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腹前外侧壁跨区穿支皮瓣的应用解剖及3D可视化研究

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摘要

前言

第一章 腹前外侧壁跨区穿支皮瓣的应用解剖

1．1 材料与方法

1．2 结果

1．3 讨论

1．4 结论

第二章 腹前外侧壁跨区穿支皮瓣的三维重建及皮瓣设计

2．1 材料与方法

2．2 结果

2．3 讨论

2．4 结论

第三章 乳胶-氧化铋微血管灌注技术的研究

3．1 材料与方法

3．2 结果

3．4 结论

全文小结

参考文献

中英文缩略词对照表

攻读博士期间主要成果

致谢

声明

统计学证明

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摘要

研究背景: 皮瓣的临床研究与应用主要可以分为四个阶段:在20世纪50年代以前，主要是带蒂转移的随意型皮瓣;20世纪50～60年代出现了肌瓣和轴型皮瓣;70年代随着显微外科技术的诞生及发展，临床出现了吻合血管的游离皮瓣、肌皮瓣和肌骨皮瓣;80年代以来，皮瓣的临床应用得到空前的发展，相继开发了主干动脉皮瓣、逆行岛状皮瓣、远端蒂皮瓣、筋膜皮瓣、肌间隔血管皮瓣、静脉皮瓣、真皮下血管网皮瓣、皮神经浅静脉营养血管皮瓣、穿支皮瓣等。 穿支皮瓣(perforator flap)是20世纪80年代随着精细的显微手术器械的发展与临床的实际需要而出现的一种新型皮瓣，是显微外科皮瓣移植的新发展。Stepanov于1980年首次报道了穿支皮瓣的临床应用，但由于原文是俄语，当时并未引起显微、整形外科界同仁广泛的注意。1984年，我国解剖学者沈怀亮在《中国临床解剖学杂志》上报道了“臀区肌皮穿支”的定位定量研究结果，并明确指出:臀上动脉和臀下动脉穿支是臀区皮肤的主要血供来源，可以考虑以其穿支血管为轴设计皮瓣。然而，遗憾的是由于当时技术与设备条件的限制，其报道未引起业界的重视。Kroll等于1988年报道了以肌皮穿支血管为蒂的转移皮瓣。Koshima等于1989年报道了以腹壁下动脉肌皮穿支为蒂的皮瓣来修复口底及腹股沟部的皮肤软组织缺损。该技术不损伤深部的腹壁下动脉，不携带腹直肌，切取后皮瓣较薄，修复效果完美。直到这些手术方式报道后，才使整形外科医生们开始认识到肌肉并不是维持皮肤组织存活的必要成分，较为细小的穿支血管也可以单独作为血管蒂，用来供养一定的组织量，而且可以取得很好的临床修复效果，于是整形外科领域正真迎来了穿支皮瓣的时代。 然而，单纯的穿支皮瓣通常仅以管径较细小的肌皮穿支或肌间隔穿支为蒂取瓣，因此供皮面积相对偏小。随着现代工农业的发展，交通意外伤、重度烧伤、严重皮肤撕脱伤等创伤患者越来越多。这些患者往往伴有大面积的皮肤及其他组织的缺损，而对创面早期、良好覆盖是外科修复的重要环节，因此，对供区损伤小的跨区超大穿支皮瓣的切取成为治疗修复的关键。 腹前外侧壁的皮肤通常比较松弛，面积宽阔，部位相对隐蔽，加之此处脂肪层通常较身体其他部位丰富，这些特性使得临床较易获取大面积、大体积的跨区皮瓣。腹前外侧壁跨区皮瓣最为典型的临床应用是乳房再造。Holmstrom等于1979年首次报道了应用下腹部游离横行腹直肌肌皮瓣（TRAM皮瓣）再造乳房。Hartrampf等于1982年亦成功地应用带蒂的TRAM皮瓣进行乳房再造。随着研究的深入及技术的进步，Blondeel及Allen等均于1994年报道应用腹壁下动脉穿支皮瓣(DIEP皮瓣)成功地进行乳房再造。自此，掀起了DIEP皮瓣应用于临床乳房、阴道、阴茎再造及头颈部、上肢、下肢缺损修复的30年高潮，也顺理成章地造就了DIEP皮瓣成为跨区穿支皮瓣在临床应用的杰出代表。与临床轰轰烈烈的各种皮瓣术式改良的研究和应用形成鲜明对比的是有关皮瓣解剖学基础的研究，尤其是跨区皮瓣理论基础的研究相对匮乏，为此，我们对腹前外侧壁穿支皮瓣的血供及其伴行神经进行了详细的研究，以期为临床腹前外侧壁跨区皮瓣的切取提供解剖学参考资料。 目的: 1.