1 上海中医药大学基础医学院解剖教研室 XXXX03

＊系上海中医药大学名师传承研究项目资助基于基于基于基于VOXELVOXELVOXELVOXEL----MANMANMANMAN操作平台肩髎穴的三维可视化研究操作平台肩髎穴的三维可视化研究操作平台肩髎穴的三维可视化研究操作平台肩髎穴的三维可视化研究＊＊＊＊王海生1邵水金1王媛媛1秦翊麟2程卓2严振国1庄天戈2闵友江11上海中医药大学基础医学院解剖教研室2012032上海交通大学生命科学技术学院200030摘要摘要摘要摘要目的：通过对肩髎穴的三维重建，来探讨穴位三维重建中神经血管难以表达的问题。方法：在VOXEL-MAN操作平台中，运用色度特征空间的交互式分割方法对肌肉等组织进行分割；对神经血管以数学建模的方式进行重建；并以运行脚本的方式来获取肩髎穴的进针动画。结果：在肩髎穴的三维进针动画中，可以系统地观察到各组织包括神经血管和针体的空间位置关系。结论：数学建模可以解决穴位三维重建研究中神经血管难以表达的问题。关键词关键词关键词关键词：可视化三维重建血管神经计算机图形学3DVisualizationStudyontheAcupointofjianliaoBased(SJ14)ontheOperationalPlatformofVOXEL-MANWanghaishengShaoshuijinWangyanyanQinyulinChengzuoYanzhenguoZuangtiangeMinyoujiang1TheanatomyteachingandresearchroominShanghaiuniversityofTraditionalChineseMedicine2012032ThelifecollegeofscienceandtechnologyinShanghaijiaotonguniversity200030ABSTRACTObjective:TodiscusstheproblemthatnerveandbloodYangaredifficulttopresentinthe3Dreconstructionofacupointsthroughstudying3DreconstructionofjianliaoMethod:Muscleandothertissuescanbesegmentedbyapplyingco-interactivesegmentationmethodbasedonchromaticcharacteristicspace;nerveandbloodvesselcanbereconstructedbyestablishingmathematicmodelandtheneedle-insertinganimationofjianliaocanbeobtainedbyrunningscriptfile.Result:Duringthecourseof3Dneedle-insertinganimationofjianliao,wecanobservethespatiallocationbetweenallkindstissuesincludingnerveandbloodvesselandtheneedlebodysystematically.Conclusion:Thedifficultyofpresentingnerveandbloodvesselinthestudyon3Dreconstructionofacupointscanbesolvedbyestablishingmathematicmodel.KEYWOEDSKEYWOEDSKEYWOEDSKEYWOEDS:visualization;3Dreconstruction;bloodvessel;nerve;visualization;3Dreconstruction;bloodvessel;nerve;visualization;3Dreconstruction;bloodvessel;nerve;visualization;3Dreconstruction;bloodvessel;nerve;computergraphicscomputergraphicscomputergraphicscomputergraphics近年来，随着三维重建技术的日渐成熟，以及基于对腧穴应当是多种组织空间结构的“立体构筑”认识上[1]，开始了对穴位的三维重建工作。对于目前穴位的三维重建大多是对构成穴位的皮肤、肌肉、骨骼等组织的研究工作比较多[2]，然而对于构成穴位最为重要的组织神经和血管，由于其在原始数据上不易分割，所以在穴位的三维重建中的表达，一直是一个难题。本文将以常用穴位肩髎穴作＊系上海中医药大学名师传承研究项目资助为研究对象，来探讨在穴位重建中神经血管的表达问题。研究内容研究内容研究内容研究内容我们将利用国际上开发比较完善的虚拟人VOXEL-MAN操作平台，来对左侧的肩髎穴进行三维可视化研究。1肌肉的分割首先我们确定与肩髎穴结构相关的肌肉组织；利用VHP的解剖切片RGB彩色数据，采用色度特征空间的交互式分割方法[3]，进行肌肉分割。分割肌肉所依据的是肌肉在横断面上肌肉之间的肌间膈。分割完毕后，为了肌肉形态的完整及美观，进行了形态学腐蚀、膨胀处理。所分割的肌肉包括三角肌、大圆肌、小圆肌、冈上肌、冈下肌、斜方肌、胸小肌、肱三头肌长头、内侧头及外侧头、背阔肌、肱二头肌长头及短头以及喙肱肌。对所分割的肌肉给以特定标识的UID号，并融合到VOXEL-MAN操作平台中，以备穴位动画生成时使用。从图2中可以清楚分辨出各肌肉的形态。