第三章 模擬X線成像(醫(yī)學(xué)影像成像原理)

第三章

模擬X線成像醫(yī)學(xué)影像成像原理主要內(nèi)容第一節(jié)X線影像的形成第二節(jié)X線照片第三節(jié)X線照片影像的基本要素第四節(jié)X線影像清晰度2023/2/52概述X線成像是醫(yī)學(xué)成像方法的一種，模擬X線成像是傳統(tǒng)X線成像，是區(qū)別于數(shù)字化X線成像的一種成像方式。即采用傳統(tǒng)X線攝影、X線造影、X線透視、X線電視等成像技術(shù)，將人體的形態(tài)學(xué)（人體組織器官形態(tài)、解剖結(jié)構(gòu)特征等）和功能學(xué)（自主、不自主運動狀態(tài)，生理功能等）等人體信息采集下來，經(jīng)過模擬方式的X線能量傳遞、能量轉(zhuǎn)換、影像信息保存等，最終以光學(xué)影像的形式將X線影像顯示在照片或熒光屏上。這樣的一幅影像，稱為模擬X線影像。模擬X線成像主要是指X線從能量轉(zhuǎn)換到影像顯示的全過程，始終是采用連續(xù)信號轉(zhuǎn)換的方法，將不可見的X射線強度分布變換成可見的光強度分布。模擬X線成像的最大特點是模擬的X線信號量是連續(xù)變化的。模擬影像密度值的表現(xiàn)與人體組織密度、厚度和有效原子序數(shù)成正相關(guān)。2023/2/53第一節(jié)模擬X線影像的形成模擬X線成像的發(fā)展歷史上，長期以來采用兩種成像模式，即X線攝影和X線透視。這兩種基本成像模式作為醫(yī)學(xué)影像學(xué)檢查的基礎(chǔ)，在臨床應(yīng)用中相互補充，從不同成像技術(shù)上逐步更新發(fā)展。隨著時代的進步，科技的發(fā)展，尤其是計算機的使用，模擬X線成像逐步被數(shù)字X線成像取代。2023/2/54一、X線影像信息的形成1.X線源2.攝影參數(shù)的選擇X線具有一定的穿透力，能穿透人體的組織結(jié)構(gòu)；被穿透的組織結(jié)構(gòu)，存在著密度、原子序數(shù)和厚度的差異，X線在穿透過程中被吸收的線量不同，透過的線量有差別；透過的有差別X線是不可見的，經(jīng)過成像介質(zhì)的顯像，在X線片上（或熒屏上）顯出具有黑白（或明暗）對比、層次差異的X線圖像。2023/2/55攝影用X線束示意圖（一）X線透視X線透視：利用X線的穿透性和熒光效應(yīng)，在熒光屏上形成人體組織結(jié)構(gòu)影像的檢查方法。優(yōu)點：可多角度、實時動態(tài)觀察組織器官的形態(tài)和功能。不足：動態(tài)的影像不能永久保留，影像的細節(jié)不及攝影，且患者接受的輻射劑量較大。2023/2/562023/2/57X線透視2023/2/58特點：肺：白灰色骨骼：黑灰色透視的熒光圖像稱為正像

2023/2/591.熒光屏透視接收器是熒光屏，根據(jù)穿過被照體的透射線不同，在熒光屏上產(chǎn)生亮暗不同的熒光影像。早期使用的熒光屏透視，由于熒光屏亮度太低，圖像質(zhì)量差，檢查時患者及醫(yī)生接受的輻射劑量大，防護條件差。影像增強透視模擬透視熒光透視2023/2/510接收器是X線電視系統(tǒng)。

2.影像增強透視特點：影像亮度提高，可在明室下操作，方便準(zhǔn)確。提高了診斷的正確率和工作效率，監(jiān)視器可以放在任意位置，方便觀察并且為隔室透視提供了技術(shù)基礎(chǔ)。（二）X線攝影X線攝影：應(yīng)用光或其它能量來表現(xiàn)被照體信息狀態(tài)，并以可見光學(xué)影像加以記錄的一種技術(shù)。優(yōu)點：影像的空間分辨力高、患者受照劑量小及影像便于長期保存記錄等。不足：照片影像是瞬間固定的，難于動態(tài)了解臟器的變化。2023/2/5112023/2/512X線攝影過程：X線被照體（信息源）透射線（信息載體）接收器（屏片系統(tǒng)）沖洗加工照片（影像形成）2023/2/513X線攝影：X線球管2023/2/514攝影的影像稱為負像

特點：肺：黑灰色骨骼：白灰色2023/2/515攝影按照X線能量的不同，可分：

（1）普通X線攝影：是指使用管電壓在40kV100kV產(chǎn)生的X線進行的攝影技術(shù)。（2）軟X線攝影：是指使用管電壓在25kV40kV產(chǎn)生的軟X線進行攝影技術(shù)，也稱軟組織攝影。適用于組織器官較薄，不與骨骼重疊且有效原子序數(shù)較低的軟組織。（3）高千伏攝影：是指120kV～150kV的高電壓產(chǎn)生X線進行的攝影技術(shù)?？梢垣@得在較小密度值范圍內(nèi)顯示層次豐富的X線照片影像。（三）模擬X線影像的傳遞2023/2/516（1）X線信息影像的產(chǎn)生

