一键去骨法与减影法

在头颅CTA血管重建中的对照研究

陈荣云1，2 彭 伟2 王 苇1 徐文娟1 赵 义1 李琛玮3

近年来随着多层螺旋CT广泛应用及CT血管成像（CTA）技术的日益完善，头颅CTA以其快速、简单、无创成为重要的脑血管病检出方法[1]。自动去骨技术为头颅CTA的重要重建技术，它能简便快速去除颅骨干扰，清晰显示颅内各分支血管。目前国内外存在多种自动去骨方法，部分去骨法因设备昂贵，技术复杂、效果不好、后处理时间长或需要特定的后处理软件等原因，而未得到大范围的应用。现在广泛应用的是减影法，其原理类似数字减影血管造影(DSA)[2]，因骨组织增强前后密度不变减影时会被去除，从而得到去骨的减影图像，再进行血管重建。一键去骨法（one-click bone removal）是一种较为新近的自动去骨法[3-4]，它是在一次增强扫描的基础上，将头部 CTA数据自动分为上、中、下三部分，对不同部位采用不同的血管提取算法，最后融合成完整的头颅血管。本文就一键去骨法与经典的减影法在头颅CTA血管重建中的应用进行对比分析，旨在探讨CTA一键去骨法在脑血管重建中的应用价值。

方 法

1.一般资料

回顾性收集扬州大学附属医院2015年9月至2016年11月连续共247例行头颅CTA血管成像的患者，其中男149例，女98例，年龄19～86岁，平均龄62.1±13.1岁。临床症状表现为头晕、头痛、乏力、肢体活动障碍为主。所有患者均签署知情同意书，排除碘过敏、严重肝肾功能损害及意识障碍不能配合检查者。

2.扫描及后处理方法

采用西门子64层128排螺旋CT。扫描参数：管电压120kV，管电流160～220mA，层厚5.0mm，螺距为 0.984：1，矩阵 512×512，FOV 220mm，重建层厚0.625mm。扫描范围：从颅底到颅顶，先平扫后增强扫描，两次扫描参数、起始点、扫描范围及层面中心保持完全一致。增强时先经前臂静脉团注碘伏醇70ml，注射速率4.0～5.0ml/s，随后以同样速率注入20～30ml生理盐水。增强扫描时使用自动触发技术，将感兴趣区放置于颈内动脉内，触发阈值为100HU。

一键去骨法是应用联影公司高级血管分析软件对增强图像进行直接重建，基本处理步骤有：①读取序列图像数据；②进行归一化处理；③绘制灰度直方图并计算每帧图像分割阈值；④根据前后连续的五帧图像阈值对每帧图像进行阈值平滑和分割；⑤计算每帧图像拉普拉斯边缘；⑥将拉普拉斯边缘与阈值分割图像合成；⑦然后形态学处理并将轮廓小于一定阈值噪声块去掉；⑧最后图像数据输出[3-4]。

减影法是将两次扫描的原始数据传入西门子后处理工作站，利用sub/add软件，用增强后图像与平扫相减得到减影图像再进行血管重建的技术，以容积再现（VR）和最大密度投影（MIP）进行任意角度血管显示。

3.图像质量及影像诊断分析

由两名主治医师采用双盲法进行图像质量评价，意见不一致时通过讨论取得一致。血管分段标准：成对动脉分左右支，每支动脉再按解剖位置分段（按照Bouthillier 1996分段方法，如大脑前、中、后动脉及椎动脉分为四段，颈内动脉分为七段，前后交通动脉、基底动脉），颅内血管共分为44段，对每段血管分别进行评分。主观评分标准[5]分为5分：大血管主干光滑锐利，分支及远端显示好。4分：大血管主干显示好，分支及远端显示较好。3分：大血管及近端分支显示较好，远端分支显示不佳。2分：血管边缘毛糙，大血管及分支显示欠佳。1分：血管粗糙，分支及远端血管显示不清，影响诊断。

