X線攝影原理-X線成像原理

一、模擬X線成像的基本條件模擬X線傳遞過(guò)程

信息載體

信息源（被檢體）

與信息接收器

暗室沖洗

顯示圖像

讀取圖像模擬X線成像的基本條件有三要素

信息載體、信息源（被檢體）與信息接收器。

（一）信息載體1．X線成像

X線是X線成像過(guò)程中，人體組織結(jié)構(gòu)信息的載體。X線與可見(jiàn)光、紅外線、紫外線、r射線完全相同，都是電磁波，只不過(guò)X線的頻率很高，約在3×1016Hz

～3×1019Hz之間，波長(zhǎng)很短，約在10-2nm～10nm之間。

X線的產(chǎn)生原理：

是由陰極燈絲發(fā)射出的高速電子束和陽(yáng)極靶面相互作用的結(jié)果。在真空條件下高千伏的電場(chǎng)產(chǎn)生的高速電子流與靶物質(zhì)的原子核和內(nèi)層軌道電子作用，分別產(chǎn)生連續(xù)X線和特征X線。從X線管發(fā)出的X線束與靶面物質(zhì)的原子序數(shù)（Z）、管電流量（mAs）、管電壓（kV）及高壓波形有關(guān)。醫(yī)學(xué)影像成像的三要素

（二）信息源

1．X線成像信息源

X線成像由于人體各種組織結(jié)構(gòu)的原子序數(shù)（Z）、密度（ρ）不同，形成了對(duì)X線的衰減系數(shù)（μ）不同。衰減差異的大小就形成了X線影像的對(duì)比度。然后通過(guò)各種影像接收器（探測(cè)器）進(jìn)而形成可見(jiàn)的X線影像。

當(dāng)X線的衰減以光電吸收為主時(shí)，被檢體的線衰減系數(shù)μ與人體組織的Z、ρ存在著如下關(guān)系：

（三）信息接收器

各種不同的成像技術(shù)其影像信息的接收器（探測(cè)器）是不同的。

醫(yī)學(xué)影像成像中常用的接收器有：模擬X線成像

屏-片系統(tǒng)計(jì)算機(jī)X線攝影（CR）

成像板（IP）數(shù)字X線攝影（DR）

平板探測(cè)器（FPD）X線計(jì)算機(jī)體層成像

探測(cè)器磁共振成像

接收線圈超聲成像

探頭。一、模擬X線影像的形成（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(diǎn)：可多角度、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察組織器官的形態(tài)和功能。不足：動(dòng)態(tài)的影像不能永久保留，影像的細(xì)節(jié)不及攝影，且患者接受的輻射劑量較大。X線透視過(guò)程：X線被照體（信息源）透射線（信息載體）接收器（熒光屏）影像形成X線透視特點(diǎn)：肺：白灰色骨骼：黑灰色透視的熒光圖像稱為正像

影像增強(qiáng)透視模擬透視接收器是熒光屏，根據(jù)穿過(guò)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。熒光透視1.熒光屏透視接收器是X線電視系統(tǒng)。

特點(diǎn)：2.影像增強(qiáng)透視影像亮度提高，可在明室下操作，方便準(zhǔn)確。

（二）X線攝影X線攝影：應(yīng)用光或其它能量來(lái)表現(xiàn)被照體信息狀態(tài)，并以可見(jiàn)光學(xué)影像加以記錄的一種技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：影像的空間分辨力高、患者受照劑量小及影像便于長(zhǎng)期保存記錄等。不足：照片影像是瞬間固定的，難于動(dòng)態(tài)了解臟器的變化。X線攝影過(guò)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）X線攝影：X線球管肺：黑灰色骨骼：白灰色攝影的影像稱為負(fù)像

特點(diǎn)：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40kV

100kV產(chǎn)生的X線進(jìn)行的攝影技術(shù)。（2）軟X線攝影：是指使用管電壓在25kV

40kV產(chǎn)生的軟X線進(jìn)行攝影技術(shù)，也稱軟組織攝影。（3）高千伏攝影：是指120kV～150kV的高電壓產(chǎn)生X線進(jìn)行的攝影技術(shù)，又稱概觀攝影。二、模擬X線影像的傳遞學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握

