數(shù)字X線全景成像技術(shù)進(jìn)展及臨床應(yīng)用

金 瑞 綜述，曾勇明 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科 400016)

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數(shù)字X線全景成像技術(shù)進(jìn)展及臨床應(yīng)用

金 瑞 綜述，曾勇明△審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科 400016)

數(shù)字X線攝影；全景成像技術(shù)；圖像拼接技術(shù)

數(shù)字X線全景成像技術(shù)，是通過多幅X線影像局部重疊區(qū)域的圖像配準(zhǔn)而實(shí)現(xiàn)多張小范圍影像合成一張包括全部興趣區(qū)域的大范圍影像的技術(shù)，也稱為圖像拼接技術(shù)。狹縫X線攝影裝置通過在探測器與X線準(zhǔn)直器協(xié)同運(yùn)動時持續(xù)曝光，可直接生成一幅全景影像，是一種新型的數(shù)字X線全景成像技術(shù)。

在X線圖像拼接技術(shù)提出之前，全脊柱或雙下肢的全長攝影主要通過超長X線膠片配合超長規(guī)格攝影裝置來實(shí)現(xiàn)。為了幫助骨科或矯形科醫(yī)師重構(gòu)出人體長骨的全景圖像，Yaniv 等于2004年提出X線圖像拼接技術(shù)理論，此后，各種全景成像技術(shù)相繼出現(xiàn)。其中有代表性的有計(jì)算機(jī)X線攝影(computer radiography，CR)全景成像技術(shù)，數(shù)字X線攝影(digital radiography，DR)全景成像技術(shù)，窄束X線部分重疊掃描(slot scan)全景成像技術(shù)，以及采用狹縫式線掃描數(shù)字X線攝影裝置(slot-scan digital radiography，SSDR)的全景成像技術(shù)。本文就近年來數(shù)字X線全景成像技術(shù)的臨床應(yīng)用及發(fā)展前景綜述如下。

1 數(shù)字X線全景成像技術(shù)的進(jìn)展

隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字X線全景成像技術(shù)逐步完善，以下從全景圖像拼接軟件和全景成像技術(shù)模式兩個方面介紹該技術(shù)的進(jìn)展。

1.1 X線攝影全景拼接軟件 全景拼接軟件是數(shù)字X線全景成像技術(shù)的核心。全景成像均需借助拼接軟件來將一序列的局部影像拼接為完整的全景影像。

1.1.1 第三方拼接軟件 張子齊等[1]研究表明，利用Photoshop軟件可以獲得優(yōu)化的、無縫拼接的全下肢影像，能滿足診斷和骨科測量的需要。其方法如下：拍攝3張部分重疊的X線影像，然后將3張DICOM格式的影像轉(zhuǎn)換為JPG格式，導(dǎo)入Photoshop進(jìn)行拼接。劉明等[2]使用Arcsoft Panorama Maker 5 pro圖像拼接軟件自動拼接導(dǎo)出的JPG格式的影像，然后利用DCMExp軟件寫入患者信息轉(zhuǎn)換成DICOM格式影像，也能滿足臨床需要。此方法影像拼接是自動完成的，比Photoshop法方便迅速。此外，陳華平等[3]利用FotoCanvas軟件也達(dá)到了與Photoshop類似的效果。使用第三方拼接軟件全景成像的優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)有設(shè)備即可開展，所需軟件價格便宜；拼接后的影像能滿足臨床需求。缺點(diǎn)：用第三方拼接軟件的拼接精度受操作者影響較大，相對于全景成像專用軟件誤差較大，且操作稍繁雜。

1.1.2 全景成像專用軟件 大部分X線攝影設(shè)備廠商都開發(fā)了專用全景拼接軟件，其中依據(jù)布放在被檢者肢體附近的標(biāo)記進(jìn)行全手動拼接的軟件，更多的是自動拼接軟件。使用全景成像專用拼接軟件全景成像的優(yōu)點(diǎn)是全景成像的精確度得到了提升，操作進(jìn)一步簡化。缺點(diǎn)是這些軟件一般整合在影像工作站中，成本相對第三方拼接軟件較高。

1.2 數(shù)字X線全景成像技術(shù)模式 數(shù)字X線全景成像技術(shù)包括CR全景成像技術(shù)、DR全景成像技術(shù)、slot scan全景成像技術(shù)及SSDR全景成像技術(shù)。

