心電門控四維CT血管成像評估顱內動脈瘤破裂風險的研究進展▲

楊威威 梁 奕

(長江航運總醫院影像科，湖北省武漢市 430014，電子郵箱：675748200@qq.com)

【提要】 顱內動脈瘤一旦破裂出血，患者的病死率及致殘率極高，故對有破裂高風險的動脈瘤進行預測并及早干預治療有重大臨床意義。心電門控動態四維CT血管成像(4D-CTA)可以發現單個心動周期中動脈瘤壁的異常搏動點和體積變化，可用于評估動脈瘤破裂的風險。本文就動脈瘤破裂的相關危險因素及心電門控4D-CTA在評估動脈瘤破裂風險中的應用研究進展進行綜述。

顱內動脈瘤系因動脈管壁平滑肌層先天性缺失、感染、創傷以及動脈粥樣硬化等病因導致動脈壁局部中層平滑肌的缺失而引起的囊性膨出，是引起非創傷性蛛網膜下腔出血最常見的原因，常見于40～60 歲中老年患者。研究發現動脈瘤的患病率為3%[1]，而老年人群中約有7%被檢出患有顱內動脈瘤[2]。顱內動脈瘤破裂出血后有非常高的致殘率及病死率，同時可殘留不同程度的腦損傷[3]。因此，早發現、早診斷、早治療有著重要的臨床意義，尤其是對于有破裂高風險的顱內動脈瘤患者，預判顱內動脈瘤破裂出血的風險對治療方式的決策起著極其重要的作用。

1 顱內動脈瘤破裂風險評估概述

過去，人們對顱內動脈瘤的破裂風險、血流動力學和臨床特征進行了大量的研究[4-7]。但由于動脈瘤是一種形態學改變相關疾病，而且動脈瘤中的血液與載瘤動脈中的血液相同，均隨著動脈的搏動而流動，因此動脈瘤的形態是不固定的，靜態獲取的形態學信息可能不全面，不能反映微觀層次動脈瘤壁運動差異。以往對動脈瘤的形態學研究大多是基于三維CT血管成像(CT angiography,CTA)的靜態數據分析，缺乏動態數據[8-10],因此需要在更精細的水平上對動脈瘤壁運動進行可視化或量化分析，進而評估動脈瘤破裂風險。動態四維CT血管成像(four-dimensional CT angiography，4D-CTA)運用動態容積掃描模式，在相同的心臟相和相同的時間相獲得容積數據集，在一定程度上彌補普通CTA在時間分辨率上的缺陷，可監測單個心動周期內動脈瘤壁的微觀運動。心電門控是利用心電圖監測掃描，減少心臟搏動偽影干擾的一種檢查方式，以往主要應用于冠狀動脈CTA檢查。心電門控4D-CTA采用冠狀動脈CTA掃描模式，得到單個R-R間期的容積數據，再以時間間隔為5%的遞增順序進行重建，得到20組數據包，并生成與R-R間期相對應的20幀動態圖像，獲得按時間順序排列的每個動脈瘤的連續動態圖像，不僅能觀察動脈瘤的靜態三維結構，還能夠以電影模式動態觀察動脈瘤的細微結構形態變化，可實現對動脈瘤在單個心動周期內瘤壁搏動的檢測。本文對顱內動脈瘤破裂的影響因素、心電門控4D-CTA技術在顱內動脈瘤中的應用研究進展進行綜述。

