三種人體數(shù)據(jù)集的腓骨瓣三維可視化應(yīng)用研究.pdf

1、當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的時代，多學(xué)科融合、交叉是各類學(xué)科發(fā)展的必要途徑與趨勢。數(shù)字醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)及計算機(jī)系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用，可將患者的影像模型化，并根據(jù)基礎(chǔ)、臨床需要任意變形或修改，建立個性化三維圖像模型。并應(yīng)用數(shù)字可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)教學(xué)和研究、臨床培訓(xùn)、手術(shù)規(guī)劃，增加教學(xué)培訓(xùn)的直觀性以及手術(shù)的可靠性與安全性。針對顯微外科領(lǐng)域骨、皮瓣的血管系統(tǒng)進(jìn)行的解剖學(xué)研究已廣泛開展，例如大體解剖、血管鑄型等。同時多層CT在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用，為我們開展骨、皮

2、瓣形態(tài)學(xué)研究提供了新的手段和發(fā)展空間。無損傷、直觀性強(qiáng)的多層CT，在心腦血管病變、椎管形態(tài)學(xué)研究方面取得了一些成功經(jīng)驗，加之計算機(jī)處理技術(shù)手段的不斷完善，使得重建骨、皮瓣的三維解剖成為必須和可能，這為立體觀察骨、皮瓣血供情況以及制定最佳的手術(shù)入路和治療方案奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了由平面解剖向立體解剖和數(shù)字解剖的發(fā)展。 現(xiàn)在臨床上，骨、皮瓣的設(shè)計主要依賴醫(yī)生的臨床經(jīng)驗。要確定骨、皮瓣的位置、大小、幾何形狀以及與周圍血管組織之間的空間關(guān)系，

3、只能憑醫(yī)生在頭腦中抽象的思維，無法準(zhǔn)確地定量分析。然而醫(yī)生的構(gòu)思和手術(shù)經(jīng)驗很難為手術(shù)組每一位成員所共享，手術(shù)操作更難以達(dá)到默契。而對于那些復(fù)雜的血管結(jié)構(gòu)，術(shù)前、術(shù)中僅僅依靠眼觀，則往往只能停留在表面，即使有經(jīng)驗的醫(yī)生也很難感知其中內(nèi)在的立體解剖結(jié)構(gòu)關(guān)系。為適應(yīng)骨、皮瓣外科學(xué)的發(fā)展，骨、皮瓣復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維可視化影像系統(tǒng)的建立，為基礎(chǔ)教學(xué)、臨床醫(yī)生的培訓(xùn)、手術(shù)入路的設(shè)計和手術(shù)過程的虛擬以及術(shù)中的精確導(dǎo)航提供支持，同時隨著人體標(biāo)本來源的日趨減

4、少，有必要建立一整套包括常用皮瓣、肌瓣和骨瓣在內(nèi)的三維可視化的解剖以供骨科臨床教學(xué)和訓(xùn)練所用。隨著虛擬人、計算機(jī)虛擬技術(shù)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的快速發(fā)展，使得虛擬骨、皮瓣外科手術(shù)的研究與應(yīng)用成為可能。數(shù)字可視化技術(shù)可以縮短學(xué)習(xí)過程、有效的掌握三維解剖、有利于手術(shù)的設(shè)計和模擬訓(xùn)練、降低手術(shù)風(fēng)險、提高骨、皮瓣外科治療水平。 目前數(shù)字化骨、皮瓣的三維建模材料通常來源于血管造影CT圖像、尸體氧化鉛灌注標(biāo)本CT掃描圖像和虛擬人冰凍切片。64排

5、螺旋CT能夠提供人體薄層、端面和清晰圖像，而虛擬人體數(shù)據(jù)庫為真彩圖像，能夠清晰顯示微細(xì)血管。醫(yī)學(xué)圖像重建軟件Amira具有強(qiáng)大的高級數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)。本課題在此基礎(chǔ)上，將血管造影CT圖像、尸體氧化鉛灌注標(biāo)本CT掃描圖像和虛擬人冰凍切片，應(yīng)用Amira軟件重建患者個性化帶血管的腓骨瓣。力圖對三種數(shù)據(jù)集重建的理想解剖模型加以對比，以供解剖教學(xué)、臨床培訓(xùn)所需。 目的： 1.依據(jù)正常成人的血管造影后CT圖像（computerize

6、d tomography angiography CTA），三維構(gòu)建（three-dimengtion 3D）正常成人的數(shù)字化帶血管的腓骨瓣。 2.依據(jù)尸體氧化鉛灌注標(biāo)本CT掃描圖像，三維構(gòu)建尸體標(biāo)本的數(shù)字化腓骨瓣。 3.依據(jù)虛擬人冰凍切片，三維構(gòu)建虛擬人的數(shù)字化腓骨瓣。 4.分析三種數(shù)據(jù)集重建腓骨瓣數(shù)字化可視模型的優(yōu)勢與局限性。 方法： 1.健康自愿者2人經(jīng)肘靜脈注射造影劑，使用64排多層螺旋C

