《Clinical Neuroradiology》杂志2023年2月 6日在线发表瑞士Bern University Hospital, University of Bern的Tomas Dobrocky, Marco Matzinger , Eike I Piechowiak ,等撰写的《先进的三维DSA和MRI/CT融合在神经血管病理中的价值。Benefit of Advanced 3D DSA and MRI/CT Fusion in Neurovascular Pathology》（doi: 10.1007/s00062-022-01260-0.）。
数字减影血管造影提供良好的空间和时间分辨率;然而，它缺乏描述大脑和脊髓的非血管解剖结构的能力。对医院数据库的回顾确定了5例患者，其中横断面成像和3D旋转血管造影(3DRA)的新集成融合工作流程提供了重要的诊断信息，并有助于治疗计划。其中包括2例急性破裂的脑动静脉畸形(AVM)， 1例放射外科治疗后的小型浅表脑干AVM, 1例丘脑微动脉瘤和1例脊柱AVM，融合对诊断和进一步治疗至关重要。3DRA与横断面成像的融合有助于更深入地了解神经血管疾病。这有利于规划和提供治疗，最重要的是，有可能最大限度地降低并发症发生率。在未来，将图像融合技术应用于脑血管疾病的诊断很可能会对神经血管领域产生重大影响。
引言
彻底了解神经血管解剖是区分正常和病理结果、计划和提供适当治疗的关键，最重要的是，最大限度地减少并发症发生率。数字减影血管造影(DSA)仍然是研究许多神经血管疾病的金标准，包括动脉瘤、动静脉畸形和硬脑膜动静脉瘘。该技术结合了出色的空间和时间分辨率，并提供了深入了解所研究血管区域的血流动力学;然而，它的缺点是复杂的三维结构的可视化问题，这主要是由于重叠的解剖结构，这可能会限制我们的理解。这导致引入3D旋转血管造影(3DRA)，以更好地显示复杂的颅内解剖结构。这项技术还可以帮助在介入手术中找到合适的工作投影;然而，这两种技术都没有能力描绘血管壁，只有有限的能力描绘相邻的脑实质或脊髓。另一方面，横断面成像，特别是磁共振成像(MRI)，提供了大脑和脊髓的高对比度。最近，新的血管造影系统为神经介入过程中的图像融合提供了集成的工作流程。本研究的目的是在典型病例中介绍先进的融合技术，并讨论如何将其整合到常规临床实践中，使人们能够更深入地了解神经血管疾病，并为治疗计划提供重要信息。
方法：
最近，一种新的血管造影系统(ARTIS icono;Siemens Healthineers, Erlangen, Germany)被介绍到我们在伯尔尼（Bern）的神经放射科。该系统提供了融合3DRA和横断面图像数据集使用集成软件的可能性。
对医院数据库进行了审查，以确定在2021年8月至2022年1月期间接受治疗的所有患者，其中横断面成像和3DRA融合提供了重要的诊断信息，并协助制定治疗计划。根据瑞士联邦数据保护法，所有患者都提供了一份书面的、专门的同意书。这项研究是按照机构伦理审查委员会的指南进行的。
为了获得最好的结果，可以使用任意计算机断层扫描(CT)或MRI扫描的各向同性图像。DSA在双平面高分辨率血管造影系统(ARTIS icono)上进行。该系统采用as40HDR平板探测器，对角线入口平面为49 cm，有源成像尺寸为398 × 293 mm，有源矩阵尺寸为2586 × 1904像素。采用标准经股动脉通路，用5 Fr导管对所有向大脑供血的主动脉上动脉进行导管插管。首先在标准的前后位和侧位投影中获得完整的四支血管造影术。对于3DRA，诊断导管放置在供应感兴趣的颅内血管病变的动脉起点处。然后使用相同的平板探测器系统对感兴趣的病变进行4秒3DRA检查。
融合的过程
使用制造商提供的专用融合软件(syngo Application software, Siemens Healthineers, Erlangen, Germany)进行融合。该过程由一名介入神经放射学家(TD, 10年经验)和一名经验丰富的放射技术人员(MM, 11年经验)完成。注入血管区域的3DRA图像和横切面图像被加载到专用工作空间。为了获得最准确的结果，两个体积需要对齐。这可以通过自动注册或手动移动和旋转一个体来匹配另一个体的解剖结构位置来完成。最后，在多平面模式下验证两个体积的精确对齐，重点关注重要的地标，如大动脉和静脉、骨结构或脑和脊髓实质。
