MSCTA、2DDSA和3DDSA對頸動脈狹窄測量差異比較的實驗研究＊

張祖建，張 勇，陳淑君，周玉梅，王友杰，唐繼芳

（四川省德陽市人民醫(yī)院／成都中醫(yī)藥大學(xué)德陽臨床醫(yī)院：1.放射科；2.門診部 618000）

多年來，數(shù)字減影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）一直是血管性病變診斷的臨床“金標(biāo)準(zhǔn)”，三維數(shù)字減影血管造影（three dimensional digital subtraction angiography，3DDSA）進一步提高了DSA對腦血管病變的解剖形態(tài)和空間關(guān)系的顯示能力。隨著成像軟件開發(fā)和功能應(yīng)用的拓展，多層螺旋CT血管成像（multi-slice spiral CT angiography，MSCTA）已廣泛應(yīng)用于各種血管性疾病的篩查和診斷，并具有較高的敏感性和診斷準(zhǔn)確性。目前，絕大多數(shù)的CT和DSA工作站均配備有高級血管分析軟件（advanced vessel analysis，AVA），能夠?qū)︻i動脈或腦動脈狹窄程度進行重復(fù)定量分析，但對于MSCTA和DSA對血管狹窄的測量差異，文獻中的研究結(jié)果卻不甚一致。有學(xué)者認(rèn)為，MSCTA評估血管狹窄程度的準(zhǔn)確性不及2DDSA，并具有一定程度的高估，也有2DDSA對血管狹窄的測量準(zhǔn)確性低于3DDSA的報道。此前的報道均主要來源于臨床病例，尚缺乏真實病理或?qū)嶒災(zāi)Ｐ偷膶Ρ妊芯縖1-4]。本實驗通過MSCTA、2DDSA和3DDSA對血管狹窄模型的精確測量差異比較，探討MSCTA、2DDSA和3DDSA在頸動脈和腦血管狹窄臨床評估中的應(yīng)用價值。

1 材料與方法

1.1 材料 采用普通重力輸液管（山東威高醫(yī)用高分子制品股份有限公司，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)：YZB／國0341-2010，生產(chǎn)批號：20130321，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑2.8mm，標(biāo)準(zhǔn)外徑3.2mm），根據(jù)北美癥狀性頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)試驗組（North American symptomatic caroid endarterectomy trial，NASCET）標(biāo)準(zhǔn)[5]，利用熱凝法制備腦血管狹窄模型共30支，其中正常（0級，0%）2支，輕度狹窄（1級，1%～＜30%）6支，中度狹窄（2級，30%～＜70%）和重度狹窄（3級，70%～＜100%）各10支，血管閉塞（4級，100%）2支。

1.2 方法

1.2.1 MSCTA 西門子SOMATOM Definition 64層螺旋CT，掃描參數(shù)120kV，200～250mAs（管電壓自動調(diào)節(jié)補償技術(shù)），64mm×0.75mm采集方式，螺距為1，層厚0.75mm，選用高卷積函數(shù)H60f進行圖像重建，連接自動壓力注射器后以3mL／S推注非離子型造影劑（碘克沙醇，320mgI／mL）。將重建后圖像傳送至圖像后處理工作站，使用Inspace界面中的AVA軟件進行分析。

1.2.2 DSA 飛利浦Allura Xper FD20型數(shù)字減影血管造影機和Metro高壓注射器，為減小圖像放大率，經(jīng)多次實驗，將定床面高度確定為＋18，探測器-球管距離（SID）為120cm，成像視野（FD）＝48cm。2DDSA成像矩陣為1 024×1 024，造影時將血管模型、正圓鋼球平行排列于視野中心，連接自動注射器以3mL／s注射碘克沙醇8mL，攝正、側(cè)位＋斜位血管造影片。3DDSA為512×512成像矩陣，C臂旋轉(zhuǎn)240°（±120°），圖像采集6幀／秒，造影劑注射速度為3mL／s，圖像重建方式為選用容積再現(xiàn)（VR）。

