目的

动脉内数字减影血管造影(Digital - Subtraction Angiography, DSA)是描绘脑动静脉畸形(AVMs)放射外科靶区的金标准技术。本研究旨在评估三重磁共振血管造影序列(triple-MRA)组合是否可以用于伽玛刀放射外科(GKR)治疗脑动静脉畸形的勾画。

伽玛刀放射外科(GKR)治疗脑动静脉畸形（AVM)）的目的是在对周围正常脑组织损伤最小的情况下，通过闭塞动静脉畸形的畸形血管巢灶和分流，消除颅内出血的风险。这是通过立体定向向AVM病灶照射高且非常局部性的辐射剂量来实现的。人们普遍认为，在将引流静脉和新生血管形成排除在外的情况下（excluding draining veins and neovascularisation），如果将整个AVM畸形血管巢包含纳入治疗范围，就可以实现更高的闭塞率和更少的并发症。动脉内数字减影血管造影(DSA)，以及体积MR和/或CT成像，历来是AVM放射外科中用于放射外科靶区轮廓勾画的主要成像方式，它仍然被认为是金标准技术。然而，纳入GKR剂量几哈系统的DSA数据通常由二维投影构成，不包含3D信息。DSA也有与血栓栓塞事件相关的小而明确的，每次检查在0.3%到2.6%之间的，神经系统并发症的风险。当进行多次DSA检查时，AVM人群中通常这一风险数值会增加。弥散加权MRI在DSA术后高达23%的患者中也发现了静默性栓塞事件，并报道如脑卒中伴永久残疾(0.14%)和死亡(0.06%)等严重的并发症。 DSA也使患者和医务人员暴露在电离辐射中，它带有与注射碘化对比剂有关的风险，病人由于疼痛，侵犯和手术后的长期卧床，是一个不愉快的体验。使用无创成像对AVMs进行靶向治疗是一种理想的，但尚未完成的，对GKR剂量计划程序的改进。

以前有几项研究尝试使用替代技术来进行AVM放射外科，包括飞行时间血管造影(TOF)、CT血管造影和4D成像(如时间分辨对比增强磁共振血管造影(CE-MRA))，取得了不同程度的成功。然而，没有任何一种血管造影技术能够单独精确描绘AVMs，并在大小和符合性方面能与DSA获得的放射外科靶区相媲美。本研究旨在评估结合高清对比后TOF血管造影(HD-TOF)、时间分辨CE-MRA和基于4D动脉自旋标记的血管造影(ASL-MRA)，即三重MRA（triple-MRA)，是否可以用于GKR靶向脑AVM的可视化和描绘勾画。

方法

对15例用DSA进行GKR靶向脑AVMs的患者同时进行了三重MRA: 4D动脉自旋标记血管造影(ASL-MRA)、对比增强时间分辨MRA (CE-MRA)和高清晰度对比增强飞行时间血管造影(HD-TOF)。排除标准:患者在没有镇静/麻醉的情况下无法进行MR成像的，有肾功能受损(eGFR <30ml/min)，不愿意，怀孕，对钆剂过敏，MRI禁忌症(即心脏起搏器)和有脑动脉瘤弹簧圈植入史（history of coiling of cerebral aneurysms）。

Triple-MRA包括非立体定向(无立体定向框架)ASL-MRA、CE-MRA和对比后HD-TOF，参数如表1所示。

选择高空间分辨率MRA序列(HD-TOF)和两个时间分辨MRA序列(ASL-MRA和CE-MRA)是为了最大化时间和空间分辨率，这在之前使用单个MRA序列进行AVM靶向的研究中被确定为限制因素。使用32通道AchievaVR 3.0 T MRI系统(Philips Healthcare Systems, Best, The Netherlands)获得了19个Triple-MRA。triple-MRA与GKR的中位时间间隔为10天(范围为2-87天);4例患者超过30天。

