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减影血管造影【减影血管造影】减影血管造影(DSA)是通过电子计算机进行辅助成像的血管造影方法 ， 是70年代以来套用于临床的崭新的X线检查新技术 。它是套用电脑程式进行两次成像完成的 。在注入造影剂之前 ， 首先进行第一次成像 ， 并用计算机将图像转换成数位讯号储存起来 。注入造影剂后 ， 再次成像并转换成数位讯号 。两次数字相减 ， 消除相同的信号 ， 得知一个只有造影剂的血管图像 。种图像较以往所用的常规脑血管造影所显示的图像 ， 更清晰和直观 ， 一些精细的血管结构亦能显示出来
基本介绍中文名：减影血管造影
外文名：Digital subtraction angiography
简称：DSA
套用：临床的崭新的X线检查
完成方式：套用电脑程式进行两次成像
地位：血管性病变的金标準
简介一、DSA的基本组成和原理在第三节中已介绍了I.I-TV成像系统 ， DSA可以看成是这种系统加数字减影技术在血管造影领域的套用 。减影技术的基本内容是把人体同一部位的两帧影像相减 ， 从而得出它们的差值部分；不含造影剂的影像称为掩模像或蒙片 ， 注入造影剂后得到的影像称为造影像或充盈像 。广义地说 ， 掩模像是要去减造影像的影像 ， 而造影像则是被减去的影像 ， 相减后得到的影像是减影像 。减影像中骨骼和软组织等背景影像被消除 ， 只留下含有造影剂的血管影像 。在实施减影处理前 ， 常需对X线图像作对数变换处理 。对数变换可利用对数放大器或置于A/D转换器后的数字查找表来实现 ， 使数字图像的灰度与人体组织对X线的衰减係数成比例 。由于血管像的对比度较低 ， 必须对减影像进行对比度增强处理 ， 但影像信号和噪声同时增大 ， 所以要求原始影像有高的信噪比 ， 才能使减影像清晰 。工作方式在DSA系统中 ， 根据不同的使用目的 ， 数字减影有各种不同的方法 ， 如时间、能量减影等 ， 区别主要在于相减的两影像即掩模和造影剂充盈像的获取方法不同 。（一）时间减影时间减影是DSA常用的方式 ， 在注入的造影剂进入感兴趣区之前将一帧或多帧影像作为掩模像存储 ， 并与按时间顺序出现的造影像一一相减 。这样 ， 两帧中相同的影像部分被消除 ， 而造影剂通过血管时形成的高密度部分被突出地显示 。这种工作方式因掩模像和造影像获得的时间先后不同 ， 故称为时间减影 。它的不足之处是 ， 在摄影过程中由于病人自主或不自主的运动 ， 使掩模像和造影像不能精确匹配 ， 导致影像出现配準不良的伪影或模糊 。鑒于减影中採用的掩模像和造影像的帧数、採集时间不同 ， 又可分为下列方式：1.脉冲影像(pulseimage,PI)方式PI方式採用间歇X线脉冲来形成掩模像和造影像（如图5-25所示） ， 每秒摄取数帧影像 ， 脉冲持续时间一般大于视频信号一帧的时间 。在造影剂未流入感兴趣血管时摄取掩模像 ， 在造影剂逐渐扩散的过程中对X线影像进行採集和减影 ， 得到一系列连续而有间隔的减影像系列 ， 每帧减影像之间的间隔较大 。2.超脉冲影像(superpulseimage,SPI)方式SPI方式以每秒6～30帧的速率进行X线脉冲摄像 ， 然后逐帧高速反覆减影 ， 具有频率高、脉宽窄的特点 ， 见图5-26 。X线曝光脉冲与摄像机场同步保持一致 ， 曝光信号的有效时间应在场消隐期内 ， 因此脉冲频率最高为50～60Hz ， 脉冲宽度均为3～4ms 。