DSA的基本原理及高级运用.ppt

DSA的相关基础知识 及高级应用 周素军 什么是DSA DIGITAL SUBTRUCTION ANGIOGRIPHY 数字减影血管造影 什么是DSA 数字减影血管造影(DSA)是通过电子计算机进行辅助 成像的血管造影方法，是70年代以来应用于临床的一 种崭新的X线检查新技术。在注入造影剂之前，首先 进行第一次成像，并用计算机将图像转换成数字信号 储存起来。注入造影剂后，再次成像并转换成数字信 号。两次数字相减，消除相同的信号，得到一个只有 造影剂的血管图像。 DSA的发展 1934年Ziedes des Plantes 胶片减影法 电子减影 1978年美国威斯康星大学和亚利桑纳大学 研制第一台数字减影血管机 1980年11月在芝加哥召开的北美放射学会 （RSNA)上公布 DSA的内涵 数字化：将模拟信号数字化，以便计算机 处理 减影：通过计算机将两幅信息相反的图像 叠加，消除骨骼、软组织等信息，仅保留 血管信息 图像如何数字化 将模拟图像矩阵化，分成许多小的像素，并对每个像 素赋予相应的数值，代表不同的灰度。 常用名词解释 原始数据（raw data） 由探测器直接接收到的信号， 这些信号经放大后，再通过模/数转换，所得到的数 据称“原始数据” 像素 (pixel）：构成图像的基本单位，也即 影像被分解成的孤立信息，像素的大小用尺寸表示， 单位是m 矩阵（matrix）：构成图像的像素阵列，表示一个横 成行，纵成列的数字集合，是二维排列的像素集合 模拟图像 模拟图像：是一种以直观的物理量来连续 地，形象地表现另一种物理量的情况。在 这些图像中的密度（亮度）是空间位置的 连续函数，影像中的点和点之间是连续的 ，中间没有间隔，感光密度（亮度）随着 坐标点的变化是连续改变的。 模拟与数字 超市买-1.8kg糖 1.8kg糖即为要购买的 糖的模拟 糖0.5kg一包 需要买3或4包 “包”即认为规定的量级 允许误差的存在 数字与模拟 X线图像数字与模拟的区别在于其图像形成 过程中的处理方式 最终呈现在我们眼前的总是由不同灰阶组 成，表现为不同密度、对比度的影像 减影原理 在通常的血管造影的过程中，运用计数机处理，取人 体同一部位在造影剂注入前后两帧不同的数字图像， 进行叠加。消除两帧图像的相同部分，得到造影剂充 盈的血管图像 DSA的减影程序 摄制普通片 制备mask片，或称蒙片 摄制血管造影片 把mask片与血管造影片重叠一起翻印成减 影片 蒙片 蒙片-与普通平片图像完全相同，而密度 相反的图像，也即正像，同透视像 1.通常为不含造影剂的图像 2.可以为造影序列中任一帧图像 3.可以是动态蒙片 什么是正片?什么是负片？ 普通X光片是 负片 透视图像是正片 摄影与透视 分辨率 空间分辨率密度分辨率时间分辨率 空间分辨力 空间分辨力spatial resolution ：又称高对比 分辨率，是指图像中可辨认的邻接物体空 间几何尺寸的最小极限，即对影像细微结 构的分辨能力 与图像的矩阵大小相关 与单位面积内所含有的像素数 目成正比 单位LP/mm 线对与PPI 线对每毫米（LP/mm ）：指在一毫米内能分辨出多少对线 不同的分辨率 空间分辨力 DSA 13 LP/mm 普通胶片 10 LP/mm 航空电影胶片 100 LP/mm 密度分辨力 密度分辨力density resolution：又称低对比分 辨率，是指图像中可辨认的密度差别的最 小极限，即对细微密度差别的分辨能力 与图像中每像素所接受的光子数目成正比 用 %表示 如果密度分辨率为0.5%，则表示两个物资的密度差大于或等于0.5% 时设备既能分别出来 关系 视野=矩阵 x 像素大小 视野不变，矩阵越大，空间分辨率提高， 但密度分辨率下降（每像数的光子数减少 ） 矩阵不变，视野越大，图像空间分辨率下 降 常用名词解释 时间分辨力temporal resolution：亦称动态分 辨力，表征系统的瞬间成像能力 DSA指单位时间内的成像帧数 CT/MR指单一层面的成像时间 时间分辨率越高，对动态组织器官的成像 显示能力俞强，图像越清晰 对比度(Contrast) 对比度(Contrast)是指兴趣区的相比信号强 度的差异 在一幅图像中，对比度的形成可表现为不 同灰阶梯度、光强度和颜色。 