4. CT đa lớp đồng bộ điện tim cho ứng dụng vùng tim-ngực
4.2. CT xoắn ốc điện tim cửa 4 lớp: tái cấu trúc thích nghi thể tích
thể tích tim
Một số phương pháp tái cấu trúc chuyên dùng cho CT điện tim cửa xoắn ốc đã được giới thiệu với máy quét CT 4 lớp. Một ví dụ điển hình là thuật toán thích nghi thể tích tim, dùng trong máy quét 4 lớp SOMATOM Senstion 4. Tái cấu trúc tích nghi thể tích tim gồm hai bước chính và gộp cả tái cấu trúc quét từng phần tối ưu cho độ phân giải thời gian với đặt trọng số đa lớp xoắn ốc để bù vào chuyển động theo trục z của bàn bệnh nhân suốt quá trình quét xoắn ốc và để đưa ra một mặt cắt độ nhạy lớp định nghĩa tốt. Suốt quá trình trọng số đa lớp xoắn ốc - bước tái cấu trúc đầu tiên - một đoạn dữ liệu quét từng phần "đơn lớp" được tạo ra cho mỗi ảnh sử dụng phép quay từng phần của dữ liệu quét đa lớp xoắn ốc. Quá trình đặt trọng số đa lớp xoắn ốc minh hoạ trên hình 1.17. Đoạn dữ liệu quét bắt đầu với một độ lệch do người dùng đặt liên hệ với điểm bắt đầu của sóng R. Cho mỗi góc chiếu trong đoạn dữ liệu một phép nội suy tuyến tính được thực hiện giữa dữ liệu của hai lớp đầu dò gần nhất với mặt phẳng ảnh mong muốn. Góc chóp của tia đo được bỏ qua, và tia được đối xử như là chúng đi qua mặt phẳng thẳng góc với trục z. Phụ thuộc vào nhịp tim của bệnh nhân trong lúc đo, đoạn dữ liệu một phần được chia tự động chia thành một hoặc hai đoạn con. Tại nhịp tim dưới ngưỡng nhất định, một đoạn con của dữ liệu đa lớp xoắn ốc liên tiếp từ cùng chu kỳ tim được sử dụng, cho kết quả độ phân giải thời gian của một nửa thời gian giàn xoay (Trot/2) cho những đối tượng tại tâm. Ở nhịp tim cao hơn, hai đoạn dữ liệu từ hai chu kỳ tim liên tiếp đóng góp cho đoạn dữ liệu từng phần. Trong trường hợp đó, độ phân giải thời gian biến thiên giữa Trot/4 và Trot/2 phụ thuộc vào nhịp tim bệnh nhân, bởi vì thời gian chu kỳ bệnh nhân và thời gian giàn xoay cần phải bỏ đồng bộ. Cho Trot = 0.5s, ngưỡng cho tái cấu trúc hai đoạn là 65bpm, cho nhịp tim cao hơn độ phân giải thời gian biến đổi giữa 125 và 250 ms. Độ phân giải thời gian đã cải tiến tại chi phí của độ phân giải ngang đã giảm bằng sử dụng phương pháp tái cấu trúc nhiều đoạn có thể giảm chất lượng ảnh của khảo sát tim bởi làm mờ bởi mảng bám và hẹp mạch vành. Thêm nữa, phương pháp nhiều đoạn gặp phải hạn chế của nó nếu nhịp tim bệnh nhân bị rối loạn trong quá trình khảo sát. Như một hệ quả, phương pháp thể tích tim thích nghi bị giới hạn bởi hai đoạn là tối đa. Sử dụng thích nghi thể tích tim,
mặt cắt độ nhạy lớp hẹp định nghĩa trước được giữa cho tất cả nhịp tim liên quan lâm sàng.