这种方式能以实时视频的速度连续观察X线数字图像或减影像 ， 具有较高的动态清晰度 。3.连续影像(continuousimage,CI)方式CI方式(如图5-27所示）与透视一样 ， X线连续照射 ， 得到与摄像机同步的、频率为每秒25～30帧的连续影像 ， 所用X线可以是连续的 ， 也可以是脉冲的 。因为是长时间连续照射 ， X线管的负荷相当大 ， 所以要用热容量大的X线管 ， 如用透视管电流曝光 ， 所得减影像的信噪比很低 ， 因此CI方式一般使用小焦点?15mA管电流的条件连续曝光摄影 。4.时间间隔差(timeintervaldifference,TID)方式前述的几种减影方式都用造影剂未注入造影部位血管时的影像作掩模像 ， 用含有造影剂的序列X线影像作造影像进行减影 ， TID方式则不固定掩模像 ， 而是随机确定一帧影像（例如第3帧 ， 可以选造影剂刚注入血管时摄取的影像） ， 再与其后一定间隔（例如每隔3帧）的造影像（第6帧）进行减影处理（3-6） ， 以后逐帧相减（4-7）、（5-8）…… ， 形成减影像序列 。5.心电图(electrocardiogram,ECG）触发脉冲方式由于每一时刻心脏运动处在不同的相位上 ， 为了使掩模像和造影像的相位儘可能接近 ， 以减少减影像的运动伪影 ， 要求相减的像对心脏运动同步 ， 通常使用ECG触发X线脉冲方式 。外部ECG信号以三种方式触发X线採集影像 。（1）连续心电图示记：以连续方式采像 ， 在ECG信号发生的画面上作记号 ， 这种方式的最低频率为5帧/秒 。（2）脉冲心电图示记：以脉冲方式采像 ， 在最接近ECG信号发生的画面上作记号 ， 其最低频率也是5帧/秒 。（3）心电图门控触发：由ECG信号启动X线发生器门控采像 ， 在影像上作标记 。具体方法是把心电图机的输出信号经A/D转换后 ， 记忆在ECG存储器中 ， 同时从R波信号中抽出R波标记 ， 作为ECG相位的基準 。在ECG门控採集时 ， 如果X线曝光与R波标记同步 ， 就能得到由R波定时的减影像 。该方式主要用于心脏大血管的DSA检查 ， 曝光与心脏血管搏动节律相匹配 ， 保证影像系列中每帧影像与心律同相位 ， 消除因心脏搏动引起的伪影 。二）能量减影能量减影也称双能减影 。在进行感兴趣区血管造影时 ， 几乎同时用两种不同的管电压（如70kV和130kV)取得两帧影像 ， 对它进行减影处理；由于两帧影像利用不同能量的X线摄製 ， 所以称为能量减影 。这种减影方法利用了碘与周围软组织对X线的衰减係数在不同能量下有明显差异的特性（碘在33keV能级时衰减曲线发生跃变 ， 衰减係数突然增大 ， 而软组织衰减曲线是连续的 ， 并且能量越大 ， 衰减係数越小） 。若将一块含骨、软组织、空气和微量碘的组织分别用能量略低于和略高于33keV的X线(分别为70和130kV)曝光 ， 则后一帧影像比前一帧影像的碘信号大约减少80% ， 骨信号大约减少40% ， 软组织信号减少约25% ， 气体则在两个能级上几乎不衰减 。若将这两帧影像相减 ， 所得的影像将有效地消除气体影 ， 保留少量软组织影及明显的骨影和碘信号 。若将130kV时採集的影像用约1.33的係数加权后再减影 ， 能很好地消除软组织和气体影 ， 仅留下较少的骨信号及明显的碘信号 。能量减影法还可把不同衰减係数的组织分开 ， 例如把骨组织或软组织从X线影像中除去 ， 从而得到只有软或骨组织的影像 。