X线对比度表现为不同灰阶梯度 灰阶 灰阶（gray level）亦称灰度级，是指各组 织器官的微小密度差别，反映图像的黑白 灰等影像层次，对应于每个灰度级的黑白 程度称为灰标 像素的数目和灰阶越大图像越真实 人眼仅能辨认16个灰阶 DSA成像的关键影响因素 各参数的选择（造影程序、流率、流量、 延时等） 患者的配合 伪影是最大的影响因素 DSA伪影（Artifact） 移动伪影 饱和状伪影 设备伪影 移动伪影 移动伪影（motion artifact）-因移动使减 影对配准不良在影像上形成的伪影 呼吸 心博 吞咽 肠蠕动 肢体移动 饱和状伪影 饱和状伪影(saturation artifact)-当视野内 某些部位对射线衰减极小时，使局部视 频信号饱和，形成均匀亮度的无信号区， 妨碍与之重叠的有用结构的观察 超过设备的动态范围 可以补偿滤过 动态范围 动态范围表示图像所包含的从“最暗”至“最亮” 的范围。动态范围越大,所能表示的层次越丰 富,所包含的色彩空间也越广。 普通胶片 1：1000 CCD影像增强器 1:500 平板探测器 1：100000 表现为密度分辨率的高低 常用名词解释 动态范围 亮度响应非从0开始，亦不是无限大 最大亮度Bmax 最小亮度Bmin 动态范围D=Bmax/ Bmin 高压注射器 高压注射器的主要功能就是满足造影时所 需的对比剂注射速度、压力及剂量控制 高压注射器能够确保在短时间内按设置要 求将对比剂注入血管内，高浓度显示目标 血管，形成高对比度影像，使检查成功率 提高。 高压注射器相关术语 流率（flow）:单位时间内经导管注入血管 内的 对比剂的量 流量volume： 对比剂的一次注射量 压力限制： 斜率 ：对比剂达到预选流率所需时间 高压注射器相关术语 注射延迟(Injury delay):先曝光再注射对比剂 X线延迟(X-ray delay)：先注射对比剂再曝光 团注（blouse injection) ：在单位时间内向 血管注射一定量的对比剂，其量略大于同 期血管内的血流量，从而取代该节段血管 内的血液 高压注射器使用注意事项 确认管路中无空气 检查各注射参数 联动设置（高压注射器控制血管机、血管 机控制高压注射器） DSA的显示特性 使2mm的血管4mm的血管得到同样的 显示 1.碘浓度加1倍 2.曝光剂量增加4倍 DSA新技术 类CT 仿真内窥镜 三维成像（双容积重建、三维路图、IC3D ） 模拟支架释放、导管头模拟塑形 下肢步进、追踪成像，图像融合 穿刺导航等 以旋转造影为基础的新技术 图像类型：常规后处理方式：应用优势及劣势：是否需要造影剂 注入： 三维立体图像 工作站Inspace任务 卡，可根据需要变 换不同模板 可全方位多角度观 察血管三维立体走 行结构，但无法显 示软组织。 是，一般注入 100%浓度造影剂 。 类CTA样图像 工作站 3D任务卡中的MIP 模式， 常规层厚20-60mm 可同时显示血管、 骨骼及软组织结构 ，但三维空间结构 显示略差。 是，一般注入20- 50%浓度造影剂 。 CT平扫样图 像 工作站 3D任务卡中的MPR 模式 常规层厚5-10mm 可清晰显示软组织 结构，但无法显示 血管。 否 DSA三维重建（3D-DSA）原理 3D-DSA是在旋转DSA技术上发展而来的，是旋转DSA 造影技术，及计算机三维图像处理技术相结合的产 物。