第三节 数字化虚拟胆道、血管
一、胆道灌注后的肝脏铣切
将建立的四种颜色灌注材料对四种管道分别进行灌注后的离体肝脏灌注模型，用蓝色凝胶包埋，并在肝脏附近放置棕红色的8个标志物，作为以后所获取的图像配准点。置-25℃冷库中冷冻3周后，在-27℃低温实验室采用JX1500A垂直的碾磨机，连续等间距0.2mm削切。逐层用高清晰的数码相机摄影，完成人体薄层断面的数据收集。
二、铣切图像收集及分析
断面管道显示良好，各种管道清晰，下腔静脉、肝静脉系统呈黑色，门静脉系统显示呈橘黄色，伴随门静脉走行的肝动脉显示为红色，深绿色为肝管和胆囊。肝静脉和门静脉的末梢血管清晰。
收集削切层厚为0.2mm，断面图像910张。每个文件的数据量为 17.5MB，肝脏数据集总量15.3GB（图1-12）。
图1-12 肝门部断面图像
三、图像数据三维重建
将铣切所获得的断面图像数据经配准和分割后进行三维重建。为了方便后续过程的处理，需先将所有这些图像都转换为BMP格式。（图1-13）
图1-13 显示窗口及三维重建肝脏
（一）胆道灌注后铣切图像配准
采用外部点力和力矩法相结合进行图像配准，利用包埋时预先埋在肝脏附近的标志物作为配准点，依据肝脏与这些标志物相对位置不变的特征对图像进行配准。具体方法是：
1.原图像中，背景是蓝色的，配准点则为暗红色，且分布在图像的四周，首先依据配准点的颜色和位置特征识别出配准点。
2.每张图像和标准图像进行对比，对每张图像进行平移和缩放，使两幅图像的所有配准点都相互吻合。
3.从原图像中切取出包含肝脏的区域（图1-14）。
图1-14 肝内管道灌注后铣切图像配准（白色箭头所指为配准点）
（二）胆道灌注后铣切图像分割
所谓图像分割就是根据某种原则将图像分成若干个有意义的部分，铣切图像的分割就是将肝脏中的各种组织分别提取出来。根据需要分别对肝脏实质、肝静脉和下腔静脉、门静脉、肝管和胆囊、肝动脉进行分割提取，获得相应的图像。
（三）胆道的三维重建
1.采用的方法是在VTK的基础上，对图像序列进行表面三维重建。具体方法是：①每幅图像上，对同一种类型的组织提取轮廓线。②在相邻两幅图像的轮廓线间，用三角形进行填充，形成一个带状的环。③对所有图像序列中的相邻图像，进行步骤②的操作，即可重建出物体的三维表面形态。
2.采用表面描述法对重建后的三维肝脏模型进行显示。其模型包括肝脏、肝静脉和下腔静脉、门静脉、肝管和胆囊、肝动脉五部分，另外还为肝脏模型建立了Windows显示功能窗口。可以根据需要，通过Windows显示窗口的相应功能键设定各个部分的透明度（0-1：0表示完全透明不显示，1表示完全不透明显示）和颜色来显示和观察各结构，同时通过鼠标左键的移动旋转肝脏模型，通过鼠标右键向窗口的上部或下部移动分别放大或缩小肝脏模型（图1-15）。
图1-15 Windows显示窗口下的三维重建肝脏及其内部结构形态模型
A.肝脏及其内部管道结构的前面观（肝脏半透明、其他不透明）；B.肝脏及其内部管道结构的后面观（肝脏半透明、肝静脉透明）
数字化虚拟肝内管道绝大多数三维重建的数据来自于CT、MRI和超声，涉及这些仪器所采集到的肝内管道信息不全，因而使用这些数据三维重建的肝脏都会存在一定缺陷。应用先进的铸型技术将肝内各管道进行灌注和铸型后，可采用等间距0.2mm的冰冻铣切获取数字化肝脏断面图像数据集，其图像含有肝内管道的详细信息。在配准、分割的基础上，使用VTK开发工具包对图像序列进行三维重建。肝内管道连续断面图像经过配准、分割后，用VTK对肝内部的各结构肝静脉和下腔静脉、肝动脉、门静脉、胆管和胆囊分别建立表面立体形态模型。通过分别设定各管道结构的颜色和透明度以及对模型放大、缩小和旋转，可以准确地、全面地观察和研究肝脏及其各结构的形态、相邻关系等，为肝内胆道解剖学的教学和进一步研究提供一个良好的技术平台。
（方驰华 胡敏）