脑动脉CT数据三维重建解剖学研究范文
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摘要：了解黔南州少数民族正常人脑动脉多层螺旋ct血管成像（MSCTA）上主要脑动脉的起始部走行、形态及其分支的显示情况，测量起始部内径的正常值范围，观察脑底动脉环解剖结构及变异，为脑血管疾病的诊断及治疗提供参考资料。方法：选择500名健康体检者行全脑血管64层MSCTA检查，采用西门子signo工作站，经三维重建后测量各主要动脉起始部内径，观察其走行、形态和变异，并统计各级分支的显示率。结果：黔南少数民族正常人脑动脉的常见的变异发生在组成脑底动脉环的大脑前动脉A1段、前后交通动脉及大脑后动脉起始段，以后交通动脉变异最大。正常脑动脉Willis环分型，Ⅰ型为3％；Ⅱ型为1％；Ⅲ型为54％；Ⅳ型为42％。结论：黔南少数民族正常人脑血管变异主要发生于脑底动脉环，主要变异为Ⅲ型和Ⅳ型。
关键词:脑底动脉环；解剖学；多层螺旋CT；三维重建
脑组织不同区域的脑血管细微解剖及定量指标是脑内病变诊断的重要基础及依据，脑血管细微解剖研究是影像学表现的基础，并且是影像的具体表现。近年来，由于医学影像学的快速发展，MR血管成像、数字减影血管造影已经广泛应用于脑血管正常解剖的研究［1－3］，并且在脑血管研究方面，发展较为成熟。多层螺旋CT血管造影（multislicespiralCTangiography，MSCTA）是将原始数据经计算机三维重建夜上海论坛技术图像后处理后获取三维图像，人体血管结构广泛用此方法研究。MSCTA图像经后处理后，能清晰显示造影剂充盈的脑动脉的正常解剖结构及变异情况，有利于脑动脉目标区域的分割及提取，并且经过计算机三维重建不同患者的CT数据，能够完全反映出个体化解剖信息。通过脑动脉的三维研究，为脑血管疾病诊断提供准确参数，为治疗提供定量指标。尤其对血管形态的改变，管径的测量均比较容易显示，对脑血管病的精准治疗有重要意义。
1材料和方法
1．1研究对象
夜上海论坛正常脑动脉收集自2012年1月～2017年12月在我院行脑血管CTA扫描检查者，患者标准根据以下入选：（1）年龄超过18周岁，并生活在黔南地区布依族、苗族及水族；（2）无糖尿病、高脂血症及高血压等影响脑血管正常血液供应的慢性疾病；（3）无心脏大血管疾患；（4）无脑血管病变、脑肿瘤病等其他疾患者；（5）无碘剂过敏史。排除标准主要包括：（1）有心、脑血管病史；（2）通过CTA筛查发现脑动脉瘤、脑动脉狭窄、颅内肿瘤及动静脉畸形等疾病；（3）年龄太大，超过60周岁；（4）因在检查中头部运动导致图像模糊或扫描层面变动而无法得到准确血管图像者。按上述标准收集500例为正常研究对象，男210例，女290例，年龄范围19～57岁，平均51．3岁±15．2岁。
1．2CT检查方法
使用SiemensMSCT进行扫描。将患者仰卧于检查窗，头部固定于头架，做好定位像，要求患者保持不动，从主动脉弓至顶部平扫以便用于剪影，平扫完后立即增强。增强是采用Mallinckrodt双通道高压注射器，扫描前先在肘静脉植入18G安全式留置针（由于造影剂黏稠度高，压力大），然后将高压注射器针管与留置针连接，注入非离子型对比剂60～80ml（如碘佛醇），流率采用5ml／s，造影剂注射结束后，紧接着以5ml／s注入约40ml生理盐水，目的是减少扫描时锁骨下静脉造影剂浓度过高对主动脉弓上3大分支的影响。扫描过程采用阈值触发自动跟踪法扫描，先参考扫描主动脉弓，ROI置于主动脉弓或颈总动脉，阈值100HU，血管造影浓度达阈值后延迟4s自动启动扫描。扫描范围为主动脉弓至颅顶，管电压100～120kV，管电流随体质量指数（BMI）自动调整，范围30～160mAs／r，扫描层厚0．6mm，采用矩阵重建512×512，重建层厚0．75mm原始图像，将图像传入西门子工作站进行剪影后图像后处理，得到脑血管的三维图像。
1．3图像后处理
重建图像数据传入工作站后，相关解剖利用工作站重建脑动脉3D模型，通过旋转、剪切重建出清晰的三维图像，观察并测量模型中脑动脉及动脉瘤相关解剖学数据。主要应用容积再现（volumerendering，VR）、多平面重建（multiplanarreconstruction，MPR）、曲面重建（curvereconstruction，CPR）和最大密度投影（maximumintensityprojection，MIP）等技术对图像后处理，然后用VR及MIP等技术通过多角度、多方位对目标血管放大，仔细观察主要脑动脉及脑动脉瘤形态。观察脑底动脉环及主要脑动脉的形态及解剖变异，测量各主要动脉起始部的内径；并用VR及MIP对大脑前、中、后动脉1～5级分支的显示情况进行综合分析。
