第一章　介入诊疗基础

20世纪80年代由于电视技术、数字电子技术、计算机技术、图像处理技术的发展诞生了数字减影血管造影术。1978年Wisconsin大学Kruger领导的研究小组最先设计了数字视频影像处理器，从而奠定了数字减影血管造影术的基础。该项技术的出现极大地促进了介入放射学（interventional radiology）的发展。介入诊疗技术与DSA设备的相互促进协同发展，使得设备性能不断改进、功能不断增加，逐步实现了数字化、系统化、自动化和网络化。数字化血管造影系统已经完全取代了影像增强器DSA成为介入放射设备发展的主流。数字化血管造影系统提供了更好的图像质量、更多的临床应用技术、更强大的图像后处理功能，图像传输更完善，在介入微创诊疗临床应用具备明显优势，为血管造影和介入治疗的发展提供了一个更加广阔的平台。

考虑到介入治疗视野，心脏专用数字化血管造影设备一般搭载20cm×20cm小平板，相对于通用型的设备功能比较单一，心脏采集器官程序也相对简单，不包括减影图像功能，除了心脏射频消融治疗心律失常需要使用高级应用软件外，基本没有配置图像后处理工作站。可实现冠状动脉测量分析、左心室造影测量分析、冠脉支架精准显示等临床应用功能。

①落地式数字化血管造影系统，如Artis Q Zen Floor、Innova 3100 IQ、Innova IGS 530；②悬吊式数字化血管造影系统，如Artis Q Zen Ceiling、UNIQ FD10；③双C臂数字化血管造影系统，如Artis Zee Ⅲ Biplane、UNIQ FD10/10。（图1-1-1）

设备可用于心脏、神经、外周介入诊疗，可以用于完成各类介入手术，配置手术室面积较大，落地式和悬吊式均配备30cm×40cm长方形大平板，双C臂设备可根据医院需求配置两大平板或者一大一小两个平板；这两种方式均可实现多视野图像观察；主机可实现旋转采集、路径图、血管测量、步进技术等功能；一般均配置图像后处理工作站以实现三维重建、图像融合、类CT图像重建、功能成像等高级应用功能。

①落地式数字化血管造影系统，如Artis Q Floor、Innova 3100 IQ，Discovery IGS 730/740；②悬吊式数字化血管造影系统，如Artis Q Ceiling、UNIQ FD20 Allura Xper FD20；③双C臂数字化血管造影系统，如UNIQ FD10/10、Artis Q Zen Biplane、UNIQ FD20/20双向、Innova IGS 620/630；④机器人式数字血管造影系统，如Artis Q Zeego Artis Pheno（图1-1-2、图1-1-3）。

复合手术室（hybrid operation room）是将数字化血管造影成像系统等先进影像设备融合在手术室中，既不影响手术室的固有功能，又能通过其提供的高清影像，进行一站式术前诊断、术中（介入）治疗、术后评估的洁净手术室。其特点为：①实时影像引导，介入技术与内科、外科技术联合；②同一处所，同一时段，同一患者实施的复合手术，无需“换乘”，减少并发症，减少手术时间；③“单兵”到“多兵种”联合：外科手术+介入治疗+术后评估，用于不同学科：如心脏学科、血管外科、神经外科和骨科介入手术等；④设备配置齐全，功能强大，实施精细化手术。

复合手术室的主要配备为数字化血管造影成像系统及其辅助设备，手术检查操作床既要兼顾造影检查和介入治疗又要满足传统手术操作需要，所以必须与血管造影成像系统进行匹配。不同复合手术室需要选择不同的血管造影成像系统，落地型设备比较适合复合手术室应用，其特点为：停泊位较多，对手术位置影响较小；占地面积比较小，不影响其他辅助设备，例如Artis Q Zeego、Artis Zeego、Artis Pheno、Artis Zee Floor；Discovery IGS 730/740；Allura Xper FD20等。双C臂双板的复合手术室配置主要为骨科和神经外科手术室配备，例如Artis Zee Biplane、Allura Xper FD20/20双向等（图1-1-4）。

