普通X線攝影技術朝著6大趨勢化迅猛發展

引言

X線攝影技術作為目前全球最為廣泛應用的醫療影像檢查手段，覆蓋了數十億人口的健康與疾病篩查。自從德國人倫琴發現X線以來，X線作為一種技術手段便廣泛應用于醫療健康領域。在X線的諸多技術和設備當中，普放X線攝影檢查，包括一般X光攝影檢查、鉬靶檢查和胃腸造影X線檢查等X線檢查技術，已經成為了當前全球使用最廣泛的檢查手段。X線攝影檢查憑借著其便利性、低成本、低劑量和高效率，不僅在胸部疾病篩查、肺部篩查、骨關節疾病篩查上有著獨特的臨床應用價值，其在乳腺疾病上的檢查更是有著其他影像設備不可比擬的臨床優勢。X線攝影檢查在中國經歷了高速的發展，從早期的模擬成像階段、間接數字化X線成像階段、直接數字化X線成像階段到動態多功能成像階段，普通X線攝影技術發展迅速。

本文通過梳理目前全球數字化X線產業鏈的技術探索路徑，總結普通X線技術正在迅猛發展的6大趨勢。

1 動態化

在2019年的RSNA北美放射學年會上，動態數字化X線攝影技術榮獲了美國放射醫師協會最佳創新獎。一般而言，數字化X線攝影相較于CT具備劑量低、檢查時間短、依從性高、圖像清晰度高和價格低等特點和優勢。但是對于一般數字化X線攝影而言，獲得的都是二維平面影像，同時受到被照物的影響，諸如呼吸以及受檢查的運動等因素，影像質量難以控制。動態DR相較于常規數字化X線攝影，能極大地提升X線影像質量控制效果，同時對于諸多部位的攝片診斷能提供運動功能的視角和評估參考，能進一步提升篩查與診斷的精準性。動態DR作為X線攝影技術，在臨床中具備廣泛的應用價值與優勢（圖1）。例如，動態DR在胸部影像診斷中具有可視化功能，可在任意轉動體位時，結合呼吸運動，排除胸部骨骼、心影和肺門大血管的重疊或遮蓋，多角度地動態觀察胸廓、肋骨、縱膈、心影、膈肌以及胸腔病變、肺部病變、縱膈病變在呼吸運動狀態下的變化，在各種管路位置的提示及治療效果評估上也能滿足臨床需要。目前動態數字化X線攝影技術趨勢已經成為行業普遍共識，可以預見的是，隨著動態數字化X線攝影技術的進一步發展，動態數字化X線攝影有望全面取代常規靜態攝影，從根本上改變普通數字化X線攝影漏診與誤診的臨床弊端，極大提升DR初篩的準確性。

圖1 動態成像技術

2 三維化

西門子醫療在2020年發布全新Multitom Rax高端懸吊3D數字化X線設備，中文簡稱為“立”，該產品通過雙懸吊球管機械臂與探測器機械臂的聯合環繞運動，實現對骨關節的三維掃描，并重建出三維數字化影像，尤其是對需要在負重位下進行三維檢查的部位，包括膝關節、踝關節等部位。除了西門子之外，國產數字化X線頭部廠商安健科技也在數字化三維化技術上創新路徑，通過360°自動旋轉掃描裝置實現對骨關節的三維掃描（圖2）。透過西門子與安健科技的3D數字化X線的臨床研究可以看到，三維數字化X線掃描可以實現在負重位下的三維影像信息，解決CT、核磁等無法解決的站立位下的三維影像信息缺失的問題，對于臨床骨科的診斷，具有極高的臨床應用價值，得到了國內諸多專家的認可。隨著該技術的突破，未來普通數字化X線攝影檢查有望和三維技術進一步深入結合，通過普通的DR即可進行諸多部位的二維篩查與三維檢查，從根本上改變數字化X線攝影檢查漏診率高的弊端。同時，數字化X線檢查的高效率、低成本也會進一步推動三維數字化X線技術的快速發展。

圖2 三維掃描懸吊系統

3 功能化

醫學對于身體組織器官的運功功能狀態評估始終都有著強烈的需求，普通數字化X線攝影包括CT斷層攝影都無法直觀地呈現運動功能成像，諸如胸部運動功能成像、頸椎運功功能成像以及四肢運動功能成像。透過運動功能成像的評估，醫療影像的評估將會全面邁入精準評估的階段，通過量化的數據和更為直觀的運動功能影像信息，對疾病的診療前后進行精準地評估（圖3）。目前，基于動態數字化X線攝影技術，已經在胸部運功功能成像，諸如慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）、哮喘、頸椎病等相關疾病的應用中發揮出獨特的臨床診斷價值。以COPD為例，通過對COPD患者的呼吸肺野面積的變化與正常呼吸肺野面積氣體變化率的數據比較，可以比較精準地評估COPD患者的肺部運功功能狀態（圖 4）。

