EOS X射線影像采集系統(tǒng)技術評估與應用分析

唐密，畢帆，王龍辰，金瑋，姜瑞瑤，楊海

上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院 醫(yī)學裝備處，上海 200233

EOS X射線影像采集系統(tǒng)技術評估與應用分析

唐密，畢帆，王龍辰，金瑋，姜瑞瑤，楊海

上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院 醫(yī)學裝備處，上海 200233

本文介紹了EOS X射線影像采集系統(tǒng)的技術背景，通過現(xiàn)有文獻分析和英國NICE報告對EOS系統(tǒng)進行了臨床效果分析、費用預算分析和科室應用情況分析，綜合得出該系統(tǒng)相比其他成像方式輻射劑量較低；通過費用預算分析，該技術收費尚未進入醫(yī)保，需年均工作日20人次左右可達到收支平衡。

EOS成像系統(tǒng)；技術評估；臨床應用；費用預算分析

0 引言

自1896年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來，X射線檢查技術不斷發(fā)展，其原理是基于X射線對于人體不同組織和臟器的吸收效應不同，而形成圖像來進行影像輔助診斷。傳統(tǒng)的X射線攝影以膠片作為介質，將圖像采集、顯示、存儲和傳輸功能合為一體，從而限制了某一功能的改進。隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，X射線攝影技術向數(shù)字化方向發(fā)展，隨之出現(xiàn)計算機X射線攝影（Computed Radiography，CR）和數(shù)字化X線攝影（Digital Radiography，DR）。近期，X射線影像采集系統(tǒng)（EOS系統(tǒng)）進入中國，本研究對該系統(tǒng)進行了技術評估和應用分析，以期對購置前做可行性分析和成本效益分析，分析該技術的優(yōu)勢與不足，評價該技術對臨床帶來的效果。

1 技術背景

1968年夏帕克教授在歐洲核子研究中心工作期間發(fā)明了多絲正比室，該多絲正比室是粒子探測器發(fā)展史上的一個里程碑，因此夏帕克教授獲得了1992年諾貝爾物理學獎。法國EOS imaging公司的 “X射線影像采集系統(tǒng)”是一個X線成像設備，它正是基于新型粒子探測器的基礎上結合正側位兩套成像球管和探測器組成的成像系統(tǒng)，由粒子探測器和線性掃描技術組成，輻射劑量比傳統(tǒng)X射線掃描低，在保證圖像質量的同時獲得全身正面和側面的掃描圖像，用時短，即使針對復雜脊柱和全身檢查，整個檢查循環(huán)時間低于4分鐘。目前在北美洲、歐洲大部分國家、亞洲國家中日本、新加坡、越南、中國香港地區(qū)已開展使用，中國大陸地區(qū)目前只有在上海瑞金醫(yī)院兩年前投放了一臺使用樣機。

EOS系統(tǒng)是將粒子探測器技術和線性掃描技術結合起來，使受檢者在負重位下進行全身三維掃描，可一次性拍攝1:1的全脊柱及下肢的全長片。EOS系統(tǒng)的外立面圖像和掃描成像原理見圖1。

2 技術評估

2.1 評估目的

評估目的：① 分析EOS系統(tǒng)的優(yōu)勢和不足，評價該系統(tǒng)給患者帶來的臨床效果；② 探討EOS系統(tǒng)費用及預算影響的分析；③ 評估EOS系統(tǒng)的引進帶來的可能其他影響。

圖1 EOS成像系統(tǒng)和掃描成像原理

2.2 評估方法

評估方法：① 匯總廠商提供的文獻資料及產(chǎn)品性能介紹，包括會議資料和已發(fā)表的文章；② 文獻檢索，使用PubMed數(shù)據(jù)庫輸入關鍵詞“EOS”and“Computed tomography”，分析EOS與CT在精確度和清晰度的差別，以及輻射劑量。中文數(shù)據(jù)庫目前沒有EOS的相關文獻；③ 2011年英國NICE關于EOS使用的建議指南。