（2）X線信息影像的轉(zhuǎn)換

（3）密度分布轉(zhuǎn)換成可見光的空間分布

（4）視覺影像的形成

（5）意識影像的形成

分為五步：第二節(jié)X線照片一、醫(yī)用X線膠片二、增感屏三、屏一片組合*四、數(shù)字成像膠片*2023/2/517一、醫(yī)用X線膠片（一）種類1.直接攝影用X線膠片：感綠膠片、感藍膠片（1）感綠膠片：這是一種配合發(fā)綠色熒光增感屏使用的膠片，吸收光譜的峰值約為550nm。特點是在與發(fā)綠色熒光的稀土增感屏組合下相對感度可高達1200，被照體X線的接受劑量大幅度減少。（2）感藍膠片：是配合發(fā)藍色熒光增感屏使用的膠片，感光乳劑的固有感色是以藍色為主，不添加色素。其吸收光譜的峰值約為420nm。2023/2/5182.影像增強器記錄膠片（1）熒光電影膠片：用于攝取動態(tài)熒光電影圖像。膠片既有很高的感光度，又要有顆粒細膩的特點。（2）熒光屏圖像及熒光縮影膠片：用于熒光屏下的（點片）攝影或體檢熒光縮影。影像增強器記錄膠片隨著數(shù)字化影像的普及和開發(fā)，逐漸被淘汰。2023/2/5193.特種膠片*①直接反轉(zhuǎn)片②自動沖洗機輥輪清潔膠片4.數(shù)字成像的干式膠片*（后面介紹）2023/2/520（二）結(jié)構(gòu)1.X線膠片結(jié)構(gòu)：雙面結(jié)構(gòu)和單面結(jié)構(gòu)，由感光乳劑層、片基、附加層構(gòu)成。（1）感光乳劑層：主要由鹵化銀（AgX）和明膠組成。1）鹵化銀：是一種具有感光性能的物質(zhì)，起著記錄影像的作用。其中氯化銀（AgCl）、溴化銀（AgBr）、碘化銀（AgI）分別為白色、乳白色和淡黃色的固體，都應(yīng)用于感光材料。2023/2/521鹵化銀是膠片產(chǎn)生影像的核心，從膠片制作到曝光、沖洗都是圍繞著它進行的。它是以微晶體狀態(tài)存在，其感光作用是以每個晶體為單位進行的，膠片記錄下來的影像效果，是千千萬萬個微小鹵化銀晶體感光效應(yīng)的總和。在其它條件相同時：晶體顆粒大，感光度高；晶體顆粒小，分辨力高；晶體顆粒分布均勻，顆粒性好；晶體顆粒大小不一，寬容度大。2023/2/5222023/2/523溴-碘化銀晶體的晶格結(jié)構(gòu)（三）性能1.感光特性：感光度S、本底灰霧Dmin、最大密度Dmax、對比度γ、寬容度L（1）膠片特性曲線：是指曝光量與曝光量所產(chǎn)生的密度之間關(guān)系的一條曲線，由于這條曲線可以表示出感光材料的感光特性，所以稱之為膠片特性曲線。又稱為H-D曲線。2023/2/524曝光量：表示光強度與曝光時間的乘積。記作：式中：H

為曝光量，I為光強度，t為曝光時間。但臨床上常用管電流（mA）與曝光時間（s）的乘積來表示。因此上式亦記作：在X線膠片感光測定時，屏-片系統(tǒng)無法得到絕對曝光量的大小，而以相對曝光量（RH）來表示。2023/2/5252023/2/526(2)膠片特性曲線組成：（1）足部：也稱為曝光不足部分，即特性曲線開始的部分，其走行近似與橫坐標(biāo)平行，達到一定曝光量后，曲線開始沿弧形緩慢上升，足部密度的上升與曝光量不成正比，曝光量增加較多，密度只有較小的增加。（2）直線部：該部密度與曝光量的增加成正比，密度差保持一定，此時曲線沿一定的斜率直線上升。它是整個特性曲線中是曝光正確的部分，也是X線攝影力求利用的部分。（3）肩部：肩部的密度隨曝光量的增加而增加，但不成正比，曝光量增加較多而密度上升較少，此部在照片影像上顯示為曝光過度。（4）反轉(zhuǎn)部：隨曝光量的增加，密度反而下降，影像密度呈現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。產(chǎn)生反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的原因是潛影溴化的結(jié)果。2023/2/527（3）醫(yī)用X線膠片的感光特性：1）灰霧度2）感光度3）對比度4）寬容度2023/2/5281）灰霧度本底灰霧（最小密度Dmin）：感光材料未經(jīng)曝光，而在顯影加工后部分被還原的銀所產(chǎn)生的密度，稱為本底灰霧或最小密度。它由片基灰霧和乳劑灰霧組合而成。片基灰霧：指感光材料不經(jīng)顯影，直接在定影中處理，將鹵化銀全部溶解之后的密度。乳劑灰霧：指乳劑制作中，為謀求一定的感度而產(chǎn)生的感光中心。注意：照片質(zhì)量進行評價時提及〝灰霧〞與膠片本底灰霧一詞不能等同。照片灰霧是泛指，它包括本底灰霧和由散射線等各種原因所致灰霧的總和。2023/2/5292）感光度（S）：是指感光材料對光作用的敏感程度。產(chǎn)生一幅影像所需的曝光量決定于所用膠片的感光度。用高感光度的膠片比用低感光度的膠片所需的曝光量少。醫(yī)用X線膠片感光度定義為產(chǎn)生密度1.0所需曝光量的倒數(shù)S表示感光度，E表示產(chǎn)生密度點為1.0所需的曝光量，Dmin表示灰霧度。X線膠片的感光度一般在30-60。2023/2/5303）對比度：對比度反映了X線強度差異與影像密度差異之間的關(guān)系，表示方法有兩種：反差系數(shù)（γ）和平均斜率（G）。反差系數(shù)（γ值）：稱對比度（contrast）系數(shù)。反差系數(shù)是指特性曲線直線部分的斜率，或稱曲線的最大斜率。特性曲線直線部與橫坐標(biāo)的斜度越大，則γ也越大。X線膠片的反差系數(shù)一般在2.5-3.5.2023/2/531平均斜率（用G表示）：連接特性曲線上指定兩點密度（Dmin+0.25，Dmin+2.00）的連線與橫坐標(biāo)夾角的正切值。記作：式中：lgRE2和lgRE1分別表示Dmin+2.00和Dmin+0.25兩點密度值所對應(yīng)的相對曝光量的對數(shù)值。具有較大反差性能（γ、G）的X線膠片能獲得較大的影像對比效果。2023/2/5324）寬容度（L）：是指特性曲線上直線部分在橫坐標(biāo)上的投影，表示的是正確曝光量的范圍。從X線攝影角度講，有效寬容度是指產(chǎn)生診斷密度（0.25～2.0）所對應(yīng)的曝光量范圍。反差系數(shù)γ越大，寬容度L越小，而不同組織間的影像銳利度越高；γ越小，L越大，信息增多，影像層次豐富，攝影條件的通融性也增大。

