研究背景：腹主动脉瘤是严重威胁人类生命最常见的动脉瘤,一般认为,腹主动脉在肾动脉开口以上直径等于或大于40mm,在肾动脉开口以下直径等于或大于35mm或大于本人病变以上的正常主动脉宽径的1.5倍时可诊断为腹主动脉瘤(AAA)。大多数的腹主动脉瘤是由于动脉硬化引起的,占90%,少数起因于免疫疾病、创伤、感染等。多数腹主动脉瘤患者无任何自觉症状,少数病人诉有腹痛或胀痛不适,腹部有搏动感等。诊断腹主动脉瘤,单靠腹痛,腹部搏动性肿块伴有震颤和杂音等临床表现,临床尚不能完全确诊,必需借助辅助检查。DSA过去一直被列为AAA的常规检查,但它是有创的检查方法,而且AAA瘤腔内常有附壁血栓,造影剂只能通过动脉瘤腔的中央部分,不能反映全貌,目前只用在介入术前检查,了解病变范围和累及的内脏动脉以决定介入手术方案。64排螺旋CT扫描速度快,扫描层厚薄,图像z轴上的空间分辨力高,在增强扫描的基础上通过后处理工作站3D重建得到动脉的立体成像,即称为CT血管成像(CTA),其质量可以达到甚至超过DSA,而且是一种几乎无创伤性的检查方法,它广泛应用于腹主动脉瘤的诊断、术前评估和术后随访中,其清晰的图像显示、准确的数据测量得到了临床血管外科医生的一致好评,目前已成为诊断腹主动脉瘤最主要、最准确的方法。64排CT后处理工作站3D重建方法主要有最大密度投影(MIP)、多平面重组(MPR),容积再现(VR)等。MIP可构建出类似DSA效果的图像,成像清晰,可显示瘤壁钙化斑,可进行腹主动脉瘤相应参数的测量,但不能显示附壁血栓,空间立体感差；MPR能较好地显示附壁血栓及血管腔外结构,缺点亦为空间立体感差,无法显示血管与脏器的空间关系；VR能立体显示病变的3D结构及其与周围组织结构的解剖关系,立体感强,但不能显示瘤壁及附壁血栓。三种重建方法均有自身的不足,无法完全满足临床的需要；而且,64排CT后处理工作站3D重建模型色彩单调,不能设置不同颜色,不利于区分不同组织,不能导出进行仿真手术研究；再者,64排螺旋CT后处理工作站附属于大型的CT机器,属于放射科设备,成本昂贵,一般不为临床医师操作；同时,64排螺旋CT后处理工作站3D重建模型由影像科医师完成,缺乏与临床外科医生交流环节,并且发送至外科医师的CT图像仍属二维信息,无法满足临床医生对模型3D观察分析的需求；此外,64排螺旋CT后处理工作站3D重建需要加收三维重建费,增加了病人的开支。因此,本课题运用3D技术,通过自主设计的腹部医学图像三维可视化系统(软著字105977)对腹主动脉瘤患者腹部CT增强数据进行3D重建,将腹主动脉瘤数字化并对其分型、分级,进行术前评估、3D仿真人工血管置换术及可视化腔内隔绝术研究,望有助于腹主动脉瘤的诊治。一腹主动脉瘤的数字化研究及分型、分级目的：1.探索将腹主动脉瘤数字化的一种新方法；2.研究数字化腹主动脉的分型、分级及其临床应用价值；方法：1.研究对象：我院2008年10月至2010年10月期间,18例肾下型腹主动脉瘤患者,男15例,女3例,年龄为56-82岁,平均70.3岁。2.数据采集设备：(1)64排螺旋CT—PHILIPS Brilliance64(荷兰PHILIPS公司)；双筒高压注射器及造影剂；(2)图像后处理工作站为PHILIPS Brilliance64层螺旋CT自带的Mxview工作站；(3)南方医科大学数字医学研究中心临床部实验室专用高配置计算机；(4) DICOM查看器及ACDSee10.0 Message Center等图像处理软件；(5)腹部医学图像三维可视化系统(自行开发的图像3D重建系统)；(6) FreeForm Modeling System及其配套的PHANTOM 3D操作设备；3.扫描参数与数据收集：120KV、300mAs;常规平扫：采用0.625×64排探测器组合,以层厚5mm、间隔5mm,螺距(Pitch) 0.984,球管旋转一周时间0.5s,扫描视野50-60cm,矩阵512×512。动态CT增强扫描：平扫完成后,经右肘静脉注射造影剂,扫描技术条件同平扫,动脉期注射后扫描延迟时间20-25s,静脉期注射后扫描延迟时间50-55s。扫描完成后,应用增强原始数据进行1mm的薄层重建,并将图像数据传至CT机自带Mxview工作站,通过内部网络专线传输至南方医科大学数字医学研究中心临床部实验室服务器。4.图像分割、数字化3D重建及分型、分级：利用MxLiteView DICOM Viewer、DICOM查看器及ACDSee 10 Photo Manager等软件进行重建前处理后,导入至自主开发的腹部医学图像三维可视化系统进行图像分割及3D重建,然后对18例患者腹主动脉瘤重建模型进行分型、分级,测量各项参数,进行术前评估,选择合适的手术方式。结果：1.18例腹主动脉瘤患者64排腹部CT数据采集完整,图像质量高,清晰显示腹主动脉瘤、钙化斑块、腔内附壁血栓以及周围脏器；2.18例患者个体化数字化腹主动脉瘤模型逼真,立体感强,可多方位自由旋转,清晰显示腹主动脉各分支,清晰显示动脉瘤及其钙化斑块、附壁血栓；3.