影響DR雙下肢全長拼接技術成功率的因素分析及控制策略

陳進良，袁華，馮劍楠，宮林海

本溪鋼鐵（集團）總醫(yī)院 a. 放射科；b. 骨外科，遼寧 本溪 117000

引言

隨著骨科下肢各種矯形技術廣泛開展，下肢全長攝影檢查能在一幅圖像上同時顯示髖關節(jié)至踝關節(jié)諸骨的影像，可為臨床提供全下肢長度、角度、力線的測量，對于下肢關節(jié)置換等手術方案的制定和術后的評價具有特殊意義[1]。但由于全長成像步驟多，技術難度較大，并且需要患者高度配合，如何保證全長攝影的拼接成功率和臨床測量的準確性至關重要。本文對工作中數字化X線攝影（Digital Radiography，DR）雙下肢全長拼接成像技術進行質控分析，制定相應控制策略，從而減少重復攝影，降低患者輻射劑量，確保圖像質量。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

選取2016年4月至2017年12月期間我院行雙下肢站立位DR全長攝影圖像200幅（質量控制前后各100幅），其中男73例，女127例，年齡從12～86歲。其中行全膝關節(jié)置換術（Total Knee Arthroplasty，TKA）術32例；行脛骨高位截骨術（High Tibial Osteotomy，HTO）19例；髖關節(jié)置換術12例；膝關節(jié)單髁置換術5例，術前術后均攝取全長片共計136幅，其中單膝手術47例，雙膝手術11例，其他64幅。

1.2 檢查設備

采用美國銳珂公司DRX-Evolution DR成像系統(tǒng)、無線平板探測器、配帶刻度標尺的全長站立專用支架、中聯(lián)RIS/PACS網絡系統(tǒng)；圖像打印采用銳珂DRYVIEW 6950激光成像儀及DRYVIEW醫(yī)用激光成像膠片。

1.3 檢查方法

全部病例均采用站立前后位攝影，即患者面向球管方向站立于攝影支架上，雙手扶支架兩側扶手使身體站穩(wěn)，骨盆呈正位，兩側髂嵴在同一水平線上，雙腿靠攏，雙膝關節(jié)、雙踝關節(jié)呈正位，雙髕骨朝正前方，通?；颊唠p足尖應平行向前，不要內外八字，脛骨嵴朝向正前方。在系統(tǒng)控制面板選擇“全下肢前后站立位超長成像”選項；選擇曝光次數，根據患者體型的不同選擇不同的曝光次數，曝光覆蓋范圍上界包括髂嵴上3 cm，下界包括雙踝關節(jié)下3 cm。曝光完成后，通過計算機內置軟件自動拼接生成雙下肢全長圖像，通過標尺判斷拼接效果，自動拼接不理想，可利用拼接軟件進行上下、左右移動拼接處，達到理想效果，必要時進行重新投照。調節(jié)窗寬、窗位使圖像更清晰，最后打印成膠片。

1.4 圖像分析

由本科室一名副主任醫(yī)師、一名主治醫(yī)師和一名骨科主任醫(yī)師在計算機工作站上對患者圖像進行評價。按拼接圖像質量分為甲、乙、丙三級，甲級片：圖像清晰、對比度好，體位準確、拼接處無痕跡，無運動等偽影，圖像完全滿足診斷和臨床需求；乙級片：圖像清晰度、對比度稍差，體位稍差，拼接處有輕微痕跡，有輕微偽影，基本滿足診斷和臨床需求；丙級片：圖像模糊，對比度差，體位不佳，拼接痕跡明顯、拼接錯位，影響診斷和臨床需求。下肢力線的測量：下肢力線是股骨頭中心與踝關節(jié)中心的連線，在負重位全下肢X線片上，下肢正常力線與膝關節(jié)中心在一條直線上，如果下肢力線在膝關節(jié)中心的內側，為膝關節(jié)內翻；反之，為膝關節(jié)外翻[2]。

2 結果

2.1 質控前后圖像質量對比

雙下肢全長攝影質量控制前100幅：甲級片55幅、乙級片38幅、丙級片7幅，甲級片率為55%，下肢力線測量準確率81%，重復攝影率33%；質量控制后圖像100幅：甲級片75幅、乙級片25幅、丙級片0幅，甲級片率為75%，下肢力線測量準確率98%，重復攝影率5%（表1）。

表1 質量控制前后圖像優(yōu)質率對比

2.2 質控前后圖像拼接失敗原因對比分析

圖像拼接成功與患者配合、技術人員操作等因素密不可分。在攝影過程中，患者移動較小會引起拼接錯位（圖1箭頭所示），移動較大會引起拼接失敗。如果攝影體位不準確，即使很好的完成拼接，也無法滿足臨床測量需要（圖2）。

