郭東銘 謝 巍 譚建國(guó) 曹宇輝 姚 婕 鄧南星 周小兵

(南華大學(xué)人體形態(tài)中心, 衡陽(yáng) 421001)

隨著數(shù)字化技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)字化穿支皮瓣標(biāo)本的設(shè)計(jì)與制作已逐漸成為臨床皮瓣設(shè)計(jì)的重要輔助手段。傳統(tǒng)的標(biāo)本剝制技術(shù)耗時(shí)長(zhǎng)、破壞性大,標(biāo)本不能重復(fù)使用,難以顯示皮膚微血管立體構(gòu)筑。Saint-Cyr等[1]于2009年對(duì)不同部位的多個(gè)單穿支進(jìn)行了選擇性血管造影,并利用CT自配軟件首次繪制出3D可視化皮瓣。而隨著三維數(shù)字化技術(shù)在人體解剖學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用[2-6],唐茂林等[7-9]、周小兵等[10-12]將造影劑氧化鉛與明膠、羧甲基纖維素(carboxymethylcellulose, CMC)配制成混合填充劑進(jìn)行人體血管灌注,通過(guò)CT數(shù)據(jù)重建血管三維圖像,成功地將數(shù)字化圖像處理技術(shù)引入到全身動(dòng)脈三維可視化研究。然而，該方法在皮膚血管灌注顯示上仍然存在不足。本研究結(jié)合明膠-氧化鉛灌注技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),采用多點(diǎn)分部灌注,選擇羧甲基纖維素/氧化鉛水凝膠及乳膠-羧甲基纖維素/氧化鉛混合造影填充劑分量行全身動(dòng)脈造影,經(jīng)X線攝影、CT掃描采集數(shù)據(jù),利用Mimics軟件制做動(dòng)脈穿支皮瓣的三維重建,為臨床外科皮瓣的設(shè)計(jì)提供可靠的科研數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 標(biāo)本的采集與插管灌注點(diǎn)的選擇

選取身高155～170cm非外傷性死亡成人新鮮尸體標(biāo)本6具,男性3具、女性3具,年齡以青壯年最佳(20～45歲)。在雙側(cè)頸動(dòng)脈三角、肱二頭肌內(nèi)側(cè)溝及腹股溝韌帶內(nèi)側(cè)稍下方分別找到頸總動(dòng)脈、肱動(dòng)脈及股動(dòng)脈,并在腹腔找到腹主動(dòng)脈,分別切開(kāi)管壁行向心及離心插管,隨后灌注少量氨水(NH3·H2O)約100ml。然后用注射器灌注空氣持續(xù)沖洗,直至從靜脈流出清澈液體后,再將標(biāo)本移入盛有40℃恒溫水貯槽中待灌注。

1.2 造影填充劑的配制

用燒杯取500ml蒸餾水置于40℃～50℃的恒溫箱中,加入CMC 25g,充分?jǐn)嚢枞芙夂?置于40℃的恒溫箱中備用。100ml蒸餾水中加入氧化鉛125g攪拌混勻后,配成氧化鉛稀釋液,以紗布過(guò)濾備用。隨后取CMC母液400ml,氧化鉛稀釋液100ml,充分?jǐn)噭?最終混合成CMC氧化鉛造影填充劑。取標(biāo)膠乳膠CMC懸液共100ml，其中取橡膠乳膠-CMC懸浮液共100ml,其中乳膠溶液與CMC溶液比例為1∶1,再在其中加入25g氧化鉛,配制成乳膠-CMC/氧化鉛混合造影填充劑。這2種造影填充劑中氧化鉛的的濃度均為25%。

1.3 血管造影劑灌注

四肢、頭頸部動(dòng)脈行離心插管灌注乳膠-CMC/氧化鉛混合造影填充劑300～500ml,軀干內(nèi)臟動(dòng)脈在腹主動(dòng)脈行向心方向插管灌注CMC/氧化鉛造影劑400～600ml。

1.4 放射顯影CT掃描

按常規(guī)CT掃描條件： 512×512重建矩陣,0.5層厚,無(wú)間距連續(xù)掃描,窗位35～40、窗寬250～300。X線攝影條件： 53kV,50mA, 1/20s,線器濾(-)清晰地顯示體壁的血管分布狀況。獲取CT圖像以二維dicom格式輸入電子計(jì)算機(jī),作為人體血管數(shù)據(jù)集資料加以存儲(chǔ)保存。

2 結(jié)果

經(jīng)CMC氧化鉛及乳膠-CMC與氧化鉛合成的造影填充劑灌注后的人體各部血管,在X線或CT掃描下血管填充良好、顯影清晰，無(wú)中斷、空泡產(chǎn)生;血管邊緣光滑連續(xù);最小顯示血管達(dá)0.10mm左右。然后運(yùn)行Mimics 17.0軟件分割工具分別對(duì)骨骼、動(dòng)脈及軟組織進(jìn)行提取,并分別進(jìn)行體重建、表面重建,重建后各部血管三維圖像清晰、連續(xù),立體空間感強(qiáng)烈,并可多角度旋轉(zhuǎn)觀察。