血管狭窄程度的测量及分级标准参照北美颈动脉外科研究学会（NASCET）标准[6]：血管狭窄率=（1-A/B）×100%（A：最狭窄处血管直径；B：狭窄远端正常血管动脉直径）。血管狭窄程度分为轻度狭窄（狭窄率为0～29%），中度狭窄（狭窄率为30%～69%）和重度狭窄（狭窄率为70%～99%）。

血管瘤的检出以DSA为金标准。钙化的检出以原始薄层平扫图像为标准。

4.统计学分析

应用SPSS19.0软件对数据进行统计分析。采用秩和检验Mann-Whitney法对两种后处理方法所得总血管及分段血管质量评分进行对比分析，对病变的检出用配对卡方检验McNemar法。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1. 研究对象病变类型分布

研究对象血管正常者127例，血管存在病变者120例，其中动脉狭窄36例67段血管；动脉闭塞29例208段血管；动脉瘤50例61个动脉瘤（不包括动脉瘤术后），支架及动脉瘤术后金属夹植入22例，其中狭窄并闭塞8例，动脉瘤并闭塞1例，动脉瘤并狭窄1例，狭窄并金属夹植入1例，闭塞并金属夹植入2例，闭塞并支架植入2例，狭窄、闭塞并支架植入1例。

表1 两种去骨法在颅内各段血管图像质量评分比较

2.两种图像显示血管评分对比

247例病人总共10868段血管，总体血管评分组别之间无统计学差异P=0.405，一键去骨法血管评分均值为4.49±1.098，其中5分8412段，4分912段，3分544段，2分455段，1分545段。减影法血管评分均值为4.50±1.065，其中5分8346段，4分1052段，3分574段，2分385段，1分511段。双侧椎动脉V4段减影法与一键去骨法血管评分相比差异具有统计学意义（左侧V4：一键去骨法4.41±1.239，减影法 4.66±0.895，P=0.026；右侧 V4：一键去骨法 4.04±1.442，减影法 4.37±1.205，P=0.017）。双侧颈内动脉C2段一键去骨法与减影法血管评分相比差异具有统计学意义（左侧C2：一键去骨法4.55±1.034，减影法 4.49±1.059，P=0.039；右侧C2：一键去骨法 4.39±1.204，减影法4.34±1.035，P=0.028，图1）。其他各分段两种血管评分差异均无统计学意义（P＞ 0.05 ， 表 1）。

图1 正常病例头颅CTA检查MIP图像。A.减影法右侧颈内动脉C2段管壁毛糙，图像质量评分为3分（箭头）；B.一键去骨法此处管壁光滑完整，图像质量评分5分（箭头）。

图2 右侧颈内动脉海绵窦段及左侧椎动脉V4段钙化病例MIP图像。A.减影法两处钙化未显示（箭头）；B.一键去骨法清楚显示两处钙化（箭头）。

图3 右侧大脑中动脉M1段动脉瘤夹闭术后病人MIP图像。A.减影法动脉瘤金属夹未见显示（箭头）；B.一键去骨法图像能清楚显示动脉瘤金属夹位置大小形态（箭头）。

图4 基底动脉狭窄支架植入病例MIP图像。A.减影法支架未显示（箭头），并且由于支架金属标记减影夸大血管狭窄程度；B.一键去骨法能清晰显示支架（箭头）以及相邻血管狭窄程度。