Hình 17:Cách nội suy xoắn ốc điện tim cửa cho máy quetst 4 lớp sử dụng một đoạn của dữ liệu đa lớp cho tái cấu trúc ảnh. Vị trí trục z của 4 lớp đầu dò thay đổi tuyến tính tương đối với bệnh nhân so bước xoắn ốc là hằng số. Cho mỗi góc chiếu, với dữ liệu quét từng phần, một phép nội suy tuyến tính được thực hiện với dữ liệu của hai hàng đầu dò gần nhất tiếp cận với mặt phẳng
ảnh mong muốn. Nội suy xoắn ốc chỉ định cho một vài góc chiếu. Ở dưới cùng, tín hiệu điện tim được chỉ ra tương ứng.
4.3. CT xoắn ốc điện tim cửa 16 lớp: thích nghi thể tích tim
mở rộng
Tái cấu trúc thích nghi thể tích tim cũng như tái cấu trúc điện tim cửa đa lớp xoắn ốc sử dụng từ trước bỏ qua góc nón của tia đo. Trong phần 1.3.2, chúng tôi đã chứng minh rằng làm chính xác chóp trở thành bắt buộc cho CT mục đích thông thường với 8 hoặc nhiều lớp hơn; do vậy với việc tang số lượng của lớp thu song song, câu hỏi làm chính xác góc nón cũng được đưa ra cho CT tim. Ảnh hưởng góc chóp được thấy rõ nhất ở các cấu trúc độ phân giải cao và chúng tăng cùng với tăng khoảng cách đối tượng tới tâm vô hướng. Bởi vì tim thường được đặt ở tâm một cách hiệu quả và không chứa cấu trúc mở rộng độ phân giải cao, ảnh hưởng góc nón nghiêm trọng không mong muốn ngay cả cho một số lượng lớp lớn. Dữ liệu CT mô phỏng của một bộ đo tim giống hình người với động mạch vành được cải thiện độ tương phản chứa mảng sơ vữa và ống hẹp đã được dùng để khám phá hạn chế của phương pháp thích nghi thể tích tim để quét với số lượng lớn hơn 4 lớp. Hình 1.18
thể hiện hai phần dọc theo động mạch vành trái và phải của bộ đo tim toán học: đây là "ảnh lý tưởng" coi như là một thanh điểm đo chất lượng. Hình 1.19a thể hiện hình dựng lại nhiều mặt phẳng dọc theo động mạch vành trái và động mạch vành phải, hình này là đầu ra của một phép tái cấu trúc thích nghi thể tích tim cho hình dạng một máy CT ảo với chuẩn trực 4x1mm, thời gian quay 0.5s và bước p=0.375 (bàn dịch 3mm/s). Nhiễu thực tế được thêm vào để mô phỏng dữ liệu CT, và ảnh với độ rộng lớp hiệu quả 1.3mm và bước tăng 0.6mm đã được tái cấu trúc sử dụng nhân chuẩn và một tín hiệu điện tim tương tượng 55 nhịp một phút. Hình dựng nhiều mặt phẳng chứng minh chất lượng ảnh lâm sàng thông thường cho các hệ thống CT 4 lớp sẵn có và minh họa hạn chế hiệu năng của chúng: mảng bám vành có thể tách biệt và phân loại dựa theo mật độ CT của chúng, vùng mạch bị hẹp bị nở ra và ảnh hưởng từ máy móc. Hình cải cách đa phẳng được thể hiện ở hình 1.17b phương pháp tích nghi thể tích tim đã được áp dụng để quét dữ liệu mô phỏng của một máy quét CT hình học với chuẩn trực 16x0.75mm, thời gian quay 0.42s và bước 0.28 (bàn dịch 8mm/s). Ảnh với độ rộng lớp hiệu quả 1mm và bước tăng 0.5mm được tái cấu trúc sử dụng điện tim nhân tạo 55 nhịp một phút. Cải cách đa phẳng không bị ảnh hưởng góc nón, do vậy chứng minh rằng làm chính xác góc nón là không cần thiết. Thay vào đó, do chiều rộng lớp nhỏ hơn là lấy mẫu trục cải tiến so với một phép quét với chuẩn trực 4x1mm, vùng hẹp thể hiện ít mẽo hình khối hơn và sự giảm ảnh hưởng nở ra. Một phiên bản mở rộng của thích nghi thể tích tim vì thế được triển khai trong máy quét CT 16 lớp SOMATOM Sensation 16. Những sửa đổi của phương pháp thích nghi thể tích tim đưa ra làm chính xác góc nón, điều đang được nghiên cứu, sẽ được giữ cho hệ thống CT trong tương lai với nhiều hơn 16 lớp.
