引用本文： 沈美華, 任鵬, 肖虎, 艾合買提江·玉樹甫, 買合木提·亞庫甫, 王彥林, 亞默罕默德·亞力克. 基于CT血管造影的胸背動脈三維可視化研究. 中國修復重建外科雜志, 2015, 29(3): 326-330. doi: 10.7507/1002-1892.20150069 復制
胸背動脈穿支皮瓣由背闊肌皮瓣衍生而來，它克服了傳統肌皮瓣創傷大、皮瓣臃腫等不足，尤其適于乳房重建及四肢、頭頸部創面修復[1-3]。因胸背動脈可靠的穿支數目少、血管蒂短、管徑細小，且存在變異，僅憑臨床經驗、多普勒超聲術前導航[4]和術中探查切取穿支皮瓣，手術失敗風險高。隨著數字化技術、數字化皮瓣的日趨成熟，三維重建穿支皮瓣解剖結構以滿足臨床皮瓣設計的需求成為可能。目前，CT血管造影（CT angiography，CTA）已廣泛應用于心、肺、肝、腎等臟器血管的評估。本研究中，我們應用CTA技術獲取人體胸背動脈原始數據，于Mimics三維重建軟件中虛擬構建胸背動脈及其穿支的三維可視化圖像，以期為術前評估、定位血管，指導臨床精細化、個性化穿支皮瓣設計提供依據。
1 材料及方法
1.1 研究對象
2012年9月－2014年6月于我院行主動脈CTA患者中，選擇無吸煙史、糖尿病、高血壓、脈管炎、食物及藥物過敏史，且肝、腎功能正常以及軀干部無畸形、腫瘤、手術瘢痕者作為研究對象。排除CT原始圖像質量差，體內、外異物影響目標區域穿支顯示、穿支不清或已有靜脈污染，以及未簽署知情同意書者。共10例患者（20側）主動脈CTA圖像符合標準納入研究，其中男6例，女4例；年齡18～65歲，平均36.3歲。身高158～185 cm，平均172 cm。體質量48～81 kg，平均67 kg。身體質量指數（body mass index，BMI） 18.6～28.7，平均23.6。
1.2 實驗方法
1.2.1 CT掃描
采用64排HD750寶石CT（GE公司，美國）采集數據。患者取仰臥位，雙上肢上舉135°，頭先進，屏氣。掃描范圍：頸椎至恥骨聯合。掃描條件：BMI＜25，電壓100 kV；BMI＞25，電壓120 kV。電流300 mA，層厚5 mm，矩陣512×512，掃描閾值170 Hu。常規掃描后，行自動跟蹤觸發增強掃描。對側肘正中靜脈注入碘帕醇注射液80～100 mL，以免同側靜脈污染，注射速率4.5～5.0 mL/s，注射完畢后用鹽水沖管（速率同前）。造影劑達到掃描閾值后延遲10～15 s后觸發動脈增強掃描，也可在造影劑時間-密度曲線峰值進行手動掃描。CT掃描后以0.625 mm超薄層切取、0.4 mm間隔內插重建。掃描時間5～10 min。
1.2.2 三維重建方法
數據采集完畢后，將增強掃描后的CT序列導入醫學交互式三維重建軟件Mimics17.0（Materialise公司，比利時）進行圖像后處理。首先采用軟件中Filter功能對圖像進行預處理，應用Segmentation模塊中的Thresholding提取指定范圍內的數據點集構成蒙板，分別獲得胸背部皮膚、肌肉、血管和骨骼蒙板。再應用Region growing、Edit masks、Multiple slice edit對圖像進行分割得到新蒙板。運用Calculate 3D工具對新蒙板進行三維重建，再運用Edit masks in 3D及Smoothing修飾模型。也可導入同一患者常規掃描三維重建圖像或胸部X線片，與增強掃描CT序列進行圖像Registration，再通過Boolean Operations的Minus將后者減去前者，獲得血管模型。模型重建后分別由兩名相同資歷的解剖教研室教師及顯微外科醫師對胸背動脈穿支進行辨認，并對結果行一致性分析。
1.2.3 觀測指標