CR的成像過(guò)程；IP的結(jié)構(gòu)及特性；CR的后處理方法。

2.熟悉

CR的成像理論；影響CR圖像質(zhì)量的因素。計(jì)算機(jī)X線攝影（ComputedRadiology，CR），是以成像板（ImagingPlate，IP）作為信息接收器，經(jīng)X線曝光及信息讀出處理形成數(shù)字影像的攝影技術(shù)。CR的歷史：1983年由日本富士公司研制成功。

CR成像基本條件CR系統(tǒng)由X線機(jī)、IP、影像閱讀器、后處理工作站和存儲(chǔ)裝置等組成。、成像板IP是CR成像系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，

IP只具有記錄功能，不具備影像顯示功能。IP有正反之分，從外觀上看，正面如同增感屏，反面為黑色。IP的外觀：1、IP的結(jié)構(gòu)：保護(hù)層成像層（PSL物質(zhì)層）支持層背襯層PSL物質(zhì)層：具有PSL現(xiàn)象的物質(zhì)表面保護(hù)層：聚酯類纖維，保護(hù)PSL物質(zhì)層PSL物質(zhì)成分：含有2價(jià)銪離子的氟氯化鋇結(jié)晶體PSL結(jié)晶體顆粒直徑：4～7μm顆粒增大，發(fā)光強(qiáng)，清晰度降低稱氟鹵化鋇銪（BaFXEu2+，X=Cl,Br,I）支持層：又稱基板，PSL物質(zhì)的支持體，厚度在200～350μm避免激光在PSL物質(zhì)層和基板之間反射，基板制成黑色背面保護(hù)層：聚酯類纖維，防止使用過(guò)程中與IP之間的摩擦損傷。2、IP的規(guī)格與類型IP的常用規(guī)格35

43cm（1417英寸）3535cm（1414英寸）2530cm（1012英寸）2025cm

（810英寸）IP的類型ST（Standard）HR（HighResolution）3、IP的特性：（2）IP可重復(fù)使用（5）IP存儲(chǔ)的信息易消退（6）IP易受天然輻射的影響（3）IP的發(fā)射光譜與激勵(lì)光譜不同（4）IP的光發(fā)射壽命期短（1）IP可發(fā)生光激勵(lì)發(fā)光現(xiàn)象某些物質(zhì)在第一次受到照射光（一次激勵(lì)光）照射時(shí)，能將一次激勵(lì)光所攜帶的信息貯存（記錄）下來(lái)，當(dāng)再次受到照射光（二次激勵(lì)光）照射時(shí)，能發(fā)出與一次激勵(lì)光所攜帶信息相關(guān)的熒光。

（1）IP可發(fā)生光激勵(lì)發(fā)光現(xiàn)象（PSL現(xiàn)象）第一次對(duì)IP激勵(lì)的光：X線第二次對(duì)IP激勵(lì)的光：激光X線被照體透射線（載著人體信息的X線）IP激光閱讀器（IP受到激光的激勵(lì)）發(fā)出可見(jiàn)光（與透射線信息一樣）機(jī)制：（2）IP可重復(fù)使用機(jī)制：Eu2+Eu3+IP的第一次激勵(lì)：IP的第二次激勵(lì)：Eu3+Eu2+（3）IP的發(fā)射光譜與激勵(lì)光譜不同IP的發(fā)射光譜IP的激勵(lì)光譜（激光發(fā)射光譜）IP的發(fā)射光譜IP的激勵(lì)光譜（激光發(fā)射光譜）（4）IP的光發(fā)射壽命期短以Eu2+為發(fā)光中心的氟溴化鋇的PSL壽命為0.8μs，不發(fā)生信息的重疊。

熒光體經(jīng)激勵(lì)后，發(fā)射熒光的強(qiáng)度達(dá)到初始值的1/e所用的時(shí)間。（6）IP易受天然輻射的影響（5）IP存儲(chǔ)的信息易消退IP存儲(chǔ)的信息8h后可減少25%，攝影后抓緊讀出X線紫外線