2 顱內動脈瘤破裂的影響因素

顱內動脈瘤破裂與患者年齡、性別，動脈瘤的大小、形狀、數量、發生位置以及遺傳等多方面因素有關[11-12]。國際研究小組及日本研究小組分別對1 692例患者(2 686個未破裂顱內動脈瘤)和5 720例患者(6 697個未破裂顱內動脈瘤)進行長期隨訪，均認為顱內動脈瘤破裂的風險與其發生的位置、大小關系密切[13-14]。康慧斌等[15]對928例動脈瘤患者進行分析，認為瘤體直徑是顱內動脈瘤破裂的獨立危險因素，瘤頸寬≥4 mm的動脈瘤需要早期干預治療，可以減少破裂出血風險；原因可能是動脈瘤瘤頸的寬窄決定了進入動脈瘤腔內的血流量，從而引起血流動力學改變，血流動力學改變引起的血管內皮損傷以及隨后出現的血管壁炎性細胞浸潤和蛋白酶降解導致血管重塑形成動脈瘤，進一步引起瘤壁退行性變和薄弱，導致動脈瘤破裂出血。Ryu等[16]對195例患者(214個動脈瘤)進行分析，認為動脈瘤的破裂風險和動脈瘤體積與瘤頸口面積之比、動脈瘤的高度與瘤頸寬度之比(aspect ratio，AR)密切相關。Backes等[17]對124例患者(302個動脈瘤)進行研究，發現AR是動脈瘤破裂的獨立危險因素，且AR值越大破裂風險越高。Nikolic等[18]對142例經手術證實的顱內動脈瘤患者進行研究，發現AR是動脈瘤破裂的一項危險因素，AR>1.6可以預測動脈瘤破裂。Amenta等[19]對2 347例患者(5 134個動脈瘤)進行大規模回顧性隊列研究分析，認為AR>1.6是動脈瘤破裂的一項獨立危險因素；另外發現在動脈瘤直徑大于10 mm且瘤頸傾斜的動脈瘤中，當AR>1.6時動脈瘤破裂發生概率超過1/3。Zhang等[20]對包含有69個子囊的54個動脈瘤采用流體力學方法進行回顧性分析，發現動脈瘤子囊的壁切應力(wall shear stress，WSS)明顯低于主動脈瘤體，而振蕩剪切指數(oscillatory shear index，OSI)明顯高于主動脈瘤體；有破裂病史的動脈瘤子囊的WSS顯著降低，低WSS和高OSI可能與動脈瘤子囊破裂的風險增加有關。Kang等[21]對103例同一患者不同部位的兩個動脈瘤(其中1個破裂，另1個未破裂)進行自身對照研究，發現子囊形成是動脈瘤破裂的獨立危險因素，這可能與子囊壁較動脈瘤其他位置瘤壁受到的沖擊力更大、壁更薄有關。由此可見，顱內動脈瘤破裂有眾多危險因素，臨床上對該病的防治方案應從多方面考慮。

3 心電門控4D-CTA技術在顱內動脈瘤中的應用

2.1 心電門控4D-CTA觀察動脈瘤瘤壁異常搏動可預測破裂風險 在穩定的心動周期內，心臟收縮與舒張交替改變可引起全身血流動力學變化，而顱內動脈血流變化則可引起動脈瘤瘤壁動態變化。動脈瘤瘤壁動態變化與動脈瘤破裂有關，對其進行分析有助于預測動脈瘤破裂風險。Ishida等[22]通過心電門控4D-CTA檢查30例患者的34個動脈瘤，發現有2個動脈瘤的瘤壁出現明顯不規則的異常搏動，在手術中觀察到動脈瘤瘤壁薄弱區域與心電門控4D-CTA檢測到的瘤壁異常搏動點位置一致。Ferrari等[23]在9個接受外科夾閉手術治療的動脈瘤(包括4個無異常搏動點、5個有異常搏動點的動脈瘤)中觀察到，心電門控4D-CTA檢測到的瘤壁異常搏動點與手術時的暗紅色薄壁區域相對應。上述研究證實了心電門控4D-CTA在確定動脈瘤的結構特征與瘤壁的形態改變方面是可靠的。此外，心電門控4D-CTA顯示的圖像和外科手術所見高度一致，證實了該技術在識別動脈瘤有無破裂高風險方面的作用。

