心电门控四维CT血管成像评估颅内动脉瘤破裂风险的研究进展▲

杨威威 梁 奕

(长江航运总医院影像科，湖北省武汉市 430014，电子邮箱：675748200@qq.com)

【提要】 颅内动脉瘤一旦破裂出血，患者的病死率及致残率极高，故对有破裂高风险的动脉瘤进行预测并及早干预治疗有重大临床意义。心电门控动态四维CT血管成像(4D-CTA)可以发现单个心动周期中动脉瘤壁的异常搏动点和体积变化，可用于评估动脉瘤破裂的风险。本文就动脉瘤破裂的相关危险因素及心电门控4D-CTA在评估动脉瘤破裂风险中的应用研究进展进行综述。

颅内动脉瘤系因动脉管壁平滑肌层先天性缺失、感染、创伤以及动脉粥样硬化等病因导致动脉壁局部中层平滑肌的缺失而引起的囊性膨出，是引起非创伤性蛛网膜下腔出血最常见的原因，常见于40～60 岁中老年患者。研究发现动脉瘤的患病率为3%[1]，而老年人群中约有7%被检出患有颅内动脉瘤[2]。颅内动脉瘤破裂出血后有非常高的致残率及病死率，同时可残留不同程度的脑损伤[3]。因此，早发现、早诊断、早治疗有着重要的临床意义，尤其是对于有破裂高风险的颅内动脉瘤患者，预判颅内动脉瘤破裂出血的风险对治疗方式的决策起着极其重要的作用。

1 颅内动脉瘤破裂风险评估概述

过去，人们对颅内动脉瘤的破裂风险、血流动力学和临床特征进行了大量的研究[4-7]。但由于动脉瘤是一种形态学改变相关疾病，而且动脉瘤中的血液与载瘤动脉中的血液相同，均随着动脉的搏动而流动，因此动脉瘤的形态是不固定的，静态获取的形态学信息可能不全面，不能反映微观层次动脉瘤壁运动差异。以往对动脉瘤的形态学研究大多是基于三维CT血管成像(CT angiography,CTA)的静态数据分析，缺乏动态数据[8-10],因此需要在更精细的水平上对动脉瘤壁运动进行可视化或量化分析，进而评估动脉瘤破裂风险。动态四维CT血管成像(four-dimensional CT angiography，4D-CTA)运用动态容积扫描模式，在相同的心脏相和相同的时间相获得容积数据集，在一定程度上弥补普通CTA在时间分辨率上的缺陷，可监测单个心动周期内动脉瘤壁的微观运动。心电门控是利用心电图监测扫描，减少心脏搏动伪影干扰的一种检查方式，以往主要应用于冠状动脉CTA检查。心电门控4D-CTA采用冠状动脉CTA扫描模式，得到单个R-R间期的容积数据，再以时间间隔为5%的递增顺序进行重建，得到20组数据包，并生成与R-R间期相对应的20帧动态图像，获得按时间顺序排列的每个动脉瘤的连续动态图像，不仅能观察动脉瘤的静态三维结构，还能够以电影模式动态观察动脉瘤的细微结构形态变化，可实现对动脉瘤在单个心动周期内瘤壁搏动的检测。本文对颅内动脉瘤破裂的影响因素、心电门控4D-CTA技术在颅内动脉瘤中的应用研究进展进行综述。