圖3 運動功能成像

圖4 60歲正常人（a）與79歲COPD患者（b）的肺部運動功能成像

此外，運動功能評估還可以對廣泛胸膜粘連、心包積液、慢支肺氣腫、膈麻痹等均能造成呼吸運動功能的不足且臨床癥狀偏重而影像肺部表現較輕的病情信息進行精準評估，攝影時的吸氣像和呼氣像的比較或者動態透視觀察能夠提供相應的信息。

4 能譜化

由于能譜X線能將任何物質的X線吸收系數轉化為任意兩種基物質的吸收系數，并達到與該物質相同的X線衰減效應，因此可將一種物質的衰減轉化為產生同樣衰減的兩種物質的密度，并根據已知能量水平的某基物質吸收系數就可評價出該基物質的密度及空間分布，從而實現物質組成成分的初步分析及物質分離，并產生物質分離圖像。能譜化技術可以在實現低劑量掃描的同時，獲得高質量的圖像效果。此外，通過能譜技術可以展現能譜曲線信息、物質分離圖像、有效原子序數圖等信息，為相關病灶成分的分析提供更加直觀、準確的方法。數字化X線能譜化的發展，將會讓數字化X線攝影技術迎來一次革命性的發展，而目前這種技術在實驗室階段已經取得了令人欣喜的成績。

5 超低劑量化

數字化X線攝影技術長期以來，一直在最優圖像與最優劑量之間追求最優化，同時圍繞合適劑量與最優圖像之間展開了廣泛的討論。對于普通數字化X線攝影技術來說，超低劑量化一直是全球努力的方向，包括全球多個醫學影像研究團隊，都在致力于實現超低劑量的數字化X線成像。目前可以看到的是，隨著探測器探測效率的進一步提升、攝片流程的優化、后期圖像處理算法的不斷優化，數字化X線影像的使用頻率正在逐漸降低。此外，隨著探測器技術的進一步發展，低劑量化X線攝影有望迎來更大的突破。據了解，國產X線機頭部廠商安健科技研發團隊在國際知名一區Top刊物《Nano Energy》與《Nanotechnology》聯合署名發表2篇重要研究成果，研究成果證明：硅基異質結鈣鈦礦量子點納米晶陣列將X射線光子信號直接轉換為電流信號，有效避免了將X射線光子轉換為可見光，再將可見光轉換為電子空穴對的過程，提高了量子探測效率。由于鈣鈦礦材料中含有的Pb和Br原子具有高的原子序數，由此可實現毫米級的鈣鈦礦陣列厚度，保證具備強大的X射線吸收能力，見圖5。

圖5 基于鈣鈦礦探材料的探測器最新研究成果

此外，包括中國科學院深圳先進研究院、東南大學、中國科學技術大學、吉林大學等幾個團隊也在鈣鈦礦材料研究上取得了諸多重要研究成果，為鈣鈦礦的技術應用奠定了有利基礎。相信隨著相關技術的突破，數字化X線攝影的低劑量化應用將會被廣泛地普及應用。

6 超便攜化

數字化X線攝影技術的超便攜化發展趨勢發展迅速，近幾年移動DR的高速發展讓便攜化X線設備在臨床得到廣泛應用，不同于固定數字化X線機的笨重和龐大，便攜化X線設備可以超越空間局限，靈活地應用于臨床各個科室，檢查流程更加高效簡單，可以針對不便移動的病人進行隨時隨地的數字化X線攝影。在新冠疫情期間，移動數字化X線設備成為新冠肺炎患者每日影像隨訪檢查的主要設備，在支援全球抗疫中發揮著重要力量。此外，小型便攜X光機也在快速發展，隨著各種應急能力建設的加快，小型輕便化X光機設備在全球得到了快速發展，在應對應急災害下的急救與急診需求時發揮著重要價值。

綜上所述，普通數字化X光機在歷經百年發展歷程之后，依舊有著廣闊的發展空間和技術動力。由于普通數字化X光機所具有的獨特優勢，讓其在臨床應用中始終具有不可替代的獨特價值，而伴隨著動態化發展、功能化發展、三維化發展，普通數字化X光機在臨床上的診療實踐價值將會被進一步重新定義。可以預想的是，伴隨精準醫療時代的到來，普通數字化X光機必將在精準醫療中開啟一個全新的醫療診斷時代，讓普放不普通，讓普放與其他多種影像技術一起，更好地為人類的健康保障護航。