心脏磁共振成像——门控技术与参数设置（一）

在心脏磁共振成像过程中，门控的选择及相关参数的设置对扫描的成败具有决定性意义。有关心电门控的具体分类及参数设置在之前有关门控技术章节已详细介绍，这里简单讨论一下心脏磁共振成像过程中门控使用的几个重要问题。

呼吸门控与心电门控的同步使用

如前所述，心脏磁共振成像面临着呼吸与心跳双重运动，所以在成像过程中要同时克服这两种运动的影响。对于呼吸运动而言，更多时候需要通过受检者屏气来克服呼吸运动所带来的伪影，但操作者也需要密切关注患者的呼吸状态来控制和指挥患者进行屏气。在心脏磁共振成像扫描前，合理地放置呼吸门控装置很重要。首先，要认真观察患者的呼吸模式以及呼吸过程中运动幅度最大的部位，把呼吸门控的波纹管绑缚在相应区域。在绑缚呼吸门控波纹管过程中，操作者要用手去体验一下波纹管的松紧度，如果过松，那么该波纹管探测呼吸运动的敏感度下降，这可能导致对呼吸运动及幅度探测不准。如果过紧则可能在呼吸门控界面观察时很容易使得吸气曲线达到平台期，这也会导致对呼吸状态判断的失误。在绑缚好呼吸门控波纹管后要指导和训练患者进行正确的吸气、呼气，建议操作者将手置于受检者腹部感受其在接收到呼吸指令后的吸气和呼气配合状态。这种呼吸训练对于后续扫描十分重要，因为在心脏磁共振成像中几乎所有序列需要患者屏气配合。实际工作中会发现有些操作人员在摆位和绑缚呼吸门控波纹管时过度随意，导致在后续扫描中出现一系列的问题。

在心脏磁共振成像过程中，心电门控是决定心脏扫描图像质量的一个重要因素。作为使用者需要了解不同种类心电门控的选择技巧，还要了解各种门控参数的设置以及可能对图像产生的影响。除此以外还需要特别重视门控放置中的细节问题。在不同种类的门控选择中，特别强调不能一味追求操作简单、便利。有些操作人员习惯于采用指脉门控，但指脉门控的数据采集由指端血管的机械搏动来控制，该搏动和心脏活动之间存在着明显的延迟，在进行心脏大血管成像时可能会因为这种延迟导致实际采集的图像变得模糊。心脏大血管成像时更推荐采用门控效果更稳定的心电向量门控技术。在采用心电向量门控时，电极片的选择和贴放也需要予以重视。磁共振检查时需要选择非金属的碳素电极片，金属电极片本身会产生明显的金属伪影而对成像带来干扰。电极片的贴放也至关重要，注意要将电极片贴放在肋间隙，避免贴放在肋骨上。电极片贴放处要做适当的皮肤清洁，贴好电极片后建议用医用胶布进行固定，避免在扫描过程中发生电极片脱落而导致门控失效。心电向量门控对电极片间的相对关系要求很严，请操作者严格遵循操作规则。

图片说明：呼吸门控波纹管及固定示意图。波纹管固定位置选择在患者呼吸幅度最大的位置，保持波纹管松紧度适中，这样可以提高对呼吸探测的敏感度。

图片说明：不同门控方式对图像质量的影响。上排图像是采用心电向量门控技术采集的黑血成像，而下排图像是采用指脉门控采集的黑血成像。因为指脉门控时所探测到的指脉搏动和心脏收缩舒张之间存在一定的时间差，导致黑血采集时发生错误。对比上下两排图像可以发现心电向量门控采集的黑血成像图像更清晰，血流信号更黑，而在指脉门控时则图像比较模糊，且血液信号抑制不彻底。

图片说明：心电向量门控与指脉门控放置示意图。在心电向量门控电极片贴成丁字形，固定心电门控导线时两个白柱和两个黑柱相互垂直。固定指脉门控时一定是中指腹部贴近脉搏感受装置。

几个重要的心电门控概念

在心脏磁共振成像中会使用到不同的脉冲序列，通过这些脉冲序列可以获取不同的对比度图像，而在进行这些序列成像的过程中所使用的心电门控的类型也不同。在进行心脏磁共振扫描的过程中，清晰掌握有关心电门控的基本概念及其中几个重要参数是心脏磁共振成像扫描成功的前提和保障。在有关心电门控章节会比较详细地讨论这些概念，但在这里还是要提及其中几个重要的概念及门控参数。

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前瞻性与回顾性心电门控

门控从本质上讲就是要在绝对运动中寻求到相对静止。众所周知，运动在磁共振成像过程中会导致不同种类的运动伪影，运动伪影的出现显然会严重影响图像质量并对诊断和鉴别诊断带来困扰。总体来说，在磁共振成像过程中有两大类最常见的运动：一类是流动包括血液流动、脑脊液流动等；还有一类属于位移运动如呼吸运动、心脏的收缩与舒张以及血管的搏动。一般的液体流动或血液流动在信号读出过程中会导致额外的相位信息累积，这种相位信息累积如果不通过特殊措施消除它，就会叠加到在相位编码梯度作用后所产生的相位记忆信息中，而相位编码后所产生的相位记忆信息中储存有相位编码方向上体素的空间信息，如果有额外的信息混入其中就会导致相位记忆信息错误，这是产生流动伪影的原因。这种由于液体流动而产生的流动伪影通过流动补偿梯度可以得到很好的解决或消除。而对于另一种由于呼吸运动或心脏收缩、舒张所导致的平移运动而言，因为这些运动会跨过几个不同的射频激励周期，所以这种运动无法通过类似流动补偿梯度的作用来克服。有趣的是这些常见的生理运动通常都具有一定的周期性，这种周期性的运动会导致图像K空间采集过程中周期性的K空间数据波动，这种周期性的K空间波动在图像上表现为“鬼影”样的伪影。对于这种周期性生理运动所导致的运动伪影可以有两种处理方式：一种方式是制动，如在心脏和腹部成像中的屏气扫描，这种屏气扫描就是通过短暂地停止呼吸运动而确保图像数据采集过程中避免呼吸运动所导致的胸壁和膈肌的平移运动。但是受患者屏气时间长短的制约，屏气扫描通常适合快速扫描序列，另外受屏气时间长短的限制，这种采用屏气扫描的序列所采集的图像的空间分辨率会受到明显限制。克服这种周期性运动的另一个措施就是采用门控技术。在不同的心脏磁共振成像序列因为临床目的不同所采取的门控技术也不同，其中必须清楚的是以下几个：

