活人體肝外膽管供血?jiǎng)用}三維可視化及臨床應(yīng)用研究.pdf

1、研究背景:
　　 肝移植術(shù)后缺血型膽道病變(ischemic-type biliary lesions，ITBL)、肝外膽管出血、損傷性膽管狹窄和膽道吻合口瘺發(fā)生均與膽管血運(yùn)的破壞相關(guān)聯(lián)。國內(nèi)外針對(duì)肝外膽管血供的研究主要在尸體及動(dòng)物模型上進(jìn)行，并且供給肝外膽管血液的動(dòng)脈均為腹腔動(dòng)脈各分支的終末支血管，具有來源多、分布復(fù)雜和變異情況多的特點(diǎn)。因此，若能在術(shù)前獲取、構(gòu)建忠實(shí)于患者實(shí)際解剖的個(gè)體化肝外膽管血供三維立體模型，深刻了解活人

2、體生理及病理情況下肝外膽管血供來源及分布的特點(diǎn)，可為臨床膽道外科手術(shù)方案的合理選擇及術(shù)后膽道并發(fā)癥的預(yù)防提供個(gè)體化形態(tài)學(xué)依據(jù)。
　　 亞毫米CT的出現(xiàn)和快速發(fā)展突破了活人體精細(xì)數(shù)據(jù)獲取的瓶頸，基于CT斷層圖像的數(shù)字化三維重建技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，使活人體肝外膽管血供三維可視化成為可能。醫(yī)學(xué)圖像三維可視化技術(shù)可將二維的斷層圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄庇^立體效果的圖像，展現(xiàn)人體器官的三維結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而提供若干傳統(tǒng)手法無法獲得的解剖信息，不僅解決了

3、尸體解剖標(biāo)本價(jià)格昂貴和來源匱乏的不足，而且為臨床外科操作提供更加真實(shí)準(zhǔn)確的解剖學(xué)指導(dǎo)。其中高質(zhì)量CT圖像數(shù)據(jù)和精細(xì)分割技術(shù)則是醫(yī)學(xué)圖像處理和分析中的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 目前國內(nèi)外的三維可視化軟件在圖像分割方法上多采用在二維CT圖像上選取種子點(diǎn)的區(qū)域生長(zhǎng)法。這種算法要求三維臨近點(diǎn)要符合生長(zhǎng)閾值要求，因此，只要在生長(zhǎng)過程中有一步不符合生長(zhǎng)條件，就立即停止生長(zhǎng)，造成分割斷裂，從而使得很多組織分割不完整、不精細(xì)，特別是管徑較小的血管分割提

4、取不出來，對(duì)不少應(yīng)用場(chǎng)合產(chǎn)生不利影響。除此之外，在二維圖像上選取種子點(diǎn)，用戶對(duì)解剖知識(shí)要求高，往往選不到理想的種子點(diǎn)，從而影響了分割的效果。
　　 基于上述問題，本課題基于高質(zhì)量亞毫米CT數(shù)據(jù)，攻關(guān)研究基于體繪制交互的分割新方法，改變傳統(tǒng)三維可視化軟件不能對(duì)微細(xì)管道進(jìn)行分割提取的缺陷，并將新的分割算法作為一個(gè)插件整合到具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的腹部醫(yī)學(xué)圖像三維可視化系統(tǒng)(Medical Image Three-Dimensional V

5、isualization System，MI-3DVS)（軟件專利號(hào):2008SR18798），程序化構(gòu)建活人體數(shù)字化肝外膽管血供3D模型，并根據(jù)肝外膽管血供的來源、分布特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化分型，探討其在肝外膽管梗阻性疾病手術(shù)決策中的應(yīng)用價(jià)值。
　　 一基于亞毫米CT掃描數(shù)據(jù)的肝外膽管供血?jiǎng)用}三維可視化模型的構(gòu)建
　　 目的:
　　 1.優(yōu)化CT數(shù)據(jù)采集方法，獲取高質(zhì)量肝外膽管血供亞毫米CT數(shù)據(jù);
　　 2.研

