回顾性心电门控冠脉扫描基本原理

SIEMENS Quality ID： HOOD05162003018399 Effective date: 2019-08-15 Healthineers 回顾性心电门控冠脉扫描基本原理 https://www.siemens.com/pepconnect 西门子医疗系统有限公司 云端医学教育平台 宋志巍 胡炳欣 韩波 1 Unrestricted © Siemens Healthcare GmbH, 2019 心电门控的原理 SIEMENS Healthineers 心脏是随着心动周期有规律运动的器官，因此心脏的检查对任何影像学手段都是一个挑战。瞬间锁定运动 中的心脏，观察心脏的组织结构、冠状动脉的形态及各种病理变化，高时间分辨率是必备的条件。 CT 用于心 脏的检查中，为了获得真实反映心脏及冠状动脉的图像，就必须在心脏相对静止时相采集，才能尽可能避免产 生运动伪影。实时冻结心脏运动，需要在获得轴位图像时有极短数据采集时间。心脏的三维运动模式很复杂， 运动模式在不同的心脏解剖类型，甚至在不同的心动周期都是千变万化的，其中，在心房和心室收缩期运动最 强，短时的收缩末期的静息期之后紧跟着持续的心室充盈期，心室充盈在舒张中晚期运动逐渐减慢，为了图像 重建的时相与心脏运动准确匹配，必须使用 ECG 与 CT 扫描同步装置，也就是心电门控，可以根据需要在心脏 搏动的任意时相进行扫描或者在任意时相进行图像的重建。 2 心电门控的原理 SIEMENS Healthineers 心率为 60 次 / 分时，心脏舒张静息期持续时间大约 250毫秒，心率为 90 次 / 分时，持续时间大约 150 毫 秒；而收缩末期静息期持续时间大约 100 ～ 150 毫秒，持续时间随着心率的加快略有降低。心率较低时，收缩 末期静息期时间窗明显小于舒张静息期，随着心率的加快舒张期静息期时间窗明显变窄。舒张静息期时间窗甚 至比收缩末期更短。多层螺旋 CT 进行心脏检查时，心脏扫描或重建时间窗通常选取心动周期的舒张静息期， 然而，随着 CT 心脏检查时间分辨率的进一步提高，获得收缩静息期的高质量重建图像已经成为可能。目前世 界上单扇区重建时间分辨率最高的 CT—SOMATOM Force 的时间分辨率为 66 毫秒，在收缩末期静息期和舒张末 静息期均可以获得较好的图像。除了舒张期静息期和收缩末静息期外，其他期相要获得无运动伪影的图像至少 需要大约 50毫秒的时间分辨率。 3 回顾性心电门控 SIEMENS Healthineers 回顾性心电门控技术（retrospective ECG-gating）是利用ECG 和 CT 扫描的同步采集技术，获得连续螺旋扫 描数据和心脏运动的同步资料，扫描完成后可以根据同步记录的心电图选择心动周期中所需的任意时相进行重 建。在心脏的检查中，双源 CT 目前已经越来越少的使用回顾性心电门控检查心脏，仅适用于心率不齐和房颤 患者。螺距是回顾性心电门控技术进行心脏螺旋扫描时最关键的参数。 4 炫速双源 CT 螺距计算 SIEMENS Healthineers pitch = Trot LE - H 60 表 1 炫速双源 CT 螺距随着心率自动调整对照表 这里 Trot 是机架旋转时间；心率（单位：次 / 分）是检测扫 描序列装载前的 10 次心动周期，以最低的一次心动周期保留 10 > 40 0.17 的整数位作为基数，如：检测到扫描序列装载前的 10 次心率最低 > 50 0.18 的一次心率为 79 次 / 分，则这里的心率选值为 70；H 是在做冠状 动脉检查时的风险控制，即在检查患者的过程中，患者在扫描开 > 60 0.23 始后的某一次心率有可能低于自动选择心率，如果心率降低不超 > 70 0.27 过 H 次 / 分，就能保证获得单扇区重建的理想图像，这里 H 值根 > 80 0.31 据心率的快慢略有不同，大于 100 次 / 分，H 值为 20 次 / 分，依 > 90 0.35 次逐渐降低至大于 50 次 / 分时，H 值为 10 次 / 分，由以上公式获 > 100 0.38 得的心率与螺距对应关系见表 1。 5 炫速双源 CT 螺距计算 SIEMENS Healthineers 如果遇到严重心律不齐的患者，在检查过程中可能出现偶然性的心率会低于上述 H 次 / 分的心率风险控制， 就会出现数据缺口，甚至无法重建图像。因此，对这类患者，我们在检查前首先应该判断是否能使用自动螺距 功能。如果使用自动螺距功能会给检查带来风险，我们应该按照患者实际较低的心率，手动选择相对小的螺距， 确保检查的成功。 6 mAs/rot（毫安秒/圈） SIEMENS Healthineers CT 常规检查时多使用有效 mAs 来衡量 X 射线剂量，我们会通过 mAs 的变化来预测扫描后图像的质量（或 信噪比）。