《医学影像信息学》课件-第4章 数字减影血管造影成像原理

第四章数字减影血管造影成像原理

学习目标掌握熟悉了解DSA的成像链；对比剂的条件及分类；影响DSA影像质量的因素及改善措施。各类对比剂使用的注意事项；DSA的特殊功能。数字减影血管造影（DSA）的成像原理、成像方式及减影方式；高压注射器的工作原理及对比剂注射参数；DSA的图像处理技术。主要内容第一节基本原理第五节特殊功能第六节DSA影像质量控制第二节X射线对比剂第三节高压注射器第四节图像处理

DSA设备及图像

DSA是计算机与常规X射线血管造影相结合的一种检查方法，可通过计算机把血管造影影像上的骨与软组织影像消除，而突出显示血管。4

DSA设备及图像随后DSA广泛应用于临床实践1978年数字视频影像处理器问世20C50S初改进动脉插管的方法19C末尸体上进行手动脉血管造影1980年第一台DSA设备研制成功20C60S出现X射线照片减影术1923年人体上进行血管造影检查5第一节基本原理

一、成像原理㈠成像过程中的图像⒈蒙片

对比剂未到达感兴趣区血管，或感兴趣区血管内对比剂浓度已降至零时，所获取的图像称为蒙片。7

一、成像原理㈠成像过程中的图像⒉造影像

对比剂到达感兴趣区血管后，所获取的图像称为造影像。和蒙片之间的主要差别即为含有对比剂的感兴趣区血管。8

一、成像原理㈠成像过程中的图像⒊减影像将造影像和蒙片相减，即可去除相同的部分，保留含有对比剂的感兴趣区血管，该图像称为减影像。9

一、成像原理㈠成像过程中的图像为保证减影质量高，成像过程中需注意：⑴蒙片应在感兴趣区血管内不含有对比剂时采集；⑵感兴趣区血管内对比剂浓度达到峰值时采集造影像；⑶对同一部位、采用相同曝光条件采集蒙片和造影像。10

一、成像原理㈡成像过程⒈成像链X射线→探测器→A/D转换→帧存储器→图像减影→血管图像11

一、成像原理㈡成像过程⒉减影过程两个矩阵对应像素点的值分别相减，得到一个新的数字矩阵。矩阵中每个像素的数值代表亮度，从而形成减影图像。12经肘部正中静脉或贵要静脉穿刺造影采集图像，操作简便。

二、成像方式㈠静脉DSA13外周静脉法：选择肘部较粗静脉或股静脉穿刺插管，造影采集图像。中心静脉法：静脉DSA检查需要多次注入大量对比剂，多次序列曝光，图像分辨力低，血管影像易重叠，易产生运动伪影，影像质量差，仅用于门静脉、髂静脉、四肢静脉的检查。经皮穿刺股动脉或肱动脉，放置导管前端，通过设置高压注射器参数和图像采集参数，显示感兴趣区的血管影像。

二、成像方式㈡动脉DSA14动脉DSA检查时，对比剂不需经过体循环稀释，使用的浓度低，注射参数选择灵活，影像重叠少，成像质量高，成像时受受检者的影响少，辐射剂量低。目前DSA最常用的减影方式，是在注入的对比剂达到感兴趣区之前，先采集蒙片图像，与按时间顺序出现的造影像一一进行相减，使含有对比剂的高密度血管部分被突出地显示。因造影像和蒙片两者获取的时间先后不同，故称为时间减影。

