基于CT数据的胎儿心脏数字化三维模型构建以及在先天性心脏病中应用的初步研究

发布时间：2017-05-14 17:08

  本文关键词：基于CT数据的胎儿心脏数字化三维模型构建以及在先天性心脏病中应用的初步研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：研究背景胎儿先天性心脏病是最常见的胎儿畸形,也是导致流产、死产、胎儿宫内死亡及新生儿死亡的主要原因。约50%先心病可以通过外科手术或介入治疗获得矫治,50%复杂严重畸形尚难得到满意疗效。先天性心脏病不但严重影响儿童的生命和生活质量,给家庭带来沉重的精神和经济负担,也是导致我国出生缺陷居高不下的重要原因。因此,孕期及时发现、及时诊断、及时干预显得尤为重要。目前胎儿先天性心脏病的产前筛查主要依赖超声检查。超声具有无创、安全、经济、可重复等优点,但由于受孕妇肥胖、胎儿体位、孕周、胎动、羊水量,特别是操作者的个人经验及操作手法等影响,产前超声检查对胎儿先心病的检出率仍有待提高。目前,也有磁共振用于诊断胎儿先心病的报道,但磁共振检查时间较长,噪声大,孕妇难以忍受,胎儿的宫内活动也会影响成像效果,加上费用昂贵,难以在临床上推广应用。胎儿心脏超声检查的检出率主要依赖操作者对正常胎儿心脏结构和循环的熟识以及对各种类型先心病的结构异常和血流方向变化的认识,但目前对胎儿心脏解剖的知识都来自于成人解剖图谱,胎儿心脏结构及循环有别于成人,而只有少数超声工作者能有机会参与胎儿尸体解剖学习,无法对胎儿心脏结构有全面的理解。因此,建立一种能在三维空间任意旋转和任意切面切割的数字化胎儿心脏三维模型具有重要意义。该模型能为胎儿心脏解剖教学提供生动形象、立体感强的胎儿心脏模型,同时结合引产前的B超检查图像,有助于超声工作者更好地学习各类胎儿先心病的解剖异常,提高产前超声对胎儿心脏畸形的检出率。同时为建立各类先天性心脏病的三维解剖图谱打下基础,辅助胎儿先天性心脏病的解剖教学,希望有助于医学生及超声医生更好地理解各类先天性心脏病的解剖异常,提高学习兴趣及教学质量。目前,引产后胎儿心脏三维重建主要通过CT设备自带的软件对胎儿心脏进行三维可视化,但该方法无法摆脱对CT设备的依赖,推广受到很大限制。也有学者利用数字人的方法对离体胎儿心脏进行三维重建,但需要铣切设备,获取的图像需经软件处理才能导入重建软件进行重建,方法复杂,不利于进行大量研究。因此,寻找一种简单、快速,而且易于推广的研究胎儿心脏三维重建的方法具有重要意义。本研究将分成三部分进行,分别是：第一部分：基于CT数据的胎儿心脏数字化三维模型构建方法研究；第二部分：中孕期胎儿心脏流出道血管内径测值分析；第三部分：建立胎儿先天性心脏病三维图谱的初步研究。第一部分基于CT数据的胎儿心脏数字化三维模型构建方法研究[目的]1、探讨胎儿心脏数字化三维模型构建需要的胎儿心脏灌注方法及技术要点；2、探讨可用于胎儿心脏三维重建的CT扫描参数；3、探讨在Mimics软件中构建胎儿心脏三维模型的方法。[方法]1、标本收集收集2014年1月至2015年1月期间在南方医科大学南方医院妇产科因非心脏畸形引产或难免流产的胎儿20例,产前B超排除先天性心脏畸形,胎龄分布于19-34周,经孕妇及家属同意将引产胎儿尸体捐献参加本研究。2、胎儿心脏灌注(1)脐静脉插管采用脐静脉灌注的方法。将引产胎儿放置在方盘中,用流水冲洗干净,剪断脐带至距胎儿腹部脐带插入部约10-15cm,找到脐静脉,将脐静脉与两边的两条脐动脉分离,插入玻璃插管,用丝线结扎固定。(2)灌注材料准备灌注剂配方：每100ml灌注剂中包含自凝牙托粉30g、自凝牙托水70ml、邻苯二甲酸二丁酯30ml、红色氧化铅5g、少量红色油画颜料。根据胎儿不同孕周,准备灌注剂100-150ml,计算好各个试剂的用量。准备好实验试剂后将红色油画颜料放入自凝牙托水和邻苯二甲酸二丁酯中均匀搅拌,然后再加入自凝牙托粉和红色氧化铅搅拌均匀。(3)脐静脉灌注①灌注方法：用20ml医用塑料注射器抽取灌注剂20ml(抽取前应再次搅拌均匀),连接脐静脉插管,缓慢匀速推动注射器,速度不宜过快以避免血管破裂。②停止灌注时间：至注射阻力增大至注射困难时停止灌注,取出玻璃插管,结扎脐静脉。