聚乙烯醇-氧化铋人体血管3D可视化.doc

聚乙烯醇-氧化铋人体血管3D可视化石小田1，易西南1，秦将钧2，黄海伟2，黄卫华3，汪坤菊1，罗 刚1，胡爱华1（1.海南医学院人体解剖学教研室；2. 海南医学院附属医院CT室，海口 571101；3.常德职业技术学院人体解剖学教研室，常德 41500）摘要 目的：探索应用新型血管造影剂氧化铋与新载体聚乙烯醇水溶胶，配制为管道填充剂对人体血管进行灌注，经CT扫描后进行血管3D可视化研究。方法：1.以1.5、2.0、2.5 、3.0g氧化铋分别与10%的聚乙烯醇水溶胶10 ml配制成填充材料，做成10 ml注射器棒状铸件CT扫描，筛选最佳氧化铋浓度；2.采用最佳氧化铋浓度填充剂进行新鲜尸体血管灌注，X线摄影，CT扫描，Mimics10.01或3d-Doctor软件进行血管三维重建。结果：以最佳浓度0.25g/ml氧化铋-聚乙烯醇填充剂灌注的血管标本，X线摄影下标本动脉血管显影清晰，细小血管也充分显示； CT连续扫描断面图像血管显影均匀，三维重建所得图像清晰，管道饱满，边缘连续平滑，无齿状伪影。结论：聚乙烯醇-氧化铋填充剂是一种理想的适用于人体血管3D可视化研究的新型材料。 关键词 聚乙烯醇；氧化铋；血管造影术；3D可视化The human body angiography with polyvinyl alcohol and oxy-bismuthShi Xiao-tian,Yi Xi-nan,Qin Jiang-ju,et al.Department of Anatomy,Hainan Medical University,Haikou,571101 ChinaAbstractObjective:To explore the application of a new type of intravascular contrast media oxy-bismuth with a new carrier polyvinyl alcohol hydrosol,mixing for loading agent into the body blood vessels, then scanning with CT and visualizing with blood vessels 3D.Methods:1.mix 1.5g,2.0g,2.5g,3.0g oxy-bismuth with 10% polyvinyl alcohol hydrosol 10ml into 10ml injector rod-shape castings ,then scan with CT to screen the best oxy-bismuth density;2.Fill the fresh cavader with the best oxy-bismuth density loading agent,photograph with X-ray,scan with CT, 3D reconstruct with Mimics10.01 or 3d-Doctor software.Result: The arterial blood vessels even the minute blood vessels develop clearly by photographing with X-ray the cavader blood vessels irritated with the best oxy-bismuth and polyvinyl alcohol density 0.25g/ml loading agent;the section pictures display uniformitily,the 3D reconstruction pictures show clearly with the satiation blood vessels, the 收稿日期2009-09 作者简介 石小田（1982-），男，湖南怀化人，实验师，主要从事解剖学技术方面工作，TelE-mail:.