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人正常离体子宫动脉血管网可视化模型的构建

作　者: 黄睿
导　师: 陈春林；刘萍；王志坚
学　校: 南方医科大学
专　业: 妇产科学
关键词: 人子宫动脉灌注 CT，MRI 三维重建
分类号: R322
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

妇科疾病治疗学已进入到了微创医学的时代,一些新的技术和治疗理念正引起人们的关注,如:子宫动脉栓塞术(Uterine arterial embolization,UAE)治疗子宫良性疾病,子宫动脉化疗治疗妇科恶性肿瘤,保留卵巢血管的子宫切除术,保留子宫动脉上行支的宫颈根治术,保留输卵管的术式及子宫和/或卵巢的移植等,无不与子宫动脉血管网的解剖有直接关系,而这些技术在未来妇科治疗中将占一定的地位。根据我们前期在数字减影血管造影(Digital subtraction angiography,DSA)下对子宫动脉血管网的研究发现:子宫动脉血管网是复杂的,无论其对子宫的供血方式及子宫各部的血供分配、对卵巢的供血程度、与卵巢动脉之间的关系、对输尿管膀胱的供血等情况与传统的解剖学研究有明显的差别,目前尚未被我们充分认识到。因此进一步研究并构建理想的子宫动脉血管网模型,不但将对新技术、新方法的开展提供解剖学依据,而且为临床实践、教学和科研提供一个理想的平台。但目前缺乏有效的途径和手段对子宫动脉血管网进行研究,也没有理想的子宫动脉血管网模型用于指导临床、科研和教学。因此我们设计并构建人正常子宫动脉血管网可视化模型并对其解剖学特征进行分析研究,期望为以上问题的彻底解决提供依据。在我们对子宫动脉血管网模型的构建进行研究和报道前,已有学者应用数字人技术和影像学技术在相关领域进行了有益的探讨,如较为成熟的有依据相关数据集构建了肝脏管道系统三维模型和眼模型等。模型构建的基础是利用数字人技术,通过对整尸冰冻铣切后用极高分辨率数码相机摄影获取断层数据集,采用计算机及图像处理技术构建可视化模型。影像学技术是通过电子计算机X射线断层扫描(Computed tomography,CT)技术及磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)技术对局部进行薄层扫描后采用计算机技术构建模型。目前世界上只有美国、中国与韩国对女性盆腔的大体进行了构建。国外数字人数据集是按照未经特殊处理的标准人体要求构建的,采用以上技术构建的女性盆腔因未对盆腔的动脉系统进行针对性地血管灌注和处理,只能够显示女性骨盆外形、子宫的外观形态,而无法清楚显示子宫动脉血管网,因而临床应用价值有限。国内数字人数据集虽然对全身血管进行灌注和处理,但由于其是针对人体的整体,受灌注液粘滞性、流动性和灌注压力及部位的限制,不能够表达所有的网状血管,对细小血管无法标识和分割,因此无法构建子宫这一局部器官的血管网。利用盆腔CT或磁共振(Magnetic resonance,MR)扫描数据集重建,也因无理想的针对子宫动脉血管网增强显影的方法,无法构建理想的子宫动脉血管网。囚此为清楚显示子宫动脉血管网,必须针对局部血管进行特殊处理。我们采用血管铸型技术对子宫动脉进行特殊灌注后,采集CT和/或MR扫描数据重建子宫动脉血管网的可视化模型并制作真实的子宫动脉血管网铸型标本。血管铸型技术是一种研究血管的常用解剖学技术,它以人体血管作模具,根据血管的特点选用不同配方、不同浓度的填充剂对血管灌注制作相应器官的血管铸型标本,从而显示各器官血管网的精细结构。