三、减影方式㈠时间减影15

三、减影方式㈠时间减影16⒈常规方式蒙片和造影像各采集一帧，然后作减影处理。蒙片造影像

三、减影方式㈠时间减影17⒉脉冲方式采用间隙脉冲曝光，选定蒙片像与各帧造影像分别减影。射线剂量较强，图像信噪比较高，适用于活动较少的部位检查。蒙片造影像

三、减影方式㈠时间减影18⒊超脉冲方式采用间隙脉冲曝光，曝光频率高、脉宽窄，能获得更多减影图像。图像噪声增加，对比分辨力降低，适用于运动部位检查。蒙片造影像

三、减影方式㈠时间减影19⒋心电图触发方式

同步采集心电信号，曝光脉冲与之同步，保证图像采集时间点与心搏节律同相位，获得高分辨力的图像，适用于心脏及冠状动脉检查。

三、减影方式㈠时间减影20⒌连续处理方式

每秒30帧以上连续摄取动态蒙片和造影像，并连续相减，得到连续动态减影图像，适合心脏大血管的动态观察。蒙片造影像

三、减影方式㈠时间减影21⒍时间差处理方式按顺序取一帧图像作为蒙片，再与其后图像进行减影，获得一个序列的差值图像，边更新边减影，减少了运动伪影的影响。

三、减影方式㈡能量减影22极短时间内，对同一部位用两种不同能量采集的影像作减影处理，以保留碘信号而削弱背景组织，可消除气体影像，适用于腹部DSA。㈢混合减影

先作能量减影再作时间减影。能量减影可有效消除气体，时间减影可进一步消除骨和软组织信号，但对碘信号弱的小血管显示不利。第二节X射线对比剂

X射线对比剂24以医学成像为目的，将某种特定物质引入人体内，以改变机体局部组织的影像对比度，这种被引入的物质称为对比剂。X射线检查时，可利用对比剂高原子序数或低原子序数特性在体内产生密度对比，使普通X射线影像上看不到的血管或其余组织清晰显影。

一、对比剂的条件25对比剂应具备的条件：无害、无刺激，在嗅觉、视觉、味觉上无特别感受；能在检查的时间内，受检器官对比剂的蓄积有充分的浓度；检查完毕能迅速排出体外；理化性能稳定，久储不变质；使用方便，成本低廉。

二、对比剂的分类26㈠钡类对比剂⒈适应证食管、胃X射线造影检查；十二指肠、小肠及结肠X射线造影检查；胃肠道CT检查。

二、对比剂的分类27㈠钡类对比剂⒉禁忌证有不良反应的既往史；急性胃肠道穿孔；食管气管瘘；疑有先天性食管闭锁；近期食管静脉破裂大出血；咽麻痹；有明确肠道梗阻。急性胃、十二指肠出血；习惯性便秘、结肠梗阻；巨结肠；重症溃疡性结肠炎；老年受检者；孕妇及哺乳期妇女；新生儿及儿童。禁用慎用

二、对比剂的分类28㈠钡类对比剂⒊使用注意事项钡剂检查前3天禁用铋剂及钙剂；有禁忌证的受检者建议用水溶性碘对比剂；用后出现胃肠道活动能力下降的受检者，鼓励口服补液；出现误吸需经支气管镜清洗，同时胸部理疗并应用抗生素；注射时应密切观察注射部位，早期识别并观察是否出现静脉内渗。

二、对比剂的分类29㈡碘对比剂⒈禁忌证明确严重甲状腺功能亢进表现的受检者；既往对碘对比剂有严重不良反应者；严重的局部感染或全身感染可能形成菌血症；急性胰腺炎的受检者。肺动脉高压、支气管哮喘；心力衰竭；疑为嗜铬细胞瘤的受检者；骨髓瘤和副球蛋白血症；高胱氨酸尿；重症肌无力；妊娠者。禁用慎用

二、对比剂的分类30㈡碘对比剂⒉使用注意事项严格按照说明书中确定的计量和适用范围使用，签署知情同意书；询问是否有使用碘对比剂后出现重度不良反应的历史；询问哮喘、糖尿病、肾脏疾病、蛋白尿等病史；肾功能正常受检者血管内使用碘对比剂应进行水化；具有对比剂肾病高危因素的受检者注意用药时间间隔。

二、对比剂的分类31㈢CO2对比剂⒈适应证肾功能不全或对碘对比剂有不良反应而需造影检查的受检者；部分动脉及静脉血管DSA检查；经皮超细针穿刺实质器官引流静脉DSA检查；消化道出血、经颈静脉肝内门腔静脉分流术术中门静脉造影；需要使用大量对比剂的介入手术。

二、对比剂的分类32㈢CO2对比剂⒉禁忌证膈肌以上部位的DSA检查；有严重的肺功能不全或吸氧后血氧饱和度仍不能维持正常者；右向左分流的先天性心脏疾病。肺通气功能不良（肺动脉栓塞、严重肺气肿等），但吸氧能维持正常血氧饱和度者；试验性注射CO2后受检者不能耐受者。禁用慎用

二、对比剂的分类33㈢CO2对比剂⒊使用注意事项术前应评价受检者心肺功能和肝肾功能，了解有无腹水等；经皮穿刺实质性脏器时训练配合屏气，成功后呼吸活动度平缓；每次注入部分CO2气体，休息后无异常再行第二次造影检查；如有血氧饱和度下降，可予以吸氧缓解；穿刺可能出现血肿或出血，应注意监测血压、止血、补液等。第三节高压注射器

