像素移位技术在脑血管三维数字减影血管造影中的应用价值

许少睿 ，高伟 ，项玉梅 ，苏浩波

南京医科大学附属南京市第一医院a.介入科；b.放射科，江苏 南京 210006

0 前言

脑血管数字减影血管造影技术（Digital Subtraction Angiography，DSA）具有很好的分辨率，可以显示0.5 mm的脑血管。DSA良好的空间分辨力决定了其是脑血管诊断的金标准，特别是三维DSA成像，能充分显示颅内动脉瘤瘤体的起源、位置、形态、大小、瘤颈宽窄情况， 对如何选择颅内动脉瘤的后期治疗方法起着非常重要的作用[1-2]，但患者常因各种原因导致造影检查时头部移动，常规旋转DSA后自动生成的三维图像仍有部分显示欠佳[3]，而运用像素移位技术进行三维重建，能清晰显示脑血管各级分支和动脉瘤的全貌。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 临床资料

搜集2011年1～12月，因蛛网膜下腔出血行脑血管三维DSA患者82例，其中，男59例，女23例，年龄39～77岁，平均（59±7.9）岁；患者意识清晰可以配合者62例，意识障碍烦躁者20例。

1.1.2 应用设备与对比剂

应用西门子Artis zee ceiling数字化平板探测器心血管造影系统，软件版本VC14h；Syngo X-leonardo工作站，版本Vb15d，Inspace 3D Dynavision软件包；LF高压注射器；4F猎人头导管；对比剂为威视派克注射液（GE Healthcare Ireland 生产）。

由3名影像专家采用双盲法，对图像的伪影，细微结构和清晰程度和发现动脉瘤数量进行评价。主观图像质量分3级进行评定，优：图像清晰、对比度好、层次丰富、没有伪影、减影彻底，很好地显示动脉瘤的形态、大小、瘤颈及与毗邻血管的关系, 完全达到诊断要求；可接受：图像欠清晰、有部分颅骨显示、对比度较好，尚能显示动脉瘤的形态、大小、瘤颈及毗邻血管的关系，尚能达到诊断目的；差：图像血管边缘模糊、边界不清，成像失败或达不到诊断目的。意见有分歧时共同讨论确定。

1.2.3 统计学分析

对82例常规自动生成的脑血管三维DSA图像与经像素移位后重建的脑血管三维DSA图像质量和诊断结果，经SPSS 12.0软件进行统计学分析采用χ2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

1.2 方法

1.2.1 造影方法

82例患者均仰卧检查床, 常规消毒铺巾, 采取Seldinger技术经右侧股动脉穿刺插入4F猎人头造影导管，导管头端置于颈总动脉内，C臂为左侧位，先行标准正侧位全脑血管二维DSA造影，再选择5S旋转DSA模式。对比剂1：1稀释，并设定注射参数，注射速率为2.5 mL/s,对比剂总量为15 mL，X线延时1 s，按下定位操作杆，定位患者和系统，正位透视下将投照视野中心线垂直于兴趣区中心，侧位透视将投照视野中心线垂直于兴趣区中心，使靶区域位于等中心点。启动Dynavision采集程序，造影机自动从右侧位开始向左侧位方向旋转，第1次旋转为采集蒙片不注射对比剂，旋转时间5 s，开始位至结束位夹角（旋转采集角度）为200o，角度步进为1.5o/s，旋转速度为40o/s，帧频为26.5 f/s，共计132帧图像；蒙片采集结束X线球管与平板探测器自动复位后，再次从右侧位开始向左侧位方向旋转200o，此次旋转时,高压注射器按设定参数与X线球管曝光联动，X线球管曝光的同时,高压注射器工作并向靶血管注射对比剂以获得充盈相，并实时生成减影图像。此次旋转采集的旋转时间、旋转采集角度、角度步进、旋转速度、帧频和图像帧数与第1次完全相同。

（1）常规未经像素移位自动生成三维影像（对照组）：旋转DSA采集结束后，多角度采集信息自动上传至工作站，通过Inspace 3D Dynavision软件影像重建技术来自动生成三维脑血管DSA影像。

（2）像素移位后重建生成三维影像（实验组）：选择血管造影机send to 3D菜单，将旋转DSA图像信息重新发送至工作站，并设置参数，选取重建区域，重建模式选择Sub with motion correction自动像素移位功能，点击重建并生成三维DSA图像。

1.2.2 图像分析

2 结果

常规自动重建三维DSA（对照组）的优质图像31例，差质图像18例，发现微小动脉瘤5枚；而应用像素移位技术后重建三维DSA（实验组）得到优质图像52例，差质图像7例，发现微小动脉瘤14枚。两种方法生成的图像质量和发现微小动脉瘤数量经统计学分析有统计学意义（P＜0.05）。两组脑血管三维DSA图像质量评定结果，见表1。两组脑血管三维DSA动脉瘤检出率对照，见表2。

