神经信息学研究：多相机系统下的神经解剖学3D模型摄制

学术背景

中枢神经系统的外科解剖学，包括颅骨和脊柱，具有极其复杂的三维（3D）结构，这使得学习者难以完全理解各结构之间的复杂关系。准确了解这些解剖关系和3D感知对于进行安全的神经外科手术以及减少手术并发症至关重要。目前，教材和图谱仍然是教授人类解剖学和神经外科的标准方法（Rhoton, 2023）。然而，尸体解剖——被视为研究神经外科解剖学的最现实模型（Sotgiu et al., 2020）——成本高昂，并非所有神经外科和解剖学课程中都能普遍获得。因此，对于那些无法接触到实验室学习的学生，一种经济有效的神经解剖学教育方法显得尤为迫切。

论文来源

这项研究论文名为《Photogrammetry Scans for Neuroanatomy Education - A New Multi-Camera System: Technical Note》，由André S. B. Oliveira、Luciano C. P. C. Leonel、Megan M. J. Bauman、Alessandro De Bonis、Edward R. Lahood、Stephen Graepel、Michael J. Link、Carlos D. Pinheiro-Neto、Nirusha Lachman、Jonathan M. Morris和Maria Peris-Celda 等人共同撰写，分别来自美国明尼苏达州Rochester的Mayo Clinic，巴西Paraíba联邦大学以及意大利米兰的San Raffaele Scientific Institute. 该论文于2024年6月6日发表于Springer Nature。

研究流程

研究对象和材料准备

所有样本都由Mayo Clinic的“Body Donation Program”提供，并经过机构审查委员会（IRB 17-005898）批准。本研究使用了一具固定在福尔马林中的脑样本和一个干燥的头颅进行解剖和扫描。

实验仪器和设备

研究中采用一种基于5台数码单反相机（DSLR）的新型多相机摄影测量系统进行图像捕捉。样本放置在Medcreator扫描仪（Medreality, Thyng, Chicago, IL）中，进行3D模型的扫描制作。新系统配置了一个旋转平台，能够在标本旋转过程中从多个角度捕捉图像。

摄影测量过程

样本被放置在一个平台上，通过旋转平台以360度捕捉每一次旋转时的36张照片，整个过程约需15-20分钟。所有相机通过现实捕捉软件（Reality Capture）进行图像摄取及处理，生成的3D模型可在Sketchfab和Medreality平台展示，供用户自由操作和学习。

数据处理和模型展示

模型生成完成后，通过现实捕捉软件的校准和修正，消除了拍摄过程中的阴影和反光问题。最终的3D模型被上传至Sketchfab和Medreality平台，用户可通过任何电子设备自由操控这些3D模型，提高学习体验。

主要结果

研究发现，新系统较之前的三相机系统在图像捕捉和模型的精度与分辨率方面有了显著提升。这不仅缩短了模型制作时间，还增强了3D模型的质量。依托这些平台，学生和专业人士可在任何设备上免费访问和操作这些3D模型，这对神经解剖学教育有极大帮助，从而最终改善患者的手术效果。

研究结论及价值

本文证明了多相机系统的3D摄影测量技术在神经解剖学教育中的潜力和重要性。此系统不仅在提高模型的精度与分辨率方面表现优异，还通过缩短模型制作时间，为教育和实践提供了更便捷、高效的学习工具。此外，这项技术也提升了神经解剖学知识的普及度和获取便捷性，培养了学生和专业人士的三维空间感知能力，有助于减少手术并发症，提高临床效果。

研究亮点

本研究创新性地采用了五台DSLR相机的多相机系统，显著改善了3D模型的精度与分辨率，并简化了操作流程。这一创新不仅为实际教学提供了高精度的解剖模型，还缩短了模型制作时间，提高了教学资源的可获得性和使用便捷性。

其他重要信息

尽管该技术在教育和实践中有诸多益处，但采用这种方法制作3D模型仍需要高成本的实验室环境、专业设备和技术人员支持。为了最大化模型的教育效果，建议附加标签和注释，以便学习者更好地理解和掌握复杂的解剖结构。此外，使用虚拟现实和增强现实技术，还能提供更加沉浸式的学习体验。

前景展望

通过进一步优化和推广这一技术，不仅能提高神经解剖学的教学质量，还能为其他医学领域提供高效、低成本的3D建模解决方案。未来，随着技术的不断进步，这一系统有望在更广泛的医疗教育和临床应用中发挥重要作用。