医学影像成像理论第四章 第四节 数字减影血管造影

1、第四节 数字减影血管造影Digital Subtraction Angiography，DSA12DSA由美国的威斯康星大学的Mistretta组和亚利桑纳大学的Nadelman组首先研制成功。1980年11月在芝加哥召开的北美放射学会上公布于世 ，是数字成像的重要组成部分。1984年我国引入DSA设备，现已广泛应用于临床。DSA技术是影像增强技术、电视技术和计算机技术相结合的产物。34X射线数字血管减影(DSA, digital subtraction angiography)是通过造影剂显示血管的一种方法。它是一种介入式血管疾病诊断与治疗工具。基本原理是利用注入血管的造影剂来表现血管特性，

2、并根据造影产生的差异来对血管进行分析。目前比较普遍的应用集中在脑部和心脏冠状动脉，特别是在心脏部位。5一、DSA原理与方法678（一）DSA系统和功能91、影像增强摄像机功能：摄像机的入射亮度（B）与变化电流（I）间关系：是亮度响应系数。10112、对数放大模数变换作用：对数放大器的目的：形成线性灰阶即用对数放大特性来压缩影像中亮的部分的对比（ /3），扩展影像中暗的部分的对比（ 2 ）。 1213对数放大与线性放大：在DSA中，系统以线性和均匀性的形式来描述对比信号。线性是指被检者体内碘浓度的变化，DSA信号也成比例改变，碘浓度的信号可引起DSA图像中差值信号的倍增。均匀性指含对比剂的血管的

3、显影程序是同样的，不受体内非碘结构重叠的影响。143、存储器未注入对比剂的数字图像矩阵存于存储器1内作为掩模，注入对比剂后的数字图像矩阵存于存储器2中。经运算逻辑电路使两图像对应部分进行数字相减，得出减影图像矩阵，存于显示存储器中。4、图像处理机用来实时处理图像系列和摄像曝光控制 。对图像系列进行处理时，全部原始数据数字化后存储于磁盘中。15（二）DSA物理基础单能窄束X线通过两均匀介质时，射出X线强度IT和入射X线强度I0之间服从指数衰减规律。16式中，B、T分别为骨和软组织的线性吸收系数，dB、dT分别为骨和软组织的厚度17对数放大器作用：形成线性灰阶血管中注入碘对比剂后:式中，I、 dI

4、 分别是碘对比剂的线性吸收系数和厚度。注入对比剂前后透过的X线强度差：18（三）DSA基本方法三种基本方法：时间减影、能量减影、混合减影1、时间减影1920(b) 不同时间拍摄的图像(c) 不同时间获得的对应帧的减影图特点： 在引入对比剂第2秒后浓度逐渐增大，到第6秒时最大。特点：以每秒2帧的帧频拍摄的25帧图像。特点：以第2秒前拍摄蒙片，各对应帧与蒙片相减获得减影图，第6秒减影像对比度最大。（a）对比剂在血管内的浓度随时间变化曲线图可见：减影图像是在不同的显影时期获得，故称为时间减影。易受被检者移动或动脉搏动等慢运动影响。会产生配准困难。是目前主要应用的方法。21时间减影方式：序列方式、电影

5、方式、路径图方式。（1）序列方式：事先设定对比剂注射时间，设定各阶段采集速率、序列总长度。序列开始后自动在对比剂注射前采集掩模，开始注射对比剂，按计划对对比剂充盈过程进行动态像采集。用掩模与序列对比剂充盈像逐一进行减影处理，实时显示血管充盈对比剂减影像。主要适用脑血管、颈动脉、腹部、四肢等活动少的部位的检查。2324摄取时机有手动和自动方式。（2）电影方式现已可进行2550帧/s、512512矩阵的图像采集，使活动脏器的检查达到实用阶段。这一采集速度达到了电影摄影速度，代替了昂贵、复杂的X线电影检查，称之为电影方式。该方法主要适用于心脏、冠脉、大血管等活动脏器的检查。252630帧/秒自动控制

6、（3）路径图方式目的：在选择性、超选择性血管造影插管过程中，显示导管前方的血管分布，以便迅速准确地将导管插入检查部分。方法：少量注射对比剂，连续采集整个充盈过程，对各帧图像导管前方血管充盈过程每点的密度都进行比较，保存每点的最大值，即得到导管前方完整、清晰的血管分布图。2728透视下插管普通透视 Mask1血管像减 影推注对比剂血管像引 导腹腔动脉DSA插管头置腹腔动脉入口292、能量减影（双能减影、K缘减影）30图6-6能量减影原理图70KV130KV碘信号相差80%骨信号相差40%软组织相差约25%气体几乎不差别 有效消除气体影经加权后再减影消除软组织/骨组织留下明显的骨/软组织及碘信号3

