人正中神經(jīng)內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)的三維重建與可視化研究.pdf

1、背景:
　　 周圍神經(jīng)損傷后修復(fù)效果不佳的主要原因就是同一功能神經(jīng)束的遠(yuǎn)近端不能準(zhǔn)確縫合所致的運(yùn)動(dòng)或感覺(jué)神經(jīng)纖維之間的錯(cuò)向生長(zhǎng)。由于神經(jīng)纖維不是始終沿著某一神經(jīng)束行走,而是在束間互相穿插移行,呈叢狀反復(fù)交叉,使神經(jīng)束的大小、數(shù)目和位置不斷發(fā)生變化。1945年Sunderland[1]通過(guò)大體解剖學(xué)和組織學(xué)方法描述了神經(jīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的束型變化,并繪制了神經(jīng)斷面的二維分布圖。據(jù)Sunderland的研究,甚至相距0.8mm,神經(jīng)的局

2、部排列已有差異。1980年Jabaley[2]描繪出正中神經(jīng)遠(yuǎn)端的一幅三維概念圖,發(fā)現(xiàn)在正中神經(jīng)的遠(yuǎn)端,束型在較長(zhǎng)段內(nèi)保持穩(wěn)定。但是受當(dāng)時(shí)條件的限制,他只能根據(jù)觀察結(jié)果繪制短段的概念模式圖,不可能根據(jù)實(shí)際束型的變化全程描繪出正中神經(jīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維圖譜。三維概念模式圖因其缺少準(zhǔn)確性和不夠全面,對(duì)臨床的直接指導(dǎo)意義不足;二維斷面圖譜卻因?yàn)槠鋸?fù)雜性,存在既難記憶,又難掌握的弱點(diǎn),限制了其臨床應(yīng)用。因此構(gòu)建出周圍神經(jīng)內(nèi)部束型變化的直觀、全面、能

3、夠直接指導(dǎo)臨床手術(shù)的三維圖譜,一直是臨床醫(yī)生的愿望。
　　 目前正中神經(jīng)顯微結(jié)構(gòu)的三維重建國(guó)內(nèi)外報(bào)道均極少。1984年Terzis[3]在實(shí)體解剖和組織學(xué)切片的基礎(chǔ)上建立了正中神經(jīng)的三維模型。1991年GregP.Watchmaker[4]等對(duì)前臂遠(yuǎn)段及手部的正中神經(jīng)進(jìn)行連續(xù)組織切片HE染色后,應(yīng)用開發(fā)的軟件進(jìn)行圖像識(shí)別和統(tǒng)計(jì)處理并通過(guò)三維構(gòu)建的方法進(jìn)行了神經(jīng)束交錯(cuò)變化特征的研究。但是這些以結(jié)構(gòu)研究為目的的三維構(gòu)建仍然缺乏臨床實(shí)

4、用性。2006年MeekMF[5]等采用磁共振DTI技術(shù)來(lái)重建在體人正中神經(jīng),但其只能顯示正中神經(jīng)主干的走形,無(wú)法更進(jìn)一步顯示正中神經(jīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的顯微圖像。本研究基于正中神經(jīng)連續(xù)冰凍組織切片的二維圖像信息,制備成正中神經(jīng)從其起始處到腕部連續(xù)的染色前、后神經(jīng)斷面的二維圖像信息數(shù)據(jù)庫(kù),并根據(jù)該數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)3DNerve神經(jīng)三維可視化軟件系統(tǒng),逼真地重現(xiàn)了包括正中神經(jīng)結(jié)構(gòu)信息的三維立體圖譜。為臨床上正中神經(jīng)損傷修復(fù)方式的選擇提供有益幫助,對(duì)

5、人工神經(jīng)的仿生構(gòu)建也具有參考意義。
　　 目的:
　　 探索應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理人體正中神經(jīng)全長(zhǎng)連續(xù)冰凍組織切片的二維圖像信息,開發(fā)3DNerve神經(jīng)三維可視化軟件系統(tǒng),重建人體正中神經(jīng)內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)三維可視化。
　　 方法:
　　 本研究取新鮮人尸正中神經(jīng)標(biāo)本1例,以人長(zhǎng)發(fā)為定位線、OCT包埋、采用連續(xù)冰凍組織切片(切片厚度為20μm,間隔為0.1mm)、乙酰膽堿脂酶組織化學(xué)法(Kamovsky-Root

6、s鐵氰化銅法)染色、高分辨率掃描儀獲取正中神經(jīng)斷面二維信息數(shù)據(jù)庫(kù)、開發(fā)并應(yīng)用3DNerve神經(jīng)三維可視化軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正中神經(jīng)顯微結(jié)構(gòu)的三維可視化。
　　 結(jié)果:
　　 1正中神經(jīng)連續(xù)斷面觀察
　　 正中神經(jīng)在不同斷面的神經(jīng)束的數(shù)目以及位置變化均較大,各神經(jīng)束均是混合束,未見純粹的感覺(jué)束或運(yùn)動(dòng)束。
　　 1.1起始部及上臂部
　　 正中神經(jīng)在內(nèi)、外側(cè)根組成處呈橢圓形,神經(jīng)束數(shù)量為17個(gè),其中以運(yùn)動(dòng)神

