如何做好脊髓动脉CTA

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在治疗胸主动脉和胸腹主动脉疾病时，了解脊髓（SC）血供非常重要。不幸的是，脊髓血管系统复杂且难以研究，因为它由非常小的血管组成（例如，根动脉和脊髓前动脉（ASA）0.2-0.8 mm；脊髓后外侧动脉0.1-0.4mm；前根动脉（ARM）0.5-1.2mm）在复杂的三维平面上运行，具有显著的区域性和个体间变异性。

脊髓的动脉血管

Albert Wojciech Adamkiewicz (阿尔伯特·沃伊切赫·亚当凯维奇，1850-1921年)，波兰著名生理学家、神经病理学家，主要研究中枢神经系统病理。首次描述了脊髓最大的前根动脉，被称为Adamkiewicz动脉（AKA）。

下面我们就以AKA为例，介绍一下如何做好这类小血管的CTA。

Adamkiewicz动脉的位置对于许多外科手术非常重要，因为缺乏流向该血管的血流可能会导致脊髓缺血。一些外科专科必须考虑其位置，包括血管外科手术（胸腹主动脉瘤修复），骨科（胸腰椎手术），神经外科（髓内肿瘤切除术），以及泌尿外科和小儿外科（腹膜后剥离）。

脊髓前综合征（Anterior cord syndrome也称为脊髓前动脉综合征）最常见的原因是脊髓前动脉或Adamkiewicz动脉（其主要供体）的供应中断，与2条脊髓后外侧动脉相比，后者的供应效率较低。这通常是由动脉粥样硬化疾病、创伤（手术器械或椎间盘或骨碎片直接损伤）、低血压（例如，肠切除等开放性手术中失血）、血管炎疾病引起的。脊髓前综合征也可由肌肉疾病引起，包括脊髓肌萎缩和多发性硬化，以及脊髓灰质炎和西尼罗河病毒等传染病。

该综合征影响脊髓前三分之二，其中包括大部分前、外侧白质索、中央灰质、双侧外侧角和前角以及后角的基部。这会导致皮质脊髓束和前角丧失导致双侧运动功能丧失（病变层面的弛缓性麻痹和病变下方的痉挛性麻痹），脊髓丘脑束丧失导致双侧疼痛丧失，病变下方一个层面的体温降低，自主神经降束丧失导致性功能障碍和尿失禁。触觉、振动和本体感觉保持完整，因为后白质柱得以保留。只有不到一半的脊髓前综合征患者能够恢复运动，治疗通常是支持性的，重点是解决根本原因。成功的康复包括让患者接受物理治疗、职业治疗和心理健康支持。

蛛网膜下腔出血通常发生在颅内，也可能起源于脊柱（不到所有病例的1%）。病因包括动静脉畸形和瘘，以及孤立的脊髓动脉瘤。脊髓蛛网膜下腔出血应作为突发性腰痛、脊髓病和神经根病患者的鉴别诊断依据。

上图取自Adamkiewicz于1881-1882年发表的一篇原创文章，展示了脊髓的动脉血管系统和脊髓血管系统中的双向血液流动。

计算机断层扫描（CT）和磁共振（MR）扩展了对个体患者的SC血管系统进行无创评估的能力。研究发现，CT血管造影提供了出色的成像能力，广泛用于胸腹疾病的诊断和治疗计划。因此，对于主动脉疾病患者的SC解剖学研究，所需的数据集通常已经可用。

直接供应SC（固有动脉系统）的动脉分为：（1）由沟动脉供血的中枢（离心）系统和（2）外周（向心）系统，即软脑膜丛（或软脑膜网络），后者产生穿通支。软脑膜网沿其全长覆盖SC，并在前、后外侧纵向血管之间形成二次吻合系统。脑实质内吻合很少被证实。

肋间动脉在到达ASA之前分支3次，ASA是向脊髓灰质供血的关键血管：

1） 肋间动脉的第一支是神经脊髓动脉。 2） 后者分为前根动脉和后根动脉。

3） 前根动脉分为降支和升支。

ASA基本上是相邻前根动脉升支和降支之间的吻合通道。

下图示意性地描绘了这种分支模式，它显示了使用不同的渲染工具从实际患者的CT数据集中获得的这些动脉的图像。

脊髓外部动脉系统示意图。（A）肋间动脉起源于主动脉。（B）神经脊髓动脉（或脊髓支RMA）起源于肋间动脉。（C）神经-髓质动脉分为恒定支、前根动脉和后根动脉。（D）在胸部区域，一条前根动脉的直径始终占主导地位，被称为前根动脉（或Adamkiewicz动脉）。

