運(yùn)用自制模體定量評(píng)價(jià)三維數(shù)字減影血管造影測量誤差的初步實(shí)驗(yàn)研究

朱純生 ZHU Chunsheng

洪國斌2 HONG Guobin

何 強(qiáng)1 HE Qiang

黃 樺1 HUANG Hua

黃惠蓮1 HUANG Huilian

1. 東莞市人民醫(yī)院放射科 廣東東莞

523000

2. 中山大學(xué)附屬第五醫(yī)院放射科 廣東珠海519000

三維數(shù)字減影血管造影（3D-DSA）可清晰顯示血管的三維立體結(jié)構(gòu)，廣泛運(yùn)用于臨床實(shí)踐中[1]，如在分析動(dòng)脈瘤頸部結(jié)構(gòu)和復(fù)雜動(dòng)脈瘤結(jié)構(gòu)方面有較大優(yōu)勢(shì)，尤其是在神經(jīng)介入中的應(yīng)用[2]，在介入手術(shù)時(shí)，雖然選擇合適的暴露靶血管的工作位置非常重要，但選擇合適的彈簧圈或支架大小也是治療的關(guān)鍵，其前提是準(zhǔn)確測量目標(biāo)物的大小。傳統(tǒng)2D-DSA的測量一般利用參照物，如導(dǎo)管或鋼球，或利用床高等參數(shù)進(jìn)行測量，但平板DSA的3D-DSA重建圖像測量一般不需要利用參照物，其測量值誤差是多少及能否反映真實(shí)目標(biāo)物的大小都是值得介入手術(shù)醫(yī)師關(guān)注的問題。本研究旨在運(yùn)用自制模體評(píng)價(jià)3D-DSA的測量誤差及變形情況，為介入手術(shù)醫(yī)師提供更為全面、真實(shí)的圖像，從而保證介入手術(shù)的安全、順利進(jìn)行。

1 材料與方法

1.1 材料 采用GE Innova 3100平板DSA系統(tǒng)，矩陣1024×1024，將28 cm×19 cm×14 cm的泡沫盒子盛滿水作為頭顱模體放置于導(dǎo)診床頭部，將9個(gè)直徑為10 mm的鋼球呈十字排列，鋼球間距3.5 cm，從左到右依次命名為A1、A2、O、B2、B1，從上到下（頂端頭側(cè)為上）依次為C1、C2、O、D2、D1，即十字交叉點(diǎn)為O（圖1A）,鋼球十字平面距床面10 cm，盡量水平于床面，側(cè)位透視下左右鋼球重疊，鋼球縱橫軸與平板縱橫軸一致。

1.2 方法 首先對(duì)DSA 機(jī)器系統(tǒng)進(jìn)行3D校準(zhǔn)，然后將頭顱模體做3D采集，參數(shù)：視野20 cm，機(jī)架選擇速度40°/s，小焦點(diǎn)，焦片距120 cm，透視下將O點(diǎn)置于視野中心（正側(cè)位均在視野中心，橫軸側(cè)位鋼球重疊），采集完后傳至ADW 4.3工作站，進(jìn)行3D重建（矩陣512×512，無骨模式）。使用容積再現(xiàn)（VR）顯示3D重建影像，重建閾值1800。

