基于4D-CTA技術測量頭頸血管循環時間的可行性

張小勇 胡容 曾憲春 王榮品 李文航 伍瑤斌 余暉

1貴州醫科大學醫學影像學院（貴陽550002）；2貴州省人民醫院放射科（貴陽550002）；3貴州省智能醫學影像分析與精準診斷重點實驗室（貴陽550002）；4貴州醫科大學附屬醫院影像科（貴陽550002）

隨著CT 設備的不斷發展，頭頸血管成像因其無創、快捷等優點，已廣泛應用于頸腦血管病變的疾病篩查［1-2］。但受到設備因素、患者因素、操作者經驗的影響，頭頸血管CT 成像的效果參差不齊。尤其是頭頸靜脈系統成像，由于循環時間不易掌握，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，也可能導致患者重復檢查，將增加患者對比劑和輻射損害的風險。患者個體循環時間在檢查前常常不能預測，因此對于患者頭頸循環時間的測量，了解不同患者之間頭頸血管血流動力學的異同，對指導頭頸血管CT 成像有一定的參考價值。既往有研究［3-5］采用超聲、DSA 等方法對腦血管進行循環時間測量時，多基于一個層面動脈和靜脈的時間差進行測量，采用CT 對于大范圍頭頸動脈和靜脈循環時間的測量鮮有研究。本研究擬采用頭頸血管4D-CTA 數據進行回顧性分析，測量動脈、靜脈的循環時間，探討其可行性，同時為優化頭頸范圍動脈、靜脈CT 成像的時機提供參考。

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，排除薄層數據不完整、無法查找臨床信息，動、靜脈之間存在異常通道，血管狹窄、閉塞影響血流狀態的患者。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，體質量（63.99 ± 1.50）kg，BMI（24.01 ±3.43）kg/m2。本研究經醫院倫理委員會批準。

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，囑咐患者掃描過程中不要做吞咽動作。采用Siemens Somatom Force CT（SOMATOM Force，Siemens Healthcare，Forchheim，Germany）掃描儀搖籃床模式行頭頸范圍動態血管掃描（4DCTA）。掃描參數：管電壓70、80 kV，管電流50 ～100 mAs，探測器準直為192×0.6 mm，球管轉速為250 ms/rot。非離子型對比劑碘帕醇40 mL，濃度370 mgI/mL，注射速率5 mL/s，采用雙筒高壓注射器經右肘靜脈團注，延遲6 s 同步開始頭頸血管動態掃描。范圍由主動脈弓至顱頂，采集容積數據22 組，每組間隔時間2 s，圖像重建層厚1 mm，層間距0.7 mm。

1.3 圖像數據分析 將1 mm 圖像數據導入syngo.via（VB20 版本）后處理工作站，指定動態血管成像模塊進行處理，依次進行圖像校正、四維降噪。在橫斷位圖像中按住鼠標左鍵左右滑動，選擇最佳動脈期、最佳靜脈期圖像畫感興趣區（ROI），ROI大于血管斷面1/3 ～1/2。最佳動脈期分別選擇主動脈弓（AA）、C4 水平雙側頸總動脈（CA）和椎動脈（VA）、雙側大腦中動脈（MCA）M1 段、基底動脈（BA）中段等層面進行測量；最佳靜脈期分別選擇C4 水平雙側頸內靜脈（ICV）和乙狀竇（SS）、上矢狀竇（SSS）中段層面。獲取各個感興趣區（圖1AF）的對比劑的時間-密度曲線（圖1G），記錄各個感興趣區峰值CT 值和達峰時間。

圖1 各感興趣區測量位置及時間密度曲線Fig.1 Measurement position and time density curve of each region of interest

1.4 循環時間計算 通過測量各個感興趣達峰時間，分別計算主動脈弓至顱內（大腦中動脈和基底動脈）的平均時間（T1）、主動脈弓至上矢狀竇的時間（T2）、顱內動脈至上矢狀竇的時間（T3）、上矢狀竇至頸內靜脈的時間（T4），以及所有動脈ROI 平均峰值時間（TA）、靜脈ROI 平均峰值時間（TV）以及動靜脈循環時間差TA-V。