其工作原理为通过二次旋转DSA采集的原始图像 传至三维工作站进行容积再现重建（VR）、多曲面 重建（MPR）和最大密度投影（MIP），少数病人还 进行仿真内窥镜（VA）显示。 旋转DSA及3D-DSA 在血管性疾病介入中的应用 应用范围： 脑血管病变 腹部血管 脊髓血管畸形 四肢血管畸形 肺动脉栓塞 脑动静脉畸形 微小动脉瘤 三维立体图像 术前、后三维图像融合 通明化后VRT显示动脉瘤内 情况 动脉瘤介入术前后对比 3D-DSA对脑动脉瘤的显示与诊断价值 可发现常规造影中被大血管遮盖的微小动脉瘤，并排出由于血 管扭曲所导致的假阳性结果，从而提高脑动脉瘤的检出率 3D-DSA对于脑动脉瘤的三维形态及空间关系的显示亦具有绝对 优势。可清楚显示动脉瘤的部位、大小、形态、数量，特别是 对动脉瘤瘤颈与载瘤动脉、动脉瘤与正常血管的空间关系，瘤 腔内有无重要分支的贯穿的辨别较常规DSA造影有明显优越性 。 3D-DSA是判断治疗方案最佳的检查方法，其判断准确率明显 高于常规造影检查。可以选择最佳工作角度来进行血管内治疗 ，起可以提供微导管头塑性的参考角度以便能将微导管顺利到 位，从而提高栓塞治疗的成功性，并减少并发症的出现。 三维路径图 动脉瘤栓塞中造影 脑血管支架术后类CT样图像 颈动脉支架术后类CTA 流速 1ml/s 总量 10ml 浓度 25% 注射时间 10s 延时时间 X线延时2s 导管所在位置 颈总动脉 VALUE OF DYNA-CT IN INTRACRANIAL STENTING POST-STENT EVALUATION 18May 21, 2014 IS department XperCT 支架 确认支架位置，展开情况及与弹簧圈的关系。支架网格及形态清晰可见，支架展开良好，使用了去除金属 伪影功能，消除了弹簧圈高密度条状伪影，可明确弹簧圈与支架关系 16May 21, 2014 IS department XperCT MAR Sum模式：弹簧圈无任何伪影，相邻软组织显示清晰MIP模式，清晰显示弹簧圈和支架 15May 21, 2014 IS department XperCT 去除金属伪影MAR 更好的显示有金属的区域 更加清晰显示金属物体，无条状伪影 XperCT 无MARXperCT MAR功能 动脉瘤介入术中CT平扫样图像 13May 21, 2014 IS department XperCT出血诊断 左图蛛网膜下腔出血 中图左额叶血肿，蛛网膜下腔出血 右图动脉瘤栓塞后，见金属弹簧圈显示 14May 21, 2014 IS department XperCT出血诊断 类CT图像类型 图1.三维立体图像 图2.类CTA样图像图3.CT样平扫图像 + = 双容积 Dual volume图像融合模式所做的图像 ，立体显示动脉瘤的三维结构，动脉瘤 及颅骨的三维关系。 Dual volume图像切割进行“模拟手术”，优势在于使手术医生在手 术前更清楚了解动脉瘤的所在位位置，方便手术中寻找动脉瘤 将血管和骨骼或支架图像进行融合.从而能立体观察血管与周围骨骼及血 管与支架的三维空间关系. 肾动脉狭窄类CT样图像 腹主动脉类CT样图像 流速 5ml/s 总量 60ml 浓度 50% 注射时间 12s 延时时间 X线延时4s 导管所在位置 腹主动脉 MIP显示，层厚30-80mm 胆道三维立体图像 腹主动脉三维立体图 肾脏肿瘤的3D-DSA 门静脉 流速 2ml/s 总量 24ml 浓度 50% 注射时间 12s 延时时间 X线延时4s 导管所在位置 门静脉 MIP显示，层厚30-80mm 肝癌介入术后CT平扫样图像 3May 21, 2014 IS department XperCT 图像质量（SUM） XperCT 平扫 Xper 增强扫描 肝脏上部层面，增强扫描造影剂参数为：肝总动脉：3ml/s 24ml 250psi delay time 5s 肝固有动脉：2ml/s 