2 颅内动脉瘤破裂的影响因素

颅内动脉瘤破裂与患者年龄、性别，动脉瘤的大小、形状、数量、发生位置以及遗传等多方面因素有关[11-12]。国际研究小组及日本研究小组分别对1 692例患者(2 686个未破裂颅内动脉瘤)和5 720例患者(6 697个未破裂颅内动脉瘤)进行长期随访，均认为颅内动脉瘤破裂的风险与其发生的位置、大小关系密切[13-14]。康慧斌等[15]对928例动脉瘤患者进行分析，认为瘤体直径是颅内动脉瘤破裂的独立危险因素，瘤颈宽≥4 mm的动脉瘤需要早期干预治疗，可以减少破裂出血风险；原因可能是动脉瘤瘤颈的宽窄决定了进入动脉瘤腔内的血流量，从而引起血流动力学改变，血流动力学改变引起的血管内皮损伤以及随后出现的血管壁炎性细胞浸润和蛋白酶降解导致血管重塑形成动脉瘤，进一步引起瘤壁退行性变和薄弱，导致动脉瘤破裂出血。Ryu等[16]对195例患者(214个动脉瘤)进行分析，认为动脉瘤的破裂风险和动脉瘤体积与瘤颈口面积之比、动脉瘤的高度与瘤颈宽度之比(aspect ratio，AR)密切相关。Backes等[17]对124例患者(302个动脉瘤)进行研究，发现AR是动脉瘤破裂的独立危险因素，且AR值越大破裂风险越高。Nikolic等[18]对142例经手术证实的颅内动脉瘤患者进行研究，发现AR是动脉瘤破裂的一项危险因素，AR>1.6可以预测动脉瘤破裂。Amenta等[19]对2 347例患者(5 134个动脉瘤)进行大规模回顾性队列研究分析，认为AR>1.6是动脉瘤破裂的一项独立危险因素；另外发现在动脉瘤直径大于10 mm且瘤颈倾斜的动脉瘤中，当AR>1.6时动脉瘤破裂发生概率超过1/3。Zhang等[20]对包含有69个子囊的54个动脉瘤采用流体力学方法进行回顾性分析，发现动脉瘤子囊的壁切应力(wall shear stress，WSS)明显低于主动脉瘤体，而振荡剪切指数(oscillatory shear index，OSI)明显高于主动脉瘤体；有破裂病史的动脉瘤子囊的WSS显著降低，低WSS和高OSI可能与动脉瘤子囊破裂的风险增加有关。Kang等[21]对103例同一患者不同部位的两个动脉瘤(其中1个破裂，另1个未破裂)进行自身对照研究，发现子囊形成是动脉瘤破裂的独立危险因素，这可能与子囊壁较动脉瘤其他位置瘤壁受到的冲击力更大、壁更薄有关。由此可见，颅内动脉瘤破裂有众多危险因素，临床上对该病的防治方案应从多方面考虑。

3 心电门控4D-CTA技术在颅内动脉瘤中的应用

2.1 心电门控4D-CTA观察动脉瘤瘤壁异常搏动可预测破裂风险 在稳定的心动周期内，心脏收缩与舒张交替改变可引起全身血流动力学变化，而颅内动脉血流变化则可引起动脉瘤瘤壁动态变化。动脉瘤瘤壁动态变化与动脉瘤破裂有关，对其进行分析有助于预测动脉瘤破裂风险。Ishida等[22]通过心电门控4D-CTA检查30例患者的34个动脉瘤，发现有2个动脉瘤的瘤壁出现明显不规则的异常搏动，在手术中观察到动脉瘤瘤壁薄弱区域与心电门控4D-CTA检测到的瘤壁异常搏动点位置一致。Ferrari等[23]在9个接受外科夹闭手术治疗的动脉瘤(包括4个无异常搏动点、5个有异常搏动点的动脉瘤)中观察到，心电门控4D-CTA检测到的瘤壁异常搏动点与手术时的暗红色薄壁区域相对应。上述研究证实了心电门控4D-CTA在确定动脉瘤的结构特征与瘤壁的形态改变方面是可靠的。此外，心电门控4D-CTA显示的图像和外科手术所见高度一致，证实了该技术在识别动脉瘤有无破裂高风险方面的作用。

