黔南少數(shù)民族正常成人腦動脈多層螺旋CT數(shù)據(jù)三維重建與相關(guān)解剖學(xué)分布*

呂廷勇 鄒偉婕 江顯萍 朱奉興 梁顯著 潘紹勇

(黔南州布依族苗族自治州人民醫(yī)院,1 放射科,2 神經(jīng)科,都勻 558000)

腦組織不同區(qū)域的腦血管細(xì)微解剖及定量指標(biāo)是腦內(nèi)病變診斷的重要基礎(chǔ)及依據(jù),腦血管細(xì)微解剖研究是影像學(xué)表現(xiàn)的基礎(chǔ),并且是影像的具體表現(xiàn)。近年來,由于醫(yī)學(xué)影像學(xué)的快速發(fā)展,MR血管成像、數(shù)字減影血管造影已經(jīng)廣泛應(yīng)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(fā)展較為成熟。多層螺旋CT血管造影(multislice spiral CT angiography,MSCTA)是將原始數(shù)據(jù)經(jīng)計算機(jī)三維重建技術(shù)圖像后處理后獲取三維圖像,人體血管結(jié)構(gòu)廣泛用此方法研究。MSCTA圖像經(jīng)后處理后,能清晰顯示造影劑充盈的腦動脈的正常解剖結(jié)構(gòu)及變異情況,有利于腦動脈目標(biāo)區(qū)域的分割及提取,并且經(jīng)過計算機(jī)三維重建不同患者的CT數(shù)據(jù),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(zhǔn)確參數(shù),為治療提供定量指標(biāo)。尤其對血管形態(tài)的改變,管徑的測量均比較容易顯示,對腦血管病的精準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)根據(jù)以下入選：(1) 年齡超過18周歲,并生活在黔南地區(qū)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)主要包括：(1) 有心、腦血管病史;(2) 通過CTA篩查發(fā)現(xiàn)腦動脈瘤、腦動脈狹窄、顱內(nèi)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(yùn)動導(dǎo)致圖像模糊或掃描層面變動而無法得到準(zhǔn)確血管圖像者。按上述標(biāo)準(zhǔn)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。

1.2 CT檢查方法

使用Siemens MSCT進(jìn)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(qiáng)。增強(qiáng)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(jié)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(fā)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(dá)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(zhì)量指數(shù)(BMI)自動調(diào)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(jìn)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(shù)據(jù)傳入工作站后,相關(guān)解剖利用工作站重建腦動脈3D模型,通過旋轉(zhuǎn)、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(guān)解剖學(xué)數(shù)據(jù)。主要應(yīng)用容積再現(xiàn)(volume rendering,VR)、多平面重建(multi planar reconstruction,MPR)、曲面重建(curve reconstruction,CPR)和最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)等技術(shù)對圖像后處理,然后用VR及MIP等技術(shù)通過多角度、多方位對目標(biāo)血管放大,仔細(xì)觀察主要腦動脈及腦動脈瘤形態(tài)。觀察腦底動脈環(huán)及主要腦動脈的形態(tài)及解剖變異,測量各主要動脈起始部的內(nèi)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(jìn)行綜合分析。

2 結(jié)果

2.1 腦底動脈環(huán)(Willis 環(huán))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(cè)頸內(nèi)動脈(internal carotid artery,ICA),大腦前動脈(anterior cerebral artery,ACA)交通前段(A1段)檢出94%。前交通動脈(anterior communicating artery,ACoA)變異較大,且與ACA的關(guān)系較為復(fù)雜,本組除17%未顯示外,其余83%ACoA表現(xiàn)簡單型(單支型)79%(圖1A)和復(fù)雜型(2支以上及其他類型)4%(圖1B)。后交通動脈(posterior communicating artery,PCoA)的變異也較大,其中CTA圖像上有33%表現(xiàn)為單側(cè)或雙側(cè)未見顯示,并見左側(cè)胚胎型大腦后動脈(圖1C)。大腦后動脈(posterior cerebral artery,PCA)直徑及形態(tài)變異相對較大,通過與PCoA比較,直徑>同側(cè)PCoA者為65%,直徑<同側(cè)PCoA為350支35%。眼動脈(ophthalmic artery,OA)94%起自頸內(nèi)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(jié)果見表1。

表1 正常成人腦動脈的MSCTA顯示率和起始部內(nèi)徑測量值(n=500,mm)Tab 1 MSCTA measurement of the major cerebral arterial display rate and inner diameter in healthy adults (n=500,mm)

