利用數字化三維模型評估CTA及MRA腹盆腔血管成像特點的研究*

陳春林，陳 蘭，劉 萍△，唐 雷，陳 斌，李彩霞，段 慧，唐 連，陳碩臻

(1.南方醫科大學南方醫院婦產科，廣州 510515；2.南方醫科大學人體解剖與組織胚胎教研室，廣州 510515；3.南方醫科大學南方醫院影像科，廣州 510515)

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利用數字化三維模型評估CTA及MRA腹盆腔血管成像特點的研究*

陳春林1，陳 蘭1，劉 萍1△，唐 雷2，陳 斌3，李彩霞3，段 慧1，唐 連1，陳碩臻1

(1.南方醫科大學南方醫院婦產科，廣州 510515；2.南方醫科大學人體解剖與組織胚胎教研室，廣州 510515；3.南方醫科大學南方醫院影像科，廣州 510515)

目的 通過CT血管造影(CTA)和磁共振血管成像(MRA)原始圖像分別構建腹盆腔血管數字化三維模型，用三維模型評估CTA及MRA對腹盆腔血管顯示的差異。方法 采集25例健康青年女性的CTA及MRA原始數據集，利用三維重建軟件(Mimics 10.01)分別構建腹盆腔動靜脈血管的三維模型，觀察兩類模型中腹主動脈、下腔靜脈、髂總動靜脈、髂內外動靜脈、子宮動脈、閉孔動靜脈、臀上下動脈及其分支、陰部內動脈、骶正中動靜脈、卵巢動靜脈、骶前靜脈叢的重建情況。并用卡方檢驗統計分析兩類模型中上述血管顯示率是否有差異。結果 兩種方法對于腹主動脈、下腔靜脈、髂總動靜脈、髂內外動靜脈、臀上下動脈、子宮動脈幾乎均能達到100%顯示，CTA模型對于左右閉孔動靜脈的顯示率分別為92%、80%、44%、32%；MRA模型則分別是84%、72%、36%、44%，二者顯示差異無統計學意義(P=0.382、P=0.508、P=0.564、P=0.382)。對于骶前靜脈叢，包括骶1橫靜脈、骶2橫靜脈、骶3橫靜脈、骶4橫靜脈，25例CTA模型的顯示率分別是4%、8%、0%、4%；而MRA模型的顯示率分別是76%、92%、96%、44%，二者差異具有統計學意義(P<0.01、P<0.01、P<0.01、P=0.01)。結論 基于三維模型的觀察，MRA對于腹盆腔四級血管的顯示率與CTA差異無統計學意義，且MRA對于骶前血管網的顯示優于CTA。

CT血管造影；磁共振血管成像;腹盆腔血管;三維模型

對于腹盆腔系統的疾病，尤其是血管系統的病變，傳統的檢查方法主要是彩色多普勒超聲(彩超)、增強CT血管成像及數字減影血管造影術(digital subtraction angiography,DSA),其中以DSA作為血管成像的金標準，但其為有創性檢查，操作復雜，費時費力，對插管者技術要求甚高。增強CT血管成像以其成像速度快、成像范圍廣等優勢逐步應用于臨床，已具備良好的人體各部位血管成像的條件和滿意的血管成像效果[1]，但該項檢查具有輻射性，并不利于年輕育齡女性、兒童及體弱患者。磁共振技術因其微創、無輻射及無需對比劑成像等優勢迅速受到廣大醫患的歡迎，但由于腹盆腔血管范圍廣，易受到腹盆腔臟器蠕動、腸氣等因素的干擾，無需對比劑的磁共振血管成像已不能滿足臨床診斷及治療的需要。磁共振的超快速增強血管成像技術應運而生，該技術通過注射對比劑和圖像后處理技術，增加血管與周圍組織的對比度，能清楚顯示充盈對比劑的血管。目前三維動態增強磁共振血管成像技術(three-dimensional contrast-enhanced MR angio-graphy,3D CE-MRA)在腦血管、下肢血管成像方面的研究相對較多，并認為CE-MRA是一種有效評價下肢及腦部疾病的方法，其診斷價值可與DSA相媲美[2-4]，但是在盆腔血管成像的研究相對較少，尤其是在評價盆腔血管成像效果，能否達到目前大家公認的CT血管造影(CTA)的血管顯示效果等方面。本文旨在通過25例健康青年女性的CTA和磁共振血管成像(MRA)三維模型的對比分析，進一步說明磁共振血管成像技術在顯示盆腔血管中的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 研究對象為25例健康青年女性，年齡20～26歲，平均(22.3±1.8)歲，身高152～172 cm，平均(160±4)cm；體質量44～60 kg，平均(51±4)kg。所有對象均無妊娠史、手術史及過敏史，本研究已通過南方醫科大學南方醫院倫理委員會的批準，所有受試者均簽署相關知情同意書，在非月經期先行CTA檢查，CTA檢查后1周內再行MRA檢查。

