腦動脈CT數據三維重建解剖學研究范文

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摘要：了解黔南州少數民族正常人腦動脈多層螺旋ct血管成像（MSCTA）上主要腦動脈的起始部走行、形態及其分支的顯示情況，測量起始部內徑的正常值范圍，觀察腦底動脈環解剖結構及變異，為腦血管疾病的診斷及治療提供參考資料。方法：選擇500名健康體檢者行全腦血管64層MSCTA檢查，采用西門子signo工作站，經三維重建后測量各主要動脈起始部內徑，觀察其走行、形態和變異，并統計各級分支的顯示率。結果：黔南少數民族正常人腦動脈的常見的變異發生在組成腦底動脈環的大腦前動脈A1段、前后交通動脈及大腦后動脈起始段，以后交通動脈變異最大。正常腦動脈Willis環分型，Ⅰ型為3％；Ⅱ型為1％；Ⅲ型為54％；Ⅳ型為42％。結論：黔南少數民族正常人腦血管變異主要發生于腦底動脈環，主要變異為Ⅲ型和Ⅳ型。

關鍵詞:腦底動脈環；解剖學；多層螺旋CT；三維重建

腦組織不同區域的腦血管細微解剖及定量指標是腦內病變診斷的重要基礎及依據，腦血管細微解剖研究是影像學表現的基礎，并且是影像的具體表現。近年來，由于醫學影像學的快速發展，MR血管成像、數字減影血管造影已經廣泛應用于腦血管正常解剖的研究［1－3］，并且在腦血管研究方面，發展較為成熟。多層螺旋CT血管造影（multislicespiralCTangiography，MSCTA）是將原始數據經計算機三維重建技術圖像后處理后獲取三維圖像，人體血管結構廣泛用此方法研究。MSCTA圖像經后處理后，能清晰顯示造影劑充盈的腦動脈的正常解剖結構及變異情況，有利于腦動脈目標區域的分割及提取，并且經過計算機三維重建不同患者的CT數據，能夠完全反映出個體化解剖信息。通過腦動脈的三維研究，為腦血管疾病診斷提供準確參數，為治療提供定量指標。尤其對血管形態的改變，管徑的測量均比較容易顯示，對腦血管病的精準治療有重要意義。

1材料和方法

1．1研究對象

正常腦動脈收集自2012年1月～2017年12月在我院行腦血管CTA掃描檢查者，患者標準根據以下入選：（1）年齡超過18周歲，并生活在黔南地區布依族、苗族及水族；（2）無糖尿病、高脂血癥及高血壓等影響腦血管正常血液供應的慢性疾病；（3）無心臟大血管疾患；（4）無腦血管病變、腦腫瘤病等其他疾患者；（5）無碘劑過敏史。排除標準主要包括：（1）有心、腦血管病史；（2）通過CTA篩查發現腦動脈瘤、腦動脈狹窄、顱內腫瘤及動靜脈畸形等疾病；（3）年齡太大，超過60周歲；（4）因在檢查中頭部運動導致圖像模糊或掃描層面變動而無法得到準確血管圖像者。按上述標準收集500例為正常研究對象，男210例，女290例，年齡范圍19～57歲，平均51．3歲±15．2歲。

1．2CT檢查方法

使用SiemensMSCT進行掃描。將患者仰臥于檢查窗，頭部固定于頭架，做好定位像，要求患者保持不動，從主動脈弓至頂部平掃以便用于剪影，平掃完后立即增強。增強是采用Mallinckrodt雙通道高壓注射器，掃描前先在肘靜脈植入18G安全式留置針（由于造影劑黏稠度高，壓力大），然后將高壓注射器針管與留置針連接，注入非離子型對比劑60～80ml（如碘佛醇），流率采用5ml／s，造影劑注射結束后，緊接著以5ml／s注入約40ml生理鹽水，目的是減少掃描時鎖骨下靜脈造影劑濃度過高對主動脈弓上3大分支的影響。掃描過程采用閾值觸發自動跟蹤法掃描，先參考掃描主動脈弓，ROI置于主動脈弓或頸總動脈，閾值100HU，血管造影濃度達閾值后延遲4s自動啟動掃描。掃描范圍為主動脈弓至顱頂，管電壓100～120kV，管電流隨體質量指數（BMI）自動調整，范圍30～160mAs／r，掃描層厚0．6mm，采用矩陣重建512×512，重建層厚0．75mm原始圖像，將圖像傳入西門子工作站進行剪影后圖像后處理，得到腦血管的三維圖像。

