第一部分容积CT数字减影血管造影方法的建立和优化目的:建立容积CT数字减影血管造影(Volume Computed Tomographic Digital Subtraction Angiography, VCTDSA)的方法,通过系列研究优化VCTDSA的扫描、对比剂注射和图像后处理方案。并与国内外减影CTA技术比较,评价VCTDSA脑血管成像的价值。方法:1) VCTDSA方法的建立:用颅底骨血管模型,轴位非螺旋和螺旋扫描重复10次;同一序列两次螺旋扫描,控制球管重复曝光间隔时间为0.4的整数倍和非整数倍各重复扫描10次,用Add/Sub软件进行减影处理,评价减影图像的成功率。2)优化VCTDSA扫描方案:在上述方法基础上,用不同mA、同步与不同步变化的kV、不同层厚和螺距进行扫描,并用Add/Sub软件减影处理,测量减影后全图CT值,评价减影图像的成功率。3)优化对比剂注射方案:①头颈部血管对比剂循环时间:研究52例颈4椎体水平、120例鞍上池水平的小剂量对比剂团注动态增强扫描动静脉强化的时间-密度曲线,测量动静脉达峰时间;②扫描延迟时间:研究47例大、小剂量对比剂团注测试的动脉强化时间-密度曲线,分别测量其达峰时间;③对比剂碘浓度:用优维显370和典迈伦400各23例进行VCTDSA检查,比较脑血管重建图像质量和小血管显示间的差异;④对比剂静脉入路:对60例次胸部平扫和增强检查,测量左侧头臂静脉于主动脉弓或右头臂动脉前的短径、右侧头臂静脉汇入上腔静脉前的短径;观察静脉返流。4)头部运动对减影图像的影响:研究44例VCTDSA扫描的小剂量团注测试和减影扫描,观察两种扫描头部运动的形式、程度,减影后伪影的表现及程度。5)优化图像后处理方案:①VCTDSA与常规CTA的比较:研究96例颅内动脉瘤的检出率、部位、瘤颈显示程度、与载瘤动脉关系及动脉瘤大小,有效显示视图;②VCTDSA和常规CTA自动去骨法的比较:研究32例VCTDSA和常规CTA自动去骨法脑血管重建的时间,分析减影后图像质量与血管重建时间的关系;③VCTDSA的整体、半切及局部三维显示比较:研究96例动脉瘤3D VR和3D MIP整体、半切及局部显示动脉瘤的检出率、与载瘤动脉关系及动脉瘤的大小。6)与国内外减影CTA技术比较:分析8篇国内外减影CTA文献,比较脑血管显示图像质量、血管显示情况及临床实用价值。结果:1)方法的建立:非螺旋轴位扫描重复10次,减影成功率为100%。螺旋扫描重复10次,减影成功率为20%;通过把两次扫描放在同一个序列中,确保球管曝光的起始点匹配,扫描重复10次,减影成功率为100%,球管曝光的起始点不匹配,扫描重复10次,减影均不成功。2)优化扫描方案:mA、kV、层厚和螺距变化后减影成功率均为100%。双能量减影、厚层采集可降低图像噪声和X线辐射剂量;降低mA、增大螺距可减少X线辐射剂量,但增加图像噪声。3)优化对比剂注射方案:①颈总动脉和大脑中动脉的对比剂达峰时间相差0.22秒,差异无统计学意义。脑动静脉的循环时间约为6秒,颈动静脉循环时间约为8秒。②大脑中动脉大、小剂量团注测试间达峰时间相差约为7.43秒。③两组对比剂脑血管重建图像质量无明显差异;典迈伦组在脑内小血管显示及豆纹动脉显示的图像质量方面优于优维显组。④左侧头臂静脉在跨越右头臂动脉或主动脉弓处静脉管径明显小于对侧,26.7%出现管腔狭窄;经左侧上肢静脉注射后,8.3%出现明显的静脉返流,右侧头臂静脉无明显狭窄及静脉返流。4)不固定头部的小剂量团注同层动态扫描头部运动有三种方式:层面内移动(77.3%)、层间移动(4.5%)和混合运动(18.2%)。头部运动多数为轻度移动(65.9%)。减影后的运动伪影表现多样,伪影呈高密度,出现在解剖结构的边缘。