基于4D-CTA技術(shù)測(cè)量頭頸血管循環(huán)時(shí)間的可行性

張小勇 胡容 曾憲春 王榮品 李文航 伍瑤斌 余暉

1貴州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院（貴陽(yáng)550002）；2貴州省人民醫(yī)院放射科（貴陽(yáng)550002）；3貴州省智能醫(yī)學(xué)影像分析與精準(zhǔn)診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（貴陽(yáng)550002）；4貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院影像科（貴陽(yáng)550002）

隨著CT 設(shè)備的不斷發(fā)展，頭頸血管成像因其無(wú)創(chuàng)、快捷等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于頸腦血管病變的疾病篩查［1-2］。但受到設(shè)備因素、患者因素、操作者經(jīng)驗(yàn)的影響，頭頸血管CT 成像的效果參差不齊。尤其是頭頸靜脈系統(tǒng)成像，由于循環(huán)時(shí)間不易掌握，常常難以獲得較好的圖像。采集顯影不良的圖像有可能造成漏診或誤診，也可能導(dǎo)致患者重復(fù)檢查，將增加患者對(duì)比劑和輻射損害的風(fēng)險(xiǎn)?；颊邆€(gè)體循環(huán)時(shí)間在檢查前常常不能預(yù)測(cè)，因此對(duì)于患者頭頸循環(huán)時(shí)間的測(cè)量，了解不同患者之間頭頸血管血流動(dòng)力學(xué)的異同，對(duì)指導(dǎo)頭頸血管CT 成像有一定的參考價(jià)值。既往有研究［3-5］采用超聲、DSA 等方法對(duì)腦血管進(jìn)行循環(huán)時(shí)間測(cè)量時(shí)，多基于一個(gè)層面動(dòng)脈和靜脈的時(shí)間差進(jìn)行測(cè)量，采用CT 對(duì)于大范圍頭頸動(dòng)脈和靜脈循環(huán)時(shí)間的測(cè)量鮮有研究。本研究擬采用頭頸血管4D-CTA 數(shù)據(jù)進(jìn)行回顧性分析，測(cè)量動(dòng)脈、靜脈的循環(huán)時(shí)間，探討其可行性，同時(shí)為優(yōu)化頭頸范圍動(dòng)脈、靜脈CT 成像的時(shí)機(jī)提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性收集2018年1月至2021年3月在我院懷疑頭頸血管病變行4D-CTA 檢查的患者368 例，排除薄層數(shù)據(jù)不完整、無(wú)法查找臨床信息，動(dòng)、靜脈之間存在異常通道，血管狹窄、閉塞影響血流狀態(tài)的患者。最終298 例患者納入研究，其中男161 例，女137 例，平均年齡（60.15 ±14.73）歲，體質(zhì)量（63.99 ± 1.50）kg，BMI（24.01 ±3.43）kg/m2。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 檢查方案 患者采用仰臥位，采用束帶將額部與下頜固定，囑咐患者掃描過(guò)程中不要做吞咽動(dòng)作。采用Siemens Somatom Force CT（SOMATOM Force，Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，Germany）掃描儀搖籃床模式行頭頸范圍動(dòng)態(tài)血管掃描（4DCTA）。掃描參數(shù)：管電壓70、80 kV，管電流50 ～100 mAs，探測(cè)器準(zhǔn)直為192×0.6 mm，球管轉(zhuǎn)速為250 ms/rot。非離子型對(duì)比劑碘帕醇40 mL，濃度370 mgI/mL，注射速率5 mL/s，采用雙筒高壓注射器經(jīng)右肘靜脈團(tuán)注，延遲6 s 同步開(kāi)始頭頸血管動(dòng)態(tài)掃描。范圍由主動(dòng)脈弓至顱頂，采集容積數(shù)據(jù)22 組，每組間隔時(shí)間2 s，圖像重建層厚1 mm，層間距0.7 mm。

