断层影像解剖学导论
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断层影像解剖学导论
Introduction to Sectional and Imaging Anatomy
刘树伟 山东大学基础医学院
断层影像解剖学的定义
断层影像解剖学（sectional and imaging anatomy)是用断层方法研究 人体正常形态结构及其基本功能的科 学，其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。
三、分子化
分子影像学（molecular imaging）是 在基因组学、蛋白质组学和高分辨力 影像技术的基础上发展起来的一门新 兴学科，其突出的特点是能用影像学 手段非侵入性、特异性和可视化地对 活体内参与生理和病理过程的分子进 行定性或定量地观察。
于活体进行特异性分子成像，一 般应具备分子探针、信号放大策略 和高灵敏度影像技术三个基本要素， 其中的每一个要素均有大量的前沿 科学问题有待解决。
第二、出版了许多具有重要意义的 图谱： 1.1852～1859年，俄国的 Pirogoff以天然冰冻法制备断层标 本，出版了具有里程碑意义的人体 断层解剖学巨著，包括一卷八开本 的描述资料（共796页）和四卷含有 213幅断面图的特大对折本。
2.1872年，德国的Braune出版了含 有人体三种基本断面的断层解剖学图谱， 再版两次，并被译成英文，流传较广。 3.1885年，美国的Dalton出版了脑 的横、矢、冠状断层解剖学图谱，共三 本。 4.1911年，美国的Eycleshymer 和 Schoemaker经九年的努力，从50具尸体 中选材， 出版了一部绘制精美的人体全 身横断层解剖学图谱。
二、功能化
功能影像技术包括CT与MRI弥散成 像及灌注成像、fMRI、MRSI、OCT、 SPECT和PET等，能直视活体脑的解剖 和功能变化，从而使人类进入了绘制 思维图像的时代。
功能影像技术的优势
可准确、直观、无创地观察到脑功能活动 的部位和范围，常用于定位脑各功能区和 药物作用机制研究 使活体神经受体研究成为可能 可在同一个体进行多次、重复实验，从而 探讨脑功能的时间或年龄变化 可早期、准确地定位脑功能性病灶的部位 和占位性病变对脑功能的影响程度
分子探针：应具有合理的药效学、高度 的亲和力和能通过各种生物传递屏障三 种特性 信号放大策略：为方便目前在蛋白质水 平的分子成像，一些化学或生物学的信 号放大策略已被发展，包括改善靶浓度、 独特的细胞功能和与靶结合后探针改变 其物理特性的能力等
高灵敏度影像技术：SPECT、PET、MRI、 MRS和OCT等
冰冻切片技术 塑化切片技术 火棉胶切片技术 激光共聚焦技术 计算机图像三维重建 断层影像技术：超声，光学成像， CT, MRI, SPECT, PET等 影像融合技术（image fusion）
断层影像解剖学发展展望
2000年，韩国完成了男性韩国 可视人的预实验工作，层厚为0.2mm, 为世界上第二个实施这一工程的国 家。2002年,第一、三军医大学和山 东大学相继完成了男、女数字化可 视人体的数据采集工作，层厚在 1.0mm、0.5mm、0.2mm和0.1mm不等， 三维建模工作已部分完成。
分子影像学的应用
在基因治疗中及时检测目的基因的转化 或转染及表达情况 可无创伤性对疾病进行早期诊断、连续 性疗效观察和预后评估 可研究活体的连续的病理生理和药理过 程 可分析药物的有效成分 可显示肿瘤血管发生和细胞凋亡
由于分子影像学在医药学和生物学等 领域有着重大应用前景，因此，近几年 来，世界各国对分子影像学均给予高度 关注，如美国国立卫生研究院（NIH）宣 布了一系列相关研究计划并提供实施经 费。2002年8月在Boston成立了美国分子 影像学学会，并举行了第一次年会，围 绕肿瘤的研究，准备建立几个分子影像 中心，并提出了若干小动物成像计划。
