影像融合技術在腦血管疾病診治中應用的研究進展

成 思(綜述)，張 強，毛更生(審校)

(1.安徽醫科大學武警臨床醫學院，北京 100039；2.中國人民解放軍陸軍總醫院放射診斷科，北京 100700；3.安徽醫科大學附屬武警總醫院神經血管外科,北京 100039)

·綜述·

影像融合技術在腦血管疾病診治中應用的研究進展

成 思1(綜述)，張 強2，毛更生3*(審校)

(1.安徽醫科大學武警臨床醫學院，北京 100039；2.中國人民解放軍陸軍總醫院放射診斷科，北京 100700；3.安徽醫科大學附屬武警總醫院神經血管外科,北京 100039)

腦血管障礙；診斷顯像;綜述文獻

隨著醫學影像技術的不斷發展，越來越多的醫學成像技術應用于臨床疾病診斷及指導制定治療方案。計算機斷層掃描(computed tomography，CT)、計算機斷層血管造影(computed tomography angiography，CTA)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)及數字減影血管造影(digital substraction angiography，DSA)是目前神經外科領域尤其是腦血管疾病診治中最為常用的影像學檢查手段。不同的醫學影像反映人體組織臟器和病變組織的不同信息，如CT檢查顱內出血、鈣化、顱骨等病變成像有優勢，但其對腦組織病變與結構分辨則不足；MRI檢查對腦組織及其病變的顯示有優勢，而對出血性及鈣化性病變不如CT。DSA是血管性病變檢查及診治的金標準，但不能顯示腦組織及非血管性病變。CTA及MRA作為無創性檢查方法，近年來越來越多地應用于腦血管疾病的初步診斷，而且MRA還具有無射線、成像無需造影劑的優勢，但對腦血管病變的顯示精確度尚不能替代DSA。上述神經系統檢查方法具有其獨特優勢同時存在劣勢，不同影像對同一部位所得到的形態和功能信息是互為補充的。將2種單一模態的影像進行融合，融合后圖像可提供更為豐富的影像學信息，從而有利于指導腦血管疾病的診斷與治療?，F就DSA雙容積融合、DSA與MRI/MRA融合以及DSA與CT/CTA融合技術在腦血管疾病診治中的應用研究進展綜述如下。

1 DSA在腦血管疾病診治中的應用

在顱內動脈瘤的診治方面，CTA作為腦血管疾病診斷常用檢查手段，對顱內動脈瘤診斷的特異度高，敏感度較DSA低[1]，而對顱內血流動力學變化和小穿支動脈顯示欠佳，對顱底骨附近如床突段微小動脈瘤的診斷因受骨質影響，診斷困難且無法同時實施介入治療。DSA圖像空間分辨率高，既能清晰顯示動脈瘤形態、瘤頸寬窄及其與載瘤動脈間關系，也能反映載瘤動脈血流動力學情況及有無痙攣等，檢出準確度高，輔助介入治療具有一定優勢[2]。MRA技術在腦血管疾病的診斷中發揮著越來越重要的作用。3D-MRA與DSA均能較好顯示顱內血管病變，但3D-MRA易漏診<2 mm的動脈瘤[3]。韓新生等[4]研究報道DSA診斷顱內動脈瘤的敏感度達到98.0%，診斷動靜脈畸形的敏感度達到100%。對于病變結構復雜的腦血管疾病如動靜脈畸形診治方面，DSA可定性診斷腦動靜脈畸形，明確其位置、深度、范圍、畸形血管團的大小、供血動脈與主干的關系及引流靜脈的數目與分布情況，判斷血流方向同時輔助栓塞治療[5]。CTA、MRA診斷大中型腦動靜脈畸形與DSA基本相符，而對于小型腦動靜脈畸形的診斷敏感度小于DSA[6]。缺血性腦血管病變方面，MRI、CTA與DSA均為臨床常用的診斷方法。國內研究報道MRA診斷大動脈閉塞陽性率達90.9%[7]。CTA能基本反映病變部位，但不能準確反映動脈狹窄的程度，而DSA能準確反映其病變程度且動脈狹窄分級清晰明確，同時顯示遠端及側支血供情況，可為介入治療方案的制定提供依據。CTA在顯示血管壁鈣化斑塊和軟斑塊以及對斑塊的成分、性質、大小的分析方面優于DSA[8]。

