第五节　X线特殊检查及应用

一、X线图像拼接摄影技术

脊柱侧弯是一种好发于青少年的常见骨骼畸形，其常规最简单有效的检查方法是摄取全脊柱X线正、侧位片；髋、膝关节置换作为应用成熟的人工关节置换手术，双下肢全长正位片是其术前、术后重要的影像学资料。通过全景X线摄影获取完整的解剖结构影像、正确的解剖径线测量和角度测量，已成为放射科日常投照工作的重要内容。X线图像拼接摄影（auto image paste）技术可使影像科技师及临床医师获得高质量的全景X线图像，数字X线图像拼接摄影技术能真实客观地显示全脊柱或四肢长骨的完整图像，操作方便可靠，为骨关节疾病的诊断、手术计划的制订和评估提供准确的影像信息。

（一）数字X线图像拼接摄影技术的基本原理

为了帮助临床医师重构出人体长骨的全景图像，Yaniv等人于2004年提出X线图像拼接技术理论。X线图像拼接摄影技术的基本原理为通过多幅解剖连续图像进行局部重叠区域的图像配准。图像配准技术分为基于面积法和基于特征法。基于特征法的图像配准一般包括特征检测、特征匹配、空间坐标转换和图像混合4个步骤。特征检测是通过自动或手动方式将图像中的突出特征像素（如轮廓线、交叉点、线条、角度等）检测出来。特征匹配是计算两幅图像中检测所得的特征点的相似性，并找出相对应的候选匹配点。空间坐标转换是根据找到的对应匹配点坐标来估计空间变换模型中的未知参量，将目标图像坐标投射到参考图像坐标中。图像混合是将两幅局部重叠的图像进行像素混合，使重叠区两端的像素取值缓慢过渡。通过上述步骤进行图像拼接，即便是存在亮度和对比度不一致的情况，也能够较准确地拼接，得到脊柱或下肢的全景图。普通X线摄影由于胶片尺寸的限制，进行拼接时需要多次分段曝光，无法准确进行临床测量；CR技术应用IP配合IP专用支架进行长距离摄影，通过图像后处理工作站的全景拼接软件生成脊柱或双下肢全长图像，图像密度均匀性、拼接质量及临床测量能够达到医疗需要，但CR图像的空间分辨力和信噪比不及DR图像；使用MRI进行全脊柱拼接成像，能够获得密度均匀性好且拼接准确的理想全脊柱影像，但MRI检查受扫描孔径的限制，被检者不能进行直立位等负重体位检查，而且MRI检查费用昂贵，金属植入物为检查禁忌证，不适合矫形被检者多次复查。

随着近年来DR平板探测器技术和计算机后处理技术迅猛发展，DR全景拼接在图像拼接技术方面有很大提高。DR拼接技术的采集方式有两种：一种为平行采集，X线球管垂直上下移动的同时，DR平板探测器跟随X线球管实现同步移动；一种为转角采集，X线球管相对静止在一个感兴趣区中心体位，当DR平板探测器在上下做垂直运动的同时，X线球管向被检者足侧或头侧转动角度。这两种方式只要有合适的图像拼接软件进行后处理，都可以满足临床诊断和治疗的需要。

（二）DR数字X线图像拼接摄影系统的组成及操作过程

DR数字X线图像拼接技术实质为DR平板探测器技术的高级应用，DR数字X线图像拼接摄影系统的组成即为DR的系统组成。根据临床需要和被检者个体情况，DR数字X线图像拼接摄影可在被检者立位或仰卧位进行，以Discovery XR650数字化X线摄影系统立位拼接为例介绍DR数字X线图像拼接摄影系统的组成及操作过程。

Discovery XR650数字X线摄影系统以转角采集的方式进行数字X线图像拼接，其拼接过程需定义顶部和底部覆盖区域，确定覆盖区域后，系统将计算创建拼接图像所需的图像数量。在采集过程中，X线球管和平板探测器自动移动至合适体位以采集曝光数据。曝光将始终从覆盖区域的顶部（头侧）开始，然后向下（足侧）移动。Discovery XR650数字X线摄影系统立位拼接摄影时的总体配置见图1-127，其立位及仰卧位的采集图示见图1-128、图1-129。

1.首先将被检者安全置于定位器（图1-130）上，在适当的体位锁定定位器，定位器锁定在壁架前面的平板探测器处。锁定定位器可以确保其与接收器之间的合适距离，并且在采集过程中不会移动以及保证被检者不会滑落。