复合手术室不断拓展应用领域，逐渐融入CT、MR等检查设备是复合手术室发展的方向，例如：Nexaris Therapy Suites综合复合手术室解决方案，可将血管造影系统、MR系统、CT系统等多成像设备组合建立复合手术室（图1-1-5）。

随着介入技术和微创治疗不断地发展和广泛应用于临床，数字化血管造影设备也必然向以下几个方面发展：①低剂量技术应用，不断减少介入医护人员和患者接受的辐射剂量；②力求在能达到诊断和治疗要求最低剂量的前提下，不断提升图像质量，提供多视野、多种参考及高分辨率图像；③提供更多高级应用来提高诊疗效率，多种影像融合使用，优化流程提高医疗安全；④二维图像向三维图像甚至四维图像发展，图像间相互叠加效应提高实时引导效率；⑤设备操作简便快捷，床旁操作与控制室操作相结合；⑥适应多种手术联合的复合手术室应用。

随着介入诊疗设备的不断更新和完善，介入诊疗技术出现了日新月异的变化。新的技术更加适应临床的需求，解决了许多临床亟待解决的问题，为临床医师和技师提供便捷的操作、高质量的图像、低剂量的辐射、快速解决问题的方案。数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）是20世纪80年代兴起的一项新的医学影像技术，其特点是通过时间减影、能量减影、混合减影技术将血管造影采集的X线影像经数字平板转换产生数字减影血管造影图像。通过影像数据采集和存储系统、计算机系统新技术（路图技术、数字电影减影、旋转血管造影、步进式血管造影、遥控造影跟踪技术、自动角度定位系统、峰值保持采样技术、双平面血管造影技术），产生高质量的临床所需的二维和三维血管影像，为介入治疗引导、制订方案、精准治疗提供了很好的依据。

3D-DSA是近年来发展的血管造影检查技术，对血管疾病的检出阳性率高，血管狭窄评估清晰度好，是诊断血管疾病的“金标准”，它继承了2D-DSA对血管疾病的高精度、高阳性病变检出率、优秀的血管狭窄疾病评估能力等优势；并且具有一次手术，双重检查（2D/3D）的优势；也继承了DSA的固有缺陷如：对血管的医源性损伤、放射暴露、造影剂过敏反应风险、术后并发症风险及费用昂贵等。

经静脉注射造影剂行DSA检查。

经动脉插管，将导管放置在靶动脉内注射造影剂显示靶血管。

根据导管先端所在靶血管的血流速度确定，一般小于或等于血流速度。流率过低，造影剂将被血液较多稀释；流率过高，血管承受压力过大，血管有破裂的危险。造影剂的流率与导管长度成反比；与导管半径的4次方成正比。

为获得优质DSA图像，应根据不同的造影方法选择不同的浓度和剂量，静脉法DSA大于动脉法DSA注射剂量。

注射压力与注射速度、造影剂浓度、造影剂温度、导管大小等相关因素密切相关：速度↑→压力↑、浓度↑→压力↑、温度↑→压力↓、导管越细↓、长度↑→压力↑。摄影延迟、注射延迟。常见血管造影技术基本参数如表1-1-1所示。

随着介入放射治疗和诊断不断发展和进步，其临床应用范围不断拓展，要求介入放射配套的介入诊疗设备不断发展和创新，适应和推进介入放射学快速发展。2004年西门子血管造影系统在北美放射学会年会上第一次推出血管机类CT技术，此后各种相关临床应用技术不断开发并应用于日常介入放射诊疗工作中。现今，血管造影系统通过设备和后处理工作站搭载各种高级应用软件和技术，成为医生进行介入放射诊疗的强大助手。

三维重建技术是将旋转血管造影采集的二维图像传输到计算机工作站，通过多种处理软件进行血管结构三维重建的一种新的血管造影技术，是球管旋转技术、数字减影血管造影技术和三维重建技术三者的结合。三维重建技术包括：

