DR全自動拼接成像技術在兒童脊柱和雙下肢全長攝片中的應用

方 敏，喬中偉，楊 賓

復旦大學附屬兒科醫院放射科，上海 201102

青少年發育過程中，常常由于一些不良的生活、學習姿勢而產生一系列骨骼形態異常，常見的骨骼畸形多為脊柱側彎和雙下肢先天發育異常，其中雙下肢畸形主要包括膝關節內外翻、雙下肢不等長及髖關節脫位等[1-2]。如不及時矯正治療，將會影響患兒的發育；脊柱側彎更是會影響兒童的心肺功能發育，也會影響以后的正常生活和勞動能力[3-4]。而在骨科干預治療前，需要以X光片為主要依據來對病變部位的整體形態進行準確的顯示和測量，即全脊柱、雙下肢全長的負重位測量片。以往X線檢查探測器規格為35.56 cmh43.18 cm，無法顯示全脊柱和全雙下肢的整體形態，只能以做標記的方法分開拍攝[5]。而X線數字化拼接成像技術可以將分段連續、重疊采集的幾幅數字化圖像合成一幅整體形態的圖像，因為該方法即可以清晰地顯示畸形的整體形態，又可以對畸形結構進行測量和評估。因此，該方法是目前評價脊柱與雙下肢畸形的最佳影像學檢查方法[6]。

1 資料和方法

1.1 一般資料

收集復旦大學附屬兒科醫院2015年7月—2017年2月骨科門診及住院治療的患兒共50例，男性24例，女性26例，年齡8～15歲，平均11.8歲。患者主要以脊柱側彎和雙下肢不等長就診。其中手動拼接及自動拼接成像攝片各25例，包括脊柱全長站立全景像25例(自動拼接10例和手動拼接15例)，雙下肢全長站立全景像25例(自動拼接15例和手動拼接10例)。所有圖像由1名主治醫師及1名主管技師進行雙盲法評價。

1.2 設備

銳珂DRX-1 EvolutionX線成像系統；GE Definium 6000直接數字化X線成像系統；其他：墊高凳、立位人體固定支架及體位架等。

1.3 攝影方法

1.3.1 攝影前準備

先把球管、攝影架、墊高凳、測量標尺各就各位，接著錄入患兒信息，選用相應的曝光部位和參數。

1.3.2 擺放體位

囑咐患兒面向X射線球管方向，身體背面緊貼攝影架面板。按照解剖姿勢站立于墊高凳上，雙手抓緊支架的兩邊扶手，并用束帶固定身體，減少肢體移位。脊柱全長片一般攝正側位片，脊柱正位上端包括下頜骨，下端包括股骨頭，兩側包括胸廓和髂骨外緣。側位按照實際情況選擇需要的左側或右側位，上端包括第1頸椎，下端包括股骨頭，兩側包括整個軀干。全雙下肢以前后正位攝片，雙下肢正位上端包括髂骨，下端包括踝關節，兩側包括下肢全長。投照時患兒雙臂屈肘呈90e，水平舉于胸前。以主彎凸側靠探測器，X線由主彎凹側射入。正位80 kV，側位85 kV，8.0 mA，電離室自動曝光，攝影距離為180 cm。在實際工作中，應注意根據患兒的體質量大小適當增減攝影條件。

1.3.3 曝光方法及拼接處理

全自動拼接(GE Definium 6000型)：球管組件與探測平板先同步上移到第一節段中心位置高度定位，然后繼續逐次同步垂直下移到需包含身體下端最低中心位置并定位，最后微調各節段曝光參數后，按下曝光鍵手閘一直不放15～20 s，一般可得4～5幅圖像，最多可得7幅圖像。手動拼接(銳珂DRX-1 Evolution X線成像系統)：球管組件與探測平板先同步上移到感興趣區中心位置高度定位，定位后X射線球管向頭側轉動適度角度，角度大小以整個感興趣區的1/4為宜，然后曝光得第1幅圖像。隨后還原球管角度，第2次曝光得第2幅圖像。最后轉動球管向足側打角度(角度大小同第1次角度)，曝光后得第3幅圖像。等候5 s左右，通過計算機拼接軟件成像得出最終的全景拼接圖像。

1.3.4 評判標準

甲等片：圖像質量好，圖像接縫無誤差，擁有連續的解剖學內容，骨骼及肌肉顯示清晰，相接圖像對比度完全一致；乙等片：圖像質量較好，圖像接縫略有誤差，骨骼及肌肉顯示基本清晰，相接圖像對比度略不一致；丙等片：圖像質量較差，圖像接縫有明顯誤差，骨骼及肌肉顯示略模糊，相接圖像對比度不一致。

2 結 果

根據評判標準，GE全自動拼接圖像甲等片率為100%(25/25)，乙及丙等片率為0。銳珂DRX-1手動拼接圖像甲等片率為48%(12/25)，乙等片率為4 4%(1 1/2 5)，丙等片率為8%(2/25)。其中，手動拼接主要問題體現為拼接對位誤差略大，相鄰拼接部位圖像對比度不一致。其中1例患兒需重拍，是由于其攝片時好動所致，重拍后基本達到攝片要求。甲等片見圖1、2，乙等片見圖3、4，丙等片見圖5。

