文摘
背景和目的:动静脉畸形的风险高寿命出血;然而,治疗有明显的发病率和死亡率的风险,包括永久性神经系统后遗症。WSS和其他症状avm患者血流动力学参数的改变,和分析患者的血液动力学可能值为不同的高危人群。在这项研究中,我们调查了血流动力学稳定的患者症状的数据和那些出现急性症状识别趋势可以帮助在危险分层。
材料与方法:使用径向读出相差MRA (PC-VIPR)是一种快速、高分辨率技术,可以获得全脑velocity-encoded血管造影扫描时间约5分钟。10例avm患者使用PC-VIPR扫描;速度、面积、流量和WSS在avm血管喂养和正常侧血管计算使用速度相差的数据采集。
结果:患者无症状表现或轻微的症状(n= 4)没有显著差异在喂养WSS船只与正常侧血管相比,而患者呈现出血,严重的头痛、癫痫、或局灶性神经赤字(n= 6)进食WSS船只要明显高于对侧血管。
结论:在这项研究中,我们证明了估计WSS和其他血流动力学参数可以获得无创avm患者在临床上有用的成像。WSS喂食器和正常的血管之间的变化似乎与病人的临床表现。进一步分析可能会改善血流动力学变化的表征和分期AVM患者,当结合现有的风险因素。
缩写:
- 计算流体动力学
- 计算流体动力学
- 我
- 颅内出血
- PC-MRA
- 相差多分辨
- PC-VIPR
- 相差很大undersampled投影重建
- VEGF
- 血管内皮生长因子
- WSS
- 壁剪切应力
未经处理的avm临床难题,因为他们携带一个重要年度颅内出血的风险,与相关的发病率和死亡率,但目前的治疗方案也有相当的风险。预后信息个人avm的破裂的风险可能会允许患者将受益于明确的治疗从那些可以管理差异化的保守。在这个报告中,我们描述一个非侵入性技术描述WSS和其他动静脉畸形患者的血流动力学参数,并将这些数据与病人的临床表现。
avm出血的重要风险,出血的风险-33% 1%和40% - -70%生命的风险。1⇓- - - - - -3出血有很高的发病率和死亡率,1年内死亡的5% - -25%的机会和25% - -40%永久性神经功能障碍的风险。3⇓- - - - - -5有症状的患者拒绝治疗的24年纵向研究了4%每年出血的机会。作者发现,40%的患者在研究期间出血,23%的患者死于我的后遗症。6目前,出血和治疗的风险评估基于动静脉的解剖特征和病人的表示和临床过程。报告从多个调查人员一直关注4颅内出血的主要风险因素:脑深部位置,深静脉引流,最初的表现出血,和相关的动脉瘤,1报告发现所有患者4风险因素有高达每年33%的出血风险。1⇓- - - - - -3
血流动力学参数,如压力和WSS众所周知导致血管重塑和也许有价值在评估出血的风险。WSS可以测量乘以血速度的导数的血管壁的血液粘度,并显示在avm被改变,由于流生理紊乱和内皮细胞的变化。几项研究已经报道,高WSS和周向应变在AVM喂食器诱导内皮的改变,导致细胞内的表达等因素矩阵metalloprotease 9日platelet-drived生长因子,酪氨酸激酶immunoglobin-like和内皮生长因子等领域,和VEGF促进血管重塑。7⇓⇓⇓⇓⇓- - - - - -13在小鼠模型的遗传性出血性毛细血管扩张的激活素受体激酶缺陷,研究人员发现,增加WSS诱导VEGF合成增加,导致放大和老鼠大脑血管扩张,血管形态类似于人类avm。12,13
WSS可以从从PC-MRA速度测量,估计多普勒超声和CFD。PC-MRA和自动样条插值可以用来估计WSS,但是之前调查的局限性WSS使用MRA是缺乏足够的空间分辨率和覆盖必要想象的边界区和感兴趣的船只在临床上有用的扫描时间。14当大视场成像avm,包括了整个大脑需要可视化动脉和静脉的组件。整个大脑覆盖率还允许流条件的比较AVM-feeding动脉侧与正常血管。我们实现了一个高度加速3 d径向相差MRA技术,称为PC-VIPR,能够获得高分辨率的电脑造整个大脑的速度信息。15⇓- - - - - -17在这项研究中,我们使用从PC-VIPR速度数据来估计WSS和其他2组患者的血流动力学参数和相关血流动力学资料的临床表现。
材料和方法