2.从Worklist（工作清单）中选择被检者（或添加被检者）。

3.从Select Protocols（选择协议）界面选择Auto Image Paste（自动图像拼接）程序。

4.选择检查部位（全脊柱或上、下肢）。

5.使用被检者定位器内置的标尺确定COI（检查中心）值，在准直器的控制屏幕上通过按下［+］和［−］按钮输入COI值（图1-131），常规为8～12cm。

6.定义覆盖区顶部（图1-132）。指示被检者闭眼后打开准直器灯，保护被检者眼睛免受准直器激光指示灯伤害。将X线球管向头部旋转一定角度，激光指示灯对准将要进行检查的解剖区域顶部，并按下准直器控制屏幕上的［HEAD］（头部）按钮。

7.定义覆盖区底部（图1-133）。将X线球管向足侧旋转一定角度，将激光灯对准进行检查的解剖区域底部，按下准直器控制屏幕上的［FOOT］（脚部）按钮。

8.按住曝光按钮直至完成所有曝光，曝光结束后系统将自动拼接原始图像，如对自动拼接图像不满意，可以使用手动方式对原始图像进行图像配准拼接。

9.对拼接满意的全景图像进行胶片打印。

（三）DR全景图像拼接技术的特点

1.在DR设备上实现全景图像拼接技术简便易行，如果DR系统没有自带全景图像拼接功能，可以在后处理工作站中使用第三方图像拼接软件对原始图像进行拼接。

2.与CR系统和传统屏-片系统相比，DR系统拥有最高的量子检测效率（detective quantum efficiency，DQE）和最大的曝光条件宽容度，受益于其强大的图像后处理技术如灰阶处理、边缘增强、组织均衡以及对明暗和对比度的可调节性，DR全景图像拼接技术可以较小的X线曝光剂量获得高质量的全景拼接影像。

3.DR全景图像拼接技术检查操作简便快捷，拼接成功率高，医疗费用低廉，其拼接的影像准确、清晰、密度均匀、拼接处过渡自然，可高质量满足临床需要。

（四）DR全景图像拼接技术的主要临床应用

1.脊柱全长拼接成像

（1）脊柱侧凸等脊柱畸形被检者。脊柱侧凸畸形在我国青少年中发病率、致残率较高，如没有早期积极治疗会发展成严重畸形，影响心肺功能。全景X线检查是脊柱侧凸畸形的常规影像学检查方法，还可以实现多个功能位检查。DR全脊柱拼接成像技术可以清晰显示全脊柱的整体视图、脊柱侧凸的部位和程度、椎体发育异常的程度、胸廓畸形的程度，可进行脊柱侧凸弯角的准确测量，已成为脊柱畸形被检者的首要影像学检查方法（图1-134）。

（2）老年脊柱退行性变和/或老年骨质疏松症被检者。随着我国老年人口的增长，老年脊柱退行性变被检者逐年增多，脊柱广泛发生骨赘、终板硬化、棘突增生、椎小关节增生等改变；老年骨质疏松症被检者常因骨质疏松引起胸椎或腰椎压缩性骨折，椎体塌陷，合并退行性改变造成脊柱后凸和/或侧凸畸形及脊柱不稳，需要进行脊柱全长正侧位X线摄影以明确患椎数目、椎体压缩程度及退变情况等（图1-135）。

2.上肢、下肢全长拼接成像

人工膝关节、髋关节置换术在术前要观察股骨角、胫骨角和膝外翻角等解剖角度，测量股骨头中心到踝关节中心的下肢力线，并观察双膝关节和踝关节关节面是否平行，这些都需要完整的负重位全下肢图像作为测量依据。DR双下肢全长拼接（图1-136）可使用专用大尺寸胶片打印，图像与被检者下肢实现1：1的比例，影像真实可靠；检查价格低廉、投照方便快捷，被检者体位摆放简单易行，可视被检者身体耐受情况行主动负重（立位）或被动负重检查，DR双下肢全长拼接已成为下肢关节置换及骨肿瘤假体置换术前的常规影像学检查项目。同样，双上肢全长拼接为小儿骨科肘内、外翻畸形等上肢矫形手术提供了高质量的影像学资料（图1-137）。