1.2.1 CR全景成像技術(shù) CR全景成像技術(shù)使用成像板(imaging plate，IP)一次或多次曝光后經(jīng)激光掃描器獲取多張影像，再將多張影像通過軟件拼接合成一張較大尺寸的影像的技術(shù)。CR一次曝光全景成像是使用一種超長的CR攝片盒，內(nèi)有2～3塊14×17英寸IP板相互重疊，一次曝光后按順序拼接單幅影像而成全景影像；CR多次曝光全景成像則是采用單張IP板依次部分重疊拍攝被檢肢體，然后拼接。多次曝光全景成像又可細(xì)分為X線管分段移動法和固定X線管投照法，研究表明[4]，固定X線管投照法所獲取影像比X線管分段移動法所獲取影像失真明顯增大。據(jù)文獻(xiàn)報道，多次曝光CR全景成像技術(shù)能滿足臨床基本需要[5]，但與單次曝光CR全景成像相比，多次曝光全景成像技術(shù)的成功率相對較低[6]。有學(xué)者[6]認(rèn)為，單次曝光CR全景成像所獲取的影像清晰度較差，但通過使用定制超長濾線柵，可以提高清晰度。陳曉飛等[7]經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出：由于FOV增大，單次曝光CR全景成像所獲影像的放大率和畸變率比多次曝光CR全景成像所獲影像的放大率和畸變率高。但沒有學(xué)者對CR單次曝光全景成像技術(shù)的誤差對臨床測量的影響作出評估。CR全景成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：使用現(xiàn)有設(shè)備即可開展，所需軟件價格便宜；拼接后的影像能滿足臨床需求。缺點(diǎn)：要求患者的合作程度較高，在檢查過程中需保持同一姿勢；需要部分重疊曝光，受檢者接受的劑量稍有增加；影像清晰度欠佳，誤差相對較大，且操作稍繁雜，成像速度較慢。

1.2.2 DR全景成像技術(shù) DR全景成像技術(shù)與多次曝光的CR全景成像技術(shù)類似，區(qū)別在于兩者使用的成像介質(zhì)不同。曾勇明等[8]使用平板探測器DR，在人體靶器官附近粘貼球形不透X線物作標(biāo)記，分2～3段拍攝全脊柱或雙下肢影像，在圖像處理工作站上根據(jù)標(biāo)記的位置進(jìn)行重疊、移位等調(diào)整，生成脊柱或雙下肢全景圖，能基本滿足骨科術(shù)前測量、定位和術(shù)后隨訪的要求。李傳東等[9]使用某品牌平板探測器DR完成全下肢X線全景成像的過程更加自動化，設(shè)置好曝光范圍后，設(shè)備會根據(jù)曝光范圍來自動分割每一次曝光所能包括的范圍，X線管和平板探測器會自動協(xié)同完成三次曝光，曝光完成后影像傳入工作站可通過軟件自動完成全景拼接。DR全景成像的優(yōu)點(diǎn)是影像清晰度較高，方法簡便。缺點(diǎn)是要求患者的合作程度較高，在檢查過程中需保持同一姿勢，需要部分重疊曝光，受檢者接受的劑量稍有增加。

1.2.3 slot scan全景成像技術(shù) slot scan是通過一序列部分重疊的窄束X線曝光，經(jīng)工作站上的拼接軟件對采集到的影像無縫拼接，得到完整的全景影像的新型全景X線攝影技術(shù)。slot scan技術(shù)使用的窄束(HQ模式下4 cm，HS模式下6 cm)X線束接近平行，投影失真率小，圖像拼接后更加真實(shí)。臨床常用于全脊柱和全下肢攝影，為術(shù)前測量、定位提供更精確、更直觀的影像[10]。王利泉等[11]通過人體下肢骨骼標(biāo)本試驗(yàn)，證實(shí)使用slot scan技術(shù)獲取的下肢全景影像，所測量的軸線數(shù)據(jù)與標(biāo)本實(shí)際軸線數(shù)據(jù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。slot scan全景成像技術(shù)的優(yōu)勢：采用1次屏氣多次曝光采集，減少了因呼吸而造成的運(yùn)動偽影;使用高效能直接轉(zhuǎn)換大平板探測器并采用狹縫曝光，有效地降低了掃描野內(nèi)非照射部位的輻射劑量。與CR、DR多次曝光法相比較，克服了因患者體位變化而引起的圖像位移；由于采用大平板探測器，能夠行Bending位攝影。該技術(shù)的不足：由于slot scan為運(yùn)動中連續(xù)脈沖式曝光采集，導(dǎo)致圖像噪聲較大；對骨小梁顯示欠佳，但不影響對脊柱側(cè)彎的診斷及測量；slot scan不能實(shí)時地根據(jù)所照射部位的肢體厚度調(diào)整曝光參數(shù)[12]。