具体方法是用两种能量的X线束获得两幅影像 ， 一幅在低能X线下获得 ， 另一幅在高能X线下获得 ， 影像都经对数变换进行加权相减 ， 就消除了骨或软组织 。从原理上看 ， 能量减影是一种较好的减影方法 ， 但在实施中要求管电压能在两种能量之间进行高速切换 ， 增加了X线机的複杂性 ， 一般X线机不能採用这种方法 。这种方法还不易消除骨骼的残影 。（三）混合减影方式把能量和时间减影技术相结合 ， 产生了混合减影技术 。基本原理是在造影剂未注入前 ， 先做一次双能量减影 ， 获得含少部分骨组织信号的影像 ， 将此影像同血管注入造影剂后的双能量减影像作减影处理 ， 就得到单纯的血管影像 。混合减影对设备和X线管负载的要求都较高 。三、DSA对设备的特殊要求和技术措施DSA和普通的DF系统不同 ， 不仅要把X线影像数位化 ， 还要取得较好质量的血管减影像 ， 因此 ， DSA系统有一系列特殊要求 。（一）X线发生和显像系统包括X线管、高压发生器、影像增强器、光学系统、电视摄像机和监视器等 。1.X线发生器要求X线管能承受连续脉冲曝光的负荷量 ， 对于中、大型DSA设备 ， 一般X线管热容量应在200kHU以上 ， 管电压範围40～150kV ， 管电流通常为800～1250mA 。要求高压发生器能产生稳定的直流高压 ， 採用中、高频技术 ， 由微机控制 ， 产生几乎是纯直流的电压 。X线机能以多脉冲方式快速曝光 ， 成像速度最高达150帧/秒 。2.影像增强器通常採用可变视野的I.I,如775px的I.I可有10、16、22、31等cm四种视野 ， 根据造影时的需要灵活选用 。空间解析度与萤幕尺寸和视野成反比 ， 一般为1.1～2.5LP/mm 。为了提高灵敏度和解析度 ， 输入屏採用碘化铯等材料製成 。新研製的平板型增强器 ， 在输入屏发光体和光电层之间有几十万条光纤 ， 把每个像素的光耦合到光电层 ， 从而使影像有较高的亮度 ， 提高了I.I的转换效率 ， 因此很有发展前途 。目前 ， 高性能I.I的量子检测效率(DQE)达85% 。有资料称 ， 解析度最高为6.8LP/mm 。3.光学系统为了适应所用X线剂量範围（即输入光量变化範围）大的特点 ， 要求使用大孔径、光圈可自动调节的镜头 ， 有的镜头还内含电动的中性滤光片 ， 以防止摄入强光 。4.电视摄像机要求摄像管具有高灵敏度、高解析度和低残像的特点 ， 视频通道要有各种补偿电路 ， 保证输出高信噪比、高保真的视频信号 。X线曝光和影像採集必须同步进行 ， 但由于真空摄像管的迟滞特性 ， 在脉冲影像方式和隔行扫描制式下 ， 每一场的影像信号幅值不等 ， 採样需等到信号幅值稳定后才能进行 ， 因此使得曝光脉冲宽度增加 ， 浪费了剂量 。採用CCD摄像机和逐行扫描制式 ， 可以改善这种情况 。随着CCD产品质量的提高 ， 将进一步取代真空摄像管 。高性能CCD摄像机 ， 採用高清晰度制式 ， 解析度为1249/1023线(50～60Hz） ， S/N大于2500 ， 频带大于10.5MHz 。5.监视器要求配备高清晰度、大萤幕的监视器 ， 如逐行扫描1024线以上、1275px以上的类型 。现在造影室内的监视器常採用多屏、多分割或画中画的形式 ， 便于随时对比 。高性能的监视器使用环境亮度感测器 ， 自动调节亮度；无闪烁的平面显像管在场频高于100Hz时实现无闪烁影像显示 。6.X线影像亮度的自动控制在DSA中由于被摄对象的组织密度变化大 ， 应保证在各种不同的摄影对象和摄影条件下都能得到有足够诊断信息的影像 ， 消除模糊及晕光 。