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1、断层解剖学绪论,Introduction to Sectional Anatomy,基底动脉巨大动脉瘤 脑动脉DSA,一、定义、特点与分科 二、发展 三、研究方法 四、研究现状 五、常用术语 六、学习方法,断层解剖授课内容,一、断层解剖学的定义、特点与分科,用断层方法研究和表达人体正常形 态结构及其功能的科学,属于应用解剖 学的范畴。 基本任务:是探索各种结构在连续 断层内的形态位置和毗邻等的变化规 律,为临床学科提供形态学依据。,1.定义,A.在原位下,显示人体结构在断面 上的形态变化及位置关系; B.通过连续断层追踪或计算机进行 结构的三维重建和定量分析; C.密切结合影像学和介入放射学,
2、 是解剖学与影像学结合的边缘学科。,2.特点,3.分科,人体断层解剖学 Human Sectional Anatomy 影像断层解剖学 Imaging Sectional Anatomy,二、断层解剖学的发展,1.第一阶段(1618世纪,起步期) Leonardo de Vinci(1452-1519) 绘制男、女躯干正中矢状切图 Vesale 绘制脑断面图 Vidius,Placentinus,Spieghel 脑、眼、生殖器断面图 Haller 脑的各种断面图 Camper,Scarpa 盆部各种断面图,(一)国外断层解剖学的发展,2.第二阶段(1920世纪,发展期),Riemer (18
3、18) 冷冻法制作断层标本、出版图谱 Von Froriep 上、下肢和盆部断层 Huschke(1844) 10副女婴颈、胸、腹、盆横断层图,Pirogoff(1852-1859,俄国解剖学家 ) 天然冰冻法,断层解剖学著作(796页, 213副图) Gendre(1858, 法国) 石膏包埋法,全身横、矢、斜断层图谱 Braune(1872, 德国) 横、冠、矢三种切面的解剖学图谱 Gerota(1895) 5Formalin 灌注固定 + 冰冻法,Sellhein(1903) 女盆3种断面 Eycleshymer and Schoemaker(1911) 全身横断面解剖学图谱 Desja
4、rdins(1924) 躯干断层解剖图谱 Morton(1944) 人体断层解剖学手册 断层解剖被大体解剖学教材引用,3.第三阶段(20世纪初60年代,停滞期),4.第四阶段(20世纪70年代 , 腾飞期),超声成像ultrasonography, USG 电子计算机computer X线计算机断层成像X-ray computed tomography, CT 磁共振成像magnetic resonance imaging, MRI 单光子发射计算机断层显像 single photon emission computed tomography, SPECT 正电子发射计算机断层显像 posit
5、ron emission computed tomography, PECT 数字化虚拟人计划visible human project, VHP,(二)国内断层解剖学的发展,20世纪70年代国内引进CT、80年代引进MRI等 20世纪80年代起,开展断层解剖学研究 研究论文、专著、图谱和教材 1998年中国解剖学会断层影像解剖专业 委员会成立 全国断层解剖学习班(每年一届) 2002年中国首例可视化人完成, 虚拟人的研究 2007(11.30-12.3)重庆首届数字医学学术研讨会 2010.10.中国人数字人解剖系统(山东易创),国内开展断层解剖学研究较早的院校,复旦上海医学院 华西医科大学
