冠状动脉CTA成像技术

冠状动脉CTA成像技术冠状动脉的影响因素多层螺旋CT的型号（单源、双源）扫描参数（120kV，100kV）重建时相（收缩期，舒张期）注射流率（高流率，低流率）对比剂（浓度、总量）心功能（心输出量、射血分数）身高和体重（体表面积）体重指数（BMI）2重建时相SnapShotFreeze冠脉运动追踪冻结平台即使最快的快门依然会产生运动伪影3FreedomSmart采用了“新”的心脏扫描和重建模式iCT,320双源（75ms）FreedomSmart的新方法冠脉运动追踪SnapShotFreeze冠脉运动追踪［高速运动摄像机原理］Vs.重建时相4SSF冠脉运动追踪技术可以追踪冠脉运动，真正冻结冠脉SSF工作原理：跟踪冠脉运动＋建立运动模型＝去运动伪影＋去断层重建时相5重建时相高心率的解决方案一直是冠状动脉成像寻求的目标：提高硬件的速度寻找运动的轨迹6CThardwarespeedalonecannotstopcoronarymotionAt<65BPMthereisasingleoptimalreconphaseforallvesselsResidualmotion~10mm/seccauseslossofresolutionOver75BPMreconshiftstosystoleResidualmotion25-40mm/secHusman;Radiology:Volume245:Number2—November2007/cgi/content/full/2451061791/DC1Sun;ClinicalRadiology:Volume66(2011)614e620/10.1016/j.crad.2011.02.007Nosingleoptimalphase…evenat75msecChallengeofCoronaryArteryMotionHusman;Radiology:Volume245:Number2—November2007/cgi/content/full/2451061791/DC1Sun;ClinicalRadiology:Volume66(2011)614e620/10.1016/j.crad.2011.02.007重建时相7重建时相8冠脉解剖及生理特点心脏的泵血作用是由心肌电活动、机械收缩和瓣膜活动三者相互配合完成泵血过程中心脏有节律地收缩和舒张，交替的周期性活动收缩和舒张一次的时间称心动周期，可作为分析心脏机械活动的基本单元9冠脉解剖及生理特点每个心动周期中，心房和心室各自按一定的顺序相继进行舒缩活动因心室在泵血活动中起主要作用，心动周期通常是指心室的活动周期心室收缩期：等容收缩相和快速和减慢射血相心室舒张期：等容舒张时相和心室充盈相（快速充盈、减慢充盈和心房收缩充盈三个时相）10冠脉解剖及生理特点等容收缩期的特点等容舒张期的特点心室第一次密闭室内压升高最快心室容积最大，保持不变持续约0.05秒心室第二次密闭室内压下降最快心室容积最小，保持不变持续约0.06-0.08秒心室射血期的特点心室充盈期的特点由于心室收缩引起室内压升高，使射血得以完成心室容积由最大至最小射血速度中快至慢主要因心室舒张致室内压降低于房内压，使充盈得以实现心室容积由最小至最大充盈速度由快至慢，最后0.1s速度再次加快左心室容积最大左心室容积最小心房收缩末期等容舒张末期11冠脉解剖及生理特点心室收缩期：等容收缩期0.05秒，射血期0.25秒（快速射血期0.1秒+减慢射血期0.15秒）=±0.3秒心室舒张期：等容舒张期0.06—0.08秒，充盈期0.42—0.44秒（快速充盈期0.11秒+减慢充盈期0.22秒+房缩期0.1秒）=±0.5秒心动周期中，心房和心室的舒张期都明显长于收缩期，这有利于血液充盈，从而保证心脏有效的射血12冠脉解剖及生理特点心动周期中心室容积的变化心室回心血量主要靠心室舒张的抽吸作用（约70-75%)，心房的收缩射血仅约25-30%的血量收缩末期心室容积最小舒张末期心室容积最大13冠脉解剖及生理特点心动周期心动周期与心率呈反比：心动周期=60/心率心率增快，心动周期缩短，收缩期和舒张期均缩短，但舒张期缩短更显著心率增快，心肌工作时间相对增多，休息时间相对减少，对心脏持久工作不利，心率过快将影响心脏泵血功能正常成人心率为60-100次/分，平均75次/分。心率可因年龄、性别和生理状况不同而变化14冠脉解剖及生理特点心电图波形的生理意义P波：心房去极化，导致心房收缩QRS波群：心室去极化，导致心室收缩T波：心室复极化，导致心室舒张P-R间期：房室传导时间Q-T间期：从QRS波群开始到T波结束，心室开始兴奋去极化到完全复极到静息状态的时间，反映心室肌除极和复极的总时间，即心室收缩期，大约持续0.3秒S-T段：QRS波群-T波开始，反映心室各部分都处于去极化状态15冠脉解剖及生理特点Q-T间期：心室去极化—复极化—静息状态时间，±0.3秒，（心室做工作所需时间相对固定，260—360ms）心率升高，舒张期和收缩期都缩短，但程度不同，收缩期在R-R间期的百分比逐步后移16冠脉解剖及生理特点血管内径细（分支和远端血管直径＜3mm)走行迂曲，分支繁多血流速度快，相对血流量大附着心脏表面，随心脏搏动17冠脉解剖及生理特点心脏是快速运动脏器：围绕自己的轴进行舒张收缩及旋转运动冠状动脉的运动速度:收缩期：正面88mm/s，侧面66mm/s舒张初期：60mm/s收缩末期和舒张末期相对运动速度较低18冠脉解剖及生理特点

