【原】【文獻(xiàn)快遞】先進(jìn)的三維DSA和MRI/CT融合在神經(jīng)血管病理中的價值

ICON伽瑪?shù)?/a> 2023-02-10 發(fā)布于上海

《Clinical Neuroradiology》雜志2023年2月 6日在線發(fā)表瑞士Bern University Hospital, University of Bern的Tomas Dobrocky, Marco Matzinger , Eike I Piechowiak ,等撰寫的《先進(jìn)的三維DSA和MRI/CT融合在神經(jīng)血管病理中的價值。Benefit of Advanced 3D DSA and MRI/CT Fusion in Neurovascular Pathology》（doi: 10.1007/s00062-022-01260-0.）。

數(shù)字減影血管造影提供良好的空間和時間分辨率;然而，它缺乏描述大腦和脊髓的非血管解剖結(jié)構(gòu)的能力。對醫(yī)院數(shù)據(jù)庫的回顧確定了5例患者，其中橫斷面成像和3D旋轉(zhuǎn)血管造影(3DRA)的新集成融合工作流程提供了重要的診斷信息，并有助于治療計(jì)劃。其中包括2例急性破裂的腦動靜脈畸形(AVM)， 1例放射外科治療后的小型淺表腦干AVM, 1例丘腦微動脈瘤和1例脊柱AVM，融合對診斷和進(jìn)一步治療至關(guān)重要。3DRA與橫斷面成像的融合有助于更深入地了解神經(jīng)血管疾病。這有利于規(guī)劃和提供治療，最重要的是，有可能最大限度地降低并發(fā)癥發(fā)生率。在未來，將圖像融合技術(shù)應(yīng)用于腦血管疾病的診斷很可能會對神經(jīng)血管領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。

引言

徹底了解神經(jīng)血管解剖是區(qū)分正常和病理結(jié)果、計(jì)劃和提供適當(dāng)治療的關(guān)鍵，最重要的是，最大限度地減少并發(fā)癥發(fā)生率。數(shù)字減影血管造影(DSA)仍然是研究許多神經(jīng)血管疾病的金標(biāo)準(zhǔn)，包括動脈瘤、動靜脈畸形和硬腦膜動靜脈瘺。該技術(shù)結(jié)合了出色的空間和時間分辨率，并提供了深入了解所研究血管區(qū)域的血流動力學(xué);然而，它的缺點(diǎn)是復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)的可視化問題，這主要是由于重疊的解剖結(jié)構(gòu)，這可能會限制我們的理解。這導(dǎo)致引入3D旋轉(zhuǎn)血管造影(3DRA)，以更好地顯示復(fù)雜的顱內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)技術(shù)還可以幫助在介入手術(shù)中找到合適的工作投影;然而，這兩種技術(shù)都沒有能力描繪血管壁，只有有限的能力描繪相鄰的腦實(shí)質(zhì)或脊髓。另一方面，橫斷面成像，特別是磁共振成像(MRI)，提供了大腦和脊髓的高對比度。最近，新的血管造影系統(tǒng)為神經(jīng)介入過程中的圖像融合提供了集成的工作流程。本研究的目的是在典型病例中介紹先進(jìn)的融合技術(shù)，并討論如何將其整合到常規(guī)臨床實(shí)踐中，使人們能夠更深入地了解神經(jīng)血管疾病，并為治療計(jì)劃提供重要信息。

方法：

最近，一種新的血管造影系統(tǒng)(ARTIS icono;Siemens Healthineers, Erlangen, Germany)被介紹到我們在伯爾尼（Bern）的神經(jīng)放射科。該系統(tǒng)提供了融合3DRA和橫斷面圖像數(shù)據(jù)集使用集成軟件的可能性。

對醫(yī)院數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了審查，以確定在2021年8月至2022年1月期間接受治療的所有患者，其中橫斷面成像和3DRA融合提供了重要的診斷信息，并協(xié)助制定治療計(jì)劃。根據(jù)瑞士聯(lián)邦數(shù)據(jù)保護(hù)法，所有患者都提供了一份書面的、專門的同意書。這項(xiàng)研究是按照機(jī)構(gòu)倫理審查委員會的指南進(jìn)行的。