6、究基于體繪制交互的分割新算法，構(gòu)建活人體肝外膽管血供3D模型;
　　 3.研究數(shù)字化肝外膽管血供三維重建模型圖像與傳統(tǒng)解剖學(xué)圖像，對(duì)數(shù)字化肝外膽管血供3D模型與傳統(tǒng)解剖學(xué)圖像進(jìn)行比較研究。
　　 方法:
　　 1.研究對(duì)象:受檢者10名，其中男性7例，女性3例;年齡36-62歲，平均43.2歲。
　　 2.數(shù)據(jù)采集設(shè)備:
　　 (1)64層螺旋CT—PHILIPS Brilliance64（荷蘭P

7、HILIPS公司）;雙筒高壓注射器及造影劑（碘比樂370mg I/ml）。
　　 (2)圖像后處理工作站為PHILIPS Brilliance64層螺旋CT自帶的Mxview工作站;
　　 (3)南方醫(yī)科大學(xué)數(shù)字醫(yī)學(xué)臨床中心HP刀片式服務(wù)器、高配置計(jì)算機(jī);
　　 (4)腹部醫(yī)學(xué)圖像三維可視化系統(tǒng);
　　 3.高質(zhì)量肝外膽管血供亞毫米CT數(shù)據(jù)采集方法:
　　 (1)掃描前準(zhǔn)備:掃描前20-30min

8、口服500-1000m清水充盈胃腸道，掃描前立即喝清水500ml，以充盈胃腸道。
　　 (2)平掃:常規(guī)平掃時(shí)患者取仰臥位，頭足方向，由膈頂至腎下極，掃描參數(shù):管電壓120KV、管電流300mAs、每旋轉(zhuǎn)1周時(shí)間為0.5s、螺距(pitch)0.984、層厚5mm，采用0.625×64排探測(cè)器組合，掃描視野60-70cm，矩陣512×512。
　　 (3) CTA掃描采用試驗(yàn)注射法（小劑量預(yù)注射法）。
　　 (4

9、)常規(guī)增強(qiáng)掃描:CTA掃描結(jié)束后，于注射對(duì)造影劑開始后30-35s行動(dòng)脈晚期掃描，50-55s行門靜脈期掃描，每期掃描時(shí)間約6-8s。
　　 (5) CT薄層掃描數(shù)據(jù)的傳送及儲(chǔ)存:在Mxview工作站進(jìn)行CT斷面圖像數(shù)據(jù)薄層重建(0.625mm)，格式為DICOM(Digital Imaging andCommunications in Medicine)3.0，然后通過內(nèi)部專線網(wǎng)絡(luò)傳輸至南方醫(yī)科大學(xué)數(shù)字醫(yī)學(xué)臨床中心HP刀片式服

10、務(wù)器并存盤導(dǎo)出。
　　 4.肝外膽管血供3D模型構(gòu)建方法:
　　 (1)基于體繪制交互的圖像分割算法:先進(jìn)行體繪制重建，通過窗寬和窗位調(diào)節(jié)，得到所需組織最清晰的三維圖像，直接在體繪制圖像上取得三維種子點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)域生長(zhǎng)，同時(shí)在體繪制圖像上顯示生長(zhǎng)的過程，當(dāng)生長(zhǎng)停止時(shí)可以通過人機(jī)交互，在體繪制三維圖像上進(jìn)行修補(bǔ)。特別對(duì)于微細(xì)血管，通過局部放大，并對(duì)斷續(xù)小血管進(jìn)行連接，再進(jìn)行分割，可以把局部小血管提取出來。使得組織分割，特別對(duì)

11、血管分割更精細(xì)，達(dá)到與體繪制相同的分辨率水平。當(dāng)用戶滿意當(dāng)前分割結(jié)果時(shí)可以立即將當(dāng)前的分割結(jié)果保存，并進(jìn)行快速的面繪制三維重建。
　　 (2)把基于體繪制交互的分割算法作為一個(gè)分割插件整合到腹部醫(yī)學(xué)圖像三維可視化系統(tǒng)(MI-3DVS)中，將DICOM格式的亞毫米CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MI-3DVS中進(jìn)行配準(zhǔn)、分割、三維重建。
　　 ①血管三維重建:使用基于體繪制交互的分割算法完成對(duì)亞毫米CT斷層圖像中的血管數(shù)據(jù)分割，采用面繪制方

