下肢狹縫全景成像技術在人工關節置換中的應用

鐘華成，歐陽林

解放軍第一七五醫院 廈門大學醫學院 醫學影像研究所，福建 漳州 363000

引言

近些年來隨著計算機軟件的快速發展，影像檢查技術的發展也得到了進一步的提升，數字化影像技術在臨床應用中發揮的作用越來越大，數字化影像的發展為人工關節置換術提供了更大的幫助。近年來狹縫全景拼接技術在骨關節系統疾病中有著更加廣泛的應用，主要表現在青少年脊柱側彎矯形、脊柱人工腰椎間盤置換、全髖關節置換、人工股骨頭置換、人工膝關節置換、下肢畸形矯形及義肢安裝等方面。我們經常看到的全下肢的全景骨骼圖，不管是在臨床診斷上還是在治療下肢人工關節置換矯形術中都是相當關鍵的，通過對關節病變部位的準確判斷可以幫助骨科醫師制定人工關節置換術更加具體的手術治療方案[1-2]。下肢全景攝影應用于骨科臨床主要目的是測量雙下肢的力線[3]，即為髖關節、膝關節和踝關節中點之間的連線，對于股骨頭無菌性壞死髖關節病變、膝關節骨性關節炎及骨腫瘤截骨后骨移接術的患者進行全髖、全膝關節置換術方面具有重要的臨床應用價值。而影像質量的好壞直接影響髖—膝—踝角、膝關節外翻角、股骨解剖外翻角以及下肢力線的準確測量，如果攝影條件不合理，髖關節股骨頭將顯示不清，對髖—膝—踝角、膝關節外翻角、股骨解剖外翻角以及下肢力線的測量產生誤差，會影響到髖關節、膝關節置換手術及骨腫瘤截骨后骨移接術后雙腿的平衡受力[1,4]。我科在2013年7月引進了一臺島津公司DAR-8000F多功能數字平板X射線攝影裝置，此裝置帶有狹縫曝光采集技術系統，采用Slot scan全景成像技術所得影像能為臨床骨科的診斷、術前計劃方案的制定、術后療效的評估等提供了可靠的資料依據，此新技術應用所得全景影像得到了我院骨科臨床醫生的一致認可和好評。

1　資料與方法

1.1　一般材料

回顧性分析我科2013年7月～2016年10月期間采用Slot scan全下肢全景拼接檢查所得圖像，從中隨機抽取150例：下肢全長拼接中男性占85例，女性占65例，年齡在4～80歲，平均年齡42歲，而在45～75歲年齡段間占95例；人工全髖關節置換術前術后評估25例，人工膝關節置換術前術后評估85例，其他下肢全長占40例。

1.2　儀器設備

島津公司DAR-8000F數字平板多功能胃腸大型X射線裝置，此大型設備主要由大功率高壓發生器、大平板探測器接收裝置、運動系統裝置、計算機控制裝置、數字圖像處理裝置等構成。

1.3　檢查攝影方法

患者攝片體位主要有兩種：站立位和仰臥位，首選站立位。檢查流程，如下：

（1）體位設計：患者采取標準的人體解部學體位，受檢者面向管球站立于檢查床腳踏板上，患者雙下肢自然伸直站立，雙足 自然合攏，足尖朝前[5]。

（2）焦片距（Source to Image Receptor Distance，SID）通常選擇1200 mm，曝光視野一般選擇到最大，尺寸大小為17吋，管電壓為（75±10）kV，管電流為（320±80）mA，曝光時間6.3 ms。

（3）檢查定位、定點操作全過程：在系統面板下選擇快速的（SLOT HS F）或者高質量（Slot HQ F）選項，透視下確定曝光起、止點，起點定在髂前上嵴水平，止點定在內外踝連線下方3 cm處，點擊SET鍵球管自動回到起始位置，準備采集圖像。

（4）采集圖像：啟動曝光，X射線中心線對準探測器水平垂直射入，球管與探測器根據記錄的位置同步由起點向終點運動，對預定的范圍進行曝光采集，投照所得圖像自動傳輸到圖像后處理工作站[6]。

（5）圖像后處理：應用全景拼接功能軟件進行自動圖像拼接，生成一幅全下肢的圖像[7]。

1.4　圖像質量評估

隨機抽取2013年7月～2016年10月期間的150例圖像，所有圖像均由主管技師和影像診斷組的高年資醫師各5名進行圖像質量評估。圖像質量的評價分級標準是依據圖像的清晰度、圖像的對比度、軸線是否具備連續性、完整性、有無移動偽影、拼接線有無顯示等因素來劃分的，通常分為4個等級，即甲級片、乙級片、丙級片及廢片。圖像質量評估分級標準：① 甲級片，圖像連續性完整、高清晰度、高對比度、沒有任何偽影及拼接線；② 乙級片，圖像連續完整、清晰度和對比度較好、無偽影及拼接線；③ 丙級片，圖像連續，清晰度和對比度能達到診斷目的，無明顯偽影及拼接線；④ 廢片，圖像對比度、清晰度均低，連續性、完整性差，可以看到明顯的偽影及拼接線[8]。

