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        跟腱區(qū)動脈血供的三維可視化研究

        2009-04-26 09:05:14彭建強(qiáng)張江黃愛軍徐達(dá)傳陳勝華
        關(guān)鍵詞:可視化手術(shù)

        彭建強(qiáng) 張江 黃愛軍 徐達(dá)傳 陳勝華

        基礎(chǔ)研究

        跟腱區(qū)動脈血供的三維可視化研究

        彭建強(qiáng) 張江 黃愛軍 徐達(dá)傳 陳勝華

        目的通過數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建跟腱區(qū)動脈血供的三維可視化圖像,研究跟腱區(qū)的動脈血供。方法新鮮人小腿標(biāo)本三只,用30%明膠、10%朱砂、10%淀粉按比例配制的灌注液灌注,冷藏后CT掃描獲得DICOM格式數(shù)據(jù),Mimics 10.01軟件處理。結(jié)果獲得小腿跟腱區(qū)皮膚、骨骼、動脈、跟腱的三維可視化圖像。結(jié)論跟腱區(qū)三維可視化圖像可為臨床提供形態(tài)學(xué)資料,虛擬手術(shù)有助于最佳手術(shù)方案的選擇。

        跟腱;動脈;圖像處理,計算機(jī)輔助;成像,三維;腱損傷

        目前,圖像三維可視化技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,它可以通過建立動態(tài)的三維可視化模型,為臨床研究提供直觀形象的解剖學(xué)依據(jù),指導(dǎo)臨床進(jìn)行診斷治療、手術(shù)規(guī)劃、模擬仿真等操作[1,2]。本實驗通過數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建跟腱部軟組織包括周圍皮膚動脈血供的三維可視化圖像,并在虛擬圖像上施行模擬手術(shù),觀察不同手術(shù)切口對局部血液供應(yīng)的影響,為臨床跟腱斷裂的手術(shù)治療、跟腱皮膚切口部位的選擇以及避免術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生提供形態(tài)學(xué)資料。

        1 材料與方法

        1.1 實驗材料

        取新鮮成人小腿標(biāo)本3只,用40℃5%的枸櫞酸鈉生理鹽水沖洗血管,至流出清澈液體為止,備用。

        1.2 實驗方法

        1.2.1 標(biāo)本的制作 對上述備好的新鮮小腿標(biāo)本,在股動脈斷口內(nèi)插管,用注射器將灌注液[3](由30%明膠、10%朱砂、10%淀粉按比例配制而成)緩慢注入動脈血管中。觀察到標(biāo)本動脈逐漸充盈,至足趾末梢動脈亦有明顯充盈時,停止灌注。標(biāo)本冷藏24 h。

        1.2.2 數(shù)據(jù)獲取 采用GE64排螺旋CT機(jī)對灌注好的標(biāo)本進(jìn)行CT掃描。掃描參數(shù):層厚0.5 mm,電壓120 kV,電流250 mA,512×512矩陣,無間距連續(xù)掃描,掃描后取得的數(shù)據(jù)以DICOM格式保存。

        1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用比利時Materialise公司生產(chǎn)的Mimics 10.01軟件對獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。以手動方式實現(xiàn)圖像配準(zhǔn)、分割、標(biāo)識,重建小腿跟腱區(qū)的外形、骨骼、動脈、跟腱等解剖結(jié)構(gòu),獲得三維可視化圖像,并進(jìn)行平滑處理。通過軟件的Simulation模塊的Cut with Polyplane功能,在跟腱內(nèi)側(cè)跟骨結(jié)節(jié)上方約1 cm和4 cm的地方分別做兩個長1.4 cm、深0.5 cm的切口,此外在跟腱內(nèi)部做長切口,在跟腱止點做橫切口,觀察切口對動脈血供的影響。

        2 結(jié)果

        2.1 跟腱區(qū)的動脈血供特點

        跟腱區(qū)軟組織的動脈血供主要由脛后動脈和腓動脈的分支供應(yīng)。

        2.1.1 脛后動脈于跟腱內(nèi)側(cè)緣下降時依次發(fā)出5~6支分支動脈,加上脛后動脈稍上部發(fā)出的跟腱深動脈,是跟腱的主要營養(yǎng)血管。其中2支為深支,發(fā)出后直達(dá)跟腱內(nèi)側(cè)緣,參與構(gòu)成跟腱內(nèi)側(cè)緣動脈網(wǎng);脛后動脈下行至跟腱下端時發(fā)出跟內(nèi)側(cè)支,參與構(gòu)成跟腱下端動脈網(wǎng)。跟腱內(nèi)側(cè)區(qū)皮膚動脈血供也由這些分支動脈提供(圖1)。