为了提高可视化和增强对神经血管目标病变的理解，分割和开窗（ segmentation and windowing）是根据每个病例进行的。阈值法被用来分配一个特定的颜色的感兴趣血管结构（The threshold method was used to assign a specific color to vascular structures of interest）。在非分流病变中，所有注射区域的混浊血管在3DRA上以红色显示。对于分流病变，使用两种不同的颜色:红色表示高Hounsfield单位(HU)值的动脉，紫色或蓝色表示低HU值的静脉。如果进行了栓塞，则液体栓塞剂显示为绿色[In non-shunting lesions all opacified vessels of the injected territory were displayed in red on 3DRA. For shunting lesions, two distinct colors were used: red for the artery demonstrating higher Hounsfield unit (HU) values and purple or blue for the vein demonstrating lower HU values. If embolization was performed, the liquid embolic agent was displayed in green.]。
为了提高具体情况下的可视化效果，采用了嵌入式多平面重建模式。该模式允许在任意横截面图像上嵌入来自3DRA的体绘制技术的重建血管。
分别进行数据集的混合，以增强目标病变的可视化。快照和多平面重建被导出到本地存储设备。一般来说，不重建最大强度投影，因为这可能会降低图像质量[Blending of datasets was performed individually to enhance the visualization of the target lesion. Snapshots and multiplanar reconstructions were exported to the local storage facility. Generally, maximum intensity projections were not reconstructed as this may decrease imag
病例说明
患者1
一名中年女性患者入院时出现左侧基底节区伴脑室内破裂出血(图1)。CTA显示左侧眶额皮层有一个小病灶，对侧颈动脉末端有几个增大的静脉囊袋（a small nidus in the left orbitofrontal cortex with several enlarged venous pouches on the contralateral side overlying the carotid terminus.）。DSA证实了动静脉畸形(AVM)的诊断，主要由起源于左侧A2段的额支和来自同侧A1和M1段的多个侧支供血。CT平扫与3DRA融合清晰显示位于基底神经节出血中心的一个小的囊内动脉瘤为出血来源（Fusion of the non-enhanced CT scan and a 3DRA clearly showed a small intranidal aneurysm located at the center of the basal ganglia hemorrhage as the source of the bleeding.）。在急性情况下，决定有针对性地栓塞内动脉瘤。
最初，通过额支供血动静脉畸形外侧部分对动脉瘤进行超选择性栓塞。由于动脉瘤穿透不足，我们选择性地在左侧M2段置入深穿支，并用乙烯乙烯共聚物(EVOH)堵塞动脉瘤。栓塞前和栓塞后3DRA融合显示AVM外侧和下部以及EVOH的膜内动脉瘤闭塞(图1e, f，绿色)。融合技术可以更好地显示动静脉畸形的不同腔室;通过筛板的额基底静脉被EVOH阻塞。动静脉畸形的内侧部分保持开放，并通过单个后静脉流入右侧的多个扩大的静脉袋（The medial part of the AVM remains open and drains via a single posterior vein into multiple enlarged venous pouches on the right side）(视频1)。
图1.破裂型动静脉畸形(AVM)合并内动脉瘤。a轴向平扫计算机断层扫描(CT)显示左侧基底节区深部出血伴脑室内破裂。b计算机断层血管造影(CTA)显示左侧眶额皮层有一个病灶，对侧颈动脉末端有几个扩大的静脉袋。c三维旋转血管造影(3DRA) +冠状位CT融合，显示以基底神经节出血为中心的小囊内动脉瘤(箭头)为出血源。d动脉瘤深部穿支选择性置管(箭头)。e,f基线3DRA +栓塞后3DRA融合显示onyx cast(绿色)。注意动脉瘤所在的动静脉畸形下部和外侧部分(箭头所示)已栓塞。补充视频展示轴位切片中融合基线3DRA +栓塞后3DRA。
病例2