③CT扫描时间：待灌注剂充分硬化后即可行CT扫描。3、CT扫描采用德国西门子公司生产的双源CT (SOMATOM Definition)进行胎儿心脏扫描。扫描时将胎儿标本仰卧位放置,定位扫描范围在胎儿胸部,设置CT扫描参数为管电压120kV,管电流250mA,扫描层厚0.6mm,扫描间距0.6mm。扫描数据以DICOM格式存入光碟保存。4、数字化三维模型的构建将CT扫描数据导入Mimics软件,利用蒙罩编辑的绘画、擦除工具以及布尔运算得到各个心房、心室以及心脏流出道血管及其分支的蒙罩图像,最后经3D计算重建获得胎儿心脏数字化三维模型。[结果]1、采用脐静脉灌注的方法,可以获得较好的心脏灌注效果,不同孕周的胎儿,灌注的剂量不相同。2、基于CT扫描的二维数据集,利用Mimics重建软件成功地构建出胎儿心脏的数字化三维模型。构建出来的模型清晰逼真、立体感强,并且用不同颜色标记胎儿心脏的左心室、右心室、左心房、右心房、主动脉及其分支、肺动脉及其分支、上腔静脉,有利于更好地区分各个结构以及相互毗邻关系。该模型真实、清晰地再现了胎儿心脏及大血管的解剖形态、结构以及毗邻关系,可显示单一结构或同时显示多个结构,能在三维空间任意缩放、平移、任意旋轴任意角度旋转,以利于更精细、更立体地观察。此外,还可利用Mimics软件的测量工具测量各个血管的管径。[结论]1、采用脐静脉灌注可获得较好的胎儿心脏灌注效果,但灌注时应注意灌注的速度以及灌注剂量。2、胎儿心脏灌注的质量、造影剂在灌注剂中的分布情况以及CT扫描的层间距和层厚都可影响胎儿心脏数字化三维模型的重建效果。3、利用CT扫描数据,使用Mimics重建软件可获得较理想的胎儿心脏数字化三维模型,为进一步研究胎儿先天性心脏病提供了全新方法。第二部分 中孕期胎儿心脏流出道血管内径测值分析[目的]探讨中孕期胎儿心脏流出道血管的发育情况以及血管内径测量值分布,为诊断胎儿心脏流出道血管发育异常奠定数据基础。[方法]1、研究对象研究对象为2014年11月至2015年3月在南方医科大学南方医院进行中晚孕四维畸形筛查的孕妇,满足以下条件： (1)年龄18-40岁,身体健康,无高血压、糖尿病以及结缔组织病,无心脏病家族史,无先天性心脏病患儿生育史,孕早期无药物服用以及射线接触史。(2)孕周21-26周。(3)经超声检查无胎儿结构异常,各项胎儿发育指标正常,胎龄符合孕周。2、数据收集采用彩色多普勒超声诊断仪检查胎儿心脏,建立胎儿心脏检查的标准切面,获取胎儿四腔心切面、左、右心室流出道以及三血管切面的图像。测量主动脉根部、升主动脉、降主动脉、主肺动脉以及左、右肺动脉的血管管径。3、统计分析采用SPSS17.0统计学软件对所得数据进行统计分析。按胎龄分为五组,分别是：21-21+6周、22-22+6周、23-23+6周、24-24+6周、25-25-周。分别统计各组的血管内径平均值。[结果]共获得293例孕妇中孕期胎儿左、右心室流出道血管内径的测量值,分别计算各个血管在不同孕周的平均值。[结论]1、心脏流出道血管的血管内径与孕周呈正相关,为建立每个孕周的心脏流出道血管内径平均值奠定基础。2、每个孕周的主肺动脉内径均大于主动脉,统计学计算主肺动脉和主动脉根部的内径比值,其均数为1.16,标准差为0.13。第三部分建立胎儿先天性心脏病三维图谱的初步研究[目的]探讨构建胎儿先天性心脏病数字化三维模型的方法和意义。[方法]1、标本收集收集2014年1月至2015年1月在南方医科大学南方医院妇产科因胎儿心脏畸形伴或不伴其他畸形引产的胎儿11例,心脏畸形分别为室间隔缺损合并主动脉缩窄、主动脉离断可疑1例、法洛四联症2例、单心室1例、永存动脉干1例、左心发育不良伴主动脉缩窄1例、右室双出口1例、大动脉转位1例、左心发育不良伴室间隔缺损1例、室间隔缺损1例、永存左上腔静脉1例。经孕妇及家属同意将引产胎儿尸体捐献参加本研究。2、收集超声检查资料胎儿引产前复查超声,收集胎儿心脏超声检查标准切面图像,包括心尖四腔心切面、左心室流出道切面、右心室流出道切面、三血管切面、主动脉弓长轴切面及心脏短轴切面,存储图像。3、胎儿心脏灌注(1)脐静脉插管采用脐静脉灌注的方法。