人丘腦斷面解剖及磁共振圖像三維重建

任 珂，金保哲，張新中

(新鄉醫學院第一附屬醫院神經外科 河南省神經修復重點實驗室，河南 衛輝 453100)

丘腦是腦皮質下最大的中繼站，其纖維聯系廣泛，可將身體內外刺激引起的沖動整合后傳遞到大腦皮層[1]。帕金森病被認為與丘腦病變有關[2]。目前，深部電刺激(deep brain stimulation，DBS)已經成為治療頑固性帕金森病的主要手段[3]，但DBS的目標靶核位于腦組織深部，且體積較小，因此，準確的定位對手術成敗至關重要。目前對丘腦形態的識別主要依賴于大體解剖或影像學解剖，但由于主觀因素及圖像分辨率等原因，影響到丘腦三維形態展示和術者對丘腦核團的有效識別。本研究通過測量丘腦體積及各斷面數據，并利用交互式醫學影像控制系統 (Materialise′s interactive medical image control system，Mimics)對丘腦形態進行三維重建，旨在獲得丘腦的可視化立體模型，為臨床立體定向手術提供參考數據。

1 材料與方法

1.1 頭顱標本無肉眼病變、無手術史的成年男性尸體頭顱標本6例，由河南省神經修復重點實驗室提供。本研究經新鄉醫學院第一附屬醫院倫理委員會審核批準。

1.2 丘腦三維模型重建選取1 例尸體頭顱標本，使用 3.0T signa HDxt磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)儀(美國General Electric公司) 進行掃描，將獲得的MRI圖像導入計算機，利用Mimics 醫學三維重建軟件提取丘腦輪廓，重建丘腦三維模型。

1.3 大腦整體標本獲取將6例尸體頭顱沿正中矢狀位、眉弓和枕外隆突連線水平位依次切開皮膚及皮下組織，用手搖鉆依次在皮膚切緣上方間隔 5 cm 打孔，用線鋸鋸開顱骨，顯示并切開硬腦膜，在天幕裂孔處斷開腦干，完整取出大腦，去除表面軟腦膜、血管及神經，然后將整大腦于-20 ℃下冷凍保存。

1.4 大腦切片標本制作選用自制容器，在容器中提前埋設3 根互相平行的定標線，其垂直截面的連線呈直角三角形，將底部用碎冰塊鋪滿至最下方定標線，放入-20 ℃冰箱冰凍2 h后取出，將6例冰凍的大腦標本放入其中，將容器加滿冰水，放入 -20 ℃ 冰箱冷凍72 h，在預定時間將切片機的載物臺和刀具預凍15 min，將冰凍的大腦標本用夾具固定于載物臺上，將6例大腦標本隨機分為矢狀位、冠狀位、水平位3組，每組2例，設定層厚為0.5 mm，進行連續切割。其中矢狀位組大腦標本行矢狀位切片，從大腦中線向顳葉方向做連續切片，出現丘腦間黏合層面定義為0，丘腦消失定義為最后1層；冠狀位組大腦標本行冠狀位切片，從額葉向枕葉方向做連續切片，將側腦室前角最先出現的層面定義為0，丘腦枕消失定義為最后1層；水平位組大腦標本行水平位切片，從頂葉向大腦底部做連續切片，將胼胝體最先出現的層面定義為0，丘腦消失定義為最后1層。

1.5 大腦切片標本丘腦圖像采集及數據測量在每1份大腦切片標本旁放置刻度標尺，用Nikon D100高清數碼相機(日本尼康公司)對切片中丘腦觀測較好的層面進行拍攝照片，在相同自然光下進行拍攝，圖片存入計算機，利用photoshopCS6軟件逐層對圖像中丘腦輪廓邊界進行識別提取，以刻度標尺為依據測量單位長度所含像素值的大小，將以像素為單位的數據轉換成以毫米為單位的數據，獲得每毫米所含像素值，再結合手工測量，獲得斷面上丘腦的前后徑、左右徑、上下徑、面積及像素值，所得結果除以像素值/長度值，即為實測值。單層面積與層厚相乘得出單層體積，逐層體積相加即丘腦總體積[4]。應用SPSS20.0軟件對測得的數據進行處理，結果以均值表示。

2 結果

2.1 丘腦結構三維重建結果結果見圖1。經Mimics軟件對MRI掃描獲得的頭顱圖像進行逐層邊界識別并提取，獲得了丘腦的三維重建圖像模型，清晰顯示了丘腦的空間位置、立體形態。

A：丘腦前面觀；B：丘腦后面觀。

圖1 丘腦的三維重建圖像

Fig.1 Three-dimensional reconstructed image of thalamus

2.2 大腦水平位切片觀察結果水平位組大腦標本從頂葉向大腦底部做連續切片，丘腦出現在距離胼胝體層面43 mm處，可見連于胼胝體膝后方的透明隔，透明隔后方為穹窿，穹窿兩側為丘腦。尾狀核頭和背側丘腦的外側為內囊(圖2)。丘腦位于第三腦室外側，背側丘腦和尾狀核頭外側是“> <”形的內囊，再向外依次是蒼白球、殼、外囊、屏狀核、最外囊、島葉皮質及島蓋。距離胼胝體層面約61 mm處丘腦消失。

