数字X线全景成像技术进展及临床应用

金 瑞 综述，曾勇明 审校

(重庆医科大学附属第一医院放射科 400016)

·综述·

数字X线全景成像技术进展及临床应用

金 瑞 综述，曾勇明△审校

(重庆医科大学附属第一医院放射科 400016)

数字X线摄影；全景成像技术；图像拼接技术

数字X线全景成像技术，是通过多幅X线影像局部重叠区域的图像配准而实现多张小范围影像合成一张包括全部兴趣区域的大范围影像的技术，也称为图像拼接技术。狭缝X线摄影装置通过在探测器与X线准直器协同运动时持续曝光，可直接生成一幅全景影像，是一种新型的数字X线全景成像技术。

在X线图像拼接技术提出之前，全脊柱或双下肢的全长摄影主要通过超长X线胶片配合超长规格摄影装置来实现。为了帮助骨科或矫形科医师重构出人体长骨的全景图像，Yaniv 等于2004年提出X线图像拼接技术理论，此后，各种全景成像技术相继出现。其中有代表性的有计算机X线摄影(computer radiography，CR)全景成像技术，数字X线摄影(digital radiography，DR)全景成像技术，窄束X线部分重叠扫描(slot scan)全景成像技术，以及采用狭缝式线扫描数字X线摄影装置(slot-scan digital radiography，SSDR)的全景成像技术。本文就近年来数字X线全景成像技术的临床应用及发展前景综述如下。

1 数字X线全景成像技术的进展

随着医学影像技术的不断发展，数字X线全景成像技术逐步完善，以下从全景图像拼接软件和全景成像技术模式两个方面介绍该技术的进展。

1.1 X线摄影全景拼接软件 全景拼接软件是数字X线全景成像技术的核心。全景成像均需借助拼接软件来将一序列的局部影像拼接为完整的全景影像。

1.1.1 第三方拼接软件 张子齐等[1]研究表明，利用Photoshop软件可以获得优化的、无缝拼接的全下肢影像，能满足诊断和骨科测量的需要。其方法如下：拍摄3张部分重叠的X线影像，然后将3张DICOM格式的影像转换为JPG格式，导入Photoshop进行拼接。刘明等[2]使用Arcsoft Panorama Maker 5 pro图像拼接软件自动拼接导出的JPG格式的影像，然后利用DCMExp软件写入患者信息转换成DICOM格式影像，也能满足临床需要。此方法影像拼接是自动完成的，比Photoshop法方便迅速。此外，陈华平等[3]利用FotoCanvas软件也达到了与Photoshop类似的效果。使用第三方拼接软件全景成像的优点：现有设备即可开展，所需软件价格便宜；拼接后的影像能满足临床需求。缺点：用第三方拼接软件的拼接精度受操作者影响较大，相对于全景成像专用软件误差较大，且操作稍繁杂。

1.1.2 全景成像专用软件 大部分X线摄影设备厂商都开发了专用全景拼接软件，其中依据布放在被检者肢体附近的标记进行全手动拼接的软件，更多的是自动拼接软件。使用全景成像专用拼接软件全景成像的优点是全景成像的精确度得到了提升，操作进一步简化。缺点是这些软件一般整合在影像工作站中，成本相对第三方拼接软件较高。