7、經(jīng)纖維為主的混合束為6個(gè),其余11個(gè)是以感覺(jué)神經(jīng)纖維為主的混合束。連續(xù)斷面觀察顯示神經(jīng)束數(shù)量逐漸減少,在大圓肌下緣有神經(jīng)束8個(gè),均為混合神經(jīng)束。在肱骨中段部位神經(jīng)束數(shù)量減少到6個(gè),繼續(xù)向下走行神經(jīng)束數(shù)量又逐漸增加。
　　 1.2肘部
　　 正中神經(jīng)在肘關(guān)節(jié)部呈扁帶狀,與大體解剖正中神經(jīng)下行穿過(guò)旋前圓肌兩頭之間,受到肌肉的約束相符。由于該處有骨間前神經(jīng)及前臂淺組屈肌等分支加入,所以神經(jīng)束數(shù)量有所增加。在肱骨內(nèi)、外髁連線處神

8、經(jīng)束數(shù)量為14個(gè),其中以運(yùn)動(dòng)神經(jīng)纖維為主的混合神經(jīng)束為9個(gè),其余5個(gè)是以感覺(jué)神經(jīng)纖維為主的混合神經(jīng)束。
　　 1.3前臂部及腕部
　　 正中神經(jīng)在前臂接近圓形,神經(jīng)束組成數(shù)量不等的神經(jīng)功能束組。連續(xù)的神經(jīng)斷面觀察顯示正中神經(jīng)在前臂神經(jīng)束與束之間的神經(jīng)纖維交錯(cuò)較少,并且運(yùn)動(dòng)神經(jīng)纖維有所增加。正中神經(jīng)在腕部呈扁平狀,在橈骨莖突部位神經(jīng)束的數(shù)量為21個(gè),橈側(cè)有1個(gè)以運(yùn)動(dòng)神經(jīng)纖維為主的混合束,余20個(gè)均為混合束,為神經(jīng)束數(shù)量最多

9、的部位。與正中神經(jīng)在腕部發(fā)出大量終末支分布于拇收肌以外的魚際肌、第l、2蚓狀肌以及掌心、魚際、橈側(cè)3個(gè)半指的掌面及其中節(jié)和遠(yuǎn)節(jié)手指背面的皮膚相符合。
　　 2三維顯示
　　 在正中神經(jīng)可視化過(guò)程中,我們利用3DNerve神經(jīng)三維可視化軟件系統(tǒng)采用不同的顏色來(lái)標(biāo)識(shí)區(qū)分不同的神經(jīng)束,束的粗細(xì)按內(nèi)部各神經(jīng)束的實(shí)際粗細(xì)進(jìn)行適當(dāng)縮小,這樣可以看清正中神經(jīng)內(nèi)部的各神經(jīng)束三維行徑。為了更清晰地觀察正中神經(jīng)內(nèi)部各神經(jīng)束的三維立體行徑,我

10、們將正中神經(jīng)全長(zhǎng)等距離地分成九段進(jìn)行三維顯示。
　　 正中神經(jīng)可視化結(jié)果能夠真實(shí)地再現(xiàn)正中神經(jīng)干全長(zhǎng)及其內(nèi)部各神經(jīng)束和束組的三維立體結(jié)構(gòu);形象地展示各神經(jīng)束的交叉穿插、混合重組的變化規(guī)律;既能單獨(dú)顯示正中神經(jīng)干或單個(gè)神經(jīng)束的立體行徑,又能將二者疊加混合顯示,還能隱藏其它的結(jié)構(gòu),追蹤單個(gè)神經(jīng)束或整個(gè)正中神經(jīng)干,從而動(dòng)態(tài)地展示正中神經(jīng)內(nèi)部神經(jīng)束的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。通過(guò)3DNerve神經(jīng)三維可視化軟件系統(tǒng),重建的正中神經(jīng)能在空間位置上繞任意軸

11、旋轉(zhuǎn)任意角度,或者以不同的速度連續(xù)旋轉(zhuǎn),便于從不同的角度對(duì)各神經(jīng)束的形態(tài)、空間位置及相互毗鄰關(guān)系進(jìn)行觀察;還可在任意斷面進(jìn)行任意角度的切割,并可在放大的視野下觀察正中神經(jīng)的顯微結(jié)構(gòu)。
　　 結(jié)論:
　　 本研究首次建立了正中神經(jīng)連續(xù)斷面的染色前、后二維圖像信息數(shù)據(jù)庫(kù),開發(fā)并應(yīng)用3DNerve神經(jīng)三維可視化軟件系統(tǒng)較為成功地實(shí)現(xiàn)了正中神經(jīng)顯微結(jié)構(gòu)三維可視化,為臨床上正中神經(jīng)損傷修復(fù)方式的選擇和組織工程化人工神經(jīng)的構(gòu)建提供有