第七章　图像融合技术在血管疾病诊治中的应用

图像融合技术是近年来新兴的一门手术辅助技术，已较广泛的应用于临床中，但大多是应用于房颤射频消融术中，将术前左心房及肺静脉CTA图像与术中左心房造影融合来指导环肺静脉线性消融术（circumferential pulmonary vein ablation，CPVA），提高了手术成功率并缩短了手术时间（图7-1、图7-2）。本章主要阐述主动脉及外周动脉的图像融合技术，并以西门子（Siemens，德国）公司推出的图像融合及彩色编码程序为例。

图7-1　图像融合技术在环肺静脉线性消融术中的应用

图中标示的点（箭头所指）为环肺静脉区

图7-2　图像融合技术在前庭肺静脉消融术中的应用

图中标记点（箭头所指）为术中前庭区需要放电消融的部位

一、图像融合技术在主动脉腔内修复术中的应用

使用西门子公司的arties zee floor数字化大型平板探测器血管造影系统，将C臂置于患者左侧位，机架置于正位，DSA采集进程选择8S-DR，采集时间为8秒，若联动高压注射器则使用最小剂量空注射。探测器置于正位，透视下定位兴趣区视野，此时只可平行移动导管检查床，不可升降。确定位置后将探测器置于侧位，此刻升降导管检查床来定位侧向兴趣区域。在水平和垂直位置三维度选定扫描区后，DSA C型臂会进行旋转测试检查周围有无遮挡物。测试结束后，机架进行旋转采集，而后将数据传至西门子的ANGIO 3D工作站进行容积再现（VR）及多平面重建（MPR）方式的三维重建。

将CT原始DICOM数据与DYNA-CT的数据共同传输至西门子DSA工作站中的“INSPACE”选框中，分别进行VR式的三维重建，在VR式重建后的图像中使用去除检查床和去骨模式剔除异物和骨相干扰，然后使用iGuide功能进行兴趣区血管以及夹层或破口的标注，期间可以使用区域性清除功能去除影响诊断的分支动脉和肾脏重建元素，对重建图像进行区域化突出（图7-3、图7-4）。

图7-3　主动脉夹层术前CTA图像

图7-4　融合后图像

融合后屏幕上显示靶兴趣区，在术中进行引导

将处理好的CTA图像与DYAN-CT图像进行双容积融合，然后通过“3D-FUSION”功能进行VR图像的骨性对位，分别在横断位、矢状位、冠状位进行多层面对位。融合为一幅以CTA图像为主的VR图像（addition A+B）（图7-5），同时可减少X线剂量和减少反复造影“冒烟”确定方位所带来的对比剂消耗。

图7-5　融合后图像

后处理方法，将新采集序列传至工作站并进行双容积重建，用扫描序列与原始CTA重建图像进行兴趣区匹配；融合配准后同步显示至DSA动态图像中可看到在之前CTA中标定的兴趣血管，以及血管轮廓，使介入操作有的放矢（箭头所指为肾动脉）

CTA与DYNA-CT数据传至西门子DSA工作站中的“INSPACE”，进行MPR重建，采用西门子DSA工作站中的“tool”栏中的“measure”工具进行两者位移距离的测量。手术造影前将两者数据融合配准，通过调节DYNA-CT中的多方位校准以达到与CTA图像中的诸如骨盆及腰椎等一切可以进行对位的骨性标记的骨对位配准。对位错位<2mm（术中定义错位<2mm为对位良好，错位2~5mm为对位较差，错位>5mm为对位差）。可选用自动配准（automated image registration，AIR），后手动微调来简化对位步骤。人的骨性标记不受客观位置所影响，将CTA和DYNA-CT的骨图像对位后两者的血管也就随之配准。

支架输送系统进入腹主动脉后进行透视，此时打开同步显示功能即可看到之前CTA中标定的兴趣血管以及血管轮廓。通常CTA图像仅被用于患者术前诊断和术后随访评估等，3D-FUSION的功能是充分有效地利用CTA的图像资料融合配准引导介入手术，作为医师术中直观的参考路线图，不仅减少手术时间，同时减少患者的对比剂用量与接受的辐射剂量。

3D-FUSION软件存在的不足：CTA图像与DYNA-CT数据融合中，因患者两次检查的体位不同，骨性对位的轻度差异难以避免；在实现三维路径图后，术中患者不能有任何移动，否则每次检查床移动后，需进行手动式重新定位，补偿血管三维路径图与实时透视的骨性对位差异。

