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普放领域六大发展趋势成型,民族品牌安健科技扛起技术大旗

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X线摄影技术作为目前全球最为广泛应用的医疗影像检查手段,覆盖了数十亿人口的健康与疾病筛查。自从德国人伦琴发现X线以来,X线作为一种技术手段便广泛应用于医疗健康领域。

在X线的诸多技术和设备当中,普放X线摄影检查,包括一般X光摄影检查、钼靶检查、胃肠造影X线检查等X线检查技术,已经成为了当前全球使用最广泛的检查手段。X线摄影检查凭借着其便利性、低成本、低剂量和高效率,不仅在胸部疾病筛查、肺部筛查、骨关节疾病筛查上有着独特的临床应用价值,其在乳腺疾病上的检查更是有着其他影像设备不可比拟的临床优势。

X线摄影检查在中国经历了高速发展,从早期的模拟成像阶段、间接数字化X线成像阶段、直接数字化X线成像阶段到动态多功能成像阶段,普通X线摄影技术发展迅速。

那么,从目前的技术展望,数字化X线摄影会将继续朝着哪些方向发展呢?本文通过梳理目前全球数字化X线产业链的技术探索路径,总结普通X线技术正在迅猛发展的6大趋势。

趋势1:动态化

在2019年的RSNA北美放射学年会上,动态数字化X线摄影技术荣获了当年的美国放射医师协会最佳创新奖。

一般而言,数字化X线摄影相较于CT具备剂量低、检查时间短、依从性高、图像清晰度高、价格低等特点和优势。但是对于一般数字化X线摄影而言,获得的都是二维平面影像,同时受到被照物的影响,诸如呼吸以及受检者的运动等因素,影像质量难以控制。动态DR相较于常规数字化X线摄影,能极大的提升X线影像质量控制效果,同时对于诸多部位的摄片诊断能提供运动功能的视角和评估参考,能进一步提升筛查与诊断的精准性。

动态DR作为X线摄影技术,在临床中具备广泛的应用价值与优势。举例来说,动态DR在胸部影像诊断中具有可视化功能,可在任意转动体位时,结合呼吸运动,排除胸部骨骼、心影和肺门大血管重叠或遮盖。多角度地动态观察胸廓、肋骨、纵膈、心影、膈肌,以及胸腔病变、肺部病变、纵膈病变在呼吸运动状态下的变化,在各种管路位置的提示及治疗效果评估上也能满足临床需要。

目前动态数字化X线摄影技术趋势已经成为行业普遍共识,可以预见的是,随着动态数字化X线摄影技术的进一步发展,动态数字化X线摄影有望全面取代常规静态摄影,从根本上改变普通数字化X线摄影漏诊与误诊的临床弊端,极大提升DR初筛的准确性。

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(图1)

趋势2:三维化

数字化X线摄影技术的第二个趋势:三维化。

西门子医疗在2020年发布全新Multitom Rax高端悬吊3D数字化X线设备,中文简称为“立”,该产品通过双悬吊球管机械臂与探测器机械臂的联合环绕运动,实现对骨关节的三维扫描,并重建出三维数字化影像,尤其是对需要在负重位下进行三维检查的部位,包括膝关节、踝关节等部位。

除了西门子之外,国产数字化X线头部厂商安健科技也在数字化三维化技术上创新路径,通过360度自动旋转扫描装置实现对骨关节的三维扫描。

透过西门子与安健科技的3D数字化X线的临床研究可以看到,三维数字化X线扫描可以实现在负重位下的三维影像信息,解决CT、核磁等无法解决的站立位下的三维影像信息缺失,对于临床骨科的诊断,具有极高的临床应用价值,得到了国内诸多专家的认可。

随着该技术的突破,未来普通数字化X线摄影检查有望和三维技术进一步深入结合,通过普通的DR即可进行诸多部位的二维筛查与三维检查,从根本上改变数字化X线摄影检查漏诊率高的弊端。同时,数字化X线检查的高效率、低成本也会进一步推动三维数字化X线技术的快速发展。

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(图2左边为西门子三维扫描悬吊系统;右边为安健科技三维扫描悬吊系统)

趋势3:临床功能化

普通数字化X线摄影第三个趋势:临床功能化。

很长一段时间以来,医学对于身体组织器官的运功功能状态评估始终都有着强烈的需求,普通数字化X线摄影包括CT断层摄影都无法直观地呈现运功功能成像,诸如胸部运动功能成像、颈椎运功功能成像以及四肢运功功能成像,透过运功功能成像的评估,医疗影像的评估将会全面迈入精准评估的阶段,通过量化的数据和更为直观地运动功能影像信息,对疾病的诊疗前后进行精准地评估。

