【专家论坛】颅内动静脉畸形血管构筑的思考和展望

摘要：颅内动静脉畸形是脑血管疾病中形态结构最为复杂且难以采用现有的影像学手段进行清晰显示的疾病之一｡因此,目前对其空间结构学规律性的认识尚非常有限,从而限制了颅内动静脉畸形的治疗理念和技术的创新与发展｡该文在目前对颅内动静脉畸形血管构筑学认识进展的基础上,探讨其潜在临床价值,并就颅内动静脉畸形血管结构学研究方法和未来可能的发展方向作一阐述｡

随着影像学和材料学的进步,脑血管疾病神经介入治疗进入“快车道”,尤其是在缺血性脑血管病急性期取栓､颅内动脉瘤的介入治疗等方面取得了日新月异的发展｡而对于青少年自发性脑出血的常见病因颅内动静脉畸形而言,其治疗方法和理念尚未有明显的突破和进展｡虽然近年来,经静脉入路为治愈性栓塞颅内动静脉畸形带来了一丝希望,但由于适用病例需要进行高度选择且技术要求高､出血并发症发生率高,导致该项技术难以广泛推广｡

颅内动静脉畸形的基础干预方式包括显微外科手术､血管内介入治疗以及立体定向放射外科治疗,三种治疗方式的选择受病史､病灶血管构筑情况以及患者年龄等综合因素的影响｡而各治疗方式的具体实施策略高度依赖于对颅内动静脉畸形的空间构筑学的准确分析和判断｡影响颅内动静脉畸形治疗选择的综合因素包括可明确的因素､难以明确的因素以及无法预测的因素｡可明确因素包括年龄､症状､是否出血､出血量､病变大小和部位､患者状态以及患者意愿等;无法预测的因素指颅内动静脉畸形未来的形态结构学动态变化及自然转归;难以明确的因素主要指对畸形团血管构筑学的分析和认识｡要提高颅内动静脉畸形的治疗效果,同时严格控制并发症的发生,临床医师需要做的是通过应用各种影像学技术和方法提高对难以明确的因素的认知,即加强对畸形团血管构筑的精确分析和判断,以制定出针对患者个体化的综合诊治方案｡

1 颅内动静脉畸形的血管构筑

颅内动静脉畸形干预方式的选择建立在对血管构筑学认知及整体分析的基础之上｡颅内动静脉畸形的血管构筑学因素有狭义和广义之分,狭义的血管构筑学因素主要指形态结构学因素,包括供血动脉(数量､来源､迂曲度)､引流静脉､畸形团内动脉瘤､供血动脉动脉瘤及动静脉瘘等;广义的血管构筑学因素为能够反映形态结构学特征的一切相关因素,除上述狭义的因素外,还可包括年龄､出血量､病变大小､病变部位､主要症状､相邻动脉软膜血管开放情况以及畸形团周围异常扩张的毛细血管网等｡

不同的干预方式所关注的血管构筑学特征有所区别(表1)｡从显微外科手术的角度,表浅供血动脉的数量不会明显增加手术的难度,但深部供血动脉及引流静脉的存在会明显增加手术的难度和出血的风险,部位的不同以及病变大小也决定了手术的难易程度和并发症发生的风险｡从血管内介入治疗的角度分析,经供血动脉或引流静脉栓塞时,微导管能否有效到位是决定能否进行介入栓塞以及影响治疗效果的重要因素之一;同时,供血动脉动脉瘤及畸形团内存在的动脉瘤也是影响介入栓塞顺序的重要因素;供血动脉为过路性供血的颅内动静脉畸形,若存在远端软膜血管的开放,则可以通过远端封堵技术牺牲过路性供血动脉的主干进行介入治疗｡从立体定向放射外科的角度来看,年龄､病变大小､部位以及是否合并有动静脉瘘是影响放射治疗效果以及放射剂量选择的重要因素｡

随着介入材料和技术的进步,不同干预方式所关注的因素重要程度也会发生动态的变化｡如静脉入路栓塞技术的出现,使引流静脉的数量和路径特征逐步成为血管内介入治疗所重点关注的血管构筑因素｡一站式复合手术的应用也在一定程度上降低了血管构筑因素对手术难度的影响｡