1.3 測量 以O(shè)點(diǎn)為圓心，用弧線分別將A1、B1、C1、D1點(diǎn)連接，A2、B2、C2、D2點(diǎn)連接，呈同心圓形狀。故將A1、B1、C1、D1點(diǎn)連接成的圓形作為外帶區(qū)，A2、B2、C2、D2點(diǎn)連接成的圓形作為內(nèi)帶區(qū)，O作為中央?yún)^(qū)。以O(shè)點(diǎn)為圓心，分別以A1、A2、O點(diǎn)連線，B1、B2、O點(diǎn)連線，C1、C2、O點(diǎn)連線，D1、D2、O點(diǎn)連線作為半徑。利用系統(tǒng)自帶測量方法直接測量每個(gè)鋼球直徑在正位、左側(cè)位、左前斜45°、右前斜45°、頭位30°和尾位30°6個(gè)體位的直徑（由于A1、A2、B1、B2和O在側(cè)位鋼球重疊，不能測量真實(shí)直徑，故不作測量要求），每個(gè)鋼球測量3次后取平均值，并計(jì)算其放大率。為保證測量的精確性，將重建視野放大至6.5 cm。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 15.0軟件，縱橫軸的各組（各條半徑）平均值行單因素方差分析，并利用最小顯著差數(shù)法對(duì)各條半徑上的數(shù)值進(jìn)行兩兩比較，即對(duì)比內(nèi)帶區(qū)、外帶區(qū)與中心區(qū)測量值（即放大率）的差異，P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同體位鋼球的直徑 不同體位的鋼球直徑測量結(jié)果見表1，組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=73.454,P<0.001），即內(nèi)帶區(qū)、外帶區(qū)及中央?yún)^(qū)的鋼球直徑有差異。

2.2 不同體位鋼球的放大率 不同體位鋼球的放大率見表2，各體位的最大放大率為外帶區(qū)（1.70%），最小放大率為中央?yún)^(qū)（－0.30%）。同一體位在不同角度測量的放大率變化不大，最大相差0.70%。通過相鄰3個(gè)鋼球即內(nèi)帶區(qū)、外帶區(qū)與中心區(qū)的平均值的兩兩比較得出，外帶區(qū)大于內(nèi)帶區(qū)和中心區(qū)（P<0.01），內(nèi)帶區(qū)大于中心區(qū)（P<0.01）。

2.3 不同體位鋼球的變形 在不同角度觀察所有鋼球均呈圓形，未見明顯失真（圖1B~D）。

圖1 A. 9個(gè)鋼球的放置，鋼球間距3.5 cm，呈十字排列；B. 正位顯示球體邊緣清晰，無變形失真；C. 右前斜20°+頭19°顯示球體邊緣清晰，無變形失真；D. 左前斜109°顯示球體邊緣清晰，無變形失真

表1 不同體位鋼球的直徑測量值（ mm）

3 討論

目前新興的無創(chuàng)血管成像技術(shù)，包括磁共振血管成像（MRA）、CT血管成像（CTA）、超聲等，均以DSA為“金標(biāo)準(zhǔn)”來評(píng)估其對(duì)血管病變測算的敏感性及特異性。這對(duì)DSA測量的準(zhǔn)確性提出了更高的要求，而且介入手術(shù)也是一種相對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)的診療活動(dòng)。3D-DSA可以從各個(gè)角度清晰顯示顱內(nèi)血管的3D動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)、形態(tài)、大小、位置及毗鄰關(guān)系，為腦血管疾病的診斷提供了更多信息，準(zhǔn)確率達(dá)89%~95%[3-5]。

在介入診療過程中，準(zhǔn)確的測量結(jié)果對(duì)手術(shù)的成功十分關(guān)鍵。如在行動(dòng)脈瘤栓塞術(shù)中，選擇彈簧圈大小及是否需要支架輔助等非常重要，若彈簧圈選擇過大，不容易塞入瘤體中；若選擇過小，容易掉出來引起遠(yuǎn)端血管栓塞以及其他并發(fā)癥。任何測量都會(huì)有誤差，將誤差控制在最小范圍或盡可能可以接受的最小區(qū)間是介入治療的前提。DSA有多種測量方法，包括自動(dòng)等中心校準(zhǔn)法、自動(dòng)床面與靶血管距離校準(zhǔn)法、導(dǎo)管校準(zhǔn)法、距離校準(zhǔn)法和球體校準(zhǔn)法，每一種測量方法都有各自的特點(diǎn)，各自的誤差已有不少研究，誤差為3.41%~12.42%[6]。

