血管仿真形态计量技术在心血管病理方面的应用价值
作者：宋来凤 宋一昕
单位：宋来凤 中国医学科学辽，中国协和医科大学，心血管病研究所，阜外心血管病医院，病理研究室，北京市，100037；宋一昕 中国医学科学院，中国协和医科大学，肿瘤研究所，肿瘤医院，放射治疗科物理室
关键词：
中国循环杂志990532 中图分类号：R654.3
文献标识码：A
文章编号：1000-3614(1999)05-0314-02
血管是个中空的器官，离体后随着血液的流失，加之血管本身的弹性回缩，使离体血管腔的容积、内径和外径等明显不同于在体内时的状态。所以用目前针对一般实质器官的形态计量方法，均不适用于离体血管的形态计量，而要用离体血管的仿真形态计量技术才能使测量结果真正反映血管的生活状态。
我们在作了多年离体血管仿真形态计量的理论、微机实现技术以及它在临床病理方面应用价值等探索后，认为对形态规则血管来说，真正意义上的仿真形态计量，在目前通用的病理制样技术完成的切片上是可以达到的，并在此基础上还开发出一套“心血管仿真形态微机计量系统”，经应用取得较好的效果，故在此作一简要的综合介绍。
1 离体血管仿真形态计量的必要性和可行性
小血管的形态测量都是在切片上进行的，但血管离体后除有一般实质器官的病理形态处理过程一样的制样收缩外，还因血管本身的自然弹性回缩以及管状器官斜切等造成的计量偏差，如不进行科学地校正，获得的结果就不能完全反映血管的在体状态。
血管离体后的自然回缩程度因血管壁的厚度及血管壁的伴随病变等而异。经用与在体时相同压力固定或在管腔内放置相当于在体血管内径的塑料材料填充后的样本观察证明，在生理承压状态下，血管在正切横断面上弹力膜的周长、中膜和内膜的面积与在离体血管上测量到的数据是一致的。因此，只要测量到离体血管弹力板的长度、中膜和内膜的面积等，经过适当的校正处理就可能推断出该血管在体状态时管腔的面积、内膜的周长和管腔的直径等。
在一定的压力下流量与管腔的正切横断面积成正比，因此为反映血管功能，仿真形态计量理应在血管的正切横断面上进行。血管的直行部分，可以认作一规则的中空管状体，它的切断面只有在真正的横断面上才是正圆形的，而在其他非正切断面上都是呈椭圆形的。斜切度的不同，断面的椭圆化程度就会有差别。用肉眼判断时，斜切角要在20°左右才能比较确切地区分出圆和椭圆，这时两者的面积差已达7%左右。因此对血管腔面积、直径以及弹力膜的周长、中膜和内膜的面积的正确形态计量，只有在正切横断面上进行才合理。可见对管状器官斜切造成偏差的校正是必要的。
血管的制样收缩同其他实质器官一样，随制样方法、组织的疏密程度等的不同而异，但用同一方法，对同一类型的血管，它们的收缩系数是相似的，且都可通过实际测定获得，因此血管制样收缩造成的偏差也可以得到数值校正。
2 离体血管仿真形态计量的微机实现方法
切片上的待测血管是随机分布的，且多数是不同斜切度的椭圆形断面，故仿真形态计量先要进行的是校正斜切偏差，并测量出中膜、内膜面积和弹力板长度等，再经制样收缩和弹性回缩数值校正后，得到仿真计量数据。虽然血管仿真形态计量的数据处理量较大，数据处理的算法比较复杂，好在目前计算机的图形、图象处理技术已发展到可以用微机来实现高速、高精度和智能化地测量。
被测血管的图象既可用CCD摄象、数字化仪来采取，也可用数码相机、相片扫描等方法来采集。血管图形显示在屏幕上，用图象处理技术勾划出中膜和内膜的边界，经锐化，使边界清晰以提高测量精度。
斜切偏差的数值校正：由于圆柱体或管状体的正切断面与非正切断面边界上各对应点间存在恒定的比例关系，也即正切断面边界上各对应点与其短径间的垂直距离，是斜切度余弦与非正切断面边界上各对应点和它短径间的垂直距离的乘积，因此用图形变换技术来进行数值校正较为便捷。具体可依相互垂直方向确定出被测血管断面的长径和短径，经旋转变换，使其长径与屏幕横轴平行，便可得到各对应点的坐标关系，由此即可获得离体血管正切横断面上的非仿真形态计量数据。
制样收缩的数值校正：上述各非仿真形态计量数据乘以各自相应的制样收缩系数，便可获得中膜、内膜、管腔面积以及内、外膜长度等经制样收缩校正的非仿真形态计量数据。
