數字化X線攝影技術在脊柱全長攝影中的 臨床應用價值

肖 叡

（柳州市人民醫院放射科，廣西 柳州 545006）

脊柱畸形是以冠狀面偏離、矢狀面失衡、水平面旋轉為特征的三維畸形，因影響患者的外觀與功能而備受關注，脊柱畸形的診治是臨床研究的重點。對脊柱畸形精準的測量和定量有利于對脊柱畸形進行正確的分型診斷，X線檢查是測量人體負重生物力線、生理角度等重要的方法，能夠為畸形矯正患者手術前后檢查、評估提供可靠的依據，但是手術前后需要拍攝自頸椎至腰椎全脊柱，而頸椎到腰椎長度大多均大于50 cm，目前常用的計算機及數字化X射線攝影系統最大的探測器長度約43 cm，不足以完全顯示全脊柱情況，無法一次成像，只能將頸椎、胸椎及腰椎分段拍攝，通過多張X線片重疊區域的配準得到全脊柱成像[1]。常規計算機X射線攝影（CR）利用IP板作為X線的探測器間接成像，會產生圖像失真和偽影，且成像速度較慢，拍攝過程中可因患者的呼吸、體位等會形成測量誤差，影響診斷效果，同時其依靠人工拼接將多張X線片局部重疊區圖像進行配比得到全脊柱圖像，測量不方便[2]；而數字化X射線攝影（DR）直接將X線轉化為數字化信號，在較短的時間內就可以完成整個圖像的采集，與CR相比有著圖像清晰、圖像質量高、圖像存儲便捷、曝光時間短等優點，且可運用軟件對所成的圖像進行自動拼接，若發現拼接錯誤，亦可手動進行拼接[3]。基于此，本研究統一采用脊柱全長正側位片為主要診斷依據，行對照試驗，探討DR和CR在脊柱全長攝影中的臨床意義，并分析兩者的利與弊，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析柳州市人民醫院2020年1月至2021年7月收治的110例脊柱畸形需行脊柱全長攝影患者的臨床資料，按照檢查方法的不同分成CR組和DR組，各55例。CR組患者中男性為25例，女性為30例；年齡15～60歲，平均（35.89±6.54）歲；體質量指數（BMI）20～27 kg/m2，平均（22.78±2.13） kg/m2。DR組患者中男性27例，女性為28例；年齡15～62歲，平均（36.44±6.68）歲；BMI 19～28 kg/m2，平均（22.41± 2.24） kg/m2。兩組患者一般資料經比較，差異無統計學意義（P＞0.05），組間可比。納入標準：符合《實用骨科 學》[4]中脊柱畸形的診斷標準；患者均行影像學脊柱全長正側位片檢查確診；未接受過脊柱、下肢手術者。排除標準：妊娠期婦女；患有其他器官功能嚴重障礙者；臨床資料缺失，病例資料不全者。本研究內容已經院內醫學倫理委員會批準同意。

1.2 診斷方法 指導患者進行全脊柱攝影，全脊柱正位：患者直立，背靠探測板，雙上肢自然下垂，雙下肢自然分開，下頜抬高，中心線以第12胸椎至第1腰椎為中心，水平攝入；全脊柱側位：患者站立位向左轉，左側緊靠平板探測器，雙下肢抬高緊抓兩側扶手，中心線對準腋中線，以第12胸椎至第1腰椎為中心水平攝入，使用束帶將患者身體固定，進而減少患者肢體發生移位的情況。CR組應用計算機X線攝影掃描系統（伊士曼柯達公司，型號：DIRECTVIEW CR850）檢查，焦片距（FFD）為250 cm，設置曝光參數：正位管電壓70～85 kV，管電流250～400 mA，曝光量40～80 mAs；側位管電壓75～90 kV，管電流250～400 mA，曝光量80～120 mAs。采用平移的曝光方式，將球管和檢測板同步分別移動到頸、胸、腰分別曝光采集原始圖像，根據患者身高進行2～4次曝光，相鄰的圖像應采集到部分重復的椎體，然后通過機器自帶的軟件進行手動拼接，得到全脊柱拼接圖像。DR組應用移動式數字醫用X射線機（上海康達醫學科技有限公司，型號：KD-RF2000）檢查，FFD為200 cm，正側位均采用自動曝光控制方式。根據患者身高進行2～3次曝光，將球管對準采集范圍的中心，按下曝光按鈕并保持住，球管自動傾斜角度且探測板自動同步，按照設置的曝光次數（即2次、3次、或4次曝光）獲取原始圖像，將采集的圖像傳入機器自帶的拼接軟件，進行全自動拼接，得到完整的全景拼接圖像。

