腹盆腔血管數(shù)字化三維模型指導(dǎo)血管內(nèi)介入插管方式選擇研究

陳春林，陳蘭，唐雷，劉萍，李鑒軼，陳斌，段慧，王俊

腹盆腔血管數(shù)字化三維模型指導(dǎo)血管內(nèi)介入插管方式選擇研究

陳春林，陳蘭，唐雷，劉萍，李鑒軼，陳斌，段慧，王俊

目的利用腹盆腔血管及腰骶椎數(shù)字化三維模型，探討左右髂總動(dòng)脈分叉角度及分叉開口位置與髂總動(dòng)脈長度的關(guān)系，從而指導(dǎo)血管內(nèi)介入插管方式的選擇。方法選取2011年9月至2013年5月在我科接受腹盆腔CTA檢查患者439例，采用數(shù)字化三維重建技術(shù)構(gòu)建患者腹盆腔血管及腰骶椎數(shù)字化三維模型，Mimics軟件聯(lián)合Geomagic軟件對左右髂總動(dòng)脈間分叉角度和左右髂總動(dòng)脈長度進(jìn)行測量，觀察并記錄左右髂總動(dòng)脈分叉角度所對應(yīng)椎體。通過統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對左右髂總動(dòng)脈分叉角度與其對應(yīng)椎體位置及左右髂總動(dòng)脈長度進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果成功構(gòu)建439例患者腹盆腔血管和腰骶椎三維模型，均清楚顯示左右髂總動(dòng)脈分叉角度及分叉開口位置。439例患者中左右髂總動(dòng)脈分叉角度為平均（49.1±12.4）°，分叉開口位于L3～4有38例，L4上1/3有63例，L4中1/3有89例，L4下1/3有135例，L4～5有114例。左右髂總動(dòng)脈平均長度分別為（45.6±15.6）mm和（43.3±15.4）mm。Pearson相關(guān)分析顯示，左右髂總動(dòng)脈分叉角度與其分叉開口位置高度存在負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.172，P＜0.05），該分叉角度與左右髂總動(dòng)脈長度也存在負(fù)相關(guān)關(guān)系（左側(cè)：r=-0.171，P＜0.05；右側(cè)：r=-0.164，P＜0.05）。結(jié)論左右髂總動(dòng)脈分叉開口位置越低，其角度越大，相應(yīng)髂總動(dòng)脈長度越短，經(jīng)股動(dòng)脈行對側(cè)髂內(nèi)動(dòng)脈直接插管距離短、易操作，成功率高；反之，插管路徑就延長，直接插管難度增加，需用成襻插管技術(shù)，或進(jìn)一步結(jié)合髂內(nèi)外動(dòng)脈分叉角度，評估是選擇對側(cè)還是同側(cè)髂內(nèi)動(dòng)脈插管。

腹盆腔血管；數(shù)字化；三維模型；測量；介入插管

介入治療學(xué)是近30年來迅速發(fā)展起來的一門融醫(yī)學(xué)影像和臨床診治于一體的新興邊緣科學(xué)［1］。20世紀(jì)80年代，隨著導(dǎo)管和栓塞材料的發(fā)展和插管技術(shù)的不斷改進(jìn)，該項(xiàng)技術(shù)因微創(chuàng)及療效顯著等優(yōu)點(diǎn)已逐步走向成熟、規(guī)范化。從心血管介入治療到外周血管介入治療，并已逐步滲透到臨床各學(xué)科，在婦產(chǎn)科的應(yīng)用也越來越廣泛［2-3］。血管內(nèi)介入技術(shù)主要是經(jīng)皮血管穿刺和插管技術(shù)［1］。婦產(chǎn)科常采用對側(cè)插管技術(shù)，然而腹盆腔血管復(fù)雜迂曲多變，每個(gè)人血管有其特異性，單一插管技術(shù)無法適用于所有患者，且如何選擇并無明確標(biāo)準(zhǔn)。通常在DSA造影監(jiān)測下根據(jù)臨床醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)選擇插管方式，如此卻增加了患者及術(shù)者的X線曝光劑量。本研究通過對大樣本腹盆腔血管角度和長度的測量研究兩者之間的關(guān)系，旨在指導(dǎo)術(shù)前選擇插管方式，減少術(shù)中X線曝光劑量。

1　材料與方法

1.1研究對象

選取2011年9月至2013年5月在南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院婦產(chǎn)科住院并于影像中心接受腹盆腔CTA檢查患者439例，年齡11～75歲，平均（42.7±10.8）歲。