MIP可360°全方位旋转，血管影像清晰，原始信息丢失较少，主要用于血管直径和动脉瘤直径测量，可以较精确地显示血管之间的解剖关系，不会使微弹簧圈产生伪影，MIP还可以显示动脉瘤微弹簧圈栓塞后形成的钢圈与血液的界面。

在MIP重建的基础上，设置适当的图像阈值而形成的立体感较强的图像，主要用于整体血管三维重建。

它是血管壁在一定程度上透明化，使血管表面与深部结构同时立体地显示，血管图像清晰、逼真，可以发现血管内壁上的硬化斑块及透视出血管壁上动脉瘤或其分支开口。

可以观察血管腔内情况，显示动脉瘤瘤颈在载瘤动脉的开口，有无动脉瘤瘤腔内起源的正常动脉及某些动静脉瘘的瘘口。

选择旋转采集模式，连接高压注射器并根据感兴趣部位选择相应的压力、流量、延迟时间和联动；对患者旋转采集部位进行正向和侧向定位；将C臂围绕检查部位纵轴进行3次旋转，第一次旋转一般为测试旋转，主要目的为测试设备和检查设备运转有无阻碍，后两次旋转分别获得蒙片数据和造影数据，将旋转采集的数据传输到后处理工作站，通过应用软件进行三维重建和图像后处理操作。

临床应用范围广泛，在介入治疗中帮助医生寻找和确定最佳的工作角度和分辨感兴趣部位与周边组织的关系；通过图像后处理不同模式的选择，可以提供多个轴位的血管解剖三维图像，从空间任意立体角度观察。在外周血管栓塞治疗假性动脉瘤、主动脉瘤、脑动脉瘤瘤颈及瘤体与载瘤动脉毗邻关系的显示上有明显的优越性。其他应用包括用于血管类疾病的诊断，超选择血管插管技术的导丝导管方位判定等。（图1-1-6）

1）选择适合的旋转采集模式，开始前应对患者进行呼吸控制训练和口令确认。

2）正侧位置定好后患者不能移动体位，如果移动需要重新定位，退出模式重新操作一遍。

3）MIP重建基础上为了获得立体感较强的图像，需要设置适合的阈值，设置不正确会导致一些细小血管消失或模糊，或者重建不正确比邻组织。

4）行旋转采集时一定注意周围设备或者物品移出C臂旋转范围，保证设备安全和患者安全。

通过对常规血管造影原始图像再处理，得到每个像素点的时间-密度曲线（time-density curves，TDC）计算获得两个参数：①单点像素最大强化值；②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造影剂最大强化值和达峰时间，利用色度、饱和度、亮度色彩模型对上述参数进行彩色编码，通过编码造影剂的达峰时间决定像素点的颜色，造影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亮度值转换成红、绿、蓝等各种颜色，从而在单幅图像中显示造影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。

正常进行的血管造影采集技术应用，即可在获得的黑白造影图像上通过后处理软件直接获得彩色编码血流显示，对于感兴趣区域进行达峰曲线分析。

观察肿瘤新生血管情况，评价肿瘤治疗的预后、发展、转移有重要参考意义；便于观察流入/流出血流参数变化，判定是否存在血流异常如反流、盗血等，利于诊断治疗；动脉成形术治疗前后在选定区域对比血流情况评价疗效（图1-1-7）。

采集参数与造影剂注射方案及X线采集方案密切相关，容易受到造影剂浓度、剂量及高压注射枪压力的影响；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。

介入医生能够在介入导管室里直接看到CT样断层图像，将血管介入成像和器官组织三维及CT样断层成像有效结合，从而提高诊断准确率，增加医生的诊疗信心；同时减少患者在不同检查室间的搬运，既节约诊治时间又保证了医疗安全。这项在介入过程中同时观察软组织的技术从问世伊始就在放射介入领域引起了广泛的关注。最初的临床应用主要集中在神经介入方面，比如用于观察脑血管出血、肿瘤和脑室结构等。自2004年第一次推出类CT技术至今，通过不断创新和临床研究，类CT技术临床应用逐步扩展到对支架、有或无造影剂的微细血管的观察以及脑组织和腹部脏器的断层成像等，从完成单一部位拓展到全身类CT技术；并且成为目前多种高级介入放射临床应用技术的基础技术平台。结合数字化血管造影系统和高端图像后处理工作站，临床应用不断拓展，为介入诊疗提供强大技术支持和信心保障。

