引用本文： 沈美华, 任鹏, 肖虎, 艾合买提江·玉树甫, 买合木提·亚库甫, 王彦林, 亚默罕默德·亚力克. 基于CT血管造影的胸背动脉三维可视化研究. 中国修复重建外科杂志, 2015, 29(3): 326-330. doi: 10.7507/1002-1892.20150069 复制
胸背动脉穿支皮瓣由背阔肌皮瓣衍生而来，它克服了传统肌皮瓣创伤大、皮瓣臃肿等不足，尤其适于乳房重建及四肢、头颈部创面修复[1-3]。因胸背动脉可靠的穿支数目少、血管蒂短、管径细小，且存在变异，仅凭临床经验、多普勒超声术前导航[4]和术中探查切取穿支皮瓣，手术失败风险高。随着数字化技术、数字化皮瓣的日趋成熟，三维重建穿支皮瓣解剖结构以满足临床皮瓣设计的需求成为可能。目前，CT血管造影（CT angiography，CTA）已广泛应用于心、肺、肝、肾等脏器血管的评估。本研究中，我们应用CTA技术获取人体胸背动脉原始数据，于Mimics三维重建软件中虚拟构建胸背动脉及其穿支的三维可视化图像，以期为术前评估、定位血管，指导临床精细化、个性化穿支皮瓣设计提供依据。
1 材料及方法
1.1 研究对象
2012年9月－2014年6月于我院行主动脉CTA患者中，选择无吸烟史、糖尿病、高血压、脉管炎、食物及药物过敏史，且肝、肾功能正常以及躯干部无畸形、肿瘤、手术瘢痕者作为研究对象。排除CT原始图像质量差，体内、外异物影响目标区域穿支显示、穿支不清或已有静脉污染，以及未签署知情同意书者。共10例患者（20侧）主动脉CTA图像符合标准纳入研究，其中男6例，女4例；年龄18～65岁，平均36.3岁。身高158～185 cm，平均172 cm。体质量48～81 kg，平均67 kg。身体质量指数（body mass index，BMI） 18.6～28.7，平均23.6。
1.2 实验方法
1.2.1 CT扫描
采用64排HD750宝石CT（GE公司，美国）采集数据。患者取仰卧位，双上肢上举135°，头先进，屏气。扫描范围：颈椎至耻骨联合。扫描条件：BMI＜25，电压100 kV；BMI＞25，电压120 kV。电流300 mA，层厚5 mm，矩阵512×512，扫描阈值170 Hu。常规扫描后，行自动跟踪触发增强扫描。对侧肘正中静脉注入碘帕醇注射液80～100 mL，以免同侧静脉污染，注射速率4.5～5.0 mL/s，注射完毕后用盐水冲管（速率同前）。造影剂达到扫描阈值后延迟10～15 s后触发动脉增强扫描，也可在造影剂时间-密度曲线峰值进行手动扫描。CT扫描后以0.625 mm超薄层切取、0.4 mm间隔内插重建。扫描时间5～10 min。
1.2.2 三维重建方法
数据采集完毕后，将增强扫描后的CT序列导入医学交互式三维重建软件Mimics17.0（Materialise公司，比利时）进行图像后处理。首先采用软件中Filter功能对图像进行预处理，应用Segmentation模块中的Thresholding提取指定范围内的数据点集构成蒙板，分别获得胸背部皮肤、肌肉、血管和骨骼蒙板。再应用Region growing、Edit masks、Multiple slice edit对图像进行分割得到新蒙板。运用Calculate 3D工具对新蒙板进行三维重建，再运用Edit masks in 3D及Smoothing修饰模型。也可导入同一患者常规扫描三维重建图像或胸部X线片，与增强扫描CT序列进行图像Registration，再通过Boolean Operations的Minus将后者减去前者，获得血管模型。模型重建后分别由两名相同资历的解剖教研室教师及显微外科医师对胸背动脉穿支进行辨认，并对结果行一致性分析。