1．3圖像后處理

重建圖像數據傳入工作站后，相關解剖利用工作站重建腦動脈3D模型，通過旋轉、剪切重建出清晰的三維圖像，觀察并測量模型中腦動脈及動脈瘤相關解剖學數據。主要應用容積再現（volumerendering，VR）、多平面重建（multiplanarreconstruction，MPR）、曲面重建（curvereconstruction，CPR）和最大密度投影（maximumintensityprojection，MIP）等技術對圖像后處理，然后用VR及MIP等技術通過多角度、多方位對目標血管放大，仔細觀察主要腦動脈及腦動脈瘤形態。觀察腦底動脈環及主要腦動脈的形態及解剖變異，測量各主要動脈起始部的內徑；并用VR及MIP對大腦前、中、后動脈1～5級分支的顯示情況進行綜合分析。

2結果

2．1腦底動脈環（Willis環）及腦動脈主干MSCTA觀測

500例正常人腦血管中，MSCTA均顯示腦動脈1～5級分支，100％檢出雙側頸內動脈（internalcarotidartery，ICA），大腦前動脈（anteriorcerebralartery，ACA）交通前段（A1段）檢出94％。前交通動脈（anteriorcommunicatingartery，ACoA）變異較大，且與ACA的關系較為復雜，本組除17％未顯示外，其余83％ACoA表現簡單型（單支型）79％（圖1A）和復雜型（2支以上及其他類型）4％（圖1B）。后交通動脈（posteriorcommunicatingartery，PCoA）的變異也較大，其中CTA圖像上有33％表現為單側或雙側未見顯示，并見左側胚胎型大腦后動脈（圖1C）。大腦后動脈（posteriorcerebralartery，PCA）直徑及形態變異相對較大，通過與PCoA比較，直徑＞同側PCoA者為65％，直徑＜同側PCoA為350支35％。眼動脈（ophthalmicartery，OA）94％起自頸內動脈眼段（圖1D），另外6％起源于腦膜中動脈。腦血管主要分支觀察結果見表1。

2．2腦底動脈環（Willis環）分型根據組成腦動脈的發育情況

將500例Wills環分為4型。Ⅰ型為對稱型，本組為3％（圖2A）。Ⅱ型為前循環發育不良型，本組為1％（圖2B）。Ⅲ型為后循環發育不良型，本組為54％（圖2C）。Ⅳ型為混合發育不良型，本組為42％。在實際工作中，根據前、后循環的發育情況組合將Ⅳ型分為5個亞型：Ⅳa型，雙側后循環發育不良或缺如，伴一側前循環發育不良或缺如，本組為24％（圖2D）；Ⅳb型，一側前、后循環發育不良或缺如，本組為1％（圖2E）；Ⅳc型，一側后循環發育不良或缺如，伴對側前循環發育不良或缺如，本組為1％（圖2F）；Ⅳd型，前交通動脈缺如、后循環發育不良或缺如，本組為4％（圖2G）；Ⅳe型，前交通動脈及雙側后交通動脈缺如，本組為12％（圖2H）。

