通过乳胶-氧化铋对比剂与显微计算机断层扫描(Micro-CT)技术相结合的方法，完成家兔腹盆腔器官内血管系统的三维数字化图像重建。
6只4月龄雌性健康家兔作为研究对象。试验动物均进行腹腔麻醉。麻醉成功后纵行切开家兔腹壁，暴露盆腹腔血管，完成腹主动脉插管(用于子宫、膀胱、小肠的对比剂在体灌注)及肾动脉插管(用于肾脏的对比剂在体灌注)。选择乳胶-氧化铋混合溶液(氧化铋颗粒/乳胶溶液＝1 g/mL)作为血管灌注对比剂。血管灌注成功后选取家兔的子宫、膀胱、小肠和肾脏作为研究器官。利用SkyScan 1076型Micro-CT对目标器官进行扫描，使用NRecon软件对扫描获得的原始图像进行处理和转化。采用Mimics 17.0软件对目标器官内的血管图像进行三维重建，获得家兔不同器官内的血管树三维图像，分析家兔不同器官内不同血管树的分级和分支特点。
目标器官的血管树数字化三维重建模型均构建成功。家兔膀胱血管树的最小可测量血管分级为二级，直径为(0.41±0.08)mm；子宫血管树的最小可测量血管分级为三级，直径为(0.39±0.08)mm；小肠和肾脏血管树的最小可测量血管分级均为四级，直径分别为(0.27±0.04)mm和(0.19±0.03)mm。
采用乳胶-氧化铋混合对比剂进行动物血管灌注Micro-CT成像，通过相关软件可成功重建动物器官内血管树的三维图像，可显示家兔器官血管树的走行并测量血管直径，对于小动物腹盆腔器官血管系统尤其是微小型血管网数字化三维模型的建立具有较大优势，为小动物腹盆腔器官疾病模型中血管解剖结构的研究提供了新的思路和方法。
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人体血管系统组成复杂，包括器官内血管系统和器官外血管系统。解剖学和影像学对于器官外血管系统的组成及图像重建有较为深入地研究。由于器官内血管系统密度大、管径小，以及常规CT扫描图像分辨率限制等原因，使得器官内血管系统，特别是动物器官内血管走行的影像学研究相对困难。显微计算机断层扫描(micro computed tomography, Micro-CT)，也称为显微CT[1]，采用与普通CT不同的微焦点X线球管，可对小型动物进行扫描成像，扫描层厚为10 μm，具有良好的"显微"作用[2]。近年来，随着数字医学概念的发展，使得Micro-CT技术逐渐在医疗领域也得到了发展。传统血管对比剂用于微小血管造影时，无法与周围组织形成良好的对比效果，因此，在医学领域Micro-CT技术目前主要应用于骨科学及口腔科学等相关骨性结构的研究[3,4,5,6]，对于血管方面的研究较少。为了使微小血管内的对比剂与血管外组织之间产生明显对比度差，获得微小血管的影像，方便对动物血管结构的研究，在本研究中探索性采用了乳胶-氧化铋混合剂[7]作为血管造影对比剂进行家兔腹盆腔不同器官血管灌注造影及成像，同时运用数字化技术成功构建家兔腹盆腔不同脏器内的血管树3D模型，旨在为小动物腹盆腔器官疾病模型中血管解剖结构的研究提供新的思路和方法。
4月龄雌性健康家兔6只，由安徽医科大学动物实验中心提供[普通级，SCXK(苏)2014-0005]，体质量1.5～2.0 kg，实验前禁食12 h。本研究通过了安徽医科大学伦理委员会的同意(批准号LLSC20150209)，并遵循实验动物使用的相关规定。
1 g氢氧化钾(西陇科学股份有限公司)溶于50 mL灭菌注射用水中配制成2%氢氧化钾溶液，然后分别将50 mL白乳胶(河南中博胶业科技研发有限公司)及50 g氧化铋(西陇科学股份有限公司)缓慢溶解于上述溶液中搅拌形成密度均匀的对比剂溶液，其中2%氢氧化钾、乳胶、氧化铋的比例为1∶1∶1。
选用10%水合氯醛(3.5～4.0 mL/kg，天津市大茂化学试剂厂)行家兔腹腔内注射，待动物肌张力降低、角膜反射消失后将家兔门牙及四肢固定在实验台上。纵形切开腹壁进腹，暴露腹主动脉。10 mL注射器抽取0.9% NaCl注射液少许，头端连接一根长30 cm聚乙烯动脉套管(外径2 mm，内径1 mm)，将动脉套管尖端紧贴血管壁置入腹主动脉内，置入深度1.0～1.5 cm。使用腹主动脉远心端的2根备用丝线结扎固定动脉套管，腹主动脉置管完成(图1A)。