通讯作者易西南，教授，硕士生导师，E-mail: .continuation verge and non- dentate shadow.Conclusion:The polyvinyl alcohol and oxy-bismuth loading agent is an ideal and suitable neotype material applied in the human body angiography.Key words polyvinyl alcohol; oxy-bismuth; angiography; 3D visualization.随着“中国数字人”数据的广泛应用，有关人体血管数字化研究的报道较多1，2。近年，唐茂林3，4、周小兵57等成功应用造影剂氧化铅与明胶、羧甲基纤维素配制成填充剂进行人体血管灌注，X线摄影，CT连续扫描获得图像图片，结合电脑软件SSPS11.0，Photoshop CS2，DicomWorks1.3.5，3D-doctor以及GEHC Microviewer，对人体血管进行3D可视化研究。本实验探索应用新型造影剂氧化铋与新载体聚乙烯醇水溶胶，配制成氧化铋-聚乙烯醇悬浮液填充剂，进行新鲜尸体血管灌注，经X线摄影和CT扫描，血管三维重建所得图像清晰，管道饱满，边缘连续平滑，无齿状伪影，立体感强，效果满意。1 材料与方法1.1 实验材料聚乙烯醇（简称PVA，1799型，天津市大茂化学试剂厂，实验试剂），氧化铋（Bio,化学名：三氧化二铋-型，国药集团化学试剂有限公司，分析纯)；GE公司CT机（Prospeed sys CT）；统计学处理和图形处理工具：SSPS11.0，Photoshop CS2，DicomWorks1.3.5， 3D-doctor以及GEHC Microviewer等。1.2 实验方法1.2.1 PVA水溶胶的调制将聚乙烯醇慢慢地分散投入计量好的50恒温水箱烧杯蒸馏水中，浸泡0.5 h左右，适当搅拌，使其充分膨胀、分散，然后逐步提高温度，并不停地搅拌，保持85恒温1 h，使其充分溶解于水，过滤冷却后封装保存待用。1.2.2 PVA-Bio填充剂的配制与Bio最佳浓度筛选 取1.5、 2.0、 2.5 、3.0 g Bio分别与10%PVA水溶胶10 ml配制成PVA -Bio悬浮液，搅拌均匀装入25 ml注射器做成10 ml棒状铸件封装，依次编号14号，竖直静置5 min后，排出注射器内空气，校正编号，依次将铸件定位于CT机扫描部，做层厚3mm、Kv120千伏，按常规腹部条件连续CT扫描815层，利用DicomWork1.3.5软件获得每个层面直径1cm兴趣区（大于100个像素）的随机8层的平均CT值（CT mean，CTm），并计算相应变动系数(coefficient of variation，CV)。CV值反映Bio在PVA中的分散能力，系数越小，Bio分布越均匀。将14号铸件CTm进行分析验证，以CV值较小和CTm大于3000 Hu为选择标准，实验表明3号材料（0.25g/ml Bio）为最佳浓度填充剂。1.2.3选择最佳浓度填充剂进行新鲜尸体血管灌注，X线摄影、CT扫描 常规管道铸型法进行插管、填充剂灌注，灌注完将标本放入冷冻冰柜5，使填充剂充分凝固。X线摄影，64排螺旋CT按常规腹部扫描条件进行，获得连续扫描图片2887张，用Mimics10.01或3d-Doctor软件进行三维重建。2 结果2.1 PVA-Bio铸件CT值分析PVA-Bio铸件CT扫描的CT均值随着Bio浓度升高而呈线性升高，CT变动系数则随之逐渐降低，大约在1.70%以下（见表1）；说明随着Bio浓度升高，CV值随之降低，即其均匀性增大。当Bio为2.5g时，系数呈现低水平状态，与Bio浓度为 1.5、2.0g条件有显著性差异(p0.001)。当Bio浓度3.0g时，CT均值稍有升高，不明显，CT系数则无变化；但CT扫描的铸件断层面图像放射伪影较重，与Bio为2.5g时有明显变化。整体说明CT均值随Bio升高而升高，CT变异系数随Bio升高而降低，Bio的分布均匀性增大。依据CT值和CT变动系数，选择3号铸件材料为最佳材料，Bio浓度为0.25g/ml为最佳血管造影术浓度。