血管解剖学测量技术的发展及研究价值

单莉 陈春林

血管作为人体的管道系统，深藏于皮肤内部。对于外科手术，血管的解剖学研究尤为重要。早在200年前已有记载研究人体血管解剖测量的方法，主要是用刀解剖尸体，直视下使用工具测量血管直径、长度、分叉角度等。近30余年，数字减影血管造影术(digital subtraction angiography, DSA)的发展让我们认识更多的血管疾病，已是现代血管外科诊断的必要条件之一[1]，作为一种血管解剖测量研究的重要的方法已实现了从尸体到在体的跨越。随着血管造影技术提高，医疗影像设备推进，计算机断层扫描血管成像技术(computed tomo-graphy angiograpy, CTA)、磁共振血管成像技术(magnetic resonance angiography, MRA)被越来越多的研究学者用于血管解剖学研究，相对DSA技术实现了从有创到无创的跨越。血管的解剖学研究实现从二维到三维的跨越，是利用CTA、MRA等血管成像技术和数字化三维重建技术相结合研究人体血管形态、结构、位置及其毗邻关系。随着血管解剖学测量技术的进展，我们获到越来越多无创且个性化的人体解剖数据，用于指导临床手术设计、实施，降低手术难度，提高手术的预见性、彻底性和成功率。

一、血管测量技术

1.基于尸体解剖的血管解剖测量研究

人体解剖学作为一门古老的学科，主要以尸体解剖、肉眼观察、尺规测量的方法研究人体血管形态结构[2]。尸体解剖血管时先用钝性分离法暴露血管的表面，再用刀锋紧贴血管，顺血管长轴修去包绕的结缔组织，暴露血管[3]，直接观察血管分布、走行、分支、汇合，并进行直径、长度、角度等测量，获得解剖学数据，为临床手术、科研等提供依据。Lakchayapakorn 等[4]利用防腐成人尸体标本，使用解剖器械、测量尺观测泰国人主动脉分叉角度、髂总静脉间角度，观察髂总静脉在腰椎体前的解剖变异等情况，结果发现泰国正常人群中可以出现髂总静脉在腰椎前解剖变异，容易在手术操作过程中造成损伤，故手术前进行血管解剖位置的全面检查，是预防手术损伤的可行措施。张琳等[5]随机选用肉眼观察无病变的成人尸体肝脏标本，在放大6 倍体视显微镜下观测肝中静脉起源、走向及其属支、内径，并观测其长轴与下腔静脉长轴的夹角，旨在为临床手术提供更为详实的形态学依据。

血管的走行与分支、分布一直是解剖学研究者的关注焦点。为更清楚区分各种结构，对于新鲜尸体，可用灌注染色来标识不同血管[3]，其中乳胶灌注是被公认为最好的显示血管的方法之一，因其可根据需要显示不同的颜色且具有良好的韧性，即使血管被破坏仍能保持其连续性。张晓薇等[6]利用蓝、红两种灌注充填液进行尸体血管灌注，解剖观察骶前区域结构, 以电子游标卡尺测量骶前区血管与周围结构解剖距离， 为阴道-骶骨固定术提供应用解剖学资料。

尸体标本的血管造影可以显示器官的轮廓以及器官内血管的分支分布情况，但这种方法通常只能显示血管在一个平面上的关系，而观察不到血管的全貌[3]。Yang等[7]利用氧化铅、明胶和水的混合物经颈动脉对成人尸体进行全身动脉灌注，并对尸体肌肉及血管进行解剖和放射拍片，发现同一肌肉不同标本间各血管供血区域有相当大的变化。此法也大量应用于对穿支血管的研究，从而对穿支皮瓣的基础研究与推广起到了重要作用[8]。

将常规尸体解剖技术、血管灌注技术、影像学及组织三维重建技术相结合，从不同角度、不同层面观察人体血管的走行与分布具有优势。陈胜华等[9]利用新鲜成人尸体下肢标本，经灌注后行CT 扫描，得到下肢连续二维断层图像数据导入mimics 10.01软件进行三维重建，重建出下肢骨、肌肉、皮肤、血管；然后对扫描后的标本进行解剖，与三维重建模型进行对照比较，认为三维模型更有利于从不同角度和层面观察血管。Donato等[10]在人类尸体的肝动脉、门静脉和近肝段下腔静脉混合处灌注彩色硅胶，经CTA扫描结束后，获得CTA数据集，渲染创建3D模型，以阐明肝血管和胆管的正常解剖结构。

利用尸体研究血管的解剖可直观地从人体不同部位观察血管走行、分布、供血区域、毗邻结构及其与临近骨性标志的对应关系等，从而应用于教学、科研及临床手术中，形成经验性的资料、依据。然而在实际临床工作中，术者常常会有一些困惑，如术中所见血管与教科书及参考书中记录有所不同，抑或术中损伤未能识别的血管，所以尸解有其局限性：一是尸体状态不能完全反映生前的机能状态；二是死亡时间、环境、温度等物理因素可能不同程度地影响对组织的观察；三是人类不同个体间存在差异，所以仅凭尸体解剖获得的数据，只能是经验性的总结和判断。

