CN103083036A - Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的选择方法，按照心率和R-R间期来选择扫描的时间窗，双源CT按照所述选取的时间窗来进行扫描和成像。本发明可以有效消除扫描图像中的伪影，提高图像清晰度。

Description

Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的选择方法

技术领域

本发明涉及一种双源CT的使用技术，具体说，涉及一种根据电-机械耦联理论选择Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的方法。

背景技术

一、电-机械耦联

心脏的每一个节律周期活动中，都是电活动在前，机械活动在后，两者相差40～70ms，形成了兴奋与收缩的耦联，即电-机械耦联，心房和心室水平都是遵循这一规律。

如图1所示，为现有技术中心房与心室的心电周期与心动周期的关系图。图中显示心房水平电周期为除极和复极，机械活动周期为收缩期和舒张期，前者在前，后者紧随。心室水平也是一样，心室的电除极始于QRS波，复极终止于T波末，心室的收缩开始于QRS波之中，终止于T波末，舒张期从T波末到下一个QRS波开始。

二、心脏电活动

1．心电周期：从心肌地收缩性特点来说，一个心动周期是由收缩期和舒张期两部份组成，从心肌地兴奋特点来说，一个心电周期是由兴奋期和不应期两部份组成。

2．不应期：心肌细胞或组织发生激动反应后在很短的一段时间内完全地或部分地丧失兴奋性，激动后不应性所持续地时间称为不应期。

（1）不应期与体表心电图的关系；

如图2所示，为现有技术中不应期示意图。

①有效不应期：相当于从QRS波开始一直持续到T波的前肢。

②相对不应期：相当于T波的降支，T波的后半部分，T波的顶峰到T波结束。

（2）不应期与心室机械活动的关系：绝对＋有效不应期≈整个收缩期和舒张早期。在有效不应期内不会产生期前收缩，因此心肌不会出现强直收缩。心室肌在有效不应期终结后，受异常刺激可产生一次期前兴奋，引起期前收缩。由于期前兴奋有自己的不应期，因此期前收缩后出现较长的心室舒张期，称为代偿间歇。

3．超常期：在心肌组织的相对不应期后，正值心肌复极化结束前的一段时间，应用阈下刺激可引起心肌扩布性激动反应，成为超常期。与体表心电图的关系：位于T波后的U波初期。

三、心脏机械活动

1．心动周期：心脏的泵血作用是由心肌电活动、机械活动、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地周期性活动。心动周期是分析心脏机械活动的基本单元。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。每个心动周期中，心房和心室各自按一定顺序相继进行舒缩活动。

如图3所示，为现有技术中心动周期、心内压力、心音与心电图各波的关系图。

1、心房收缩期；2、等容收缩期；3、快速射血期；4、减慢射血期；5、等容舒张期；6、快速充盈期；7、减慢充盈期。AO与AC：分别表示主动脉瓣开启和关闭；MO和MC：分别表示二尖瓣开启和关闭

（1）心室收缩期：

①等容收缩期：历时约0.05秒。

②快速射血期：历时约0.09秒。

③减慢射血期：历时平均0.13秒。

（2）心室舒张期：

①等容舒张期：历时约0.08秒。

②快速充盈期：历时约0.11秒。

③减慢充盈期：历时约0.19秒。

（3）心脏搏动速度周期变化：收缩期：收缩期末期心脏搏动相对较弱；舒张期：缓慢充盈期心脏运动较小。

2、冠状动脉运动的特点

冠状动脉的几何运动速度在整个心动周期内、所有节段都有相当大的变化，其运动速度也随着心率加快而加快。冠状动脉运动速度：收缩期正面88mm/s，侧面66mm/s，舒张期60mm/s。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。在整个心电周期内，走行于前室间沟的左主干和前降支相对运动速度较慢且变化平缓，右冠状动脉和回旋支相对运动速度较快且变化幅度较大。右冠状动脉和回旋支分别走行于前、后房室沟，受心房和心室的双重影响，心房、心室运动不一致使其出现不规则摆动。