1.2.3 观测指标
① 观察胸背动脉及其分支的起源、数目、穿支类型、走行等形态学指标。② 胸背动脉及其分支测量：采用软件Measurements功能中的Measure diameter测量胸背动脉及其分支起始段内径、Measure distance over the surface测量穿支蒂起止段长度。采用Measure density in ellipse或Meas ure density in rectangle测量胸背动脉主干、内外侧支分叉口以及穿支血管入口处横断面的造影剂密度。③ 胸背动脉分支体表定位：以肩胛下角水平线为X轴，肩胛下角垂直线为Y轴，测量胸背动脉内、外侧第1 穿支的体表位置并进行模拟定位。④ 虚拟胸背动脉穿支组织瓣的手术切取：按需对图像进行配准，通过Hide/Show组合显示穿支血管。在Simulation的Cut子模块With Polyplane中凿取组织瓣，Move、Rotate 平移、旋转组织瓣模拟皮瓣切取的过程，最终以mcs格式保存。
2 结果
2.1 三维重建结果
三维重建图像能直接显示胸背动脉起源，动态旋转可观察动脉的形态、走行以及与周围组织的关系，见图 1。本组患者胸背动脉均起源于肩胛下动脉。10例（20侧）共发现穿支血管76支，其中32支（42.1%）来自胸背动脉内侧支，44支（57.9%）来自胸背动脉外侧支。三维视图窗口结合横断面可显示穿支动脉类型等解剖信息。本组胸背动脉穿支中69支（90.8%）属肌皮穿支型；7支（19.2%）为直接皮动脉型，直接发出皮动脉支配皮下组织及皮肤。
图1
胸背动脉穿支三维重建图像正面观 图 2 三维重建胸背动脉内侧（黄箭头）及外侧（蓝箭头）第1穿支 图 3 模拟构建胸背动脉穿支组织瓣 ⓐ 单叶皮瓣 ⓑ 双叶皮瓣 ⓒ 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
解剖教研室教师辨认三维图像中穿支显示9例，未显示1例；显微外科医师辩认穿支显示8例，未显示2例；一致性分析示Kappa值为0.615（＞0.6），表示一致性相当可靠。
2.2 胸背动脉及其分支测量
胸背动脉及其内侧支、外侧支、内侧第1穿支、外侧第1穿支内径分别为（1.69±0.23）、（1.11±0.09）、（1.13±0.14）、（0.67±0.06）、（0.68±0.08）mm，蒂长分别为（2.12±0.64）、（2.32±0.41）、（2.36±0.32）、（2.30± 1.47）、（2.60±1.63）cm。见图 2。胸背动脉主干、内外侧支分叉口以及穿支血管入口处横断面的造影剂密度，分别为1 329.42±141.93、1 255.30±159.54、1 210.75±129.68。
2.3 胸背动脉分支体表定位
胸背动脉外侧第1穿支位于肩胛下角水平线上方（1.65±0.42）cm、肩胛下角垂直线外侧（1.68± 0.31） cm。内侧第1穿支位于肩胛下角水平线上方（1.43±0.28） cm，肩胛下角垂直线外侧（1.41±0.28） cm。
2.4 模拟胸背动脉穿支组织瓣切取
根据胸背动脉穿支体表投影线、营养皮肤面积，成功模拟胸背动脉穿支组织瓣切取，包括单叶皮瓣、双叶皮瓣、肌瓣。构建的胸背动脉穿支组织瓣模型简洁、直观，便于理解。见图 3。
3 讨论
3.1 三维可视化的意义
穿支血管是穿支组织瓣研究的重点和解剖学基础。由于穿支血管纤细、存在个体差异以及变异，有关胸背动脉穿支的解剖研究结果也各不相同[5]。研究发现，胸背动脉大部分起自肩胛下动脉，少数来源于腋动脉主干。胸背动脉发自肩胛下动脉之后，斜向下行，在肩胛下角平面向外侧分为内侧支与外侧支，两支入肌后分别再发出不同方向的2～3个穿支营养相应节段的背阔肌及皮肤。穿支皮瓣制备时需解剖穿支血管，若术中发生操作不当、穿支定位不准确、血管管径不匹配、血管蒂牵拉或扭转等问题，容易造成手术失误，甚至导致皮瓣坏死 [6]。因此，术前应充分了解血管的解剖及形态信息。