Hình 18: Hai phần chéo nhau dọc theo động mạch vành trái và phải của mô hình toán học bộ đo tim.
Một vài hệ thống CT 16 lớp đưa ra giảm thời gian xoay xuống 0.4s để tăng độ phân giải thời gian trong những ứng dụng tim mạch. Sử dụng thích nghi thể tích tim với Trot=0.42s ngưỡng cho tái cấu trúc hai đoạn là 71 nhịp mỗi phút. Dưới 71 nhịp mỗi phút, độ phân giải thời gian là 210ms, nhịp cao hơn nó biến đổi giữa 105 và 210ms (nhìn hình 1.20). Bước lọc cuối cùng (chiều z chính là chiều ngang) được áp dụng cho ảnh thể tích tim thích nghi gốc. Hình khối và chiều rộng của hàm bộ lọc có thể lựa chọn được; mặt cắt độ nhạy lớp khác nhau và chiều rộng lớp khác nhau vì thế có thể được điều chỉnh tương tự cho quét xoắn ốc mục đích thông thường. Cho chuẩn trực 16x0.75mm, chuẩn trực đang là giao thức chuẩn cho điện tim cửa chụp động mạch vành, chiểu rộng lớp danh định 0.75, 1, 1.5, 2 và 3 mm phù hợp cho tái cấu trúc cũ. Cho chuẩn trực 16x1.5mm, chuẩn trực được khuyến cáo cho điện tim cửa chấm điểm canxi, độ rộng lớp danh định 2, 3, 4 và 5mm có thể được chọn.
Hình 19: Hình dựng nhiều mặt phẳng dọc theo động mạch vành phải và trái của mô hình toán học bộ đo tim cho máy quét CT ảo với. a: chuẩn trực 4x1mm. b: chuẩn trực 16x0.75mm. Tái
4.4. Những hạn chế bước
Cho mỗi chu kỳ tim, một ngăn các ảnh tại vị trí khác nhau trên trục z bao phủ một phần nhỏ thể tích con của trái tim được tái cấu trúc, những ảnh này đại diện như một hộp ở hình 1.17. Để giữ nguyên toàn bộ sự bao phủ thể tích, các thể tích con hình ảnh được tái cấu trúc trong những vòng tuần hoàn tim liên tiếp phải khớp cùng nhau theo chiều ngang. Như một hệ quả, bước xoắn ốc phải được gới hạn cho khảo sát CT điện tim cửa đa lớp của tim. Nếu bàn di chuyển quả nhanh, khoảng hở giữa những ảnh vùng thể tích con xảy ra, những khoảng hở này phải được đóng lại bằng nội suy xa ở một sự mất mát phân giải ngang lớn và giảm chất lượng của mặt cắt độ nhạy lớp. Trong lý thuyết, bước xoắn ốc có thể đáp ứng với nhịp tim của bệnh nhân. Cho việc sử dụng và sự ổn định lâm sàng dễ dàng nhất, tuy nhiên, một giá trị bước cố định cho tất cả các lần khảo sát được ưa thích hơn. Tốc độ di chuyển bàn được chứng minh rằng không nên vượt quá 3mm/s cho quét tim với phương pháp thích nghi thể tích tim và chuẩn trực 4x1mm. Thời gian để bao phủ toàn bộ thể tích tim (~12cm) xấp xỉ 40s, thời gian này chính là gới hạn của một lần quét trong một lần giữ nhịp thở của bệnh nhân. Quét điện tim cửa toàn bộ lồng ngực hoặc đại động mạch với chuẩn trực 