电子束CT及其在心血管病诊断中的应用 　　 　　 　　 　　中国医学科学院 阜外心血管病医院 代汝平 　　 　　 　　 　　电子束CT（Electron Beam Computed Tomography,EBCT）又称超高速CT，由美国Boyd博士于1983年发明并应用于临床。EBCT使用电子枪及环绕病人安置的静止钨靶环和检测器环取代常规CT的X线管和检测器旋转机架，应用电子束扫描技术产生旋转X线束，因无机械运动部件，扫描速度极快，动态分辨率明显提高，可有效消除心脏搏动的影响，获清晰锐利的心血管图像，实现CT电影成像，扩展了心血管疾病CT检查的适应范围和诊断能力，是CT技术的一次革命。目前EBCT已广泛应用于临床。 　　 　　一、 EBCT主要构造 EBCT设备主要由电子枪、扫描架、检查床、控制台及计算机系统五大部分组成。与常规CT的主要区别在X线源：一个二极管型电子枪与圆锥状真空腔体对接。扫描机架下部，真空腔内有五个平行排列的210度固定靶环，其中4个为工作靶（钨靶）。机架上部为两组平行排列的弧形检测器环，分别包含432和864个检测器。可同时采集双层面数据，送计算机进行图像重建。电子枪在阳极电场作用下，发射电子束流，即高能量电子脉冲。聚集线圈使电子束聚焦成毫米级焦点，偏转线圈的磁场变化控制电子束旋转扫过静止钨靶环。电子束在靶环上做均速扫描，轰击靶环产生旋转X线束。 　　 　　二、 EBCT基本扫描方式 按电子束扫描速度、不同靶环和检测器环组合，EBCT设有两种基本扫描方式，即单层扫描方式（single slice mode,SSM）和多层扫描方式（multi-slice mode,MSM）。 　　 　　1．单层扫描方式（SSM）：扫描速度9次／秒，使用单靶和单检测器环，每次扫描可获一幅断层图像（0.1秒），扫描层厚1.5-10mm。 　　 　　2．多层扫描方式（MSM）：扫描速度17次／秒，使用多靶组合扫描和双检测器环，可同时产生（50ms）两幅紧密邻接的7mm断层图像，每秒可获34幅断层图像。 　　 　　三、 EBCT扫描触发方式 　　 　　触发指EBCT扫描启动方式，包括手动、动态、定时和心电触发四种。 　　 　　心电触发利用受检者的心电信号，按预选心电时相（R－R间期的％）和预定R波间隔数触发扫描，是血管成像最常用触发方式。如设定30％、80％R－R间期分别为最大收缩期和最大舒张期。可靠的ECG触发是获得准确、高质量的心血管系统扫描图像的基本保证，也是EBCT特点之一。 　　 　　四、 EBCT的扫描检查 根据临床需要，EBCT的两种基本扫描方式均可进行多种方式扫描检查。 　　 　　1．单层扫描方式 　　 　　SSM可行定位扫描、步进容积扫描、连续容积扫描、血流检查及电影检查。 　　 　　（1）定位扫描（preview scan） 　　 　　一种特殊的电子束扫描方式：电子束从E靶开始扫描，行至靶环正下方（受检者背部正中线），跃至C靶产生垂直X线束，检测器采集受检者正位影像数据；电子束在C靶停留瞬间又跃至E靶继续运动，至靶环终端（受检者腋中线）再至C靶产生水平X线束，获侧影像数据。电子束的扫描运动与床面移动同步进行，获得患者的正、侧位定像，用以确定轴位扫描的范围。 　　 　　（2）步进容积扫描（Step Volume Scan,SVS） 　　 　　SVS提供不同层厚（1.5、3、6和10mm）的容积扫描，电子束按预设参数扫描C靶，每个床位产生一幅截面图像，检查床移至新床位，再次触发扫描，直至完成全部容积扫描。