6、 重庆医科大学 山东大学医学院 白求恩医科大学 中国医科大学 哈尔滨医科大学 第三军医大学 西安交大医学院 安徽医科大学等,随着计算机技术的发展,使得 数字化的虚拟现实得以实现。在医 学、生物学以及军事、航天、体育、 汽车、艺术等相关领域,提出了对 数字化可视人体的多层次的巨大需 求。,(三)数字化可视人研究,1989年,美国国家医学图书馆“可视人计划Visible Human Project, VHP”。 1991年8月,与Colorado大学健康科学中心 合作,获得一套正常人体的结构数据。 1994年11月,完成第1例中年男性的1878个横断面(片厚1mm)数据集。 1995年,完成第1例
7、女尸断层制作和图像数据采集,断面总数达5189幅,片厚0.33mm。 1996年起,由美国发起召开的VHP国际会议每两年举行一次。,不少研究机构或大学利用VHP的连续断面图象数据,已经或正在开发新的计算机人体模拟系统和实用产品。如: 华盛顿大学 数字解剖学家系统 哈佛大学 全脑图谱及外科手术规划系统 斯坦福大学 虚拟内镜系统 汉堡大学 Voxel-Man 系统 美国伦斯利尔理工学院 核医学虚拟仿真系统 2001年3月,韩国完成了第1例韩国可视人数据集(片厚0.2mm),为世界第2个具有可视人的国家。 2002年10月,中国完成了第1例可视人数据集(片厚0.1,0.5mm),为世界第3个有可视人
8、的国家。 目前,我国已有多例可视人数据集,也有荣昌猪的数据集,2001.11.5-7,北京香山 中国数字化虚拟人体的科技问题香山科学会议174次学术研讨会 “863”科技攻关项目启动,中国数字化可视人研究 Virtual Chinese Human,VCH,2002年10月张绍祥等报道建成首例中国数字化可视人(男尸,35岁,1.70m,65kg,2518个横断面,片厚0.1mm),中国成为第3个拥有可视人的国家 “中国数字化虚拟人体研究的发展与应用”香山科学会议第208次学术讨论会(2003.9.9-12,北京),02年11月25日文汇报6版,张绍祥等可视人图片(2002),2002年5月由第
9、三军医大学 数字化可视人体研究课题组创办了“中国数字化可视人体”国际互联网站http:/或http:/,张绍祥,等.中国数字化可视人体图谱 科学出版社 2004.3,第5例可视人图片,中、美、韩可视人国际会议 (2003.1.重庆),全国首届数字医学学术研讨会 (2007.11.30-12.3 重庆),我国近期成立的数字医学研究机构,第三军医大学“重庆市数字医学研究所” 第三军医大学“重庆市数字人体工程研究中心” 复旦大学数字医学研究中心(上海市重点实验室) 上海复旦数字医疗科技有限公司 上海交通大学“数字医学研究院” 南方医科大学“数字医学研究室” 温州医学院“数字医学研究所” 电子科技大学
10、与中山市人民医院”数字医学研究所”,我国近期的数字医学成果,复旦大学获得神经外科手术导航新仪器证书 出版了医学三维图像工作室产品 “内耳虚拟手术仿真”获得教育部一等奖 第三军医大学和南方医科大学 出版了人体数据集图谱和专著 数据集获得国家科技进步二等奖(重庆1、中华2) 首都医科大学出版医学图像有关专著 广州军区广州总医院获得广东省科技进步二等奖 发表了数量较多的研究论文,中国数字医学论坛(第二次) 2007年11月11-13日 主办单位: 卫生部医院管理研究所 中国医院协会信息管理专业委员会 中华医学会医学工程学分会 承办单位:中国数字医学杂志 协办单位:厦门市中山医院 中国数字医学杂志 卫
11、生部医院管理研究所主办,我国近期数字医学论坛和期刊,定义:把人体形态学、物理学和生物学等信息,通过大型计算机处理而实现的数字化虚拟人体,可代替真实人体进行实验研究的技术平台。 “虚拟人”将从各个角度形成人体数字模型, 即将人体的动态生物学和物理过程用数学方法进 行精确描述,并建立相应的、等效意义上的数字 化模型。 研究目标: 通过人体从微观到宏观结构与机 能的数字化、可视化,进而完整地描述基因、蛋 白质、细胞、组织以及器官形态与功能,最终达 到人体信息的整体精确模拟。,虚拟人的概念,虚拟人的分类,人体切片,输入计算机,三维重建后的立体、可视化的人体,将人体的生理功能参数加以数字化,能反映人体新