脊髓动脉解剖示意图

值得注意的是，神经脊髓动脉分支是椎管前后段、神经根和硬脑膜的稳定供血血管；然而，只有在一定水平上，前根动脉和后根动脉才能与前根和后根一起穿过硬脑膜到达髓质表面。

在胸腰椎区域，一条（偶尔两条或三条）前根动脉（Adamkiewicz动脉，AKA）的直径始终明显占优势，因此被称为根最大动脉或ARM（多在T8-L3节段发出）。ARM的分支在解剖学上非常独特：由于SC的个体发育“上升”，根动脉在胸腰椎区域有一个陡峭的颅骨方向的路线。分支发生在中线外侧，在到达中线之前发出一个较小的上升支，主动脉继续其垂直路线，以典型的“发夹”曲线急剧弯曲，进入下降的分支。在上胸区，分支更常呈T形。在颈部，ASA的连续性不太稳定，有时会出现重复。ASA的病程通常与中线呈之字形偏离，口径不同，有典型的狭窄。

了解接受胸腹联合介入治疗（无论是开放式还是血管内介入治疗）的个体患者SC血供的主要解剖特征，有几个潜在的好处。对于开放手术，对SC血管系统的分析可以显示需要重新植入的支撑手臂的主动脉区域。对于血管内手术，它可以显示供应手臂的肋间动脉是否会被支架移植物覆盖，并避免不必要的覆盖。它还可用于根据缺血性SC事件的风险对患者进行分层，可能指导选择性使用脑脊液（CSF）引流和左锁骨下动脉和腹下动脉血运重建。

前根动脉示意图。脊髓（NM）动脉分为前根（RA）和后根（RP）动脉。只有少数根动脉穿过硬脑膜直接进入ASA。（A） 前根动脉分支，（B）ARM的分支，（C）较小的上升分支，（D）典型的“发夹”曲线，（E）较大的下降分支。

Adamkiewicz动脉的临床意义包括：

• 通常Adamkiewicz动脉是下胸段和腰骶段腹侧的唯一供给来源。

• 随着血管腔内技术的发展，胸主动脉夹层或胸腹主动脉瘤等大血管病变，越来越多采用覆膜支架腔内隔绝术，覆膜支架阻断来自Adamkiewicz动脉的血供导致脊髓梗死、截瘫，是腔内治疗此类疾病的严重并发症之一。

74岁男性，肋间动脉到Adamkiewicz动脉及脊髓前动脉的CPR图像。

使用CT进行Adamkiewicz动脉（AKA）的评估最初开始于本世纪初期，在2002年Radiology公开发表了一项研究，使用多排螺旋CT显示Adamkiewicz动脉（AKA）进行了研究。在纳入研究的70例患者中，63例（90%）能清楚地看到Adamkiewicz的至少一条动脉，从椎间孔到与脊髓前动脉的发夹状连接。63例患者中有15例（24%）发现了两条Adamkiewicz动脉。55条Adamkiewicz动脉（71%）起源于左侧。72例（92%）起源于T8和L1之间。63例患者中有57例未显示肋间静脉和脊髓后静脉。63例患者中有20例可追踪到整个长度的连续性，从肋间动脉或腰动脉的干开始，到Adamkiewicz动脉，最后到脊髓前动脉。

文献中使用的Adamkiewicz动脉图像质量视觉评分

a、出色（4分）：RMA的近端和远端（黑白箭头）完全可视化。可见特征性的发夹曲线（白色箭头）。

b、良好（3分）：显示特征性的发夹曲线结构（白色箭头）。由于周围的骨结构和椎间孔周围的大量硬膜内静脉强化（星号），RMA远端和近端部分（白色和黑色箭头）之间的连续性部分模糊。可以确定AKA的分支级别。

c、一般（2分）：虽然可以识别特征性发夹曲线（白色箭头），但RMA（白色箭头）的连续性比3分更模糊。无法识别AKA的分支级别。

d、差（1分）：AKA未显示。

由此可见，多排螺旋CT显示Adamkiewicz动脉的患者比例较高。之后为了获得更好的显示效果，有很多公开发表的文献进行了研究探讨。

2019年日本学者的一项研究发现，与传统管电压CTA相比，低管电压CTA改善了AKA的识别。通过降低管电压，主动脉的CNR增加，同时椎管内的客观图像噪声保持在允许水平。100 kV CTA协议可能有助于AKA的可视化。

