应用计算机辅助三维重建技术重建和测量视神经管和管内结构
作者：陶海 马志中 戴朴 姜荔
单位：陶海 马志中 100853 北京，解放军总医院眼科；戴朴 耳鼻喉科；姜荔 空军吉林医院眼科
关键词：视神经；视神经管；；计算机辅助三维重建
应用计算机辅助三维重建技术重建和 测量视神经管和管内结构 【摘要】 目的 重建人视神经管和管内结构,为视神经减压术提供解剖参考数据,为进一步探索视神经间接损伤的病理机制提供形态学依据。方法 应用计算机辅助三维重建技术重建6例成人视神经管及管内结构，并用计算机图像分析系统测量视神经管的厚度,视神经管、管内段视神经、硬膜鞘、蛛网膜下腔的横截面积和蛛网膜下腔的容积。在重建的三维模型上,对管内各结构间的空间关系进行系统观察。结果 视神经管内壁中部厚度为(0.45±0.35)mm,是视神经管壁最薄的部位。管中部横截面积为(18.21±2.50)mm2,是视神经管最狭窄的部位。蛛网膜下腔在颅口、中部及眶口处的横截面积分别为(4.45±1.12)mm2、(2.68±1.32)mm2、(1.23±0.83)mm2,依次呈逐渐减小趋势,其容积为(21.16±4.31)mm3，可能为损伤后视神经水肿、硬膜出血的代偿空间。结论 视神经管内代偿扩张的空间有限,所以视神经轻度水肿和视神经鞘内少量出血就可能使视神经受压。当视神经间接损伤后,视神经管最狭窄的中部对视神经的束缚作用可能最强，而从视神经管的颅口到眶口段,代偿扩张空间逐渐减小。因此，切实开放视神经管和硬膜鞘的中段和前段是视神经减压术成功的关键。
, 百拇医药
Computer-aided 3-D reconstruction and measurement of optic canal and intracanalicular structures
TAO Hai, MA Zhizhong, DAI Pu, et al. Department of Ophthalmology, PLA General Hospital, Beijing 100853
【Abstract】 Objective To reconstruct the human optic canal and its inner structures, and to provide knowledge of this region in detail for optic nerve decompression and further understanding on the pathologic mechanisms of indirect optic nerve injury. Methods 6 optic canals and its inner structures were reconstructed by using a computer-aided 3-dimensional (3-D) reconstruction system. Quantitative measurement for the canal wall thickness, bony canal transverse area, optic nerve transverse area, dual sheath transverse area, subarachnoid space transverse area, and subarachnoid space volume were done by means of the computer morphometric analysis system. The detailed spatial relations among intracanalicular structures were also carefully identified on the 3-D models. Results The thinnest portion of the canal was the middle part of the medial wall (0.45±0.35)mm, and the narrowest space was in the middle part of the optic canal [the transverse area was (18.21±2.50)mm2]. The volume of subarachnoid space which can be considered the compensatory space for distention incurred by the hemorrhage, optic nerve edema, or hematoma was (21.16±4.31)mm3. At the cranial opening, the middle part and orbital opening, its transverse area was (4.45±1.12)mm2, (2.68±1.32)mm2, (1.23±0.83)mm2, respectively. Conclusions In the middle part, the restraining of the bony canal on injured nerve may be the most powerful. Since the compensatory space was limited, even a tiny amount of blood or swelling of the nerve may cause optic compression. Because the compensatory space for distention gradually decreases from cranial end to orbital end, the middle part and the anterior part of the optic canal and dural sheath are critical in optic nerve decompression.