超声导航技术可以清晰呈现人体内部结构、运动轨迹，探测穿支血管的数目、部位、走行，避免了手术盲目性，以最小代价取得最佳手术效果[7]。但该技术采集的血管信息呈节段性、假阳性率高、检查耗时长，图像可靠性差[8]。而CTA能精确定位管径＞0.5 mm的穿支动脉，Malhotra等[9]进一步研究发现CTA不仅能精确定位穿支走行，其能检测到管径仅为0.3 mm的穿支血管。我们通过CTA采集的原始数据，经Mimics17.0软件处理后获得清晰的三维重建图像。通过该图像可直观观察并精确定位胸背动脉内、外侧第1穿支，结合二维视图可明确穿支类型、数量。此外，通过三维窗口可立体、旋转观察并精确测量各穿支管径、长度，避免了二维窗口图像的重叠、交错。研究表明，还可以通过CTA影像学定位穿支位置，并虚拟三维测量各穿支管径、长度，精确界定皮瓣供血范围[10-11]。同时，临床上传统皮瓣设计方法，存在组织瓣与受区不匹配的可能性。而应用CTA不仅能得到胸背动脉及其穿支的影像学信息，还能获得皮肤、脂肪、肌肉组织等软组织信息，并测量其组织量，从而达到术前准确评估组织瓣切取位置、范围的目的，可以根据患者个体需要设计个性化皮瓣。
3.2 影响三维可视化的因素
动脉血管属肌性管道、中空结构，不如骨骼、肝脏、脑组织等实质脏器或内脏空腔大脏器容易显影，特别在获取中小脉管系统三维可视化图像方面有一定难度。获得高质量的血管三维可视化图像的关键，首先是动脉信息的完整采集，其次是在完整三维数据中提炼、分割目标血管图像。尸体穿支血管标本的采集，通常只需一次性血管造影，待标本固定后应用CT扫描，可反复进行三维重建[12-13]。本研究对象是活体，不能重复实验。小动脉、穿支动脉属微细血管，肘正中静脉注入高浓度造影剂后，造影剂在体内代谢快，故要求CT扫描仪瞬时高质量的一次性完成血管信息的采集，且采集效果直接影响图像质量。影响CT血管显影的因素很多，其中最重要因素是对比剂触发扫描时间[14]。扫描时间过早，尚未达到对比剂时间-密度曲线峰值；扫描时间太迟，对比剂时间-密度曲线峰值已过，两者都将导致动脉充盈程度不足，影响图像显示。为获得满意图像，我们操作时注意了以下几点：① 选用64排高性能CT扫描仪，以减少图像噪声，提高图像清晰度；② 扫描参数的设定，对于BMI＜25者，采用100 kV低电压扫描，以增加造影剂在血管中的对比度；BMI＞25者，采用120 kV常规电压扫描；③ 采用高浓度造影剂以4.5～5.0 mL/s快速注射，以增加末梢血管造影剂的充盈度；④ 增大扫描阈值，采用170 Hu自动触发扫描阈值，也可根据对比剂时间-密度曲线进行手动扫描，两者均能满足诊断要求，但手动触发更省时，并能减少辐射量[15]；⑤ 尽量在对比剂时间-密度峰值前后数秒采集数据。基于数据采集部位、扫描精度、人体内造影剂的流速以及高精密仪器的保养等因素，我们采用5 mm薄层快速、大范围扫描，密切追踪造影剂，在造影剂浓度达到峰值时瞬间抓取血管信息，再以0.625 mm超薄层切取、0.4 mm间隔内插重建，以获得最佳的人体穿支血管显示。
造影剂从肘正中静脉注入后，经过体循环从主干血管向穿支血管充盈并逐级衰减，我们在Mimics中通过Measure density in ellipse或Measure density in rectangle测量胸背动脉主干、内外侧支分叉口以及穿支血管入口处横断面的造影剂密度，分别为1 329.42±141.93、1 255.30±159.54、1 210.75±129.68，符合造影剂衰减的规律[16]。穿支血管微小、不易辨认，文献鲜有报道，故本研究以两个不同专业的人员进行辨认，并行一致性检验，结果显示一致性相当可靠。
