小腿链式穿支皮瓣血管三维重建的解剖学研究

小腿链式穿支皮瓣血管三维重建的解剖学研究

谭琪1 张永强1 王昌德2 刘刚3 王谦3 李振3 杨磊3 刘光军3

本文来源：《中华整形外科杂志》2023年5月第39卷第5期

DOI:10. 3760 / cma.j.cn114453-20220807-00243

作者单位：1潍坊市人民医院创伤骨科，潍坊261041；2山东省东进基础医学研究所，潍坊261021；3解放军陆军第八十集团军医院创伤骨科，潍坊261021

通信作者：刘光军，Email:tanqiplastic@126.com

引用本文

谭琪, 张永强, 王昌德, 等. 小腿链式穿支皮瓣血管三维重建的解剖学研究 [J] . 中华整形外科杂志, 2023, 39(5) : 490-495. DOI: 10.3760/cma.j.cn114453-20220807-00243.

【摘要】

目的探讨小腿动脉穿支血管的三维重建方法，为临床安全而准确地切取小腿链式穿支皮瓣提供依据。

方法取新鲜的成人尸体下肢标本3侧(全军创伤骨科研究所实验室提供)，以明胶-氧化铅自股动脉灌注，CT扫描全段肢体后采集数据，导入Mimics Research 19.0软件中对骨骼、动脉及其穿支体进行三维重建，通过调整CT值动态显示血管层次结构和毗邻关系，并以不同颜色显示各穿支动脉的解剖学区域，利用Scion Image软件测量单一穿支的供血面积；三维打印小腿骨骼及血管模型用于直视观察；标本解剖以三维重建的穿支血管参数规划解剖入路，以穿过深筋膜处外径≥0.5 mm的穿支为测量对象，观测穿支的数量、血管蒂长、外径等参数并进行统计分析。

结果 CT三维重建图像能够清晰显示小腿动脉及其穿支血管、微细血管的三维结构，以及血管的走行、分布特点、与毗邻结构的三维关系等。打印的三维模型可直观地观察穿支血管的层次和穿支间的吻合关系。3侧小腿标本动脉发出穿支(22±4)条，血管蒂长(46.7±18.3) mm，穿支血管外径为(0.8±0.3) mm，单穿支分布面积为(38.2±10.7) cm2。

结论应用Mimics Research 19.0软件通过调整CT值可重建小腿源动脉及穿支血管三维结构，改善了穿支血管的显示效果；三维打印模型使得穿支血管的来源、走行、外径及分布范围直观可见，为临床构建患者数字化小腿链式穿支皮瓣切取方案提供实验支持。

【关键词】外科皮瓣；穿支皮瓣；链式血管；三维重建；三维打印

基金项目： 潍坊市卫健委资助课题（wfwsjk_2019_024）

Anatomical study on three-dimensional vascular reconstruction of calf chain perforator flap

Tan Qi1, Zhang Yongqiang1, Wang Changde2, Liu Gang2, Wang Qian2, Li Zhen2, Yang Lei2, Liu Guangjun3

1Department of Orthopedics, Weifang People’s Hospital, Weifang 261041, China; 2Dongjin Research Institute of Basic Medicine, Shandong Province, Weifang 261021,China; 3Department of Orthopedics, Hospital of the 80th Group Army of the PLA, Weifang 261021, China

Corresponding author: Liu Guangjun, Email: tanqiplasitc@126.com

【Abstract】

Objective The three-dimensional (3D) reconstruction method of calf perforator vessel was explored to provide the basis for clinical safe and accurate harvesting of calf chain perforator flap.

Methods Gelatin-lead oxide is automatically perfused the femoral artery of 3 fresh adult lower limbs specimens. Data were collected after the CT scan of the full limb, 3D reconstruction of bones, arteries and their perforators was processed in Mimics Research 19.0 software. Dynamic display of vascular hierarchy and adjacent relationships by adjusting CT values. And show the anatomical region of each perforator artery in different colors, measure the feeding area of the single perforator using Scion Image software. The 3D printed calf bone and vascular model can be used for direct observation. The specimen anatomy was measured according to a perforator vessel parameter with an outer diameter of 0.5 mm through the deep fascia. The number of perforators, vessle pedicle length, and outer diameter were observed and statistically analyzed.

Results The digitized 3D reconstruction images can clearly show the 3D structured of the calf artery and perforator vessels and micro vessels, as well as the course, distribution characteristics of blood vessels, and the 3D relationship with adjacent structures. The printed 3D model visually observes the hierarchy of the perforator vessels and the anastomosis relationship between the perforators. 3 calf specimen arteries with perforator artery 22±4, vessel pedicle length (46.7±18.3) mm, outer diameter (0.8±0.3) mm, the average blood supply area of the single perforator (38.2±10.7) cm2.

Conclusion The Mimics Research 19.0 software should be used to dynamically reconstruct the 3D structure of the branch vessel by adjusting the CT value, which improves the display effect of the perforator vessels. The 3D printing model makes the source, course, diameter and distribution range of the perforator vessels visually visible, which provides experimental support for the clinical construction of digital calf chain perforator flap harvest scheme for patients.

