高分辨率锥形束CT提升颅内穿支动脉术前与术中可视化

引言

术中成像通过实现脑血管解剖的实时可视化，改变了脑血管外科手术，这对于手术精度和术中决策都至关重要[1]。其在动脉瘤夹闭、动静脉畸形（AVM）切除和硬脑膜动静脉瘘（dAVF）治疗等手术中尤为重要，这些手术的并发症发生率可达2.2%至13.7%[2]。大多数术后并发症源于缺血性并发症，即干预导致下游血管意外闭塞[2]。这凸显了开发一种稳健的成像方式的必要性，该方式能够在术前检测这些穿支动脉，并有可能在术中显示闭塞情况。

术中血管造影已被证明可以提高动脉瘤夹放置的准确性，并降低残余动脉瘤或大血管闭塞的发生率[3]。然而，既往研究也记录了其在未能检测到残余动脉瘤或分支血管受损方面的局限性，以及其无法预防因意外损伤小穿支血管而导致的缺血性并发症[3]。

穿支动脉在这一背景下尤为重要，因为它们供应脑深部且功能高度重要的结构[4]。在前部穿支动脉中，一些最具临床意义的包括：Heubner回返动脉（RAH），供应尾状核、壳核和内囊前肢的部分区域；外侧豆纹动脉（LSAs），供应基底节和内囊的大部分区域；以及脉络膜前动脉（AChA），供应内囊后肢、视束和内侧苍白球[4]。在显微外科夹闭、栓塞或支架置入等神经外科手术过程中，这些小血管的损伤或闭塞可导致穿支动脉梗死，即使其供血区域内的单发梗死也可能造成严重且永久性的功能缺损，包括偏瘫、感觉丧失或视野障碍[4–7]。

因此，在脑血管介入治疗中保护这些穿支动脉至关重要，然而其亚毫米级的管径和多变的解剖结构使其极难可视化[4]。目前，显微镜下穿支动脉的手术可视化观察和神经生理学监测是通常用于确认穿支动脉得以保留的两种工具，尽管其方式并不完善[8]。尽管有这些工具，显微外科夹闭术后77%的穿支动脉梗死发生时并未对穿支血管造成直接损伤，而这些病例中仅5–7%出现神经生理学监测变化[9]。

在可用的术中成像方式中，高分辨率锥形束计算机断层扫描（HR-CBCT；DynaCT Micro，西门子）已成为一种能够以卓越细节显示亚毫米颅内微血管系统的技术[5, 10]。锥形束计算机断层扫描（CBCT）利用移动式C臂系统，通过机架旋转获取感兴趣容积周围的多个X射线投影，并利用后处理算法重建三维图像[11, 12]。HR-CBCT利用改进的图像处理算法、后处理和对比剂将空间分辨率提高至0.15 mm，使其成为显示小血管更为理想的成像方法[13]。除了检测穿支动脉的能力外，该方式还有助于精确定位血管病变和勾画关键神经血管结构，这在显微外科夹闭术中尤为重要。

术中数字减影血管造影（DSA）目前仍是确认动脉瘤闭塞和大血管通畅的金标准，术前也用于识别穿支动脉[1]。然而，既往研究表明，与三维旋转血管造影（3D-RA）和常规二维DSA（2D-DSA）相比，HR-CBCT能提供更优的穿支动脉显示效果[5, 10]。这一能力提示术中HR-CBCT不仅可用于解剖描绘，还可用于夹闭、栓塞或支架置入后血管通畅性的实时评估，从而有可能降低穿支动脉梗死的风险并改善手术结局。

在此基础上，本研究是一项单中心、回顾性可行性分析，比较术前HR-CBCT、术中HR-CBCT和常规术前CT血管造影（CTA）对脑穿支动脉的显示效果。鉴于本研究的探索性质及相对较小的队列（共20例患者；10项术前HR-CBCT检查、13项CTA检查和20次术中HR-CBCT采集），研究设计旨在评估成像性能而非临床结局。我们调查了具有不同经验水平的神经放射科医师，重点关注前循环关键穿支动脉以及适用时选定的后循环穿支动脉。

