Lidt mere om teknikken ved hjerte CT

Transkript

1 Lidt mere om teknikken ved hjerte CT Problemet ved fotografering af hjerter består naturligvis i undgåelse af det sædvanlige fænomen, at når et stationært billede af et objekt viser dette i mere end én morfologisk tilstand, sløres konturerne, og billedet er uskarpt. Den nærliggende løsning er lige så indlysende at reducere den morfologiske varians til en tærskel, hvorunder øjet opfatter fl ere tilstande som én. Objektet vil altså gengives skarpt, selvom det faktisk beskriver en kontinuerlig bevægelse. Man kan forestille sig en danser, hvis bevægelse består af et repeteret, ensartet sprællemandshop i et mørkt rum. Et stroboskoplys med en blinkfrekvens lig med danserens, vil da vise manden i en tilstand, hvor han tilsyneladende står stille. Et array af lys med samme frekvens, men forskudt i tiden, vil nu kunne vise en række stationære tilstande, der tilsammen giver beskueren et indblik i koreografien. Den fuldendte succes beror imidlertid på, at danseren ikke blot danser med konstant frekvens, men også at han ikke vælger en periodelængde, der er identisk med lampernes indbyrdes offset. Herved ville nemlig flere lamper gengive danseren i den samme stilling, og så gengives dansen ikke i sin helhed. Sker det, må man asynkronisere lampetændingen med danseren. Ved CT scanning af hjertet skelnes imellem den sekventielle ( axiale ), ekg-styrede teknik, hvor der tages stillestående bil- Fig 1. Ekg ets R-peaks er identifi ceret ved de røde prikker. De gule streger viser den ønskede diastole. Fig 2. Viser en nogenlunde konstant hjerterytme. Fig 3. Viser et uregelmæssigt forløb. 10

2 Fig 4. Viser ekg et, hvor der mangler en markør på en R-peak. Det er nemt at sætte den på og få udregnet billeder fra denne cyclus også, så hjertet bliver roligt (eksemplet er manipuleret). leder i en rytme, der er identisk med hjerterytmen. Da der kun går strøm i røret i korte tidsrum omkring en bestemt hjertefase, vil den samlede bestråling være beskeden. Denne teknik kan bruges til calciumscoring en teknik til vurdering af forkalkningen i kransårerne uden intravenøs kontrast. Når manøvren gentages efter et stykke tid, får man et indtryk af, om patientens tilkalkning når truende tilstande. Denne teknik anvender vi ikke hos os på RH, men efter cardiologers ønske udføres selve scanningen som præscanning. I modsætning til denne prospective teknik, laves kontrastscanningen som retrospectiv teknik. (Betegnelserne hentyder til, om man forudbestemmer den relevante hjertefase ( pro- ) eller scanner det hele og udvælger bagefter. ( retro- )). Stråledosis ved den retrospective teknik er betydeligt højere, og det eneste forsonende er, at det scannede område er beskedent (ikke hele kroppen), og at man måske (på sigt) kan spare patienten for en anden og måske alt i alt farligere undersøgelse, nemlig katederangiografi en. Dosis er måske 50% større ved CT (med højkvalitets angiografi - udstyr som reference), men den invasive risiko ved CT er minimal, og patienten kan gå direkte hjem bagefter. Den retrospective teknik kan groft deles ind i to processer: produktion af egnede rådata og anvendelse af disse til at danne billeder af fornøden skarphed. Begge dele kræver omhu. Udvælgelse af data er baseret på, at man kan synkronisere optagne data med patientens ekg. Synkronisere vil sige, at man ser på ekg et og beslutter hvilke hjertefase, man gerne vil se billeder af. Man fi nder så de data frem, som er optaget på præcis det tidspunkt, der svarer hertil. Man vil naturligvis gerne se hele hjertet i denne fase. Det vanskelige består nu i, at hjertet, i løbet af den tid scanningen varede, flere gange kommer i denne fase (ned til fem gange ved noget udstyr men i andre tilfælde snarere ti gange), og derfor skal der findes data mange steder i lageret. Scanneren skal altså kunne holde styr på, hvor målingerne hører til. Det sker ved, at den kan vurdere ekg et og få øje på R-takkerne. (den høje spids i systolen). Med disse takker som reference, kan den holde styr på datalagerets tidsmæssige inddeling. Beder man for eksempel om at se asystolen svarende til 75% af intervallet imellem to R-takker, kan scanneren altså fi nde de data, der viser hjertet i denne fase. Denne proces udføres for alle