对比剂灌注完成后，将实验家兔放置30 min，选取子宫、膀胱、小肠和肾脏作为主要采集器官。切除上述目标器官并结扎双侧断端血管防止对比剂泄漏，小肠截取长度一般为4～5 cm。见图2、图3。
本研究中使用的Micro-CT是由中国科学院合肥智能机械研究所提供，型号为SkyScan 1076(Bruker Corporation, Billerica, UA)。将家兔器官标本置于Micro-CT测试平台，设置参数：球管电压70 kV，球管电流140 μA，分辨率1 000×1 000，层间距35 μm。沿标本纵轴方向进行扫描，获取连续的Micro-CT原始图像，随后使用SkyScan 1076配套软件NRecon进行分析，使原始图像转化为2D断面CT图像。使用Mimics Research软件(Materialise NV，版本：17.0)对不同器官的扫描图像进行3D重建，观察家兔不同器官内血管的分布，计算可测量末梢血管的血管分级和各级血管直径。
本研究中，将4个目标器官结扎点处主干血管，即膀胱动脉、宫颈动脉及子宫动脉主干、小肠肠系膜动脉、肾动脉，定义为一级血管；经一级血管直接分支形成的血管定义为二级血管，并以此类推[8]。以子宫为例，3D建模完成后可以观测到家兔子宫动脉一级血管和二级血管(通过Mimics Research 17.0软件的测量功能)，见图4。
应用SPSS 19.0统计学软件对数据进行描述性分析。服从正态分布的计量资料采用
±s表示。
本研究6只家兔均成功制作腹盆腔器官灌注标本，并均通过Micro-CT技术完成子宫、膀胱、小肠和肾脏器官内血管系统的图像扫描和2D图像的合成(图5)。通过软件Mimics Research，完成家兔子宫、膀胱和小肠的3D图像重建(图6)。肾脏是血管密集型器官，重建图像时可以通过调整Micro-CT断层图像的灰度值阈值区间显示肾脏大血管网(图7A)和终末血管网(图7B)。
家兔腹盆腔目标器官内动脉血管分支的分级和血管测量直径见表1。目标器官的血管树数字化3D重建模型均构建成功。家兔膀胱血管树的最小可测量血管分级为二级，直径为(0.41±0.08)mm；子宫血管树的最小可测量血管分级为三级，直径为(0.39±0.08)mm；小肠和肾脏血管树的最小可测量血管分级均为四级，直径分别为(0.27±0.04)mm和(0.19±0.03)mm。
实验家兔腹盆腔目标器官内动脉血管分支的分级和血管直径(mm, 
±s)
实验家兔腹盆腔目标器官内动脉血管分支的分级和血管直径(mm, ±s)
| 目标器官 | 一级血管直径 | 二级血管直径 | 三级血管直径 | 四级血管直径 |
|---|---|---|---|---|
| 子宫 | 0.80±0.04 | 0.59±0.05 | 0.39±0.08 | |
| 膀胱 | 0.74±0.05 | 0.41±0.08 | ||
| 小肠 | 1.48±0.11 | 0.88±0.04 | 0.54±0.08 | 0.27±0.04 |
| 肾脏 | 1.67±0.16 | 0.82±0.05 | 0.34±0.02 | 0.19±0.03 |
Micro-CT是一项分辨率达到微米级的扫描成像技术。经过了近30年的发展，该技术已逐渐趋于成熟，临床和科研价值逐步提高。Micro-CT扫描和成像过程中，血管内外组织的对比强度是决定成像后血管分支分级水平测量的重要因素。既往的研究者们更多的关注点是Micro-CT技术中对于对比剂及造影时机的选择[9,10]，鲜有对小动物模型中微小血管网解剖结构的量化和3D可视化研究。贾卫民等[11]通过3.0 T MRI获得了大鼠的脑血管图像，并结合Mimics软件完成了大鼠大脑中动脉的血管3D模型重建，但由于对脑部微小型血管网的显示效果欠佳，研究只获取了主干血管的测量参数。周晓中等[12]采用Microfil作为对比剂完成了大鼠长骨骨折模型的骨痂血管3D模型重建，认为微血管灌注造影Micro-CT扫描-数字化3D模型重建技术具有高分辨率、直观性等优点，并可精确定量微血管直径，与本研究思路相似。本研究中，笔者探索性的采用了乳胶-氧化铋作为器官内血管成像的对比剂，Micro-CT扫描后成功构建了微小血管网的数字化3D模型图像，最小可测量血管的直径约为150 μm。通过后期软件处理，模型成像清晰，并可对相关血管解剖结构进行多方位观测和血管直径、长度、角度等参数进行测量。