一中年男性患者，有多种血管危险因素，以头晕、头痛入院。入院时获得的基线MRI显示双丘脑和桥脑中央出血，幕上白质有多个小弥散受限区(图2)。专用序列显示颅内多个中小动脉血管壁增强，未见中心静脉血栓形成迹象。包括血液和脑脊液样本在内的血管炎筛查未能检测到血管炎性生物标志物，也没有发现心内膜炎（endocarditis）的迹象。
DSA显示颅内多根血管口径不规则，无动静脉分流。3DRA显示左侧丘脑穿支有一个小动脉瘤(2 mm)，与丘脑出血有模糊接触。T2-SPACE和3DRA融合清楚地显示了左丘脑出血内的动脉瘤位置。由于在不同血管区域存在多重扩散限制，血管壁增强，中小口径动脉血管壁不规则，即使在没有脑脊液生物标志物的情况下，也被认为是最可能的诊断。由于血管口径较小(0.3 mm)，对丘脑穿支动脉的超选择性插管不成功。病人经过强化可的松治疗后恢复良好。随访成像显示丘脑出血吸收。
图2.丘脑穿支微动脉瘤破裂。a基线磁共振成像(MRI)显示双丘脑出血。b无中心静脉血栓形成征象。c数字减影血管造影(DSA)侧位投影显示后循环，表现正常。d三维旋转血管造影(3DRA)显示左侧丘脑穿支中有一个小动脉瘤(白色箭头)。e,f 3DRA + MRI融合清楚显示位于左侧丘脑出血内的动脉瘤为出血源。
患者3
一位青少年因突然左侧偏瘫入院。脊柱MRI显示左侧血肿和位于脊髓内和颈胸交界处的多处血流空洞，提示脊柱动静脉畸形(图3)。DSA证实了这一诊断。颈动脉扩张的根髓动脉(Lazorthes动脉)是造成动静脉畸形的主要原因，它起源于右颈深动脉。另一条起源于上肋间动脉的根髓动脉供应动静脉畸形下部。DSA显示一个位于病灶内侧边缘的4 mm囊状动脉瘤。3DRA和各向同性T2w脊柱MRI融合显示动脉瘤位于脊髓中央部分，动脉瘤尖端位于血肿内(视频2)。在急性期，用线圈对动脉瘤进行靶向栓塞以防止再出血。(DSA前后位投影)。患者的临床恢复情况良好，除了右臂轻微无力外，无其余症状。
图3.破裂性脊髓动静脉畸形(AVM)合并大的内动脉瘤。T2W矢状面显示左侧大面积血肿。b血闪显示左侧脊髓内血肿扩大。c (DSA前后位投影)。d(冠状位重组3DRA)超选择性注射颈部肿大的主神经根髓动脉(Lazorthes动脉，箭头)，显示一个大病灶和多条引流的神经根静脉。e, f三维旋转血管造影(3DRA)和T2W脊柱磁共振成像(MRI)融合显示供给脊髓根动脉的脊髓前动脉(双箭头)，后者供给动静脉畸形(红色/粉色为动脉，紫色或蓝色为引流静脉)。膜内动脉瘤位于髓鞘中心，动脉瘤尖端指向血肿。补充视频演示了融合与嵌入式三维模型的AVM
患者4
68岁男性，右侧偏瘫。基线CT扫描显示左侧丘脑出血，周围池中有可疑血管(图4)。随后的DSA显示左侧丘脑动静脉畸形，由左侧P3段的小通道供血和深静脉引流。多学科委员会决定将患者转诊进行放射外科，他接受了15 Gy的治疗。3年后随访7 - Tesla MRI显示左侧后丘脑有小的实质缺陷（ small parenchymal defect ），在动脉飞行时间序列上没有异常血管的证据;DSA显示残余动静脉分流，早期动脉充盈Rosenthal基底静脉后段。根据横断面成像无法确定病灶的确切位置。
图4.放射外科治疗后中脑浅表小动静脉畸形。a基线计算机断层扫描(CT)显示左侧丘脑出血。b数字减影血管造影(DSA)显示病灶和左侧P3段的供血通道和深静脉引流。c放射外科后三年，7特斯拉磁共振成像(MRI)在动脉飞行时间序列上未显示任何异常血管的证据。d DSA显示残余动静脉分流，Rosenthal基底静脉后段早期动脉充盈(箭头)。e随访的7特斯拉和三维旋转血管造影(3DRA)体积融合清楚地显示，小病灶位于中脑后外侧浅表，有一条与Rosenthal基底静脉后段对应的引流静脉(紫色)。补充视频演示了融合与嵌入式三维模型的AVM。
随访7 - Tesla和3DRA融合显示后外侧中脑浅表面小病灶的位置，与Rosenthal基底静脉后段对应的单一引流静脉(紫色)(视频3)。
患者5:
一名少女，表现为突然头痛，意识减退(图5)。CT平扫显示左侧尾状核脑出血伴脑室内破裂。DSA显示左室周动静脉畸形由前、后脉络膜动脉分支和几条增厚豆纹动脉供血。病灶通过一条流出静脉流入深静脉系统。未增强基线CT扫描与3DRA融合显示左侧尾状核中心有一个小的囊内动脉瘤为出血来源。然后将可拆卸尖端的微导管引导至供应动脉瘤的豆纹动脉分支。基线CT和超选择性3DRA经微导管融合显示豆纹动脉供应畸形血管巢吻侧（the rostral part of the nidus ）和动脉瘤，但没有分支供应基底节区。用液体栓塞剂成功地堵住了动脉瘤。
图5破裂脑室周围动静脉畸形(AVM)伴畸形血管巢内动脉瘤。a平扫计算机断层扫描(CT)显示左侧尾状核出血(箭头)伴脑室内破裂。b数字减影血管造影(DSA)显示左侧基底节区病灶由脉络膜前动脉供应，经单静脉流入深静脉系统。c,d基线CT平扫扫描与三维旋转血管造影(3DRA)融合显示左侧尾状核中心有一个小的囊内动脉瘤为出血源。e基线CT和超选择性3DRA融合，微导管放置于动脉瘤供血动脉和病灶前部。
