平板DSA三維容積重建技術(shù)在出血性腦血管病變診斷及治療中的應(yīng)用價值

陳建華，段傳志，劉亞洪，彭志康

廣州南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院 a.介入中心；b.神經(jīng)外科，廣東 廣州510282

出血性腦血管病變主要有自發(fā)性出血的動脈瘤，動、靜脈畸形（Arteriovenous Malformation，AVM）和外傷引起的頸內(nèi)動脈海綿竇瘺（Carotid-Cavernous Fistulas, CCF）等。對這類病變的診斷，數(shù)字減影血管造影（Digital Substraction Angiography, DSA）以其高特異性，敏感性和準(zhǔn)確性被目前公認(rèn)為“金標(biāo)準(zhǔn)”，但對復(fù)雜的血管解剖結(jié)構(gòu)，常規(guī)二維DSA（2D-DSA）很難提供完整的診斷信息，F(xiàn)ahrig[1]對Cornelius1972年提出的旋轉(zhuǎn)DSA技術(shù)進行了深入研究、改進，將旋轉(zhuǎn)DSA重建出的血管三維數(shù)據(jù)場，采用三維可視化技術(shù)顯示出逼真的三維立體血管影像，即三維容積重建技術(shù)（Three Dimensional Volume-Rendering Technique，3D-VRT）。由3D-VRT產(chǎn)生的三維腦血管圖像有極高的分辯率，能在任何方向旋轉(zhuǎn)顯示任何角度的結(jié)構(gòu)，這為診斷、治療規(guī)劃，治療帶來益處。路徑圖（roadmap）技術(shù)是用含造影劑的充盈像作蒙片（mask）與以后不含造影劑的透視圖像相減而獲得的僅含造影劑的血管圖像，當(dāng)從3D-VRT工作站獲得實時圖像后，直接將三維圖像的角度、中心點相對視野（FOV）等信息傳遞于C臂支架，C臂自動跟蹤，制定好roadmap圖像，為相應(yīng)的介入治療提供直接便利的導(dǎo)航路徑。

1 材料與方法

1.1 一般材料

搜集2011年5月～2012年7月行DSA檢查的出血性腦血管病變患者共134例，進行血管內(nèi)介入治療。其中，男73例，女61例，年齡8～76歲，平均48.7歲，治療過程共分兩組，1組85例行旋轉(zhuǎn)DSA造影且3D-VRT及2D-DSA檢查并結(jié)合roadmap技術(shù)治療，2組49例全部行2D-DSA造影在roadmap技術(shù)輔助下行介入治療。1組疑似動脈瘤患者36例（37枚動脈瘤）、AVM36例、CCF13例；2組動脈瘤21例、AVM17例、CCF11例。

1.2 方法

1.2.1 旋轉(zhuǎn)DSA造影

采用西門子公司Arits dta單C臂地軌DSA大平板血管機，對比劑用非離子型碘佛醇350，流速3 mL/s，流量15 mL，壓力用150 Pa，曝光延時0.9 s。將患者頭顱置于C臂機旋轉(zhuǎn)中心點上，選好三維重建最佳程序，即病人起始位為側(cè)位，旋轉(zhuǎn)平均27 F/s，1.5°/F轉(zhuǎn)速，整個旋轉(zhuǎn)共204°，用時5 s共得138幅二維圖像。

1.2.2 三維容積重建

采用西門子公司 Multimodatity workplace三維圖像工作站，對旋轉(zhuǎn)DSA造影所獲得的圖像及原始數(shù)據(jù)，利用3D工作站的最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）進行三維重建，即所得影像為256×256×228矩陣，像素灰節(jié)12 bit值的三維立體圖像。

1.2.3 3D-VRT聯(lián)合roadmap技術(shù)