在人体标本的血管解剖研究中常常选用乳胶或明胶作为载体，氧化铋或氧化铅[13]作为显影介质，血管灌注后的标本可通过普通CT进行血管图像扫描和3D重建[7,14]，但乳胶(明胶)＋氧化铋(氧化铅)在小型动物器官内血管分布的研究中却鲜有人使用。潘正峰等[7]在前人研究基础上，第一次应用乳胶-氧化铋作为对比剂进行了人尸体标本的上肢血管造影，并行X线摄片，成像效果良好，获得了优质的2D图像，但并未对获得的图像进行进一步处理和讨论；笔者受此启发，在本次研究中将这种对比剂应用于小动物试验，并创新性地结合Micro-CT及后期3D重建技术，获得了较为满意的3D重建图像。文献报道在Micro-CT技术对小型动物的研究中多使用Microfil(主要成份硅酮橡胶)、碘美普尔注射液、Fenestra LC、Fenestra VC等对比剂，其费用高达每毫升3 000～4 000元，且传统对比剂在血管内滞留时间短，易渗透进入血管周围组织内，对比剂进行血管灌注完成后短时间内即需要进行Micro-CT扫描，血管对比剂灌注到图像扫描的间隔时间短，可重复性较差[9,12,15]。本研究中采用的自制(乳胶-氧化铋)对比剂成功进行家兔腹盆腔脏器血管造影，在完成血管灌注后可长期留存在血管内，不易向周围血管组织内渗透，从血管灌注完成到进行图像扫描的间隔时间可长达数月，后期通过Micro-CT扫描及数字化3D模型重建，能够清晰显示家兔腹盆腔器官内微小血管网的血管分布，对比剂费用仅为每毫升0.09元，对于实验重复性验证及研究有很好的优势。为未来研究不同疾病动物模型中，动物器官内血管解剖、血管分布、血管管径等参数变化的研究，提供了新的方法和研究思路，同时有效减少了实验费用。
在解剖学研究中，乳胶因其常温下不易变性，充盈性好，灌注成型率高，低毒等优点，已经逐渐成为新一代显影剂载体，研究者们常利用其凝固后性质稳定的特性，配合化学腐蚀法，制作出相应的人体标本血管铸型模型，成型效果极佳[16,17]。但本研究中并没有进行此步骤，因为血管铸型并不在本次研究的范围之内，在以后的小动物研究中会进行相关学习和进一步实验。
由于不同组织密度不同，在Micro-CT断层扫描图像上不同组织密度表现为不同的灰度值。在Mimics Research 17.0软件重建3D模型图像的过程中，通过调整不同灰度值的阈值区间可强化或减弱各组织器官的成像灰度，以达到显示或屏蔽目标组织的作用。本研究在家兔肾脏血管3D模型重建过程中，不同图像灰度值的阈值区间的设定可对应显示不同血管网的重建图像。由于子宫、膀胱和小肠为非血管密集型标本，需要根据实际研究需求选择所需要的最佳阈值：阈值区间设置过窄可造成组织成像信息丢失；阈值区间设置过宽可引起噪点及尾影增多，增加标本各项测量参数的误差[18,19]。本研究中将家兔小肠、子宫、膀胱和肾脏内血管作为目标器官测定相关参数，建议灰度值阈值区间的设置范围为(－1 000，－772)～(－986，－775)。
随着影像和3D建模技术的发展，Micro-CT越来越多的应用于小动物模型的影像学研究[20,21]。本研究通过对家兔腹盆腔器官内血管系统的造影及数字化3D模型的构建，为小型动物腹盆腔器官疾病模型中血管解剖结构和相关参数变化的研究提供了新思路和方法。
本研究的不足包括：(1)未对家兔的肝脏、脾脏、胰腺等其他腹盆腔脏器的血管分布进行研究；(2)乳胶-氧化铋对比剂不能应用于人体组织和活体小动物模型的动态研究，因此人体和活体小动物微小血管网的研究需要寻找其他对比剂替代；(3)未来的研究中需进一步完善对家兔膀胱、子宫、小肠和肾脏内血流动力学相关参数的测定，以了解家兔膀胱、子宫、小肠和肾脏等器官内血管分布和血流动力学的相关性。