為了獲得最好的結(jié)果，可以使用任意計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)或MRI掃描的各向同性圖像。DSA在雙平面高分辨率血管造影系統(tǒng)(ARTIS icono)上進(jìn)行。該系統(tǒng)采用as40HDR平板探測器，對角線入口平面為49?cm，有源成像尺寸為398?× 293?mm，有源矩陣尺寸為2586?× 1904像素。采用標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)股動脈通路，用5?Fr導(dǎo)管對所有向大腦供血的主動脈上動脈進(jìn)行導(dǎo)管插管。首先在標(biāo)準(zhǔn)的前后位和側(cè)位投影中獲得完整的四支血管造影術(shù)。對于3DRA，診斷導(dǎo)管放置在供應(yīng)感興趣的顱內(nèi)血管病變的動脈起點(diǎn)處。然后使用相同的平板探測器系統(tǒng)對感興趣的病變進(jìn)行4秒3DRA檢查。

融合的過程

使用制造商提供的專用融合軟件(syngo Application software, Siemens Healthineers, Erlangen, Germany)進(jìn)行融合。該過程由一名介入神經(jīng)放射學(xué)家(TD, 10年經(jīng)驗(yàn))和一名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射技術(shù)人員(MM, 11年經(jīng)驗(yàn))完成。注入血管區(qū)域的3DRA圖像和橫切面圖像被加載到專用工作空間。為了獲得最準(zhǔn)確的結(jié)果，兩個體積需要對齊。這可以通過自動注冊或手動移動和旋轉(zhuǎn)一個體來匹配另一個體的解剖結(jié)構(gòu)位置來完成。最后，在多平面模式下驗(yàn)證兩個體積的精確對齊，重點(diǎn)關(guān)注重要的地標(biāo)，如大動脈和靜脈、骨結(jié)構(gòu)或腦和脊髓實(shí)質(zhì)。

為了提高可視化和增強(qiáng)對神經(jīng)血管目標(biāo)病變的理解，分割和開窗（ segmentation and windowing）是根據(jù)每個病例進(jìn)行的。閾值法被用來分配一個特定的顏色的感興趣血管結(jié)構(gòu)（The threshold method was used to assign a specific color to vascular structures of interest）。在非分流病變中，所有注射區(qū)域的混濁血管在3DRA上以紅色顯示。對于分流病變，使用兩種不同的顏色:紅色表示高Hounsfield單位(HU)值的動脈，紫色或藍(lán)色表示低HU值的靜脈。如果進(jìn)行了栓塞，則液體栓塞劑顯示為綠色[In non-shunting lesions all opacified vessels of the injected territory were displayed in red on 3DRA. For shunting lesions, two distinct colors were used: red for the artery demonstrating higher Hounsfield unit (HU) values and purple or blue for the vein demonstrating lower HU values. If embolization was performed, the liquid embolic agent was displayed in green.]。

為了提高具體情況下的可視化效果，采用了嵌入式多平面重建模式。該模式允許在任意橫截面圖像上嵌入來自3DRA的體繪制技術(shù)的重建血管。

分別進(jìn)行數(shù)據(jù)集的混合，以增強(qiáng)目標(biāo)病變的可視化?？煺蘸投嗥矫嬷亟ū粚?dǎo)出到本地存儲設(shè)備。一般來說，不重建最大強(qiáng)度投影，因?yàn)檫@可能會降低圖像質(zhì)量[Blending of datasets was performed individually to enhance the visualization of the target lesion. Snapshots and multiplanar reconstructions were exported to the local storage facility. Generally, maximum intensity projections were not reconstructed as this may decrease imag