將三維重建好的圖像任意角度旋轉(zhuǎn)，尋找出最佳展示病變平面及角度，激活3D工作站的move c-carm to match view orientoation鍵，此時3D工作站的角度、FOV等信息均已傳遞至C臂及手術(shù)床控制鍵上，推動C臂手柄，C臂支架自動恢復(fù)到三維工作站所需的工作角度上，激活“roadmap”鍵，透視下手推造影劑，待造影顯示最滿意時停止透視，即產(chǎn)生一幅僅顯示腦動脈血管和導(dǎo)管影像的roadmap，圖像形態(tài)及放大率與工作站完全一致，在roadmap的指引下行動脈瘤、CCF、AVM的栓塞治療。

1.2.4 X線劑量

由西門子公司Arits dta機器自帶電離室在球管曝光時自動檢測，數(shù)據(jù)自動儲存于圖像文件夾中。

1.2.5 統(tǒng)計學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 3D-VRT在出血性腦血管病變中的影像診斷價值

所有1組病例均先做常規(guī)DSA檢查，后做旋轉(zhuǎn)DSA檢查并進行3D-VRT，36例疑似動脈瘤患者常規(guī)正側(cè)位顯示有動脈瘤者36例，動脈瘤37枚，而3D-VRT檢查出動脈瘤者34例共38枚動脈瘤，其中2例假陽性3例假陰性，2D-DSA與3D-VRT檢查相符35枚動脈瘤，2D-DSA能清楚顯示動脈瘤瘤頸11枚占31.4%（11/35），而3D-VRT能清楚顯示動脈瘤瘤頸31枚占81.6%（31/38）。動脈瘤長徑＜2 mm的6枚、2～6 mm的14枚；直徑6～15 mm的10枚、15～25 mm的6枚，＞25 mm的巨大動脈瘤2枚。3D-VRT在與2D-DSA對動脈瘤檢出率和動脈瘤頸的顯示情況比較中統(tǒng)計學(xué)處理提示3D-VRT有顯著優(yōu)勢（P＜0.01），見表1。36例AVM病例，2D-DSA及3D-VRT均能明確診斷，但2D-DSA由于血管重疊、迂曲等原因不能完全顯示畸形團的供血動脈條數(shù)及引流靜脈，而3D-VRT能完全顯示，對畸形團的構(gòu)筑2D-DSA有22例顯示不清，占61.1%（22/36），3D-VRT僅有11例顯示不清，占30.1.1%（11/36）。比較兩種檢查方法對畸形團的供血動脈判斷及畸形團構(gòu)筑顯示上，統(tǒng)計學(xué)處理提示全部有明顯差異（P＜0.01），見表2。13例CCF病例中2D-DSA只有8例能清晰顯示瘺口的位置、形態(tài)，占61.5%（8/13），而3D-VRT13例全部清晰顯示。對瘺口大小6例能準(zhǔn)確判斷，占46.2%（6/13），而3D-VRT全部進行精確測量。比較兩種檢查方法對CCF瘺口位置、形態(tài)的顯示及瘺口大小的判斷統(tǒng)計學(xué)顯示全部有明顯差異（P＜0.01），見表3。

表1 2D-DSA與3D-VRT在腦動脈瘤檢查中的比較

表2 2D-DSA與3D-VRT在腦AVM檢查中的比較

表3 2D-DSA與3D-VRT在CCF檢查中的比較

2.2 3D-VRT聯(lián)合roadmap技術(shù)在出血性腦血管病變治療中的價值

1、2組共57例59枚動脈瘤中56例行電解或水解可脫性彈簧圈栓塞，其中4例寬頸動脈瘤行支架輔助彈簧圈固定，3例自動放棄治療。53例AVM患者46例行NBC意大利膠栓塞，4例行ONYX膠栓塞，2例因引流靜脈粗大血流速度快，建議病人開刀治療，1例病人因畸形團＜（1.2 cm×1 cm）建議病人行γ刀治療。24例CCF患者全部行可脫球囊栓塞術(shù)，其中23例頸內(nèi)動脈完好，1例頸內(nèi)動脈閉塞。所有1組病例，除AVM有多支動脈供血外，因3D-VRT結(jié)合roadmap技術(shù)，均一次roadmap成像下，導(dǎo)航導(dǎo)管或?qū)Ыz完成動脈瘤和CCF的栓塞治療，而2組在2D-DSA由roadmap輔助下治療中均有2～3次roadmap成像過程，所有病例的介入治療中，比較兩種治療手段的roadmap成像次數(shù)、造影劑和X線劑量進行t檢驗，統(tǒng)計處理均有顯著差異（P＜0.01），見表4。