三维图像分割是数字化皮瓣分析及应用中的重点。精确的图像分割需通过多种分割方式联合进行，耗时长、分割难度大，图像的精度直接影响后续研究。我们先导入常规扫描的CT序列，通过Mimi cs软件骨标准化的Thresholding自动分割、Cal culate 3D等操作，获得骨骼三维重建图像，以mcs格式保存。由于Mimics软件缺少统一标准化的脉管系统阈值分割范围，而血管内注入造影剂后与骨骼的阈值范围相近，我们再导入增强扫描的CT扫描序列，先参照骨标准化的Thresholding自动分割图像，再人为降低阈值下限，获得既含有血管又含有骨骼的三维图像，然后通过图像Registration或直接与导入的常规胸部X线胸片进行图像配准、整合，通过Boolean Operat io ns的Minus将增强扫描的三维图像减去常规扫描的三维重建图像或胸部X线片，获得单一的血管模型，剔除繁杂的参照背景，避免三维视觉信息的干扰，使得图像的动脉信息完整并清晰呈现。新鲜尸体氧化铅灌注的血管外径较正常血管外径扩大，主要是尸体标本加压灌注使血管扩张所致。Su等[17]通过应用超声结合造影技术探测穿支皮瓣，以提高血管显影的连续性，但数据采集时间长，血流信号溢出较多，检测的血管管径明显偏大。CT对密度相近的软组织界限分辨欠佳，且测量的血管管径比正常血管小，主要是三维重建软件进行图像分割和光滑所致[18]。图像分割困难的主要原因是不管采取何种成像方式，获取图像过程中都会存在不同程度的丢失和畸变；不管采取何种计算机分割算法，其准确性很难达到实体解剖水平。
3.3 穿支血管的体表定位
个体化测量和体表定位已成为数字化皮瓣个体化治疗的关键，其中术前穿支血管蒂的准确定位尤为重要。穿支血管定位的关键环节是坐标系的建立。我们选用躯干部相对平坦、体表易触及、移动度相对较小的部位作为坐标系，如胸骨角、脐孔等。CT扫描前，体表先设计并标出坐标系，在坐标系中心贴上非金属标记物。图像重建后，以体表标记物为坐标进行体表模拟定位，以提高术前定位的准确性[19]。Grover等[20]研制了一种特定的模板，首先根据CTA图像确定穿支的位置，然后在人体坐标系表面附上定制的模板，进行规范标记以提高术前定位的效率和准确性。扫描区域体内或体表存在金属异物时，CT三维重建后，易造成伪影，联合使用其他检查仪器，可显著提高疾病诊断的准确率。可采用多普勒超声检查进行协助定位、导航，再通过CTA影像技术进行综合穿支血管显示和数字化定位，既克服各种检测手段自身的局限性，又为穿支皮瓣的术前设计提供更全面、可靠的影像学数据，起到精确的导航作用。
3.4 个性化手术设计
我们根据穿支组织瓣术前评估方案，即对穿支组织瓣患者术前进行CTA扫描并三维重建，通过对穿支动脉的精确定位，再根据组织瓣切取的原则，选择优势穿支进行组织瓣的个性化设计，宜选择距离最近、管径最大、在肌肉中走行最短、走行相对平直的穿支作为组织瓣的主要血管。并根据患者的个体化需要制成带蒂穿支皮瓣、游离穿支皮瓣、穿支血管蒂V-Y推进皮瓣、穿支血管蒂状旋转皮瓣、穿支蒂螺旋桨皮瓣[21]等多种形式。也可以根据组织缺损的结构制成临床最常用的单一组织瓣和复合组织瓣，丰富皮瓣切取种类及修复方式，从而为术中精准、微创的切取皮瓣，提高手术效果和成功率。
