连续组织切片三维重建与可视化技术在口腔局部解剖学教学中的应用研究

连续组织切片三维重建与可视化技术在口腔局部解剖学教学中的应用研究

秦泗佳1 王丹杨1 苏军龙2 张丽慧1 胡艳鸽1

（1.西安医学院口腔医学院，2.基础医学部，西安 710021）

摘要：通过连续组织切片三维重建与可视化技术建立神经等软组织的三维重建图像，充分发挥其任意旋转、剖切等优点，还可对重建的三维结构进行测量，获得其长度、面积、体积和角度等大量精确的解剖参数，便于阐明生物体组织结构与生理功能之间的关系，将其运用在口腔局部解剖学教学中的，能够增加学生的学习兴趣和动力，并能更好的理解和掌握相关解剖知识。

关键词：组织切片；三维重建；口腔局部解剖学；应用

口腔局部解剖学是口腔专业重要的基础课程，其目的在于阐述口腔、颅、面、颈部的层次和器官形态，辨识其结构特点及毗邻关系，掌握其功能活动原理、发生条件及其影响因素，从而为口腔临床医学课程（尤其是口腔颌面外科专业）奠定必要理论基础[1]。口腔局部解剖学是一门实践性强、相对抽象、需要建立“立体感”、学习难度大的基础课程，该课程理论知识内容复杂，实践操作技能要求高，学生很难将学到的理论知识完全掌握并灵活运用[2]。

1、教学模式的改变

口腔局部解剖学自开课以来一直在探讨选择最佳的教学方法，随着计算机技术的迅猛发展，该课程的教学模式亦由单一的“粉笔+挂图+尸体标本”升级为“多媒体幻灯二维图片+flash+尸体标本”，教学方式虽有了很大进步，但教学效果仍不够理想。

2、三维重建技术

（1）CT三维重建技术在临床研究中应用较广，但还存在一些弊端：如计算机的配置要求高，所需软件购买很贵，且需要计算机专业人员协助；图像很多部分需手动分割，分割时不可避免存在一定误差；对大块的面颅骨的重建效果较好，但对一些细小的骨和神经、小血管等软组织重建效果不够理想。

（2）连续组织切片三维重建技术是指对某一组织结构进行连续组织切片，然后把这一系列切片的数字信息输入计算机进行处理，利用计算机图像处理理论、图形生成理论以及视觉心理学，在二维平面上形象地显示物体的三维图像，从而得到该组织结构的三维立体形态的一种方法。它不但能精确地显示研究对象复杂的三维结构，还可任意旋转、剖切等，还能对重建的三维结构进行测量，获得长度、面积、体积和角度等解剖参数，在阐明生物体组织结构与生理功能之间的关系以及在形态学、比较解剖学、细胞化学定位等领域的研究中有着重要的意义。目前，国内有学者进行了人体坐骨神经连续组织切片三维重建研究，结果能够多角度展示神经内部神经束的解剖特点，便于提高学生学习兴趣和学习理解相关知识点[3]。三维重建技术重建神经等软组织内部结构，教师可以自行旋转角度，也可直接在教学电脑中使用三维软件，将已重建的结构调出给学生进行多方位和多角度的展示观察，还可在调整到最佳位置后进行截屏照相，以平面图片的形式进行展示[4]。学生可任意旋转、组合和拆分，从不同侧面进行观察，从而更容易建立起立体空间概念，使学生易于掌握人体各部分软组织结构的形态及彼此间的关系。

3、面神经的三维重建

本课题拟增强学生对口腔颌面部神经等软组织任意断面及全长的解剖结构特点与相互关系的理解，提高学生的学习兴趣。通过连续冰冻组织切片技术获取数千张面神经的横断切面，然后通过乙酰胆碱酯酶化学染色法进行染色，利用免疫荧光正置显微镜获取染色后的面神经连续组织断面图片，将面神经连续组织图全部导入VG Studio MAX软件内，进行表面测定，阈值范围为39000，通过反选将起始轮廓定为神经组织上，打开滤波器，将中值设置为7（目的是为了去除噪点），再次进行表面测定，阈值范围不变，反选将神经组织生成一个新的ROI，在新的ROI上手动去除非神经组织以外的物质，着重对神经组织进行（反复多次）修正平滑，然后进行三维重建，建立面神经根部0.5mm的三维模型，该模型能够较真实反应面神经的三维立体结构。