如图4所示，为现有技术中冠状动脉在心电周期中的运动速度图。显示冠状动脉各节段在心电周期中的运动速度，运动速度最慢的2个低谷分别为R-R间期的20％-30％和R-R间期的60％-70％。

如图5所示，为现有技术中不同心率下冠状动脉可评价冠状动脉图。显示不同心率下冠状动脉在不同心电周期可评价的冠状动脉所占百分数，心率＞80bpm患者的可评价的冠状动脉最大百分数为R-R间期40-50%；心率61－80bpm患者的可评价的冠状动脉有两个高峰，分别为收缩期R-R间期30%，舒张期R-R间期的70－80%；心率≤60bpm患者的可评价的冠状动脉有两个高峰，分别为收缩期R-R间期30%，舒张期R-R间期的70－80%。

但是，现有技术中，Flash双源CT心脏成像缺乏根据心脏电-机械耦联判断最佳扫描时间窗的方法，因而导致扫描图像出现伪影的情况出现。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的选择方法，可以有效消除扫描图像中的伪影，提高图像清晰度。

技术方案如下：

一种Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的选择方法，按照心率和R-R间期来选择扫描的时间窗，双源CT按照所述选取的时间窗来进行扫描和成像。

进一步：当心率小于65bpm时采用常规模式扫描情况下，所述时间窗选择在冠状动脉的舒张末期，在所述时间窗下进行图像的采集/重建，所述R-R间期的范围在70-80％之间。

进一步：当心率小于65bpm时采用Flash Spiral模式情况下，所述时间窗为R-R间期的55％或60％。

进一步：当心率在65bpm~100bpm之间时，所述时间窗为收缩期，所述R-R间期为20%～30%。

进一步：当心率大于100bpm时，选用Sequence或Spiral模式进行扫描成像。

进一步：在心律不齐情况下，采用自适应Sequence模式或Spiral模式，所述时间窗为收缩期。

本发明技术效果包括：

1、双源CT扫描过程中，利用本发明技术可以有效消除扫描图像中的伪影，提高图像清晰度。

2、利用本发明，在高心率情况下，Flash Spiral模式扫描受呼吸运动影响小。呼吸运动是CCTA中产生伪影的一个重要因素，Sequence和Spiral模式扫描由于需要多个心动周期采集图像，要求患者屏气时间较长，易产生断层伪影。Flash Spiral模式由于扫描速度快，单个心动周期成像，要求患者屏气时间较短，故受呼吸影响较小。

