通过计算流体力学的定性和定量方法来比较脑动脉瘤4D-DSA与3D-DSA的差异,包括动脉瘤的几何形态参数和血流动力学参数,结果认为4D-DSA是颅内血管系统计算流体力学分析的可靠基础,与3D-DSA相比,它可提供动脉瘤等效的可视化几何结构。
——摘自文章章节
【REF:Lang S, et al. AJNR Am J Neuroradiol. 2019 Sep;40(9):1505-1510. doi: 10.3174/ajnr.A6172】
2D、3D-DSA图像常作为脑血管造影一种规范标准,但这两种方法都有局限性。2D-DSA对解剖细节的显示不清,且存在动静脉结构的重叠,而3D-DSA缺乏时间分辨率。因此,在复杂的疾病病理过程中,可将2D-DSA与3D-DSA相结合,以提高脑血管造影的诊断准确性。4D-DSA已成为一种提高血管解剖显示效果的可靠方法,与2D-DSA有很好的一致性;而CFD被认为是评价动脉瘤血流动力学的一种合适方法。本文介绍应用4D-DSA进行CFD参数定量与定性分析的初步经验,并与3D-DSA比较其差异。
在诊断阶段行3D-DSA和介入治疗前行4D-DSA检查的脑动脉瘤患者纳入本回顾性研究。对所有数据进行计算流体力学分析,同时包括4D-DSA与3D-DSA的动脉瘤几何形状(定量:最大直径、瘤径大小、体积)和血液动力学参数(流体稳定性、流体复杂性、流入速度;平均/最大壁面剪切力、冲击区、低应力区、动脉瘤内压和流速)。对定性参数进行描述性分析,定量参数计算相关系数(r,p值)。
图1. 显示动脉瘤颈(A和B)和动脉瘤体(C和D)的测量,并计算瘤颈大小、最大直径和动脉瘤体积。
10例患者共获得10对3D-DSA和4D-DSA数据,每例都有一个动脉瘤(男6例,女4例,平均年龄52.3±8.2岁,年龄范围41~78岁)。
3D-和4D-DSA之间对动脉瘤几何学描述见表1,组间比较无统计学差异。
表1. 动脉瘤几何学
3D-DSA与4D-DSA之间对动脉瘤内压力和动脉瘤内血流速度测量见表2,组间比较无统计学差异。3D和4D-DSA之间关于血流动力学的定性分析显示没有差异,血流复杂性评价,血流稳定性和流入浓度,在阅片者之间无任何差异。WSS(AWSS,MWSS)、冲击区(IZ)和低应力区(LSZ)在3D-DSA与4D-DSA之间无显著差异,见表2。
图2. 典型病例显示。CFD模拟显示颈内动脉囊性动脉瘤。上排(A-D)和下排(E-H)分别显示3D-DSA和4D-DSA数据的重建结果。A和E,容积重建技术显示动脉瘤的三维图像,显示相似的动脉瘤形态。B和F,用流线对动脉瘤内血流进行彩色编码显示(红色和蓝色表示高速和低速),峰速沿纵轴呈层流分布。C和G,一致地显示,相应区域的收缩期最大壁剪切力(红色和蓝色分别表示高和低WSS)。D和H,动脉瘤颈和相关的血流状态,以及相应的高速区(红色和蓝色表示高速区和低速区)。总的来说,3D和4D-DSA血流动力学的一致性反映出两者几何特征上的一致性。
迄今为止,2D-DSA与3D-DSA被认为是脑血管成像标准。作为一种新的成像方法,4D-DSA不仅具备时间分辨率而且还可提供3D影像;4D-DSA有可能减少常规脑血管造影中造影剂的需求量,特别用于复杂脑血管病的诊断。与传统的3D-DSA相比,我们分析了4D-DSA对血管几何形态的显示能力,以及定性和定量的CFD血流动力学参数。本分析表明,定性和定量的CFD参数在相应的数据中显示出很好的一致性,这与动脉瘤几何学的一致性是相同的,而用于4d-DSA采集的动态注射方案并不影响或损害脑血管的可视化展示。
研究局限性:虽然数据分析在所有10个案例中都是成功的,但本研究有一定局限性。首先,这是小样本的大中型动脉瘤;由于文献也证明CFD分析适用于小动脉瘤,我们认为本结果不仅对大中型动脉瘤有效,而且对小动脉瘤也有效。其次,我们的工作仅涉及一种血管病--脑动脉瘤。与其他CFD分析相比,本研究缺少对后处理的标准化处理。然而在CFD对血液粘度和流动条件的近似和假设是强制性的,与其他作者的经验一致,我们观察到CFD模型中的血流动力学模式、基础原始数据和相应的2D-DSA数据之间有显著的相关性。
尽管注射方案不同,4D-DSA是颅内血管计算流体力学(CFD)分析的可靠基础,与3D-DSA相比,它可提供颅内动脉瘤等效的可视化几何结构。