周圍神經(jīng)三維重建與可視化研究進(jìn)展
【摘要】 目的 對周圍神經(jīng)三維重建與可視化研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。 方法 廣泛查閱近期國內(nèi)外周圍神經(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 利用周圍神經(jīng)三維重建與可視化技術(shù)，不僅可以真實(shí)再現(xiàn)周圍神經(jīng)復(fù)雜的三維表面結(jié)構(gòu)及毗鄰關(guān)系，而且可以將周圍神經(jīng)內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)任意顯示、旋轉(zhuǎn)、縮放、分割和適時三維測量，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、周圍神經(jīng)再生過程、包含周圍神經(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。但由于周圍神經(jīng)信息的識別、分割、配準(zhǔn)和融合等問題尚未解決，周圍神經(jīng)可視化研究目前仍處于初始階段。 結(jié)論 周圍神經(jīng)三維重建與可視化研究對更新周圍神經(jīng)損傷的診療理念、完善周圍神經(jīng)診療手段，開辟周圍神經(jīng)科研與教學(xué)的新途徑等方面均具有重要的價值，可望成為周圍神經(jīng)外科新的生長點(diǎn)。
周圍神經(jīng)包括 31 對脊神經(jīng)及 12 對腦神經(jīng)，在骨科領(lǐng)域常見的周圍神經(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)展使周圍神經(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，臨床醫(yī)生只能憑個人經(jīng)驗(yàn)推測周圍神經(jīng)干內(nèi)各個神經(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。
近年來，隨著計算機(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、測量解剖結(jié)構(gòu)的空間位置等。醫(yī)生通過可視化技術(shù)能夠精確直觀地觀察和處理人體病灶及其周圍組織器官，極大地促進(jìn)了精確診斷、外科手術(shù)計劃、臨床醫(yī)師培訓(xùn)及解剖教學(xué)等的發(fā)展 [2-3]。周圍神經(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圍神經(jīng)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)，同時也是解剖神經(jīng)向生理神經(jīng)過渡的動力來源之一，有望為周圍神經(jīng)診斷治療和臨床學(xué)習(xí)培訓(xùn)帶來新的生機(jī)和活力。但由于周圍神經(jīng)顯示困難，美國可視人計劃甚至將神經(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，而對周圍神經(jīng)、血管、小肌肉等研究相對較少，本文擬對周圍神經(jīng)的計算機(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，將此模型作為一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，可應(yīng)用于與人體結(jié)構(gòu)有關(guān)的多個領(lǐng)域 [5-6]。可視人體計劃是 1989 年由美國國家醫(yī)學(xué)圖書館提出，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劃圖像數(shù)據(jù)集，開創(chuàng)了數(shù)字解剖學(xué)和數(shù)字化虛擬人體的新時代。繼虛擬美國人和虛擬韓國人制作完成后，目前國內(nèi)外已有 9 個虛擬可視人數(shù)據(jù)集，其中我國提供了 6 個 [5]?？梢暼搜芯渴且豁?xiàng)借助計算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步認(rèn)識人類，同時在醫(yī)學(xué)、仿生學(xué)等多個領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景的重大課題，近年來引起廣泛關(guān)注。 #p#page_title#e#
虛擬人的研究可分為 4 個階段，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，使人們能通過計算機(jī)操作三維動態(tài)觀察人體整個解剖結(jié)構(gòu)的大小、形狀、位置及器官間相互空間關(guān)系，通過虛擬反饋裝置進(jìn)行各種外科手術(shù)設(shè)計，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。隨著人類基因組計劃的完成和數(shù)字化虛擬人研究的深入，利用計算機(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)計和模擬操作開辟新的途徑，并將極大地充實(shí)和更新人們的診療理念 [2]。
2 周圍神經(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，掌握某個器官或結(jié)構(gòu)在人體三維空間的準(zhǔn)確定位和測量數(shù)據(jù)，會成為推進(jìn)現(xiàn)代臨床診斷和治療手段的基礎(chǔ)和前提 [7]。近年來利用周圍神經(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圍神經(jīng)毗鄰的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，而且可以將周圍神經(jīng)所有的內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)任意顯示、旋轉(zhuǎn)、縮放、交互觀察和適時三維測量，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)，也為周圍神經(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 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、有價值的手段，近年有一些初步研究報道。劉光久等 [9] 應(yīng)用中國男性數(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、椎動脈、頸神經(jīng)根及脊神經(jīng)節(jié)等結(jié)構(gòu)，但對完整的臂叢神經(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。