        2.1.2 腓動脈發(fā)出以下三個分支:(1)跟腱外上動脈,分成深淺兩支:深支至跟腱外側(cè)緣上部,并下行與跟腱外下動脈深支吻合成腱外側(cè)緣動脈網(wǎng);淺支只抵達(dá)腱外膜,參與構(gòu)成膜內(nèi)動脈網(wǎng)。(2)跟腱外下動脈,于跟腱外側(cè)緣下部上行,亦分為深淺兩支,分別與外上動脈的同名支吻合。(3)跟外側(cè)支,包括升支和降支:升支分布于跟腱下端外側(cè);降支參與跟動脈網(wǎng)的構(gòu)成(圖2)。跟腱外側(cè)區(qū)皮膚動脈血供亦由這些分支動脈提供。

        2.1.3 跟腱有豐富的動脈網(wǎng)供血:(1)跟腱內(nèi)側(cè)動脈淺支與跟腱外側(cè)動脈淺支共同構(gòu)成跟腱外膜內(nèi)動脈網(wǎng),并從網(wǎng)上發(fā)出細(xì)支穿越疏松結(jié)締組織層抵達(dá)腱束,主要營養(yǎng)跟腱表層腱纖維束;(2)跟腱內(nèi)側(cè)動脈相互吻合形成腱內(nèi)側(cè)動脈網(wǎng),營養(yǎng)跟腱內(nèi)側(cè)部腱束;(3)跟腱外側(cè)動脈則相互吻合成腱外側(cè)動脈網(wǎng),營養(yǎng)跟腱外側(cè)部腱束;(4)腱內(nèi)側(cè)動脈網(wǎng)和腱外側(cè)動脈網(wǎng)之間有動脈支相交通;(5)跟內(nèi)側(cè)支與跟外側(cè)支的升支相互吻合構(gòu)成跟腱下端動脈網(wǎng)(圖3)。

        2.1.4 跟腱被覆區(qū)內(nèi)側(cè)區(qū)域和外側(cè)區(qū)域皮下組織內(nèi)有豐富的血液供應(yīng),跟腱后方下段正中部位長約6 cm的區(qū)域血液供應(yīng)較少。

        2.2 模擬手術(shù)對跟腱區(qū)動脈血供的影響

        2.2.1 在跟腱內(nèi)側(cè)跟骨結(jié)節(jié)上方約1 cm處做長1.4 cm、深0.5 cm的切口,觀察切口對跟腱及其皮膚血液供給的影響。結(jié)果顯示,切口對圖中所顯示的動脈沒有影響。

        2.2.2 在跟腱內(nèi)側(cè)跟骨結(jié)節(jié)上方約4 cm處做長1.4 cm、深0.5 cm的切口,觀察切口對跟腱及其皮膚血供的影響,發(fā)現(xiàn)切口對圖中所顯示的動脈沒有影響(圖4)。

        2.2.3 跟腱內(nèi)側(cè)跟骨結(jié)節(jié)上方約7 cm處跟腱及其皮膚血供豐富,如果在此以上部位做切口,皮膚壞死的機(jī)會小(圖5)。

        2.2.4 跟腱內(nèi)側(cè)做長切口,對跟腱皮膚血供有影響(圖6)。

        2.2.5 跟腱止點做橫切口,對跟腱皮膚血供影響較?。▓D7)。

        3 討論

        圖1 脛后動脈分支

        圖2 腓動脈分支

        圖3 跟腱區(qū)動脈網(wǎng)的分布

        圖4 跟腱內(nèi)側(cè)模擬手術(shù)(兩個切口)

