不同曝光模式下負(fù)重位雙下肢全長DR圖像質(zhì)量和輻射劑量的研究

王軍帥，劉 征，姜娥先，王玉潔，魏華田，李基臣，李業(yè)芹

（1.濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬日照市中醫(yī)醫(yī)院，山東 日照 276800；2.山東省淄博市淄川經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)衛(wèi)生院，山東 淄博 255100；3.山東省濟(jì)南市章丘區(qū)中醫(yī)醫(yī)院，山東 濟(jì)南 250200）

髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療晚期關(guān)節(jié)病變的有效方法。在膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)方案的制訂與術(shù)后假體置換效果評估時，雙下肢全長DR 可為骨科醫(yī)師提供影像依據(jù)［1-3］。然而，在臨床工作中，相同的管電壓，若曝光模式不同，得到的基于信號的曝光指數(shù)（EI_s）和劑量面積乘積（DAP）也存在明顯差異，尤其是自動曝光控制（AEC）模式下得到的EI_s 和DAP 數(shù)值偏高。本研究通過分析負(fù)重位雙下肢全長DR，比較不同曝光模式下DR 圖像質(zhì)量和輻射劑量的差異，探討雙下肢全長DR 的最佳攝影方法。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析日照市中醫(yī)醫(yī)院自2019 年1 月至2022 年3 月期間105 例行雙下肢全長DR 檢查的成人患者資料，男28 例，女77 例；年齡48～94 歲，平均（65.43±8.55）歲。105 例均采用固定kV 攝影，其中44 例（A組）采用AEC 模式kV控制技術(shù)攝影，28 例（B組）采用AEC 模式kV-mA 控制技術(shù)攝影，33 例（C組）采用手動曝光控制（FIXED）模式kV-mAs 控制技術(shù)攝影。本研究獲得醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，但豁免了知情同意。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①因身高原因，雙下肢全長攝影無法行3 次曝光者；②嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)屈曲、蜷縮畸形導(dǎo)致探測器不能保全者；③雙下肢不等長者。

1.2 儀器與方法 采用Philips Digital Diagnost v2.1 DR 系統(tǒng)，配有Pixium 型碘化銫平板X 線探測器，像素尺寸143 μm×143 μm；全長攝影患者托架和鉛尺，Al 當(dāng)量0.9；Eleva Workspot 工作站；球管固有濾過為2.5 mm Al/75 kV（IEC60522/1999）；濾線柵比8:1，焦距F0140 cm，空間分辨率36 lp/cm。下肢全長攝影參數(shù)設(shè)計(jì)：照射野43.18 cm×43.18 cm（17 in×17 in），攝影距離（SID）260 cm，探測器敏感度選擇S400，采用大焦點(diǎn)；AEC 與FIXED 模式的參數(shù)設(shè)計(jì)均采用機(jī)器預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)成人條件，3 次曝光的管電壓依次設(shè)為85、77、70 kV。

先將探測器垂直放置，球管移至SID 為260 cm處，再將患者托架固定在卡槽內(nèi)。曝光時球管位置保持不變，但球管角度會自動向頭側(cè)/向足側(cè)傾斜-10°～10°，探測器自動移動并鎖定球管的中心線，自頭側(cè)向足側(cè)依次曝光3 次并采集圖像。曝光結(jié)束后，在Eleva Workspot 工作站利用自帶的拼接軟件自動完成圖像拼接，并對拼接圖像進(jìn)行微調(diào)，直至最佳；最后把圖像傳至PACS 上進(jìn)行存儲與質(zhì)量評價。

1.3 圖像質(zhì)量和輻射劑量評價 由1 位副主任醫(yī)師和2 位主治醫(yī)師采用雙盲法進(jìn)行圖像質(zhì)量評價，參考《全國第二屆放射科QA、QC 學(xué)術(shù)會議紀(jì)要》［4］的圖像質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)：①位置正確，即雙側(cè)髂前上棘、距骨下緣均顯示，髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)顯示清晰，髕骨處于旋轉(zhuǎn)中立位；②對比度和清晰度高，無運(yùn)動偽影；③拼接處圖像銜接一致，無拼接偽影和錯位；④圖像內(nèi)無影響下肢力線測量的異物重疊；⑤鉛尺位置合適，圖像標(biāo)記準(zhǔn)確。上述條件均滿足為甲級片，有1 項(xiàng)不符者為乙級片，有2 項(xiàng)及以上不符者為丙級片；甲、乙級片視為達(dá)到臨床要求，丙級片視為廢片，需重照。

