百年DSA进化史：过去、现在、以后

手术室老王

导语

“影像风云"系列第10篇，梳理并讨论DSA的百年发展历程，形态和影像链演进，展望未来技术趋势。
1923年，美国医生Barney Brooks在X光透视下用50%的碘化钠成功完成了世界上第一例股动脉造影，尽管仍然存在肌肉骨骼影且图像质量明显不佳，但这是人们首次尝试使用碘对比剂谋求显示大血管。
彼时我们用“血管X光片”来描述这项技术，到1950年代脑血管造影也得以广泛展开，二十世纪最伟大的神经外科医生之一Gazi Yasargil在1953—1964年间做了约一万例脑血管X光成像数。期间，各种介入的术式和器材也快速发展。1976年，Wallace教授在《Cancer》上以“Interventional Radiology”为主题系统地阐述了介入放射学概念，从此介入放射学逐渐被学术界广泛认可。同一时间，非离子型等渗对比剂出现，大大提高了血管介入的安全性。1980年11月，在北美放射年会，美国威斯康星大学Mistretta组和亚利桑纳大学Nadelman组首次向世界展示了其成功研制的数字减影血管造影(Digital subtraction angiography，DSA)，这是一种通过减影和增强等图像处理技术进行辅助成像的血管造影方法，消除了骨与软组织等不需要的组织影像，突出了血管部分，为诊断及介入治疗提供了真实的立体图像。
很快，DSA技术迅速商业化，各大影像设备厂商均迅速布局于该领域，彻底将大型血管造影系统作为独立赛道激活。
     

DSA临床应用决定                                                1、DSA形态演进
回顾历史，不难发现，DSA脱胎于X射线摄影设备大家族。该领域覆盖了从普通拍片机、胃肠机、再到大型血管介入系统，目前DSA仍沿用的仍然是120kV/800mA的标准。                                              

DSA门槛参数要求虽然都叫DSA，但DSA临床应用越来越多样化，从放射科介入、心导管室、到神经内科介入等等不一而足，这一定程度上决定了DSA形态变化。                                                                         每当医院配置DSA时，我们常听到落地与悬吊的选择，并时常存在孰优孰劣抑或高端低端的争议，加上部分经济实用型的DSA经常以落地的方式出现，会给人们造成落地机型不够高端的错觉。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         我们坚定认为，从来都不存在“落地是低端、悬吊是高端”的说法，要从影像链、应用软件配置、以及能解决的实际问题来客观看待。
比如，部分落地多关节机型巡航范围可以达到2米，工作位、停泊位范围很大，又配置有高级数字平板和软件系统等，当然也是非常高端的DSA。                                                                                                                                                                                                                                            

DSA四种形态常见DSA形态是悬吊式、落地式、双向式、机器人式，他们以绝对主角的形式出现在介入科或导管室。其中，双向式显著增强2D和3D成像，专为神经放射学和腹部成像而设计，但装机成本高；悬吊DSA可分为有轨悬吊、无轨悬吊、双旋转中心悬吊等，其优点在于地面整洁，运动范围大，同时具备更大的C臂弧深等，但对场地要求相对较高；落地DSA的机械活动轴数可以根据需求选择，对场地要求也相对较低，更适合于旧机房改造等；机器人手臂则以西门子pheno为代表，常用于复合手术室。                                                                                                                                                                                                                                                                           此外，临床应用场景决定了探测器尺寸。如今，市场上有小视野平板(8—9寸)、中视野平板(15—17寸)、大视野平板(19—23寸)。与DR平板的越大越好不同，DSA平板并不是越大越好。通常，心脏专用机通常选择平板尺寸较小的机型，外周肿瘤专用机通常选择较大尺寸。不过，如今DSA正在由专用型迈向通用型。                                                                                            

临床应用决定平板尺寸随着临床需求的不断变化，心外、神外、肿瘤、骨科创伤、大血管外科、消化、泌尿妇产等等手术，也都需要介入设备的辅助，由此复合手术室(Hybrid OR)的概念越来越普及。此时，DSA就从绝对主角变成医生的重要辅助。
基于手术室需求，各厂家也纷纷推出了适合于复合手术室的DSA，多轴机器人、移动机器人等也应运而生。此外复合手术室中不仅有各种灯床塔吊、还有超声、甚至CT、核磁等设备，这也就是为什么复合手术室可一定程度衡量医院的综合实力。                                                         