2.1 頭面部動(dòng)脈血管X線及穿支皮瓣三維重建

頭面部動(dòng)脈造影在X線或CT掃描下血管顯像清晰(圖1A,見(jiàn)封三)。而以剝脫皮膚CT數(shù)據(jù)構(gòu)建了頭面皮膚微血管數(shù)字模型,在三維視圖上不僅可清晰顯示面動(dòng)脈、顳淺動(dòng)脈及其分支,諸如顳淺動(dòng)脈、眶上動(dòng)脈等小動(dòng)脈亦清晰可辨(圖1B,見(jiàn)封三)。采用表面重建的方法,分別劃分出面動(dòng)脈、額動(dòng)脈、顳淺動(dòng)脈、耳后動(dòng)脈和枕動(dòng)脈的解剖供血區(qū)域,重建后各區(qū)域中的血管三維圖像結(jié)構(gòu)清晰,層次分明,空間位置關(guān)系明了(圖1C,見(jiàn)封三)。

2.2 盆腔血管X線及腹前壁多組織穿支皮瓣三維可視化

對(duì)于盆腔及腹前壁多組織動(dòng)脈顯示,在灌注CMC-氧化鉛造影劑后經(jīng)掃描就可以達(dá)到理想的動(dòng)脈顯影效果(圖2A,見(jiàn)封三)。為了清晰地顯示盆腔血管及腹前壁多組織三維空間結(jié)構(gòu),便于對(duì)穿支進(jìn)行定位,有必要對(duì)一些標(biāo)志性結(jié)構(gòu),如： 臍、骨以及淺筋膜層等分別進(jìn)行三維重建。重建后可清晰顯示旋髂深動(dòng)脈、旋髂淺動(dòng)脈、髂腰動(dòng)脈、腰動(dòng)脈及其分支(圖2B,見(jiàn)封三)。Mimics 17.0軟件還可對(duì)所需組織進(jìn)行單獨(dú)配色及三維重建(圖2C,見(jiàn)封三)。

2.3 四肢及手前臂血管三維重建

運(yùn)用Mimics 17.0軟件,對(duì)四肢及手、足部各結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖像分割;利用閾值法、形態(tài)運(yùn)算、布朗運(yùn)算、Mask(面罩)編輯等方法,將感興趣區(qū)如血管、皮膚、骨骼分割成不同的Mask,分割后可清晰透視骨骼、血管、筋膜等配布狀況,真實(shí)感強(qiáng),仿真度高(圖3，見(jiàn)封三)。

3 討論

3.1 血管造影灌注材料選擇的意義

血管造影的效果主要取決于造影劑與載體的選擇,選用乳膠、羧甲基纖維素作為氧化鉛造影劑的載體優(yōu)點(diǎn)在于顆粒小、流動(dòng)性好,比較容易灌注到微小血管,常用于頭面部、四肢及手、足部位灌注。軀干內(nèi)臟器官或大管徑血管用羧甲基纖維素/氧化鉛混合造影填充劑灌注,同時(shí)結(jié)合多點(diǎn)分步灌注可獲得高質(zhì)量的血管顯影圖像。灌注后經(jīng)CT掃描顯示最小管徑達(dá)到0.1mm 左右,較原來(lái)顯示至0.40mm的血管管徑有所突破,該方法是重建數(shù)字化穿支皮瓣的前提和保障,使構(gòu)建的穿支血管數(shù)目、走行、分布范圍更加清晰逼真,對(duì)外科術(shù)前的皮瓣設(shè)計(jì)及教學(xué)研究具有重要意義。

3.2 三維重建數(shù)字化皮瓣血管的臨床意義

利用數(shù)字技術(shù)將掃描后的二維圖像轉(zhuǎn)換為三維數(shù)字化模型,通過(guò)面重建的方法重建某些重要的大血管,重建后模型表面美觀、空間位置清晰,適用于觀察該部位的結(jié)構(gòu)外形及毗鄰關(guān)系;而利用體重建構(gòu)建的模型結(jié)構(gòu)更加精確,適于復(fù)雜的、血管體之間吻合的微小結(jié)構(gòu)的重建,因此正確的重建方法是獲得準(zhǔn)確而真實(shí)的數(shù)字模型的保障,而高質(zhì)量的血管圖像是數(shù)字化模型重建的前提。分層體重建技術(shù)可以追蹤各穿支動(dòng)脈的來(lái)源血管并可直觀形象地顯示供區(qū)皮穿支動(dòng)脈的大小、走行方向、分布范圍、吻合情況。此外,結(jié)合透明觀察分層體重建技術(shù)單獨(dú)或搭配顯示不僅能夠精確、直觀地反映骨骼、血管、肌肉等內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)及其毗鄰的空間位置關(guān)系,而且還可以在三維空間對(duì)圖像進(jìn)行任意地顯示、測(cè)量、旋轉(zhuǎn)、切割、重組和縮放。三維可視化數(shù)字模型能夠?qū)λ杞Y(jié)構(gòu)部位進(jìn)行定量分析和動(dòng)態(tài)模擬,實(shí)現(xiàn)術(shù)前三維診斷和模擬手術(shù),有助于手術(shù)方案的制定并縮短手術(shù)時(shí)間,提高術(shù)后效果評(píng)價(jià),為手術(shù)的順利進(jìn)行提供安全性和可靠性。