综上述，我们利用CTA显示胸背动脉及其穿支并重建三维图像，其立体感和真实感强，可直观观察血管走行，并测量穿支长度、管径，可指导术前皮瓣设计。但目前研究尚处于初级阶段，受实验时间、实验条件限制，样本量小，存在一定的选择偏倚和测量误差，仍有待临床应用验证。
胸背动脉穿支皮瓣由背阔肌皮瓣衍生而来，它克服了传统肌皮瓣创伤大、皮瓣臃肿等不足，尤其适于乳房重建及四肢、头颈部创面修复[1-3]。因胸背动脉可靠的穿支数目少、血管蒂短、管径细小，且存在变异，仅凭临床经验、多普勒超声术前导航[4]和术中探查切取穿支皮瓣，手术失败风险高。随着数字化技术、数字化皮瓣的日趋成熟，三维重建穿支皮瓣解剖结构以满足临床皮瓣设计的需求成为可能。目前，CT血管造影（CT angiography，CTA）已广泛应用于心、肺、肝、肾等脏器血管的评估。本研究中，我们应用CTA技术获取人体胸背动脉原始数据，于Mimics三维重建软件中虚拟构建胸背动脉及其穿支的三维可视化图像，以期为术前评估、定位血管，指导临床精细化、个性化穿支皮瓣设计提供依据。
1 材料及方法
1.1 研究对象
2012年9月－2014年6月于我院行主动脉CTA患者中，选择无吸烟史、糖尿病、高血压、脉管炎、食物及药物过敏史，且肝、肾功能正常以及躯干部无畸形、肿瘤、手术瘢痕者作为研究对象。排除CT原始图像质量差，体内、外异物影响目标区域穿支显示、穿支不清或已有静脉污染，以及未签署知情同意书者。共10例患者（20侧）主动脉CTA图像符合标准纳入研究，其中男6例，女4例；年龄18～65岁，平均36.3岁。身高158～185 cm，平均172 cm。体质量48～81 kg，平均67 kg。身体质量指数（body mass index，BMI） 18.6～28.7，平均23.6。
1.2 实验方法
1.2.1 CT扫描
采用64排HD750宝石CT（GE公司，美国）采集数据。患者取仰卧位，双上肢上举135°，头先进，屏气。扫描范围：颈椎至耻骨联合。扫描条件：BMI＜25，电压100 kV；BMI＞25，电压120 kV。电流300 mA，层厚5 mm，矩阵512×512，扫描阈值170 Hu。常规扫描后，行自动跟踪触发增强扫描。对侧肘正中静脉注入碘帕醇注射液80～100 mL，以免同侧静脉污染，注射速率4.5～5.0 mL/s，注射完毕后用盐水冲管（速率同前）。造影剂达到扫描阈值后延迟10～15 s后触发动脉增强扫描，也可在造影剂时间-密度曲线峰值进行手动扫描。CT扫描后以0.625 mm超薄层切取、0.4 mm间隔内插重建。扫描时间5～10 min。
1.2.2 三维重建方法
数据采集完毕后，将增强扫描后的CT序列导入医学交互式三维重建软件Mimics17.0（Materialise公司，比利时）进行图像后处理。首先采用软件中Filter功能对图像进行预处理，应用Segmentation模块中的Thresholding提取指定范围内的数据点集构成蒙板，分别获得胸背部皮肤、肌肉、血管和骨骼蒙板。再应用Region growing、Edit masks、Multiple slice edit对图像进行分割得到新蒙板。运用Calculate 3D工具对新蒙板进行三维重建，再运用Edit masks in 3D及Smoothing修饰模型。也可导入同一患者常规扫描三维重建图像或胸部X线片，与增强扫描CT序列进行图像Registration，再通过Boolean Operations的Minus将后者减去前者，获得血管模型。模型重建后分别由两名相同资历的解剖教研室教师及显微外科医师对胸背动脉穿支进行辨认，并对结果行一致性分析。
1.2.3 观测指标
