儿童肝超薄铣削断层解剖及可视化重建.pdf

230 CHINESE JOURNAL OF ANATOMY Vol.46 No.3 2023 解剖学杂志 2023 年第 46 卷第 3 期doi：10.3969/j.issn.1001-1633.2023.03.010论 著*国家自然科学基金(81860383，81660358)；内蒙古自治区研究生科 研 创 新 基 金(S2018112010Z)；内 蒙 古 医 科 大 学 英 才 培 育 项 目(YCPY20200090，YCPY20200002)；内蒙古医科大学实验室开放项目(2020ZN48)；内蒙古医科大学大学生创新创业项目(20201032001)；内蒙古医科大学启蒙计划(FYQMJH2020034)；内蒙古自然科学基金(2019MS08017，2020MS03061，2020LH08021)第 1 作者 E-mail： 通信作者，E-mail：#共同通信作者，E-mail： 收稿日期：2022-04-20；修回日期：2023-03-27儿童肝超薄铣削断层解剖及可视化重建*王 鹏1 张岩淞1 张丁元1 党业兴1 阿格茹2 李 琨2 张少杰2#易新荣2（内蒙古医科大学，1 第一临床医学院，2 人体解剖学教研室，呼和浩特 010000）摘要 目的：了解儿童肝胆系统形态结构、走行规律，辨清儿童及成人肝的差异，为编写儿童解剖图谱提供素材，丰富对儿童肝胆系统的认识。方法：选取男童标本1具，利用数控冷冻铣削技术，采用从足到头逐层超薄铣切，进行数字儿童肝胆系统图像手动分割，分割提取后将数据导入Digihuman Reconstruction System，并建立三维模型，将初步建立的模型进行微调和修改。采用描述法对重建后的儿童三维肝胆系统模型进行显示。结果：获得肝连续薄层解剖断面图像1 234张，获得了儿童三维肝胆系统及儿童断层解剖图谱。结论：通过对肝断层解剖结构的分析与处理，可以立体地展示肝胆系统的解剖关系；三维图像可形象、动态地显示肝胆系统的解剖特点。关键词 儿童；肝；胆囊；三维重建；断层解剖；数控冷冻铣削技术Sectional anatonry and visualization reconstruction of ultra-thin milling of liver in a child*Wang Peng1，Zhang Yansong1，Zhang Dingyuan1，Dang Yexing1，A Geru2，Li Kun2，Zhang Shaojie2#，Yi Xinrong2（1.First Clinical Medical College，2.Department of Human Anatomy，Inner Mongolia Medical University，Hohhot 010000，China）Abstract Objective：To understand the morphological structure and morphology of pediatric hepatobiliary system，and to distinguish the differences between pediatric and adult livers，so as to provide materials for the compilation of pediatric anatomical atlas and enrich clinical workers understanding of pediatric hepatobiliary system.Methods：A specimen of a six-year-old boy was selected，and the digital children hepatobiliary system images were manually segmented by using numerical control freezing milling technology.After the segmentation and extraction，the data were imported into Digihuman Reconstruction System and a 3D model was established，and the model was fine-adjusted and modified.Description method was used to display the reconstructed hepatobiliary system model of children.Results：1 234 consecutive thin slice anatomical section images of liver were obtained，and 3D hepatobiliary system and child section anatomical map were obtained.Conclusion：Through the analysis and treatment of the anatomical structure of the liver section，the anatomic relationship of the hepatobiliary system can be displayed in three dimensions.Three-dimensional images can vividly and dynamically display the anatomic characteristics of hepatobiliary system.Key words child；liver；gallbladder；three-dimensional reconstruction；sectional anatomy；numerical control freeze milling technology肝是一个实质性器官，具有极复杂的管道系统，给外科手术和血管介入带来很多困难。