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1、Dominik FleischmannDepartment of RadiologyStanford University,追赶心脏 心脏CT发展史,2nd Symposium on Multislice CT of the Chinese Society of Radiology&Stanford University,School of MedicineAugust 13-15,2009Dalian,China,追赶心脏 心脏CT发展史 背景,全球心脏疾病负担持续上升由于寿命延长、饮食和生活方式冠心病是主要死因每年死亡人数一千七百万,1972年,临床CT诞生 高时间、空间分辨率心脏成像是一
2、道难题2001年,引入16和64排CT(2004)许多概念和创新孕育于19721999 年间，甚至更早；对心脏CT发展起到重要作用 心脏CT的需求推动CT全面发展(球管,探测器材料,采集模式,重建技术),追赶心脏 心脏CT发展史 内容提要,Computed Tomography(于1972年发布),Sir Godfrey N.Hounsfield1919-2004,Alan M.Cormack1924-1998,1979 诺贝尔医学与生理学奖,1972,source,detector,attenuation,平移旋转扫描方式EMI扫描仪,平行束投影,160 采样 180 角度(每 1),160
3、 采样 180 角度(每 1),平移旋转扫描方式EMI扫描仪,扫描时间:4.5 分钟!,平行束投影,source,detector,右冠右前位,CT和心脏运动,问题:快速运动!心动周期 1 s(1000 ms)理想时间分辨率:50毫秒,冠脉造影(导管),CT和心脏运动,问题:快速运动!心动周期 1 s(1000 ms)理想时间分辨率:50毫秒,冠脉造影(导管),解答:(a)更快扫描(b)ECG门控扫描(或重建),右冠右前位,前瞻触发 平移-旋转扫描的结果(EMI 5000)(快速 注射 300mL Conray 30%I.V.,in 7 min),Sagel SS,Weiss ES,Gilla
4、rd RG,Hounsfield GN,et al.Invest Radiol 12:563-6,1977,ECG 门控 CT,测量射线衰减 180(+扇角)机架旋转,锥形束球管探测器旋转扫描(第三代机械CT),机架 旋转单层 CT(70-80ies)2 s单层 CT(90ies)1 s,解答？(a)更快扫描(b)ECG门控扫描(或重建),CT和心脏运动,右冠右前位,冠脉造影(导管),Harell GS,Guthaner DF,Breiman RS,Wexler L.et al:Radiology 123:515-517,1977,ECG 门控 CT,A technique of post d
5、ata-acquisition correlation of the angular projection data using the electrocardiogram as a reference signal is described.This method produced seven stop action images of the heart and resulted in delineating morphological detail not recognizable on the conventional CT scan.,ECG后门控,THIS SLIDE MOVE F
6、ORWARD ONE COUNT,解答？(a)更快扫描(b)ECG门控扫描(或重建),CT和心脏运动,单层图像 okay,但是对整个心脏仍然太慢,Computed Tomography:心脏 CT 的重要技术,滑环技术 机架和主机无电缆连接,允许连续快速机架旋转 亚秒机架旋转 螺旋 CT(1990)CT 从 2D 进入 3D(容积数据)影像技术时代多层CT(1999 to date)探测器排数增加(2,4,8,16,.64,.320),CT和心脏运动,Problem:fast Motion!Cardiac cycle 1 s(1000 ms)Ideal temporal resolution:
7、50 msec,解答：(a)更快扫描(b)ECG门控扫描(或重建)心脏容积成像,右冠右前位,冠脉造影(导管),解答：(a)更快扫描(b)ECG门控扫描(或重建)心脏容积成像,CT和心脏运动,4-channel CT(2000),retrospective ECG-gating,ECG同步CT(冠脉CTA,门控胸部),前瞻触发(点射)-每隔一个R波触发扫描(80-175ms)-无(最小)重复辐射-需要平稳心律后门控(小螺距螺旋)-冗余螺旋数据采集(螺距 0.2)-同步纪录ECG-仅选取所需时相的投影数据前瞻触发大螺距螺旋扫描-双源独有,ECG 后门控,t,1,2,3,4 1mm spiral1.