2.利用DSA图像的血管解剖测量研究

有学者评述，DSA是显示血管的最佳方法，亦是认识血管解剖的金标准[1]。DSA图像显示血管路径图，其密度分辨率高，一些细小的血管结构、开口位置能清晰显示，具有时间和空间分辨率高、可实时成像和动态观察血流的优势。Tanigawa等[11]认为三维数字减影血管造影(3D-DSA)可展现高质量的脑动脉解剖结构，在选择性血管内介入治疗过程中，我们可以从DSA造影图像上获得清晰的血管分支、走行及其开口位置。但DSA 图像是二维平面图像，不能使图像与原实物尺寸保持一致。利用血管分析软件，以校准物校准导管，选择导管尺寸，输入校准物直径值，得出像素值，再应用像素值，测量狭窄血管的直径、长度等血管参数[12]。还有应用传统图像测量屏幕或胶片的直接测量法[13]，以直径10 mm的正圆形不锈钢球作参照物，应用量规和刻度尺在屏幕或照片上量出钢球影像的直径，再与钢球的实际直径进行比较，计算放大比例，再测量目标病灶影像尺寸，乘以钢球放大比例系数，得出目标病灶的尺寸，此种方法操作简便易行，但欠准确。颜抒阳等[14]利用数字减影血管造影系统行脑血管造影，获得3D图像，用游标卡尺测量DSA图片显示的大脑深静脉的长度和内径，而刘亚民[15]等则采用DSA后处理几何测量分析，对颈5、6横突间无病变部位行内径测量，并在术中证实。Ferguson等[16]经DSA影像得到与Willis环的主要动脉的放大视图，通过精准测量仪器测量相关动脉的直径，籍此测定脑部相关动脉直径可精确到0.1 mm。

DSA曾被认为是诊断血管疾病的金标准[17]，但它有创、昂贵、费时，临床难以常规应用。从一定的角度来看，依赖DSA图像的血管测量仍然局限于二维平面的解剖测量，DSA造影实施过程中可能发生一些并发症，因而不可能作为常规检查手段应用于临床。Rankin[18]等认为单纯以诊断目的行“金标准”DSA临床检查的情况越来越少。

3.联合CTA图像或MRA图像与三维重建技术的血管解剖测量研究

近年来，由于医学影像技术的快速发展，为血管的解剖学研究提供了新方法。一项研究表明，与 MRA 相比，CTA 虽然可以更好地显示精细的盆腔动脉血管网[19]， 扫描范围宽，能显示颅内到颈部、心脏主动脉弓到下肢大范围血管走行，且CTA血管成像操作简单、方便、安全、快速、无创伤，不仅可了解有无血管畸形、狭窄、侧支循环等，甚至可以判断肿瘤或炎性病变对血管的侵蚀、转移等多种改变，对术前评估与手术疗效评估的帮助很大，是目前无创伤性血管成像的又一主要手段。MRA是一种更新的血管成像技术，近年来发展迅速，国内外临床已将此项技术广泛应用于全身大部分血管检查，并取得了较好的成像效果[20-22]。虽然MRA成像所需时间相对较长，空间分辨率相对较低，但是MRA安全、无辐射；CTA显示血管细节必须采用薄层扫描，大范围的薄层扫描增加辐射剂量，不利于儿童和体弱患者，而MRA则可以多次重复扫描了解造影剂的代谢情况；且MRA使用的是顺磁性造影剂，安全性更高，几乎无肾脏毒性，肾衰的患者也能安全使用，过敏反应的几率也低。因妇产科疾病患者大多为育龄女性，卵巢功能均需要保护，MRA检查将在妇产科受到越来越大的欢迎，即使MRA的费用相对更高一些。

血管造影智能跟踪技术，能使注入血管中的造影剂在达到目的脏器(如脑、肾脏、肝脏)区域后与预先设定的阈值相等时自动促发扫描，从而获得最佳动脉期、静脉期、与平扫期图像。通过对动脉瘤、动静脉畸形、脑血管狭窄等多种脑血管患者进行多层螺旋CTA检查，并应用后处理工作站进行血管三维重建，以立体图像显示出病变解剖关系，获得准确清晰的三维模型图。CT血管造影联合三维重建技术可全方位显示脑部血管的解剖形态及其毗邻解剖结构，具有微创、安全、可靠、费用低廉等特点，适合于手术规划制定、术前病灶定位及术后疗效随访，对血管疾病手术有重要指导意义[23]。周学利等[24]通过腹部 CTA检查获得原始数据，利用CT设备自带的重建软件进行三维重建，观察并测量腹主动脉和下腔静脉在椎体前方的走行；腹主动脉分叉处、髂总静脉汇合处相对于腰椎具体解剖位置；腹主动脉分叉角、髂总静脉汇合角的大小等，通过观察下腰椎前方血管位置及毗邻结构，以期为腰椎前路微创手术提供术前准确的解剖学影像评估依据。