头部固定后无伪影图像由13.6%增加至59.1%,中重度伪影图像由47.7%降至11.4%。5)优化图像后处理方案:①96例VCTDSA联合常规CTA共检出119个动脉瘤,VCTDSA和常规CTA检出颅内动脉瘤的敏感性和特异性分别为99.2%及100%,83.2%及100%。通过不同视图和视野的调节,VCTDSA可达到无障碍动脉瘤的显示,清晰显示动脉瘤与载瘤动脉、邻近血管的关系。常规CTA漏诊16.8%的动脉瘤,主要位于床突下区及后颅窝与骨关系密切的血管。VCTDSA和常规CTA测量动脉瘤大小无差异。②VCTDSA脑血管重建的图像质量在显示血管的完整性、动静脉的显示情况及高密度影存留方面优于常规CTA。VCTDSA血管重建时间明显短于常规CTA自动去骨法。减影后图像质量与血管重建时间呈正相关(r=0.63,p<0.05)。③VCTDSA不同显示方法动脉瘤检出率:整体显示为96.6%,半切显示为97.5%,局部显示达到99.2%。局部显示3D VR和3D MIP对动脉瘤与载瘤动脉关系显示间、动脉瘤大小测量间无明显差异。6)与国内外减影CTA技术的比较,提示VCTDSA可行全脑血管成像,脑血管显示的完整性和小血管的分辨率高于其它减影CTA结果;对颅内动脉瘤的检出和特征显示优于国内外其它减影CTA。结论:1)通过同一序列的平扫和增强扫描,确保X线球管曝光起点匹配,用Add/Sub软件减影处理,建立了VCTDSA方法。2)通过双能量的应用、厚层采集薄层重建和降低扫描的毫安,增大扫描的螺距,可以保证图像质量同时降低X线辐射剂量。3)通过控制扫描时间,明确VCTDSA的延迟扫描时间,使用高浓度碘对比剂及右上肢肘前静脉作为对比剂静脉入路优化了VCTDSA扫描对比剂注射方案。4)头部运动的研究证实头部固定的重要性,并为下一步头部固定方式和软件开发研究作铺垫。5) VCTDSA较常规3D CTA更准确、无障碍显示动脉瘤,动脉瘤检出不受颅骨干扰,图像后处理快速、简便、图像质量优良。VCTDSA多种显示方式结合提高了颅内动脉瘤临床诊断的准确性。6) VCTDSA在全脑血管成像、完整显示脑血管、小血管分辨率及检出颅内动脉瘤等优于国内外其它减影CTA技术。第二部分正常脑血管容积CT数字减影血管造影研究目的:探讨正常Willis环和上矢状窦及其属支静脉的VCTDSA表现,建立正常表现的参考标准。方法:1)对符合Willis环临床及影像研究标准的95例行头部VCTDSA检查。用局部显示方法观察Willis环各动脉的发育情况、形态及Willis环穿支小血管的显示情况,并整体评价Willis环的完整性。2)对符合上矢状窦及其属支静脉研究标准的32例作头部VCTDSA检查。观察上矢状窦起始点及输出端形态、上矢状窦的大小;桥静脉的数目、形态、大小、汇入上矢状窦的部位和角度;上矢状窦属支静脉的数目,及其与其它静脉窦间的吻合;蛛网膜颗粒的部位、大小及与桥静脉的关系。结果:1)Willis环动脉发育不良各段均有发生,按发生率不同依次为L-PCoA (20%)、R-PCoA(15.8%)、R-ACA A1(13.6%)、R-PCA P1(9.4%)、L-PCA P1(6.3%)、ACoA (5.3%)及L-ACA A1(3.2%) ,动脉缺如以R-PCoA(54.7%)、L-PCoA(52.6%)、ACoA(13.6%)为高。95个Willis环中,后循环发育不良或缺如占54.7%,前后循环均有发育不良或缺如占35.8%,具有完整形态的Willis环仅占7.4%。95个Willis环清楚显示9支穿支血管,平均直径为0.87 mm。Heubner回返动脉14支,平均直径0.96 mm。2)上矢状窦起点为肓端占41.5%,59.5%由静脉汇合形成;输出端形态以直窦分支,上矢状窦偏侧型最多(50%),其次是双分支型(37.5%),而窦汇型只占12.5%。