        閉合性跟腱斷裂術(shù)后有較高的皮膚壞死發(fā)生率,主要與跟腱及其周圍軟組織血液供應(yīng)較差,手術(shù)又進(jìn)一步破壞其血供有關(guān)。既往有多位學(xué)者研究了跟腱區(qū)的動脈血液供應(yīng)[4-8],Chen等[5]對跟腱的動脈血供進(jìn)行了解剖學(xué)研究,為有可能破壞跟腱周圍皮膚切口血供的手術(shù)操作方案提供改善措施。研究發(fā)現(xiàn),脛后動脈和腓動脈是跟腱區(qū)的血供來源,跟腱外科手術(shù)并發(fā)癥的高發(fā)生率與正中切口的選擇有關(guān)。陳明法等[6]觀察到,跟腱在其止點近側(cè)的腹側(cè)約1/2~2/3為無血管區(qū),因此建議在處理跟腱斷裂手術(shù)時,從背側(cè)正中矢狀切口入路為宜;陳履平[7]等發(fā)現(xiàn)跟腱血供來源以脛后動脈為主,認(rèn)為手術(shù)以跟腱旁內(nèi)側(cè)切口入路較好;孫淑紅[8]等定量描述了跟腱周圍軟組織覆蓋區(qū)的血管解剖學(xué)分布,指出跟腱內(nèi)、外側(cè)區(qū)血液供應(yīng)豐富,而跟腱中央?yún)^(qū)皮下組織血液供應(yīng)較少。諸多研究表明,直觀全面地了解跟腱軟組織動脈血供情況,對跟腱外科治療方法的選擇有重要的指導(dǎo)意義。本實驗對跟腱區(qū)動脈血供進(jìn)行三維可視化研究,立體準(zhǔn)確地觀察跟腱區(qū)動脈的走行與分布特點,同時通過模擬手術(shù)尋找對局部血供影響較小的合適切口,為臨床手術(shù)入路的選擇提供參考依據(jù)。

        圖5 跟腱止點上7 cm血供豐富

        圖6 跟腱內(nèi)側(cè)長切口對跟腱及其皮膚血供的影響

        圖7 跟腱止點橫切口對跟腱及其皮膚血供的影響

        本實驗證實,跟腱被覆區(qū)內(nèi)側(cè)和外側(cè)區(qū)域皮下組織內(nèi)有豐富的血液供應(yīng),在跟腱后方下段正中6 cm以上作小腿后方正中切口不會影響局部血供,而跟腱后方下段正中部位6 cm內(nèi)血液供應(yīng)較少,不宜作后正中切口。內(nèi)側(cè)切口不宜太長,否則會截斷來自內(nèi)側(cè)前方的血供,使切口后方血液僅靠其上、下方的少量側(cè)支循環(huán)供給,容易發(fā)生切口后方的皮膚壞死。我們在臨床上對陳舊性跟腱斷裂病人進(jìn)行跟腱延長修復(fù)時常采用上段后正中長切口,下段在止點處作內(nèi)側(cè)小切口或橫切口,將延長的近端跟腱從上、下方切口間腱鞘隧道中引至下方切口中與跟腱遠(yuǎn)端斷端縫接,術(shù)后傷口愈合良好。閉合性跟腱斷裂最常發(fā)生在跟腱止點上2~6 cm內(nèi)[9],但其它部位也可發(fā)生斷裂。我們利用三維可視化標(biāo)本,對不同部位的跟腱斷裂施行跟腱后正中及內(nèi)側(cè)長切口或止點處橫切口等模擬手術(shù),觀察手術(shù)切口對局部血供的影響。結(jié)果顯示前二處切口均對血供有明顯影響,而止點處橫切口則無明顯影響。因此,我們在近期的臨床手術(shù)中選擇在斷裂跟腱上端作內(nèi)側(cè)小切口,下端作橫切口,以更有利于斷端的顯露和縫接。

        模擬手術(shù)結(jié)果顯示,在跟腱內(nèi)側(cè)跟骨結(jié)節(jié)上方約1 cm和4 cm處分別作長1.4 cm、深0.5 cm的切口,局部血液供應(yīng)無明顯變化,結(jié)合我們在臨床工作中的體會,可以考慮在跟腱斷裂的近端和遠(yuǎn)端分別作兩個小切口,在斷端近端稍上方作一小切口,將斷裂的跟腱牽至切口外行Bunnell縫合,使切口內(nèi)操作變?yōu)榍锌谕獠僮?,擴(kuò)大了操作空間;且此時腱鞘內(nèi)跟腱斷端呈游離狀,牽出切口外極為容易,也不需要分離腱周組織,無過多損傷跟腱血供之虞。在跟腱遠(yuǎn)端斷裂處作一小切口,則可觀察到跟腱遠(yuǎn)端斷裂性質(zhì)及縫合后對合情況,同時便于修補(bǔ)縫合。因此在跟腱斷裂手術(shù)中,于跟腱斷裂的近端和遠(yuǎn)端分別作一個小切口,有利于減少對局部皮膚血供的破壞,有助于術(shù)中對斷端的縫接操作,可有效預(yù)防術(shù)后跟腱及跟腱皮膚缺血壞死[10]。