使用带有回波平面成像(Echo Planar Imaging，EPI)和涡轮场回波(Turbo Field Echo，TFE)加速的快速ASL-MRA检查来描述个体患者的AVM的填充速度（ the filling velocity of the AVM），如图2所示。ASL检查包含8个时间分辨率为200 ms的动态阶段.20A300毫米交替射频信号靶向（20 A 300mm Signal Targetingg with Alternating Radiofrequency  ，STAR)标签板放置在成像平面（ labelling slab was positioned below the imaging plane）和一个小的(10毫米)轴板包括AVM畸形血管巢的一部分在54秒扫描(表1)。三个时间点的畸形血管巢动脉相最好的显示使用有较好的空间分辨率和脉动伪影稳健鲁棒性(non-EPI)的可观的（substantial）ASL-MRA序列采集。在最佳标签延迟方面，患者之间存在显著的可变性，其范围为200-800 ms(平均:470 ms;SD: 212 ms)，动态画面之间的相位-时间间隔范围为200到300 ms(平均:236 ms)。因此，在不同患者之间ASL-MRA扫描时间存在差异，从5:58到12:24分钟(平均8:46分钟)。

CE-MRA采用3D、T1加权、快速场回波(FFE)序列采集，包括24个动态时间点。手动静脉注入(意大利米兰MultiHanceVR生产)0.2毫升/公斤钆贝（Gadobenic acid0.5M），估计4秒之后,生理盐水冲洗20毫升。快速动态采集开始的同时注入,使用608 ms /阶段的时间分辨率和应用对比增强 稳健定时血管造影术( contrastenhanced robust-timing angiography，CENTRA)和以20%的每锁眼框架收集k-space的锁孔方法（ the keyhole method with 20% of the k-space collected per keyhole frame）。 大约10分钟后开始HD-TOF采集。

注射钆剂约10分钟后开始进行HD-TOF采集。它是基于流量补偿（flow compensation）和横跨平板倾斜优化非饱和激发( tilt-optimized non-saturated excitation ，TONE)的3D-FFE采集。平行成像获得4块平板覆盖的颅尾方向的50mm，SENSE因子为2。

成像用于描述一个基于DSA体积包括:立体定向DSA,立体定向T2加权和对比增强后T1加权磁共振成像和HD-TOF(图3)。为此被进行DSA检查的顾问神经外科医生和介入神经放射科医生使用Leksell GammaPlan 10.1按2 维 DSA共识勾画,AVM畸形血管巢的早期动脉相。然后将二维DSA图像上描绘的AVM ROI的界限投射到体积MRI中，定义一个包含AVM的区域。然后通过体积扫描在这个区域内绘制三维体积。所得体积(DSA体积)用于制定放射手术治疗计划，并照射到使用Leksell伽玛刀(Elekta仪器AB)的患者上。

介入神经放射科医生和神经外科专家在三重MRA上勾画动静脉畸形病灶的动脉期(triple-MRA体积)。将Triple-MRA体积与临床团队使用当前剂量计划范式(即立体定向DSA和容积MRI (DSA 体积)勾画的接受GKR治疗的AVM靶区进行比较。我们报告了DSA体积和triple-MRA体积在大小、包含度(degree of inclusion，DI)和适型性指数(CcI)方面的差异。

结果

三重MRA勾画的AVM靶区体积比DSA靶区体积平均小9.8% (95%CI:5.6-13.9%;SD: 7.14%;p = .003)。DSA体积在triple-MRA体积中的包含度(DI）平均为73.5% (95%CI:71.2-76;范围:65 - 80%)。DSA体积未纳入的三重MRA(triple-MRA)体积平均百分比为18% (95%CI:14.7-21.3;范围:7 - 30%)。

讨论

本研究旨在评估三重MRA模式的组合是否可以用于GKR靶向的脑AVM描述。在一组接受GKR治疗的患者中，在triple MRA上勾画AVM畸形血管巢，并与使用当前计划范式(DSA体积)的GKR治疗中定义的AVM靶区进行比较。如果在三重MRA和DSA之间没有发现任何差异，那么在AVM放射外科计划中使用DSA是可以毫无保留地放弃的。然而，这并不是研究的结果。Triple-MRA体积平均比DSA体积小9.8%。这是一个具有统计学意义的差异，只有一个病例的triple-MRA体积大于DSA体积(图6)。