, 百拇医药
【Key words】 Optic nerve Optic canal Computer-aided 3-D reconstruction
视神经间接损伤对视力危害较大,至今对其病理机制尚不够清楚[1，2]。近年来,随着各种入路视神经减压术的出现及进一步探讨视神经间接损伤病理机制的需要,视神经管和管内段视神经的解剖引起了国内外学者的重视[3-6],但至今仍有许多尚待深入研究的问题。如视神经管最狭窄的部位是在视环部？还是在管中部？尚有争论;视神经蛛网膜下腔是否为伤后视神经水肿、鞘膜出血的代偿扩张空间？且其容积的大小也不清楚;能同时而直观地显示视神经管和管内精细结构之间及管内各结构之间的三维空间关系的方法尚未建立。上述问题的存在将影响手术减压的优劣评价和减压原则的确定。目前,减压手术效果各家报道不一[7,8],事实上,在缺乏统一解剖参数的情况下难以相互比较。我们应用计算机辅助三维重建技术对6例成人视神经管及管内结构进行重建和测量,目的为视神经减压术提供必要的解剖学参考数据,并为进一步探索视神经间接损伤的病理机制提供形态学依据。
, 百拇医药
材料和方法
一、实验材料
取死后24h内无眼疾史的6例成人尸体的新鲜视神经管标本(包括管内结构和部分眶尖组织,由解放军总医院病理科尸检室提供),性别不限,随机选取左右眼。
二、仪器设备
Leitz 1207切片机(德国), ZW4006微型台钻(南京), 显微镜(Olympus,日本), 投影仪(Olympus,日本),图像工作站[包括WYSE-386微机(Image, 美国),DT-2851图像板,DT-2858图象板,512×512彩色显示屏,HIPAD-plus 数字化板(Houston,美国)],三维重建软件系统(中国科学院生物物理所研制)。
三、连续组织切片的制备
, 百拇医药 组织取材后立即用2%多聚甲醛+2%戊二醛固定2周,流水冲洗3～4h,30%甲酸脱钙7～10天,流水冲洗24 h,修剪成2.0 cm×1.5 cm×1.5 cm,阶梯酒精脱水,阶梯火棉胶浸胶(2% 2周,4% 2周,8% 4周),12%火棉胶包埋,自然干燥后修整火棉胶块,封闭待切。
切片前先在火棉胶块上修整出一个切片平面,用微型台钻(直径1.0 mm 直柄麻花钻)在火棉胶块上钻3个与切片平面相垂直的孔作为连续切片的参照点。沿着与视神经管垂直的方向做连续切片,每片厚20 μm,每5片取1片,Masson三色染色。光镜检查显示所需结构完整,无先天性异常表现。
四、图像输入及处理
用切片投影仪，顺序将切片投影放大8倍,在透明纸上绘下所需重建的结构,包括视神经骨管、视神经实质、硬膜鞘、蛛网膜下腔、眼动脉的轮廓。在数字化板上定好参照点位置,将结构轮廓顺序输入计算机,不同结构以不同伪色彩赋值(pseudocolor-coded),建立一系列数据文件，并根据切片间距建立插值文件。因为蛛网膜菲薄,在部分切片上有移位和变形的情况,故未重建。对蛛网膜发生移位和变形的切片,绘图时做相应的矫正。
, http://www.100md.com
进入重建程序后给出起始文件号、数据文件数、旋转角度,计算机将数据文件叠加,实现隐面消除后,屏幕上即显示出多色彩的三维图像。图像浓淡阴影类似光照模型,结构位置浅、距离近的部分明亮,位置深远的部分暗淡,在视觉上给人以三维立体视觉。重建结构可沿X、Y、Z轴任意角度旋转,并可按动画技术连续旋转,可单独显示某一结构或同时显示多个结构。
五、参数测量
测量视神经管上、下、内、外4壁在视神经管眶端、中部、颅端的厚度,视神经管、视神经实质、硬膜鞘和蛛网膜下腔在视神经管眶端、中部、颅端的横截面积,管内段视神经蛛网膜下腔容积。
结果
一、形态学描述
6例视神经管及管内结构的重建图像,均以淡红色代表骨管,黄色代表视神经,红色代表眼动脉,蓝色代表硬膜鞘,淡紫色代表蛛网膜下腔。通过旋转,可找出观察的最佳角度。
, 百拇医药
用实体模型重建的视神经管形态逼真(图1,2),可清楚显示视神经管的颅口呈横椭圆形,眶口呈竖椭圆形,外壁最厚,内壁最薄,4壁在眶口处有一增厚的区域。
图1 视神经管实体模型重建前上方观(淡红色为骨组织，黄色为视神经，红色为眼动脉)
图2 视神经管实体模型重建后下方观
用轮廓线表示外结构,用实体模型表示内结构的三维重建图像,透过轮廓线可见硬膜鞘、视神经、蛛网膜下腔和眼动脉的形态及其空间位置关系(图3～5)。硬膜鞘在眶口处分为2层,1层与眶骨膜相延续,另1层与眶内段视神经硬脑膜相延续(图3)。视神经在颅口处,呈横椭圆形,眶口和中部呈近似圆形。在视神经管的后1/3段,蛛网膜下腔是一个较明显的腔隙,到管中部1/3和眶端1/3段,蛛网膜下腔逐渐减小,有些部位视神经和硬膜紧密粘连在一起,蛛网膜下腔消失,这种情况多数发生在视神经的上方和或两侧,也可见下方者。计算机可清楚显示蛛网膜下腔,可见到颅内和眶内蛛网膜下腔通过视神经管的交通形式,并可观察蛛网膜下腔与眼动脉的空间位置关系(图6)。在视神经管内,眼动脉走行于硬膜鞘下壁内,在视神经管颅口处,多数眼动脉位于视神经内下方；在前行过程中,眼动脉偏向外侧的角度比视神经大，到达视神经管眶口处,多数视神经已绕行至视神经的外下方(图4,5)。