2．3主要腦動脈各級分支MSCTA表現

2．3．1頸內動脈走行及分支（前循環）頸總動脈從下頜角分出頸內動脈及頸外動脈，頸內動脈分為7個解剖段（圖3A、B）。在眼段分出眼動脈，在交通段分出后交通動脈及脈絡膜前動脈。大腦前動脈（anteriorcerebralartery，ACA）從頸內動脈發出后，由近至遠ACA分為A1段（交通前段）、A2段（垂直段）、A3－A5段（遠側段和腦皮層分支）。主要皮質支有內側眶額動脈、額前內側動脈、額極動脈、額后內側動脈、額中間內側動脈和旁中央動脈，在VR和MIP圖像上顯示大腦前動脈皮質支較清楚（圖3C）。大腦中動脈是頸內動脈的延續段，由近至遠可分為M1段（水平段），M2段（腦島段），M3段（島蓋段）為M2段環狀骨溝頂端，延續M3，再是M4－M5段（皮層支）（圖3D），M4－M5段從縱裂走出，在大腦半球表面通常分出8～12條皮層支，用VR和MIP三維圖像，血管基本能夠顯示。2．3．2椎動脈及基底動脈的走形與分支（后循環）椎動脈按其行程分為4段，V1段（骨外段）、V2段（頸椎孔段）、V3段（脊椎外段）、V4段（硬膜內段），然后在斜坡下部后方向上走行，在腦橋及延髓交界處合并形成基底動脈，最后分出大腦后動脈。椎動脈顱內段的主要分支有小腦下后動脈和脊髓前動脈，基底動脈由下至上向兩側發出小腦前下動脈、穿支動脈、小腦上動脈和大腦后動脈（圖3E、G、H）。大腦后動脈由近至遠可分為P1段（交通前段）、P2段（環池段）、P3段（四疊體段）、P4－P5段（距裂段及其皮層分支），分出胼周后動脈（圖2E）。頂枕動脈，通過MIP像旋轉能清楚顯示距狀裂動脈，其行程比較平直（圖3F）。

3討論

3．1腦動脈研究方法的比較

腦動脈研究方法較多，傳統的是尸體解剖和鑄型研究。對于活體的研究，影像學檢查是最重要的檢查方法。TCD、DSA、MRA及CTA技術在活體腦動脈形態學研究上具有重要的作用。TCD雖然對血流敏感，但是顱骨的影響較大，腦血管解剖分辨率差。DSA是腦血管檢查的金標準，與傳統的DSA比較，CTA顯示腦動脈更具優勢：（1）掃描時間短，適用于無法耐受DSA檢查的危重患者（如SAH患者）；（2）屬于無創檢查，不會產生DSA可能出現的動脈損傷動脈瘤；（3）圖像具有三維立體性，可顯示出腦血管與顱底骨結構的空間關系，CTA可同時顯示雙側頸內和椎基底動脈系，從而顯示Willis環及腦動脈的整體結構，而1個位置的DSA只能顯示造影的腦動脈；（4）除了獲得腦血管影像外，還能顯示DSA無法提供的腦實質情況，當然治療時DSA可以對CTA顯示腦血管病進行佐證，為腦血管治療提前評估。MR血管成像（MRangiography，MRA）是采用血液流動的特點，特殊顯示血管的成像序列，特點是顯示血管與周圍組織明暗不同，形成良好對比的血管顯影，不需要注射造影劑顯示血管，無骨偽影，無骨及周圍軟組織重疊，可較好研究血管的成像技術。高場強MRI噪聲較大。Kominami等［4］報道MRA對腦動脈的研究，直徑＞0．7mm以上可以顯示，但對直徑＜0．7mm的動脈，會造成缺如及變異的假象。CTA三維重建后血管圖像，可以通過旋轉、剪切立體顯示Willis環及腦動脈血管分支；通過局部小視野顯示放大圖像提高圖像顯示分辨率；通過閾值的調節顯示細小血管，最小血管分辨率達0．4mm，有效評價Willis環及腦動脈細小分支。本研究所獲取的500例正常腦動脈的MSCTA圖像上，均清晰顯示了1～5級腦動脈及更細小的分支結構，對Willis環組成血管觀察缺如或發育細小評估，表明在對血管性疾病診斷及腫瘤血供評價方面MSCTA完全可滿足臨床上的需要，就診斷而言可替代常規DSA檢查。