① 观察胸背动脉及其分支的起源、数目、穿支类型、走行等形态学指标。② 胸背动脉及其分支测量：采用软件Measurements功能中的Measure diameter测量胸背动脉及其分支起始段内径、Measure distance over the surface测量穿支蒂起止段长度。采用Measure density in ellipse或Meas ure density in rectangle测量胸背动脉主干、内外侧支分叉口以及穿支血管入口处横断面的造影剂密度。③ 胸背动脉分支体表定位：以肩胛下角水平线为X轴，肩胛下角垂直线为Y轴，测量胸背动脉内、外侧第1 穿支的体表位置并进行模拟定位。④ 虚拟胸背动脉穿支组织瓣的手术切取：按需对图像进行配准，通过Hide/Show组合显示穿支血管。在Simulation的Cut子模块With Polyplane中凿取组织瓣，Move、Rotate 平移、旋转组织瓣模拟皮瓣切取的过程，最终以mcs格式保存。
2 结果
2.1 三维重建结果
三维重建图像能直接显示胸背动脉起源，动态旋转可观察动脉的形态、走行以及与周围组织的关系，见图 1。本组患者胸背动脉均起源于肩胛下动脉。10例（20侧）共发现穿支血管76支，其中32支（42.1%）来自胸背动脉内侧支，44支（57.9%）来自胸背动脉外侧支。三维视图窗口结合横断面可显示穿支动脉类型等解剖信息。本组胸背动脉穿支中69支（90.8%）属肌皮穿支型；7支（19.2%）为直接皮动脉型，直接发出皮动脉支配皮下组织及皮肤。
图1
胸背动脉穿支三维重建图像正面观 图 2 三维重建胸背动脉内侧（黄箭头）及外侧（蓝箭头）第1穿支 图 3 模拟构建胸背动脉穿支组织瓣 ⓐ 单叶皮瓣 ⓑ 双叶皮瓣 ⓒ 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
解剖教研室教师辨认三维图像中穿支显示9例，未显示1例；显微外科医师辩认穿支显示8例，未显示2例；一致性分析示Kappa值为0.615（＞0.6），表示一致性相当可靠。
2.2 胸背动脉及其分支测量
胸背动脉及其内侧支、外侧支、内侧第1穿支、外侧第1穿支内径分别为（1.69±0.23）、（1.11±0.09）、（1.13±0.14）、（0.67±0.06）、（0.68±0.08）mm，蒂长分别为（2.12±0.64）、（2.32±0.41）、（2.36±0.32）、（2.30± 1.47）、（2.60±1.63）cm。见图 2。胸背动脉主干、内外侧支分叉口以及穿支血管入口处横断面的造影剂密度，分别为1 329.42±141.93、1 255.30±159.54、1 210.75±129.68。
2.3 胸背动脉分支体表定位
胸背动脉外侧第1穿支位于肩胛下角水平线上方（1.65±0.42）cm、肩胛下角垂直线外侧（1.68± 0.31） cm。内侧第1穿支位于肩胛下角水平线上方（1.43±0.28） cm，肩胛下角垂直线外侧（1.41±0.28） cm。
2.4 模拟胸背动脉穿支组织瓣切取
根据胸背动脉穿支体表投影线、营养皮肤面积，成功模拟胸背动脉穿支组织瓣切取，包括单叶皮瓣、双叶皮瓣、肌瓣。构建的胸背动脉穿支组织瓣模型简洁、直观，便于理解。见图 3。
3 讨论
3.1 三维可视化的意义
穿支血管是穿支组织瓣研究的重点和解剖学基础。由于穿支血管纤细、存在个体差异以及变异，有关胸背动脉穿支的解剖研究结果也各不相同[5]。研究发现，胸背动脉大部分起自肩胛下动脉，少数来源于腋动脉主干。胸背动脉发自肩胛下动脉之后，斜向下行，在肩胛下角平面向外侧分为内侧支与外侧支，两支入肌后分别再发出不同方向的2～3个穿支营养相应节段的背阔肌及皮肤。穿支皮瓣制备时需解剖穿支血管，若术中发生操作不当、穿支定位不准确、血管管径不匹配、血管蒂牵拉或扭转等问题，容易造成手术失误，甚至导致皮瓣坏死 [6]。因此，术前应充分了解血管的解剖及形态信息。
