长骨拼接的临床意义.doc

双下肢负重全长摄影检查能够1次显示从髋关节至踝关节的下肢病变情况,对髋关节角度的测量,髋和膝关节矫形手术,人工关节置换术等有着重要的指导价值。数字化影像长腿拼接的作用主要是配合临床对全下肢进行应力线测量,对临床的手术特别是膝关节置换术提供必要的手术依据。DR立位全下肢骨盆脊柱的长尺寸成像研究来源：医学影像健康网作者：秦民益 站立位长尺寸X线影像是测定人体负重骨骼的生物学力线、对称结构平衡线及脊柱侧凸（Coob）角等首选的检查内容，摄影范围包括支撑身体重量的主要骨架，其长度超出了常用的成像规格1, 2, 3。近年来，DR平板探测器（FPD）因具有量子吸收效率高、衰减速度慢、高分辨率等优良性能而得到广泛应用。利用常规的摄影参数连续采集立位时的多幅图像，然后再拼接合成的技术，是目前DR长尺寸X线影像发展的重要途径。另外高分辨率的数字图像可利用PACS网络的显示屏、投影仪等设备观测真实尺寸的影像，以避免低规格胶片的缩微打印丢失重要影像信息。研究背景1 随着生物力学水平的进一步提高和生物材料的不断发现，下肢、脊柱等负重骨骼的矫形才有了迅速的发展。目前我院2007年6-9月暑期脊柱专家门诊的全脊柱全下肢站立位X线摄影达3356例，成为国内病例最集中的医院之一。近些年我国接受人工关节置换和下肢延长手术的病员就已达到每年3-5万例，通过矫形手术恢复生理性的功能平衡。2 骨盆是身体承重力线的枢纽所在，盆外因素和臀肌挛缩症均可导致骨盆的倾斜，且无法自行纠正4, 5, 6。其中脊柱侧凸是一种最常见骨骼畸形7，发病率约占青少年的2%3%；盆下因素为骨关节疾患及下肢不等长；反之，长期的倾斜变化也可引起负重骨骼的代偿性失衡，出现假性下肢不等长8、侧向过度凸起的腰痛等症状，严重时患者终身残疾。3 为了适应人体的重力平衡，下肢、骨盆和脊柱之间的代偿性变形，掩盖了最早发生畸变局部的明显特征，造成病情的延误诊断。在1985年，国外学者Scott首先提出了负重立位X线影像对于评价生物力线的重要意义。长尺寸影像包括了身体的主要重心环节，可准确测量人体的中轴线、双侧对称解剖结构的平衡线、下肢3关节的力线、颈椎C7椎体中点到骶骨中心垂线(CVSL) 的距离、下肢的实际长度及脊柱侧凸（Coob）角，以进一步确定畸形病变的原发部位和严重程度。4 1982年日本富士公司首先研制计算机摄影系统（FCR），20世纪末数字摄影的DR系统相继问世，使传统的X线摄影走向数字化，实现了影像信息在PACS网络的储存和传输。由于计算机的后处理具有对数字图像拼接、密度均衡等功能，因此同一体位采集多幅图像的拼接技术也成为长尺寸影像检查的主要手段。技术现状1 目前，数字化X线影像的普及应用已进入一个新的时期。尽管数字设备采集数据的类型和工作原理各有差别，但都是通过直接和间接的方式利用电子技术，将X线信息由常用的胶片载体转换为电子载体，通过探测器等接收方法转变为数字化信号，经计算机进一步处理后在网络长期保存。在实际应用中数字化长尺寸成像的方法有以下几种。1.1 CR：富士公司（FCR）开发并设计了一种超长的CR摄片盒, 规格为14吋34吋,内有2 块垂直放置的14 吋17吋成像（IP）板，连接处有部分重叠。使用时将片盒固定在立位摄影架上，进行远距离的1次曝光。经阅读IP后获得胸、腰椎分离的2幅图像，然后利用拼接软件合成全脊柱或全下肢的影像9。另一种常用的方法是将2张14吋17吋片盒直接垂直放置在专用摄影架上进行1次取像。CR待拼接的2幅图像都必须有特定的识别标记。这些CR的长尺寸成像方法是目前文献中介绍的丰富内容。由于受照射野和固定摄影架更换IP板等因素的限制，1次性的CR摄影技术很难完成采集同一体位下的全脊柱和全下肢图像。