醫(yī)用X射線機的影像質(zhì)量控制-徐影

(1895年12月22日誕生了第一張X光照片)

1896年X線開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)。主要是臨床的骨折和體內(nèi)異物的診斷。當(dāng)時使用的X線機的管電壓只有40kV～50kV，管電流強度僅有1mA，當(dāng)時拍攝一張手的X線照片要用30min～1h。

一百多年來，X射線影像設(shè)備發(fā)展歷史，也就是圍繞不斷提高X射線影像質(zhì)量、降低患者(受檢者)劑量和工作人員受照劑量的發(fā)展歷史。X射線基礎(chǔ)X射線基礎(chǔ)(X射線診斷學(xué)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展簡史)X射線基礎(chǔ)(X射線產(chǎn)生的原理)X射線的產(chǎn)生1：高能電子經(jīng)過原子核，受到核庫侖場作用，損失能量以連續(xù)譜X射線形式釋放。X射線的產(chǎn)生2：高能電子擊飛原子內(nèi)層電子，外層電子補充空穴時釋放特征X射線。+特征X射線+連續(xù)X射線X射線基礎(chǔ)(醫(yī)用X射線的產(chǎn)生)

在醫(yī)學(xué)診斷用的X線管中，被加熱的燈絲發(fā)射出電子，在30～120千伏高壓的作用下，燈絲射出的電子被吸引到陽極靶子上，這些電子與靶內(nèi)的原子相互作用產(chǎn)生X射線，X射線穿過管壁發(fā)射出來。只有少于1%的入射電子能量轉(zhuǎn)換成了X射線，99%的轉(zhuǎn)化成熱能。旋轉(zhuǎn)陽極式X線管左圖：X射線基礎(chǔ)(醫(yī)用X射線的產(chǎn)生)X射線基礎(chǔ)(醫(yī)用X射線的產(chǎn)生)X射線基礎(chǔ)（X射線與物質(zhì)的相互作用）+γ射線光電效應(yīng)光電子Ee：電子的動能Eγ:γ射線的能量Ei:第i層電子結(jié)合能光電效應(yīng)X射線基礎(chǔ)（X射線與物質(zhì)的相互作用）+入射γ射線Compton效應(yīng)Compton電子出射γ射線Ee：電子的動能Eγ:γ射線的能量θ:散射角（如圖）meC2:電子的靜態(tài)質(zhì)量能θ康普頓散射降低圖象的對比度Compton效應(yīng)：X射線基礎(chǔ)（X線的性質(zhì)）X線在本質(zhì)上屬電磁波。物理特性：

(a)穿透作用:X線波長短，能量大，能穿透一般光線不能穿透的物質(zhì)。用來檢查人體內(nèi)部器官的結(jié)構(gòu)是很合適的。(b)熒光作用:當(dāng)X線照射某些物質(zhì)時可產(chǎn)生熒光，利用這一性質(zhì)，可以在熒光屏上直接觀察X線圖像。X射線基礎(chǔ)（X線的性質(zhì)）物理特性：(c)電離作用:具有足夠能量的X線光子不僅能擊脫物質(zhì)原子軌道上的電子，使該物質(zhì)產(chǎn)生一次電離，而且脫離原子的電子又與其它原子相碰，還會產(chǎn)生二次電離。氣體分子被電離后，其電離電荷很容易被收集，于是人們可以根據(jù)氣體分子電離電荷的多少來測定X線的劑量。許多X線檢測器就是利用這一原理制成的。X射線基礎(chǔ)（X線的性質(zhì)）物理特性：(d):生物效應(yīng):X線是一種電離輻射。生物細胞經(jīng)一定量的X線照射后會受到損害甚至壞死。利用X線的這個效應(yīng)，可以用放射治療的方法來破壞腫瘤組織。當(dāng)然，人體受到一定劑量X線的照射后，也會導(dǎo)致正常組織的損傷。X射線基礎(chǔ)（X線的性質(zhì)）化學(xué)特性：（e）感光作用：能使膠片感光，膠片乳劑中的溴化銀受X光照射感光，經(jīng)過化學(xué)顯影，還原出黑水的金屬銀顆粒。（f）脫水作用（著色作用）：某些物質(zhì)經(jīng)X光長期照射后，因結(jié)晶脫水而逐漸改變顏色。X射線基礎(chǔ)(透視成像)

第一代的熒光透視接收器是一塊平板熒光屏。平板熒光屏透視檢查方法的主要缺點是屏的亮度比較低，觀察起來比較吃力。放射科醫(yī)生在進行透視工作前，一般要在黑暗環(huán)境中待15分鐘左右才能使自己的眼睛適應(yīng)黑暗環(huán)境。只能提供一個重疊的陰影像。

