李梓瑜，李琨，郭燕，越洒，曲星月，刘宇航，张凤珍，王星，徐以发，李志军，李筱贺，张少杰*

1.内蒙古医科大学研究生学院，呼和浩特 010110；2.内蒙古医科大学基础医学院人体解剖学教研室，呼和浩特 010059；3.内蒙古医科大学赤峰临床医学院，内蒙古 赤峰 750306；4.山东数字人科技股份有限公司，济南 250011

随着现代计算机技术与医学领域紧密结合，数字医学研究发展到了新高度[1]。利用影像学与解剖学方法获取连续二维人体解剖结构数据，通过计算机三维重建并进行图像图形技术处理后建立人体解剖结构的数字化三维模型，具有良好的立体观察效果[2,3]。人体颈部及枕颈结合区有重要的血管神经走行，毗邻结构复杂[4]，在临床儿科诊治中是相对重要且危险的区域，建立儿童颅底及颈部数字可视化模型可以更加直观准确地帮助医生及教师对目标结构进行分析、观察及诊治，同时，可视化模型可旋转，观测等，对临床立体化教学、手术设计、术前模拟、术中导航、术后评价等具有重要价值[5]。

1 材料与方法

1.1 图像资料

采用首例中国6 岁男童连续薄层标本数据集（中国数字儿童）[6]，图片格式为.png 格式，分辨率为13000×8000，连续横断面层厚0.10 mm。本实验选取该数据集颅底至T1上缘共计1080 层图像。

1.2 研究方法

1.2.1 图像数据分割 将选取的图像依次导入PhotoShop.2021（Adobe Systems）软件逐张进行手动分割。将图像放大至清晰显现目标结构完整轮廓，并创建目标结构路径。选取弯度钢笔工具对目标结构勾勒详细轮廓，保存断层图片为.psd 格式。手动分割按照结构逐一进行划分，将各结构生成独立的分割数据集建立独立所属文件夹，完成颅底及颈部三维重建的数据分割。

1.2.2 颅底及颈部结构三维重建 使用三维重建软件Digihuman Reconstruction System（山东数字人科技有限公司）将手动分割完成的结构进行提取，对各自独立的分割数据集分别创建结构命名文件夹并使用start 指令对路径识别并完成三维重建。重建后目标结构数据以.obj 格式保存，依次导入MeshLab 软件（意大利比萨大学，FGT 程序），旋转观测以确定目标结构整体轮廓的完整性及形态结构的准确性。再将各独立结构分别导入3-matic research 13.0 软件（比利时，Materialise 公司），进行精细调整和修改粗糙轮廓，并标识不同颜色以便区分结构，完成颅底及颈部三维重建(图1)。

图1 儿童颅底及颈部结构三维重建A：Photoshop2021 软件手动分割界 面 B：Digihuman Reconstruction System 三维重建程序运行界面 C：MeshLab 软件观察界面Fig.1 Three-dimensional reconstruction of skull base and neck structure in childrenA: Photoshop2021 software manual segmentation interface; B:Digihuman Reconstruction System 3D Reconstruction program running interface; C: MeshLab software observation interface

1.2.3 进行数字化三维模型相关观测 利用3-matic Research 13.0 软件measure 指令测量两侧颈总动脉分支角度、颈总动脉与椎体距离、颈总动脉长度、颈总动脉及颈内外动脉最大直径、颈内外静脉分别与椎体距离、迷走神经与椎体距离。

2 结果

2.1 数字儿童颅底及颈部三维可视化模型建立

将重建的儿童颅底及颈部三维可视化结构与重建好的皮肤进行半透明化自动识别并整合，得到整体三维可视化模型（图2）。前面观：由前向后依次为胸锁乳突肌及颈外静脉；胸锁乳突肌内侧可见颈内静脉和颈外动脉及两者之间的迷走神经；迷走神经后方与椎体正前方之间为紧贴椎体的颈长肌和外侧的头长肌。后面观：由浅入深依次为斜方肌、头夹肌、头半棘肌、颈半棘肌、多裂肌。上面观：颅底内为小脑及脑室，椎管内为脊髓，可见儿童特有的寰椎前弓侧块间软骨及后弓间软骨存在，椎动脉穿行于寰椎横突孔中，寰枢椎部位有寰椎横韧带及枢椎齿突的部分软骨。

