小型猪头颈部动脉血管的解剖结构与三维建模

苏卓经，黄海龙(肇庆医学高等专科学校 .205级临床医学专业； 2.人体形态学研究室，广东 肇庆 526020)

猪是生物医学研究中应用最为广泛的非啮齿类大型实验动物之一，在生命科学研究领域中具有重要的应用价值，具有其他动物不可替代的优越性。而利用铸型技术构筑猪各部位的血管系统分布提供形态学基础是一种重要的研究手段。目前，猪部分脏器的血管铸型标本制作已有相关文献报道[1 - 3]，而有关猪头颈部血管及其三维建模的报道相对甚少。为此，本研究采用管道铸型技术和血管造影重建技术制作小型猪头颈部动脉血管铸型标本后行螺旋CT扫描，以重建小型猪头颈部血管三维立体模型，旨在为小型猪脑缺血模型的建立及研究提供立体形态学的参考依据。

1 材料和方法

1.1 实验动物

采用普通级巴马小型猪1只，雄性，体重18 kg，7月龄，由肇庆医学高等专科学校动物实验中心提供[SCXK (粤) 2016-0041]，实验动物取材和实验过程均在肇庆医学高等专科学校外科实验室完成[SYXK (粤) 2016-0167]。动物实验符合伦理要求，实验程序通过了肇庆医学高等专科学校动物实验委员会批准(批号：2016-9-25-101)，实物动物处理严格遵循肇庆医学高等专科学校动物实验委员会与伦理委员会相关指南要求。

1.2 主要试剂与仪器

铸型填充剂：E-51型环氧树脂、环氧树脂高性能增韧改性剂RF-400、三(二甲胺基甲基)苯酚DMP-30、改性脂环胺环氧树脂固化剂ZY-1618、氧化铅(9.63 g/cm3)、马利牌油画颜料、37%盐酸。

手术器械(手术刀、组织剪、止血钳、医用缝线)，医用塑料注射器(规格：50 mL、20 mL)，烧杯(规格：50 mL)，玻璃棒，电子秤(规格：0.01 g)，自制不同口径塑料插管。

1.3 实验方法

1.3.1 铸型制作

要求猪头各部分组织无破损，将表面血迹冲洗干净，用自制塑料插管对其左、右颈总动脉进行插管，插管后用自来水将血管内的淤血冲洗干净。先将猪头标本放置12～18 h，灌注前用50 mL注射器反复向插管内注入空气，尽可能排出血管内残余水分，然后配制改良环氧树脂混合液-氧化铅(100 mL/150 g)填充剂[4]，用50 mL一次性注射器分别向两侧颈总动脉缓慢推注填充剂，边推注边观察猪头表面的颜色变化，当出现部分微小红斑应立即停止推注，灌注量约为38 mL。最后将小型猪头部标本摆正，待填充剂完全凝固后，放入37%的盐酸溶液浸泡腐蚀，7 d后取出铸型标本用自来水冲洗干净，适当修剪处理，封瓶保存。

1.3.2 CT扫描与三维重建

将已制作好的小型猪头颈部血管网铸型标本作为模板，采用西门子SOMATOM Definition AS 128层螺旋CT进行薄层扫描。扫描参数：电压120 kV，电流100 mA，旋转时间每圈0.5 s，准直宽度64 × 0.625 mm，重建层厚0.67 mm，重建间隔0.33 mm，螺距0.973 mm，视野300 mm，矩阵512 × 512，所获数据用DICOM格式保存，数据容量共计0.6 GB。然后将CT扫描采集的原始二维断层图像数据集导入CT后处理工作站重建小型猪头颈部动脉三维图像。

2 结果

2.1 小型猪头颈部动脉血管的分布特点

小型猪头颈部动脉血管主要来自颈总动脉，在进胸腔前处分成左、右颈总动脉，起始外径为(5.6±0.2) mm、长度为(9.4±0.2) mm，各自沿气管外侧向颈部延伸，沿颈动脉鞘走行，终末以不同方式分出颈外动脉、颈内动脉和枕动脉，颈内动脉和枕动脉同起始于一短的总干，颈外动脉主要分为颌面部血管、舌部血管和鼻部血管(图1)，具体分布特点如下。