X射線基礎(chǔ)(透視成像)

為解決熒光屏亮度低的問題，現(xiàn)代X射線成像系統(tǒng)中都采用了影像增強管。影像增強管的引入是透視X射線成像系統(tǒng)的一項重大改進。影像增強管影像增強器的組成1.輸入窗：X線的入射窗口（玻璃或薄金屬板）2.閃爍晶體：將X線圖像轉(zhuǎn)換成熒光影像（蘭光）3.光電陰極：一層極薄的光電發(fā)射膜，受光照射時逸出光電子4.電極：陽極陰極之間加直流高壓，對光電子起加速作用；柵極加直流電壓，對電子起聚焦作用X射線基礎(chǔ)(透視成像)影像增強器的組成5.輸出熒光屏：在玻璃基板上涂一層PtO熒光粉，其上敷鋁膜，高速電子可穿透鋁膜達到熒光粉層使其發(fā)出熒光，鋁膜可防止光的反向傳播6.輸出窗：由玻璃或光纖面板制成，攝像頭可攝取此窗口上的熒光影像7.管殼：大型真空器件X射線基礎(chǔ)(透視成像)X射線基礎(chǔ)(透視成像)影像增強器－電視系統(tǒng)(X-TV)X-TV的優(yōu)點影像亮度高改暗室工作環(huán)境為明室環(huán)境，使一些需在透視監(jiān)視下的手術(shù)得以實施；由于增強器和電子電路具有放大作用，進行同樣的診斷操作，X線劑量可減少7～10倍；由于X線劑量減少，延長了X線管的工作壽命，并可采用微焦點，使圖像更清晰；X射線基礎(chǔ)(透視成像)影像清晰電視圖像質(zhì)量遠遠優(yōu)于熒光屏圖像，有利于病變的早期發(fā)現(xiàn)；醫(yī)生和病人受照劑量小可實現(xiàn)隔室遙控操作，醫(yī)生完全脫離X線的傷害；影像可遠距離傳送并可錄像保存電視圖像信號可以被存儲、傳輸和做后期處理，便于供教學(xué)和會診使用。

X射線基礎(chǔ)(透視成像)X-TV的優(yōu)點X射線基礎(chǔ)(膠片攝影成像)

X射線膠片攝影與X射線透視的不同在于用攝影膠片代替透視的熒光屏。入射的X射線在膠片上形成潛影，然后經(jīng)過顯影、定影處理，將影像固定在膠片上。用X射線直接對膠片曝光的效率是比較低的。在臨床中使用屏-膠片系統(tǒng)作為投影X射線成像系統(tǒng)的接收器。它是由涂上感光乳膠的膠片和與膠片緊密接觸的一個或兩個熒光增強屏組成的。熒光增強屏是涂有熒光材料的薄層。

X射線基礎(chǔ)(膠片攝影成像)X射線的能量由增感屏吸收，并將其能量的一部分（大約5～20%）轉(zhuǎn)變?yōu)闊晒?。此熒光再使膠片曝光。由于增感屏的熒光物質(zhì)對X射線較敏感，使膠片曝光所需的實際X射線輻射劑量大幅度地降低。但使用增感屏?xí)箞D像產(chǎn)生一定程度的模糊。X射線基礎(chǔ)(膠片攝影成像)片基感光乳膠片基X射線直接膠片攝影X射線感光乳膠片基增感屏增感屏－膠片攝影X射線基礎(chǔ)(膠片攝影成像)

X射線攝影照片的分辨率比較高，用攝影膠片作為X射線圖像的永久記錄仍然是目前臨床上常用的方法。但是，為了得到照片，必須配備一套沖洗設(shè)備，操作過程也比較麻煩(在暗室中操作)。X射線基礎(chǔ)（評價成像系統(tǒng)與圖象質(zhì)量的客觀標(biāo)準(zhǔn)）對比度分析簡單模型1.對比度X射線基礎(chǔ)（評價成像系統(tǒng)與圖象質(zhì)量的客觀標(biāo)準(zhǔn)）

在X-ray成像系統(tǒng)中，圖象的對比度僅僅與被探查物體的厚度L2及被探查物與周圍組織間的線性衰減系數(shù)之差有關(guān)，而與照射對象的總厚度無關(guān)（理想情況下）。為了提高圖像的對比度,通常采取以下措施:(1):使用造影劑(2):克服散射對圖像對比度的影響(濾線柵)X射線基礎(chǔ)（評價成像系統(tǒng)與圖象質(zhì)量的客觀標(biāo)準(zhǔn)）使用造影劑使用濾線柵管電壓75KV，無濾線柵管電壓75KV，有濾線柵X射線基礎(chǔ)（評價成像系統(tǒng)與圖象質(zhì)量的客觀標(biāo)準(zhǔn)）2.不銳度