主要终点是每种方式上的穿支动脉可见性，由每位阅片者独立评估。次要终点包括阅片者报告的穿支动脉识别诊断信心以及各方式间辐射剂量指标的比较。未分析临床结局数据（穿支动脉梗死、操作并发症或功能结局）。目的是评估术中HR-CBCT作为脑血管干预期间实时辅助手段的可行性、阅片者间可靠性及潜在的操作实用性。

材料与方法

研究对象

这项回顾性研究纳入了20例在我院接受动脉瘤夹闭术（n=14）、动静脉畸形切除术（n=4）或硬脑膜动静脉瘘治疗（n=2）的患者。参与者首次成像时的平均年龄为55.3岁（26.4–73.7岁，标准差14.8）。这项回顾性观察性研究经我院机构审查委员会批准，并获免书面知情同意。本研究遵循加强观察性流行病学研究报告质量（STROBE）指南（表S1）[14]。

图像采集

术前和术中高分辨率锥形束计算机断层扫描（HR-CBCT；DynaCT Micro）使用40×30cm西门子ARTIS icono双平板探测器系统获取。所有扫描的采集参数均标准化：108.2kV X线管电压，14秒旋转，200°总成角，0.4°角增量，496次投影，以25cm放大格式进行容积重建。对比剂（Isovue-300）稀释至70%（选择此浓度是为了限制过度的管腔内显影，否则可能遮蔽邻近的金属器械，如手术夹），使用Nemoto Duo Press Elite注射器（Nemoto Kyorindo公司，日本东京）以2mL/s的速度注射，总量34mL，所有病例统一采用固定的3秒X线延迟，未针对目标进行注射时机的特定调整。所有HR-CBCT检查中，对比剂根据目标解剖位置通过置于颈内动脉或椎动脉的诊断导管注入。术前HR-CBCT检查在监测麻醉下进行。术中HR-CBCT成像在混合手术室环境中使用西门子ARTIS ICONO双平板血管造影系统完成。术中HR-CBCT采集的时机因病例而异。部分患者在成像前硬脑膜已关闭、骨瓣已复位，而其他患者——尤其是当残余动脉瘤或动静脉畸形不能可靠排除时——则在骨瓣复位前进行采集。每次采集前用生理盐水冲洗术野，以减少皮质表面的空气伪影。骨瓣在位与不在位时获取的扫描之间未观察到图像质量的定性差异。

术前CTA在多排螺旋CT扫描仪（Revolution CT，GE医疗系统，密尔沃基，威斯康星州）上使用本机构脑血管方案进行。图像以120kVp采集，采用自动管电流调制，以0.625mm层厚重建，使用标准卷积核和236mm视野（512×512矩阵），平面内分辨率约为0.46mm。

所有扫描均经过质量审查。排除标准包括运动伪影、对比剂显影不足、视野不全，以及——对于HR-CBCT——旋转不全或条状伪影遮蔽感兴趣区。没有扫描因质量问题被排除。共10例术前HR-CBCT、13例CTA和20例术中HR-CBCT扫描符合纳入标准进行分析。部分患者在不同成像模态下有多次扫描。

图像在Sectra IDS7工作站（Sectra AB，林雪平，瑞典；版本25.2）上使用默认MIP和MPR设置进行审阅，层厚为1.5–2 mm（大多数病例为2 mm），层间距为0.8–1.0 mm。图像在三个平面均进行了评估：轴位、矢状位和冠状位。各图像的像素间距有所不同，范围为0.035–0.11 mm。

成像呈现与盲法

图像以基于问卷的形式分发给阅片者进行独立审阅。未提供任何临床病史或患者人口统计学信息。病例按时间先后顺序呈现（从最早到最近），未进行随机化。成像模态未被明确标注；然而，由于CTA和HR-CBCT在图像特征上存在固有差异，可能无法实现对模态的完全盲法。