2023/2/533照片上兩個相鄰X線吸收不同的組織影像，其影像界限的清楚明了程度叫銳利度。模糊度是銳利度的反義詞，也稱不銳利度。2.成像性能：X線膠片成像質(zhì)量與感光材料的感色性、分辨力密切相關(guān)。(1)感色性:膠片對不同色光的敏感程度稱為感色性。AgX乳劑僅吸收紫外線、紫色光、藍色光的能量，一般稱這種感光材料為色盲片，它們的感光光譜范圍在380-540nm。X線膠片接收的光源不是直接來自X線，而是X線經(jīng)過某一類熒光物質(zhì)后轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的熒光。一般的說，X線膠片產(chǎn)生的感光光譜在420-550nm,對增感屏、熒光屏所發(fā)射的熒光光譜最為敏感，所以X線膠片也稱為正色膠片。2023/2/534(2)分辨力:X線膠片記錄被照物體細節(jié)的最大能力稱分辨力，以每毫米線對數(shù)表示（LP/mm），一般醫(yī)用X線膠片的極限分辨力為35LP/mm，乳腺X線膠片的極限分辨力為50LP/mm。3.理化性能：X線膠片的重要理化性能包括乳劑穩(wěn)定性、防潮防靜電特性、保存性、乳劑涂布均勻性、外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)化和膠片厚度一致性等參數(shù)。這些參數(shù)和指標(biāo)通常由膠片制造工藝確定。2023/2/535(四)保存與管理X線膠片都采用防光、防潮和真空包裝，膠片管理的注意事項:①X線膠片的有效期一般為出廠日期后18個月。②標(biāo)準(zhǔn)儲存條件為溫度10–15℃，濕度在40%-60%。若濕度較低，在快速移動膠片時會產(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象，形成各種黑化偽影。③儲存環(huán)境周圍應(yīng)防靜電、防塵、避免與有害氣體如甲醒、煤氣等或其他腐蝕性化學(xué)物質(zhì)接觸。④膠片不能放置在攝影室，特別是裝人暗盒的膠片和增感屏組合在一起，更容易帶來灰霧。⑤膠片應(yīng)豎直存放，壓力效應(yīng)會產(chǎn)生人工偽影。⑥必須在安全光下使用，安全燈色譜和光強度應(yīng)保證膠片的感光安全性。2023/2/536二、增感屏進行X線攝影時，對膠片的感光作用主要來自于增感屏發(fā)出的熒光，可占到95%以上，而直接依靠X線形成的感光作用不到5%。(一)結(jié)構(gòu)增感屏由片基層、反射層、熒光層及保護層四層組成。一般固定在暗盒內(nèi)使用。對雙面膠片采用前、后兩張增感屏，對單層膠片使用單面增感屏。2023/2/537（二）熒光物質(zhì)1.熒光物質(zhì)及發(fā)光機制

某種物質(zhì)吸收了以射線形式(紫外線、X線、電子線)的激發(fā)能量，并將吸收的能量以可見光的形式(熒光)釋放出來，這種現(xiàn)象叫熒光現(xiàn)象。這種能發(fā)熒光的物質(zhì)叫熒光物質(zhì)。熒光物質(zhì)的發(fā)光機制就是熒光體在X線激發(fā)下，通過能量轉(zhuǎn)換的方式，將高能量X線光子轉(zhuǎn)換成低能量可見熒光。這種在物質(zhì)內(nèi)部進行的能量轉(zhuǎn)換過程并不伴有物質(zhì)本身的變化，結(jié)果是該熒光物質(zhì)可以反復(fù)使用。2.熒光物質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性熒光物質(zhì)對使用環(huán)境敏感，如高溫、潮濕可能使熒光物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)變化而改變其性能。2023/2/5383.熒光物質(zhì)的發(fā)光效率發(fā)光效率(η)與增感屏的X線吸收效率(ηα)、熒光轉(zhuǎn)換效率(ηc)、熒光傳遞效率(ηt)直接相關(guān)。(1)X線吸收效率(ηα):ηα是指被熒光物質(zhì)吸收的X線占入射X線的百分?jǐn)?shù)。ηα越高，對X線的有效利用率就越高。ηα與熒光物質(zhì)種類和X線能量有關(guān)。(2)增感屏的熒光轉(zhuǎn)換效率(ηc):X線光子與熒光體相互作用時，部分被吸收的光子(高能態(tài))會以另一種光子(低能態(tài))的形式將能量釋放出來，這種以能量轉(zhuǎn)換的方式產(chǎn)生熒光的能力就是ηc。(3)熒光傳遞效率(ηt):并不是X線激發(fā)產(chǎn)生的所有光都能到達膠片，由于增感屏上熒光物質(zhì)的涂布具有一定的厚度，熒光體發(fā)出的熒光在到達膠片之前，必然有一個光路徑的傳遞過程。熒光在增感屏中的散射和吸收會造成一定程度的損失。這種損失越小，ηt越高。2023/2/539(三)分類增感屏發(fā)光色譜是指熒光體受X線激發(fā)后所產(chǎn)生的熒光的波長范圍。不同的熒光材料受X線激發(fā)后發(fā)出的光線，必然帶有該材料的特征性波長，即帶有特定的顏色。醫(yī)用增感屏發(fā)光光譜有藍紫色區(qū)域和綠色區(qū)域兩大類別。2023/2/540(四)性能增感屏性能有增感率、相對增感速度。1．增感率