类CT技术是继普通CT之后的一种新技术，在X线利用率及重建影像的空间分辨力、各向同性方面有极大的优越性。利用C臂旋转运动结合数字平板技术通过计算机重建技术形成CT影像。三维旋转采集模式，得到骨骼和软组织CT图像；通过三维血管采集模式，在获得三维血管影像的同时获得骨骼和软组织CT图像；原始数据传输到图像后处理工作站利用多平面重组、容积再现、最大密度投影和遮蔽表面等技术得到不同影像。

图像重组的目的就是通过一系列二维投影图像获得三维数据，重组算法分为精确重组算法、滤波反投影重组算法和迭代重组算法。滤波反投影重组算法中X射线球管焦点平面圆轨迹非常容易获得三维数据，可以方便对感兴趣区域进行重建，应用前景广泛。

选择三维采集模式，连接高压注射器并根据感兴趣部位选择相应的压力、流量、延迟时间和联动；对患者旋转采集部位进行正向和侧向定位，也可根据感兴趣区域进行偏中心定位；其余操作同三维旋转采集，采集的数据传输到后处理工作站，通过应用软件进行CT图像重建和图像后处理操作。

血管内治疗支架植入术评价支架释放后贴壁情况和支架网眼张开情况；大血管支架显示有无内漏；血管边缘锐化、血管内钙化狭窄测量、血管畸形及时诊断；肿瘤治疗：清晰呈现肿瘤解剖学关系和血供，肿瘤化疗栓塞（transarterial chemoembo lization，TACE）及时效果评价（图1-1-8），肿瘤射频消融治疗（radiofrequency ablation，RFA）评价及穿刺引导；非血管治疗：椎体成形术，穿刺活检，穿刺引流等。

双容积成像技术是利用三维血管造影时，机架旋转釆集蒙片所获得的数据与注射造影剂时旋转所获得的数据，经图像后处理工作站进行融合重建，获得3D-DSA血管与造影同一部位骨结构相互重叠的解剖图像。在后处理工作站也可以进行动态处理：让血管影像固定不动、而在静态双容积影像的冠状位、矢状位与轴位上将骨结构从前到后、再从后到前，从左到右、再从右到左，从上到下、再从下到上，逐层剥去骨骼遮盖，暴露出血管病变的全貌、并同时录像获得动态双容积影像，这样就可从多角度全方位看清血管病变与骨结构的解剖关系，这样获得的动态影像称为动态双容积影像。

传输数据到三维后处理工作站中，3D-DSA原始数据为以血管机类CT为重建算法的横断面数据，在三维采集任务卡中装载类CT数据，然后在患者浏览页面中选择装载数据可在图像栏内同时显示两个不同数据。然后可行数据融合：选择图像融合界面，界面分别显示两个容积数据的断面影像，进行两个容积数据的空间配准，配准完成后进行图像融合运算以完成两个数据的图像融合。调节不同的容积、窗宽和窗位，获得不同密度显示的两种容积显示，根据需要进行观察和分析。

主要优势在于融合了两种采集方式图像在同一视野下观察，能帮助医生更准确地了解感兴趣部位与周边组织关系，帮助制订手术计划、评价疗效和确定治疗终点；了解支架、弹簧圈等植入物与血管及其周边组织情况。目前双容积重建技术大多应用于神经介入诊疗方面，在肿瘤介入治疗和大血管成形术中亦可以应用（图1-1-9）。

