像素移位技術在腦血管三維數字減影血管造影中的應用價值

許少睿 ，高偉 ，項玉梅 ，蘇浩波

南京醫科大學附屬南京市第一醫院a.介入科；b.放射科，江蘇 南京 210006

0 前言

腦血管數字減影血管造影技術（Digital Subtraction Angiography，DSA）具有很好的分辨率，可以顯示0.5 mm的腦血管。DSA良好的空間分辨力決定了其是腦血管診斷的金標準，特別是三維DSA成像，能充分顯示顱內動脈瘤瘤體的起源、位置、形態、大小、瘤頸寬窄情況， 對如何選擇顱內動脈瘤的后期治療方法起著非常重要的作用[1-2]，但患者常因各種原因導致造影檢查時頭部移動，常規旋轉DSA后自動生成的三維圖像仍有部分顯示欠佳[3]，而運用像素移位技術進行三維重建，能清晰顯示腦血管各級分支和動脈瘤的全貌。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 臨床資料

搜集2011年1～12月，因蛛網膜下腔出血行腦血管三維DSA患者82例，其中，男59例，女23例，年齡39～77歲，平均（59±7.9）歲；患者意識清晰可以配合者62例，意識障礙煩躁者20例。

1.1.2 應用設備與對比劑

應用西門子Artis zee ceiling數字化平板探測器心血管造影系統，軟件版本VC14h；Syngo X-leonardo工作站，版本Vb15d，Inspace 3D Dynavision軟件包；LF高壓注射器；4F獵人頭導管；對比劑為威視派克注射液（GE Healthcare Ireland 生產）。

由3名影像專家采用雙盲法，對圖像的偽影，細微結構和清晰程度和發現動脈瘤數量進行評價。主觀圖像質量分3級進行評定，優：圖像清晰、對比度好、層次豐富、沒有偽影、減影徹底，很好地顯示動脈瘤的形態、大小、瘤頸及與毗鄰血管的關系, 完全達到診斷要求；可接受：圖像欠清晰、有部分顱骨顯示、對比度較好，尚能顯示動脈瘤的形態、大小、瘤頸及毗鄰血管的關系，尚能達到診斷目的；差：圖像血管邊緣模糊、邊界不清，成像失敗或達不到診斷目的。意見有分歧時共同討論確定。

1.2.3 統計學分析

對82例常規自動生成的腦血管三維DSA圖像與經像素移位后重建的腦血管三維DSA圖像質量和診斷結果，經SPSS 12.0軟件進行統計學分析采用χ2檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

1.2 方法

1.2.1 造影方法

82例患者均仰臥檢查床, 常規消毒鋪巾, 采取Seldinger技術經右側股動脈穿刺插入4F獵人頭造影導管，導管頭端置于頸總動脈內，C臂為左側位，先行標準正側位全腦血管二維DSA造影，再選擇5S旋轉DSA模式。對比劑1：1稀釋，并設定注射參數，注射速率為2.5 mL/s,對比劑總量為15 mL，X線延時1 s，按下定位操作桿，定位患者和系統，正位透視下將投照視野中心線垂直于興趣區中心，側位透視將投照視野中心線垂直于興趣區中心，使靶區域位于等中心點。啟動Dynavision采集程序，造影機自動從右側位開始向左側位方向旋轉，第1次旋轉為采集蒙片不注射對比劑，旋轉時間5 s，開始位至結束位夾角（旋轉采集角度）為200o，角度步進為1.5o/s，旋轉速度為40o/s，幀頻為26.5 f/s，共計132幀圖像；蒙片采集結束X線球管與平板探測器自動復位后，再次從右側位開始向左側位方向旋轉200o，此次旋轉時,高壓注射器按設定參數與X線球管曝光聯動，X線球管曝光的同時,高壓注射器工作并向靶血管注射對比劑以獲得充盈相，并實時生成減影圖像。此次旋轉采集的旋轉時間、旋轉采集角度、角度步進、旋轉速度、幀頻和圖像幀數與第1次完全相同。

（1）常規未經像素移位自動生成三維影像（對照組）：旋轉DSA采集結束后，多角度采集信息自動上傳至工作站，通過Inspace 3D Dynavision軟件影像重建技術來自動生成三維腦血管DSA影像。

（2）像素移位后重建生成三維影像（實驗組）：選擇血管造影機send to 3D菜單，將旋轉DSA圖像信息重新發送至工作站，并設置參數，選取重建區域，重建模式選擇Sub with motion correction自動像素移位功能，點擊重建并生成三維DSA圖像。