1.3 圖像數(shù)據(jù)分析 將1 mm 圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入syngo.via（VB20 版本）后處理工作站，指定動(dòng)態(tài)血管成像模塊進(jìn)行處理，依次進(jìn)行圖像校正、四維降噪。在橫斷位圖像中按住鼠標(biāo)左鍵左右滑動(dòng)，選擇最佳動(dòng)脈期、最佳靜脈期圖像畫(huà)感興趣區(qū)（ROI），ROI大于血管斷面1/3 ～1/2。最佳動(dòng)脈期分別選擇主動(dòng)脈弓（AA）、C4 水平雙側(cè)頸總動(dòng)脈（CA）和椎動(dòng)脈（VA）、雙側(cè)大腦中動(dòng)脈（MCA）M1 段、基底動(dòng)脈（BA）中段等層面進(jìn)行測(cè)量；最佳靜脈期分別選擇C4 水平雙側(cè)頸內(nèi)靜脈（ICV）和乙狀竇（SS）、上矢狀竇（SSS）中段層面。獲取各個(gè)感興趣區(qū)（圖1AF）的對(duì)比劑的時(shí)間-密度曲線(xiàn)（圖1G），記錄各個(gè)感興趣區(qū)峰值CT 值和達(dá)峰時(shí)間。

圖1 各感興趣區(qū)測(cè)量位置及時(shí)間密度曲線(xiàn)Fig.1 Measurement position and time density curve of each region of interest

1.4 循環(huán)時(shí)間計(jì)算 通過(guò)測(cè)量各個(gè)感興趣達(dá)峰時(shí)間，分別計(jì)算主動(dòng)脈弓至顱內(nèi)（大腦中動(dòng)脈和基底動(dòng)脈）的平均時(shí)間（T1）、主動(dòng)脈弓至上矢狀竇的時(shí)間（T2）、顱內(nèi)動(dòng)脈至上矢狀竇的時(shí)間（T3）、上矢狀竇至頸內(nèi)靜脈的時(shí)間（T4），以及所有動(dòng)脈ROI 平均峰值時(shí)間（TA）、靜脈ROI 平均峰值時(shí)間（TV）以及動(dòng)靜脈循環(huán)時(shí)間差TA-V。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析，動(dòng)、靜脈達(dá)峰的強(qiáng)化CT 值和達(dá)峰時(shí)間采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，不同組別之間的差異分別采用兩樣本獨(dú)立t檢驗(yàn)、單因素方差分析以及秩和檢驗(yàn)。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同ROI 的CT 值和峰值時(shí)間 經(jīng)4D-CTA數(shù)據(jù)測(cè)量，頭頸范圍內(nèi)不同感興趣區(qū)（ROI）CT 值和達(dá)峰時(shí)間，順血流方向CT 值略降低，達(dá)峰時(shí)間成逐漸遞增趨勢(shì)。見(jiàn)表1。

表1 不同ROI 的CT 值及達(dá)峰時(shí)間Tab.1 CT value and peak time of different ROI ±s

表1 不同ROI 的CT 值及達(dá)峰時(shí)間Tab.1 CT value and peak time of different ROI ±s

注：AA，主動(dòng)脈弓；CA，頸總動(dòng)脈；VA，椎動(dòng)脈；MCA，大腦中動(dòng)脈；BA，基底動(dòng)脈；SSS，上矢狀竇；SS，乙狀竇；ICV，頸內(nèi)靜脈

ROI AA CA VA MCA BA SSS SS ICV CT 值（HU）637.77±167.64 773.32±191.56 637.81±185.02 582.74±156.82 520.72±156.15 540.7±150.04 556.56±152.68 564.14±180.89峰值時(shí)間T 值（s）19.99±3.47 20.74±3.45 21.17±3.51 21.68±3.53 22.32±3.62 26.62±3.84 27.72±3.89 29.73±4.57

2.2 不同ROI 之間峰值時(shí)間間隔 通過(guò)測(cè)量獲得不同ROI 之間時(shí)間間隔，以主動(dòng)脈弓為基礎(chǔ)，對(duì)比劑峰值到達(dá)顱內(nèi)動(dòng)脈和靜脈的時(shí)間分別為1.91、6.11 s，頭頸動(dòng)脈和靜脈平均峰值時(shí)間差約6.99 s。見(jiàn)表2。