超声导航技术可以清晰呈现人体内部结构、运动轨迹，探测穿支血管的数目、部位、走行，避免了手术盲目性，以最小代价取得最佳手术效果[7]。但该技术采集的血管信息呈节段性、假阳性率高、检查耗时长，图像可靠性差[8]。而CTA能精确定位管径＞0.5 mm的穿支动脉，Malhotra等[9]进一步研究发现CTA不仅能精确定位穿支走行，其能检测到管径仅为0.3 mm的穿支血管。我们通过CTA采集的原始数据，经Mimics17.0软件处理后获得清晰的三维重建图像。通过该图像可直观观察并精确定位胸背动脉内、外侧第1穿支，结合二维视图可明确穿支类型、数量。此外，通过三维窗口可立体、旋转观察并精确测量各穿支管径、长度，避免了二维窗口图像的重叠、交错。研究表明，还可以通过CTA影像学定位穿支位置，并虚拟三维测量各穿支管径、长度，精确界定皮瓣供血范围[10-11]。同时，临床上传统皮瓣设计方法，存在组织瓣与受区不匹配的可能性。而应用CTA不仅能得到胸背动脉及其穿支的影像学信息，还能获得皮肤、脂肪、肌肉组织等软组织信息，并测量其组织量，从而达到术前准确评估组织瓣切取位置、范围的目的，可以根据患者个体需要设计个性化皮瓣。
3.2 影响三维可视化的因素
动脉血管属肌性管道、中空结构，不如骨骼、肝脏、脑组织等实质脏器或内脏空腔大脏器容易显影，特别在获取中小脉管系统三维可视化图像方面有一定难度。获得高质量的血管三维可视化图像的关键，首先是动脉信息的完整采集，其次是在完整三维数据中提炼、分割目标血管图像。尸体穿支血管标本的采集，通常只需一次性血管造影，待标本固定后应用CT扫描，可反复进行三维重建[12-13]。本研究对象是活体，不能重复实验。小动脉、穿支动脉属微细血管，肘正中静脉注入高浓度造影剂后，造影剂在体内代谢快，故要求CT扫描仪瞬时高质量的一次性完成血管信息的采集，且采集效果直接影响图像质量。影响CT血管显影的因素很多，其中最重要因素是对比剂触发扫描时间[14]。扫描时间过早，尚未达到对比剂时间-密度曲线峰值；扫描时间太迟，对比剂时间-密度曲线峰值已过，两者都将导致动脉充盈程度不足，影响图像显示。为获得满意图像，我们操作时注意了以下几点：① 选用64排高性能CT扫描仪，以减少图像噪声，提高图像清晰度；② 扫描参数的设定，对于BMI＜25者，采用100 kV低电压扫描，以增加造影剂在血管中的对比度；BMI＞25者，采用120 kV常规电压扫描；③ 采用高浓度造影剂以4.5～5.0 mL/s快速注射，以增加末梢血管造影剂的充盈度；④ 增大扫描阈值，采用170 Hu自动触发扫描阈值，也可根据对比剂时间-密度曲线进行手动扫描，两者均能满足诊断要求，但手动触发更省时，并能减少辐射量[15]；⑤ 尽量在对比剂时间-密度峰值前后数秒采集数据。基于数据采集部位、扫描精度、人体内造影剂的流速以及高精密仪器的保养等因素，我们采用5 mm薄层快速、大范围扫描，密切追踪造影剂，在造影剂浓度达到峰值时瞬间抓取血管信息，再以0.625 mm超薄层切取、0.4 mm间隔内插重建，以获得最佳的人体穿支血管显示。
造影剂从肘正中静脉注入后，经过体循环从主干血管向穿支血管充盈并逐级衰减，我们在Mimics中通过Measure density in ellipse或Measure density in rectangle测量胸背动脉主干、内外侧支分叉口以及穿支血管入口处横断面的造影剂密度，分别为1 329.42±141.93、1 255.30±159.54、1 210.75±129.68，符合造影剂衰减的规律[16]。穿支血管微小、不易辨认，文献鲜有报道，故本研究以两个不同专业的人员进行辨认，并行一致性检验，结果显示一致性相当可靠。