1.2.2 圖像分析

2 結果

常規自動重建三維DSA（對照組）的優質圖像31例，差質圖像18例，發現微小動脈瘤5枚；而應用像素移位技術后重建三維DSA（實驗組）得到優質圖像52例，差質圖像7例，發現微小動脈瘤14枚。兩種方法生成的圖像質量和發現微小動脈瘤數量經統計學分析有統計學意義（P＜0.05）。兩組腦血管三維DSA圖像質量評定結果，見表1。兩組腦血管三維DSA動脈瘤檢出率對照，見表2。

表1 兩組三維DSA圖像質量評定結果

表2 兩組腦血管三維DSA動脈瘤檢出率對照

3 討論

蛛網膜下腔出血患者其檢查目的多為尋找有無腦動脈瘤[4]，因此，腦血管造影常需要在二維DSA的基礎上再行三維DSA重建[5]，以便多角度觀察瘤頸、瘤體和穿支動脈等，并防止遺漏微小動脈瘤，因此，三維DSA的圖像質量尤為重要。

通常，造影劑注入前的圖像被稱為蒙片，而同一部位在注入造影劑后的圖像被稱為充盈相。在假設血管周圍組織、成像條件完全不變的情況下，將蒙片與充盈相相減應得到僅包含血管的圖像。但在臨床應用中，這種理論假設通常是不成立的。在成像的同時，患者會有各種運動，尤其是腦血管造影的患者，其顱骨的弧形解剖結構導致不可避免地左右擺動，加之患者常常伴有煩躁、打鼾、吞咽動作、病理呼吸、以及因造影劑注入時的刺激，患者的自然反應而引起的局部運動等[6]，這些運動會使充盈相與蒙片之間存在像素區域的差異，從而使減影后的圖像出現偽影，妨礙醫生的正確診斷。尤其是三維重建DSA圖像，因其是血管造影機C型臂相對檢查部位旋轉200o獲得一系列不同角度的含對比劑的多維空間信息，再通過使用表面陰影重建（Surface Shadow Display，SSD）、最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）、多層面重組（Multiple-Planar Reformation，MPR）,對旋轉DSA的二維圖像進行處理后，獲得被對比劑充盈的血管解剖結構的三維影像[7-8]。其中不僅包含了充盈的血管影像，也包含了因各種移動造成的偽影信息，其偽影信息量等于所有空間多角度的無關信息，即掃描全程132幀圖像的加權像，產生移動偽影的幾率較二維DSA大[9],使血管邊界模糊，小動脈瘤常被無關信息所掩蓋，三維影像的質量下降，影響診斷。要改善這一狀況，首先就需要對每一角度每一幀圖像的偽影信息進行消除，再通過SSD、MIP、MPR。像素移位通過計算機內推法程序來消除移動性偽影，為了改善蒙片與充盈相之間減影的配對不良，將蒙片的全部或部分像素向不同方向移動一定距離，使之與充盈相對應的像素更好的配準，再經減影，去除充盈相之前的像素信號，留下血管信號[10-11]。在三維重建前對旋轉DSA的影像進行像素自動移位，首先對于一幅圖像中的某一點，根據一定的相似度函數找到另一幅圖像中的對應點，并求出相對位移；然后對其中一幅圖像（蒙片）進行變形，以達到與另一幅圖像（充盈片）配準的目的；用插值法（雙線性插值）得到非整數像素位置上的像素值，獲得少數特征點（控制點）的位移，再通過插值方法得到所有點的位移，以此得到快速配準的方法。

像素移位技術可以盡可能地消除旋轉DSA的移動偽影，使重建的三維圖像質量提高，避免遺漏微小動脈瘤，表現為三維DSA圖像減影徹底，血管邊緣清楚，圖像層次豐富。本組82例三維DSA圖像中，對照組的三維DSA影像，圖像質量優者為31例，占37.80%；圖像質量為可接受者為33例，占40.24%；質量較差者18例，占21.95%。而實驗組的三維DSA影像，圖像質量優者為52例，占63.41%；圖像質量為可接受者為23例，占28.05%；質量較差者7例，占8.54%。其中，原33例可接受圖像中有21例圖像經像素位移后重建，3D圖像達到優質，原18例質量較差圖像中有11例經像素位移后重建，3D圖像達到可接受；有7例經像素移位后圖像質量依然較差者，經通過旋轉DSA影像分析，均因為患者意識障礙、躁動、難以配合、移動度很大并伴有嚴重的旋轉運動所致。對照組的三維影像發現微小動脈瘤5枚，較大動脈瘤23枚，動脈瘤總數為28枚；而實驗組的三維影像發現微小動脈瘤14枚，較前者多發現9枚，7枚為原可接受圖像經位移后被顯露，2例為原質量較差圖像經位移后被顯露，微小動脈瘤的檢出率較對照組提高了10.97%。并發現較大動脈瘤28枚，發現動脈瘤總數為42枚。經統計學分析，兩種重建方法對小動脈瘤的發現具有統計學意義（P＜0.05）。