通过对腹前外侧壁穿支体(perforasome)及其伴行神经的应用解剖和Mimics三维重建研究，为临床在腹前外侧壁切取穿支皮瓣或复合皮瓣提供应用解剖基础; 2.探索穿支体及其吻合血管(choke vessels)的三维形态学特征，为腹前外侧壁跨区穿支皮瓣的设计提供解剖学基础; 3.探索乳胶-氧化铋微血管灌注技术中灌注液的最佳配比方案，为微血管形态学研究提供一种新的安全便捷的方法。 方法: 1.腹前外侧壁跨区穿支皮瓣的应用解剖及3D可视化研究 福尔马林液浸泡的防腐固定女性标本5具，行腹前外侧壁层次解剖。新鲜自愿捐献的成人整尸10具（男性8具，女性2具），行动脉明胶-氧化铅整体灌注、X线摄影、CT扫描及三维重建、层次解剖。明胶-氧化铅溶液配方:明胶5g，40℃温水100ml，氧化铅100g，即溶液与造影剂的容重比为1∶1。灌注液用量:20～30ml/kg。 1.1腹前外侧壁跨区穿支皮瓣的应用解剖 标本灌注前，先行螺旋CT扫描，灌注后，再行整尸X线摄片和螺旋CT扫描。CT扫描后对腹前外侧壁行层次解剖，经外科平面完整地截取腹前外侧壁皮肤及皮下组织。在腹外斜肌筋膜和腹直肌鞘的浅层，由外侧向内侧进行剥离。在腋后线至腋前线附近时剥离，应注意由腹外斜肌深面浅出的肋间后动、静脉发出的1～3排外侧支及其伴行的肋间（下）神经外侧皮支。剥离至腋前线附近时，注意旋髂浅动脉、腹壁浅动脉皮穿支，观测并标记后切断。继续向内侧解剖，当剥离至半月线邻近腹直肌鞘的外侧缘时，谨慎剥离，注意仔细解剖和保护穿过腹直肌前鞘的腹壁下动、静脉及腹壁上动、静脉的外侧排穿支和内侧排穿支及其伴行神经，在切断各穿支前做好标记。依此方法逐层解剖腹直肌、腹外斜肌、腹内斜肌、腹横肌及腹膜外组织并行X线拍摄。重点解剖观测外径≥0.5mm的穿支，观测皮动脉的来源、数量、管径、走行、分布密度、营养区域及其跨区相互吻合的情况等。 统计方法:所得数据利用SPSS13.0软件进行描述性统计学分析，结果以（(x)±s）的形式表示。 1.2腹前外侧壁穿支体的三维重建及跨区皮瓣设计 1.2.1未灌注造影剂前的骨骼标本三维重建 灌注造影剂氧化铅后的骨骼显影受动脉血管造影剂显影的影响，骨骼重建时分割难度较大。为解决这一问题，可于未灌注造影剂前先进行一次CT扫描，单独用于骨骼重建，而后将灌注造影剂后的标本重建血管、皮肤、皮下组织及部分骨性标志，再将单独重建的骨骼标本与灌注后重建的骨骼进行配准，这样就可以达到即清晰显示重建血管，又完美显示重建骨骼的目的。 将CT扫描所得Dicom格式图片资料导入个人计算机，利用Mimics分割(Segmentation)工具，通过设置恰当的骨骼阈值，进行阈值分割(Thresholding)，利用区域增长（Region Growing）工具对经分割后产生的新面罩(Mask)选择需要的连续骨骼结构，然后再对经区域增长后的新Mask进行3D重建(Calculate3Dfrom Mask)。最后将3D重建的骨骼模型以STL格式文件导出备配准时用。本课题主要重建了与腹前外侧壁穿支血管有关的骨盆、股骨上段及部分胸廓前壁。 利用Mimics软件进行3D重建时，必须注意设置恰当的阈值提取组织，这一点至关重要。基于灰度值的阈值分割提取，使不同的组织能够轻松的从原始的二维图像中独立出来。对提取对象的编辑均在蒙罩(Mask)的层面上进行，二维图像本身不会发生任何改变，同时支持再编辑。断层图片中，不同组织的灰度值不同，所以可以通过设置不同的阈值来提取相应的组织。着色的象素其灰度值落在阈值之间，故其被提取。准确的设置阈值是提取组织的关键，阈值提取组织的时候，可以通过看图，检查提取的组织是否合适。阈值左区间设置得太低，则会提取许多噪点，影响3D编辑时分割的难度和准确度;阈值左区间设置得太高，则会有许多骨组织丢失，无法完整重建所需骨骼结构。Mimics会将提取的象素存放在一个Mask里，同时Mimics提供一系列的工具编辑修改Mask，从而提取所需的组织。编辑好的Mask可以用来生成3D模型，这样就实现了2D断层扫描图片到三维实体的转换。 