在X線攝影學(xué)中定義在照片上取得相同的密度值（1.0）時，無屏與有屏所需要的曝光量之比值為增感屏的增感率。式中：F為增感率；Dn為無屏?xí)r曝光量；Ds為有屏?xí)r曝光量。2.相對增感速度也稱相對感度(relativespeed，RS)，CaWO4屏的增感率為40，將這個增感率規(guī)定為中速增感速度(RS100)標(biāo)準(zhǔn)，其他增感屏的增感速度與這個標(biāo)準(zhǔn)比較后獲得一個相對數(shù)值。2023/2/541（五）作用當(dāng)X線光子與膠片的感光物質(zhì)相互作用時，由于X線的能量較高，僅有百分之幾的X線能直接被膠片吸收形成潛影，絕大部分穿過膠片，不能得到有效的利用。增感屏是利用含有熒光物質(zhì)的乳劑層大量吸收X線能，并將吸收的能量轉(zhuǎn)換為容易被膠片所吸收的熒光。換句話說，X線膠片對熒光的敏感性比X線要強得多。X線膠片所接受的曝光絕大部分來自增感屏的熒光。臨床X線攝影時，利用增感屏來提高X線的有效利用率和減少受檢者的照射量。2023/2/542（六）增感屏的影像效果（1）影像對比度增加：使用增感屏所獲得的照片對比度，高于無屏的照片影像。（2）影像清晰度降低：增感屏的使用使照片影像的清晰度大為降低，其原因主要是熒光體的光擴散、增感屏與膠片的密著狀態(tài)、X線斜射效應(yīng)等原因造成。（3）影像顆粒性變差：X線照片斑點（噪聲）增加。2023/2/543三、屏一片組合*（自學(xué)）四、數(shù)字成像膠片*（自學(xué)）2023/2/544第三節(jié)X線照片影像的基本要素X線透過被照體時，由于被照體對X線的吸收、散射而減弱。含有人體密度信息的透過射線作用于屏-片系統(tǒng)，經(jīng)過加工處理形成密度不等的X線照片。通過X線照片將人體信息記錄下來，并轉(zhuǎn)變?yōu)橐环転槿搜圩R別的醫(yī)學(xué)影像。這種影像的基本因素有密度、對比度、銳利度、顆粒度及失真度。前兩者是形成影像的基本要素，后三者構(gòu)成了表現(xiàn)影像細節(jié)的因素。2023/2/545一、密度照片密度：又稱光學(xué)密度或黑化度，是指X線膠片經(jīng)過感光后，通過顯影等處理在照片上形成的黑化程度，用D（density）表示。是一個對數(shù)值，無量綱。決定于入射光線強度（I0）與透過光線強度（I）的比值。2023/2/546（1）透光率：指照片上某處的透光程度，等于透過光線強度與入射光線強度之比。（2）阻光率：指照片上阻擋光線能力的大小。等于透光率的倒數(shù)。（3）光學(xué)密度值：照片阻光率的對數(shù)值。2023/2/547X線照片影像的密度可以用光密度計在照片上直接測出，并以密度值的形式進行數(shù)字式讀取或用密度曲線進行表達。以影像診斷的專業(yè)術(shù)語來表達，照片密度必須處于人眼觀察的可視范圍。一般來說，適合X線觀察的X線照片密度范圍在0.25--2.0之間。針對不同組織結(jié)構(gòu)的顯示，影像診斷學(xué)主要考慮的是在感興趣區(qū)域（

regionofinterest，ROI）中的解剖結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適當(dāng)?shù)拿芏取?023/2/548在影像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的討論中，對照片上不同的攝影部位規(guī)定了不同的密度范圍。不同的診斷醫(yī)師對影像密度有不同的評價要求。2023/2/5492023/2/550（二）影響照片密度的因素：影響照片密度的因素很多。主要包括mAs、kV、攝影距離、屏-片組合、濾過和膠片的沖洗處理等。1.感光效應(yīng)感光效應(yīng)公式是影響X線強度改變的各種因素的綜合表達式，這些因素引起的密度變化有相互平衡的統(tǒng)計學(xué)趨勢。但總的趨勢是，照片密度D隨著感光效應(yīng)E的增加而增加。因此，影響E的各種因素，可以看做是影響照片D的因素。感光效應(yīng)的表達式：式中kVp為管電壓；mAs為管電流與曝光時間的乘積，代表X線曝光量；S為增感屏的增感率；f為膠片的感光度；Z為焦點靶面的原子序數(shù)；r為焦-片距；B為濾線器的曝光量因子；μ為線性衰減系數(shù)；d為被檢體的厚度。2.影響密度的因素(1)毫安秒(mAs):mAs是密度D的主要控制因素。在正常的X線攝影曝光范圍內(nèi)，密度D與mAs成正比。(2)管電壓(kV):kV控制了X線光子的平均能量，因此，在其他因素不變時，改變kV就改變了X線強度，也改變了X線照片密度。另外，增加kV比增加mAs影響密度的效率要高，只是kV的改變還會改變圖像對比度。(3)攝影距離:X線強度與距離的平方成反比，隨距離的增大，x線的強度下降，照片的密度會減低。在臨床照片中常有的情況是，既需改變攝影距離，又要求圖像密度保持不變。解決這個問題的方法是用平方反比定律，即:2023/2/551(4)屏-片組合:屏-片組合構(gòu)成的相對感光速度RS是改變照片密度最有效的參數(shù)。屏-片組合的相對感度RS每增加100，要保持同樣的影像密度，X線曝光量就降低1倍，依此類推。(5)濾過:診斷用X線是一束連續(xù)能譜的混合射線。當(dāng)X線透過人體時，絕大部分低能射線被組織吸收，僅增加了皮膚照射量，為此，需要預(yù)先把X線束中的低能成分吸收掉，此即X線濾過。2023/2/552(6)焦點:陽極效應(yīng)是X線發(fā)生的固有特性，在X線管的長軸方向上，如果以中心線的X線強度分布為100%，在X線管陽極端方向的X線強度遞減，X線管陰極端方向的X線強度遞增，形成X線視場范圍內(nèi)的原發(fā)X線強度分布的差異。根據(jù)陽極靶面的傾斜角度，陽極效應(yīng)能造成圖像的陽極端和陰極端之間的密度差高達45%的變化。此種物理現(xiàn)象在采用大尺寸膠片攝影時較為明顯。X線攝影時常利用陽極效應(yīng)，受檢部位的高密度端或組織厚度較大的一側(cè)朝陰極方向、低密度端或組織厚度較薄的一側(cè)朝陽極方向，利用X線的陽極效應(yīng)調(diào)整整幅照片的密度差。(7)