7、3KeV减 影31两种曝光条件下，透射X射线强度I与入射X射线强度I0关系：32使用这种方法，两种能量的影像相减只能消除一种组织的影像。优点：进行处理的两幅图像是连续采集的，病人有少许活动不会影响减影图像的效果。33在摄影时应尽量减小散射，或设法补偿掉，以保证在减影像中某种组织的影像能很好的抵消。原理上讲，能量减影是一种很好的数字减影方法，但实际应用中，能量减影技术要求X线管的管电压能在两种能量之间高速切换，因而增加了设备的复杂性。所以减影只能在专用X线机上进行。353混合减影 造影剂注入前后：先作能量减影，获得消除软组织的骨组织图像。造影剂注入后：再作时间减影，获得单纯血管图像。由于软组织像

8、是用能量减影法消除的，因此软组织的运动将不会产生影响。因减影次数多，信号衰减多，噪声有所增加，设备要求复杂，很少用。36混合减影方法综合了时间减影和能量减影两种方法的优点，但比较费力，且X线剂量要高很多，目前尚未应用于临床 。DSA与胶片减影相比优点： 图像叠加精确，对比度大； 实时处理； 在屏幕上直接显示出减影图像 数字储存有可能对图像伪差进行快速的校正37主要困难： 当不进行选择性注射时，图像中会出现血管重叠 由于被检查者的移动、吞咽、肠蠕动和动脉搏动等慢运动，使mask和充盈图像发生位移，以致不能充分消掉与血管重叠的那些结构，而产生图像伪差。 38二、DSA工作方式根据Mask和充盈对比

9、剂图像获取方式不同，分为：连续工作方式和断续工作方式。1连续工作方式DSA系统处于连续工作方式时，摄像机连续的摄制一系列图像供处理。X线可以是连续，也可以是脉冲。对比剂可以从静脉注射，也可以从动脉注射。3940优点：图像频率高，可以显示快速运动的物体。缺点：每帧图像的照射剂量低，降低对比度分辨力。连续/脉冲2断续工作方式 摄像机断续摄取图像，图像频率几帧/s。积分掩模法：利用数帧图像相加构成mask和充盈图像，之后再两两相减，提高SNR。优点：获得对比度高的图像适用于缓慢运动的血管部位主要研究脑部。4142固定频率脉冲心电图触发脉冲方式:用于心脏大血管43脉冲曝光与心脏大血管搏动同步，保证图像

10、与节律同相，避免图像运动模糊。三、DSA图像处理获得一个DSA影像系列后，需用其他方法处理以达到尽可能好的图像质量。常用处理方法：（一）窗口技术（窗宽、窗位调节）（二）空间（频率）滤过（三）校正配准不良44（二）空间（频率）滤过空间（频率）滤过是选择性增强或减弱某些空间频率成份的图像处理技术。45低通电路带通电路高通电路低通滤过高通滤过带通滤过平滑图像边缘增强图像低噪图像（三）校正配准不良配准不良：曝光期间病人移动，mask像与造影像不能精确对位。 更换掩模法：重新选择Mask像来校正。此法最常用。图像位移法：采用计算机内推法程序，将mask片的局部或全部像素向不同方向移动一定距离，使之与对应

11、的像素正好配准。时间滤过法：估测患者运动时间，确定间隔时间，寻找清晰的图像。461. 更换掩模法（remasking）又叫两蒙片法47通过试凑法决定较理想的减影对，减影像以及未减影的影像均可作为新mask。使用减影像作为新mask，mask更换可以在视频磁盘存储系统中完成。482. 图像位移法49缺点：被检者的运动是三维的，并且仅在部分地方发生，所有用上述方法达到没有伪像是很困难的。3. 时间滤过法显影影像随时间变化，具有时间依赖性。减影目的是把有时间依赖性特征的血管影像从整个解剖结构的影像中滤过出来，故称为时间滤过。积分再掩模、匹配滤过和递归滤过等，减影采用两帧以上的影像，降低噪声，获得质量好的减影图像。50四、DSA技术新进展1、平板探测器技术2、旋转采集技术利用C臂两次旋转，第一次采集一系列蒙片，第二次旋转时注射对比剂，相同角度采集的两幅图像进行减影，获取序列减影图像。优点：多角度观察，能从最佳的位置观察血管的正常解剖和异常变化513、实时平滑蒙片（real time smoothed mask，RSM）技术（RSM-DSA)时间减影一种方法利用间隔很短的两次曝光，第一次曝光时增强器适当散焦，获得