2神经血管的数学建模我们主要依据VHP数据集横断面上神经血管的信息，并依靠相关VHP相关解剖结构说明的书籍[4]，对神经血管进行数学建模。我们对神经血管的数学建模所采用的是Cardinal样条曲线，该曲线具有走向弯度比较光滑自然，而且通过型值点易于控制等特点[5]。利用Cardinal样条曲线进行神经血管数学建模是通过VOXEL-MAN操作平台自带的管状编辑器来实现的[6]。经过数学建模的神经血管有肱深动脉、胸背动脉、旋肩胛动脉、肩胛下动脉、肌皮神经、腋神经、臂外侧上皮神经、旋肱后动脉、头静脉、贵要静脉、桡神经、腋神经、腋动静脉、肱动静脉、正中神经、尺神经等。肩部的神经血管建模结果，见图1。＊系上海中医药大学名师传承研究项目资助图1肩部的神经血管建模示例(左图视角在前,右图视角在后)3穴位的定位我们穴位的定位依据主要是1990年颁布的《中华人民共和国国家标准—经穴部位》以及严振国主编的《经穴断面解剖图解·上肢部分》。4动画的形成VOXEL-MAN操作平台提供了以脚本控制方式，来实现对三维人体图像内容的定量控制，即以一种类似程序的形式来定量地控制观察视角和图像大小等内容[7]。而脚本运行的结果存储为QuickTimeVR格式的动画文件，可供实时地交互调用。我们在确立肩髎穴的三维坐标后，即可对进针的角度、深度、以何种角度展示进针过程以及进针过程中所涉及到的解剖结构进行定义；其次，对运行脚本文件进行改写并运行，即可获得肩髎穴的三维立体、横断面以及矢状面进针动画各一副。结果结果结果结果经过脚本运行获得肩髎穴的三维立体、横断面以及矢状面进针动画各一副。下图是肩髎穴进针时，所经过的组织结构的三维立体动画，从图中除了可以清楚的分辨出进针所过的皮肤、皮下组织、肌肉、骨骼外，还可以从立体空间对进针过程中所过的神经血管进行观察。在横端面和矢状面，也可以清楚的分辨出进针所过的皮肤、皮下组织、肌肉、骨骼，但未能显示神经血管。虚拟进针层次先后为皮肤、皮下组织、臂外侧上皮神经、三角肌后份、冈上肌，针体所临近的神经＊系上海中医药大学名师传承研究项目资助血管主要为腋神经和旋肱后动脉。图2为肩髎穴进针的三维过程，图3为肩髎穴进针时横端面和矢状面的演示。图2肩髎穴进针的三维动画图片图3肩髎穴进针所过组织结构的横断面（左）和矢状面（右）的显示讨论讨论讨论讨论就目前的腧穴三维重建工作来说，神经血管的重建工作是其的难点[8]。尽管说我国的数字化虚拟人在获取数据集之前，已对标本进行了血管灌注[9]，在横断面上可以分辨出直径0.46mm的动脉[10]，但是神经血管的三维重建效果却并不令人满意[11][12]，而且目前所重建的神经血管都是全身较大的神经血管，究其关键原因还是在于血管灌注及神经血管分割技术不完善。VOXEL-MAN操作平台系基于美国VHP数据集开发的操作系统，VHP数据集在获取之时也并未对血管进行灌注，也未对神经进行染色，但我们认为，既然神经血管是有形质的器官组织，而且数据集的获取是在冰冻后进行，那么其在断面数据集上就应当有痕迹可察。＊系上海中医药大学名师传承研究项目资助VOXEL-MAN操作系统自带了管状图形编辑器[6]，该编辑器可以将Cardinal样条函数导入进行插值，所建模形成的神经血管表面光滑、走向自然，而且可以分叉形成树状结构，符合神经血管的生理特性（见图1）。通过肩髎穴进针的三维动画，我们可以立体的看到整个进针过程同穴位区各组织的空间结构关系，尤其是神经血管组织。但是在肩髎穴二维断面进针演示过程中，不能对神经血管作出表达，这不能不说是数学建模的局限性。综上所述，在目前神经血管难以进行有效图像分割的情况下，通过数学建模的方法对神经血管进行重建，对于腧穴的三维重建研究来说，不失为一种科学可靠的方法。参考文献参考文献参考文献参考文献[1]余安胜，赵英侠，严振国，等.足三里穴巨微结构形态观察.针刺研究，1998,23(1):76～79[2]于允勤，彭沪，于波，等.命门穴的三维重构研究.中国针灸，2005,25(6):411～413[3]SchiemannTH,BomansM,HöhneKH.“interactive3D-segmentation”.visualizationinbiomedicalcomputing.ProcSPIE,1992,1808:376[4][美]大卫·迪安托马斯·赫伯纳主编译者楚天襄楚天骄.人体断层解剖学与医学影像学图谱.郑州：河南科学技术出版社，2002（ISBN7-5349-2740-4/R·539）[5]李云飞，姜晓峰编著，崔志明审.计算机图形图像技术与应用教程.北京:北京希望电子出版社，2002:136～137（ISBN7-900101-71-3）[6]庄天戈严振国基于中医理念的穴位融合的三维可视人中国基础科学·研究进展，2004，6（1）：26～29[7]赵静.融合中医理念的三维可视化人体的研究与针灸学影像浏览器的开发.上海交通大学硕士学位论文，2005[8]刘红菊，郑雷，白娟，等.基于VHP数据的穴位可视化研究.中国针灸2004，24（6）：412～415[9]刘畅，王兴海，傅群武，等.“虚拟中国人Ⅰ号”的动脉灌注中国临床解剖学杂志，2002，20（5）：330～331[10]秦笃烈，罗述谦，原林，等.数字化虚拟中国人女性-1(VCHF-1)实验＊系上海中医药大学名师传承研究项目资助数据集血管标识的突破进展科学前沿2003，（4）：4～8[11]单锦露，张绍祥，刘正津，等．中国数字化可视人女性盆腔的计算机三维重建．解剖学杂志，2005，28（3）：337～339[12]张元智，顾立强，原林，等.腰骶丛神经的断层解剖学及可视化初步研究.中华创伤骨科杂志,2004，6（12）：1362～1364