表2 不同ROI 峰值時(shí)間間隔Tab.2 Peak time difference between different regions of interest ±s，s

表2 不同ROI 峰值時(shí)間間隔Tab.2 Peak time difference between different regions of interest ±s，s

注：T1，主動(dòng)脈弓至顱內(nèi)動(dòng)脈（大腦中動(dòng)脈和基底動(dòng)脈平）的平均時(shí)間；T2，主動(dòng)脈弓至上矢狀竇的時(shí)間；T3，顱內(nèi)動(dòng)脈至上矢狀竇的時(shí)間；T4，上矢狀竇至頸內(nèi)靜脈的時(shí)間；TA，動(dòng)脈平均峰值時(shí)間；TV，靜脈平均峰值時(shí)間；TA-V，頭頸動(dòng)脈與靜脈平均峰值時(shí)間差

組T1 T2 T3 T4 TA TV TA-V平均峰值時(shí)間1.91±0.78 6.61±1.40 4.72±1.05 1.52±1.43 21.77±3.09 28.76±3.68 6.99±1.01

2.3 不同性別、體質(zhì)量、BMI 比較 不同性別患者比較，女性的主動(dòng)脈峰值、動(dòng)脈平均峰值、靜脈平均峰值均比男性出現(xiàn)得早，動(dòng)靜脈峰值時(shí)間差較男性更短，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；按不同的BMI 分組比較，峰值時(shí)間和循環(huán)時(shí)間差組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；按不同體質(zhì)量分組，隨著體質(zhì)量增加，峰值時(shí)間越晚，但組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)表3。

表3 不同分組比較Tab.3 Comparison of different groups ±s，s

表3 不同分組比較Tab.3 Comparison of different groups ±s，s

類(lèi)型性別BMI體質(zhì)量分組男女t 值P 值＜18.5 kg/m2 18.5 ～23.9 kg/m2＞23.9 kg/m2 F 值P 值＜60 kg 60 ～80 kg＞80 kg F 值P 值主動(dòng)脈弓峰值時(shí)間20.65±3.61 19.00±3.05 1.96 0.04 16.90±4.32 20.48±3.49 19.94±3.28 2.32 0.11 19.17±3.43 20.50±3.56 20.19±2.29 1.45 0.24動(dòng)脈平均峰值時(shí)間22.55±2.83 20.56±3.15 2.57 0.01 18.13±5.41 22.08±3.14 21.84±2.69 1.35 0.27 20.92±3.27 22.16±2.99 23.20±2.16 1.56 0.22靜脈平均峰值時(shí)間29.90±3.13 26.99±3.83 3.25＜0.001 25.38±7.53 29.02±3.87 28.86±3.03 0.15 0.86 27.69±4.10 29.29±3.41 30.18±2.55 0.89 0.42動(dòng)靜脈循環(huán)時(shí)間差7.36±0.90 6.44±0.92 3.87＜0.001 7.25±2.15 6.93±1.15 7.02±0.75 1.94 0.15 6.77±1.06 7.13±0.99 6.99±0.86 1.13 0.33

3 討論

近年來(lái)腦血管病發(fā)病率逐年攀升［6］，給家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)，社會(huì)危害性極大。作為我國(guó)心腦血管疾病的防控重點(diǎn)，頭頸范圍動(dòng)、靜脈血管病變篩查和早期診斷，對(duì)于降低神經(jīng)血管性相關(guān)疾病的發(fā)病率，減少致死、致殘率具有積極意義［1，7］。

