引言

X線攝影技術(shù)作為目前全球最為廣泛應(yīng)用的醫(yī)療影像檢查手段，覆蓋了數(shù)十億人口的健康與疾病篩查。自從德國(guó)人倫琴發(fā)現(xiàn)X線以來(lái)，X線作為一種技術(shù)手段便廣泛應(yīng)用于醫(yī)療健康領(lǐng)域。在X線的諸多技術(shù)和設(shè)備當(dāng)中，普放X線攝影檢查，包括一般X光攝影檢查、鉬靶檢查和胃腸造影X線檢查等X線檢查技術(shù)，已經(jīng)成為了當(dāng)前全球使用最廣泛的檢查手段。X線攝影檢查憑借著其便利性、低成本、低劑量和高效率，不僅在胸部疾病篩查、肺部篩查、骨關(guān)節(jié)疾病篩查上有著獨(dú)特的臨床應(yīng)用價(jià)值，其在乳腺疾病上的檢查更是有著其他影像設(shè)備不可比擬的臨床優(yōu)勢(shì)。X線攝影檢查在中國(guó)經(jīng)歷了高速的發(fā)展，從早期的模擬成像階段、間接數(shù)字化X線成像階段、直接數(shù)字化X線成像階段到動(dòng)態(tài)多功能成像階段，普通X線攝影技術(shù)發(fā)展迅速。

本文通過梳理目前全球數(shù)字化X線產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)探索路徑，總結(jié)普通X線技術(shù)正在迅猛發(fā)展的6大趨勢(shì)。

1 動(dòng)態(tài)化

在2019年的RSNA北美放射學(xué)年會(huì)上，動(dòng)態(tài)數(shù)字化X線攝影技術(shù)榮獲了美國(guó)放射醫(yī)師協(xié)會(huì)最佳創(chuàng)新獎(jiǎng)。一般而言，數(shù)字化X線攝影相較于CT具備劑量低、檢查時(shí)間短、依從性高、圖像清晰度高和價(jià)格低等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。但是對(duì)于一般數(shù)字化X線攝影而言，獲得的都是二維平面影像，同時(shí)受到被照物的影響，諸如呼吸以及受檢查的運(yùn)動(dòng)等因素，影像質(zhì)量難以控制。動(dòng)態(tài)DR相較于常規(guī)數(shù)字化X線攝影，能極大地提升X線影像質(zhì)量控制效果，同時(shí)對(duì)于諸多部位的攝片診斷能提供運(yùn)動(dòng)功能的視角和評(píng)估參考，能進(jìn)一步提升篩查與診斷的精準(zhǔn)性。動(dòng)態(tài)DR作為X線攝影技術(shù)，在臨床中具備廣泛的應(yīng)用價(jià)值與優(yōu)勢(shì)（圖1）。例如，動(dòng)態(tài)DR在胸部影像診斷中具有可視化功能，可在任意轉(zhuǎn)動(dòng)體位時(shí)，結(jié)合呼吸運(yùn)動(dòng)，排除胸部骨骼、心影和肺門大血管的重疊或遮蓋，多角度地動(dòng)態(tài)觀察胸廓、肋骨、縱膈、心影、膈肌以及胸腔病變、肺部病變、縱膈病變?cè)诤粑\(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的變化，在各種管路位置的提示及治療效果評(píng)估上也能滿足臨床需要。目前動(dòng)態(tài)數(shù)字化X線攝影技術(shù)趨勢(shì)已經(jīng)成為行業(yè)普遍共識(shí)，可以預(yù)見的是，隨著動(dòng)態(tài)數(shù)字化X線攝影技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，動(dòng)態(tài)數(shù)字化X線攝影有望全面取代常規(guī)靜態(tài)攝影，從根本上改變普通數(shù)字化X線攝影漏診與誤診的臨床弊端，極大提升DR初篩的準(zhǔn)確性。

圖1 動(dòng)態(tài)成像技術(shù)

