正常成年小鼠脊髓内部结构的三维重建

１材料和方法

１．１成年小鼠脊髓图谱的获得与处理２００８年，美国西雅图艾伦脑科学研究所（ＡｌｌｅｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＢｒａｉｎＳｃｉｅｎｃｅ）在互联网上公布了世界上首份小鼠脊髓基因图谱，该图谱不仅有小鼠脊髓断面特定基因表达的图片，还有脊髓内部结构的参照图谱“１。为验证这套参照图片显示小鼠脊髓内部结构的正确性，本实验采用以往课题组实验的小鼠Ｃ１的Ｎｉｓｓｌ和ＬＦＢ染色切片作为对照，利用ＰｈｏｔｏｓｈｏｐＣＳ３软件，将小鼠Ｎｉｓｓｌ、ＬＦＢ染色切片图像和Ｃ１参照图谱重叠，调整三张图片的透明度，使得三张图片都能够较好地显示。由于Ｎｉｓｓｌ染色切片可以显示脊髓灰质里面的神经元胞体，而ＬＦＢ染色切片可以显示出小鼠脊髓白质中的皮质脊髓束（ＣＳＴ）等结构，通过重合的图像观察，发现参照图谱的所示区域与染色切片的实际结构基本吻合（见图１）。因此，本实验采用这套脊髓的参照图谱来进行三维重建。

图１四张分割前的配准图像

注１ａ大鼠Ｃ１的Ｎｉｓｓｌ染色切片图像：１ｂ大鼠Ｃ１的ＬＦＢ染色切片图像．１ｃ大鼠Ｃ１的Ｎｉｓｓｌ和ＬＦＢ染色重叠图像。以此为基础可以勾勒出各个板层和主要传导束的结构．１ｄ大鼠Ｃ１脊髓内部结构的模式图

对获得的３４张小鼠脊髓参照图谱重建之前，由于各自的分辨率不统一，且没有进行配准，所以必须先对其进行图像处理。本实验根据下载的图谱分辨率大小，首先利用ＰｈｏｔｏｓｈｏｐＣＳ３软件构建出一个３０００Ｘ３０００像素