不难想象，复杂和不规则的物体(如AVMs)可以在体积和时间分辨(4D)成像(如triple-MRA)上以更精确的方式描绘出来。这可能是我们发现与基于DSA的传统规划方法相比，使用triple-MRA的AVM体积更小的原因。DSA只提供AVM病灶的二维投影，空间信息因降维而丢失。由于供血动脉和引流静脉的重叠，以及难以确定畸形血管巢几何上复杂的3D不规则性，渲染的体积的缩减尺寸的数据可能被高估。triple-MRA的主要成就是时空分辨率的结合，这是了解颅内血管和AVMs等病变的动态特征所必需的。此外，triple-MRA提供的动态信息可以更好地区分AVM组成，从而改善靶区的描绘;特别是分辨动静脉分流，区分畸形血管巢和引流静脉。

我们无法从我们的研究中判断，通过三重MRA描绘实现的靶区尺寸有9.8%的缩小是否会影响临床结果，特别是闭塞率。这是因为在我们的研究中获得的tripleMRA体积仅用于比较目的，GKR是使用DSA体积照射患者的。不同的靶区描述方法和专业水平的多个GKR中心报告的相对相似的反应率表明，靶区大小的微小差异不太可能影响闭塞率。在引入CT和MRI前，AVMs的治疗计划仅基于DSA，未使用放射外科靶区三维描绘。尽管如此，他们报告的70-80%的两年闭塞率与现代GKR结果并无不同。此外，在过去几十年里，随着剂量计划软件的发展，GKR计划方法的改进也没有增加闭塞率。最近的报道显示，仅使用MRI(不使用DSA)治疗GKR的患者在闭塞率方面没有差异，同期的当代组在计划成像上没有描绘出放射外科靶点，在闭塞方面也取得了类似的结果。组间的放射副反应(ARE)确实存在差异，但反应率似乎没有显著差异，这表明减少9.8%的体积目标不太可能影响反应率。有大量证据表明，更大的AVM靶体积会导致症状性和放射学上的ARE发生率更高。因此，如果有任何情况，使用triple-MRA靶体积的AVM放射外科治疗会导致较低的ARE发生率。然而，这些结论不能从我们的研究中推断或得出结论，需要进一步的研究来探讨这些问题。

在我们的研究中，DSA和triple-MRA体积的差异并不局限于大小。在适形性方面也存在一定程度的差异，这是用DI量化的(73.5%;范围:65 80%)，DnI (18%;范围:7 30%)和CcI (0.63;范围:0.51 - 0.72)。事实上，triple-MRA体积小于DSA体积直接影响这些参数。然而，观察者之间的差异也一定是造成这种差异的部分原因。在我们的研究中，triple-MRA体积和DSA体积由两个不同的团队描述，以避免回忆偏差，这是不可能量化的程度，这可能会增加结果的不确定性。观察者之间的差异是AVM放射外科中公认的问题，它已经在其他地方被很好地量化。Buis等人评估了6名独立的GKR医生对31例AVM的DSA轮廓的观察者间变化程度。所有可能的观察员报告之间的一致性比例的和对应的包含度(CcI)为0.45± 0.18。当计算所有六个体积时，它下降到0.19±0.14。在我们的研究中，一致性相当好，即使在最坏的情况下，CcI也没有他们的平均估计差。Sandstr om等人还研究了GKR AVM轮廓的观察者间变异性，并报告了所有观测对的平均CcI为0.63(范围:0.24至0.81)，这与我们在DSA和triple-MRA体积之间发现的CcI惊人地相似。这些研究报告的观察者间差异估计是基于活跃的放射外科医生描述的AVM目标体积，它们反映了标准GKR实践中已经纳入并接受的不确定性程度。

结论

在GKR规划中，使用三重MRA（triple-MRA）对脑动静脉畸形进行可视化和勾画的技术可行性已得到证实。通过使三重MRA进行放射外科定位，可以更紧密和更精确地描绘AVM的靶区体积。然而，需要进一步的研究来确定这可能在闭塞率和副作用方面的影响。