引用本文： 卿黎明, 胡懿郃, 唐举玉, 吴攀峰, 俞芳, 梁捷予. 基于数字化技术的腓肠内侧动脉穿支皮瓣血供的三维可视化重建研究. 中国修复重建外科杂志, 2014, 28(6): 697-700. doi: 10.7507/1002-1892.20140154 复制
腓肠内侧动脉穿支皮瓣自2001年由Cavadas等[1] 首先报道以来，已被广泛用于四肢及颌面皮肤软组织缺损修复[1-4]。然而，腓肠内侧动脉起源位置深，相应穿支血管主要为肌穿支，在穿经肌肉和深筋膜过程中容易发生变异，影响术中皮瓣切取。目前对腓肠内侧动脉穿支皮瓣的研究仍为尸体解剖研究 [5]，术前很难了解个体化皮瓣血管的走行及其与周围结构的三维立体解剖关系。三维可视化技术可解决以上问题，目前该技术已用于股前外侧皮瓣及腹壁下动脉穿支皮瓣血供的三维可视化重建，罕见重建腓肠内侧动脉穿支皮瓣血供的报道[6-7]。本研究通过对健康志愿者行下肢CT血管造影（CT angiography，CTA）连续扫描，利用Mimics软件（Materialise公司，比利时）建立腓肠内侧动脉穿支皮瓣血管的三维可视化模型，以期立体观察该皮瓣血供情况，为制定个体化治疗方案及最佳手术方式提供参考。
1 材料与方法
1.1 实验对象及CTA扫描
2013年9月－11月对3名健康志愿者行下肢CTA扫描，其中男2例，女1例；年龄分别为23、40、45岁。均无下肢畸形及膝关节外伤史，志愿者均签署知情同意书。扫描前经肘正中静脉注射优维显370（碘普罗胺注射液，含碘370 mg/mL；广州仙灵药业公司）。采用64排螺旋CT（Philips公司，荷兰）行双下肢伸直位连续扫描，根据张元智等[7]的研究设置CT扫描参数：120 kV、200 mAs、层厚5 cm（最后可拆成0.625 mm的原始图像）。将扫描图像数据以Dicom格式输出存盘。
1.2 三维可视化重建及观测指标
1.2.1 三维可视化重建
将Dicom格式的扫描图像数据输入Mimics软件图像工作站，利用软件中的Thresholding、Region Growing、Edit mask in 3D等工具，重建三维可视化模型。为节省电脑重建时间，采用Crop Mask工具选择具体重建范围为股骨中段至小腿上1/3[6]。根据不同灰度值分别对选定范围内下肢骨骼、动脉及软组织进行提取，采用表面重建方法对各提取结构进行重建，并重点针对腓肠内侧动脉穿支皮瓣供血血管进行三维可视化重建。
1.2.2 观测指标
观察选取区域内主要的血管重建情况，重点了解腓肠内侧动脉的重建效果。利用Mimics软件自带测量工具记录腓肠内侧动脉的起始位置（与腓骨头外侧最高处的垂直距离）、起始部血管外径、血管走行，穿支穿深筋膜的位置（与后正中线、腘窝皱褶的距离）、穿支数目，血管蒂最大可切取长度（主穿支穿出深筋膜处至腓肠内侧动脉起始部的距离）。
2 结果
2.1 腓肠内侧动脉穿支皮瓣血供的三维可视化重建
重建获得的图像轮廓清晰，骨骼、软组织边界清楚，腘窝动脉、胫前动脉、胫总动脉、胫后动脉、腓动脉及腓肠内、外侧动脉显影良好，管壁边缘清楚，容易实现分割。腓肠内侧动脉三维可视化模型形态逼真、立体感强，其中包括相关分支及主要穿支等重要结构。各结构可分别着色、透明、独立或组合显示以及360°旋转，经过不同角度观察，整体显示清晰，三维实体感强，反映了腓肠内侧动脉的分布、走行及穿支在体表皮肤的穿出位置（图 1）。
图1
腓肠内侧动脉三维可视化重建模型 ⓐ 后面观腓肠内侧动脉 ⓑ 后面观双腓肠内侧动脉（箭头） ⓒ 前面观腓肠内侧动脉穿支 ⓓ 经透视化处理后后面观腓肠内侧动脉穿支（箭头） ⓔ 腓肠内侧动脉在小腿的体表投影位于腘窝横纹中点至内踝的连线上
Figure1.