最近，美国科学家联盟（FAS） 提出了数字人（the digital human） 计划，其目标是实现人体从分子到 细胞、组织、器官系统和整体的精 确模拟，被认为是有史以来最雄心 勃勃的研究计划。
我国数字化虚拟人数据采集工作 虽已取得一定进展，但在形态仿真 方面刚刚起步，在物理模拟和功能 虚拟等方面正在酝酿之中，器官、 组织、细胞及分子的数字化和虚拟 化有待实施。鉴于数字化虚拟人研 究有着重大的科学意义和社会经济 价值，因此有大量的研究和开发工 作值得开展。
上述崭新的技术推动着断层影像 解剖学正从横断层向多维断层、从 标本向结合活体、从厚片向薄层、 从宏观向微观、从描述向量化、从 真实到虚拟、从正常向结合病理、 从断面向三维和四维、从单纯形态 向结合功能和代谢等方向迅猛发展， 出现了以数字化、功能化和分子 化为特征的第三次巨大发展时期。
一、数字化
数字化虚拟人（digitized virtual human）是在断层解剖学基础 上发展起来的生命科学和信息技术相 结合的交叉学科,是当今世界研究的热 点和前沿问题。
ห้องสมุดไป่ตู้
第三阶段 20世纪70年代以来，断 层解剖学的大发展时期 由于超声、CT、MRI等断层影像 技术的临床应用，开辟了断层解剖 学研究的新纪元，并逐步形成了断 层影像解剖学的全新体系。
胸部断层影像解剖学研究
脑功能成像的解剖学基础研究
中国人数字脑研究
断层影像解剖学的研究方法
总之，断层影像解剖学应需要而 生，在应用中发展，不断提出的临床 需要是其学科发展的根本动力。随着 分子生物学、分子影像学、功能影像 学以及人体信息数字化和虚拟化技术 的研究和发展，断层影像解剖学已迎 来了一个快速发展的新时代，将大有 可为。
正常大鼠纹状体区1H-MRS
（10X10）
（40X10）
TEST1 NORMAL
TEST3 2h
TEST5 4h
Test2 6h
Test4 12h
Test7 48h
Test6 72h
Test8 120h
在具体内容上，将开展以下六个方 面的研究： 影像解剖学研究 显微断层解剖学研究 数字人体研究 实验影像学研究 发育断层解剖学研究 影像遗传学研究
断层影像解剖学的历史与现状
17世纪，数位学者作了脑、眼和生 殖器的断面。 18世纪，Camper镌印了盆部的纵断 面图，Scarpa则用盆部的断面来表 达取石手术途径。 16～18世纪，阻碍断层解剖发展的 重要因素是缺乏使尸体变硬的方法。
第二阶段 19世纪-20世纪60年代， 是断层解剖学发展的重要时期 第一、完善了断层解剖方法： Riemer（1818）率先使用冰冻法制 备断层标本。Gerota（1895）用5% 福尔马林灌注尸体再冰冻切片，从 而完善了断层解剖方法。
近几年来，SPECT和PET不断普 及，功能磁共振成像（functional MRI, fMRI）、活体磁共振波谱（in vivo magnetic resonance spectroscopy, in vivo MRS）和光 学相干断层成像（optical coherence tomography, OCT）等技 术日益完善，以及基因组学、蛋白 质组学的出现，使功能影像学和分 子影像学迅速崛起。
断层影像解剖学的特点
与系统解剖学和局部解剖学相比， 断层影像解剖学有以下特点： 1. 能保持结构于原位； 2. 可由断层重塑整体； 3. 与临床结合密切。
断层影像解剖学的研究范围
解剖断层
影像断层：超声，CT,
MRI,
SPECT, PET图像
断层影像解剖学的历史与现状
第一阶段 16-18世纪 16世纪初，意大利画家 da Vinci （达· 芬奇）绘制了男、女躯干部的 正中矢状断面图。这是有关断层解剖 学的最早记载。A.Vesalius 研究了 脑的横断层解剖。
