男性后尿道狹窄數字化三維重建的初步研究

張海燕 王捷 張小明 周燁 趙華福

男性后尿道狹窄是泌尿外科的常見病，處理棘手。既往尿道狹窄的診斷，常根據尿道膀胱造影(排泄性或逆行造影)。采用尿道探子、膀胱鏡或輸尿管鏡也僅能做出初步診斷。而器械的應用有發生穿破尿道壁或形成假道的風險，行膀胱尿道造影也只能獲取某一截面的解剖信息，因此在術前獲得尿道狹窄的三維立體資料對臨床的診斷和治療有重要意義。本文采用64排CT斷層數據集建立男性后尿道狹窄的三維圖像，探討后尿道狹窄的數字化三維重建過程及臨床應用。

1 資料與方法

1.1 一般資料 患者，男，20歲，車禍傷致骨盆骨折后尿道斷裂，骨盆骨折已行鋼板固定。排尿困難，已行恥骨上膀胱造瘺。膀胱尿道造影檢查示后尿道閉鎖。

圖1 骨盆環(恥骨上有鋼板)

圖2 骨盆和膀胱、尿道

圖3 骨盆(一側)和膀胱、尿道(側面觀)

圖4 膀胱和尿道(側面觀)

圖5 膀胱和尿道(底面觀)

1.2 材料與設備 DICOM格式CT掃描斷層數據。64排螺旋CT(SOMATOM Definition，西門子，德國)。造影劑:泛影葡胺。計算機硬件:英特爾(R)雙核處理器，2 G內存，250 G硬盤，265 M顯存，19寸液晶顯示器;計算機環境:Windows XP Professional操作系統。醫學3D圖像編輯處理軟件Mimics 10.0軟件(Materialise Software，Belgium)。

1.3 掃描方法 CT掃描前從膀胱造瘺管注入造影劑200～300 ml，再在前尿道舟狀窩留置尿管，緩慢滴入造影劑，數分鐘后囑患者用力排尿。采用64排螺旋CT掃描。掃描范圍從膀胱上緣至尿道外口遠側1cm，數據以DICOM格式直接存儲。

1.4 建立后尿道狹窄及其周圍結構數字模型 Mimics軟件讀入DICOM格式的CT斷層圖像，軟件自動設定CT原始掃描參數，以MCS文件格式保存。根據數據集分別重建骨骼、膀胱及尿道三維模型，以STL格式導出進行三維模型立體配對。

1.4.1 骨性結構數字模型的建立:根據傅棟等［1，2］的方法建立骨性結構數字模型，界定骨組織閾值在226～3071亨氏單位。Mimics軟件自動形成各層面骨組織表面輪廓線，圖像經編輯處理，去除無關邊緣雜點和冗余數據，經區域增長3D計算建立骨盆及股骨骨骼結構的三維數字模型。

1.4.2 膀胱及尿道數字模型的建立:用高密度造影劑使膀胱及尿道顯影(排泄性和逆行尿道造影)，界定閾值在471～3071亨氏單位。經區域增長3D計算建立三維模型。用Mimics軟件二維、三維修改工具及布爾計算分割出不含骨骼結構的膀胱及尿道三維模型。

2 結果

成功建立了男性后尿道狹窄及其周圍結構的三維數字模型(圖1～5)，通過對3D模型進行旋轉、平移及縮放等操作，結合觀察軸狀位、冠狀位和矢狀位二維圖像，可以從不同的角度和方向觀察后尿道狹窄的情況及測量有關的數據，如尿道閉鎖長度(0.8cm)，與肛周及會陰部的位置(位于尿道膜部)及后尿道其他段稍擴張及膀胱無憩室，膀胱頸開放。臨床醫生據此檢查行經會陰后尿道狹窄段切除端端吻合術，術后排尿通暢。

3 討論

男性后尿道狹窄的臨床處理一直是難點，其中術前準確的診斷對于制定手術方案，有非常重要的意義。Chou等［3］2005年首次報道采用16排CT對尿道病變進行三維重建，但由于CT機僅16排，圖像不是很清晰，只作了初步報告。也有學者采用核磁共振顯示男性后尿道狹窄及其周圍結構［4，5］，而本文病例因骨盆嚴重骨折已植入鋼板，不適合進行核磁共振檢查。近年來將多排螺旋CT獲取的斷層圖像進行三維重建和顯示，成為國際醫學影像學和醫學形態學研究的熱點之一，三維重建技術在醫學診斷及研究領域的應用日益增多，目前在骨科和整形外科應用較為廣泛。

我們利用64排螺旋CT掃描數據，將后尿道狹窄二維的圖像重建成三維圖像，針對泌尿外科的難題后尿道狹窄，在術前進行深入檢查，為臨床醫生制定手術方案及治療措施時提供依據。此外，重建的三維模型使術者在術前對后尿道狹窄的情況有充分的認識并做好手術預案，術中輕松應對，對狹窄和擴張進行恰當的處理，減少術后復發［6，7］。

總之，術前進行相關結構的三維重建對于術中選擇最佳手術路徑、減小手術損傷、減少對臨近組織損害、提高定位精度、執行復雜外科手術和提高手術成功率等具有十分重要的意義。隨著計算機和醫學技術手段的不斷進步，醫用三維圖像可視化重建軟件的進一步研究和開發，將使該先進技術在臨床應用中發揮更大的作用，并成為外科醫師不可缺少的輔助工具［8］。后尿道狹窄的數字化三維重建及其臨床的應用需積累更多的資料與經驗，有待進一步研究。

1 傅棟，靳安民.CT斷層圖像快速構建人體骨骼有限元幾何模型的方法.中國組織工程研究與臨床康復，2007，11:1620-1623.

2 王沫楠，孫立寧.基于CT圖像的組織建模與仿真方法.哈爾濱工業大學學報，2008，40:1071-1075.

3 Chou CP，Huang JS，Wu MT，et al.CT voiding urethrography and virtual urethroscopy:preliminary study with 16－MDCT.AJR Am J Roentgenol，2005，184:1882-1888.

4 Kawashima A，Sandlercm，Wasserman NF，et al.Imaging of urethral disease:a pictorial review.Radiographics，2004，24:195-216.

5 Karam I，Moudouni S，Droupy S，et al.The structure and innervation of the male urethra:histological and immunohistochemical studies with three－ dimensional reconstruction.J Anat，2005，206:395-403.

6 方馳華，周五一，鐘世鎮.虛擬人研究現狀及展望.中華外科雜志，2004，42:953-955.

7 徐鵬宇，鮑旭東，張林.正頜外科顱面三維虛擬手術系統的建立.中國醫學影像技術，2003，19:1739-1741.

8 宋登浩，耿左軍，尹繼磊.16層螺旋CT檢查成像后處理技術對胸部骨外傷診斷的應用價值.河北醫藥，2008，30:1013-1014.