人体桡神经连续组织切片计算机辅助三维重建研究

摘要

背景： 神经损伤后的修复与再生一直是国内外学者重点研究的课题，但迄今仍未找到令人满意的提高功能恢复率的方法。其主要原因就是周围神经损伤后，同一神经束的远近端往往不能准确对接导致运动或感觉神经纤维之间的错向缝接。桡神经损伤是骨科临床常见疾病，它往往导致肢体的残疾，严重地影响了患者的生活质量。在桡神经损伤修复术中，最理想的是能做到相同功能性质的神经束进行准确对接。这就对桡神经内各神经束的定性和定位研究提出了更高的要求。由于神经干内部各神经束的组成在功能性质上互相交叉混合，因此如何精确地显示桡神经内部神经束和神经纤维的错综复杂的立体结构已成为该领域的当务之急。而现有的桡神经断面二维图谱仅提供了桡神经在某一平面的二维图像信息，因此根本不能反映此神经在其全程中神经束交叉重组的错综复杂变化过程。目前国内外还未见人体周围神经内部显微结构重建的报道。数字化虚拟人计划具有重大意义，目前尚未能完成神经系统的构建工作，迫切需要一种提取神经信息的有效方法。 目的： 重建人体桡神经的三维立体结构，包括桡神经的外轮廓及其内部神经束的立体行径，同时探索一种桡神经计算机三维重建的实用方法。 方法： 本研究采用直径0.08mm的头发为定位线，通过对一根志愿捐献成人新鲜尸体右侧桡神经的全长进行连续的冰冻组织切片(切片厚度为20μm)；切片间隔为0.1mm，并对切片进行Kamovsky-Roots铁氰化铜法胆碱酯酶组织化学染色，区别出桡神经各断面内部神经功能束的性质、组成和分布等详细信息，在高倍显微镜下用数码摄像系统和高分辨率扫描仪两种方法记录神经断面的数字信息。将桡神经所有连续切片的二维数字信息依次按顺序输入计算机后分析在每个断面的内部结构信息，用基于Fisher线形判别的多通道半自动分割算法，进行切片间的轮廓对应乃至神经束组中心线的获得、分类，表面重建等，来进行立体、精确的桡神经连续内外部结构的三维重建。 结果： 1、重建结果真实地再现桡神经的三维立体结构及其内部各神经束的三维立体行径，精确地显示桡神经中每一神经束的各个断面及其全长的解剖结构及其相互关系，各神经束中任意断面的感觉与运动纤维的准确定位资料，形象地展示桡神经中神经束的交叉穿插、混合重组的束型变化规律。既能单独显示桡神经外轮廓或内部神经束立体行径，又能二者一起混合显示，还能显示出桡神经内部神经柬中任意一束的立体行径。重建结构均能在空间位置上绕任意轴旋转任意角度，或者以不同的速度连续旋转。同时还能对整个桡神经作任意剖割显示，能精确地显示出任意断面的各神经束内感觉和运动纤维的准确分布情况。 2、桡神经内部神经束结构相当复杂，它们相互间不断交叉重组，形成独特的神经束网络结构。而桡神经束内部感觉和运动纤维等不同纤维之间大多混合在一起，即混合束，从而形成了极为错综复杂的桡神经网络。 3、桡神经内部神经束的交叉重组有一定的规律性，在主干水平的交叉重组最为频繁，在其他各分支段水平稍少，且桡神经深支为纯运动支。 4、乙酰胆碱酯酶染色和HE染色后在显微镜下观察发现，乙酰胆碱酯酶染色后的神经断面可以明显区分出感觉束、运动束及交感束(根据染色深浅区分)，但各神经束的边界(即束膜)显示不够清楚。而HE染色后的神经断面无法区分感觉束、运动束及交感束，但各神经束边界较清楚。提示乙酰胆碱酯酶染色法更适用于神经的染色。 5、本文有效利用现有算法，并根据周围神经三维可视化的特殊需求提出了具有针对性的各种算法，实现了效果良好的桡神经的三维可视化。 结论： 1．本研究在国内外首次应用桡神经连续组织切片较为成功地重建了桡神经的三维立体结构及其内部神经束的立体行径，确立了一种人体周围神经显微结构三维重建的实用方法，为中国数字化虚拟人的神经系统模型的构建作了有益尝试。可为临床上桡神经损伤修复方式的选择提供帮助，对于将来人工神经的构建和多自由度自体神经信号控制电子假肢的研制也有较大指导意义。同时对于医学教育等其它方面有着重要的意义。 2．采用头发作为定位材料，将桡神经进行连续组织冰冻切片后采用多聚赖氨酸涂层玻片进行贴片，然后采用胆碱酯酶组织化学染色，达到了较好的定位效果，是采集桡神经三维重建所需二维数字信息的一种实用有效的方法。

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综述 计算机辅助生物组织三维重建的研究进展

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