病人的选择
成像研究进行符合健康保险携带和责任法案法规和使用当地的机构审查委员会批准的协议。十avm患者使用PC-VIPR成像。患者被分为2组。组1 (n= 4;2男2女;33-56岁平均年龄42岁)包括与发现AVM患者无症状的一个偶然的发现,或患者头痛发作的临床稳定和医学管理。所有4患者Spetzler-Martin三年级avm,平均3.25厘米的大小。组2 (n= 6;1人,5妇女;20-47岁,平均年龄37.8岁)包括患者出血、局灶性神经赤字,或严重或不可控的头痛/癫痫,接受手术切除治疗,放射治疗,栓塞,或联合治疗后,扫描完成。Spetzler-Martin成绩6 avm的范围从1 - 4(平均2.83),平均尺寸是2.75厘米。总共42血管评估在组1中,58组2中进行评估。
先生协议
患者扫描使用临床3 t先生系统(HD 750;通用电气医疗集团,密尔沃基,威斯康星州)摘要头线圈(激发大脑高清线圈,通用电气医疗集团)。后立即临床成像、三维径向PC-VIPR扫描收购(TR / TE = 8.2/2.8,扫描参数α= 20,带宽= 83.3 KHz,扫描时间= 300秒,速度编码= 80厘米/秒,视野= 220×220×220毫米3分辨率= 0.67×0.67×0.67毫米3)。速度PC-VIPR考试的数据被用于血流动力学评价。16,17
后处理/剖面位置
感兴趣的船只使用商用半自动地从影像中提取体积分割软件(模仿;实现美国密歇根州普利茅斯)。分割后,速度PC-VIPR扫描的数据导入到一个商业软件产品,目的是测量流动参数(Ensight;计算工程国际,先端,北卡罗莱纳)。层被放置在Ensight船只的兴趣。avm分为前循环,后循环,或混合,基于血管的血液供应。前AVM,层厚被放置在主AVM的喂食器,以及每个MCA的M1段和每个终端ICA的远端部分。AVM美联储从底后动脉和PCAs,层厚被放置在主AVM的喂食器,以及midbasilar每个大脑后动脉的动脉和P1段。对于那些后avm喂食器来自异食癖,层厚也在椎动脉近端异食癖起飞。混合avm,层厚被放置在两个前部和后部血管。图1显示层的图像被放置在馈线和MCA / ICA的前循环AVM,和点被选择MCA相同的病人。
WSS
剖面位置后,2 d平面提取进行分析在一个定制的Matlab (MathWorks纳蒂克,马萨诸塞州)环境中,该列表速度,血管直径、WSS和流。14,18,19在这个处理链,容器边界从级手动分割图像和流量剖面插值使用b样。时均流和平均速度是直接从b样条拟合计算。计算平均WSS利用插值速度的导数在墙上,平均直径和心动周期。这种2 d技术被用来生成所有定量WSS和流量测量报告。定性WSS措施也是由自动3 d的容器边界利用阈值分割PC-MRA图像。在3 d,二阶多项式被用来适应速度墙上。整个大脑surface-rendered WSS地图确定二阶多项式的导数在墙上。这些3 d地图是用来评估全球WSS的差异和趋势。14图2一个,B矢状面显示先生和数字减左丘脑AVM血管造影检查,和图2C显示了一个定性WSS AVM的地图使用多项式生成分析,显示增加进食WSS船只和引流静脉动脉化皮瓣。
统计数据
一个2-samplet独立测试样本进行比较是WSS,速度,流,船侧血管动静脉血管直径喂养正常。一个P0。被认为是具有统计学意义的价值。
结果
第1组患者平均WSS 1.555 N / m2在侧动静脉血管喂WSS 1.494 N / m2在正常侧血管。一个2-samplet测试发现2值之间无显著差异,与P值。31。2组患者平均WSS 1.607 N / m2在侧动静脉血管喂WSS 1.146 N / m2在正常侧血管。一个2-samplet测试发现2值之间的显著差异,与P.003的价值。第1组患者明显增大平均血管直径(4.57毫米3.66毫米)相比,在AVM血管喂养与正常侧血管(P= .005),2组患者的一个更大的直径(4.34毫米和3.84毫米)相比,但是差异没有统计学意义(P=厚)。