12、陈代谢、生长发育、病变转机过程,预测疾病的发展规律,进行新药筛选等。,具有一定的物理性能,可模拟各种交通事故对人体的创伤、防护措施的研究,具有部分分析思维的功能,但其思考能力远小于人脑。,中国机械工程学会会讯,2006,8:4,虚拟人的价值,医学参考:培训外科医生、术前虚拟手术、预测术后效 果、人造器官的研究和设计,改进和创新手 术器械 制药实验:新药试验,提高用药准确性和效率 军事应用:试验核武器、化学武器、生物武器,判断对 人体的损伤 航天医学:获取人体在空间运行条件下的各种生理信息 肿瘤治疗:放射治疗,测定实际辐射量,提高安全性 体育运动:获得运动员在爆发力的一瞬间全身各个肌肉 或骨骼的
13、状态,训练队员,取得好成绩,由第一军医大学、中国科学院、首都医 科大学、华中科技大学等协作攻关。其中, 第一军医大学承担关键性的人体切片建模技 术。 虚拟中国人号 男尸,28岁,身高1.66m, 切片厚0.1mm,精确度高于美、韩指标(美国 1mm和0.33mm,韩国0.2mm)。 虚拟中国人女性号 片厚0.2mm,8556个横断面。,虚拟中国人号,虚拟中国人女性1号,虚拟中国人女性1号,“中国虚拟人1号”从20位自愿捐献者中选取。 根据中国人群的绝大部分为亚洲黄种人、蒙古人种的特点,依据中国人体质调查资料和基因染色体分析组成了25项容易观测到的指标,具有人群的代表性。,中、美、韩首例虚拟人比
14、较,国家 年 年龄 生前情况 死因 片数 片厚(mm),美国 1995 38 15岁睾丸切除 1878 1.0 21岁阑尾切除 38岁牙齿拔除 韩国 2001 65 脑瘤 0.2 中国 2002 35 非器质性 2518 0.5,0.1,仿真跳绳 科罗拉多大学,脊柱的三维和仿真 赵卫东,血管内腔的仿真漫游 (北京天坛医院),臂丛神经三维图像旋转 (陈中伟,计算所),随年龄变化的脸 首都医大,头部分层虚拟技术 (香港中文大学),骨剌切除虚拟手术操作 (张美超博士),20世纪50年代 超声断层仪 超声解剖学 Ultransonic anatomy Hounsfield(1969)X线计算机断层成像
15、 X-ray computed tomography,CT Ambrose(1972)将CT应用于临床医学 CT 解剖学 CT anatomy,(四)影像断层解剖学,Imaging sectional anatomy,1970年正电子发射计算机断层显像 positron emission computed tomography, PECT 单光子发射计算机断层成像 Single photon emission computed tomography, SPECT 在横、矢、冠三种断面上观察 Lauterbur(1973)磁共振成像 Magnetic resonance imaging,MRI
16、1978年颅脑磁共振扫描机用于临床 磁共振解剖学 MRI anatomy,1960年后超声、CT、X线和数字减影血管造影(DSA)等技术监视 下进行介入治疗。 介入放射学Interventional radiology 介入放射解剖学Interventional radiological anatomy 外科手术向小型化、微创化发展,三、断层解剖学的研究方法,冰冻切片技术 火棉胶切片技术 生物塑化技术 激光共聚焦技术 计算机三维重建 超声成像 X线计算机断层成像(CT) 磁共振成像(MRI) 单光子发射计算机断层成像(ECT) 正电子发射计算机断层成像(PET),(一)冰冻切片技术 cryot
17、omy,年轻、身段均匀 无畸形材料,10formalin 3月以上,墨线、烫线,-20Co冰箱 1周左右,锯、带锯 切割机、冼床,水冲、整复 照相、封存,(二)火棉胶切片技术 Collodion microtmy,固定,水洗,脱水,浸胶,包埋,切片,特点:1.片薄:10m以上 2.组织收缩少,原有结构保持好 3.耗时长,(三)生物塑化技术,1原理,生物塑化剂 液态高分子化合物,置换组织细胞内水分,聚合固化,标本塑料化,Hagens 博士(1978 )发明 张绍祥等(1993) 颅底薄层标本 郑天中(1998) 国产高分子化合物 苏艺生物塑化硅胶 改低温条件为常温条件操作 塑化标本加工:苏艺生物