病例說明

患者1

一名中年女性患者入院時出現(xiàn)左側(cè)基底節(jié)區(qū)伴腦室內(nèi)破裂出血(圖1)。CTA顯示左側(cè)眶額皮層有一個小病灶，對側(cè)頸動脈末端有幾個增大的靜脈囊袋（a small nidus in the left orbitofrontal cortex with several enlarged venous pouches on the contralateral side overlying the carotid terminus.）。DSA證實(shí)了動靜脈畸形(AVM)的診斷，主要由起源于左側(cè)A2段的額支和來自同側(cè)A1和M1段的多個側(cè)支供血。CT平掃與3DRA融合清晰顯示位于基底神經(jīng)節(jié)出血中心的一個小的囊內(nèi)動脈瘤為出血來源（Fusion of the non-enhanced CT scan and a 3DRA clearly showed a small intranidal aneurysm located at the center of the basal ganglia hemorrhage as the source of the bleeding.）。在急性情況下，決定有針對性地栓塞內(nèi)動脈瘤。

最初，通過額支供血動靜脈畸形外側(cè)部分對動脈瘤進(jìn)行超選擇性栓塞。由于動脈瘤穿透不足，我們選擇性地在左側(cè)M2段置入深穿支，并用乙烯乙烯共聚物(EVOH)堵塞動脈瘤。栓塞前和栓塞后3DRA融合顯示AVM外側(cè)和下部以及EVOH的膜內(nèi)動脈瘤閉塞(圖1e, f，綠色)。融合技術(shù)可以更好地顯示動靜脈畸形的不同腔室;通過篩板的額基底靜脈被EVOH阻塞。動靜脈畸形的內(nèi)側(cè)部分保持開放，并通過單個后靜脈流入右側(cè)的多個擴(kuò)大的靜脈袋（The medial part of the AVM remains open and drains via a single posterior vein into multiple enlarged venous pouches on the right side）(視頻1)。

圖1.破裂型動靜脈畸形(AVM)合并內(nèi)動脈瘤。a軸向平掃計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)顯示左側(cè)基底節(jié)區(qū)深部出血伴腦室內(nèi)破裂。b計(jì)算機(jī)斷層血管造影(CTA)顯示左側(cè)眶額皮層有一個病灶，對側(cè)頸動脈末端有幾個擴(kuò)大的靜脈袋。c三維旋轉(zhuǎn)血管造影(3DRA)?+冠狀位CT融合，顯示以基底神經(jīng)節(jié)出血為中心的小囊內(nèi)動脈瘤(箭頭)為出血源。d動脈瘤深部穿支選擇性置管(箭頭)。e,f基線3DRA?+栓塞后3DRA融合顯示onyx cast(綠色)。注意動脈瘤所在的動靜脈畸形下部和外側(cè)部分(箭頭所示)已栓塞。補(bǔ)充視頻展示軸位切片中融合基線3DRA?+栓塞后3DRA。

病例2

一中年男性患者，有多種血管危險因素，以頭暈、頭痛入院。入院時獲得的基線MRI顯示雙丘腦和橋腦中央出血，幕上白質(zhì)有多個小彌散受限區(qū)(圖2)。專用序列顯示顱內(nèi)多個中小動脈血管壁增強(qiáng)，未見中心靜脈血栓形成跡象。包括血液和腦脊液樣本在內(nèi)的血管炎篩查未能檢測到血管炎性生物標(biāo)志物，也沒有發(fā)現(xiàn)心內(nèi)膜炎（endocarditis）的跡象。

DSA顯示顱內(nèi)多根血管口徑不規(guī)則，無動靜脈分流。3DRA顯示左側(cè)丘腦穿支有一個小動脈瘤(2?mm)，與丘腦出血有模糊接觸。T2-SPACE和3DRA融合清楚地顯示了左丘腦出血內(nèi)的動脈瘤位置。由于在不同血管區(qū)域存在多重?cái)U(kuò)散限制，血管壁增強(qiáng)，中小口徑動脈血管壁不規(guī)則，即使在沒有腦脊液生物標(biāo)志物的情況下，也被認(rèn)為是最可能的診斷。由于血管口徑較小(0.3?mm)，對丘腦穿支動脈的超選擇性插管不成功。病人經(jīng)過強(qiáng)化可的松治療后恢復(fù)良好。隨訪成像顯示丘腦出血吸收。