同时受焦-片距离较长的影响，肥胖的成人患者受线量往往不足，引起严重的躁声，导致图像的分辨率极度降低。1.2 数字X线摄影（digital radiography, DR）：DR最早采用影像增强器电视链的方式把X线影像转化为数字信号的技术。长尺寸成像过程中病人紧靠遥控的活动床面站立不动，根据特定的步幅多次摄片后合成图像。受显示器规格的限制，每次取像无法保持四个角的完整。另一种新颖的DR成像方法：1995年北美放射年会上首先报道了硒材料等X线平板探测器(flat panel detector, FPD)的成功研制。经过10多年的发展，多种类型X线探测器10装备的DR已得到广泛应用。FPD可在胸片架上固定不动，操作过程快捷方便，影像对比度好、层次更丰富11。FPD是规则的方形，容易实现在计算机工作站合成长尺寸图像。但是，简单的平移X中心线分次取像，因前后2次的射线投影方向不同，会使剪接线两侧的特征性解剖影像出现部分差异，其程度与物-片的距离成正比。1.3 MRI与CT成像： MRI采用移床技术，分段、重叠扫描椎体各部分后成像，再用对接的方法完成长尺寸图像12；CT扫描也可用采集的图像数据对长尺寸图像进行三维重建。但这些检查的受检者都用卧位姿势，而且术后定期复查时的矫形合金材料CD棒会干扰MRI成像，或造成CT成像的伪影。卧位的成像方法也是一个重要的检查方法，但它们同立位的临床意义有根本的区别，主要观察胸廓径线、椎体旋转角以及脊髓周围间隙等静态变化。未来展望1 近年来，以平板探测器（FPD）为主要取像方式的DR设备已经广泛应用于临床的检查13，也给DR拍摄长尺寸图像研究带来了有利的机会。根据站立位肢体的实际长度，DR能以偏转和平移中心线束相结合的方式采集多幅同一站立体位的图像，然后经图像软件拼接成1幅包括全下肢、骨盆和脊柱的长尺寸X线影像。2 目前，在Philips公司Bucky Diagnost 双平板DR设备上，自动跟踪的胸片架可跟随X线管的照射方向移动，采集仰角、俯角时的摄影图像。因使用偏转焦点的方式连续2次曝光，照射野变为长的扇形光束。由于光源发自同一点，2个锥形光束重叠部分的X线投射方向一致，光线平行（图2）。当FPD沿扇形光束切割线的方向移动时，在分次接收的图像边缘，被照物体的投影可以完全相同，即2幅（3幅也相同）图像的重叠部分一致。3为了获得更长的取像范围，X线管焦点还可以经过上下平行移动中心线后，拍摄肢体的另一部分影像，使人体主要重心环节的结构能成为1幅完整的图像。尽管平移中心线的2次取像过程中，同层面的结构在2张图片中的投影可能不同步，无法形成一条可以剪接的直线。但对称股骨的上端具有相同的放大率，趋于一致的投影并不妨碍图像的剪接，因为人体直立时骨盆的冠状面始终向前，近端股骨也能保持前后距离相等。4 准直性相同是图像拼接的前提。为了保持站立位的稳定，患者必须背靠在FPD前的摄影支架上不动，支架的背侧附1根垂直放置、带有不透光刻度的标尺。标尺作为自动拼接的参照点，也可视为多幅图像的准直线。若取像的过程中身体轻微的晃动改变了力线方向，2幅图像就有不同程度的偏离。此时采用手动对齐脊柱特征性投影拼接，标尺轴线可出现横向移位。轻微的移位并不影响测量结果的准确性，可以忽略14。为了避免患者的不随意活动应加用束带固定身体。5 图像分辨率就是每英寸图像含有的点数或像素量，分辨率决定图像的品质15。在实际应用中，打印的医用胶片具有相同规格的尺寸，此时文件的数据量越大，图像就越清晰。在通用软件如Photoshop拼接的图像需要有多次格式的转换，经压缩的文件数据量损失严重，最终只能以A4纸打印输出16。只有通过DR等数