18、塑化厂 大连医科大学 青岛大学医学院等,2. 塑化技术分类,硅橡胶技术:制备教学示教标本 多聚化乳胶技术:制备不透明的厚躯体 断层标本 聚脂共聚体技术:制备脑组织断层标本 环氧树脂技术:制备透明的躯体或器官 断层标本,塑化剂:单体+硬化剂+加速剂 进口: 单体BIODUR E12 硬化剂BIODUR HARDENER E6 加速剂BIODUR ACCELERATOR E600 国产:苏艺生物塑化硅胶,硅橡胶技术,3. 基本方法,丙酮,1000g/10kg -25oC冰箱,4步脱水 1次/周,水冲 -4oC,48h,4次 4d/次,50oC烘箱 15d,4. 生物塑化标本的特点,优点: 脱离了福
19、尔马林,标本干燥、无刺激性 经久耐用 标本透明感强,结构精细,在自然的状态下研究局部结构,可塑化切片,研究微细结构 多聚物良好的理化特性,硅橡胶标本有其独特的解剖结构显示方法 缺点: 操作复杂、技术难度大、周期长、成本高,塑化的海带,塑化的心肺标本,塑化的全身标本,塑化的人与马的标本,Gunther von Hagens,2006年解剖学术年会展示的塑化标本,塑化的脑的不同断面,激光为光源、类似CT扫描的光学显微镜技术,对组织、细胞进行光学切片,又称为细胞断层 。,(四)激光共聚焦技术 Confocal scanning laser microscopy,CSLM,Laica MPS30 激光
20、共聚焦显微镜,A:冰冻后的卵 母细胞 B:卵母细胞的纺 锤体和染色体 C:卵母细胞的纺 锤体 D:卵母细胞的断层 E:胞质微管星体 F:受精卵,共聚焦显微镜观察,(五)计算机三维重建 Computer aided 3-dimension reconstruction CT、MRI 三维重建功能,三维重建,图像,断面标本等,图像,高精度的虚拟颞骨显微解剖系统 复旦大学眼耳鼻喉科医院,(六)超声成像 1. 彩色多普勒超声成像 2. 食管超声心动图 transesophageal echocardiography,TEE 3. 内镜超声术 endoscopic ultrasonography,EUS
21、 微型化导管超声术 miniature catheter ultrasonography,MCUS 4. 血管腔内超声术 intravascular ultrasound, IUS,(七)X线计算机断层成像 X-ray computed tomography, CT 横断层,丰富的图像后处理系统 1. 高分辨 CT high resolution CT, HRCT 咽、喉、肺小叶等 2. 三维 CT three dimensional CT, 3DCT 骨性结构和肝内管道,高分辨 CT,普通 CT,3. 螺旋 CT spiral or helical CT 呼吸移动器管和血管结构 4. 电子束
22、 CT electron-beam CT, EBCT 扫描速度快(0.05s/层) 完成CT不能完成的任务,如冠脉造影,横、矢、冠、斜断层显示结构 可作组织学和生化分析 1. 磁共振血管造影 MR angiography, MRA 2. 磁共振波谱成像技术 磁共振波谱分析MR spectroscopy, MRS 表达机体代谢的变化;测定化学成分,(八)磁共振成像 Magnetic resonance imaging,MRI,3. 磁共振弥散成像MR biffusion imaging 灌注成像MR perfusion imaging: 反映微循环,血管梗塞的早期诊断 4. 功能磁共振成像fun
