影像融合技术在颅内动脉瘤诊疗中应用的研究进展
2025-07-14 来源:中国处方药

作者:杨震,徐睿,张晓冬,重庆医科大学附属第一医院神经外科

 

颅内动脉瘤属于临床较为常见的颅内血管畸形性疾病,患者的临床表现通常为局部性的脑动脉壁异常扩大并使得该区域的血管壁较为薄弱以及形成瘤状突出,且其破裂风险与血管壁存在一定的关联。流行病学调查结果显示,颅内动脉瘤患者在40 ~ 60 岁的中老年人中发病几率最高;国外一项相关大规模尸检报告中显示颅内动脉瘤发病率为31.9%,与既往调查存在一定差异,这可能是由于部分患者未发生不良事件,从而未进行相关诊断检查而产生统计误差。

 

颅内动脉瘤的发生过程较为复杂多变,目前对于颅内动脉瘤的发生发展因素仍未完全明确。该疾病会引起患者脑血管病变,若不能及时准确地对颅内动脉瘤进行诊断和治疗,患者容易因血管壁薄弱而引发动脉瘤破裂,从而出现多种脑部疾病如急性脑梗死、脑水肿和蛛网膜下腔出血等,甚至造成患者的死亡,具有较大的安全隐患。影像融合技术是指将多种单一模态的影像学检查进行图像融合从而提供更加丰富的影像学图像信息,帮助医师更好地对疾病进行判断,现就相关影像融合技术在颅内动脉瘤诊疗中应用情况进行综述如下。

 

1. 颅内动脉瘤诊疗的主要影像学手段

 

目前临床影像学检查的手段较多,其中对颅内动脉瘤诊断具有较高应用价值的影像学诊断方法包括数字减影血管造影术(Digital subtraction angiography,DSA)、磁共振血管造影(Magnetic resonance angiography,MRA)、计算机断层血管造影(Computed tomography angiography,CTA)等,这些影像学检查方法在颅内动脉瘤诊疗中均具有其独特优势,也同时存在不足。

 

1.1 DSA 在颅内动脉瘤诊疗中的应用

 

DSA 是诊断颅内动脉瘤的金标准,具有对比分辨率高、检查时间短等特点。DSA 可通过减影、增强等方式,从而得到较为清晰的血管影像,不仅可清晰显示动脉瘤是否存在,还可准确对动脉瘤的形态学特征(部位、大小、形态、扩展方向、瘤颈宽窄及所涉及的载瘤动脉)进行显像,还可显示病灶的血流动力学改变、动脉粥样硬化情况、脑血管痉挛情况、血流循环情况及血管异变情况,为医师对疾病的判断提供丰富的参数信息。

 

但随着影像手段的不断发展和创新应用,临床对颅内动脉瘤的认知不断提高,发现DSA检查对于一些存在特殊情况的颅内动脉瘤的诊断结果并不十分理想。如祝源等于2015 年报告的1 例颅内破裂动脉瘤但2 次DSA 检查均阴性的病例,这可能是由于患者的动脉瘤出血后伴有血栓闭塞形成,从而影响造影剂灌注使得DSA 呈现阴性。

 

目前仍有15% ~ 20% 的自发性蛛网膜下腔出血患者初次行DSA 时的结果显示阴性,DSA 是否可作为“金标准”还需要进一步验证。同时,对于出现脑出血(尤其是蛛网膜下腔出血)的患者,DSA 检查所带来的创伤会引发患者颅内再出血的可能。DSA 还存在操作复杂、检查成本高、有创等不足之处,在临床实际操作中对医师的操作要求较高,易出现漏诊误诊。

 

1.2 CT/CTA 在颅内动脉瘤诊疗中的应用

 

颅内动脉瘤也可通过CT 平扫、CTA 等手段进行检查,对于出现第Ⅲ~Ⅳ对脑神经麻痹、第Ⅸ~Ⅺ对脑神经功能障碍等临床症状或在行常规CT 平扫检查出现异常的颅内动脉瘤可疑患者,通常需要行CTA 或DSA 检查对其进行验证。相较于DSA,CTA 以无创诊断、敏感度和特异度强、检查成本低、采集快等优势,成为基层医院诊断颅内动脉瘤应用最广的技术。

 

有研究显示,CTA 诊断动脉瘤性蛛网膜下腔出血的敏感性要优于DSA。但CTA 的图像质量与血管内对比剂浓度及扫描时间的选择有关,对医师的临床经验要求较高,存在一定的操作难度。

 

1.3 MRI/MRA 在颅内动脉瘤诊疗中的应用

 