X線限束:X線束采用限束器來控制原發(fā)X線照射野，這種方法減少了散射線的影響，但與此同時，射線限束也減少了可用光子的總量，因而減少了影像的總密度。2023/2/553(8)解剖部位及病理情況1)衰減:X線束穿透人體時就會發(fā)生衰減，即當(dāng)組織厚度、組織的原子序數(shù)Z和密度ρ增加時，照片密度會隨之下降。2)人體基本組織結(jié)構(gòu):人體組織是攝影過程中所面對的最大變數(shù)。3)病理因素:X線攝影的可變因素中，被檢者是最大變數(shù)。X線攝影時必須首先注意人體的差異，再分析由于某疾病過程可能出現(xiàn)的病理學(xué)方面的差異。仔細閱讀X線會診單，充分了解被檢者病史及觀察被檢者是選擇X線攝影曝光條件的重要依據(jù)。(9)濾線柵:能吸收散射線，但與此同時，也吸收部分原發(fā)X線。濾線柵的使用將明顯減少照片的密度。(10)暗室處理:X線照片的暗室處理技術(shù)能明顯改變影像密度。主要因素有顯影液配方、顯影液濃度、顯影溫度、藥液的老化等。當(dāng)上述因數(shù)變化時，影像密度將發(fā)生改變。2023/2/554二、對比度照片對比度是指照片上相鄰組織影像的密度差。(一)對比度概念X線照片影像的形成包含著五種對比度的基本概念即物體對比度、X線對比度、膠片對比度、照片對比度和人工對比度。1.物體對比度人體的組織結(jié)構(gòu)在X線影像中可見，這個組織與它相鄰的組織在物理特性(密度ρ、厚度)或化學(xué)特性(原子序數(shù)Z)等方面必須存在一定差異，這種源于物體固有的差異稱為物體對比度。

2023/2/5552023/2/5562.X線對比度X線透過人體時，X線被部分吸收和散射，高吸收區(qū)域透過的X線與低吸收區(qū)域透過的X線形成強度分布的差別，這種透過人體組織后形成的X線強度分布上的差異稱為X線對比度Kx。Kx表示人體的不同組織結(jié)構(gòu)對X線的透過能力，代表著此時的X線束已載有人體影像信息。Kx的形成是由構(gòu)成人體的組織結(jié)構(gòu)特性(Z、ρ和厚度)和X線束的穿透特性來決定的。組織結(jié)構(gòu)特性是Kx產(chǎn)生的根本原因，X線穿透特性則決定所形成的Kx的大小；由于X線穿透特性是由控制臺上人工調(diào)節(jié)的kV值來控制的，所以，Kx的形成有人為的主觀因素。2023/2/557根據(jù)朗伯定律，X線的吸收按照指數(shù)規(guī)律變化:KX是人體組織對X線的不同吸收所產(chǎn)生的強度差異，即原發(fā)X線I0通過一種組織后的剩余X線I1和通過另一種組織后的剩余X線I2的比值:2023/2/5582023/2/5593.膠片對比度γ：X線膠片對KX的放大能力。由于Kx所代表X線強度差異較小，這種差異如果按原始比例(1:1)通過照片轉(zhuǎn)換為光密度，遠不能滿足人眼分辨人體組織間差異的要求。屏-片系統(tǒng)作為X線接收器，將采集到的不同強度的X線轉(zhuǎn)換為熒光形式，再通過膠片特性曲線，在X線照片能容納的密度范圍內(nèi)進行對比度放大。屏-片系統(tǒng)的重要特點之一是大幅度的提升X線對比度。普通X線膠片的平均斜率為：1.9-3.5，也就是說γ將KX放大了1.9-3.5倍2023/2/5604.照片對比度K(光學(xué)對比度):X線照片上相鄰組織間的影像密度差。

