4D-CTA在神经血管疾病中的价值

原创 赵喜同学 XI区

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CT血管造影（CTA）是一种广泛用于神经血管病理学无创评估的技术，但因其仅获取对比剂团注过程中某一时间点的信息，在血流动力学评估方面存在局限。随着CT技术的进展，动态CTA技术（4D-CTA）应运而生，它将CTA的无创性与数字减影血管造影（DSA）的动态采集相结合，能够对颅内血管的血流动力学进行无创评估。

4D-CTA成像技术

数据采集

目前主要有三种不同的数据采集方式。

1. 容积扫描模式

这是一种通用的采集方式，可在一次旋转中完成全脑或部分脑区的覆盖。目前，两大主要供应商提供了16cm覆盖范围的探测器配置，可实现320×0.5mm或256×0.625mm的准直。具有 4 至 8 cm覆盖范围的扫描仪获取脑血管系统的较小部分，通常包括 Willis 环及其上方区域。动态采集可连续或不连续进行，不连续采集模式下，3D数据集按预设时间间隔（通常1 - 4s）采样；连续扫描模式可获取真正的4D数据集，其时间分辨率受机架旋转速度限制，重建时间间隔可小至20 ms，但每个重建3D体积的数据采样时间约为0.275 - 0.5s。

4D - CTA成像技术示意图。x轴代表时间，y轴代表z轴方向。浅灰色水平条代表在z轴方向上需要覆盖的区域。A，穿梭模式：正弦曲线表示检查床在z轴方向上连续来回移动，以便在多个时间点充分覆盖感兴趣区域。注意，时间分辨率是检查床移动速度的函数，通常根据覆盖范围为2 - 4s。B，检查床切换技术：条形表示检查床在z轴方向上重新定位，以便在多个时间点充分覆盖感兴趣区域。注意，时间分辨率是检查床重新定位速度的函数，通常为3 - 4s。C，容积扫描：一次机架旋转即可完全覆盖感兴趣区域（水平条）。注意，时间分辨率是扫描间隔设置的函数，因为每次旋转都能提供完整覆盖。容积CT扫描能够实现（D）连续容积扫描。时间分辨率受机架旋转速度限制。

2. 检查床切换技术

通过快速移动检查床在相邻区域间连续切换来增加覆盖范围。每次采集的最小时间间隔受探测器宽度和床移动速度限制，时间分辨率通常为2 - 4s。然而，该技术对两个扫描区域的脑血管增强曲线采样不同，可能产生区域间伪影，影响血流动力学评估或血管疾病检测。若要对整个大脑成像，探测器宽度约需8厘米，对于较小探测器宽度的扫描仪，穿梭模式扫描更适合获取全脑覆盖。

3. 穿梭扫描模式

采用连续螺旋采集，检查床平稳地来回移动以覆盖所需扫描范围。此模式适用于无法在一次体积扫描中覆盖全脑的扫描仪，在覆盖长度方面更灵活，且不会在相邻区域边界产生伪影，但扫描范围周边的时间采样间隔会交替变化（更多内容参见XI区：）。

辐射剂量

4D-CTA的累积剂量是各次采集辐射剂量之和，通常高于常规CTA。降低单次采集剂量会增加图像噪声，需通过图像滤波或迭代重建来平衡。迭代重建可在降低辐射剂量的同时保持图像质量。辐射剂量随4D-CTA采集次数或每次采集剂量增加而增大，连续扫描剂量最高。4D-CTA有效剂量为5 - 6 mSv，DSA为2 - 4.5 mSv，治疗性干预时DSA剂量更高。

图像处理

4D-CTA产生大量数据，需强大工作站和优化后处理。最大强度投影（MIP）是查看血管的标准模式，可交互查看10 - 20mm的薄层面，多平面重建有助于评估小血管结构。还可进行骨减影，通过刚性或非刚性配准对齐数据集以补偿患者运动，避免因患者移动导致的伪影。骨减影后的数据经MIP处理可生成类似DSA的图像，显示对比剂流入和流出。容积渲染可提供更多血管形态细节，通过时间MIP将4D数据集压缩为3D数据集可更好评估血管形态，减少图像噪声，提高图像质量，如定时不变CTA（TI-CTA）的对比噪声比更高，图像噪声更低，整体图像质量更好。

采集技术选择

连续或非连续4D-CTA采集的选择取决于可用扫描模式，怀疑高流量血管畸形（如硬脑膜动静脉瘘或动静脉畸形）时，连续采集有助于检测静脉结构的异常早期充盈；评估动脉闭塞时的侧支血流，较低时间分辨率的非连续采集即可。

4D-CTA在神经血管疾病中的应用

血管畸形

准确描绘颅内血管畸形的血管构筑特征对出血风险评估和治疗规划至关重要。用于AVM和AVF分类的分级系统（如Spetzler-Martin系统用于AVM，Cognard和Borden分类用于AVF）最初基于DSA，但也适用于4D-CTA。