張元智等 [11]應(yīng)用虛擬中國人女Ⅰ號數(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)，同時也能較好顯示臂叢神經(jīng)與 C4 ～ T2 椎體及頸總動脈、鎖骨下動脈和右椎動脈三維表面重建圖像。劉光久等 [12] 利用中國數(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、鎖骨下動靜脈和腋動靜脈等解剖結(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)，以偽彩色對重建的不同結(jié)構(gòu)加以區(qū)分，在圖形工作站或個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周圍神經(jīng)及其毗鄰的軟組織分辨困難，加上這些研究主要是針對臂叢神經(jīng)部分結(jié)構(gòu)而沒有對毗鄰解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，因此，臂叢神經(jīng)周圍的軟組織結(jié)構(gòu)無法顯示，臂叢神經(jīng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與周圍組織的毗鄰關(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，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)的時機(jī)。因此，
對腰骶叢神經(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，而對其連續(xù)薄層斷面解剖的研究尚不十分完善 [4]。邱明國等 [14-15] 應(yīng)用中國數(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。張元智等 [4] 應(yīng)用虛擬中國人女Ⅰ號數(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)及周圍組織的解剖結(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“虛擬中國人”Ⅰ號女性數(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)及其周圍組織結(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)性是周圍神經(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)鍵問題 [19]。探求一種準(zhǔn)確、迅速、簡便的方法來鑒別神經(jīng)束（組）的功能成分（主要指運(yùn)動纖維和感覺纖維），使相關(guān)功能神經(jīng)束（組）配對吻合，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，在周圍神經(jīng)修復(fù)中，正確對合神經(jīng)功能纖維束（組）始終是巨大的挑戰(zhàn)。
既往對四肢主要神經(jīng)干內(nèi)運(yùn)動和感覺神經(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，周圍神經(jīng)斷面二維圖像對量效關(guān)系的研究還處于感性認(rèn)識階段，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)動或感覺神經(jīng)纖維錯向生長、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)纖維錯綜復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)，為準(zhǔn)確對合相同性質(zhì)的神經(jīng)束（組）提供重要參考，避免神經(jīng)纖維錯向生長與對合帶來的問題，成為醫(yī)學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)之一 [22]。
Terzis 等（1984）最早將計算機(jī)應(yīng)用到周圍神經(jīng)顯微解剖和神經(jīng)纖維計數(shù)。Watchmaker 等 [23]對前臂遠(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)部各個功能束組的整體三維信息，并可在計算機(jī)上通過任意的三維旋轉(zhuǎn)和虛擬切割來觀察神經(jīng)干內(nèi)部各個功能束（組）在三維空間上的相對位置、走形與相互毗鄰關(guān)系。隨著研究的深入，如果能開發(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，通過肌門進(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。但迄今對骨骼肌內(nèi)神經(jīng)走行和分布尚缺乏詳盡描述。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，把肌塊做成連續(xù)切片，用計算機(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)用價值。
梁力等 [27] 以失神經(jīng)環(huán)構(gòu)后肌為模型，采用計算機(jī)對再神經(jīng)支配環(huán)構(gòu)后肌的亞神經(jīng)結(jié)構(gòu)（運(yùn)動終板）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)方向及周圍呈松散的帶狀分布。Loh 等 [28] 采用計算機(jī)三維重建技術(shù)重建了比目魚肌肌內(nèi)神經(jīng)分布情況，發(fā)現(xiàn)比目魚肌可分為背側(cè)面、外側(cè)前面、內(nèi)側(cè)前面三個區(qū)域，其背側(cè)面可再分為 5 個區(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，比目魚肌內(nèi)神經(jīng)支配區(qū)域的劃分解釋了一個或多個區(qū)域在不適當(dāng)?shù)臅r間和力量作用下肌纖維易受損傷，每個區(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 染色和計算機(jī)重建 3 種方法對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 周圍神經(jīng)再生過程的三維重建與可視化研究