1.2 方法

1.2.1 研究方法 根據上述研究對象的CTA、CE-MRA掃描的原始數據集，利用三維重建軟件Mimics(Materialise公司，比利時)進行腹盆腔血管的數字化三維重建，獲得血管的三維模型，在模型上觀察腹盆腔血管的顯示情況，如腹主動脈、下腔靜脈、髂總動靜脈、髂內外動靜脈、子宮動脈、閉孔動靜脈、臀上下動脈、卵巢動靜脈、骶前靜脈等。并進一步分析計算臀上下動脈發出的分支數，了解兩種成像方式下血管顯示的特點。

1.2.2 檢查方法 CTA檢查：德國西門子公司雙源CT(SOMATOM Definition)。掃描條件：管電壓120 kV，管電流320 mA，層厚5 mm。檢查前禁食4～6 h，未予其他特殊處理。患者取仰臥位，掃描范圍從第3腰椎下緣至股骨上段。先行常規平掃(平掃期)，經受試者右側肘正中靜脈先以4.0 mL/s(A筒)的速率經高壓注射器注射造影劑——碘普羅胺80 mL(商品名優維顯,德國先靈廣州藥業有限公司)，再以4.0 mL/s(B筒)注射生理鹽水20 mL；應用對比劑示蹤法，選擇腹主動脈分叉上2 cm的層面為感興趣區域(region of interest，ROI)，并動態監測其CT掃描灰度值(CT值)，設定當ROI內CT值達到100 Hu時自動觸發掃描(動脈期)。延遲35 s后再重復掃描1次(靜脈期)，最后將各期圖像插值處理至層厚為1.0 mm，并存儲備份。

MRA檢查：美國GE公司生產的Signa Excite超導型3.0T全身磁共振掃描儀。掃描條件：受試者檢查過程中取仰臥位，身體位于床面中央，正中矢狀面與床面垂直，雙手抱頭，雙腿并攏伸直。掃描范圍從第3腰椎下緣至股骨上段。常規序列掃描后，再行CE-MRA序列冠狀位掃描：TR/TE 5.3/1.8 ms，翻轉角30°，帶寬±50 kHz，矩陣360×224，FOV 39，層厚1.5 mm，經肘靜脈以3 mL/s的速度高壓注射釓噴酸葡胺對比劑(拜耳公司)18 mL，同樣速率追注生理鹽水20 mL。采用透視觸發技術，在開始注射對比劑后，同時啟動超快速二維梯度回波序列，將腹主動脈作為目標血管進行監控，一旦對比劑進入目標血管，立刻切換到CE-MRA序列并啟動掃描，可連續無間斷描獲得多個時相的數據。將所獲得的各個時相數據集以DICOM格式保存。

1.2.3 重建方法 CTA數據重建：將上述CTA掃描數據集以DICOM格式導入Mimics軟件中。參照劉萍、陳春林等[5-7]的研究，先用平掃期數據集構建出骨盆的三維模型并存為STL格式，再和動脈期數據一起導入Mimics中，通過布爾運算算出動脈血管網的蒙罩，再重建出腹盆腔動脈血管網的三維模型，并存為STL格式供調用。同理，將骨盆和動脈的STL格式文件及靜脈期DICOM數據集導入軟件中，通過布爾運算計算出靜脈血管網的三維模型。