2 三維化

西門子醫(yī)療在2020年發(fā)布全新Multitom Rax高端懸吊3D數(shù)字化X線設(shè)備，中文簡(jiǎn)稱為“立”，該產(chǎn)品通過雙懸吊球管機(jī)械臂與探測(cè)器機(jī)械臂的聯(lián)合環(huán)繞運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)骨關(guān)節(jié)的三維掃描，并重建出三維數(shù)字化影像，尤其是對(duì)需要在負(fù)重位下進(jìn)行三維檢查的部位，包括膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)等部位。除了西門子之外，國(guó)產(chǎn)數(shù)字化X線頭部廠商安健科技也在數(shù)字化三維化技術(shù)上創(chuàng)新路徑，通過360°自動(dòng)旋轉(zhuǎn)掃描裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)骨關(guān)節(jié)的三維掃描（圖2）。透過西門子與安健科技的3D數(shù)字化X線的臨床研究可以看到，三維數(shù)字化X線掃描可以實(shí)現(xiàn)在負(fù)重位下的三維影像信息，解決CT、核磁等無(wú)法解決的站立位下的三維影像信息缺失的問題，對(duì)于臨床骨科的診斷，具有極高的臨床應(yīng)用價(jià)值，得到了國(guó)內(nèi)諸多專家的認(rèn)可。隨著該技術(shù)的突破，未來(lái)普通數(shù)字化X線攝影檢查有望和三維技術(shù)進(jìn)一步深入結(jié)合，通過普通的DR即可進(jìn)行諸多部位的二維篩查與三維檢查，從根本上改變數(shù)字化X線攝影檢查漏診率高的弊端。同時(shí)，數(shù)字化X線檢查的高效率、低成本也會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)三維數(shù)字化X線技術(shù)的快速發(fā)展。

圖2 三維掃描懸吊系統(tǒng)

3 功能化

醫(yī)學(xué)對(duì)于身體組織器官的運(yùn)功功能狀態(tài)評(píng)估始終都有著強(qiáng)烈的需求，普通數(shù)字化X線攝影包括CT斷層攝影都無(wú)法直觀地呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能成像，諸如胸部運(yùn)動(dòng)功能成像、頸椎運(yùn)功功能成像以及四肢運(yùn)動(dòng)功能成像。透過運(yùn)動(dòng)功能成像的評(píng)估，醫(yī)療影像的評(píng)估將會(huì)全面邁入精準(zhǔn)評(píng)估的階段，通過量化的數(shù)據(jù)和更為直觀的運(yùn)動(dòng)功能影像信息，對(duì)疾病的診療前后進(jìn)行精準(zhǔn)地評(píng)估（圖3）。目前，基于動(dòng)態(tài)數(shù)字化X線攝影技術(shù)，已經(jīng)在胸部運(yùn)功功能成像，諸如慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）、哮喘、頸椎病等相關(guān)疾病的應(yīng)用中發(fā)揮出獨(dú)特的臨床診斷價(jià)值。以COPD為例，通過對(duì)COPD患者的呼吸肺野面積的變化與正常呼吸肺野面積氣體變化率的數(shù)據(jù)比較，可以比較精準(zhǔn)地評(píng)估COPD患者的肺部運(yùn)功功能狀態(tài)（圖 4）。

圖3 運(yùn)動(dòng)功能成像

圖4 60歲正常人（a）與79歲COPD患者（b）的肺部運(yùn)動(dòng)功能成像

此外，運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估還可以對(duì)廣泛胸膜粘連、心包積液、慢支肺氣腫、膈麻痹等均能造成呼吸運(yùn)動(dòng)功能的不足且臨床癥狀偏重而影像肺部表現(xiàn)較輕的病情信息進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，攝影時(shí)的吸氣像和呼氣像的比較或者動(dòng)態(tài)透視觀察能夠提供相應(yīng)的信息。

4 能譜化

由于能譜X線能將任何物質(zhì)的X線吸收系數(shù)轉(zhuǎn)化為任意兩種基物質(zhì)的吸收系數(shù)，并達(dá)到與該物質(zhì)相同的X線衰減效應(yīng)，因此可將一種物質(zhì)的衰減轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生同樣衰減的兩種物質(zhì)的密度，并根據(jù)已知能量水平的某基物質(zhì)吸收系數(shù)就可評(píng)價(jià)出該基物質(zhì)的密度及空間分布，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)組成成分的初步分析及物質(zhì)分離，并產(chǎn)生物質(zhì)分離圖像。能譜化技術(shù)可以在實(shí)現(xiàn)低劑量掃描的同時(shí)，獲得高質(zhì)量的圖像效果。此外，通過能譜技術(shù)可以展現(xiàn)能譜曲線信息、物質(zhì)分離圖像、有效原子序數(shù)圖等信息，為相關(guān)病灶成分的分析提供更加直觀、準(zhǔn)確的方法。數(shù)字化X線能譜化的發(fā)展，將會(huì)讓數(shù)字化X線攝影技術(shù)迎來(lái)一次革命性的發(fā)展，而目前這種技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室階段已經(jīng)取得了令人欣喜的成績(jī)。