12、法進(jìn)行臟器三維重建。
　　 ②膽道、胰腺等腹腔臟器重建:使用區(qū)域生長(zhǎng)法完成分割，采用面繪制方法進(jìn)行臟器三維重建。
　　 (3)3D模型的后處理及立體結(jié)構(gòu)觀察分析
　　 通過MI-3DVS中的面數(shù)據(jù)圖形處理工具對(duì)3D模型進(jìn)行平滑和去噪，然后將肝外膽管血供3D模型在空間上組合和顯示，通過放大、縮小、旋轉(zhuǎn)可視化3D模型來觀察、分析肝外膽管供血?jiǎng)用}起源和分布特點(diǎn)。
　　 5.與傳統(tǒng)的解剖學(xué)圖像進(jìn)行對(duì)比分析:采用基

13、于亞毫米CT數(shù)據(jù)的肝外膽管血供三維可視化模型圖像，與傳統(tǒng)的解剖學(xué)素描圖像進(jìn)行對(duì)比分析。
　　 結(jié)果:
　　 1.使用試驗(yàn)注射法采集的亞毫米CT數(shù)據(jù)圖像質(zhì)量高，膽道系統(tǒng)、肝外膽管周圍動(dòng)脈、胰腺及壺腹周圍病變顯示清晰。
　　 2.肝外膽管血供的3D模型立體感強(qiáng)，可多方位自由旋轉(zhuǎn)，能清晰顯示肝外膽管血供的來源及分布特點(diǎn)，上段肝外膽管血供來源包括肝右動(dòng)脈、膽囊動(dòng)脈、肝左動(dòng)脈和肝固有動(dòng)脈;下段肝外膽管血供來源包括胰十二指腸

14、上后動(dòng)脈、胃十二指腸動(dòng)脈、膽囊動(dòng)脈和門靜脈后動(dòng)脈。
　　 3.肝外膽管血供3D模型真實(shí)，立體感強(qiáng)，可以從不同角度進(jìn)行三維空間的解剖關(guān)系觀察;傳統(tǒng)素描解剖學(xué)圖譜只能顯示平面的解剖結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)手法單一，但其可根據(jù)手術(shù)顯微鏡所觀察的尸體標(biāo)本灌注情況，還原繪制膽管周圍動(dòng)脈叢等3D模型無法顯示的血管。
　　 結(jié)論:
　　 1.采集方法優(yōu)化后的64層螺旋CT可以獲得高質(zhì)量的肝外膽管血供亞毫米CT數(shù)據(jù)，各脈管系統(tǒng)顯影良好，能夠區(qū)

15、分出微細(xì)結(jié)構(gòu)的影像學(xué)特征，能滿足肝外膽管供血?jiǎng)用}分割、三維重建的要求。
　　 2.基于體繪制交互的分割方法能夠?qū)Ω瓮饽懝芄┭?dòng)脈進(jìn)行分割、提取;使用MI-3DVS重建的3D模型能夠真實(shí)反映患者肝外膽管及供血?jiǎng)用}立體解剖結(jié)構(gòu)。
　　 3.三維重建圖像更為真實(shí)直觀，更加便于學(xué)習(xí)和理解，虛擬重建圖像形象逼真，能真實(shí)還原組織器官結(jié)構(gòu)的本來面貌，是解剖學(xué)研究和學(xué)習(xí)的新途徑。
　　 二膽道梗阻性疾病肝外膽管血供三維可視化及

16、臨床應(yīng)用研究
　　 目的:
　　 1.研究膽道梗阻患者肝外膽管血供分布特點(diǎn)并進(jìn)行分型;
　　 2.研究肝外膽管血供3D模型在肝外膽管梗阻性疾病手術(shù)決策中的應(yīng)用價(jià)值。
　　 方法:
　　 1.研究對(duì)象:2012年1月至2012年12月南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院肝外膽管梗阻性疾病患者41例，其中男25例，女16例;年齡31～81歲，平均年齡46.3歲;肝外膽管平均直徑24.3±5.1mm(16～34mm)。

