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肝静脉和肝内门静脉的断层影像解剖及三维重建

娄丽  
【摘要】: 肝是人体最大的实质性器官,解剖结构复杂,疾病种类繁多,一直是解剖学和医学影像学领域研究的热点。目前有关肝断层解剖学的研究有常温切片、冰冻锯切和生物塑化切片等多种方法,但均存在着切片较厚、有锯耗、组织结构易变形等缺陷。而且现有的肝断层解剖学资料以横断层和矢状断层居多,冠状断层资料较少,不能满足临床上肝冠状面影像与正常肝冠状断面解剖精细对照以及现代肝外科对肝冠状面详细解剖资料的需求,而现代影像技术B超、多层螺旋CT、MRI等已可在横、矢、冠、斜甚至任意断面上显示肝的解剖及病变。临床上多数肝病变的首选检查方法是肝超声检查,近年来超声设备和技术迅速发展,超声影像的成像质量及分辨率大为提高,既往超声不能显示的细微结构得以显示,与高分辨率超声相对应的肝多方位、多切面断面解剖学基础和在此基础指导下对肝的超声解剖进行深入探讨和研究已为临床迫切所需。同时,随着对临床肝外科、肝移植术等技术要求的日益提高,肝外科手术计算机模拟系统的建立已势在必行。这些都对肝的断层解剖学提出了更高的要求,肝断层解剖学的研究亟需从横断层向多维断层、从厚片向薄层、从真实向虚拟、从断面向三维等方向更新发展,以不断满足肝病变诊断和治疗的新需求,从而促进肝超声影像和肝外科学的发展。 上个世纪的80年代末,美国科学家联盟提出了“可视人计划”(Visible HumanProiect,VHP),其目标是实现人体从分子到细胞、组织、器官、系统和整体的精确模拟。随着可视人计划的实施而发展起来的数控冷冻铣削技术,将肝的断层解剖学研究推向了亚毫米水平,为肝的断层解剖学开创了新的研究手段,并在此基础上开展了肝及肝内管道系统的三维可视化研究。肝内管道系统三维可视化研究的首要前提是获取高质量的肝原始解剖数据集,但目前有关肝薄层断面数据获取方法的研究尚嫌不足,而且目前报道的均为横断面数据,而对肝冠状断面数据集的获取及基于肝冠状断面数据集的肝内管道系统的可视化研究尚未见诸报道。本研究旨在探讨应用数控冷冻铣削技术获取肝连续薄层冠状断面数据的方法,以获取高质量的肝冠状断面原始解剖数据集,最大程度地满足临床上识别肝薄层冠状面影像的需要,为现代肝外科提供更详尽的解剖学资料。并在此数据集的基础上构建肝静脉和肝内门静脉的数字化可视模型,以模型揭示的肝内管道系统的三维立体形态学资料为指导,对肝的标准超声切面进行详细标注,对肝段的超声划分和各肝段内门静脉的分支形式进行深入研究,为临床提供更详实的肝超声解剖学资料。 本课题共分为4部分,摘要如下: 第一部分肝连续薄层冠状断面数据获取 目的应用数控冷冻铣削技术获取肝的连续薄层冠状断面数据集。 材料和方法经CT、MR扫描筛选后,选择无明显病变的成年男性尸体1例,截取其上腹部,按直立位置于包埋容器内,经明胶包埋和深低温冷冻后,在低温冷冻室内用数控铣床从前向后连续铣削,获得肝的连续薄层冠状断面,用数码相机逐层拍摄;获取原始数据,并输入工作站。 结果该例上腹部标本冷冻铣削后共获得层厚为0.2mm的肝连续冠状断面图像699幅,断面能够清晰显示肝的形态结构、位置及毗邻关系和肝内管道系统及其分支的走行分布。 结论应用数控冷冻铣削技术获取的肝连续薄层冠状断面数据集精度高,质量优,为基于冠状断面解剖数据的肝及肝内管道系统的三维重建奠定了坚实基础。 第二部分肝连续薄层冠状断面解剖 目的探讨肝门静脉及其分支和肝静脉及其属支以及肝叶、肝段和肝亚段在连续薄层冠状断面上的表现,以期为现代影像诊断和肝外科提供更详尽的解剖学资料。 材料和方法以第一部分获取的肝连续薄层冠状断面数据集为观察对象,从肝门开始出现层面向前后连续追踪观察肝门静脉及其分支和肝静脉及其属支在肝叶、肝段和肝亚段内的走行、分布及出现断面,并以Couinaud肝段划分法为理论依据探讨肝段和肝亚段在冠状断面上的划分和演变规律。 结果肝门静脉左支四部分在冠状断面上出现的顺序由前至后依次为:囊部、矢状部、角部、横部,均显示为短轴断面,居肝左右径的中份、上下径的中下1/3交界处。门静脉左支的分支在冠状断面上的出现顺序为:左外下支、左内支、左外上支。门静脉右支较粗短,分为右前支和右后支。右前支主干走向外上,分别向上、下方发出右前上支和右前下支,二者的分支呈现为成对的外观;右后支分为右后上、下支分别行向右后上和右后下。三支肝静脉于第二肝门处注入下腔静脉。肝左静脉由上、下两根汇合而成,上根居后外上,下根居前内下,分别回流左外叶上、下段的静脉血。