人正中神經(jīng)內(nèi)部顯微結構的三維重建與可視化研究.pdf

1、背景:
　　 周圍神經(jīng)損傷后修復效果不佳的主要原因就是同一功能神經(jīng)束的遠近端不能準確縫合所致的運動或感覺神經(jīng)纖維之間的錯向生長。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]通過大體解剖學和組織學方法描述了神經(jīng)內(nèi)部結構復雜的束型變化,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)遠端的一幅三維概念圖,發(fā)現(xiàn)在正中神經(jīng)的遠端,束型在較長段內(nèi)保持穩(wěn)定。但是受當時條件的限制,他只能根據(jù)觀察結果繪制短段的概念模式圖,不可能根據(jù)實際束型的變化全程描繪出正中神經(jīng)內(nèi)部結構的三維圖譜。三維概念模式圖因其缺少準確性和不夠全面,對臨床的直接指導意義不足;二維斷面圖譜卻因為其復雜性,存在既難記憶,又難掌握的弱點,限制了其臨床應用。因此構建出周圍神經(jīng)內(nèi)部束型變化的直觀、全面、能

3、夠直接指導臨床手術的三維圖譜,一直是臨床醫(yī)生的愿望。
　　 目前正中神經(jīng)顯微結構的三維重建國內(nèi)外報道均極少。1984年Terzis[3]在實體解剖和組織學切片的基礎上建立了正中神經(jīng)的三維模型。1991年GregP.Watchmaker[4]等對前臂遠段及手部的正中神經(jīng)進行連續(xù)組織切片HE染色后,應用開發(fā)的軟件進行圖像識別和統(tǒng)計處理并通過三維構建的方法進行了神經(jīng)束交錯變化特征的研究。但是這些以結構研究為目的的三維構建仍然缺乏臨床實

4、用性。2006年MeekMF[5]等采用磁共振DTI技術來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,無法更進一步顯示正中神經(jīng)內(nèi)部結構的顯微圖像。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,并根據(jù)該數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了一個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)結構信息的三維立體圖譜。為臨床上正中神經(jīng)損傷修復方式的選擇提供有益幫助,對

5、人工神經(jīng)的仿生構建也具有參考意義。
　　 目的:
　　 探索應用計算機處理人體正中神經(jīng)全長連續(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)部顯微結構并實現(xiàn)三維可視化。
　　 方法:
　　 本研究取新鮮人尸正中神經(jīng)標本1例,以人長發(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、開發(fā)并應用3DNerve神經(jīng)三維可視化軟件系統(tǒng)實現(xiàn)正中神經(jīng)顯微結構的三維可視化。
　　 結果:
　　 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,未見純粹的感覺束或運動束。
　　 1.1起始部及上臂部
　　 正中神經(jīng)在內(nèi)、外側根組成處呈橢圓形,神經(jīng)束數(shù)量為17個,其中以運動神

7、經(jīng)纖維為主的混合束為6個,其余11個是以感覺神經(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,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,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)在肘關節(jié)部呈扁帶狀,與大體解剖正中神經(jīng)下行穿過旋前圓肌兩頭之間,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,其中以運動神經(jīng)纖維為主的混合神經(jīng)束為9個,其余5個是以感覺神經(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)纖維交錯較少,并且運動神經(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,橈側有1個以運動神經(jīng)纖維為主的混合束,余20個均為混合束,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3個半指的掌面及其中節(jié)和遠節(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)采用不同的顏色來標識區(qū)分不同的神經(jīng)束,束的粗細按內(nèi)部各神經(jīng)束的實際粗細進行適當縮小,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)全長等距離地分成九段進行三維顯示。
　　 正中神經(jīng)可視化結果能夠真實地再現(xiàn)正中神經(jīng)干全長及其內(nèi)部各神經(jīng)束和束組的三維立體結構;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;既能單獨顯示正中神經(jīng)干或單個神經(jīng)束的立體行徑,又能將二者疊加混合顯示,還能隱藏其它的結構,追蹤單個神經(jīng)束或整個正中神經(jīng)干,從而動態(tài)地展示正中神經(jīng)內(nèi)部神經(jīng)束的復雜結構。通過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、旋轉任意角度,或者以不同的速度連續(xù)旋轉,便于從不同的角度對各神經(jīng)束的形態(tài)、空間位置及相互毗鄰關系進行觀察;還可在任意斷面進行任意角度的切割,并可在放大的視野下觀察正中神經(jīng)的顯微結構。
　　 結論:
　　 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,開發(fā)并應用3DNerve神經(jīng)三維可視化軟件系統(tǒng)較為成功地實現(xiàn)了正中神經(jīng)顯微結構三維可視化,為臨床上正中神經(jīng)損傷修復方式的選擇和組織工程化人工神經(jīng)的構建提供有