血管解剖學(xué)測量技術(shù)的發(fā)展及研究價值

單莉 陳春林

血管作為人體的管道系統(tǒng)，深藏于皮膚內(nèi)部。對于外科手術(shù)，血管的解剖學(xué)研究尤為重要。早在200年前已有記載研究人體血管解剖測量的方法，主要是用刀解剖尸體，直視下使用工具測量血管直徑、長度、分叉角度等。近30余年，數(shù)字減影血管造影術(shù)(digital subtraction angiography, DSA)的發(fā)展讓我們認(rèn)識更多的血管疾病，已是現(xiàn)代血管外科診斷的必要條件之一[1]，作為一種血管解剖測量研究的重要的方法已實現(xiàn)了從尸體到在體的跨越。隨著血管造影技術(shù)提高，醫(yī)療影像設(shè)備推進，計算機斷層掃描血管成像技術(shù)(computed tomo-graphy angiograpy, CTA)、磁共振血管成像技術(shù)(magnetic resonance angiography, MRA)被越來越多的研究學(xué)者用于血管解剖學(xué)研究，相對DSA技術(shù)實現(xiàn)了從有創(chuàng)到無創(chuàng)的跨越。血管的解剖學(xué)研究實現(xiàn)從二維到三維的跨越，是利用CTA、MRA等血管成像技術(shù)和數(shù)字化三維重建技術(shù)相結(jié)合研究人體血管形態(tài)、結(jié)構(gòu)、位置及其毗鄰關(guān)系。隨著血管解剖學(xué)測量技術(shù)的進展，我們獲到越來越多無創(chuàng)且個性化的人體解剖數(shù)據(jù)，用于指導(dǎo)臨床手術(shù)設(shè)計、實施，降低手術(shù)難度，提高手術(shù)的預(yù)見性、徹底性和成功率。

一、血管測量技術(shù)

1.基于尸體解剖的血管解剖測量研究

人體解剖學(xué)作為一門古老的學(xué)科，主要以尸體解剖、肉眼觀察、尺規(guī)測量的方法研究人體血管形態(tài)結(jié)構(gòu)[2]。尸體解剖血管時先用鈍性分離法暴露血管的表面，再用刀鋒緊貼血管，順血管長軸修去包繞的結(jié)締組織，暴露血管[3]，直接觀察血管分布、走行、分支、匯合，并進行直徑、長度、角度等測量，獲得解剖學(xué)數(shù)據(jù)，為臨床手術(shù)、科研等提供依據(jù)。Lakchayapakorn 等[4]利用防腐成人尸體標(biāo)本，使用解剖器械、測量尺觀測泰國人主動脈分叉角度、髂總靜脈間角度，觀察髂總靜脈在腰椎體前的解剖變異等情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)泰國正常人群中可以出現(xiàn)髂總靜脈在腰椎前解剖變異，容易在手術(shù)操作過程中造成損傷，故手術(shù)前進行血管解剖位置的全面檢查，是預(yù)防手術(shù)損傷的可行措施。張琳等[5]隨機選用肉眼觀察無病變的成人尸體肝臟標(biāo)本，在放大6 倍體視顯微鏡下觀測肝中靜脈起源、走向及其屬支、內(nèi)徑，并觀測其長軸與下腔靜脈長軸的夾角，旨在為臨床手術(shù)提供更為詳實的形態(tài)學(xué)依據(jù)。

血管的走行與分支、分布一直是解剖學(xué)研究者的關(guān)注焦點。為更清楚區(qū)分各種結(jié)構(gòu)，對于新鮮尸體，可用灌注染色來標(biāo)識不同血管[3]，其中乳膠灌注是被公認(rèn)為最好的顯示血管的方法之一，因其可根據(jù)需要顯示不同的顏色且具有良好的韌性，即使血管被破壞仍能保持其連續(xù)性。張曉薇等[6]利用藍、紅兩種灌注充填液進行尸體血管灌注，解剖觀察骶前區(qū)域結(jié)構(gòu), 以電子游標(biāo)卡尺測量骶前區(qū)血管與周圍結(jié)構(gòu)解剖距離， 為陰道-骶骨固定術(shù)提供應(yīng)用解剖學(xué)資料。