1.2.4 SSDR全景成像技術(shù) SSDR主要有多絲正比電離室型直接數(shù)字X線攝影裝置，及使用電荷耦合元件探測器的線掃描X線攝影裝置。SSDR主要應(yīng)用于胸部X線攝影，能明顯降低被檢者輻射劑量[13]。SSDR因?yàn)榫哂休^長的成像范圍和縱向0放大率，也可以用于X線攝影全景成像。Deschênes等[14]研究表明，與CR全景成像相比，SSDR全景成像胸腹部的平均皮膚入射劑量能降低6～9倍。文章比較了其他文獻(xiàn)中相同年齡組的CR和DR全景成像的皮膚入射劑量，證明CR和DR全景成像皮膚入射劑量是SSDR全景成像的3～18倍。Dietrich 等[15]研究表明，使用雙平面SSDR全景成像系統(tǒng)獲取全脊柱影像的DAP為(158.4±103.8)cGy×cm2，遠(yuǎn)低于DR全景成像的(392.2±231.7)cGy×cm2。雙平面SSDR全景成像系統(tǒng)通過同時采集正面、側(cè)面全景影像，用特定軟件可以精確重建出椎體、脊柱和骨盆，可以進(jìn)行校準(zhǔn)三維測量[16]。Sutter等[17]通過多個體模研究表明，基于EOS雙平面X線攝影校準(zhǔn)三維測量不受攝影體位約束，測量精度明顯高于標(biāo)準(zhǔn)影像學(xué)測量。SSDR全景成像的優(yōu)點(diǎn)是無需拼接，縱向0放大率，全景影像更精確，雙平面三維校準(zhǔn)測量進(jìn)一步提高了測量精度；狹縫式線掃描技術(shù)能顯著降低散射線，從而使受檢者皮膚入射劑量較CR全景成像大為降低，而且影像質(zhì)量明顯優(yōu)于CR全景成像[14，18]。其缺點(diǎn)是SSDR曝光時間較長，產(chǎn)生呼吸、運(yùn)動偽影的可能性相對稍大，但研究表明[18]，受檢部位偶然的運(yùn)動或者持續(xù)的運(yùn)動對SSDR全景成像影像質(zhì)量的影響均低于對CR全景成像的影響。

2 數(shù)字X線全景成像技術(shù)的臨床應(yīng)用

數(shù)字X線脊柱全景成像主要用于脊柱畸形矯正治療手術(shù)前測量cobb角、矢狀面平衡及腰骶角，以便分析病情、確定治療方案及術(shù)后療效的評估[19]，是脊柱畸形評估的金標(biāo)準(zhǔn)[20]。X線攝影脊柱全景成像常用的攝影體位有正位、側(cè)位及左或右bending位。由于脊柱側(cè)彎患者在整個檢查治療過程中需要進(jìn)行大約25次X線攝影檢查[21]，而脊柱側(cè)彎患者大多為青少年，所以盡量降低X線輻射是很重要的。Kloth等[22]研究表明，在數(shù)字X線攝影全景成像中，輻射劑量降低50%對全景影像的準(zhǔn)確性沒有影響，這是符合放射實(shí)踐中的ALARA原則的。Geijer 等[23]提出，采用后前位拍攝正位影像可以減少乳腺、甲狀腺等器官的輻射劑量。Ben-Shlomo 等[24]通過進(jìn)一步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在10～15歲的兒童中，采用前后位、頭側(cè)靠近X線管陽極端的體位進(jìn)行投照將比采用后前位、頭側(cè)靠近X線管陽極端的體位投照多產(chǎn)生183%的有效劑量，多產(chǎn)生550%～879%乳腺吸收劑量。

數(shù)字X線攝影全下肢全景成像的主要目的是測量雙下肢的力線，用于雙下肢不等長、全髖關(guān)節(jié)成形術(shù)、膝關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)置換手術(shù)前下肢力線的測量和術(shù)后評估，在骨性關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎及雙下肢畸形等疾病的診斷治療中具有重要的臨床應(yīng)用價值[25]。負(fù)重立位的全下肢X線全景成像是下肢全髖、全膝、全踝的人工置換術(shù)首選的檢查方法，此方法更能真實(shí)地反映膝關(guān)節(jié)病變嚴(yán)重程度[9]。

3 數(shù)字X線攝影全景成像技術(shù)的前景展望

數(shù)字X線攝影全景成像技術(shù)起源于超長膠片全景成像，從初期的CR全景成像，到DR全景成像，過渡到SSDR全景成像，僅用了短短20多年。從上文中可以看出，SSDR全景成像技術(shù)由于其測量精度高、輻射劑量低、影像清晰、成像簡便快捷等優(yōu)勢，代表了最先進(jìn)的X線攝影全景成像技術(shù)。隨著更高量子探測效率的X線探測器的出現(xiàn)，將推動數(shù)字X線攝影全景成像技術(shù)向劑量更低、成像速度更快、操作更快捷的方向發(fā)展。

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金瑞(1983-)，初級技師，碩士，主要從事放射影像學(xué)研究。△

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10.3969/j.issn.1671-8348.2015.04.043

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1671-8348(2015)04-0553-03

2013-09-15

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