表4 2D-DSA與3D-VRT結(jié)合roadmap技術(shù)在出血性腦血管病變診斷及治療中的綜合比較

3 討論

DSA 3D-VRT實質(zhì)是通過不同視角的2D-DSA圖像中所對應(yīng)的灰度信息恢復(fù)出血管三維空間形態(tài)的過程，即從錐束投影進行血管的三維重建，三維錐束重建算法有2種：濾波反投影法（Filtered Backprojection，F(xiàn)BP）和代數(shù)重建技術(shù)（Aljera ireconstruction Technique，ART），Arits dta三維工作站以濾波投影法的Feldramp算法，MIP的可視化技術(shù)為其影像重建過程。平板探測器相比傳統(tǒng)影像增強器所采集的二維圖像具有更高的分辨率和更大的旋轉(zhuǎn)角度而無影像失真，3D-VRT因為三維數(shù)據(jù)采集，其采集的數(shù)據(jù)多而逼真，重建的圖像空間分辨率極高、對比度高，圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于常規(guī)DSA[2-4]。roadmap技術(shù)是DSA減影方式中的一種特有形式，它是用含有造影劑的充盈像作蒙片（mask）與以后不含造影劑的透視圖像相減而獲得僅含造影劑的血管圖像，是超選擇造影和栓塞治療動脈瘤、AVM、CCF等過程中導(dǎo)絲、導(dǎo)管進靶血管和病變組織的導(dǎo)航工具。長期以來，為了更好地觀察病變與周圍血管的關(guān)系，以及尋找最佳病變顯示角度或血管（在多支供血AVM的血管篩選中），需通過人為旋轉(zhuǎn)C臂選擇最佳角度，該角度的選擇主要依靠醫(yī)師的經(jīng)驗判斷，通過多次“冒煙”或造影來尋找，常常費時費力，且增加了X線的輻射量與造影劑用量，得到的角度或血管還不一定滿意，利用3-DSA聯(lián)合roadmap技術(shù)，可一鍵到位，徹底解決常規(guī)DSA中的這一繁瑣過程。