3．2腦動脈的變異

腦動脈常見變異有孔狀畸形，數目的變異等。但是腦底動脈環變異較大，腦血管病與腦底動脈環關系較大。Wills于1664年發現并命名了腦底動脈環，即Willis環［5］。Wills環位于顱底腦池內，由成對大腦前動脈水平段（A1段）、大腦后動脈交通前段（P1段），后交通動脈及不成對的前交通動脈組成。此后的尸檢研究［6－7］顯示Willis環組成的血管存在有較大的變異。本研究參考文獻［8－10］分類并增加亞型分型。Ⅰ型：組成Wills環的各支血管大小及形態發育良好，兩側對稱，又稱為對稱型。Ⅱ型：前交通動脈和（或）大腦前動脈發育不良或缺如，后循環動脈相對正常又稱為前循環發育不良型。在實際工作中，根據前循環的發育情況組合將Ⅱ型分為2個亞型：Ⅱa型，前交通動脈發育不良或缺如；Ⅱb型，大腦前動脈發育不良或缺如。Ⅲ型：后交通動脈和（或）大腦后動脈發育不良或缺如，前循環動脈相對正常，又稱為后循環發育不良型。根據后循環的發育情況組合將Ⅲ型分為5個亞型：Ⅲa，單側后交通動脈發育不良或缺如；Ⅲb，雙側后交通動脈發育不良或缺如；Ⅲc，單側大腦后動脈發育不良或缺如；Ⅲd雙側大腦后動脈發育不良或缺如（雙側胚胎型大腦后動脈）；Ⅲe，一側后交通動脈和對側大腦后動脈發育不良或缺如。Ⅳ型：同時存在前、后循環的多支動脈發育不良或缺如，又稱為混合發育不良型。在實際工作中，根據前、后循環的發育情況組合將Ⅳ型分為5個亞型：Ⅳa型，雙側后循環發育不良或缺如，伴一側前循環發育不良或缺如；Ⅳb型，一側前、后循環發育不良或缺如；一側后循環發育不良或缺如，伴對側前循環發育不良或缺如；Ⅳd型，前交通動脈缺如、后循環發育不良或缺如；Ⅳe型，前交通動脈及雙側后交通動脈缺如。本組500例正常腦動脈腦底動脈環，僅有3．7％的Willis環是完整的，低于文獻報道［8－10］。腦底Willis環變異較多見，占96．7％，尤其在環的后部，占55．5％，混合型變異占29．8％。這些結構變異會影響其血流代償、改變血流動力學，與腦血管病的發生、預后明顯相關。常見的前循環變異有大腦前動脈水平段發育低下或缺如；前交通動脈發育細小及缺如；前交通動脈多血管通道。后循變異有后交通動脈發育低下或缺如；漏斗狀后交通動脈；大腦后動脈胚胎起源及大腦后動脈交通段發育低下或缺如。本組研究的局限在于未對研究對象作基因檢測，未做本地區漢族及少數民族腦血管變異的對比研究。下一步需要做基因相關檢測及對比研究，以及腦血管病的對比研究。綜上所述，MDCTA在腦血管能夠清晰顯示1～5級血管分支，利用多個角度能夠充分顯示腦血管分支及腦底動脈環。腦底動脈環是黔南少數民族主要發生部位，并且后交通動脈變異最大，腦血管疾病與腦底動脈環關系很差密切，為下一步腦血管病診療提供重要參考依據。

參考文獻

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作者：呂廷勇 鄒偉婕 江顯萍 朱奉興 梁顯著 潘紹勇 單位：黔南州布依族苗族自治州人民醫院