3-D visualization reconstruction model of the medial sural artery perforator flap ⓐ The posterior view of medial sural artery ⓑ The posterior view of two medial sural arteries (arrow) ⓒ The anterior view of medial sural perforator artery ⓓ The posterior view of the medial sural perforator artery (arrow) after 3-D visualization reconstruction ⓔ Body surface projection of the medial sural artery in the calf,which was located in the line connecting the midpoint of popliteal crease and the midpoint of the medial malleolus
2.2 腓肠内侧动脉穿支皮瓣血供的三维解剖
重建结果显示，6侧下肢均有腓肠内侧动脉，有1 侧出现双腓肠内侧动脉（图 1 b），余均为1条。腓肠内侧动脉均起始于腘动脉，于腓骨头上方4.0～5.6 cm（平均4.9 cm）处从腘动脉发出，起始部血管外径为1.9～2.7 mm，平均2.3 mm。血管发出后向小腿下外侧走行，并在腓骨头平面附近进入腓肠内侧肌，主干入肌后沿肌纤维长轴下行，又分为两支，分支纵向穿行肌纤维之间，发出1～3支肌皮穿支。腓肠内侧动脉在小腿的体表投影位于腘窝横纹中点至内踝的连线上（图 1 e）。6侧下肢共观测到腓肠内侧动脉穿支13支；其中1侧1支穿支、3侧2支、2侧3支。穿支集中出现在距腘窝皱褶以远6.2～15.0 cm、距后正中线内侧2.5～4.2 cm范围内。腓肠内侧动脉穿支皮瓣血管蒂最大可切取长度为10.2～13.8 cm，平均11.8 cm。
3 讨论
穿支皮瓣具有不牺牲供区主干血管、神经，可根据缺损调整皮瓣厚度等优点，在改善受区外形与功能的同时显著减少对皮瓣供区的损害，真正达到了“缺什么补什么”的软组织修复原则[8-12]。近年，穿支皮瓣手术技术不断发展，成功率明显提高，但由于穿支血管存在变异，限制了穿支皮瓣的临床应用[13-14]。为此，明确各穿支血管走行、可切取范围等，对进一步提高穿支皮瓣手术效果具有重要意义。
既往通过尸体血管灌注与解剖观察，获得穿支血管解剖图谱的方法，仅能提供二维、平面信息，不能体现个体差异。临床常用彩色超声多普勒血流探测仪明确穿支血管分布[14]，但该方法只能对供区皮瓣血供二维显影，不能明确穿支血管在深层组织中的走行及其分布情况。近年出现的CTA检查，可通过CT扫描仪自带程序行三维重建，能明确穿支血管具体走行方向及其分布区域[15-18]。但是，该方法获得的三维重建模型层次及毗邻结构模糊不清，很难清晰展示细小分支血管 [19-24]。与上述技术相比，利用Mimics软件行三维可视化重建具有以下优势：① 可以立体、多角度、可视化、动态显示血管与皮瓣、周围肌肉、骨骼的三维解剖关系；② 显示直观、准确并具有可重复性；③ 能够清晰显示皮瓣穿支血管走行及变异情况，可避免因血管变异导致的皮瓣切取失败，有助于缩短手术时间，提高手术质量与治疗效果；④ 通过准确了解皮瓣位置、大小、形状以及与周围血管组织之间的空间关系，实现术前皮瓣精确设计，并模拟手术操作。本研究利用Mimics软件重建得到的图像轮廓清晰，骨骼、软组织边界清楚，腓肠内侧动脉显影良好。重建的腓肠内侧动脉三维可视化模型，真实反映了腓肠内侧动脉的分布、走行及穿支在体表皮肤的穿出位置，为临床设计腓肠内侧动脉穿支皮瓣游离移植和带蒂移位提供了准确的三维解剖学依据，避免术中因穿支血管变异导致的手术失败，减少术者对经验的过分依赖，有助于提高外科手术质量和治疗效果。