2 颅内动静脉畸形血管构筑的单元结构

颅内动静脉畸形是由一个或多个由供血血管､畸形病灶以及该病灶的引流血管所组成的畸形血管团｡通过栓塞前后的手术标本灌注铸型､三维DSA以及血管内介入治疗时胶的计算机辅助扫描成像等方法对畸形团结构进行研究,结果显示,无论颅内动静脉畸形体积大小,单元结构是其客观血管构筑要素的基本单位｡所谓单元结构是指其中最小化的､完整的动静脉畸形病灶｡单元结构间大多存在血管沟通,某一个单元结构的引流血管可能是下一个单元结构的供血血管(图1)｡

理解单元结构的存在对治疗颅内动静脉畸形具有重要的临床意义,是高风险､高分级颅内动静脉畸形行分期切除以及分期行静脉入路栓塞的解剖学依据,保持残余畸形团的引流静脉通畅是防止术后发生出血性并发症的重要措施｡单元结构间的沟通血管是行血管内介入治疗时,液态栓塞剂从一个单元弥散至其他单元的重要桥梁和通道｡对于颅内动静脉畸形的立体定向放射外科治疗而言,单元结构同样对放射治疗计划制定具有指导意义,如按单元结构分区域照射及尽可能最后闭塞引流静脉等｡

3 认识颅内动静脉畸形血管构筑的方法

由于畸形血管团内异常扩张血管在一定空间内存在互相绕行､交错,通过现有的二维成像技术通常难以很好地显示出其内部血管空间结构｡临床上往往需要通过动态的DSA､三维或四维的CT 血管成像(CTA)和DSA以及多模态融合技术来尽可能地展示和理解颅内动静脉畸形血管构筑特点｡

3. 1 三维DSA及超选择造影

由于三维DSA 可以在三维空间观察动静脉畸形供血动脉､畸形团引流静脉的位置关系及结构特征､是否合并动脉瘤及动静脉瘘等,因此能够在某一时间纬度较清晰地显示重叠的血管及畸形团｡某些情况下,即使行多角度二维DSA成像也难以清晰显示畸形团内空间结构及位置关系,必要时可用微导管经每条供血动脉行超选择造影,了解每个供血单元独立的空间构筑及血液回流情况,并结合三维DSA成像了解更多的畸形团血管构筑信息,为颅内动静脉畸形的治疗策略制定提供准确的影像学依据｡对于高度怀疑动静脉畸形出血而DSA未发现病变者,超选择造影或许对畸形病灶的发现能够提供很好的帮助｡

3. 2 图像融合技术

随着医学影像技术的进步,为发挥功能图像和解剖结构图像各自优势及弥补各自不足,产生了将功能图像和解剖图像融合的技术,如功能MR 与CTA或DSA图像融合､单光子发射计算机体层摄影(SPECT)与CT或MR图像融合等技术,以达到可以同时显示脑实质､神经纤维束及脑血管的效果｡图像融合技术将脑功能和血管结构成像有机结合起来,可以准确显示动静脉畸形供血动脉､引流静脉和畸形团等血管构筑要素间的位置关系及与脑功能区的毗邻关系,为显微外科手术或血管内介入治疗提供了准确功能定位,有助于减少手术并发症的发生｡

3. 3 四维影像学技术

四维影像学技术是在三维重建基础上增加了时间维度,实现了脑血管结构的空间结构及血流动力学的可视化显示｡目前已有四维DSA及四维CTA技术开始应用于临床｡对颅内动静脉畸形空间构筑学的动态､立体解剖结构研究及其血流动力学研究提供了较好的技术手段,为指导血管畸形的血管内介入治疗提供了很好的帮助｡

3. 4 三维打印技术

三维打印技术的优势为可以在术前获得患者1 ∶ 1 实体动静脉畸形模型,对供血动脉､畸形团及引流静脉显示还原程度高,可以根据实体模型充分了解颅内动静脉畸形各供血动脉､畸形团及引流静脉间的关系和各自走形､构筑特点等｡但由于三维打印质量仍依赖于图像的三维重建的清晰度和可视度,对于畸形团内的空间结构的清晰显示仍有一定的困难｡三维打印模型可用于术中实时指导,在术前年轻医师培训､手术模拟和患者宣教等方面也具有良好效果｡