使用100kV的方案，比120kV方案有更好的可视化评分

低管电压的常规使用受到管电流的限制，第三代双源CT（SOMATOM Force，西门子医疗）70-90kV管电压的最大管电流为1300mA。有日本学者使SOMATOM Force的Dual Power模式70kV进行扫描，扫描参数如下：准直128×0.6 mm、转速0.5秒、螺距0.45、管电流1170mA，有效管电流-时间乘积1300 mAs。在Dual Power扫描模式下，总辐射在每个X射线管之间平均分配，每个探测器的数据相加。因此，最大光子通量预计将翻倍，由于X射线管上的负载减少，可以实现长扫描范围的高管电流。对照组的120kV CTA在64或320层CT扫描仪（Aquilion 64或Aquilion One；东芝医疗系统，日本东京）上进行。如下所示：64层螺旋扫描模式、准直64×0.5 mm、转速0.5秒、螺距0.6、管电流400 mA，有效管电流-时间乘积312.5 mAs。扫描范围从胸廓入口至髋关节。

120kV组和70kV组的SSDE和DLP有显著差异，箱范围显示第一和第三个四分位数；须范围为第5百分位到第95百分位。70kV CTA的SSDE（A）和剂量长度乘积（B）显著低于120kV CTA（两者均为P＜.001）。

造影剂注射方案如下：造影剂浓度 370 mg I/mL，通过放置在右侧肘前静脉的20 G静脉留置针以5 mL/s的速度给药，然后使用双头高压注射器以相同的速率注射30 mL生理盐水。扫描时间设置为降主动脉真腔的峰值时间，在70 kV CTA中使用小剂量测试法确定，在120 kV CTA中通过团注追踪法确定。小剂量测试法，分别以5ml/s的速度注射10ml造影剂，然后进行20ml生理盐水冲洗。开始注射10秒后开始小剂量测试扫描。通过控制台软件（DynEva，syngo VA50A；Siemens）获得第十胸椎水平降主动脉真腔ROI中CT值的峰值时间。然后在峰值时间10秒后开始70 kV扫描。在团注追踪法中，ROI被放置在第六胸椎水平的降主动脉中，触发阈值设置为200 HU。触发5秒后，120 kV扫描自动启动。在70和120kV扫描中，用于CTA的造影剂体积分别为90和100mL。重复扫描以获得动脉早期和晚期的图像。在第一阶段结束后约10秒进行动脉晚期扫描，以评估血管中对比剂的冲洗情况，从而将AKA与类似发夹状的桡脊髓静脉区分开来，因为在晚期更突出的血管可能是静脉。

重建参数：70kV CTA图像数据，重建厚度为0.6mm，层间隔为0.6mm（为了更好的减少部分容积效应，层间距建议设置为0.3-0.4mm），FOV为200mm，血管卷积核（Bv44），ADMIRE迭代重建强度为3级。然后将图像数据传输到工作站进行进一步处理和分析。获得了在动脉期早期和晚期符合脊髓血管的CPR图像。

根据以下逐步方法确定AKA：1）检测发夹血管；2）评估血管与主要围绕椎弓根（白色箭头）的主动脉之间的连续性，确定为明确（a）、可想象（b）、模棱两可（c）或不可检测；3） 检查动脉期早期到晚期（白色箭头）的冲刷情况，因为动脉期晚期更突出的血管可能是静脉（黑色箭头）；4）将分数相加。AKA的阳性识别定义为≥3.