右冠状动脉和回旋支分别走行于前后房室沟，受心房和心室运动的双重影响，心房、心室运动不一致使其出现不规则摆动19冠脉解剖及生理特点循环系统自身与周围脏器的组织密度差低人工对比剂显示腔内形态循环系统内流动的血液具有很大流速和流量数据采集速度快，时机准确对比剂流经各解剖部位的时间有限，且很快与周围血液随机混合而稀释

20冠脉解剖及生理特点心脏搏动的特点：一种三维运动，对于CT成像，心脏搏动可分解为：层面内（in-plane）移动：在重建图像上形成模糊或条纹伪影层面之间（through-plane)移动：导致邻接层面的配准不良，影响三维重建影像质量速度周期行变化收缩期：收缩末期心脏搏动相对较弱舒张期：缓慢充盈期，心脏相对运动较小21冠脉解剖及生理特点拍摄运动物体影像曝光时间短—捕捉瞬间静止图像采集频率快—观察连续动态影像22冠脉解剖及生理特点运动物体的体素位移：CT扫描时，运动物体（心脏）在图像数据采集期间出现位移（体素位移），影响图像清晰度，出现运动伪影23冠脉解剖及生理特点体素位移幅度与受检者生理病理等因素和设备数据采集速度相关体素位移=成像体运动速度扫描时间扫描时间增加，体素位移增加，运动伪影增加扫描时间减少，体素位移减少，运动伪影减少×24冠状动脉运动模式与心率心率较慢时，舒张期较长，冠状动脉运动呈双期模式，收缩末期和舒张末期速度相对较低，舒张末期出现低速平台期随着心率加快，舒张末期低速平台期逐渐变窄甚至消失，冠状动脉运动呈现单期运动模式室壁瘤等冠心病机械并发症可导致心肌舒缩率下降室壁矛盾运动冠状动脉失去正常的运动模式25冠脉CTA成像的关键因素目前MSCT的心脏冠脉成像层面时间分辨力尚不能满足获取冠状动脉在心动周期内任一瞬间的清晰影像的需求心脏冠脉CTA的关键环节：扫描数据采集和图像重建冠脉CTA需根据冠脉运动速度周期性变化及运动模式与心率相关的特点，心电图时相选择是关键，选择不同心率和心律情况下相对低速的心电时相进行数据采集或图像重建，以消除心脏搏动产生的运动伪影26最佳心电时相慢心率时选择舒张末期：P波前的时间窗快心率时选择收缩末期：T波后的时间窗27冠状动脉成像对设备性能的要求时间分辨率高层面图像采集速度(X，Y轴)容积覆盖速度(Z轴)空间分辨率高(X，Y，Z轴)密度分辨率（斑块组织学分析）三者相互制约28冠状动脉成像对设备性能的要求随着多层螺旋CT的不断发展，时间分辨率有了很大的提升层厚也在不断的改进，为显示细小冠脉打下了坚实的基础4层螺旋CT：2.5mm8层螺旋CT：1.25mm16层螺旋CT：0.625mm64层螺旋CT：0.625mm29冠状动脉CTA容积数据采集方式回顾性心电图门控螺旋扫描采用螺旋扫描连续采集心脏的容积数据，同步记录心电信号，供回顾性重建选择重建时相前瞻性心电图门控触发轴扫：按预设心电图时相扫描，心脏容积数据的采集采用“步进+曝光”扫描模式前瞻性Flash大螺距扫描30冠状动脉CTA容积数据采集方式采集技术回顾性心电门控螺旋数据采集：每个心动周期都曝光，螺距pitch通常选定0.16-0.24，曝光时间为5s左右31