2.2 腦底動脈環(huán)(Willis環(huán))分型

根據(jù)組成腦動脈的發(fā)育情況將500例Wills環(huán)分為4型。Ⅰ型為對稱型,本組為3%(圖2A)。Ⅱ型為前循環(huán)發(fā)育不良型,本組為1%(圖2B)。Ⅲ型為后循環(huán)發(fā)育不良型,本組為54%(圖2C)。Ⅳ型為混合發(fā)育不良型,本組為42%。在實際工作中,根據(jù)前、后循環(huán)的發(fā)育情況組合將Ⅳ型分為5個亞型：Ⅳa型,雙側(cè)后循環(huán)發(fā)育不良或缺如,伴一側(cè)前循環(huán)發(fā)育不良或缺如,本組為24%(圖2D);Ⅳb型,一側(cè)前、后循環(huán)發(fā)育不良或缺如,本組為1%(圖2E);Ⅳc型,一側(cè)后循環(huán)發(fā)育不良或缺如,伴對側(cè)前循環(huán)發(fā)育不良或缺如,本組為1%(圖2F);Ⅳd型,前交通動脈缺如、后循環(huán)發(fā)育不良或缺如,本組為4%(圖2G);Ⅳe型,前交通動脈及雙側(cè)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(xiàn)

2.3.1 頸內(nèi)動脈走行及分支(前循環(huán)) 頸總動脈從下頜角分出頸內(nèi)動脈及頸外動脈,頸內(nèi)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(luò)膜前動脈。大腦前動脈(anterior cerebral artery,ACA)從頸內(nèi)動脈發(fā)出后,由近至遠(yuǎn)ACA分為A1段(交通前段)、A2段(垂直段)、A3-A5段(遠(yuǎn)側(cè)段和腦皮層分支)。主要皮質(zhì)支有內(nèi)側(cè)眶額動脈、額前內(nèi)側(cè)動脈、額極動脈、額后內(nèi)側(cè)動脈、額中間內(nèi)側(cè)動脈和旁中央動脈,在VR和MIP圖像上顯示大腦前動脈皮質(zhì)支較清楚(圖3C)。大腦中動脈是頸內(nèi)動脈的延續(xù)段,由近至遠(yuǎn)可分為M1段(水平段),M2段(腦島段),M3段(島蓋段)為M2段環(huán)狀骨溝頂端,延續(xù)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(huán)) 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(nèi)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(nèi)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(cè)發(fā)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(yuǎn)可分為P1段(交通前段)、P2段(環(huán)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(zhuǎn)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(tǒng)的是尸體解剖和鑄型研究。對于活體的研究,影像學(xué)檢查是最重要的檢查方法。TCD、DSA、MRA及CTA技術(shù)在活體腦動脈形態(tài)學(xué)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(biāo)準(zhǔn),與傳統(tǒng)的DSA比較,CTA顯示腦動脈更具優(yōu)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(chuàng)檢查,不會產(chǎn)生DSA可能出現(xiàn)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(jié)構(gòu)的空間關(guān)系,CTA可同時顯示雙側(cè)頸內(nèi)和椎-基底動脈系,從而顯示W(wǎng)illis環(huán)及腦動脈的整體結(jié)構(gòu),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(zhì)情況,當(dāng)然治療時DSA可以對CTA顯示腦血管病進(jìn)行佐證,為腦血管治療提前評估。MR血管成像(MR angiography,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(shù)。高場強(qiáng)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(zhuǎn)、剪切立體顯示W(wǎng)illis環(huán)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(diào)節(jié)顯示細(xì)小血管,最小血管分辨率達(dá)0.4mm,有效評價Willis環(huán)及腦動脈細(xì)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(xì)小的分支結(jié)構(gòu),對Willis環(huán)組成血管觀察缺如或發(fā)育細(xì)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(guī)DSA檢查。