周圍神經(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)方法對神經(jīng)纖維某些結(jié)構(gòu)染色后進(jìn)行平面觀察，無法直觀地觀察其立體結(jié)構(gòu)。周圍神經(jīng)三維可視化研究使周圍神經(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，對不同時間點(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大鼠坐骨神經(jīng)損傷后變性、再生過程中形態(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)通過吻合口界面的過程，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 包括周圍神經(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，對周圍神經(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，對于幫助臨床醫(yī)師熟悉其周圍神經(jīng)的顯微解剖、走行和毗鄰關(guān)系，深入研究周圍神經(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，目前該類研究報道較少。
蘇秀云等 [32] 基于虛擬中國人男Ⅰ號數(shù)據(jù)集進(jìn)行上肢復(fù)合組織的三維可視化研究，建立了中國數(shù)字人男Ⅰ號上肢骨骼、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，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布與共享。但由于中國數(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、韌帶無法分割重建，因此，對較小的神經(jīng)及神經(jīng)內(nèi)部功能束（組）和較精細(xì)的軟組織仍無法顯示。
3 周圍神經(jīng)三維重建與可視化研究面臨的問題
三維重建與可視化研究是在周圍神經(jīng)的二維圖像基礎(chǔ)上，通過對圖像結(jié)構(gòu)的識別、配準(zhǔn)、分割后，利用工具軟件等在圖形工作站或個人電腦上進(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，但由于周圍神經(jīng)的信息難以抽取和分割，還沒有完整的神經(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)。周圍神經(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題。如周圍神經(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、對比度、灰度值、色彩值等決定三維模型的質(zhì)量，同時二維圖像數(shù)據(jù)的分割、配準(zhǔn)、融合、計算機(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題 [33-34]。更為困難的是在人體框架上，賦予周圍神經(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)。目前周圍神經(jīng)的二維圖像來源于數(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)識方面的技術(shù)難題，但周圍神經(jīng)的顯示仍無良好對策 [13]。由于周圍神經(jīng)具有管狀結(jié)構(gòu)細(xì)而長的特征，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)組織與周圍脂肪組織的顏色對比度較小，小于銑間距的神經(jīng)結(jié)構(gòu)無法辨認(rèn)，且周圍神經(jīng)沒有類似血管系統(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)和分割帶來許多困難；加之神經(jīng)本身柔軟且缺乏周圍組織支持，因而在銑切過程中有時會出現(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。美國可視人計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，德國在可視人計劃數(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，清晰、精確、直觀顯示周圍神經(jīng)尤其是周圍神經(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)。
周圍神經(jīng)三維重建與可視化研究是近年才興起來的一門嶄新綜合性的信息技術(shù)，尚處于初創(chuàng)時期，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周圍神經(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)的圖像與周圍組織區(qū)別開來，以獲取更精確的神經(jīng)顯示的斷層數(shù)據(jù)來進(jìn)行重建，必將使周圍神經(jīng)的三維可視化研究更加蓬勃發(fā)展 [19]。
4 周圍神經(jīng)三維重建與可視化研究的意義與展望
隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得人體結(jié)構(gòu)的計算機(jī)三維重建與可視化研究得到快速發(fā)展。利用計算機(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、直觀地顯示周圍神經(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、測量、旋轉(zhuǎn)、切割、重組、縮放。通過三維可視化數(shù)字模型，還可進(jìn)行定量分析和動態(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、術(shù)后效果預(yù)覽、評價更加清晰，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)，使周圍神經(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，并將成為未來周圍神經(jīng)損傷診治新的發(fā)展方向和生長點(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，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]，同時也為周圍神經(jīng)系統(tǒng)數(shù)字化和虛擬化研究提供了新的契機(jī)?？梢暼思夹g(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)用提供了一個很好的舞臺。
隨著計算機(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代。計算機(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，給周圍神經(jīng)三維重建和可視化研究的發(fā)展帶來新的動力和應(yīng)用前景。通過臨床醫(yī)生和工程技術(shù)人員的能力合作，三維可視化研究將會在周圍神經(jīng)領(lǐng)域擁有更加廣闊的發(fā)展前景。
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