圖1 攝影過程中移動引起的拼接錯位

圖2 膝關節(jié)內翻患者DR結果

同一患者不同體位時力線測量存在差異，影響患者術前和術后的肢體變形的評估。通過對拼接失敗的圖像進行分析，總結對比引起拼接失敗的原因（表2）。應對拼接失敗因素，質控小組制定了控制策略：① 保障設備的穩(wěn)定性；②操作技術的規(guī)范化；③ 熟練掌握拼接技術；④ 拼接圖像的標準化；⑤ 輻射劑量的最小化；⑥ 嚴格監(jiān)督質控計劃的實施。質控后拼接圖像質量得到很大提升，甲級片率提升20%，重復攝影率下降28%，下肢力線測量準確率提升17%，質控后，由技術人員和設備因素導致的拼接失敗大幅度下降，臨床下肢力線等測量準確率大幅度提升，得到臨床認可。

表2 質量控制前后拼接圖像失敗原因對比（幅）

3 討論

3.1 全長拼接技術的發(fā)展與成像原理

圖像拼接技術是指將多幅重疊部分的圖像，利用計算機或人工拼接成一幅大型無縫的、高清晰的并具有高分辨率圖像的影像學技術[3]。最初，Yaniv等[4]提出的X線圖像拼接技術理論，拼接攝影技術先后經歷了模擬X線成像時代，通過超長的暗盒匹配超長膠片獲得了較長幅度的全長像，到數字化X線攝影時代，采用計算機X線攝影技術將多個影像板配合特制固定支架豎直排列進行長距離攝影，再進行圖像后處理及拼接。拼接方法從將觀片燈箱豎直放置，從上到下依次插上局部照片進行重合拼接，到有文獻報道采用Photoshop軟件、多層螺旋CT掃描表面陰影后處理技術、MRI進行全脊柱拼接成像等[5-10]，但由于受到散射線、投照條件、成像介質、伴影和變形等因素影響，使成像質量下降，影響觀察和測量，CT和磁共振存在費用較高且CT輻射劑量較大，所以很少使用。目前DR在圖像拼接方面有了很大的發(fā)展，全數字化DR拼接技術采用專用拼接支架和專用拼接軟件，在全脊柱、全下肢檢查中，圖像拼接技術操作簡便快捷，費用低廉，拼接的影像準確、清晰、密度均勻、拼接處過渡自然，被廣泛應用臨床。目前圖像拼接方法按照球管是否移動大致可分為兩種方式：一種是球管在垂直方向上下移動，平板探測器也同步移動，實現圖像的分次采集；另一種是球管固定法，攝影時球管在垂直方向上下偏轉角度，而平板探測器通過自動或手動跟蹤實現圖像采集[11]。前一種DR成像方式適用多次小范圍曝光自動拼接[12]，后一種成像方式X線照射方向移動采用仰角、俯角的攝影方式，由于X線源發(fā)自同一點，2個錐形光束重疊部分的X線投射方向一致，光線相互平行，當探測器沿扇形光束切割線的方向移動時，在分次接受的圖像邊緣，被照物體的投影可以基本相同，使圖像在重疊部分達到一致，拼接后在拼接處無拼接痕跡，一般采用2～3次曝光。我院采用的是后一種成像方式。

3.2 全下肢攝影質控策略制定和有效實施

3.2.1 保障設備的穩(wěn)定性

包括探測器定期校準、中心線的準直、照射野與光野一致性、全長攝影支架的安放位置和穩(wěn)定性等。

3.2.2 操作技術的規(guī)范化

掌握適應癥和禁忌癥，熟練掌握拼接技術，嚴格按照要求進行擺位，曝光條件的個性化制定，球管傾斜角度，攝影距離，標尺的擺放位置、使用專用濾線柵等。

全下肢DR采集需要多次曝光，成像時間較長，需要考慮呼吸運動和肢體活動，一般下肢攝影平靜呼吸即可。在檢查前要向受檢者說明檢查過程，囑其不要活動，一般術前大部分受檢者配合較好，由于術后患者行動不便，不能長時間站立，在攝影過程中移動幾率較大，移動較小會引起拼接錯位，移動較大會引起拼接失敗。因此對于術后患者一般要求臨床在7 d以后攝取效果較好。對于配合不好的受檢者使用專用束帶加以固定，對于不能站立者不能勉強。在日常工作中，大部分患者都能進行正常擺位，還有一些患者內翻、外翻、曲屈、先天畸形非常嚴重，給體位設計帶來困難，如何對患者進行擺位至關重要，Lonner等[13]發(fā)現肢體的內旋、外旋、曲屈等會明顯影響下肢力線的測量結果。因此在拍攝下肢全長片時，應根據解剖標志準確擺放肢體位置，下肢盡量伸直，以最大限度地減少旋轉、曲屈造成的誤差。由于輕度旋轉對測量的影響很小，所以不需要特殊支具調節(jié)肢體的體位，如果有屈曲攣縮嚴重者應加支具固定。遇到有一側肢體縮短時，投照應當用腳墊墊高縮短肢體，使骨盆保持水平，這樣下肢短縮測量才能精確。遇到有旋轉畸形時，還是以髕骨朝前為標準，雖然此時雙足可能不能保持平行。關節(jié)變形嚴重時，如果無法顯示關節(jié)間隙情況，必要時調整X線的入射角度。對于特殊受檢者，要及時與臨床醫(yī)生進行溝通，如果攝影體位不準確，即使很好的完成拼接，也無法滿足臨床測量需要，引起下肢體力線測量誤差，影響患者術前和術后肢體變形的評估。對于檢查技師要求熟練掌握檢查過程，盡量縮短檢查時間，也是拼接成功的關鍵。

