콘트라스트 계산하기 관류 고정 시편의 단층 촬영을 이용하여 인간의 심장 정맥 시스템의 해부학 적 재건

본 절차의 전반적인 목표는 심장 혈관 내에 사용되는 심장 장치 설계에 활용될 해부학적 데이터베이스 구축을 위해 인체 심장 정맥계의 3D 모델을 생성하는 것입니다. 이를 위해 먼저 인체 심장 표본을 최종 이완기 상태로 고정하고, 정맥조영술 풍선 카테터로 관상정맥동에 캐뉼라를 삽입하여 준비합니다. 두 번째 단계에서는 조영제를 투여하며, 마지막 단계에서 심장 정맥계의 CT 영상을 획득합니다.

CT 스캔을 통해 3D 모델을 생성하며, 이를 통해 다양한 해부학적 측정값을 얻을 수 있습니다. 심장 정맥 해부학의 생체 내 평가와 같은 다른 방법과 비교했을 때 본 기술의 주요 장점 중 하나는 환자가 조영제나 방사선에 노출되지 않는다는 점입니다. 저희는 처음에 마이크로 스크라이브(micro scribe)를 사용하여 심외막 표면의 관류 고정 심장 내 심장 정맥계를 매핑하던 중에 이 방법의 아이디어를 얻었습니다.

하지만 이 방법에는 몇 가지 한계가 있었습니다. 지방 조직의 양에 제한이 있었으며, 2D 모델만 생성할 수 있었습니다. 모델 생성을 위해 조영 CT를 사용하면 이러한 한계점들을 즉시 극복할 수 있습니다.

갓 분리한 인간 심장을 10% 완충 포르말린으로 관류 고정하여 이완기 말 상태로 보존합니다. 그 후 스캔 전날, 스캐너로 이동하기 전에 심장을 물로 헹궈 포르말린의 대부분을 제거합니다. 정맥 조영술 벌룬 카테터를 사용하여 각 심장의 하대정맥을 통해 관상정맥동을 삽관합니다.

직접 시각화 하에 진행합니다. 카테터가 제자리에 위치하면 베노그램 카테터(venogram catheter)의 벌룬을 팽창시켜 관상정맥동(coronary sinus)에 카테터를 고정합니다. 이제 각 심장을 밀폐 가능한 폴리머 용기에 넣고, 심장이 해부학적으로 올바른 자세로 지지될 수 있도록 설계된 스펀지 위에 배치합니다.

환자가 CT 스캐너 위에 등을 대고 머리부터 누워 있는 것처럼 심장을 스캐너 베드 위에 배치하는 것으로 시작하십시오. 그런 다음 정맥 조영 카테터의 근위단(proximal end)을 조영제용과 식염수용 두 개의 주입 시린지가 포함된 인젝터에 연결하십시오.

이제 5 mL/s의 속도로 조영제 40 mL를 심장 정맥계에 자동 주입하십시오. 조영제 주입 시작 8초 후, 512 x 512 픽셀 해상도와 0.6 mm 슬라이스 두께 설정으로 심장을 CT 스캔하십시오. 그 다음, 식염수 40 mL를 심장 정맥계에 추가로 자동 주입하여 조영제를 씻어내십시오.

초당 5 mL의 속도로 CT DICOM 이미지를 외부 하드 드라이브로 내보냅니다. 이제 CT DICOM 이미지를 mimic 소프트웨어로 업로드하고, 높은 하운스필드 단위(Hounsfield units)를 가진 픽셀만 포함하는 CT 이미지 마스크를 생성합니다. 심장에 존재하는 조영제만 강조하기 위해, 심실로 누출되었거나 조직으로 확산된 조영제를 모두 제거하여 마스크에 주요 심장 정맥 내의 조영제만 포함되도록 합니다.

그 다음, 지정된 정맥 내의 공기 주머니를 프레임별로 수동으로 채우고, 결과 마스크로부터 3D 객체를 생성합니다. 이어서 거친 기하학적 구조를 제거하기 위해 마스크를 매끄럽게 다듬고 래핑한 후, 생성된 각 3D 모델에 대한 중심선을 생성합니다. 3D 모델 생성 시 사용자 간의 변동성을 최소화하기 위해, 사용자가 세부 프로토콜을 주의 깊게 준수하고 중심선을 생성하기 전 관찰자가 모델을 확인하는 것이 중요합니다.

마지막으로, 중심선을 사용하여 각 심장의 각 주요 혈관에 대한 호 길이 분지각, 굴곡도 및 직경을 측정합니다. 이 표에는 42구의 인체 심장 표본에서 측정된 주요 심장 정맥의 해부학적 매개변수 중앙값이 제시되어 있습니다. 모든 심장 표본에는 하나의 중간 심장 정맥과 하나의 전심실간 정맥이 포함되어 있었습니다.

일부 표본에는 하나 이상의 하정맥, 하외측정맥, 외측정맥 및/또는 전외측정맥이 포함되어 있었습니다. 본 영상에 등장하는 다른 심장들에는 이러한 특정 정맥 중 일부가 없을 수도 있으나, 공간에서 회전하는 대표적인 3D 모델을 관찰할 수 있습니다. 이 절차를 따르면, 심장 정맥 내에 비디오 스코프를 이용한 시각화를 통해 해부학적 구조를 평가하고, CT 모델을 검증하며, CT 개발 후에는 확인할 수 없는 심장 정맥과 같은 다양한 구조물의 위치를 결정할 수 있다는 장점이 있습니다.

이 기술을 통해 의생명공학 분야의 연구자들은 심장 정맥계와 이러한 혈관을 이용하는 심장 장치 개발을 탐구할 수 있습니다. 궁극적으로 인간 심장 정맥계의 모델링 및 매핑은 다양한 임상 시술을 수행하는 데 필요한 관련 해부학적 구조에 대한 새로운 통찰을 제공할 것입니다.