① 觀察胸背動脈及其分支的起源、數目、穿支類型、走行等形態學指標。② 胸背動脈及其分支測量：采用軟件Measurements功能中的Measure diameter測量胸背動脈及其分支起始段內徑、Measure distance over the surface測量穿支蒂起止段長度。采用Measure density in ellipse或Meas ure density in rectangle測量胸背動脈主干、內外側支分叉口以及穿支血管入口處橫斷面的造影劑密度。③ 胸背動脈分支體表定位：以肩胛下角水平線為X軸，肩胛下角垂直線為Y軸，測量胸背動脈內、外側第1 穿支的體表位置并進行模擬定位。④ 虛擬胸背動脈穿支組織瓣的手術切取：按需對圖像進行配準，通過Hide/Show組合顯示穿支血管。在Simulation的Cut子模塊With Polyplane中鑿取組織瓣，Move、Rotate 平移、旋轉組織瓣模擬皮瓣切取的過程，最終以mcs格式保存。
2 結果
2.1 三維重建結果
三維重建圖像能直接顯示胸背動脈起源，動態旋轉可觀察動脈的形態、走行以及與周圍組織的關系，見圖 1。本組患者胸背動脈均起源于肩胛下動脈。10例（20側）共發現穿支血管76支，其中32支（42.1%）來自胸背動脈內側支，44支（57.9%）來自胸背動脈外側支。三維視圖窗口結合橫斷面可顯示穿支動脈類型等解剖信息。本組胸背動脈穿支中69支（90.8%）屬肌皮穿支型；7支（19.2%）為直接皮動脈型，直接發出皮動脈支配皮下組織及皮膚。
圖1
胸背動脈穿支三維重建圖像正面觀? ?圖 2 三維重建胸背動脈內側（黃箭頭）及外側（藍箭頭）第1穿支? ?圖 3 模擬構建胸背動脈穿支組織瓣 ? 單葉皮瓣 ? 雙葉皮瓣 ? 肌瓣
Figure1.
The front view of 3D image of the thoracic dorsal artery perforators? ? Fig. 2 3D reconstruction of the first medial perforator (yellow arrow) and the first lateral perforator (blue arrow) of the thoracic dorsal artery? ? Fig. 3 Simulation and reconstruction of the thoracic dorsal artery perforators tissue flap ? Simple lobe skin flap ? Bilobed flap ? Muscle flap
解剖教研室教師辨認三維圖像中穿支顯示9例，未顯示1例；顯微外科醫師辯認穿支顯示8例，未顯示2例；一致性分析示Kappa值為0.615（＞0.6），表示一致性相當可靠。
2.2 胸背動脈及其分支測量
胸背動脈及其內側支、外側支、內側第1穿支、外側第1穿支內徑分別為（1.69±0.23）、（1.11±0.09）、（1.13±0.14）、（0.67±0.06）、（0.68±0.08）mm，蒂長分別為（2.12±0.64）、（2.32±0.41）、（2.36±0.32）、（2.30± 1.47）、（2.60±1.63）cm。見圖 2。胸背動脈主干、內外側支分叉口以及穿支血管入口處橫斷面的造影劑密度，分別為1 329.42±141.93、1 255.30±159.54、1 210.75±129.68。
2.3 胸背動脈分支體表定位
胸背動脈外側第1穿支位于肩胛下角水平線上方（1.65±0.42）cm、肩胛下角垂直線外側（1.68± 0.31） cm。內側第1穿支位于肩胛下角水平線上方（1.43±0.28） cm，肩胛下角垂直線外側（1.41±0.28） cm。
2.4 模擬胸背動脈穿支組織瓣切取
根據胸背動脈穿支體表投影線、營養皮膚面積，成功模擬胸背動脈穿支組織瓣切取，包括單葉皮瓣、雙葉皮瓣、肌瓣。構建的胸背動脈穿支組織瓣模型簡潔、直觀，便于理解。見圖 3。