7、T進(jìn)行雙下肢掃描，掃描范圍從股骨下端至足趾，管壓120kV，管電流250～300mA，層厚1mmX64，床速47.5mm/圈，螺距0.891，圖像重建層厚1mm，重建間隔0.5mm。增強(qiáng)對比劑均選用非離子型對比碘比樂，用高壓注射器，注射流率為3.5～4.0ml/s，經(jīng)肘靜脈快速加壓靜脈注射，注射對比劑總量1.5ml/kg。選主動脈層面，使用64層螺旋CT三維工作站和個人計算機(jī)進(jìn)行圖像后處理，并進(jìn)行多比。觀察腓動脈及其分支分布及彼此間的吻

8、合情況，將下肢二維灰度.DICOM格式圖像以三維體數(shù)據(jù)的形式輸入計算機(jī)，應(yīng)用Amira4.1軟件對腓動脈及腓骨的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建并立體顯示。 2.取新鮮捐獻(xiàn)尸體1具，采用改良的明膠.氧化鉛灌注術(shù)經(jīng)腹主動脈灌注，灌注后對雙下肢行連續(xù)螺旋CT掃描，掃描條件：120kV，110mAs，參數(shù)：層厚2mm，矩陣512×512.利用Amira提供的畫筆（Brush），套索（Lasso）、魔術(shù)棒（Magic wand）和Blow四種圖像分割工

9、具，對皮膚、血管及骨骼結(jié)構(gòu)進(jìn)行輪廓提取、生成面片。根據(jù)計算機(jī)的配置情況對輪廓進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕M(jìn)行表面重建和體重建。觀察腓動脈及其分支的分布情況。 3.應(yīng)用“虛擬中國人”（virtual Chinese human VCH）男性3號數(shù)據(jù)集，在薄層斷面圖像上觀察小腿主要解剖結(jié)構(gòu)，應(yīng)用Anura4.1軟件對小腿主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算機(jī)三維重建并立體顯示。 結(jié)果： 健康自愿者的血管造影CT掃描圖像，能清楚地顯示動脈和其它組織的

10、關(guān)系，明膠-氧化鉛灌注的血管造影的優(yōu)勢是可清楚地顯示脈管及其分支，但不能正是它們各部分之間的組織。VCH斷層解剖結(jié)構(gòu)觀察小腿圖像，可清新地顯示骨、動脈、軟組織的層次關(guān)系。 通過計算機(jī)重建了帶血管腓骨瓣的主要構(gòu)成，重建的三維結(jié)構(gòu)可以多彩透明或任意組合顯示，經(jīng)不同的角度觀察，整體顯示清晰、實(shí)體感強(qiáng)，皮膚、動脈、游離腓骨的相互關(guān)系一目了然，在三維表面重建的圖像中可清楚地觀察到個解剖結(jié)構(gòu)的形態(tài)，特別是動脈分支和體表投影情況得到了很好的顯

11、示。在表面三維重建的靜態(tài)顯示基礎(chǔ)上，將計算出的圖像全部保存下來，使用MovieMaker模塊創(chuàng)建電影文件（Creating movie files），將其制作為電影，畫面清晰流暢，直觀、可完成360°的旋轉(zhuǎn)，立體的顯示其形態(tài)特征。 結(jié)論： 1、應(yīng)用血管造影后CT、氧化鉛灌注標(biāo)本CT和虛擬人冰凍切片三維重建數(shù)字化骨皮瓣可以提高臨床醫(yī)師對皮瓣觀察和手術(shù)設(shè)計水平，也為術(shù)前診斷和外科治療提供了良好的形態(tài)學(xué)依據(jù)。 2、利用

12、可視化技術(shù)可對重建骨皮瓣的三維圖像進(jìn)行立體、多角度、可視化、動態(tài)的觀測，能夠準(zhǔn)確的顯示骨皮瓣的血供來源與血供形式，完善和豐富了顯微外科的臨床與解剖教學(xué)。直觀、立體地觀察動脈主干與分支情況，得到滿意的結(jié)果，三種不同的構(gòu)建方式得到了結(jié)果的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了由二維向三維、由平面解剖向立體解剖、由組織解剖向數(shù)字解剖、由靜態(tài)解剖向動態(tài)解剖的理想解剖模式，更有利于臨床醫(yī)生的術(shù)前設(shè)計。 3、基于個人計算機(jī)的骨、皮瓣可視化研究系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，為臨床醫(yī)生提