研究背景胎盘是维系妊娠及胎儿宫内生长发育的重要器官,具有物质交换、代谢、分泌激素以及防御功能。胎儿通过胎盘血管网与母体进行营养物质和气体交换以供应其生长发育。胎盘血管网络的形成以及血液循环系统的建立决定了胎盘的功能,其形态结构和功能是否正常与胎儿能否正常生长发育密切相关。文献报道证实,许多产科疾病,如胎儿生长受限、妊娠高血压疾病、妊娠期糖尿病等的发生均与胎盘血管网生成障碍、发育异常以及胎盘功能减退存在密切关系,并在胎盘形态和病理上得以体现。因此,胎盘血管发育异常在产科疾病发生发展中的作用值得引起产科工作者的关注,对胎盘血管网进行研究有一定的必要性。目前对胎盘血管研究的方法多采用免疫组化、电镜技术、病理学检查等,而胎盘血管网形态学相关研究方法较少。胎盘血管铸型技术是目前最常被学者使用于研究胎盘血管网整体形态的方法。2000年起,国内陆续见学者报道采用胎盘血管铸型技术建立了正常妊娠胎盘、子痫前期胎盘、胎儿生长受限胎盘及少量异常胎盘(帆状胎盘、副叶胎盘和自然双胎胎盘、试管婴儿双胎胎盘)的胎盘血管铸型模型[5-8],他们通过这些铸型观察胎盘血管网形态改变,并针对其与胎盘功能关系进行了研究。至今,胎盘血管铸型技术已经相当成熟,利用该技术构建的胎盘血管铸型可良好显示微小血管,精确地重现胎盘血管,清晰地显示胎盘血管形态学变化。但胎盘血管铸型也存在一些缺点：首先,由于受到测量工具限制,胎盘血管铸型四到七级的微小血管管径难以测量,这就制约了研究人员对胎盘血管网进行全面和精细的研究；再者,铸型在搬动过程中极易出现损坏、断裂,并可能随着保存时间延长而愈加严重,或其出现部分发脆、颜料褪色等情况,不利于在教学、学术交流中进行展示和在后续研究中使用。因此,寻求到一种既能全面展现胎盘血管网又能进行相关血管测量,且利用该方法得到的研究信息、结果易于保存,可以反复利用,便于后续研究及教学普及的研究方法,对进一步的胎盘血管网研究有着重要意义。本研究拟将传统的解剖学血管灌注技术与血管数字化三维重建技术相结合,对基于胎盘血管灌注的胎盘血管网数字化三维模型的构建方法进行初步研究。本研究将分为两部分进行,包括：胎盘血管网数字化三维模型构建用血管灌注技术的研究、基于CT数据的胎盘血管网数字化三维模型构建方法研究。第一部分胎盘血管网数字化三维模型构建用血管灌注技术的研究[目的]1、探讨用于胎盘血管网数字化三维模型构建用的胎盘血管灌注技术技术要点；2、探讨适用于胎盘血管网数字化三维模型构建用的灌注材料；3、探讨适用于胎盘血管网数字化三维模型构建用的血管灌注顺序。[方法]1、研究对象选择在南方医科大学南方医院妇产科足月住院分娩孕妇的胎盘18例。所有胎盘经阴道分娩或剖宫产所获得,胎盘胎膜完整,无胎盘早剥、胎盘粘连、胎盘植入等。随机分为三组,每组选用不同的灌注材料进行血管灌注,根据灌注材料不同设为“墨汁明胶悬液灌注组”、“过氯乙烯材料灌注组”“自凝牙托材料灌注组”,每组各6个胎盘；每组的6个胎盘根据灌注时采用不同的血管灌注顺序再分为三组,分别设为“脐动脉组”、“脐静脉组”以及“脐动静脉同时灌注组”,每组各2个胎盘。2、血管灌注方法(1)胎盘娩出后先用手轻轻挤出多余的血液,冲洗表面血污,然后将胎盘置于盛肝素生理盐水(每500mL中加入肝素100IU)的方盘内,找到脐带,分离其中的2条动脉和1条静脉,并分别插管,用肝素生理盐水反复冲洗血管内血液,直至流出的液体较清澈或组织呈苍白为止。