X射線(xiàn)的醫(yī)學(xué)成像

X射線(xiàn)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用3.1.2X射線(xiàn)成像原理1.X射線(xiàn)人體成像(常規(guī)透視和攝影)

使用X射線(xiàn)對(duì)人體進(jìn)行照射，并對(duì)透過(guò)人體的X射線(xiàn)信息進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換，并使之成為可見(jiàn)的影像，即為X射線(xiàn)人體成像。（1）X射線(xiàn)影像的形成

當(dāng)一束強(qiáng)度大致均勻的X射線(xiàn)（連續(xù)x射線(xiàn)）投照到人體上時(shí)，X射線(xiàn)一部分被吸收和散射，另一部分透過(guò)人體沿原方向傳播。由于人體各種組織、器官在密度、厚度等方面存在差異，對(duì)投照在其上的X射線(xiàn)的吸收量各不相同，從而使透過(guò)人體的X射線(xiàn)強(qiáng)度分布發(fā)生變化并攜帶人體信息，最終形成X射線(xiàn)信息影像。X射線(xiàn)信息影像不能為人眼識(shí)別，須通過(guò)一定的采集、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)將X射線(xiàn)強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的強(qiáng)度分布，形成人眼可見(jiàn)的X射線(xiàn)影像。3.1.2X射線(xiàn)成像原理①人體不同密度組織與X線(xiàn)成像的關(guān)系

②人體不同厚度組織與X線(xiàn)成像的關(guān)系

密度和厚度的差別是產(chǎn)生影像對(duì)比的基礎(chǔ)，是X線(xiàn)成像的基本條件3.1.2X射線(xiàn)成像原理（2）X射線(xiàn)的采集與顯示①醫(yī)用X射線(xiàn)膠片與增感屏

醫(yī)用X射線(xiàn)增感屏為熒光增感屏，其增感原理為增感屏上的熒光物質(zhì)受到X射線(xiàn)激發(fā)后，發(fā)出易被膠片所接收的熒光，從而增強(qiáng)對(duì)X射線(xiàn)膠片的感光作用。主要目的是：在實(shí)際X射線(xiàn)攝影中，僅有不到10%的X射線(xiàn)光子能直接被膠片吸收形成潛影，絕大部分X射線(xiàn)光子穿透膠片，得不到有效的利用。因此需要利用一種增感方法來(lái)增加X(jué)射線(xiàn)對(duì)膠片的曝光，以縮短攝影時(shí)間，降低X射線(xiàn)的輻射劑量。常采用的增感措施是在暗盒中將膠片夾在兩片增感屏（intensifyingscreen）之間，然后進(jìn)行曝光。CR、DRCR:(計(jì)算機(jī)X線(xiàn)攝影)是使用可記錄并由激光讀出X線(xiàn)成像信息的成像板（imagingplate；IP）作為載體，以X線(xiàn)曝光及信息讀出處理，形成數(shù)字或平片影像。DR:直接數(shù)字化X射線(xiàn)攝影系統(tǒng),透射過(guò)人體后的X線(xiàn)信號(hào)被探測(cè)獲取，直接形成數(shù)字影像，數(shù)字影像數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)，在顯示器上顯示，也可以進(jìn)行后期處理。（固定的）X-CT（X-raycomputedtomography,X-CT）成像

在X射線(xiàn)透視和攝影技術(shù)中,顯然得到的是多器官重疊的平片圖像顯然得到的X射線(xiàn)圖像是X射線(xiàn)通路上物體對(duì)射線(xiàn)吸收的積分效果。一個(gè)大小和密度相同的腫瘤或病灶,無(wú)論在體內(nèi)前、中或后部,它在X射線(xiàn)照片上表現(xiàn)的圖像是一樣的。也就是說(shuō),X射線(xiàn)圖片不能反映組織或病灶的三維空間位置,這就需要采用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(computedtomography,即電子計(jì)算機(jī)體層攝影，簡(jiǎn)稱(chēng)CT)。