目前血管铸型标本作为一个简单独立的标本只能从静态观察,进一步的功能研究受到限制。因此我们尝试将血管铸型技术与CT和/或MR扫描重建技术相结合,多方面地对人体局部器官血管进行研究。由于常规的血管铸型填充剂在CT及MR下无法显影,因此我们首先研制能在CT和/或MR下显影的填充剂配方;选取雌猪泌尿生殖系统进行灌注,经CT、MR扫描及重建试验,摸索理想的填充剂配方和各种浓度的显影效果,在动物实验基础上再用不同浓度的新配方填充剂对人离体子宫动脉血管网进行灌注,使血管网能在CT和/或MR扫描下易于辨认识别,采集CT和/或MR扫描数据集后再进行腐蚀制作成铸型标本,并根据CT、MR数据集用计算机及图像处理技术构建人正常离体子宫动脉血管网可视化模型,为成功构建在体子宫动脉血管网的可视化模型,为今后构建基于冰冻铣切切片的数字化子宫动脉血管网三维模型提供前期基础研究。本研究共分两部分进行:第一部分动物实验一、确定适合血管铸型及CT和/或MR扫描重建的填充剂配方研究【目的】确定适合血管铸型及CT和/或MR扫描重建的填充剂配方。【研究方法】血管铸型填充剂常选择过氯乙烯(Chlorinated poly vinyl chloride,CPVC)。由于CPVC在CT和MR扫描时无法显影,根据氧化铅可在CT下显影,钆可在MR下显影的特点,在传统填充剂配方中加入不同比例的氧化铅及钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)作为新型填充剂,并选择性加入甘油,经CT、MR扫描,比较其显影情况,确定适合血管铸型及CT和/或MR扫描重建的填充剂配方。【结果】(1)单纯CPVC在CT下显影不佳,加入氧化铅后扫描强度明显增加,且其强度随着氧化铅比例的增加而增强,但当氧化铅的比例较大时行CT扫描出现伪影,不利于后续实验的采用。(2)CPVC中加入Gd-DTPA后在MR下信号增强,且加甘油组优于未加甘油组,并且信号强度与Gd-DTPA的浓度有关。【结论】(1)在本研究填充剂配方中经对比以CPVC作为动脉铸型填充剂溶质,乙酸乙酯作为溶剂,其中加入氧化铅、Gd-DTPA、甘油行CT、MR扫描显影效果最好,适合血管铸型及CT和/或MR扫描重建。(2)因本部分实验为单独对填充剂扫描,无组织进行对比,无法确定CPVC的最佳浓度,无法证实该填充剂是否适于构建人子宫动脉血管网可视化模型。二、应用不同浓度填充剂构建雌猪泌尿生殖系统动脉血管网可视化模型的研究【目的】选取雌猪应用不同浓度填充剂制作雌猪泌尿生殖系统动脉血管网铸型标本,采集CT和/或MR扫描数据集,应用计算机技术构建雌猪泌尿生殖系统动脉血管网可视化模型。【研究方法】获取雌猪离休泌尿生殖系统标本(子宫、附件、阴道、膀胱及尿道)6套,按筛选的最佳填充剂配方进行填充剂配制,本研究CPVC选择20%、15%、10%三个浓度,与氧化铅、Gd-DTPA及甘油进行配制,随机分为三组,每组2例,标本分别经双侧子宫动脉、卵巢动脉及尿生殖动脉灌注,再行CT薄层扫描采集数据集后以最大密度投影(Maximum intensity projection,MIP)及表面覆盖显示(Shaded surface display,SSD)进行重建,同时行MR薄层扫描采集数据集应用三维增强磁共振血管成像构建雌猪泌尿生殖系统动脉血管网可视化模型并对标本进行酸腐蚀获得血管铸型标本,比较不同浓度填充剂构建的铸型标本及可视化模型的特点。