颈内动脉CT增强扫描数据的三维重建研究

管文敏 沈若武 晁 凡 赵 成 周宇石 刘方圆 李顺见 谷 方

青岛大学医学院人体解剖学教研室，山东青岛 266071

颈内动脉CT增强扫描数据的三维重建研究

管文敏 沈若武▲晁 凡 赵 成 周宇石 刘方圆 李顺见 谷 方

青岛大学医学院人体解剖学教研室，山东青岛 266071

目的探讨Mimics软件在基于CT增强扫描数据集重建颈内动脉三维数字化模型中的应用及颈内动脉的分段。 方法1例经CT增强连续扫描数据集，以DICOM格式导入 Mimics10.01软件，运用阈值选取技术、蒙板编辑技术、区域增长方法对颈内动脉进行三维重建。结果获得了颈内动脉的三维数字化模型，并进行了分段及注释。结论 通过Mimics软件建立起了颈内动脉的三维数字化模型，在人体解剖学教学、断层解剖学教学、临床脑外科和颈内动脉病变诊断等方面具有重要的应用价值。

颈内动脉；Bouthillier分段法；三维重建

颈内动脉（internal carotid artery，ICA）平甲状软骨上缘起自颈总动脉，是颅内血供的主干血管之一。ICA的正常结构对维持人体正常功能具有重要意义。以往对ICA的研究以解剖学研究为主，研究手段主要是大体解剖、显微观察解剖、血管灌注铸型技术、血管造影、DSA、MRI、CT等方法[1-5]。近年来，随着计算机技术的革新及图像处理技术的发展，三维重建技术在医学领域得到了极为广泛的应用，尤其在基础和临床医学领域发挥着越来越突出的作用。根据不同的教学及临床需要，借助不同的三维重建软件，可以建立人体不同部位的可视化3D模型。本研究基于1例男性CT断层数据集，通过Mimics软件建立了ICA的三维可视化模型，并运用Bouthillier分段法进行了分段，建立的3D模型可广泛应用于人体解剖学教学、断层解剖学教学、临床脑外科和ICA病变诊断等方面。

1 材料与方法

1.1 数据采集

1例头颈部CT增强连续扫描数据集，男性，69岁。主

要扫描条件：电压120 kV，电流250.80 mAs，矩阵512×512，层厚0.625 mm。该数据集共计553张CT图像。

1.2 图像研究平台

硬件平台：个人计算机（PC），CPU：Intel Core i3-2310M，内存：RAM2.00GB，显卡：Radeon HD 6470M。 软件平台：操作系统为Windows 7旗舰版，三维重建软件为Mimics10.01（Materialise 公司，比利时）。

1.3 三维重建

把DICOM文件格式的CT数据集导入Mimics软件，利用Thresholding功能将阈值界定在181～537 HounsField单位之间，此阈值内的所有像素被选取成为一个新的蒙板。然后使用Multiple Slice Edit功能选取颅骨、ICA及其附属分支，用区域增长功能以Bouthillier分段法进行分段，再经3D计算功能对其进行三维重建，并对重建出的三维模型进行光顺处理及添加注释。

2 结果

通过Mimics10.01软件进行三维重建得到的ICA三维数字化图像直观准确，可以在各个方位对其进行观察并全角度旋转，能清晰反映出ICA在颅内外的走行，准确显示出了血管与骨骼的毗邻和位置关系（图1），能从各个方向和角度对其进行平面及三维的角度和距离测量，可以以多种颜色显示骨和各段ICA，并可以调整骨和ICA的透明程度，还可以根据需要对骨及ICA的各个分段进行注释（图 2）。

图1 颈内动脉在骨内的走行

图2 颈内动脉的分段

3 讨论

3.1 ICA临床应用的解剖学研究

ICA供应脑和眼的前部，并发出分支到前额和鼻子。根据Bouthillier分段法可将ICA从上至下分为7段[6]，分别为：颈段（C1），从颈总动脉分叉处起，至颈动脉管外口为止；岩段（C2）全程均走在颞骨岩部的颈动脉管内，首先向上走形（垂直段），然后弯曲向内侧壁走形（水平段），包裹在交感神经丛之中；破裂孔段（C3）起自颈动脉管内口，沿蝶骨底的颈动脉沟上升，止于岩舌韧带，通过一薄骨板或纤维板与三叉神经节相隔；海绵窦段（C4）位于海绵窦内，向上穿过海绵窦顶的硬脑膜环，由前床突内侧出海绵窦；床突段（C5）是颈内动脉各段中最短的一段，完全位于硬脑膜内，始于近侧硬脑膜环，止于远侧硬脑膜环，仅构成ICA前膝部上段的一小段；眼段（C6）起自远侧硬脑膜环，使ICA走行于蛛网膜下腔的第一部分，止于后交通动脉起始处；交通段（C7）起自后交通动脉起始处近侧，于视神经及动眼神经之间穿过，终于大脑侧裂内端的前穿质，然后分成大脑前动脉及大脑中动脉。ICA行程曲折，是动脉粥样硬化、动脉狭窄及动脉瘤好发部位。ICA也是脑卒中的高发部位[7]。对ICA的研究对于临床诊断具有重要意义，对断层解剖学、医学影像学及介入放射学同样具有重要的意义[8]。

