不同曝光模式下负重位双下肢全长DR图像质量和辐射剂量的研究

王军帅，刘 征，姜娥先，王玉洁，魏华田，李基臣，李业芹

（1.济宁医学院附属日照市中医医院，山东 日照 276800；2.山东省淄博市淄川经济开发区卫生院，山东 淄博 255100；3.山东省济南市章丘区中医医院，山东 济南 250200）

髋关节、膝关节置换术是治疗晚期关节病变的有效方法。在膝关节、髋关节置换手术方案的制订与术后假体置换效果评估时，双下肢全长DR 可为骨科医师提供影像依据［1-3］。然而，在临床工作中，相同的管电压，若曝光模式不同，得到的基于信号的曝光指数（EI_s）和剂量面积乘积（DAP）也存在明显差异，尤其是自动曝光控制（AEC）模式下得到的EI_s 和DAP 数值偏高。本研究通过分析负重位双下肢全长DR，比较不同曝光模式下DR 图像质量和辐射剂量的差异，探讨双下肢全长DR 的最佳摄影方法。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析日照市中医医院自2019 年1 月至2022 年3 月期间105 例行双下肢全长DR 检查的成人患者资料，男28 例，女77 例；年龄48～94 岁，平均（65.43±8.55）岁。105 例均采用固定kV 摄影，其中44 例（A组）采用AEC 模式kV控制技术摄影，28 例（B组）采用AEC 模式kV-mA 控制技术摄影，33 例（C组）采用手动曝光控制（FIXED）模式kV-mAs 控制技术摄影。本研究获得医院伦理委员会批准，但豁免了知情同意。

排除标准：①因身高原因，双下肢全长摄影无法行3 次曝光者；②严重膝关节屈曲、蜷缩畸形导致探测器不能保全者；③双下肢不等长者。

1.2 仪器与方法 采用Philips Digital Diagnost v2.1 DR 系统，配有Pixium 型碘化铯平板X 线探测器，像素尺寸143 μm×143 μm；全长摄影患者托架和铅尺，Al 当量0.9；Eleva Workspot 工作站；球管固有滤过为2.5 mm Al/75 kV（IEC60522/1999）；滤线栅比8:1，焦距F0140 cm，空间分辨率36 lp/cm。下肢全长摄影参数设计：照射野43.18 cm×43.18 cm（17 in×17 in），摄影距离（SID）260 cm，探测器敏感度选择S400，采用大焦点；AEC 与FIXED 模式的参数设计均采用机器预设的标准成人条件，3 次曝光的管电压依次设为85、77、70 kV。

先将探测器垂直放置，球管移至SID 为260 cm处，再将患者托架固定在卡槽内。曝光时球管位置保持不变，但球管角度会自动向头侧/向足侧倾斜-10°～10°，探测器自动移动并锁定球管的中心线，自头侧向足侧依次曝光3 次并采集图像。曝光结束后，在Eleva Workspot 工作站利用自带的拼接软件自动完成图像拼接，并对拼接图像进行微调，直至最佳；最后把图像传至PACS 上进行存储与质量评价。

1.3 图像质量和辐射剂量评价 由1 位副主任医师和2 位主治医师采用双盲法进行图像质量评价，参考《全国第二届放射科QA、QC 学术会议纪要》［4］的图像质量评价标准：①位置正确，即双侧髂前上棘、距骨下缘均显示，髋关节、膝关节及踝关节显示清晰，髌骨处于旋转中立位；②对比度和清晰度高，无运动伪影；③拼接处图像衔接一致，无拼接伪影和错位；④图像内无影响下肢力线测量的异物重叠；⑤铅尺位置合适，图像标记准确。上述条件均满足为甲级片，有1 项不符者为乙级片，有2 项及以上不符者为丙级片；甲、乙级片视为达到临床要求，丙级片视为废片，需重照。

记录每位患者3 次曝光的DAP、EI_s，以评价辐射剂量。

1.4 统计学分析 采用SPSS 25.0 软件进行数据分析。计量资料以表示。3组身高、年龄、体质量、体质量指数（body mass index，BMI）、DAP 及EI_s 比较先行方差齐性检验，方差齐时，行ANOVA 检验，组间数据的多重比较行LSD-t 检验；方差不齐时，行Brown-Forsythe 检验，组间数据的多重比较行Tamhane T2检验；数据之间的相关性采用Pearson 相关分析；图像质量组间比较采用Kruskal-Wallis H 检验。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3组一般资料比较 经单因素方差分析，3组患者的身高、年龄、体质量、BMI 差异均无统计学意义（均P＞0.05），具有可比性（表1）。

表1 不同曝光模式下3组一般资料比较（）

表1 不同曝光模式下3组一般资料比较（）

注：A组，采用自动曝光控制模式kV 控制技术摄影；B组，采用自动曝光控制模式kV-mA 控制技术摄影；C组，采用手动曝光控制模式kV-mAs 控制技术摄影；BMI，体质量指数。

2.2 3组辐射剂量比较 EI_s 和DAP 各数值A组最高，B组次之，C组最低，3组间的EI_s 和DAP 数值比较，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。经Pearson 相关分析，3组的DAP 均与BMI 呈显著正相关（r=0.904，0.864，0.767；均P ＜0.05）；A、B组的EI_s 均与BMI 呈显著正相关（r=0.841，0.841；均P＜0.05），C组的EI_s 与BMI 呈显著负相关（r=-0.943，P＜0.05）（表2，图1～6）。

