管文敏 沈若武 晁 凡 趙 成 周宇石 劉方圓 李順見(jiàn) 谷 方

青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，山東青島 266071

頸內(nèi)動(dòng)脈CT增強(qiáng)掃描數(shù)據(jù)的三維重建研究

管文敏 沈若武▲晁 凡 趙 成 周宇石 劉方圓 李順見(jiàn) 谷 方

青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，山東青島 266071

目的探討Mimics軟件在基于CT增強(qiáng)掃描數(shù)據(jù)集重建頸內(nèi)動(dòng)脈三維數(shù)字化模型中的應(yīng)用及頸內(nèi)動(dòng)脈的分段。 方法1例經(jīng)CT增強(qiáng)連續(xù)掃描數(shù)據(jù)集，以DICOM格式導(dǎo)入 Mimics10.01軟件，運(yùn)用閾值選取技術(shù)、蒙板編輯技術(shù)、區(qū)域增長(zhǎng)方法對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈進(jìn)行三維重建。結(jié)果獲得了頸內(nèi)動(dòng)脈的三維數(shù)字化模型，并進(jìn)行了分段及注釋。結(jié)論 通過(guò)Mimics軟件建立起了頸內(nèi)動(dòng)脈的三維數(shù)字化模型，在人體解剖學(xué)教學(xué)、斷層解剖學(xué)教學(xué)、臨床腦外科和頸內(nèi)動(dòng)脈病變?cè)\斷等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

頸內(nèi)動(dòng)脈；Bouthillier分段法；三維重建

頸內(nèi)動(dòng)脈（internal carotid artery，ICA）平甲狀軟骨上緣起自頸總動(dòng)脈，是顱內(nèi)血供的主干血管之一。ICA的正常結(jié)構(gòu)對(duì)維持人體正常功能具有重要意義。以往對(duì)ICA的研究以解剖學(xué)研究為主，研究手段主要是大體解剖、顯微觀(guān)察解剖、血管灌注鑄型技術(shù)、血管造影、DSA、MRI、CT等方法[1-5]。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的革新及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，三維重建技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用，尤其在基礎(chǔ)和臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越突出的作用。根據(jù)不同的教學(xué)及臨床需要，借助不同的三維重建軟件，可以建立人體不同部位的可視化3D模型。本研究基于1例男性CT斷層數(shù)據(jù)集，通過(guò)Mimics軟件建立了ICA的三維可視化模型，并運(yùn)用Bouthillier分段法進(jìn)行了分段，建立的3D模型可廣泛應(yīng)用于人體解剖學(xué)教學(xué)、斷層解剖學(xué)教學(xué)、臨床腦外科和ICA病變?cè)\斷等方面。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)采集

1例頭頸部CT增強(qiáng)連續(xù)掃描數(shù)據(jù)集，男性，69歲。主

要掃描條件：電壓120 kV，電流250.80 mAs，矩陣512×512，層厚0.625 mm。該數(shù)據(jù)集共計(jì)553張CT圖像。

1.2 圖像研究平臺(tái)

硬件平臺(tái)：個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC），CPU：Intel Core i3-2310M，內(nèi)存：RAM2.00GB，顯卡：Radeon HD 6470M。 軟件平臺(tái)：操作系統(tǒng)為Windows 7旗艦版，三維重建軟件為Mimics10.01（Materialise 公司，比利時(shí)）。

1.3 三維重建

把DICOM文件格式的CT數(shù)據(jù)集導(dǎo)入Mimics軟件，利用Thresholding功能將閾值界定在181～537 HounsField單位之間，此閾值內(nèi)的所有像素被選取成為一個(gè)新的蒙板。然后使用Multiple Slice Edit功能選取顱骨、ICA及其附屬分支，用區(qū)域增長(zhǎng)功能以Bouthillier分段法進(jìn)行分段，再經(jīng)3D計(jì)算功能對(duì)其進(jìn)行三維重建，并對(duì)重建出的三維模型進(jìn)行光順處理及添加注釋。