三维打印技术除可用于对畸形团进行空间结构认识,还可以在外科手术切除后对切除的畸形团进行大体形态学观察,或在血管栓塞术中,通过对栓塞剂在畸形团内动态弥散的影像学变化,结合三维打印实体模型来理解其空间结构及栓塞程度等｡

3. 5 颅内动静脉畸形大体解剖与标本铸型

大体解剖是了解颅内动静脉畸形形态结构学最为直接的证据｡畸形团标本铸型为将手术切除的､已行部分栓塞或未予栓塞的标本经塑化剂灌注等处理所获得,能够真实､直观地进行血管构筑学研究｡根据灌注方法和灌注剂的不同,铸型标本可显示100 μm,甚至更小直径的血管,这样可清晰显示畸形团内血管的空间走行和相互位置关系｡标本铸型对于理解颅内动静脉畸形的单元结构以及单元结构间的血管沟通十分有意义｡

3. 6 血管内治疗术中栓塞剂的弥散铸型

介入栓塞畸形血管团的动态过程可以看作是畸形血管动态显示的过程,对于术中理解畸形团的结构､把握注胶的速度､选择胶的剂型和术中栓塞策略调整都具有重要意义｡

综上所述,最大程度地在术前获取颅内动静脉畸形大小､部位､供血动脉条数及位置､畸形血管团的类型､出血危险因素和引流静脉数量､位置､形态特征等空间构筑学信息,将脑功能与解剖结构相结合,综合患者年龄､病史等个体化信息,可使制定最佳的个性化治疗方案越来越容易实现｡

4 发展与展望

4. 1 如何看得更加清晰

目前的影像学技术从二维､三维成像向四维发展,四维DSA及四维CTA等技术已较为普遍地应用于颅内动静脉畸形的临床诊疗｡尽管如此,对于体积不大(最大径< 3 cm)或相对弥散的动静脉畸形而言,通过现有的影像学方法可以基本了解其血管构筑､供血及引流方式;而对于体积较大(最大径≥3 cm)且密集型的畸形病灶来说,现有的影像学技术仍难以显示其内部的空间结构和特点｡在四维成像的基础上,加上运动因素,进行五维或更多维度的成像是否可以提供更好的观测效果值得进一步研究和期待;另外,从常规的DSA到超选择DSA,结合畸形病灶的多维影像整体成像,会更有助于理解动静脉畸形病灶的空间结构;最后,血管结构与功能图像的融合技术使得颅内动静脉畸形的显示更加清晰､治疗更加精准,在临床实践中的应用将会更加广泛｡

4. 2 关注颅内动静脉畸形血管构筑的动态变化

颅内动静脉畸形的发生始于胚胎发育的第2 ~3周,自患儿出生始,一生中可无任何症状,其比例目前尚缺乏权威的人口统计学数据｡由于颅内动静脉畸形具有2% ~ 4%的年出血率,且更多的发生在20 ~ 40 岁,具有逐年累积增加的出血风险,因此,需更加关注其血管构筑学变化,以降低致残､致死风险｡对于不能彻底治愈的畸形病灶,要及时消除畸形自然病程中可能出现的高危出血因素,如动脉瘤等;对于引流静脉细小或狭窄等高危出血类型的病灶,也要尽可能彻底治愈｡

颅内动静脉畸形的血管结构会随着时间的推移而自发或因治疗而发生病理过程的改变｡因此,在畸形病灶未彻底治愈前,均需进行定期影像学随访,来动态观察畸形病灶的形态结构学变化｡未破裂颅内动静脉畸形随机试验(a randomized trial of unruptured brain arteriovenous malformations,ARUBA)结果显示,未破裂颅内动静脉畸形干预组(单独或联合应用显微外科､栓塞和立体定向放射外科治疗;114例)较单纯药物治疗组(109例)主要终点事件(症状性卒中和死亡)的发生率更高(40.6%比10. 8%,P < 0. 01),虽然该研究存在样本量偏少､治疗方式选择偏倚等局限性和不足,但该结果的发表,促使临床一线医师在对未破裂动静脉畸形进行干预性治疗时更加慎重｡由于颅内动静脉畸形病程中的病理过程不断变化,对其进行动态观察随访则是必要的,动态随访的方法可以选择无创的增强MR + MR血管成像｡