附图说明

图1为现有技术中心房与心室的心电周期与心动周期的关系图；

图2为现有技术中不应期示意图；

图3为现有技术中心动周期、心内压力、心音与心电图各波的关系图；

图4为现有技术中冠状动脉在不同心电周期中的运动速度图；

图5为现有技术中不同心率下冠状动脉运动图；

图6为本发明中时间窗选择在舒张末期的扫描图；

图7为本发明中心率60bpm患者采用Flash Spiral模式扫描最佳时间窗模式图；

图8为本发明中平均心率53bpm患者采用Flash Spiral模式扫描图；

图9为本发明中最佳成像/重建时间窗选择在收缩末期的扫描图；

图10为本发明中图像出现伪影情况的扫描图；

图11为本发明中在心率75bpm情况下采用Flash Spiral模式收缩期模式图；

图12为本发明中在高心率情况下采用Flash Spiral模式扫描图；

图13为本发明中在心率100bpm情况下采用Flash Spiral模式扫描图；

图14为本发明中房颤情况下Flash Spiral模式扫描图；

图15为本发明中Flash双源CT心脏CTA扫描策略流程图。

具体实施方式

下面参考附图和优选实施例，对本发明技术方案作详细说明。

根据冠脉运动速度周期性变化及运动模式与心率相关特点，选择不同心率和心律情况下相对低速（≤50mm/s）的心电时相进行数据采集或图像重建，以减少心脏搏动产生的运动伪影。对不同心率下双源CT冠状动脉的图像质量进行评价，发现心率≤80bpm患者最佳成像时间窗为在R-R间期的70%，心率＞80bpm患者最佳成像时间窗为R-R间期的45%（如图5所示）。心率＜60bpm最佳成像时间窗选择R-R间期的50%-60%，心率60～70bpm选择R-R间期的60%-70%，心率71～83bpm选择R-R间期的70%-80%，心率＞83bpm选择R-R间期的30%-40%。不同心率下收缩末期与R-R间期相对值的关系见表1。

表1不同心率下收缩末期与R-R间期相对值关系

心率（bpm）	R-R间期（ms）	收缩期末期时相（％）
			60	1000	35.0
65	923	36.8
			70	857	38.5
75	800	40.0
			80	750	41.3
85	706	42.5
			90	667	43.5
95	632	44.3
			100	600	45.0
105	571	45.5
			110	545	46.8

本发明中，根据电-机械耦联理论选择Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗，按照心率和R-R间期来选择扫描的时间窗。

冠状动脉最佳成像时间窗的选择方式如下：

一、慢心率情况下最佳成像时间窗的选择

1、慢心率常规模式扫描最佳时间窗：利用冠状动脉舒张末期低速平台，采集/重建时相选择在舒张末期（R-R间期的70-80％），即大约为P波前的时间窗。

如图6所示，为本发明中时间窗选择在舒张末期的扫描图，最佳重建时相选择在舒张末期R-R间期73％。

2、慢心率Flash Spiral模式扫描最佳时间窗：由于Flash Spiral模式单个心动周期成像，扫描时间至少需要250ms，如果在R-R间期的70-80％扫描，则会落入下一个心电周期的P波后产生伪影，因此Flash Spiral模式需要选择提前扫描方可保证不落入P波后，Flash双源CT机器默认的扫描时间窗为R-R间期的55％或60％。

如图7所示，为本发明中心率60bpm患者采用Flash Spiral模式扫描最佳时间窗模式图。R-R间期1000ms（心率60bpm），RP间期以最大上限（200ms）计算，Flash扫描时间以250ms计算，需要从QRS波前的450ms开始扫描方可以在P波前完成扫描，即前一个QRS波后的550ms开始扫描，相当于R-R间期的55％（机器默认）。

如图8所示，为本发明中平均心率53bpm患者采用Flash Spiral模式扫描图。最佳成像时相选择在舒张末期（R-R间期55％）开始扫描，在P波前扫描结束，扫描时间283ms。

二、高心率情况下最佳成像时间窗的选择

1、高心率常规模式扫描最佳时间窗：采集/重建时相选择在收缩末期（R-R间期的30-40％），即大约为T波后的时间窗。

2、高心率Flash Spiral模式扫描最佳时间窗的选择。

（1）Spiral/Sequence模式—收缩期成像。

如图9所示，为本发明中最佳成像/重建时间窗选择在收缩末期的扫描图。

随着心率的增加，采用收缩期采集数据成像可降低伪影发生。16层CT采用回顾性心电门控扫描，心率＜67次/min时右冠状动脉中段最佳重建窗口在R-R间期的59.4%，心率≥67次/min时重建窗口选择R-R间期的28.3%图像伪影最小。第一代双源CT心率≤70次/分时最佳成像时间窗为R-R间期的65～70%，心率＞70次/分时选择R-R间期的35～40%。因此，高心率患者可采用回顾性心电门控模式或前瞻性心电门控序列扫描模式在收缩末期采集/重建。