1.2.2灌注造影剂后相关结构的3D重建 1.2.2.1通过快速直接体绘制(Volume Rendering，VR)方法重建腹前外侧壁穿支血管 鼠标左键点击Mimics软件3D视窗的右侧的“Show/hide the volume rendering”（显示或隐藏体绘制）工具按钮，稍等一会后在3D视窗内即可观察到经快速直接体绘制方法获得的血管3D重建图片。 1.2.2.2通过动态重建(Dynamic Reconstruction，DR)重建相关的骨骼、腹前外侧壁穿支血管、皮肤及浅筋膜 Ⅰ相关的骨骼重建 灌注造影剂后的骨骼重建无法像未灌注造影剂之前骨骼重建那样相对简单。因为骨骼显影受血管造影剂显影的影响，很难直接用阈值分割的方法直接重建骨骼。需要利用菜单栏内的分割(Segmentation)工具按钮的多层编辑(MultipleSlice Edit)工具条，先将轴视图全部图层数据所有灰度值擦除(Remove)，再在各轴视图层面上根据骨骼的形状画出骨骼轮廓，选择添加(Add)，然后对添加的新Mask进行3D重建，即可建立灌注造影剂后的部分骨骼模型。为减小手工绘制各层面骨骼外形轮廓的工作量，仅选择画出与腹前外侧壁穿支血管相关的标志性层面进行部分骨骼重建。 然后，导入保存好的STL格式文件(File/Import STL...)骨骼模型，全屏状态下在3D视窗内通过移动、旋转等操作将灌注造影剂前重建的骨骼与灌注造影剂后重建的部分骨骼进行配准，利用经配准好的骨骼与准备重建的穿支血管等模型组合立体显示，这样就可以同时完美、清晰地显示重建的血管及骨骼结构。 Ⅱ腹前外侧壁穿支血管的动态重建 为了减少计算机在3D动态重建中的工作量及手工提取单一穿支血管的编辑时间，很有必要首先对导入Mimics软件的CTA数据进行剪切(Crop Project)，对腹前外侧壁范围稍加扩大选择即可。 设置恰当的阈值提取血管非常重要。恰当的阈值是清晰显示皮肤穿支血管吻合的必要前提条件。若阈值低点设置过高，主要只能显示主干血管及少量粗大穿支，无法显示大多数穿支及其吻合，但此种情况3D编辑相对简单;阈值低点设置过低，将导致图像内噪点过多，重建后很难用擦除工具擦掉干扰的噪点，提取单条穿支血管重建的难度很大。经反复实验、对比，可将最低阈值设置为350～450，阈值最高不限，这样就可以清晰显示腹前外侧壁各穿支血管及其跨区吻合情况。 将轴视图移至剪切后的图像项层，利用多层编辑(Multiple Slice Edit)的擦除(Remove)功能手工擦掉除胸壁下部、腹前外侧壁及股部上部以外的所有无关组织结构的灰度值（注意保留胸廓内动脉、肋间后动脉、腹壁下动脉、腹壁浅动脉、旋髂浅动脉、旋髂深动脉主干及其分支的分布区域，并保留发出各分支的一小段髂外动脉及股动脉），然后对擦除无关组织后的新Mask进行重建。擦除无关组织结构的操作非常必要，这样一方面可以减少重建时计算机的工作量，减少重建时的等待时间，另一方面，更为重要的是，这样可以很大程度上减少干扰因素，从而减小3D编辑时的难度。否则，影响因素太多重建后根本无法提取分离出需要的穿支及其源血管。 选择阈值低点较高（如2976）的动态重建时3D编辑相对简单，但仅可以重建出血管主干及很少部分粗大的穿支血管。利用菜单栏内的分割(Segmentation)按钮的3D编辑(Edit Mask in3D)选项，在轴视图及冠状面视图中调整边界线位置，保证3D视图中重建的模型均在界线内。放大3D视图至整个屏幕，向多个方向旋转图像，利用3D编辑的套索(Lasso)及擦除(Remove)工具逐步去除多余的结构或噪点。操作中应注意，虽然3D编辑在3D图像上操作，但实际编辑的效果体现在平面Mask上，因此在对3D图像编辑时，必须同时点击到其对应的平面Mask上。关闭3D编辑工具条后，需要对编辑好的对应的平面Mask进行重建，即可获得阈值低点设置为2976时所有腹前外侧壁的血管主干及其少量穿支的3D模型。复制该平面Mask，通过3D编辑的擦除可分别提取建立腹前外侧壁单个血管主干的3D模型，并进行可以分色处理。 选择阈值低点较低（如400）的动态重建时3D编辑较为复杂，但可以清晰显示各穿支血管及其跨区吻合情况。重建的方法与设置高阈值时相同，只是3D编辑中擦除无关结构或噪点

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