4. 3 血流动力学向流体动力学转变

颅内动静脉畸形的发生是因“毛细血管发育障碍”或“毛细血管过度发育”形成畸形血管团,尔后在血流动力学和血管发育异常调节的作用下,毛细血管周边的动脉和静脉血管形成异常的供血动脉和引流静脉,但其病理发生机制仍有待于血管发生学上的研究证实｡Hamby 于1958 年从血流动力学的角度对颅内动静脉畸形的发生进行分析,研究认为,颅内动静脉畸形的基本特征是病变区域血管缺乏阻力,而正常脑血管阻力来自于毛细血管床,故认为颅内动静脉畸形是毛细血管发育不良所致｡这与作者的观点一致,但理论依据不同｡

颅内流体力学不仅包括血流动力学,还包括脑脊液流体力学､淋巴流体力学｡目前,颅内静脉回流方式的研究已从仅关注静脉引流向关注静脉引流与淋巴回流的动力学方向转变｡脑脊液流体力学与淋巴流体力学是否参与颅内动静脉畸形的病理生理过程,以及其对畸形病灶的结构､治疗及预后等是否产生作用,均有待进一步研究｡

4. 4 关注静脉端的构筑与引流方式

静脉入路栓塞治疗颅内动静脉畸形是近年来治疗动静脉畸形的重要技术进展｡治疗颅内动静脉畸形的技术在更新,病例选择手段在不断优化｡静脉入路栓塞颅内动静脉畸形的病例选择从适用于单一静脉引流､小体积畸形病灶向体积更大､多静脉引流的病灶扩展;从一期静脉入路治愈小畸形病灶向分期静脉入路治疗大型动静脉畸形发展｡治疗理念和技术的不断进步均依赖于对畸形血管团构筑结构认识的提高,尤其是从静脉的角度对畸形团结构进行理解是静脉入路栓塞的必要前提｡因此,逆向关注静脉构筑是静脉入路治愈性栓塞颅内动静脉畸形的必然需求｡关注静脉端结构,深刻分析其引流方式为理解动静脉畸形的发生､探索治疗手段提供了新的思路｡

4. 5 关注血管构筑的次要因素及潜在因素

供血动脉､畸形血管团和引流静脉是构成颅内动静脉畸形的基本要素｡除此之外,合并的相关动脉瘤及动静脉瘘也是需要关注的构筑因素｡发病年龄､出血史､病变大小､病变部位､主要症状､病灶周围的侧支循环开放情况以及扩张的毛细血管网等次要构筑因素也需得到必要的重视｡如对于Spetzler-Martin分级相同的病灶,患儿和老年患者的处理原则是不同的;是否具有出血史也提示畸形团血管结构在稳定性和脆弱性方面存在差别;畸形团周围扩张的分水岭区软膜吻合血管不是治疗的靶点｡以上血管构筑的次要因素在治疗决策的过程中,也具有一定的临床参考价值,值得进一步关注｡

另外,Sato等与我们中心的研究均表明,畸形病灶周围存在扩张的毛细血管网,这些扩张的毛细血管网一般位于畸形团周围1 cm以内,越靠近畸形病灶,毛细血管扩张愈明显,这些扩张的毛细血管可能是畸形团潜在的组成部分,可能与DSA上显示完全切除术后复发及栓塞治愈术后复发和术后出血､恶性脑水肿等并发症的发生相关,也与介入手术影像治愈时何时停止注射栓塞剂及显微外科手术切除的边界相关｡

4. 6 构建多种模型预测颅内动静脉畸形破裂风险

在获取高质量原始扫描影像学数据的基础上,充分利用有限元､人工智能及拓扑分析等技术,可构建多种模型预测动静脉畸形破裂风险｡针对每个具体病例,应用出血风险预测模型,可筛选出需要进行干预的高危患者,建立个体化综合诊疗方案｡

总之,单元结构是颅内动静脉畸形血管构筑的基本构成单位,随着多学科技术的发展,应用多种技术手段可以帮助临床医师越来越清晰地观察畸形团内部血管构筑｡对颅内动静脉畸形的血管构筑需要进行动态的跟踪和识别,及时调整随访或治疗策略｡血管构筑形成机制研究仍然是从病因上治疗颅内动静脉畸形的最终手段｡