二、图像后处理技术在下肢腔内成形术中的应用

在下肢血管造影及腔内成形术中应用的是iFlow技术，iFlow技术是西门子（Siemens，德国）公司推出的一项彩色血流数字后处理成像技术，可通过iFlow专用软件对全身所有部位二维DSA进行处理，由于下肢血管常应用DSA技术观察，所以利于iFlow专用软件分析。数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）是双下肢血管疾病诊断的“金标准”。经过30多年的发展，DSA得到不断的改进与完善，如对细小血管显示的空间分辨率不断提高，但至今为止，我们还是仅仅对黑白灰阶DSA序列提供的信息进行判读，不能予以数据化评估。新近出现的iFlow技术能将DSA序列整合并加以彩色编码，显示病变的同时提供数据化的血流动力学信息，它是一种用于疾病诊断和疗效评估的客观、量化的工具，还能够辅助指导下肢血管腔内成形术（图7-6）。

图7-6　iFlow技术应用在EVAR术中

iFlow技术应用在EVAR术中，观察分支供血及内漏，图中为覆膜支架术后出现内漏处理前后血流对比

DSAiFlow技术是通过对常规血管造影的原始数据进行再处理，得到每个像素点的时间-密度曲线（time-density curves，TDC），计算获得两个重要参数：①单像素点的最大强化值：最大强化值（maximal enhancement，Imax）= 像素点的峰值灰度（peak pixel intensity，Ipeak）-蒙片相时像素点的灰度（pixel intensity in the mask frame，Imark）；②达峰时间：单像素灰度达到峰值的时间（time to peak，TTP）。从曲线中提取每个像素点对比剂最大强化值和达峰时间，利用色度、饱和度、亮度（hue，saturation and value，HSV）色彩模型对上述参数进行彩色编码。通过编码，对比剂的达峰时间决定像素点的颜色，对比剂最大强化值决定亮度。最后利用通用的公式将每个像素点的HSV值转换成红、绿、蓝等各种颜色，从而在单幅图像中显示对比剂在血管内流动的全过程，并用不同颜色标记，得到一幅包含整个DSA序列的彩色图像，以反映血流动力学情况。这种彩色图像所包含的组织信息，包括目标血管的解剖形态、血流动力学变化和组织灌注情况，较2D DSA更加直观。

尽管平板DSA和3D重建功能能够为介入诊断和治疗提供大量数字及图像信息，利用这些数据分析相关组织的血流灌注等生理学变化，但并不是真正意义上的对血流灌注等生理学改变的直接评估。iFlow技术是利用平板DSA所采集的2D DSA序列数据，虽然同样无法对目标血管血流动力学进行直接的定性及定量评估，但利用iFlow时间-浓度曲线中的达峰时间等参数，能较好地显示对比剂到达及通过时间，可依据时间及浓度相关性显示某一像素或选定区域的时间-浓度曲线，间接反映组织灌注情况。iFlow技术是将平板2D DSA所采集序列数据进行再计算，不会增加受检者所接受的X线剂量及碘对比剂量，使患者获益，并且能在介入诊疗手术中一站式完成计算。

iFlow技术可以通过单幅彩色图像重建完整DSA序列，分析对比剂充盈情况，与传统影像学检查手段相比，更加直观地分析各种目标血管病变的血流情况，协助制订手术方案。此外，通过比较手术前后的血流变化，更加直观地判断治疗效果，具体从以下三个方面体现：①iFlow-DSA功能学影像连续动态DSA血管造影技术不仅有解剖学信息，还包含血流动力学。DSA可以采集高达30帧/秒的动态图像，这是其他检查手段无法匹及的。但是长期以来，其中包含的血流动力学信息并没有得到足够的重视和利用。Hunter等从1986年开始专注于量化评估连续动态DSA的研究，经过数十年的发展，才出现了目前的血流彩色编码技术。iFlow将DSA图像进行彩色编码，暖色到冷色的色彩变化代表对比剂的不同达峰时间，如果某一部分血管血供受阻，则对比剂达峰时间滞后，色调偏冷，与周围正常血流颜色出现差异，即可反映该处血流灌注不良状态。②直接术中观察诊疗效果：由于彩色编码图像可以清晰直观地显示血流的变化，从而更准确地诊断和有针对性地制订诊疗方案。有研究表明，彩色编码技术辅助诊断对不同年资医师的价值不同。较传统2D DSA图像而言，彩色编码技术能够更加全面地显示病变范围及程度，有助于提高临床医师，尤其是低年资医师诊断和评估血管病变程度的准确性。同时，iFlow技术还能够简化诊疗过程，这种影响对于低年资医师而言更为重要。在iFlow技术支持下，临床医师可以提高诊断的准确率，从而缩短术前准备周期，尤其对于经验相对缺乏的低年资临床医师，iFlow的应用在加快治疗进度的同时确保了治疗的有效性。③有助于降低对比剂副作用，彩色编码技术仅仅为2D DSA的后处理，无须额外的手术过程，并且也不会增加患者接受的X线辐射剂量及对比剂用量，因而不会对肾脏产生额外的负担，将有利于在更多的人群中展开应用。