3 討論
3.1 三維可視化的意義
穿支血管是穿支組織瓣研究的重點和解剖學基礎。由于穿支血管纖細、存在個體差異以及變異，有關胸背動脈穿支的解剖研究結果也各不相同[5]。研究發現，胸背動脈大部分起自肩胛下動脈，少數來源于腋動脈主干。胸背動脈發自肩胛下動脈之后，斜向下行，在肩胛下角平面向外側分為內側支與外側支，兩支入肌后分別再發出不同方向的2～3個穿支營養相應節段的背闊肌及皮膚。穿支皮瓣制備時需解剖穿支血管，若術中發生操作不當、穿支定位不準確、血管管徑不匹配、血管蒂牽拉或扭轉等問題，容易造成手術失誤，甚至導致皮瓣壞死 [6]。因此，術前應充分了解血管的解剖及形態信息。
超聲導航技術可以清晰呈現人體內部結構、運動軌跡，探測穿支血管的數目、部位、走行，避免了手術盲目性，以最小代價取得最佳手術效果[7]。但該技術采集的血管信息呈節段性、假陽性率高、檢查耗時長，圖像可靠性差[8]。而CTA能精確定位管徑＞0.5 mm的穿支動脈，Malhotra等[9]進一步研究發現CTA不僅能精確定位穿支走行，其能檢測到管徑僅為0.3 mm的穿支血管。我們通過CTA采集的原始數據，經Mimics17.0軟件處理后獲得清晰的三維重建圖像。通過該圖像可直觀觀察并精確定位胸背動脈內、外側第1穿支，結合二維視圖可明確穿支類型、數量。此外，通過三維窗口可立體、旋轉觀察并精確測量各穿支管徑、長度，避免了二維窗口圖像的重疊、交錯。研究表明，還可以通過CTA影像學定位穿支位置，并虛擬三維測量各穿支管徑、長度，精確界定皮瓣供血范圍[10-11]。同時，臨床上傳統皮瓣設計方法，存在組織瓣與受區不匹配的可能性。而應用CTA不僅能得到胸背動脈及其穿支的影像學信息，還能獲得皮膚、脂肪、肌肉組織等軟組織信息，并測量其組織量，從而達到術前準確評估組織瓣切取位置、范圍的目的，可以根據患者個體需要設計個性化皮瓣。
3.2 影響三維可視化的因素
動脈血管屬肌性管道、中空結構，不如骨骼、肝臟、腦組織等實質臟器或內臟空腔大臟器容易顯影，特別在獲取中小脈管系統三維可視化圖像方面有一定難度。獲得高質量的血管三維可視化圖像的關鍵，首先是動脈信息的完整采集，其次是在完整三維數據中提煉、分割目標血管圖像。尸體穿支血管標本的采集，通常只需一次性血管造影，待標本固定后應用CT掃描，可反復進行三維重建[12-13]。本研究對象是活體，不能重復實驗。小動脈、穿支動脈屬微細血管，肘正中靜脈注入高濃度造影劑后，造影劑在體內代謝快，故要求CT掃描儀瞬時高質量的一次性完成血管信息的采集，且采集效果直接影響圖像質量。影響CT血管顯影的因素很多，其中最重要因素是對比劑觸發掃描時間[14]。掃描時間過早，尚未達到對比劑時間-密度曲線峰值；掃描時間太遲，對比劑時間-密度曲線峰值已過，兩者都將導致動脈充盈程度不足，影響圖像顯示。為獲得滿意圖像，我們操作時注意了以下幾點：① 選用64排高性能CT掃描儀，以減少圖像噪聲，提高圖像清晰度；② 掃描參數的設定，對于BMI＜25者，采用100 kV低電壓掃描，以增加造影劑在血管中的對比度；BMI＞25者，采用120 kV常規電壓掃描；③ 采用高濃度造影劑以4.5～5.0 mL/s快速注射，以增加末梢血管造影劑的充盈度；④ 增大掃描閾值，采用170 Hu自動觸發掃描閾值，也可根據對比劑時間-密度曲線進行手動掃描，兩者均能滿足診斷要求，但手動觸發更省時，并能減少輻射量[15]；⑤ 盡量在對比劑時間-密度峰值前后數秒采集數據。基于數據采集部位、掃描精度、人體內造影劑的流速以及高精密儀器的保養等因素，我們采用5 mm薄層快速、大范圍掃描，密切追蹤造影劑，在造影劑濃度達到峰值時瞬間抓取血管信息，再以0.625 mm超薄層切取、0.4 mm間隔內插重建，以獲得最佳的人體穿支血管顯示。
