頸內動脈CT增強掃描數據的三維重建研究

管文敏 沈若武 晁 凡 趙 成 周宇石 劉方圓 李順見 谷 方

青島大學醫學院人體解剖學教研室，山東青島 266071

頸內動脈CT增強掃描數據的三維重建研究

管文敏 沈若武▲晁 凡 趙 成 周宇石 劉方圓 李順見 谷 方

青島大學醫學院人體解剖學教研室，山東青島 266071

目的探討Mimics軟件在基于CT增強掃描數據集重建頸內動脈三維數字化模型中的應用及頸內動脈的分段。 方法1例經CT增強連續掃描數據集，以DICOM格式導入 Mimics10.01軟件，運用閾值選取技術、蒙板編輯技術、區域增長方法對頸內動脈進行三維重建。結果獲得了頸內動脈的三維數字化模型，并進行了分段及注釋。結論 通過Mimics軟件建立起了頸內動脈的三維數字化模型，在人體解剖學教學、斷層解剖學教學、臨床腦外科和頸內動脈病變診斷等方面具有重要的應用價值。

頸內動脈；Bouthillier分段法；三維重建

頸內動脈（internal carotid artery，ICA）平甲狀軟骨上緣起自頸總動脈，是顱內血供的主干血管之一。ICA的正常結構對維持人體正常功能具有重要意義。以往對ICA的研究以解剖學研究為主，研究手段主要是大體解剖、顯微觀察解剖、血管灌注鑄型技術、血管造影、DSA、MRI、CT等方法[1-5]。近年來，隨著計算機技術的革新及圖像處理技術的發展，三維重建技術在醫學領域得到了極為廣泛的應用，尤其在基礎和臨床醫學領域發揮著越來越突出的作用。根據不同的教學及臨床需要，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斷層數據集，通過Mimics軟件建立了ICA的三維可視化模型，并運用Bouthillier分段法進行了分段，建立的3D模型可廣泛應用于人體解剖學教學、斷層解剖學教學、臨床腦外科和ICA病變診斷等方面。

1 材料與方法

1.1 數據采集

1例頭頸部CT增強連續掃描數據集，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。該數據集共計553張CT圖像。

1.2 圖像研究平臺

硬件平臺：個人計算機（PC），CPU：Intel Core i3-2310M，內存：RAM2.00GB，顯卡：Radeon HD 6470M。 軟件平臺：操作系統為Windows 7旗艦版，三維重建軟件為Mimics10.01（Materialise 公司，比利時）。

1.3 三維重建

把DICOM文件格式的CT數據集導入Mimics軟件，利用Thresholding功能將閾值界定在181～537 HounsField單位之間，此閾值內的所有像素被選取成為一個新的蒙板。然后使用Multiple Slice Edit功能選取顱骨、ICA及其附屬分支，用區域增長功能以Bouthillier分段法進行分段，再經3D計算功能對其進行三維重建，并對重建出的三維模型進行光順處理及添加注釋。

2 結果

通過Mimics10.01軟件進行三維重建得到的ICA三維數字化圖像直觀準確，可以在各個方位對其進行觀察并全角度旋轉，能清晰反映出ICA在顱內外的走行，準確顯示出了血管與骨骼的毗鄰和位置關系（圖1），能從各個方向和角度對其進行平面及三維的角度和距離測量，可以以多種顏色顯示骨和各段ICA，并可以調整骨和ICA的透明程度，還可以根據需要對骨及ICA的各個分段進行注釋（圖 2）。

圖1 頸內動脈在骨內的走行

圖2 頸內動脈的分段

3 討論

3.1 ICA臨床應用的解剖學研究

ICA供應腦和眼的前部，并發出分支到前額和鼻子。根據Bouthillier分段法可將ICA從上至下分為7段[6]，分別為：頸段（C1），從頸總動脈分叉處起，至頸動脈管外口為止；巖段（C2）全程均走在顳骨巖部的頸動脈管內，首先向上走形（垂直段），然后彎曲向內側壁走形（水平段），包裹在交感神經叢之中；破裂孔段（C3）起自頸動脈管內口，沿蝶骨底的頸動脈溝上升，止于巖舌韌帶，通過一薄骨板或纖維板與三叉神經節相隔；海綿竇段（C4）位于海綿竇內，向上穿過海綿竇頂的硬腦膜環，由前床突內側出海綿竇；床突段（C5）是頸內動脈各段中最短的一段，完全位于硬腦膜內，始于近側硬腦膜環，止于遠側硬腦膜環，僅構成ICA前膝部上段的一小段；眼段（C6）起自遠側硬腦膜環，使ICA走行于蛛網膜下腔的第一部分，止于后交通動脈起始處；交通段（C7）起自后交通動脈起始處近側，于視神經及動眼神經之間穿過，終于大腦側裂內端的前穿質，然后分成大腦前動脈及大腦中動脈。ICA行程曲折，是動脈粥樣硬化、動脈狹窄及動脈瘤好發部位。ICA也是腦卒中的高發部位[7]。對ICA的研究對于臨床診斷具有重要意義，對斷層解剖學、醫學影像學及介入放射學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，能從不同角度觀察血管，認識不同部位血管構筑、吻合、走形、交叉等情況，具有無可比擬的優越性。相對于二維圖形而言，三維重建所得結果更直觀，所顯示的信息量更大[9]。三維重建后，所有的三維結構可以以多種形式進行交流，利于保存和學習。