2.1.1 颈内动脉

与枕动脉同以一短的总干起始，略向前走行，比枕动脉大，起始外径为(2.5±0.1) mm，在根部分出短、长两支。短支向上行，分布于头侧直肌、咽后内侧淋巴结及头前斜肌。长支向前上行，从破裂孔后部(颈静脉孔)进入颅腔，在进入颅腔前参与形成硬膜后异网。颈内动脉进入颅腔后，立即向后分出后交通动脉，与大脑后动脉吻合。颈内动脉主干呈弧形弯曲向前内侧走行，在视神经交叉的前侧方分出两支中支，即大脑中动脉和大脑前动脉。

(1)猪的大脑中动脉通常不是以一总干起始，而是以2～3支密集地由颈内动脉发出，向背外侧走，再以不同形式分成许多分支分布于大脑半球的外侧、背外侧及前外侧部表面，并于嗅外侧沟发出一些穿支至皮质的不同区域，包括梨状叶及脑岛。

注：a：右侧面观；b：后面观；c：正面观。1：左颈总动脉；2：左颈外动脉；3：左枕动脉干；4：右颈总动脉；5：右颈外动脉；6：右枕动脉干；7：眶下动脉；8：鼻后动脉；9：右鼻内动脉；10：左鼻内动脉。图1 小型猪头颈部血管铸型标本Note.a: Right side view. b: Back view. c: Front view. 1: Left common carotid artery; 2: Left external carotid artery; 3: Left occipital artery trunk; 4: Right common carotid artery; 5: Right external carotid artery; 6: Right occipital artery trunk; 7: Infraorbital artery; 8: Posterior nasal artery; 9: Right nasal artery; 10: Left nasal artery.Fig.1 Vascular cast specimen of miniature pig head and neck

(2)大脑前动脉向前走行分出交通支，与对侧的同名动脉分支吻合，形成前交通支；大脑前动脉继续前行，分出一支分支向上弯曲走行，在大脑半球间隙形成胼胝体动脉，而后与对侧同名动脉汇合成胼胝体总动脉，胼胝体总动脉沿大脑半球间隙向后走行，供养大脑半球背侧面及大脑前半部脑回；大脑前动脉分出胼胝体动脉后，继续走行成为筛内动脉，筛内动脉在行程中分出分支完成整个嗅球血供。

(3)大脑后动脉从后交通动脉发出，沿大脑背外侧向上，主要供养大脑后部表面及内部，行至大脑半球后部及后内部与大脑前动脉的终末部连接；后交通动脉为颈内动脉的后分支，分出大脑后动脉后，向后延续为中脑动脉，沿大脑脚腹侧面走行，沿途分出分支供应血流至丘脑、垂体及大脑脚，然后与对侧同名动脉相吻合并与基底动脉相连。

2.1.2 枕动脉

与颈内动脉同来源于一短的总干，起始外径为(2.1±0.1) mm，分出枕支供应胸骨乳突肌、头长肌、头腹侧直肌及头外侧直肌的血流；枕动脉在寰椎窝内与椎动脉吻合后，经寰椎椎间孔进入椎管，然后分出前、后两支，前支为基底动脉，后支为脊髓腹侧动脉。基底动脉在延髓和脑桥腹侧正中前行，分别发出分支至小脑、延髓及脑桥，行至大脑脚与大脑后动脉吻合。

2.1.3 颈外动脉

起源于颈总动脉，起始外径(4.5±0.2) mm，其走行呈S形弯曲，根据其行程主要分为舌部、颊面部、鼻部，具体分布如下。

(1)舌部：舌部的动脉主要由舌动脉发出，舌动脉自颈外动脉腹侧发出，分出腭部和咽部分支到软腭、咽部及舌骨部及周围肌肉，后沿舌骨舌肌深面前下行，沿途发出舌深动脉和舌下动脉，舌深动脉为母干延续，一直前行到达舌尖，舌下动脉沿舌肌表面前下行，主要供养舌下组织；颏下动脉经颏孔进入下颌骨，主要分布于下颌切齿。