目前,基于动态数字化X线摄影技术,已经在胸部运功功能成像,诸如COPD、哮喘、颈椎病等相关疾病的应用中发挥出独特的临床诊断价值。以COPD为例,通过对COPD患者的呼吸肺野面积的变化与正常呼吸肺野面积气体变化率的数据比较,可以比较精准地评估COPD患者的肺部运功功能状态。

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(图3)

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(图4 COPD患者的肺部运功功能状态评估)

此外,运动功能评估还可以对广泛胸膜粘连、心包积液、慢支肺气肿、膈麻痹等造成呼吸运动功能不足、临床症状偏重而影像肺部表现较轻的病情信息进行精准评估,及时发现有这种临床表现可能时,摄影时的吸气像和呼气像的比较或者动态透视观察能够提供相应的信息。

趋势4:能谱化

普通数字化X线摄影的第四个趋势:能谱化。

由于能谱X线能将任何物质的X线吸收系数转化为任意两种基物质的吸收系数,并达到与该物质相同的 X线衰减效应,因此可将一种物质的衰减转化为产生同样衰减的两种物质的密度,并根据已知能量水平的某基物质吸收系数就可评价出该基物质的密度及空间分布,从而实现物质组成成分的初步分析及物质分离,并产生物质分离图像。

能谱化技术可以实现低剂量扫描的同时,获得高质量的图像效果。此外,通过能谱技术可以实现能谱曲线信息、物质分离图像、有效原子序数图等信息,为相关病灶成分的分析提供更加直观、准确的方法。可以说,数字化X线能谱化的发展,将会让数字化X线摄影技术迎来一次革命性的发展,而目前这种技术在实验室阶段已经取得了令人欣喜的成绩。

趋势5:超低剂量化

普通数字化X线摄影的第五个趋势:超低剂量化。

数字化X线摄影技术长期以来,一直在最优图像与最优剂量之间追求最优化,同时围绕合适剂量与最优图像之间展开了广泛的讨论。对于普通数字化X线摄影技术来说,超低剂量化一直是全球努力的方向,包括全球多个医学影像研究团队,都在致力于实现超低剂量的数字化X线成像。

目前可以看到的是,随着探测器探测效率的进一步提升,摄片流程的优化,后期图像处理算法的不断优化,数字化X线影像目前正在逐渐降低。

此外,随着探测器技术的进一步发展,低剂量化X线摄影有望迎来更大的突破。据了解,国产X线机头部厂商安健科技研发团队在国际知名一区Top刊物Nano Energy与Nanotechnology联合署名发表两篇重要研究成果,研究成果证明:硅基异质结钙钛矿量子点纳米晶阵列将X射线光子信号直接转换为电流信号,有效避免了将X射线光子转换为可见光,再将可见光转换为电子空穴对的过程,提高了量子探测效率。由于钙钛矿材料中含有Pb和Br原子具有高的原子序数,由此可实现毫米级的钙钛矿阵列厚度,保证具备强大的X射线吸收能力。

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图5 基于钙钛矿探材料的探测器最新研究成果)

此外,包括中国科学院深圳先进研究院、东南大学、中国科学技术大学、吉林大学等几个团队也在钙钛矿材料研究上取得了诸多重要研究成果,为钙钛矿的技术应用奠定了有利基础。相信随着相关技术的突破,数字化X线摄影的低剂量化应用将会被广泛的普及应用。

趋势6:超便携化

普通数字化X线摄影的第六个趋势:超便携化。

数字化X线摄影技术的超便携化发展趋势发展迅速,近几年移动DR的高速发展应用让便携化X线设备广泛的进入临床,不同于固定数字化X线机的笨重和庞大,便携化X线设备可以超越空间局限,灵活地应用于临床各个科室,检查流程更加高效简单,可以针对不便移动的病人进行随时随地的数字化X线摄影。

在新冠疫情期间,移动数字化X线设备,成为新冠肺炎患者每日影像随访检查的主要设备,在支援全球抗疫中发挥着重要力量。此外,小型便携X光机也在快速发展,随着各种应急能力建设的加快,包括各种自然灾害下的急救与急诊需求,小型轻便化X光机设备在全球得到了快速发展,在应对应急灾害的时候发挥着重要价值。

综上所述,可以看到,普通数字化X光机在历经百年发展历程之后,依旧有着广阔的发展空间和技术动力。由于普通数字化X光机所具有的独特优势,让其在临床应用中始终具有不可替代的独特价值,而伴随着动态化发展、功能化发展、三维化发展,普通数字化X光机在临床上的诊疗实践价值将会被进一步重新定义。可以预想的是,伴随精准医疗时代的到来,普通数字化X光机必将在精准医疗中开启一个全新的医疗诊断实践,让普放不普通,让普放与其他多种影像技术一起,更好地为人类的健康保驾护航。

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