3.3 Mimics軟件三維重建研究的優勢

Mimics簡單易用直觀的用戶界面使得分段數據簡單有序，可以容易地訪問相關工具和功能。Mimics可以導入任何二維的圖像并得到由這些二維圖像重建而來的三維模型。另外，Mimics可以導入很多圖形格式，比如CT、DSA、MRI和顯微鏡數據，不僅僅是DICOM格式，在醫學教學及臨床醫學中得到了普遍的應用。①Mimics的三維重建和可視化模塊，可以讓外科醫生對薄層CT數據集在三個正交平面瀏覽，可以對感興趣的部位反復觀察；進一步對感興趣區域進行三維重建，重建的模型可調整任意透明度和偽彩標注，可以從任意角度觀察，從而清楚地顯示局部解剖的空間立體位置關系；可以進一步對感興趣區進行幾何參數的測量。通過這些觀察，Mimics軟件可以幫助外科醫生形成病變部位完整、清晰和準確的三維印象。②Mimics軟件的快速成型模型，在假體制作、復雜病例輔助手術設計以及心臟流體動力學、骨組織工程載體的制作方面有較多應用。③Mimics的有限元分析模塊使得臨床病例的個性化有限元分析成為可能。④Mimics手術仿真模塊為外科醫生在臨床中創造性發應用計算機輔助外科提供了無限空間[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程中不能做到完全自動分割，需手動在骨和血管的毗鄰處進行分離，使得操作難度增加，效率降低，故一種智能化的計算機自動分割方法亟待開發[11]。②由于造影劑的質量、注射方式和個體差異等原因，使造影劑在血管內分布不均勻，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行手工勾畫則一方面增加了操作難度，另一方面降低了準確性，且勾畫效果不一定理想，使重建結果和真實血管之間存在誤差。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、數字化技術在現代醫學中的應用使得眾多基礎和臨床問題得到了更加深入的研究，適應了現代醫學發展的新的需要[12]。本研究以CT數據資料結合現代計算機數字化圖像處理技術對ICA進行了三維重建及可視化研究，不但為研究人體重要結構的形態學特點提供了新途徑[13-14]，更充分開發了目前臨床大量數據資料的潛在價值，突破了傳統醫學中CT數據資料只能在設備自帶軟件中操作的局限性，使其在研究與教學中產生更有意義的價值，為現代臨床醫學應用和醫學教學提供了極大的便利。

[1]尤水平，申長虹.巖段頸內動脈的顯微解剖及臨床意義[J].中華顯微外科雜志，2003，26（2）：95-97.

[2]牛蕾，劉學軍，隋慶蘭，等.頸動脈粥樣硬化斑塊形態的CT成像分析[J].中國老年學雜志，2013，2（33）：502-504.

[3]趙森，劉執玉，畢玉順，等.椎動脈椎前部的形態特點及臨床意義[J].中國臨床解剖學雜志，2002，20（1）：51-53.

[4]吳良浩，葛煥祥，管衛，等.三維CT血管造影對椎動脈的觀察[J].中華骨科雜志，2002，22（10）：613-617.

[5]孫靜，張士德，魏永兵，等.3.0T 3D時間飛躍法磁共振顱內血管成像用于介入術前評價的可靠性研究[J].中國臨床醫學影像雜志，2013，24（3）：153-158.

[6]屈廷，匡永勤.顱腦放射影像解剖圖譜[M].北京：人民衛生出版社，2009：265-266.

[7]畢方方，田發發.頸動脈病變與缺血性卒中[J].中國動脈硬化雜志，2003，11（7）：700-702.

[8]許在華，章翔，高操.頸內動脈顯影外科解剖學研究[J].中華神經外科疾病研究雜志，2004，3（3）：196-198.

[9]陳勝華，唐茂林，徐達傳，等.血管三維重建與傳統解剖學方法的對比研究[J].中國臨床解剖學雜志，2009，27（5）：514-515.

[10]蘇秀云，劉蜀彬.Mimics軟件臨床應用——計算機輔助外科入門技術[M].北京：人民軍醫出版社，2011：10-13.

[11]Brvce CD，Pennvpacker JL，Kulkarni N，et al.Validation of threedimensional models of in situ scapulae[J].J Shoulder Elbow Surg，2008，17（5）：825-832.

[12]陳熙，李嚴兵，丁紅梅，等.CT增強掃描圖像椎動脈和頸內動脈的三維重建研究[J].中國臨床解剖學雜志，2007，25（3）：269-271.

[13]Ding HM，Yin ZX，Zhou XB，et al.Three-dimensional visualization of pelvic vascularity[J].Surg Radiol Anat，2008，30（5）：437-442.

[14]俞金龍，黃宗海，傅棟.基于CTA斷層圖像直腸及周圍結構數字模型的重建及三維可視化研究 [J].南方醫科大學學報，2008，28（8）：1466-1468.

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

國家自然科學基金資助項目（81171408）；青島大學本科生創新實驗。

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

▲通訊作者：沈若武（1973-），副教授，碩士生導師。

2013-06-08 本文編輯：郭靜娟）