2　結果

采用下肢狹縫全景成像技術對患有下肢骨關節疾病的患者進行下肢全長拼接攝影，從150例中再隨機抽取50例圖像由主管技師及高年資影像診斷醫師各5名進行圖像質量評估：分析圖像的清晰度、圖像的對比度、軸線是否具備連續性、完整性、拼接的圖像中有無移動偽影、拼接線有無顯示等評價分級標準。

結果所抽查的50例影像圖片評估級別均在丙級片以上，其中甲級片35例（占70%），乙級片10例（占20%），丙級片5例（占10%），合格率達100%。所有影像圖片上測量的髖—膝—踝角、膝關節外翻角、股骨解剖外翻角以及下肢力線等數據都較常規DR拼接圖像的數據更加準確，誤差值更加的小，準確的術前測量數據與提高手術療效是具有直接關系的，對于髖關節、膝關節關系結構整體性的顯示也較好，所得影像的圖像質量均一度也較高，關節間隙內外側狹窄程度的顯示也較清楚，而術后全景圖對手術療效的評估也更有價值，也就是說狹縫成像技術所作的下肢全景圖像質量更加能夠有效地滿足影像的診斷以及骨科臨床成功關節置換術前術后的需要。隨機抽查的部分下肢術前術后的全景影像圖片（圖1），可見，所有圖像均顯示了髖關節、股骨、膝關節、脛腓骨及踝關節的完全連接，圖像質量在清晰度、對比度、完整性、連續性上均顯示較好，沒有移動偽影及拼接線的顯示，完全能夠為人工關節置換術提供一份較好的可靠的術前術后的資料依據。

3　討論

隨著生物材料的不斷創新和手術水平的提高，人工關節置換術成熟度越來越被患者接受[9-10]。當今醫療技術水平相當地成熟的條件下，關節置換術在各大醫院骨科臨床所開展的手術中已不算是高難度手術。在外科下肢關節疾病中適合人工關節置換術的常見疾病或部分特殊疾病有不少，主要有外傷引起的股骨近端骨折、股骨頭的無菌性壞死、膝關節因風濕性關節炎導致關節嚴重畸形的、髖膝關節因骨性關節炎導致嚴重畸變的，還有強直性脊柱炎也可以導致髖膝關節嚴重畸形的，以上常見病、部分疑難雜癥若不及時地進行治療（人工關節置換手術），患者的生活質量將會在很大程度地受到影響，更可怕的是有些患者連工作能力都會基本喪失。還有些患有特殊疾病的人群，因生活、工作的需求同樣需進行人工關節置換手術，主要有復雜性骨盆傾斜矯治、小兒麻痹癥及佝僂病后遺而致的嚴重“X”形或“O”形腿矯形、因各種原因截肢后安裝義肢的、為增高而進行人為骨折再生長的人群[9]。絕大多數患者行人工關節置換均具有較好的治療效果，能夠達到減輕或者解除關節疼痛并改善關節功能活動的目的，從而在很大程度上有助于提高患者的生活質量[11-12]。

圖1　下肢術前術后的全景影像圖片

現絕大多數醫院都采用全景圖像手動（或自動）拼接軟件對X線影像圖片進行拼接處理。早在2004 年Yaniv等[13]提出了X線片的拼接理論，并應用于臨床。對于當前臨床常規的X線攝影技術，其膠片的尺寸（43 cm×35 cm）小，因此需要進行多次分段的曝光，這就使得對整個畸形部位無法進行準確的相關測量。隨著近些年來計算機軟件的快速發展，圖像的拼接技術也有了飛速的發展。

不過狹縫下肢全景攝影有優點也有不足，其優點主要有以下幾點：① 一次連續數秒曝光即可獲得雙下肢全長圖像，不僅避免了患者因多次曝光不能長久保持同一姿勢而造成的誤差，也提高了攝影速度和工作效率[14]；② 成像的精度較傳統DR的高，所產生的誤差極??；③ 所得影像的圖像質量均一度也較高；④ 患者作全景掃描檢查時所接受的輻射劑量相對傳統DR拍攝時的少，基本等同于大尺寸拍片時的輻射劑量。⑤ 患者行下肢全長檢查時體位立、臥位均可。不足之處：其下肢全長站立位或臥位片X線圖像也有不如傳統DR的地方，最主要表現在狹縫影像對圖像細節的顯示不如傳統的分段DR片清晰。

4　結論

綜上所述，我院采用的狹縫連續拍攝自動軟件拼接技術進行全下肢力線拼圖不僅操作簡便、易掌握，工作效率高，病人所接受的輻射劑量較常規DR小，臨床可在全景片上直接測量數據，所測量的數據準確、精度高，為骨科臨床診治髖關節或膝關節等人工關節置換術疾病提供了可靠的影像資料，對骨科臨床制定詳細的手術計劃、方案和術后的評估等臨床應用都具有十分重要的意義[15-16]。

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