綜上所述，旋轉DSA圖像像素移位后，重建三維DSA影像，可獲得較好的圖像質量，提高動脈瘤的檢出率，尤其是消除移動偽影后，降低了偽影對微小動脈瘤的的掩蓋，對微小動脈瘤的發現具有重要意義[12-16]。但對一序列的圖像進行像素移位，程序運行繁瑣，必然影響其重建速度[17]，因此，對病情嚴重，手術需要爭分奪秒的患者，可先行常規自動生成的三維DSA，術后再重新配準重建三維圖像；對部分旋轉DSA圖像即發現移動、旋轉嚴重者，因像素移位也不能有效的改善蒙片與充盈相之間減影的配對不良的現象，因此無須進行像素移位后再次重建。

總之，在旋轉DSA圖像中出現輕中度移動偽影，行常規自動生成的3D DSA圖像不滿意者，需使用像素位移技術將輕中度移動造成的移動偽影消除，再行三維DSA重建，可改善腦血管三維DSA圖像質量，提高微小動脈瘤的發現率。

[1]Van Rooi WJ,Sprengers ME,De Gast AN,et al.3D rotational angiography:the new gold standard in the detection of additional intracranial aneurysms[J].AJNR,2008,29(5):976.

[2]Gailoud P,Oishi S,Carpenter P.Three dimensional digital angiography:new tool for simultaneous three dimensional rendering of vascular and osseous information during rotational angiography[J].ANJR,2004,25:571-573.

[3]董富山,史帥濤,姜喜峰,等.3D DSA腦血管造影診斷腦動脈瘤技術中的質量控制[J].中華實用診斷與治療雜志,2008,22(8):612-613.

[4]馮勛剛,鄭俊萍.數字減影血管造影術對自發性蛛網膜下腔出血病因的診斷價值研究[J].中國全科醫學,2011,14(6):1920-1921.

[5]石鑫,姜梅,郝玉軍,等.3D-CTA、3D-DSA對顱內動脈瘤臨床診斷價值的對比[J].中國臨床神經外科雜志,2010,15(2):69.

[6]Sorimachi T,Suzuki K,Sasaki O,et al.Three dimensional digital subtraction angiography in evaluaion of vertebro basilar artery dissections:comparis on with 2D DSA[J].Journal of Neuroimaging,2010,20:228-233.

[7]Wiebem DO,Wh isnant JP,Huston J,et al .Unrup tured intracranial aneurysms natural history,clinical outcome and risks of surgical and endovascular treatment[J].Lancet,2003,362(3):103-110.

[8]Khan N,McCall J.Imaging in vascular disease[J].Surgery,2007,25(8):333-337.

[9]李偉,龍晚生,羅學毛,等.三維DSA在顱內動脈瘤中的應用[J].生物醫學工程學進展,2011,32(2):88-92.

[10]燕樹林,王鳴鵬,余建明,等.全國醫用設備使用人員(CT、MR、DSA)上崗考試指南[M].北京:軍事醫學科學出版社,2009:472.

[11]燕樹林,牛延濤.醫學影像技術學術語祥解[M].北京:人民軍醫出版社,2010:387.

[12]Nikoli IM,Naguli M,Antunovic V.Significance of the spatial recon struction based on math ematical modeling in the surgical treatment of giant intracranial aneurysms[J].Vojnosanit Pregl,2006,63:65-68.

[13]李德秀,李春華,夏進東,等.3D DSA在顱內動脈瘤介入診療中的應用[J].鄖陽醫學院報,2009,28(5):476-477.

[14]劉瑞宏,胡立斌,付海鴻,等.3D-DSA技術在顱內動脈瘤造影中的應用[J].中國醫療設備,2008,23(9):129-132.

[15]李建明,賈廣志.旋轉DSA 診斷顱內動脈瘤更具優勢—旋轉DSA與MRA的對比研究[J].生物醫學工程與臨床,2007,11(1):27-29.

[16]沈富強.旋轉DSA診療顱內動脈瘤的原理和應用[J].中國醫療設備,2009,24(5):123-124.

[17]劉虎.3D DSA技術及其在顱內動脈瘤診治中的應用價值[J].醫學影像學雜志,2011,21(4):619-621.