圖像拼接技術(shù)在脊柱和負(fù)重下肢全長(zhǎng)應(yīng)用中的對(duì)比研究

曾從俊，趙世偉，梁 磊，沈海林

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬蘇州九龍醫(yī)院放射科，江蘇 蘇州 215028）

數(shù)字?jǐn)z片拼接技術(shù)在骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)疾病中廣泛應(yīng)用，特別是在青少年脊柱側(cè)彎畸形、脊柱人工腰椎間盤置換、人工髖關(guān)節(jié)置換、人工膝關(guān)節(jié)置換、下肢畸形矯形及義肢安裝等方面取得了很好的檢查效果，深受骨科醫(yī)生的青睞[1]。由于數(shù)字?jǐn)z片機(jī)的更新?lián)Q代的速度較慢，且數(shù)字?jǐn)z片機(jī)的價(jià)格比較昂貴，短期內(nèi)為了一個(gè)新功能而重新買一臺(tái)具備合成功能的數(shù)字?jǐn)z片機(jī)有困難。拼接的方法有許多種，本文比較三種主流拼接方法的優(yōu)劣，用現(xiàn)有的數(shù)字?jǐn)z片機(jī)和PACS系統(tǒng)及Photoshop軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)z片拼接，選取一種最佳的方法，同時(shí)突破現(xiàn)實(shí)醫(yī)療條件的限制，利用簡(jiǎn)易實(shí)用的方法拼接出精確無(wú)縫、高質(zhì)量的全長(zhǎng)片，利于臨床醫(yī)師使用并指導(dǎo)手術(shù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集本院2018年5月—2019年12月連續(xù)病例24 例，其中負(fù)重下肢全長(zhǎng)病例10 例，全脊柱病例14 例，男性11 例，女性13 例，年齡18～83歲，平均57 歲。

1.2 儀器與材料 德國(guó)Siemens公司AXIOM Aristos FX Plus 數(shù)字?jǐn)z片機(jī)，Photoshop CS4 Extend軟件后處理工作站，藍(lán)韻公司PACS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。圖像打印設(shè)備為AGFA 5500熱感敏相機(jī)。

1.3 檢查方法

1.3.1 多處曝光成像方法：患者雙足并攏站立于約50 cm平臺(tái)上，能夠保證探測(cè)器、球管拍攝到患者踝部，在不影響觀察患者關(guān)鍵病變的的左、右側(cè)或中間放上2 m的帶有金屬刻度塑料尺，作為參考線。

1.3.2 拍攝方法：脊柱：頸椎、胸椎及腰椎，位置為正側(cè)位。下肢：分三段拍攝股骨、膝關(guān)節(jié)、脛腓骨（包含髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)），位置為正側(cè)位。攝片是讓其相鄰部位重疊5～10 cm，以便拼接圖像使用。

1.4 圖像處理方法

1.4.1 DICOM圖像：將拍攝的DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）圖像正常傳到藍(lán)韻PACS系統(tǒng)，在其圖像瀏覽器內(nèi)將圖像以DICOM格式保存到本地磁盤。用Adobe的Bridge瀏覽圖像，選取需要拼接的圖像，用Photoshop CS4 Extend軟件打開(kāi)。選取最上面的圖像為基礎(chǔ)，將其畫(huà)布向下延伸增大，然后將中間及下面的圖像以圖層的形式插入，調(diào)整插入圖層的透亮度，參考帶有金屬刻度塑料尺，將其3 張DICOM圖像拼接，裁剪圖像的大小，將多余的圖像及畫(huà)布去掉，拼接好的負(fù)重下肢全長(zhǎng)（圖1）和全脊柱（圖2、圖3），保存為DICOM格式，然后通過(guò)藍(lán)韻客戶端將圖像的上傳服務(wù)器并將打印全長(zhǎng)膠片。

圖1 女性，62 歲，右膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后下肢全長(zhǎng)正位；圖2 男性 46 歲，脊柱側(cè)彎（正位）；圖3 同一病人脊柱側(cè)彎（側(cè)位）。