1.3 圖像分析和測量 由2名具有豐富CTA和介入治療經(jīng)驗的放射醫(yī)師在CT和DSA圖像后處理工作站上，選取模型血管的最狹窄段作為感興趣測量區(qū)，利用AVA軟件對MSCTA、2DDSA和3DDSA數(shù)據(jù)進行分析。直徑狹窄率（DSR）（%）＝[1-（最小殘余管腔橫截面直徑／狹窄近、遠端動脈正常橫截直徑）]×100%、面積狹窄率（ASR）（%）＝[1-（最小殘余管腔橫截面面積／狹窄近、遠端動脈正常橫截面積）]×100%。在分析時將MSCTA原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入工作站，在AVA界面中即可自動生成多平面重建（MPR）圖像，將跟蹤點分別置于血管狹窄處兩端管腔中心，點擊stenosis按鈕后，手動校正或勾畫血管狹窄處及其兩端正常管腔，即可自動計算出該段血管的DSR和ASR。于2DDSA分析前須采用直徑10mm正圓鋼球進行手動校準(zhǔn)：在AVA校準(zhǔn)選項中選取鋼球直徑，輸入數(shù)值后可自動計算出像素校準(zhǔn)因子（即CF值＝每個像素在圖像中的大小），選擇狹窄血管段后，可自動或手動計算出DSR、ASR等測量數(shù)據(jù)，MSCTA可清楚顯示斑塊形態(tài)和厚度，將跟蹤點置于血管中心，手動勾畫狹窄處和兩端正常管腔后，自動計算出狹窄處管腔直徑為1.8mm，ASR為53%，DSR為31%，鋼球校準(zhǔn)后2DDSA測得狹窄管腔直徑為1.77mm，ASR為61%，DSR為37%，鋼球校準(zhǔn)后3DDSA測得的ASR為37%，DSR為21%。見圖1。

圖1 同一血管狹窄模型的測量分析

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行分析，計量資料用±s表示，不同成像方法對血管模型內(nèi)徑測量值比較采用Q檢驗和配對t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。MSCTA、2DDSA和3DDSA對模型血管狹窄程度分級的可靠性和一致性評價采用Kappa分析，α＝0.05為檢驗水準(zhǔn)，Kappa值小于或等于0.40為診斷一致性較差，Kappa值0.4～0.75為一致性較好，≥0.75為診斷一致性極佳。

2 結(jié)果

2.1 血管模型內(nèi)徑測量 3DDSA與MSCTA、2DDSA對模型血管內(nèi)徑的測量值比較，t＝14.95、11.89，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）。3種測量方法差異見表1。

表1 不同成像測量方法對血管模型內(nèi)徑測量差異比較±s，n＝30）

表1 不同成像測量方法對血管模型內(nèi)徑測量差異比較±s，n＝30）

-：無數(shù)據(jù)；測量誤差＝實測內(nèi)徑-標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑／標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑×100%。

項目 MSCTA 2DDSA 3DDSA F P實測內(nèi)徑（mm）2.76±0.07 2.83±0.05 3.08±0.09 382.24 0.00測量誤差（%）-1.42 1.07 10.00 - -

2.2 DSR和ASR 對于同一狹窄分級的血管模型，利用AVA軟件，3種成像方法所計算出的ASR均大于DSR，MSCTA、2DDSA測得的ASR值與NASCET的分級標(biāo)準(zhǔn)一致，見表2；3DDSA測得的ASR及DSR值與血管狹窄分級標(biāo)準(zhǔn)的參考值比較，均有較明顯的低估；以ASR和DSR測量為基礎(chǔ)的血管模型狹窄程度分級見表3。

表2 MSCTA、2DDSA和3DDSA對NASCET 1～3級血管模型的狹窄率測量（±s，%）

表2 MSCTA、2DDSA和3DDSA對NASCET 1～3級血管模型的狹窄率測量（±s，%）

ASR DSR分級MSCTA 2DDSA 3DDSA 1級 22.8±5.2 25.4±3.5 13.2±4.7 10.9±3.9 14.3±2.MSCTA 2DDSA 3DDSA 4 6.5±2.6 2級45.4±12.9 49.6±14.8 24.7±7.6 29.8±6.2 32.6±8.5 22.6±5.7 3級72.8±15.5 78.2±17.8 54.8±16.6 60.8±7.4 59.8±9.6 36.8±8.2