射線激勵(lì)I(lǐng)PIP使用前，必須進(jìn)行擦除信息量時(shí)間4.IP使用注意事項(xiàng)（1）IP可以重復(fù)使用；（2）IP在8小時(shí)以上未使用，則在使用前應(yīng)使用強(qiáng)光照射，消除可能存在的潛影；（3）在使用中，應(yīng)注意避免IP出現(xiàn)擦傷；（4）由于IP中的熒光物質(zhì)對(duì)放射線、紫外線敏感度遠(yuǎn)高于普通X線膠片，因此攝影前、后的IP都要屏蔽。（5）攝影后的IP上的潛影會(huì)因光的照射而消退，所以必須避光。在8小時(shí)之內(nèi)將信息讀取。（6）避光不良或漏光的IP上的圖像會(huì)因貯存的影像信息量減少而變得發(fā)白，這與普通膠片正好相反。二、影像閱讀器CR系統(tǒng)的影像閱讀裝置：無(wú)暗盒型暗盒型第二節(jié)CR系統(tǒng)工作流程與成像原理一、CR系統(tǒng)工作流程包括：影像信息采集、影像信息轉(zhuǎn)換、影像信息處理、影像信息存儲(chǔ)。CR的具體工作過(guò)程：X線被照體

IP（成像板）A/D轉(zhuǎn)換器

工作站（影后處理裝置）儲(chǔ)存打印

激光閱讀器（光激勵(lì)發(fā)光掃描儀）顯示光電倍增管影像閱讀器光激勵(lì)發(fā)光掃描儀（PSL掃描儀）

二、CR系統(tǒng)成像原理影像信息的采集（第一象限）影像信息的讀?。ǖ诙笙蓿┯跋裥畔⒌奶幚恚ǖ谌笙蓿┯跋裥畔⒌脑佻F(xiàn)（第四象限）四象限理論第一象限：影像信息的采集曝光量X線的曝光量與發(fā)出的熒光在1：10范圍呈線性關(guān)系4第二象限：影像信息的讀取在影像讀出裝置（IRD）中完成輸出的是數(shù)字信號(hào)第三象限：影像信息的處理在工作站的影像處理裝置（IPC）中完成，是進(jìn)行圖像后處理。第四象限：影像信息的再現(xiàn)通過(guò)膠片（影像記錄裝置IRC）的選取，使影像落在膠片的直線部。第三節(jié)CR系統(tǒng)的圖像處理CR系統(tǒng)的圖像處理環(huán)節(jié)：第一環(huán)節(jié)——第二象限：曝光數(shù)據(jù)識(shí)別器（EDR）第二環(huán)節(jié)——第三象限：圖像處理功能第三環(huán)節(jié)——第四象限：獲得優(yōu)質(zhì)照片影像第一環(huán)節(jié)——第二象限：曝光數(shù)據(jù)識(shí)別器（EDR）曝光數(shù)據(jù)識(shí)別器（EDR）包括：分割表示范圍的識(shí)別處理曝光區(qū)域的識(shí)別處理直方圖分析、修正一、與檢測(cè)功能有關(guān)的處理曝光數(shù)據(jù)識(shí)別處理流程：曝光區(qū)域識(shí)別用一束微弱激光預(yù)讀IP，獲得預(yù)讀出影像的直方圖與機(jī)器根據(jù)攝影部位自設(shè)的直方圖相比較以合適的條件讀出第二環(huán)節(jié)——第三象限：圖像處理功能1、動(dòng)態(tài)范圍壓縮處理2、諧調(diào)處理（層次處理）3、空間頻率處理4、能量減影處理二、與顯示功能有關(guān)的處理1、動(dòng)態(tài)范圍壓縮處理2、諧調(diào)處理（層次處理）——調(diào)整影像對(duì)比度、影像整體密度諧調(diào)曲線類型（GT）旋轉(zhuǎn)中心（GC）旋轉(zhuǎn)量（GA）諧調(diào)曲線移動(dòng)量（GS）諧調(diào)曲線類型（GT）：16種旋轉(zhuǎn)中心（GC）：0.3~2.6旋轉(zhuǎn)量（GA）：-4~4諧調(diào)曲線移動(dòng)量（GS）：-1.44~1.443、空間頻率處理頻率增強(qiáng)程度（RE）：頻率類型（RT）：12類型頻率等級(jí)（RN）：