将冲洗后的新鲜胎盘放入95%酒精浸泡15min固定。(2)备好三种灌注剂①墨汁明胶悬液配方：每100mL灌注剂含蒸馏水80m1、中华碳素墨汁20m1、明胶5g、氧化铅粉8g。②过氯乙烯灌注材料配方：每l00ml灌注剂含过氯乙烯20g、乙酸乙酯l00ml、邻苯二甲酸二丁酯5ml、氧化铅粉8g、油画颜料适量。③自凝牙托灌注材料配方：每100mL灌注剂含自凝牙托粉35g、自凝牙托水70mL、邻苯二甲酸二丁酯30mL、氧化铅粉8g、油画颜料适量。(3)脐动、静脉同时灌注组胎盘血管灌注①脐动静脉同时灌注组,使用三种不同填充剂时的灌注方法相同：将2管装有20m1填充剂的注射器分别连接脐动脉血管插管和脐静脉血管插管。使用过氯乙烯灌注材料及自凝牙托灌注材料中蓝色填充剂接脐动脉插管、红色填充剂接脐静脉插管,墨汁明胶悬液灌注组胎盘则脐动、静脉灌注相同的墨汁明胶悬液。以0.15ml/min的速度同时灌注脐动脉及脐静脉,一管注射完毕迅速接另一管。②停止灌注时间：至胎盘绒毛膜面有广泛的填充剂渗出时可停止灌注,取出血管插管,结扎脐动、静脉。过氯乙烯材料灌注组胎盘每隔2-4小时补灌注一次,共需补灌注6-8次,完成补灌注后待标本充分硬化再取出血管插管,并结扎脐动、静脉。③CT扫描时间：墨汁明胶悬液组胎盘完成血管灌注后立即行CT扫描；过氯乙烯材料灌注组胎盘完成补灌注且填充剂充分硬化后行CT扫描；自凝牙托材料灌注组胎盘待填充剂充分硬固后即可行CT扫描。(4)脐动脉组胎盘血管灌注过氯乙烯材料灌注组胎盘和自凝牙托材料灌注组胎盘在脐动脉插管处灌注蓝色填充剂,墨汁明胶灌注组胎盘在脐动脉插管处灌注墨汁明胶悬液,灌注方法及灌注压力、灌注速度、停止灌注时间均与脐动、静脉同时灌注组相同,灌注完毕后取出血管插管,结扎脐动脉。墨汁明胶悬液组胎盘完成灌注后立即行CT扫描；过氯乙烯材料灌注组胎盘完成补灌注且填充剂充分硬化后行CT扫描；自凝牙托材料灌注组胎盘待填充剂充分硬固后即可行CT扫描。完成首次CT扫描后,过氯乙烯材料灌注组胎盘和自凝牙托材料灌注组胎盘马上用红色填充剂补灌注脐静脉,灌注完毕后取出血管插管,结扎脐静脉,待过氯乙烯材料灌注组胎盘完成补灌注且填充剂充分硬化后再次行CT扫描；而自凝牙托材料灌注组胎盘在填充剂充分硬固后即可行二次CT扫描。墨汁明胶悬液灌注组胎盘不行补灌注和二次CT扫描。(5)脐静脉组胎盘血管灌注实验步骤及操作方法同脐动脉组胎盘血管灌注,但在本组中先灌注脐静脉,再补充灌注脐动脉。3、薄层CT扫描CT扫描采用南方医科大学南方医院影像中心德国西门子公司的双源CT(SOMATOM Definition)。将胎盘母体面向下铺平,常规轴位平扫,设置CT扫描参数：管电压120kV,管电流250mA,扫描层厚0.75mm,层间距0.75mm。扫描结果以DICOM格式输出,刻碟保存。4、胎盘血管网数字化三维模型重建将DICOM格式原始数据导入Mimics10.01软件中,经定位图像、组织图片、内插值处理后,设定重建阈值,对图像进行编辑处理,去除无关边缘杂点和冗余数据,最后经区域增长、3D计算重建出得到胎盘血管网数字化三维模型。