一鍵去骨法與減影法

在頭顱CTA血管重建中的對(duì)照研究

陳榮云1，2 彭 偉2 王 葦1 徐文娟1 趙 義1 李琛瑋3

近年來隨著多層螺旋CT廣泛應(yīng)用及CT血管成像（CTA）技術(shù)的日益完善，頭顱CTA以其快速、簡單、無創(chuàng)成為重要的腦血管病檢出方法[1]。自動(dòng)去骨技術(shù)為頭顱CTA的重要重建技術(shù)，它能簡便快速去除顱骨干擾，清晰顯示顱內(nèi)各分支血管。目前國內(nèi)外存在多種自動(dòng)去骨方法，部分去骨法因設(shè)備昂貴，技術(shù)復(fù)雜、效果不好、后處理時(shí)間長或需要特定的后處理軟件等原因，而未得到大范圍的應(yīng)用。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的是減影法，其原理類似數(shù)字減影血管造影(DSA)[2]，因骨組織增強(qiáng)前后密度不變減影時(shí)會(huì)被去除，從而得到去骨的減影圖像，再進(jìn)行血管重建。一鍵去骨法（one-click bone removal）是一種較為新近的自動(dòng)去骨法[3-4]，它是在一次增強(qiáng)掃描的基礎(chǔ)上，將頭部 CTA數(shù)據(jù)自動(dòng)分為上、中、下三部分，對(duì)不同部位采用不同的血管提取算法，最后融合成完整的頭顱血管。本文就一鍵去骨法與經(jīng)典的減影法在頭顱CTA血管重建中的應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比分析，旨在探討CTA一鍵去骨法在腦血管重建中的應(yīng)用價(jià)值。

方 法

1.一般資料

回顧性收集揚(yáng)州大學(xué)附屬醫(yī)院2015年9月至2016年11月連續(xù)共247例行頭顱CTA血管成像的患者，其中男149例，女98例，年齡19～86歲，平均齡62.1±13.1歲。臨床癥狀表現(xiàn)為頭暈、頭痛、乏力、肢體活動(dòng)障礙為主。所有患者均簽署知情同意書，排除碘過敏、嚴(yán)重肝腎功能損害及意識(shí)障礙不能配合檢查者。

2.掃描及后處理方法

采用西門子64層128排螺旋CT。掃描參數(shù)：管電壓120kV，管電流160～220mA，層厚5.0mm，螺距為 0.984：1，矩陣 512×512，F(xiàn)OV 220mm，重建層厚0.625mm。掃描范圍：從顱底到顱頂，先平掃后增強(qiáng)掃描，兩次掃描參數(shù)、起始點(diǎn)、掃描范圍及層面中心保持完全一致。增強(qiáng)時(shí)先經(jīng)前臂靜脈團(tuán)注碘伏醇70ml，注射速率4.0～5.0ml/s，隨后以同樣速率注入20～30ml生理鹽水。增強(qiáng)掃描時(shí)使用自動(dòng)觸發(fā)技術(shù)，將感興趣區(qū)放置于頸內(nèi)動(dòng)脈內(nèi)，觸發(fā)閾值為100HU。

一鍵去骨法是應(yīng)用聯(lián)影公司高級(jí)血管分析軟件對(duì)增強(qiáng)圖像進(jìn)行直接重建，基本處理步驟有：①讀取序列圖像數(shù)據(jù)；②進(jìn)行歸一化處理；③繪制灰度直方圖并計(jì)算每幀圖像分割閾值；④根據(jù)前后連續(xù)的五幀圖像閾值對(duì)每幀圖像進(jìn)行閾值平滑和分割；⑤計(jì)算每幀圖像拉普拉斯邊緣；⑥將拉普拉斯邊緣與閾值分割圖像合成；⑦然后形態(tài)學(xué)處理并將輪廓小于一定閾值噪聲塊去掉；⑧最后圖像數(shù)據(jù)輸出[3-4]。