2 結(jié)果

通過(guò)Mimics10.01軟件進(jìn)行三維重建得到的ICA三維數(shù)字化圖像直觀(guān)準(zhǔn)確，可以在各個(gè)方位對(duì)其進(jìn)行觀(guān)察并全角度旋轉(zhuǎn)，能清晰反映出ICA在顱內(nèi)外的走行，準(zhǔn)確顯示出了血管與骨骼的毗鄰和位置關(guān)系（圖1），能從各個(gè)方向和角度對(duì)其進(jìn)行平面及三維的角度和距離測(cè)量，可以以多種顏色顯示骨和各段ICA，并可以調(diào)整骨和ICA的透明程度，還可以根據(jù)需要對(duì)骨及ICA的各個(gè)分段進(jìn)行注釋?zhuān)▓D 2）。

圖1 頸內(nèi)動(dòng)脈在骨內(nèi)的走行

圖2 頸內(nèi)動(dòng)脈的分段

3 討論

3.1 ICA臨床應(yīng)用的解剖學(xué)研究

ICA供應(yīng)腦和眼的前部，并發(fā)出分支到前額和鼻子。根據(jù)Bouthillier分段法可將ICA從上至下分為7段[6]，分別為：頸段（C1），從頸總動(dòng)脈分叉處起，至頸動(dòng)脈管外口為止；巖段（C2）全程均走在顳骨巖部的頸動(dòng)脈管內(nèi)，首先向上走形（垂直段），然后彎曲向內(nèi)側(cè)壁走形（水平段），包裹在交感神經(jīng)叢之中；破裂孔段（C3）起自頸動(dòng)脈管內(nèi)口，沿蝶骨底的頸動(dòng)脈溝上升，止于巖舌韌帶，通過(guò)一薄骨板或纖維板與三叉神經(jīng)節(jié)相隔；海綿竇段（C4）位于海綿竇內(nèi)，向上穿過(guò)海綿竇頂?shù)挠材X膜環(huán)，由前床突內(nèi)側(cè)出海綿竇；床突段（C5）是頸內(nèi)動(dòng)脈各段中最短的一段，完全位于硬腦膜內(nèi)，始于近側(cè)硬腦膜環(huán)，止于遠(yuǎn)側(cè)硬腦膜環(huán)，僅構(gòu)成ICA前膝部上段的一小段；眼段（C6）起自遠(yuǎn)側(cè)硬腦膜環(huán)，使ICA走行于蛛網(wǎng)膜下腔的第一部分，止于后交通動(dòng)脈起始處；交通段（C7）起自后交通動(dòng)脈起始處近側(cè)，于視神經(jīng)及動(dòng)眼神經(jīng)之間穿過(guò)，終于大腦側(cè)裂內(nèi)端的前穿質(zhì)，然后分成大腦前動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈。ICA行程曲折，是動(dòng)脈粥樣硬化、動(dòng)脈狹窄及動(dòng)脈瘤好發(fā)部位。ICA也是腦卒中的高發(fā)部位[7]。對(duì)ICA的研究對(duì)于臨床診斷具有重要意義，對(duì)斷層解剖學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)及介入放射學(xué)同樣具有重要的意義[8]。

3.2 ICA三維重建的意義

三維重建可以一次性重建所有血管，能從不同角度觀(guān)察血管，認(rèn)識(shí)不同部位血管構(gòu)筑、吻合、走形、交叉等情況，具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。相對(duì)于二維圖形而言，三維重建所得結(jié)果更直觀(guān)，所顯示的信息量更大[9]。三維重建后，所有的三維結(jié)構(gòu)可以以多種形式進(jìn)行交流，利于保存和學(xué)習(xí)。

3.3 Mimics軟件三維重建研究的優(yōu)勢(shì)

Mimics簡(jiǎn)單易用直觀(guān)的用戶(hù)界面使得分段數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單有序，可以容易地訪(fǎng)問(wèn)相關(guān)工具和功能。Mimics可以導(dǎo)入任何二維的圖像并得到由這些二維圖像重建而來(lái)的三維模型。另外，Mimics可以導(dǎo)入很多圖形格式，比如CT、DSA、MRI和顯微鏡數(shù)據(jù)，不僅僅是DICOM格式，在醫(yī)學(xué)教學(xué)及臨床醫(yī)學(xué)中得到了普遍的應(yīng)用。①M(fèi)imics的三維重建和可視化模塊，可以讓外科醫(yī)生對(duì)薄層CT數(shù)據(jù)集在三個(gè)正交平面瀏覽，可以對(duì)感興趣的部位反復(fù)觀(guān)察；進(jìn)一步對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行三維重建，重建的模型可調(diào)整任意透明度和偽彩標(biāo)注，可以從任意角度觀(guān)察，從而清楚地顯示局部解剖的空間立體位置關(guān)系；可以進(jìn)一步對(duì)感興趣區(qū)進(jìn)行幾何參數(shù)的測(cè)量。通過(guò)這些觀(guān)察，Mimics軟件可以幫助外科醫(yī)生形成病變部位完整、清晰和準(zhǔn)確的三維印象。②Mimics軟件的快速成型模型，在假體制作、復(fù)雜病例輔助手術(shù)設(shè)計(jì)以及心臟流體動(dòng)力學(xué)、骨組織工程載體的制作方面有較多應(yīng)用。③Mimics的有限元分析模塊使得臨床病例的個(gè)性化有限元分析成為可能。④Mimics手術(shù)仿真模塊為外科醫(yī)生在臨床中創(chuàng)造性發(fā)應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助外科提供了無(wú)限空間[10]。