3.1 3D-VRT聯(lián)合roadmap技術(shù)在腦動脈瘤中診斷及治療的價值

顱內(nèi)動脈瘤是顱內(nèi)動脈壁的異常薄弱部位，即血管壁中層缺陷處受血流沖擊而形成的異常膨出，為蛛網(wǎng)膜下腔出血最常見的原因[5]，約1/2的患者引起死亡或喪失勞動能力，因此早期診斷意義重大。普通的2D-DSA相對CT、MR（磁共振）等是其曾經(jīng)的診斷“金標(biāo)準(zhǔn)”，但由于2D-DSA一次采集只能獲得某一個平面的血管影像，這些影像是由相應(yīng)雜亂、扭曲的腦血管相互疊加而成，因遮擋或返折而容易形成假陰性（即漏診動脈瘤）和假陽性（即將動脈返折袢等誤診為動脈瘤），尤其在復(fù)雜或微小動脈瘤的診斷中不能提供精確、全面的影像信息。隨著影像設(shè)備與計算機技術(shù)的發(fā)展，3D-VRT已廣泛應(yīng)用于臨床，3D-VRT因有助于鑒別二維投影使血管重疊產(chǎn)生的血管襟或動脈圓錐，是診斷顱內(nèi)動脈瘤的重要依據(jù)，已經(jīng)成為顱內(nèi)動脈瘤診斷的“新金標(biāo)準(zhǔn)”[6]。3D-VRT經(jīng)三維任意旋轉(zhuǎn)觀察，可進一步明確動脈瘤瘤體、載瘤動脈和周圍血管之間的三維空間關(guān)系，以及瘤體、瘤頸顯示最好的角度，并對瘤頸、瘤體進行精確測量。而準(zhǔn)確了解動脈瘤瘤體和瘤頸的大小、形態(tài)以及動脈瘤與周圍毗鄰血管的關(guān)系對臨床治療成功與否及患者預(yù)后至關(guān)重要。本組選擇的病例中3D-VRT對動脈瘤準(zhǔn)確率比2D-DSA高13.15%（5/38），對動脈瘤瘤頸的顯示比2D-DSA高50.2%（81.6 %～31.4%），排除了2枚因血管迂曲、返折而造成的假陽性動脈瘤。確診了3例2D-DSA因角度問題或太小被遮擋而漏診的動脈瘤，其中2例病人在3D-VRT中顯示動脈瘤有穿支血管而不能介入治療。另外，3D-VRT不但具有比2D-DSA更直觀的視覺3D效果，而且能真實地表現(xiàn)顱內(nèi)動脈瘤的原始屬性，1組有5個動脈瘤在2D-DSA判斷為囊性動脈瘤，而3D-VRT顯示為梭形動脈瘤，相反，有3個動脈瘤在2D-DSA判斷為梭形動脈瘤，而3D-VRT顯示為囊性動脈瘤。特別是本組有4個在3D-VRT上顯示為葫蘆狀的動脈瘤，實質(zhì)是因為出血而形成的假囊與動脈瘤相連而成，這為栓塞治療提供了重要的影像依據(jù)，但2D-DSA因為角度和血管遮擋的原因便不能完全辨別。根據(jù)3D圖像中動脈瘤的幾何形態(tài)、位置與毗鄰血管的關(guān)系，可以直觀地為醫(yī)生在選擇第一條彈簧圈的半徑、長度、盤旋方式（即三維盤旋或二維盤旋）以及在瘤內(nèi)的釋放位置提供重要的影像信息[7]，由瘤頸形態(tài)、寬窄考慮是否用球囊輔助或支架植入支持彈簧圈的固定。經(jīng)3D-VRT提供的三維血管圖直傳至C臂機后形成的roadmap圖像，保留了動脈瘤及瘤頸的最佳顯示角度和FOV等信息。在動脈瘤的栓塞路徑中導(dǎo)航時，能快速準(zhǔn)確地反映動脈瘤栓塞所需的各項技術(shù)信息：導(dǎo)管導(dǎo)絲塑形的角度、方向及第一條彈簧圈的釋放位置等，尤其在栓塞過程中因roadmap的參照能實時觀察彈簧圈是否在瘤內(nèi)盤旋，及在瘤內(nèi)的盤旋方向、幾何形態(tài)、致密性、瘤體殘留空間等，為后續(xù)彈簧圈的選擇提供直觀的影像參考。在栓塞完成或治療途中，還可再次3D重建，將彈簧圈減影，以示瘤體是否殘留，如有殘留，可根據(jù)殘留的大小形態(tài)準(zhǔn)確決策選擇合適的彈簧圈進行完全栓塞[8]。當(dāng)然3D-VRT在動脈瘤診治中也有不足：因其顯示細微結(jié)構(gòu)能力較差，對豆紋動脈和皮層穿支血管的顯示便不如2D-DSA，其次，在3D-VRT圖像上因彈簧圈的形態(tài)被減影刪除，彈簧圈的堆積程度、方向和有無載瘤動脈內(nèi)突出便不能顯示，而這些對于再次治療和術(shù)后用藥非常重要。

