冠狀動脈三維可視化系統(tǒng)在冠心病介入診療中的臨床應(yīng)用

何 云，晉 軍，成小鳳，胡建波，何永銘

人口老齡化后冠心病發(fā)病率逐漸增高，經(jīng)皮冠狀動脈介入治療(percutaneous coronary intervention，PCI)是冠心病治療的重要手段之一，極大的提高了冠心病臨床治療效果，改善了患者生活質(zhì)量，延長了患者生存時間。但目前冠狀動脈慢性完全閉塞病變(coronary chronic total occlusion，CTO)是介入治療的難題，其主要原因是冠狀動脈介入手術(shù)仍然依靠常規(guī)的心血管造影平面二維圖像分析及手術(shù)操作者目測、操作經(jīng)驗來實施介入診療操作，術(shù)者判斷的主觀性增加了冠狀動脈介入手術(shù)操作的難度和介入診療的效果［1－2］。冠狀動脈三維可視化系統(tǒng)(V1.02)突破了目前國內(nèi)外仍用二維平面顯像技術(shù)的局限性，克服了憑介入操作者目測、操作經(jīng)驗來確定介入方式的主觀性。目前我科61例CTO患者應(yīng)用了三維可視化系統(tǒng)(V1.02)輔助PCI治療，取得了良好的效果，現(xiàn)報道如下。

1 材料與方法

1.1 病例資料 收集2011年3月～2013年6月第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院心血管內(nèi)科CTO病變患者121例，根據(jù)是否使用三維可視化系統(tǒng)(V1.02)進(jìn)行PCI治療進(jìn)行隨機分組。單獨冠狀動脈介入影像分析定量系統(tǒng)60例，作為對照組，其中男41例，女19例，年齡51～78(65±11)歲，合并高血壓23例，高脂血癥15例，糖尿病6例，肝腎功能不全2例。在冠狀動脈介入影像分析系統(tǒng)基礎(chǔ)上結(jié)合三維可視化系統(tǒng)(V1.02)61例，作為觀察組，其中男45例，女26例，年齡49～77(63±12)歲，合并高血壓19例，糖尿病5例，高脂血癥10例，糖尿病8例，肝腎功能不全3例。兩組患者性別構(gòu)成比、年齡、合并高血壓、糖尿病及高脂血癥等臨床資料比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。該技術(shù)不涉及患者本人機體，屬無創(chuàng)傷技術(shù)范疇，無技術(shù)風(fēng)險，不涉及醫(yī)學(xué)倫理，PCI術(shù)前均由患者或是授權(quán)委托人簽署手術(shù)同意書。

1.2 入選與排除標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 入選標(biāo)準(zhǔn) ①年齡18～85歲;②冠狀動脈狹窄程度為100%，且閉塞時間≥3個月，病變適于置入冠狀動脈支架，同一血管重疊置入支架不超過3枚;③ 術(shù)前完善了冠狀動脈CTA;④ 受試者必須理解并且能夠堅持訪視計劃。

1.2.2 排除標(biāo)準(zhǔn) ① 病變不適合行或者患者不愿行PCI治療;② 對對比劑任何成分過敏;③ 嚴(yán)重凝血功能障礙;④ 過去5年內(nèi)有惡性腫瘤史(除外可醫(yī)治的非黑色素瘤的皮膚惡性腫瘤);⑤處于免疫缺陷狀態(tài)者(如HIV感染);⑥既往有精神障礙，藥物/酒精濫用;⑦有其他妨礙受試者提供自愿知情同意的情況;⑧已參加或計劃參加其他藥物或裝置的干預(yù)性研究;⑨研究者認(rèn)為存在任何不適合入選或影響患者參與或完成研究的其他因素。

1.3 技術(shù)方法 ① 數(shù)據(jù)獲取與配準(zhǔn):分別采集可視化人體數(shù)據(jù)集和患者64層冠狀動脈CT數(shù)據(jù)的連續(xù)斷層圖像，根據(jù)每幅圖像上的4個標(biāo)準(zhǔn)定位點，利用剛體變換原則，用三維可視化系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動配準(zhǔn)。②心臟冠狀動脈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)分割:根據(jù)臨床要求對可視化人體數(shù)據(jù)和CT數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，由斷層解剖、醫(yī)學(xué)影像研究人員逐層進(jìn)行冠狀動脈結(jié)構(gòu)的半自動分割提取，并對分割區(qū)域賦予特定的紅綠藍(lán)顏色。③結(jié)構(gòu)標(biāo)識:對冠狀動脈結(jié)構(gòu)二維圖像上的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)識，使之與其空間信息相聯(lián)系，使解剖結(jié)構(gòu)名稱與結(jié)構(gòu)的一組體素相對應(yīng)，完成結(jié)構(gòu)標(biāo)識的功能。④心臟冠狀動脈結(jié)構(gòu)的三維重建:使用課題組自行設(shè)計的軟件，采用面繪制和體繪制的方法，構(gòu)建心臟冠狀動脈結(jié)構(gòu)的幾何模型和體素模型。⑤開發(fā)三維可視化冠狀動脈介入輔助軟件:在導(dǎo)絲或支架球囊通過閉塞段時，輔助系統(tǒng)提供實時的多角度投照影像參數(shù)，提供手術(shù)徑路，確定手術(shù)方式及指導(dǎo)手術(shù)器械到達(dá)病變的精確位置，通過疊加比較介入手術(shù)前后的三維影像學(xué)資料，對手術(shù)效果進(jìn)行即時及預(yù)后判定。見圖1。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件分析，計數(shù)資料用率表示，采用χ2檢驗;計量資料以±s表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者手術(shù)成功率、并發(fā)癥和手術(shù)時間的比較 觀察組和對照組介入成功率分別為88.5%(54/61)和73.3%(44/60)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05);并發(fā)癥發(fā)生率分別為3.3%(2/61)和16.7%(10/60)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05);手術(shù)時間分別(75.9±9.2)min和(101.5±15.8)min，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)。