1.2方法

1.2.1數(shù)據(jù)采集采用德國西門子公司雙源CT（SOMATOM Definition）、碘普羅胺（370 mgI/ml，德國先靈藥業(yè)有限公司）及雙筒高壓注射器。雙源CT掃描條件：管電壓120 kV，管電流320 mA，層厚5 mm。檢查前禁食4～6 h，余未予特殊處理?；颊呷⊙雠P位，掃描范圍自T12上緣至股骨上段。先行常規(guī)平掃（平掃期），再以對比劑團(tuán)注追蹤技術(shù)選擇感興趣區(qū)（ROI）動(dòng)態(tài)監(jiān)測CT值，設(shè)定當(dāng)ROI內(nèi)CT值達(dá)到120 Hu時(shí)自動(dòng)觸發(fā)掃描（動(dòng)脈期）。將各期圖像插值處理至層厚為1.0 mm，并存儲(chǔ)備份。

1.2.2模型構(gòu)建將上述CT數(shù)據(jù)集以DICOM格式導(dǎo)入Mimics軟件（比利時(shí)Materialise公司）。先用平掃期數(shù)據(jù)集構(gòu)建出腰骶椎和骨盆的三維模型并存為STL格式文件，再與動(dòng)脈期數(shù)據(jù)集一起導(dǎo)入Mimics軟件，通過Boolean運(yùn)算法算出動(dòng)脈血管網(wǎng)蒙罩，進(jìn)行三維計(jì)算得出腹盆腔動(dòng)脈血管網(wǎng)的數(shù)字化三維模型［4-5］，通過軟件自帶的導(dǎo)出功能導(dǎo)出動(dòng)脈血管網(wǎng)的三維旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫和二維圖片并保存。

1.2.3模型配準(zhǔn)融合將構(gòu)建好的腰骶椎、骨盆及腹盆腔動(dòng)脈血管三維模型的STL文件統(tǒng)一導(dǎo)入Mimics文件，并用復(fù)位調(diào)整工具進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得在體盆腔血管和腰骶椎整體數(shù)字化三維模型。

1.2.4模型測量與分組三維選擇觀察并記錄腹主動(dòng)脈分叉開口位置所對應(yīng)的椎體，分為L3～4、L4上1/3、L4中1/3、L4下1/3及L4～5等5種情況。參照唐雷等［6］報(bào)道，對腹主動(dòng)脈分叉角度和左右髂總動(dòng)脈長度進(jìn)行測量并記錄，同時(shí)根據(jù)腹主動(dòng)脈分叉角度將其分為A組（≤45°）和B組（＞45°），兩組患者年齡、身高、體重比較均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（見表1）。計(jì)算5種椎體位置對應(yīng)的A、B組例數(shù)。

表1　兩組患者一般資料比較

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)和構(gòu)成比表示，用卡方檢驗(yàn)對腹主動(dòng)脈分叉角度與腹主動(dòng)脈分叉開口位置關(guān)系進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。P＜0.05視為此種相關(guān)性有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1腰骶椎及腹盆腔血管數(shù)字化三維模型形態(tài)

依據(jù)439例患者腹盆腔CTA數(shù)據(jù)集，利用三維建模軟件Mimics成功構(gòu)建出患者腰骶椎及腹盆腔動(dòng)脈數(shù)字化三維模型。該模型再現(xiàn)了生理狀態(tài)下腹主動(dòng)脈、髂總動(dòng)脈、髂內(nèi)外動(dòng)脈等的空間解剖位置和形態(tài)，立體清晰地展示出各腹主動(dòng)脈與左右髂總動(dòng)脈的走行及其分叉開口位置與椎體之間的對應(yīng)關(guān)系。且利用軟件自帶的三維旋轉(zhuǎn)功能，多角度觀察各大動(dòng)脈分叉開口位置，以避免因單一視角觀察而產(chǎn)生的偏差（圖1）。

圖1　不同分叉開口位置、角度及長度的腰骶椎及腹盆腔血管數(shù)字化三維模型圖

2.2左右髂總動(dòng)脈分叉開口位置與分叉角度的關(guān)系

439例患者中左右髂總動(dòng)脈分叉角度最小為6.5°，最大為90.7°，平均（49.1±12.4）°；其中A組有153例，B組有286例。左右髂總動(dòng)脈分叉開口位于L3～4有38例，L4上1/3有63例，L4中1/3有89例，L4下1/3有135例，L4～5有114例，A、B兩組每種分叉開口位置各占比例情況見表2。分叉開口位置若靠上，A組所占比例較大，隨著開口位置向下推移，A組所占比例也逐漸減小，B組所占比例情況則相反（圖2）。Pearson相關(guān)分析顯示，左右髂總動(dòng)脈間分叉開口位置越高，分叉角度就越小，反之亦然，該相關(guān)性具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（r=-0.172，P＜0.05）。