讨论
从3DRA和横断面成像融合中获得的额外信息可能对神经血管病变的诊断工作至关重要，有助于指导决策，因此可能对患者管理产生重要影响。在面对复杂的神经血管解剖时尤其如此，其中融合可以帮助精确地可视化神经血管结构与脑实质或脊髓之间的空间关系。
多年来，3DRA一直是神经介入领域的黄金标准。在目标血管注射造影剂后，它提供了特定血管区域内血管腔的良好空间分辨率(发光绘图法)[It provides excellent spatial resolution of the vessel lumen in a specific vascular territory after injection of a contrast dye in the target vessel (luminography)];然而，由于对血管腔周围的结构，如血管壁或脑实质的对比不足，我们的理解可能会受到限制。CT血管造影和MR血管造影是可选的、非侵袭性的神经血管解剖可视化技术。虽然CTA和MRA的图像质量有了很大的提高，但在显示中小型血管方面仍然不如DSA，并且不能提供单个血管区域的血流动力学信息。
图像融合在神经血管领域并不是全新的，文献中已经报道了各种技术。第一种方法融合两个独立获得的3DRAs，同时可视化两个不同的动脉区域，从而提供血管解剖的完整解剖图像[The first approach fuses two independently acquired 3DRAs to concurrently visualize two different arterial territories and thus provide a complete anatomical picture of a vascular anatomy]。第二种方法融合同一动脉区域的动脉和静脉3DRA，这可能有助于区分动静脉畸形或硬脑膜动静脉瘘的静脉引流与邻近脑实质的静脉引流。也有报道3DRA和4DRA(时间分辨3DRA)与颅内动脉瘤和脑动静脉畸形的MRI融合。
与一项研究不同的是，融合后的穿支动脉起源于动脉瘤附近或来自动脉瘤，并不影响治疗本身，在本文介绍的病例中，融合技术提供的结果对进一步的治疗有重要影响。Mathusami等也报道了3DRA和横断面图像融合在小儿脑血管疾病和精确分流器放置方面的有用性。
融合技术有了很大的改进，新一代血管造影系统提供了早期系统无法达到的高质量、易于获取的图像。这项技术推动了神经血管解剖可视化的极限，而类似的图像以前只能在医学插图师的帮助下才能获得。这些插图的好处不仅仅是增加我们对神经血管病理学的理解，从而对决策产生重要影响。
集成在angiosuite控制台上的融合工作流易于使用。在处理颅内血管时，两种成像数据集的自动配准工作可靠;然而，脊柱的两个数据集的融合通常需要手动调整，以匹配正确的椎体水平和调整不同的患者体位。在对控制台和可用工具的使用进行简短的培训模块后，大约5 分钟即可完成一次融合，因此可以很容易地将其作为临床常规的一部分。当应用于血管套件时，我们相信这项技术有潜力在不久的将来指导介入手术。
如我们的病例系列所示，融合技术可能有助于识别患有复杂神经血管病变的患者的出血来源，如脑或脊柱动静脉畸形或颅内动脉瘤。融合图像有助于评估神经血管结构附近的重要解剖标志和大脑和脊髓的功能重要区域。这对于评估血管内栓塞或手术中特定动脉损伤后可能出现的功能障碍类型很重要。这也可能为放射外科的精确计划提供有价值的信息(如患者4)。
脑动静脉畸形是一组具有挑战性的异质性血管病理，对未破裂的动静脉畸形的治疗方法仍然存在争议。高流量动静脉分流，重叠，经常曲折和发育不良的供血动脉和静脉，增加了整体复杂性。横断面成像和3DRA的融合有可能克服目前的限制，识别出血的潜在危险因素，并有助于了解各种AVM隔室。
对起源于穿通支动脉（perforating arteries）(即豆纹动脉[lenticulostriate arteries]、非主干基底穿通动脉[non-trunk basilar perforators]、丘脑穿通动脉[thalamoperforating arteries])的动脉瘤的诊断和治疗仍然是一个挑战;然而，由于成像质量的提高和颅内血管与脑实质之间的空间关系的优势，融合技术可能导致该病理的检出率更高(患者2)。在保守治疗的患者中，它们通常较小，表现出较高的良好结局率。
总之，融合3DRA和横断面成像提供的额外信息可能有助于细化诊断，指导治疗决策，并有助于降低治疗神经血管病变的风险。
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