心電門控4D-CTA可以檢測瘤壁異常搏動點，有助于識別有較高破裂風險的動脈瘤，并為動脈瘤患者的破裂風險篩查及早期干預提供技術支持。Hayakawa等[24]采用心電門控4D-CTA對破裂與未破裂腦動脈瘤進行檢查并對比分析，發現在12個破裂的腦動脈瘤中有10個出現瘤壁異常搏動點，且出血部位被認為與搏動區域相對應；在53個未破裂的腦動脈瘤中觀察到14個瘤壁異常搏動點；隨訪發現有瘤壁異常搏動點的未破裂動脈瘤更容易出現形狀改變，進入瘤腔內的血流更加復雜而不穩定，更易破裂出血，提示心電門控4D-CTA可能有助于識別有較高破裂風險的動脈瘤。該學者[25]后續對37例患者(56個未破裂腦動脈瘤，20個出現瘤壁異常搏動點)進行心電門控4D-CTA檢查和隨訪，發現在出現瘤壁異常搏動點的動脈瘤中有6個出現了形狀改變，在未檢測到瘤壁異常搏動點的36個動脈瘤中僅有2個出現形狀改變，這說明檢測到瘤壁異常搏動點的動脈瘤更容易出現形狀改變，進一步證實了之前的研究結果，提示瘤壁異常搏動點與動脈瘤破裂出血密切相關，并推測心動周期內動脈瘤瘤壁異常搏動最大幅度點可能是潛在的破裂點。國內亦有類似研究報道,顧艷等[26]采用心電門控4D-CTA對102個破裂腦動脈瘤進行檢查，發現81個有瘤壁異常搏動點；在行外科手術夾閉的66例腦動脈瘤中,有62例的出血部位與瘤壁異常搏動點的位置吻合。葉賢旺等[27]運用心電門控4D-CTA對35例患者(43個動脈瘤)的動脈搏動情況進行研究，發現有11例患者動脈瘤(14個動脈瘤)破裂,其中11個動脈瘤有瘤壁異常搏動點；24例患者動脈瘤(29個動脈瘤)未破裂,其中5個動脈瘤有瘤壁異常搏動點。以上的研究結果說明，出現瘤壁異常搏動點的動脈瘤破裂風險較高，采用心電門控4D-CTA觀察動脈瘤壁的異常搏動，可作為動脈瘤破裂風險預測的一項重要支持技術。

2.2 心電門控4D-CTA測定動脈瘤體積變化可預測破裂風險 Gu等[28]對65個未破裂的顱內動脈瘤行心電門控4D-CTA檢查，發現AR、體積變化率、分叉部動脈瘤位置與不規則動脈瘤有顯著相關性，其中體積變化率>30%是顱內不規則動脈瘤形成的獨立相關因素，對預測未破裂動脈瘤破裂風險性具有重要意義；通過心動周期發現大的動脈瘤體積變化率是不規則動脈瘤形成的預測指標，這可能是因為動脈瘤的體積變化率越大，施加在動脈瘤壁上的血流壓力和剪應力就越大，血液流向動脈瘤壁時產生的高剪應力和高壓力加速了動脈瘤壁的重塑，形成形狀不規則的動脈瘤壁。Kuroda等[29]采用心電門控4D-CTA對未破裂腦動脈瘤和正常腦血管的心動周期相關體積變化進行分析，發現腦動脈瘤和正常動脈的心動周期相關容積變化值分別為(5.40±4.17)%和(4.20±2.04)%，表明未破裂腦動脈瘤和正常腦血管的心動周期相關體積變化沒有差異。Firouzian等[30]運用心電門控4D-CTA技術對14例患者(19個動脈瘤)進行前瞻性研究，評估動脈瘤及其周圍血管在單個心動周期中的搏動狀態，發現動脈瘤體積變化范圍在3%～18%，認為心電門控4D-CTA可以對單個心動周期內顱內動脈瘤的形態學改變進行量化；同時，該研究認為動脈瘤體積變化率與動脈瘤大小沒有直接關系，而與動脈瘤所處載瘤動脈位置存在某種聯系；造成該結果的原因是多方面的，一方面該研究的樣本量偏小，另外由于每例動脈瘤患者的自身獨特性，引起動脈瘤體積變化也將具有個體差異性。

4 總結與展望

現有關于腦動脈瘤的多數文獻都是圍繞破裂與未破裂動脈瘤開展的研究，缺乏對同一動脈瘤破裂前后的對比研究數據，導致腦動脈瘤形態與血流動力學方面的研究不全面。動脈瘤壁運動的研究有助于預測動脈瘤破裂風險，揭示了兩者之間有關聯，但多是回顧性的研究，證據說服力還不足，因此需要更多、更好的手段預測顱內動脈瘤破裂風險。目前還沒有研究分析動脈瘤壁的生物力學與組織學變化之間的關聯，也缺乏最佳成像模式的專家共識，但心電門控4D-CTA可能是最佳的成像模式，因為它不僅時間分辨率高、空間分辨率高、成像速度快、檢查時間短，而且它受血液流動偽影的影響小。今后還需對有破裂高風險的動脈瘤破裂前后的數據進行前瞻性、大樣本、多中心的探索研究，明確形態學及血流動力學參數在顱內動脈瘤破裂風險中的預測價值，為臨床決策提供幫助。