17、臨床診斷:膽道結(jié)石15例，膽總管下端炎性狹窄5例，胰頭部或壺腹周圍腫瘤21例。
　　 2.數(shù)據(jù)采集設(shè)備同第一部分。
　　 3.亞毫米CT數(shù)據(jù)收集方法同第一部分。
　　 4.肝外膽管血供數(shù)據(jù)分割及三維重建方法同第一部分。
　　 5.根據(jù)膽囊管匯入肝外膽管位置將肝外膽管分成上、下段，依據(jù)3D模型中肝外膽管血供來源及分布的特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化分型:
　　 上段肝外膽管血供分為2型，Ⅰ型為肝右動(dòng)脈供血型，再根據(jù)

18、是否聯(lián)合其他動(dòng)脈供血分出3個(gè)亞型;Ⅱ型為肝左動(dòng)脈聯(lián)合膽囊動(dòng)脈供血型。下段肝外膽管血供分成3型，Ⅰ型為胰十二指腸上后動(dòng)脈供血型，再根據(jù)是否聯(lián)合其他動(dòng)脈供血分出3個(gè)亞型;Ⅱ型為胃十二指腸動(dòng)脈及主要支供血型（胰十二指腸上后動(dòng)脈除外）;Ⅲ型為起源于胃十二指腸動(dòng)脈的膽囊動(dòng)脈供血型。
　　 6.術(shù)式?jīng)Q策及手術(shù)效果評(píng)價(jià):
　　 術(shù)前通過對(duì)41例患者肝外膽管血供3D模型進(jìn)行三維可視化觀察，詳細(xì)了解肝外膽管血供來源及分布特點(diǎn)，并進(jìn)行術(shù)前規(guī)

19、劃，包括術(shù)中膽總管切開位置、膽腸吻合方式及膽總管橫斷位置的選擇。術(shù)后觀察并記錄并發(fā)癥發(fā)生情況，主要包括有無膽道狹窄、膽腸吻合口狹窄、膽瘺、膽道出血等。
　　 結(jié)果:
　　 1.采集的肝外膽管血供亞毫米CT數(shù)據(jù)圖像質(zhì)量高，膽道系統(tǒng)、肝外膽管周圍動(dòng)脈、胰腺及壺腹周圍病變顯示清晰。
　　 2.41例肝外膽管血供3D模型完全忠實(shí)于患者實(shí)際解剖特點(diǎn)，清楚顯示個(gè)體化肝外膽管血供的起源、走行、分布及變異情況，同時(shí)還可以立體顯示

20、膽道結(jié)石、腫瘤與周圍臟器及血管的立體解剖關(guān)系。
　　 3.分別按照上、下段肝外膽管血供特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化分型:
　　 41例患者上段肝外膽管血供IA型6例，占14.6％; IB型17例，占41.5％;IC型12例，占29.3％;Ⅱ型6例，占14.6％。
　　 41例下段肝外膽管血供IA型13例，占31.7％; IB型13例，占31.7％; IC型4例，占9.8％;Ⅱ型7例，占17.0％;Ⅲ型4例，占9.8％。

21、　　 4.41例均順利行手術(shù)治療，手術(shù)方式包括膽總管切開取石術(shù)15例，膽管空腸端側(cè)吻合術(shù)22例（其中胰十二指腸切除術(shù)21例），保留十二指腸的胰頭切除術(shù)1例，膽管空腸側(cè)側(cè)吻合術(shù)3例。術(shù)中膽道手術(shù)方式與術(shù)前規(guī)劃完全符合。術(shù)中所見肝外膽管形態(tài)，肝外膽管血供走行情況、肝動(dòng)脈變異情況，結(jié)石分布、腫瘤與血管毗鄰關(guān)系均與術(shù)前3D模型相符。全組無術(shù)中及術(shù)后膽道出血、術(shù)后膽瘺發(fā)生，全組病人隨訪3-15個(gè)月，無肝外膽管狹窄、膽腸吻合口狹窄發(fā)生。
　

