DR立位全下肢骨盆脊柱的長尺寸成像研究
來源：本站原創 作者：秦民益 發佈時間：2009-09-12
站立位長尺寸X線影像是測定人體負重骨骼的生物學力線、對稱結構平衡線及脊柱側凸（Coob）角等首選的檢查內容，攝影範圍包括支撐身體重量的主要骨架，其長度超出了常用的成像規格[1, 2, 3]。近年來，DR平板探測器（FPD）因具有量子吸收效率高、衰減速度慢、高分辨率等優良性能而得到廣泛應用。利用常規的攝影參數連續採集立位時的多幅圖像，然後再拼接合成的技術，是目前DR長尺寸X線影像發展的重要途徑。另外高分辨率的數字圖像可利用PACS網絡的顯示屏、投影儀等設備觀測真實尺寸的影像，以避免低規格膠片的縮微打印丟失重要影像信息。
研究背景
1 隨着生物力學水平的進一步提高和生物材料的不斷髮現，下肢、脊柱等負重骨骼的矯形纔有了迅速的發展。目前我院2007年6-9月暑期脊柱專家門診的全脊柱全下肢站立位X線攝影達3356例，成爲國內病例最集中的醫院之一。近些年我國接受人工關節置換和下肢延長手術的病員就已達到每年3-5萬例，通過矯形手術恢復生理性的功能平衡。
2 骨盆是身體承重力線的樞紐所在，盆外因素和臀肌攣縮症均可導致骨盆的傾斜，且無法自行糾正[4, 5, 6]。其中脊柱側凸是一種最常見骨骼畸形[7]，發病率約佔青少年的2%~3%；盆下因素爲骨關節疾患及下肢不等長；反之，長期的傾斜變化也可引起負重骨骼的代償性失衡，出現假性下肢不等長[8]、側向過度凸起的腰痛等症狀，嚴重時患者終身殘疾。
3 爲了適應人體的重力平衡，下肢、骨盆和脊柱之間的代償性變形，掩蓋了最早發生畸變局部的明顯特徵，造成病情的延誤診斷。在1985年，國外學者Scott首先提出了負重立位X線影像對於評價生物力線的重要意義。長尺寸影像包括了身體的主要重心環節，可準確測量人體的中軸線、雙側對稱解剖結構的平衡線、下肢3關節的力線、頸椎C7椎體中點到骶骨中心垂線(CVSL) 的距離、下肢的實際長度及脊柱側凸（Coob）角，以進一步確定畸形病變的原發部位和嚴重程度。
4 1982年日本富士公司首先研製計算機攝影系統（FCR），20世紀末數字攝影的DR系統相繼問世，使傳統的X線攝影走向數字化，實現了影像信息在PACS網絡的儲存和傳輸。由於計算機的後處理具有對數字圖像拼接、密度均衡等功能，因此同一體位採集多幅圖像的拼接技術也成爲長尺寸影像檢查的主要手段。
技術現狀
1 目前，數字化X線影像的普及應用已進入一個新的時期。儘管數字設備採集數據的類型和工作原理各有差別，但都是通過直接和間接的方式利用電子技術，將X線信息由常用的膠片載體轉換爲電子載體，通過探測器等接收方法轉變爲數字化信號，經計算機進一步處理後在網絡長期保存。在實際應用中數字化長尺寸成像的方法有以下幾種。
1.1 CR：富士公司（FCR）開發並設計了一種超長的CR攝片盒, 規格爲14吋×34吋,內有2 塊垂直放置的14 吋×17吋成像（IP）板，連接處有部分重疊。使用時將片盒固定在立位攝影架上，進行遠距離的1次曝光。經閱讀IP後獲得胸、腰椎分離的2幅圖像，然後利用拼接軟件合成全脊柱或全下肢的影像[9]。另一種常用的方法是將2張14吋×17吋片盒直接垂直放置在專用攝影架上進行1次取像。CR待拼接的2幅圖像都必須有特定的識別標記。這些CR的長尺寸成像方法是目前文獻中介紹的豐富內容。
由於受照射野和固定攝影架更換IP板等因素的限制，1次性的CR攝影技術很難完成採集同一體位下的全脊柱和全下肢圖像。同時受焦-片距離較長的影響，肥胖的成人患者受線量往往不足，引起嚴重的躁聲，導致圖像的分辨率極度降低。