23、ctional MRI, fMRI 脑血流量,脑的功能,利用发射 r 射线的放射性核 素(如99TC)进行器官断层显像。,(九)单光子发射计算机断层成像 Single photon emission computed tomograpgy,SPECT,ECT,(九)正电子发射计算机断层成像 Positron emission computed tomography, PET,目前最为先进的核医学影像技术 从分子水平上反映人体生理和病理变化,正电子核素(11C、13N、15O、18F或葡萄 糖、水、氨基酸、神经介质) 人体 衰变 正电子与周围组织中的负电子结合产生湮 没辐射方向相反的 光子探头计
24、算机 处理、重建三维图像,PET脑代谢三维显像 PET脑桥恶性肿瘤,乳房癌术后肝、骨转移 纵隔性肺癌,(一)结合临床影像的断层解剖研究 1. 绘制人体断层解剖学图谱 以尸体断层标本制备 王永贵(1992)横、矢、冠状断层解剖学图谱 徐峰(1989) 人体断面解剖学图谱 以断层影像制备 郭启勇和姜树学等(1999)CT和MRIRI解剖图谱 以尸体断层标本 + 断层影像制备 姜均本(1997)人体断面解剖学彩色图谱与 CT、MRI应用 刘树伟(2003)人体断面解剖学图谱,四、断面解剖学研究现状,2颅脑 B超:2岁 CT和MRI:脑回、脑沟、核团,元素分布等 PET:脑皮质功能 DSA(血管数字减
25、影) 显示正常和异常血管 治疗动脉瘤、动静脉畸形、血栓等,3颌面部 超声:眶内结构 CT和MRI:眶内结构、颞骨等 4颈部 甲状腺、喉,5胸部 CT:肺内结构、肺段、纵隔 结构、胸膜及胸膜腔等 SPECT、PET:心肌代谢 MRI:心、心包隐窝 彩超:心内结构,6.腹部 肝、胆、胰、脾、肾 肝内管道、肝段 腹膜、膈下间隙、腹膜后间隙 7.盆部 超声:前列腺、子宫和胎儿 MRI:前列腺内结构、子宫及韧带,8.脊柱和四肢 B超:骨骼肌运动状态 MRI:肌、腱、韧带、血管 和神经等 CT:骨、关节,(二)结合放射外科学的断层 解剖学研究 20世纪80年代起,外科手术朝操作小型化、闭合化和计算机化发展
26、(微创外科)。,(三)结合显微外科的断层解剖 学研究 断肢、断指再植,(四)结合针刺的断层解剖学研究 CT、MRI: 进行穴位的定位 fMRI、SPECT: 针刺机理和作用机制的研究 PET: 针刺后脑血流量、氧耗量和 能量代谢,五、断面解剖学的 常用术语,(一)断层或断面section,1.横断面transverse plane (inferior aspect),2.矢状面sagittal plane (left aspect),3.冠状面coronal plane(anterior aspect),(二)回声 echo 声波介质反射或折射回声 无回声:黑影(液体、肾、脾等) 低回声:灰影
27、 较强:灰白影(癌、肌瘤、血管瘤) 强回声 强: 白影(骨质、结石、钙化) 极强:强光带(含气肺、胃肠),(三)CT值(Hounsfield unit,Hu ) 组织对X线的吸收系数 水:0 Hu 骨密质:1000 Hu 空气:1000 Hu 其他组织:1000 1000 Hu,(四)空间分辨力和密度分辨力 判断图像质量的指标 分辩力:结构大小的能力 像素越小,图像越清晰,其分辩力越高 密度分辨力对比分辩力 X线为5%,CT 为0.5%1%,(五)窗位和窗宽 CT图像上显示CT值的范围 CT值高于此范围的结构为白影, 反之, 为黑影。,(六)部分容积效应(体积平均值效应) CT值偏高:高密度层面厚度小于层面的 低密度结构 CT值偏低:低密度层面厚度小于层面的 高密度结构,(七)周围间隙现象(边缘效应),(八) T1和T2加权像 T1加权像:脂肪高信号 (白色) 水低信号 (黑色) T2加权像:脂肪低信号 (暗灰色) 水及水肿白色(高信号),左额叶血肿破入脑室,(九) 流空效应 血流迅速,使发射MR信号的氢 原子核离开接受范围,测不到MR信 号,T1、T2加权像中均呈黑影,使 心腔、血管显影。,脑血管MRA造影,六、断面解剖学的学习方法,Thank You!,
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