DSA是由I.I-TV成像系统形成模拟影像信号的 ， I.I的动态範围大 ， 约为10 ， 在不同曝光剂量下都能输出对比度良好的影像 。但电视摄像管的靶面照度範围为10～10x时 ， 输出电流在暗与饱和电流值之间变化 ， 动态範围在几百之内 。有的检查部位（如胸、腹部）X线曝光剂量变化範围达到10～10 ， 超过了摄像机能精确複製信号的範围 ， 因此需要有一系列自动控制措施 ， 确保摄像管的输入光量在其动态範围内变化 。“自控措施主要有以下三种：①控制I.I的输出光量 。控制X线的曝光剂量就是控制I.I的输入光量 ， 以利用摄像机输出的视频信号自动控制曝光时间 ， 或自动调整X线管的kV、mA值 ， 就能自动控制X线影像的亮度； ②控制光学系统的输出光量 。用视频信号自动控制镜头光圈的大小 ， F1.4孔径的镜头在受控于计算机的滤光片辅助下 ， 自动调整光量的範围可达到6.6×10 ， 从而保证摄像管的输入照度总处于正常範围内；③採用补偿滤过器也能减小X线信息的动态範围 ， 使它和设备部件的动态範围相吻合 。补偿性滤过器是在X线管与病人之间放入附加的衰减材料 ， 在视野内选择特定的衰减区域 ， 提供更均匀的剂量分布 。7.X线剂量管理在保证影像质量的条件下儘量减少病人接受的X线照射剂量 ， 是剂量管理系统的任务 ， 它由一系列现代技术组成 。（1）栅控技术：在每次脉冲曝光的间隔向栅极加一负电位 ， 抵消曝光脉冲的启辉和余辉 ， 从而消除软射线 ， 提高有效射线质量 ， 缩短脉冲宽度 。（2）光谱滤过技术：在I.I或X线管的视窗放置铝滤板 ， 以消除软射线 ， 减少二次辐射 ， 最佳化了X线的频谱 。準直器的隔板有方、圆、平行四边等形状；位于X线管视窗的滤板及DSA补偿性滤板也有各种形状 ， 如头部用多边形滤板 ， 颈部、四肢用矩形 ， 心脏、肺部用双弧形等 。理想的滤板可使显示屏範围内影像密度基本一致 ， 以免产生饱和性伪影 。若肺部DSA检查没有滤板时 ， 肺与心脏的密度相差太大 ， X线剂量适合心脏时 ， 肺部的小血管被穿透 ， 剂量适合肺部时心内结构又无法辨认 。各种滤板和隔板可以自动或手动控制 ， 调整很方便 。但要注意 ， 不宜採用太厚的滤板 ， 否则将明显增加X线管负荷 ， 还会使X线束硬化和降低信噪比等 。I.I前面放置的滤线栅也用来消除X线穿过人体时的散射线 ， 有平行、会聚、锥形和交叉等排列方式 。採用该技术后可降低X线辐射剂量约20% 。（3）脉冲透视技术：是在透视影像数位化的基础上实现的 ， 因此能对脉冲透视影像进行增强、平滑、除噪等滤波处理 ， 改善影像的清晰度 。设备的脉冲透视频率有25帧/秒、12.5帧/秒、6帧/秒等种类可供选择 ， 频率越低、而脉宽越窄辐射剂量就越小 。但脉冲频率太低时 ， 活动影像透视将出现动画状跳动和拖曳；脉宽太窄时透视影像质量下降 。採用该技术 ， 估计较常规透视辐射剂量减少约40% 。（4）影像冻结技术：每次透视的最后一帧影像被暂存 ， 并且保留在监视器上显示 ， 称为影像冻结（lastimagehold ， LIH） 。充分利用LIH技术 ， 可以减少不必要的透视 ， 明显缩短总透视时间 ， 达到减少辐射剂量的目的 。在LIH状态下还能调整DSA滤板和隔板 。此外 ， 还有放射剂量的自动显示技术 ， 检查床旁的透视剂量调节功能 ， 铅防护屏吊架等 。（二）机械系统主要包括机架和检查床 ， 要求它们的运动範围大、速度快、全方位 。1.