喉镜入路相关结构的三维可视化研究

　　作者：郁文婕 作者单位：1. 山西医科大学;2. 山西医科大学第一医院耳鼻咽喉-头颈外科， 太原 030001

　　【摘要】 目的 建立喉镜入路相关结构的三维可视化模型，以供相关研究参考。方法 选取第二套中国数字化人体数据集舌骨上缘至环状软骨下缘水平连续薄层断面图像。运用Photoshop7.0、Amira及Dextrobeam软件，分割重建该区域相关结构，建立喉镜入路相关结构的三维可视化模型。结果 成功重建并显示了咽、喉、会厌软骨、甲状软骨、环状软骨、杓状软骨、舌骨、声带、动脉、静脉、环杓肌、咽缩肌、甲状舌骨肌等结构，形成三维立体模型，使其可以任意角度旋转、切割、观察。应用Dextrobeam软件建立三维立体模型并模拟喉镜入路对咽、喉、气管腔以外深层结构进行逐层显示。结论 在此三维可视化模型基础上，可模拟喉镜深入喉腔，逐层显示周围相关结构，为喉镜下检查、喉外科手术操作提供形态学依据。

　　【关键词】 纤维喉镜;三维重建;中国可视化人体

　　correlative to a fibrolaryngoscope approach

　　YU Wenjie1，　WANG Binquan2

　　(1. Shanxi Medical University; 2. Department of Otolaryngology & Head and Neck Surgery,

　　First Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China)

　　To build a threedimensional reconstruction and visualization model of the structure which is relative to a fibrolaryngosope approach. Methods Crosssectional images from the superior border of the hyoid bone to the inferior border of the cricoid cartilage were collected from the dataset of the second Chinese visible human. With the help of Photoshop, Amira and Dextrobeam softwares, a threedimensional reconstruction model of the anatomic structures relative to a fibrolaryngoscope approach was established. Results The pharynx, larynx, epiglottic cartilage, thyroid cartilage, cricoid cartilage, arytenoid cartilage, hyoid bone, vocal cord, artery, and vein were successfully restructured and displayed. Conclusions On the basis of the threedimensional model, the correlative structure can be displayed layer by layer; so the display these structures will guide the operative procedure by a fibrolaryngosope approach and provides morphologic data for preoperative practice and simulation.

　　Key words: Fibrolaryngosope; Threedimensional restruction; Chinese visible human 纤维喉镜是近年来较普通使用的器械,它显示的图像清晰，适用范围广,细小柔软[1],应用其在检查或手术时患者痛苦较轻,操作时间短。但由于喉镜只能反映喉腔表面情况，对于因肿块太大或患者配合不利以致影响纤维喉镜顺利插入远端,而无法观察到病变下界及在观察病变有无累及深层结构时,电子纤维喉镜便不能满足临床医师需要,因为他们观察不到未影响气道表面的病变或深部侵袭及淋巴结转移情况。熟练掌握喉镜入路相关结构的解剖关系对于实施喉镜的检查、手术操作至关重要，利用计算机技术建立三维可视化模型，并模拟喉镜逐层显示其相关结构及毗邻关系，为操作及手术的术前训练和模拟提供形态学依据。

　　1 材料与方法

　　标本来源为第三军医大学的可视化人体数据集(本实验采用数据集单张图像文件格式为TIFF，连续横断面层厚为0.25mm)。选取会厌软骨上缘至环状软骨下缘薄层连续断层图像(第1720～1940层，共220张图像)，此部位铣切的厚度为0.25mm。用photoshop图像处理软件勾画出各相关结构的轮廓线，分别对咽、喉、会厌软骨、甲状软骨、环状软骨、杓状软骨、舌骨、声带、动脉、静脉、环杓肌、咽缩肌、甲状舌骨肌等结构进行分割并将图像格式转换为psd格式，将分割好的图像利用photoshop7.0软件批处理功能对其进行批处理去背景，利用ACDsee9.0软件对去背景图像再次进行格式转换，为png格式。利用photoshop软件选择所需图像范围并记录其左上及右下位置的坐标。采用第三军医大学自行研制的数字化人体图像处理工具集软件将图像进行灰度处理，先将各结构色值按RGB格式储存，设定灰度间距，再将之前记录的坐标值输入，输出去背景的灰度图像。之后将灰度图像导入Amira软件(通过该软件Image Read Parameters 菜单对图像进行设置及灰度提取，进行三维重建)及Dextrobeam软件(按照界面提示将灰度图像载入其软件所设置的虚拟现实环境中模拟喉镜入路)进行三维重建及相关结构逐层显示。对相关结构的三维模型可进行任意方位显示、组合，观察其立体形态、空间毗邻关系。