3.2 3D-VRT聯(lián)合roadmap技術(shù)在腦AVM中的診斷及治療價值

腦AVM是一種胚胎時期腦血管發(fā)育異常所形成的先天性血管畸形，發(fā)病率為0.01%～0.5%，多表現(xiàn)為腦內(nèi)出血、癲癇發(fā)作等，常發(fā)生于青少年，尤其大量腦內(nèi)出血后引發(fā)5%～10%的病死率和30%～50%的致殘率，嚴(yán)重威脅人類健康[9]。血管內(nèi)介入治療已成為腦AVM的主要治療方法，而弄清楚血管構(gòu)筑、供血動脈、引流靜脈、血流速度及是否合并動脈瘤為成功治療的關(guān)鍵。一般AVM多有1支或多支供血動脈，供血方式有終末供血、過路供血或動靜脈短路。多支動脈供血的腦AVM中，每支供血動脈只支配畸形血管團內(nèi)固定的一部分，栓塞也僅能閉塞相應(yīng)的一部分。所以，制定正確的栓塞計劃，快速準(zhǔn)確地選擇最佳的超選動脈十分重要。對于簡單腦AVM的供血模式，2D-DSA可大致分清畸形血管團供血方式，但對于復(fù)雜的、流量大的腦AVM，常規(guī)2D-DSA由于受血管空間結(jié)構(gòu)和對比劑遮蓋的影響，對畸形團內(nèi)血管走形，供血方式不能完全清晰顯示。3D-VRT從多角度的三維圖像中大多可清楚顯示供血動脈的全程形態(tài)、畸形血管團內(nèi)部構(gòu)筑及和重要引流靜脈的關(guān)系，結(jié)合蒙片模擬出畸形團的立體形態(tài)，全方位顯示畸形團的具體位置，以判斷其是否位于重要功能區(qū)，利用供血動脈的粗細及供血動脈與正常分支開口的位置等因素，計算允許栓塞用膠返流的長度，預(yù)判誤栓的可能性與危險程度[10-11]。3D-VRT的測量軟件可測出畸形團的大小體積，結(jié)合超選DSA還可看出每一支供血動脈供應(yīng)畸形血管團的某個區(qū)域，找出最佳超選動脈，制定合理的栓塞計劃，并指導(dǎo)手術(shù)過程。本組26例經(jīng)3D-VRT檢查患者中12例患者畸形血管團供血動脈在2D-DSA顯示為2～3支動脈供血，而3D-VRT顯示為4～5支動脈供血。9例終末供血患者中6例能清晰顯示密集的畸形血管團相互交叉纏繞成團塊狀或鳥巢狀，特別是在所有AVM中5例畸形團內(nèi)伴有動脈瘤僅1例在2D-DSA中顯示，而3D-VRT均清晰顯示。Redekop等[12]報告畸形血管團內(nèi)動脈瘤100%會發(fā)生出血，因此在制定栓塞計劃時，首先應(yīng)選擇伴有動脈瘤的畸形血管團，即畸形血管團的“薄弱部分”，先將這部分栓塞后可有效防止再出血；相反，如果栓塞其他部分畸形血管團后，引起血流動力學(xué)發(fā)生變化，使伴有動脈瘤的畸形血管團內(nèi)血流量突然增加導(dǎo)致出血，這樣超選造影找到供應(yīng)動脈瘤的供血動脈便尤為重要。對于巨大、高血流多分支供血的AVM，需采取分次、分期用“三明治”注射技術(shù)進行栓塞，栓塞前進行超選造影確定栓塞范圍，3D-VRT便可為超選DSA提供直觀可靠的影像依據(jù)，在3D-VRT指引下超選DSA更具目的性和有效性。在確定AVM栓塞方案后，旋轉(zhuǎn)3D-VRT圖像，找到畸形團最有栓塞價值的供血動脈，使供血動脈的成角平面與X線方向垂直，在此角度下進行roadmap成像，導(dǎo)航微導(dǎo)絲或微導(dǎo)管進行超選擇造影及治療，基本能一次到位，傳統(tǒng)2D-DSA需根據(jù)醫(yī)生主觀判斷，反復(fù)“冒煙”，或多次用roadmap成像，尋找最有栓塞價值的供血動脈。因此3D-VRT聯(lián)合roadmap技術(shù)能明顯提高AVM栓塞時的工作效率，減少誤栓塞并發(fā)癥發(fā)生，為保證治療的安全性和愈后的準(zhǔn)確性，適當(dāng)時候還可進行超選或栓塞后的3D-VRT檢查。但由于3D影像為重建影像，因此它不能反映顱內(nèi)血流動力學(xué)的改變，對于在毛細血管期和靜脈期才能顯示的病變可能被漏掉。例如部分靜脈畸形和同時存在的靜脈竇血栓等，也不能動態(tài)觀察造影劑的彌散過程、靜脈顯影時間，而獲得畸形血管團的循環(huán)時間，無法把握畸形團的血流速度和血流量，不能為NBCA膠（氰基丙烯酸正丁脂生物膠）的濃度提供依據(jù)，因而3D-VRT結(jié)合roadmap技術(shù)在AVM的診斷及治療僅能作為2D-DSA的補充，而不能完全替代。

