MSCTA、2DDSA和3DDSA对颈动脉狭窄测量差异比较的实验研究＊

张祖建，张 勇，陈淑君，周玉梅，王友杰，唐继芳

（四川省德阳市人民医院／成都中医药大学德阳临床医院：1.放射科；2.门诊部 618000）

多年来，数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）一直是血管性病变诊断的临床“金标准”，三维数字减影血管造影（three dimensional digital subtraction angiography，3DDSA）进一步提高了DSA对脑血管病变的解剖形态和空间关系的显示能力。随着成像软件开发和功能应用的拓展，多层螺旋CT血管成像（multi-slice spiral CT angiography，MSCTA）已广泛应用于各种血管性疾病的筛查和诊断，并具有较高的敏感性和诊断准确性。目前，绝大多数的CT和DSA工作站均配备有高级血管分析软件（advanced vessel analysis，AVA），能够对颈动脉或脑动脉狭窄程度进行重复定量分析，但对于MSCTA和DSA对血管狭窄的测量差异，文献中的研究结果却不甚一致。有学者认为，MSCTA评估血管狭窄程度的准确性不及2DDSA，并具有一定程度的高估，也有2DDSA对血管狭窄的测量准确性低于3DDSA的报道。此前的报道均主要来源于临床病例，尚缺乏真实病理或实验模型的对比研究[1-4]。本实验通过MSCTA、2DDSA和3DDSA对血管狭窄模型的精确测量差异比较，探讨MSCTA、2DDSA和3DDSA在颈动脉和脑血管狭窄临床评估中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 材料 采用普通重力输液管（山东威高医用高分子制品股份有限公司，生产标准：YZB／国0341-2010，生产批号：20130321，标准内径2.8mm，标准外径3.2mm），根据北美症状性颈动脉内膜切除术试验组（North American symptomatic caroid endarterectomy trial，NASCET）标准[5]，利用热凝法制备脑血管狭窄模型共30支，其中正常（0级，0%）2支，轻度狭窄（1级，1%～＜30%）6支，中度狭窄（2级，30%～＜70%）和重度狭窄（3级，70%～＜100%）各10支，血管闭塞（4级，100%）2支。

1.2 方法

1.2.1 MSCTA 西门子SOMATOM Definition 64层螺旋CT，扫描参数120kV，200～250mAs（管电压自动调节补偿技术），64mm×0.75mm采集方式，螺距为1，层厚0.75mm，选用高卷积函数H60f进行图像重建，连接自动压力注射器后以3mL／S推注非离子型造影剂（碘克沙醇，320mgI／mL）。将重建后图像传送至图像后处理工作站，使用Inspace界面中的AVA软件进行分析。

1.2.2 DSA 飞利浦Allura Xper FD20型数字减影血管造影机和Metro高压注射器，为减小图像放大率，经多次实验，将定床面高度确定为＋18，探测器-球管距离（SID）为120cm，成像视野（FD）＝48cm。2DDSA成像矩阵为1 024×1 024，造影时将血管模型、正圆钢球平行排列于视野中心，连接自动注射器以3mL／s注射碘克沙醇8mL，摄正、侧位＋斜位血管造影片。3DDSA为512×512成像矩阵，C臂旋转240°（±120°），图像采集6帧／秒，造影剂注射速度为3mL／s，图像重建方式为选用容积再现（VR）。

1.3 图像分析和测量 由2名具有丰富CTA和介入治疗经验的放射医师在CT和DSA图像后处理工作站上，选取模型血管的最狭窄段作为感兴趣测量区，利用AVA软件对MSCTA、2DDSA和3DDSA数据进行分析。直径狭窄率（DSR）（%）＝[1-（最小残余管腔横截面直径／狭窄近、远端动脉正常横截直径）]×100%、面积狭窄率（ASR）（%）＝[1-（最小残余管腔横截面面积／狭窄近、远端动脉正常横截面积）]×100%。在分析时将MSCTA原始数据导入工作站，在AVA界面中即可自动生成多平面重建（MPR）图像，将跟踪点分别置于血管狭窄处两端管腔中心，点击stenosis按钮后，手动校正或勾画血管狭窄处及其两端正常管腔，即可自动计算出该段血管的DSR和ASR。于2DDSA分析前须采用直径10mm正圆钢球进行手动校准：在AVA校准选项中选取钢球直径，输入数值后可自动计算出像素校准因子（即CF值＝每个像素在图像中的大小），选择狭窄血管段后，可自动或手动计算出DSR、ASR等测量数据，MSCTA可清楚显示斑块形态和厚度，将跟踪点置于血管中心，手动勾画狭窄处和两端正常管腔后，自动计算出狭窄处管腔直径为1.8mm，ASR为53%，DSR为31%，钢球校准后2DDSA测得狭窄管腔直径为1.77mm，ASR为61%，DSR为37%，钢球校准后3DDSA测得的ASR为37%，DSR为21%。见图1。