高压注射器35高压注射器是一种具有大推力、高速度的自动推注系统，能精准控制推注速度和剂量，确保在短时间内将对比剂注入靶血管，从而获得更佳的血管造影图像。

一、工作原理36处理器获取设定的注射速度电机转动转速控制注射速度反馈线圈反馈电机转动信息电机停止终止注射设定速度不等于实际速度超速监测采样电机电流对比预置电机减速继续注射超限报错停止注射减速失败注射结束切断电源电机停转电位器反馈推注位置以控制注射量

二、对比剂注射参数37㈠注射流率

单位时间内经导管注入的对比剂的量。应依据靶血管的血流速度，并考虑血管病变性质选择。大小与导管的半径4次方成正比、与导管长度成反比。㈡注射剂量应根据造影方式、造影部位和病变情况选择。一般IA-DSA所需剂量较IV-DSA低；血管显影所需剂量与血管直径成反比，增加剂量可改善小直径血管显示效果。肾功能不良者，对比剂的用量应当慎重。

二、对比剂注射参数38㈢注射压力设定的注射速度越快，所需压力越大；对比剂浓度越高，所需压力越大；温度越低，所需压力越大；导管越长或越细，产生的阻力越大，所需的压力越大。㈣注射时机

IA-DSA常采用注射延迟，便于摄制蒙片，IV-DSA或导管顶端距兴趣区较远时，应选用曝光延迟。造影时还须设定对比剂上升速率及对比剂注射维持时间。第四节图像处理

图像处理40一、窗口技术根据血管内对比剂的浓度和目标血管的粗细调整窗宽窗位。依据目标血管的最佳密度值设置窗位，依据减影像对比度的要求选择窗宽。二、空间滤过对减影像选择性地增强或减弱特殊空间频率成分。低通滤过可起平滑作用，高通滤过能使边缘变锐，中通滤过可消除噪声。

图像处理41三、图像合成分别将多帧蒙片图像和造影像进行积分并作加权，再进行减影，获得一帧低噪声减影像，提高图像信噪比。四、再蒙片当目标血管在曝光期间存在移动，则蒙片和造影像无法精确重合，减影效果不佳。可重新确定蒙片，更换减影对，获得理想减影像。

图像处理42五、像素位移将蒙片的局部或全部像素点朝特定方向移动一定距离，使之与造影像上对应的像素点更好地配准，再进行二者的减影。六、界标将减影像亮度增强后与未减影图像重合，获得同时显示血管与背景结构的标记影像，可以为减影像提供解剖学标志。

图像处理43七、感兴趣区处理测量血管或病变的直径大小；感兴趣区的放大、灰度校准及标示文字说明；病变区勾边增强，建立图像轮廓、突出病灶；图像密度统计，计算直方图密度统计曲线；碘浓度测定并作出时间-密度曲线；研究对比剂在血管内的流动情况；测定心室容积和射血分数、室壁运动的位移和振幅。第五节特殊功能

一、旋转DSA技术45

C形臂旋转采集系列蒙片和造影像后减影，以获取系列旋转的减影像，增加血管影像的观察视度，提高病变血管的显示率，提高诊断准确率。

一、旋转DSA技术46临床应用：头颈部血管性病变，可清晰显示颅内动脉瘤的瘤颈，利于治疗方法和治疗方案的确定；腹部血管病变，尤其是肝脏疾病的诊断，可清楚显示肝脏肿瘤的供血动脉；能清晰显示兴趣区的血管走向，利于选择性和超选择性插管，提高操作的成功率。

二、岁差运动DSA47

C形臂两个方向旋转，形成焦点做平面内四周运动，探测器做反向圆周运动，即岁差运动。运动中曝光采集后减影，利于观察血管结构的立体关系。

二、岁差运动DSA48临床应用：

观察腹部和盆腔重叠的血管，以显示血管的立体解剖图像。在肝脏肿瘤的治疗中，可清晰地显示肿瘤的供血动脉、肿瘤染色，并利于指导超选择性插管，而行肝段亚肝段栓塞质量。

三、实时模糊蒙片DSA技术49第一次曝光适当散焦获得模糊蒙片，短暂间隔后采集清晰造影像，两者减影获得有适当骨骼背景的血管图像，可免除旋转DSA两次运动采集的麻烦。临床应用：头部出血、胸部疾病、腹部出血等不能屏气的受检者；下肢血管性病变，不能控制下肢颤动的受检者。