图1～6 自动曝光控制（AEC）kV 控制（A组）、AEC kV-mA 控制（B组）、手动曝光控制（FIXED）kV-mAs 控制（C组）3组患者的体质量指数（BMI）分别与曝光指数（EI_s）、剂量面积乘积（DAP）的散点图 注：3组的DAP 均与BMI 呈显著正相关（r 值分别为0.904、0.864、0.767），A、B组的EI_s 均与BMI 呈显著正相关（r 值分别为0.841、0.841），C组的EI_s 与BMI 呈显著负相关（r=-0.943）

表2 不同曝光模式下3组EI_s、DAP 比较（）

表2 不同曝光模式下3组EI_s、DAP 比较（）

注：A组，采用自动曝光控制模式kV 控制技术摄影；B组，采用自动曝光控制模式kV-mA 控制技术摄影；C组，采用手动曝光控制模式kV-mAs 控制技术摄影；EI_s，基于信号的曝光指数；DAP，剂量面积乘积。_pevis，第1 次曝光数值；_knee，第2 次曝光数值；_ankel，第三次曝光数值。与AEC 模式kV 控制组相比，aP＜0.05；与AEC 模式kV-mA 控制组相比，bP＜0.05。

2.3 3组图像质量比较 A组甲乙级片率为93.18%（41/44），B组为96.43%（27/28），C组为93.94%（31/33），3组图像质量比较，差异无统计学意义（P＞0.05）（表3，图7～9）。

图7～9 自动曝光控制（AEC）模式和手动曝光控制（FIXED）模式，负重位双下肢全长图像的质量评价 注：图7 为A组（AEC 模式kV 控制技术），男，58 岁，身高162 cm，体质量71 kg，体质量指数（BMI）27.05 kg/m2；图8 为B组（AEC 模式kV-mA 控制技术），女，60 岁，身高168 cm，体质量75 kg，BMI 26.60 kg/m2；图9 为C组（FIXED 模式kV-mAs 控制技术），女，63 岁，身高160 cm，体质量85 kg，BMI 33.20 kg/m2。图像均被评为甲级片，均能达到临床应用要求

表3 不同曝光模式下3组图像质量比较 幅（%）

3 讨论

随着髋、膝关节置换手术和下肢矫形技术的广泛开展，负重位双下肢全长摄影的临床指导作用日益凸显。如何在保证拼接图像质量的前提下显著降低患者辐射剂量，成为诸多影像科医师关注的课题。

DR 图像拼接技术主要是将多次分段摄影的图像利用机器自带软件自动无缝拼接成一幅完整图像的成像技术。其操作简单、检查费用低、图像清晰、密度分布均匀、测量下肢力线准确、方便在PACS 上进行数据存储与传输，具有传统CR 专用X 线机、Photoshop 拼接软件、CT/MRI 三维后处理技术等无法比拟的优点［3，5］。目前，下肢全长图像的拼接方法，以X 线球管是否同步移动为准，分为以下2 种：①步进式法，即X 线球管分段移动法，在分段曝光过程中，球管和探测器同步向上、向下移动。这种方法SID 相对较短，适用于4～6 次的分段摄影自动拼接。②球管位置固定式图像采集，即X 线球管固定法，在分段曝光过程中，球管固定于患者双侧髌骨上缘连线位置，伴随着探测器的移动，球管自动向上下倾斜角度，完成图像采集并拼接。该方法SID 较长，适用于2～3 次的分段摄影自动拼接。本研究采用后一种图像采集方式，采用Philips Digital Diagnost v2.1 DR系统，3组图像均拼接成功，3组图像的客观评价差异无统计学意义（Z=-0.276，P=0.871），说明虽然摄影模式不同，但获得的下肢全长图像均能达到诊断目的，为临床医师手术计划的制订、术中截骨方式的选择，以及术后假体效果评估提供参考依据。

负重位双下肢全长DR 检查的摄影方式分为AEC 和FIXED 模式。由于AEC 模式采用自动曝光定时器控制曝光时间，负重位双下肢全长DR 摄影大多采用AEC 模式［6-8］。AEC 模式有2 种控制技术摄影［9］：①kV 单因子控制技术，曝光时，电离室电流瞬间达到球管最大值，在很短曝光时间内，达到阈值自动终止曝光；②kV-mA 双因子控制技术，曝光时，电离室内的电流保持在预设数值，使得自动终止曝光时间变长。而FIXED 模式由于无自动曝光定时功能，下肢全长的图像质量和辐射剂量在很大程度上取决于条件的选择。文献显示，采用FIXED 模式行负重位双下肢全长摄影，选择基于AEC 摄影获得的最佳条件，并灵活优化参数，可获得满意的图像，尤其适用于髋关节、膝关节假体术后复查的患者，既能使辐射剂量达到最优化，又能让图像质量达到最佳化［10-11］。基于此，本研究将FIXED 模式与AEC 模式预设成相同的kV 值，mAs 采用机器预设的标准成人数值，通过研究发现，A组的EI_s 和DAP 数值 最高，B组次之，C组最低，3组间的EI_s 和DAP数值比较，差异均有统计学意义（均P＜0.05）；其中A组的EI_s 比B组高1.3～1.7 倍，A组的DAP 比B组高约1.8 倍，B组的EI_s 比C组高约2 倍，B组的DAP 比C组高约2.3 倍。这与刘启桐等［11］的研究相符。

综上所述，利用球管固定法行负重位双下肢全长DR 摄影时，按辐射防护最优化的原则，采用FIXED 模式大焦点进行摄影，所得图像质量不受影响，且患者接受的辐射剂量也较低。