表1 两组三维DSA图像质量评定结果

表2 两组脑血管三维DSA动脉瘤检出率对照

3 讨论

蛛网膜下腔出血患者其检查目的多为寻找有无脑动脉瘤[4]，因此，脑血管造影常需要在二维DSA的基础上再行三维DSA重建[5]，以便多角度观察瘤颈、瘤体和穿支动脉等，并防止遗漏微小动脉瘤，因此，三维DSA的图像质量尤为重要。

通常，造影剂注入前的图像被称为蒙片，而同一部位在注入造影剂后的图像被称为充盈相。在假设血管周围组织、成像条件完全不变的情况下，将蒙片与充盈相相减应得到仅包含血管的图像。但在临床应用中，这种理论假设通常是不成立的。在成像的同时，患者会有各种运动，尤其是脑血管造影的患者，其颅骨的弧形解剖结构导致不可避免地左右摆动，加之患者常常伴有烦躁、打鼾、吞咽动作、病理呼吸、以及因造影剂注入时的刺激，患者的自然反应而引起的局部运动等[6]，这些运动会使充盈相与蒙片之间存在像素区域的差异，从而使减影后的图像出现伪影，妨碍医生的正确诊断。尤其是三维重建DSA图像，因其是血管造影机C型臂相对检查部位旋转200o获得一系列不同角度的含对比剂的多维空间信息，再通过使用表面阴影重建（Surface Shadow Display，SSD）、最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）、多层面重组（Multiple-Planar Reformation，MPR）,对旋转DSA的二维图像进行处理后，获得被对比剂充盈的血管解剖结构的三维影像[7-8]。其中不仅包含了充盈的血管影像，也包含了因各种移动造成的伪影信息，其伪影信息量等于所有空间多角度的无关信息，即扫描全程132帧图像的加权像，产生移动伪影的几率较二维DSA大[9],使血管边界模糊，小动脉瘤常被无关信息所掩盖，三维影像的质量下降，影响诊断。要改善这一状况，首先就需要对每一角度每一帧图像的伪影信息进行消除，再通过SSD、MIP、MPR。像素移位通过计算机内推法程序来消除移动性伪影，为了改善蒙片与充盈相之间减影的配对不良，将蒙片的全部或部分像素向不同方向移动一定距离，使之与充盈相对应的像素更好的配准，再经减影，去除充盈相之前的像素信号，留下血管信号[10-11]。在三维重建前对旋转DSA的影像进行像素自动移位，首先对于一幅图像中的某一点，根据一定的相似度函数找到另一幅图像中的对应点，并求出相对位移；然后对其中一幅图像（蒙片）进行变形，以达到与另一幅图像（充盈片）配准的目的；用插值法（双线性插值）得到非整数像素位置上的像素值，获得少数特征点（控制点）的位移，再通过插值方法得到所有点的位移，以此得到快速配准的方法。

像素移位技术可以尽可能地消除旋转DSA的移动伪影，使重建的三维图像质量提高，避免遗漏微小动脉瘤，表现为三维DSA图像减影彻底，血管边缘清楚，图像层次丰富。本组82例三维DSA图像中，对照组的三维DSA影像，图像质量优者为31例，占37.80%；图像质量为可接受者为33例，占40.24%；质量较差者18例，占21.95%。而实验组的三维DSA影像，图像质量优者为52例，占63.41%；图像质量为可接受者为23例，占28.05%；质量较差者7例，占8.54%。其中，原33例可接受图像中有21例图像经像素位移后重建，3D图像达到优质，原18例质量较差图像中有11例经像素位移后重建，3D图像达到可接受；有7例经像素移位后图像质量依然较差者，经通过旋转DSA影像分析，均因为患者意识障碍、躁动、难以配合、移动度很大并伴有严重的旋转运动所致。对照组的三维影像发现微小动脉瘤5枚，较大动脉瘤23枚，动脉瘤总数为28枚；而实验组的三维影像发现微小动脉瘤14枚，较前者多发现9枚，7枚为原可接受图像经位移后被显露，2例为原质量较差图像经位移后被显露，微小动脉瘤的检出率较对照组提高了10.97%。并发现较大动脉瘤28枚，发现动脉瘤总数为42枚。经统计学分析，两种重建方法对小动脉瘤的发现具有统计学意义（P＜0.05）。

综上所述，旋转DSA图像像素移位后，重建三维DSA影像，可获得较好的图像质量，提高动脉瘤的检出率，尤其是消除移动伪影后，降低了伪影对微小动脉瘤的的掩盖，对微小动脉瘤的发现具有重要意义[12-16]。但对一序列的图像进行像素移位，程序运行繁琐，必然影响其重建速度[17]，因此，对病情严重，手术需要争分夺秒的患者，可先行常规自动生成的三维DSA，术后再重新配准重建三维图像；对部分旋转DSA图像即发现移动、旋转严重者，因像素移位也不能有效的改善蒙片与充盈相之间减影的配对不良的现象，因此无须进行像素移位后再次重建。

总之，在旋转DSA图像中出现轻中度移动伪影，行常规自动生成的3D DSA图像不满意者，需使用像素位移技术将轻中度移动造成的移动伪影消除，再行三维DSA重建，可改善脑血管三维DSA图像质量，提高微小动脉瘤的发现率。

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