1.2 數字X線攝影（digital radiography, DR）：DR最早採用影像增強器—電視鏈的方式把X線影像轉化爲數字信號的技術。長尺寸成像過程中病人緊靠遙控的活動牀面站立不動，根據特定的步幅多次攝片後合成圖像。受顯示器規格的限制，每次取像無法保持四個角的完整。另一種新穎的DR成像方法：1995年北美放射年會上首先報道了硒材料等X線平板探測器(flat panel detector, FPD)的成功研製。經過10多年的發展，多種類型X線探測器[10]裝備的DR已得到廣泛應用。FPD可在胸片架上固定不動，操作過程快捷方便，影像對比度好、層次更豐富[11]。FPD是規則的方形，容易實現在計算機工作站合成長尺寸圖像。但是，簡單的平移X中心線分次取像，因前後2次的射線投影方向不同，會使剪接線兩側的特徵性解剖影像出現部分差異，其程度與物-片的距離成正比。
1.3 MRI與CT成像： MRI採用移牀技術，分段、重疊掃描椎體各部分後成像，再用對接的方法完成長尺寸圖像[12]；CT掃描也可用採集的圖像數據對長尺寸圖像進行三維重建。但這些檢查的受檢者都用臥位姿勢，而且術後定期複查時的矯形合金材料CD棒會干擾MRI成像，或造成CT成像的僞影。臥位的成像方法也是一個重要的檢查方法，但它們同立位的臨牀意義有根本的區別，主要觀察胸廓徑線、椎體旋轉角以及脊髓周圍間隙等靜態變化。
未來展望
1 近年來，以平板探測器（FPD）爲主要取像方式的DR設備已經廣泛應用於臨牀的檢查[13]，也給DR拍攝長尺寸圖像研究帶來了有利的機會。根據站立位肢體的實際長度，DR能以偏轉和平移中心線束相結合的方式採集多幅同一站立體位的圖像，然後經圖像軟件拼接成1幅包括全下肢、骨盆和脊柱的長尺寸X線影像。
2 目前，在Philips公司Bucky Diagnost 雙平板DR設備上，自動跟蹤的胸片架可跟隨X線管的照射方向移動，採集仰角、俯角時的攝影圖像。因使用偏轉焦點的方式連續2次曝光，照射野變爲長的扇形光束。由於光源發自同一點，2個錐形光束重疊部分的X線投射方向一致，光線平行（圖2）。當FPD沿扇形光束切割線的方向移動時，在分次接收的圖像邊緣，被照物體的投影可以完全相同，即2幅（3幅也相同）圖像的重疊部分一致。
3爲了獲得更長的取像範圍，X線管焦點還可以經過上下平行移動中心線後，拍攝肢體的另一部分影像，使人體主要重心環節的結構能成爲1幅完整的圖像。儘管平移中心線的2次取像過程中，同層面的結構在2張圖片中的投影可能不同步，無法形成一條可以剪接的直線。但對稱股骨的上端具有相同的放大率，趨於一致的投影並不妨礙圖像的剪接，因爲人體直立時骨盆的冠狀面始終向前，近端股骨也能保持前後距離相等。
4 準直性相同是圖像拼接的前提。爲了保持站立位的穩定，患者必須背靠在FPD前的攝影支架上不動，支架的背側附1根垂直放置、帶有不透光刻度的標尺。標尺作爲自動拼接的參照點，也可視爲多幅圖像的準直線。若取像的過程中身體輕微的晃動改變了力線方向，2幅圖像就有不同程度的偏離。此時採用手動對齊脊柱特徵性投影拼接，標尺軸線可出現橫向移位。輕微的移位並不影響測量結果的準確性，可以忽略[14]。爲了避免患者的不隨意活動應加用束帶固定身體。
5 圖像分辨率就是每英寸圖像含有的點數或像素量，分辨率決定圖像的品質[15]。在實際應用中，打印的醫用膠片具有相同規格的尺寸，此時文件的數據量越大，圖像就越清晰。在通用軟件如Photoshop拼接的圖像需要有多次格式的轉換，經壓縮的文件數據量損失嚴重，最終只能以A4紙打印輸出[16]。只有通過DR等數字設備、或在PACS工作站上設置的處理軟件，拼接的DICOM格式圖像才能保持原數據量，並返回網絡保存。綜上所述 DR採集的醫學圖像是高分辨率的大容積影像，利用PACS網絡的顯示屏、投影儀等的常用設備閱讀軟拷貝，觀測真實尺寸影像的全貌及矯形材料固定部位的細微結構，同時避免低規格的膠片縮微打印，丟失影像信息。
（作者：鼓樓醫院）
From: http://www.mih365.com/html/keyanlunwen/CRDR/20090912/1615.html