MRA數據重建：在多個CE-MRA掃描時相中，選擇動脈期時相，即僅有動脈血管顯影，而靜脈血管尚未顯影的時相，參照陳若蘭，陳若蘭等[8]的研究，生成動脈蒙罩后進行動脈血管的數字化三維模型的構建，并導出動脈模型的STL格式。在剩下的血管時相中，根據造影劑在體內運行代謝情況，選擇動靜脈血管同時顯影的靜脈期時相，新建空白蒙罩，調整閾值后生成包含動、靜脈血管同時顯示的動靜脈蒙罩。將重建好的動脈模型的STL 文件導入，利用布爾運算以動靜脈蒙罩減去動脈蒙罩而生成單獨的靜脈血管網蒙罩，逐層擦除無關邊緣噪聲及冗余數據，并彌補丟失信號，經三維計算后構建出盆腔靜脈血管的數字化三維模型，并同樣以STL 的格式導出并保存。

1.3 模型觀察與統計 對比觀察兩種數據集構建的腹盆腔血管數字化三維模型，記錄各個模型上述血管的顯示情況，并采用配對χ2檢驗比較兩種血管成像方式在不同腹盆腔血管顯示方面是否存在差異。

2 結 果

25例研究對象的CTA、CE-MRA數據集均能成功構建腹主動靜脈、髂總動靜脈、髂內、外動靜脈、子宮動脈、閉孔動靜脈、臀上下動脈、骶前靜脈(圖1、2)。在此將腹主血管作為一級血管、髂總血管作為二級血管、髂內外血管作為三級血管，換言之，無論是CTA成像或是CE-MRA成像，三級動靜脈血管均可清晰顯示，并可完整重建顯示其形態走形，顯示率為100%。而對于四級或四級以下血管，顯示狀況不佳，尤其是對靜脈血管系統的顯示，如四級動脈子宮動脈，兩種成像方式顯示情況均好，而對于子宮靜脈，兩種成像方式顯示效果均不佳。陰部內動脈基本都能顯示，閉孔動靜脈顯示情況不一，但兩種成像方式顯示率的差異并沒有統計學意義。臀上下動脈干均可顯示，但是不同成像方式對于臀上下動脈分支的顯示情況不一。骶前靜脈的顯示情況，CE-MRA成像方式明顯優于CTA成像方式。而卵巢動靜脈、骶正中動靜脈兩種方式均未顯示。各類血管顯示情況，見表1、2。

表1 CTA與MRA模型對腹盆腔血管顯示率的比較

續表1 CTA與MRA模型對腹盆腔血管顯示率的比較

圖1 CTA數字化三維模型

模型分類nLSGARSGALIGASIGACTA2547503836MRA2576816163

3 討 論

彩色多普勒超聲作為傳統的評價盆腔血管血流的方法之一，其簡便易行，價格低廉，但是容易受到肺部和腸氣的干擾，且非常依賴操作者技術的熟練程度，且超聲圖片專業性強，一般非超聲專業的臨床醫師較難看懂彩超圖像上血管血流情況，不利于臨床醫師對于盆腔血管情況的觀察了解。后續的DSA、CTA以及MRA技術，其共通點也是不同于彩超的地方是均需要經靜脈注射一定劑量的對比劑，從而提高人體血管的對比度，有利于臨床醫師對于血管形態走形的辨識和觀察分析。