表2　左右髂總動(dòng)脈間分叉開口位置與分叉角度的關(guān)系

圖2　左右髂總動(dòng)脈分叉不同開口位置內(nèi)兩種分叉角度類型所占比例折線圖

2.3左右髂總動(dòng)脈間分叉角度與左右髂總動(dòng)脈長度的關(guān)系

左側(cè)髂總動(dòng)脈最短為8.2 mm，最長101.1 mm；右側(cè)髂總動(dòng)脈最短9.9 mm，最長130.6 mm（表3）。Pearson相關(guān)分析顯示，腹主動(dòng)脈分叉角度越大，左右髂總動(dòng)脈長度越短（左側(cè)：r=-0.171，P＜0.05；右側(cè)：r=-0.164，P＜0.05）。

表3　439例患者腹盆腔血管測量情況

3　討論

3.1血管內(nèi)介入治療相關(guān)血管解剖研究方法與價(jià)值

介入放射治療中治療方案設(shè)計(jì)、靶動(dòng)脈選擇、導(dǎo)管選擇、插管方式和途徑以及并發(fā)癥防治，無不與血管解剖有著直接關(guān)系［1］。女性盆腔動(dòng)脈血管網(wǎng)分級(jí)復(fù)雜，走行迂曲多變，因此施行血管內(nèi)介入治療前熟悉腹盆腔血管解剖與術(shù)中插管成功率和術(shù)后療效密切相關(guān)。

關(guān)于血管臨床解剖學(xué)研究，其實(shí)國內(nèi)外早有研究報(bào)道［7-11］，但大多為基于尸體的研究，與活體女性盆腔血管系統(tǒng)有一定差異。DSA技術(shù)是20世紀(jì)80年代繼CT之后興起的新型醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，之后就開始有基于DSA圖像的血管解剖學(xué)研究。由于腹盆部血管解剖分支復(fù)雜、分級(jí)較多，在常規(guī)DSA圖像上表現(xiàn)為多支血管前后重疊，病灶供血?jiǎng)用}起源及走行顯示不清，難以辨認(rèn)，因此若要明確血管解剖需要多次超選擇插管，依次造影才能證實(shí)，既增加了X線曝光量和對比劑使用量，又易導(dǎo)致血管損傷［12］。即使后來有了旋轉(zhuǎn)采集三維DSA技術(shù)，僅需一次旋轉(zhuǎn)即可獲得不同角度的多維空間造影圖像，增加了影像觀察角度，能夠從最佳角度觀察血管的正常解剖和異常改變，也終究是有創(chuàng)性檢查技術(shù)，且其二維圖像使血管之間互相重疊遮擋的情況始終無法避免，故DSA技術(shù)在血管解剖研究方面的應(yīng)用受到了限制。隨著CTA、MRA等技術(shù)的快速發(fā)展，其操作簡便、無創(chuàng)檢查已逐步取代傳統(tǒng)的DSA檢查，陸續(xù)有基于CTA圖像的血管解剖研究方面的報(bào)道［13-15］，然而其二維圖像展示、缺乏立體直觀性，仍無法滿足非影像學(xué)專科醫(yī)師辨識(shí)的需求，更無法使患者及其家屬對病灶血管情況有深刻形象的理解。數(shù)字化三維重建技術(shù)的發(fā)展，使枯燥的二維圖像三維立體化，為人體血管解剖研究提供了一種新方法。3.2腹盆腔血管數(shù)字化三維模型臨床應(yīng)用價(jià)值

腹盆腔血管數(shù)字化三維模型是基于CTA的醫(yī)學(xué)圖像，將二維圖形通過數(shù)字化技術(shù)轉(zhuǎn)變成三維圖形，對血管的觀察更加直觀立體，不僅可360°旋轉(zhuǎn)觀察，清晰顯示各級(jí)動(dòng)脈分叉的開口位置，不會(huì)有重疊偽影干擾，而且是無創(chuàng)性的。利用數(shù)字化重建軟件，還可以將血管和腰骶椎的三維模型進(jìn)行融合觀察，并進(jìn)行各類分析，如腹主動(dòng)脈分叉開口位置與腰骶椎的對應(yīng)關(guān)系、腹主動(dòng)脈分叉角度和左右髂總動(dòng)脈長度等均可以在三維模型上直觀地測量出。這些徑線角度的具體參數(shù)對于血管內(nèi)介入術(shù)前評估和選擇較佳的插管方式具有十分重要的價(jià)值。婦產(chǎn)科血管內(nèi)介入常用的插管方式主要是用Seldinger法行右側(cè)股動(dòng)脈穿刺插管，沿股動(dòng)脈上行入路行對側(cè)髂內(nèi)動(dòng)脈插管，主要根據(jù)造影結(jié)果和手術(shù)醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)選擇，而本研究則是希望通過術(shù)前CTA數(shù)據(jù)重建三維模型，經(jīng)過數(shù)字化測量評估而選擇插管方式，盡量減少術(shù)中造影次數(shù)。本研究結(jié)果顯示，一般腹主動(dòng)脈分叉開口對應(yīng)的椎體越靠下，腹主動(dòng)脈分叉角度就越大，相應(yīng)左右髂總動(dòng)脈越短，插管路徑就越短，行對側(cè)髂內(nèi)動(dòng)脈插管時(shí)可采用直接插管技術(shù)，成功率高；反之，腹主動(dòng)脈分叉角度越小，插管路徑就延長，在行對側(cè)髂內(nèi)動(dòng)脈插管時(shí)需用成襻插管技術(shù)，或進(jìn)一步結(jié)合髂內(nèi)外動(dòng)脈分叉角度，評估是選擇對側(cè)還是同側(cè)髂內(nèi)動(dòng)脈插管。總之，介入術(shù)前了解血管解剖走行十分重要。對數(shù)字化三維模型血管解剖走行的觀察和數(shù)字化測量，可以提前評估和選擇介入插管方式，避免依靠術(shù)中造影證實(shí)血管解剖情況，減少患者和術(shù)者X線曝光劑量，同時(shí)也提高了術(shù)中插管的成功率。