图1 同一血管狭窄模型的测量分析

1.4 统计学处理 采用SPSS 13.0统计软件进行分析，计量资料用±s表示，不同成像方法对血管模型内径测量值比较采用Q检验和配对t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。MSCTA、2DDSA和3DDSA对模型血管狭窄程度分级的可靠性和一致性评价采用Kappa分析，α＝0.05为检验水准，Kappa值小于或等于0.40为诊断一致性较差，Kappa值0.4～0.75为一致性较好，≥0.75为诊断一致性极佳。

2 结果

2.1 血管模型内径测量 3DDSA与MSCTA、2DDSA对模型血管内径的测量值比较，t＝14.95、11.89，差异均具有统计学意义（P＜0.01）。3种测量方法差异见表1。

表1 不同成像测量方法对血管模型内径测量差异比较±s，n＝30）

表1 不同成像测量方法对血管模型内径测量差异比较±s，n＝30）

-：无数据；测量误差＝实测内径-标准内径／标准内径×100%。

项目 MSCTA 2DDSA 3DDSA F P实测内径（mm）2.76±0.07 2.83±0.05 3.08±0.09 382.24 0.00测量误差（%）-1.42 1.07 10.00 - -

2.2 DSR和ASR 对于同一狭窄分级的血管模型，利用AVA软件，3种成像方法所计算出的ASR均大于DSR，MSCTA、2DDSA测得的ASR值与NASCET的分级标准一致，见表2；3DDSA测得的ASR及DSR值与血管狭窄分级标准的参考值比较，均有较明显的低估；以ASR和DSR测量为基础的血管模型狭窄程度分级见表3。

表2 MSCTA、2DDSA和3DDSA对NASCET 1～3级血管模型的狭窄率测量（±s，%）

表2 MSCTA、2DDSA和3DDSA对NASCET 1～3级血管模型的狭窄率测量（±s，%）

ASR DSR分级MSCTA 2DDSA 3DDSA 1级 22.8±5.2 25.4±3.5 13.2±4.7 10.9±3.9 14.3±2.MSCTA 2DDSA 3DDSA 4 6.5±2.6 2级45.4±12.9 49.6±14.8 24.7±7.6 29.8±6.2 32.6±8.5 22.6±5.7 3级72.8±15.5 78.2±17.8 54.8±16.6 60.8±7.4 59.8±9.6 36.8±8.2

表3 不同成像测量方法对30支血管模型的狭窄程度分级评估（n）

2.3 诊断一致性比较 根据ASR和DSR测量的NASCET分级，以2DDSA为诊断“金标准”行Kappa分析，MSCTA与2DDSA对血管狭窄程度的判断具有极佳的一致性，Kappa值分别为0.86和0.91，而3DDSA对血管狭窄程度判断的一致性和可靠性较差，Kappa值分别为0.35和0.42。

3 讨论

动脉粥样硬化引起的颈动脉和脑动脉狭窄是发生缺血性脑卒中的重要原因，其发病机制与管腔狭窄后脑内持续低灌注、斑块成分脱落和栓子形成有关，随着动脉狭窄程度增加，发生大面积脑梗死的概率和风险显著上升，文献报道80%的急性脑梗死患者存在颈动脉狭窄，发达国家和白种人则以颅外段狭窄多见，发展中国家和亚洲人则以颅内血管狭窄更为多见[6-9]。准确评估血管狭窄程度、功能状态和粥样斑块性质，及时采取临床干预和治疗措施，对降低脑血管病的发病率，减轻脑血管病危害具有重要的临床意义[10]。

