目的

了解患者心率变化或R波检测错误如何导致回顾性门控心脏CT中的位移伪影。

提供编辑患者ECG轨迹的具体策略，以减少位移伪影。

展示建议流程的示例，以及由此产生的图像质量改善。

背景

心脏CT成像为冠状动脉以及心脏的形态和功能提供了一种强大、无创的可视化方法。

为了避免图像伪影，患者准备至关重要。

需要正确放置和连接ECG导联，以提供稳定、低噪声的ECG信号。在评估系统（SOMATOM Drive，西门子医疗解决方案）上，使用ECG数据条将几条重要信息传送给操作员，如图1所示。

图1：扫描仪记录患者的心电图，用于回顾性门控图像重建。传达给操作员的重要信息在此处标注。

扫描前，必须指导患者正确的呼吸技巧，以及在扫描过程中避免移动或吞咽的必要性。

伪影可分为两类：心脏伪影和非心脏伪影。当解剖结构的相邻部分相互移位时，就会出现移位伪影，使组织看起来不连续。

伪影的心脏来源包括心率变异或心律失常，以及由于ECG信号不佳导致的R波检测错误。

伪影的非心脏来源包括患者呼吸、运动（自愿和非自愿）和金属植入物。

心脏位移伪影

由心律失常或异位搏动引起的患者心率变化可导致移位伪影。此外，遗漏或无关的R波（由扫描仪检测）可能会导致用于图像重建的相位不正确。这一原理如图2所示。

图2：（a）在心脏CT中，沿z轴的不同解剖部分在连续的心动周期中成像（由所示四个R-R间期中的每个彩色条表示）。当一个R-R间隔比相邻间隔短或长时，就会出现位移伪影（绿色条循环）。然后，重建的数据处于不同的阶段，与相邻解剖结构不连续。（b）病人检查证明了这一原则。

非心脏伪影

非心脏运动引起的伪影包括呼吸、吞咽或内部运动（深吸气、Valsalva动作）引起的伪影。心脏外部的运动可能会导致心脏解剖结构中的位移伪影，不幸的是，无法通过在心动周期的交替阶段进行重建或通过心电编辑来纠正。非心脏运动的存在或不存在可通过以下方式确定：

使用矢状位或冠状位视图观察胸骨或横膈膜是否存在心脏区域以外的位移伪影（图3）。

使用肺窗设置检查肺组织是否存在运动模糊（图4）。

非心脏伪影的其他来源可能包括手术夹、人工瓣膜、起搏器、除颤器或其他医疗植入物中的金属，这些金属可能会导致条纹伪影（图5）。

图3：胸骨或皮肤的不连续性表明发生了心脏外运动。阅片医生应检查图像，以确定心脏外运动是否足以影响心脏图像质量，从而保证重复检查。使用矢状位最容易识别这些不连续性。  

图4：可以通过肺实质的模糊来识别肺运动，使用肺窗设置可以最好地看到肺运动。心包运动模糊常见。然而，膈肌运动可导致肺和心脏的运动，从而导致中部和周围肺组织的模糊和心脏的移位伪影。  

图5：金属心脏起搏导线导致的条纹伪影。心脏旁路移植手术后的纵隔夹也会造成类似的伪影。

选择“最佳”重建期相

手动选择重建的最佳阶段是一个繁琐的过程。

回顾性心电门控图像重建允许在心动周期的任何时间点重建图像，提供了寻找和使用运动最少的期相的机会。这被称为“最佳期相”。然而，即使心率相似，每个患者的最佳时相也会有所不同。即使对于低心率，偶尔收缩期（例如30-40%）也比舒张期（例如60-80%）产生更好的图像质量，尽管大多数情况下，舒张末期对心率<70 bpm和收缩末期对心率>70 bpm更好。因此，操作员必须为每个患者确定哪一个是最佳重建期相。

此外，由于心脏的复杂运动，右冠状动脉在不同的阶段（通常更早）比左前降支和左回旋冠状动脉看起来更好，这并不少见。

为了确定最佳期相，操作员通常会选择一个感兴趣的解剖层面（例如，右冠状动脉和回旋支均位于心脏中部），并在整个心动周期的该层面上进行重建，通常以5%的增量进行（例如，0、5、10% … 95%）。然后查看该“预览”系列，并选择最佳期相。这个人工过程耗时、主观，而且只基于心脏的一个解剖层面。

在西门子的CT设备上有一种自动化技术，该技术以2%的间隔重建整个心脏，并计算每个阶段的优值，以评估每个阶段的相对运动。然后，该算法选择并以全分辨率重建最佳收缩和/或舒张期（称为最佳舒张期™，最佳收缩期™).