将引产胎儿放置在方盘中,用流水冲洗干净,剪断脐带至距胎儿腹部脐带插入部约10-15cm,找到脐静脉,将脐静脉与两边的两条脐动脉分离,插入玻璃插管,用丝线结扎固定。(2)灌注材料准备灌注剂配方：每100ml灌注剂中包含自凝牙托粉30g、自凝牙托水70ml、邻苯二甲酸二丁酯30ml、红色氧化铅5g、少量红色油画颜料。根据胎儿不同孕周,准备灌注剂100-150ml,计算好各个试剂的用量。准备好实验试剂后将红色油画颜料放入自凝牙托水和邻苯二甲酸二丁酯中均匀搅拌,然后再加入自凝牙托粉和红色氧化铅搅拌均匀。(3)脐静脉灌注①灌注方法：用20ml医用塑料注射器抽取灌注剂20ml(抽取前应再次搅拌均匀),连接脐静脉插管,缓慢匀速地推动注射器,速度不宜过快以避免血管破裂。②停止灌注时间：至注射阻力增大至注射困难时停止灌注,取出玻璃插管,结扎脐静脉。③CT扫描时间：待灌注剂充分硬化后即可行CT扫描。4、CT扫描采用德国西门子公司生产的双源CT (SOMATOM Definition)进行胎儿心脏扫描。扫描时将胎儿标本仰卧位放置,定位扫描范围在胎儿胸部,设置CT扫描参数为管电压120kV,管电流250mA,扫描层厚0.6mm,扫描间距0.6mm。扫描数据以DICOM格式存入光碟保存。5、数字化三维模型的构建将CT扫描数据导入Mimics软件,利用蒙罩编辑的绘画、擦除工具以及布尔运算得到各个心房、心室以及流出道血管及其分支的蒙罩图像,最后经3D计算重建获得胎儿心脏数字化三维模型。[结果]1、成功地获取了11例心脏发育异常胎儿引产前超声图像,包括可疑主动脉弓离断、法洛四联症、单心室、永存动脉干、左心发育不良伴主动脉缩窄、右室双出口、大动脉转位、左心发育不良伴室间隔缺损、室间隔缺损、永存左上腔静脉。2、成功地构建了主动脉离断、法洛四联症、永存动脉干、单心室、右室双出口的三维重建模型,该模型效果逼真,三维立体感强,用不同颜色标记心脏的不同结构,真实、清晰的再现了胎儿心脏及大血管的解剖形态及毗邻关系,可显示单一结构或同时显示多个结构,能在三维空间任意缩放、平移、任意旋轴任意角度旋转,以利于更精细、更立体的观察。[结论]1、CT扫描结合Mimics重建软件对胎儿心脏进行三维重建是一种简单、快速、有效的构建先天性心脏病胎儿心脏三维模型的研究方法。2、先天性心脏病胎儿心脏数字化三维模型的构建为科研、临床以及教学提供了一种有用的工具。3、构建先天性心脏病胎儿心脏数字化三维模型可为解剖教学提供生动立体的工具,将引产前的超声检查图像与引产后的三维重建模型相结合,有利于超声工作者更好地掌握各类先天性心脏病的结构畸形,更好地理解各类先天性心脏病在各个超声切面的异常表现,进而提高临床胎儿先天性心脏病的检出率。
【关键词】：CT 胎儿心脏 先天性心脏病 数字化 三维重建
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R714.5
【目录】：

• 摘要3-11
• ABSTRACT11-21
• 前言21-23
• 第一部分 基于CT数据的胎儿心脏数字化三维模型构建方法研究23-34
• 一、材料24-25
• 二、方法25-28
• 三、结果28-31
• 四、讨论31-34
• 第二部分 中孕期胎儿心脏流出道血管内径测值分析34-39
• 一、资料和方法35-36
• 二、结果36-37
• 三、讨论37-39
• 第三部分 建立胎儿先天性心脏病三维图谱的初步研究39-63
• 一、材料40-41
• 二、方法41-43
• 三、结果43-60
• 四、讨论60-63
• 全文小结63-65
• 参考文献65-72
• 成果72-73
• 致谢73-75

【参考文献】

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2 彭程;陈春林;刘萍;郭传家;陈若兰;黄璐;陈兰;黄志霞;王俊;;在体成年女性子宫动脉数字化MR血管成像三维模型的构建及意义[J];妇产与遗传(电子版);2013年03期

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本文编号：365739