(2)颌面部：颌面部血管较多，包括颌外动脉、耳前动脉、耳后动脉、腮腺支、颞浅动脉和颌内动脉。颌外动脉由颈总动脉分出，沿下颌骨向外前下行，分布于下颌间隙；耳后动脉沿着耳后的向上走行，沿途发出分支至耳下肌，血管管径较粗且长，一直行至耳甲尖；腮腺枝较细小，由颈外动脉侧方发出，向外走行，分布于腮腺；颞浅动脉为颈外动脉最前方的一个分支，发出面横动脉供养咬肌、颧肌和眼轮匝肌，耳前动脉由颞浅动脉发出，分布于耳前不的肌肉和耳廓内侧面；颌内动脉为颈外动脉主干的延续部分，位于翼内肌和翼外肌之间，分出颊肌动脉后，主干呈S形转弯前行，依次分出脑膜中动脉、下颌齿槽动脉、翼肌支、颊肌动脉、眼外动脉、颧动脉、腭降动脉和眶下动脉，脑膜中动脉有两支分支，最终都趋向破裂孔前部，与颈内动脉共同形成异网，其余血管分别对下颌齿槽、翼肌、颊肌(包括眼角、上下唇和口角)、眼眶及其周围组织进行供血。颌面部的血管较细小，位置也相对表浅，但分支较多，且覆盖面较广，血供丰富，面部血管不会出现血运障碍。

2.1.4 鼻部

鼻部血供主要来源于腭降动脉，腭降动脉分为蝶腭动脉和腭大动脉，蝶腭动脉进入鼻腔，分为数支，分支与于鼻腔粘膜，在鼻腔中与腭大动脉的分支吻合；腭大动脉为腭降动脉的延续，向前下侧走行，穿过腭管进入鼻腔，分布于鼻腔粘膜。

2.2 小型猪头颈部血管三维重建图像

基于铸型标本的CT扫描数据，利用CT后处理工作站对小型猪头颈部血管进行三维重建，重建方式包括容积再现(volume rendering，VR)和最大密度投影法(maximal intensity projection，MIP)。VR图像空间立体感强，管道饱满、连续性好，能立体地显示血管的分布走行、位置及其相关的毗邻关系(图2a)；MIP图像能够清晰显示动脉血管的密度分布及血管逐渐变细的样影，且连续性强，可通过调整窗位与窗宽显示不同级数的血管(图2b)。CT重建图像可在三维空间内进行任意角度的动态旋转，不仅可以从不同角度对血管进行观察，而且可以通过对重建条件的调节而选择不同的显示方式。

注：a：VR重建模型；b：MIP重建模型。1：左颈总动脉；2：右颈总动脉；3：右颈内动脉；4：左颈内动脉；5：右颈外动脉；6：左颈外动脉。图2 小型猪头颈部血管CT重建模型Note.a: VR reconstruction model. b: MIP reconstruction model. 1: Left common carotid artery; 2: Right common carotid artery; 3: Right internal carotid artery; 4: Left internal carotid artery; 5: Right external carotid artery; 6: Left external carotid artery.Fig.2 CT reconstruction model of the arterial vessels in the head and neck of miniature pig

