正常椎動(dòng)脈及頸椎數(shù)字模型的構(gòu)建.pdf

1、研究背景：
　　隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步及生活節(jié)奏的加快，人們?cè)诠ぷ?、休息、休閑時(shí)對(duì)姿勢(shì)的不重視，如長(zhǎng)時(shí)間低頭工作，躺在床上看電視、看書(shū)，喜歡高枕，長(zhǎng)時(shí)間操作電腦，劇烈的旋轉(zhuǎn)頸部或頭部，在行駛的車上睡覺(jué)等，使得椎動(dòng)脈相關(guān)疾病的發(fā)生率明顯上升。目前對(duì)椎動(dòng)脈相關(guān)疾病的發(fā)生機(jī)制，學(xué)者間仍存在較大爭(zhēng)議。根據(jù)其發(fā)病機(jī)制的不同，我們把椎動(dòng)脈相關(guān)疾病分為5型：I型(椎動(dòng)脈受壓型)、II型(椎動(dòng)脈硬化型)、III型(椎動(dòng)脈畸形型)、IV型(神經(jīng)-血管型

2、)、V型(特殊型)。不同的發(fā)病機(jī)制所致的椎動(dòng)脈相關(guān)疾病，雖然癥狀相似，但采取的治療措施完全不同，且椎動(dòng)脈所處的位置較深，周圍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，血管內(nèi)部也可有病變，因此錯(cuò)誤的治療措施可引起嚴(yán)重的后果，故有必要對(duì)椎動(dòng)脈相關(guān)疾病的解剖及發(fā)生機(jī)制進(jìn)行深一步研究，并在治療前對(duì)該病準(zhǔn)確分型。
　　在以往對(duì)椎動(dòng)脈相關(guān)疾病的研究中，主要采用影像資料比對(duì)、動(dòng)物模型、尸體解剖等方法。尸體解剖所得的椎動(dòng)脈與活體的理化特性有明顯差異，且取材漸難；動(dòng)物模型在解剖和

3、物理屬性上與人體差異很大，僅有一定的參考價(jià)值；影像資料比對(duì)費(fèi)用較高，可操作性低，且DSA對(duì)人體損傷較大，群眾接受度較低。
　　三維有限元法是目前血管外科研究采用較多的先進(jìn)應(yīng)力數(shù)值分析方法，將其應(yīng)用于椎動(dòng)脈相關(guān)疾病的研究中，與傳統(tǒng)方法比較，有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)：可通過(guò)一次取材根據(jù)需要產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)樣本，同一樣本在虛擬計(jì)算中可進(jìn)行無(wú)數(shù)次加載，在研究一個(gè)影響因素時(shí)可進(jìn)一步探討影響因素大小與血流改變、管壁壓力的關(guān)系，所得數(shù)據(jù)直觀、客觀，這些在傳統(tǒng)

4、的實(shí)驗(yàn)方法中難以實(shí)現(xiàn)。就臨床應(yīng)用而言，數(shù)字模型可為椎動(dòng)脈相關(guān)疾病的診斷治療及手術(shù)提供一較可靠依據(jù)。
　　目前尚未見(jiàn)有椎動(dòng)脈的數(shù)字模型構(gòu)建的報(bào)道，而對(duì)椎動(dòng)脈相關(guān)疾病進(jìn)行有限元分析，可靠的模型尤為必要。根據(jù)目前有限元分析的習(xí)慣，基礎(chǔ)模型一般為基于正常人的影像學(xué)資料構(gòu)造，再通過(guò)對(duì)條件的加載，達(dá)到研究疾病的目的。因此，基于正常人的影像學(xué)資料構(gòu)建椎動(dòng)脈的數(shù)字模型，可為椎動(dòng)脈相關(guān)疾病的有限元分析作基礎(chǔ)。
　　由于骨性壓迫為椎動(dòng)脈型頸椎病

5、的常見(jiàn)原因，而椎動(dòng)脈型頸椎病將作為本人往后科研的重點(diǎn)，因此，本論文將同時(shí)構(gòu)建全頸椎骨性結(jié)構(gòu)的數(shù)字模型。
　　研究目的：
　　基于CTA連續(xù)薄層CT圖像快速建立頸椎骨性結(jié)構(gòu)（包括頸1－頸7椎體）及完整椎動(dòng)脈三維數(shù)字模型。
　　材料與方法：
　　正常成年女性志愿者1名(38歲,身高163cm,體重60 kg)。在 CT數(shù)據(jù)采集之前先排除頸部骨質(zhì)、軟組織病變，志愿者既往無(wú)眩暈病史，旋頸試驗(yàn)陰性，X線檢查示未見(jiàn)頸椎不穩(wěn)、

6、鉤椎關(guān)節(jié)增生等異常征象。采用 GE64排 VCT螺旋 CT掃描機(jī)對(duì)其枕外隆凸至第2胸椎椎體橫斷面連續(xù)薄層掃描,得層厚0.699 mm、象素0.355 mm、512×512象素共592張CT圖像,以Dicom3.0標(biāo)準(zhǔn)刻盤保存。Mimics軟件分別讀入頸椎CT及動(dòng)脈CTA Dicom格式數(shù)據(jù)集，利用圖像分割工具,在 Threholds中分別設(shè)定 CT分割閾值在226～3071 Hu及136～1216 Hu,利用region growing

7、功能對(duì)選定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖像分割，再利用圖像編輯功能對(duì)圖像邊界進(jìn)行手工“添加”或“擦除”操作，使各部分重建更準(zhǔn)確。最終生成頸椎骨性結(jié)構(gòu)及椎動(dòng)脈三維幾何模型。通過(guò)在ansys軟件中對(duì)模型進(jìn)行劃分體網(wǎng)格，證明數(shù)字模型有效。
　　結(jié)果：
　　成功建立了全頸椎骨性結(jié)構(gòu)（包括頸1－頸7椎體）及完整椎動(dòng)脈三維結(jié)構(gòu)模型，所建模型能在ansys軟件中成功進(jìn)行體網(wǎng)格劃分，證明模型有效性。
　　結(jié)論：
　　1、該數(shù)字模型有助于臨床醫(yī)生對(duì)