, 百拇医药
图3骨组织为轮廓线重建，管内结构为实体模型重建(蓝色为硬膜鞘，黄色为视神经，红色为眼动脉)，a示视神经硬膜鞘，b示眶骨膜
图4 视神经管为轮廓线重建，视神经和眼动脉为实体模型重建侧面观
图5 视神经管为轮廓线重建，视神经和眼动脉为实体模型重建后下方观
, 百拇医药
图6 蛛网膜下腔(淡紫色)和眼动脉(红色)侧面观
摄取2张旋转角度相差10°～20°的重建结构照片,用体视镜观察,可产生真实的立体视觉,相邻结构的空间关系显示良好。
二、测量结果
1.视神经管上、下、内、外壁在颅端、中部和眶端的厚度(表1)。
表1 6例视神经管各壁在颅端、中部和眶端的厚度(mm)
视神经管壁
眶端
中部
颅端
上壁
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2.01±0.84
1.48±0.74
0.62±0.31
下壁
1.14±0.64
1.08±0.66
1.01±0.58
内壁
0.91±0.64
0.45±0.35
0.56±0.34
外壁
, http://www.100md.com
3.61±1.19
3.26±1.28
3.58±1.25
2.视神经管、视神经、视神经硬膜鞘和蛛网膜下腔在颅口、中部和眶口处的横截面积(表2)。
表2 6例视神经骨管、视神经、硬膜鞘和
蛛网膜下腔在颅端、中部和眶端的横截面积(mm2)
横截面积
眶端
中部
颅端
视神经骨管
, 百拇医药
19.82±2.35
18.21±2.50
19.48±1.99
视神经
6.61±0.75
7.04±0.78
7.92±0.82
硬膜鞘
7.84±1.49
9.72±1.67
12.38±1.61
蛛网膜下腔
, 百拇医药
1.23±0.83
2.68±1.32
4.45±1.12
3.管内段视神经蛛网膜下腔容积(从管眶口到颅口)：6例依次为26.23 mm3、17.73 mm3、15.62 mm3、23.89 mm3、21.13 mm3、16.34 mm3，平均(21.16±4.31)mm3。
讨论
一、关于计算机辅助三维重建技术
手术显微镜下实体解剖观察是研究视神经管及其内部结构的最基本方法[3,4,6]。其材料来源丰富,实施方便,但同时也存在解剖腔隙狭窄,显微细节难以辨认和测量,毗邻结构易受损坏等缺点,而且测量必须在逐步解剖中进行,很多步骤不可逆,所以无法同时反应各结构之间的关系。用组织切片进行断面观测的方法也可以观察和测量视神经管及管内结构的许多细节[5],但在表达立体构像方面受限,而用连续组织切片三维重建的方法，既能综合实体解剖及切片断面观测的优点,又能避免以上2种方法的缺点和局限性,其结果既具有切片的细节性，又能表达结构的三维特性,能较好地反映立体空间中众多复杂结构的外形和空间关系,结合三维测量软件能获得细微结构的长度、面积、体积及角度等精确的解剖参数[9]。目前,计算机辅助三维重建已发展为一种实用的新型解剖技术,易为解剖学家和临床医生所接受[10]。
, 百拇医药
二、关于视神经管
视神经管4壁厚度的测量结果可见,视神经管整个内侧壁均较薄,其中管中部最薄,这是临床上视神经管骨折经常发生于此壁的解剖学基础,也提示临床医生行视神经减压术以打开内侧壁较容易。4壁的眶端均有一增厚的区域,呈环状骨环围绕视神经,Habal等[3]称之为视环(optic ring)。Maniscalco和Habal[4]对视神经管区进行手术显微镜下解剖学观察,在测量了视神经管颅口和眶口的宽度和高度后提出，视环是视神经管最狭窄的部位,因此强调视神经减压术必须开放视环。Chou等[5]在显微镜下观察视神经管眶端、中部和颅端的组织切片,并用计算机图像分析系统计算视神经管横截面积的方法，得出视神经管最狭窄的部位并不是在视环部,而是在管中部的结论,因为管中部的横截面积最小,并认为管中部的视神经在间接损伤后继发水肿及鞘膜出血时,伤害可能最严重,所以视神经减压术打开管中部最重要。我们通过旋转剖切重建的三维模型,结合应用三维测量软件,精确计算出视神经管眶端、中部和颅端的横截面积,结果也显示管中部横截面积最小。
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三、管内段视神经蛛网膜下腔的特点