近年来基于医学影像学和数字医学的三维重建及3D打印技术的迅速发展1，可以在三维立体结构反映肝及胆囊的解剖结构及形状特征。本研究旨在了解儿童肝胆系统形态结构、走行规律，辨清儿童及成人肝的差异，为编写儿童解剖图谱提供素材，丰富对儿童肝胆系统的认识，以期指导临床工作及手术。1 材料和方法1.1 设计基于数控冷冻铣削技术获取的二维图像，用Photoshop软 件 标 注 其 胆 道 系 统 及 肝 组 织。再 231 用 数 字 人 公 司 基 于Open CV 开 发 的 处 理 软 件（Digihuman Reconstruction System）对肝胆系统行三维重建。1.2 材料本实验选取6岁男童标本1具，身高1.14 m，体质量23 kg，发育中等，无重大疾病或畸形，标本保存完好，皮肤无破损，整体无挤压变形。标本由内蒙古医科大学人体解剖学实验室提供2。利用数控冷冻铣削技术，采用从足到头逐层超薄铣切，高清数码相机获取二维图像，标本铣切厚度0.10 mm，无锯损，图像分辨率13 0008 000像素，完整高清，进而获得一整套完整的男童薄层铣切数据集3，共11 420张，305 G。1.3 绘制方法将铣切获得的高清图片导入Photoshop 2020进行数字儿童肝胆系统图像手动分割界面，将各组织进行分割提取。1.4 模拟三维重建将分割的二维数据导入Digihuman Reconstruction System，并建立三维模型进行三维重建。并且将初步建立的模型导入Meshlab和3-Matic Medcial 13.0软件进行微调和修改，生成三维立体图。采用表面描述法和体数据描述法相结合的方法对重建后的三维肝胆系统模型进行透明值化显示4。既能观察到肝的外部轮廓，又能观察到肝的内部管道结构，具有较好的显示效果。1.5 测量方法 运用导入3-Matic Medcial在重建模型上测量肝的前后径（厚度）、左右径（宽度）、上下径（长度），同时测量胆囊的长度和宽度。2 结果2.1 儿童肝连续薄层解剖断面图像数据集获得了肝连续薄层解剖断面图像数据集。本实验采用第6 980至第8 214张图片数据，共有1 234个断面图片，数据集124.6GB。其中肝从6 980至 8 214张，胆囊从7 233至7 598张。对典型层面进行器官组织标注，获得连续的儿童腹部断层解剖图谱（图1图2）。2.2 三维重建结果将在Digihuman Reconstruction System中建立的模型进行微调和修改，导入Meshlab中得出三维重建模型图，结果分别显示肝胆系统的正面观、侧面观、上面观、下面观（图3图6）。2.3 关键数据测量在重建模式图上，使用3-Matic Medcial工具测量出肝的前后径（厚度）为132.694 mm、左右径（宽度）为136.738 mm、上下径（长度）为128.473 mm（图7）；胆囊的长度为48.043 mm，胆囊的宽度为19.489 mm（图8）。3 讨论3.1 儿童肝和胆道系统可视化研究的重要意义本研究应用冷冻铣切技术，获得超薄彩色断层，含有丰富的解剖内容，能够显示肝胆系统的解剖细节4。重建儿童肝胆系统的解剖结构，可以提供三维立体图像，图像可以任意旋转、缩放，形态结构逼真，可以多角度、形象动态地持续显示儿童肝胆系统的解剖特点，为儿童肝胆系统手术入路的选择和病变的认识提供了动态详尽的解剖学资料5。3.2 儿童肝可视化显示 肝是人体最大的代谢器官6。实验可观察到肝呈不规则的楔形，可分为上、下2面，前、后、左、右4缘。肝的前面大部分被肋所遮盖，仅在腹上区的左右肋弓之间，有一小部分露于剑突之下，直接与腹前壁相接触。肝上面膨隆，与膈肌相接触，故称肝膈面，大部分位于右膈顶之下，其上有一浅凹，称心压迹。膈上有右侧胸膜腔，右肺及心等7。经过三维重建，能更好地显示肝胆系统。肝具有肝固有动脉、肝门静脉、肝静脉、胆囊系统8。因儿童年龄跨度较大，多期扫描时间窗的 缺失或仅简单套用成人的相关标准，忽视从新生儿、婴幼儿、学龄前、学龄期至青春期的年龄变化9。该数据为外科手术提供了关键数据。3.3 儿童肝和胆道系统可视化研究在临床的应用小儿肝胆疾病，特别是先天性胆道疾病在我国很常见，其发病率远远高于欧美国家10。本次儿童肝胆系统可视化研究在临床上解决了2大问题：建成的三维重建模型可为手术提供准确的空间定位，也可全方位观察、测量和研究解剖结构；本研究3D模型最小厚度为0.10 mm，足以满足手术的需求。临床医生在诊断和治疗儿童肝外科疾病时，面对CT和MRI图像，因儿童血管及器官的变异程度较成人大，希望有一套正常儿童肝胆系统结构的立体模型进行参考，充分了解肝解剖结构及其毗邻关系对于肝胆外科医生开展此类手术非常重要11，医学图像三维重建可视化技术解决了这一问题。医学可视化研究就是对CT和MRI等序列平行的断层图像进行处理构形出三维模型，这一技术将人体器 232 官及其内部结构，以三维形式显示出来，成为临床上强有力的辅助手段，弥补了医学影像学在成像上的不足，便于医生进行观察和分析病变区，并进一步进行准确诊断和治疗。