如果心脏检查时螺距保持不变，使用有效 mAs来衡量 X 射线剂量、判断图像的质量依然是很好的工 具，双源 CT 心脏检查时的螺距会随着患者的心率发生变化，有效 mAs 是指扫描部位的射线总量，心脏重建方 式和常规扫描方式明显不同，心脏扫描时螺距小，原地重复叠加扫描，扫描所得数据部分用于图像的重建，而 心脏图像重建仅需要同一位置大量数据中 180° 的数据。假设在心脏检查中设定有效 mAs 保持不变，而当患者 心率加快时，如果螺距相应增大，那么就必须有更高的 mA 才能维持不变的有效 mAs，180° 数据中实际用于重 建图像的 mAs 会增加，心脏图像的信噪比降低，图像质量提高；反之螺距降低，图像质量会下降。因此我们工 作中也就不能再通过有效 mAs 来衡量图像的质量，图像的质量也难以掌控。 7 mAs/rot（毫安秒/圈） SIEMENS Healthineers 双源 CT 引入了新的概念：mAs/rot， 即 CT 每 旋 转 一 圈 时 mAs 的 剂 量，mAs/rot不再和螺距相关。在实 际工作中，螺距会随着心率的高低进行调整，尽管有效 mAs 会随着螺距的变化而变化，但是 mAs/rot 保持不变， 即用于重建图像 180°数据的mAs 恒定不变，图像的质量也就不会变化。我们在实际工作中应该注意：可以调整 mAs/rot 预测扫描后图像重建的质量，如果 mAs/rot 确定，不必担心螺距的增加或降低会影响图像的质量；希 望改善图像的质量时，人为降低螺距是毫无价值的，反而会增加扫描时间和病人的辐射剂量。螺距随着心率的 提高而增加的意义在于，不仅可以缩短扫描时间还可以明显降低患者的辐射剂量，而图像的质量不变。 8 螺距选择不当会产生相应的伪影 SIEMENS Healthineers Recon Recon Recon Recon Recon Recon Volume Gap Volume Gap Spiral Scan Volume Gap z - Position Volume Gap Volume Gap Time 9 冠脉最佳成像时相的选择 SIEMENS Healthineers 心脏的跳动是有规律的周期性运动，但是心脏的运动存在个体差异，所以重建心脏图像的时相也各不相同， 如何找到不同患者心脏相对静止时的最佳时相是能否重建完美图像的关键。心脏的自动最佳时相（cardio best phase） 该软件包能够自动从大量的原始数据中提取最佳收缩期和最佳舒张期的图像，不仅查找时相准确，而 且节省了大量时间。选择最佳时相功能后，在后台进行数据处理，重建所有期 相 ( φ 1，φ 2，φ 3，…) 在 Z 轴上的每一幅图像 I(z，φ 1)，I(z，φ 2)，I(z，φ 2)，… 把各期相 Z 轴上所有轴位图像， 和相邻图像的位置进行对比，计算出每一幅图像和相邻图像位置的变化，根据图像位置移动的多少赋予不同的 颜色，蓝色表示运动幅度小，红色表示运动幅度大。在收缩期和舒张期把运动幅度最小的蓝点连起来，确定作 为重建时收缩期和舒张期的整个心脏相对静止的最佳时相，重建图像( 图 2)。心脏的自动最佳时相功能明显降 低了我们的劳动强度，优化了工作流程，使获得的图像运动伪影更少。 10 冠脉最佳成像时相的选择 SIEMENS Healthineers Cardiac Motion Map 100 90 80 70 50 40 R-R cycle (%) 30 20 10 20 40 60 80 100 120 140 160 180 11 Disclaimer SIEMENS Healthineers 请注意，该资料仅供学习使用！ 为了正确使用软件或硬件，请务必使用由西门子医疗发行的《操作手册》或《使用说明》（以下统称为《操作手册》）。本材料仅学习参考使用，不能代替《操作手册》。 本培训中使用的材料可能未及时更新，并不一定反映软件和硬件最新版本。 操作手册应作为您的主要参考资料，特别是在涉及警告和注意事项之类的安全信息时。 注意：本资料中显示的某些功能为可选项，可能未包含在您的系统中。 某些产品，与产品相关的声明或者功能（以下统称为“功能”），可能尚未在您的国家/地区进行商业销售。 受监管要求所限，我们并不能保证所述功能将来能够向特定国家/ 地区提供。请联系当地的西门子医疗销售代表获取最新信息。 未经书面授权，不得复制、传播、分发该资料及其相关内容，违者将承担相关责任。 所有患者的姓名和数据、参数和配置相关的名称均为虚构，仅作示例使用。 所有权利，包括专利权或产品的注册、设计的权利，均予保留。 版权所有 © 西门子医疗系统有限公司 ………………………………………………………… Siemens Healthineers Headquarters Siemens Healthcare GmbH Henkestr. 127 91052 Erlangen, Germany Telephone: +49 9131 84-0 siemens.com/healthineers 12