在三维重建模型上,我们观察到在视神经管的后1/3段,蛛网膜下腔是一个较明显的腔隙,到达管中部1/3和眶端1/3段,蛛网膜下腔横截面积呈逐渐变小趋势,这与Chou等[5]报道的蛛网膜下腔横截面积以管中部最小不一致。有些部位视神经和硬膜鞘紧密粘连在一起,蛛网膜下腔消失,这种情况多数发生在视神经管的上方或和两侧,也有在下方者。从视神经管的颅口到眶口处,视神经与蛛网膜下腔相沟通,其沟通的形式呈多样,不仅是在下方沟通,还可通过上方或和两侧沟通,这与以往认为在管内段视神经的上方,3层脑膜均粘连在一起并固定于骨壁上,视神经被牢固地固定于此,只有在管下方,3层脑膜才分开,蛛网膜下腔由此沟通颅内和眼眶之间的脑脊液循环[11,12]的观点不一致。
四、管内段视神经蛛网膜下腔的容积及其意义
我们测量出管内段视神经蛛网膜下腔(从视神经管颅口到眶口)的容积为(21.16±4.31)mm3,此空间可考虑为伤后视神经水肿、硬膜鞘出血、鞘内血肿的代偿扩张空间。由于此空间容积有限,所以视神经轻度水肿和鞘内少量出血将可能出现空间失代偿，而致视神经受压。从视神经管颅口到眶口,代偿扩张空间呈逐渐减小趋势,而中部又是视神经管最狭窄的部位,所以我们认为视神经减压术切实开放视神经管和硬膜鞘的中段和前段是手术成功的关键。因为蛛网膜菲薄,在部分切片上有移位和变形的情况,考虑为制片过程中人为造成[13],所以我们未重建蛛网膜,但对蛛网膜发生移位和变形的切片,绘图时已做相应的矫正。
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五、建立视神经管及管内结构模型的其它意义
在三维重建模型上,通过旋转和选择性显示重建结构,可清楚观察到视神经管内眼动脉和视神经的走行及其与硬膜鞘、蛛网膜下腔的相互空间位置关系,所以此模型还可应用于辅助教学、解剖训练及指导手术径路的设计等。
本课题受中国人民解放军“九五”医药卫生科研重点项目基金资助(基金编号96Z057)
作者简介： 陶海 (研究生，现在中国人民解放军武装警察部队总医院眼科，100039)
参考文献
1 Steinsapir KD, Goldberg RA. Traumatic optic neuropathy. Surv Ophthalmol ， 1994,38:487-518.
, http://www.100md.com
2 Cook MW, Levin LA, Joseph MP,et al. Traumatic optic neuropathy：a meta-analysis.Arch-Otolaryngol-Head-Neck-Surg， 1996，122: 389-392.
3 Habal MB, Maniscalco JE, Lineaweaver WC. Microsurgical anatomy of the optic canal: anatomical relations and exposure of the optic nerve. Surg Forum, 1976,27: 542-544.
4 Maniscalco JE, Habal MB. Microanatomy of optic canal. J Neurosurg, 1978, 48:402-406.
5 Chou PI. Sadun AA, Lee H. Vasculature and morphometry of the optic canal and intracanalicular optic nerve. J Neuro Ophthalmol, 1995,15:186-190.
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6 卢范, 雷晓寰, 韩文江, 等. 视神经管的显微外科解剖.解剖学杂志，1988,11: 120-123.
7 宋维贤,庞秀琴,王景礼.视神经管减压开放术121例疗效观察.中华眼科杂志,1996,32:448-450.
8 Kuppersmith RB,Alford EL,Patrinely JR,et al. Combined transconjunctival/intranasal endoscopic approach to the optic canal in traumatic optic neuropathy. Laryngoscope, 1997,107: 311-315.
9 戴朴,姜泗长,顾瑞,等.听骨链的计算机三维重建及力学模型建立.中华耳鼻咽喉科杂志, 1991,26:272-274.
, 百拇医药 10 陶海,马志中.计算机三维重建技术在眼科领域中的应用.中国眼耳鼻喉科杂志,1998,3:157-160.
11 Duke-Elder S,ed. System of ophthalmology. vol 2. London: Kimpton,1961. 283-286.
12 倪
.眼的解剖组织学及其临床应用.上海: 上海医科大学出版社,1993.256-275.