尸體標(biāo)本的血管造影可以顯示器官的輪廓以及器官內(nèi)血管的分支分布情況，但這種方法通常只能顯示血管在一個平面上的關(guān)系，而觀察不到血管的全貌[3]。Yang等[7]利用氧化鉛、明膠和水的混合物經(jīng)頸動脈對成人尸體進行全身動脈灌注，并對尸體肌肉及血管進行解剖和放射拍片，發(fā)現(xiàn)同一肌肉不同標(biāo)本間各血管供血區(qū)域有相當(dāng)大的變化。此法也大量應(yīng)用于對穿支血管的研究，從而對穿支皮瓣的基礎(chǔ)研究與推廣起到了重要作用[8]。

將常規(guī)尸體解剖技術(shù)、血管灌注技術(shù)、影像學(xué)及組織三維重建技術(shù)相結(jié)合，從不同角度、不同層面觀察人體血管的走行與分布具有優(yōu)勢。陳勝華等[9]利用新鮮成人尸體下肢標(biāo)本，經(jīng)灌注后行CT 掃描，得到下肢連續(xù)二維斷層圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入mimics 10.01軟件進行三維重建，重建出下肢骨、肌肉、皮膚、血管；然后對掃描后的標(biāo)本進行解剖，與三維重建模型進行對照比較，認(rèn)為三維模型更有利于從不同角度和層面觀察血管。Donato等[10]在人類尸體的肝動脈、門靜脈和近肝段下腔靜脈混合處灌注彩色硅膠，經(jīng)CTA掃描結(jié)束后，獲得CTA數(shù)據(jù)集，渲染創(chuàng)建3D模型，以闡明肝血管和膽管的正常解剖結(jié)構(gòu)。

利用尸體研究血管的解剖可直觀地從人體不同部位觀察血管走行、分布、供血區(qū)域、毗鄰結(jié)構(gòu)及其與臨近骨性標(biāo)志的對應(yīng)關(guān)系等，從而應(yīng)用于教學(xué)、科研及臨床手術(shù)中，形成經(jīng)驗性的資料、依據(jù)。然而在實際臨床工作中，術(shù)者常常會有一些困惑，如術(shù)中所見血管與教科書及參考書中記錄有所不同，抑或術(shù)中損傷未能識別的血管，所以尸解有其局限性：一是尸體狀態(tài)不能完全反映生前的機能狀態(tài)；二是死亡時間、環(huán)境、溫度等物理因素可能不同程度地影響對組織的觀察；三是人類不同個體間存在差異，所以僅憑尸體解剖獲得的數(shù)據(jù)，只能是經(jīng)驗性的總結(jié)和判斷。

2.利用DSA圖像的血管解剖測量研究

有學(xué)者評述，DSA是顯示血管的最佳方法，亦是認(rèn)識血管解剖的金標(biāo)準(zhǔn)[1]。DSA圖像顯示血管路徑圖，其密度分辨率高，一些細小的血管結(jié)構(gòu)、開口位置能清晰顯示，具有時間和空間分辨率高、可實時成像和動態(tài)觀察血流的優(yōu)勢。Tanigawa等[11]認(rèn)為三維數(shù)字減影血管造影(3D-DSA)可展現(xiàn)高質(zhì)量的腦動脈解剖結(jié)構(gòu)，在選擇性血管內(nèi)介入治療過程中，我們可以從DSA造影圖像上獲得清晰的血管分支、走行及其開口位置。但DSA 圖像是二維平面圖像，不能使圖像與原實物尺寸保持一致。利用血管分析軟件，以校準(zhǔn)物校準(zhǔn)導(dǎo)管，選擇導(dǎo)管尺寸，輸入校準(zhǔn)物直徑值，得出像素值，再應(yīng)用像素值，測量狹窄血管的直徑、長度等血管參數(shù)[12]。還有應(yīng)用傳統(tǒng)圖像測量屏幕或膠片的直接測量法[13]，以直徑10 mm的正圓形不銹鋼球作參照物，應(yīng)用量規(guī)和刻度尺在屏幕或照片上量出鋼球影像的直徑，再與鋼球的實際直徑進行比較，計算放大比例，再測量目標(biāo)病灶影像尺寸，乘以鋼球放大比例系數(shù)，得出目標(biāo)病灶的尺寸，此種方法操作簡便易行，但欠準(zhǔn)確。顏抒陽等[14]利用數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)行腦血管造影，獲得3D圖像，用游標(biāo)卡尺測量DSA圖片顯示的大腦深靜脈的長度和內(nèi)徑，而劉亞民[15]等則采用DSA后處理幾何測量分析，對頸5、6橫突間無病變部位行內(nèi)徑測量，并在術(shù)中證實。Ferguson等[16]經(jīng)DSA影像得到與Willis環(huán)的主要動脈的放大視圖，通過精準(zhǔn)測量儀器測量相關(guān)動脈的直徑，籍此測定腦部相關(guān)動脈直徑可精確到0.1 mm。