減影法是將兩次掃描的原始數(shù)據(jù)傳入西門子后處理工作站，利用sub/add軟件，用增強(qiáng)后圖像與平掃相減得到減影圖像再進(jìn)行血管重建的技術(shù)，以容積再現(xiàn)（VR）和最大密度投影（MIP）進(jìn)行任意角度血管顯示。

3.圖像質(zhì)量及影像診斷分析

由兩名主治醫(yī)師采用雙盲法進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)，意見不一致時(shí)通過討論取得一致。血管分段標(biāo)準(zhǔn)：成對(duì)動(dòng)脈分左右支，每支動(dòng)脈再按解剖位置分段（按照Bouthillier 1996分段方法，如大腦前、中、后動(dòng)脈及椎動(dòng)脈分為四段，頸內(nèi)動(dòng)脈分為七段，前后交通動(dòng)脈、基底動(dòng)脈），顱內(nèi)血管共分為44段，對(duì)每段血管分別進(jìn)行評(píng)分。主觀評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[5]分為5分：大血管主干光滑銳利，分支及遠(yuǎn)端顯示好。4分：大血管主干顯示好，分支及遠(yuǎn)端顯示較好。3分：大血管及近端分支顯示較好，遠(yuǎn)端分支顯示不佳。2分：血管邊緣毛糙，大血管及分支顯示欠佳。1分：血管粗糙，分支及遠(yuǎn)端血管顯示不清，影響診斷。

血管狹窄程度的測量及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照北美頸動(dòng)脈外科研究學(xué)會(huì)（NASCET）標(biāo)準(zhǔn)[6]：血管狹窄率=（1-A/B）×100%（A：最狹窄處血管直徑；B：狹窄遠(yuǎn)端正常血管動(dòng)脈直徑）。血管狹窄程度分為輕度狹窄（狹窄率為0～29%），中度狹窄（狹窄率為30%～69%）和重度狹窄（狹窄率為70%～99%）。

血管瘤的檢出以DSA為金標(biāo)準(zhǔn)。鈣化的檢出以原始薄層平掃圖像為標(biāo)準(zhǔn)。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用秩和檢驗(yàn)Mann-Whitney法對(duì)兩種后處理方法所得總血管及分段血管質(zhì)量評(píng)分進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)病變的檢出用配對(duì)卡方檢驗(yàn)McNemar法。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1. 研究對(duì)象病變類型分布

研究對(duì)象血管正常者127例，血管存在病變者120例，其中動(dòng)脈狹窄36例67段血管；動(dòng)脈閉塞29例208段血管；動(dòng)脈瘤50例61個(gè)動(dòng)脈瘤（不包括動(dòng)脈瘤術(shù)后），支架及動(dòng)脈瘤術(shù)后金屬夾植入22例，其中狹窄并閉塞8例，動(dòng)脈瘤并閉塞1例，動(dòng)脈瘤并狹窄1例，狹窄并金屬夾植入1例，閉塞并金屬夾植入2例，閉塞并支架植入2例，狹窄、閉塞并支架植入1例。

表1 兩種去骨法在顱內(nèi)各段血管圖像質(zhì)量評(píng)分比較

2.兩種圖像顯示血管評(píng)分對(duì)比

247例病人總共10868段血管，總體血管評(píng)分組別之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異P=0.405，一鍵去骨法血管評(píng)分均值為4.49±1.098，其中5分8412段，4分912段，3分544段，2分455段，1分545段。減影法血管評(píng)分均值為4.50±1.065，其中5分8346段，4分1052段，3分574段，2分385段，1分511段。雙側(cè)椎動(dòng)脈V4段減影法與一鍵去骨法血管評(píng)分相比差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（左側(cè)V4：一鍵去骨法4.41±1.239，減影法 4.66±0.895，P=0.026；右側(cè) V4：一鍵去骨法 4.04±1.442，減影法 4.37±1.205，P=0.017）。雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C2段一鍵去骨法與減影法血管評(píng)分相比差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（左側(cè)C2：一鍵去骨法4.55±1.034，減影法 4.49±1.059，P=0.039；右側(cè)C2：一鍵去骨法 4.39±1.204，減影法4.34±1.035，P=0.028，圖1）。其他各分段兩種血管評(píng)分差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞ 0.05 ， 表 1）。