13 肖仁度. 实用眼科解剖学.太原：山西人民出版社，1980.192-193.
(收稿：1999-03-15 修回：1999-08-16), http://www.100md.com
单位：陶海 马志中 100853 北京，解放军总医院眼科；戴朴 耳鼻喉科；姜荔 空军吉林医院眼科
关键词：视神经；视神经管；；计算机辅助三维重建
应用计算机辅助三维重建技术重建和 测量视神经管和管内结构 【摘要】 目的 重建人视神经管和管内结构,为视神经减压术提供解剖参考数据,为进一步探索视神经间接损伤的病理机制提供形态学依据。方法 应用计算机辅助三维重建技术重建6例成人视神经管及管内结构，并用计算机图像分析系统测量视神经管的厚度,视神经管、管内段视神经、硬膜鞘、蛛网膜下腔的横截面积和蛛网膜下腔的容积。在重建的三维模型上,对管内各结构间的空间关系进行系统观察。结果 视神经管内壁中部厚度为(0.45±0.35)mm,是视神经管壁最薄的部位。管中部横截面积为(18.21±2.50)mm2,是视神经管最狭窄的部位。蛛网膜下腔在颅口、中部及眶口处的横截面积分别为(4.45±1.12)mm2、(2.68±1.32)mm2、(1.23±0.83)mm2,依次呈逐渐减小趋势,其容积为(21.16±4.31)mm3，可能为损伤后视神经水肿、硬膜出血的代偿空间。结论 视神经管内代偿扩张的空间有限,所以视神经轻度水肿和视神经鞘内少量出血就可能使视神经受压。当视神经间接损伤后,视神经管最狭窄的中部对视神经的束缚作用可能最强，而从视神经管的颅口到眶口段,代偿扩张空间逐渐减小。因此，切实开放视神经管和硬膜鞘的中段和前段是视神经减压术成功的关键。
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Computer-aided 3-D reconstruction and measurement of optic canal and intracanalicular structures
TAO Hai, MA Zhizhong, DAI Pu, et al. Department of Ophthalmology, PLA General Hospital, Beijing 100853
【Abstract】 Objective To reconstruct the human optic canal and its inner structures, and to provide knowledge of this region in detail for optic nerve decompression and further understanding on the pathologic mechanisms of indirect optic nerve injury. Methods 6 optic canals and its inner structures were reconstructed by using a computer-aided 3-dimensional (3-D) reconstruction system. Quantitative measurement for the canal wall thickness, bony canal transverse area, optic nerve transverse area, dual sheath transverse area, subarachnoid space transverse area, and subarachnoid space volume were done by means of the computer morphometric analysis system. The detailed spatial relations among intracanalicular structures were also carefully identified on the 3-D models. Results The thinnest portion of the canal was the middle part of the medial wall (0.45±0.35)mm, and the narrowest space was in the middle part of the optic canal [the transverse area was (18.21±2.50)mm2]. The volume of subarachnoid space which can be considered the compensatory space for distention incurred by the hemorrhage, optic nerve edema, or hematoma was (21.16±4.31)mm3. At the cranial opening, the middle part and orbital opening, its transverse area was (4.45±1.12)mm2, (2.68±1.32)mm2, (1.23±0.83)mm2, respectively. Conclusions In the middle part, the restraining of the bony canal on injured nerve may be the most powerful. Since the compensatory space was limited, even a tiny amount of blood or swelling of the nerve may cause optic compression. Because the compensatory space for distention gradually decreases from cranial end to orbital end, the middle part and the anterior part of the optic canal and dural sheath are critical in optic nerve decompression.