造影劑從肘正中靜脈注入后，經過體循環從主干血管向穿支血管充盈并逐級衰減，我們在Mimics中通過Measure density in ellipse或Measure density in rectangle測量胸背動脈主干、內外側支分叉口以及穿支血管入口處橫斷面的造影劑密度，分別為1 329.42±141.93、1 255.30±159.54、1 210.75±129.68，符合造影劑衰減的規律[16]。穿支血管微小、不易辨認，文獻鮮有報道，故本研究以兩個不同專業的人員進行辨認，并行一致性檢驗，結果顯示一致性相當可靠。
三維圖像分割是數字化皮瓣分析及應用中的重點。精確的圖像分割需通過多種分割方式聯合進行，耗時長、分割難度大，圖像的精度直接影響后續研究。我們先導入常規掃描的CT序列，通過Mimi cs軟件骨標準化的Thresholding自動分割、Cal culate 3D等操作，獲得骨骼三維重建圖像，以mcs格式保存。由于Mimics軟件缺少統一標準化的脈管系統閾值分割范圍，而血管內注入造影劑后與骨骼的閾值范圍相近，我們再導入增強掃描的CT掃描序列，先參照骨標準化的Thresholding自動分割圖像，再人為降低閾值下限，獲得既含有血管又含有骨骼的三維圖像，然后通過圖像Registration或直接與導入的常規胸部X線胸片進行圖像配準、整合，通過Boolean Operat io ns的Minus將增強掃描的三維圖像減去常規掃描的三維重建圖像或胸部X線片，獲得單一的血管模型，剔除繁雜的參照背景，避免三維視覺信息的干擾，使得圖像的動脈信息完整并清晰呈現。新鮮尸體氧化鉛灌注的血管外徑較正常血管外徑擴大，主要是尸體標本加壓灌注使血管擴張所致。Su等[17]通過應用超聲結合造影技術探測穿支皮瓣，以提高血管顯影的連續性，但數據采集時間長，血流信號溢出較多，檢測的血管管徑明顯偏大。CT對密度相近的軟組織界限分辨欠佳，且測量的血管管徑比正常血管小，主要是三維重建軟件進行圖像分割和光滑所致[18]。圖像分割困難的主要原因是不管采取何種成像方式，獲取圖像過程中都會存在不同程度的丟失和畸變；不管采取何種計算機分割算法，其準確性很難達到實體解剖水平。
3.3 穿支血管的體表定位
個體化測量和體表定位已成為數字化皮瓣個體化治療的關鍵，其中術前穿支血管蒂的準確定位尤為重要。穿支血管定位的關鍵環節是坐標系的建立。我們選用軀干部相對平坦、體表易觸及、移動度相對較小的部位作為坐標系，如胸骨角、臍孔等。CT掃描前，體表先設計并標出坐標系，在坐標系中心貼上非金屬標記物。圖像重建后，以體表標記物為坐標進行體表模擬定位，以提高術前定位的準確性[19]。Grover等[20]研制了一種特定的模板，首先根據CTA圖像確定穿支的位置，然后在人體坐標系表面附上定制的模板，進行規范標記以提高術前定位的效率和準確性。掃描區域體內或體表存在金屬異物時，CT三維重建后，易造成偽影，聯合使用其他檢查儀器，可顯著提高疾病診斷的準確率。可采用多普勒超聲檢查進行協助定位、導航，再通過CTA影像技術進行綜合穿支血管顯示和數字化定位，既克服各種檢測手段自身的局限性，又為穿支皮瓣的術前設計提供更全面、可靠的影像學數據，起到精確的導航作用。
3.4 個性化手術設計
我們根據穿支組織瓣術前評估方案，即對穿支組織瓣患者術前進行CTA掃描并三維重建，通過對穿支動脈的精確定位，再根據組織瓣切取的原則，選擇優勢穿支進行組織瓣的個性化設計，宜選擇距離最近、管徑最大、在肌肉中走行最短、走行相對平直的穿支作為組織瓣的主要血管。并根據患者的個體化需要制成帶蒂穿支皮瓣、游離穿支皮瓣、穿支血管蒂V-Y推進皮瓣、穿支血管蒂狀旋轉皮瓣、穿支蒂螺旋槳皮瓣[21]等多種形式。也可以根據組織缺損的結構制成臨床最常用的單一組織瓣和復合組織瓣，豐富皮瓣切取種類及修復方式，從而為術中精準、微創的切取皮瓣，提高手術效果和成功率。