2.2 兩組患者手術(shù)失敗原因和并發(fā)癥發(fā)生情況分析 對照組手術(shù)失敗16例，其中9例因?qū)Ыz不能通過閉塞病變，其中1例因血管鈣化嚴(yán)重，1例因血管嚴(yán)重扭曲，球囊無法通過閉塞病變。3例因?qū)Ыz致血管夾層，反復(fù)嘗試導(dǎo)絲無法進(jìn)入血管真腔。2例因?qū)Ыz致血管穿孔，遂放棄手術(shù)。13例患者冠狀動脈發(fā)生A～D級夾層，其中12例支架覆蓋后無對比劑滯留，1例仍有局限性對比劑滯留。導(dǎo)絲致前降支和右冠狀動脈穿孔各1例，1例反復(fù)復(fù)查心臟超聲僅少量心包積液，采用保守治療，1例行心包穿刺術(shù)。2例發(fā)生冠狀動脈痙攣，均使用硝酸甘油200 μg 3～5 min后緩解，考慮導(dǎo)絲反復(fù)刺激引起。觀察組手術(shù)失敗7例，其中5例因?qū)Ыz不能通過閉塞病變，2例導(dǎo)絲通過后，因血管鈣化嚴(yán)重，球囊無法通過閉塞病變，2例分別發(fā)生B和C級冠狀動脈夾層，均用支架覆蓋夾層處，術(shù)后無對比劑滯留。

3 討論

目前冠狀動脈造影是臨床廣泛采用的診斷和治療冠心病的主要依據(jù)之一，被稱為冠心病診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”［3］。CTO是指冠狀動脈造影血管狹窄程度為100%，美國心臟病學(xué)會(ACC)和美國心臟學(xué)會(AHA)的 CTO為閉塞時間≥3個月的病變［4］。既往冠狀動脈介入影像定量分析系統(tǒng)是二維平面，投影本身所帶來的血管三維信息丟失、重疊、遮掩等問題成了醫(yī)師對病變做出明確診斷的障礙［5］。CTO介入治療成功率與閉塞時間、病變特點、介入器械選擇、操作者水平等因素相關(guān)，閉塞時間＜3個月者PCI成功率為75% ～89%，而＞3個月者成功率降至31% ～59%［6］。其失敗的原因主要是導(dǎo)絲、球囊或其他器械無法通過病變，也可能術(shù)中出現(xiàn)夾層、穿孔或生命體征變化而終止手術(shù)［7］。其PCI并發(fā)癥主要包括心肌梗死壁間血腫、心包填塞、心律失常、冠狀動脈穿孔及血栓形成等［8］。冠狀動脈介入手術(shù)仍然依靠目前能夠應(yīng)用于臨床的冠狀動脈介入影像分析系統(tǒng)，僅能提供單純的平面二維圖像及粗略的病變血管直徑及長度測量，對復(fù)雜病變血管內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)缺乏直觀的評價。三維重建對冠狀動脈分叉病變的定量測量及病變診斷也具有較高的準(zhǔn)確性［9］。目前世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家都對可視化技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用給予了高度的重視，美國賓州大學(xué)的三維VIEWNIX系統(tǒng)、德國漢堡大學(xué)的VOXEL-MAN系統(tǒng)等，但以上大都是基于UNIX系統(tǒng)進(jìn)行的開發(fā)，設(shè)備要求高，設(shè)計復(fù)雜。而將可視化技術(shù)應(yīng)用于心血管內(nèi)科介入治療學(xué)領(lǐng)域的研究較少，預(yù)設(shè)病例缺乏互動性，圖像顯示不具備三維立體模式，對臨床具體病例的手術(shù)操作沒有技術(shù)指導(dǎo)作用。

冠狀動脈三維可視化系統(tǒng)(V1.02)可以重建心臟冠狀動脈三維立體模型，將具體患者冠狀動脈病變多排CT斷層影像學(xué)參數(shù)通過開放性交互式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式，建立冠狀動脈造影數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，用于冠狀動脈局部病變圖像的三維分析處理，突破了國內(nèi)外目前用于冠狀動脈介入病變分析圖像的二維平面的局限性，以人機應(yīng)答方式提供病變血管與周圍組織的比鄰關(guān)系、病變局部的解剖學(xué)精確數(shù)據(jù)，指導(dǎo)術(shù)者優(yōu)選手術(shù)器械、手術(shù)方式及最佳手術(shù)操作徑路，引導(dǎo)介入手術(shù)器械(導(dǎo)絲、球囊、支架等)穿過閉塞、成角、鈣化、夾層等冠狀動脈復(fù)雜病變，精確定位球囊、支架于血管病變部位，能夠極大地提高手術(shù)安全性和療效、減少輻射損傷，克服了既往憑介入手術(shù)操作者目測、操作經(jīng)驗來確定手術(shù)操作方式的主觀性。本研究顯示，采用三維可視化系統(tǒng)輔助PCI手術(shù)成功率可以提高15.2%，介入并發(fā)癥減少10%，且可以明顯縮短手術(shù)時間，減少醫(yī)患X線輻射暴露。

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