影像融合技术在脑血管疾病诊治中应用的研究进展

成 思(综述)，张 强，毛更生(审校)

(1.安徽医科大学武警临床医学院，北京 100039；2.中国人民解放军陆军总医院放射诊断科，北京 100700；3.安徽医科大学附属武警总医院神经血管外科,北京 100039)

·综述·

影像融合技术在脑血管疾病诊治中应用的研究进展

成 思1(综述)，张 强2，毛更生3*(审校)

(1.安徽医科大学武警临床医学院，北京 100039；2.中国人民解放军陆军总医院放射诊断科，北京 100700；3.安徽医科大学附属武警总医院神经血管外科,北京 100039)

脑血管障碍；诊断显像;综述文献

随着医学影像技术的不断发展，越来越多的医学成像技术应用于临床疾病诊断及指导制定治疗方案。计算机断层扫描(computed tomography，CT)、计算机断层血管造影(computed tomography angiography，CTA)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)及数字减影血管造影(digital substraction angiography，DSA)是目前神经外科领域尤其是脑血管疾病诊治中最为常用的影像学检查手段。不同的医学影像反映人体组织脏器和病变组织的不同信息，如CT检查颅内出血、钙化、颅骨等病变成像有优势，但其对脑组织病变与结构分辨则不足；MRI检查对脑组织及其病变的显示有优势，而对出血性及钙化性病变不如CT。DSA是血管性病变检查及诊治的金标准，但不能显示脑组织及非血管性病变。CTA及MRA作为无创性检查方法，近年来越来越多地应用于脑血管疾病的初步诊断，而且MRA还具有无射线、成像无需造影剂的优势，但对脑血管病变的显示精确度尚不能替代DSA。上述神经系统检查方法具有其独特优势同时存在劣势，不同影像对同一部位所得到的形态和功能信息是互为补充的。将2种单一模态的影像进行融合，融合后图像可提供更为丰富的影像学信息，从而有利于指导脑血管疾病的诊断与治疗。现就DSA双容积融合、DSA与MRI/MRA融合以及DSA与CT/CTA融合技术在脑血管疾病诊治中的应用研究进展综述如下。

1 DSA在脑血管疾病诊治中的应用

在颅内动脉瘤的诊治方面，CTA作为脑血管疾病诊断常用检查手段，对颅内动脉瘤诊断的特异度高，敏感度较DSA低[1]，而对颅内血流动力学变化和小穿支动脉显示欠佳，对颅底骨附近如床突段微小动脉瘤的诊断因受骨质影响，诊断困难且无法同时实施介入治疗。DSA图像空间分辨率高，既能清晰显示动脉瘤形态、瘤颈宽窄及其与载瘤动脉间关系，也能反映载瘤动脉血流动力学情况及有无痉挛等，检出准确度高，辅助介入治疗具有一定优势[2]。MRA技术在脑血管疾病的诊断中发挥着越来越重要的作用。3D-MRA与DSA均能较好显示颅内血管病变，但3D-MRA易漏诊<2 mm的动脉瘤[3]。韩新生等[4]研究报道DSA诊断颅内动脉瘤的敏感度达到98.0%，诊断动静脉畸形的敏感度达到100%。对于病变结构复杂的脑血管疾病如动静脉畸形诊治方面，DSA可定性诊断脑动静脉畸形，明确其位置、深度、范围、畸形血管团的大小、供血动脉与主干的关系及引流静脉的数目与分布情况，判断血流方向同时辅助栓塞治疗[5]。CTA、MRA诊断大中型脑动静脉畸形与DSA基本相符，而对于小型脑动静脉畸形的诊断敏感度小于DSA[6]。缺血性脑血管病变方面，MRI、CTA与DSA均为临床常用的诊断方法。国内研究报道MRA诊断大动脉闭塞阳性率达90.9%[7]。CTA能基本反映病变部位，但不能准确反映动脉狭窄的程度，而DSA能准确反映其病变程度且动脉狭窄分级清晰明确，同时显示远端及侧支血供情况，可为介入治疗方案的制定提供依据。CTA在显示血管壁钙化斑块和软斑块以及对斑块的成分、性质、大小的分析方面优于DSA[8]。