【Key words】Surgical flaps; Perforator flap; Chain blood vessels; Three-dimensional reconstruction; Three-dimensional printing

Fund program: Weifang Health Commission Funded Project （wfwsjk_2019_024）

Disclosure of Conflicts of Interest: The authors have no financial interest to declare in relation to the content of this article.

对于外伤造成的四肢皮肤软组织缺损，主要采用带蒂局部皮瓣或游离皮瓣进行修复。四肢的动脉穿支在皮肤中形成放射状血管网，其均有向上、下走行且行程较长、口径较粗的升降支相互纵向吻合，在深筋膜表面形成沿肢体长轴排列的互相沟通的纵向链式血管丛，这一生理构造便形成了链式穿支皮瓣的解剖学基础[1,2,3,4,5]。据此，我们提出了非恒定蒂链式穿支皮瓣的概念[6,7]，即选取与皮肤缺损区直线距离最近的任一穿支为蒂，在链式血管轴线上设计皮瓣，皮瓣中包含多个穿支形成的血管链，以最短的距离和旋转角度覆盖肢体皮肤缺损，使穿支皮瓣的切取不受蒂部位置的限制。但皮瓣穿支的位置、走行、供血范围等均不明确，因个体差异穿支变异的发生率很高，皮瓣切取过程存在很大的盲目性，易造成皮瓣坏死。因此，如果术前能预先明确穿支的各种参数，则有利于指导皮瓣的设计和切取。本研究中我们通过对成人尸体小腿标本动脉穿支进行研究，探讨提高切取小腿链式穿支皮瓣准确性和安全性的方法。

材料与方法

一、标本来源

3侧新鲜成人尸体下肢标本(全军创伤骨科研究所实验室提供)，标本自大腿中段以远组织结构完整无损。全军创伤骨科研究所实验室尸体标本为废弃或捐献，来源合法，我们在解剖中严守操作规程、尊重爱护尸体。

二、方法

(一)标本灌注及CT扫描

以明胶-氧化铅溶液自股动脉灌注标本，当肢端或需灌注的皮肤区域皮下可观察到填充剂颜色时，停止灌注。用冷水冲洗标本，置于4 ℃冷藏4 h。应用64排螺旋CT(德国西门子公司)对标本行连续扫描。扫描参数：电压120 kV，电流90 mAs，层厚1 mm,矩阵512×512。扫描范围：自膝关节上至踝关节下，长度32~41 cm，平均36.7 cm。扫描时间：20.34~26.52 s，平均22.17 s，延迟4 s。CT辐射剂量(CTDIvol)：平均6.98 mGy。将CT扫描数据以DICOM格式保存。

(二)小腿标本的CT三维重建及数字化处理

将DICOM格式的CT数据导入Mimics Research 19.0软件(比利时Materialise公司)中，对图像进行配准、手工调整阈值和色域度，分别对小腿骨骼、动脉及软组织进行三维重建，并分层显示。

在Mimics Research 19.0软件中，应用工具 "Thresholding" 选取适当阈值 (以理想的显示效果为准)，显示出小腿主要穿支的位置与源动脉；使用"Region growing"去除CT数据中与血管结构不相关的相似密度噪点，然后根据研究需要改变CT值进行动态重建：先应用226 Hu的CT值重建粗大而清晰的主干血管，然后逐渐降低CT值(拖动旋钮至理想显示效果)以获得较细的动脉分支及其吻合血管的图像；以多种颜色分别显示小腿每条皮肤动脉的来源及其源动脉的分支情况和分布范围(选中需要修改的部分，右键找到"Masks Properties"，点击"Color"旁边的色卡进行着色)，以便观察不同穿支的分布形态及其与毗邻血管的吻合特征；以不同颜色标定各穿支的解剖学区域界限。采用Scion Image软件(美国Scion公司)对单一穿支着色的分布面积进行测量，统计数据进行分析处理。

(三)三维打印下肢骨骼及血管

根据CT三维重建数据，选择"Calculate 3D"生成三维模型，以STL格式保存，将其导入3D打印机(型号：BS6000，山东慧通智能科技有限公司)，以树脂为材料打印下肢骨骼及灌注血管分支的三维模型。对穿支的位置、数量、血管外径、来源，以及供血范围、吻合方式进行大体观察；用画笔以不同颜色的丙烯颜料对不同穿支的分布范围进行手工着色，以便更直观地观察小腿数字化处理的穿支血管，并以此作为确定标本解剖入路的参考依据。

(四)标本解剖及X线摄片

根据CT三维重建图像及三维打印模型所显示的穿支血管参数规划下肢标本解剖入路，沿胫骨平台内侧髁与内踝连线切开皮肤及皮下组织，自深筋膜下向前、后掀起体被组织，观察、记录穿支的位置、数量、走行及分布范围，并沿穿支向深层组织游离，明确其来源动脉，以钢尺测量血管蒂长度，以游标卡尺测量穿过深筋膜处外径≥0.5 mm的穿支血管外径(图1)；将剥离的皮肤及皮下组织平铺后拍摄X线片，观察穿支在浅筋膜层的分布形态、穿支间的吻合情况，应用Scion Image软件测量X线片上单一穿支的分布面积(以相邻的穿支血管间吻合处为界圈定穿支血管的灌注区域)。