70kV CTA的得分明显高于120kV CTA。A、 连续性得分中位数分别为3（四分位范围2-3）和2（四分位范围1-3）。B、 总分中位数为5（四分位范围4-5），分别为4（四分位范围3-5）（两者均P<0.05）。

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A、77岁女性用120kV协议扫描的CPR图像显示AKA和节段动脉之间有明确的连续性。B、68岁男子用70 kV协议扫描的CPR图像显示出更清晰的AKA和节段动脉的可视化。窗中心和窗宽分别设置为200和800。

2014年一项针对模型迭代的研究发现，与ASIR和标准FBP重建算法相比，使用MBIR算法可以显著改善对Adamkiewicz动脉起源的水平和侧面的识别，并伴随着图像噪声的大幅降低和CNR的增加。

82岁男性，降主动脉瘤血管内修补术后。尽管无论采用何种重建方法，都可以识别Adamkiewicz动脉（箭头），但由于减少了噪声，MBIR可以最好地显示Adamkiewicz动脉和脊髓前动脉。

一项针对超高分辨率CT的研究发现，通过提高矩阵联合模型迭代可以改善Adamkiewicz动脉的显示。但是UHRCTA相对比传统的CTA，辐射剂量更高（平均DLP分别为1655和2116mGy·cm，两者具有统计学差异）。

86岁女性，急性主动脉夹层（斯坦福B型）。在传统CTA入院七天后进行UHRCTA随访。起源于左第8肋间动脉的AKA的整个过程在第一张UHRCTA图像（a）上清晰可见；第一次UHRCTA的AKA可视化评分为4分。椎间孔周围的起源（箭头）和与脊髓前动脉的汇合（箭头）被清楚地描绘出来。与FIRST-UHRCTA图像相比，AIDR-UHRCTA图像上靠近椎孔的AKA部分模糊（b）；这张图片的AKA可视化评分是3分。在之前的传统CTA图像（c）上可以观察到AKA的远端及其流入脊髓前动脉的情况。AKA完全不清楚，肋间动脉的连续性也不清楚；该图像的可视化分数为1。

另外一项对比大矩阵联合超薄层厚的研究发现，相对于512矩阵0.5mm层厚的图像，使用1024矩阵和0.25mm层厚的图像可以显著改善Adamkiewicz动脉的显示效果。值得注意的是，这项研究的扫描范围为胸7到2椎体，DLP为1113.0 ± 211.7 mGy·cm。

比较0.25mm和0.5mm层厚的图像。CPR图像显示了Adamkiewicz动脉（箭头），以及脊髓前动脉和主动脉通过椎间孔之间的完全连续性（箭头）。注意0.25mm层厚图像中血管边缘更锐度。a 0.25mm层厚的图像。b 0.5mm层厚的图像。

一项在第二代双源CT（SOMATOM Definition Flash，西门子医疗）上进行的研究讨论了锐利卷积核的价值，作者回顾性分析了40例在主动脉修复前接受80kV CTA检测Adamkiewicz动脉的患者。研究发现，与平滑卷积核CTA相比，锐利卷积核CTA显示出更高的脊髓动脉CT数量和对比噪声比（两者均P<0.001）。此外，锐利卷积核显示Adamkiewicz动脉与主动脉的连续性显著高于平滑卷积核（P<0.001）。

81岁女性，CPR图像。使用平滑卷积核（a）与使用锐利卷积核（b）重建的CTA图像相比显示出不完全的连续性。使用锐利卷积核（c）平滑卷积核的CTA减影图像显示了脊髓小动脉和骨皮质，锐利卷积核增强了脊髓小动脉和骨皮质。此外，由于尖锐卷积核的边缘增强，脊髓动脉和骨皮质之间的分离很明显。使用锐利卷积核（d）的容积渲染CTA图像，可以一目了然地了解节段动脉和Adamkiewicz动脉的三维信息。

由于解剖结构的复杂性和多变性，通常CTA评估Adamkiewicz动脉（AKA）需要在扫描和后处理上进行一些优化。可以考虑如下方法进行优化：

• 降低管电压或使用双能量低keV（提高血管的CT值）

• 提高造影剂注射速率和总量（提高血管的CT值）

• 在合适的时间扫描或多期扫描（提高血管的CT值）

• 使用小FOV或大矩阵重建（如果有）（提高血管的空间分辨率）

• 使用迭代重建（降低图像噪声，提高对比噪声比）

• 使用锐利的卷积核（提高血管的空间分辨率）

随着技术的进步，特别是低kV大电流技术的普及及光子计数CT用于临床，相信对于类似Adamkiewicz动脉等小血管的可视化效果会越来越好。

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2022年7月4日