MRA 检查相较于DSA 和CTA,可显示动脉瘤病灶周围的微小血管情况,且具有较高的组织分辨力,更有利于区分颅内动脉瘤和其他脑血管疾病,有效弥补DSA 和CTA 的不足。当采用连续动态扫描时,还能显示动脉瘤内部的血流动力学情况,进一步帮助医师对动脉瘤发展的判断。

 

有研究显示,MRA 对颅内动脉瘤的检测灵敏度和特异度分别为95% 和89%。同时,MRA 还可以显示管腔周围组织情况和血管破裂出血后的周围组织改变情况,对其进行有效评估有助于为医师提供最佳的动脉瘤术前栓塞角度以及手术入路的选择,还有利于对患者的预后评估,以便医师对症治疗。但MRA 相比DSA 和CTA,其成像时间明显增长,且容易受到动脉瘤大小、患者情况等因素的影响;病灶存在钙化或靠近颅骨时,也会影响MRA 的检查结果;此外,局部狭窄或扩张的血管、以及动脉瘤体积过大对MRA的图像质量也具有一定的干扰,造成医生的误判。

 

2. 颅内动脉瘤诊疗的影像融合技术

 

由于每种影像学技术各有自己的优势和不足,但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,故可通过将两种单一模态的影像进行融合,为医师提供更为丰富的影像学信息,有利于指导脑血管疾病的诊断与治疗。DSA 双容积融合、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。

 

2.1 DSA 双容积融合在颅内动脉瘤中的应用

 

由于部分颅内动脉瘤的部位较为特殊或存在动静脉畸形、动静脉瘘等结构,单纯依赖单一的影像学手段不能准确清晰地显示相关血管病变情况,可利用双容积重建技术对DSA 双血管影响进行图像融合,从而提供更加丰富的影像学信息。王童等采用3D-DSA 双容积融合技术对复杂动脉瘤患者进行检查,结果显示3D-DSA 双容积融合技术可以有效反映复杂动脉瘤的栓塞程度,对术中是否继续进行弹簧圈填塞有指导性意义。同时,DSA 双容积融合技术在颅内动脉瘤介入栓塞术中也有较好的评估效果,获得更为全面、丰富的影像图对于临床医生制定相关治疗方案具有重要意义。

 

此外,DSA 双容积融合技术对于颅内动脉瘤栓塞术后评估也具有较好的诊断效能。学者林宇佳等采用双容积图像融合技术指导医师对颅内动脉瘤栓塞术后患者的进一步操作及治疗方案制定,解决了2D-DSA 与3D-DSA 在临床术后动脉瘤情况评估中的不足。总之,DSA双容积融合技术对颅内动脉瘤的诊断、治疗和预后评估具有重要意义,同时对位于多种特殊部位的颅内动脉瘤的诊断也具有重要的指导意义。

 

2.2 DSA 与MRI/MRA 融合在颅内动脉瘤中的应用

 

尽管DSA 可为医生提供颅内动脉瘤患者病灶部位清晰的影像学图像及相关血流动力学参数,却无法有效反映颅内软组织的相关影像学特征,而MRI 是可以重点显示病变部位与脑组织之间关系的影像学检查手段。

 

MRI 能够显示颅内动脉瘤的大小、范围及周围组织情况,但无法有效检测微小动脉瘤的存在。通过DSA 与MRI 进行影像融合,一方面可以通过DSA 发现MRI 所检查不到的微小动脉瘤,另一方面可以有效判断动脉瘤内的情况以及血栓的存在与否,并且可以显示颅内动脉瘤与周围组织之间的关系,对于手术方案的制定具有重要指导意义。

 

赵悦等研究中,对30 例未破裂前交通动脉瘤患者行开颅动脉瘤夹闭术,术前通过3D-Slicer 软件融合MRI 与DSA,重建脑组织、视神经和颈内动脉模型,证实所得的融合影像的灵敏度、特异度均较高,可以直观显示患者的脑组织、视神经以及颈内动脉,对相关手术方案的制定具有较高的应用价值。

 

茅磊等研究发现,14 例颅内动静脉畸形患者拟行手术,术前将DSA 三维影像与MRI 三维断层影像进行融合,可有效减少术后并发症,提高手术的根治效果。由于颅内深部占位性病变的位置较深且复杂,手术难度要大于颅内其他部位病变,患者的术后并发症和不良反应事件的发生风险大大增加。而DSA 与MRI/MRA 影像融合可更加全面、多层次地展现病变部位和周围组织情况,有利于提高手术的精准度,减少相关不良反应事件的发生。

 

2.3 DSA 与CT/CTA 融合在颅内动脉瘤中的应用

 