图2 数字儿童颅底及颈部三维可视化模型A：皮肤半透明化 B：骨及周围血管神经复合三维可视化模型 C：模型前面观 D：模型后面观 E：模型椎骨透明化上面观 F：模型下面观 1.椎动脉2.迷走神经3.小脑4.颞骨5.斜方肌6.颈外静脉7.胸锁乳突肌8.颈总动脉9.颈长肌10.头长肌11.头夹肌12.头半棘肌13.头后小直肌14.软骨15.脊髓16.寰椎横韧带17.第四脑室18.椎间盘19.颈半棘肌20.多裂肌Fig.2 3D visualization model of digital children's skull base and neckA: Semi-hyaline skin; B: Three-dimensional visualization model of bone and peripheral vascular nerve; C: Front view of the model; D:Back view of the model; E: Superior view of hyalinized vertebrae model; F: Inferior view of the model 1,vertebral artery; 2,vagus nerve; 3,cerebellum; 4,temporal bone; 5,trapezius; 6,external jugular artery; 7,sternocleidomastoid; 8,common carotid; 9,longus colli; 10,longus capitis; 11,splenjus capitis; 12,semispinalis capitis; 13,rectus capitis posterior minor; 14,cartilage; 15,spinal cord; 16,transverse ligament of atlas; 17,ventriculus quartus cerebri; 18,intervertebral disc; 19,semispinalis cervicis; 20, multifidus

2.2 数字儿童颅底及颈部三维可视化模型观测

通过对颅底及颈部三维重建模型颈部动脉静脉及神经的观察（表1），两侧颈总动脉向上走行与椎体间距离渐远，在C2～3椎体水平分为颈内动脉及颈外动脉，且左侧颈总动脉分支靠上。颈内静脉紧贴颈总动脉外侧向下逐渐靠近椎体。颈外静脉向下呈曲线走行，逐渐向椎体靠近，与C5及C6椎体距离最近，在C7椎体处远离。迷走神经约在C6椎体处与椎体最近。颈总动脉长度及分支角度、颈内外静脉最大直径及颈内外静脉最大距离、迷走神经最大直径测量结果见图3。

表1 颈总动脉、颈内外静脉、迷走神经与颈椎椎体距离（cm）Tab.1 Distance between common carotid artery,internal and external jugular vein,vagus nerve and cervical vertebra (cm)

图3 颈部动、静脉及迷走神经测量示意图A：颈总动脉分支角度、长度、最大直径测量 B：颈总动脉、颈内外静脉、迷走神经与椎体间距离测量 C：颈内外静脉最大直径、颈内静脉与颈外静脉最大距离、迷走神经最大直径Fig.3 Schematic diagram of cervical arteries veins,vagus nerveA: Branch angle,length and maximum transverse diameter of common carotid artery; B: Distance between common carotid artery,internal and external jugular vein,vagus nerve and vertebral body; C: Maximum transverse diameter of internal and external jugular vein,maximum distance between internal and external jugular vein,maximum transverse diameter of vagus nerve

3 讨论

数字解剖学的图像重建和可视化过程包括图像获取，图像配准，图像分割，三维表面重构以及三维数字可视化[7]。作为三维可视化模型的基础，人体薄层连续解剖断面的创建至关重要，美国可视化人体计划（VHP）创建了首个完整成年男性女性图像数据集[8]，随后韩国（VKH）和中国（CVH）依次铣切成人标本建立数据集[9,10]。依据薄层断面图像，许多器官得以重建三维解剖模型。目前成人三维重建技术较为成熟，创建出的三维可视化模型对临床研究，解剖教学等医学理论学习起着重要帮助。但国内外关于儿童颅底及颈部三维重建的研究十分有限，本实验依据首例中国学龄前男童连续薄层标本数据集，对儿童二维断层图像进行手动逐层精准分割，构建三维可视化模型，可以直观立体地显示儿童颅底及颈部的解剖学信息，帮助临床医生对术前模拟和术中细节进行全面了解，进而更加精确地进行目标部位的手术操作。

在利用数字化可视人体进行模拟手术操作中，Yang 等人[11]对成人L4腰椎以下及相邻结构进行重建，提供了该区域详细解剖学位置，利于腰部虚拟手术及术前规划。Nicolosi 等[12]将二维图像的脑神经构建成三维可视化模型，用于分析手术入路和术中透视，提供手术实例。儿童颈部结构复杂，有脊髓、神经、大血管等重要组织结构相互毗邻，较难区分各解剖结构之间的位置，且较成人更加脆弱，由于发育不全引起的脱位、骨折或先天性疾病，出血较多或深部损伤时影像学手段难以观察等对医生提出很大挑战[13]。本实验建立儿童颅底及颈部重要结构的三维模型并对重要血管与神经走行进行初步预测，通过观测颈部动静脉、神经及椎体之间的位置关系，对角度距离、直径、长度等进行测量，判断走形特点，有助于临床医生进行手术决策，避免损伤重要血管及神经，对儿童疾病的诊断和治疗提供了帮助。

在医学教育领域中，数据可访问性和数据建模方面取得的极大进展是促进教学进步的因素之一[14]。医学生可在三维模型中解剖和重复观察任何目标结构，避免了对标本造成结构损坏并提高三维空间思维能力。本研究创建的颅底及颈部三维可视化模型具有高分辨率，解剖结构采用不同颜色进行标识，简化医学生和医生对儿童颈部及颅底重要解剖结构的辨识；采取三维显示数据方法克服二维技术的限制性，辅以软件可行虚拟解剖手术，解决因大体标本不足造成的解剖信息缺失等问题，对提高儿童解剖学研究和儿科医学手术教学起着较大的帮助。