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【Key words】 Optic nerve Optic canal Computer-aided 3-D reconstruction
视神经间接损伤对视力危害较大,至今对其病理机制尚不够清楚[1，2]。近年来,随着各种入路视神经减压术的出现及进一步探讨视神经间接损伤病理机制的需要,视神经管和管内段视神经的解剖引起了国内外学者的重视[3-6],但至今仍有许多尚待深入研究的问题。如视神经管最狭窄的部位是在视环部？还是在管中部？尚有争论;视神经蛛网膜下腔是否为伤后视神经水肿、鞘膜出血的代偿扩张空间？且其容积的大小也不清楚;能同时而直观地显示视神经管和管内精细结构之间及管内各结构之间的三维空间关系的方法尚未建立。上述问题的存在将影响手术减压的优劣评价和减压原则的确定。目前,减压手术效果各家报道不一[7,8],事实上,在缺乏统一解剖参数的情况下难以相互比较。我们应用计算机辅助三维重建技术对6例成人视神经管及管内结构进行重建和测量,目的为视神经减压术提供必要的解剖学参考数据,并为进一步探索视神经间接损伤的病理机制提供形态学依据。
, 百拇医药
材料和方法
一、实验材料
取死后24h内无眼疾史的6例成人尸体的新鲜视神经管标本(包括管内结构和部分眶尖组织,由解放军总医院病理科尸检室提供),性别不限,随机选取左右眼。
二、仪器设备
Leitz 1207切片机(德国), ZW4006微型台钻(南京), 显微镜(Olympus,日本), 投影仪(Olympus,日本),图像工作站[包括WYSE-386微机(Image, 美国),DT-2851图像板,DT-2858图象板,512×512彩色显示屏,HIPAD-plus 数字化板(Houston,美国)],三维重建软件系统(中国科学院生物物理所研制)。
三、连续组织切片的制备
, 百拇医药 组织取材后立即用2%多聚甲醛+2%戊二醛固定2周,流水冲洗3～4h,30%甲酸脱钙7～10天,流水冲洗24 h,修剪成2.0 cm×1.5 cm×1.5 cm,阶梯酒精脱水,阶梯火棉胶浸胶(2% 2周,4% 2周,8% 4周),12%火棉胶包埋,自然干燥后修整火棉胶块,封闭待切。
切片前先在火棉胶块上修整出一个切片平面,用微型台钻(直径1.0 mm 直柄麻花钻)在火棉胶块上钻3个与切片平面相垂直的孔作为连续切片的参照点。沿着与视神经管垂直的方向做连续切片,每片厚20 μm,每5片取1片,Masson三色染色。光镜检查显示所需结构完整,无先天性异常表现。
四、图像输入及处理
用切片投影仪，顺序将切片投影放大8倍,在透明纸上绘下所需重建的结构,包括视神经骨管、视神经实质、硬膜鞘、蛛网膜下腔、眼动脉的轮廓。在数字化板上定好参照点位置,将结构轮廓顺序输入计算机,不同结构以不同伪色彩赋值(pseudocolor-coded),建立一系列数据文件，并根据切片间距建立插值文件。因为蛛网膜菲薄,在部分切片上有移位和变形的情况,故未重建。对蛛网膜发生移位和变形的切片,绘图时做相应的矫正。
, http://www.100md.com
进入重建程序后给出起始文件号、数据文件数、旋转角度,计算机将数据文件叠加,实现隐面消除后,屏幕上即显示出多色彩的三维图像。图像浓淡阴影类似光照模型,结构位置浅、距离近的部分明亮,位置深远的部分暗淡,在视觉上给人以三维立体视觉。重建结构可沿X、Y、Z轴任意角度旋转,并可按动画技术连续旋转,可单独显示某一结构或同时显示多个结构。
五、参数测量
测量视神经管上、下、内、外4壁在视神经管眶端、中部、颅端的厚度,视神经管、视神经实质、硬膜鞘和蛛网膜下腔在视神经管眶端、中部、颅端的横截面积,管内段视神经蛛网膜下腔容积。
结果
一、形态学描述
6例视神经管及管内结构的重建图像,均以淡红色代表骨管,黄色代表视神经,红色代表眼动脉,蓝色代表硬膜鞘,淡紫色代表蛛网膜下腔。通过旋转,可找出观察的最佳角度。
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用实体模型重建的视神经管形态逼真(图1,2),可清楚显示视神经管的颅口呈横椭圆形,眶口呈竖椭圆形,外壁最厚,内壁最薄,4壁在眶口处有一增厚的区域。
图1 视神经管实体模型重建前上方观(淡红色为骨组织，黄色为视神经，红色为眼动脉)
图2 视神经管实体模型重建后下方观
用轮廓线表示外结构,用实体模型表示内结构的三维重建图像,透过轮廓线可见硬膜鞘、视神经、蛛网膜下腔和眼动脉的形态及其空间位置关系(图3～5)。硬膜鞘在眶口处分为2层,1层与眶骨膜相延续,另1层与眶内段视神经硬脑膜相延续(图3)。视神经在颅口处,呈横椭圆形,眶口和中部呈近似圆形。在视神经管的后1/3段,蛛网膜下腔是一个较明显的腔隙,到管中部1/3和眶端1/3段,蛛网膜下腔逐渐减小,有些部位视神经和硬膜紧密粘连在一起,蛛网膜下腔消失,这种情况多数发生在视神经的上方和或两侧,也可见下方者。计算机可清楚显示蛛网膜下腔,可见到颅内和眶内蛛网膜下腔通过视神经管的交通形式,并可观察蛛网膜下腔与眼动脉的空间位置关系(图6)。在视神经管内,眼动脉走行于硬膜鞘下壁内,在视神经管颅口处,多数眼动脉位于视神经内下方；在前行过程中,眼动脉偏向外侧的角度比视神经大，到达视神经管眶口处,多数视神经已绕行至视神经的外下方(图4,5)。