一般来说，随着心率的增加，舒张持续时间缩短，因此对于75-85 bpm以上的心率，收缩末期图像更优越。

图6显示了一个心电图，其中（a）最佳舒张期™ （b）最佳收缩期™ 最合适。

表1提供了制造商选择重建“最佳期相”的建议。

重建期相可以用相对值（R-R间隔的百分比）或绝对值（特定时间间隔，以毫秒为单位，在R波之前或之后）来确定，如图7所示。

图6：心率相对恒定且R波易于识别的高质量心电图示例。（a） 平均心率为51 bpm。重建期最适合于舒张中晚期。（b） 平均心率为109 bpm。由于舒张期缩短，重建期最适合在收缩末期进行。请注意，系统检测到3个R波（蓝色箭头）并标记（蓝点）比实际R波（红色箭头）稍早。如果图像伪影明显，应手动将这些蓝点移动到相应的R波上。通过正确放置R波蓝点标识符，可以减少明显的心率变化。

图7：（a）相对重建阶段表示为R-R间隔的百分比。对于1000 ms（60 bpm）的R-R间期，70%的重建时相将在检测到的R波后700 ms发生，这大约是舒张末期。如果心率增加到90 bpm（667 ms R-R间期），70%的相位将对应于R波后467 ms，这将接近收缩期结束。为了避免心率发生显著变化时重建时相的这种不一致性，重建时相可以用绝对值进行，即（b）检测到的R波（绝对正向相位）之后或（c）下一个检测到的R波（绝对反向相位）之前的时间（ms）。

表1：建议的重建期相与心率的关系。 最佳舒张期™ 最佳收缩期™ 使用运动评估算法自动选择图像。

消除不必要的同步

当系统检测到R波时，将在心电图上放置一个蓝点，以表示该心动周期的同步点（R波）。这些在用户界面上称为“同步”。偶尔，系统会将ECG信号上的噪声视为R波。这些“额外同步”并不代表实际的R波，将重建一个并非真正处于所需重建时相的额外图像。这会导致心脏位移伪影，如图8a所示。

为了纠正这种情况，可以删除或禁用无关同步，禁用同步会指示重建算法忽略该同步。要禁用同步，操作员必须右键单击所需的R波项目符号并选择“禁用同步”（图8a）。禁用同步比删除同步更好，因为一旦删除同步，只能通过选择原始ECG框来恢复。这会将编辑的ECG恢复为原始记录的ECG，对同步所做的任何其他修改都会丢失。相比之下，通过右键单击蓝色项目符号并选择“启用同步”，可以轻松启用禁用的同步。

禁用外部同步后，与其关联的重建窗口将变为深蓝色，以表示图像不是在那里生成的。新的重建图像表明位移伪影已被消除（图8b）。

图8：（a）由于系统将ECG信号上的噪声误认为R波而产生的位移伪影（箭头）。不正确的同步（R波）被禁用，导致图像质量（b）完全恢复。

添加新同步

由于检测到的R波之间的距离较大，有时没有足够的数据来创建可接受的图像（图9a）。在适当的位置添加新的同步可以缓解这个问题（图9b）。要添加新的同步，操作员必须右键单击ECG条上每R-R间隔的心率数值，并选择“插入同步”（图9a）。

图9：（a）当检测到的R波数量不足时，图像质量严重下降（箭头），迫使系统插值数据超过可接受的限制。（b） 通过在未检测到的R波处插入同步，图像质量完全恢复。 更多内容，参见： 这个像梳子一样的伪影是啥？

移动现有同步

插入新同步后，通常需要将R波蓝点的位置移动到R波峰值正上方。

此外，通过移动R波蓝点，可以在心动周期的不同位置（不同阶段）进行图像重建。对于相对（%）重建，移动同步会影响移动R波前后的重建位置。对于绝对（ms）重建，只影响规定的重建（对于正向相位，这将在移动的R波之后，或者对于反向相位，这将在移动的R波之前）。