基于CTA数据集构建的血管三维模型，可以从不同平面和角度研究人体的血管形态、结构、位置、长度及角度测量，对显示血管变异、血管疾病以及显示血管关系有重要价值，是现代意义上的人体解剖学。2011年陈春林等[25]获取患者CTA 原始数据集利用Mimics10.01 软件进行三维重建，及成功构建出盆腔动脉血管网三维数字化模型，并对髂内动脉进行分型和国外经典分型进行对比，认为基于CTA 的三维重建技术是研究女性髂内动脉分型的好方法，且中国女性髂内动脉的解剖学分型有其自身特点。2012年Freiman等[26]以CT数据构建三维模型，通过拟合血管中心线来进行血管测量,从而判断血管形态、狭窄程度和模拟手术。2013年Hameeteman等[27]提出通过图像分割和配准的自动计算方法对颈动脉管腔的扩张性进行精确测量和评估，认为CTA较超声的一个优点是可以准确测量血管真实的截面积，尤其非圆形横截面面积。在个体化的疾病诊断技与术前评估方面，CTA与三维重建技术结合也发挥了优势。Talenfeld等[28]回顾CT肾血管造影的肾动脉在体数据集，使用专用3D血管重建软件(VITREA 2)，将重建肾动脉数据设置成弯曲的多平面图像，分两部分测量肾动脉长度，然后测量肾动脉最大狭窄的近点及远点血管直径及截面积，从而评估肾动脉狭窄率。Kobayashi等[29]使用三种不同的专用软件(M2S公司，TeraRecon公司， Pixmeo公司)进行程序测量。使用散点图，组内相关系数，以及MEDCAD模块在每个程序创建中心线重组测量得到血管外壁直径和中心线长度，采用卡方检验对选定测量的主动脉和内移植组件直径之间的一致性进行了检验，认为根据CTA三维重建获得的解剖测量术前进行移植物直径的选择及移植规划的选择可行，而且同时保持足够的精度进行个体化治疗。

血管三维重建技术在临床解剖学与临床医学研究中的具有无可比拟的优势，其所重建的血管可以反复显示和利用，且能从不同角度清晰地显示不同部位的血管形态、走行、交叉及吻合关系等，可充分了解病灶的供血特点。利用CTA数据集中可重建出皮肤、肌肉、器官、骨骼等组织结构，并配准融合显示，则可明确血管在不同层面、不同部位的走行与分布。朱海波等[30]认为对怀疑肾动脉疾病的检查应该首选无创性影像学方法，利用CT影像三维重建可清晰显示动脉的狭窄。螺旋CT血管成像作为无创性检查手段之一已广泛应用于临床，具有安全、方便、直观的特点，不仅显示动脉管腔和血管壁，并可同时显示组织器官的改变及其病变与周围结构关系。

二、血管解剖测量研究在临床中的应用价值

临床手术中，医生最关心的问题之一就是人体手术区域相关的血管解剖关系。尤其是盆腔血管位置深在、分级复杂、迂曲多变，术中容易引起损伤出血，甚至死亡。若术前能明确患者实施手术区域内血管的解剖关系，如起始、分支、角度、长度、畸形、毗邻等，在很大程度上能增加手术精准度，提高手术安全性。

进行血管解剖测量，在临床上的应用非常广泛，早在80年代，有学者[31]就对面动脉与下领下腺位置关系的进行解剖学研究, 因传统教材和参考书中对其描述不一致，故试图通过尸体解剖观察、测量以进一步澄清二者间更为真实的解剖关系。在成人尸体解剖标本上观察特定血管毗邻关系、体表投影，并测量其长度、供血分布及与周围结构的相对位置，以便于血管穿刺、插管及明确修复损伤的骨瓣、肌瓣的设计[32-33]。亦可由血管的解剖分布特点，来判断临床某些疾病的发生机理，如骨的无菌性坏死[34]。 但尸体解剖标本只能显示某个特定层面的情况，如果只解剖浅层，则深层结构无从知晓，如果解剖至深层，则浅层结构会遭到破坏。

三维重建技术对了解人体内部的三维解剖结构存在着巨大的优势，是临床医学与解剖学研究的一种新的方法。血管三维重建技术与医学的结合应用，虽然仍有一定的局限性，但它可以提供血管解剖结构的详细信息，以及机体病灶的形态和它的周围血管关系的多方位视图，对血管的复杂解剖变异的整体诊断性能优良，为外科医生提供了不可多得的宝贵资料，在临床手术设计、减少手术并发症等方面将发挥巨大的作用[35-36]。

随着现代影像技术的不断更新及其在解剖学研究中的应用，以超声、CT、MRI、PET、SPECT等为代表的现代影像解剖学，正从横断断层向多维断层、从尸体向活体、从厚层向薄层、从宏观向微观、从单纯描述向量化评估、从二维走向多维、从单纯形态向结合功能和代谢等方面迅速发展。现代影像学扫描层厚越来越薄，分辨率越来越高，对解剖结构的显示越来越细微清晰[37]。其优点是快速、无创、操作简单，利用二维数据获得的三维模型具备个体化、图像可任意角度旋转观察、测量准确等优势；对于临床医学中指导手术方式的选择、手术预案实施、术前仿真手术模拟、仿真解剖教学等提供了全新的集科教研于一体的研究平台。

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