【结果】本实验共对6例雌猪泌尿生殖系统标本进行灌注,其中3例铸型血管网因部分动脉插管失败及未待填充剂完全硬化过早腐蚀致血管网湿示不完整,出现血管断裂现象,另3例标本铸型完整。观察3例理想的铸型标本及其构建的可视化模型并研究雌猪泌尿生殖(系统动脉走行及其分布的特点:(1)3例雌猪泌尿生殖系统动脉血管网铸型标本及可视化模型均可清楚显示子宫动脉、卵巢动脉及尿生殖动脉的走行及其分支分布。(2)不同浓度填充剂制作的雌猪泌尿生殖系统动脉血管网铸型标本分别显示了不同分级的血管,从子宫动脉、卵巢动脉及尿生殖动脉主干至终末细小血管网。(3)不同浓度填充剂灌注后CT薄层扫描数据集构建的雌猪泌尿生殖系统动脉血管网可视化模型的特点:①不同浓度填充剂构建的模型显示不同层次的血管网;②通过计算机软件可在任意角度显示泌尿生殖系统动脉血管网的影像学特征和解剖结构。(4)不同浓度填充剂灌注后MR薄层扫描数据集构建的雌猪泌尿生殖系统动脉血管网模型的特点:20%、10%CPVC灌注构建的模型难以清楚显示动脉;15%CPVC灌注构建的模型可显示雌猪泌尿生殖系统动脉主干及其2～3级分支。(5)血管铸型标本与基于CT及MR薄层扫描数据集构建的可视化模型的比较:铸型标本与CT薄层扫描构建的模型在血管显示特点上基本一致,但MR扫描显影不理想,难以清楚显示泌尿生殖系统动脉血管网的走行及血供分布特点。【结论】按已筛选的最佳填充剂配方成功制作雌猪泌尿生殖系统动脉血管网铸型标本并构建了可视化模型,且采用不同浓度的填充剂灌注,动脉血管网显示有明显差异,即可选择性地建立模型。第二部分人正常离体子宫标本实验一、应用不同浓度填充剂构建的人正常离体子宫动脉血管网可视化模型的研究【目的】应用不同浓度填充剂制作人正常离体子宫动脉血管网铸型标本,并采集CT和/或MR扫描数据集,应用计算机技术构建子宫动脉血管网可视化模型。【研究方法】获取正常成年女性新鲜离体子宫、阴道及双附件3套,按已获填充剂配方进行填充剂配制,研究选取25%、20%、15%CPVC,与氧化铅、Gd-DTPA及甘油进行配制,分别经双侧子宫动脉及卵巢动脉灌注,再行CT薄层扫描采集数据集以MIP法及SSD法进行重建,同时行MR薄层扫描采集数据集应用三维增强磁共振血管成像构建人正常离体子宫动脉血管网可视化模型并对标本进行酸性腐蚀获得铸型标本,比较不同浓度填充剂构建的铸型标本及可视化模型的特点。【结果】(1)3例人子宫动脉血管网铸型标本及可视化模型均可显示子宫动脉及卵巢动脉的走行及其分支分布。(2)不同浓度填充剂灌注后人子宫动脉血管网铸型标本的特点:①25%浓度填充剂制作的铸型标本能显示子宫动脉的主干及其分支。②20%浓度填充剂制作的铸型标本进一步显示了双侧螺旋动脉及其之间的交通支,卵巢动脉血管网,右侧子宫动脉卵巢支与卵巢动脉间的吻合情况。③15%浓度填充剂制作的铸型标本更清楚地显示了子宫动脉的细小分支以及其间的交通支,完整源自子宫动脉卵巢支供血的卵巢动脉血管网,子宫动脉输卵管支供血的输卵管动脉血管网以及两者之间的吻合血管网。(3)不同浓度填充剂灌注后CT薄层扫描重建的子宫动脉血管网可视化模型的特点:①不同浓度填充剂构建的模型可显示不同层次的子宫动脉血管网;②通过CT配置的软件可在任意角度动态显示子宫动脉血管网的影像学特征和解剖结构,并设置不同的透明度以观察子宫动脉血管网与周围组织结构的关系。(4)不同浓度填充剂灌注后MR薄层扫描重建的子宫动脉血管网可视化模型的特点:3例模型显示子宫组织内有高信号,但不能清楚显示子宫动脉及其血管网。