主要技术难点在于图像采集后两种图像数据的匹配技术，需要尽量保证采集时患者体位的一致性。

基于持续稳定造影剂注射，在运用类CT技术采集3D横面断层图像后，显示完整的对比增强血液容量分布，可在一次图像采集序列中获得血管结构和功能图像。在CT灌注功能成像里，非离子造影剂基本符合非弥散型示踪剂的要求，核医学灌注成像原理、放射性示踪剂稀释原理和中心容积定律［BF（血流容量）=BV（造影剂平均通过时间）/MTT（造影剂峰值）］也可应用于血管造影系统类CT技术应用。

同类CT采集技术，采集后的数据传输至后处理工作站，加载相应的功能成像应用软件进行功能成像处理，可获得灌注成像图像。

在血管内治疗中可帮助监测器官的功能状态。可以监测肿瘤栓塞治疗瘤体血流灌注情况，评价栓塞治疗的效果，发现异常灌注组织和发现血供来源，指导治疗方案制订和观察实时血流灌注减少程度，在术中可以快速进行类CT图像采集，方便快捷；在进行溶栓治疗或者支架成形术后时可以随时监测血液灌注恢复情况，快速评价疗效（图1-1-10）。

基于类CT技术的图像采集，造影剂的稳定注射和采集时相的掌握是难点，目前通用的方法为静脉高压注射稀释后的造影剂静脉注射和采用动脉导管高压注射器直接动脉灌注造影剂，两种方法均可，但必须注意摸索和发现造影剂灌注的时机（图1-1-11）。

影像融合技术是应用图像后处理影像融合软件在三维后处理工作站平台上运行，该技术是针对双血管及其他需要融合的图像而发展的应用程序，专门用于影像设备图像的融合处理。对来自计算机断层成像（CT）、磁共振（MR）、正电子发射断层（PET）或单光子发射计算机断层（SPECT）和数字平板血管造影（XA）等成像设备的容积数据影像进行矢量配准融合显示。通过整合CT、MR、PET等影像设备的成像优势优化手术流程、降低复杂手术难度、提高手术效率，从而实现介入手术从二维影像进入三维影像智能引导的跨越。

血管三维采集图像后，将数据传输到工作站，通过图像后处理工作站导入同一患者的其他影像检查图像，通过融合软件进行图像融合和位置配准，将配准好的图像传输到介入治疗设备参考屏上作为医生的参考。

影像融合技术的应用随着影像数据传输和融合算法的不断进步，越来越被介入诊疗重视。在胸腹部肿瘤介入诊疗中，融合技术可以帮助医生更加精确定位病灶，优化手术流程，提供多影像维度下的参考影像，提高手术安全性（图1-1-12）。

图像传输协议的开放和图像导入的配准是技术难点，如果之前的图像体位与实时的采集图像体位变化很大会直接影响图像配准的精度，发生位置偏离则融合失败（图1-1-13）。

CT引导下经皮穿刺引导技术被公认为疾病诊断和鉴别诊断的重要方法之一。随着DSA设备功能与技术的不断完善，通过实时导向，结合路径引导和类CT三维重建技术使经皮穿刺技术的临床应用更加简便。

利用类CT技术实施三维重建，在三维重建基础上实现穿刺路径的规划和测量，并进行参考路径的设置，保证穿刺方向正确，通过锁定C臂和检查床固定穿刺位置与规划路径时位置一致，实时穿刺引导。

进行类CT三维图像采集，数据传输到后处理工作站，在三个不同断面上确定穿刺点与目标点最近距离的两点，自动连线，路径引导程序将自动测量穿刺路径的长度及穿刺角度，最后调整C臂，使C参考屏幕上的体表穿刺点和病灶中心点重合，锁定C臂和检查床，打开激光准直灯，穿刺目标点，设备设定参考位置监测进针方向。

骨科穿刺技术包括椎间盘溶解术、椎体成形术、腰椎穿刺术等引导；肝脏组织活检、胆道穿刺引流术、肝癌射频消融治疗术引导；肺组织经皮介入治疗术；肺部组织活检等（图1-1-14）。

两个参考位置之间的角度需大于30°，锁定穿刺路径后，患者位置需保持不变，进针时保持准直灯十字线始终位于穿刺针尾部中心点。