        我們根據(jù)本實驗的三維可視化解剖學(xué)研究結(jié)果,指導(dǎo)臨床對部分病例施行了跟腱斷裂手術(shù),取得了良好的效果。但由于手術(shù)開展的數(shù)量有限,仍需要進(jìn)一步的臨床評估和隨訪研究,同時還需進(jìn)一步結(jié)合術(shù)中具體情況,改良手術(shù)方式,盡量減少閉合性跟腱斷裂術(shù)后皮膚壞死的發(fā)生。

        1 FischerM,StrausG,GahrS,etal.Three-dimensional visualization for preoperative planning and evaluation in head and neck surgery [J].Laryngorhinootologie,2009,88(4): 229-233.

        2 余正紅,蔡胥,李鑒軼,等.膝關(guān)節(jié)血供三維可視化研究及其臨床意義 [J/CD].中華關(guān)節(jié)外科雜志(電子版),2007,1(4): 227-231.

        3 傅群武,王興海,劉暢,等."虛擬中國人"建模動脈灌注液濃度的選擇[J].中國臨床解剖學(xué)雜志,2002,20(5):332-333.

        4 O'Brien M.The anatomy of the Achilles tendon[J].Foot Ankle Clin,2005,10(2):225-238.

        5 Chen TM,Rozen WM,Pan WR,et al.The arterial anatomy of the Achilles tendon:anatomical study and clinical implications. Clin Anat,2009,22(3):377-385.

        6 陳明法,任國良,姚作賓.跟腱微血管解剖及其臨床意義[J].中國臨床解剖學(xué)雜志,1994,12(2):85-87.

        7 陳履平,張詩興,李承球,等.跟腱血液循環(huán)的顯微構(gòu)筑及臨床意義[J].中華創(chuàng)傷雜志,1995,11(4):202-203.

        8 孫淑紅,孫臣友,唐茂林.跟腱周圍軟組織血供與跟腱斷裂修補(bǔ)術(shù)入路選擇的解剖學(xué)研究[J].中國骨傷,2007,20(2): 106-107.

        9 余家闊,于長隆,曲綿域,等.陳舊跟腱斷裂的臨床病理研究[J].中國運動醫(yī)學(xué)雜志,2000,19(1):9-12.

        10彭建強(qiáng),張江,蔡漢周,等.小切口加可吸收線縫合治療閉合性跟腱斷裂[J].中國矯形外科雜志,2009,17(14):1062-1064.

        (本文編輯 白朝暉)

        Three-dimensional visualization of arterial supply in Achilles tendon

        *PENG Jian-qiang,ZHANG Jiang,HUANG Ai-jun,XU Da-chuan,CHEN Sheng-hua.*Department of Orthopaedics,The Fourth People's Hospital of Shenzhen,Shenzhen 518033,China

        Objective The aim of the present research was to study arterial blood supply in Achilles tendon area by reconstructing three-dimensional visualization images of arteries in this area with digital technology.Methods Three specimens of fresh human leg were perfused by the perfusion preparation with 30%gelatin,10%cinnabar and 10%starch pro rate,and then were frozen and scanned by CT,DICOM format data were obtained and processed by Mimics 10.01 software.Results Three-dimensional visualization images of skin,bones,arteries, tendons in Achilles tendon area were reconstructed.Conclusion Three-dimensional visualization in Achilles tendon area can provide morphological data for clinical therapy,and can be helpful to formulate the best operation scheme with virtual surgery.

        Achilles tendon;Arteries;Image processing,computer-assisted;Imaging,three-dimensional; Tendon injuries

        R322.74,R813.3

        A

        1674-666X(2009)02-0122-03

        10.3969/j.issn.1674-666X.2009.02.011

        深圳市科技計劃項目(200702048)

        518033深圳,深圳市第四(福田)人民醫(yī)院骨科(彭建強(qiáng)、黃愛軍);442000十堰,鄖陽醫(yī)學(xué)院太和醫(yī)院(張江);510515廣州,南方醫(yī)科大學(xué)解剖研究所(徐達(dá)傳、陳勝華)

        E-mail:pengjq@live.cn

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