3.两组图像对血管病变的检出

血管狭窄36例共69段血管狭窄，其中轻度狭窄24段，中度狭窄17段，重度狭窄28段，两种方法检出一致。血管闭塞29例共208段，两者检出一致。经DSA证实的动脉瘤50例共61个动脉瘤，其中42例单发，5例多发2个，3例多发3个。一键去骨法检出55个动脉瘤，减影法检出57个动脉瘤，两种方法同时漏诊的4个动脉瘤经DSA验证均＜3mm，1例为多发3个动脉瘤2个未显示，2例为多发2个动脉瘤1个未显示，利用配对卡方检验（P=1.000）。经原始薄层平扫图像验证，血管钙化110例共371段。一键去骨法显示103例354段，减影法显示68例243段，两者均未显示的4例13段钙化在原始薄层平扫图像上显示均为颈内动脉颅内段，1例右侧颈内动脉C6、7段，1例左侧颈内动脉C4、5段，1例双侧颈内动脉C4～7段及1例左侧颈内动脉C5段，利用配对卡方检验（P=0.000，图2）。血管病变术后金属夹、支架共22例，其中支架2例，金属夹20例，一键去骨法显示18例，减影法显示5例，两者均未显示4例，经检验（P=0.000， 图 3、4）。

讨 论

本研究结果显示一键去骨法与减影法这两种CTA血管重建技术在自动去骨总体血管图像质量评分无统计学差异，脑部血管显示是等价的，这与Morhard等[7]、Donmez等[8]报道结果一致。一键去骨法利用增强后的薄层图像直接进行血管重建，它根据头部血管走行的不同解剖部位将血管自动划分为3块，即头上部、头中部和头下部，分别采用对应的血管提取算法实现血管提取，它减少了病人一次辐射剂量，同时最大限度地保留了原始数据信息，对疾病能做出较为准确的诊断。同时一键去骨法处理时间短，具有能重新阈值计算设定和辅以手工切除功能。一键去骨法软件包具有“bone”“highlight”“Non bone”“both”四种模式可以分别只显示血管、骨和两者都显示，三者也可以相互切换，这样对于明确解剖位置及空间关系具有重要意义。减影法CTA对病人制动要求比较高，两次扫描位置、范围、参数、中心均要求完全一致，同时两次扫描大大增加了病人的辐射量。本研究还提示双侧椎动脉V4段减影法CTA优于一键去骨法CTA，而双侧颈内动脉C2段一键去骨法优于减影法CTA；这种差异可能与特异的解剖位置关系及两种去骨法不同的血管成像原理有关，尚需要进一步分析。本研究初步认为，椎动脉V4发育不良比较纤细，减影法对纤细血管的显示有一定优势；而颈内动脉C2段与破裂孔骨质关系密切，增强后的血管与骨质密度部分重叠，不利于减影法去骨，一键去骨法可根据血管及骨骼两者间形态、结构及走行的不同将两者区分开，这与Watanabe等[9]人的研究结果一键去骨法对颈内动脉入颅段的显示优于减影法相一致。

在脑动脉病变方面，本研究结果显示一键去骨法和减影法两种方法对血管狭窄及闭塞检出一致，动脉瘤的检出无统计学意义。同时，我们通过对比分析发现血管钙化及血管病变术后金属夹、支架显示一键去骨法显著优于减影法，差异有统计学意义。减影法去骨时因钙化、金属夹、支架及部分颅内病变密度未有明显变化也被减去，对病人的部分原始信息造成了丢失[10]，即便DSA作为血管检查的金标准，也面临相同的局限与不足。一键去骨法能保留病变钙化、清晰显示术后金属置入物的形态位置，这对于术后评价和随访具有重要的临床参考价值[11]。

一直以来CTA检查辐射剂量及对比剂应用所带来的不良反应为其主要缺点，而如何有效地减低病人辐射剂量是头颅CTA研究重点[12]。国际放射线防护委员会已提出医用辐射剂量的约束概念，即放射实践正当化；欧洲推荐的常规CT扫描剂量CT剂量指数为60mGy，剂量长度乘积为1060mGy·cm[13]。参考国外研究经验即使平扫使用低剂量扫描，辐射剂量也要增加约20%～25%[14]。一键去骨法不需要平扫，较减影法具有明显降低辐射剂量的优势。总之，一键去骨法在头颅CTA血管重建中图像质量和对于病变的显示均不劣于减影法，而且对血管壁钙化和术后金属置入物的显示优于经典的减影法，同时又减少了患者辐射剂量，值得应用和推广。