神经放射科医师评分

穿支动脉可视化由四名经CAQ认证的神经放射科医师（阅片者A–D）评估，按经验分为三个级别（PGY-6、PGY-8、PGY-34）。每位阅片者独立审阅术前HR-CBCT、术中HR-CBCT和术前CTA扫描，并评估五条穿支血管：Heubner回返动脉（RAH）、脉络膜前动脉（AChA）、外侧豆纹动脉（LSAs）、基底动脉穿支（BAPs）和大脑后动脉穿支（PCAPs）。血管被分类为可见、因视野受限不可见或因分辨率限制不可见。阅片者还标注了不适用或应排除在分析之外的扫描。每位阅片者对每次识别的信心按四级评分（1 = 不自信，2 = 略有信心，3 = 自信，4 = 非常自信）。RAH、AChA、LSAs被指定为比较分析的主要结局血管，而BAPs和PCAPs被视为探索性血管，由于可评估扫描数量有限，被排除在最终比较分析之外。百分比表示为每位阅片者评估的比例，而非每次扫描的频率。阅片者基于与指定血管识别和血管描绘相关的图像特征进行评估，包括感知的空间分辨率、信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）和血管-背景对比度。

阅片者间信度

穿支动脉可视化的阅片者间一致性在四名神经放射科医师（两名接受过专科培训的主治医师和两名高年资专科培训医师）之间使用Fleiss' κ和Gwet's AC1进行评估（表S4）。血管可见性被二分为可见与不可见。由于在单一类别上近乎全体一致可产生自相矛盾的低κ值（“κ悖论”），AC1被用作主要一致性统计量，因为它对患病率驱动的偏倚具有稳健性[15–17]。阅片者信心（评分为1–4）使用双向随机、单一测量、绝对一致性、组内相关系数[ICC [1, 2] ]和带二次权重的Gwet's AC2进行评估。

有效剂量的计算

CTA和HR-CBCT的辐射暴露数据来自术后剂量日志。CTA的辐射数据以剂量长度乘积（DLP，mGy-cm）和剂量面积乘积（DAP，mSv/mGy-cm²）表示。为了在两种成像模态之间进行公平比较，使用ICRP衍生的转换因子（k = 0.0025 mSv/mGy-cm，0.0056 mSv/mGy-cm²）计算了有效辐射剂量，单位为mSv [18]。

统计分析

所有统计分析均使用R软件（4.4.2版）完成。患者人口学及临床特征在不同影像模态组间的比较采用双侧Fisher精确检验（分类变量）或Wilcoxon秩和检验。穿支血管显影在不同影像模态间的比较采用卡方独立性检验，并进行事后Bonferroni校正。血管显影阅片者信心的比较采用Kruskal-Wallis检验，并以Dunn检验进行事后两两比较。辐射剂量的比较采用Mann-Whitney U检验。

结果

各影像组间患者人口学及手术特征相似（表S2）。穿支血管显影的差异在单一患者的示例影像中得以展示：术前CT血管造影（图1A）显示穿支血管界限有限，而术前（图1B–D）及术中HR-CBCT（图1E–G）则显著改善了对小管径血管的显示。

神经放射科医师在术前HR-CBCT上较术前CT血管造影能更频繁地识别穿支动脉（图2）。脉络膜前动脉和外侧豆纹动脉在100%的HR-CBCT扫描中被识别，而在CT血管造影中分别为40.38%和48.08%。Heubner返动脉在HR-CBCT上的显示率相对较低（75%），但仍显著高于CT血管造影（7.69%）。当术前影像未能显示穿支血管时，主要限制因素是分辨率而非视野范围（表S3）。相比之下，在术中HR-CBCT上，少数未能显示外侧豆纹动脉的病例中，未能显示的原因是视野范围限制而非分辨率限制，而Heubner返动脉未显示时分辨率仍是主要限制因素（表S3）。

神经放射科医师不仅能利用HR-CBCT更好地显示穿支血管，而且在评估外侧豆纹动脉和脉络膜前动脉时对HR-CBCT的信心更高（图3A）。当穿支血管不可见时，阅片者信心在CTA上反而高于HR-CBCT，这反映了阅片者认识到CTA有限的分辨率是血管未显示的预期原因（图3B）。在HR-CBCT上，不同经验水平阅片者显示穿支血管的能力基本一致（Heubner返动脉除外），而CT血管造影在不同经验的神经放射科医师间始终表现出更大的变异（图4）。