1.2 数字X线全景成像技术模式 数字X线全景成像技术包括CR全景成像技术、DR全景成像技术、slot scan全景成像技术及SSDR全景成像技术。

1.2.1 CR全景成像技术 CR全景成像技术使用成像板(imaging plate，IP)一次或多次曝光后经激光扫描器获取多张影像，再将多张影像通过软件拼接合成一张较大尺寸的影像的技术。CR一次曝光全景成像是使用一种超长的CR摄片盒，内有2～3块14×17英寸IP板相互重叠，一次曝光后按顺序拼接单幅影像而成全景影像；CR多次曝光全景成像则是采用单张IP板依次部分重叠拍摄被检肢体，然后拼接。多次曝光全景成像又可细分为X线管分段移动法和固定X线管投照法，研究表明[4]，固定X线管投照法所获取影像比X线管分段移动法所获取影像失真明显增大。据文献报道，多次曝光CR全景成像技术能满足临床基本需要[5]，但与单次曝光CR全景成像相比，多次曝光全景成像技术的成功率相对较低[6]。有学者[6]认为，单次曝光CR全景成像所获取的影像清晰度较差，但通过使用定制超长滤线栅，可以提高清晰度。陈晓飞等[7]经实验得出：由于FOV增大，单次曝光CR全景成像所获影像的放大率和畸变率比多次曝光CR全景成像所获影像的放大率和畸变率高。但没有学者对CR单次曝光全景成像技术的误差对临床测量的影响作出评估。CR全景成像技术的优点：使用现有设备即可开展，所需软件价格便宜；拼接后的影像能满足临床需求。缺点：要求患者的合作程度较高，在检查过程中需保持同一姿势；需要部分重叠曝光，受检者接受的剂量稍有增加；影像清晰度欠佳，误差相对较大，且操作稍繁杂，成像速度较慢。

1.2.2 DR全景成像技术 DR全景成像技术与多次曝光的CR全景成像技术类似，区别在于两者使用的成像介质不同。曾勇明等[8]使用平板探测器DR，在人体靶器官附近粘贴球形不透X线物作标记，分2～3段拍摄全脊柱或双下肢影像，在图像处理工作站上根据标记的位置进行重叠、移位等调整，生成脊柱或双下肢全景图，能基本满足骨科术前测量、定位和术后随访的要求。李传东等[9]使用某品牌平板探测器DR完成全下肢X线全景成像的过程更加自动化，设置好曝光范围后，设备会根据曝光范围来自动分割每一次曝光所能包括的范围，X线管和平板探测器会自动协同完成三次曝光，曝光完成后影像传入工作站可通过软件自动完成全景拼接。DR全景成像的优点是影像清晰度较高，方法简便。缺点是要求患者的合作程度较高，在检查过程中需保持同一姿势，需要部分重叠曝光，受检者接受的剂量稍有增加。

1.2.3 slot scan全景成像技术 slot scan是通过一序列部分重叠的窄束X线曝光，经工作站上的拼接软件对采集到的影像无缝拼接，得到完整的全景影像的新型全景X线摄影技术。slot scan技术使用的窄束(HQ模式下4 cm，HS模式下6 cm)X线束接近平行，投影失真率小，图像拼接后更加真实。临床常用于全脊柱和全下肢摄影，为术前测量、定位提供更精确、更直观的影像[10]。王利泉等[11]通过人体下肢骨骼标本试验，证实使用slot scan技术获取的下肢全景影像，所测量的轴线数据与标本实际轴线数据差异无统计学意义。slot scan全景成像技术的优势：采用1次屏气多次曝光采集，减少了因呼吸而造成的运动伪影;使用高效能直接转换大平板探测器并采用狭缝曝光，有效地降低了扫描野内非照射部位的辐射剂量。与CR、DR多次曝光法相比较，克服了因患者体位变化而引起的图像位移；由于采用大平板探测器，能够行Bending位摄影。该技术的不足：由于slot scan为运动中连续脉冲式曝光采集，导致图像噪声较大；对骨小梁显示欠佳，但不影响对脊柱侧弯的诊断及测量；slot scan不能实时地根据所照射部位的肢体厚度调整曝光参数[12]。