Introduction to Sectional and Imaging Anatomy
刘树伟 山东大学基础医学院
断层影像解剖学的定义
断层影像解剖学（sectional and imaging anatomy)是用断层方法研究 人体正常形态结构及其基本功能的科 学，其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。
三、分子化
分子影像学（molecular imaging）是 在基因组学、蛋白质组学和高分辨力 影像技术的基础上发展起来的一门新 兴学科，其突出的特点是能用影像学 手段非侵入性、特异性和可视化地对 活体内参与生理和病理过程的分子进 行定性或定量地观察。
于活体进行特异性分子成像，一 般应具备分子探针、信号放大策略 和高灵敏度影像技术三个基本要素， 其中的每一个要素均有大量的前沿 科学问题有待解决。
第二、出版了许多具有重要意义的 图谱： 1.1852～1859年，俄国的 Pirogoff以天然冰冻法制备断层标 本，出版了具有里程碑意义的人体 断层解剖学巨著，包括一卷八开本 的描述资料（共796页）和四卷含有 213幅断面图的特大对折本。
2.1872年，德国的Braune出版了含 有人体三种基本断面的断层解剖学图谱， 再版两次，并被译成英文，流传较广。 3.1885年，美国的Dalton出版了脑 的横、矢、冠状断层解剖学图谱，共三 本。 4.1911年，美国的Eycleshymer 和 Schoemaker经九年的努力，从50具尸体 中选材， 出版了一部绘制精美的人体全 身横断层解剖学图谱。
二、功能化
功能影像技术包括CT与MRI弥散成 像及灌注成像、fMRI、MRSI、OCT、 SPECT和PET等，能直视活体脑的解剖 和功能变化，从而使人类进入了绘制 思维图像的时代。
功能影像技术的优势
可准确、直观、无创地观察到脑功能活动 的部位和范围，常用于定位脑各功能区和 药物作用机制研究 使活体神经受体研究成为可能 可在同一个体进行多次、重复实验，从而 探讨脑功能的时间或年龄变化 可早期、准确地定位脑功能性病灶的部位 和占位性病变对脑功能的影响程度
分子探针：应具有合理的药效学、高度 的亲和力和能通过各种生物传递屏障三 种特性 信号放大策略：为方便目前在蛋白质水 平的分子成像，一些化学或生物学的信 号放大策略已被发展，包括改善靶浓度、 独特的细胞功能和与靶结合后探针改变 其物理特性的能力等
高灵敏度影像技术：SPECT、PET、MRI、 MRS和OCT等
冰冻切片技术 塑化切片技术 火棉胶切片技术 激光共聚焦技术 计算机图像三维重建 断层影像技术：超声，光学成像， CT, MRI, SPECT, PET等 影像融合技术（image fusion）
断层影像解剖学发展展望
2000年，韩国完成了男性韩国 可视人的预实验工作，层厚为0.2mm, 为世界上第二个实施这一工程的国 家。2002年,第一、三军医大学和山 东大学相继完成了男、女数字化可 视人体的数据采集工作，层厚在 1.0mm、0.5mm、0.2mm和0.1mm不等， 三维建模工作已部分完成。
分子影像学的应用
在基因治疗中及时检测目的基因的转化 或转染及表达情况 可无创伤性对疾病进行早期诊断、连续 性疗效观察和预后评估 可研究活体的连续的病理生理和药理过 程 可分析药物的有效成分 可显示肿瘤血管发生和细胞凋亡
由于分子影像学在医药学和生物学等 领域有着重大应用前景，因此，近几年 来，世界各国对分子影像学均给予高度 关注，如美国国立卫生研究院（NIH）宣 布了一系列相关研究计划并提供实施经 费。2002年8月在Boston成立了美国分子 影像学学会，并举行了第一次年会，围 绕肿瘤的研究，准备建立几个分子影像 中心，并提出了若干小动物成像计划。