1：尾狀核；2：殼；3：內囊；4：丘腦；5：透明隔；6：胼胝體。

圖2 人腦水平位切片圖

Fig.2 Horizontal slice of human brain

2.3 大腦冠狀位切片觀察結果冠狀位組大腦標本從額葉向枕葉方向做連續切片，在距原點層面 25 mm 處出現丘腦，丘腦為長約3 cm卵圓形的灰質核團，兩側丘腦的內側壁參與構成第三腦室的側壁和側腦室的下壁(圖3)，丘腦與尾狀核體外側的白質為內囊。在穹窿柱與丘腦前核間有室間孔溝通第三腦室與側腦室。室間孔后方有丘腦間黏合連接兩側丘腦，此時胼胝體移行為胼胝體干。在距原點層面55 mm處丘腦消失。

1：側腦室；2：丘腦；3：第三腦室。

圖3 人腦冠狀位切片圖

Fig.3 Coronal slice of human brain

2.4 大腦矢狀位切片觀察結果矢狀位組大腦標本從大腦中線向顳葉方向做連續切片，丘腦間黏合(又稱中間塊，是第三腦室內連接兩側丘腦的灰質結構)出現在正中矢狀位上，在正中矢狀面可觀察到丘腦輪廓(圖4)，丘腦和下丘腦內側面為第三腦室，借下丘腦溝分為上、下部。室間孔位于穹窿柱與丘腦之間，穹窿體沿丘腦和胼胝體之間向后下方延續為穹窿腳。第三腦室脈絡叢位于丘腦的背側面與內側面交界處。在距離丘腦間黏合10 mm處、側腦室三角區前方出現丘腦枕，其與豆狀核之間的白質纖維為內囊后肢。在距離丘腦間黏合層面4 mm處，丘腦消失。

1：胼胝體；2：尾狀核；3：內囊；4：丘腦。

圖4 人腦矢狀位切片圖

Fig.4 Sagittal slice of human brain

2.5 丘腦各徑線及體積丘腦前后徑、左右徑、上下徑分別為(29.52±0.47)、(14.51±0.18)、(18.66±0.35)mm，左、右側丘腦體積分別為(6 218.56±563.60)、(5 764.37±485.48)mm3，總體積為(5 946.95±403.15)mm3。

3 討論

丘腦為一個有著復雜而廣泛生理功能的灰質核團，在帕金森病的發生、發展中扮演著重要角色。近年來，隨著立體定向手術的開展，DBS已經成為治療頑固性帕金森病的主要手段。DBS是通過在丘腦相應的目標核團放置電極，通過發放電刺激，從而可逆地調節病理性神經活動，達到緩解帕金森病患者震顫的目的[5]。DBS電極置入手術成功的關鍵是電極準確放置[5]，從而使神經調節作用最大化，而準確定位對手術至關重要。

考慮到帕金森病患者行DBS手術的安全性，術者必須熟悉丘腦的三維形態及其體積。傳統的解剖書籍不足以明確丘腦的三維結構。目前，隨著影像學的發展，丘腦的形態得到進一步展示，但仍無法真實直觀展現丘腦的三維形態，而且其易受個人經驗及主觀因素的干擾[6]。本研究基于人腦標本MRI圖像，運用Mimics軟件重建出丘腦的三維模型，能很好地顯示出丘腦的立體形態，為臨床立體定向手術提供了形態學依據。在關于丘腦體積的研究中，基于尸體切片對丘腦體積的分析鮮有報道。本研究測得丘腦的平均體積為(5 946.95±403.15)mm3，這與 BYNE等[7]報告的(4 610.00±0.51)mm3有較大差別，這可能與其測定的是精神分裂癥患者的丘腦標本有關。CHUNG等[8]將大腦標本浸泡在明膠溶液中固定，然后在MRI上將其圖像分割成不同的平面，使用虛擬切片程序測定了丘腦的體積，但未對丘腦的立體形態進行展示。

近年來，三維重建技術因其有較好的立體展示效果而廣泛應用于醫學領域[9]，在三維重建與定量測量相結合方面取得了較大進展。李七渝等[10]采用低溫冷凍銑切技術采集人體大腦標本的橫斷層圖像，對大腦各結構進行了空間定位和三維測量。本研究通過對大腦標本精確切割，利用計算機軟件進行計算，將斷層解剖和計算機三維重建相結合，對丘腦形態進行三維重建，獲得了丘腦的可視化模型，所得數據真實可靠，清晰展示了丘腦真實的解剖結構，為丘腦影像學研究提供了資料，并且觀察到在同一標本中左、右丘腦的體積并不相同，這可能與大多數人左側為優勢半球，左側丘腦發育較好有關。

綜上所述，本研究通過丘腦的薄層斷面定位解剖和三維重建，得到了丘腦的空間結構及形態，為立體定向手術提供了數據及形態學參考依據。但本研究僅限于尸體頭顱標本，經甲醛浸泡及低溫冷凍后腦組織的正常結構難免變形移位，從而使測量數據與正常活體有一定差異。未來隨著生物切片、顯微技術的提高和高分辨率影像技術的應用，丘腦精細核團的定位及三維重建將會更加清晰，對丘腦的整體參數測量及模型制作將會更加細致。