5、腐蚀与修整待过氯乙烯材料灌注组和自凝牙托材料灌注组标本完全硬化并完成扫描后,将标本平行置于20%浓盐酸中,约3-5天后取出,得到胎盘血管铸型,用自来水轻柔冲洗,除去未腐蚀的软组织,置于水中浸泡1-2天去除剩余盐酸,取出后自然风干,数码相机拍照。[结果]1、基于不同填充剂灌注胎盘得到的胎盘血管网数字化三维模型形态上各具特点：墨汁明胶悬液灌注组的胎盘血管网数字化三维模型可以良好显示微小血管,但大血管形态扁平,且部分血管呈团块状,反映胎盘血管网整体形态能力差；过氯乙烯材料灌注组的胎盘血管网数字化三维模型能较好地显示胎盘血管网整体形态及微小血管,但该材料具有较强的挥发性,需行多次补灌注,在补灌注过程中,胎盘血管弹性下降、容易破裂,且腐蚀后的胎盘铸型体积普遍明显较前缩小,血管不饱满；自凝牙托材料灌注组的胎盘血管网数字化三维模型血管形态饱满,立体感强,既能良好展示胎盘血管网整体形态,但小血管显示欠佳。2、先行脐静脉灌注后行脐动脉补灌注时,首次灌注对后续补灌注填充剂灌注量影响较大。使用同一血管灌注剂时,利用三种不同血管灌注顺序得到标本构建的胎盘血管数字化三维模型特点相似。[讨论]1、胎盘血管灌注的质量直接影响胎盘血管网数字化三维模型的重建效果,进行血管灌注过程必须细心,尤其是在标本处理、灌注剂配置、灌注停止时间选择等方面。2、在三种灌注材料中,自凝牙托材料灌注的胎盘标本最适用于胎盘血管网数字化三维模型的构建。3、利用脐动静脉同时灌注标本构建得到的血管网三维模型能准确反映血管网实际情况,适用于整体胎盘血管研究。在采用分次灌注时,首先灌注脐动脉,再进行脐静脉补灌注,对脐动静脉血管灌注量的影响更小。第二部分基于CT数据的胎盘血管网数字化三维模型构建方法研究[目的]1、明确适合胎盘血管网三维模型构建的CT扫描参数；2摸索应用Mimics软件构建胎盘血管三维模型的技术要点；3、初步探讨胎盘数字化三维模型的血管测量方法。[方法]1、数据来源选择在南方医科大学南方医院妇产科足月住院分娩的孕妇胎盘40例。所有胎盘经阴道分娩或剖宫产所获得,胎盘胎膜完整,无胎盘粘连、胎盘植入等。40例胎盘标本均使用自凝牙托材料行脐动、静脉同时灌注,自凝牙托材料配方、灌注方法同实验第一部分。2、设备与软件德国西门子公司的双源CT (SOMATOM Definition),家用计算机(Windows7操作系统),Mimics10.01重建软件(Materialise,比利时), Geomagic Studio软件(Geomagic,美国)。3、适宜扫描参数的选择选取1例胎盘灌注标本采用南方医科大学南方医院影像中心德国西门子公司的双源CT (SOMATOM Definition)对其进行薄层CT扫描。设置CT扫描参数：管电压120kV,管电流250mA。分别采用0.60mm.0.75mm和1.OOmm三种层厚进行扫描,扫描结果以DICOM格式输出,刻碟保存。利用Mimics10.01软件对其重建,重建时设定相同阈值,比较三维模型重建效果以选择最佳的扫描层厚及层间距,并将其用于后续研究。4、CT原始数据集的获取采用南方医科大学南方医院影像中心德国西门子公司的双源CT(SOMATOM Definition),对其余39例已行血管灌注的胎盘标本进行薄层CT扫描。扫描方法：胎盘母体面向下铺平,常规轴位平扫。设置CT扫描参数：管电压120kV,管电流250mA,扫描层厚及层间距根据实验上一步得到结果所定(最后采用0.75mm的层厚及层间距)。