32例共有桥静脉275支,以中部最多(约2支/侧),后部最少(约1支/侧),前部主要集中在起始点附近。桥静脉大致有三类形态:圆管状或带状(65.8%)以前和后部居多;扁平不规则(25.1%)以中部居多;扁平筛孔状(9.1%)主要位于中部;桥静脉汇入上矢状窦的部位前部以窦基底部汇入为主(84.4%),中部以窦中部汇入稍多(56.3%),后部则主要从窦下缘汇入(90.6%)。桥静脉汇入上矢状窦的角度前部以锐角汇入为主(79.2%,83.3%),中部以直角汇入为主(65.4%,68.4%),后部均以钝角汇入(100%)。32例显示Trolard吻合35个,Labbe吻合50个,上矢状窦通过大脑镰静脉与下矢状窦、直窦的吻合9个。32例发现32个蛛网膜颗粒,均小于5 mm,大部分(68.8%)与桥静脉无关,部分(21.9%)位于桥静脉狭窄处。结论:1)VCTDSA是多角度、完整、清晰显示Willis环的理想方法;建立了正常Willis环的参考标准。2)VCTDSA是显示上矢状窦及其属支静脉的理想影像学方法。第三部分容积CT数字减影血管造影临床应用研究目的:探讨Willis环动脉瘤的VCTDSA特征,对比VCTDSA与常规DSA对动脉瘤和脑血管畸形的诊断价值。方法:1) VCTDSA检查75例Willis环动脉瘤;2) 32例颅内动脉瘤行VCTDSA和常规DSA的对比检查;3) 18例脑血管畸形行VCTDSA和常规DSA的对比检查。研究动脉瘤、脑血管畸形的部位、形态、大小,动脉瘤与Willis环形态、载瘤动脉的关系,畸形血管的供血动脉及引流静脉,动脉瘤破裂征象、颅内血管痉挛及盗血现象。结果:1)75例共发现Willis环动脉瘤84个,均为手术或常规DSA证实,发病率以PCoA及ACoA为高,分别为53.6%、35.7%,均存在Willis环变异。ACoA动脉瘤以Ⅳa型变异为主,占90%。96.7%ACoA动脉瘤的长轴与载瘤动脉血流方向一致。PCoA动脉瘤86.7%的双侧后循环发育不良或缺如,伴有不同的前循环发育不良或缺如,60%的PCoA动脉瘤长轴与载瘤动脉血流方向一致,26.7%呈锐角,13.3%呈直角。98.8%的动脉瘤呈囊状或锥形。VCTDSA能检出微动脉瘤,占14.3%;21.4%的动脉瘤有破裂征。2)动脉瘤检出中,VCTDSA的敏感性、特异性均为100%,常规DSA的敏感性为76.2%,特异性为100%。VCTDSA显示锥形或宽基底动脉瘤15例,常规DSA检出2例,瘤颈及颅内动脉痉挛显示无明显差异。3)AVM和AVF的诊断中,VCTDSA和常规DSA AVM的病灶检出率均为100%,AVF病灶检出率分别为100%和87.5%;VCTDSA和常规DSA AVM的供血动脉、引流静脉检出率分别为100%和93.3%,100%和100%。AVF的供血动脉、引流静脉检出率分别为100%和93.3%,100%和75%。VCTDSA未能检出AVM的盗血现象,能检出AVF中的盗血现象。常规DSA能检出AVM及AVF中的盗血现象。结论:1)Willis环动脉瘤好发于PCoA及AcoA,AcoA动脉瘤的发生与Willis环变异及载瘤动脉的血流方向有密切关系。PcoA动脉瘤的发生与与Willis环变异及载瘤动脉的血流方向有关。VCTDSA可早期发现微动脉瘤。2)VCTDSA在反映动脉瘤的三维形态和空间关系上优于常规DSA,检出动脉瘤的敏感性高于常规DSA,特异性相同,拟替代常规DSA作为诊断颅内动脉瘤的新标准。3)VCTDSA对AVM和AVF的畸形血管团、瘘口、供血动脉和引流静脉做出准确诊断,其敏感性和特异性高于或等于常规DSA,但不能敏感反映脑血流的变化。VCTDSA具有了解脑血管畸形的解剖形态的明显优势,对血流状态的反映则不如常规DSA。