两组1和2组患者的增加意味着时间平均速度与正常相比,侧喂船只侧血管(41.3和31.1在组1;41.7和29.6在2组),这两种情况下的数据具有统计上的显著差异(P=措施和P分别为= .009)。1组和2组患者增加了流侧喂船只与正常侧血管(6.23和3.82在组1;4.57和3.32在2组),不同的是,再一次,统计上显著的在这两种情况下(P= .005和P分别为= .026)。结果进行了总结表。
第1组病人提出的一个例子无花果3和4。图3总结了这个病人,右颞AVM美联储前循环和有稳定的临床症状的医学管理自1990年她诊断。图3显示从这个病人血流动力学数据,显示类似WSS但流,增加速度,血管口径。图4一个最大强度投影显示冠状复杂不同的图像获得使用PC-VIPR建立AVM的方向,和图4B显示了整个大脑的速度图像。注意增加直径的ICA / MCA右边(身体的同侧的AVM)而左边。图4C地图显示了WSS PC-VIPR整个大脑计算的速度数据,和图4D显示了一个详细的速度动脉环的地图。注意类似WSS MCA和ICA相比左侧右侧容器。
组2病人提出的一个例子无花果5和6。图5总结了这个病人,谁有权利frontoparietal AVM美联储前循环,及神经功能缺损有焦以及严重的头痛发作。图5显示从这个病人血流动力学数据,显示类似的血管口径,但增加WSS,流,和速度。图6一个显示了复杂的差异的最大强度投影图像获得使用PC-VIPR建立AVM的方向,和图6B显示了整个大脑的速度图像。注意类似的ICA /直径MCA的权利(身体的同侧的AVM)而左边。图6C显示了WSS整个大脑,地图图6D显示了一个详细的WSS动脉环的地图;注意增加了WSS MCA和ICA相比左侧右侧容器。
讨论
我们的飞行员avm患者临床研究了10。组1例(n= 4)要么没有症状(AVM)时意外发现的发现或温和,稳定症状适合医疗管理。组2例(n= 6)接受治疗后呈现与出血症状,神经赤字,或严重的头痛发作。两组增加了AVM血管喂养的血流与正常侧血管相比,和这种差异在统计学上意义重大。这是预期的,因为avm通常高速流环境,由于缺乏一个电阻毛细管系统。两组在喂养大直径血管与正常侧血管相比,但区别只是统计上显著的组1例。WSS我们没有发现统计学区别与正常侧相比,血管喂养avm血管组1,而第二组高于正常的进食WSS船只侧血管,和这种差异在统计学上意义重大。
两组的血流动力学差异可能有临床意义,因为组2例,出现严重症状,局部神经赤字,或我有更高水平的进食WSS船只侧与正常血管。他们还表现出不如第1组患者动脉扩张。进食高WSS船只在这些病人可能把它们在出血的风险更高,喂养的代偿扩张血管正常化剪切应力和周向应变可能尚未完成。我们相信,当结合现有的风险评价方法,改善血流动力学分析临床潜力的识别患者颅内出血的风险。
高寿命断裂的风险,及时的治疗被认为是标准治疗对于avm的年轻人,他们是否出现症状。Spetzler-Martin评分量表20.使用AVM大小、深静脉引流,相邻地区定义AVM年级和口才,这是广泛使用的标准评估手术风险。其他评估提出了近年来考虑其他因素如年龄、颅内,紧凑或扩散形态,脑深部的位置。21avm通常接受放射治疗,栓塞,或切除,或这些方法的组合。放射治疗使用高剂量的辐射治疗动静脉和并发症率12% - -34%,以20%的利率永久性并发症在几个系列。22,23栓塞有20%率为7.5% -11%永久性神经系统并发症的发病率24⇓- - - - - -26和通常需要多个治疗。手术并发症的有-41%的几率为18%,15%的患者经历禁用赤字和一些系列的发病率死亡率3.6%。27,28
而标准的照顾病人出血的迹象和重大风险因素是及时治疗,减少共识的最佳行动无症状患者的颅内动静脉。从苏格兰一个回顾性研究29日确定了更高的风险比保守的干预组与组与支持性护理管理。这些发现和其他人阿鲁巴试验等促使大规模的前瞻性试验。30.,31日鉴于评估不确定结果无症状病人没有重大风险因素,更好地理解的avm带出血的风险增加可能有助于识别患者将受益于明确的治疗和观察是一个可以接受的选择。