(1)心电触发技术：这种门控模式是以心肌电活动中的R波作为触发扫描的信号，在探测到这个触发信号后，系统会根据人为设定的“Trigger delay”来启动数据采集。这种心电触发模式用于双翻转及三翻转黑血成像以及心肌延迟成像。通过这种“Trigger delay”的设置，系统可以在规定的时间内进行数据采集。在心脏的舒张期心肌运动幅度更小，所以可以把数据采集设置在心脏舒张期进行，通过这种设置可以更好地减轻心脏周期性运动所带来的运动伪影。

图片说明：心电触发模式示意图。首先要探测到触发信号，探测到触发信号后等待一定时间后开始启动数据采集。这种心电触发模式可以实现在特定的时间段内进行数据采集。心电触发模式是典型的前瞻性心电门控技术。它和心电门控模式的主要区别是可以选择特定的时间进行数据采集。

(2)狭义的心电门控模式：这里所谈及的心电门控模式是与稍后提及的心脏电影模式相对而言的。当选择了这个心电门控模式时系统会留出一个探测时间窗（Trigger Window）用以探测心电活动中的R波，在探测到这个R波后系统会开始一连串的数据采集。这个特指的心电门控采集方式可以理解为介于心电触发模式和心脏电影模式之间的一种门控采集方式。采用这种门控时一旦开始数据采集就和心脏电影模式一样，系统就会按照固定的重复时间连续的进行射频激励并采集相应的K空间数据，而且这种采集方式和心脏电影模式一样也可以通过K空间节段采集技术重建出不同的心动周期时相并以电影方式播放。不过，和心脏电影模式相比在探测R波这个时间窗内不进行数据采集，因此用这种采集模式不能观察全心动周期的时相。在心脏电影模式的门控界面较早的版本上点击Auto时就从心脏电影模式切换到了心电门控模式。心脏电影模式重建的时相数可以人为设置，而心电门控模式的时相数是系统根据心率和所选择的VPS所决定的。在新的扫描平台上这种心电门控模式被称为“前瞻性”模式，界面上称为“Prospective”。这里需要强调的是门控界面中的“Trigger Window”期间系统不进行数据采集，所以随着这个设置值的增大，允许扫描的层数或时相数会减少。

图片说明：心脏电影模式与心电门控模式的切换与界面显示。当从心脏电影模式切换到心电门控方式时可以发现有几个方面的变化：在心脏电影模式中可以显示“心律不齐放弃窗”而在心电门控模式中该窗口显示为“触发窗”；在心脏电影模式中重建时相数人为规定，而在心电门控模式中时相数是由心率、扫描参数所决定。在心脏电影模式门控界面内选上“Prospective”则切换到心电门控方式。

(3) 心脏电影模式：这是通常用于心脏功能评估的亮血序列采集模式。在这种心脏电影模式的成像过程中，系统按照固定的重复时间施加射频脉冲并采集K空间数据，虽然采集时不利用触发信号但采集过程中也同时记录心电门控数据。在图像重建过程中将采集到的K空间数据与采集过程中记录的心电数据进行比对，然后把不同心动周期中处于相同心脏收缩、舒张期相的K空间数据进行重组，从而实现了在绝对运动中寻找到相对静止。心脏电影门控模式属于回顾性门控的代表，虽然数据采集过程是连续的，但因为数据采集时同时记录心电门控数据，所以在采集过程中也时刻监视着患者的心律变化情况。在门控参数界面中系统会自动选择“心律不齐放弃窗”，如果采集过程中有期前收缩等心律不齐表现，系统会自动放弃这部分数据而额外采集数据。用户可能会发现在采集过程中如果有心律不齐存在时，则界面上显示的扫描时间完成后系统仍继续扫描，这就说明有部分明显心律不齐的数据被放弃了。在心脏电影门控的高级选项中有个自动阈值选择，选择后系统会根据心律不齐出现的次数决定是否停止该序列扫描。不过需要强调的是门控界面中的“Arrythmia Rejection Window”代表的是系统可以接受的心电触发信号范围，在这个窗之外所探测的触发信号被认为是心律不齐所致。在GE的磁共振平台用户在用户选择窗口中选择对这部分数据的处理方式。如可以选择关闭这个心律不齐放弃窗，这时系统就会忽略心律不齐的影响因素；也可以选择心律不齐放弃阈值关闭，这种情况下系统会监测有无心律不齐，如果有放弃这部分数据并重新采集相应数据，但无论心律不齐的程度如何都会完成本次扫描；如果选择了心律不齐放弃阈值打开，那么系统除了会放弃在心律不齐期间所采集的数据外，而且一旦心律不齐超过一定阈值如8次，就会放弃整个扫描。在门控界面中如果增加心律不齐放弃窗口的值，就意味着有心律不齐时可以采集更多的数据，但此时的图像质量会有所下降。

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