3 EOS系統(tǒng)評估結果與應用分析

3.1 臨床效果分析

PubMed高級檢索中標題欄輸入“EOS”，共出現(xiàn)157篇文章，集中評估骨科檢查中設備輻射劑量、3D掃描、與CR清晰度三個方面，與供應商提供的文獻資料側重點大致相同。

3.1.1 負重位下全身3D掃描

法國里昂PARC醫(yī)療中心于2011年安裝了EOS系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在20秒內完成一次檢查，獲得身體在負重情況（站姿）的正面和側面圖像，放射劑量大幅降低，與SterEOS工作站相關聯(lián)，內置軟件可以建立一個骨骼的3D模型，并自動計算大量的臨床參數(shù)，比如脊柱的椎體旋轉角度不能在2D X光片上精準的量化，只能評估，而3D能夠反映真實情況，允許更可靠的監(jiān)測。站姿情況下獲得的病人功能位的新信息，能夠計算由于重量或身體壓力產(chǎn)生的補償現(xiàn)象。與CT相比，EOS在操作時可以完全負重位，并且包含雙腿，輻射劑量低，可重復操作。

張卉等[1]討論負重位X線片在診斷膝骨關節(jié)炎中的應用價值發(fā)現(xiàn)部分患者負重位與非負重位關節(jié)間隙沒有明顯變化，而關節(jié)面夾角明顯加大，這說明患者存在軟組織失衡、膝關節(jié)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，而這種不穩(wěn)定與內側關節(jié)間室負重時應力增加造成的癥狀直接相關，而不僅是軟骨磨損本身。所以觀察負重位關節(jié)面夾角變化有助于發(fā)現(xiàn)軟組織失衡造成的膝關節(jié)癥狀。值得關注的是本研究采用普通的DR設備，患者立于攝影臺前，采用前后位投照，保持直立，避免屈曲或旋轉，雙膝并攏緊貼DR平板探測器，值得注意的是，DR設備也可以做到全身成像，依次取人體上、中、下三個部位拍攝，但拼接處可能存在幾何失真，EOS可以做到一次全身成像。

EOS無法像CT那樣做到多維平面重建，根據(jù)文獻檢索到三篇研究論文發(fā)現(xiàn)，在EOS在3D成像精確度和成像角度方面與CT有差距，但差距無統(tǒng)計學意義。2013年Al-Al-Aubaidi等[2]通過一項回顧性研究發(fā)現(xiàn)，同時使用eos和CT采集7位兒童的脊柱影像，側凸角度、頂錐旋轉度、頂椎偏距三個指標差異不顯著，說明EOS與CT在脊柱的3D影像精確度方面持平。2015年Pomerantz 等[3]使用EOS在大腿骨的不同角度進行3D重建，與CT的金標準進行精確度比較，最終誤差錯誤無統(tǒng)計學意義，說明雙面3D X射線影像技術獲取臨床數(shù)據(jù)與CT結果一樣精確可靠。2014年Delin等[4]通過對比測量股骨和脛骨旋轉對齊影像認為，EOS可以替代CT做3D成像掃描，并能夠大幅度減少病人的輻射暴露。萬方數(shù)據(jù)庫中有一篇文獻提到骨科手術3D應用情況。尤微等[5]將30例肱骨近端骨折病人分成實驗組和對照組，實驗組采用三維重建肱骨近端骨折數(shù)字模型進行術前手術規(guī)劃設計、手術效果模擬及數(shù)據(jù)測量，結果顯示研究組的手術時間、術中出血量、術中透視次數(shù)明顯低于對照組，但兩組骨折愈合時間無明顯差異。說明手術前的3D手術規(guī)劃有助于提高手術效果、減少術中損傷、降低醫(yī)患糾紛風險。