表3 不同成像測量方法對30支血管模型的狹窄程度分級評估（n）

2.3 診斷一致性比較 根據(jù)ASR和DSR測量的NASCET分級，以2DDSA為診斷“金標(biāo)準(zhǔn)”行Kappa分析，MSCTA與2DDSA對血管狹窄程度的判斷具有極佳的一致性，Kappa值分別為0.86和0.91，而3DDSA對血管狹窄程度判斷的一致性和可靠性較差，Kappa值分別為0.35和0.42。

3 討論

動脈粥樣硬化引起的頸動脈和腦動脈狹窄是發(fā)生缺血性腦卒中的重要原因，其發(fā)病機制與管腔狹窄后腦內(nèi)持續(xù)低灌注、斑塊成分脫落和栓子形成有關(guān)，隨著動脈狹窄程度增加，發(fā)生大面積腦梗死的概率和風(fēng)險顯著上升，文獻報道80%的急性腦梗死患者存在頸動脈狹窄，發(fā)達國家和白種人則以顱外段狹窄多見，發(fā)展中國家和亞洲人則以顱內(nèi)血管狹窄更為多見[6-9]。準(zhǔn)確評估血管狹窄程度、功能狀態(tài)和粥樣斑塊性質(zhì)，及時采取臨床干預(yù)和治療措施，對降低腦血管病的發(fā)病率，減輕腦血管病危害具有重要的臨床意義[10]。

MSCTA和DSA徑線或距離的精確測量是準(zhǔn)確評估血管狹窄程度的前提，其影響因素較多。定期進行CT和DSA成像系統(tǒng)的穩(wěn)定性檢測和校準(zhǔn)，檢查過程中選擇合適的視野、矩陣和圖像重建方法，造影劑濃度和注射速率的選擇，探測器-球管距離和床面高度的調(diào)節(jié)是影像質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，也是進行精確測量的重要基礎(chǔ)[11]。本實驗采用固定的床面高度、探測器-球管距離，視野和成像矩陣，盡量減小圖像放大率以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實際工作中，MSCTA成像時造影劑濃度過低或粥樣斑塊較大，AVA分析常難以確定血管內(nèi)壁或斑塊的真實邊界，導(dǎo)致狹窄殘腔內(nèi)徑或截面面積的測量誤差[12]。本實驗中采用的高卷積函數(shù)（H60f）進行圖像重建，具有較高的對比度和信噪比，借助多平面重組能夠清晰顯示血管內(nèi)壁和準(zhǔn)確勾畫血管的狹窄斷面，所測得的血管模型內(nèi)徑與實物的誤差僅約1%，為AVA的準(zhǔn)確分析和評價奠定了應(yīng)用基礎(chǔ)。在進行PTCA和外周小血管介入的操作中，5F導(dǎo)管校準(zhǔn)法是最為常用的測量方法，可用于支架、球囊、濾器尺寸的訂制或確認(rèn)，但在神經(jīng)介入手術(shù)中，由于顱內(nèi)血管圖像中通常不包含導(dǎo)管或僅在圖像邊緣區(qū)域顯示部分導(dǎo)管，此時用偏離視野中心的導(dǎo)管進行校準(zhǔn)測量可能會導(dǎo)致較大的測量誤差，不利于支架、彈簧鋼圈或擴張球囊大小的選擇，因此有學(xué)者提倡使用鋼球作為參照物來進行校準(zhǔn)測量[13-14]。本實驗中采用10mm正圓鋼球進行2DDSA測量的距離校準(zhǔn)，所測得的模型血管內(nèi)徑與真實管徑的測量誤差最小。3DDSA的測量精度與機架旋轉(zhuǎn)過程中設(shè)備的穩(wěn)定性、視野、成像矩陣和重建方法的選擇有關(guān)，隨著視野的縮小和成像矩陣的加大，3DDSA的測量誤差則有減小的趨勢[11]。與MSCTA不同，3DDSA因受C臂旋轉(zhuǎn)角度限制，所采集的容積數(shù)據(jù)量較MSCTA有顯著差距，重組后的圖像質(zhì)量與MSCTA比較相對較差。本實驗中3DDSA采用VR成像方式，模型血管內(nèi)徑測量值與實際值誤差較大，增大成像閾值后管徑測量值雖有所降低，但模型血管的銳利度下降，并伴有圖像信息丟失，有相當(dāng)一部分模型血管無法完成AVA分析，分析其原因應(yīng)與采集的容積數(shù)據(jù)較少有關(guān)，加之目前3D DSA通常僅可采用自動校準(zhǔn)模式，尚不能通過導(dǎo)管或鋼球等參照物進行校準(zhǔn)，其校準(zhǔn)精度較低，測量誤差亦相對較大。此外，靶血管偏離成像視野中心也可影響MSCTA和DSA的精確測量，并產(chǎn)生較明顯的誤差。增加探測器的容積數(shù)據(jù)采集并采用高分辨重建方法有助于改善3DDSA的空間距離測量準(zhǔn)確性，需進一步的研究。