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Application of digital three-dimensional model of abdominal and pelvic vessels in selectingintravascular catheterization method

CHEN Chun-lin，CHEN Lan，TANG Lei，LIU Ping，LI Jian-yi，CHEN Bin，DUAN Hui，WANG Jun.Department of Obstetrics and Gynecology，Nanfang Hospital，South Medical University，Guangzhou，Guangdong Province 510515，China

LIU Ping，E-mail：lpivy@126.com

ObjectiveBy using digital three-dimensional（3D）model of abdominal and pelvic vessels to investigate the relationship between the angle/position of the bifurcation of bilateral common iliac arteries and the length of the common iliac artery，thus to guide the endovascular interventional catheterization manipulation.MethodsA total of 439 patients，who received abdominal and pelvic CTA at authors' department during the period from Sep.2011 to May 2013，were included in this study.By using digital 3D reformation technique，the 3D model of the abdominal and pelvic vessels as well as the lumbosacral vertebrae was established in all patients.With the help of mimics and geomagic software the angles between the left and right common iliac arteries and the lengths of common iliac arteries were determined，and the lumbar vertebra corresponding to the bifurcation of common iliac arteries was recorded.Using statistical software，the relationship between the bifurcation angle of bilateral common iliac arteries and the corresponding lumbar vertebra as well as the length of common iliac arteries was analyzed.ResultsThe digital 3D model of the abdominal and pelvic vessels as well as the lumbosacral vertebrae was successfully reconstructed in all 439 patients.Both the angle between the left and right common iliac arteries and the corresponding lumbosacral level of bifurcation angle were clearly demonstrated on the model.The average angle was 49.1°±12.4°.The bifurcation was located at L3-L4 level in 38 cases，at upper one-third level of L4 in 63 cases，at middle one third level of L4 in 89 cases，at lower one-third level of L4 in 135 cases and at L4-L5 level in 114 cases.The average length of the left and right common iliac artery was（45.6±15.6）mm and（43.3±15.4）mm respectively.Pearson correlation analysis indicated that a negative correlation existed between the angle and the position level of the left and the right common iliac artery（r=-0.172，P＜0.05），and a negative correlation also existed between the angle and the length of the common iliac artery（left：r=-0.171，P＜0.05；right：r=-0.164，P＜0.05）.ConclusionThe lower the opening position of the left and right common iliac artery is，and the bigger the intersection angle is，the shorter the length of corresponding common iliac artery will be.In this case，catheterization via femoral artery to contralateral iliac artery is a short path，and the catheterization procedure is easy to manipulate with higher success rate.On the contrary，the catheterization will be difficult，and the use of loop-technique will be needed.The digital 3D model of the abdominal and pelvic vessels as well as the lumbosacral vertebrae can help select the optimal catheterization path.（J Intervent Radiol，2015，24：252-256）

abdominal and pelvic vessel；digitalization；three-dimensional model；measurement；interventional catheterization

R543.5

B

1008-794X（2015）-03-0252-05

2014-08-14）

（本文編輯：邊佶）

10.3969/j.issn.1008-794X.2015.03.017

國家自然科學(xué)基金（81272585）、廣東省自然科學(xué)基金（2011010003830）、國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目（61190120、61190122）

510515廣州南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院婦產(chǎn)科（陳春林、陳蘭、劉萍、段慧、王?。?，影像科（陳斌）；南方醫(yī)科大學(xué)人體解剖與組織胚胎教研室（唐雷、李鑒軼）

劉萍E-mail：lpivy@126.com