2 医学影像融合技术概论

3D-DSA双血管融合(左右颈内动脉系统、一侧颈内动脉系统与一侧椎基底动脉系统)，3D-DSA与MRI/MRA，3D-DSA与CT/CTA等作为目前临床上最常用的融合方式逐渐被广泛应用。不同的影像融合方式用于诊断及指导治疗神经外科领域不同疾病。神经导航目前已成为广泛应用于神经外科疾病指导开颅手术的重要技术，通过影像融合技术可明确病变部位与周围神经及血管之间的关系[9]，在临床治疗中能精确定位及减少副损伤。曾有关于神经导航多影像融合指导垂体腺瘤切除术的病例报道[10]。在功能神经外科领域，MRI与Dyna-CTA医学影像融合技术可用于微血管减压术治疗三叉神经痛难易程度的评估[11]。国内学者探讨医学影像融合技术用于烟雾病的诊断及治疗的应用价值[12]。医学影像融合技术逐渐改变着神经外科领域疾病的诊断与治疗。

3 影像融合技术操作过程

影像融合技术具体操作过程复杂。将原始数据重建为双容积横断面薄层容积数据，Dyna-CT head为重建算法的横断面薄层容积数据或MRI(横断面薄层容积，层厚<5 mm)数据，以Dicom格式从设备输出，导入三维后处理工作站，然后装载双容积数据、MRI及Dyna-CT数据，利用容和软件fusion进行2个容积数据的融合，融合后分别显示2个容积数据的断面影像，首先将2种不同影像学数据进行空间配准，配准完成后保存即可完成2种不同影像图像的影像融合。融合后的影像可进行放大、缩小及各个方位的旋转等多种处理。由于部分病变范围较大，一个平面无法较完整地显示其特性，因此可利用录像软件完整记录病变及周围组织结构的关系的动态过程，能够更加直观地呈现病变信息。

4 DSA双容积融合在脑血管疾病中的应用

对于部分特殊部位的颅内动脉瘤、动静脉畸形及动静脉瘘，单纯血管三维重建影像未能清晰地显示病变血管，双容积重建技术可将3D-DSA双血管影像进行融合，为临床提供更加精准丰富的影像学信息。向伟楚等[13]对双侧颈内动脉或一侧颈内动脉与椎动脉同时供血的前交通动脉动静脉瘘、前交通动脉动脉瘤、后交通动脉动脉瘤、眼动脉脑膜支供血的颅前窝内硬脑膜动静脉瘘、顶枕部脑动静脉畸形、前颅窝底脑膜支供血的硬脑膜动静脉瘘各1例进行双血管三维影像融合研究，研究结果证明双血管三维影像融合技术可以更加直观地评估多支动脉供血的病变(脑动静脉畸形、动静脉瘘、动脉瘤等)和Willis环的结构、血流动力学特征、血管构筑学特征等，对指导手术决策具有重要价值。双血管三维影像融合可判断瘘口位置及双侧颈内动脉向瘘的供血区域。对于临床中治疗难度大且结构复杂的脑血管病变如脑动静脉畸形及硬脑膜动静脉瘘等，单一血管影像未能提供全面的血管构筑信息[14]。对于部分顶枕动静脉畸形(由颈内动脉系统与椎基底动脉系统共同供血)或硬脑膜动静脉瘘(由左右颈内动脉系统共同供血)，双血管三维影像融合图像可全面清晰地显示病灶供血动脉、病灶血管团中的双重血供部分及共同的引流静脉等，为临床医生提供更为全面丰富的血管构筑影像，对于制定治疗方案具有重要的价值[15]。李国栋等[16]对10例脑动静脉畸形患者进行双血管融合重建的临床价值研究，证实双血管融合使动静脉畸形病灶内部结构显示更清晰、直观，可分辨畸形血管团的供血来源及相互沟通部分，对疾病病理特征理解更为深入，同时经过处理后双血管融合还可以显示骨性标志，指导外科手术切除时手术入路的选择。