最近，美国科学家联盟（FAS） 提出了数字人（the digital human） 计划，其目标是实现人体从分子到 细胞、组织、器官系统和整体的精 确模拟，被认为是有史以来最雄心 勃勃的研究计划。
我国数字化虚拟人数据采集工作 虽已取得一定进展，但在形态仿真 方面刚刚起步，在物理模拟和功能 虚拟等方面正在酝酿之中，器官、 组织、细胞及分子的数字化和虚拟 化有待实施。鉴于数字化虚拟人研 究有着重大的科学意义和社会经济 价值，因此有大量的研究和开发工 作值得开展。
上述崭新的技术推动着断层影像 解剖学正从横断层向多维断层、从 标本向结合活体、从厚片向薄层、 从宏观向微观、从描述向量化、从 真实到虚拟、从正常向结合病理、 从断面向三维和四维、从单纯形态 向结合功能和代谢等方向迅猛发展， 出现了以数字化、功能化和分子 化为特征的第三次巨大发展时期。
一、数字化
数字化虚拟人（digitized virtual human）是在断层解剖学基础 上发展起来的生命科学和信息技术相 结合的交叉学科,是当今世界研究的热 点和前沿问题。
ห้องสมุดไป่ตู้
第三阶段 20世纪70年代以来，断 层解剖学的大发展时期 由于超声、CT、MRI等断层影像 技术的临床应用，开辟了断层解剖 学研究的新纪元，并逐步形成了断 层影像解剖学的全新体系。
胸部断层影像解剖学研究
脑功能成像的解剖学基础研究
中国人数字脑研究
断层影像解剖学的研究方法
总之，断层影像解剖学应需要而 生，在应用中发展，不断提出的临床 需要是其学科发展的根本动力。随着 分子生物学、分子影像学、功能影像 学以及人体信息数字化和虚拟化技术 的研究和发展，断层影像解剖学已迎 来了一个快速发展的新时代，将大有 可为。
正常大鼠纹状体区1H-MRS
（10X10）
（40X10）
TEST1 NORMAL
TEST3 2h
TEST5 4h
Test2 6h
Test4 12h
Test7 48h
Test6 72h
Test8 120h
在具体内容上，将开展以下六个方 面的研究： 影像解剖学研究 显微断层解剖学研究 数字人体研究 实验影像学研究 发育断层解剖学研究 影像遗传学研究
断层影像解剖学的历史与现状
17世纪，数位学者作了脑、眼和生 殖器的断面。 18世纪，Camper镌印了盆部的纵断 面图，Scarpa则用盆部的断面来表 达取石手术途径。 16～18世纪，阻碍断层解剖发展的 重要因素是缺乏使尸体变硬的方法。
第二阶段 19世纪-20世纪60年代， 是断层解剖学发展的重要时期 第一、完善了断层解剖方法： Riemer（1818）率先使用冰冻法制 备断层标本。Gerota（1895）用5% 福尔马林灌注尸体再冰冻切片，从 而完善了断层解剖方法。
近几年来，SPECT和PET不断普 及，功能磁共振成像（functional MRI, fMRI）、活体磁共振波谱（in vivo magnetic resonance spectroscopy, in vivo MRS）和光 学相干断层成像（optical coherence tomography, OCT）等技 术日益完善，以及基因组学、蛋白 质组学的出现，使功能影像学和分 子影像学迅速崛起。
断层影像解剖学的特点
与系统解剖学和局部解剖学相比， 断层影像解剖学有以下特点： 1. 能保持结构于原位； 2. 可由断层重塑整体； 3. 与临床结合密切。
断层影像解剖学的研究范围
解剖断层
影像断层：超声，CT,
MRI,
SPECT, PET图像
断层影像解剖学的历史与现状
第一阶段 16-18世纪 16世纪初，意大利画家 da Vinci （达· 芬奇）绘制了男、女躯干部的 正中矢状断面图。这是有关断层解剖 学的最早记载。A.Vesalius 研究了 脑的横断层解剖。