3.2 ICA三维重建的意义

三维重建可以一次性重建所有血管，能从不同角度观察血管，认识不同部位血管构筑、吻合、走形、交叉等情况，具有无可比拟的优越性。相对于二维图形而言，三维重建所得结果更直观，所显示的信息量更大[9]。三维重建后，所有的三维结构可以以多种形式进行交流，利于保存和学习。

3.3 Mimics软件三维重建研究的优势

Mimics简单易用直观的用户界面使得分段数据简单有序，可以容易地访问相关工具和功能。Mimics可以导入任何二维的图像并得到由这些二维图像重建而来的三维模型。另外，Mimics可以导入很多图形格式，比如CT、DSA、MRI和显微镜数据，不仅仅是DICOM格式，在医学教学及临床医学中得到了普遍的应用。①Mimics的三维重建和可视化模块，可以让外科医生对薄层CT数据集在三个正交平面浏览，可以对感兴趣的部位反复观察；进一步对感兴趣区域进行三维重建，重建的模型可调整任意透明度和伪彩标注，可以从任意角度观察，从而清楚地显示局部解剖的空间立体位置关系；可以进一步对感兴趣区进行几何参数的测量。通过这些观察，Mimics软件可以帮助外科医生形成病变部位完整、清晰和准确的三维印象。②Mimics软件的快速成型模型，在假体制作、复杂病例辅助手术设计以及心脏流体动力学、骨组织工程载体的制作方面有较多应用。③Mimics的有限元分析模块使得临床病例的个性化有限元分析成为可能。④Mimics手术仿真模块为外科医生在临床中创造性发应用计算机辅助外科提供了无限空间[10]。

3.4 三维重建的不足之处

①由于造影后的血管的阈值和骨的阈值范围有重叠，在阈值确定后选取的过程中不能做到完全自动分割，需手动在骨和血管的毗邻处进行分离，使得操作难度增加，效率降低，故一种智能化的计算机自动分割方法亟待开发[11]。②由于造影剂的质量、注射方式和个体差异等原因，使造影剂在血管内分布不均匀，增加了血管分辨和三维重建的难度，若为了使血管连贯而进行手工勾画则一方面增加了操作难度，另一方面降低了准确性，且勾画效果不一定理想，使重建结果和真实血管之间存在误差。另外，不利于辨别是病变、变异还是造影剂分布不均导致血管狭窄。③若造影剂的充盈程度不够，小血管和小分支的显影不理想，使分割和重建难度加大。

智能化、数字化技术在现代医学中的应用使得众多基础和临床问题得到了更加深入的研究，适应了现代医学发展的新的需要[12]。本研究以CT数据资料结合现代计算机数字化图像处理技术对ICA进行了三维重建及可视化研究，不但为研究人体重要结构的形态学特点提供了新途径[13-14]，更充分开发了目前临床大量数据资料的潜在价值，突破了传统医学中CT数据资料只能在设备自带软件中操作的局限性，使其在研究与教学中产生更有意义的价值，为现代临床医学应用和医学教学提供了极大的便利。

[1]尤水平，申长虹.岩段颈内动脉的显微解剖及临床意义[J].中华显微外科杂志，2003，26（2）：95-97.

[2]牛蕾，刘学军，隋庆兰，等.颈动脉粥样硬化斑块形态的CT成像分析[J].中国老年学杂志，2013，2（33）：502-504.

[3]赵森，刘执玉，毕玉顺，等.椎动脉椎前部的形态特点及临床意义[J].中国临床解剖学杂志，2002，20（1）：51-53.

[4]吴良浩，葛焕祥，管卫，等.三维CT血管造影对椎动脉的观察[J].中华骨科杂志，2002，22（10）：613-617.

[5]孙静，张士德，魏永兵，等.3.0T 3D时间飞跃法磁共振颅内血管成像用于介入术前评价的可靠性研究[J].中国临床医学影像杂志，2013，24（3）：153-158.

[6]屈廷，匡永勤.颅脑放射影像解剖图谱[M].北京：人民卫生出版社，2009：265-266.

[7]毕方方，田发发.颈动脉病变与缺血性卒中[J].中国动脉硬化杂志，2003，11（7）：700-702.

[8]许在华，章翔，高操.颈内动脉显影外科解剖学研究[J].中华神经外科疾病研究杂志，2004，3（3）：196-198.

[9]陈胜华，唐茂林，徐达传，等.血管三维重建与传统解剖学方法的对比研究[J].中国临床解剖学杂志，2009，27（5）：514-515.

[10]苏秀云，刘蜀彬.Mimics软件临床应用——计算机辅助外科入门技术[M].北京：人民军医出版社，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]陈熙，李严兵，丁红梅，等.CT增强扫描图像椎动脉和颈内动脉的三维重建研究[J].中国临床解剖学杂志，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]俞金龙，黄宗海，傅栋.基于CTA断层图像直肠及周围结构数字模型的重建及三维可视化研究 [J].南方医科大学学报，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

国家自然科学基金资助项目（81171408）；青岛大学本科生创新实验。

管文敏（1991-），女，汉族，山东潍坊人，2010级大学本科在读，研究方向：临床应用解剖学。

▲通讯作者：沈若武（1973-），副教授，硕士生导师。

2013-06-08 本文编辑：郭静娟）