二、X线图像融合摄影技术

对于骨关节、呼吸等系统来说，DR平片是确诊解剖形态异常重要而简便的检查方法，但由于DR显示的是结构复合图像，相关病变常因组织重叠而显示不清，X线片只适用于观察解剖形态及晚期骨关节病，对早期继发骨质改变显示不佳。CT图像无前后组织重叠，密度分辨力高于DR平片，显示骨质改变更为精细，多平面重组技术可多方位显示观察区的解剖异常并进行角度、径线等测量，但辐射剂量较高，使用受到限制。MRI、MRA可任意角度扫描成像以观察兴趣区的解剖形态异常，又可直接显示软骨、盂唇等软组织，组织分辨率最高，但检查费用高并有若干检查禁忌证，限制了其临床应用。X线图像融合摄影技术即数字合成X线体层成像能够克服组织重叠，获得较高质量的断层图像，应用于骨关节、呼吸、泌尿等系统成像可以较X线片更好地观察解剖复杂部位和深在部位的组织结构。与CT、MRI相比，数字合成X线体层成像观察骨质病变的空间体位更加直观，空间指向性高，X线辐射剂量小，医疗成本低，无检查禁忌证，其检查空间开阔，不受检查孔径限制。数字合成X线体层成像可作为常规DR检查首选的延伸和补充手段，观察病变的断层影像。

数字合成X线体层成像实质上是DR应用的高级拓展，是数字平板探测器与传统断层技术的结合，其核心结构为平板探测器，平板探测器起到了传统断层中暗盒的作用。荷兰的Ziedesdes plante’s在20世纪30年代就从理论上证明：可以从一系列离散的多角度投影数据重建出任意层面的图像。但受实现条件所限，直到1969年才由Garrison等人使用比较原始的设备开始实践他的理论。随后研究人员使用不同方法和仪器来重建图像，如：幻灯法、影像增强器法、编码孔法等，取得了一些成果。1972年Grant创造了“tomosynthesis”一词，意为可以回顾性重建任意体位的层面图像。由于CT的发明，数字合成X线体层成像系统的研究曾一度中断。但最近十几年随着计算机处理能力的提高以及数字平板探测器的研制成功，又重新激发了研究人员对数字合成体层成像的兴趣。研究者使用高性能电子计算机，仅使用一组有限角度内的离散投影数据，进行后处理即可重建出物体任意深度的层面图像。

（一）传统X线体层摄影基本原理

传统X线体层摄影通过摄取与人体纵轴相平行的某一层面组织结构来获得断层影像。摄影时，X线球管与胶片进行同步反向运动（运动轨迹可以是直线、圆、椭圆或内圆摆线等），使支点层面上下结构的投影因不能与胶片运动同步而弥散成模糊影像，以达到去除上下组织结构与兴趣结构重叠的目的。运动支点的高度决定了指定层的体位，一次成像运动只能获得一个层面的影像，因此患者检查时间较长。传统X线体层摄影的最大缺点是受层外结构模糊影像干扰，影响指定层结构显示。20世纪90年代CT广泛应用于临床后，由于其卓越的层面成像能力，传统X线体层摄影的临床作用逐渐被取代。

（二）数字合成X线体层成像系统的组成及成像原理

数字合成X线体层成像系统设备按球管与平板探测器的相对体位可分为两类：以通用医疗（GE）为代表的固定式数字化X线摄影系统和以岛津及西门子为代表的基于数字胃肠机的合成X线体层成像系统。前者的X线球管在某一受限角度范围内移动，而平板探测器保持固定，进行一系列的低剂量曝光后系统可重建一系列与探测器平行的层面，这些层面显示了不同深度的解剖结构，并删除了重叠及重合结构，显示不同层面的解剖结构。后者X线球管和平板探测器做类似传统体层摄影的直线相对运动，球管持续脉冲曝光，平板探测器连续接收原始数据，通过计算机后处理重建出感兴趣区内任意层面的二维图像。

数字合成X线体层成像系统主要由主机、X线发生装置、X线机辅助装置、后处理工作站、胶片打印机组成。采集原始数据后，主要以位移叠加算法、二维滤波反投影算法、迭代算法进行后处理重建，见图1-138、图1-139。

（三）数字合成X线体层成像的特点

1.设备简单

作为DR的高级应用易与常规DR融合。

2.纵断面层成像

其成像平面平行于平板探测器，被检者仰卧位投照时为冠状面成像，侧卧位投照时为矢状面成像，空间分辨力较CT、MRI的横断面图像高，空间指向感强，可更直观地显示被检组织器官的空间体位关系。