3.3 3D-VRT聯(lián)合roadmap技術(shù)在CCF中診斷及治療的價值

CCF是指頸內(nèi)動脈海綿竇段或其分支破裂，導(dǎo)致頸內(nèi)動脈與海綿竇之間形成的異常交通，從而使動脈血直接經(jīng)瘺道進入海綿竇，可分為外傷性和自發(fā)性，以外傷性居多占75%～85%[13]?？擅撉蚰宜ㄈ悄壳爸委烠CF的首選，治愈率可達80%～95%，而判定瘺口的位置、大小及形態(tài)為成功治療的關(guān)鍵[14-15]。兩組24例兩種檢查方法在CCF數(shù)量的檢出率上無明顯差異，2D-DSA由于造影劑大量快速滲漏到海綿竇，從而掩蓋了對瘺口的觀察，而3D-VRT經(jīng)重建好的圖像適當(dāng)調(diào)節(jié)窗寬、窗位及多方位旋轉(zhuǎn)，能較好觀察瘺口的位置、形態(tài)及方向，并進行精確測量，計算出瘺口的大小容積。本組選擇的病例中在瘺口位置、形態(tài)顯示上3D-VRT比2D-DSA提高53.8%（7/13），在瘺口大小的判定上3D-VRT比2D-DSA提高38.5%，在選擇roadmap的成像角度時3D-VRT結(jié)合roadmap技術(shù)，能盡量將CCF竇段全程顯示在同一層面上，保證roadmap圖像的信息涵蓋了竇段瘺口及海綿竇空間結(jié)構(gòu)情況，為栓塞球囊的大小、長度提供重要的影像信息。這樣在球囊的選擇上便有據(jù)可尋，以較少的球囊達到最滿意的效果。但3D-VRT由于不能顯示與血管相鄰的非血管結(jié)構(gòu)，如顱骨、軟組織等，具有一定局限性。

由表4可知，所有腦血管病的治療中，除AVM因存在畸形團多支供血、多支治療而有兩次成像外，3D-VRT聯(lián)合roadmap技術(shù)后，在最佳roadmap的選擇上幾乎一次成像，這樣既減少了造影劑的用量，又可降低術(shù)中病人及醫(yī)生的X線輻射劑量[16]，同時還可縮短治療時間，減少導(dǎo)管對病變血管的刺激，降低介入治療并發(fā)癥的發(fā)生。另外由于DSA的X線球管為有使用壽命的消耗品，每個球管約20萬個lu（每lu合30 s透視時長的損耗），因3D-VRT聯(lián)合roadmap技術(shù)減少了造影及治療的曝光時間，為X線球管使用延長壽命，具有一定的經(jīng)濟價值。

總之，平板DSA 3D-VRT結(jié)合roadmap技術(shù)不但能為術(shù)者提供更加豐富、直觀的血管影像，還可降低醫(yī)患輻射劑量、患者造影劑用量，是出血性腦血管病變診斷和介入治療中實時、有效的輔助工具。

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