MSCTA和DSA径线或距离的精确测量是准确评估血管狭窄程度的前提，其影响因素较多。定期进行CT和DSA成像系统的稳定性检测和校准，检查过程中选择合适的视野、矩阵和图像重建方法，造影剂浓度和注射速率的选择，探测器-球管距离和床面高度的调节是影像质量控制的重要环节，也是进行精确测量的重要基础[11]。本实验采用固定的床面高度、探测器-球管距离，视野和成像矩阵，尽量减小图像放大率以保证测量结果的准确性。在实际工作中，MSCTA成像时造影剂浓度过低或粥样斑块较大，AVA分析常难以确定血管内壁或斑块的真实边界，导致狭窄残腔内径或截面面积的测量误差[12]。本实验中采用的高卷积函数（H60f）进行图像重建，具有较高的对比度和信噪比，借助多平面重组能够清晰显示血管内壁和准确勾画血管的狭窄断面，所测得的血管模型内径与实物的误差仅约1%，为AVA的准确分析和评价奠定了应用基础。在进行PTCA和外周小血管介入的操作中，5F导管校准法是最为常用的测量方法，可用于支架、球囊、滤器尺寸的订制或确认，但在神经介入手术中，由于颅内血管图像中通常不包含导管或仅在图像边缘区域显示部分导管，此时用偏离视野中心的导管进行校准测量可能会导致较大的测量误差，不利于支架、弹簧钢圈或扩张球囊大小的选择，因此有学者提倡使用钢球作为参照物来进行校准测量[13-14]。本实验中采用10mm正圆钢球进行2DDSA测量的距离校准，所测得的模型血管内径与真实管径的测量误差最小。3DDSA的测量精度与机架旋转过程中设备的稳定性、视野、成像矩阵和重建方法的选择有关，随着视野的缩小和成像矩阵的加大，3DDSA的测量误差则有减小的趋势[11]。与MSCTA不同，3DDSA因受C臂旋转角度限制，所采集的容积数据量较MSCTA有显著差距，重组后的图像质量与MSCTA比较相对较差。本实验中3DDSA采用VR成像方式，模型血管内径测量值与实际值误差较大，增大成像阈值后管径测量值虽有所降低，但模型血管的锐利度下降，并伴有图像信息丢失，有相当一部分模型血管无法完成AVA分析，分析其原因应与采集的容积数据较少有关，加之目前3D DSA通常仅可采用自动校准模式，尚不能通过导管或钢球等参照物进行校准，其校准精度较低，测量误差亦相对较大。此外，靶血管偏离成像视野中心也可影响MSCTA和DSA的精确测量，并产生较明显的误差。增加探测器的容积数据采集并采用高分辨重建方法有助于改善3DDSA的空间距离测量准确性，需进一步的研究。

ASR和DSR是MSCTA和DSA的AVA分析中，能自动或半自动获取并用于评估血管狭窄程度的重要数据。NASCET和欧洲颈动脉外科试验协作组在提出定义标准时均采用的是根据DSR评估血管的狭窄程度，其计算和应用也相对简便[5，14]。由于动脉粥样硬化斑块具有扁平型、突出型、溃疡型等多种形态类型，在狭窄残腔的直径相同的情况下，其面积狭窄率可不尽相同。因此，大多数的学者认为ASR能准确反映血流动力学变化，比DSR所反映的血管狭窄程度更为准确可靠[2，4，6]。本实验中MSCTA、2DDSA和3DDSA对同一血管模型所测得的ASR均大于DSR，在2DDSA和CTA的AVA分析中，根据ASR和NASCE标准判断为中度或重度狭窄的血管模型，采用DSR所评估的狭窄程度均有不同程度的降低，也再次证明采用ASR作为血管狭窄评估指标的正确性。在诊断效能评价方面，以DSA为金标准，分别以ASR和DSR作为血管狭窄评估指标，经Kappa分析，MSCTA与钢球校准后2DDSA对血管模型的狭窄程度分级具有极佳的诊断一致性，而3DDSA对模型血管狭窄程度评估的准确性相对较低。

64层螺旋CT空间分辨率和时间分辨率高，各向同性，可在任意方向进行血管重组并无变形失真[15-16]，基于高卷积函数重建的MSCTA图像和AVA血管分析，能够全面显示粥样硬化斑块、管壁厚度，避免血管周围骨性结构干扰，尤其适用于走行迂曲的颈动脉和脑动脉狭窄的分析和评估。有报道认为，由于投照角度、血管重叠或血管分叉角度的影响，2DDSA常不能准确显示粥样硬化斑块、血管的最大狭窄角度，可能会低估血管的狭窄程度[3-4]。本实验中的模型血管均为垂直方向走行，不存在血管分叉或成角的干扰，2DDSA采用旋转方式采集，结果表明2DDSA和MSCTA对血管模型的内径的测量值与实际值间的误差最小，对血管狭窄程度分级也具有极佳的一致性，与Simith等[17]的研究结果亦较为一致。3DDSA具有比2DDSA更为直观的三维成像效果，能够同时显示血管、颅骨间的复杂解剖关系，结合虚拟血管内镜显示，有助于发现更多的狭窄斑块和溃疡。但由于存在较大的测量误差，尚不能单独依赖于3DDSA的AVA分析来评估血管的狭窄程度。

本实验研究通过基于高分辨重建的MSCTA、常规DSA和3DDSA对血管狭窄模型的精确测量差异比较，证明MSCTA和2DDSA的测量准确性要高于3DDSA。临床实际工作中，在对于颈内动脉颅外段等管径较大的血管进行AVA分析时，上述差异可能并不具有明显的临床意义，但对于具有严格测量要求的神经介入或小血管内治疗（如管径较细的颈内动脉颅内段和脑内动脉），了解上述测量精度差异，选择正确的方法进行靶血管测量，仍具有一定的临床实用价值。

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