双容积影像融合技术同样可应用于颅内动脉瘤的诊治。范良好等[17]将3D-DSA双容积重建融合技术用于颅内动脉瘤栓塞术后随访的评价，证实该技术能够更好地发现颅内动脉瘤栓塞术后的残留或复发，并能排除金属伪影的干扰，提供更为直观、清晰的重建影像，在颅内动脉瘤栓塞术后的随访中具有重要应用价值。将左右颈内动脉系统的三维血管重建影像进行融合，融合后图像能够清楚地显示Willis环的解剖结构尤其前交通动脉复合体，部分前交通动脉复合体可多达14支动脉[18]。对于部分前交通动脉瘤，通过双血管三维影像融合技术进行影像融合后图像不仅能够显示动脉瘤与前交通动脉复合体之间的关系，而且可根据血流动力学特征，判断动脉瘤的主要供血动脉[19]，指导开颅手术入路的选择或介入栓塞支架的放置。总之，双血管三维影像融合技术对脑动静脉畸形诊断及指导制定手术方案具有重要意义[20]，同时对位于前交通动脉复合体部位的动脉瘤的诊断及治疗也具有重要的指导意义。

5 DSA与MRI或MRA影像融合在脑血管病中的应用

DSA可为脑动静脉畸形与硬脑膜动静脉瘘提供最为清晰的影像学图像与血流动力学特征，但无法提供颅内软组织的影像学特征。MRI是突出显示脑组织与病变部位关系的影像学检查。MRI为目前诊断脑动静脉畸形与硬脑膜动静脉瘘的重要检查手段[21]，能够清楚显示畸形血管团的大小、范围及与周围神经结构之间的关系，但对于小型血管畸形或合并微小动脉瘤的患者存在漏诊的可能[22]。DSA为诊断脑动静脉畸形及硬脑膜动静脉瘘的金标准，可提供主要供血动脉、引流静脉及血流动力学特征的影像学信息，但对于血管病变所在的位置及与周围重要结构或血肿之间的关系较难分辨。目前国内关于MRI与3D-DSA融合技术在脑血管畸形中的应用研究较少，同时该影像融合技术指导脑动静脉畸形治疗的研究仍较少见[23]。通过DSA与MRI影像融合可同时显示脑正常血管、脑病变血管及相关血管构筑及其与周围脑组织的空间位置关系[24]。李乾等[25]对10例脑动静脉畸形患者图像进行3D-DSA与MRI影像融合，研究证实融合影像在显示脑动静脉畸形血管结构和周围组织方面清晰直观，尤其是在较小或合并血肿的动静脉畸形中优势明显。

3D-DSA与MRI影像融合可指导手术切除脑血管畸形，为术者提供全面的畸形血管团与周围正常脑组织之间的关系，在提高手术安全性及降低创伤方面具有重要意义[26]。孙荣辉等[27]报道DSA与MRI影像融合联合电生理监测指导切除脑动静脉畸形伴癫痫1例，通过神经导航进行融合，可获得融合后的冠矢轴位置的精确图像，指导更加安全有效地切除畸形血管团。蔡明俊等[14]对5例硬脑膜动静脉瘘患者进行影像融合，研究发现3D-DSA与MRI影像融合可获得清晰的硬脑膜动静脉瘘扩张大小与静脉瘤内血栓的临床特征，指导硬脑膜动静脉瘘的治疗。3D-DSA与MRI影像融合能为预测脑动静脉畸形术中或介入时意外的血管损伤带来的功能损害提供有价值的信息，对制定治疗方案具有重要指导意义[28]。3D-DSA与MRI/MRA影像融合可以发现DSA影像瘤体小于MRI影像瘤体，但大于MRA影像瘤体，可为颅内未破裂动脉瘤经MRA检查发现的患者，通过3D-DSA与MRA影像融合技术可判断动脉瘤内是否存在血栓，对于动脉瘤的治疗提供重要的参考。Chong等[29]研究3D-DSA与MRI影像融合帮助理解后循环(小脑后下动脉)动脉瘤的发生机制及治疗策略。对于颅内深部占位性病变，位置较深，若位于功能区，手术难度大且术后神经功能障碍并发症发生率大大增加，3D-DSA与MRI影像融合技术可更加全面地构筑占位病变与周围脑组织关系，提高手术安全性，同时降低术后功能障碍的风险[30]。