衡量圖像模糊程度的指標(biāo)*幾何不銳度(被檢查的物體靜止，也稱幾何偽影)造成原因:X射線源有一定的尺寸(焦點不是點源)解決:將探查物盡可能接近記錄器X射線基礎(chǔ)（評價成像系統(tǒng)與圖象質(zhì)量的客觀標(biāo)準(zhǔn)）*移動不銳度(也稱運動偽影)

問題成因:物體的運動解決方案:加大管電流,縮短成像時間被探查物X線管Ud記錄器。

。μmX射線基礎(chǔ)（評價成像系統(tǒng)與圖象質(zhì)量的客觀標(biāo)準(zhǔn)）2.不銳度

指影像系統(tǒng)所能分辨的兩個相鄰物體間的最小距離.用單位距離的線對數(shù)（即單位距離中所含的線條條數(shù)）來表達.LP/mm.X射線基礎(chǔ)（評價成像系統(tǒng)與圖象質(zhì)量的客觀標(biāo)準(zhǔn)）3.分辨力主要表現(xiàn)為：1.數(shù)量龐大的膠片使存儲、查閱的效率低。2.攝影采用模擬技術(shù)，圖像灰階度分辨率低，不便用計算機處理、儲存和傳輸，更不能異地醫(yī)生同時觀察一幅圖像（如遠程診斷或電話會診），不便實現(xiàn)多人共享。3.X線攝影需要的曝光劑量相對較大，且X線攝影一旦完成，影像質(zhì)量再不能改善，當(dāng)質(zhì)量達不到要求時往往需要重攝，給投照者和患者帶來負擔(dān)。

X射線基礎(chǔ)（傳統(tǒng)X線攝影的弊端）

在傳統(tǒng)的投影X射線成像設(shè)備中，所記錄和顯示的信號都是模擬信號，在模擬X射線攝影中因為記錄器的動態(tài)范圍很小。要求嚴(yán)格掌握曝光劑量，另外，對所記錄的圖像也很難做進一步的處理。

現(xiàn)代的數(shù)字X射線攝影采用了動態(tài)范圍大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，克服了膠片攝影系統(tǒng)的局限性。此外，數(shù)字圖像便于處理、存儲、歸檔與通信，這些特點也是傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)所不能比擬的。X射線基礎(chǔ)（數(shù)字X線成像）數(shù)字電視X射線攝影系統(tǒng)X射線基礎(chǔ)（數(shù)字X線成像）

CR將透過人體的X線影像信息記錄在存儲熒光板（storagephosphorplate，簡稱SPP）上，構(gòu)成潛影。用激光束以2510×2510的像素矩陣（像素約0.1mm大?。PP進行掃描讀取，經(jīng)計算機計算處理，通過改善影像的細節(jié)、圖像降噪、灰階對比度調(diào)整、影像放大、數(shù)字減影等，將經(jīng)處理的影像特征信息在熒屏上顯示圖像，還可用激光照相機記錄其圖像。X射線基礎(chǔ)（數(shù)字X線成像）計算機放射攝影（computedradiography，CR）

CR攝影條件低，為傳統(tǒng)X線攝影的1／2～2／3；攝影條件的寬容范圍寬；數(shù)字化圖像可存儲于光盤中，為醫(yī)學(xué)影像存檔與通訊系統(tǒng)的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。CR最顯著的優(yōu)點在于：將傳統(tǒng)的X線技術(shù)與現(xiàn)代計算機技術(shù)相結(jié)合，使大小傳統(tǒng)X線機免遭淘汰。X射線基礎(chǔ)（數(shù)字X線成像）計算機放射攝影（computedradiography，CR）優(yōu)點：

（1）靈敏度高（2）動態(tài)范圍高（3）影像更清晰缺點：（1）時間分辨力較差（2）不能滿足動態(tài)器官和結(jié)構(gòu)的顯示X射線基礎(chǔ)（數(shù)字X線成像）計算機放射攝影（computedradiography，CR）