3.2 腦動脈的變異

腦動脈常見變異有孔狀畸形,數(shù)目的變異等。但是腦底動脈環(huán)變異較大,腦血管病與腦底動脈環(huán)關(guān)系較大。Wills于1664年發(fā)現(xiàn)并命名了腦底動脈環(huán),即Willis環(huán)[5]。Wills環(huán)位于顱底腦池內(nèi),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W(wǎng)illis環(huán)組成的血管存在有較大的變異。本研究參考文獻(xiàn)[8-10]分類并增加亞型分型。Ⅰ型：組成Wills環(huán)的各支血管大小及形態(tài)發(fā)育良好,兩側(cè)對稱,又稱為對稱型。Ⅱ型：前交通動脈和(或)大腦前動脈發(fā)育不良或缺如,后循環(huán)動脈相對正常又稱為前循環(huán)發(fā)育不良型。在實際工作中,根據(jù)前循環(huán)的發(fā)育情況組合將Ⅱ型分為2個亞型：Ⅱa型,前交通動脈發(fā)育不良或缺如;Ⅱb型,大腦前動脈發(fā)育不良或缺如。Ⅲ型：后交通動脈和(或)大腦后動脈發(fā)育不良或缺如,前循環(huán)動脈相對正常,又稱為后循環(huán)發(fā)育不良型。根據(jù)后循環(huán)的發(fā)育情況組合將Ⅲ型分為5個亞型：Ⅲa,單側(cè)后交通動脈發(fā)育不良或缺如;Ⅲb,雙側(cè)后交通動脈發(fā)育不良或缺如;Ⅲc,單側(cè)大腦后動脈發(fā)育不良或缺如;Ⅲd雙側(cè)大腦后動脈發(fā)育不良或缺如(雙側(cè)胚胎型大腦后動脈);Ⅲe,一側(cè)后交通動脈和對側(cè)大腦后動脈發(fā)育不良或缺如。Ⅳ型：同時存在前、后循環(huán)的多支動脈發(fā)育不良或缺如,又稱為混合發(fā)育不良型。在實際工作中,根據(jù)前、后循環(huán)的發(fā)育情況組合將Ⅳ型分為5個亞型：Ⅳa型,雙側(cè)后循環(huán)發(fā)育不良或缺如,伴一側(cè)前循環(huán)發(fā)育不良或缺如;Ⅳb型,一側(cè)前、后循環(huán)發(fā)育不良

圖1 主要腦動脈及分支的MSCTA圖像。A：單支型ACoA(箭頭);B：復(fù)雜型ACoA(箭頭);C：右側(cè)PCoA缺如并左側(cè)胚胎型大腦后動脈(箭頭);D：眼動脈(箭頭).

Fig 1 MSCTA images of the major cerebral arteries and their branches.A：Single-branch AcoA(arrow);B：Complicated AcoA(arrow);C：Right PCoA absence and left fetal origin PCA;D：OA(arrow)

圖2 正常人腦底動脈環(huán)分型MSCTA圖像。A：Ⅰ型腦底動脈環(huán);B：Ⅱ型腦底動脈環(huán);C：Ⅲ型腦底動脈環(huán);D～H：Ⅳ型腦底動脈環(huán).

Fig 2 Normal brain artery ring type by MSCTA image.A: Type I of Willis circle;B: Type II of Willis circle;C: Type III of Willis circle;D-H: Type IV of Willis circle.

圖3 主要腦動脈各級分支的MSCTA圖像。A：頸動脈系統(tǒng)及椎-基底動脈系統(tǒng)全貌;B：頸內(nèi)動脈分段;C：大腦前動脈1～5級分支;D：大腦中動脈1～5級分支;E：大腦后動脈1～5級分支;F：MIP像,清晰顯頂枕動脈和距狀裂動脈;G：雙側(cè)椎動脈分段;H：顱內(nèi)段椎—基底動脈主要分支.

Fig 3 MSCTA images of the major cerebral arteries at different branches.A: Carotid artery and vertebral artery-basilar artery system;B.Bilateral vertebral artery segment;C: The ACA branches at level 1 to level 5;D: The MCA branches at level 1 to level 5;E: The PCA branches at level 1 to level 5;F: Oblique-sagittal view of the PCA,the parietooccipital and calcarine arteries were showed clearly;G: Bilateral vertebral artery segment;H: The intracranial segment of vertebral artery and basilar artery was divided.

或缺如;一側(cè)后循環(huán)發(fā)育不良或缺如,伴對側(cè)前循環(huán)發(fā)育不良或缺如;Ⅳd型,前交通動脈缺如、后循環(huán)發(fā)育不良或缺如;Ⅳe型,前交通動脈及雙側(cè)后交通動脈缺如。

本組500例正常腦動脈腦底動脈環(huán),僅有3.7%的Willis環(huán)是完整的,低于文獻(xiàn)報道[8-10]。腦底Willis環(huán)變異較多見,占96.7%,尤其在環(huán)的后部,占55.5%,混合型變異占29.8%。這些結(jié)構(gòu)變異會影響其血流代償、改變血流動力學(xué),與腦血管病的發(fā)生、預(yù)后明顯相關(guān)。常見的前循環(huán)變異有大腦前動脈水平段發(fā)育低下或缺如;前交通動脈發(fā)育細(xì)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(fā)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(fā)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(qū)漢族及少數(shù)民族腦血管變異的對比研究。下一步需要做基因相關(guān)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(huán)。腦底動脈環(huán)是黔南少數(shù)民族主要發(fā)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(huán)關(guān)系很差密切,為下一步腦血管病診療提供重要參考依據(jù)。