1.3 觀察指標 ①對比兩組患者的圖像質量，圖像質量分為3個層級：甲、乙、丙。甲等片：圖像質量好，圖像接縫并無肉眼可見的誤差，有著連續的解剖學內容，患者骨骼及肌肉成像情況為清晰，相接圖像中的對比度屬于完全一致的情況。乙等片：圖像質量較佳，圖像接縫稍有誤差，患者骨骼及肌肉成像情況為一般清晰，相接圖像中的對比度屬于略有不一致的情況。丙等片：圖像質量不佳，圖像接縫有著明顯的誤差，患者骨骼及肌肉成像情況略有模糊，相接圖像中的對比度屬于不一致的情況[5]。②對比兩組患者信噪比（SNR）和Cobb角度，測定所有脊椎的全長圖像信息值，其中第1腰椎柱正、側位正中信息值、背景信息值的選取面積均各為30～50 mm2，在指定區域內取平均值，并記錄所測數值，估計背景信息值和腰椎信息值之比，即為信噪比。Cobb角由兩名醫師對患者的全脊柱X線攝影進行測量，以后凸畸形處上端椎體上緣的延長線與下段椎體下緣延長線夾角為Cobb角，最終角度為兩者的平均值，角度越大則表明側彎越嚴重。③對CR和DR檢查脊柱畸形的典型影像學圖片進行案例 分析。

1.4 統計學方法 使用SPSS 22.0統計學軟件進行此研究的數據分析，計數資料以[ 例(%)]表示，采用χ2檢驗；計量資料均首先進行正態性和方差齊性檢驗，若檢驗符合正態分布且方差齊則以(±s)表示，兩組間比較行t檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者圖像質量比較 DR組患者甲等片的圖片占比顯著高于CR組，乙等片和丙等片圖片占比均顯著低于CR組，差異均有統計學意義（均P＜0.05），見表1。

表1 兩組患者圖像質量比較[ 例(%)]

2.2 兩組患者SNR值和Cobb角比較 DR組患者正位、側位SNR值均顯著高于CR組，差異均有統計學意義（均P＜0.05），而兩組患者Cobb角比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表2。

表2 兩組患者SNR值和Cobb角比較( ±s)

表2 兩組患者SNR值和Cobb角比較( ±s)

注：SNR：信噪比。

組別 例數 正位SNR值 側位SNR值 Cobb角(°)CR組 55 68.11±7.11 70.45±7.23 24.10±4.59 DR組 55 118.17±10.12 120.56±11.21 23.49±3.65 t值 30.017 27.859 0.771 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＞0.05

2.3 案例分析 ①患者A，男性，34歲，因強直性脊柱炎入院檢查，患者配合較好。通過CR檢查，圖像采集后由人工手動拼接，用時長，各椎間隙顯示清晰，拼接沒有產生錯位，拼接成功，見圖1-A。②患者B，女性，30歲，因腰部不適半年來檢查，通過CR檢查，在采集過程中有左右位移，為保證脊柱手動拼接成功，拼接處其他部位會有錯位，見圖1-B。③患者C，男性，17歲，脊柱側彎畸形矯形術術后半年復查，通過CR檢查，因投照角度原因，手動拼接處的同一螺釘不能完全重合，見圖1-C。④患者D，女性，27歲，因背部疼痛1月余前來就診，通過DR檢查，圖像采集后由機器使用自帶軟件自動拼接，用時短，圖像質量高，各椎間隙顯示清晰，拼接處過渡自然，拼接成功率高，見圖1-D。

圖1 典型病例CR、DR檢查圖像

3 討論

人類脊椎形成與發展易受到生理、疾病等雙重原因的影響，一般由生理和姿勢不良引起的脊柱畸形，無需特別處理，早期發現并及時予以調整即可，而由于佝僂病、外傷、癌癥等疾病原因所引起的嵴椎骨構造變化，可以對嵴椎骨骼產生嚴重危害，造成雙肩不等寬、駝背等，嚴重時甚至會危害心臟功能[6]。目前臨床主要通過MRI、CT和X射線技術對患者實施診斷，并根據結果對患者進行針對性治療措施。MRI檢查對軟細胞有很大的辨識力，能全面觀測脊柱、嵴椎骨骼結構及軟細胞，因此可以檢測脊髓疾病[7]；CT具有很強的空間分辨率，具有顯像清晰、直觀性強、精確度高等優勢，可以利用多種重建技術對脊柱疾病進行分類和檢查[8]。雖然CT和MRI能夠獲得脊柱全長圖像，但兩者均需要在仰臥位成像，無法在站立時顯示患者負重條件下整個脊柱的真實狀態，非負重狀態下成像測量會增加誤差，無法反映人體生理功能、形態變化的情況，同時兩者具有放射性，成本較高[9]。