层面曝光时间0.1∽2.0秒。 　　 　　（3） 连续容积扫描（Continuos Volume Scan,CVS） 　　 　　 CVS是EBCT的连续数采集方式：电子束连续扫描靶环，同时检查床面连续移动。每幅断层图像可由单层或迭层扫描重建而成。一次扫描140层，最大覆盖容积63cm。 　　 　　CVS序列的胸、腹部扫描仅需十几秒。主动脉系统成像，16秒即可完成图像采集（140层），缩短造影剂峰值浓度维持时间，减少造影剂用量，提高增强效果；并可排除运动伪影的干扰，获高信噪比的血管造影图像，提高影像诊断质量。 　　 　　（4） 单层血流检查（Single Slice Flow Study,SSFS） 　　 　　一经触发，电子束按9次／秒速度，在固定床位重复扫描C靶预设次数，获得某一层面不同时间的多幅图像，记录造影剂流入、流出该组织区域的动态过程，用以研究该层血流的动态情况。 　　 　　（5） 单层电影检查（Single Slice Movie Study,SSMS） 　　 　　一经触发，电子束按9次／秒速度，在固定床位重复扫描C靶预设次数，获得某一层面一定时间的连续运动图像，用以研究器官的运动状态和功能。 　　 　　2．多层扫描方式 　　 　　MSM可做定位扫描、容积扫描、血流检查、平均血流检查及电影检查。 　　 　　（1）定位扫描（localization scan） 　　 　　电子束依次扫描四靶一次，获8帧邻接的断层图像，用于确定多层扫描范围。 　　 　　（2）容积扫描 使用单靶和双检测器环。 　　 　　每次触发，电子束扫描C靶"m"次，然后检查床移新床位，再触发下一扫描，直至预定扫描序列完成。每个床位产生两幅邻接的断层图像。 　　 　　"m"次扫描所得原始数据经累加平均处理可改善图像的信噪比，提高低对比分辨力。 　　 　　（3）血流检查 　　 　　每次触发，电子束依次扫描预选的靶环组合一次，按预定的触发间隔重复至预设的扫描次数完成，用于观察血流流经某一段截面的过程。最多可用四靶，每靶最多扫描40次。一个检查序列最多可获160幅图像，所选靶数越多，每靶扫描次数将越少，即每层图像减少，会影响层面的动态观察。如选用心电触发，则图像均采集于相同的心动时相。 　　 　　（4）平均血流检查 　　 　　每次触发，电子束扫描某一靶环"m"次，按预定的触发间隔重复至预设的触发数完成。"m"次扫描所得原始数据累加，可改善图像信噪比。 　　 　　（5）电影检查 　　 　　一种实时动态扫描方式。每次触发，电子束以17次／秒速度完成某一靶的预定扫描次数，下次触发依次扫描下一靶，重复至预定靶环全部完成扫描，可动态观察脏器的运动过程，研究其功能。 　　 　　每靶最多可扫描40次，最多允许扫描6靶。一个检查序列最多可获160幅图像，如选择层面过多（即靶数过多），每层的帧数将减少，影响对运动周期全过程的观察。 　　 　　五、 造影剂使用技术 　　 　　EBCT心脏增强扫描，图像质量与血浆碘浓度值密切相关。根据不同的临床目的，在造影剂充盈的不同时相进行扫描。理想的采像时间是在感兴趣机构（欲检查区域）的造影剂充盈的第一时相的峰值期间。为保证造影剂的增强效果要注意以下因素。 　　 　　1．造影剂浓度 CT成像系统的密度分辨力高，通常采用300mgl/ml浓度即可获得良好的增强效果。对超体重或心功能低下者、或欲观察细小动脉时可增加碘浓度，采用370mgl/ml。