(5)血管铸型标本与基于CT及MR薄层扫描技术构建的可视化模型的比较:铸型标本与CT薄层扫描重建的模型在血管显示特点上基本一致,但依据MR扫描数据集重建的子宫动脉血管网模型难以显示其走行及血供分布特点,须后续进一步研究。【结论】按已筛选的最佳填充剂配方,应用不同浓度填充剂成功制作人正常离体子宫动脉血管网铸型标本并构建了可视化模型,且采用不同浓度的填充剂灌注,动脉血管网显示有明显差异。二、人正常离体子宫动脉血管网可视化模型构建的意义(一)为临床血管内治疗技术和各种保留血管的术式提供依据1、对于UAE治疗妇产科疾病,可根据该模型可选择栓塞的部位、方式,计算出最适合的栓塞剂量进行适度栓塞,并指导UAE的操作,以提高疗效降低并发症。2、对于保留卵巢血管的子宫切除术,保留子宫动脉上行支的宫颈根治术等,可提供子宫动脉供应卵巢、宫体的血管路线图,避免对卵巢、宫体血供的影响,指导手术并为手术提供解剖学依据。3、对于保留输卵管的术式,由于输卵管和卵巢之间存在交通支,为此切除输卵管可影响卵巢的动脉血管网进而影响卵巢的血供和功能,本模型从微创的手术方式及保留器官功能的角度阐述保留输卵管的依据。4、对于子宫肌瘤剔除术,可根据子宫动脉供血的特点及分支走向设计肌瘤剔除术的切口。5、对于子宫和/或卵巢移植,该模型可提供详细的子宫动脉血管网情况、子宫动脉和卵巢动脉之间的交通情况,为手术的实施提供解剖学指导。(二)在该模型的基础上,通过结合计算机软件为模拟手术和数字化物理子宫的发展提供技术基础。1、在该模型的基础上,开发计算机软件,将妇科手术的教学电脑化,如在软件上模拟UAE的手术操作,设计新的手术方案等,使教学电脑化、软件化。2、在该模型的基础上,通过软件的开发,赋予该模型一定的物理功能而进行研究,如:应用计算机软件对子宫动脉血管网进行血流动力学、血流分配比例的研究,进而为药物在子宫、卵巢、输卵管上的分布进行研究,为药物的临床药代动力学研究提供一个新的研究模式等。(三)从妇产科临床解剖学的角度,为临床教学提供途径这是一种全新的显示子宫动脉血管网的方式,可清楚显示子宫动脉的各分级血管;使子宫动脉血管网的解剖教学从平面变为立体,从书面变为电子信息,从实体模型走向虚拟图像,使原本在真实人体上不可重复的操作变为可在计算机上反复演练和试验。

全文目录

摘要  3-11
ABSTRACT  11-22
前言  22-26
第一部分动物实验  26-48
  【确定适于血管铸型及CT和/或MR扫描重建的填充剂配方研究】  26-34
    一、资料与方法  26-29
    二、实验结果  29-32
    三、讨论  32-34
  【不同浓度填充剂构建的雌猪泌尿生殖系统动脉血管网可视化模型的研究】  34-48
    一、资料与方法  34-38
    二、实验结果  38-45
    三、讨论  45-48
第二部分人正常离体子宫标本实验  48-68
  【不同浓度填充剂构建的人正常离体子宫动脉血管网可视化模型的研究】  48-63
    一、资料与方法  48-53
    二、实验结果  53-60
    三、讨论  60-63
  【人正常离体子宫动脉血管网可视化模型构建的意义】  63-68
全文小结  68-71
参考文献  71-75
附录中英文对照  75-76
攻读学位期间取得的成果  76-77
致谢  77-80
统计学证明  80

人正常离体子宫动脉血管网可视化模型的构建

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