回顾性心电门控:

重建分单扇区与多扇区

及自适应性容积重建32回顾性心电门控<1>---单扇区重建投影范围半圈扫描重叠之螺旋图像持续螺旋扫描与进床z–

轴方向时间延迟特点:

持续容积扫描:产生重叠之螺旋图像单扇区重建法时间分辨率为Trot/2(即球管旋转时间的一半)

图像重建图像重建图像重建33图像数据图像重建持续螺旋扫描与进床z–轴方向时间回顾性心电门控<2>---多扇区重建延迟250ms投影范围半圈扫描特点:多扇区重建(例如:双扇区重建)

为连续重叠容积扫描,需减小螺距

时间分辨率为Trot/2*N(N为1,2,......)

图像重建图像重建34z–轴方向1个扇区

2个扇区时间<70bpm

70bpm回顾性心电门控<3>---自适应性容积重建特点:根据心率情况自动选择重建的心动周期同时改进空间分辨率与时间分辨率35心脏重建时相的选择

选择恰当的时刻RTQPRS理想的时间窗舒张期36RQSPPT回顾性心电门控重建方式60%RR

RR间期%值600ms400ms

RR间期绝对值40%RR37RR间期绝对值重建与%重建的差异38回顾性心电门控螺旋扫描技术重建算法：根据心率选择半重建算法：时间分辨率=球管旋转时间/2多扇区重建算法变速扫描技术：机架旋转速度根据心率选择智能螺距技术：扫描螺距根据心率选择39多扇区重建原理

利用多排探测器，从相同位相但不同角度的不同心动周期中提取数据，将这些扇区重新组合后得到图像重建所需要的数据，时间窗=0.35s×(2/3)/4=58ms40多排CT的局限性单扇区成像时间分辨率低，对快心率成像受限多扇区重建需要经过若干个心动周期拼接而成，对心律的整齐性要求较高41检查前准备检查前12小时内不服含咖啡因饮料，4小时不吃固定食物，鼓励饮水，不做运动，提前到检查室静坐，稳定心率介绍检查情况，消除紧张情绪（必要可吸氧及服镇静剂）去掉外衣，紧身内衣和胸部金属饰物，仰卧、舒适放松心率控制：窦性心律，心率稳定，≤70bpm，70~100bpm须使用倍他乐克降低心率屏气训练：吸气后屏气约10秒，屏气时心率变化＜10%建立静脉通道，CABG术后者在内乳动脉桥对侧上肢静脉穿刺对比剂注射三维重建检查前准备CTA扫描扫描参数辐射剂量心电编辑重建图像42CTA注射方案CTA：静脉注射对比剂，在血管内对比剂浓度峰值期进行快速容积扫描，通过后处理软件重建而显示血管影像CTA的技术基础：有效的对比剂增强快速准确容积数据采集图像三维显示技术43CTA注射方案CTA成像，感兴趣的浓度是含碘的血管结构，即碘投射浓度—动脉内平均碘浓度与血管内径之积CTA参数优选，即通过技术参数调整，提升碘信号的信噪比，以最小的有效辐射剂量，获取满足诊断需求的影像质量44CTA注射方案双筒双流注射：两种液体双筒同时注射注射对比剂同时注射盐水可改变对比剂和盐水同注的比例采用合适的比例可使左右心增强密度相等，改善图像质量检查前准备CTA扫描扫描参数辐射剂量心电编辑重建图像三维重建对比剂注射45CTA注射方案三时相注射:第一时相：对比剂50-60ml，注射流率4.5—6ml/s第二时相：对比剂+盐水混合液（30%+70%）60ml第三时相：盐水40ml目的:四腔心对比剂显示均匀46CTA注射方案扫描延迟时间的确定选择正确的扫描延迟，使数据采集时间窗与对比剂首次流经感兴趣区的时间窗吻合时间—密度曲线对比剂：15-20ml5ml/s生理盐水：20ml5ml/s对比剂智能跟踪技术ROI的设置，阈值的选择，自动/手动（屏气指令）触发扫描47冠状动脉成像扫描要点优化扫描参数：管电流：根据病人体重调整mA管电压：低体重指数，选择100kVp扫描范围：限制Z轴覆盖扫描野：缩小FOV（18-25cm）智能螺距：根据静息bpm自动设定，必要人工调整球管旋转速度：根据bpm选择（变速扫描技术）智能滤过技术：心脏前置滤过器、后置滤过处理采用ECG毫安调制技术：剂量降低20-30%48冠状动脉成像扫描要点Z轴扫描覆盖范围与辐射剂量正相关剂量长度乘积（DLP）：给定扫描方案中受照部位所接受总能量，表达式：DLP=CTDIvol×扫描长度（cm）单位：mGy.cm有效辐射剂量ED=DLP×0.014根据受检者实际心脏大小设置扫描层数留出适当余量，以防因吸气幅度不同导致的心脏位置偏移参考钙化积分平扫图像，注意冠状动脉起源异常根据诊断需求调整49冠状动脉成像扫描要点螺距应与心率匹配辐射剂量与螺距成反比心率过快或者采用多扇区重建都会缩小螺距，增加扫描的辐射剂量智能螺距技术根据受检者实际心率自动设置螺距，心率快，螺距增加50冠状动脉成像扫描要点智能螺距的修正：屏气前/后心率变化大，需人工修正，避免遗漏数据，Z轴产生配位不准采用心率覆盖模式（override）51SSF是否能帮助我们走出困境52病例展示男性患者,51岁胸闷待查身高：169cm体重：78kgBMI:27.3kg/m2心率：70次/分对比剂浓度：350mgI/ml对比剂量：55ml注射流率：5ml/s