3.4 三維重建的不足之處

①由于造影后的血管的閾值和骨的閾值范圍有重疊，在閾值確定后選取的過(guò)程中不能做到完全自動(dòng)分割，需手動(dòng)在骨和血管的毗鄰處進(jìn)行分離，使得操作難度增加，效率降低，故一種智能化的計(jì)算機(jī)自動(dòng)分割方法亟待開(kāi)發(fā)[11]。②由于造影劑的質(zhì)量、注射方式和個(gè)體差異等原因，使造影劑在血管內(nèi)分布不均勻，增加了血管分辨和三維重建的難度，若為了使血管連貫而進(jìn)行手工勾畫(huà)則一方面增加了操作難度，另一方面降低了準(zhǔn)確性，且勾畫(huà)效果不一定理想，使重建結(jié)果和真實(shí)血管之間存在誤差。另外，不利于辨別是病變、變異還是造影劑分布不均導(dǎo)致血管狹窄。③若造影劑的充盈程度不夠，小血管和小分支的顯影不理想，使分割和重建難度加大。

智能化、數(shù)字化技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用使得眾多基礎(chǔ)和臨床問(wèn)題得到了更加深入的研究，適應(yīng)了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的新的需要[12]。本研究以CT數(shù)據(jù)資料結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)字化圖像處理技術(shù)對(duì)ICA進(jìn)行了三維重建及可視化研究，不但為研究人體重要結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)特點(diǎn)提供了新途徑[13-14]，更充分開(kāi)發(fā)了目前臨床大量數(shù)據(jù)資料的潛在價(jià)值，突破了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中CT數(shù)據(jù)資料只能在設(shè)備自帶軟件中操作的局限性，使其在研究與教學(xué)中產(chǎn)生更有意義的價(jià)值，為現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用和醫(yī)學(xué)教學(xué)提供了極大的便利。

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Study on three dimensional reconstruction of internal carotid artery based on the data of CT strengthening scanning

GUAN Wen-min SHEN Ruo-wu▲ CHAO Fan ZHAO Cheng ZHOU Yu-shiLIU Fang-yuan LI Shun-jian GU FangDepartment of Anatomy,Medical College Qingdao University,Qingdao 266071,China

ObjectiveTo discuss the application of Mimics software in reconstructing a digital three dimensional model of internal carotid artery based on the data of CT strengthening scanning and the segment of internal carotid artery using a subsection method called Bouthillier.MethodsCT strengthening scan images were imported into Mimics10.01 in DICOM format,and the internal carotid artery was reconstructed with the technique of thresholding selection,masks editing and region growing.Results By this way,the digital model of internal carotid artery could be performed.And the segment and notes of internal carotid artery could be completed.ConclusionThe 3D digital model of internal carotid artery can be reconstructed with Mimics software.The 3D reconstruction images can provide valuable references for human anatomy teaching，sectional anatomy teaching,clinical cerebral surgery and clinic diagnosis of internal carotid artery lesions.

Internal carotid artery;Bouthillier subsection method;3D reconstruction

R445.3

A

1674-4721（2013）07（c）-0111-03

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81171408）；青島大學(xué)本科生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

管文敏（1991-），女，漢族，山東濰坊人，2010級(jí)大學(xué)本科在讀，研究方向：臨床應(yīng)用解剖學(xué)。

▲通訊作者：沈若武（1973-），副教授，碩士生導(dǎo)師。

2013-06-08 本文編輯：郭靜娟）