1.5 統計學方法 應用SPSS 22.0 統計學軟件進行分析，動、靜脈達峰的強化CT 值和達峰時間采用均數±標準差表示，不同組別之間的差異分別采用兩樣本獨立t檢驗、單因素方差分析以及秩和檢驗。以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同ROI 的CT 值和峰值時間 經4D-CTA數據測量，頭頸范圍內不同感興趣區（ROI）CT 值和達峰時間，順血流方向CT 值略降低，達峰時間成逐漸遞增趨勢。見表1。

表1 不同ROI 的CT 值及達峰時間Tab.1 CT value and peak time of different ROI ±s

表1 不同ROI 的CT 值及達峰時間Tab.1 CT value and peak time of different ROI ±s

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

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 之間峰值時間間隔 通過測量獲得不同ROI 之間時間間隔，以主動脈弓為基礎，對比劑峰值到達顱內動脈和靜脈的時間分別為1.91、6.11 s，頭頸動脈和靜脈平均峰值時間差約6.99 s。見表2。

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

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

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

組T1 T2 T3 T4 TA TV TA-V平均峰值時間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、體質量、BMI 比較 不同性別患者比較，女性的主動脈峰值、動脈平均峰值、靜脈平均峰值均比男性出現得早，動靜脈峰值時間差較男性更短，差異均有統計學意義（P＞0.05）；按不同的BMI 分組比較，峰值時間和循環時間差組間差異均無統計學意義（P＜0.05）；按不同體質量分組，隨著體質量增加，峰值時間越晚，但組間差異無統計學意義（P＜0.05）。見表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

類型性別BMI體質量分組男女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 值主動脈弓峰值時間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動脈平均峰值時間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動靜脈循環時間差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

近年來腦血管病發病率逐年攀升［6］，給家庭和社會帶來沉重的負擔，社會危害性極大。作為我國心腦血管疾病的防控重點，頭頸范圍動、靜脈血管病變篩查和早期診斷，對于降低神經血管性相關疾病的發病率，減少致死、致殘率具有積極意義［1，7］。

影像學檢查在血管性疾病中廣泛應用，其中CT 血管成像以無創、快捷的優點，成為頭頸血管性病變篩查最常用的檢查方法［2］。4D-CTA 技術是基于腦灌注衍生出的一種新興影像檢查方法［8-9］，一次檢查可以同時了解動靜脈的情況，但是對設備要求較高，因此難以在臨床普及。獲取血流動力學信息是4D-CTA 額外的功能，能通過測量獲得不同患者頭頸范圍的動靜脈血流動力學信息的異同。采用腦灌注數據對于腦血管循環時間進行測量既往有研究［10］報道，但對于頭頸大范圍循環時間的測量，未見文獻報道。本研究回顧性分析頭頸部4D-CTA 圖像，排除了大血管嚴重狹窄、存在動靜脈異常分流的患者，對頭頸血流循環時間進行測量，為優化日常頭頸部CT 血管成像提供一定參考。

本研究采用相同掃描范圍，統一對比劑注射方案，對比劑總量40 mL，流速5 mL/s，避免了掃描模式和對比劑注射方案對峰值時間的影響。結果顯示，隨著血流方向各感興趣區CT 值略有下降，血液對于對比劑可能有一定的稀釋作用（表1）。AA 平面峰值時間約19.99 s，到達顱內MCA 和BA、SSS 的平均時間分別約1.91、6.61 s，最佳頭頸動脈系統、靜脈系統峰值時間間隔約6.99 s。不同性別比較，主動脈峰值在女性較男性更早出現，頭頸動脈、靜脈系統循環時間較男性略短，差異均有統計學意義，提示在女性患者頭頸CTA、CTV 最佳采集時間較男性更早出現。按不同體質量分組，隨著體質量增加，主動脈弓的峰值時間增加，但組間差異沒有統計學意義。不同BMI 分組，峰值時間和循環時間間隔差異均無統計學意義。