DSA曾被認(rèn)為是診斷血管疾病的金標(biāo)準(zhǔn)[17]，但它有創(chuàng)、昂貴、費時，臨床難以常規(guī)應(yīng)用。從一定的角度來看，依賴DSA圖像的血管測量仍然局限于二維平面的解剖測量，DSA造影實施過程中可能發(fā)生一些并發(fā)癥，因而不可能作為常規(guī)檢查手段應(yīng)用于臨床。Rankin[18]等認(rèn)為單純以診斷目的行“金標(biāo)準(zhǔn)”DSA臨床檢查的情況越來越少。

3.聯(lián)合CTA圖像或MRA圖像與三維重建技術(shù)的血管解剖測量研究

近年來，由于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的快速發(fā)展，為血管的解剖學(xué)研究提供了新方法。一項研究表明，與 MRA 相比，CTA 雖然可以更好地顯示精細的盆腔動脈血管網(wǎng)[19]， 掃描范圍寬，能顯示顱內(nèi)到頸部、心臟主動脈弓到下肢大范圍血管走行，且CTA血管成像操作簡單、方便、安全、快速、無創(chuàng)傷，不僅可了解有無血管畸形、狹窄、側(cè)支循環(huán)等，甚至可以判斷腫瘤或炎性病變對血管的侵蝕、轉(zhuǎn)移等多種改變，對術(shù)前評估與手術(shù)療效評估的幫助很大，是目前無創(chuàng)傷性血管成像的又一主要手段。MRA是一種更新的血管成像技術(shù)，近年來發(fā)展迅速，國內(nèi)外臨床已將此項技術(shù)廣泛應(yīng)用于全身大部分血管檢查，并取得了較好的成像效果[20-22]。雖然MRA成像所需時間相對較長，空間分辨率相對較低，但是MRA安全、無輻射；CTA顯示血管細節(jié)必須采用薄層掃描，大范圍的薄層掃描增加輻射劑量，不利于兒童和體弱患者，而MRA則可以多次重復(fù)掃描了解造影劑的代謝情況；且MRA使用的是順磁性造影劑，安全性更高，幾乎無腎臟毒性，腎衰的患者也能安全使用，過敏反應(yīng)的幾率也低。因婦產(chǎn)科疾病患者大多為育齡女性，卵巢功能均需要保護，MRA檢查將在婦產(chǎn)科受到越來越大的歡迎，即使MRA的費用相對更高一些。

