周围神经束结构与性质关系的光学显微成像研究

论文摘要

随着工农业、交通和社会建设发展,周围神经损伤的发病率极高,已经成为临床的常见病、多发病,四肢任何部位的外伤、感染、压迫和缺血都可能导致相应的神经功能损伤。然而,由于识别技术上的相对落后以及医生对于神经的精细结构缺乏足够清晰的认识,在手术中诊断受损神经束的性质存在难度,患者的神经功能往往得不到有效治疗,据统计神经损伤修复后功能完全恢复者仅占10%～25%,有的病人因此造成残疾而丧失了劳动能力。目前,周围神经束性质鉴别的主要方法有：电生理、酶组织化学、免疫组织化学和解剖学定位方法,但这些方法都存在着准确率过低或步骤繁琐,时间过长等问题,限制了在临床中的应用与推广。光学成像方法由于其高空间分辨率,非接触式和非侵入性的特点,尤其适用于周围神经束性质鉴别的研究,但目前仍然没有相关的研究和应用。相对于传统的鉴别方法,我们建立了无需染色标记的光学成像方法直观动态的显示神经束内的纤维分布组成以及神经损伤后形态结构的变化,这对于临床显微外科手术有着非常重要的意义。本文取得的主要研究成果如下：(1)针对目前周围神经束精细结构认识的不足,利用免疫荧光标记技术研究了Beagle犬脊神经感觉束和运动束的结构,并发现了感觉神经束内纤维并行排列,运动神经束内纤维扭缠分布的结构特点；通过不同厚度的连续切片,在人体尺神经的感觉束和运动束中观察到了神经纤维在束内穿行的变化过程；结合免疫荧光标记技术和激光扫描共聚焦显微成像技术,对Beagle犬的脊神经进行连续光学切片,定量的比较了感觉束和运动束不同厚度光学切片的相似度,并且成功的对感觉束和运动束的精细结构进行了三维重建,最后在这些结构特征的基础上,建立了周围神经感觉束和运动束的三维结构模型。(2)建立了基于微分干涉相衬成像快速鉴别周围神经束性质的方法,在感觉神经束内发现了规则分布的圆环特征,在运动神经束内发现了交错分布的条纹特征,并针对这些干涉特征进行了定量的提取和计算,结果表明与我们提出的神经束三维结构的投影特征完全一致。从临床实用性的角度出发,研究了适用于微分干涉成像技术的快速制备方法,使整个鉴别过程(固定,包埋,切片,成像)的总时间缩短至30分钟以内。(3)通过非线性光学成像的方法对急性分离的Beagle犬脊神经进行了实验研究。采用790m的飞秒脉冲激光,可以同时记录神经束束膜的双光子激发自发荧光信号和背向二次谐波信号。在神经束横断面的研究中,证实了感觉束的筛孔状纤维排列特征和运动束的条纹分布特征并建立了适合于保存急性分离神经束生理状态的方法,这一结果将为临床上的活体实验提供指导；在对神经束束膜的纵剖面研究中,发现感觉束和运动束束膜上的胶原蛋白含量有显著性差异,而弹性蛋白的含量无显著差异；分析了胶原蛋白纤维分布的FFT频谱和灰度共生矩阵的纹理特征,发现在胶原蛋白纤维取向,对比度,角二阶矩,相关性等纹理特征上存在着显著的差异；在轴向逐层深度扫描并进行三维重建,通过最大投影算法发现了感觉束束膜上的弹性蛋白分布呈现网状的特征,而运动束束膜上的弹性蛋白取向与神经束的走向平行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 周围神经结构及损伤修复
• 1.2 周围神经的修复重建方法
• 1.3 周围神经损伤修复研究进展
• 1.4 本文主要内容
• 2 周围神经精细结构的共聚焦显微成像
• 2.1 引言
• 2.2 仪器和方法
• 2.3 周围神经束的免疫荧光双色标记与成像
• 2.4 周围神经束的共聚焦成像和三维重建
• 2.5 讨论
• 2.6 本章小结
• 3 固定后周围神经束性质的微分干涉快速鉴别法
• 3.1 引言
• 3.2 微分干涉成像系统
• 3.3 周围神经组织的快速制备
• 3.4 周围神经束的微分干涉特征
• 3.5 讨论
• 3.6 本章小结
• 4 急性分离周围神经束性质的非线性光学鉴别方法
• 4.1 引言
• 4.2 周围神经束的双光子自发荧光成像
• 4.3 周围神经束的二次谐波成像
• 4.4 周围神经自发荧光与二次谐波信号的共定位
• 4.5 讨论
• 4.6 本章小结
• 5 总结
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 本文的主要创新之处
• 5.3 进一步的工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者攻读博士学位期间发表论文