四、步进DSA技术50曝光时导管床匀速移动，分段采集蒙片及造影像，由计算机减影后拼接成整体图像，以获得该血管的全程减影像。临床应用：对比剂用量少，一次序列曝光可显示全程下肢血管影像，适用于不宜多用对比剂、双下肢血管性病变的受检者。

五、自动最佳角度定位DSA技术51从两个投影角度大于45°的血管图像，计算出两条平行走向的血管在360°球体范围内的最佳展示摄影角度。临床应用：利用正侧位图像，测算出某一段迂曲走行血管的摄影角度，从而控制C形臂一次调整至显示该血管的最佳角度，以清晰显示此段血管有无病变。

六、C形臂CT技术52

C形臂快速旋转采集数据后重建成像，获得多个层面图像，可通过后处理获得三维图像，具有虚拟内窥镜、导航等技术。临床应用：

脑动脉瘤栓塞止血治疗，观察有无再次出血；可清晰显示微弹簧圈的位置及有无外逸出动脉瘤腔；在介入治疗过程中代替CT设备。

七、三维路径图技术53

C形臂自动跟踪、调整为三维血管图像旋转的角度，使透视图像与之重合，最大程度显示血管的立体分布，指引导管顺利地进入目标血管内。临床应用：便于确定导管进入病变区的角度；指导体外对导管前端塑形；实时导管头导航和监视输管过程中的缠绕。

八、虚拟支架置入术54在病变血管部位展示支架置入效果，模拟支架置入后的情况，如不合适可进行更换。在实际治疗时选择同样支架置入，以取得良好的治疗效果。

八、虚拟支架置入术55临床应用：可以显示支架置入后的情况，并利用后处理清晰地显示动脉瘤腔的大小，方便确定置入的微弹簧圈的尺寸。

此外，该系统还可用于介入治疗的医师培训。

九、DSA图像融合技术56将CT、MR等图像与DSA三维图像经过计算、处理、配准，提取各自的有效信息，融合成高质量的全新图像，弥补单一成像模式的局限性。第六节DSA影像质量控制

一、影响DSA影像质量的因素58㈠设备结构⒈X射线源系统须配备大功率X射线管、高频高压发生装置；能实现稳定脉冲曝光；配置遮光栅和X射线滤过装置。⒉图像采集系统具有每秒25帧以上显像能力、理想光敏度、足够亮度、较高分辨力和对比度、最小失真度，可变输出视野和稳定的光路分配器。

一、影响DSA影像质量的因素59㈠设备结构⒊计算机与显示系统可准确启动高压注射器、曝光及各部件的运动，快速完成数据处理和图像减影等程序，配备高清晰、大屏幕显示器。

一、影响DSA影像质量的因素60㈡成像方式和对比剂⒈成像方式

IA-DSA所得图像分辨力高，血管重叠少，所需对比剂的浓度低，用量小，总曝光时间短，辐射剂量降低。⒉对比剂减影像信号随对比剂浓度和血管直径的增加而增加；血管显影所需的对比剂最低含量与血管直径成反比。

一、影响DSA影像质量的因素61㈢减影方式和操作技术⒈减影方式目前大多采用时间减影方法，脉冲方式摄影帧频低、每帧图像剂量大，对比分辨力较高；超脉冲方式帧频高、每帧图像剂量低，但运动伪影少。造影时应根据受检部位和诊断要求选择相应的减影方式，以获取高信噪比的减影像。

一、影响DSA影像质量的因素62㈢减影方式和操作技术⒉操作技术

X射线剂量与密度分辨力成正比；合理使用“自动曝光”和“手动曝光”；曝光测试功能可帮助选择最佳曝光条件。⑴摄影条件检查时可附加左、右斜位和头、足向倾斜等多种复合角度的摄影体位，以便显示血管病变及指导介入治疗。⑵摄影体位

一、影响DSA影像质量的因素63㈢减影方式和操作技术⒉操作技术合理应用遮光栅和密度补偿装置可均衡影像密度；正确选择照射野和摄影距离可防止图像出现放大失真和模糊。⑶其余技术因素合适的图像后处理可提高图像密度分辨力、消除或减少运动伪影、降低噪声水平、提高血管显示效果。⑷后处理技术

一、影响DSA影像质量的因素64㈣受检者本身因素检查过程中，受检者自主和不自主地移动