4D - CTA显示左侧乙状窦的Borden I型硬脑膜动静脉瘘。一名表现为左侧耳鸣的患者，通过连续4D - CTA容积采集（320排探测器CT）获得的选定4D - CTA减影最大密度投影（MIP）图像，分别为侧位（A）和斜位（B）投影。枕动脉分支被确定为硬脑膜动静脉瘘（dAVF）的动脉供血支。存在正常的顺行静脉回流。三维图像（C）展示了4D - CTA在研究血管与周围结构关系方面的优势。

多项研究表明，4D-CTA在检测和分级脑AVM和AVF方面与DSA有较好的一致性。例如，Wang等研究发现4D-CTA在AVM位置、大小和血管结构方面与DSA一致，能区分主要供血动脉并识别所有引流静脉，但在识别小的特定动脉分支时存在差异。

对于dAVF，异常静脉引流是分类的关键，4D-CTA可显示与出血风险增加相关的皮质静脉逆行血流，其诊断和分级性能与DSA相似。4D-CTA正确检测出大部分dAVF并正确分级，虽在少数病例中存在漏诊情况，但模态间一致性较好。

非时相CTA（Timing-invariant CTA）能更好地评估右侧大脑中动脉闭塞患者侧支循环的程度。左侧图像是常规CTA，显示侧支循环不良，提示预后不佳。右侧图像是来自4D - CTA采集的TI - CTA图像（即时间最大密度投影），显示良好的侧支填充，提示预后良好。在该病例中，患者恢复良好。

4D-CTA能提供足够信息用于识别和分类大多数脑AVM和AVF，有助于治疗规划，可避免部分患者术前的有创DSA检查，还可用于颅内血管畸形的随访。然而，目前相关研究证据级别不高，需进一步研究评估其在颅脊髓血管畸形检查中的作用。

显示动静脉畸形复发的4D - CTA图像。箭头指示畸形血管巢，其由来自大脑前动脉的动脉供血支供血。存在向头侧上矢状窦的皮质静脉引流。

出血性卒中

在颅内出血患者中，CTA用于评估潜在神经血管病理学改变，4D-CTA可检测对比剂外渗（“点征”），其与血肿扩大和死亡率增加相关。Sun等研究发现，4D-CTA在动脉 - 静脉期均可检测到斑点征，对血肿进展有较高预测价值，相比常规CTA更准确地估计预后，常规CTA单采集时间可能过早，导致假阴性结果。

缺血性卒中

4D-CTA在评估缺血性卒中患者侧支血流的程度和动态方面优于常规CTA。研究发现，4D-CTA能更好地显示前循环闭塞患者的血栓负荷，因其能更好地可视化侧支循环。

血管闭塞部位的血栓长度和位置可预测治疗反应，4D-CTA与DSA在区分脑动脉闭塞的顺行和逆行血流方面相当，4D-CTA上顺行血流的存在与静脉溶栓早期血管再通机会增加相关。

近年来，侧支循环程度已成为影响梗死范围和临床结果的重要独立因素，4D-CTA能更可靠地显示侧支血管的存在和范围，应是更强的卒中后患者结果预测指标。研究发现，常规CTA上侧支循环差的患者中部分在TI-CTA上显示有良好侧支，且TI-CTA上侧支状态差的患者临床结果也差。此外，4D-CTA数据可计算全脑灌注图，有助于关联脑实质灌注缺陷和血管闭塞检测。

慢性动脉疾病

在近端血管狭窄或闭塞疾病中，4D-CTA可用于研究颅内血管血流动力学改变，如评估通过Willis环的侧支血流。4D-CTA可区分不同的侧支模式，包括大脑后动脉 - 大脑中动脉主导的侧支循环、幕下软脑膜侧支以及软脑膜动脉的大小、范围和逆行充盈时间的变化。

讨论与展望

4D-CTA实现了对神经血管病理学血流动力学的无创评估。连续体积采集可实现高时间分辨率用于颅内AVM和AVF的检测和分类，但全脑覆盖需宽探测器；较小探测器宽度时，切换台或穿梭模式扫描可在较低时间分辨率下评估缺血或出血性卒中。4D-CTA临床应用的主要挑战是控制辐射剂量，目前剂量降低技术已大幅减少辐射剂量，未来需进一步降低至常规CTA水平，并改进图像配准和滤波技术以提高图像质量，更好地显示小血管结构。

4D-CTA有望在治疗规划和随访中发挥更大作用，如在脑AVM和AVF的识别分类、缺血性卒中的预后评估和治疗决策、颅内出血的早期治疗指导等方面。此外，将颈部血管的动态CTA采集与头部采集相结合的技术在技术上可行，但临床应用需进一步评估。总之，4D-CTA在神经血管疾病的诊断、治疗规划和随访中有重要价值，但仍需更多前瞻性临床队列研究进一步验证其有效性。

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编译整理自：Kortman HG, Smit EJ, Oei MT, Manniesing R, Prokop M, Meijer FJ. 4D-CTA in neurovascular disease: a review. AJNR Am J Neuroradiol. 2015 Jun;36(6):1026-33. doi: 10.3174/ajnr.A4162. 仅供专业人士交流目的，不用于商业用途。

2024年12月23日

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