的白色背景模板，同时打开一张图谱

图像，将图像做为图层复制并粘贴到

背景模板中，在粘贴的过程中将脊髓

图谱的脊髓中央管中心对白色背景图

像中心对齐，并根据需要旋转图谱图

像，避免图谱的旋转畸形。按同样方

法处理其余图片后，利用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ的

批处理功能将每张图像的大小缩放至

５００Ｘ５００像素。按次序重命名３４张图

片后，导入Ｎ３Ｄ—ＤＯＣＴＯＲ４．Ｏ软件中

进行下～步操作。

１．２图像的分割和三维重建根据本次

实验的设计，我们对脊髓外形、脊髓

灰质外形和灰质的１０个板层，白质的

前束、外侧束、皮质脊髓束、薄束、

楔束，以及脊髓中央管共１８个结构进

行分割。在３Ｄ—ＤＯＣＴＯＲ４，０软件环境

中，利用不同颜色分别描记相应的结

构区域（见图２）。本实验根据成年小

鼠脊髓的长度，计算出本次重建的Ｚ轴

分辨率，与前面求得的Ｘ、Ｙ轴分辨率

一起输入３Ｄ—ＤＯＣＴＯＲ软件，进行校

正。随后，对上述分割的结构进行表

面三维重建。

图２对大鼠脊髓内部结构进行人工分剞

注：２ａ大鼠脊髓内部结构的参照图谱；２ｂ利用不同颜色

描记小鼠脊髓内部的不同结构

２结果

对重建后的脊髓内部结构进行观

察，对三维重建的各个结构进行单独

观察，并可任意组合观察不同的结构

（见图３）。结果显示，小鼠的脊髓外

形有两个膨大，与解剖结构中的颈膨

大和腰骶膨大对应。脊髓灰质呈蝴蝶

形，其中颈髓和腰骶髓结合部对应的

脊髓灰质体积较大，较为明显。其中

１—４板层分别成叠瓦状从灰质后角向内

排列，而５—７板层位于脊髓灰质中间

带，成带状分布：８—９板层位于脊髓灰

质前角区域，其内有一些神经柱和核

团结构，而第１０板层则成椭圆柱状，

包绕在脊髓中央管的外侧。白质结构

中的皮质脊髓束呈圆柱状从头向尾侧

逐渐变细，位于白质后索中，脊髓灰

质背侧：而薄束和楔束成三棱柱状位

于后索的背侧，毗邻皮质脊髓束。

图３三维重建出的大鼠青髓白质，灰质和皮质脊髓束

注：３ａ重建出的大鼠青矗全貌：３ｂ重建出的大鼠膏髓内

部结构全貌（除去白质部分）：３ｃ大鼠脊髓内部结构的

三雏显示（左斜位）：３ｄ大鼠脊髓主要纤维束及中央导

水管的三维显示（前后位】’：３ｅ大鼠脊髓主要灰质板层

的三维显示ｆ前后位）；３ｆ大鼠脊髓灰质结构的三维显示

（前后位）。

３讨论

脊髓损伤后，神经再生过程包括

轴突的出芽、生长、延伸、与靶细胞

重建轴突联系实现神经再支配，从而

使功能恢复。这一过程的难易很大程

度上取决于胶质细胞及其提供的微环

境，与细胞黏附分子（ＣＡＭ）、细胞外

基质（ＥＣＭ）密切相关。近几年，随着

研究的深入，发现Ｎｏｇｏ蛋白及其受

体（ＮｇＲ）、肌苷、Ｆａｓ以及ｃＡＭＰ在中

枢神经损伤后再生的过程中起着重要

作用。然而，即使采用了种种改善微

环境的手段，还是没能达到脊髓功能

修复的满意效果，脊髓的损伤与修复

也成为神经科学领域尚未解决的难题

２５

正常成年小鼠脊髓内部结构的三维重建

作者：吴辉群， 耿兴云， 蒋葵， 吕广明， 韩笑， 季达峰， 董建成

作者单位：吴辉群,耿兴云,蒋葵(南通大学医学院医学信息学系,226001,江苏省南通市啓秀路11号)，吕广明,韩笑,季达峰(南通大学医学院人体解剖学教研室,江苏省神经再生重点实验室

,226001,江苏省南通市啓秀路11号)， 董建成(南通大学数字医学研究所所长,226001,江苏

省南通市啓秀路11号)

刊名：

中国数字医学

英文刊名：CHINA DIGITAL MEDICINE

年，卷(期)：2009,4(9)

1.Kaveh Barami;Fernando G Cellular transplant and spinal cord injury[外文期刊] 2000(03)

2.Allen Spinal Cord Atlas Seattle (WA):Allen Institute for Brain Science 2009

3.Walker J Spinal cord injuries:acute care management and rehabilitation 2009(42)

4.Manson TT;Khanuja HS;Jacobs MA Sagittal plane balancing in the total knee arthroplasty 2009(02)

rouche D;Paquet C;Fradette J Regeneration of skin and cornea by tissue engineering[外文期刊] 2009

6.Bilgen M;Peng W;Al-Hafez B Electrical stimulation of cortex improves corticospinal tract tracing

in rat spinal cord using manganese-enhanced MRI[外文期刊] 2006(1-2)

7.Chuang KH;Koretsky A Improved neuronal tract tracing using manganese enhanced magnetic resonance imaging with fast T(1) mapping[外文期刊] 2006(03)

8.王臻;滕勇;李涤尘基于快速成型的个体化人工半膝关节的研制-计算机辅助设计与制造[期刊论文]-中国修复重建外科杂志 2004(05)

9.Borah B;Gross GJ;Dufresne TE Three dimensional microimaging(micro MRI and micro CT),finite element modeling,and rapid prototyping provide unique insights into bone architecture in osteoporosis[外文期刊] 2001(02)

10.吕广明;吴辉群;汤乐民采Photoshop软件对成年SD大鼠脊髓中皮质脊髓束三维重建的研究[期刊论文]-解剖学报 2008(04)

本文链接：/Periodical_zgszyx200909008.aspx