扫描结果以DICOM格式输出,刻碟保存。5、胎盘血管网数字化三维模型的构建将DICOM格式数据导入Mimics10.01软件中,经定位图像、组织图片、内插值处理后,设定重建阈值,应用该软件中蒙罩编辑功能对图像进行编辑处理,去除无关边缘杂点和冗余数据,最后经区域增长、3D计算重建出胎盘血管网数字化三维模型。6、胎盘血管数字化三维模型测量方法初步探讨使用Mimics软件及Geomagic Studio软件对同一胎盘血管网三维模型脐根部血管进行测量,并对测量方法进行初步探讨。[结果]1、采用0.60mm层厚扫描时得到原始CT图像371张、采用0.75mm层厚扫描时得到原始CT图像318张、采用1.OOmm层厚扫描时得到原始CT图像223张。基于采用上述三种层厚进行CT扫描得到的原始数据构建得到的胎盘血管网数字化三维模型在形态上、显示血管程度上以及光滑度上未见明显差异。2、利用Mimics10.01软件成功地构建出了人正常妊娠离体胎盘的数字化三维模型。构建的模型清晰逼真、实体感强,血管饱满光滑,边缘柔和。该模型全面、精细、立体、真实地再现了胎盘动静脉各级血管的解剖形态、结构以及走行。模型可以进行随意缩放和任意角度的旋转,并可以以图片、动画和STL等格式导出,格式通用,便于后续使用。3、使用Mimics软件和Geomagic Studio软件均可对胎盘血管直径进行测量。[讨论]1、CT扫描过程中将层厚及层间距设定为0.75mm进行扫描较为适宜,按此层厚、层间距扫描得到的图像数量适中,重建速度较快,图像质量基本可满足重建的需要。2、Mimics软件是由比利时Materialise公司研发的一种介于医学和机械领域之间的一套逆向软件,目前在临床医学研究中应用广泛。Mimics软件应用于三维重建研究中具有以下优势：1、可以直接读取DICOM格式的原始图像,简化了处理过程,减少了数据信息的丢失,具有操作简便、耗时短、模型精度高等优点；2、对设备的要求比较低,一般的家用PC机就可运行,易于推广；3、拥有强大的基于断层扫描图像的建模功能,能很好地解决复杂解剖结构的三维模型构建和测量问题。总之,Mimics是一个快速、便捷、强有力的三维图像处理和编辑系统。3、基于薄层CT扫描数据,利用Mimics10.01软件可以成功地构建胎盘血管网数字化三维模型。图像分割是是三维重建过程中影响三维重建模型效果的最关键因素。在三维重建过程中使用剖面线功能选取适当的阈值,结合区域增长功能以及手动分割,可以优化三维重建模型质量。4、胎盘血管网数字化三维模型的成功构建为胎盘血管形态研究提供了一种新方法,构建的胎盘血管网数字化三维模型直观、明了地显示了胎盘血管形态、特征,为科研工作、临床医生和医学生的教学工作提供了一种有用工具。5、使用Mimics软件的3D测量功能和使用逆向工程软件Geomagic Studio均可对胎盘血管三维模型进行血管测量：前者操作简易,应用方便,测量结果可精确到0.001mm,但该软件进行的是点对点的测量,因角度和空间差异的存在,得到的测量值与真实值存在一定差异；而后者可通过其拟合圆柱体和中心线的功能,得出血管的中心线,同时可得到血管的直径,理论上可使人为误差减少,使测得血管精度相对提高,但操作较复杂、耗时更长。