弹性回缩的数值校正：鉴于血管在回缩和充盈状态下弹力膜的长度是恒定的，又因血管的直行部分基本呈规则的圆管状，因此，只要把内弹力膜作为圆的周长得到的面积就是被测血管内弹力膜以内部分的面积，它的半径就是无内膜增厚血管的管腔半径，内弹力膜以内部分的面积减去经斜切和收缩校正的内膜面积就是仿真处理后的管腔面积，由此还可再推算出内、中膜的平均长度和厚度，管腔的周长和管腔的偏心度等。
3 在心血管病理方面的应用价值
系统的实际应用表明，按目前通用的病理技术做成的切片上都可以做到真正含义上的血管仿真形态计量，而且用微机来进行计量，还可自动进行数据偏差校正等，减少肉眼无法判断的误差，提高了测量精度和效率。
用血管仿真形态计量得到的各测量数据名称，有的虽与非仿真形态计量得到的数据名称相同，但它的生理和病理含义却完全不同，前者反映的是血管在生活状态时的数据，而后者反映的是死后或离体状态。此外，仿真形态计量还可得到象血管的承压腔面积、可舒展度、校正狭窄度和偏心度等用非仿真形态计量无法获得的计量数据。故对血管离体后的弹性回缩、斜切以及制样误差等方面数据作较全面的校正，可使测量结果更接近实际，可以更客观地反映出血管的柔韧性、肥厚程度以及管腔狭窄的程度和类别等，因此，用血管的仿真形态计量能更确切和数字化地表达出血管病变，有助于血管结构与功能相互关系的定量研究。
承压腔面积是被测血管的正切横断面积。同样直径的血管，其承压腔面积随内膜的厚度不同而异。承压腔面积的减少是血管腔狭窄的表现，其程度因年龄、病变的性质和严重程度等的不同而不同。
基于血管在正常承压状态下，其弹力板的长度是恒定的，因此用经过校正的血管舒张状态下的内弹力板内区的面积与其在解压状态下的内弹力板内区的面积比，可以作为血管壁柔韧性的标志。这个形态计量指标可以称为血管的可舒展度。显而易见，血管的可舒展度是血管弹性好坏的标志。
血管的狭窄度用管腔面积减少程度来度量，因动脉壁的病损程度对自然弹性回缩有较大影响，如狭窄程度以狭窄动脉的承压腔面积与自身的无狭窄承压腔面积的比值来作为校正狭窄度，就更能反映在体状态。我们在冠状动脉粥样硬化等病例方面的一些比较研究表明，用非校正狭窄度测定的狭窄程度普遍重于校正狭窄度，而且狭窄程度越轻，其差别越明显，甚至可达20%～30%，而狭窄重时两者则较接近。因此用校正狭窄度来区分处于级差间交界病损和确切判断狭窄程度与病损间的关系有较大的价值。
血管腔的偏心程度不同，表明血管壁对狭窄动脉血流调节的影响程度不同，因此血管腔狭窄的实际偏心度测定，对判断血管壁与狭窄血管间的结构和功能关系有较大的意义。血管腔有无偏心，它的偏心程度，传统上完全依靠定性描述。如以血管的有压腔中心与承压腔中心间的距离比作为校正偏心度，就能定量地反映血管在体状态时的实际偏心度。
内膜和中膜的校正平均厚度：虽然血管的中膜和内膜面积不论在收缩和舒张状态都是恒定的，但其厚度在收缩和舒张状态下是不同的，因此用仿真形态计量获得的内膜和中膜的平均厚度最能反映在体状态的厚度。
正常动脉和有病损动脉的测量，除一般形态计量数据外，还可有选择地作出内、外弹力板和内膜面长度的非校正和校正长度，中膜和内膜的非校正和校正厚度，管腔的非校正和校正面积，动脉的斜切度及其长短径比等形态计量数据。由此，还可导出不同分析要求的计量数据。可见经仿真形态计量的量化分析，就可以更客观的描述对象病例动脉的病损类型、程度以及功能状态等。
血管有动脉、静脉和毛细血管等的类型和各自的结构区别，仿真形态计量对形态规则动脉直行部分的分析较为精确，但静脉因壁较簿，在离体器官的切片上，无法断定其确切的斜切度，因此也就无法进行确切的弹性回缩校正和斜切偏差校正，这是离体血管仿真形态计量技术在应用方面的限制。如想把离体血管仿真形态计量技术用于薄壁血管或静脉的计量，必须辅助以加压灌注或其他充填等处理，才能较理想地实现。
作者简介：宋来凤(1935-)，男，研究员，主要从事心血管病理研究
收稿：1999-04-02
修回：1999-06-21