　　2 结 果

　　本实验所用数字可视化人体数据集选取图像区域结构清晰，可清楚辨认软骨、肌肉、神经血管等结构。应用Amira软件重建了咽、喉、会厌软骨、甲状软骨、环状软骨、杓状软骨、舌骨、声带、动脉、静脉、环杓肌、咽缩肌、甲状舌骨肌等结构，形成三维立体模型，使其可以任意角度旋转，切割，观察(图1、2)。应用Dextrobeam软件建立三维立体模型并模拟喉镜入路对咽、喉、气管腔以外深层结构进行逐层显示(图3、4)。会厌软骨位于喉入口前方，为叶状，并有多个血管与神经穿行的小孔，其下部成细柄状，为会厌柄[2](图5)。由会厌软骨上缘开始，从咽腔逐渐向下，在本模型上可以清楚看到与会厌软骨上缘同一层面咽腔外相关结构，前方有颏舌肌，下颌舌骨肌，左、右两侧为茎突舌骨肌其后方分别为颈内动脉、颈内静脉;动、静脉的两侧后方为左、右胸锁乳突肌。通过模型可以看到咽下缩肌位置在食道后方，但水平位置较会厌软骨稍向下。在声门水平位置，可见甲杓肌位于喉腔两侧，甲杓肌后方为左、右杓状软骨，软骨外侧为环杓后肌，喉腔正后方为环状软骨。其结构的清晰程度远远高于解剖标本所得图片。所建模型可以从任意角度、方位观察，进行任一平面的切割及单一或几个结构重组的显示。

　　3 讨 论

　　进行电子纤维喉镜检查时，通过电视放大系统，可发现早期细微隐蔽可疑病变的大小、范围、色泽，一旦发现可疑病变，将活检钳伸入可疑病变处摘除息肉或取组织活检。但其局限在于之观察到喉腔表面，而无法了解病变的深度、黏膜下情况，及病变周围相邻结构的精确定位，从而限制喉镜的应用范围，使其只能进行一些相对简单的操作，不能完全发挥其价值。因此，本研究所得的会厌及声带水平相邻结构位置的显示具有重要意义。在会厌水平，由于其前方存在会厌前间隙在此处检查发现可疑病例时要考虑到此处易发生转移;病变在声门上位置时，由于其血供丰富也已发生转移，还应注意此部位出血情况，尽量避免由于出血造成的损伤。

　　在该三维模型中，可看到在甲状软骨板后缘外侧由后上方向前下方有一斜行隆起称斜线，为胸骨甲状肌、甲状舌骨肌、咽下缩肌、椎前筋膜的附着处[3]。模型中所重建的一些软骨则是CT、MRT研究喉结构的重要标志。

　　喉部解剖结构复杂精细，该处的神经、血管及重要结构密集，而且喉镜操作范围有限，对于涉及到深层结构或涉及面较大的操作难度较大，因此术者应当重视术前的准备和训练。利用数字化可视人体数据集，建立模拟喉镜入路的相关结构的三维可视化模型，可使术者及年轻医师熟练掌握喉部重要解剖标志的定位及关键部位的距离关系，在三维空间对喉部各结构的位置形成清晰地认识，对疾病的诊断，术中定位及恰当的手术入路具有指导意义。在本研究中，运用3Ddoctor及Dextrobeam软件分割重建了咽、喉、会厌软骨、甲状软骨、环状软骨、杓状软骨、舌骨、声带、动脉、静脉、环杓肌、咽缩肌、甲状舌骨肌等结构，基本上立体显示了喉镜深入喉腔依次经过的相关结构，且可以通过半透明法使得喉腔以外的结构得以显示，能更好的明确其相关结构的距离远近及毗邻关系。总之，喉是一个结构复杂、功能重要的器官，三维模型的建立对于手术的操作，术前检查及模拟训练起到了重要的作用[46]。

　　虚拟现实技术是目前十分活跃的技术，在医学上的应用源于医务人员对复杂的三维螺旋CT的二维图像来进行三维重建，其在色彩、真实度等方面均有所欠缺[78]。该技术可以使医务人员沉浸于虚拟的场景内,体验并学习如何应付各种临床手术的实际情况，可以通过视、听、触觉感知并学习各种手术实际操作。这样大大的节约了培训医务人员的费用和时间，使非熟练人员实习手术的风险性大大降低，并可利用专家学者的手术经验和实例对年轻医生特别是小医院、边远地区医院的医生进行培训。

　　我国的虚拟现实技术起步较晚，现虽然取得了一些成果,但是离临床应用还有相当的差距。随着国家对虚拟现实技术投入加大,可以预料虚拟现实技术将在医学上更加广泛、更加深入的应用，这必将给医疗事业带来重大的变革。运用该项技术具有广阔的发展和应用前景,虚拟技术的发展必将导致医疗和教育领域的革命[9]。

　　【参考文献】

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