3.1.2 放射量低

EOS系統(tǒng)是基于新型多絲正比室的基礎上結合正側位兩套成像球管和探測器組成的成像系統(tǒng)，這種掃描方式和探測器保證了放射劑量大幅降低，同時能獲得高質量的圖像和放射診斷所需要的信息，薄的扇束幾何形狀和狹槽掃描技術抑制了X光線的散射，獨有的探測器技術提供了一個非常高的信噪比和最優(yōu)動態(tài)范圍管理[6]。

埃默里大學醫(yī)院骨科和脊柱中心[7]通過比較研究發(fā)現(xiàn)EOS與傳統(tǒng)放射拍片在放射劑量方面，輻射劑量下降85%，與Fuji CR相比，EOS的放射劑量降低達89%，目前CR設備已逐漸被DR取代，趙永霞[8]在數(shù)字X線攝影與雙面閱讀計算機X線攝影系統(tǒng)輻射劑量和影像質量的比較中發(fā)現(xiàn)，在相同曝光條件下，獲得相似圖像質量時，DR的輻射劑量低于CR系統(tǒng)，但并未提到兩者準確的輻射劑量比例，也未從文獻中得到EOS與DR的輻射劑量比較。Delin C5分析下肢扭轉和子宮前傾影像學檢查的電離輻射劑量，CT對卵巢的輻射劑量是EOS的4.1倍，是睪丸的24倍，是膝蓋和腳踝13～30倍，使用EOS可以減少患者的醫(yī)療輻射量積累。

3.1.3 圖像質量高

加拿大蒙特利爾-圣賈斯丁大學婦幼醫(yī)院對EOS和大多數(shù)脊柱側凸檢查都使用的CR系統(tǒng)“Fuji FCR7501S”進行比較，EOS使用雙平面凹槽式的掃描方式，可同時獲得正面和側面圖像，CR使用傳統(tǒng)的X射線源和三個嵌入式熒光板，病人位于一個旋轉的平臺上，病人正面和側面圖像要伴隨著對病人的90度旋轉而依次獲得，圖像質量的評估為，在整體圖像質量上，97.2%的EOS圖像質量等于或高于相同的CR系統(tǒng)圖像質量，此外在人體解剖結構上，94.3%的EOS圖像質量等于或高于相同的CR系統(tǒng)圖像質量。Deschenes等[9]在研究髖臼假體前傾的測量中發(fā)現(xiàn)CT對該測量所能提供的信息非常有限，因為無論是站姿還是坐姿，骨盆傾斜都能被觀察到，但是卻無法評估“功能性”的髖臼杯朝向，EOS能夠細致的對髖臼杯進行與骨盆錢平面相關（結構性朝向）的傾斜和前傾測量，也能測量站姿或坐姿下的與冠狀平面相關（功能性朝向）的傾斜和前傾。

3.2 費用預算分析

2011年，英國NICE評估EOS，認為其目前在英國的優(yōu)勢效益不足以負擔其成本，即不具備成本效益優(yōu)勢。盡管EOS能夠做到3D重建、負重全身成像,及同時后前位的PA和橫向成像，NICE認為沒有可靠的臨床證據(jù)證明病人能夠獲得相應的成本效益。英國國民健康保險制度（NHS）暫時不推薦EOS作為常規(guī)檢查使用，希望其有后續(xù)研究進展，提供符合成本效益的經(jīng)濟學結果。

EOS運行成本核算的內容分為以下六類，詳見表1。

表1 EOS運行成本核算

廠商提供的資料顯示，EOS總價格為800萬人民幣（含稅），正常使用年限：6～7年，每年的支出費用255.28萬元，按照廠商的計劃收費標準：500元/次，每年的檢查病人需要達到5106人次（按照264個工作日計算，每天約19人次），能做到收支平衡。目前該產(chǎn)品未進入醫(yī)保收費，屬于自費項目。