8、5 mm TI(pitch:0.375)1.2mm Seffheart in 30s,t,360,360,360,360,360,360,0,1.5,1,1.5,2,2.5,3,0,360,3.5,360,4 sec,ECG 后门控,4 1mm spiral1.5 mm TI(pitch:0.375)1.2mm Seffheart in 30s,运动伪影消除 相位相关,(30%RR),(15%RR),(90%RR),(60%RR),33 yo woman,Marfansgated chest,Aortic Root Aneurysm,Mitral Valve Prolapse and Mitr
9、al Anulus Disjunction,(64x0.6mm)Dual-Source Scanner,ECG同步CT(冠脉CTA,门控胸部),前瞻触发(点射)-每隔一个R波触发扫描(80-175ms)-无(最小)重复辐射-需要平稳心律后门控(小螺距螺旋)-冗余螺旋数据采集(螺距 0.2)-同步纪录ECG-仅选取所需时相的投影数据,冗余辐射 剂量增加 基于心电管电流调制,Hausleitner et al.JAMA.2009;301:500-507,心脏 CT血管造影的剂量估计,Range of medians:329-2147 mGy*cm4.6-30.1 mSv,n=1965 patien
10、ts,at 50 study sites,Dose-length-produt(mGy*cm),心脏 CT血管造影的剂量估计,Hausleitner et al.JAMA.2009;301:500-507,Range of medians:329-2147 mGy*cm4.6-30.1 mSv,n=1965 patients,at 50 study sites,Dose-length-produt(mGy*cm),ECG同步CT(冠脉CTA,门控胸部),前瞻触发(点射)-每隔一个R波触发扫描(80-175ms)-无(最少)重复辐射-需要平稳心律后门控(小螺距螺旋)-冗余螺旋数据采集(螺距 0.
11、2)-同步纪录ECG-仅选取所需时相的投影数据前瞻触发大螺距螺旋扫描-双源独有,前瞻ECG触发,t,360,360,360,360,360,360,0,1.5,1,1.5,2,2.5,3,0,360,3.5,360,4 sec,4 x 2.5 mmsequentialevery 2nd RRheart in 30s,前瞻ECG触发 MDCT心脏扫描(4-Channel MDCT,42.5mm)2000,左室血栓,探测器(2009),Detector rowsDetectorChannels(n mm)width(cm)(n)GE Discovery 750HD 64 0.625 mm4 cm6
12、4Philips Brilliance iCT 1282 0.625 mm 8 cm256 Siemens AS+642 0.63.8 cm128Siemens FLASH2642 0.6 2128Toshiba ONE 320 0.5 mm16 cm320,RSNA 2008 technical exhibition,2 flying focal spot,56 男性 胸痛(急诊),prospectively gated coronary CTA,5s scan time(betablocker,HR 62 bpm),GE-VCT64 x 0.625mm,320-row Coronary C
13、T,prospectively gated scan160mm coverage,in less than a heart beatsingle gantry rotation 350ms,courtesy E.Nguyen,Univ.Toronto,Canada,19岁男性,冠脉畸形LAD起于RCA,间隔支,前瞻触发冠脉CTA,无冗余辐射,因此 显著降低辐射-(低至 2-3 mSv)*更宽探测器(4-,8-,16-,64-)允许更大每圈容积覆盖范围和更短扫描时间 宽探测器和短扫描时间不等同于时间分辨率!,*Earls(2008)Radiology 246Scheffel(2008)Heart
14、 94Stolzmann(2008)Radiology 249,测量射线衰减 180(+扇角)机架旋转,锥形束球管探测器旋转扫描(第三代机械CT),CT时间分辨率=采集 180 投影数据的时间,1/2 机架旋转时间,单源,多 X光源,扫描时间短(每幅成像)时间分辨率高,from:Webb S.From watching of shadows:the origins of radiological tomography.Adam Hilger,Bristol(1990),三x光源对应三组探测器设计.该系统只需要旋转120 即可采集全部(360)投影数据.,Franke 专利(1977-79),1
15、4个球管,半桶状荧光屏,14台电视摄像机滑环技术15 转/分(4s 机架旋转时间)240 连续层 0.9mm 层厚 1/60 秒(17ms;for 20sec)机架重量:13 吨(Mayo monster),Dynamic Spatial Reconstructor(DSR),Mayo Clinic,1980,多 X光源,EL Ritman,JH Kinsey,RA Robb,BK Gilbert,LD Harris,EH Wood.Three-Dimensional Imaging of Heart,Lungs,and Circulation.Science,New Series,Vol.2