术前与术中HR-CBCT的比较显示，术中穿支血管检出率仅有轻微下降（图2）。就外侧豆纹动脉而言，术中未能显示血管的原因是视野范围限制而非分辨率限制（表S3，图3B）。术中伪影——包括手术夹、器械和缺失的骨瓣——未对Heubner返动脉、脉络膜前动脉或外侧豆纹动脉的显示产生有意义的影响，也未降低阅片者信心（图3A和图5）。

在术中HR-CBCT上，读者间对血管可见性的一致性在AChA（AC1 = 0.947，p < 0.001）和LSAs（AC1 = 0.947，p < 0.001）上几乎完美，而对RAH显示的一致性为中等（AC1 = 0.593，p < 0.001），这与该较小型穿支动脉因起源高度变异而更难识别的情况一致。在术前HR-CBCT上，LSAs和AChA可见性的一致性为完美，而RAH可见性显示较差且不显著的一致性（AC1 = 0.266，p = 0.316；N = 8）。在术前CTA上，读者对RAH显示具有较强的一致性（AC1 = 0.851，p < 0.001），可能反映了对其难以显示的共识性一致判断。AChA（AC1 = 0.283）和LSAs（AC1 = − 0.101）的一致性较差，表明在常规CTA上对穿支动脉可见性存在实质性分歧。

对于读者置信度，所有血管和成像方式的ICC [1, 2]值均普遍较低（− 0.105至0.083），表明置信度评分的绝对一致性较差。然而，采用二次加权的Gwet's AC2（考虑了量表的有序结构并对较大分歧给予更重惩罚）显示，术中HR-CBCT上LSAs（AC2 = 0.751，p < 0.001）和AChA（AC2 = 0.744，p < 0.001）具有较高的一致性，术前CTA上AChA（AC2 = 0.701，p < 0.001）和LSAs（AC2 = 0.677，p < 0.001）也具有较高的一致性。RAH的置信度一致性在各成像方式间普遍较低（AC2范围：0.369–0.602），与分辨该血管的难度一致。在术前HR-CBCT上，RAH的置信度一致性达到中等水平（AC2 = 0.602，p < 0.01）。最后，CT血管造影（1.92 ± 1.6 mSv）与HR-CBCT（1.48 ± 0.06 mSv；p = 0.700）之间的平均有效辐射剂量无显著差异。

讨论

本研究系统比较了三种成像方式——术前 HR-CBCT、术中 HR-CBCT 和常规术前 CT 血管造影（CTA）——以评估其显示颅内穿支动脉的能力。我们的研究结果表明，术前和术中 HR-CBCT 在穿支血管显示方面均显著优于 CTA。更值得注意的是，我们还证明，尽管存在手术伪影的可能性，术中扫描的表现几乎与术前扫描相当。

我们发现术前HR-CBCT扫描为穿支动脉可视化提供了最一致的基准，尤其是脉络膜前动脉（AChA）和豆纹动脉（LSAs）在所有病例中均可见，相关后循环病例中的基底动脉穿支（BAPs）和大脑后动脉穿支（PCAPs）也是如此。唯一的例外是Heubner回返动脉（RAH），由于分辨率和视野范围的限制，25%的扫描中未能显示。RAH也是一条高度变异的穿支血管，可起源于大脑前动脉、A1段、A2段或前交通动脉复合体 [4, 19, 20]。这种变异性可能是神经放射科医师一致认为RAH难以显示的原因之一。术中HR-CBCT扫描尽管存在手术伪影，如动脉瘤夹、牵开器、颅骨固定夹、骨瓣的有无以及不同的成像环境，但仍获得了几乎相同的可视化率。关键的是，许多术中未能显示的情况归因于视野范围限制而非分辨率（表S3）。这一区别强调了技术设置而非图像本身的质量是术中血管漏检的原因。相比之下，传统CTA对穿支动脉的评估是不充分的。在每一例未能显示的情况中，分辨率差都是限制因素。置信度评分反映了这一对比：神经放射科医师在CTA上未见穿支时置信度较高，认识到该模态固有的分辨率限制，但在HR-CBCT上血管缺失时表达的置信度较低（表S3）。