iFlow成像技术也存在其局限性：①数据分析尚不够深入，iFlow成像技术在血管疾病中的应用尚处于开发摸索阶段，其意义未被完全开发。如果将彩色编码技术与最大增长浓度时间（time of maximum increase concentration，TMIC）在内的其他参数联合运用，将更有利于判断血流动力学的改变情况，进而选择更为适宜的手术方案，并对治疗结果进行评价。②注射和采集参数需要尽量一致，iFlow利用每个像素点的灰度值和密度达峰时间为主要参数，将DSA序列进行彩色编码。任一参数的改变将会影响iFlow编码过程中的色彩取值，进而影响所生成的彩色图像的准确性。而上述参数与对比剂注射方案及X线采集方案密切相关，容易受到对比剂浓度、剂量及高压注射器压力的影响，同时X线成像角度及成像时间也对DSA序列的采集产生影响，因此在造影过程中保持上述参数的一致性，将有效减少对术前、术后数据误差的影响。

采用Siemens ArtisZeefloor DSA机、Medrad Mark V ProVis高压注射器和Siemens syngo iFlow图像后处理软件，对比剂常规为优维显（370mgI/ml）。对所有病例术前及术后行下肢动脉DSA，部分病例选择行腹主动脉造影，范围应包括病变的近端及远端。造影方法：腹主动脉，对比剂总量25ml，推注流速15ml/s，推注压力700psi；髂动脉，对比剂总量6ml，推注流速6ml/s，推注压力300psi；股动脉，对比剂总量6ml，推注流速6ml/s，推注压力300psi；腘动脉，对比剂总量3ml，推注流速3ml/s，推注压力300psi。

将2D DSA图像序列数据传入iFlow软件工作站，以彩色编码算法构建出以时间-密度为主要参数的下肢血管彩色编码血流图在编码血流图上病变以近及以远10mm处分别画出感兴趣区（region of interest，ROI），可得到该区域的达峰时间（TTP）。避免高速的对比剂流对数值产生影响，在iFlow工作参数设置中，将取值范围设为DSA造影开始后1秒至结束前1秒，以保证此取值时间段内目标血管均有对比剂充盈（图7-7、图7-8）。

图7-7　右侧股浅动脉闭塞

右侧股浅动脉闭塞（箭头所示），基于术前DSA造影应用 iFlow软件进行测量，感兴趣区（ROI）分别设置于闭塞段前及闭塞段后股浅动脉内，可获得术前ROI Peak Time等参数

图7-8　右侧股浅动脉闭塞腔内成形术

右侧股浅动脉闭塞行下肢动脉腔内成形术，开通闭塞段后行DSA造影，再次应用iFlow软件进行测量，感兴趣区（ROI）设置位置与术前相同，可获得术后ROI Peak Time等参数

三、图像后处理技术在脑血管及颈动脉支架植入术中的应用

在弓上血管造影及腔内成形术中应用的也是iFlow技术，由于该部位血管在临床上通常也应用DSA技术，使iFlow技术的应用与辅助得以实现。该技术的原理、应用、优势与不足详见下肢部分。由于弓上血管侧支较为丰富（颈外动脉侧支、前后交通的开放等）更有利于数据化观察狭窄前后的血流灌注情况，评估干预后的风险。依据iFlow技术提供的半定量数据还可以分析腔内成形术后的血流灌注，结合影像学形态，决定是否需要球囊后扩张的技术细节（图7-9、图7-10）。

图7-9　3D图像/DynaCT图像与透视图像/路径图融合自动同步

图7-10　iFlow技术在脑血管病上的应用

随着CT、超声和血管造影机设备硬件和软件的进步，图像融合技术飞速发展，越来越多的应用在血管病、先天性心脏病、肿瘤的诊疗中，对介入手术的精准治疗提供了更好的影像条件。