圖1 正常病例頭顱CTA檢查MIP圖像。A.減影法右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C2段管壁毛糙，圖像質(zhì)量評(píng)分為3分（箭頭）；B.一鍵去骨法此處管壁光滑完整，圖像質(zhì)量評(píng)分5分（箭頭）。

圖2 右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈海綿竇段及左側(cè)椎動(dòng)脈V4段鈣化病例MIP圖像。A.減影法兩處鈣化未顯示（箭頭）；B.一鍵去骨法清楚顯示兩處鈣化（箭頭）。

圖3 右側(cè)大腦中動(dòng)脈M1段動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后病人MIP圖像。A.減影法動(dòng)脈瘤金屬夾未見顯示（箭頭）；B.一鍵去骨法圖像能清楚顯示動(dòng)脈瘤金屬夾位置大小形態(tài)（箭頭）。

圖4 基底動(dòng)脈狹窄支架植入病例MIP圖像。A.減影法支架未顯示（箭頭），并且由于支架金屬標(biāo)記減影夸大血管狹窄程度；B.一鍵去骨法能清晰顯示支架（箭頭）以及相鄰血管狹窄程度。

3.兩組圖像對(duì)血管病變的檢出

血管狹窄36例共69段血管狹窄，其中輕度狹窄24段，中度狹窄17段，重度狹窄28段，兩種方法檢出一致。血管閉塞29例共208段，兩者檢出一致。經(jīng)DSA證實(shí)的動(dòng)脈瘤50例共61個(gè)動(dòng)脈瘤，其中42例單發(fā)，5例多發(fā)2個(gè)，3例多發(fā)3個(gè)。一鍵去骨法檢出55個(gè)動(dòng)脈瘤，減影法檢出57個(gè)動(dòng)脈瘤，兩種方法同時(shí)漏診的4個(gè)動(dòng)脈瘤經(jīng)DSA驗(yàn)證均＜3mm，1例為多發(fā)3個(gè)動(dòng)脈瘤2個(gè)未顯示，2例為多發(fā)2個(gè)動(dòng)脈瘤1個(gè)未顯示，利用配對(duì)卡方檢驗(yàn)（P=1.000）。經(jīng)原始薄層平掃圖像驗(yàn)證，血管鈣化110例共371段。一鍵去骨法顯示103例354段，減影法顯示68例243段，兩者均未顯示的4例13段鈣化在原始薄層平掃圖像上顯示均為頸內(nèi)動(dòng)脈顱內(nèi)段，1例右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C6、7段，1例左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C4、5段，1例雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C4～7段及1例左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C5段，利用配對(duì)卡方檢驗(yàn)（P=0.000，圖2）。血管病變術(shù)后金屬夾、支架共22例，其中支架2例，金屬夾20例，一鍵去骨法顯示18例，減影法顯示5例，兩者均未顯示4例，經(jīng)檢驗(yàn)（P=0.000， 圖 3、4）。

