心脏成像的技术进展

64排螺旋CT具有高时间分辨率、高空间分辨率及高图像质量，在心脏及血管疾病的诊断上具有独到的优势，使得心率较快（＞100次/分）儿童的心脏疾病的CT影像学诊断通过心电门控技术得以实现。因此，越来越多的临床医师倾向于使用CT进行心脏疾病的诊断。

由于心脏成像采用亚毫米扫描层厚和小螺距螺旋扫描模式，因此剂量问题一直是大家所关注的热点问题。要想有效地降低X线剂量，必须对影响剂量的重要参数有一个了解。X线剂量不仅仅取决于X线球管的电流，而且还和球管电压的平方成正比，同时和射线的质量即X线中的散射成分和X线能量分布有关。散射X线只会减少系统的低对比度分辨率，产生无用剂量；过低能量的X线无法穿透身体而只会增加皮肤剂量。CT生产厂家在心脏成像中提出了一系列方法来降低患者剂量，如改进X线球管设计、增加探测器宽度、ECG电流调制、心脏前置过滤器以及软件过滤技术。

一、VCT球管设计和信号数据收集系统

VCT的球管使用了先进的电子束收集器（electron collectorTM），可滤过无效的低能量电子束，不仅减少了无效电子对阳极靶面的冲击，减少了靶面的产热量，延长X线管的寿命，而且有效地降低了X线散射，降低了5% 的无用剂量，从而有效地减少了患者的受线量，进一步提高了影像质量。

VCT高频信号数据收集系统（V-DAS），不仅使VCT在0.35 s的扫描速度下也能采集到足够的数据，而且还能有效地降低50%的电子噪声。由于图像中的噪声是由X线的统计涨落和探测器DAS中的电子噪声共同决定的，电子噪声的相对影响在低X线的情况下就会更突出。因而在低信号成像中VCT的低电子噪声V-DAS就具有更大的优越性。

二、探测器宽度

VCT宽体探测器在薄层扫描中显示出更高的剂量使用率。这是因为在CT成像中为防止球管移动引起的伪影，系统中通常会有过宽射线，而过宽射线的宽度通常是不变的，因而探测器宽度的增加使得探测器在总宽度中的比例增加，从而提高剂量使用率。VCT由于使用更宽阔的探测器，在薄层扫描中探测效率从16排中的82%提高到95%，大大提高了X线的探测效率，降低了对患者的剂量。

三、心电门控技术

用心电门控（心电脉冲）技术控制管球的曝光可以大大降低辐射剂量。

1．ECG电流调制（回顾性ECG门控）　ECG电流调制原理是在心动周期中有用部分（用于图像重建）使用高毫安输出，而心电周期的其余部分使用低毫安，从而减少曝光剂量（图10-1、图10-2）。实际应用中，必须仔细选择采集时相窗以确保使用最大管电流采集最好心脏期相（最少运动伪影期）数据，心率波动较大时需要适当增大采集时相窗。采用ECG电流调制技术可以降低30%～50%的辐射剂量。

但心电图电流调控从最高毫安输出下降到最低毫安输出并非在瞬间完成，而是需要一段变化的过程。因此，一个相对较长的R-R间期是实现这一转变的基础。当心率过快致使R-R间期过短时，最高毫安输出可能来不及降到最低，便被下一个R波触发上升，甚至未及下降就恢复至最高，此时心电图电流调控降低放射剂量的作用也将大打折扣。

图10-2　使用ECG自动毫安技术采集的收缩期（A）及舒张期（B）的心脏图像

图10-1　ECG自动毫安技术示意图

对于心跳不规则或高心率的患儿，必须使用螺旋技术和回顾性心电门控技术进行容积扫描。虽然连续曝光会造成相对高的辐射剂量，但便于重建心脏周期中任何相位的图像，不造成信息的遗漏。

2．前瞻性ECG门控　对于稳定低心率的患者可采用前瞻性ECG门控［即步进-照射（step and shoot）采集方式］以达到有效剂量的进一步降低。前瞻性ECG门控是在心脏循环周期的特定时间点开启X线球管，通常是在心脏舒张中期。这种前瞻性心电门控技术和点射扫描技术，射线剂量平均减少了70%，最多减少90%，同时保证很高的图像质量。但该项技术不能用于心率较高和不规则心率的患者，因为心律任何突然的改变（如异常心脏搏动）会导致心脏影像的质量降低。

四、心脏前置过滤器

由于心脏在体内接近中心的特殊位置，VCT还采用了专业心脏前置过滤器，通过优化前置过滤器形状设计，在增加心脏部位信号的同时大大减少外围皮肤剂量。随着机架旋转角度的变化，有效衰减扫描边缘的X线照射，可以显著提高X线的有效利用率，使得在对患者心脏进行扫描时的总的辐射剂量降低15%，而心脏图像噪声还略有减少。图10-3是心脏前置过滤器和常规体部前置过滤器的示意图，图10-4为使用这两种前置过滤器所获得的心脏图像的比较。从这比较中，我们可以看到心脏前置过滤器的使用不仅降低了患者的总辐射剂量，还降低了心脏图像的噪声。

图10-3　心脏前置过滤器（灰色）和常规体部前置过滤器（红色）的示意图

图10-4　使用心脏前置过滤器（A）和常规体部前置过滤器（B）所获得的心脏图像的比较（图像来源于北京武警总医院）

五、后过滤技术

后置滤过器是64排VCT机配置的一种低辐射剂量技术，又称心脏噪声减除滤波器，是专为冠状动脉成像设置的一种智能性后处理技术。经过后置滤过器处理的冠状动脉影像底色柔和平滑、颗粒细腻，图像噪声明显下降。后置滤过器的作用是通过对噪声的减除过滤，消除部分由于相对较低的管电流造成的量子噪声对图像的不良影响，以最大化地提高图像信噪比，保证在适度射线剂量下获得可满足诊断需求的图像。

六、心脏轴位成像（EBT-扫描模式）

辐射剂量和螺旋扫描中的螺距成反比。常规的心脏成像使用小螺距扫描模式（螺距0.2～0.3），因此心脏扫描的辐射剂量相对比较高。针对这种情况提出了与电子束CT（EBT）相似的轴扫模式进行心脏成像，从而避免了螺旋扫描中的重叠扫描，使心脏成像中的辐射剂量能够降低70%～80%。