3.容积成像

通过连续重建的层面图像观察感兴趣区内的三维信息。

4.回顾性重建

当X线球管通过弧形路线运行时，系统进行多个低剂量曝光，后处理可以重建扫描范围内任意层面的组织结构。

5.特殊功能位检查

数字合成X线体层成像的检查床空间开阔，可以设计多种特殊功能体位进行检查，而CT、MRI则受到检查孔径的限制。

6.检查剂量

远较CT为低，辐射危害小，图像空间分辨力高，无金属伪影。

（四）数字合成X线体层成像的临床应用

1.胸部成像

受重叠解剖结构的影响，胸部平片在诊断结节疾病、气道疾病以及观察纵隔结构时有困难，临床曾使用传统体层摄影产生层面图像来避开重叠组织以显示小的病变。但由于兴趣层面的精确定位困难以及高分辨率CT广泛应用，逐渐淘汰了这项检查。然而CT带来高清晰胸部图像的同时也带来了相当高的辐射剂量和费用。数字合成体层成像以比CT小得多的辐射剂量和医疗成本，产生较高质量的断层图像，亦有放射医师认为，胸部冠状面的数字合成体层影像比CT更容易与胸部平片作比较。

2.骨关节成像

数字合成体层影像克服了组织重叠对图像的影响，实现了亚毫米取层，使得微小骨折也不易漏诊，能够清楚显示结构复杂部位及关节内的隐蔽骨折；关节炎易引起关节间隙的变化、骨质增生或破坏，放射学上常规采用二维投影即平片检查，缺乏三维信息。数字合成体层成像很适合做关节评价。

3.乳腺成像

乳腺X线摄影是早期检出乳腺癌最有效手段。但在X线片上，由于腺体组织的重叠会影响到病变的检出与诊断。数字乳腺断层摄影是一项新的数字乳腺摄影方法，它是由一系列从不同角度拍摄所获得的低剂量X线图像经重建后合成的断层图像。这项技术在获得的三维图像基础上，克服了传统乳腺摄影需要压迫乳腺所带来的不适，以及重叠组织所隐藏的癌灶。数字乳腺断层摄影可以降低复检率，增加活检患者的选择性，提高癌灶的检出率，有效降低由于组织重叠而造成的误诊，减少被检者因“假阳性”病变所带来的不必要焦虑。

4.泌尿系成像

腹部平片（KUB）和静脉尿路造影（IVU）是泌尿系统常用的检查方法，普通X线数字摄片由于腹腔内脏器及其内容物、脊柱、骨盆等重叠干扰，有时候对泌尿系统解剖结构和病变显示不是很清楚，达不到诊断目的。而数字合成体层X线影像可以消除腹部重叠伪影的干扰，能有效地观察肾脏排泄功能及输尿管、膀胱蠕动情况。寻找最佳时机和最佳体位摄片，清楚显示病变及解剖结构，并减少了摄片数量，提高了造影速度，能避开肠中气体及肠内容物重叠的影响，对肠道准备不满意及疑诊肾实质病变被检者尤为有效，还可对病灶大小、范围进行测量。

5.其他应用

人工耳蜗植入术后影像评估、血管造影、肠道气钡对比造影等多个应用。

（五）数字合成X线体层成像操作技术（以Discovery™ XR650系统的VolumeRAD为例）

1.数字合成X线体层成像参数

●　patient size（被检者体型）

●　receptor（接收器）

●　Cu filter（Cu过滤器）

●　focal spot（焦点）

●　patient side（被检者体侧）

●　patient position（被检者定位）

见图1-140。

2.数字合成X线体层成像操作步骤

VolumeRAD采集包括两个主要部分：①跟踪，用于确定曝光设置和被检者定位的标准DR摄影；②扫描，跟踪完成后，X线球管通过弧形路线运行，系统进行多个低剂量曝光，采集原始图像。

（1）输入被检者信息：根据检查申请单在登记程序的“工作列表”屏幕中，单击［ADD PATIENT］（添加被检者）输入被检者信息，确保输入正确的被检者名称、ID号、出生日期和性别信息，单击［SAVE］（保存）或［START EXAM］（开始检查），或者直接使用通过HIS/RIS生成的被检者信息。

（2）体位摆放：因数字合成X线体层摄影实质为DR摄影的高级应用，被检者体位摆放方法同常规DR摄影，对被检者进行标准体位摆放，即进行胸部数字合成X线体层摄影时，摆放胸部前后位或后前位。

（3）选择适当的数字合成X线体层成像参数：常规操作时，每个部位的成像参数已由生产厂家预设在系统中，直接调用即可，成像参数包括管电流、管电压、曝光时间等。

（4）图像后处理重建：按住曝光按钮不放，直到扫描结束，查看显示器中开始出现原始图像，接着将出现处理后的重建层面。可对一个层面做出任何调整（对比度、亮度、旋转等）。

（5）打印胶片。