目前應用于臨床的CT 掃描儀種類繁多，頭頸范圍的CT 成像時間可以亞秒到數秒［11］不等，過快掃描速度可能導致顱內血管的細小分支顯示不佳，過長的掃描時間可能導致靜脈回流影響動脈的觀察和診斷。結合CT 掃描儀設置合適的對比劑的注射方案、觸發模式、延遲時間是獲取最佳動、靜脈血管時相的關鍵。CT 增強檢查的對比劑觸發方式有經驗值法、小劑量團注測試法、對比劑自動示蹤法［12］。受患者個人因素影響，其中經驗值法成功率遠不如后兩者，臨床很少用于血管成像。小劑量團注測試法可以獲得目標血管循環峰值，能減少個體化差異的影響，但操作相對繁瑣。對比劑自動跟蹤技術操作簡便，也兼顧了個人差異的影響，在臨床工作中應用較廣。在設定頭頸動脈CT 成像方案時，應考慮主動脈弓峰值到達顱內動脈和靜脈的時間。本研究結合頭頸CTA 常用的對比劑觸發方式和觸發水平，以主動脈弓的峰值時間作為基礎，估算主動脈弓至頸部、顱內血管的循環時間。測量結果顯示主動脈弓到達顱內動脈的平均時間約1.91 s，到達上矢狀竇的時間約6.61 s，提示主動脈弓至顱頂的掃描時間小于前者時應要注意調整觸發后延遲時間；而掃描時間大于后者時，顱內靜脈顯影達到峰值，可能影響動脈血管觀察，這與溫孟皇等［12］的研究結論相似。測得顱內動脈到上矢狀竇的時間約4.72 s，上矢狀竇至頸內靜脈的時間約為1.52 s。從時間密度曲線分布圖可以觀察到，動脈各個ROI 的峰值分布較靜脈的峰值相對更集中，提示靜脈循環時間比動脈慢。本研究結果顯示，頭頸動脈、靜脈的平均峰值時間相差約6.99 s，這與SCHREIBER 等［13］采用超聲獲得的頸內動脈、靜脈之間的差值相近，但是本研究采用的是頭頸動脈和靜脈各個感興趣區的平均值，與其單層面的測量有一定差異。本研究采用計算平均峰值時間主要考慮到：頭頸CTA 或CTV 掃描范圍長，所以單個層面不能完全代表整個范圍。了解不同ROI 之間的循環時間間隔，才能更好結合CT 設備掃描參數和適當的對比劑注射方案，精準獲取最佳動脈、靜脈的CT 血管圖像。

不足之處：本研究為單中心研究，數據測量受人為因素影響；采用搖籃床模式采集，掃描范圍大，時間分辨率受限。由于對比劑由肘靜脈經頭臂靜脈進入上腔靜脈，會影響頭臂靜脈峰值時間，故未測量頭臂靜脈峰值曲線，可能對靜脈整體峰值有一定影響，后續的研究將進一步完善相關問題。

綜上所述，女性患者峰值時間較男性更快出現，動靜脈時相間隔更短，頭頸CTA、CTV 掃描時宜適當縮短觸發、延遲時間，尤其是體質量和體質指數偏低的女性。主動脈弓至顱內動脈峰值時間相差約1.91 s，根據CT 掃描儀的最快掃描速度，以主動脈弓為觸發平面，結合合適的延遲時間可以獲得最佳頭頸動脈期圖像，掃描時間大于6.61 s 可能會有顱內靜脈過度顯影。根據頭頸動、靜脈時相最佳采集間隔，動脈期后延遲6.99 s 左右可獲得良好的靜脈期圖像，若采集間隔時間小于4.72 s時，可能會有顱內動脈殘留顯影。基于4D-CTA 技術測量頭頸血管循環時間具有較廣泛的臨床應用前景。