DR直接將X線光子轉(zhuǎn)換為數(shù)字化圖像。CR和DR由于均采用數(shù)字技術(shù)，動態(tài)范圍廣，有很寬的曝光寬容度，允許照相中的技術(shù)誤差，即使在一些曝光條件難以掌握的部位，也能獲得很好的圖像；CR和DR均可根據(jù)臨床需要進行各種圖像后處理（如濾波，放大、拼接以及距離、面積、密度測量等豐富的功能），為影像診斷中的細節(jié)觀察、前后對比、定量分析提供技術(shù)支持。數(shù)字X線攝影(DigitalRadiography,DR)X射線基礎(chǔ)（數(shù)字X線成像）非晶態(tài)硅型平板探測器

X射線基礎(chǔ)（數(shù)字X線成像DDR探測器）X射線基礎(chǔ)（CR與DR比較）

減影技術(shù)最早應(yīng)用于血管系統(tǒng)的研究。在病人的血管中注入造影劑（造影劑對X線的衰減系數(shù)大于人體的骨骼和軟組織）。攝下同一部位注入造影劑前后的兩幀圖像。原則上講，只要將這兩幀圖像相減，就能消除血管外其余的組織形象，而只保留造影血管的圖像。減影后的圖像突出了差異部分，更易于判讀、處理及分析。X射線基礎(chǔ)（數(shù)字減影技術(shù)DSA）X射線基礎(chǔ)（模擬影像與數(shù)字影像對比）按高壓變壓器的工作頻率可分為：工頻X線機（50Hz）中頻X線機（400~20kHz）高頻X線機（>20kHz）X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機分類）自整流、單相全波整流、三相全波整流。自整流X線機多為10~50mA的小型Ｘ線機。單相全波整流Ｘ線機多為100~500mA的中、大型Ｘ線機(電壓波動范圍為10％)。三相全波整流Ｘ線機多為500mA以上的大型Ｘ線機(輸出kV波形平穩(wěn)，電壓波動范圍為3.4%，產(chǎn)生的軟Ｘ線少，產(chǎn)生Ｘ線量的效率高，有利于短時間曝光的動態(tài)攝影)。X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機分類）工頻X線機按整流方式可分為：工頻Ｘ線機的缺點：（１）體積重量大；（２）輸出波形脈動率高、Ｘ線劑量不穩(wěn)定、軟Ｘ射線成分較多；（３）曝光參量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性較差。為解決這些問題，將直流逆變技術(shù)引入Ｘ線機中，使高壓發(fā)生器的工作電源由工頻提高到中頻，甚至高頻。X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機分類）中、高頻Ｘ線機工頻X線機的局限性1.結(jié)構(gòu)笨重、自動化程度低500mAX線機的高壓發(fā)生器和操作控制臺X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機分類）工頻X線機的局限性

2.圖像質(zhì)量差KVT(s)1000.010.020.030.04040不穩(wěn)定的X射線軟X射線X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機分類）工頻X線機的局限性

3.曝光參數(shù)精度低KV與mA是相互關(guān)聯(lián)的，依靠KV補償和空間電荷補償?shù)姆椒?，曝光精度仍然很低曝光時間精度難以控制變壓器的剩磁現(xiàn)象、電感性限制了最短的曝光時間以及對電路的沖擊X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機分類）中、高頻Ｘ線機的特點1.病人的皮膚劑量低：高壓發(fā)生器輸出波形近似于恒定直流，脈動率非常低，輸出Ｘ線的單色性和能性大大提高，病人皮膚劑量大為降低；2.成像質(zhì)量高：從Ｘ線成像原理可知，連續(xù)線譜的Ｘ線，物質(zhì)對其吸收不遵守指數(shù)規(guī)律，射線通過物質(zhì)后，不僅有光子數(shù)量的減少，而且還有光子能量的變化，成像質(zhì)量較差；而單能窄束Ｘ線，物質(zhì)對其吸收遵守指數(shù)規(guī)律，射線透過物體后，只有光子數(shù)量的減少，沒有光子能量的變化，這對提高成像質(zhì)量非常有利；X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機分類）中、高頻Ｘ線機的特點3.輸出劑量大：因中、高頻機屬恒定直流曝光，故在膠片獲得同樣黑化度的情況下，中、高頻機的mAs值是工頻機的60%；4.實時控制：曝光過程中可對kV和mA進行實時控制，使每次曝光輸出量都保持基本一致，而工頻機很難做到；5.可實現(xiàn)超短時曝光(mS級)；6.高壓變壓器體積小、重量輕（便攜式、移動式Ｘ線機）X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機分類）中、高頻Ｘ線機的特點7.便于智能化計算機控制可實現(xiàn)自動化控制技術(shù)智能控制技術(shù)操作控制臺X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機分類）醫(yī)用X射線診斷利用X線透過人體后強度的差異而形成各種影像（熒光、照片、TV影像等）。通用X線機有：