表1 不同氧化铋浓度铸件材料的CT均值及变异系数实验铸件号PVA%Bio g/mlCV(%)CTm(XS)1100.151.68185531.572100.200.97264317.863100.250.02318921.034100.300.01321316.032.2 标本血管X线摄影、三维重建图像以最佳浓度的填充剂灌注的标本，X线摄影下细小血管清晰；CT扫描断层面图像血管内造影剂分布均匀，无反射伪影，3D图像血管显示清晰，管道饱满、连续，无中断、空泡产生，边缘光滑，立体空间感强烈，可不同角度旋转观察。3 讨论3.1人体血管3D可视化研究概况及意义人体血管三维可视化是通过计算机技术将人体血管构筑数字化在电脑屏幕上出现看得见的、能够调控的虚拟人体血管形象，即血管“可视化”。其研究主要继沿“人体管道铸型技术”，将造影剂填充剂灌注入人体血管内，经X线摄影、CT、 MRI扫描所得图像数据集加以数字化后，输入电子计算机，作为人体血管数据集资料加以存储，通过计算机软件Mimics10.01或3d-Doctor进行三维重建，获得三维立体图像。唐茂林，楼新法等改良了明胶-氧化铅血管造影术3，不仅造影效果比以前大有提高，而且氧化铅的用量大幅度减少；并首次引入数字化图像处理技术对全身动脉进行了3D 可视化研究及皮动脉的定位定量研究。周小兵等对该技术进行了进一步研究探索，采用羧甲基纤维素为造影剂氧化铅新载体5，6，再一次降低了造影剂含量，完善了该技术造影剂的最佳浓度配比7，取得了非常满意的效果，成功重建出许多清晰、美观、立体空间感强烈、高质量的人体血管图像。血管3D可视化， 可以直观、立体地观察血管主干与分支情况, 实现了由二维变三维、由平面变立体、由静态变动态的解剖模式。为临床医生进行术前手术设计和手术模拟，创新显微外科手术方案，提高临床诊疗水平及帮助临床教学训练均有重要作用。3.2 造影剂性质、浓度与血管3D可视化的关系应用于血管造影术，进行血管3D可视化研究，对造影剂性质特征与用量浓度的了解是至关重要的。氧化铋纯品有-型和-型，-型为黄色单斜晶系结晶，相对密度为8.9，溶于酸，不溶于水和碱；-型为亮黄色至橙色，正方晶系，相对密度8.55，溶于酸，不溶于水。就造影剂相对密度比较，氧化铅的相对密度9.53，大于氧化铋相对密度0.631，说明单位体积重量大，用以同一载体血管灌注，氧化铅的沉淀速度较氧化铋快，沉淀物较多，在血管中的均匀性分布较氧化铋稍差。PVA-Bio铸件CT值分析可见Bio浓度升高，CV值随之降低，即其均匀性增大。造影剂浓度大于最佳浓度，CT均值稍有升高不明显，CT系数则无变化，即均匀性无变化，但CT扫描的铸件断层面图像放射伪影较重，影响图像观察，与最佳浓度时有明显变化。小于最佳浓度，CT均值过低，细小血管(0.21.0mm)无法从周围软组织中区分；CT变动系数较大，均匀性分布较差。3.3血管造影术对载体材料与浓度的要求PVA是一种水溶性高分子树脂，其良好的水溶性、成膜性、粘接力、乳化性以及卓越的耐油脂和耐溶剂等性能，且无毒无味无刺激，优良的性能已广泛应用于医疗、工业、建材、纺织等领域9。应用为血管造影术载体，其作用性质为：（1）非离子型，不与金属盐和离子有机物结合生成不溶性沉淀物，且具有良好的粘接力、成膜性、悬浮性、乳化性、保护胶体等作用，无毒无味无刺激。（2）具有较高的黏稠度，较强的悬浮作用，使氧化铅均匀地分布在血管填充剂中，防止颗粒沉淀。（3）优良的的乳化、润滑、成膜性可减少氧化铅灌注时与血管壁的摩擦，改善铅颗粒的运送力，使造影剂均匀地分别到各级血管中，在X线、CT成像时无空泡及血管“毛刺现象”。（4）良好的耐温凝结性，流动性，可在气候较低的情况下进行灌注，细小血管也能充分显示清晰。【参考文献】1 张绍祥，刘正津，谭立文.首例中国数字化可视人体完成J.第三军医大学学报,2002,24(10):12311232.2 王兴海,傅群武,刘畅,等.“虚拟中国人”建模的动脉灌注研究J.中国临床解剖学杂志,2002.20(5): 227-229.3 楼新法,梅 劲,C.R. Geddes,等.明胶-氧化铅血管造影术的优化J.中国临床解剖学杂志,2006.24(3): 259-262.4 张志浩,李严斌,梅劲,等.应用放射造影术进行血管3D 可视化研究初探J.中国临床解剖学杂志,2006. 24(3):255-2