连续旋转变换和任一方位、断面的切割、组合。作者认为，由二维ＣＴ图像重建的三维图像所表达的视觉效果，可在解剖学、影像学和临床医学领域，对脊柱进行多项目立体形态学、生物力学等方面的研究中发挥重要作用