利用灌注固定标本的对比增强计算机断层扫描重建人类心脏静脉系统的解剖结构

本实验的总体目标是生成人类心脏静脉系统的三维模型，以建立可用于设计在这些血管内使用的 cardiac devices 的解剖学数据库。该目标通过以下步骤实现：首先准备人类心脏标本，将其固定于舒张末期状态，并使用静脉造影球囊导管插管冠状窦。第二步是进行CT扫描，获取心脏静脉系统的对比增强图像，此为最后一步。

三维模型由CT扫描图像生成，可从中获取各种解剖学测量数据。与活体评估心脏静脉解剖等其他方法相比，本技术的主要优势之一在于无需使患者暴露于造影剂或辐射。我们最初在使用微型刻录笔于心外膜表面描记这些灌注固定心脏的心脏静脉系统时，首次提出了该方法的构想。

然而，该方法存在一些局限性。它受限于脂肪组织的量，且只能生成二维模型。利用对比CT进行模型构建可克服这些局限性，一旦获取CT数据即可进行模型生成。

将新鲜分离的人类心脏在其舒张末期状态下用10%缓冲福尔马林进行灌注固定。然后在扫描前一天用水冲洗心脏，以在送入扫描仪前去除大部分福尔马林。使用静脉造影球囊导管通过下腔静脉对每个心脏的冠状窦静脉进行插管。

在直视下操作。将静脉造影导管置入到位后，充盈其球囊以固定导管于冠状窦内。随后，将每颗心脏置于一块特制海绵上，放入可密封的聚合物容器中，确保心脏处于解剖学上正确的自然位置。

首先将心脏放置在CT扫描仪的床面上，位置模拟患者仰卧且头部朝前躺在扫描仪上的状态。然后将静脉造影导管的近端连接至一个含有两个注射筒的注射器，一个用于造影剂，另一个用于生理盐水。

现在以每秒5毫升的速度自动向心脏静脉系统注入40毫升造影剂。造影剂注射开始8秒后，对心脏进行CT扫描，扫描设置为512×512像素分辨率，层厚0.6毫米。随后通过自动向心脏静脉系统注入额外40毫升生理盐水冲洗造影剂。

以每秒五毫升的速度将CT DICOM图像导出至外接硬盘。随后将CT DICOM图像上传至Mimics软件，并为CT图像生成一个仅包含高Hounsfield单位像素的掩膜。为了仅突出显示心脏内的对比剂，需去除已渗入心腔或扩散至组织中的对比剂，使掩膜仅保留主要心静脉内的对比剂。

然后逐帧手动填充给定静脉结构中的空气间隙，并基于最终的掩膜生成三维对象。接着对掩膜进行平滑和包裹处理，以消除任何粗糙的几何结构，随后为每个生成的三维模型创建中心线。为了尽量减少三维模型生成过程中因操作者不同带来的差异，操作者必须严格遵循详细的实验步骤，并在生成中心线之前由另一位观察者对模型进行核查。

最后，利用中心线测量每颗心脏中每条主要血管的弧长、分支角度、迂曲度和直径。下表列出了42例人离体心脏标本主要心静脉的中位解剖参数。所有心脏标本均包含一条中心脏静脉和一条前室间静脉。

一些标本中包含多条下静脉、下外侧静脉、外侧静脉和/或前外侧静脉。而其他心脏可能缺少其中一条或两条特定静脉，但在此视频中仍可观察到一个具有代表性的三维模型在空间中旋转。遵循此操作流程，其优势之一在于，您可利用内窥镜视频对心脏静脉内的解剖结构进行可视化观察，验证CT模型，并确定诸如心脏静脉等各类结构的具体位置，而这些结构在CT成像中是无法看到的。

该技术可使生物医学工程领域的研究人员探索心脏静脉系统以及利用这些血管的心脏器械的开发。最终，对人类心脏静脉系统进行建模和绘图将为相关解剖结构提供新的见解，从而有助于开展各种临床操作。