我们的研究是首个此类研究，证明术中HR-CBCT对穿支血管的可视化效果与术前扫描相当，且远优于术前CTA，进一步确立了其作为术中辅助工具的可行性。这些发现对脑血管手术具有重要意义。术中HR-CBCT可提供与术前扫描相当的分辨率，使其成为动脉瘤夹闭术后验证穿支通畅性的实用工具。既往研究已显示术中HR-CBCT在检测DSA未见的细微器械贴壁不良或扩张不足方面的价值，例如在未破裂颅内动脉瘤血流导向装置植入术和慢性脑动脉闭塞支架植入术中 [21]。高分辨率CBCT也被用于识别动脉瘤治疗中支架不完全展开和弹簧圈填塞情况，这些发现直接改变了处理策略 [22]。这些经验进一步支持了我们的发现，即术中CBCT可以揭示传统2D-DSA无法看到的问题，并允许立即采取纠正措施。术中发现血流受损的能力提高了在不可逆缺血发生前纠正干预措施的可能性。

除穿支动脉评估外，术中HR-CBCT还能在动脉瘤夹放置后对载瘤动脉管径进行高分辨率显示，从而在担心狭窄或受损的情况下对载瘤动脉通畅性提供确认。这一信息补充了基于显微镜的术中技术，如吲哚菁绿和荧光素血管造影，这些技术仅能显示位于直接手术视野内的穿支动脉；走行于载瘤动脉后方或因其他原因被显微镜视野遮挡的穿支动脉无法通过这些技术评估，而HR-CBCT则能够对其进行评价。与单独使用术中2D DSA相比，术中3D-RA可补充对显微手术夹闭后动脉瘤残余充盈的了解[23]。术中HR-CBCT本质上是另一次旋转扫描，可进一步补充通过术中2D DSA和术中3D-RA获得的信息，并提供对穿支血管通畅性的洞察[23]。

此外，术前HR-CBCT可提供穿支动脉的详细解剖路线图，补充DSA的不足，使外科医生能够预判血管相对于手术靶点的走行。这与HR-CBCT在MCA动脉瘤周围穿支显示方面优于3D-RA并影响治疗决策的证据相一致[10]。类似地，HR-CBCT血管成像已被整合到AVM手术规划和神经导航中，凸显了该技术在术前策略中的应用价值[24]。相比之下，CTA无法提供这一水平的细节，不能可靠地为穿支保护策略提供依据。

既往研究已确立HR-CBCT在术前或诊断场景中优于血管造影技术。在未破裂MCA动脉瘤中，HR-CBCT对穿支动脉显示的敏感性和特异性显著高于3D-RA [10]。在椎动脉夹层中，HR-CBCT对穿支动脉的显示也远比2D-DSA或3D-RA清晰，且影像学表现与梗死分布相对应[5]。此外，在机械取栓中，术中增强CBCT优于3D-RA和DSA，能够显示远端血栓边缘和下游动脉，提高首过成功率[25]。关于HR-CBCT在神经血管造影室中应用的综述已强调其在动脉瘤、AVM、DAVF和卒中方面不断扩展的作用[12]。与此同时，新的技术进展正在进一步突破分辨率极限。超高分辨率CBCT脊髓造影已被证明能够检测数字减影脊髓造影无法显示的脊髓脑脊液漏，提示其朝着显示更小血管和缺损的方向发展[26]。这些研究共同突出了HR-CBCT的独特优势，并提示其有潜力改变术中血管成像。此外，豆纹动脉穿支标测在岛叶胶质瘤手术中具有重要作用，已有关于利用MRA TOF实现这一目的的报道[8]。术前CBCT与岛叶胶质瘤MRI融合将为这些病例提供最高分辨率的豆纹动脉（LSA）穿支图，并可通过术中HR-CBCT在肿瘤切除后确认其状态[8]。