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图3骨组织为轮廓线重建，管内结构为实体模型重建(蓝色为硬膜鞘，黄色为视神经，红色为眼动脉)，a示视神经硬膜鞘，b示眶骨膜
图4 视神经管为轮廓线重建，视神经和眼动脉为实体模型重建侧面观
图5 视神经管为轮廓线重建，视神经和眼动脉为实体模型重建后下方观
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图6 蛛网膜下腔(淡紫色)和眼动脉(红色)侧面观
摄取2张旋转角度相差10°～20°的重建结构照片,用体视镜观察,可产生真实的立体视觉,相邻结构的空间关系显示良好。
二、测量结果
1.视神经管上、下、内、外壁在颅端、中部和眶端的厚度(表1)。
表1 6例视神经管各壁在颅端、中部和眶端的厚度(mm)
视神经管壁
眶端
中部
颅端
上壁
, http://www.100md.com
2.01±0.84
1.48±0.74
0.62±0.31
下壁
1.14±0.64
1.08±0.66
1.01±0.58
内壁
0.91±0.64
0.45±0.35
0.56±0.34
外壁
, http://www.100md.com
3.61±1.19
3.26±1.28
3.58±1.25
2.视神经管、视神经、视神经硬膜鞘和蛛网膜下腔在颅口、中部和眶口处的横截面积(表2)。
表2 6例视神经骨管、视神经、硬膜鞘和
蛛网膜下腔在颅端、中部和眶端的横截面积(mm2)
横截面积
眶端
中部
颅端
视神经骨管
, 百拇医药
19.82±2.35
18.21±2.50
19.48±1.99
视神经
6.61±0.75
7.04±0.78
7.92±0.82
硬膜鞘
7.84±1.49
9.72±1.67
12.38±1.61
蛛网膜下腔
, 百拇医药
1.23±0.83
2.68±1.32
4.45±1.12
3.管内段视神经蛛网膜下腔容积(从管眶口到颅口)：6例依次为26.23 mm3、17.73 mm3、15.62 mm3、23.89 mm3、21.13 mm3、16.34 mm3，平均(21.16±4.31)mm3。
讨论
一、关于计算机辅助三维重建技术
手术显微镜下实体解剖观察是研究视神经管及其内部结构的最基本方法[3,4,6]。其材料来源丰富,实施方便,但同时也存在解剖腔隙狭窄,显微细节难以辨认和测量,毗邻结构易受损坏等缺点,而且测量必须在逐步解剖中进行,很多步骤不可逆,所以无法同时反应各结构之间的关系。用组织切片进行断面观测的方法也可以观察和测量视神经管及管内结构的许多细节[5],但在表达立体构像方面受限,而用连续组织切片三维重建的方法，既能综合实体解剖及切片断面观测的优点,又能避免以上2种方法的缺点和局限性,其结果既具有切片的细节性，又能表达结构的三维特性,能较好地反映立体空间中众多复杂结构的外形和空间关系,结合三维测量软件能获得细微结构的长度、面积、体积及角度等精确的解剖参数[9]。目前,计算机辅助三维重建已发展为一种实用的新型解剖技术,易为解剖学家和临床医生所接受[10]。
, 百拇医药
二、关于视神经管
视神经管4壁厚度的测量结果可见,视神经管整个内侧壁均较薄,其中管中部最薄,这是临床上视神经管骨折经常发生于此壁的解剖学基础,也提示临床医生行视神经减压术以打开内侧壁较容易。4壁的眶端均有一增厚的区域,呈环状骨环围绕视神经,Habal等[3]称之为视环(optic ring)。Maniscalco和Habal[4]对视神经管区进行手术显微镜下解剖学观察,在测量了视神经管颅口和眶口的宽度和高度后提出，视环是视神经管最狭窄的部位,因此强调视神经减压术必须开放视环。Chou等[5]在显微镜下观察视神经管眶端、中部和颅端的组织切片,并用计算机图像分析系统计算视神经管横截面积的方法，得出视神经管最狭窄的部位并不是在视环部,而是在管中部的结论,因为管中部的横截面积最小,并认为管中部的视神经在间接损伤后继发水肿及鞘膜出血时,伤害可能最严重,所以视神经减压术打开管中部最重要。我们通过旋转剖切重建的三维模型,结合应用三维测量软件,精确计算出视神经管眶端、中部和颅端的横截面积,结果也显示管中部横截面积最小。
, 百拇医药
三、管内段视神经蛛网膜下腔的特点