2 醫學影像融合技術概論

3D-DSA雙血管融合(左右頸內動脈系統、一側頸內動脈系統與一側椎基底動脈系統)，3D-DSA與MRI/MRA，3D-DSA與CT/CTA等作為目前臨床上最常用的融合方式逐漸被廣泛應用。不同的影像融合方式用于診斷及指導治療神經外科領域不同疾病。神經導航目前已成為廣泛應用于神經外科疾病指導開顱手術的重要技術，通過影像融合技術可明確病變部位與周圍神經及血管之間的關系[9]，在臨床治療中能精確定位及減少副損傷。曾有關于神經導航多影像融合指導垂體腺瘤切除術的病例報道[10]。在功能神經外科領域，MRI與Dyna-CTA醫學影像融合技術可用于微血管減壓術治療三叉神經痛難易程度的評估[11]。國內學者探討醫學影像融合技術用于煙霧病的診斷及治療的應用價值[12]。醫學影像融合技術逐漸改變著神經外科領域疾病的診斷與治療。

3 影像融合技術操作過程

影像融合技術具體操作過程復雜。將原始數據重建為雙容積橫斷面薄層容積數據，Dyna-CT head為重建算法的橫斷面薄層容積數據或MRI(橫斷面薄層容積，層厚<5 mm)數據，以Dicom格式從設備輸出，導入三維后處理工作站，然后裝載雙容積數據、MRI及Dyna-CT數據，利用容和軟件fusion進行2個容積數據的融合，融合后分別顯示2個容積數據的斷面影像，首先將2種不同影像學數據進行空間配準，配準完成后保存即可完成2種不同影像圖像的影像融合。融合后的影像可進行放大、縮小及各個方位的旋轉等多種處理。由于部分病變范圍較大，一個平面無法較完整地顯示其特性，因此可利用錄像軟件完整記錄病變及周圍組織結構的關系的動態過程，能夠更加直觀地呈現病變信息。

4 DSA雙容積融合在腦血管疾病中的應用

對于部分特殊部位的顱內動脈瘤、動靜脈畸形及動靜脈瘺，單純血管三維重建影像未能清晰地顯示病變血管，雙容積重建技術可將3D-DSA雙血管影像進行融合，為臨床提供更加精準豐富的影像學信息。向偉楚等[13]對雙側頸內動脈或一側頸內動脈與椎動脈同時供血的前交通動脈動靜脈瘺、前交通動脈動脈瘤、后交通動脈動脈瘤、眼動脈腦膜支供血的顱前窩內硬腦膜動靜脈瘺、頂枕部腦動靜脈畸形、前顱窩底腦膜支供血的硬腦膜動靜脈瘺各1例進行雙血管三維影像融合研究，研究結果證明雙血管三維影像融合技術可以更加直觀地評估多支動脈供血的病變(腦動靜脈畸形、動靜脈瘺、動脈瘤等)和Willis環的結構、血流動力學特征、血管構筑學特征等，對指導手術決策具有重要價值。雙血管三維影像融合可判斷瘺口位置及雙側頸內動脈向瘺的供血區域。對于臨床中治療難度大且結構復雜的腦血管病變如腦動靜脈畸形及硬腦膜動靜脈瘺等，單一血管影像未能提供全面的血管構筑信息[14]。對于部分頂枕動靜脈畸形(由頸內動脈系統與椎基底動脈系統共同供血)或硬腦膜動靜脈瘺(由左右頸內動脈系統共同供血)，雙血管三維影像融合圖像可全面清晰地顯示病灶供血動脈、病灶血管團中的雙重血供部分及共同的引流靜脈等，為臨床醫生提供更為全面豐富的血管構筑影像，對于制定治療方案具有重要的價值[15]。李國棟等[16]對10例腦動靜脈畸形患者進行雙血管融合重建的臨床價值研究，證實雙血管融合使動靜脈畸形病灶內部結構顯示更清晰、直觀，可分辨畸形血管團的供血來源及相互溝通部分，對疾病病理特征理解更為深入，同時經過處理后雙血管融合還可以顯示骨性標志，指導外科手術切除時手術入路的選擇。