影像學(xué)檢查在血管性疾病中廣泛應(yīng)用，其中CT 血管成像以無(wú)創(chuàng)、快捷的優(yōu)點(diǎn)，成為頭頸血管性病變篩查最常用的檢查方法［2］。4D-CTA 技術(shù)是基于腦灌注衍生出的一種新興影像檢查方法［8-9］，一次檢查可以同時(shí)了解動(dòng)靜脈的情況，但是對(duì)設(shè)備要求較高，因此難以在臨床普及。獲取血流動(dòng)力學(xué)信息是4D-CTA 額外的功能，能通過(guò)測(cè)量獲得不同患者頭頸范圍的動(dòng)靜脈血流動(dòng)力學(xué)信息的異同。采用腦灌注數(shù)據(jù)對(duì)于腦血管循環(huán)時(shí)間進(jìn)行測(cè)量既往有研究［10］報(bào)道，但對(duì)于頭頸大范圍循環(huán)時(shí)間的測(cè)量，未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。本研究回顧性分析頭頸部4D-CTA 圖像，排除了大血管?chē)?yán)重狹窄、存在動(dòng)靜脈異常分流的患者，對(duì)頭頸血流循環(huán)時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，為優(yōu)化日常頭頸部CT 血管成像提供一定參考。

本研究采用相同掃描范圍，統(tǒng)一對(duì)比劑注射方案，對(duì)比劑總量40 mL，流速5 mL/s，避免了掃描模式和對(duì)比劑注射方案對(duì)峰值時(shí)間的影響。結(jié)果顯示，隨著血流方向各感興趣區(qū)CT 值略有下降，血液對(duì)于對(duì)比劑可能有一定的稀釋作用（表1）。AA 平面峰值時(shí)間約19.99 s，到達(dá)顱內(nèi)MCA 和BA、SSS 的平均時(shí)間分別約1.91、6.61 s，最佳頭頸動(dòng)脈系統(tǒng)、靜脈系統(tǒng)峰值時(shí)間間隔約6.99 s。不同性別比較，主動(dòng)脈峰值在女性較男性更早出現(xiàn)，頭頸動(dòng)脈、靜脈系統(tǒng)循環(huán)時(shí)間較男性略短，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示在女性患者頭頸CTA、CTV 最佳采集時(shí)間較男性更早出現(xiàn)。按不同體質(zhì)量分組，隨著體質(zhì)量增加，主動(dòng)脈弓的峰值時(shí)間增加，但組間差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。不同BMI 分組，峰值時(shí)間和循環(huán)時(shí)間間隔差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