本研究三维可视化重建结果显示腓肠内侧动脉穿支恒定，分布在距腘窝皱褶以远6.2～15.0 cm、距后正中线内侧2.5～4.2 cm范围内，这与 Okamoto 等[25]的尸体解剖研究结果相似。在皮瓣切取时游离至腓肠内侧动脉主干可获得较长的血管蒂及较粗的血管外径，其中血管蒂可切取长度达10.2～13.8 cm，能满足皮瓣游离移植或带蒂移位要求；腓肠内侧动脉主干血管外径1.9～2.7 mm，足以满足显微外科血管吻合要求。在本研究中1侧下肢存在双腓肠内侧动脉，这与既往尸体解剖研究报道[1, 25]相符。
综上述，三维可视化技术能重建腓肠内侧动脉穿支皮瓣血供，为制定适合个体化的治疗方案及最佳手术方式提供帮助。但该技术所需要的影像学资料是建立在CTA扫描基础上，该操作所需费用较昂贵，是其缺点之一。
腓肠内侧动脉穿支皮瓣自2001年由Cavadas等[1] 首先报道以来，已被广泛用于四肢及颌面皮肤软组织缺损修复[1-4]。然而，腓肠内侧动脉起源位置深，相应穿支血管主要为肌穿支，在穿经肌肉和深筋膜过程中容易发生变异，影响术中皮瓣切取。目前对腓肠内侧动脉穿支皮瓣的研究仍为尸体解剖研究 [5]，术前很难了解个体化皮瓣血管的走行及其与周围结构的三维立体解剖关系。三维可视化技术可解决以上问题，目前该技术已用于股前外侧皮瓣及腹壁下动脉穿支皮瓣血供的三维可视化重建，罕见重建腓肠内侧动脉穿支皮瓣血供的报道[6-7]。本研究通过对健康志愿者行下肢CT血管造影（CT angiography，CTA）连续扫描，利用Mimics软件（Materialise公司，比利时）建立腓肠内侧动脉穿支皮瓣血管的三维可视化模型，以期立体观察该皮瓣血供情况，为制定个体化治疗方案及最佳手术方式提供参考。
1 材料与方法
1.1 实验对象及CTA扫描
2013年9月－11月对3名健康志愿者行下肢CTA扫描，其中男2例，女1例；年龄分别为23、40、45岁。均无下肢畸形及膝关节外伤史，志愿者均签署知情同意书。扫描前经肘正中静脉注射优维显370（碘普罗胺注射液，含碘370 mg/mL；广州仙灵药业公司）。采用64排螺旋CT（Philips公司，荷兰）行双下肢伸直位连续扫描，根据张元智等[7]的研究设置CT扫描参数：120 kV、200 mAs、层厚5 cm（最后可拆成0.625 mm的原始图像）。将扫描图像数据以Dicom格式输出存盘。
1.2 三维可视化重建及观测指标
1.2.1 三维可视化重建
将Dicom格式的扫描图像数据输入Mimics软件图像工作站，利用软件中的Thresholding、Region Growing、Edit mask in 3D等工具，重建三维可视化模型。为节省电脑重建时间，采用Crop Mask工具选择具体重建范围为股骨中段至小腿上1/3[6]。根据不同灰度值分别对选定范围内下肢骨骼、动脉及软组织进行提取，采用表面重建方法对各提取结构进行重建，并重点针对腓肠内侧动脉穿支皮瓣供血血管进行三维可视化重建。
1.2.2 观测指标
观察选取区域内主要的血管重建情况，重点了解腓肠内侧动脉的重建效果。利用Mimics软件自带测量工具记录腓肠内侧动脉的起始位置（与腓骨头外侧最高处的垂直距离）、起始部血管外径、血管走行，穿支穿深筋膜的位置（与后正中线、腘窝皱褶的距离）、穿支数目，血管蒂最大可切取长度（主穿支穿出深筋膜处至腓肠内侧动脉起始部的距离）。
2 结果
2.1 腓肠内侧动脉穿支皮瓣血供的三维可视化重建
重建获得的图像轮廓清晰，骨骼、软组织边界清楚，腘窝动脉、胫前动脉、胫总动脉、胫后动脉、腓动脉及腓肠内、外侧动脉显影良好，管壁边缘清楚，容易实现分割。腓肠内侧动脉三维可视化模型形态逼真、立体感强，其中包括相关分支及主要穿支等重要结构。各结构可分别着色、透明、独立或组合显示以及360°旋转，经过不同角度观察，整体显示清晰，三维实体感强，反映了腓肠内侧动脉的分布、走行及穿支在体表皮肤的穿出位置（图 1）。
图1
腓肠内侧动脉三维可视化重建模型 ⓐ 后面观腓肠内侧动脉 ⓑ 后面观双腓肠内侧动脉（箭头） ⓒ 前面观腓肠内侧动脉穿支 ⓓ 经透视化处理后后面观腓肠内侧动脉穿支（箭头） ⓔ 腓肠内侧动脉在小腿的体表投影位于腘窝横纹中点至内踝的连线上
Figure1.