討 論

本研究結(jié)果顯示一鍵去骨法與減影法這兩種CTA血管重建技術(shù)在自動(dòng)去骨總體血管圖像質(zhì)量評(píng)分無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，腦部血管顯示是等價(jià)的，這與Morhard等[7]、Donmez等[8]報(bào)道結(jié)果一致。一鍵去骨法利用增強(qiáng)后的薄層圖像直接進(jìn)行血管重建，它根據(jù)頭部血管走行的不同解剖部位將血管自動(dòng)劃分為3塊，即頭上部、頭中部和頭下部，分別采用對(duì)應(yīng)的血管提取算法實(shí)現(xiàn)血管提取，它減少了病人一次輻射劑量，同時(shí)最大限度地保留了原始數(shù)據(jù)信息，對(duì)疾病能做出較為準(zhǔn)確的診斷。同時(shí)一鍵去骨法處理時(shí)間短，具有能重新閾值計(jì)算設(shè)定和輔以手工切除功能。一鍵去骨法軟件包具有“bone”“highlight”“Non bone”“both”四種模式可以分別只顯示血管、骨和兩者都顯示，三者也可以相互切換，這樣對(duì)于明確解剖位置及空間關(guān)系具有重要意義。減影法CTA對(duì)病人制動(dòng)要求比較高，兩次掃描位置、范圍、參數(shù)、中心均要求完全一致，同時(shí)兩次掃描大大增加了病人的輻射量。本研究還提示雙側(cè)椎動(dòng)脈V4段減影法CTA優(yōu)于一鍵去骨法CTA，而雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈C2段一鍵去骨法優(yōu)于減影法CTA；這種差異可能與特異的解剖位置關(guān)系及兩種去骨法不同的血管成像原理有關(guān)，尚需要進(jìn)一步分析。本研究初步認(rèn)為，椎動(dòng)脈V4發(fā)育不良比較纖細(xì)，減影法對(duì)纖細(xì)血管的顯示有一定優(yōu)勢；而頸內(nèi)動(dòng)脈C2段與破裂孔骨質(zhì)關(guān)系密切，增強(qiáng)后的血管與骨質(zhì)密度部分重疊，不利于減影法去骨，一鍵去骨法可根據(jù)血管及骨骼兩者間形態(tài)、結(jié)構(gòu)及走行的不同將兩者區(qū)分開，這與Watanabe等[9]人的研究結(jié)果一鍵去骨法對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈入顱段的顯示優(yōu)于減影法相一致。

在腦動(dòng)脈病變方面，本研究結(jié)果顯示一鍵去骨法和減影法兩種方法對(duì)血管狹窄及閉塞檢出一致，動(dòng)脈瘤的檢出無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。同時(shí)，我們通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)血管鈣化及血管病變術(shù)后金屬夾、支架顯示一鍵去骨法顯著優(yōu)于減影法，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。減影法去骨時(shí)因鈣化、金屬夾、支架及部分顱內(nèi)病變密度未有明顯變化也被減去，對(duì)病人的部分原始信息造成了丟失[10]，即便DSA作為血管檢查的金標(biāo)準(zhǔn)，也面臨相同的局限與不足。一鍵去骨法能保留病變鈣化、清晰顯示術(shù)后金屬置入物的形態(tài)位置，這對(duì)于術(shù)后評(píng)價(jià)和隨訪具有重要的臨床參考價(jià)值[11]。

一直以來CTA檢查輻射劑量及對(duì)比劑應(yīng)用所帶來的不良反應(yīng)為其主要缺點(diǎn)，而如何有效地減低病人輻射劑量是頭顱CTA研究重點(diǎn)[12]。國際放射線防護(hù)委員會(huì)已提出醫(yī)用輻射劑量的約束概念，即放射實(shí)踐正當(dāng)化；歐洲推薦的常規(guī)CT掃描劑量CT劑量指數(shù)為60mGy，劑量長度乘積為1060mGy·cm[13]。參考國外研究經(jīng)驗(yàn)即使平掃使用低劑量掃描，輻射劑量也要增加約20%～25%[14]。一鍵去骨法不需要平掃，較減影法具有明顯降低輻射劑量的優(yōu)勢?？傊?，一鍵去骨法在頭顱CTA血管重建中圖像質(zhì)量和對(duì)于病變的顯示均不劣于減影法，而且對(duì)血管壁鈣化和術(shù)后金屬置入物的顯示優(yōu)于經(jīng)典的減影法，同時(shí)又減少了患者輻射劑量，值得應(yīng)用和推廣。