血管造影智能跟蹤技術(shù)，能使注入血管中的造影劑在達到目的臟器(如腦、腎臟、肝臟)區(qū)域后與預(yù)先設(shè)定的閾值相等時自動促發(fā)掃描，從而獲得最佳動脈期、靜脈期、與平掃期圖像。通過對動脈瘤、動靜脈畸形、腦血管狹窄等多種腦血管患者進行多層螺旋CTA檢查，并應(yīng)用后處理工作站進行血管三維重建，以立體圖像顯示出病變解剖關(guān)系，獲得準(zhǔn)確清晰的三維模型圖。CT血管造影聯(lián)合三維重建技術(shù)可全方位顯示腦部血管的解剖形態(tài)及其毗鄰解剖結(jié)構(gòu)，具有微創(chuàng)、安全、可靠、費用低廉等特點，適合于手術(shù)規(guī)劃制定、術(shù)前病灶定位及術(shù)后療效隨訪，對血管疾病手術(shù)有重要指導(dǎo)意義[23]。周學(xué)利等[24]通過腹部 CTA檢查獲得原始數(shù)據(jù)，利用CT設(shè)備自帶的重建軟件進行三維重建，觀察并測量腹主動脈和下腔靜脈在椎體前方的走行；腹主動脈分叉處、髂總靜脈匯合處相對于腰椎具體解剖位置；腹主動脈分叉角、髂總靜脈匯合角的大小等，通過觀察下腰椎前方血管位置及毗鄰結(jié)構(gòu)，以期為腰椎前路微創(chuàng)手術(shù)提供術(shù)前準(zhǔn)確的解剖學(xué)影像評估依據(jù)。

基于CTA數(shù)據(jù)集構(gòu)建的血管三維模型，可以從不同平面和角度研究人體的血管形態(tài)、結(jié)構(gòu)、位置、長度及角度測量，對顯示血管變異、血管疾病以及顯示血管關(guān)系有重要價值，是現(xiàn)代意義上的人體解剖學(xué)。2011年陳春林等[25]獲取患者CTA 原始數(shù)據(jù)集利用Mimics10.01 軟件進行三維重建，及成功構(gòu)建出盆腔動脈血管網(wǎng)三維數(shù)字化模型，并對髂內(nèi)動脈進行分型和國外經(jīng)典分型進行對比，認(rèn)為基于CTA 的三維重建技術(shù)是研究女性髂內(nèi)動脈分型的好方法，且中國女性髂內(nèi)動脈的解剖學(xué)分型有其自身特點。2012年Freiman等[26]以CT數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，通過擬合血管中心線來進行血管測量,從而判斷血管形態(tài)、狹窄程度和模擬手術(shù)。2013年Hameeteman等[27]提出通過圖像分割和配準(zhǔn)的自動計算方法對頸動脈管腔的擴張性進行精確測量和評估，認(rèn)為CTA較超聲的一個優(yōu)點是可以準(zhǔn)確測量血管真實的截面積，尤其非圓形橫截面面積。在個體化的疾病診斷技與術(shù)前評估方面，CTA與三維重建技術(shù)結(jié)合也發(fā)揮了優(yōu)勢。Talenfeld等[28]回顧CT腎血管造影的腎動脈在體數(shù)據(jù)集，使用專用3D血管重建軟件(VITREA 2)，將重建腎動脈數(shù)據(jù)設(shè)置成彎曲的多平面圖像，分兩部分測量腎動脈長度，然后測量腎動脈最大狹窄的近點及遠點血管直徑及截面積，從而評估腎動脈狹窄率。Kobayashi等[29]使用三種不同的專用軟件(M2S公司，TeraRecon公司， Pixmeo公司)進行程序測量。使用散點圖，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)，以及MEDCAD模塊在每個程序創(chuàng)建中心線重組測量得到血管外壁直徑和中心線長度，采用卡方檢驗對選定測量的主動脈和內(nèi)移植組件直徑之間的一致性進行了檢驗，認(rèn)為根據(jù)CTA三維重建獲得的解剖測量術(shù)前進行移植物直徑的選擇及移植規(guī)劃的選擇可行，而且同時保持足夠的精度進行個體化治療。

血管三維重建技術(shù)在臨床解剖學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)研究中的具有無可比擬的優(yōu)勢，其所重建的血管可以反復(fù)顯示和利用，且能從不同角度清晰地顯示不同部位的血管形態(tài)、走行、交叉及吻合關(guān)系等，可充分了解病灶的供血特點。利用CTA數(shù)據(jù)集中可重建出皮膚、肌肉、器官、骨骼等組織結(jié)構(gòu)，并配準(zhǔn)融合顯示，則可明確血管在不同層面、不同部位的走行與分布。朱海波等[30]認(rèn)為對懷疑腎動脈疾病的檢查應(yīng)該首選無創(chuàng)性影像學(xué)方法，利用CT影像三維重建可清晰顯示動脈的狹窄。螺旋CT血管成像作為無創(chuàng)性檢查手段之一已廣泛應(yīng)用于臨床，具有安全、方便、直觀的特點，不僅顯示動脈管腔和血管壁，并可同時顯示組織器官的改變及其病變與周圍結(jié)構(gòu)關(guān)系。