在使用多普勒超声研究,Rosseti斯文森主持发现动脉供料器avm WSS相似与正常侧动脉相比,尽管大直径和速度。32他们推测,血管口径的增加是二级WSS刺激血管扩张,增加而使WSS规范化。因此,WSS的病人在AVM喂食器类似,与正常侧血管相比,可能已经补偿高支线WSS,而病人喂食器之间的差异和对侧的船只可能尚未完成补偿变化,和他们的船只可能受到更高的应变。因此,分析血流动力学参数,比如WSS可能承诺在患者,通过定义区域与动静脉血流动力学条件。
几个技术目前用于颅内WSS的评估。虽然没有WSS测量参考标准,计算机模拟使用CFD被认为是目前最好的方法neurovasculature WSS的估计。33然而,利用CFD在动静脉畸形非常有问题,由于倾向avm招募动脉供料器从众多的动脉领土,静脉水系和几何及其复杂,这使得假设边界条件和输入/输出非常具有挑战性。颅内超声也可以用于WSS计算,但颅穹窿的声波特性允许有限的视野,和超声测量也很依赖运营商。
高加速PC-VIPR体内的优势直接测量的速度相差明显组件和更快的扫描时间,与其他4 d技术相比具有较高的空间分辨率。27,31日PC-VIPR也抓住了一个220毫米的视野,包括整个大脑和颈动脉和椎系统,可以评估动脉供应和动静脉的引流静脉。这是一个很大的优势与其他血管造影技术相比,尤其是成像动静脉畸形,可以非常大的大小。从PC-VIPR速度测量验证了参考标准,如超声与2 d PC-MRA。WSS计算和计算等衍生品的速度和简化了临床价值评估领域的复杂流动。34⇓⇓- - - - - -37使用血管内导管血流动力学测量值在动物模型中表现出很强的相关性与使用PC-VIPR值了。37⇓- - - - - -39WSS计算模型用于这个研究之前也被验证。27我们认为,尽管挑战固有的动静脉的血流动力学的评估,包括复杂的几何形状,大尺寸,高空间分辨率和必要性,PC-VIPR是一种有效的技术评估这些复杂的神经与血管的病变。
这份报告的一个重要限制是真的WSS体内测量是不可能的。WSS值在本研究报告只是估计。与CFD或超声相比,相差PC-VIPR等技术限制在评估速度边界区附近的血管壁由于较低的空间分辨率。然而,创建流模型的avm CFD是有问题的,因为复杂的血管形态和几何。经颅多普勒超声是不适合AVM流分析的有限数量的容器,可以可靠地通过颞声学成像窗口。因此,PC-VIPR代表了一个很好的选择评估解剖学和血液动力学的avm由于足够的空间分辨率,扫描速度快,速度信息的采集,和大的视野。本研究进一步的限制之一是,病人的血流动力学数据和临床情况在我们的研究代表了临床表现,在只有1时候流条件。长期研究这个病人组的血流动力学将是必要的,以确定血流动力学分析在风险分层的功效。然而,我们相信这份报告中给出的数据说明的承诺这个病人人口的血流动力学分析的评价。我们打算把血流动力学分析与现有风险分析技术来创建一个多变量模型,提供了一个改善风险分层。
结论
avm的临床挑战临床医生,因为他们的高寿命出血的风险和伴随的发病率和死亡率的风险从目前的治疗方案。患者为不同风险类别可能有助于优先治疗患者出血的风险最高。WSS AVM患者是改变一个参数。我们证明了血流动力学特性,比如WSS可以估计avm患者以非侵入性的方式,在临床上有用的使用加速相差MRA成像时间。血流动力学数据获得在这项研究似乎与2单独的组的患者的临床表现。WSS的估计可能改善的表征和分期avm通过展示血液动力学改变。
确认
我们要感谢迈克尔Markl的建议和支持,博士和Auerlein Stalder,博士提供的软件工具用于血流动力学分析。此外,我们非常感谢亚历克斯Frydrychowicz提供的建议,医学博士,对颅内血流动力学,Kari Pulfer的帮助病人招聘。
脚注
研究由国家卫生研究院一下R21 EB00944。
披露:奥利弗Wieben -无关的:其他:通用电气医疗集团,*评论:我们的机构收到来自通用电气医疗集团的研究支持。研究由国家卫生研究院一下R21 EB009441, NIH RO1 HL072260。(*钱支付给机构)
表明非订阅者开放获取www.ajnr.org
引用
- 收到了2011年7月2日。
- 接受修订后2011年10月31日。
- ©2012年由美国神经放射学杂志》上