在三维重建模型上,我们观察到在视神经管的后1/3段,蛛网膜下腔是一个较明显的腔隙,到达管中部1/3和眶端1/3段,蛛网膜下腔横截面积呈逐渐变小趋势,这与Chou等[5]报道的蛛网膜下腔横截面积以管中部最小不一致。有些部位视神经和硬膜鞘紧密粘连在一起,蛛网膜下腔消失,这种情况多数发生在视神经管的上方或和两侧,也有在下方者。从视神经管的颅口到眶口处,视神经与蛛网膜下腔相沟通,其沟通的形式呈多样,不仅是在下方沟通,还可通过上方或和两侧沟通,这与以往认为在管内段视神经的上方,3层脑膜均粘连在一起并固定于骨壁上,视神经被牢固地固定于此,只有在管下方,3层脑膜才分开,蛛网膜下腔由此沟通颅内和眼眶之间的脑脊液循环[11,12]的观点不一致。
四、管内段视神经蛛网膜下腔的容积及其意义
我们测量出管内段视神经蛛网膜下腔(从视神经管颅口到眶口)的容积为(21.16±4.31)mm3,此空间可考虑为伤后视神经水肿、硬膜鞘出血、鞘内血肿的代偿扩张空间。由于此空间容积有限,所以视神经轻度水肿和鞘内少量出血将可能出现空间失代偿，而致视神经受压。从视神经管颅口到眶口,代偿扩张空间呈逐渐减小趋势,而中部又是视神经管最狭窄的部位,所以我们认为视神经减压术切实开放视神经管和硬膜鞘的中段和前段是手术成功的关键。因为蛛网膜菲薄,在部分切片上有移位和变形的情况,考虑为制片过程中人为造成[13],所以我们未重建蛛网膜,但对蛛网膜发生移位和变形的切片,绘图时已做相应的矫正。
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五、建立视神经管及管内结构模型的其它意义
在三维重建模型上,通过旋转和选择性显示重建结构,可清楚观察到视神经管内眼动脉和视神经的走行及其与硬膜鞘、蛛网膜下腔的相互空间位置关系,所以此模型还可应用于辅助教学、解剖训练及指导手术径路的设计等。
本课题受中国人民解放军“九五”医药卫生科研重点项目基金资助(基金编号96Z057)
作者简介： 陶海 (研究生，现在中国人民解放军武装警察部队总医院眼科，100039)
参考文献
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2 Cook MW, Levin LA, Joseph MP,et al. Traumatic optic neuropathy：a meta-analysis.Arch-Otolaryngol-Head-Neck-Surg， 1996，122: 389-392.
3 Habal MB, Maniscalco JE, Lineaweaver WC. Microsurgical anatomy of the optic canal: anatomical relations and exposure of the optic nerve. Surg Forum, 1976,27: 542-544.
4 Maniscalco JE, Habal MB. Microanatomy of optic canal. J Neurosurg, 1978, 48:402-406.
5 Chou PI. Sadun AA, Lee H. Vasculature and morphometry of the optic canal and intracanalicular optic nerve. J Neuro Ophthalmol, 1995,15:186-190.
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6 卢范, 雷晓寰, 韩文江, 等. 视神经管的显微外科解剖.解剖学杂志，1988,11: 120-123.
7 宋维贤,庞秀琴,王景礼.视神经管减压开放术121例疗效观察.中华眼科杂志,1996,32:448-450.
8 Kuppersmith RB,Alford EL,Patrinely JR,et al. Combined transconjunctival/intranasal endoscopic approach to the optic canal in traumatic optic neuropathy. Laryngoscope, 1997,107: 311-315.
9 戴朴,姜泗长,顾瑞,等.听骨链的计算机三维重建及力学模型建立.中华耳鼻咽喉科杂志, 1991,26:272-274.
, 百拇医药 10 陶海,马志中.计算机三维重建技术在眼科领域中的应用.中国眼耳鼻喉科杂志,1998,3:157-160.
11 Duke-Elder S,ed. System of ophthalmology. vol 2. London: Kimpton,1961. 283-286.
12 倪
.眼的解剖组织学及其临床应用.上海: 上海医科大学出版社,1993.256-275.13 肖仁度. 实用眼科解剖学.太原：山西人民出版社，1980.192-193.
(收稿：1999-03-15 修回：1999-08-16), http://www.100md.com