de hjertecycler, der medgik i scaningen, og vi får så gengivet hele hjertet i den ønskede asytoliske fase. Når asystolen ofte er interessant, skyldes det, at hjertet i systolen trak sig sammen og pumpede kontrast ud. Kontrasten har så et kort øjebliks tid til at fylde coronarkarrene, og da myocardiet netop nu er afslappet, står billedet smukt, som taget ud af en anatomibog. Den tid scanningen varede rummer altså adskillige hjertecycler, og hele ekg et fra dette forløb kan gemmes og kaldes frem. Det bedste resultat opnås, når hjertet slår regelmæssigt. Uregelmæssig hjerterytme er ingen scanners livret, men man kan gøre visse ting for at begrænse skaden. Problemet vil blive omtalt igen senere, men foreløbig skal vi nøjes med at sige, at hvis man skal bruge flere hjertecyclers data til at lave billederne for eksempel svarende til de førnævnte 75% - er det en umiddelbar fordel, at datasegmenteringen (lagersegmenteringen!) udviser en vis konstans. Ses i ekg et en enkelt cyclus, der afviger stærkt fra det øvrige mønster, vil absorptionsdata tilhørende dette tidsrum påvirke resultatet og gøre billederne uskarpe. Man kan imidlertid som bruger bede scanneren om at ignorere data svarende til denne cycle og hermed opnå den eftertragtede regelmæssighed og skarpe billeder. Ikke alle mirakler kan leveres, men man kan komme et stykke vej. Se fig 1-4. Ens umiddelbare reaktion på en sådan proces kan være, at det er snyd! Man manipulerer med data og gengiver patienten på en måde, der ikke svarer til virkeligheden! Men det er ikke rigtigt. For hvis hensigten med undersøgelsen er at fremstille coronarkarrene og de tydeliggøres med datamanipulation, hvad galt er der så i det? Allerede inden scanningen udføres vil udstyret måle patientens hjerterytme med (frivilligt!) standset respiration. Det vil vise middelværdi (af hjerterytmens varighed) samt minimum og maximum. Skønner brugeren nu, at det er helt galt, kan man vælge at afbryde. Man kan også vente lidt og se, om tingen falder lidt til ro og satse på at udstyret kan reparere data tilstrækkeligt. Hos os scanner vi lystigt det helt overvejende flertal. Det skal dog indrømmes, at de mest syge endnu ikke deltager i vor procedure. (Det kan der gives flere grunde til. Dels kan det være betænkeligt at introducere en ny teknik på svært syge patienter, og dels er der visse tegn til, at CT teknik- A p r i l R A D I O G R A F E N 11

3 kens anvendelse vil tage sigte på en opdeling af patienter i to grupper: denne ene kategori går til CT for om muligt at blive frikendt for alvorlig syge og dermed undgå en farligere invasiv teknik, og den anden som alligevel skal i det cardiologiske laboratorium. Vi afventer hjertelægernes foreløbige konklusioner.) Lad os slå fast, at scanneren kan udvælge data svarende til den del af ekg et der har interesse. Det er imidlertid nok så væsentligt, at man allerede inden disse processer går i gang, kan sikre sig, at data vil få en anvendelig kvalitet. Det sker ved hovedsagelig to ting: styring af kontrastinjektionen og optimering af undersøgelsens såkaldte temporale resolution. Vi ser på det sidste først. Temporal Resolution (TO) betyder opløsning i tidsdomænet. Eller helt enkelt: muligheden for at gengive noget bevægeligt på en sådan måde, at vi får samme indsigt, som hvis det stod stille. Desværre må man skelne imellem det teoretiske optimum og det praktisk mulige, samt hvad man kan gøre for at begrænse det, der gør det praktisk mulige til det alt for sædvanlige. Det vides fra almindelig CT, at billeder sædvanligvis baseres på transmissionsprofi ler, der er optaget i en fuld cirkel på 360 gr. Vi ved også fra partiel rekonstruktion, at mindre kan gøre det. Færre grader giver mindre rumlig opløsning, men ydes godt med mas, går det endda. Det kan vises, at 180 gr markerer en grænse imellem det brugbare og det helt uanvendelige. Til hjerte CT bruges derfor 180 gr. Det tager et stykke tid for røret at bevæge sig 180 gr og i mellemtiden har hjertet fl yttet sig en smule. Derfor skal de 180 gr gerne overstås hurtigt. Det er også klart, at der skal nogle høje ma til når tiden bliver så kort. Den temporale opløsning afhænger af dette, og idet vi minder om, at god temporal opløsning er lig med kort temporal opløsning, kan vi udtrykke følgende: R TO = 2 X SN Hvor: TO er temporal opløsning. (den teoretisk optimale.) R er rørets omdrejningstid. X er antallet af rør i gantriet. SN er antallet af segmenter i segmenteret rekonstruktion. Det kræver lidt forklaring og vi tager et par eksempler. R/2 betyder den tid røret er om at dreje en halv omgang på 180 gr. Antallet af røntgenrør X. Der er faktisk et firma der har en scanner med flere røntgenrør i gantriet. Ideen er glimrende! I forvejen drejer gantriet næsten foruroligende hurtigt rundt. Næsten 1000 kg er oppe at køre, og de kræfter der påvirker komponenterne følger denne relation: v F = m 2 r som betyder, at kraften er proportional med andenpotensen af rotationen m. m. Indsættes to rør, vil antallet af transmissionsprofiler fordobles uden at det øger omdrejningshastigheden. SN betyder, at hvis der benyttes segmenteret rekonstruktion, skal man indsætte det maximale antal segmenter, der er til rådighed. Eksempler: 330 TO = = 82.5ms 2 2 hvor det sidste 2-tal betyder to røntgenrør. 400 TO = = 40ms 2 5 hvor det sidste 5-tal betyder fem segmenter. Den sidste kan altså opnå bedre tal, men kun når forholdene er helt optimale, hvad de ikke altid er. Den segmenterede rekonstruktion har imidlertid eksisteret i en del år, hvor to-rørsteknikken er helt ny. Verden over har mange patienter fået betablokkere for at reducere hjerteaktionen, så scannernes begrænsede TO blev god nok. Ved segmentrekonstruktion ses det paradoks at TO bliver bedre, når hjertet slår hurtigt! Men hvad er segmenteret rekonstruktion? Man kan forestille sig, at lejet står stille. En enkelt detektorrække opsamler stråler fra røret. Så laves en partiel eksponering på en ganske lille vinkel lad os sige at røret står i 180 gr med en åbning på 60 gr, dvs centralstrålen rammer 0 gr og stråleviften går fra 30 til +30 gr. Senere står røret i vinklen 240 gr og stråleviften spænder fra 30 til 90 gr. Endelig står røret i 300 gr og vifter når fra 90 til 150 gr. Fig. 5 Viser hvordan tre 60 gr sektorer kann lægges sammen til en på 180 gr. Ved synkronisme får vi ikke 3x60 = 180 gr med en opløsning på 60 men derimod 3x180 = 180 med en opløsning på ringe 180 gr. I alt har vi en strålevifte, der på tre eksponeringer har spændt over 180 gr, altså nok til et billede. Hvis nu bare hjertet står på samme måde, gør det jo ikke noget, at hjertet har slået i mellemtiden. Vi har opnået, at fl ere hjertecycler samarbejder om at danne et 180 gr billede. Det væsentlige er at hvert eksponeringssekment på 60 gr kun har varet 1/3 af den tid, som røret er om at dreje sig 180 gr. Hvis røret drejer en hel omgang på 0.4 sek, bliver den temporale opløsning (optimalt) 0.4 TO = = 67ms 2 3 baseret på tre segmenter. Denne abstrakte vurdering af singleslicescannerens muligheder bliver konkret i multislice. Da lejet kører kontinuerligt, kan samme del af hjertet jo ikke vende tilbage og blive fotograferet igen! Derfor må de forskellige detektorrækker samarbejde. På ét tidspunkt ser en detektorrække en del af hjertet i en bestemt fase. Dette indblik bliver 12

4 gentaget senere af en anden række. Sådan kan der indsamles informationer til at gengive det hele. Der bliver altså samlet profi ler ind fra fl ere cycler. Hvis lejet kører langsomt, får man altså mange chancer for at ramme anatomien. Jo fl ere gange et sted på hjertet kan bestråles fra forskellige retninger, desto fl ere profi ler opsamles. Hvis man således får mange segmenter, og hvert segment tages hurtigt, dannes billedet altså af dele, der hver har kort eksponeringstid, og den samlede TO bliver kort (optimal). For eksempel: 180 gr/ 30 gr = 5 segmenter. Da 30 gr kan drejes på meget kort tid, bliver denne tid tiden for hele billedet. At lejet kører langsomt, vil sige, at pitch faktoren er lille. Så jo langsommere man scanner, desto højere opløsning. (alt andet lige.) Det kan udtrykkes ved, hvad nogle kalder scanvinduet. Det defi neres rotationstid SW = pitch Det er et tidsvindue der fortæller om hvor mange chancer vi har for at ramme hjertet. Detektoren er kun få cm bred, og den kører hurtigt forbi hjertet. Derfor lav pitch. (eks. 0.2, 0.25, 0.33). Det ses altså, at når pitch er lille og rotationstiden lang, bliver SW større og dermed bedre opløsning. (Hvilket nok kan virke overraskende.) Hvorfor så