圖2.丘腦穿支微動脈瘤破裂。a基線磁共振成像(MRI)顯示雙丘腦出血。b無中心靜脈血栓形成征象。c數(shù)字減影血管造影(DSA)側(cè)位投影顯示后循環(huán)，表現(xiàn)正常。d三維旋轉(zhuǎn)血管造影(3DRA)顯示左側(cè)丘腦穿支中有一個小動脈瘤(白色箭頭)。e,f 3DRA?+ MRI融合清楚顯示位于左側(cè)丘腦出血內(nèi)的動脈瘤為出血源。

患者3

一位青少年因突然左側(cè)偏癱入院。脊柱MRI顯示左側(cè)血腫和位于脊髓內(nèi)和頸胸交界處的多處血流空洞，提示脊柱動靜脈畸形(圖3)。DSA證實(shí)了這一診斷。頸動脈擴(kuò)張的根髓動脈(Lazorthes動脈)是造成動靜脈畸形的主要原因，它起源于右頸深動脈。另一條起源于上肋間動脈的根髓動脈供應(yīng)動靜脈畸形下部。DSA顯示一個位于病灶內(nèi)側(cè)邊緣的4?mm囊狀動脈瘤。3DRA和各向同性T2w脊柱MRI融合顯示動脈瘤位于脊髓中央部分，動脈瘤尖端位于血腫內(nèi)(視頻2)。在急性期，用線圈對動脈瘤進(jìn)行靶向栓塞以防止再出血。(DSA前后位投影)?；颊叩呐R床恢復(fù)情況良好，除了右臂輕微無力外，無其余癥狀。

圖3.破裂性脊髓動靜脈畸形(AVM)合并大的內(nèi)動脈瘤。T2W矢狀面顯示左側(cè)大面積血腫。b血閃顯示左側(cè)脊髓內(nèi)血腫擴(kuò)大。c (DSA前后位投影)。d(冠狀位重組3DRA)超選擇性注射頸部腫大的主神經(jīng)根髓動脈(Lazorthes動脈，箭頭)，顯示一個大病灶和多條引流的神經(jīng)根靜脈。e, f三維旋轉(zhuǎn)血管造影(3DRA)和T2W脊柱磁共振成像(MRI)融合顯示供給脊髓根動脈的脊髓前動脈(雙箭頭)，后者供給動靜脈畸形(紅色/粉色為動脈，紫色或藍(lán)色為引流靜脈)。膜內(nèi)動脈瘤位于髓鞘中心，動脈瘤尖端指向血腫。補(bǔ)充視頻演示了融合與嵌入式三維模型的AVM

患者4

68歲男性，右側(cè)偏癱?；€CT掃描顯示左側(cè)丘腦出血，周圍池中有可疑血管(圖4)。隨后的DSA顯示左側(cè)丘腦動靜脈畸形，由左側(cè)P3段的小通道供血和深靜脈引流。多學(xué)科委員會決定將患者轉(zhuǎn)診進(jìn)行放射外科，他接受了15?Gy的治療。3年后隨訪7 - Tesla MRI顯示左側(cè)后丘腦有小的實(shí)質(zhì)缺陷（ small parenchymal defect ），在動脈飛行時間序列上沒有異常血管的證據(jù);DSA顯示殘余動靜脈分流，早期動脈充盈Rosenthal基底靜脈后段。根據(jù)橫斷面成像無法確定病灶的確切位置。

圖4.放射外科治療后中腦淺表小動靜脈畸形。a基線計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)顯示左側(cè)丘腦出血。b數(shù)字減影血管造影(DSA)顯示病灶和左側(cè)P3段的供血通道和深靜脈引流。c放射外科后三年，7特斯拉磁共振成像(MRI)在動脈飛行時間序列上未顯示任何異常血管的證據(jù)。d DSA顯示殘余動靜脈分流，Rosenthal基底靜脈后段早期動脈充盈(箭頭)。e隨訪的7特斯拉和三維旋轉(zhuǎn)血管造影(3DRA)體積融合清楚地顯示，小病灶位于中腦后外側(cè)淺表，有一條與Rosenthal基底靜脈后段對應(yīng)的引流靜脈(紫色)。補(bǔ)充視頻演示了融合與嵌入式三維模型的AVM。