三维图像分割是数字化皮瓣分析及应用中的重点。精确的图像分割需通过多种分割方式联合进行，耗时长、分割难度大，图像的精度直接影响后续研究。我们先导入常规扫描的CT序列，通过Mimi cs软件骨标准化的Thresholding自动分割、Cal culate 3D等操作，获得骨骼三维重建图像，以mcs格式保存。由于Mimics软件缺少统一标准化的脉管系统阈值分割范围，而血管内注入造影剂后与骨骼的阈值范围相近，我们再导入增强扫描的CT扫描序列，先参照骨标准化的Thresholding自动分割图像，再人为降低阈值下限，获得既含有血管又含有骨骼的三维图像，然后通过图像Registration或直接与导入的常规胸部X线胸片进行图像配准、整合，通过Boolean Operat io ns的Minus将增强扫描的三维图像减去常规扫描的三维重建图像或胸部X线片，获得单一的血管模型，剔除繁杂的参照背景，避免三维视觉信息的干扰，使得图像的动脉信息完整并清晰呈现。新鲜尸体氧化铅灌注的血管外径较正常血管外径扩大，主要是尸体标本加压灌注使血管扩张所致。Su等[17]通过应用超声结合造影技术探测穿支皮瓣，以提高血管显影的连续性，但数据采集时间长，血流信号溢出较多，检测的血管管径明显偏大。CT对密度相近的软组织界限分辨欠佳，且测量的血管管径比正常血管小，主要是三维重建软件进行图像分割和光滑所致[18]。图像分割困难的主要原因是不管采取何种成像方式，获取图像过程中都会存在不同程度的丢失和畸变；不管采取何种计算机分割算法，其准确性很难达到实体解剖水平。
3.3 穿支血管的体表定位
个体化测量和体表定位已成为数字化皮瓣个体化治疗的关键，其中术前穿支血管蒂的准确定位尤为重要。穿支血管定位的关键环节是坐标系的建立。我们选用躯干部相对平坦、体表易触及、移动度相对较小的部位作为坐标系，如胸骨角、脐孔等。CT扫描前，体表先设计并标出坐标系，在坐标系中心贴上非金属标记物。图像重建后，以体表标记物为坐标进行体表模拟定位，以提高术前定位的准确性[19]。Grover等[20]研制了一种特定的模板，首先根据CTA图像确定穿支的位置，然后在人体坐标系表面附上定制的模板，进行规范标记以提高术前定位的效率和准确性。扫描区域体内或体表存在金属异物时，CT三维重建后，易造成伪影，联合使用其他检查仪器，可显著提高疾病诊断的准确率。可采用多普勒超声检查进行协助定位、导航，再通过CTA影像技术进行综合穿支血管显示和数字化定位，既克服各种检测手段自身的局限性，又为穿支皮瓣的术前设计提供更全面、可靠的影像学数据，起到精确的导航作用。
3.4 个性化手术设计
我们根据穿支组织瓣术前评估方案，即对穿支组织瓣患者术前进行CTA扫描并三维重建，通过对穿支动脉的精确定位，再根据组织瓣切取的原则，选择优势穿支进行组织瓣的个性化设计，宜选择距离最近、管径最大、在肌肉中走行最短、走行相对平直的穿支作为组织瓣的主要血管。并根据患者的个体化需要制成带蒂穿支皮瓣、游离穿支皮瓣、穿支血管蒂V-Y推进皮瓣、穿支血管蒂状旋转皮瓣、穿支蒂螺旋桨皮瓣[21]等多种形式。也可以根据组织缺损的结构制成临床最常用的单一组织瓣和复合组织瓣，丰富皮瓣切取种类及修复方式，从而为术中精准、微创的切取皮瓣，提高手术效果和成功率。
综上述，我们利用CTA显示胸背动脉及其穿支并重建三维图像，其立体感和真实感强，可直观观察血管走行，并测量穿支长度、管径，可指导术前皮瓣设计。但目前研究尚处于初级阶段，受实验时间、实验条件限制，样本量小，存在一定的选择偏倚和测量误差，仍有待临床应用验证。