2结果
2．1脑底动脉环（Willis环）及脑动脉主干MSCTA观测
夜上海论坛500例正常人脑血管中，MSCTA均显示脑动脉1～5级分支，100％检出双侧颈内动脉（internalcarotidartery，ICA），大脑前动脉（anteriorcerebralartery，ACA）交通前段（A1段）检出94％。前交通动脉（anteriorcommunicatingartery，ACoA）变异较大，且与ACA的关系较为复杂，本组除17％未显示外，其余83％ACoA表现简单型（单支型）79％（图1A）和复杂型（2支以上及其他类型）4％（图1B）。后交通动脉（posteriorcommunicatingartery，PCoA）的变异也较大，其中CTA图像上有33％表现为单侧或双侧未见显示，并见左侧胚胎型大脑后动脉（图1C）。大脑后动脉（posteriorcerebralartery，PCA）直径及形态变异相对较大，通过与PCoA比较，直径＞同侧PCoA者为65％，直径＜同侧PCoA为350支35％。眼动脉（ophthalmicartery，OA）94％起自颈内动脉眼段（图1D），另外6％起源于脑膜中动脉。脑血管主要分支观察结果见表1。
2．2脑底动脉环（Willis环）分型根据组成脑动脉的发育情况
夜上海论坛将500例Wills环分为4型。Ⅰ型为对称型，本组为3％（图2A）。Ⅱ型为前循环发育不良型，本组为1％（图2B）。Ⅲ型为后循环发育不良型，本组为54％（图2C）。Ⅳ型为混合发育不良型，本组为42％。在实际工作中，根据前、后循环的发育情况组合将Ⅳ型分为5个亚型：Ⅳa型，双侧后循环发育不良或缺如，伴一侧前循环发育不良或缺如，本组为24％（图2D）；Ⅳb型，一侧前、后循环发育不良或缺如，本组为1％（图2E）；Ⅳc型，一侧后循环发育不良或缺如，伴对侧前循环发育不良或缺如，本组为1％（图2F）；Ⅳd型，前交通动脉缺如、后循环发育不良或缺如，本组为4％（图2G）；Ⅳe型，前交通动脉及双侧后交通动脉缺如，本组为12％（图2H）。
2．3主要脑动脉各级分支MSCTA表现
2．3．1颈内动脉走行及分支（前循环）颈总动脉从下颌角分出颈内动脉及颈外动脉，颈内动脉分为7个解剖段（图3A、B）。在眼段分出眼动脉，在交通段分出后交通动脉及脉络膜前动脉。大脑前动脉（anteriorcerebralartery，ACA）从颈内动脉发出后，由近至远ACA分为A1段（交通前段）、A2段（垂直段）、A3－A5段（远侧段和脑皮层分支）。主要皮质支有内侧眶额动脉、额前内侧动脉、额极动脉、额后内侧动脉、额中间内侧动脉和旁中央动脉，在VR和MIP图像上显示大脑前动脉皮质支较清楚（图3C）。大脑中动脉是颈内动脉的延续段，由近至远可分为M1段（水平段），M2段（脑岛段），M3段（岛盖段）为M2段环状骨沟顶端，延续M3，再是M4－M5段（皮层支）（图3D），M4－M5段从纵裂走出，在大脑半球表面通常分出8～12条皮层支，用VR和MIP三维图像，血管基本能够显示。2．3．2椎动脉及基底动脉的走形与分支（后循环）椎动脉按其行程分为4段，V1段（骨外段）、V2段（颈椎孔段）、V3段（脊椎外段）、V4段（硬膜内段），然后在斜坡下部后方向上走行，在脑桥及延髓交界处合并形成基底动脉，最后分出大脑后动脉。椎动脉颅内段的主要分支有小脑下后动脉和脊髓前动脉，基底动脉由下至上向两侧发出小脑前下动脉、穿支动脉、小脑上动脉和大脑后动脉（图3E、G、H）。大脑后动脉由近至远可分为P1段（交通前段）、P2段（环池段）、P3段（四叠体段）、P4－P5段（距裂段及其皮层分支），分出胼周后动脉（图2E）。顶枕动脉，通过MIP像旋转能清楚显示距状裂动脉，其行程比较平直（图3F）。
3讨论
3．1脑动脉研究方法的比较