根据腹主动脉瘤分型、分级规则进行分类：腹主动脉瘤Ⅰ型2例、ⅡA型3例、ⅡB型7例、ⅡC型2例、Ⅲ型4例；腹主动脉瘤Ⅰ级5例,Ⅱ级7例,Ⅲ级6例。结论：1.数字化腹主动脉瘤模型较64排螺旋CT后处理工作站重建模型更加逼真,3D关系明晰,使用方便,可进一步行仿真手术研究,降低医疗费用,改善医患关系。2.数字化腹主动脉瘤分型、分级有助于腹主动脉瘤患者术前的评估及手术方式的选择。二3D技术在腹主动脉瘤切除人工血管置换手术的应用研究目的：研究3D技术在腹主动脉瘤切除人工血管置换手术的应用价值。方法：1.研究对象：第一章收集的18例腹主动脉瘤患者；2.数据采集设备和扫描参数同第一章；3.3D重建：在第一章腹主动脉瘤数字化3D重建的基础上,继续对18例患者CT图像中的下腔静脉双肾、肝、胆、胰、脾、脊柱、皮肤分别进行分割及3D重建；4.仿真手术研究：将18例患者的腹腔3D模型导入至FreeForm Modeling System,建立仿真手术平台,利用系统的力反馈设备PHANToM操纵模拟手术器械进行腹主动脉瘤切除人工血管置换3D仿真手术研究。结果：1.18例患者腹腔3D模型与实际患者完全符合,解剖结构标志正确,相互空间结构直观。通过模型的透明阈值设定及模型的多方位旋转,可明确腹主动脉瘤的类型,了解腹主动脉瘤的形态、大小、累及范围及其与下腔静脉、周围脏器的相互关系；2.将18例腹主动脉瘤切除人工血管置换仿真手术过程录制为视频向患者及家属演示。患者及家属直观、清楚的了解手术过程,结合患者一般情况、年龄、家庭经济及腔内治疗评估等因素,最终临床上有6例患者选择腹主动脉瘤切除人工血管置换手术,8例选择腔内隔绝术,4例由于年龄大,一般情况差及经济原因而选择保守治疗；3.临床医生经过反复腹主动脉瘤切除人工血管置换仿真手术演练后,熟悉患者解剖,熟练手术操作；6例临床开放手术过程基本与仿真手术一致,术中配合默契,出血少,手术时间较前有所缩短。结论：1.3D技术有助于腹主动脉瘤切除人工血管置换手术的术前评估；2.腹主动脉瘤切除人工血管置换3D仿真手术可让术者熟悉手术过程,缩短手术时间,提高手术者的操作技能,改善医患的沟通。三3D技术在腹主动脉瘤腔内隔绝术的应用研究目的：研究3D技术在腹主动脉瘤介入术前评估及腔内隔绝手术的应用价值。方法：1.研究对象：我院的18例肾下型腹主动脉瘤患者；其中将10例有腔内隔绝术手术指征的数字化腹主动脉瘤进行腹主动脉瘤可视化腔内隔绝手术研究；2.数据采集设备、扫描参数及3D重建同第一章；3.各类型支架模型的创建：各类型支架模型主要是利用对三维可视化工具Visualization Toolkit (VTK)及FreeForm Modeling System进行二次开发而得到的。我们利用VTK软件通过几何建模、运动建模、物理建模三个步骤进行各类型支架的初始创建,将所创建的支架模型导出为STL格式的文件,再将此文件导入FreeForm Modeling System,采用Phantom质点-弹簧-阻尼器力反馈设备进行平滑和修饰,形成不同型号、大小、弯曲度的血管内支架。4.可视化腔内隔绝手术研究：根据18例病人腹主动脉瘤数字化模型的测量结果,我们对其分型及分级,经过详细分析后,将符合腔内隔绝术手术指征的10例患者数字化腹主动脉瘤导入FreeForm Modeling System手术平台,进行可视化腔内隔绝手术。选择合适的支架,判断支架植入是否到位,是否完全展开,最后结合临床介入术中DSA图像,评价可视化腔内隔绝术与实际临床介入手术的符合程度及应用价值。结果：1.介入术前的评估根据第一章对18例数字化腹主动脉瘤的研究结果,共有10例患者符合腔内隔绝手术指征,经过再次的腔内隔绝治疗术前评估,我们发现1例数字化腹主动脉瘤双侧髂总动脉迂曲严重,1例数字化腹主动脉瘤并双侧髂总动脉瘤患者左髂总动脉起始段硬化斑块,考虑行腔内隔绝治疗风险大,故需经过可视化腔内隔绝手术研究才能判断是否可以行腔内手术治疗。2.可视化腔内隔绝手术我们将10例数字化腹主动脉瘤导入可视化腔内隔绝手术平台,进行可视化腔内隔绝手术研究。我们发现1例双侧髂总—髂外动脉严重迂曲的患者,腔内支架通过受阻；1例左髂总动脉起始段硬化斑块的患者植入支架后支架左髂支展开不全,故建议两位患者行开放手术治疗。余8例患者可视化腔内支架植入成功,2例Ⅰ型腹主动脉瘤患者行直管型支架隔绝术,3例ⅡA型患者行分叉型支架隔绝术,余3例合患者行分叉型支架+左/右髂支延长支架隔绝术。介入室术者按照术前模拟路径进行临床介入手术,支架植入顺利,复查动脉造影见动脉瘤隔绝良好,未出现内漏、移位等并发症,基本与可视化腔内手术一致。结论：1.3D技术有助于腹主动脉瘤腔内隔绝手术的术前评估、术前支架的选择；2.可视化腔内隔绝手术有助于判断腔内隔绝手术可行性,可指导腔内支架的植入路径,并有助于术者熟练手术操作,增强成功植入支架的信心,节省手术时间,降低患者与医护人员的射线吸收量。