綜上述，我們利用CTA顯示胸背動脈及其穿支并重建三維圖像，其立體感和真實感強，可直觀觀察血管走行，并測量穿支長度、管徑，可指導術前皮瓣設計。但目前研究尚處于初級階段，受實驗時間、實驗條件限制，樣本量小，存在一定的選擇偏倚和測量誤差，仍有待臨床應用驗證。
胸背動脈穿支皮瓣由背闊肌皮瓣衍生而來，它克服了傳統肌皮瓣創傷大、皮瓣臃腫等不足，尤其適于乳房重建及四肢、頭頸部創面修復[1-3]。因胸背動脈可靠的穿支數目少、血管蒂短、管徑細小，且存在變異，僅憑臨床經驗、多普勒超聲術前導航[4]和術中探查切取穿支皮瓣，手術失敗風險高。隨著數字化技術、數字化皮瓣的日趨成熟，三維重建穿支皮瓣解剖結構以滿足臨床皮瓣設計的需求成為可能。目前，CT血管造影（CT angiography，CTA）已廣泛應用于心、肺、肝、腎等臟器血管的評估。本研究中，我們應用CTA技術獲取人體胸背動脈原始數據，于Mimics三維重建軟件中虛擬構建胸背動脈及其穿支的三維可視化圖像，以期為術前評估、定位血管，指導臨床精細化、個性化穿支皮瓣設計提供依據。
1 材料及方法
1.1 研究對象
2012年9月－2014年6月于我院行主動脈CTA患者中，選擇無吸煙史、糖尿病、高血壓、脈管炎、食物及藥物過敏史，且肝、腎功能正常以及軀干部無畸形、腫瘤、手術瘢痕者作為研究對象。排除CT原始圖像質量差，體內、外異物影響目標區域穿支顯示、穿支不清或已有靜脈污染，以及未簽署知情同意書者。共10例患者（20側）主動脈CTA圖像符合標準納入研究，其中男6例，女4例；年齡18～65歲，平均36.3歲。身高158～185 cm，平均172 cm。體質量48～81 kg，平均67 kg。身體質量指數（body mass index，BMI） 18.6～28.7，平均23.6。
1.2 實驗方法
1.2.1 CT掃描
采用64排HD750寶石CT（GE公司，美國）采集數據。患者取仰臥位，雙上肢上舉135°，頭先進，屏氣。掃描范圍：頸椎至恥骨聯合。掃描條件：BMI＜25，電壓100 kV；BMI＞25，電壓120 kV。電流300 mA，層厚5 mm，矩陣512×512，掃描閾值170 Hu。常規掃描后，行自動跟蹤觸發增強掃描。對側肘正中靜脈注入碘帕醇注射液80～100 mL，以免同側靜脈污染，注射速率4.5～5.0 mL/s，注射完畢后用鹽水沖管（速率同前）。造影劑達到掃描閾值后延遲10～15 s后觸發動脈增強掃描，也可在造影劑時間-密度曲線峰值進行手動掃描。CT掃描后以0.625 mm超薄層切取、0.4 mm間隔內插重建。掃描時間5～10 min。
1.2.2 三維重建方法
數據采集完畢后，將增強掃描后的CT序列導入醫學交互式三維重建軟件Mimics17.0（Materialise公司，比利時）進行圖像后處理。首先采用軟件中Filter功能對圖像進行預處理，應用Segmentation模塊中的Thresholding提取指定范圍內的數據點集構成蒙板，分別獲得胸背部皮膚、肌肉、血管和骨骼蒙板。再應用Region growing、Edit masks、Multiple slice edit對圖像進行分割得到新蒙板。運用Calculate 3D工具對新蒙板進行三維重建，再運用Edit masks in 3D及Smoothing修飾模型。也可導入同一患者常規掃描三維重建圖像或胸部X線片，與增強掃描CT序列進行圖像Registration，再通過Boolean Operations的Minus將后者減去前者，獲得血管模型。模型重建后分別由兩名相同資歷的解剖教研室教師及顯微外科醫師對胸背動脈穿支進行辨認，并對結果行一致性分析。
1.2.3 觀測指標