1.4.2 JPEG圖像：采取和DICOM格式圖像拼接同樣的方法。

1.4.3 膠片：將拍攝后打印好的膠片上下排好，將上下部分相同部位重疊對(duì)好后用訂書(shū)機(jī)在膠片兩邊訂好，拼成一張長(zhǎng)膠片[2]。

1.5 圖像評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 所有圖像均經(jīng)2 名副主任醫(yī)師分別讀片評(píng)分，不一致的討論一致后評(píng)分。

1.5.1 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：甲級(jí)片（3 分）：圖像清晰、細(xì)膩、對(duì)比度高，各關(guān)節(jié)諸骨間隙等顯示清楚；乙級(jí)片（2 分）：圖像不夠清晰、細(xì)膩，對(duì)比度稍差，各關(guān)節(jié)諸骨間隙等顯示較清晰；丙級(jí)片（1 分）：圖像模糊，對(duì)比度差[3]。

1.5.2 圖像拼接評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：甲級(jí)片（3 分）：拼接處無(wú)痕跡，無(wú)運(yùn)動(dòng)等偽影，無(wú)上下部位大小不一致；乙級(jí)片（2 分）：拼接處有輕微痕跡，有輕微偽影，上下部位輕度不一致；丙級(jí)片（1 分）：拼接痕跡明顯、拼接錯(cuò)位，有嚴(yán)重偽影，上下部位不一致明顯[3]

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 21統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件。采用K個(gè)樣本相關(guān)非參數(shù)Friedman秩和檢驗(yàn)，比較DICOM格式和JPEG格式及膠片直接拼接下肢全長(zhǎng)和全脊柱圖像質(zhì)量及拼接質(zhì)量的有無(wú)差異性及兩兩比較比較其有無(wú)差異性。

2 結(jié)果

24 例病人DICOM格式、JPEG格式、膠片三種方法拼接圖像質(zhì)量非參數(shù)Friedman秩和檢驗(yàn)見(jiàn)表1，三種方法圖像處理差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；兩兩比較見(jiàn)表2，三種方法兩兩比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其中DICOM格式的中位數(shù)最高。

表1 24 例病人三種方法拼接圖像質(zhì)量比較結(jié)果

表2 24 例病人三種方法拼接圖像質(zhì)量?jī)蓛杀容^結(jié)果

24 例病人DICOM格式、JPEG格式、膠片三種方法圖像拼接處非參數(shù)Friedman秩和檢驗(yàn)見(jiàn)表3，三種方法圖像處理差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；兩兩比較見(jiàn)表4，DICOM與JPEG格式圖像拼接處差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，DIOCM和JPEG格式與膠片圖像拼接處兩兩比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中DIOCM和JPEG格式中位數(shù)高于膠片。

表3 24 例病人三種方法圖像拼接處質(zhì)量比較結(jié)果

表4 24 例病人三種方法圖像拼接處質(zhì)量?jī)蓛杀容^結(jié)果

3 討論

隨著我國(guó)人口老齡化，風(fēng)濕性、骨性關(guān)節(jié)炎、股骨頭壞死患者越來(lái)越多，人工全髖、全膝關(guān)節(jié)置換的人增多，雙下肢站立位的拼接圖像反映了患者在自身負(fù)重狀態(tài)下的骨盆傾斜狀態(tài)，雙側(cè)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的受力力線狀況及雙側(cè)肢體的平衡關(guān)系[4]。脊柱側(cè)彎是最常見(jiàn)的一種畸形，骨科醫(yī)生必須獲得患者的重力狀態(tài)下的Cobb角，來(lái)判斷脊柱側(cè)彎的程度和軀干的平衡情況，進(jìn)而考慮是否手術(shù)以及手術(shù)方案的制定[1]。因此，全長(zhǎng)拼接技術(shù)為骨科臨床提供了有效的重要支持。

圖像拼接技術(shù)是利用X光機(jī)對(duì)脊柱、下肢骨等長(zhǎng)部位檢查，將多幅圖像拼接成一整體圖像，且各部分之間無(wú)明顯空隙及重疊，拼接的圖像完整、連續(xù)、平滑[5]。