3.3 科室應用情況

借鑒其他醫(yī)院的使用情況，EOS主要用于骨科的脊柱畸形、下肢畸形、全髖全膝關節(jié)置換。因其輻射劑量低，特別適合兒童的骨科檢查。

4 討論

EOS成像系統(tǒng)是基于新型粒子探測器的基礎上結合正側位兩套成像球管和探測器組成的成像系統(tǒng)，放射科醫(yī)生和骨科醫(yī)生可以得到自然站立位下真人大小的3D全身骨骼影像，同時得到正面和側面的視圖，兩個相互垂直的X射線管連同探測器下滑，從頭到腳，不碰觸病人身體，2個圖像同時捕獲一張準確的病人肌肉骨骼系統(tǒng)的正面圖像，一張準確的病人肌肉骨骼系統(tǒng)的側面圖像。這兩個數(shù)字圖像可以為醫(yī)生創(chuàng)建精準的真人大小的3D病人骨骼模型，在大大減低輻射量的條件下，同時獲得病人站姿或坐姿的全身正面和側面圖像。經(jīng)文獻研究發(fā)現(xiàn)負重位確實具備臨床應用價值，但普通DR也可以做到；3D成像具備臨床意義，但CT做的更精確。EOS最重要的優(yōu)勢是由于采用通過準直儀縫隙后獲得的扇形光束來實現(xiàn)大降低放射劑量，適合需要頻繁攝片的患者和兒童。目前該產(chǎn)品未進入醫(yī)保，且定價很高，適合走高端醫(yī)療路線以及開展結合3D重建的手術臨床研究；該產(chǎn)品目前針對的適應癥較少，適合骨科專科醫(yī)院使用，未來隨著3D重建技術在骨科手術中進一步推廣，有可能擴展適應癥。

[1] 張卉,程曉光.負重位DR片在診斷膝骨關節(jié)炎患者中的應用價值[J].中國臨床醫(yī)學影像雜志,2008,19(6):445-446.

[2] Al-Aubaidi Z,Lebel D,Oudjhane K,et al.Three-dimensional imaging of the spine using the EOS system: is it reliable? A comparative study using computed tomography imaging[J].J Pediatr Orthop B,2013,22(5):409-412.

[3] Pomerantz ML,Glaser D,Doan J,et al.Three-dimensional biplanar radiography as a new means of accessing femoral version: a comparitive study of EOS three-dimensional radiography versus computed tomography[J].Skeletal Radiol,2015,44(2):255-260.

[4] Delin C,Silvera S,Bassinet C,et al.Ionizing radiation doses during lower limb torsion and anteversion measurements by EOS stereoradiography and computed tomography[J].Eur J Radiol, 2014,83(2):371-377.

[5] 尤微,王大平,劉黎軍,等.三維數(shù)字規(guī)劃在肱骨近端骨折手術治療中的應用研究[J].中華臨床醫(yī)師雜志:電子版,2014, 8(7):1243-1247.

[6] Dubousset J,Charpak G,Dorion I,et al.A new 2D and 3D imaging approach to musculoskeletal physiology and pathology with low-dose radiation and the standing position: the EOS system[J].Bulletin De Lacadémie Nationale De Médecine,2005, 189(2):297-300.

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Technology Assessment and Application Analysis of the EOS Imaging System

TANG Mi, BI Fan, WANG Long-chen, JIN Wei, JIANG Rui-yao, YANG Hai
Department of Medical Equipment, the 6thPeople’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200233, China

This paper introduced the technical background of the EOS imaging system and analyzed its clinical effectiveness, cost budge and clinical application through analysis of the literature and NICE report. The result showed that the EOS imaging system had a lower radiation dose compared to other imaging methods. Through cost budget analysis, the technology was not covered in the medical insurance because about 20 patients per day could achieve the balance of payments.

EOS imaging system; technology assessment; clinical application; cost budget analysis

TH774；TH709

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.10.004

1674-1633(2016)10-0013-03

2016-09-11

衛(wèi)計委醫(yī)院管理研究所基金項目（NIHACE15002）；上海市第六人民醫(yī)院預研基金項目（LYZY-0180）。

作者郵箱：1052529220@qq.com