二、血管解剖測量研究在臨床中的應(yīng)用價值

臨床手術(shù)中，醫(yī)生最關(guān)心的問題之一就是人體手術(shù)區(qū)域相關(guān)的血管解剖關(guān)系。尤其是盆腔血管位置深在、分級復(fù)雜、迂曲多變，術(shù)中容易引起損傷出血，甚至死亡。若術(shù)前能明確患者實施手術(shù)區(qū)域內(nèi)血管的解剖關(guān)系，如起始、分支、角度、長度、畸形、毗鄰等，在很大程度上能增加手術(shù)精準(zhǔn)度，提高手術(shù)安全性。

進行血管解剖測量，在臨床上的應(yīng)用非常廣泛，早在80年代，有學(xué)者[31]就對面動脈與下領(lǐng)下腺位置關(guān)系的進行解剖學(xué)研究, 因傳統(tǒng)教材和參考書中對其描述不一致，故試圖通過尸體解剖觀察、測量以進一步澄清二者間更為真實的解剖關(guān)系。在成人尸體解剖標(biāo)本上觀察特定血管毗鄰關(guān)系、體表投影，并測量其長度、供血分布及與周圍結(jié)構(gòu)的相對位置，以便于血管穿刺、插管及明確修復(fù)損傷的骨瓣、肌瓣的設(shè)計[32-33]。亦可由血管的解剖分布特點，來判斷臨床某些疾病的發(fā)生機理，如骨的無菌性壞死[34]。 但尸體解剖標(biāo)本只能顯示某個特定層面的情況，如果只解剖淺層，則深層結(jié)構(gòu)無從知曉，如果解剖至深層，則淺層結(jié)構(gòu)會遭到破壞。

三維重建技術(shù)對了解人體內(nèi)部的三維解剖結(jié)構(gòu)存在著巨大的優(yōu)勢，是臨床醫(yī)學(xué)與解剖學(xué)研究的一種新的方法。血管三維重建技術(shù)與醫(yī)學(xué)的結(jié)合應(yīng)用，雖然仍有一定的局限性，但它可以提供血管解剖結(jié)構(gòu)的詳細信息，以及機體病灶的形態(tài)和它的周圍血管關(guān)系的多方位視圖，對血管的復(fù)雜解剖變異的整體診斷性能優(yōu)良，為外科醫(yī)生提供了不可多得的寶貴資料，在臨床手術(shù)設(shè)計、減少手術(shù)并發(fā)癥等方面將發(fā)揮巨大的作用[35-36]。

隨著現(xiàn)代影像技術(shù)的不斷更新及其在解剖學(xué)研究中的應(yīng)用，以超聲、CT、MRI、PET、SPECT等為代表的現(xiàn)代影像解剖學(xué)，正從橫斷斷層向多維斷層、從尸體向活體、從厚層向薄層、從宏觀向微觀、從單純描述向量化評估、從二維走向多維、從單純形態(tài)向結(jié)合功能和代謝等方面迅速發(fā)展。現(xiàn)代影像學(xué)掃描層厚越來越薄，分辨率越來越高，對解剖結(jié)構(gòu)的顯示越來越細微清晰[37]。其優(yōu)點是快速、無創(chuàng)、操作簡單，利用二維數(shù)據(jù)獲得的三維模型具備個體化、圖像可任意角度旋轉(zhuǎn)觀察、測量準(zhǔn)確等優(yōu)勢；對于臨床醫(yī)學(xué)中指導(dǎo)手術(shù)方式的選擇、手術(shù)預(yù)案實施、術(shù)前仿真手術(shù)模擬、仿真解剖教學(xué)等提供了全新的集科教研于一體的研究平臺。

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