3-D visualization reconstruction model of the medial sural artery perforator flap ⓐ The posterior view of medial sural artery ⓑ The posterior view of two medial sural arteries (arrow) ⓒ The anterior view of medial sural perforator artery ⓓ The posterior view of the medial sural perforator artery (arrow) after 3-D visualization reconstruction ⓔ Body surface projection of the medial sural artery in the calf,which was located in the line connecting the midpoint of popliteal crease and the midpoint of the medial malleolus
2.2 腓肠内侧动脉穿支皮瓣血供的三维解剖
重建结果显示，6侧下肢均有腓肠内侧动脉，有1 侧出现双腓肠内侧动脉（图 1 b），余均为1条。腓肠内侧动脉均起始于腘动脉，于腓骨头上方4.0～5.6 cm（平均4.9 cm）处从腘动脉发出，起始部血管外径为1.9～2.7 mm，平均2.3 mm。血管发出后向小腿下外侧走行，并在腓骨头平面附近进入腓肠内侧肌，主干入肌后沿肌纤维长轴下行，又分为两支，分支纵向穿行肌纤维之间，发出1～3支肌皮穿支。腓肠内侧动脉在小腿的体表投影位于腘窝横纹中点至内踝的连线上（图 1 e）。6侧下肢共观测到腓肠内侧动脉穿支13支；其中1侧1支穿支、3侧2支、2侧3支。穿支集中出现在距腘窝皱褶以远6.2～15.0 cm、距后正中线内侧2.5～4.2 cm范围内。腓肠内侧动脉穿支皮瓣血管蒂最大可切取长度为10.2～13.8 cm，平均11.8 cm。
3 讨论
穿支皮瓣具有不牺牲供区主干血管、神经，可根据缺损调整皮瓣厚度等优点，在改善受区外形与功能的同时显著减少对皮瓣供区的损害，真正达到了“缺什么补什么”的软组织修复原则[8-12]。近年，穿支皮瓣手术技术不断发展，成功率明显提高，但由于穿支血管存在变异，限制了穿支皮瓣的临床应用[13-14]。为此，明确各穿支血管走行、可切取范围等，对进一步提高穿支皮瓣手术效果具有重要意义。
既往通过尸体血管灌注与解剖观察，获得穿支血管解剖图谱的方法，仅能提供二维、平面信息，不能体现个体差异。临床常用彩色超声多普勒血流探测仪明确穿支血管分布[14]，但该方法只能对供区皮瓣血供二维显影，不能明确穿支血管在深层组织中的走行及其分布情况。近年出现的CTA检查，可通过CT扫描仪自带程序行三维重建，能明确穿支血管具体走行方向及其分布区域[15-18]。但是，该方法获得的三维重建模型层次及毗邻结构模糊不清，很难清晰展示细小分支血管 [19-24]。与上述技术相比，利用Mimics软件行三维可视化重建具有以下优势：① 可以立体、多角度、可视化、动态显示血管与皮瓣、周围肌肉、骨骼的三维解剖关系；② 显示直观、准确并具有可重复性；③ 能够清晰显示皮瓣穿支血管走行及变异情况，可避免因血管变异导致的皮瓣切取失败，有助于缩短手术时间，提高手术质量与治疗效果；④ 通过准确了解皮瓣位置、大小、形状以及与周围血管组织之间的空间关系，实现术前皮瓣精确设计，并模拟手术操作。本研究利用Mimics软件重建得到的图像轮廓清晰，骨骼、软组织边界清楚，腓肠内侧动脉显影良好。重建的腓肠内侧动脉三维可视化模型，真实反映了腓肠内侧动脉的分布、走行及穿支在体表皮肤的穿出位置，为临床设计腓肠内侧动脉穿支皮瓣游离移植和带蒂移位提供了准确的三维解剖学依据，避免术中因穿支血管变异导致的手术失败，减少术者对经验的过分依赖，有助于提高外科手术质量和治疗效果。
本研究三维可视化重建结果显示腓肠内侧动脉穿支恒定，分布在距腘窝皱褶以远6.2～15.0 cm、距后正中线内侧2.5～4.2 cm范围内，这与 Okamoto 等[25]的尸体解剖研究结果相似。在皮瓣切取时游离至腓肠内侧动脉主干可获得较长的血管蒂及较粗的血管外径，其中血管蒂可切取长度达10.2～13.8 cm，能满足皮瓣游离移植或带蒂移位要求；腓肠内侧动脉主干血管外径1.9～2.7 mm，足以满足显微外科血管吻合要求。在本研究中1侧下肢存在双腓肠内侧动脉，这与既往尸体解剖研究报道[1, 25]相符。
综上述，三维可视化技术能重建腓肠内侧动脉穿支皮瓣血供，为制定适合个体化的治疗方案及最佳手术方式提供帮助。但该技术所需要的影像学资料是建立在CTA扫描基础上，该操作所需费用较昂贵，是其缺点之一。