① 觀察胸背動脈及其分支的起源、數目、穿支類型、走行等形態學指標。② 胸背動脈及其分支測量：采用軟件Measurements功能中的Measure diameter測量胸背動脈及其分支起始段內徑、Measure distance over the surface測量穿支蒂起止段長度。采用Measure density in ellipse或Meas ure density in rectangle測量胸背動脈主干、內外側支分叉口以及穿支血管入口處橫斷面的造影劑密度。③ 胸背動脈分支體表定位：以肩胛下角水平線為X軸，肩胛下角垂直線為Y軸，測量胸背動脈內、外側第1 穿支的體表位置并進行模擬定位。④ 虛擬胸背動脈穿支組織瓣的手術切取：按需對圖像進行配準，通過Hide/Show組合顯示穿支血管。在Simulation的Cut子模塊With Polyplane中鑿取組織瓣，Move、Rotate 平移、旋轉組織瓣模擬皮瓣切取的過程，最終以mcs格式保存。
2 結果
2.1 三維重建結果
三維重建圖像能直接顯示胸背動脈起源，動態旋轉可觀察動脈的形態、走行以及與周圍組織的關系，見圖 1。本組患者胸背動脈均起源于肩胛下動脈。10例（20側）共發現穿支血管76支，其中32支（42.1%）來自胸背動脈內側支，44支（57.9%）來自胸背動脈外側支。三維視圖窗口結合橫斷面可顯示穿支動脈類型等解剖信息。本組胸背動脈穿支中69支（90.8%）屬肌皮穿支型；7支（19.2%）為直接皮動脈型，直接發出皮動脈支配皮下組織及皮膚。
圖1
胸背動脈穿支三維重建圖像正面觀? ?圖 2 三維重建胸背動脈內側（黃箭頭）及外側（藍箭頭）第1穿支? ?圖 3 模擬構建胸背動脈穿支組織瓣 ? 單葉皮瓣 ? 雙葉皮瓣 ? 肌瓣
Figure1.
The front view of 3D image of the thoracic dorsal artery perforators? ? Fig. 2 3D reconstruction of the first medial perforator (yellow arrow) and the first lateral perforator (blue arrow) of the thoracic dorsal artery? ? Fig. 3 Simulation and reconstruction of the thoracic dorsal artery perforators tissue flap ? Simple lobe skin flap ? Bilobed flap ? Muscle flap
解剖教研室教師辨認三維圖像中穿支顯示9例，未顯示1例；顯微外科醫師辯認穿支顯示8例，未顯示2例；一致性分析示Kappa值為0.615（＞0.6），表示一致性相當可靠。
2.2 胸背動脈及其分支測量
胸背動脈及其內側支、外側支、內側第1穿支、外側第1穿支內徑分別為（1.69±0.23）、（1.11±0.09）、（1.13±0.14）、（0.67±0.06）、（0.68±0.08）mm，蒂長分別為（2.12±0.64）、（2.32±0.41）、（2.36±0.32）、（2.30± 1.47）、（2.60±1.63）cm。見圖 2。胸背動脈主干、內外側支分叉口以及穿支血管入口處橫斷面的造影劑密度，分別為1 329.42±141.93、1 255.30±159.54、1 210.75±129.68。
2.3 胸背動脈分支體表定位
胸背動脈外側第1穿支位于肩胛下角水平線上方（1.65±0.42）cm、肩胛下角垂直線外側（1.68± 0.31） cm。內側第1穿支位于肩胛下角水平線上方（1.43±0.28） cm，肩胛下角垂直線外側（1.41±0.28） cm。
2.4 模擬胸背動脈穿支組織瓣切取
根據胸背動脈穿支體表投影線、營養皮膚面積，成功模擬胸背動脈穿支組織瓣切取，包括單葉皮瓣、雙葉皮瓣、肌瓣。構建的胸背動脈穿支組織瓣模型簡潔、直觀，便于理解。見圖 3。
3 討論
3.1 三維可視化的意義