夜上海论坛脑动脉研究方法较多，传统的是尸体解剖和铸型研究。对于活体的研究，影像学检查是最重要的检查方法。TCD、DSA、MRA及CTA技术在活体脑动脉形态学研究上具有重要的作用。TCD虽然对血流敏感，但是颅骨的影响较大，脑血管解剖分辨率差。DSA是脑血管检查的金标准，与传统的DSA比较，CTA显示脑动脉更具优势：（1）扫描时间短，适用于无法耐受DSA检查的危重患者（如SAH患者）；（2）属于无创检查，不会产生DSA可能出现的动脉损伤动脉瘤；（3）图像具有三维立体性，可显示出脑血管与颅底骨结构的空间关系，CTA可同时显示双侧颈内和椎基底动脉系，从而显示Willis环及脑动脉的整体结构，而1个位置的DSA只能显示造影的脑动脉；（4）除了获得脑血管影像外，还能显示DSA无法提供的脑实质情况，当然治疗时DSA可以对CTA显示脑血管病进行佐证，为脑血管治疗提前评估。MR血管成像（MRangiography，MRA）是采用血液流动的特点，特殊显示血管的成像序列，特点是显示血管与周围组织明暗不同，形成良好对比的血管显影，不需要注射造影剂显示血管，无骨伪影，无骨及周围软组织重叠，可较好研究血管的成像技术。高场强MRI噪声较大。Kominami等［4］报道MRA对脑动脉的研究，直径＞0．7mm以上可以显示，但对直径＜0．7mm的动脉，会造成缺如及变异的假象。CTA三维重建后血管图像，可以通过旋转、剪切立体显示Willis环及脑动脉血管分支；通过局部小视野显示放大图像提高图像显示分辨率；通过阈值的调节显示细小血管，最小血管分辨率达0．4mm，有效评价Willis环及脑动脉细小分支。本研究所获取的500例正常脑动脉的MSCTA图像上，均清晰显示了1～5级脑动脉及更细小的分支结构，对Willis环组成血管观察缺如或发育细小评估，表明在对血管性疾病诊断及肿瘤血供评价方面MSCTA完全可满足临床上的需要，就诊断而言可替代常规DSA检查。
3．2脑动脉的变异
脑动脉常见变异有孔状畸形，数目的变异等。但是脑底动脉环变异较大，脑血管病与脑底动脉环关系较大。Wills于1664年发现并命名了脑底动脉环，即Willis环［5］。Wills环位于颅底脑池内，由成对大脑前动脉水平段（A1段）、大脑后动脉交通前段（P1段），后交通动脉及不成对的前交通动脉组成。此后的尸检研究［6－7］显示Willis环组成的血管存在有较大的变异。本研究参考文献［8－10］分类并增加亚型分型。Ⅰ型：组成Wills环的各支血管大小及形态发育良好，两侧对称，又称为对称型。Ⅱ型：前交通动脉和（或）大脑前动脉发育不良或缺如，后循环动脉相对正常又称为前循环发育不良型。在实际工作中，根据前循环的发育情况组合将Ⅱ型分为2个亚型：Ⅱa型，前交通动脉发育不良或缺如；Ⅱb型，大脑前动脉发育不良或缺如。Ⅲ型：后交通动脉和（或）大脑后动脉发育不良或缺如，前循环动脉相对正常，又称为后循环发育不良型。根据后循环的发育情况组合将Ⅲ型分为5个亚型：Ⅲa，单侧后交通动脉发育不良或缺如；Ⅲb，双侧后交通动脉发育不良或缺如；Ⅲc，单侧大脑后动脉发育不良或缺如；Ⅲd双侧大脑后动脉发育不良或缺如（双侧胚胎型大脑后动脉）；Ⅲe，一侧后交通动脉和对侧大脑后动脉发育不良或缺如。Ⅳ型：同时存在前、后循环的多支动脉发育不良或缺如，又称为混合发育不良型。在实际工作中，根据前、后循环的发育情况组合将Ⅳ型分为5个亚型：Ⅳa型，双侧后循环发育不良或缺如，伴一侧前循环发育不良或缺如；Ⅳb型，一侧前、后循环发育不良或缺如；一侧后循环发育不良或缺如，伴对侧前循环发育不良或缺如；Ⅳd型，前交通动脉缺如、后循环发育不良或缺如；Ⅳe型，前交通动脉及双侧后交通动脉缺如。本组500例正常脑动脉脑底动脉环，仅有3．7％的Willis环是完整的，低于文献报道［8－10］。脑底Willis环变异较多见，占96．7％，尤其在环的后部，占55．5％，混合型变异占29．8％。这些结构变异会影响其血流代偿、改变血流动力学，与脑血管病的发生、预后明显相关。常见的前循环变异有大脑前动脉水平段发育低下或缺如；前交通动脉发育细小及缺如；前交通动脉多血管通道。后循变异有后交通动脉发育低下或缺如；漏斗状后交通动脉；大脑后动脉胚胎起源及大脑后动脉交通段发育低下或缺如。本组研究的局限在于未对研究对象作基因检测，未做本地区汉族及少数民族脑血管变异的对比研究。下一步需要做基因相关检测及对比研究，以及脑血管病的对比研究。综上所述，MDCTA在脑血管能够清晰显示1～5级血管分支，利用多个角度能够充分显示脑血管分支及脑底动脉环。脑底动脉环是黔南少数民族主要发生部位，并且后交通动脉变异最大，脑血管疾病与脑底动脉环关系很差密切，为下一步脑血管病诊疗提供重要参考依据。
参考文献
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作者：吕廷勇 邹伟婕 江显萍 朱奉兴 梁显著 潘紹勇 单位：黔南州布依族苗族自治州人民医院