婴幼儿可根据体重、先天畸形特点，稀释至150∽250mgl/ml或降低注射流率使用。 　　 　　2．造影剂用量 成人容积扫描的实际用量40∽120ml；血流扫描30∽35ml；电影扫描45∽55ml；CVS扫描时间短，注药时间可缩短，但要略长于扫描持续时间，以保证整个容积的增强效果。婴幼儿的用量应按公公斤体重计算，不超过2ml/Kg。 　　 　　3．扫描检查与造影注射 　　 　　（1）注射流率：注射流率随扫描方式而异。高流率有利于增加血浆碘浓度，增加碘信噪比，提高细微结构的显示能力。 　　 　　不同EBCT扫描检查对造影剂注射要求不同。 　　 　　电影扫描在左、右心室造影剂充盈高峰扫描，各心腔均须有造影剂充盈。注射流率较低，持续时间较长。可采用两种时相：第一时相的注射流率3∽4ml/秒，维持约10秒；继之，第二时相以1.5∽2ml/秒的流率注射，维持至开始后2秒，可保证图像中左、右心室密度一致，又可避免上腔静脉入口处高浓度造影所致伪影。 　　 　　血流扫描应记录成像区造影剂从出现至消失的完整流经过程，采取药团式注射，流率8ml/秒，持续时间短。 　　 　　容积扫描应保证整个扫描容积内感兴趣结构的增强效果。 　　 　　（2）测定循环时间 　　 　　循环时间是血液从一个标记点流经另一标记点的时间。增强扫描，常用臂-舌循环时来确定造影剂注射后扫描延迟时间。 　　 　　① 硫酸镁测定法：肘静脉注射10％硫酸镁2ml，记录自注射至舌咽部出现热感的时间作为病人循环时。 　　 　　② 血流扫描测定法：肘静脉注射10ml造影剂，行血流扫描，测感兴趣区的实际时间－密度曲线，确定扫描延迟时。 　　 　　（3）循环时间与扫描延迟时间 　　 　　正确的扫描延迟时间是增强扫描成功的关键。为保证在造影剂到达感兴趣区的第一时相扫描，了解病人的实际循环时间是很重要的。循环时间平均约16秒±4秒。一般病人从肘静脉注射至造影剂到达主动脉的时间是18秒，循环较快者为15秒，心功能衰竭者可延至30秒以上。 　　 　　血流扫描如观察左心，扫描延迟时约为1／2循环时。观察右心，扫描与注药同时或延迟2秒。 　　 　　电影扫描延迟时大约为循环时±2秒。 　　 　　六、 EBCT在心血管诊断中的应用 　　 　　因EBCT扫描可消除心脏搏动及流动的血液在成像过程中产生的运动伪影，主要应用于心血管病的诊断及研究工作。 　　 　　1．EBCT各项检查方式的临床应用价值 　　 　　EBCT主要的检查方式有容积检查、电影检查及血流检查。 　　 　　容积扫描可提供感兴趣区的三维信息，显示解剖结构的形态和组织密度变化。分平扫和增强扫描两种。平扫是CT基本检查方法，利用骨骼、软组织、液体、脂肪、空气等良好天然对比，可对许多生理和病理改变作出诊断。增强检查通过注入对剂增加组织间的密度差异，提高病变检出率。心血管系统因血液、心肌、血管壁及周围组织的密度差异小，需注入对比剂，增加组织对比，有利于病变显示。 　　 　　电影检查可评价心脏功能－心室容积、心排血量、射血分数、心肌重量等。 　　 　　2．EBCT在各种心血管疾病诊断中的应用评价 EBCT可提供高分辨力心血管系统图像，在冠心病、瓣膜病、心有病、心包疾患心脏肿瘤、先天性心脏病、肺动脉血栓栓塞及大血管疾病的诊断中有重要作用。 　　 　　（一）EBCT在冠心病诊断中的应用 　　 　　1．冠心病预测： 　　 　　单层平扫序列可无创性的检出冠状动脉钙化，预测冠心病。 