顶级CT的单心跳成像是如何实现的？

第165篇原创 

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导语

毫无疑问，顶级CT的门槛技术一定是“心脏冠状动脉成像”。“匠心”系列第7篇，讨论顶级CT如何征服那颗永远在跳动的心。

2004年，全球首台64排螺旋CT问世，几乎对所有器官同时实现了扫描速度、覆盖范围、和层厚的改善，这是CT技术的第三次飞跃。时至今日，64排CT仍然“攻守兼备”，几乎能完美满足绝大部分的临床检查需求，除了心脏。

根据研究数据，冠脉CTA(CCTA)能降低16%的不必要诊断性介入手术，其作为心导管室的“看门人”地位已经得到国际的公认。在很多共识和指南中，都强调冠脉成像的基本入门条件为64排CT，并对时间分辨率有一定要求。比如，0.5s/r转速的CT，患者心率最好不要超过75次/分钟；0.35s/r转速的CT，患者心率最好别不超过90次   /分钟   。

尽管能满足大部分场景，但是我们更想要任意心率的单心跳成像，实现真正的检查自由，而这正是我们需要顶级CT的最重要的理由之一。  

1、什么是单心跳成像？

我们知道，心脏是长12厘米、宽9厘米，并且永远在不停跳动（成年人平均心率是75次/分钟）的器官，其常规CT成像必然引起运动伪影；不过，我们也知道心脏是有规律搏动的，一个心动周期内最静止的部分是心脏舒张期(Diastole)，想要获得清晰的冠脉图像，在这个阶段成像是最好的选择，能实现“冻结”心脏。  

然而，我们还知道哪怕心脏的心律规则时，其前后两次心脏搏动都会存在轻微的差别，一旦在心律不齐或其他状态下，心脏连续跳动时形态上就会有明显差异。因此，为了实现更好的冠脉成像，需要在一个心动周期内采集冠脉成像所需的原始数据，这就是单心跳成像(One Beat)。  

2005年，西门子在机架内整合两套“球管探测器”，以约90°的角度偏移，推出第1台双源CT：SOMATOM Definition，其时间分辨率首次进入100ms。至今，已经迭代出第3代双源CT：SOMATOM Force，无论技术和功能均已非常成熟，66ms的单扇区时间分辨率基本实现了心脏成像自由。

2007年，佳能在RSNA上推出世界第1台320排宽体CT：Aquilion One，16cm覆盖，实现单圈全心脏覆盖。随后，GE、联影、东软、明峰也先后推出16cm宽体超高端CT。由于足够宽的覆盖范围，宽体CT使得单心跳成像也变得容易。

截至目前，双源和宽体成为了实现单心跳成像的主流解决方案，而且均越来越成熟。

2、单心跳成像的挑战

既然在单个心动周期内完成采集，那么采集时间窗口应该在心脏搏动的相对静止期，比如舒张末期(常用75%表示)，就能实现我们口中的“冻结”心脏。然而，心率越高，心脏舒张静息期就越短：

当心率＜60 次/分时，心脏舒张静息期持续时间约250ms，则单扇区时间分辨率要低于250ms，机架转速要＜0.5s/r；

心率70~90 次/分时，心脏舒张静息期持续时间约150ms，则单扇区时间分辨率要低于150ms，机架转速要＜0.3s/r；

当心率90~120次/分时，心脏舒张静息期持续时间约100ms，则单扇区时间分辨率要低于100ms，机架转速要＜0.2s/r；

不同心率下心脏舒张期持续时间

显然，心脏的相对静止期会随着心率的加快而明显缩短，要想实现理想的单心跳成像，只有提高CT时间分辨率，即提升CT的机架转速。  

比如，16cm宽体CT的最高转速经历了0.35 s/r、0.275 s/r、0.25 s/r，支持0.2 s/r的机架也正在研发之中。双源CT的探测器宽度和时间分辨率也经历了2.78cm/83ms、3.84cm/83ms，5.76cm/66ms，未来可能还会迭代。