22、　 結(jié)論:
　　 1.數(shù)字化肝外膽管血供分型有助于對(duì)上、下段肝外膽管血供類型進(jìn)行正確診斷，并根據(jù)手術(shù)主要操作的肝外膽管部位進(jìn)行術(shù)前評(píng)估，合理選擇手術(shù)方式。
　　 2.肝外膽管血供三維可視化模型可以真實(shí)反映肝外膽管梗阻患者的個(gè)體化肝外膽管血供特點(diǎn)，為膽道手術(shù)方案的制定提供詳實(shí)的膽管血供信息，可以指導(dǎo)術(shù)中膽總管切開位置、膽腸吻合方式及膽總管橫斷位置的選擇，增加手術(shù)成功率，減少術(shù)后膽道并發(fā)癥的發(fā)生。
　　 三三維可視

23、化技術(shù)在胰十二指腸切除術(shù)合并肝動(dòng)脈變異診治中的應(yīng)用
　　 目的:
　　 研究腹部醫(yī)學(xué)圖像三維可視化系統(tǒng)(MI-3DVS)在胰十二指腸切除術(shù)合并肝動(dòng)脈變異患者診治決策中的價(jià)值。
　　 方法:
　　 1.研究對(duì)象:2010年1月至2012年7月南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院和第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院114例成功行胰十二指腸切除術(shù)的胰頭或壺腹周圍腫瘤患者。
　　 2.亞毫米CT數(shù)據(jù)采集設(shè)備及3D重建方法同第二部分，2

24、1例CTA掃描采用試驗(yàn)注射法，93例CTA掃描采用團(tuán)注追蹤法。
　　 3.手術(shù)方法及手術(shù)效果評(píng)價(jià):
　　 術(shù)前通過對(duì)3D模型進(jìn)行多角度旋轉(zhuǎn)觀察，詳細(xì)了解變異肝動(dòng)脈情況，并結(jié)合病史資料進(jìn)行診斷及腫瘤可切除性評(píng)估，制定詳細(xì)手術(shù)方案。并對(duì)變異肝動(dòng)脈起始部至腸系膜上動(dòng)脈起始部的距離進(jìn)行測(cè)量，最后與術(shù)中探查結(jié)果和術(shù)后腹腔動(dòng)脈DSA結(jié)果相對(duì)照。
　　 術(shù)后觀察并記錄并發(fā)癥發(fā)生情況，包括有無肝膿腫、肝功能不全、膽腸吻合口瘺、胰

25、瘺、腹腔出血、消化道出血等。
　　 結(jié)果:
　　 1.腹部臟器3D模型可清楚顯示腫瘤的大小及形態(tài)、血管的起源及走行、腫瘤與臟器及血管的立體解剖關(guān)系，共發(fā)現(xiàn)變異肝動(dòng)脈14例(12.3％，14/114)，包括替代肝右動(dòng)脈起自腸系膜上動(dòng)脈者9例(7.9％，9/114)，替代肝總動(dòng)脈起自腸系膜上動(dòng)脈3例(2.6％，3/114)，替代肝左動(dòng)脈起自胃左動(dòng)脈2例(1.8％，2/114)，其中2例替代肝右動(dòng)脈經(jīng)過胰頭組織實(shí)質(zhì)，但無腫瘤浸

26、潤(rùn)。3D模型中測(cè)量12例起源于腸系膜上動(dòng)脈的變異肝動(dòng)脈起始部至SMA起始部距離為15.3-38.8mm，平均25.9±6.9mm。
　　 2.14例肝動(dòng)脈變異患者均行標(biāo)準(zhǔn)的胰十二指腸切除術(shù)，和術(shù)中探查及術(shù)后DSA檢查對(duì)比，MI-3DVS對(duì)變異肝動(dòng)脈診斷的敏感度、特異度和準(zhǔn)確率均為100％。MI-3DVS指導(dǎo)下的術(shù)前規(guī)劃與術(shù)中探查結(jié)果均符合。14例肝動(dòng)脈變異患者無圍手術(shù)期死亡，術(shù)后無肝膿腫、膽瘺、肝功能衰竭等并發(fā)癥發(fā)生。