K依存于被照體不同組織吸收所產(chǎn)生的KX，以及γ對KX的放大結(jié)果。2023/2/561典型的X線照片對比度特征表現(xiàn)為兩種形式:(1)高對比度影像:當(dāng)影像上相鄰組織的密度差大時稱為高對比度影像。例如肋骨照片，在肺野與肋骨之間形成的高反差就是一種高對比度影像，對觀察脅骨骨折很有利。高對比度影像存在的問題是，在可視密度范圍內(nèi)可分辨的灰階數(shù)較少，不易顯示出人體組織密度的細微改變。如果假定高對比度影像所表現(xiàn)的密度差為0.5，在照片的最佳可視密度區(qū)(0.25-2.0)僅能顯示出四個密度級。(2)低對比度影像:當(dāng)影像密度差異較小時稱為低對比度影像。低對比度影像在照片上能顯示出更多的密度。例如高kV胸部照片，低對比度的影像表現(xiàn)的密度差為0.15，在照片的最佳可視密度區(qū)(0.25-2.0)能顯示出13個密度級。雖然組織密度差很小，但更能有效地反映出人體組織結(jié)構(gòu)的細微變化。低對比度影像存在的問題是，影像組織密度間差異較小，興趣區(qū)的密度異?，F(xiàn)象表現(xiàn)不如高對比度影像顯著，且常帶來觀片時的視力疲勞。2023/2/5622023/2/5635.人工對比度心、肝、脾、腎、肌肉等軟組織器官的Z幾乎相等，X線攝影時，X線吸收能力也幾乎相等，利用其他高Z的物質(zhì)(碘、鋇等)或低Z的物質(zhì)(空氣)作為對比劑，作用于被檢體外(膝關(guān)節(jié)空氣造影、腎周空氣造影等)或被檢體腔內(nèi)(胃腸道檢查、T形管膽道造影、靜脈腎孟造影等)，人為地制造出一種支差，以獲得照片對比度，這種對比度稱為人工對比度。2023/2/5641.管電壓

kV決定X線的穿透能力，又控制著影像對比度。其原因是，X線與人體組織作用時，主要發(fā)生兩種物理現(xiàn)象，即光電吸收和康普頓效應(yīng)。這兩種作用對影像對比度的形成都產(chǎn)生影響。2023/2/565（二）影響照片對比度的因素低kV攝影時，X線光子能量較低，人體對X線的吸收主要是以光電吸收為主。因為構(gòu)成人體的骨骼、肌肉、脂肪等組織的有效原子序數(shù)差異很大，光電吸收隨組織的Z的增加而增加，所以低kV攝影表現(xiàn)出高對比度影像效果。高kV攝影時，X線光子能量較高，人體對X線的吸收主要是以康普頓效應(yīng)為主，影像對比度將主要由組織密度差產(chǎn)生。再加上康普頓效應(yīng)致使散射線增多，降低了影像對比度。所以，高kV攝影時影像表現(xiàn)出低對比度的影像效果。臨床上，一般通過調(diào)節(jié)kV值的方法來控制影像對比度。2023/2/566（二）影響照片對比度的因素2.散射線X線在通過人體時，受到康普頓散射的作用會產(chǎn)生大量的方向不同的散射線。散射線在影像上疊加一層沒有任何診斷信息的灰霧使照片的整體發(fā)灰，處于影像低密度區(qū)的結(jié)構(gòu)相互之間不能區(qū)別，某些低密度的信號不能被檢出。3.人體吸收X線吸收差形成X線影像對比度，這種差異的大小取決于人體組織對X線的吸收能力。4.屏-片組合不同類型的屏-片組合特性能產(chǎn)生不同對比度影像。2023/2/567（二）影響照片對比度的因素（二）影響照片對比度的因素5.X線量mAs的變化既改變了影像密度也影響著影像的對比度。6.照片沖洗技術(shù)

X線膠片經(jīng)過化學(xué)處理過程才能顯示出密度影像。暗室處理技術(shù)直接影響照片對比度K。7.觀片燈(1)觀片燈亮度、(2)環(huán)境照度、(3)亮度均勻性、(4)視覺函數(shù)在上述諸多影響照片對比度的因素中，對照片對比度影響最大的是X線質(zhì)和散射線。2023/2/568第四節(jié)X線影像清晰度X線照片影像顯示人體解剖結(jié)構(gòu)細節(jié)的能力取決于影像清晰度和影像失真度。清晰度指圖像能顯示更多細節(jié)和具有清晰邊緣的能力。影像清晰度在很大程度上決定于分辨力、模糊度和影像噪聲。然而，影像的分辨力主要取決于X線管焦點的成像性能。影像分辨力是指成像系統(tǒng)區(qū)分或分辨互相靠近的組織結(jié)構(gòu)的能力。2023/2/569一、X線管焦點的成像性能(一)焦點的極限分辨力1.定義:極限分辨力R是指在規(guī)定測量條件下不能成像的最小空間頻率值。式中ω為空間周期，d為空間頻率半周的寬度。分辨力的單位用單位距離(mm)內(nèi)的線對數(shù)(