記錄每位患者3 次曝光的DAP、EI_s，以評價輻射劑量。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料以表示。3組身高、年齡、體質(zhì)量、體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）、DAP 及EI_s 比較先行方差齊性檢驗(yàn)，方差齊時，行ANOVA 檢驗(yàn)，組間數(shù)據(jù)的多重比較行LSD-t 檢驗(yàn)；方差不齊時，行Brown-Forsythe 檢驗(yàn)，組間數(shù)據(jù)的多重比較行Tamhane T2檢驗(yàn)；數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性采用Pearson 相關(guān)分析；圖像質(zhì)量組間比較采用Kruskal-Wallis H 檢驗(yàn)。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 3組一般資料比較 經(jīng)單因素方差分析，3組患者的身高、年齡、體質(zhì)量、BMI 差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），具有可比性（表1）。

表1 不同曝光模式下3組一般資料比較（）

表1 不同曝光模式下3組一般資料比較（）

注：A組，采用自動曝光控制模式kV 控制技術(shù)攝影；B組，采用自動曝光控制模式kV-mA 控制技術(shù)攝影；C組，采用手動曝光控制模式kV-mAs 控制技術(shù)攝影；BMI，體質(zhì)量指數(shù)。

2.2 3組輻射劑量比較 EI_s 和DAP 各數(shù)值A(chǔ)組最高，B組次之，C組最低，3組間的EI_s 和DAP 數(shù)值比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。經(jīng)Pearson 相關(guān)分析，3組的DAP 均與BMI 呈顯著正相關(guān)（r=0.904，0.864，0.767；均P ＜0.05）；A、B組的EI_s 均與BMI 呈顯著正相關(guān)（r=0.841，0.841；均P＜0.05），C組的EI_s 與BMI 呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.943，P＜0.05）（表2，圖1～6）。

圖1～6 自動曝光控制（AEC）kV 控制（A組）、AEC kV-mA 控制（B組）、手動曝光控制（FIXED）kV-mAs 控制（C組）3組患者的體質(zhì)量指數(shù)（BMI）分別與曝光指數(shù)（EI_s）、劑量面積乘積（DAP）的散點(diǎn)圖 注：3組的DAP 均與BMI 呈顯著正相關(guān)（r 值分別為0.904、0.864、0.767），A、B組的EI_s 均與BMI 呈顯著正相關(guān)（r 值分別為0.841、0.841），C組的EI_s 與BMI 呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.943）

表2 不同曝光模式下3組EI_s、DAP 比較（）

表2 不同曝光模式下3組EI_s、DAP 比較（）

注：A組，采用自動曝光控制模式kV 控制技術(shù)攝影；B組，采用自動曝光控制模式kV-mA 控制技術(shù)攝影；C組，采用手動曝光控制模式kV-mAs 控制技術(shù)攝影；EI_s，基于信號的曝光指數(shù)；DAP，劑量面積乘積。_pevis，第1 次曝光數(shù)值；_knee，第2 次曝光數(shù)值；_ankel，第三次曝光數(shù)值。與AEC 模式kV 控制組相比，aP＜0.05；與AEC 模式kV-mA 控制組相比，bP＜0.05。

2.3 3組圖像質(zhì)量比較 A組甲乙級片率為93.18%（41/44），B組為96.43%（27/28），C組為93.94%（31/33），3組圖像質(zhì)量比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表3，圖7～9）。

圖7～9 自動曝光控制（AEC）模式和手動曝光控制（FIXED）模式，負(fù)重位雙下肢全長圖像的質(zhì)量評價 注：圖7 為A組（AEC 模式kV 控制技術(shù)），男，58 歲，身高162 cm，體質(zhì)量71 kg，體質(zhì)量指數(shù)（BMI）27.05 kg/m2；圖8 為B組（AEC 模式kV-mA 控制技術(shù)），女，60 歲，身高168 cm，體質(zhì)量75 kg，BMI 26.60 kg/m2；圖9 為C組（FIXED 模式kV-mAs 控制技術(shù)），女，63 歲，身高160 cm，體質(zhì)量85 kg，BMI 33.20 kg/m2。圖像均被評為甲級片，均能達(dá)到臨床應(yīng)用要求