目前應(yīng)用于臨床的CT 掃描儀種類(lèi)繁多，頭頸范圍的CT 成像時(shí)間可以亞秒到數(shù)秒［11］不等，過(guò)快掃描速度可能導(dǎo)致顱內(nèi)血管的細(xì)小分支顯示不佳，過(guò)長(zhǎng)的掃描時(shí)間可能導(dǎo)致靜脈回流影響動(dòng)脈的觀(guān)察和診斷。結(jié)合CT 掃描儀設(shè)置合適的對(duì)比劑的注射方案、觸發(fā)模式、延遲時(shí)間是獲取最佳動(dòng)、靜脈血管時(shí)相的關(guān)鍵。CT 增強(qiáng)檢查的對(duì)比劑觸發(fā)方式有經(jīng)驗(yàn)值法、小劑量團(tuán)注測(cè)試法、對(duì)比劑自動(dòng)示蹤法［12］。受患者個(gè)人因素影響，其中經(jīng)驗(yàn)值法成功率遠(yuǎn)不如后兩者，臨床很少用于血管成像。小劑量團(tuán)注測(cè)試法可以獲得目標(biāo)血管循環(huán)峰值，能減少個(gè)體化差異的影響，但操作相對(duì)繁瑣。對(duì)比劑自動(dòng)跟蹤技術(shù)操作簡(jiǎn)便，也兼顧了個(gè)人差異的影響，在臨床工作中應(yīng)用較廣。在設(shè)定頭頸動(dòng)脈CT 成像方案時(shí)，應(yīng)考慮主動(dòng)脈弓峰值到達(dá)顱內(nèi)動(dòng)脈和靜脈的時(shí)間。本研究結(jié)合頭頸CTA 常用的對(duì)比劑觸發(fā)方式和觸發(fā)水平，以主動(dòng)脈弓的峰值時(shí)間作為基礎(chǔ)，估算主動(dòng)脈弓至頸部、顱內(nèi)血管的循環(huán)時(shí)間。測(cè)量結(jié)果顯示主動(dòng)脈弓到達(dá)顱內(nèi)動(dòng)脈的平均時(shí)間約1.91 s，到達(dá)上矢狀竇的時(shí)間約6.61 s，提示主動(dòng)脈弓至顱頂?shù)膾呙钑r(shí)間小于前者時(shí)應(yīng)要注意調(diào)整觸發(fā)后延遲時(shí)間；而掃描時(shí)間大于后者時(shí)，顱內(nèi)靜脈顯影達(dá)到峰值，可能影響動(dòng)脈血管觀(guān)察，這與溫孟皇等［12］的研究結(jié)論相似。測(cè)得顱內(nèi)動(dòng)脈到上矢狀竇的時(shí)間約4.72 s，上矢狀竇至頸內(nèi)靜脈的時(shí)間約為1.52 s。從時(shí)間密度曲線(xiàn)分布圖可以觀(guān)察到，動(dòng)脈各個(gè)ROI 的峰值分布較靜脈的峰值相對(duì)更集中，提示靜脈循環(huán)時(shí)間比動(dòng)脈慢。本研究結(jié)果顯示，頭頸動(dòng)脈、靜脈的平均峰值時(shí)間相差約6.99 s，這與SCHREIBER 等［13］采用超聲獲得的頸內(nèi)動(dòng)脈、靜脈之間的差值相近，但是本研究采用的是頭頸動(dòng)脈和靜脈各個(gè)感興趣區(qū)的平均值，與其單層面的測(cè)量有一定差異。本研究采用計(jì)算平均峰值時(shí)間主要考慮到：頭頸CTA 或CTV 掃描范圍長(zhǎng)，所以單個(gè)層面不能完全代表整個(gè)范圍。了解不同ROI 之間的循環(huán)時(shí)間間隔，才能更好結(jié)合CT 設(shè)備掃描參數(shù)和適當(dāng)?shù)膶?duì)比劑注射方案，精準(zhǔn)獲取最佳動(dòng)脈、靜脈的CT 血管圖像。

不足之處：本研究為單中心研究，數(shù)據(jù)測(cè)量受人為因素影響；采用搖籃床模式采集，掃描范圍大，時(shí)間分辨率受限。由于對(duì)比劑由肘靜脈經(jīng)頭臂靜脈進(jìn)入上腔靜脈，會(huì)影響頭臂靜脈峰值時(shí)間，故未測(cè)量頭臂靜脈峰值曲線(xiàn)，可能對(duì)靜脈整體峰值有一定影響，后續(xù)的研究將進(jìn)一步完善相關(guān)問(wèn)題。

綜上所述，女性患者峰值時(shí)間較男性更快出現(xiàn)，動(dòng)靜脈時(shí)相間隔更短，頭頸CTA、CTV 掃描時(shí)宜適當(dāng)縮短觸發(fā)、延遲時(shí)間，尤其是體質(zhì)量和體質(zhì)指數(shù)偏低的女性。主動(dòng)脈弓至顱內(nèi)動(dòng)脈峰值時(shí)間相差約1.91 s，根據(jù)CT 掃描儀的最快掃描速度，以主動(dòng)脈弓為觸發(fā)平面，結(jié)合合適的延遲時(shí)間可以獲得最佳頭頸動(dòng)脈期圖像，掃描時(shí)間大于6.61 s 可能會(huì)有顱內(nèi)靜脈過(guò)度顯影。根據(jù)頭頸動(dòng)、靜脈時(shí)相最佳采集間隔，動(dòng)脈期后延遲6.99 s 左右可獲得良好的靜脈期圖像，若采集間隔時(shí)間小于4.72 s時(shí)，可能會(huì)有顱內(nèi)動(dòng)脈殘留顯影?；?D-CTA 技術(shù)測(cè)量頭頸血管循環(huán)時(shí)間具有較廣泛的臨床應(yīng)用前景。