肝中静脉由左根和右根合成,其主要属支出现的顺序为:左前属支、前下属支、右前属支,分别回流左内叶、右前叶下段和右前叶上段的静脉血。肝右静脉呈直线形单独汇入下腔静脉,其主要属支出现的顺序为:右前属支、右后上缘静脉、后下属支,回流右前叶右半和右后叶大部的静脉血。 结论亚毫米层厚水平上的肝连续薄层冠状断面解剖的详细阐述,可最大程度地满足临床上肝冠状面影像与正常肝冠状断面解剖精细对照的需求,并为现代肝外科提供了更详尽的解剖学资料。 第三部分基于肝冠状断面数据的肝静脉及肝内门静脉三维图像重建 目的利用第一部分获取的肝连续薄层冠状断面数据构建肝静脉及肝内门静脉的三维数字化可视模型,以期为肝病变的精确影像学诊断和肝外科手术计算机模拟系统的建立提供重要的形态学基础。 材料和方法采用体绘制和面绘制的方法,通过人工干预对肝内管道系统进行人工识别提取和图像数据分割。运用香港中文大学计算机科学与工程学系自主开发研制的3D医学可视化软件实现三维重建,构建肝静脉和肝内门静脉的三维可视化模型。 结果肝静脉及肝内门静脉的三维数字化可视模型可清晰显示门静脉及其分支和肝静脉及其属支的空间构形,真实地再现了门静脉和肝静脉之间复杂的空间毗邻关系。模型中的肝静脉和门静脉可单独或总体显示,可在三维空间位置上绕任意轴旋转任意角度,并能按照不同的要求,从不同的角度对某一血管分支进行多角度、多方位的观察。 结论高质量的二维图像和合适的三维重建方法保证了本研究三维数字化可视模型的真实性和精确性,为向临床应用的过渡奠定了基础。 第四部分肝段的超声解剖 目的以肝薄层断面解剖学基础和第三部分构建的可视化模型揭示的肝内管道系统的三维立体形态学资料为指导,对肝的标准超声切面进行详细标注,对肝段的超声划分和各肝段内门静脉的分支形式进行深入研究,以期为临床提供更详实的肝超声解剖学资料。 材料和方法从超声查体者中筛选出100例无消化系统症状,无肝占位性病变及手术史,肝声像图表现正常,血管纹理显示清晰者作为观察对象,经腹部途径按照规范化的肝超声检查方法和步骤,在右上腹部肝区顺序进行横断面、矢状断面、斜断面和经右肋间的斜断面检查,获取各断面的超声图像,对其进行详细标注,并以Couinaud肝段理论为依据在声像图上划分肝段,分析各肝段门静脉的分支数及分支形式。 结果获取了肝各切面具有特征性的标准声像图,肝内主要解剖结构显示清晰。声像图上肝段的划分以门静脉为指示标志,肝静脉为分界标志,胆囊和韧带为辅助分段标志,每一肝段均有一(组)独立的门静脉段支供应。在肝段划分和病变的定位诊断中,门静脉的解剖及病灶与门静脉的关系更为重要。段Ⅰ~段Ⅳ的门静脉分支形式依其在声像图上显示的分支数目可分为单支型、双支型、三支型和四支型四种类型。段Ⅷ和段Ⅴ的门静脉分支形式在声像图上表现为对称型、交错型和树枝样型三种类型;段Ⅶ和段Ⅵ的门静脉因位置偏后,超声不易显示其全程,分支形式较难确定。 结论在肝薄层断面解剖学基础和肝内管道系统三维立体形态学资料的指导下,对肝超声解剖的深入探讨和研究为临床提供了更详实的肝超声解剖学资料。 结论和意义1.本研究应用数控冷冻铣削技术获取了0.2mm层厚的肝连续薄层冠状断面数据集。在恒低温冷冻实验室内置上腹部标本块于直立位,应用SKC500型数控铣床由前向后铣削,实现了标本的一次性装夹、原地冻存和连续铣削。该方法为人体解剖学开创了新的研究手段,将推动断层解剖学的研究向满足临床需求的薄层和三维可视化方向上发展。 2.在亚毫米层厚水平上,探讨了肝叶、肝段和肝亚段内肝静脉和门静脉在连续冠状断面上的走行和分布规律,最大程度地满足了临床上肝冠状面影像与正常肝冠状断面解剖精细对照的需要,并为现代肝外科提供了更详尽的解剖学资料。 3.采用体绘制和面绘制的方法,通过人工干预对肝内管道系统进行人工识别提取和图像数据分割,构建了基于肝标本冠状断面数据的肝静脉和肝内门静脉的三维可视化模型,真实地再现了肝门静脉和肝静脉之间复杂的空间立体结构关系。高质量的二维图像和合适的三维重建方法保证了三维数字化可视模型的真实性和精确性,为向临床应用的过渡奠定了基础。 4.应用高分辨率超声获取了肝各切面的标准声像图,在肝薄层断面解剖学基础和肝内管道系统的三维立体形态学资料指导下,对其进行了详细标注,以Couinaud肝段理论为依据探讨了肝段在声像图上的划分,并以肝段为单位分析了各肝段门静脉的分支数及分支形式。对肝超声解剖的深入探讨和研究为临床提供了更详实的肝超声解剖学资料。


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