穿支血管是穿支組織瓣研究的重點和解剖學基礎。由于穿支血管纖細、存在個體差異以及變異，有關胸背動脈穿支的解剖研究結果也各不相同[5]。研究發現，胸背動脈大部分起自肩胛下動脈，少數來源于腋動脈主干。胸背動脈發自肩胛下動脈之后，斜向下行，在肩胛下角平面向外側分為內側支與外側支，兩支入肌后分別再發出不同方向的2～3個穿支營養相應節段的背闊肌及皮膚。穿支皮瓣制備時需解剖穿支血管，若術中發生操作不當、穿支定位不準確、血管管徑不匹配、血管蒂牽拉或扭轉等問題，容易造成手術失誤，甚至導致皮瓣壞死 [6]。因此，術前應充分了解血管的解剖及形態信息。
超聲導航技術可以清晰呈現人體內部結構、運動軌跡，探測穿支血管的數目、部位、走行，避免了手術盲目性，以最小代價取得最佳手術效果[7]。但該技術采集的血管信息呈節段性、假陽性率高、檢查耗時長，圖像可靠性差[8]。而CTA能精確定位管徑＞0.5 mm的穿支動脈，Malhotra等[9]進一步研究發現CTA不僅能精確定位穿支走行，其能檢測到管徑僅為0.3 mm的穿支血管。我們通過CTA采集的原始數據，經Mimics17.0軟件處理后獲得清晰的三維重建圖像。通過該圖像可直觀觀察并精確定位胸背動脈內、外側第1穿支，結合二維視圖可明確穿支類型、數量。此外，通過三維窗口可立體、旋轉觀察并精確測量各穿支管徑、長度，避免了二維窗口圖像的重疊、交錯。研究表明，還可以通過CTA影像學定位穿支位置，并虛擬三維測量各穿支管徑、長度，精確界定皮瓣供血范圍[10-11]。同時，臨床上傳統皮瓣設計方法，存在組織瓣與受區不匹配的可能性。而應用CTA不僅能得到胸背動脈及其穿支的影像學信息，還能獲得皮膚、脂肪、肌肉組織等軟組織信息，并測量其組織量，從而達到術前準確評估組織瓣切取位置、范圍的目的，可以根據患者個體需要設計個性化皮瓣。
3.2 影響三維可視化的因素
動脈血管屬肌性管道、中空結構，不如骨骼、肝臟、腦組織等實質臟器或內臟空腔大臟器容易顯影，特別在獲取中小脈管系統三維可視化圖像方面有一定難度。獲得高質量的血管三維可視化圖像的關鍵，首先是動脈信息的完整采集，其次是在完整三維數據中提煉、分割目標血管圖像。尸體穿支血管標本的采集，通常只需一次性血管造影，待標本固定后應用CT掃描，可反復進行三維重建[12-13]。本研究對象是活體，不能重復實驗。小動脈、穿支動脈屬微細血管，肘正中靜脈注入高濃度造影劑后，造影劑在體內代謝快，故要求CT掃描儀瞬時高質量的一次性完成血管信息的采集，且采集效果直接影響圖像質量。影響CT血管顯影的因素很多，其中最重要因素是對比劑觸發掃描時間[14]。掃描時間過早，尚未達到對比劑時間-密度曲線峰值；掃描時間太遲，對比劑時間-密度曲線峰值已過，兩者都將導致動脈充盈程度不足，影響圖像顯示。為獲得滿意圖像，我們操作時注意了以下幾點：① 選用64排高性能CT掃描儀，以減少圖像噪聲，提高圖像清晰度；② 掃描參數的設定，對于BMI＜25者，采用100 kV低電壓掃描，以增加造影劑在血管中的對比度；BMI＞25者，采用120 kV常規電壓掃描；③ 采用高濃度造影劑以4.5～5.0 mL/s快速注射，以增加末梢血管造影劑的充盈度；④ 增大掃描閾值，采用170 Hu自動觸發掃描閾值，也可根據對比劑時間-密度曲線進行手動掃描，兩者均能滿足診斷要求，但手動觸發更省時，并能減少輻射量[15]；⑤ 盡量在對比劑時間-密度峰值前后數秒采集數據。基于數據采集部位、掃描精度、人體內造影劑的流速以及高精密儀器的保養等因素，我們采用5 mm薄層快速、大范圍掃描，密切追蹤造影劑，在造影劑濃度達到峰值時瞬間抓取血管信息，再以0.625 mm超薄層切取、0.4 mm間隔內插重建，以獲得最佳的人體穿支血管顯示。