表2 不同體位鋼球的測量放大率（%）

關(guān)于平板DSA三維重建后的測量誤差研究較少，或由于機(jī)器性能的差異，研究結(jié)果也不相同[6-8]。GE Innova 3100平板DSA的3D功能無需先進(jìn)行旋轉(zhuǎn)采集蒙片，而是必須每隔一段時(shí)間進(jìn)行3D校準(zhǔn)一次，將測試模塊采集的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來，然后運(yùn)用于3D造影圖像，采用基本代數(shù)迭代算法包括原始扭曲的幾何影像和球管發(fā)出的椎體射線束精確糾正獲取的信息，重建出血管的真實(shí)三維空間結(jié)構(gòu)。由于X線管的焦點(diǎn)是面光源，呈錐形放射，根據(jù)投照幾何學(xué)原理，任何方向、任何位置都有放大，而且外帶區(qū)相比中心區(qū)放大率大，中心區(qū)相對(duì)放大率小。因此，為彌補(bǔ)C形臂機(jī)架的不穩(wěn)定和探測器尺寸及重建錐角的限制，有研究提出基于椎體束射線對(duì)物體進(jìn)行三維照射時(shí)采用加權(quán)濾波和反投影方法重建以達(dá)到更精確的重建數(shù)據(jù)[9]。另外，平板DSA在三維重建中需事先進(jìn)行校準(zhǔn)以糾正錐形射線束引起的變形放大[10]。運(yùn)用Feldkamp算法[11]，對(duì)機(jī)架不穩(wěn)定性進(jìn)行補(bǔ)償，在評(píng)價(jià)顱內(nèi)血管的細(xì)節(jié)上更可靠。

本研究由于條件限制，缺乏測量3D-DSA的專用工具，便利用鋼球代表靶血管，以與頭顱大小相當(dāng)?shù)呐菽惺M水作為模體。本研究發(fā)現(xiàn)，中心區(qū)的鋼球放大率變化不大，各體位的測量值為－0.30%~0.30%,而在外帶區(qū)放大率為0.70%~1.70%，內(nèi)帶區(qū)放大率為0.30%~1.00%，說明距離中心束越遠(yuǎn)，放大率越大，符合錐形射線的幾何成像原理。這就要求在進(jìn)行三維采集時(shí)盡量將感興趣區(qū)置于中心。但從測量數(shù)據(jù)分析，本研究中最大誤差為1.70%，即0.17 mm，不大于2%的放大率在介入診療過程中是可以接受的誤差范圍。另外，本研究中未發(fā)現(xiàn)鋼球在任何位置發(fā)生變形失真現(xiàn)象，與國內(nèi)其他研究有所區(qū)別，主要原因是本研究測量的是3D重建后的圖像，而不是旋轉(zhuǎn)采集的圖像[5]。因此，嚴(yán)格地說，3D-DSA測量的數(shù)據(jù)放大率不大，基本能反映所測試物體的真實(shí)大小和形狀，為介入治療手術(shù)提供了前提保障。本研究中重建成像采用VR技術(shù)測量，原因是VR技術(shù)是3D-DSA中評(píng)價(jià)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的最佳技術(shù)[12]。本研究所選擇的6個(gè)體位是所有DSA設(shè)備所能達(dá)到的角度，基本能代表三維空間位置。在普通DSA頭顱測量中運(yùn)用的參考標(biāo)記物基本都是直徑為10 mm的鋼球，故本研究以其作為對(duì)比物體。本研究的不足之處在于：鋼球在嚴(yán)格意義上不能代表血管，因其是固體，而動(dòng)脈血管是有彈性的且可以搏動(dòng)，而且鋼球是金屬物體，其密度與水之間的差異大，在VR重建時(shí)選擇的閾值可能偏大，其邊緣過于銳利。

綜上所述，在3D-DSA中測量數(shù)據(jù)比較真實(shí)可靠，完全滿足診療的需要，本研究結(jié)果同樣適用于其他運(yùn)用三維重建的介入手術(shù)測量。為了更好地控制測量誤差，應(yīng)該做到：①定期嚴(yán)格進(jìn)行DSA機(jī)器系統(tǒng)校準(zhǔn)；②將感興趣區(qū)盡量置于視野中心；③采用大矩陣、小視野；④測量時(shí)用放大測量。

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