ikke lade røret køre rigtig langsomt? (Det skulle i hvert fald være teknisk muligt!) Fordi vi jo også skal være færdige. Risikoen for at hjertet begynder at slå uregelmæssigt øges med tiden, og kontrasten venter ikke. Der er en vigtig parameter, som der skal holdes styr på, og som kan være en nøgle til at forstå, hvorfor man nogle gange sætter farten ned og ikke op. Det handler om, at nok skal data synkroniseres med ekg et, ved billedberegning, men rørrotationen må ikke være synkron med ekg et ved opsamling ad profi ldata. Det er i virkeligheden ikke svært at forstå hvorfor. Hvis vi på et bestemt sted tager et almindeligt 360 gr scan og så gentager det hvor kloge er vi så blevet? Rigtigt! Vi er ikke blevet klogere, end hvis vi blot tog det ene billede! Fordi data ene er ens. Hvis vi ved hjertescanning opnår, at nogle profi ler blot er en gentagelse, så bliver kvaliteten ikke den ønskede. Det gælder derfor om at undgå, at rørrotationen harmonerer med hjerteaktionen. Vi kan opstille denne generelle betingelse: 60 bpmsync = k rotationstid k {½,1,1½,2,2½,3,3½,,,, } som betyder: den hjerterytme, forstået som slag pr minut (bpm), hvor der er synkronisme med rørrotationen, udregnes ved at indsætte forskellige værdier for faktoren k, idet denne udtrykker en periode på 180 grader. Når det er 180 og ikke 360 skyldes det, at diametralt modsatte stråler rammer hjertet i samme vinkel, om end i modsat retning. Svarende til forskellige rotationstider, kan følgende udregnes: Tabel 1. Hermed er vi kommet igennem alle de rotationstider, som kendes af undertegnede. Tabellen bruges således: hvis hjertet for eksempel slår netop 60 slag pr minut, bør man vælge andre rotationstider end 0.33, 0.4, 0.5, for ved 60 slag pr minut er der synkronisme ved alle disse rotationstider. (Nogle scannere kan automatisk vælge omdrejningshastighed alt efter den målte hjerterytme.) I fig. 6 ses kurver over TO ved forskellige hjerterytmer, når rotationen varierer. Fig. 6 (Toshiba) Optimum er kurvernes laveste forløb. (bedst TO). Den røde kurve svarer til 0.4 sek rotationstid. Den bør vælges ved meget langsomt og meget huttigt hjerte. Den gule (0.5 s rot) er bedst ved hjerteslag på ca og ved pr minut. Den grønne er 0.6 s rot. Denne frekvens bruges ikke mere i praksis på vort udstyr. A p r i l R A D I O G R A F E N 13

5 Der er altså ingen simpel dammenhæng imellem hjerterytme og bedst rotationstid. Den anden betydende faktor i relationen for scanvinduet er pitchfaktoren. Generelt giver lavere pitch højere TO, men hvis der er synkronisme imellem rørrotation og hjerterytme, hjælper det ikke at ændre pitch en, som det fremgår af nedenstående fi gur. Fig. 7 (Toshiba)Viser hvordan TO kurverne konvergerer i de hjerterytmetal, hvor det slår synkront med rørrotationen. Pitchen gør derimod en forskel, når der ikke er synkronisme. Her er den røde kurve bedst svarende til laveste pitch. Denne størrelse vælges imidlertid også automatisk ved noget udstyr. Her følger endnu en tabel, med automatisk valgte sammenhænge imellem hjertefrekvens, pitch og rotationstid. Tabel 2. Konkret eksempel på automatisk valgt parameterkombination. Pitchværdierne: 11.2 og 18.0 svarer til og i normal defi nition. Der ses den tendens, at hurtig rotation følges med relativ lav pitch og omvendt. Kontrast Scanning af hjertet går ganske hurtigt. Derfor skal kontrasten times med en vis omhu. Der skal ikke være for meget i vena cava superior, da det kan give artefakter som ikke alene forstyrrer billederne i sig selv, men også kan forvirre bolustrackingen. Man kan gøre sig lidt immun ved at trigge på den descenderende aorta, som ligger i nogen afstand fra venen. Det gælder også om at balancere kontrasten sådan, at der er meget i venstre side og en smule i højre. Skal man måle ejectionfraction, er det sådan set nok at have kontrast i venstre side, men skal man kunne vurdere myocardiet mere detaljeret (det pumper ofte ikke ens over det hele), bør der være kontrast også i højre side, da ventrikelseptum også er en del af muskelen. Septum står tydeligt, hvis der er lidt kontrast i højre ventrikel, og den automatiske myocardieanalyse bliver mere nøjagtig. Her er vi imidlertid over i arbejdet med workstation. Ovenstående er et forsøg på at bore lidt i selve scanteknikken. 14