ASR和DSR是MSCTA和DSA的AVA分析中，能自動或半自動獲取并用于評估血管狹窄程度的重要數(shù)據(jù)。NASCET和歐洲頸動脈外科試驗協(xié)作組在提出定義標(biāo)準(zhǔn)時均采用的是根據(jù)DSR評估血管的狹窄程度，其計算和應(yīng)用也相對簡便[5，14]。由于動脈粥樣硬化斑塊具有扁平型、突出型、潰瘍型等多種形態(tài)類型，在狹窄殘腔的直徑相同的情況下，其面積狹窄率可不盡相同。因此，大多數(shù)的學(xué)者認(rèn)為ASR能準(zhǔn)確反映血流動力學(xué)變化，比DSR所反映的血管狹窄程度更為準(zhǔn)確可靠[2，4，6]。本實驗中MSCTA、2DDSA和3DDSA對同一血管模型所測得的ASR均大于DSR，在2DDSA和CTA的AVA分析中，根據(jù)ASR和NASCE標(biāo)準(zhǔn)判斷為中度或重度狹窄的血管模型，采用DSR所評估的狹窄程度均有不同程度的降低，也再次證明采用ASR作為血管狹窄評估指標(biāo)的正確性。在診斷效能評價方面，以DSA為金標(biāo)準(zhǔn)，分別以ASR和DSR作為血管狹窄評估指標(biāo)，經(jīng)Kappa分析，MSCTA與鋼球校準(zhǔn)后2DDSA對血管模型的狹窄程度分級具有極佳的診斷一致性，而3DDSA對模型血管狹窄程度評估的準(zhǔn)確性相對較低。

64層螺旋CT空間分辨率和時間分辨率高，各向同性，可在任意方向進行血管重組并無變形失真[15-16]，基于高卷積函數(shù)重建的MSCTA圖像和AVA血管分析，能夠全面顯示粥樣硬化斑塊、管壁厚度，避免血管周圍骨性結(jié)構(gòu)干擾，尤其適用于走行迂曲的頸動脈和腦動脈狹窄的分析和評估。有報道認(rèn)為，由于投照角度、血管重疊或血管分叉角度的影響，2DDSA常不能準(zhǔn)確顯示粥樣硬化斑塊、血管的最大狹窄角度，可能會低估血管的狹窄程度[3-4]。本實驗中的模型血管均為垂直方向走行，不存在血管分叉或成角的干擾，2DDSA采用旋轉(zhuǎn)方式采集，結(jié)果表明2DDSA和MSCTA對血管模型的內(nèi)徑的測量值與實際值間的誤差最小，對血管狹窄程度分級也具有極佳的一致性，與Simith等[17]的研究結(jié)果亦較為一致。3DDSA具有比2DDSA更為直觀的三維成像效果，能夠同時顯示血管、顱骨間的復(fù)雜解剖關(guān)系，結(jié)合虛擬血管內(nèi)鏡顯示，有助于發(fā)現(xiàn)更多的狹窄斑塊和潰瘍。但由于存在較大的測量誤差，尚不能單獨依賴于3DDSA的AVA分析來評估血管的狹窄程度。

本實驗研究通過基于高分辨重建的MSCTA、常規(guī)DSA和3DDSA對血管狹窄模型的精確測量差異比較，證明MSCTA和2DDSA的測量準(zhǔn)確性要高于3DDSA。臨床實際工作中，在對于頸內(nèi)動脈顱外段等管徑較大的血管進行AVA分析時，上述差異可能并不具有明顯的臨床意義，但對于具有嚴(yán)格測量要求的神經(jīng)介入或小血管內(nèi)治療（如管徑較細的頸內(nèi)動脈顱內(nèi)段和腦內(nèi)動脈），了解上述測量精度差異，選擇正確的方法進行靶血管測量，仍具有一定的臨床實用價值。

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