胃腸X線機、普通攝影X線機。專用X線機有：

血管造影X線機、乳腺攝影X線機、床邊X線機、牙科X線機等。X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）診斷用X線機的組成X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）熒光屏透視多采用隔室（暗室）。隔室透視裝置是在熒光屏平面上建一具有X線防護功能的隔壁，熒光屏的觀察面朝向暗室，供醫(yī)生觀察，X線管和病人都在明室。X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）熒光屏結(jié)構(gòu)圖隔室透視示意圖X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）診視床結(jié)構(gòu)X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）熒光屏透視X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）熒光屏透視X-TV式透視

由X-TV取代熒光屏，使影像亮度得到明顯提高，透視由暗室轉(zhuǎn)為明室，方便了病人和醫(yī)生。X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）遙控立式透視X線機影像增強器電視系統(tǒng)原理胃腸X線機主要用于胃腸等消化道疾病的檢查、胸部呼吸系統(tǒng)的檢查等。在胃腸疾病檢查中，如果找到了病灶，就會要求立即拍片攝影，這一過程叫點片攝影。X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）將X-TV和診視床合理組合，具有普通診視床的各項功能，并全部實現(xiàn)遙控。床身起落、轉(zhuǎn)動、床面伸縮、點片架的三維運動和鎖止，都采用電動控制。多配有無暗盒點片架，一次可裝入50張或更多膠片，在為多名病人檢查過程中，醫(yī)生不需要頻繁進入檢查室，從而完全脫離了X線現(xiàn)場，改善了工作條件，提高了工作效率。分床上X線管式和床下X線管式兩種。X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）胃腸X線機下球管上點片X線機X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）胃腸X線機上球管下點片X線機X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）胃腸X線機搖籃床X線機X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）胃腸X線機攝影X線機是用X線膠片代替熒光屏或電視圖像，使穿過人體的Ｘ線在膠片上永久留下被檢部位影像的設(shè)備。Ｘ線膠片比熒光影像清楚，一般比透視更能發(fā)現(xiàn)病灶。攝影用X線機

X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）1.普通攝影普通攝影包括一般攝影和濾線器攝影。一般攝影是Ｘ線透過病人后直接到達膠片，多用于較薄部位或診斷要求不高的攝影檢查。濾線器攝影是Ｘ線透過病人后先經(jīng)過濾線器將散射線“過濾”，然后再照射膠片而獲得影像的方法，多用于較厚部位的攝影。X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）濾線器Ｘ線透過人體時，因撞擊人體組織而產(chǎn)生向四周散射的波長較長的軟射線，稱為散射線或二次射線。這些射線作用于膠片上，將使膠片背景灰霧，導(dǎo)致照片影像質(zhì)量下降。組織越厚、密度越高，則產(chǎn)生的散射線越多，對影像質(zhì)量的影響越大。濾線器能吸收散射線，使達到膠片的散射線盡可能少，從而提高照片的影像質(zhì)量。X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）濾線器濾線器立柱式支持裝置X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）天軌懸吊式支持裝置

主要用于大型固定式Ｘ線機。能充分利用空間、不占地面位置，有利于診視床、X-TV的組合，方便工作人員的操作。懸吊式Ｃ型臂支持裝置落地式Ｃ型臂支持裝置Ｃ型臂結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間少，能沿Ｃ弧轉(zhuǎn)動和繞水平軸轉(zhuǎn)動，活動范圍大且靈活，特別適用于心血管系統(tǒng)的Ｘ線檢查。最大優(yōu)點是檢查時無需移動病人。當(dāng)肢體處于C形臂轉(zhuǎn)動中心時，在C形臂活動過程中，被檢部位一直處于照射野中心。近年來，小型移動式Ｘ線機裝配Ｃ型臂后，進行床邊Ｘ線檢查非常方便。牙科X線機乳腺攝影X線機床邊X線機手術(shù)用X線機熒光縮影機其它專用X線機X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）牙科X線機乳腺攝影X線機X射線基礎(chǔ)（醫(yī)用診斷X線機）床邊X線機手術(shù)用X線機熒光縮影機醫(yī)用X射線機影像質(zhì)量控制放射防護與影像質(zhì)量保證的關(guān)系

據(jù)報道，我國同類型X射線診斷檢查，在不同醫(yī)院和不同受檢者之間，受檢者受照劑量相差很大，可達幾百倍。另外，由于X線裝置的運行質(zhì)量和人員操作不當(dāng)?shù)仍?，造成廢片和重拍片，給受檢者增加不必要的照射。我國每年有近