【REF：Ruedinger KL, et al. AJNR Am J Neuroradiol. 2019 Oct 31. doi: 10.3174/ajnr.A6290. 】

使用4D-DSA对血流进行量化有助于脑血管疾病的诊断和治疗，但4D-DSA时间-密度曲线中密度变化的优化识别协议尚未定义。4D-DSA利用通过动脉注射造影剂过程中自然产生的图像信息，可以提供了计算速度和流量所需的时间和空间信息。速度和流量计算取决于：1）观测心脏收缩期和舒张期引起对比剂密度的节律性变化；2）量化造影剂在血管的两点之间的通过时间；3）量化血管的横截面积。在注射过程中，造影剂会迅速与向下游流动的血液混合，血液与造影剂并流速率的节律变化导致造影剂密度时间变化。本研究通过定义一种优化信号强度的注射方案，旨在提高时间信息在4D-DSA重建中的效用，提高对各种脑血管疾病（如闭塞性疾病，动静脉畸形和动脉瘤）的诊断准确性。

从血管造影数据创建两个患者特定血管模型，使用光固化工艺打印出3D模型，模型包括颈内动脉和大脑中动脉的M1、A1段和大脑前动脉。

模型连接到由脉动泵驱动的闭环血流系统(图1)。通过从ICA入口上游的血管鞘插入的导管(6F，Penumbra)注入造影剂(Iopamidol，IsoVue 370 mg I/mL)。使用40%甘油和60%去离子水混合物作为模拟血液的流体，匹配生理参数。为了建立模拟生理血流血流动力学的流体流速，我们设置总流量匹配平均5.5L/min的心输出量，频率为每分钟60次。在每个心动周期中，流量在0到7L/min之间变化。使用旁路环路来模拟体循环，以使得输送到模型入口(ICA)的平均流量在250到260ml/min之间。使用超声波流量探头测量流速。

图1. 闭环流动系统。设置包括脉动泵、流量传感器、动力注射器、患者特定的血管模型、模拟全身血管系统的流量分流回路、顺应性室和X射线检测器。

X射线成像应用商用C型臂血管造影系统(Artis zee)，使用供应商提供的4D-DSA方案。在研究工作站(X-Workplace；Siemens)上使用4D-DSA重建。分别进行边带比(SBR)和振幅计算，血流动力学分析（雷诺数[Re]和克拉亚柯特数[Ct]），以及应用几何分析工具(syngo Neuro Anerysm Analysis；Siemens)对每个模型进行测量，进行几何比较。

除了模型2中注射速率为1.5ml/s以外，时间密度曲线（TDCs）在对比剂注射后均立即显示出适当的密度增加，并且在收缩期和舒张期之间有明确的密度波动。

在模型1中，当注射速度为2.5ml/s时，入口的中位数边带比最高。在注射速度为2.0ml/s和2.5ml/s时，收缩期和舒张期之间的中位数振荡幅度最高。模型1的中值SBR和振荡幅度的详细信息见图2。

图2. 模型1的SBR和振荡幅度

在模型2中，2.5ml/s的注射速率提供了最高的SBR和次高的近段振幅和最高的入口段远段的振荡幅度。模型2的中值SBR和振荡幅度的详细信息见图3。

图3. 模型2的SBR和振荡幅度

在最低注射速率下（1.5 ml/s），从4D-DSA重建到真实显微CT测量的最大入口直径绝对差值在模型1中为0.66±0.08 mm，在模型2中为1.0±0.3 mm（图4）,此时在模型1（0.08 mm）和模型2（0.3 mm）的4D-DSA重建的入口测量时标准差最大。图4说明注射速率为2.0 ml/s及以上时几何结构差异较小。

图4. 造影剂分层对体积重建的影响（右图）。条形图显示了使用工作站工具测量的入口直径与微观CT测量的真实入口直径之间的绝对差（毫米），在1.5-ml/s注射速率下，两种模型出现最大几何差异（左图）。

当Ct数在0.4～0.9范围内时，可以看到通过对比度-密度变化对时间信号编码所需的最佳混合。下表说明了基础和对比液体的血流动力学参数和流速，以及模型1（上半部分）和模型2（下半部分）的雷诺数和Ct数，血流动力学参数的变化与预期一致。

血流动力学参数表征

在闭环流量设置中，在不同注射速率下获得的流量分布特征

注：Qf表示工作流体的流速；Vf表示工作流体的速度；Vc表示速度对比；Ref=工作流体的雷诺数；Rec表示对比的雷诺数。a：上半部分指模型1，下半部分指模型2。

利用2个患者特定的3D打印血管模型和一个闭环脉动流系统，我们证明了4D-DSA重建中的TDCs脉动信号强度对造影剂注射速率的微小变化很敏感。研究发现，注射方案优化了时间数据的质量，同时保持了空间数据的真实性。这些结果可以帮助4D-DSA测量血流的临床应用。注射速率变化如何影响脉动波形幅度，这将有助于获得最佳脉动强度，并增加使用4D-DSA重建的速度和流量测量的准确性和实用性。与正常速度和流量的正常动脉相比，可以提高识别速度和流量增加或减少的动脉(例如AVM和狭窄闭塞性疾病)的能力；反过来可以更准确地选择AVM栓塞、支架置入或血栓清除的靶血管，在干预前后通过比较速度和流量的变化评估干预的价值。

本研究的局限性包括：1、不能将结果扩展到不同大小的导管和血管，正如雷诺数和Ct数随注射速率的微小变化而急剧变化一样，这些参数也可能随着注射导管内径和血管尺寸的微小变化而发生显著变化；2、本结果仅适用于血流在实验范围内的情况。这些局限性可以通过研究其他常用导管的振幅变化和现实中的生理流率来降低。

血管造影设备中血流定量分析将有助于提高对于血流异常增快或减慢的理解，也有助于提高对于增加或减少流量的干预措施有效程度的评判能力。利用4D-DSA重建的时间信息进行血流定量分析，其可靠性取决于在时间密度曲线中一致且准确地检测心脏诱发的脉动。在4D-DSA重建中，造影剂注射速率为2.5ml/s时可保持几何精度的同时获得最佳信号强度，可为临床优化注射方案提供指导。