在图10a中，由于相应R-R间隔中的数据不足，图像的一部分出现退化。这发生在ECG信号短暂退化，R波反转时，自动检测算法随后错过了R波。通过1）添加一个同步和2）将其移动到一个反向R波的位置，图像质量得以恢复（图10b）。

图10：（a）良好ECG信号的瞬间丢失会降低图像质量。（b） 通过先插入同步，然后将其移动到适当的位置，可以完全恢复图像质量。

图像质量恢复的系统方法

利用所述的ECG同步编辑原理，我们开发并评估了一种评估和解决心脏伪影的系统方法。原始投影和ECG数据保存在40例回顾性ECG门控患者检查中，执行检查的技术人员注意到心脏伪影。其中33项检查是从242项连续、门诊、ECG门控检查中选择的，这些检查具有以下适应症之一：肺静脉狭窄、冠状动脉CTA或ECG门控胸部成像。因此，14%（33/242）的心脏检查需要对伪影的存在进行评估。另外7例来自医院扫描仪。

为了协助操作员进行必要的心电图编辑，两名经验丰富的心脏CT技术专家在医学物理师和心血管影像医生的协助下开发了一种系统方法。建议的方法如图11所示。

为了评估建议方法的有效性，两名经验丰富的心脏CT技术专家将数据恢复到采集数据的扫描仪（SOMATOM Definition），并使用原始ECG数据重建图像，以记录最初观察到的伪影。然后，他们遵循图11所示的方法。重建多平面重组图像，以评估斜矢状投影中的心脏区域，并记录建议方法中每一步的效果。

临床上，一旦获得满意的重建，操作员将不会执行额外的ECG操作或图像重建。在本次评估中，无论之前的步骤是否成功，都会执行拟定的工作流程的每个步骤。记录过程中产生可接受图像的第一个动作，以及产生最佳图像质量的动作（图12a）。最后，记录每次检查的首选重建阶段，并作为平均心率的函数进行评估（图12b）。分别在6/40（15%）和8/40（20%）的检查中观察到胸骨和肺实质的运动。在3/40的检查中（7.5%），患者的剧烈运动（呼吸）阻碍了图像质量的恢复。

图11：图像质量恢复的系统方法流程图。

图12 A

B

如果全都失败了

如果没有任何建议的ECG编辑策略可以解决伪影，或者如果需要不同的阶段来充分显示不同的动脉，则可以执行一些额外的操作：

可以查看详细的ECG信息，以帮助操作员准确地知道在哪里禁用、添加或移动同步。使用HeartView配置菜单启用此功能。

可以尝试其他相对或绝对重建时相。

医生可以使用不同期相的图像来评估不同的冠状动脉。例如，右冠状动脉可能需要收缩期来充分显示，但左冠状动脉可能无法接受，因为左冠状动脉需要舒张期。在这种情况下，重建两个期相，以便解释医生可以使用每个特定冠状动脉的最佳期相。

不幸的是，有些检查根本无法做出诊断，通常是由于大量胸部/膈肌运动、极低质量的ECG信号或非常不规则的心率。提高时间分辨率和/或心率控制可以降低这种情况的发生频率，扫描前对患者进行关于保持静止和保持无张力呼吸的重要性的教育/指导也可以降低这种情况的发生频率。如果检查无法恢复，应咨询责任医生，以决定是否重复检查。

更多干货，关注XI区！ 参考文献： Leschka S, Scheffel H, Desbiolles L, et al. Image Quality and Reconstruction Intervals of Dual-Source CT Coronary Angiography: Recommendations for ECG-Pulsing Windowing. Invest Radiol 2007; 42(8):543-549. Ohnesorge BM, Becker CR, Flohr TG, Reiser MF. Multi-slice CT in Cardiac Imaging. Springer-Verlag, Berlin, 2002. 编译整理自Kruger B L ,  Lee F ,  Bruesewitz M R , et al. Quality Recovery in Cardiac CT Angiography: How to Edit an ECG Trace to Improve Image Quality[C]// Radiological Society of North America 2007 Scientific Assembly and Annual Meeting. 0.  仅供专业人士交流目的，不用于商业用途。 

2022年9月16日