4x1mm là không thể thực hiện được trong thời gian quét cho phép. Cho một hệ thống CT 16 lớp, tốc độ bàn dịch 8mm/s không nên bị vượt quả cho chuẩn trực 16x0.75mm, cho cả thời gian xoay là 0.5 hay 0.42s. Những lần quét của độ phân giải z bộ đo với thời gian xoay 0.42s, độ rộng lớp tái cấu trúc 0.75mm và bàn dịch với 8mm/s sử dụng tín hiệu điện tim nhân tạo với 55, 70, 80 và 90 nhịp mỗi phút đã chứng minh rằng sự độc lập của nhịp tim tất cả hình trụ bị giảm xuống đường kính 0.6 và 0,7mm có thể được giải quyết. Hình dựng nhiều mặt phẳng của bộ đo này được thể hiện ở hình 1.21. Với một độ phân giải trong mặt phẳng xấp xỉ 0.5mm và độ phân giải ngang 0.6mm, mục tiêu của độ phân giải vô hướng cũng đạt được cho quét tim mạch với công nghệ 16 lớp hiện đại nhất. Thời gian để bao phủ toàn bộ thể tích tim (xấp xỉ 12 cm) với chuẩn trực 16x0.75 là xấp xỉ 15s. Bao phủ toàn bộ lồng ngực (30cm) với chuẩn trực 16x0.75mm mất cỡ 38s, với chuẩn trực 16x1.5mm nó mất xấp xỉ 19s. Khảo sát điện tim cửa của hình thái học tim ngực mở rộng trển nên có thể thực hiện được với các hệ thống CT 16 lớp, mở ra một dải ứng dụng được hưởng lợi ích từ sự giảm thiểu co bóp tim mạch. Sự khó
khăn điển hình gây ra bởi sự truyền đi của co bóp tim mạch có thể được tránh khỏi, ví dụ như màng nắp nhân tạo phẫu tích trong các động mạch chủ lớn dần. Sự hạn chế co bóp tim mạch làm sự thẩm định của đoạn phổi chứa tim và cho phép một sự loại trừ đáng tin cậy của sự tác ngoại vi phổi trong động mạch đoạn và đoạn mạch con và một sự đánh giá chính xác của các khối u phổi nhỏ. Trong những nghiên cứu thông thường về lồng ngực không được đồng bộ với điện tim bệnh nhân, sự di chuyển của tim thường coi rằng sự đánh giá của động mạch được bỏ qua.
Hình 20: Độ phân giải thời gian cho đối tượng ở tâm như một hàm của nhịp tim cho phương pháp tái cấu trúc thích nghi thể tích tim dùng thời gian quay 0.5- và 0.42s. Với thời gian
quay 0.42s, độ phân giải thời gian đạt đến tối ưu của nó 105ms tại 81 nhịp/phút. Điều này quan trọng trong lâm sàng, bởi vì không có sự theo dõi của beta-blocker nhịp tim chủ yếu ở 75-85
Hình 21: Hình dựng nhiều mặt của bộ đo được quét với chuẩn trực 16x0.75mm, thời gian xoay 0.42s, và bàn dịch 8mm/s. Những ảnh xếp chồng với chiều rộng lớp 0.75mm và bước tăng 0.4mm được tái cấu trúc sử dụng tái cấu trúc thích nghi thể tích tim và tín hiệu điện tim nhân tạo tại 55, 70, 80 và 90 nhịp mỗi phút. Không phụ thuộc vào nhịp tim, tất cả hình trụ đường kính giảm
xuống 0.6- tới 0.7-mm có thể giải quyết.