将本研究成果加以推广，可以将临床上各种疾病患者的影像学资料进行图像可视化，从三维角度观察病变的准确位置、形态大小和毗邻关系，解决了传统解剖学中定位不准确的问题，有利于在临床上制定个体化的外科手术方案，模拟手术入路。3512101011119942135214388656771212131314141515161619171718184681326.94194.89480.4371367.381284.73 233 参 考 文 献1 李小军，朱潇，杏福宝，等.三维重建及3D打印在微创肺外科中的应用J.中华全科医学，2020，18（7）：1190-1194.2 李琨，李志军，张少杰，等.儿童数字化可视人的创建及在解剖学教学中的应用J.解剖学杂志，2021，44（6）：533-535.3 徐雪彬.数字儿童颈部薄层断面与影像解剖对比及其三维可视化应用研究D.呼和浩特：内蒙古医科大学，2021.4 徐雪彬，王星，李琨，等.中国学龄前男童连续薄层标本数据集建立及可视化J.解剖学报，2020，51（6）：924-928.5 周五一，方驰华，黄立伟，等.肝脏管道灌注后数字化虚拟肝脏及其手术J.空军军医大学学报，2006，（8）：712-716.6 徐灿丽，何文星，汪磊，等.肝脏类器官研究的文献计量学分析J.中国组织工程研究，2024，28（7）：1099-1104.7 焕民.开展新技术提高儿童肝胆肿瘤手术治疗水平J.临床小儿外科杂志，2020，19（5）：377-381.8 李宇，刘学民，王博，等.基于肝脏三维可视化教学法在医学留学生临床教学中的应用价值J.医学教育研究与实践，2020，28（3）：431-435.9 李建明，周思茵，徐文彪.国内儿童肝脏动态CT增强检查的研究现状和存在的问题J.中国医疗设备，2022，37（10）：166-169.10 吴玉学，吕青，于龙广，等.人体斜坡区断层解剖及三维重建研究J.局解手术学杂志，2018，27（2）：79-82.11 陈贞华.学龄前儿童正常肝脏超声测值分析J.影像研究与医学应用，2019，3（23）：141-142.图 1 胰头下份层面。1：皮下脂肪；2：腹直肌；3：腹外斜肌；4：胃体；5：肝右前叶；6：胆囊；7：空肠；8：十二指肠；9：胰钩突；10：肝门静脉右后下支；11：下腔静脉；12：胸主动脉；13：左肾静脉；14：左肾；15：肝右后叶；16：腰大肌；17：腰方肌；18：竖脊肌.图 2 肾门中份层面。1：皮下脂肪；2：腹直肌；3：第 9 肋软骨；4：腹外斜肌；5：肝左内叶；6：胆囊；7：胃体；8：胃大弯；9：肝右前叶；10：胰钩突；11：肝门静脉右后下支；12：下腔静脉；13：结肠左区；14：胸主动脉；15：肝右后叶；16：右肾；17：肾门；18：脾；19：竖脊肌.图 3 肝胆系统三维重建的正面观.图 4 肝胆系统三维重建的侧面观.图 5 肝胆系统三维重建的上面观.图 6 肝胆系统三维重建的下面观.图 7 正面观，示肝的左右径和上下径.图 8 侧面观，示肝的前后径、胆囊的长度和宽度.8 杨序程，周一新，杨德金股骨近端解剖学参数与股骨颈髓腔前后径的相关性研究J骨科临床与研究杂志，2019，4（1）：3-8.9 张振华，夏丹豪，沈建明，等髓内钉手术进针点的探讨股骨近端解剖学测量J解剖学报，2017，48（3）：322-32610 张世民，马卓，杜守超，等股骨近端外侧壁的解剖学研究及其对转子间骨折内固定的意义J中国临床解剖学杂志，2016，34（1）：39-4211 吴炳华，尹生江，戴闽，等股骨近端相关影像解剖学测量研究J.中国临床解剖学杂志，2015，33（1）：28-3212 严磊，蔡林，雷军，等股骨颈径相参数测量及其在股骨颈置钉选择中的意义J生物骨科材料与临床研究，2015，12（3）：10-1313 余一品，田征，甘子明，等股骨小转子附近股动脉及股神经间隙解剖学研究J中华实用诊断与治疗杂志，2014，28（4）：364-36614 夏春波，秦小云，沈洪涛，等股骨距的解剖与生物力学研究J.中国运动医学杂志，2010，29（4）：448-45015 张晟，余斌，罗吉伟，等股骨近端髓腔三维解剖测量J中国临床解剖学杂志，2010，28（3）：258-26116 接健，陈福扬，徐国浩，等股骨头颈比例的解剖学和影像学观测J临床骨科杂志，2015，18（6）：745-74717 Hassan M，Collinge C.Application of a medial buttress plate may prevent many treatment failures seen after fixation of vertical femoral neck fractures in young adultsJ.Med Hypotheses，2015，84（5）：429-433.18 Doherty M，Courtney P，Doherty S.Nonspherical femoral head shape（pistol grip deformity），neck shaft angle，and risk of hip osteoarthritis：A case-control studyJ.Arthritis Rheum，2008，58（10）：3172-3182.19 叶书熙，杨成亮，熊然，等股骨小转子数字化三维重建与测量的临床意义J中国临床解剖学杂志，2013，31（1）：64-71（上接第220页）