表3 不同曝光模式下3組圖像質(zhì)量比較 幅（%）

3 討論

隨著髖、膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)和下肢矯形技術(shù)的廣泛開展，負(fù)重位雙下肢全長攝影的臨床指導(dǎo)作用日益凸顯。如何在保證拼接圖像質(zhì)量的前提下顯著降低患者輻射劑量，成為諸多影像科醫(yī)師關(guān)注的課題。

DR 圖像拼接技術(shù)主要是將多次分段攝影的圖像利用機(jī)器自帶軟件自動無縫拼接成一幅完整圖像的成像技術(shù)。其操作簡單、檢查費(fèi)用低、圖像清晰、密度分布均勻、測量下肢力線準(zhǔn)確、方便在PACS 上進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲與傳輸，具有傳統(tǒng)CR 專用X 線機(jī)、Photoshop 拼接軟件、CT/MRI 三維后處理技術(shù)等無法比擬的優(yōu)點(diǎn)［3，5］。目前，下肢全長圖像的拼接方法，以X 線球管是否同步移動為準(zhǔn)，分為以下2 種：①步進(jìn)式法，即X 線球管分段移動法，在分段曝光過程中，球管和探測器同步向上、向下移動。這種方法SID 相對較短，適用于4～6 次的分段攝影自動拼接。②球管位置固定式圖像采集，即X 線球管固定法，在分段曝光過程中，球管固定于患者雙側(cè)髕骨上緣連線位置，伴隨著探測器的移動，球管自動向上下傾斜角度，完成圖像采集并拼接。該方法SID 較長，適用于2～3 次的分段攝影自動拼接。本研究采用后一種圖像采集方式，采用Philips Digital Diagnost v2.1 DR系統(tǒng)，3組圖像均拼接成功，3組圖像的客觀評價差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=-0.276，P=0.871），說明雖然攝影模式不同，但獲得的下肢全長圖像均能達(dá)到診斷目的，為臨床醫(yī)師手術(shù)計(jì)劃的制訂、術(shù)中截骨方式的選擇，以及術(shù)后假體效果評估提供參考依據(jù)。

負(fù)重位雙下肢全長DR 檢查的攝影方式分為AEC 和FIXED 模式。由于AEC 模式采用自動曝光定時器控制曝光時間，負(fù)重位雙下肢全長DR 攝影大多采用AEC 模式［6-8］。AEC 模式有2 種控制技術(shù)攝影［9］：①kV 單因子控制技術(shù)，曝光時，電離室電流瞬間達(dá)到球管最大值，在很短曝光時間內(nèi)，達(dá)到閾值自動終止曝光；②kV-mA 雙因子控制技術(shù)，曝光時，電離室內(nèi)的電流保持在預(yù)設(shè)數(shù)值，使得自動終止曝光時間變長。而FIXED 模式由于無自動曝光定時功能，下肢全長的圖像質(zhì)量和輻射劑量在很大程度上取決于條件的選擇。文獻(xiàn)顯示，采用FIXED 模式行負(fù)重位雙下肢全長攝影，選擇基于AEC 攝影獲得的最佳條件，并靈活優(yōu)化參數(shù)，可獲得滿意的圖像，尤其適用于髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)假體術(shù)后復(fù)查的患者，既能使輻射劑量達(dá)到最優(yōu)化，又能讓圖像質(zhì)量達(dá)到最佳化［10-11］?；诖?，本研究將FIXED 模式與AEC 模式預(yù)設(shè)成相同的kV 值，mAs 采用機(jī)器預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)成人數(shù)值，通過研究發(fā)現(xiàn)，A組的EI_s 和DAP 數(shù)值 最高，B組次之，C組最低，3組間的EI_s 和DAP數(shù)值比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；其中A組的EI_s 比B組高1.3～1.7 倍，A組的DAP 比B組高約1.8 倍，B組的EI_s 比C組高約2 倍，B組的DAP 比C組高約2.3 倍。這與劉啟桐等［11］的研究相符。

綜上所述，利用球管固定法行負(fù)重位雙下肢全長DR 攝影時，按輻射防護(hù)最優(yōu)化的原則，采用FIXED 模式大焦點(diǎn)進(jìn)行攝影，所得圖像質(zhì)量不受影響，且患者接受的輻射劑量也較低。