冠状动脉钙化的诊断标准：CT值超过130HU,面积≥1mm2。为量化诊断，钙化系数（相对值）按CT值分为4级，系数1－CT值为130∽190，系数2-200∽299，系数3-300∽399,系数4－CT值≥400。钙化面积（绝对值）与钙化系数之积为钙化分值。 　　 　　据我院及世界报告，单层平扫与冠状动脉造影的对照研究，证明冠状动脉钙化的定量分析，对预测冠心病的敏感性为75∽85％，特异性为75∽90％，准确性75∽85％。 　　 　　当前冠心病已成为威胁人类健康的重要疾病，受到广泛重视，特别是在西方国家。美国EBCT大部分用于冠心病的早期防治，尤其对无症状、青年组冠状动脉钙化的发现更有其重要意义。在我国，对冠心病的防治存在一个误区，即只有当病人有了症状（如胸痛）、心电图异常等，才注意心脏是否出了问题。而对于有高血脂、向血糖、高血压、高体重、长期吸烟、过度精神紧张、阳性家族史以及缺乏必要的体育锻炼等冠心病高危人群，未给予充分注意，未能深入调查这些因素是否对人体已构成了某种的损害，因而也就不能早期发现冠状动脉是否出现动脉粥样硬化病变，而进行早期干预。由于缺乏必要的诊断手段，缺乏新技术的知识，医生们仍以心电图、运动试验、核素等进行评价。需知上述检查一旦得到阳性结果，病人已到达冠心病事件（心肌梗塞等的发作）的边缘。因此，什么手段能作出早期诊断，是医生和病人最为关注的问题。 　　 　　病理学研究证明，冠状动脉钙化总是发生在粥样硬化斑块上，因此，钙化是冠状动脉粥样硬化的标志，一旦查出，即证明动脉粥样硬化已经侵犯冠状动脉。无创性检查中，EBCT是检出冠状动脉粥样硬化最为敏感的方法，在冠状动脉仅有20％狭窄时即可检出。这就为病人赢得了时间，可进行早防早治，抑制和延缓冠心病的发展，从而，避免冠心病事件的发生。从这一点讲，可以明了为什么EBCT受到西方国家医生和病人的重视和接受。因此，可以预测它会有较好的推广应用前景。 　　 　　（二） 冠心病定性与定量诊断： 　　 　　（1）单层心电触发增强扫描：显示心肌梗死室壁变薄；对诊断机械并发症－室间隔穿孔、假性室壁瘤、乳头肌断裂及腔内血栓有重要价值。 　　 　　（2）多层电影检查可评价心室运动功能及心功能状态。检出腔内血栓有重要价值。 　　 　　（3）多层血流检查可评价心肌血流灌注。冠状动脉及搭桥血管的血流灌注。 　　 　　（三）冠心病定性与定量诊断： 　　 　　（1）单层心电触发增强扫描（薄层）可获得冠状动脉及搭桥血管影像，经三维重建可直接观察冠状动脉及搭桥血管全貌。如结合搭桥血管血流灌注，可实现冠状动脉搭桥术后无创性随访。 　　 　　（2）冠状动脉三维重建为治疗起到筛选作用。 　　 　　（四）EBCT瓣膜病诊断中的应用 　　 　　（1）单层平扫可发现瓣膜钙化、左房血栓及房壁钙化。 　　 　　（2）增强单层容积扫描二尖瓣、主动脉瓣的增厚、狭窄。 　　 　　（3）多层电影检查可显示二尖瓣、主动脉瓣的增、活动度、钙化。长轴电影有利于观察二尖瓣和主动脉瓣。短轴电影有利于观察主脉瓣，并可测定心功能，可用于人工瓣植入术后复查。 　　 　　（五）EBCT心肌病诊断中的应用 　　 　　（1）单层平扫可观察冠状动脉有无钙化，有益于鉴别诊断。 　　 　　（2）增强单层容积扫描观察观察各心室的肥厚、变薄、形态及心腔大小。 　　 　　（3）多层电影检查，长轴位，短轴位有利于观察各心室壁的肥厚、变薄和形态及心腔大小，测定心肌收缩力和增厚率及心功能。对心肌病分型诊断有重要意义。 　　 　　