盐水:50ml扫描模式：前门控、辐射剂量：2.9mSv以75%为中心重建图像后传输至工作站自动计算出SSF图像53病例展示男性患者,51岁胸闷待查身高：169cm体重：78kgBMI:27.3kg/m2心率：70次/分对比剂浓度：350mgI/ml对比剂量：55ml注射流率：5ml/s

盐水:50ml扫描模式：前门控、辐射剂量：2.9mSv以75%为中心重建图像后传输至工作站自动计算出SSF图像采用IBR自动纠正错层伪影，提高图像质量54病例展示女性患者,60岁胸闷待查身高：155cm体重：55kgBMI:22.9kg/m2心率：70次/分对比剂浓度：350mgI/ml对比剂量：45ml注射流率：4ml/s

盐水:50ml扫描模式：前门控、辐射剂量：1.9mSv以75%为中心重建图像后传输至工作站自动计算出SSF图像55病例展示女性患者,60岁胸闷待查身高：155cm体重：55kgBMI:22.9kg/m2心率：70次/分对比剂浓度：350mgI/ml对比剂量：45ml注射流率：4ml/s

盐水:50ml扫描模式：前门控、辐射剂量：1.9mSv以75%为中心重建图像后传输至工作站自动计算出SSF图像56病例展示女性患者,55岁冠心病待查身高：160cm体重：58kgBMI:22.7kg/m2心率：88次/分对比剂浓度：350mgI/ml对比剂量：45ml注射流率：5ml/s

盐水:50ml扫描模式：回顾门控辐射剂量：3.0mSv以45%为中心重建图像后传输至工作站自动计算出SSF图像57病例展示女性患者,55岁冠心病待查身高：160cm体重：58kgBMI:22.7kg/m2心率：88次/分对比剂浓度：350mgI/ml对比剂量：45ml注射流率：5ml/s

盐水:50ml扫描模式：回顾门控辐射剂量：3.0mSv以45%为中心重建图像后传输至工作站自动计算出SSF图像经过IBR修复后恢复冠状动脉的连续性58病例展示女性患者,51岁胸痛、胸闷半月，加重2天，冠心病待查身高：160cm体重：61kgBMI:23.8kg/m2