5 超低劑量化

數(shù)字化X線攝影技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)，一直在最優(yōu)圖像與最優(yōu)劑量之間追求最優(yōu)化，同時(shí)圍繞合適劑量與最優(yōu)圖像之間展開了廣泛的討論。對(duì)于普通數(shù)字化X線攝影技術(shù)來(lái)說(shuō)，超低劑量化一直是全球努力的方向，包括全球多個(gè)醫(yī)學(xué)影像研究團(tuán)隊(duì)，都在致力于實(shí)現(xiàn)超低劑量的數(shù)字化X線成像。目前可以看到的是，隨著探測(cè)器探測(cè)效率的進(jìn)一步提升、攝片流程的優(yōu)化、后期圖像處理算法的不斷優(yōu)化，數(shù)字化X線影像的使用頻率正在逐漸降低。此外，隨著探測(cè)器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，低劑量化X線攝影有望迎來(lái)更大的突破。據(jù)了解，國(guó)產(chǎn)X線機(jī)頭部廠商安健科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名一區(qū)Top刊物《Nano Energy》與《Nanotechnology》聯(lián)合署名發(fā)表2篇重要研究成果，研究成果證明：硅基異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦量子點(diǎn)納米晶陣列將X射線光子信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，有效避免了將X射線光子轉(zhuǎn)換為可見光，再將可見光轉(zhuǎn)換為電子空穴對(duì)的過程，提高了量子探測(cè)效率。由于鈣鈦礦材料中含有的Pb和Br原子具有高的原子序數(shù)，由此可實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的鈣鈦礦陣列厚度，保證具備強(qiáng)大的X射線吸收能力，見圖5。

圖5 基于鈣鈦礦探材料的探測(cè)器最新研究成果

此外，包括中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)研究院、東南大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、吉林大學(xué)等幾個(gè)團(tuán)隊(duì)也在鈣鈦礦材料研究上取得了諸多重要研究成果，為鈣鈦礦的技術(shù)應(yīng)用奠定了有利基礎(chǔ)。相信隨著相關(guān)技術(shù)的突破，數(shù)字化X線攝影的低劑量化應(yīng)用將會(huì)被廣泛地普及應(yīng)用。

6 超便攜化

數(shù)字化X線攝影技術(shù)的超便攜化發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展迅速，近幾年移動(dòng)DR的高速發(fā)展讓便攜化X線設(shè)備在臨床得到廣泛應(yīng)用，不同于固定數(shù)字化X線機(jī)的笨重和龐大，便攜化X線設(shè)備可以超越空間局限，靈活地應(yīng)用于臨床各個(gè)科室，檢查流程更加高效簡(jiǎn)單，可以針對(duì)不便移動(dòng)的病人進(jìn)行隨時(shí)隨地的數(shù)字化X線攝影。在新冠疫情期間，移動(dòng)數(shù)字化X線設(shè)備成為新冠肺炎患者每日影像隨訪檢查的主要設(shè)備，在支援全球抗疫中發(fā)揮著重要力量。此外，小型便攜X光機(jī)也在快速發(fā)展，隨著各種應(yīng)急能力建設(shè)的加快，小型輕便化X光機(jī)設(shè)備在全球得到了快速發(fā)展，在應(yīng)對(duì)應(yīng)急災(zāi)害下的急救與急診需求時(shí)發(fā)揮著重要價(jià)值。

綜上所述，普通數(shù)字化X光機(jī)在歷經(jīng)百年發(fā)展歷程之后，依舊有著廣闊的發(fā)展空間和技術(shù)動(dòng)力。由于普通數(shù)字化X光機(jī)所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，讓其在臨床應(yīng)用中始終具有不可替代的獨(dú)特價(jià)值，而伴隨著動(dòng)態(tài)化發(fā)展、功能化發(fā)展、三維化發(fā)展，普通數(shù)字化X光機(jī)在臨床上的診療實(shí)踐價(jià)值將會(huì)被進(jìn)一步重新定義。可以預(yù)想的是，伴隨精準(zhǔn)醫(yī)療時(shí)代的到來(lái)，普通數(shù)字化X光機(jī)必將在精準(zhǔn)醫(yī)療中開啟一個(gè)全新的醫(yī)療診斷時(shí)代，讓普放不普通，讓普放與其他多種影像技術(shù)一起，更好地為人類的健康保障護(hù)航。