16cm宽体CT的优势

对宽体CT来说，其冠脉CTA检查是采用不动床轴扫方式实现单心跳成像，扫描流程很简单，技师能在最短的时间内掌握心脏扫描技术。  

宽体的优势是，因其探测器足够宽到包裹住整个心脏，有无视节律的先天优势，当心率条件好时，通过简单一圈轴扫即可完成，当高心率、心率不齐、房颤和屏气困难时，多心跳采集然后挑选原始数据重建，也是单心跳成像的重要补充。

双源CT的优势

很多人不理解双源CT的探测器宽度如何做单心跳成像。其实，它是利用独家的炫速模式(turbo flash mode)，在采集时间窗内，使用超大螺距利用双套探测器进行双螺旋采集，以快制快。以force为例，其最快覆盖速度高达737mm/秒，在0.13秒左右即可完成冠脉捕捉。

对于双源来讲，独特的优势就是轴扫时难以比拟的单扇区时间分辨率，66ms带来的锐利的图像质量，sequence轴扫带来的图像口碑，是Force竞争力的核心。

3、单心跳是手段，图像才是目的

众所周知，心脏是运动的，且各支冠脉的运动也有其各自的轨迹而又各不相同，“冻结”只能在有限时间区间进行，否则冠脉运动产生的拖影等运动伪影，有时会严重干扰狭窄率的判断，造成CT所见与DSA差异过大。

以64排CT为例，由于多扇区重建是使用多个心动周期数据拼出的心动周期图像，要求在扫描期间内患者心率不能发生明显变化，否则就不能够准确匹配不同R-R间期数据，导致图像质量下降。这种方式会导致大量原始数据被抛弃，本质上以剂量代价保证检查成功率。

鉴于CT硬件的提升是有上限的，因此理论上心率就不可以无限制的高。随着机架转速逼近0.2s/r，转速提高带来好处的边际效应递减。因此，近年来，各CT厂商都推出了   运动伪影矫正技术，成为提高动态器官成像能力的又一种有效手段。

比如，佳能的Adaptive Motion Correction(AMC)、GE的Snap shot Freeze(SSF)、东软的Coronary Motion Clear(CMC)、联影的CardioCapture等等，实现了冠状动脉内运动补偿，减少了运动伪影，尤其是人工智能神经网络的运用，使得冠脉运动伪影更小或者消除。

类似的冠脉运动追踪技术或运动补偿技术，也提升了冠脉CTA图像质量，用软件技术实现了曾经只能用硬件才能达到的高度，所以出现了“   等效时间分辨率”。虽然“等效”一词并不讨喜，但此种方法具有很强的现实意义。相信随着时间的推移，这些技术会得到更加广泛的应用。

从实际临床表现，并非只有16cm宽体CT和双源CT才能实现高质量冠脉成像，8cm宽体CT在更高级算法加持下，无论是剂量水平还是图像质量，也已经非常优秀。比如，飞利浦超高端皓克Spectral CT，结合350mm/s的快床设计和Precise Cardiac AI算法，也能将无法诊断的冠状动脉影像转变成无运动伪影影像，将心脏检查提升到新高度。

此外，追求单个心跳内成像的理想固然美好，但是图像质量和诊断价值才是根本。如今，高端CT的冠脉CTA检查旨在为临床诊断及治疗提供更多依据和信息，往往只需一次扫描，即可获得高质量冠脉结构显示、支架的狭窄程度评估、心肌活性分析、斑块成分与破裂风险评估等多种功能，并提供单能级图像、无水碘图、碘密度图及有效原子序数图等能量成像，以及类IVUS、类PET、类DSA、类MR等功能成像，真正实现心脏的多参数、多角度一站式诊疗。

从这个意义来讲，单心跳成像只是手段，绝不是目的。所以，不必过于执着于纠结CT是足够宽，还是足够快。我们要根据结果来综合评价设备性能，才是理性的选择。。。

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