16ml 250psi delay time 5s左右肝动脉：1ml/s 8ml 200psi delay time 5s 4May 21, 2014 IS department XperCT 平扫 Xper 增强扫描 肝脏中部层面 XperCT 图像质量（SUM） 5May 21, 2014 IS department XperCT 平扫 Xper 增强扫描 胆囊层面（红色箭头） XperCT 图像质量（SUM） 6May 21, 2014 IS department XperCT 平扫 Xper 增强扫描 胰腺层面（红色箭头） XperCT 图像质量（SUM） 7May 21, 2014 IS department XperCT 平扫 Xper 增强扫描 肾脏层面（红色箭头） XperCT 图像质量（SUM） 8May 21, 2014 IS department XperCT 图像质量（MIP） XperCT MIP重建 DSA MIP模式：正常大血管显示与DSA同样清晰（紫色箭头），末梢血管略逊于DSA（蓝色箭头），但对小的肿瘤及供血血管显示 则明显优于DSA（红色圆圈及箭头）。 DSA图像：未能发现肝右叶上部的肿瘤病灶，肿瘤血管亦不如MIP重建清晰。 9May 21, 2014 IS department XperCT 图像质量（SUM） XperCT 平扫 XperCT 增强扫描 平扫：肝脏未见异常，增强扫描：肝右叶后段病灶增强非常明显（蓝色箭头）。 10May 21, 2014 IS department XperCT 正位 XperCT 斜位 XperCT 图像质量（MIP） 正位肝血管显示清晰，未见肿瘤病灶显示斜位肿瘤病灶（红箭头）和其供血动脉（黄色箭头）显示 清晰 12May 21, 2014 IS department XperCT MIP重建 XperCT MIP重建 XperCT 图像质量（MIP） 可直接测量肿瘤大小清晰显示肿瘤病灶和肿瘤供血动脉 XperCT 斜位 当肿瘤病灶和供血动脉显示最佳 时，医生可根据图像左上角显示C 臂角度和右下角显示病人位置指 示，确定治疗时C臂位置 右下腹纤维瘤病8SDR扫描 气管支架术后类平扫 MPR显示，层厚5-10mm 肺癌及支气管的类CT扫描 n类 CT:MIP 重建能清 楚支气管 动脉的走 行,及肿 瘤染色. 开口于主动脉弓部的支气管动脉 Dual Volume 传统3DDSA虽然能够清楚显示动脉瘤的三维形态，但其不 能显示动脉瘤与颅骨尤其是与颅底的关系，因此对手术开 颅夹闭动脉瘤带来一定的局限性。而血管骨骼融合重建（ Dual Volume）这一新技术的开发解决了这一局限。进行 血管骨骼融合重建（Dual Volume）后在显示动脉瘤的三 维形态同时还能清楚显示颅骨及颅底的三维形态，因此动 脉瘤与颅骨的关系能清晰地显示出来。其应用价值在于有 利于在开颅夹闭手术中寻找动脉瘤的位置，提高开颅手术 的成功率。 此外还可将这一技术用在动脉瘤术后将动脉瘤夹或弹簧圈 与血管进行融合从而准确合理地评估术后效果。 脊髓血管畸形 3D-DSA优势 避免血管结构重叠，使血管影像显示更清晰准确。 提供最佳的观察角度：可任意空间角度观察病变血管 的三维立体关系以及血管腔的内部情况。 准确测量病变血管直径、截面面积与体积。 为手术和介入治疗提供更有价值的影像学资料。 减少造影剂用量、减少手术（诊断和治疗）时间、减 少曝光剂量。 下肢步进 下肢步进 CT MIP图像 步进采集、图像融合 步进 DSA技术（Perivision)即下肢血管造影的 跟踪摄影；其工作原理为通过检查床面或C 臂的自动移动，跟踪对比剂分段采集血管 造影像，并实时显示 DSA图像。该项功能 常用于双下肢血管病变的诊断与治疗，其 特点为一次对比剂注入，追踪显示双下肢 血管并可行双侧对比，利于病变血管的显 示及正常变异的识别，尤其适用于不宜多 用对比剂的患者。 