机架和床机架有C、U、双C等形臂、L+C臂等；安装方式有座地或悬吊两种 ， 可保证造影从多个方向切入；能做到全方位选择和观察投射角度 ， 以减少死角 ， 儘量不妨碍手术医生的操作 。判断机架的性能主要看L臂的旋转和纵向运动 ， C臂的向左前斜、向右前斜旋转的角度和向头、向脚轴向运动的範围 ， 运动的速度和稳定性 ， 影像增强器的上下运动 ， 要求设备能自动显示臂的位置、角度等数据 。检查床的纵向、横向运动範围要大 ， 并可以左右旋转 。现代血管造影机多用双、单C臂三轴（三个马达驱动旋转轴 ， 保证C臂围绕病人作同中心运动、操作灵活、定位準确）或L+C臂三轴系统 。双C臂产品减少了注药及X线曝光次数 ， 增大了运动角度 。检查床运动双向180° ， 使活动空间增大 ， 便于病人的摆位及抢救 。三轴系统则是旋转造影、计算机辅助血管最佳角度定位的基础 。现代血管造影机还配有自动安全保护装置 ， 计算机能根据机架、床的位置自动预警和控制C臂、I.I运动速度 ， 利用感测器感受周围物体的距离 ， 自动实现减速或停止（例如离物体250px时减速 ， 离物体25px时停止） 。2.体位记忆技术专为手术医生设计了投照体位记忆装置 ， 能储存多达100个体位 ， 各种体位可事先预设 ， 也可在造影中随时存储 ， 使造影程式化 ， 加快造影速度 。3.自动跟蹤回放技术当C形臂转到需要的角度进行透视观察时 ， 系统能自动搜寻并重放该角度已有的造影像 ， 供医生诊断或介入治疗时参考；也可根据影像自动将C臂转到该位置重新进行透视造影 。这种技术特别有利于心、脑血管的造影 ， 尤其是冠状动脉介入治疗手术 。（三）影像数据採集和存储系统该系统的一般结构在图5-24已示出 。由于DSA要求25帧/秒以上的实时减影 ， 这样高的处理速度必须通过专用硬体来实现 。有的厂家在通用微机上增加一块影像板来实现视频信号的A/D转换和实时减影等处理功能 ， 该板由A/D转换器、输入查找表、高速运算器 ， 帧存储器、输出查找表、D/A转换器等组成 。根据採集矩阵的大小决定採样时钟的速率 ， 对512×512矩阵 ， 採样频率需大于10MHz；对768×572矩阵和1024×1024矩阵 ， 需要的採样频率分别为15MHz和20MHz 。按照对数字影像灰度级的要求选择A/D转换器的量化等级 ， 即位（bit）数 ， 一般为8bit或10bit 。帧存储器的容量一般要能保存16帧数字影像 ， 当每像素为8bit（即1位元组 ， byte）数据时 ， 帧存容量是4MB或16MB 。对心脏和冠状动脉等动态器官部位的造影 ， 需以25帧/秒的速率实时连续採集5s或10s影像 ， 要求採用更大容量的影像存储器（海量存储器） ， 有的设备已採用64MB的高速海量帧存 ， 可以保存512×512×8bit的影像250帧 。如果实时帧存的容量小 ， 对心脏和冠脉就只能採用电影方式造影 。一次采像一般不超过10s ， 而在两次采像的间隔时间内可把帧存的影像转存到光碟或硬碟上 ， 所以帧存容量超过64MB ， 就可以代替电影胶片 。大容量实时影像存储器一般採用动态存储器 ， 由于最高实时存取速度要达到每秒50帧512×512×8bit的影像 ， 所以必须通过视频汇流排传输 ， 同时也要有计算机汇流排接口 ， 以便进行读写控制和实现帧存与硬碟之间影像转存 。四）计算机系统在DSA系统中 ， 计算机主要用于系统控制和影像后处理 。1.系统控制控制流程如图5-30所示 ， 以计算机为主体控制整个设备 。根据控制流程需要连线的信号如下：