DR攝影使用了電離室技術，根據投照部位的不同選擇不同的電離室，曝光后會產生不同的圖像密度值，如果選擇3次曝光拼接，3幅圖像密度值偏差較大，會使拼接的圖像分明，影響圖像整體感。通過不使用電離室，根據不同部位、不同體型選擇不同曝光條件，使3幅圖像獲得基本相似的密度值，利用后處理軟件進行處理后，增加了圖像的整體觀，使成像效果更佳。首先關閉AEC（自動曝光控制），全下肢骨盆使用曝光條件為70～80 kV，50～80 mAs，股骨及膝關節(jié)部位使用60～75 kV，30～40 mAs，脛腓骨及踝關節(jié)部位使用50～60 kV，20～30 mAs，攝影距離SID為190～200 cm。球管傾斜角度以手動曝光方式，采用14×17規(guī)格探測器為例，其中選擇2次和3次曝光，探測器豎放，球管傾斜角度依次為100°→90°、100°→90°→80°；選擇4次和5次曝光，探測器橫放，球管傾斜角度依次為104°→97°→90°→83°、104°→97°→90°→83°→76°。其中以3次曝光最常使用。

3.2.3 拼接圖像的標準化

參照《全國放射科QA、QC學術研討會紀要》的標準，對全下肢拼接圖像按照軸線連續(xù)性、完整性、圖像清晰度、對比度、密度、移動偽影、拼接線顯示等因素對拼接圖像進行評價。

3.2.4 嚴格監(jiān)督質控計劃的實施

通過質控小組制定了攝片體位操作規(guī)范和全長攝影的標準片，通過建立標準片可作為評估圖像等級的標尺，對技師攝片操作起到積極的規(guī)范作用，成功減少了體位不正導致的重攝率。定期對全長攝影圖像進行分析，對檢查技師進行監(jiān)督，是保障拼接圖像優(yōu)質率不斷提升的關鍵。

3.3 全下肢拼接X線攝影的臨床意義

隨著TKA、HTO、膝關節(jié)單髁置換術、全髖關節(jié)置換術等各種下肢手術被臨床廣泛開展，術前、術后通過攝取下肢全長X線片，為臨床手術提供幫助。Scott首先提出下肢力線的重要性，下肢力線即下肢機械軸是骨科醫(yī)生在手術評估時關心的首要問題，這不僅是判定關節(jié)畸形的關鍵，而且根據下肢力線正確安放假體是手術成功的關鍵[14]。全膝關節(jié)置換術安放的假體使用壽命在某種程度上取決于下肢力線是否合適[15]。Longstaff等[16]認為力線良好的TKA患者術后恢復更快，功能更好。不論是傳統(tǒng)的X線片還是水平位的下肢全長片，雖然都能夠顯示下肢各骨與關節(jié)的病變及骨性形態(tài)，但是不能反映包括髖關節(jié)、膝關節(jié)及踝關節(jié)在內的下肢整體力線情況，不能準確測量各關節(jié)角度數值，亦不能完整的反映出生理狀態(tài)下各部分協(xié)調和代償的作用[17]。有研究顯示，雙下肢全長水平位投照由于是非負重的非功能位投照，與正常人體站立功能位時的下肢力線及關節(jié)間隙、角度并不一致[18]，非負重位的測量結果可能會低估下肢畸形程度[19]。所以，攝取站立位雙下肢全長X線片，用來了解髖膝踝關節(jié)參數、下肢力線情況，測量肢體長度，設計假體植入位置、高度等評價手術療效提供重要依據，對骨科開展下肢各種矯形手術的術前、術后評估有著重要意義（圖1所示，病變膝關節(jié)術前下肢力線內移，術后下肢力線得到完美矯正）。

綜上所述，DR全長拼接攝影屬于特殊X線攝影檢查，有必要對其實施有效的質量控制措施，制定圖像質量控制標準，定期分析圖像重攝因素并制定相應改善策略，在保障正確的臨床測量和影像質量前提下，爭取攝影成功率，減少患者的輻射劑量。