3 讨论

3.1 小型猪头颈部血管灌注成型显影的优势

管道铸型技术对于显示血管及其他管道结构具有其独特的意义，随着铸型技术的发展，铸型标本与教学、科研的联系也越来越紧密，为临床、教学及科研提供可靠、直观的形态学依据[5 - 6]。小型猪头颈部动脉血管具有管径小、管壁薄、弹性差等特点，其铸型标本制作难度较大，国内关于小型猪头颈部动脉血管形态学详细、完整的研究报道甚少。利用管道铸型技术构建小型猪头颈部动脉血管铸型，具有以下特点与优势：① 能显示小型猪头颈部各级动脉血管的走行及分布特点，具有层次分明、三维立体感强及形态结构与小型猪头颈部外形一致性高等特点，其脑部位于颅腔内，脑部血管侧支循环较少，与颌面部无血管吻合，血管分布较集中等血管之间的毗邻关系在铸型标本上能清楚表达。通过加入金属氧化物氧化铅作为造影剂，利用重金属氧化物造影成像，图像丰富饱满、清晰无伪影，细节表现力强，CT扫描显影度好，得到的三维图像立体感强。② 通过观察小型猪头颈部动脉铸型标本，血管的分布、结构及其特征清晰可辨，能够直观、立体地从不同角度观察血管之间的走行和吻合，这个优势是传统二维解剖图片不能比拟的，可为进一步研究小型猪头颈部动脉血管的结构以及功能奠定形态学基础和提供解剖学的参考依据。

3.2 小型猪头颈部动脉血管三维建模的特点及意义

近年来，随着计算机软件技术在医学研究各个领域的广泛应用，基于CT扫描数据集的三维重建有了很大的发展[7]。国内那顺巴雅尔等设计与制作西藏小型猪脑的动脉血管铸型，但是没有构建三维可视化模型，只能从二维图片去观察血管的分支与走行[8]。本研究通过制作小型猪头颈部血管铸型标本，后行CT扫描并重建得到的小型猪头颈部血管三维模型，与铸型标本相一致，能清晰表达小型猪头颈部血管全貌，空间感强，与铸型标本相比，具有以下特点：重建三维模型具有虚拟、灵活的特点，可在计算机三维空间内行任意角度的旋转、随意放大或缩小，还可以对模型进行虚拟切割。由于铸型标本的空间构造特点，只能观察到表面的血管，难以观察到被表面覆盖的内部血管，对于深层血管的观察具有很大局限性，而三维重建模型则可以很好解决这个问题，还可在计算机三维空间内对原始图进行解剖数据的测量。小型猪作为医学研究的理想动物模型已得到广泛认可，其大脑血管的解剖结构与人相近似，且侧支循环少，常被用于建立脑缺血模型[9 - 11]。本研究所构建的三维模型对建立猪脑缺血模型具有参考意义，主要有：① 形态学基础参考：猪脑缺血模型包括全脑缺血模型和局灶性脑缺血模型，其中局灶性脑缺血模型通过阻断部分血管的血流以达到缺血的效果，其对颈内血管的管径大小以及解剖位置的准确定位要求较高，在建立脑缺血模型前，操作者可在计算机三维空间内对小型猪头颈部血管三维模型进行操作，利用切割功能充分暴露颈内动脉的分布，再通过旋转和放大缩小等功能观察颈内动脉的走行及吻合，进一步观察血管之间的吻合情况；② 虚拟模型建立：操作者可利用有限元软件切割功能将三维模型分离出颈内血管及其分支，再导入仿真软件，通过仿真软件选择建立模型的血管位置和操作方式，预测缺血的范围，并反复进行的模拟操作和修正。通过结合三维模型建立虚拟脑缺血模型，既有助于制定和优化建立模型的方案，又能减低建立模型过程中神经血管组织损伤的风险，提高建立猪脑缺血模型的成功率。此外，由于铸型标本的技术特点，制作一件铸型标本就要消耗一件实物标本，其制作成本较高、耗时较长。因此可以将重建三维模型导入3D打印设备，就能打印出与原标本一致的3D立体模型，制作成本有效降低、方便携带且数量不限[12]。

综上所述，采用铸型标本与CT三维重建模型相结合的方式，能多角度、多层次地展示小型猪头颈部血管的分布及走向情况，为探讨小型猪脑部血管的分布走行特点以及建立猪脑缺血模型从实体标本与虚拟化模型两方面提供形态学的参考依据。

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