（2）Flash Spiral模式下高心率情况下的扫描成像。

a、高心率Flash Spiral模式扫描策略：收缩期采集图像

Flash Spiral模式对心率、心律要求较高，要求心率控制到65bpm以下，心律规整。心率大于65bpm患者如果采用默认的PR间期的55%或60%采集图像时，极有可能落入后一个R-R间期上甚至QRS波上而产生伪影。

如图10所示，为本发明中图像出现伪影的扫描图。平均心率66次/分，最高心率71次/分，以Flash Spiral模式R-R间期55%扫描（机器默认），扫描后半部分落入了P波上（图A细箭头），右冠状动脉近中段出现运动伪影（图B粗箭头），图像质量评分3分，血管不可诊断。

采用第二代双源CT对心率≥70bpm的患者采用Flash Spiral模式扫描，发现高心率患者在R-R间期30%成像不可诊断血管为2.8%，采用R-R间期60%采集数据成像不可诊断血管节段占8.3%，为Flash Spiral模式扫描高心率患者提供了初步经验。本发明对134例心率＞65bpm且≤100bpm的患者采用Flash Spiral模式在收缩期（R-R间期20%～30%）采集图像，收到了较好的效果，由于Flash Spiral模式受呼吸运动等因素影响较小、有效射线剂量较低，对于不能屏气的患者应作为首选模式。

高心率Flash Spiral模式扫的理论依据：根据心脏电机械耦联理论（前文所述），Flash扫描应在快速射血期后（即QRS波后150ms）开始，且必须在P波之前完成扫描，方可获得较好的图像质量。以75bpm患者为例，R-R间期为800ms，R-R间期的20％为160ms，恰好处于快速射血期（QRS波150ms）后，此时心脏收缩相对减慢，冠状动脉运动幅度相对较小，Flash扫描时间约为260ms左右，扫描终点相当于QRS波后420ms，我们把PR间期以200ms计算，Flash扫描终点距离下一个P波还有180ms，这样FlashSpiral模式采集图像时间窗就不会落入P波或者PR间期内造成运动伪影。

如图11所示，为本发明中在心率75bpm情况下采用Flash Spiral模式收缩期模式图。R-R间期800ms，R-R间期的20％为160ms，Flash扫描时间约为260ms，扫描终点相当于QRS波后420ms，PR间期120ms～200ms，PR间期以200ms计算，Flash扫描终点距P波180ms，这样Flash Spiral模式采集图像时间窗就不会落入P波或者PR间期内。

如图12所示，为本发明中在高心率情况下采用Flash Spiral模式扫描图。心率99次/分，图12A示采用Flash Spiral模式(R-R间期20%)扫描在一个心动周期成像，扫描时间243ms。图12B示DLP61mGy.cm，有效射线剂量1.04msv。图12C～E示曲面重建示RCA、LAD、LCX图像质量好。

b、高心率Flash Spiral模式扫描的最高心率：100bpm

心率100bpm时R-R间期为600ms，R-R间期的20%为120ms（R-R间期30%为180ms），相当于减慢射血期开始扫描，Flash扫描时间约为260ms左右，扫描终点相当于QRS波后380ms，PR间期以200ms计算，Flash扫描终点距离下一个P波为20ms，也就是说，在P波前恰好完成全心脏扫描。如果心率高于100次/min，R-R间期进一步缩短，则扫描时间窗有可能落入PR间期甚至R波上造成伪影。因此，Flash Spiral模式的心率上限宜选择100bpm。

如图13所示，为本发明中在心率100bpm情况下采用Flash Spiral模式扫描图。图13A表示电机械耦联与Flash扫描最佳时间窗模式图，图13B表示Flash Spiral模式图。心率100bpm患者的R-R间期为600ms，选择收缩期QRS波后150ms开始扫描，Flash扫描时间约为260ms，扫描终点于QRS波后380ms，PR间期以200ms计算，扫描终点距P波20ms，即在P波前恰好完成全心脏扫描。