仿真内窥镜 （Virtual endoscopy, VE） IC 3D、IC Stent、INSpaceEP IC3D IC3D软件作用主要用于冠脉造影中。 IC3D软件能呈现三维重建狭窄的血管，以 及血管横 断面的图像及信息。 IC3D对狭窄的血管进行非常精确的测量狭 窄面积，狭窄面积的百分比。 IC3D能够清楚显示狭窄段，尤其是对于分 叉病变进行3D显示 应用范围 该方法主要应用于PVP 或PKP治疗术前判定 病变范围并测量穿刺进针角度，确定手术方 案。在术中利用3D-DA来指导穿刺方位。术 后可应用这 方法来评价疗效。 原理与优点 原理及方法：利用3D-DA功能对病变进行旋 转摄片，并将获得的原始图象进行三维重 建。重建方法以MPR为主。 优点：可通过重建获得包括横断面、冠状 面、矢面多方位图象。因此可以获得类似 CT引导下穿刺的图象。 椎体血管瘤病人PVP术前MRI PVP手术术前术后比较 穿刺导航 21May 21, 2014 IS department XperGuide 22May 21, 2014 IS department 三个层面定义穿刺点 a. 横轴位 b.矢状位 c.冠状位 （基于原始CT图像） 1.Spelle, L., et al., First clinical experience in applying XperGuide in embolization of jugular paragangliomas by direct intratumoral puncture. Int J Comput Assist Radiol Surg, 2009. 4(6): p. 527-33. 23May 21, 2014 IS department A 3D 骨骼重建影像定义穿 刺点，由此可以避免骨骼组 织 B 多角度旋转查看穿刺路径 CT图像跟XperCT进行融合 24May 21, 2014 IS department 实时透视穿刺引导 a.穿刺点EntryPoint视图 b. Progress视图 25May 21, 2014 IS department 穿刺栓塞前后造影 显示。 a. 栓塞前 b. 栓塞后 26May 21, 2014 IS department 27May 21, 2014 IS department 注射协议：4ml/s 50ml delay time 20s(碘必醇 300，Guerbet，法国) Axial three-dimensional soft tissue cone-beam CT after intravenous contrast agent administration with the planned needle trajectory (arrow) from the nidus of the endoleak (asterisk) to the skin. 28May 21, 2014 IS department Xperguide实时引导透视下造影 箭头：设计路径 星号：实际穿刺针 箭头：内漏供养血管 栓塞剂为：纤维蛋白胶 29May 21, 2014 IS department 栓塞前后CT扫描比较 30May 21, 2014 IS department Braak, S.J., et al., Pulmonary Masses: Initial Results of Cone-beam CT Guidance with Needle Planning Software for Percutaneous Lung Biopsy. CardioVascular and Interventional Radiology, 2012. 35(6): p. 1414-1421. 31May