X-CT是運(yùn)用掃描并采集投影的物理技術(shù)，以測(cè)定X射線(xiàn)在人體內(nèi)的衰減系數(shù)為基礎(chǔ)，采用一定算法，經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理，求解出人體組織的衰減系數(shù)值在某剖面上的二維分布矩陣，再將其轉(zhuǎn)為圖像上的灰度分布，從而實(shí)現(xiàn)建立斷層解剖圖像的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，X-CT成像的本質(zhì)是衰減系數(shù)成像。X-CT的基本原理1.X-CT的基本原理

設(shè)有n個(gè)邊長(zhǎng)為l的小立方體體素，如圖16-9所示，每個(gè)小立方體可視為均勻的，吸收系數(shù)依次為m1、m2、m3、......mn，入射X射線(xiàn)強(qiáng)度I0。圖16-9X射線(xiàn)穿過(guò)n個(gè)體素設(shè)有n個(gè)邊長(zhǎng)為的小立方體體素，如圖所示，每個(gè)小立方體可視為均勻的，吸收系數(shù)依次為、、、……入射X射線(xiàn)強(qiáng)度。圖X射線(xiàn)穿過(guò)n個(gè)體素對(duì)第一個(gè)體素：對(duì)第二個(gè)體素：……對(duì)第n個(gè)體素：

式中、是已知的，只要測(cè)出從第n個(gè)體素透射出的X射線(xiàn)強(qiáng)度，則可以算出右式的值。這樣可得到到這n個(gè)未知數(shù)的一個(gè)線(xiàn)性方程。現(xiàn)在，假設(shè)有n行n列個(gè)體素，各個(gè)體素的吸收系數(shù)分別是到，如圖所示。現(xiàn)在，只要設(shè)法求出到這個(gè)衰減系數(shù)，就可建立一副CT圖像。從數(shù)學(xué)上說(shuō)，只要我們能夠得到關(guān)于到的個(gè)獨(dú)立的線(xiàn)性方程，解方程組就可得到到。那么，如何得到這個(gè)方程呢，方法是通過(guò)掃描。

圖

層面矩陣掃描示意圖

在每一行上用探頭測(cè)得透射出的X射線(xiàn)強(qiáng)度，得到一個(gè)線(xiàn)性方程。變換角度再掃描，知道得到個(gè)獨(dú)立的線(xiàn)性方程。然后，通過(guò)計(jì)算機(jī)解這個(gè)方程組，得到到的解。將求得的各體素的到這算成相應(yīng)像素的灰度，就形成了CT圖像。

重建圖像灰度與X射線(xiàn)衰減系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

CT重建的圖像是衰減系數(shù)μ的分布。人體內(nèi)部大部分軟組織的衰減系數(shù)與水的衰減系數(shù)相近,因此不能用計(jì)算得到的μ值直接成像。在實(shí)際應(yīng)用中,通常將μ值轉(zhuǎn)換為一個(gè)相對(duì)值

—CT值。

定義如下:其中

與

分別為組織和水的衰減系數(shù)。CT值用HU表示。例如水的HU值是零,空氣的HU值為-1000,骨骼的HU值為+1000。人體組織的HU值可以跨越從幾百到數(shù)千的范圍。由于常規(guī)顯示圖像灰度范圍是(0—255),所有的X射線(xiàn)圖像裝置都配有窗寬、窗位調(diào)節(jié)功能,可以將感興趣的HU值區(qū)間映射到(0—255)全灰度范圍,便于觀察病灶細(xì)節(jié)。CT斷層圖的特點(diǎn)(1)與二維X射線(xiàn)透視和攝影技術(shù)的直接物理成像不同,CT圖像是通過(guò)計(jì)算機(jī)按照某種數(shù)學(xué)模型計(jì)算出來(lái)的結(jié)果并重建的圖像。圖像的質(zhì)量完全取決所采用的算法。(2)就圖像剖面而言,二維X射線(xiàn)透視和攝影技術(shù)得到的圖像是X射線(xiàn)從前