复合手术室DSA形态                                                 2、DSA影像链进化                                                
无论如何改变，DSA都是脱胎于普放的，自然还是离不开高压发生器、球管、探测器及图像处理系统。
对球管而言，提供稳定可靠准确的输出是最重要的；对于DSA来说，由于其成像特性是以帧的形式呈现，栅控球管技术的应用可使X射线以脉冲方式输出，大大降低X射线剂量，并延长球管寿命。探测器一直是DSA的重中之重，这代表着技术潮流与DSA核心竞争力。1970年代，碘化铯被用于感光材料。过去X光片只有感光并且制作成胶片后才可用于诊断，是静态的。X线增强器、摄像机、监视器三者组成X线增强器电视系统，使医生可以实时透视观察，这是一个巨大的飞跃；同时，相比于过去的成像方式，影像增强器可以降低X射线成像剂量。在经历了摄影管和CCD的变革，21世纪后DSA进入了平板探测器时代。
非晶硅与单晶硅
当前业界普遍采用非晶硅或IGZO(非晶硅进阶版)动态平板探测器，仅极少数DSA采用单晶硅(CMOS)平板探测器，比如西门子Q.zen和pheno。相比于非晶硅平板，单晶硅平板属于从材料学源头降低电子噪声，在低剂量成像下DQE明显高于非晶硅平板，在高剂量成像下DQE与非晶硅大致相当。
高分辨率平板
当前，平板像素尺寸普遍集中在130-200微米，满足了绝大部分临床需求，但一些对空间分辨率有更高要求的介入场景，如神内，就需要更小视野与更高空间分辨率。如今也出现了超高分辨率平板，使3英寸、甚至1.5英寸视野真实成像成为可能，比如佳能AIphenix DSA搭载76μm像素平板探测器。

像素尺寸与空间分辨率对比                                               3、发展趋势：DSA+
剂量、安全、效率与精准一直的DSA持续追求的目标。
在剂量方面，不断进行硬件创新、软件层面的低剂量技术群也更新很快。硬件方面包括脉冲发生器、新型探测器平板、透视视野管理等影像链硬科技的使用。软件方面采用迭代、逐个像素降噪、图像优化平台、仿生学夜视技术等计数，近年来还出现了基于深度学习的图像优化技术等，其目的都是更少的射线，更佳的图像。                                                                                         

软硬件降剂量平台在机械素质与效率方面，各种机架运动能力的提升被专注，如更快的C臂速度利于类CT成像；更快的走位、更新颖的人机交互、以及更加友好的患者环境体验与智能工作流程也是创新的重要战场，比如新的工作流可以大幅减少股动脉关闭时间消耗。如今，越来越多的DSA+ 赋能技术已经出现以满足更加多样的现实需求。比如，在5G与AI加持下，出现了车载形态的移动导管室，像车载CT一样可以灵活部署，解决医疗资源分配不均的情况。
比如，大热的手术机器人，不仅能极大解决医护人员辐射问题，消除剂量焦虑；同时机械控制更加精准，也减少疲劳和出现抽筋情况。如今，介入手术机器人在国外已经部署了很多，完成了成千上万台手术，在国内也吸引了众多初创公司。甚至，介入手术机器人已经可以独立成一个细分产品线，我们拭目以待。                                                                                                                                                                                                                                                                                

介入手术机器人
比如，人工智能在影像判读、辅助决策、以及大数据背景下的疗效预测等均成为了医生的好帮手。辅助诊断类软件如QFR也是很有潜力的技术，和漂浮导管FFR以及CT-FFR相比也是不分伯仲。此外，虚拟现实、语音交互指挥C臂运动在未来可以使医生更加专注于手术本身或术前的演练等。                                                                                                                                                                                                                                                            

虚拟视觉在介入手术中应用在临床应用方面，精准、定量及越来越贴近临床治疗是总体的趋势：                                                                                                                                                                                                                 在心脏/心血管领域，多模态影像融合、冠脉全景、3D路图、支架精确显示、TAVR术前标记等方面都有优秀的产品；                                                                                                                                                                                                                                                                                             在神经介入领域，3D-DSA，更快更好的类CT功能、穿刺导航、还有动脉瘤血流动力分析等，都具有重要临床意义。比如，动脉瘤血流动力分析，可以使医生实时地评价器材植入后的效果，在疗效评价上有重要的作用。                                                                                                                                                                                                                                                                         在体部外周领域，动态CT、大范围血管追踪等技术渗透率已经越来越高。                                                                                                                                                                                                       此外，在介入科室信息化方面，国内似乎重视不足，尤其是术式管理、数据收集等还有很大的提升空间。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

3D-DSA和MR融合                                                  4、总结
介入放射学发展迅速，在越来越多的疾病治疗上，都会出现介入的身影，并已成为可以比肩外科手术的临床支柱之一。
相比于MR和CT等诊断影像设备，由于DSA是治疗型设备，直接关乎生命，国内品牌的介入放射学设备发展还需要更多时间的累积和临床验证。毕竟已经在山顶的领军企业，也走过了四十年才有今天的成就。幸好，这个赛道足够长、足够宽，出现国产介入巨头也是早晚的。。



来源：https://www.bilibili.com/read/cv20429621
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！