对于HR-CBCT在穿支血管显示方面优于CTA这一观察结果，一个可能的批评是，差异可能归因于每种模态的方法学因素，例如HR-CBCT和CTA分别采用的动脉内与静脉内对比剂给药途径，或不同机构间扫描仪技术的差异。然而，近期研究表明，在犬和人脑灌注模型中，CBCT静脉内对比剂给药可以获得与动脉内对比剂给药相似的颈动脉充盈密度[27]。此外，我们认为直接比较HR-CBCT与CTA仍然是合适的，因为已有研究显示静脉内对比剂CBCT在空间分辨率方面仍优于静脉内对比剂CTA，并且已有优化CBCT静脉内给药的既定方案[28, 29]。我们要强调，本研究的主要贡献并非HR-CBCT与其他成像模态的直接比较分析，而是证明术中HR-CBCT在穿支血管实际显示程度上与术前HR-CBCT相近。本研究存在若干局限性：本研究为单中心、回顾性可行性分析，队列规模相对较小，限制了可推广性和统计效能。本研究并非设计用于评估临床终点，未分析穿支梗死、缺血性并发症或功能神经结局等结局数据。因此，研究结果应被解释为初步的，且侧重于成像性能而非临床疗效。此外，血管可见性和阅片者置信度评分是主观和定性的，而非来源于血管描画或锐利度的客观指标，如空间分辨率、定量SNR、CNR和血管-背景对比度指标。而且，本研究仅关注所选穿支，推广至其他小血管还需进一步验证。还必须承认HR-CBCT更广泛采用的实际障碍，包括需要复合手术室或双平板血管造影套件、术前采集需要麻醉支持和动脉内插管，以及操作者和机构的专业知识，这些都可能限制其在大容量脑血管中心之外的可行性[12]。此外，本分析未包括HR-CBCT与术中二维DSA或三维旋转血管造影的直接头对头比较，后者是目前术中血管评估的参考标准；此类比较将是确定HR-CBCT在手术工作流程中相对价值的重要下一步。该队列未纳入血管内弹簧圈栓塞的动脉瘤；弹簧圈相关条纹伪影可能降低HR-CBCT图像质量，HR-CBCT在栓塞病例中的表现需要专门评估。在我们的队列中，1例患者在术中HR-CBCT采集时已有既往置入的血管内弹簧圈；在该病例中，弹簧圈相关条纹伪影仍较局限，未妨碍对邻近穿支动脉的评估（补充图S1）。最后，术者感知的诊断信心和前瞻性方案变更结局在本分析中未系统记录，将是未来前瞻性工作的重点。

未来的研究应在多机构环境中前瞻性评估术中HR-CBCT，并采用标准化的采集参数以优化扫描视野。术中DSA仍是确认动脉瘤闭塞和大血管通畅的金标准，但其有限的分辨率使其无法可靠地显示亚毫米级穿支动脉[1]。需要进行术中HR-CBCT与DSA的头对头比较，以确定HR-CBCT在穿支动脉评估方面能在多大程度上达到或超越DSA。经静脉HR-CBCT能否达到本文所示穿支水平的可视化程度仍是一个有待前瞻性评估的开放性问题，特别是考虑到其有望减少动脉插管的需求。此外，更长期的应用——如监测器械内皮化——可能进一步拓展HR-CBCT的临床作用[21]。

结论

术前和术中HR-CBCT较传统CTA能够提供更优的颅内穿支动脉可视化。术中HR-CBCT的性能与术前扫描相当，证明了其在脑血管手术中进行实时穿支动脉评估的可行性。这些发现支持HR-CBCT作为术中决策的重要辅助手段，具有减轻缺血性并发症和改善手术结局的潜力。虽然术中DSA目前仍是血管评估的金标准，但HR-CBCT提供了互补的信息——就穿支动脉而言，可能具有更优的空间分辨率。未来比较术中HR-CBCT与术中DSA的研究对于确定其对手术安全性和结局的影响至关重要。

补充信息

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补充材料1