雙容積影像融合技術同樣可應用于顱內動脈瘤的診治。范良好等[17]將3D-DSA雙容積重建融合技術用于顱內動脈瘤栓塞術后隨訪的評價，證實該技術能夠更好地發現顱內動脈瘤栓塞術后的殘留或復發，并能排除金屬偽影的干擾，提供更為直觀、清晰的重建影像，在顱內動脈瘤栓塞術后的隨訪中具有重要應用價值。將左右頸內動脈系統的三維血管重建影像進行融合，融合后圖像能夠清楚地顯示Willis環的解剖結構尤其前交通動脈復合體，部分前交通動脈復合體可多達14支動脈[18]。對于部分前交通動脈瘤，通過雙血管三維影像融合技術進行影像融合后圖像不僅能夠顯示動脈瘤與前交通動脈復合體之間的關系，而且可根據血流動力學特征，判斷動脈瘤的主要供血動脈[19]，指導開顱手術入路的選擇或介入栓塞支架的放置?？傊?，雙血管三維影像融合技術對腦動靜脈畸形診斷及指導制定手術方案具有重要意義[20]，同時對位于前交通動脈復合體部位的動脈瘤的診斷及治療也具有重要的指導意義。

5 DSA與MRI或MRA影像融合在腦血管病中的應用

DSA可為腦動靜脈畸形與硬腦膜動靜脈瘺提供最為清晰的影像學圖像與血流動力學特征，但無法提供顱內軟組織的影像學特征。MRI是突出顯示腦組織與病變部位關系的影像學檢查。MRI為目前診斷腦動靜脈畸形與硬腦膜動靜脈瘺的重要檢查手段[21]，能夠清楚顯示畸形血管團的大小、范圍及與周圍神經結構之間的關系，但對于小型血管畸形或合并微小動脈瘤的患者存在漏診的可能[22]。DSA為診斷腦動靜脈畸形及硬腦膜動靜脈瘺的金標準，可提供主要供血動脈、引流靜脈及血流動力學特征的影像學信息，但對于血管病變所在的位置及與周圍重要結構或血腫之間的關系較難分辨。目前國內關于MRI與3D-DSA融合技術在腦血管畸形中的應用研究較少，同時該影像融合技術指導腦動靜脈畸形治療的研究仍較少見[23]。通過DSA與MRI影像融合可同時顯示腦正常血管、腦病變血管及相關血管構筑及其與周圍腦組織的空間位置關系[24]。李乾等[25]對10例腦動靜脈畸形患者圖像進行3D-DSA與MRI影像融合，研究證實融合影像在顯示腦動靜脈畸形血管結構和周圍組織方面清晰直觀，尤其是在較小或合并血腫的動靜脈畸形中優勢明顯。

3D-DSA與MRI影像融合可指導手術切除腦血管畸形，為術者提供全面的畸形血管團與周圍正常腦組織之間的關系，在提高手術安全性及降低創傷方面具有重要意義[26]。孫榮輝等[27]報道DSA與MRI影像融合聯合電生理監測指導切除腦動靜脈畸形伴癲癇1例，通過神經導航進行融合，可獲得融合后的冠矢軸位置的精確圖像，指導更加安全有效地切除畸形血管團。蔡明俊等[14]對5例硬腦膜動靜脈瘺患者進行影像融合，研究發現3D-DSA與MRI影像融合可獲得清晰的硬腦膜動靜脈瘺擴張大小與靜脈瘤內血栓的臨床特征，指導硬腦膜動靜脈瘺的治療。3D-DSA與MRI影像融合能為預測腦動靜脈畸形術中或介入時意外的血管損傷帶來的功能損害提供有價值的信息，對制定治療方案具有重要指導意義[28]。3D-DSA與MRI/MRA影像融合可以發現DSA影像瘤體小于MRI影像瘤體，但大于MRA影像瘤體，可為顱內未破裂動脈瘤經MRA檢查發現的患者，通過3D-DSA與MRA影像融合技術可判斷動脈瘤內是否存在血栓，對于動脈瘤的治療提供重要的參考。Chong等[29]研究3D-DSA與MRI影像融合幫助理解后循環(小腦后下動脈)動脈瘤的發生機制及治療策略。對于顱內深部占位性病變，位置較深，若位于功能區，手術難度大且術后神經功能障礙并發癥發生率大大增加，3D-DSA與MRI影像融合技術可更加全面地構筑占位病變與周圍腦組織關系，提高手術安全性，同時降低術后功能障礙的風險[30]。