圖 1 患兒，女性，11歲，特發性脊柱側彎全自動拼接攝片

圖 2 患兒，女性，14歲，先天性脊髓栓系綜合征，持重位下全自動拼接攝片

圖 3 患兒，男性，13歲，脊柱側彎，手動拼接攝片

圖 4 患兒，男性，11歲，右側股骨骨骺阻滯術后，手動拼接攝片

圖5 患兒，男性，13歲，雙下肢不等長，手動拼接攝片

3 討 論

DR全景拼接圖像是通過多幅圖像局部重疊區域的圖像配準而實現的。DR系統使用時，通過X線照射非晶硒后，在晶體管陣列上產生正比于X線強度的電荷，然后由電子設備將其讀出，經模數轉換后形成數字信號，因成像系統是全固體化結構，所以能直接顯示圖像，成像速度快[7]。而圖像配準技術有基于面積法和基于特征法2種。GE Definium 6000型為特征法匹配。一般包括特征匹配、特征檢測、圖像混合和空間坐標轉換等步驟。特征匹配是計算出圖像中2幅圖像的特征點的相似性，并找出圖像對應的匹配點。特征檢測是將圖像中的突出特征像素，如角度、交叉點等檢測出來。圖像混合是將2幅重疊的圖像進行像素混合，使重疊區像素取值緩慢過渡。空間坐標轉換是根據找到的特征匹配點的坐標來估計空間變換模型中的參量，將目標圖像坐標投射到參考圖像坐標中。通過這些步驟，GE Definium 6000型能更精確地拼接出全景圖像[8-9]。

DR全景拼接圖像的原始圖像采集方式有2種：① 一種圖像拼接是在X線管垂直上下移動的同時，DR平板探測器跟隨X線管同時垂直上下移動，GE Definium 6000型就是運用了這種方式；② 另一種圖像拼接是X線管相對靜止在一個感興趣區的中心位置，在DR平板探測器上下做垂直運動的同時，X線管上下轉動角度，銳珂DRX-1就是運用了這種方式。而GE Definium 6000型采用的方式更省時省力[10-11]。

本研究結果顯示，DR全自動拼接的圖像可完全達到甲等攝片等級，其優片率(100%)也明顯高于手動拼接圖像的甲等片率(48%)。自動拼接圖像質量明顯優于手動拼接圖像，其中一個原因為GE Definium 6000型在進入全景拼接模式后采用小視野、小焦點，并增加曝光次數的方法，最大程度減少了邊緣的斜射失真度，使拼接出來的圖像更精準。而銳珂DRX-1為大視野曝光，照射野越大，圖像邊緣的斜射失真就越大，拼接出的圖像失真也就越大。并且GE Definium 6000型數字平板DR擁有組織均衡高級應用軟件。基于數字平板的寬動態范圍檢測，組織均衡突破了模擬膠片對組織顯示的局限性，使得在以往多次曝光才可顯示的不同密度的組織在一次曝光后同時清晰顯示，提高了不同層次的整體可視性。同時對于頸椎的顯示，可見到常規模擬膠片難以看清的第7頸至第1胸椎體結構，相對于銳珂DRX-1更容易獲得密度、對比度優良的圖像。全自動拼接另一優勢在于圖像拼接的精確度上，其可見短時間內自動連續曝光，探測器自動同步定位，比手動拼接更有效地降低了由于患兒多動引起的拼接誤差率。青少年是一個比較特殊的群體，他們的特點之一就是好動。手動拼接操作更繁瑣、費時，需要手動分割曝光次數，手動打一定角度(角度以整個感興趣區的1/4為宜)。完全由操作醫師的經驗與熟練程度來決定拼接是否成功，極易造成誤差。同時，青少年在接受拍片時很難堅持長時間一動不動，所以操作者要盡可能的簡化操作步驟，盡可能縮短檢查時間。

曝光次數的對比：GE Definium 6000和銳珂DRX-1都是可以應用AEC自動曝光，在不影響影像質量的情況下，可根據臨床要求拼接圖像等來增減劑量，但在同一個患兒且曝光條件相同下，GE Definium 6000的拼接曝光次數至少為4次，而銳珂DRX-1曝光次數一般為2～3次，明顯少于GE Definium 6000。

曝光野的對比：在同一個患兒且曝光條件相同時，GE Definium 6000在進行全景拼接模式時，預設視野功能可以自動縮小曝光范圍，采用小視野曝光，為35.56 cmh25.40 cm曝光野，而銳珂D R X-1的曝光野始終為35.56 cmh43.18 cm。所以銳珂DRX-1的曝光野明顯要大于GE Definium 6000。

但由于銳珂DRX-1手動拼接操作耗時，很多患兒不能太長時間保持不動，往往會造成較嚴重的拼接誤差而導致重拍，一旦重拍會導致總的曝光計量大幅增加。

全自動數字化站立位攝影拼接技術在青少年骨關節系統疾病的測量診斷、術前方案的制定和術后評價中起特別重要的作用。雙下肢不等長、膝外翻及脊柱側彎等是青少年中最常見的骨關節系統疾病，大大提高了全自動拼接技術的使用率。其操作快捷簡便，降低了機器對操作醫師的要求，同時可以簡單、快捷地利用球管電動旋轉功能，球管焦點距地的位置不發生改變，從上自下自動分割曝光次數，確保整個拼接部分達到無縫拼接。不僅提高了工作效率，降低了勞動強度，更省時省力[12-13]。同時，自動拼接圖像更清晰直觀，拼接精確度高，便于測量肢體長度，尤其在雙下肢畸形和脊柱側彎負重位的全景拼接中突出了作用優勢。相對于CT、MRI檢查更廉價、更快捷，在低劑量檢查中優勢明顯[14-15]。目前，廣泛輔助應用于3D打印技術，必將擁有更加廣闊的應用前景。

DR全自動拼接=技術相對于傳統手動拼接技術攝片質量更準確、快速和清晰，可顯示整個部位的形態與長度，完全滿足了臨床需要，可為治療方案提供有價值的參考依據，是目前評價脊柱與雙下肢畸形較好的影像學檢查方法。

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