MRA是一種新的血管成像技術，近年來發展迅速，國內外臨床已將此項技術廣泛應用于全身大部分血管檢查，并取得了較好的成像效果[9]。但對于盆腔血管的研究，大部分還是集中于腹主動脈、下腔靜脈、門靜脈、髂總動靜脈等大血管，對于盆腔的四級血管的研究還是不多。由于盆腔血管具有纖細迂曲，分布密度大，血流方向多樣等特點,因此盆腔血管的MR成像技術必須具有高空間分辨率以顯示迂曲的血管，同時還需對各個方向血流信號的高敏感性以顯示整體血管，必須盡可能具有動脈和靜脈分別顯示的能力，以減少顯示的血管的密度、減少重疊。CT血管成像技術目前已被廣泛應用于各個科室，其成像速度快，成像范圍廣，空間分辨率高，一個患者從雙腎動脈掃描至股動脈上段的動脈期成像也只需要15 s左右；而MRA成像所需時間相對較長，空間分辨率相對較低，但是MRA安全、無輻射；CTA顯示血管細節必須采用薄層掃描，大范圍的薄層掃描增加輻射劑量，不利于兒童和體弱患者，而MRA則可以多次重復掃描了解造影劑的代謝情況；且MRA使用的是順磁性造影劑，安全性更高，幾乎無腎臟毒性，腎衰的患者也能安全使用，發生過敏反應的概率也低，文獻報道碘的重度過敏反應發生率為0.157%[10]，而順磁性造影劑的不良反應率僅為0.07%[11]。而CTA碘造影劑用量較大，發生過敏反應概率相對偏高，且具有腎臟毒性，致使高危人群不能行此檢查。正是由于MRA所特有的優勢，其在婦產科的應用前景將更為廣闊，婦產科疾病患者大多為育齡女性，卵巢功能均需要保護，她們更樂意接受無輻射的MRA檢查，即使MRA的費用相對更高一些。近年來，國內外關于MRA研究的相關報道也逐漸增多，Naguib等[12]利用MRI增強掃描三維重建血管成像技術重建了49例行子宮動脈栓塞術治療的患者的盆腔動脈血管網，重建的三維動脈血管網可以顯示大部分髂內動脈的分支及其起源，其中與UAE密切相關的子宮動脈的顯示率為97%(95支)。因此，其認為MRI增強掃描三維重建血管成像技術是一種可以在UAE術前清楚顯示盆腔動脈血管網的好方法，可以很好地實現對UAE的個性化指導。其在隨后的另一項研究中，利用術前MRI增強掃描血管成像技術計算出的最佳球管傾斜角度指導子宮動脈栓塞術，可以有效地減少患者的X線輻射劑量、曝光時間以及造影劑劑量[13]。

CTA、MRA作為現在影像學上最常用的兩種血管成像技術，各有優勢。在成像效果和成像質量上各有特點。CTA掃描是以多層螺旋CT掃描為基礎，通過血管注射對比劑以達到顯示全身各部位血管為目的的一項無創性血管顯示技術。其在靶血管內對比劑充盈的高峰期進行連續的原始數據容積采集，然后利用計算機的后處理功能重建靶血管，形成血管影成像。傳統MRA多采用二維時間飛躍法，該法是利用流動血液的流入增強效應成像，最大的缺點是平行于掃描層面的血流和緩慢血流容易飽和致信號減弱，如橫斷面掃描時鎖骨下動靜脈、腎動靜脈顯示差。而3D-CEMRA不依賴流空效應，避免了渦流和湍流影，不受血流流速和方向的影響，對平行于掃描層面的血管、血管分叉及扭曲的血管均能清晰顯示。本研究結果發現，由于CTA及MRA成像原理的差異，加之CTA掃描方向是橫斷面掃描，而MRA主要是冠狀面掃描，對不同走行方向的血管顯示情況不一樣，根據原始數據所得重建模型顯示效果也不一樣。兩種成像方式對于一到四級動脈血管的顯示率并無太大差異，但CTA成像速度快，成像范圍較MRA廣，能一次顯示全身動脈血管，對于巨大的盆腔包塊、卵巢腫瘤，需要在術前了解包塊血供來源從而評估手術時，CTA成像則是首選。而對于靜脈系統的顯示CTA常常僅顯示到髂內外靜脈，對于子宮靜脈及髂內外靜脈的其他分支則顯示不佳，對于骶前靜脈幾乎不顯影。CE-MRA不僅能同等程度的顯示1～4級的動脈血管，而且對于能顯示更多的臀上下動脈的分支，且能夠顯示更為豐富的靜脈血管，尤其是骶前靜脈的顯影，對于像婦科盆底手術需要術前了解骶前區血管網的情況，CE-MRA成像則是首選。除此，CE-MRA是在MRI檢查的基礎上成像，鑒于MRI對于軟組織的高分辨率，對于子宮肌瘤、子宮腺肌病、子宮內膜癌等盆腔疾病的診斷，或者是血管內介入治療前后的評估，從四級血管的顯示效果而言，MRA基本能達到CTA顯示血管的效果，從盆腔臟器、病灶等軟組織的顯示效果而言，MRI是明顯優于CT的。