6 MRA/CTA融合DSA在腦血管疾病介入治療中的應用

現階段影像融合技術可用于指導臨床治療策略的制定或術后隨訪。國內外通過影像融合技術實時術中指導血管內治療研究較少。Zhang等[31]曾研究報道MRA與DSA融合提供實時3D路途指導血管內手術4例，結果證實MRA與DSA融合可以精準地提供實時路徑圖指導完成手術，從而降低造影劑的使用和輻射劑量，最終達到降低手術風險和提高手術安全的目的。CTA三維影像融合實時導航指導神經介入手術操作，將CTA與DSA融合作為實時路徑圖進行神經介入手術，可降低造影劑的使用量及提高手術安全性[32]。該影像融合技術的出現及發展，將會使得DSA朝著降低輻射劑量和造影劑使用劑量的方向發展，使得患者接受DSA的手術風險更低及更低劑量造影劑的使用。隨著該技術的成熟，MRA/CTA融合DSA指導腦血管疾病介入治療，未來將會廣泛應用于臨床。

7 DSA與CT影像融合在腦血管病中的應用

目前CT為臨床診斷腦出血性疾病的一線檢查，對于存在顱內動脈瘤破裂出血、顱內血管畸形伴出血及高血壓性腦出血等急性出血患者，CT能夠顯示出血部位及出血量。DSA可精確顯示顱內動脈瘤的位置、大小及方向。臨床中顱內多發動脈瘤破裂出血合并顱內血腫形成，尤其動脈瘤位置接近，將DSA與CT進行影像融合能夠幫助判斷責任動脈瘤，指導臨床及時治療。趙曰圓等[33]報道3D-DSA與CT影像融合判斷出血責任動脈瘤1例，該動脈瘤為外傷性假性動脈瘤可能性大，栓塞可能引起載瘤動脈閉塞而引起缺血并發癥，由于動脈瘤位置深且多發，融合后影像可精準定位指導開顱手術夾閉。目前Dyna-CT(Siemens)、Xper-CT(Philip)及Innova HD CT(GE)作為后處理軟件對于腦脊髓血管病的臨床診斷、治療、科研及教學有較大的幫助[34]。利用雙容積重建技術將3D-DSA與Dyna-CT、Xper-CT或Innova HD CT影像融合后用于評估支架在血管內的形態(展開貼壁情況、有無展開不全、塌陷、打折及走形等情況)。此外，還可以評估顱內動脈瘤栓塞滿意程度、有無瘤頸殘留、了解顱內動脈及動脈瘤壁有無鈣化、顯示顱骨解剖與顱內血管及血管疾病與顱底的解剖關系指導手術入路的選擇。

8 醫學三維影像融合技術難點

醫學影像融合技術在臨床中具有越來越重要的價值，但仍面臨很多難題，首先醫學圖像融合的圖像模態尚不全面，目前在體層成像方面(CT、MRI、SPECT、PET等)的影像融合研究較多且較為集中，而在非體層成像(X線平面、超聲等)中進行影像融合的應用仍是比較棘手的問題；其次各種成像系統的成像原理、圖像采集方式、格式、大小及空間均存在巨大的差異，使得不同成像系統的影像進行融合技術難度大，開發精確度更高、穩定性更好、全自動化的醫學圖像配準和融合方法成為影像融合技術難點，如何解決該技術難題成為目前研究熱點。影像融合技術研究、開展與應用于臨床處于起步階段，國內外相關研究成果及經驗不多，臨床醫師如何精確理解、認識和解釋所得的融合后影像信息，并成功應用于臨床診斷及治療，尚需要一個不斷驗證、實踐和積累經驗的過程。醫學影像融合技術相關軟件和硬件方面所需投資大且融合過程耗時長，將融合結果發送給臨床醫師的3D可視化技術的研發均有待進一步的深入研究。

9 醫學三維影像融合的發展前景

醫學影像融合是未來醫學影像的發展方向，影像診斷的發展是靠技術推動的。未來臨床醫生對于疾病診斷的要求從定位診斷逐漸發展為定性及定量診斷，在定位診斷的同時能夠明確病變性質，一方面依賴于豐富的臨床經驗，更需要能夠提供豐富病灶信息的影像學圖像。醫學圖像融合技術研究雖然起步晚，但經過10多年相關學者的研究，其進展迅速，已成為臨床診斷及治療疾病不可或缺的技術手段。由于多學科的交叉滲透和配合，醫學影像融合的研究必將更加成熟與深入，臨床應用亦將會愈來愈廣泛，并有望成為常規診療技術之一。

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(本文編輯：趙麗潔)

2017-03-24；

2017-04-11

成思(1991-)，男，安徽蚌埠人，安徽醫科大學武警臨床醫學院醫學碩士研究生，從事神經外科疾病診治研究。

*通訊作者。E-mail：mclxmgs@126.com

R743

A

1007-3205(2017)09-1112-05

10.3969/j.issn.1007-3205.2017.09.030