造影劑從肘正中靜脈注入后，經過體循環從主干血管向穿支血管充盈并逐級衰減，我們在Mimics中通過Measure density in ellipse或Measure density in rectangle測量胸背動脈主干、內外側支分叉口以及穿支血管入口處橫斷面的造影劑密度，分別為1 329.42±141.93、1 255.30±159.54、1 210.75±129.68，符合造影劑衰減的規律[16]。穿支血管微小、不易辨認，文獻鮮有報道，故本研究以兩個不同專業的人員進行辨認，并行一致性檢驗，結果顯示一致性相當可靠。
三維圖像分割是數字化皮瓣分析及應用中的重點。精確的圖像分割需通過多種分割方式聯合進行，耗時長、分割難度大，圖像的精度直接影響后續研究。我們先導入常規掃描的CT序列，通過Mimi cs軟件骨標準化的Thresholding自動分割、Cal culate 3D等操作，獲得骨骼三維重建圖像，以mcs格式保存。由于Mimics軟件缺少統一標準化的脈管系統閾值分割范圍，而血管內注入造影劑后與骨骼的閾值范圍相近，我們再導入增強掃描的CT掃描序列，先參照骨標準化的Thresholding自動分割圖像，再人為降低閾值下限，獲得既含有血管又含有骨骼的三維圖像，然后通過圖像Registration或直接與導入的常規胸部X線胸片進行圖像配準、整合，通過Boolean Operat io ns的Minus將增強掃描的三維圖像減去常規掃描的三維重建圖像或胸部X線片，獲得單一的血管模型，剔除繁雜的參照背景，避免三維視覺信息的干擾，使得圖像的動脈信息完整并清晰呈現。新鮮尸體氧化鉛灌注的血管外徑較正常血管外徑擴大，主要是尸體標本加壓灌注使血管擴張所致。Su等[17]通過應用超聲結合造影技術探測穿支皮瓣，以提高血管顯影的連續性，但數據采集時間長，血流信號溢出較多，檢測的血管管徑明顯偏大。CT對密度相近的軟組織界限分辨欠佳，且測量的血管管徑比正常血管小，主要是三維重建軟件進行圖像分割和光滑所致[18]。圖像分割困難的主要原因是不管采取何種成像方式，獲取圖像過程中都會存在不同程度的丟失和畸變；不管采取何種計算機分割算法，其準確性很難達到實體解剖水平。
3.3 穿支血管的體表定位
個體化測量和體表定位已成為數字化皮瓣個體化治療的關鍵，其中術前穿支血管蒂的準確定位尤為重要。穿支血管定位的關鍵環節是坐標系的建立。我們選用軀干部相對平坦、體表易觸及、移動度相對較小的部位作為坐標系，如胸骨角、臍孔等。CT掃描前，體表先設計并標出坐標系，在坐標系中心貼上非金屬標記物。圖像重建后，以體表標記物為坐標進行體表模擬定位，以提高術前定位的準確性[19]。Grover等[20]研制了一種特定的模板，首先根據CTA圖像確定穿支的位置，然后在人體坐標系表面附上定制的模板，進行規范標記以提高術前定位的效率和準確性。掃描區域體內或體表存在金屬異物時，CT三維重建后，易造成偽影，聯合使用其他檢查儀器，可顯著提高疾病診斷的準確率。可采用多普勒超聲檢查進行協助定位、導航，再通過CTA影像技術進行綜合穿支血管顯示和數字化定位，既克服各種檢測手段自身的局限性，又為穿支皮瓣的術前設計提供更全面、可靠的影像學數據，起到精確的導航作用。
3.4 個性化手術設計
我們根據穿支組織瓣術前評估方案，即對穿支組織瓣患者術前進行CTA掃描并三維重建，通過對穿支動脈的精確定位，再根據組織瓣切取的原則，選擇優勢穿支進行組織瓣的個性化設計，宜選擇距離最近、管徑最大、在肌肉中走行最短、走行相對平直的穿支作為組織瓣的主要血管。并根據患者的個體化需要制成帶蒂穿支皮瓣、游離穿支皮瓣、穿支血管蒂V-Y推進皮瓣、穿支血管蒂狀旋轉皮瓣、穿支蒂螺旋槳皮瓣[21]等多種形式。也可以根據組織缺損的結構制成臨床最常用的單一組織瓣和復合組織瓣，豐富皮瓣切取種類及修復方式，從而為術中精準、微創的切取皮瓣，提高手術效果和成功率。
綜上述，我們利用CTA顯示胸背動脈及其穿支并重建三維圖像，其立體感和真實感強，可直觀觀察血管走行，并測量穿支長度、管徑，可指導術前皮瓣設計。但目前研究尚處于初級階段，受實驗時間、實驗條件限制，樣本量小，存在一定的選擇偏倚和測量誤差，仍有待臨床應用驗證。