LP/mm)來描述。2023/2/570一、X線管焦點的成像性能2.測試焦點分辨力測量的工具為：矩形波(線對)測試卡和星形測試卡。2023/2/5712023/2/572(1)矩形波測試卡:矩形波測試卡的一個線對包括等寬的一根鉛條和與其相鄰的一個間隙。LP/mm實際上是空間頻率(ω)的一種表達方法，隨著鉛條變細并靠近，空間頻率增加。一個典型的測試卡包含有不同空間頻率。通過對測試卡的X線影像的觀察，可確定成像過程能顯示出的極限分辨力。2023/2/573矩形波測試卡是一種實用的測量工具，通過辨別測試卡所顯示的LP/mm影像，就可以知道該成像系統(tǒng)能顯示出最大細節(jié)的分辨限度。例如，線對測試卡所顯示的極限分辨力約5LP/mm，代表0.1mm大小的人體組織結(jié)構(gòu)可被該成像系統(tǒng)再現(xiàn)出來。一、X線管焦點的成像性能(2)星形測試卡:用星形測試卡(簡稱星卡)可進行記錄細節(jié)的評價。星卡既可用于測試X線管焦點成像性能，又可說明模糊對影像分辨力的影響，甚至可觀察到影像到達極限分辨力時出現(xiàn)圖像扭曲、消失和黑白影像反轉(zhuǎn)等偽影。2023/2/574一、X線管焦點的成像性能(二)焦點的散焦值焦點的散焦值B是描述X線管焦點的極限分辨力隨著負荷條件而相對變化的量，B值隨著管電流的增大而變化。實驗證明，有效焦點的尺寸是隨著負荷條件變化的，特別是在X線管管電壓較低時，它的大小隨著選用的管電流大小不同而有較大的變化。mA增大，焦點的尺寸變大，焦點的極限分辨力下降。焦點散焦值的測試方法是:分別用X線管規(guī)定的負載因數(shù)及X線管規(guī)定負載因數(shù)一半管電流值(其他攝影因素、條件不變)攝取星卡照片，得出兩者的焦點極限分辨力，分別記作R100和R50。將R100和R50代人下式，計算出焦點的散焦值:2023/2/575一、X線管焦點的成像性能(三)焦點的調(diào)制傳遞函數(shù)*MTF描述成像系統(tǒng)的成像性能的原理與方法將在第五章中作詳細分析。實際工作中，通常依據(jù)極限分辨力(LP/mm)來確定該成像系統(tǒng);同時，還必須討論在某一空間頻率條件下，MTF值位于什么水平。例如，將不同的成像系統(tǒng)置于同樣分辨力的情況，MTF較高的成像系統(tǒng)影像可見度較高;另一種常用的方法是在同樣的MTF值條件下，比較不同成像系統(tǒng)的分辨力，分辨力較高，得到的影像細節(jié)顯示較優(yōu)。兩種評價方法對影像質(zhì)量的取向不同，以哪一種評價為主應(yīng)根據(jù)影像的具體要求來定。考慮X線成像系統(tǒng)的模糊源主要來自焦點和屏-片系統(tǒng)，它們之中任一個的模糊特征可用MTF曲線來描述，而整個成像系統(tǒng)的MTF則等于兩個MTF值的乘積。例如，如果在2LP/mm的頻率上，焦點的MTF為0.6，接收器的MTF為0.72，系統(tǒng)總的MTF將為0.43。這個結(jié)論表示X線成像系統(tǒng)的成像性能不能高于焦點或屏-片系統(tǒng)。這就是說，整個成像系統(tǒng)的模糊度必然大于兩個模糊源中任何一個的模糊度。2023/2/576二、模糊度所有的醫(yī)學(xué)影像都存在著不同程度的模糊。理想情況下，物體內(nèi)的任一個小點成像，在圖像上均顯示為一邊緣清楚的小點。但是，實際上并不是這樣，物體中每個點經(jīng)過空間傳遞成像后，一定會被擴展增大變得模糊一些，不可能在影像內(nèi)真實地還原。這種經(jīng)空間傳遞后物像變化的物理現(xiàn)象稱為模糊。模糊在X線影像上有兩種具體表現(xiàn)形式，即背景模糊和影像失銳。2023/2/577二、模糊度(一)背景模糊作為物理學(xué)的一般規(guī)律，在X線成像過程中必然存在著模糊現(xiàn)象，物體的影像向其周圍的背景區(qū)擴展。影像顯示的原物體幾何尺寸為本影，本影以外的影像逐漸變淡的部分，稱為半影(penumbra)。半影可用于表示模糊度，模糊度在背景區(qū)顯示的結(jié)果構(gòu)成背景模糊。背景模糊造成影像對比度減小，減低細節(jié)的可見度，特別是較小的物體，當(dāng)對比度降低到與背景模糊度相等時，影像消失。影像學(xué)對在背景模糊的影響下所能顯示出來的細節(jié)(最小物體)，確定了一個限度，這個限度稱為模糊閾值。x線照片的模糊閾值為0.2mm。2023/2/578二、模糊度2023/2/579二、模糊度(二)影像失銳模糊對影像的另一個影響是失銳。兩鄰組織的影像界限的清楚程度稱為銳利度(sapness)。若有密度值為D1和D2的兩個影像相鄰時，它們的密度差為K，從D1的密度移行到D2的密度通過的距離為H，那么，銳利度(S)為:2023/2/580二、模糊度影像失銳是模糊現(xiàn)象造成的影像邊緣的不銳利，在兩物體影像分界線上或組織邊緣部分特別容易觀察到這一現(xiàn)象。由一種密度過渡到另一密度時，其密度變化的轉(zhuǎn)變程度越慢，密度變化的距離H就越長，失銳程度越大；相鄰兩部分密度轉(zhuǎn)變過程越明確，即H越短，失銳程度越小。造成X線影像模糊和細節(jié)損失的三個基本因素是X線源(焦點)，接收系統(tǒng)以及組織運動(曝光時間組織器官在運動)。2023/2/581二、模糊度1.焦點幾何模糊HfX線管有效焦點是有一定面積的面光源。面光源的發(fā)射特性決定了X線束通過物體后，必然會按幾何學(xué)成像的特點發(fā)散，并在成像平面上形成模糊陰影。有效焦點的面積越大，形成的影像模糊半影H亦越大。式中F為焦點尺寸，a為焦-肢距，b為肢-片距。

2023/2/582二、模糊度根據(jù)影像診斷學(xué)要求半影模糊閾值不大于0.2mm，則X線管焦點允許的最大放大率為:

2023/2/583二、模糊度2023/2/584(1)焦點的方位特性:焦點的方位特性改變了照射野內(nèi)焦點有效尺寸。由于X線管陽極靶面的傾角，使實際投影在照射野內(nèi)的有效焦點尺寸在X線管長軸方向上產(chǎn)生變化:陽極端方向有效焦點尺寸變小，陰極端方向有效焦點尺寸變大。并且，有效焦點的形狀在照射野范圍內(nèi)隨著照射位置不同而不一樣，在照射野范圍的X線視場范圍邊緣甚至出現(xiàn)焦點扭曲現(xiàn)象。二、模糊度這一現(xiàn)象表明，在X線攝影照射野范圍內(nèi)，與X線管平行方向上的有效焦點尺寸是變化的。因此，對X線照片邊緣的影像形態(tài)會造成X線投影不真實性。2023/2/585二、模糊度(2)焦點的測量:測量方法有針孔照相機、狹縫照相機和星卡，這幾種測量工具的原理和測量方法完全不同，針孔或狹縫照相機用以測量焦點的實際尺寸，而星形測試卡用來測量等效模糊尺寸。狹縫照相機測量方法:①根據(jù)狹縫照相的技術(shù)要求，在X線管窗口放置好狹縫照相機;②基準(zhǔn)軸線垂直通過狹縫光闌人射面中心，與狹縫光闌對稱軸夾角小于10-3rad，狹縫光闌入射面與焦點中心距離大于250mm。2023/2/586二、模糊度2023/2/587短軸方向長軸方向二、模糊度2.感光材料模糊Hr

增感屏和影像增強器輸入端的熒光層中的熒光晶體顆粒受到X線照射后，每個顆粒都成為一個獨立發(fā)光光源向外散射熒光，這一現(xiàn)象稱為熒光渙散。熒光渙散的面積越大，X線影像清晰度越差。熒光渙散形成的模糊主要與乳劑層厚度、熒光晶體類型、大小、發(fā)光效率有關(guān)。2023/2/588二、模糊度3.運動模糊Hm

X線曝光的瞬間，X線管、被照體及膠片三者均應(yīng)保持靜止，即三者的相互幾何投影關(guān)系保持不變。如果其中一個因素在攝影過程中發(fā)生移動，影像必然出現(xiàn)模糊，稱為運動模糊。由于運動模糊像被散布在一段距離中，運動的模糊值等于在曝光期間物體運動的距離。影像的運動模糊值(Hm)為運動幅度(m)與放大率(M)的乘積:2023/2/5892023/2/590三、影像噪聲幾乎所有醫(yī)學(xué)影像的形成過程都會產(chǎn)生某些偽影，例如，在X線照片影像上仔細觀察對比度較低的區(qū)域，可能看到照片上分布有不規(guī)律的黑白斑點；在X線電視顯示屏上，如果大幅度提高增益就會產(chǎn)生雪花或網(wǎng)紋等。這些偽影造成影像密度的改變，結(jié)果是掩蓋或降低了影像細節(jié)的可見度。醫(yī)學(xué)影像學(xué)上將照片密度或影像亮度的隨機變化稱為影像噪聲。噪聲由不同的原因引起，它的表現(xiàn)形式各不相同。X線照片影像噪聲，通常是由量子噪聲、增感屏噪聲和X線膠片噪聲引起。2023/2/591三、影像噪聲1.量子噪聲X線物理學(xué)原理證明，量子噪聲與X線曝光量直接相關(guān)。從減少X線對人體放射劑量的角度考慮，最有效的方法是減少mAs，但對影像質(zhì)量而言，代價卻是增加量子噪聲，甚至降低影像的可見度;而優(yōu)質(zhì)的圖像要求是低噪聲，為了降低影像噪聲必須使用大曝光量。影像噪聲與所需曝光量之間的關(guān)系，在X線成像過程中必須合理地統(tǒng)籌兼顧。當(dāng)對影像質(zhì)量要求不高但對放射劑量的控制十分嚴(yán)格時，例如，嬰幼兒髖關(guān)節(jié)攝影可采用高kV、低mAs技術(shù)，而忽略量子噪聲對影像細節(jié)的影響;當(dāng)對影像質(zhì)量要求很高但對放射劑量的控制不十分嚴(yán)格時，例如乳腺攝影應(yīng)采用低kV、高mAs技術(shù)，重點放在影像細節(jié)顯示。2023/2/592三、影像噪聲2.增感屏噪聲影像噪聲產(chǎn)生的另一個重要來源是增感屏，即產(chǎn)生這種噪聲的重要因素是屏的吸收效率和轉(zhuǎn)換效率。(1)屏的吸收效率:提高增感屏對X線接收的靈敏度是減少量子噪聲的較好方法。有幾種因素決定了增感屏對X線光子的吸收效率，它們是增感屏熒光物質(zhì)的類型、增感屏的厚度和X線光子的能譜。(2)增感屏的轉(zhuǎn)換效率:增感屏轉(zhuǎn)換效率取決于熒光物質(zhì)類型和生產(chǎn)工藝，原則上講，轉(zhuǎn)換效率高會增加增感屏的晶體顆粒發(fā)光能力，并減少對被檢者的照射量。但缺點是熒光顆粒增大，加大了增感屏的結(jié)構(gòu)噪聲。3.X線膠片噪聲近代X線膠片的生產(chǎn)工藝已達到較高的水平，特別是扁平顆粒技術(shù)的使用，膠片的顆粒噪聲一般不作為重要考慮因素。需要注意的是，當(dāng)膠片和增感屏二者的光譜特性非常靠近時，會產(chǎn)生最大的量子噪聲。因此，量子噪聲常常是限制在X線攝影中使用高感度膠片的理由。2023/2/593四、影像失真X線檢查是將存在于三維空間的人體組織結(jié)構(gòu)，用X線投影的方法顯示在兩維的影像平面上。根據(jù)幾何光學(xué)的投影原理，影像上顯示的人體結(jié)構(gòu)會或多或少地喪失了正常的形態(tài)。這種因成像原理而造成的大小和形狀上的變化稱為影像失真。影像失真是成像過程必然的改變。失真是影響X線照片質(zhì)量的幾何特征，一般可分為放大失真和形狀失真兩類。2023/2/594四、影像失真(一)放大失真放大失真受X線成像系統(tǒng)的三個基本距離控制，即焦點(S)、物體(O)和影像接收器(I)這三者之間的距離和諸距離之間的比值決定了影像的放大率。2023/2/595四、影像失真(二)形