隨訪7 - Tesla和3DRA融合顯示后外側(cè)中腦淺表面小病灶的位置，與Rosenthal基底靜脈后段對應(yīng)的單一引流靜脈(紫色)(視頻3)。

患者5:

一名少女，表現(xiàn)為突然頭痛，意識減退(圖5)。CT平掃顯示左側(cè)尾狀核腦出血伴腦室內(nèi)破裂。DSA顯示左室周動靜脈畸形由前、后脈絡(luò)膜動脈分支和幾條增厚豆紋動脈供血。病灶通過一條流出靜脈流入深靜脈系統(tǒng)。未增強(qiáng)基線CT掃描與3DRA融合顯示左側(cè)尾狀核中心有一個小的囊內(nèi)動脈瘤為出血來源。然后將可拆卸尖端的微導(dǎo)管引導(dǎo)至供應(yīng)動脈瘤的豆紋動脈分支?；€CT和超選擇性3DRA經(jīng)微導(dǎo)管融合顯示豆紋動脈供應(yīng)畸形血管巢吻側(cè)（the rostral part of the nidus ）和動脈瘤，但沒有分支供應(yīng)基底節(jié)區(qū)。用液體栓塞劑成功地堵住了動脈瘤。

圖5破裂腦室周圍動靜脈畸形(AVM)伴畸形血管巢內(nèi)動脈瘤。a平掃計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)顯示左側(cè)尾狀核出血(箭頭)伴腦室內(nèi)破裂。b數(shù)字減影血管造影(DSA)顯示左側(cè)基底節(jié)區(qū)病灶由脈絡(luò)膜前動脈供應(yīng)，經(jīng)單靜脈流入深靜脈系統(tǒng)。c,d基線CT平掃掃描與三維旋轉(zhuǎn)血管造影(3DRA)融合顯示左側(cè)尾狀核中心有一個小的囊內(nèi)動脈瘤為出血源。e基線CT和超選擇性3DRA融合，微導(dǎo)管放置于動脈瘤供血動脈和病灶前部。

討論

從3DRA和橫斷面成像融合中獲得的額外信息可能對神經(jīng)血管病變的診斷工作至關(guān)重要，有助于指導(dǎo)決策，因此可能對患者管理產(chǎn)生重要影響。在面對復(fù)雜的神經(jīng)血管解剖時尤其如此，其中融合可以幫助精確地可視化神經(jīng)血管結(jié)構(gòu)與腦實(shí)質(zhì)或脊髓之間的空間關(guān)系。

多年來，3DRA一直是神經(jīng)介入領(lǐng)域的黃金標(biāo)準(zhǔn)。在目標(biāo)血管注射造影劑后，它提供了特定血管區(qū)域內(nèi)血管腔的良好空間分辨率(發(fā)光繪圖法)[It provides excellent spatial resolution of the vessel lumen in a specific vascular territory after injection of a contrast dye in the target vessel (luminography)];然而，由于對血管腔周圍的結(jié)構(gòu)，如血管壁或腦實(shí)質(zhì)的對比不足，我們的理解可能會受到限制。CT血管造影和MR血管造影是可選的、非侵襲性的神經(jīng)血管解剖可視化技術(shù)。雖然CTA和MRA的圖像質(zhì)量有了很大的提高，但在顯示中小型血管方面仍然不如DSA，并且不能提供單個血管區(qū)域的血流動力學(xué)信息。