6 MRA/CTA融合DSA在脑血管疾病介入治疗中的应用

现阶段影像融合技术可用于指导临床治疗策略的制定或术后随访。国内外通过影像融合技术实时术中指导血管内治疗研究较少。Zhang等[31]曾研究报道MRA与DSA融合提供实时3D路途指导血管内手术4例，结果证实MRA与DSA融合可以精准地提供实时路径图指导完成手术，从而降低造影剂的使用和辐射剂量，最终达到降低手术风险和提高手术安全的目的。CTA三维影像融合实时导航指导神经介入手术操作，将CTA与DSA融合作为实时路径图进行神经介入手术，可降低造影剂的使用量及提高手术安全性[32]。该影像融合技术的出现及发展，将会使得DSA朝着降低辐射剂量和造影剂使用剂量的方向发展，使得患者接受DSA的手术风险更低及更低剂量造影剂的使用。随着该技术的成熟，MRA/CTA融合DSA指导脑血管疾病介入治疗，未来将会广泛应用于临床。

7 DSA与CT影像融合在脑血管病中的应用

目前CT为临床诊断脑出血性疾病的一线检查，对于存在颅内动脉瘤破裂出血、颅内血管畸形伴出血及高血压性脑出血等急性出血患者，CT能够显示出血部位及出血量。DSA可精确显示颅内动脉瘤的位置、大小及方向。临床中颅内多发动脉瘤破裂出血合并颅内血肿形成，尤其动脉瘤位置接近，将DSA与CT进行影像融合能够帮助判断责任动脉瘤，指导临床及时治疗。赵曰圆等[33]报道3D-DSA与CT影像融合判断出血责任动脉瘤1例，该动脉瘤为外伤性假性动脉瘤可能性大，栓塞可能引起载瘤动脉闭塞而引起缺血并发症，由于动脉瘤位置深且多发，融合后影像可精准定位指导开颅手术夹闭。目前Dyna-CT(Siemens)、Xper-CT(Philip)及Innova HD CT(GE)作为后处理软件对于脑脊髓血管病的临床诊断、治疗、科研及教学有较大的帮助[34]。利用双容积重建技术将3D-DSA与Dyna-CT、Xper-CT或Innova HD CT影像融合后用于评估支架在血管内的形态(展开贴壁情况、有无展开不全、塌陷、打折及走形等情况)。此外，还可以评估颅内动脉瘤栓塞满意程度、有无瘤颈残留、了解颅内动脉及动脉瘤壁有无钙化、显示颅骨解剖与颅内血管及血管疾病与颅底的解剖关系指导手术入路的选择。

8 医学三维影像融合技术难点

医学影像融合技术在临床中具有越来越重要的价值，但仍面临很多难题，首先医学图像融合的图像模态尚不全面，目前在体层成像方面(CT、MRI、SPECT、PET等)的影像融合研究较多且较为集中，而在非体层成像(X线平面、超声等)中进行影像融合的应用仍是比较棘手的问题；其次各种成像系统的成像原理、图像采集方式、格式、大小及空间均存在巨大的差异，使得不同成像系统的影像进行融合技术难度大，开发精确度更高、稳定性更好、全自动化的医学图像配准和融合方法成为影像融合技术难点，如何解决该技术难题成为目前研究热点。影像融合技术研究、开展与应用于临床处于起步阶段，国内外相关研究成果及经验不多，临床医师如何精确理解、认识和解释所得的融合后影像信息，并成功应用于临床诊断及治疗，尚需要一个不断验证、实践和积累经验的过程。医学影像融合技术相关软件和硬件方面所需投资大且融合过程耗时长，将融合结果发送给临床医师的3D可视化技术的研发均有待进一步的深入研究。

9 医学三维影像融合的发展前景

医学影像融合是未来医学影像的发展方向，影像诊断的发展是靠技术推动的。未来临床医生对于疾病诊断的要求从定位诊断逐渐发展为定性及定量诊断，在定位诊断的同时能够明确病变性质，一方面依赖于丰富的临床经验，更需要能够提供丰富病灶信息的影像学图像。医学图像融合技术研究虽然起步晚，但经过10多年相关学者的研究，其进展迅速，已成为临床诊断及治疗疾病不可或缺的技术手段。由于多学科的交叉渗透和配合，医学影像融合的研究必将更加成熟与深入，临床应用亦将会愈来愈广泛，并有望成为常规诊疗技术之一。

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(本文编辑：赵丽洁)

2017-03-24；

2017-04-11

成思(1991-)，男，安徽蚌埠人，安徽医科大学武警临床医学院医学硕士研究生，从事神经外科疾病诊治研究。

*通讯作者。E-mail：mclxmgs@126.com

R743

A

1007-3205(2017)09-1112-05

10.3969/j.issn.1007-3205.2017.09.030