1.2.4 SSDR全景成像技术 SSDR主要有多丝正比电离室型直接数字X线摄影装置，及使用电荷耦合元件探测器的线扫描X线摄影装置。SSDR主要应用于胸部X线摄影，能明显降低被检者辐射剂量[13]。SSDR因为具有较长的成像范围和纵向0放大率，也可以用于X线摄影全景成像。Deschênes等[14]研究表明，与CR全景成像相比，SSDR全景成像胸腹部的平均皮肤入射剂量能降低6～9倍。文章比较了其他文献中相同年龄组的CR和DR全景成像的皮肤入射剂量，证明CR和DR全景成像皮肤入射剂量是SSDR全景成像的3～18倍。Dietrich 等[15]研究表明，使用双平面SSDR全景成像系统获取全脊柱影像的DAP为(158.4±103.8)cGy×cm2，远低于DR全景成像的(392.2±231.7)cGy×cm2。双平面SSDR全景成像系统通过同时采集正面、侧面全景影像，用特定软件可以精确重建出椎体、脊柱和骨盆，可以进行校准三维测量[16]。Sutter等[17]通过多个体模研究表明，基于EOS双平面X线摄影校准三维测量不受摄影体位约束，测量精度明显高于标准影像学测量。SSDR全景成像的优点是无需拼接，纵向0放大率，全景影像更精确，双平面三维校准测量进一步提高了测量精度；狭缝式线扫描技术能显著降低散射线，从而使受检者皮肤入射剂量较CR全景成像大为降低，而且影像质量明显优于CR全景成像[14，18]。其缺点是SSDR曝光时间较长，产生呼吸、运动伪影的可能性相对稍大，但研究表明[18]，受检部位偶然的运动或者持续的运动对SSDR全景成像影像质量的影响均低于对CR全景成像的影响。

2 数字X线全景成像技术的临床应用

数字X线脊柱全景成像主要用于脊柱畸形矫正治疗手术前测量cobb角、矢状面平衡及腰骶角，以便分析病情、确定治疗方案及术后疗效的评估[19]，是脊柱畸形评估的金标准[20]。X线摄影脊柱全景成像常用的摄影体位有正位、侧位及左或右bending位。由于脊柱侧弯患者在整个检查治疗过程中需要进行大约25次X线摄影检查[21]，而脊柱侧弯患者大多为青少年，所以尽量降低X线辐射是很重要的。Kloth等[22]研究表明，在数字X线摄影全景成像中，辐射剂量降低50%对全景影像的准确性没有影响，这是符合放射实践中的ALARA原则的。Geijer 等[23]提出，采用后前位拍摄正位影像可以减少乳腺、甲状腺等器官的辐射剂量。Ben-Shlomo 等[24]通过进一步试验发现，在10～15岁的儿童中，采用前后位、头侧靠近X线管阳极端的体位进行投照将比采用后前位、头侧靠近X线管阳极端的体位投照多产生183%的有效剂量，多产生550%～879%乳腺吸收剂量。

数字X线摄影全下肢全景成像的主要目的是测量双下肢的力线，用于双下肢不等长、全髋关节成形术、膝关节及踝关节置换手术前下肢力线的测量和术后评估，在骨性关节炎、风湿性关节炎及双下肢畸形等疾病的诊断治疗中具有重要的临床应用价值[25]。负重立位的全下肢X线全景成像是下肢全髋、全膝、全踝的人工置换术首选的检查方法，此方法更能真实地反映膝关节病变严重程度[9]。

3 数字X线摄影全景成像技术的前景展望

数字X线摄影全景成像技术起源于超长胶片全景成像，从初期的CR全景成像，到DR全景成像，过渡到SSDR全景成像，仅用了短短20多年。从上文中可以看出，SSDR全景成像技术由于其测量精度高、辐射剂量低、影像清晰、成像简便快捷等优势，代表了最先进的X线摄影全景成像技术。随着更高量子探测效率的X线探测器的出现，将推动数字X线摄影全景成像技术向剂量更低、成像速度更快、操作更快捷的方向发展。

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金瑞(1983-)，初级技师，硕士，主要从事放射影像学研究。△

,E-mail：zeng-ym@vip.sina.com。

10.3969/j.issn.1671-8348.2015.04.043

R814.3

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1671-8348(2015)04-0553-03

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