16、10,No.4467(Oct.17,1980),pp.273-280,半圈重建,需要180投影数据(+扇角),对于多源CT 时间分辨率如何计算?,1/4 机架旋转时间,若用双源,CT时间分辨率=采集 180 投影数据的时间,时间分辨率(2009),GantryTemporal RotationResolution(ms)(ms)GE Discovery 750HD350175 msPhilips Brilliance iCT 270 135 msSiemens Definition 330 85 ms*Siemens FLASH28075 ms*Toshiba ONE 350175 ms,*1
17、st generation,*2nd generation Dual Source CT,案例,48 岁男性房颤69(175cm)225 lbs(102kg)BSA 217HR:32-115,48 岁男性房颤69(175cm)225 lbs(102kg)BSA 217HR:32-115,后门控(几乎无调制)110 mGy;1593 mGy*cm;(27 mSv),Dual-source CT,85ms temp.resolution,syst(81%RR),diast(32%RR),edited(-600ms),旋转阳极球管,改进 烫阳极 Coolidge 球管(1913),GE Perfor
18、mix Tube,现代CT旋转阳极球管明显变大双(取代单)轴承阳极热容量仍然有限,Straton tubePhoto:Courtesyof Siemens,Rotating Vacuum Vessel“飞焦点X光球管技术,Rotating Vacuum Vessel“飞焦点X光球管技术,Motor,Schardt et al.Medical Physics 2004;31:2699-2706(Coolidge,General Electric Company,US Patent 1.215.116,1917),优点重量轻,机架旋转快冷却率 4.8MHU/min飞焦点(4640 shifts/s
19、),双源 CT:技术(第一代,Siemens Definition,2005),双球管 双探测器飞焦点技术FOV(A)50cm FOV(B)26cm双能 时间分辨率至少 85ms,Flohr,Eur.Radiol 2005,后门控,mindose 70-70,100kV:11.49 mGy,192 mGy*cm 3.26 mSv,Dual-source CT,85ms temp.resolution,第二代双源 CT:技术(Siemens SOMATOM Definition Flash,2009),两球管夹角 94 FOV A:50cm FOV B:33cm2100 kW2640.6mm 3
20、8.4mm 探测器使用双球管 大螺距(3)扫描(flash mode),Siemens SOMATOM Definition Flash,单源 CT:z轴无漏扫螺距上限 1.5双源CT:可高达3.2,受 SFOV影响,SFOV,z-direction,Petersilka,Eur J Rad(2008)68,362-368,ECG同步 CT(冠脉CTA,门控胸部),前瞻触发(点射)-每隔一个R波触发扫描(80-175ms)-无(最小)重复辐射-需要平稳心律后门控(小螺距螺旋)-冗余螺旋数据采集(螺距 0.2)-同步纪录ECG-仅选取所需时相的投影数据前瞻触发大螺距螺旋扫描-双源独有(Flash
21、 Mode),Siemens SOMATOM Definition Flash,Flash Cardiac(0.28 s rotation,pitch 3.2,2x64x0.6 mm)进床速度 440 mm/s,1.58 km/h0.98 mph,在低到中等心律:于一个心跳、舒张期内、扫描整个心脏！辐射剂量为点射模式的 2/3！,扫描时间(120 mm heart):0.27 s时间分辨率(每幅图像):75 ms,第二代双源(FLASH)冠脉 CT,89 kg;230mA;100kVp;DLP:64 mGy*cm;0.89 mSv,Stephan Achenbach,Univ.of Erlan
22、gen,Germany,1972年,临床CT诞生 高时间、空间分辨率心脏成像是一道难题2001年,引入16和64排CT(2004)许多概念和创新孕育于19721999 年间，甚至更早；对心脏CT发展起到了重要作用 心脏CT的需求推动CT全面发展(球管,探测器材料,采集模式,重建技术),追赶心脏 心脏CT发展史 内容提要,2nd Symposium on Multislice CT of the Chinese Society of Radiology&Stanford University,School of MedicineAugust 13-15,2009Dalian,China,THANK YOU,Department of RadiologyStanford University,