圖像融合在神經(jīng)血管領(lǐng)域并不是全新的，文獻(xiàn)中已經(jīng)報道了各種技術(shù)。第一種方法融合兩個獨(dú)立獲得的3DRAs，同時可視化兩個不同的動脈區(qū)域，從而提供血管解剖的完整解剖圖像[The first approach fuses two independently acquired 3DRAs to concurrently visualize two different arterial territories and thus provide a complete anatomical picture of a vascular anatomy]。第二種方法融合同一動脈區(qū)域的動脈和靜脈3DRA，這可能有助于區(qū)分動靜脈畸形或硬腦膜動靜脈瘺的靜脈引流與鄰近腦實(shí)質(zhì)的靜脈引流。也有報道3DRA和4DRA(時間分辨3DRA)與顱內(nèi)動脈瘤和腦動靜脈畸形的MRI融合。

與一項(xiàng)研究不同的是，融合后的穿支動脈起源于動脈瘤附近或來自動脈瘤，并不影響治療本身，在本文介紹的病例中，融合技術(shù)提供的結(jié)果對進(jìn)一步的治療有重要影響。Mathusami等也報道了3DRA和橫斷面圖像融合在小兒腦血管疾病和精確分流器放置方面的有用性。

融合技術(shù)有了很大的改進(jìn)，新一代血管造影系統(tǒng)提供了早期系統(tǒng)無法達(dá)到的高質(zhì)量、易于獲取的圖像。這項(xiàng)技術(shù)推動了神經(jīng)血管解剖可視化的極限，而類似的圖像以前只能在醫(yī)學(xué)插圖師的幫助下才能獲得。這些插圖的好處不僅僅是增加我們對神經(jīng)血管病理學(xué)的理解，從而對決策產(chǎn)生重要影響。

集成在angiosuite控制臺上的融合工作流易于使用。在處理顱內(nèi)血管時，兩種成像數(shù)據(jù)集的自動配準(zhǔn)工作可靠;然而，脊柱的兩個數(shù)據(jù)集的融合通常需要手動調(diào)整，以匹配正確的椎體水平和調(diào)整不同的患者體位。在對控制臺和可用工具的使用進(jìn)行簡短的培訓(xùn)模塊后，大約5?分鐘即可完成一次融合，因此可以很容易地將其作為臨床常規(guī)的一部分。當(dāng)應(yīng)用于血管套件時，我們相信這項(xiàng)技術(shù)有潛力在不久的將來指導(dǎo)介入手術(shù)。

如我們的病例系列所示，融合技術(shù)可能有助于識別患有復(fù)雜神經(jīng)血管病變的患者的出血來源，如腦或脊柱動靜脈畸形或顱內(nèi)動脈瘤。融合圖像有助于評估神經(jīng)血管結(jié)構(gòu)附近的重要解剖標(biāo)志和大腦和脊髓的功能重要區(qū)域。這對于評估血管內(nèi)栓塞或手術(shù)中特定動脈損傷后可能出現(xiàn)的功能障礙類型很重要。這也可能為放射外科的精確計(jì)劃提供有價值的信息(如患者4)。

腦動靜脈畸形是一組具有挑戰(zhàn)性的異質(zhì)性血管病理，對未破裂的動靜脈畸形的治療方法仍然存在爭議。高流量動靜脈分流，重疊，經(jīng)常曲折和發(fā)育不良的供血動脈和靜脈，增加了整體復(fù)雜性。橫斷面成像和3DRA的融合有可能克服目前的限制，識別出血的潛在危險因素，并有助于了解各種AVM隔室。

對起源于穿通支動脈（perforating arteries）(即豆紋動脈[lenticulostriate arteries]、非主干基底穿通動脈[non-trunk basilar perforators]、丘腦穿通動脈[thalamoperforating arteries])的動脈瘤的診斷和治療仍然是一個挑戰(zhàn);然而，由于成像質(zhì)量的提高和顱內(nèi)血管與腦實(shí)質(zhì)之間的空間關(guān)系的優(yōu)勢，融合技術(shù)可能導(dǎo)致該病理的檢出率更高(患者2)。在保守治療的患者中，它們通常較小，表現(xiàn)出較高的良好結(jié)局率。