CT 的检查成本低廉、检出性高、已成为基层临床诊断颅内动脉瘤的一线检查手段,并可对颅内动脉瘤病灶破裂出血的急性出血患者的出血部位和出血量进行有效显示分析。实际临床中多发性颅内动脉瘤患者常有破裂出血以及颅内血肿的形成,且与动脉瘤的病灶位置接近,单靠CT 检查难以区分。通过DSA 辅助CT 进行诊断有利于区分动脉瘤与血肿块,帮助医师准确判断责任动脉瘤,从而进行精准手术治疗。

 

朱鹏博在60 例颅内动脉瘤患者中采用DSA 与CT/CTA 融合进行诊断,发现其可有效改善CT/CTA 的漏诊情况,还能准确显示颅内动脉瘤的大小、形态、数量,且无需增加造影剂的用量。Zhang 等纳入25 例经CTA 确诊的脑动脉病变患者后,采用3D-DSA 与CT/CTA融合诊断12 例脑动脉病变患者,采用低剂量非对比3D 血管造影扫描诊断另外的13 例脑动脉病变患者,结果发现3D-CTA 和血管造影图像融合对神经血管系统具有较高的准确性,使用融合技术指导介入手术,还可提高手术效率,减少辐射暴露和造影剂的使用,有助于降低潜在风险,提高治疗安全性。

 

目前与CT 有关的软件Dyna-CT(Siemens)、Xper-CT(Philip)及Innova HD CT(GE)等作为后处理软件对于医师判断颅内动脉瘤有所帮助,而利用双容积重建技术将DSA 与这些软件处理过的图像进行影像融合后,对于评估颅内动脉瘤情况、栓塞结果、瘤颈残留、颅内动脉、动脉瘤壁钙化情况等具有较高的应用效果。通过DSA 与CT/CTA融合进行神经介入手术的实时导航指导,还可减少造影剂的使用量,提高手术精准度和安全性。

 

3. 影像融合技术具体操作过程

 

影像融合技术现阶段的技术水平已可用于临床诊断、手术治疗方案及预后评估的指导,但国内外对于影像融合技术的大样本量研究仍较少,且未有统一的操作流程和共识。影像融合技术本身的操作过程也较为复杂,首先需要将DSA 检查所得到的原始数据进行重建以获取双容积横断面薄层容积数据,并以Dicom 格式将通过Dyna-CT head重建算法得到的横断面薄层容积数据或MRI 数据(层厚< 5mm 的横断面薄层容积)从设备中输出,导入后处理工作站进行数据装载,再利用容和软件fusion 将2 个容积数据进行影像融合,完成后分别显示不同容积数据的断面影像,经空间配准后进行保存,即可得到2 种不同影像学手段的影像融合图像,并可对该影像的大小、方位旋转进行任意处理。由于部分患者的颅内动脉瘤病变范围较大,难以在一个平面内完整地显示其相关特征,此时可利用录像软件对病变和周围组织动态变化过程进行完整记录,能更加简便、直观地显示相关病变信息。

 

4. 影像融合技术的不足及发展前景

 

目前影像融合技术在临床实践应用中仍有较多的难题,具体包括:

 

①图像融合后,其图像模态尚不够全面,仅在体层成像技术中(CT、MRI 等)具有较多的相关研究,而在其他影像学成像手段中(X 线平面、超声等)仍难以实现。

 

②各种影像学手段的成像原理、图像采集、处理、空间、格式和大小等数据信息均存在巨大的差异,导致各影像的融合难度较大,需要开发统一性强、精确度和稳定性高的全自动化图像匹配调整技术和软件,是目前推广影像融合技术需要攻克的技术难点。

 

③影像融合技术属于较为新型的图像处理分析手段,相关的文献、研究与应用仍处于起步阶段,临床医师的经验不足,如何对融合获得的影像作出精确理解和判断,并规范相关诊断意见,形成统一疾病判断共识,尚需要不断地验证和实践。同时,对于该相关方面人才的培养计划还有待进一步规划。

 

④由于影像融合技术的相关软硬件的开发涉及到较大的金额消耗,需要国家和单位有计划、持续地投入大量资金,相关成果还需要经过试错、改良,需要耗费一定的时间,短时间内难以有效推广应用。

 

在当今影像学诊断新技术发展放慢的背景下,通过影像融合技术提高相关设备的效率是未来医院的重点发展方向。且影像融合技术能提供更加丰富的影像学信息,可以使得当前临床医生对于疾病诊断的要求从定位诊断逐渐提高至定性、定量诊断,更进一步精准地判断患者病情。尽管国内的影像融合技术起步较晚,但在医疗水平快速发展的十多年里,许多学者的研究推动了影像融合技术的迅速发展。在当今多学科交叉的渗透配合背景下,影像融合技术必然更加成熟,成为未来临床常规诊疗应用技术之一。

 

来源:杨震,徐睿,张晓冬.影像融合技术在颅内动脉瘤诊疗中应用的研究进展[J].中国处方药,2024,22(12):200-203.


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