目前圖像格式種類繁多，在臨床醫(yī)學(xué)中這幾種圖像格式較多應(yīng)用：JPEG、BMP、PNG格式[6]。其中大部分學(xué)者采用JPEG圖像格式作為拼接圖像格式[7]。國(guó)內(nèi)張志齊等[8]將DICOM圖像轉(zhuǎn)換成JPEG格式利用Photoshop進(jìn)行全下肢圖像合成；關(guān)勇[9]通過(guò)掃描膠片成JPEG或BMP格式，然后利用Photoshop合成和保存圖像來(lái)方便教學(xué)。Photoshop軟件的發(fā)展可以支持DICOM格式，徐亮和覃濤[10]通過(guò)Photoshop合成DICOM格式全膝關(guān)節(jié)圖像，用JPEG格式導(dǎo)入AutoCAD2010進(jìn)行圖像測(cè)量。Photoshop對(duì)于圖像拼接是一種相對(duì)應(yīng)用成熟的軟件。我科將DICOM格式與JPEG格式、膠片拼接這三種拼接方法進(jìn)行比較。

在DICOM格式與JPEG格式、膠片的拼接圖像的質(zhì)量方面對(duì)比，三種方法間及兩兩統(tǒng)計(jì)差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。DICOM格式拼接圖像質(zhì)量最好（表1、表2）。DICOM格式圖像轉(zhuǎn)換成JPEG圖像，信息是丟失的，JPEG圖像格式利用的是壓縮技術(shù)，即用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數(shù)據(jù)，再獲取較高壓縮圖像。膠片是由DICOM數(shù)據(jù)傳入打印機(jī)打印出來(lái)的，受設(shè)備的影響較大。JPEG、膠片兩種圖像都是來(lái)源于DICOM格式。早期學(xué)者采用掃描儀掃描圖像，圖像的信息損失較大，圖像質(zhì)量差，目前基本不用了，隨著圖像軟件的開(kāi)發(fā)及技術(shù)的進(jìn)步，后期學(xué)者們就用JPEG格式拼接，或用DICOM格式拼接，JPEG格式輸出。我們現(xiàn)在研究用DICOM拼接、DICOM輸出，其優(yōu)點(diǎn)是圖像質(zhì)量無(wú)任何損失，更利于圖像儲(chǔ)存、傳輸、后處理及打印。

在DICOM格式與JPEG格式、膠片的拼接處圖像方面比較，三種方法間對(duì)比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表3），JPEG格式和DICOM格式拼接差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表4），因?yàn)镴PEG格式和DICOM格式都是數(shù)字圖像，軟件拼接處重疊處理上沒(méi)有差別；膠片直接拼接，由于重疊部分會(huì)受到上下部位放大率及偽影的影響較大，相對(duì)最差。

綜合考慮圖像質(zhì)量及拼接處處理方面可見(jiàn)DIOCM格式拼接最佳。DICOM是用于醫(yī)學(xué)圖像和通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)范了醫(yī)學(xué)圖像及各種數(shù)字信息的格式，可以在不同設(shè)備間傳輸及顯示[11]。DIOCM格式圖像可以直接上傳到PACS系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并可用AGFA熱感敏打印機(jī)打印膠片，這功能是其他兩種方法不具備的，所以DICOM格式是三種方法中最好的。我科利用Photoshop CS4軟件以DICOM格式圖像為臨床處理負(fù)重下肢全長(zhǎng)和全脊柱，取得了非常好的效果，我科和骨科都非常滿意。

本技術(shù)的不足之處在于對(duì)病人的要求穩(wěn)定性相對(duì)較高，不能有大幅度的晃動(dòng)，可以利用適當(dāng)?shù)妮o助固定或雙手?jǐn)v扶解決；還有就是對(duì)Photoshop軟件的操作的要求比較高，通過(guò)培訓(xùn)和大量的實(shí)踐還是能夠做到迅速提升的。總之利用Photoshop軟件用DICOM格式圖像拼接，不需要過(guò)多資金投入，即可得到完美的全長(zhǎng)圖像，能夠解決骨科臨床問(wèn)題，是一種可行的方案和很有應(yīng)用前景的技術(shù)。