（六）EBCT心包疾病诊断中的应用 　　 　　（1）单层平扫可清楚显示心包结构，诊断心包积液、钙化。 　　 　　（2）增强单层容积扫描观察观察各心室壁及心腔大小。心包状态。多层电影检查观察心腔形态，心室舒张与收缩功能，用于鉴别心包与心肌疾患。 　　 　　（七） EBCT心脏肿瘤诊断中的应用 　　 　　（1） 增强单层容积扫描可作肿瘤定位，显示肿瘤与整体心腔的关系，有利于制定手术方案。 　　 　　（2）多层电影检查可显示肿瘤在心腔内活动情况及与瓣膜口的关系，以指导是否需要急症手术。 　　 　　（八）EBCT先天性心脏病诊断中的应用 　　 　　（1）增强单层容积扫描可清楚显示心脏解剖以及大血管、各房室、房室瓣的关系，相应肺动脉－大气管结构，内脏－心房关系，有利于复杂先天性心脏病的节段分析。 　　 　　（2）多层电影检查可动态观察心房－心室－大血管关系及心脏功能。 　　 　　（3）多层血流检查可了解心内或心脏－大血管间的分流。 　　 　　（九）EBCT肺栓塞诊断中的应用 　　 　　（1）增强单层容积扫描可清楚显示肺血管和肺实质，因曝光时间短，无呼吸心跳引起的运动伪影，可获高分辨力影像，能观察到第四级肺动脉。对中心型、外围型肺动脉栓塞的检出率明显优于MRI和同位素检查。 　　 　　（2）多层电影检查可用于评价右主室功能。 　　 　　（十）EBCT大血管疾病诊断中的应用 　　 　　大血管疾病的诊断主要采用EBCT造影（EBCTA），EBCTA的技术基础是有效的造影剂增强、连续容积数据采集和计算机三维影像重建。 　　 　　（1）ECG触发的单层SVS（增强），用于胸部血管检查。为保证整个扫描范围内血管的Z轴连续性，可采用叠层扫描技术。 　　 　　（2）单层CVS（增强），用于腹部血管和外周血管检查。因检查时间短，尤其适用于老人、儿童、创伤性急症检查。 　　 　　（3）多层或单层电影和血流检查可提供功能性诊断信息，观察夹层动脉瘤内膜片、真假腔血流。SSM空间分辨力高，但要求定位准确；MSM覆盖容积大，但空间分辨力较低。 　　 　　由于EBCT容积扫描速度快，空间和时间分辨力高，大大提高影像质量，是目前CT血管造影的最佳成像方式。EBCT的主要优点： 　　 　　1．成像速度快，无运动伪影，血管结构清晰。 　　 　　2．可获得血管结构三维信息，原始数据可用重叠法重建，不遗漏解剖结构，保证整个扫描范围内血管图像的连续性。 　　 　　3．可进行三维重建，指导手术。 　　 　　4．造影剂用量少，可用较高流率，提高信噪比；可增加同日注药次数（检查部位）。 　　 　　5．检查时间短，不需特殊配合，适合老人、小儿及外伤急症患者，目前已取代常规血管造影。 　　 　　6．操作简单、安全系数高。 　　 　　7．新软件具有消除血管内造影剂影像的功能，仅显示血管壁结构。 　　 　　七、 EBCT检查的临床意义 　　 　　EBCT实现了CT对心脏的检查，是CT技术进展的一次革命。其优点为无创，高时间、高空间分辨率及心电门控。由于可获得清晰的心脏大血管的三维解剖图像及精确的评价心功能，是对有创性的心血管造影"金标准"的有力挑战。因此，受到心血管专业和心脏病学专业医师的重视。EBCT心血管造影及三维重建，开创了心血管病CT诊断学新领域。

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设置 修改 撤销 录入时间：2004/2/15 10:16:47