X線檢查主要是根據人體各臟器及組織對X線吸收的不同，從而使影像形成黑白對比，X線應用在脊柱檢查中較為常見，且可在重力狀態下顯示脊柱全長。雖然X線可以提供大段的脊柱滑膜關節和受影響部位的信息，但它不能提供整個脊柱的骨密度、形狀和椎間隙的整體變化，特別是Cobb角和生理曲率的變化，這必須通過脊柱的全長膠片來提供。所以，整個椎體的前后和側位攝影在診斷中至關重要[10]。CR的誕生標志著普通X線攝影技術進入了數字化時代，其降低了曝光劑量，提高了成像質量，還可將影像圖片進行長期保存，并通過后處理技術提高診斷準確率，但其拍攝時間較長，可因患者自身配合度影響成像質量，且需要標記進行分區攝影，并進行手動拼接，操作相對繁瑣。DR技術可以在曝光后的8 s內完美地顯示被攝對象的圖像，具有操作簡單、攝影時間短、成像清晰等特點，同時能夠避免多次成像中體位、呼吸等因素導致的圖像失真，且能夠通過全自動拼接技術得到一幅完整的全脊柱圖像，操作簡單[11]。目前，DR成像技術和“無縫焊接”的圖像后處理能力已經形成了目前公認的對整個脊柱和全長骨骼進行成像檢查和監測的常規方式，全脊椎的影像有助于看到整個頸椎的形狀、密度、椎間隙，以及生理曲度上的改變[12]。

本研究數據結果顯示，DR組患者甲等片的圖片占比顯著高于CR組，乙等片和丙等片圖片占比均顯著低于CR組，表明DR的圖片質量高于CR。分析其原因為，由于人體不同部位的組織密度不同，在多次曝光中，曝光條件的設置也非常重要，如果曝光參數設置不當，幾次曝光的密度將不均勻，圖像拼接后會反映頸椎、胸椎和腰椎的對比度差異大，圖像模糊，影響拼接后的圖像質量[13]。通過CR技術進行攝影時，脊柱各段用同一曝光條件，由于腹部側壁軟組織與胸部肺內含氣組織密度差較大，因此所成圖像對比度差異大。而DR因為能夠在幾秒鐘內連續多次曝光就能夠獲得患者的脊柱全長圖像，不單單能夠有效避免患者因為需要長時多次曝光而無法持續保持同一姿勢從而增加的測量誤差，其還采用自動條件曝光，能夠降低因曝光條件過度或者不足所導致的圖像質量問題，圖像更清晰[14]。此外，DR還有強大的圖像后處理功能，將幾幅分區連續、局部重疊的X線圖像圖進行配對整合，計算機自動拼接成功率高，可以做到真正的無縫拼接[15]。

CR和DR都屬于數字化攝影技術，但是CR屬于間接的成像，原理是將透過人體包含的影像信息的X線首先記錄于影像板上，然后由激光進行讀取并進行數字化，中間要經過記錄、讀取、圖像處理、顯示等過程才能形成數字影像；而DR是直接成像，成像速度較快，在攝片時，探測器平板接收攜帶影像信息的X線將直接轉換為電信號并將其數字化，在信息轉化中少了一個環節，圖像信息丟失較少，從而容易獲得對比優良的X線圖[16-17]。SNR指給定區域內的平均圖像信號除以該區域周圍的噪聲，是評價成像質量的常見參數，可以了解到圖像中存在噪聲的情況，其值越高表示畫質越干凈無噪點，對比度高，沒有由噪聲引起的失真和偽影，其值越低表示畫面發灰不通透，成像質量越差[18]。評價脊柱側彎的常用方法主要是測量Cobb角，其能夠對脊柱側彎的負重骨骼矯形、頸椎旋轉速度和發育程度等作出準確的評估[19]。本研究結果顯示，DR組患者正位、側位SNR值均顯著高于CR組，兩組患者Cobb角比較，差異無統計學意義，表明DR的信噪比高于CR，成像質量較好，但兩種檢查方法不影響對Cobb角的測量，分析其原因為，手動拼接也是通過軟件將上下兩幅圖像的骨性標志連接點找出來，確保兩點拼接即可獲得完整、連續的脊柱全長圖像，因此不影響對Cobb角的測量。

綜上，兩種檢查方法不影響對Cobb角的測量，但DR的信噪比和圖像質量高于CR，更有利于臨床診療，具有較高的臨床應用價值。