4、教学效果对比

将利用连续组织切片技术进行三维重建的面神经根局部解剖结构在一个本科班中进行讲授，在平行的另一个本科班中只采用二维的图谱和文字描述进行讲解，通过课后测验、试卷考试、问卷调查和座谈，对本部分神经及周围组织关系的认知和学习的动力及兴趣情况进行对比分析，其结果显示，用连续组织切片技术进行三维重建的面神经根局部解剖结构的班级学生的学习兴趣浓厚，学习积极性高，学习效果较好。对照班的学生对此部分内容的理解和掌握程度没有实验班的好。实验班的同学可以利用软件对面神经根进行任意旋转、组合和拆分，从不同侧面进行观察，从而使学生更容易建立起立体空间概念，使学生易于掌握人体各部分软组织结构的形态及彼此间的关系。

5、讨论

本项目可以达到以下效果：（1）展示微细解剖结构，增强学生的理解力，提升教学质量。口腔颌面部是人体最复杂的部位，此部位是口腔局部解剖学、口腔解剖生理学和口腔颌面外科学教学的难点，学生即使对照标本也很难理解该部位神经等软组织任意断面及全长的解剖结构特点与相互关系。研究结果将有助于展示口腔颌面部的微细解剖结构，增强学生对口腔颌面部神经等软组织任意断面及全长的解剖结构特点与相互关系的理解，提升该课程的教学质量。（2）改变传统教学模式，变二维平面图像为三维立体影像。当前，对口腔颌面部的授课主要通过多媒体课件讲授，结合二维解剖图谱和解剖尸体标本来完成

[5]。由于近年来学生数量增多和尸体标本的获取受到限制，加之解剖图谱是对人体器官三维结构的二维表达，只能显示三维解剖结构的某一个侧面，不能全面地显示整体的三维结构信息。研究结果能够使学生从三维层面上多角度、组合和拆分观察微细解剖结构及特点，改变传统教学模式，形成“多媒体幻灯二维图片+flash+三维影像+尸体标本”的教学模式。（3）提升课件水平，提高学生对专业基础课的学习兴趣。学生课后复习无标本对照，只能借助课本和二维图片，学习的兴趣和自主性大大下降，严重的影响教学效果。这些不仅是口腔局部解剖学教学中存在的现状，也是整个解剖学中普遍存在的问题。研究成果将有助于提升课件水平，提高学生的学习兴趣和培养学生的整体感、层次感、立体感和透视感，对促进学科发展和培养口腔专业人才有着十分重要的意义。（4）扩展学科联系，使研究内容系列化。该技术成果可对任意软组织微结构进行三维重建，形成数字组织、器官、系统和人，还可将其应用于局部解剖学、断层解剖学、口腔解剖生理学、外科学等教学中，提高医学生对人体其他部位微细解剖结构的认知。

参考文献

[1]李成, 曹承亮, 单增强. 口腔颌面部局部解剖学实验教学改革探索[J]. 基础医学教育, 2018, 20(8):655-657.

[2]司道文, 张宇新, 高俊玲等. 高校人体解剖学实验教学改革与创新[J]. 实验技术与管理, 2013, 30(6):143-145.

[3]陈增淦, 张猛, 张键等. 人体坐骨神经连续组织切片三维重建研究[J]. 复旦学报(医学版), 2008, 35(4):510-513.

[4]韩德志, 孙伟晶, 陈向军等. 数字化三维重建技术在隐神经营养血管皮瓣血供的可视化研究及临床应用[J]. 中华损伤与修复杂志(电子版), 2020, 15(5):368-375.

[5]李波, 孙宏晨, 史册等. 构建口腔局解网络虚拟教学平台提高口腔医学生临床胜任力的研究与实践[J]. 中国医药导报, 2020, 17(31):92-95+106.

基金项目：西安医学院教育教学改革项目（2020JG-37）

作者简介：秦泗佳（1985年-），男，汉族，山东省五莲县人，副教授，研究生（硕士），软组织三维重建