c、高心率Flash Spiral模式扫描的影响因素—心率变异性

虽然高心率患者可采用Flash Spiral模式扫描，但与低心率患者比较，失败率较高。其中影响图像质量的一个重要因素是心率变异性。

如图14所示，为本发明中房颤情况下Flash Spiral模式扫描图。

房颤人群中发病率约为0.4～1.0%，中国35岁～85岁自然人群房颤患病率为0.77%。由于时间分辨率所限，房颤患者的扫描一直是CCTA的技术瓶颈。第一代双源CT可对房颤患者成像，但需要采用Spiral或Sequence模式多个心动周期采集图像，部分患者需要采用心电编辑等方法进一步完善图像质量，有效射线剂量高。对25例连续性房颤患者采用第一代双源CTsequential模式扫描，36％（9/25）患者表现出阶梯状伪影，结果显示第一代双源CT房颤患者检查失败率为20.6％（6/29）。房颤患者由于其R-R间期绝对不规则，Flash Spiral模式扫描极有可能落入R波内形成伪影，故理论上房颤患者不适合用Flash Spiral模式扫描。本发明对23例连续性房颤患者采用Flash Spiral模式扫描进行评价，失败率为17％（4/23），与第一代双源CT Spiral或Sequence模式对比，Flash Spiral模式显示出了较高的成功率。

成功率较高的原因为：Flash为单个心动周期成像，只要落入R-R间期之间较好的时相即可以获得成功，而Spiral或Sequence模式需要多个心动周期采集图像，由于房颤时R-R间期绝对不规则，采集/重建图像造成不一致运动的几率相对单个心动周期较高，因此失败率反而较Flash Spiral模式高。

通过上述分析，Flash双源CCTA成像时间窗的选择，见下表2：

表2Flash双源CCTA成像时间窗的选择

如图15所示，为本发明中Flash双源CT心脏CTA扫描策略流程图。

确定成像时间窗后，Flash双源CCTA成像扫描过程如下：

（1）心律齐情况下：

低心率情况下：首选Flash Spiral模式，成功率高，射线剂量低，是最佳选择。

较高心率情况下（心率＞65bpm且＜100bpm）：可选择Sequence模式/Spiral模式或Flash Spiral模式收缩期成像扫描，如果失败再换用其他模式扫描，多期重建评价。

心率＞100bpm情况下：首选Sequence或Spiral模式，不适合采用FlashSpiral模式。如果失败，需要进一步降低心率重新扫描，重新建议更换扫描模式。

（2）心律不齐：自适应Sequence模式或Spiral模式收缩期绝对时间窗成像/重建，结合心电编辑评价。仍不能评价者，控制心律后再次扫描。

（3）不能配合呼吸、急危重病人、小儿：首选Flash Spiral模式扫描。低心率者成功率极高，较高心率者成功率也可。

Claims (6)

1.一种Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的选择方法，其特征在于：按照心率和R-R间期来选择扫描的时间窗，双源CT按照所述选取的时间窗来进行扫描和成像。

2.如权利要求1所述的Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的选择方法，其特征在于：当心率小于65bpm时采用常规模式扫描情况下，所述时间窗选择在冠状动脉的舒张末期，在所述时间窗下进行图像的采集/重建，所述R-R间期的范围在70-80％之间。

3.如权利要求1所述的Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的选择方法，其特征在于：当心率小于65bpm时采用Flash Spiral模式情况下，所述时间窗为R-R间期的55％或60％。

4.如权利要求1所述的Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的选择方法，其特征在于：当心率在65bpm~100bpm之间时，所述时间窗为收缩期，所述R-R间期为20%～30%。

5.如权利要求1所述的Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的选择方法，其特征在于：当心率大于100bpm时，选用Sequence或Spiral模式进行扫描成像。

6.如权利要求1所述的Flash双源CT心脏成像最佳成像时间窗的选择方法，其特征在于：在心律不齐情况下，采用自适应Sequence模式或Spiral模式，所述时间窗为收缩期。

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