心电门控4D-CTA可以检测瘤壁异常搏动点，有助于识别有较高破裂风险的动脉瘤，并为动脉瘤患者的破裂风险筛查及早期干预提供技术支持。Hayakawa等[24]采用心电门控4D-CTA对破裂与未破裂脑动脉瘤进行检查并对比分析，发现在12个破裂的脑动脉瘤中有10个出现瘤壁异常搏动点，且出血部位被认为与搏动区域相对应；在53个未破裂的脑动脉瘤中观察到14个瘤壁异常搏动点；随访发现有瘤壁异常搏动点的未破裂动脉瘤更容易出现形状改变，进入瘤腔内的血流更加复杂而不稳定，更易破裂出血，提示心电门控4D-CTA可能有助于识别有较高破裂风险的动脉瘤。该学者[25]后续对37例患者(56个未破裂脑动脉瘤，20个出现瘤壁异常搏动点)进行心电门控4D-CTA检查和随访，发现在出现瘤壁异常搏动点的动脉瘤中有6个出现了形状改变，在未检测到瘤壁异常搏动点的36个动脉瘤中仅有2个出现形状改变，这说明检测到瘤壁异常搏动点的动脉瘤更容易出现形状改变，进一步证实了之前的研究结果，提示瘤壁异常搏动点与动脉瘤破裂出血密切相关，并推测心动周期内动脉瘤瘤壁异常搏动最大幅度点可能是潜在的破裂点。国内亦有类似研究报道,顾艳等[26]采用心电门控4D-CTA对102个破裂脑动脉瘤进行检查，发现81个有瘤壁异常搏动点；在行外科手术夹闭的66例脑动脉瘤中,有62例的出血部位与瘤壁异常搏动点的位置吻合。叶贤旺等[27]运用心电门控4D-CTA对35例患者(43个动脉瘤)的动脉搏动情况进行研究，发现有11例患者动脉瘤(14个动脉瘤)破裂,其中11个动脉瘤有瘤壁异常搏动点；24例患者动脉瘤(29个动脉瘤)未破裂,其中5个动脉瘤有瘤壁异常搏动点。以上的研究结果说明，出现瘤壁异常搏动点的动脉瘤破裂风险较高，采用心电门控4D-CTA观察动脉瘤壁的异常搏动，可作为动脉瘤破裂风险预测的一项重要支持技术。

2.2 心电门控4D-CTA测定动脉瘤体积变化可预测破裂风险 Gu等[28]对65个未破裂的颅内动脉瘤行心电门控4D-CTA检查，发现AR、体积变化率、分叉部动脉瘤位置与不规则动脉瘤有显著相关性，其中体积变化率>30%是颅内不规则动脉瘤形成的独立相关因素，对预测未破裂动脉瘤破裂风险性具有重要意义；通过心动周期发现大的动脉瘤体积变化率是不规则动脉瘤形成的预测指标，这可能是因为动脉瘤的体积变化率越大，施加在动脉瘤壁上的血流压力和剪应力就越大，血液流向动脉瘤壁时产生的高剪应力和高压力加速了动脉瘤壁的重塑，形成形状不规则的动脉瘤壁。Kuroda等[29]采用心电门控4D-CTA对未破裂脑动脉瘤和正常脑血管的心动周期相关体积变化进行分析，发现脑动脉瘤和正常动脉的心动周期相关容积变化值分别为(5.40±4.17)%和(4.20±2.04)%，表明未破裂脑动脉瘤和正常脑血管的心动周期相关体积变化没有差异。Firouzian等[30]运用心电门控4D-CTA技术对14例患者(19个动脉瘤)进行前瞻性研究，评估动脉瘤及其周围血管在单个心动周期中的搏动状态，发现动脉瘤体积变化范围在3%～18%，认为心电门控4D-CTA可以对单个心动周期内颅内动脉瘤的形态学改变进行量化；同时，该研究认为动脉瘤体积变化率与动脉瘤大小没有直接关系，而与动脉瘤所处载瘤动脉位置存在某种联系；造成该结果的原因是多方面的，一方面该研究的样本量偏小，另外由于每例动脉瘤患者的自身独特性，引起动脉瘤体积变化也将具有个体差异性。

4 总结与展望

现有关于脑动脉瘤的多数文献都是围绕破裂与未破裂动脉瘤开展的研究，缺乏对同一动脉瘤破裂前后的对比研究数据，导致脑动脉瘤形态与血流动力学方面的研究不全面。动脉瘤壁运动的研究有助于预测动脉瘤破裂风险，揭示了两者之间有关联，但多是回顾性的研究，证据说服力还不足，因此需要更多、更好的手段预测颅内动脉瘤破裂风险。目前还没有研究分析动脉瘤壁的生物力学与组织学变化之间的关联，也缺乏最佳成像模式的专家共识，但心电门控4D-CTA可能是最佳的成像模式，因为它不仅时间分辨率高、空间分辨率高、成像速度快、检查时间短，而且它受血液流动伪影的影响小。今后还需对有破裂高风险的动脉瘤破裂前后的数据进行前瞻性、大样本、多中心的探索研究，明确形态学及血流动力学参数在颅内动脉瘤破裂风险中的预测价值，为临床决策提供帮助。