總而言之，面對多種影像學檢查，應根據診斷病情的需要，結合評估疾病側重點的差異，為患者選擇最佳的檢查方式，既要考慮減輕患者的醫療費用，不能什么檢查都做，但又要滿足診斷評估病情的需要，則需要深入了解各類檢查的側重點，優劣勢等特點。

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Using digitized 3D model for assessing characteristics of pelvic and abdominal vessel imaging of CTA and MRA*

ChenChunlin1,ChenLan1,LiuPing1△,TangLei2,ChenBin3,LiCaixia3,DuanHui1,TangLian1,ChenShuozhen1

(1.DepartmentofObstetricsandGynecology,NanfangHospital,SouthMedicalUniversity,Guangzhou,Guangdong510515,China;2.TeachingandResearchingSectionofHumanAnatomyandHistoembryology,SouthMedicalUniversity,Guangzhou,Guangdong510515,China;3.DepartmentofRadiology,NanfangHospital,SouthMedicalUniversity,Guangzhou,Guangdong510515,China)

Objective To construct the digitalized 3 dimensional(3D)model by using the CTA and MRA original images and to assess the differences in the pelvic and abdominal vessel display between CTA and MRA.Methods The original data set in 25 healthy youth female cases of CTA and MRA were collected.The datasets,reconstructed the 3D models of arteries and venous on 3D reconstruction software Mimics10.0 was used to construct the 3D model of pevic and abdominal vessels.The reconstruction situation of abdominal aorta,inferior vena cava,common iliac artery and common iliac venous,internal and external iliac artery and iliac venous,uterine artery,obturator artery and obturator venous,hip artery and its branches,internal pudendal artery,middle sacral artery and venous,ovarian artery and venous and sacral venous plexus were observed.Moreover the chi-square test was used to analyze whether the above vessel display rate having differences between the two kinds of model.Results The abdominal aorta,inferior vena cava,common iliac artery and common iliac venous,internal and external iliac artery and iliac venous and uterine artery almost reached 100%display.The display rates of CTA model for right and left obturator artery and venous were 92%,80%,44%and 32%respectively,while which of MRA model were 84%,72%,36%and 4%respectively,the difference was not statistically significant(P=0.382,P=0.508,P=0.564,P=0.382).The sacral venous plexus,including S1,2,3,4 transverse vein,the display rates in 25 cases of CTA 3D models were 4%,8%,0%and 4%respective,while which of MRA models were 76%,92%,96%and 44%respectively,the differences between them were statistically significant(P<0.01,P<0.01,P<0.01,P=0.01).Conclusion Based on the observation of 3D models,the displaying rate of grade 4 pelvic and abdominal vessels has no statistical difference between MRA imaging technology and currently widely used CTA technology,moreover the MRA technology is superior to the CTA technology in presacral vessel net display.

MRA,；CTA；pelvic and abdominal blood vessels；3D models

??·臨床研究

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.33.012

國家自然科學基金資助項目(81370736,81571422)；國家自然科學基金重大項目(61190120 61190122)；南方醫科大學南方醫院高層次匹配課題(2013020)；南方醫科大學南方醫院院長基金(2012Z010)。 作者簡介：陳春林(1963-)，教授/主任醫師，主要從事宮頸癌做創治療與婦產科數字醫學方面的研究。△

R445.4

A

1671-8348(2016)33-4646-04

2016-03-12

2016-06-26)