0~9低頻等級(jí)（0~3）：大結(jié)構(gòu)中頻等級(jí)（4~5）：普通結(jié)構(gòu)高頻等級(jí)（6~9）：小結(jié)構(gòu)4、減影處理減影方式能量減影時(shí)間減影——DSA能量減影兩次曝光法一次曝光法能量減影原理：一次曝光法能量減影：使用兩塊同樣大小的IP，夾著一0.6mm厚金屬銅板。

骨組織影像能量減影獲得的圖像軟組織影像普通影像第四節(jié)CR影像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與影響因素一、CR影像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（1）CR的影像必須滿足診斷需要

（2）CR照片信息全面

（3）IP尺寸選擇合理

（4）影像放大比例一致（5）影像整體畫面美觀，影像無(wú)失真變形。（6）CR攝影時(shí)，對(duì)敏感的組織和器官盡可能屏蔽。二、影響CR影像質(zhì)量的因素1、決定系統(tǒng)響應(yīng)性的因素2、CR系統(tǒng)的噪聲3、空間分辨力

1、決定系統(tǒng)響應(yīng)性的因素：進(jìn)入IP的散射線激光束在IP熒光層上的散射激光束的擴(kuò)散取決于激光束的直徑激光在熒光層的散射電子系統(tǒng)的響應(yīng)特征2、噪聲CR系統(tǒng)噪聲量子噪聲（X線量依賴性噪聲）：取決于mAs固有噪聲（非X線量依賴性噪聲）X線量子噪聲：低劑量區(qū)、高劑量區(qū)光量子噪聲：重要作用-——IP的結(jié)構(gòu)噪聲學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握直接和間接探測(cè)器的結(jié)構(gòu)；非晶硒和非晶硅DR的工作流程。2.熟悉非晶硒和非晶硅DR的成像理論；影響DR圖像質(zhì)量的因素。3.了解CCD探測(cè)器和多絲正比電離室攝影設(shè)備的工作理論。

DR裝置數(shù)字X線攝影（DigitalRadiography,DR）DR的影像接收器為平板探測(cè)器（FlatPanelDetector，F(xiàn)PD）1990年開(kāi)始認(rèn)識(shí)并研發(fā)，1995年硒材料的直接轉(zhuǎn)換靜態(tài)影像X線平板探測(cè)器。1997年出現(xiàn)了靜態(tài)的間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器。第一節(jié)DR成像基本條件DR的接收裝置主要有：直接轉(zhuǎn)換FPD間接轉(zhuǎn)換FPD電荷耦合器件（CCD）多絲正比電離室（MWPC）利用閃爍體和光電二極管組合——間接轉(zhuǎn)換只使用X線的光電導(dǎo)特性的——直接轉(zhuǎn)換DR的探測(cè)器分類：探測(cè)方法X線轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像的過(guò)程直接轉(zhuǎn)換a-Se平板探測(cè)器X線

?

圖像MWPCX線

?

圖像間接轉(zhuǎn)換閃爍體+光電二極管X線

?

光

?

圖像I.I.+TV攝像機(jī)X線

?

光

?

圖像

閃爍體+CCDX線

?

光

?

圖像DR常用的數(shù)字探測(cè)器、直接轉(zhuǎn)換型探測(cè)器（一）非晶硒平板探測(cè)器（二）多絲正比電離室X線轉(zhuǎn)換單元

探測(cè)元陣列單元高速信號(hào)處理單元數(shù)字影像傳輸單元

（一）非晶硒平板探測(cè)器X線轉(zhuǎn)換單元：

探測(cè)器陣列單元：

作用：將X線轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)光電材料：非晶硒（a-Se）結(jié)構(gòu)：玻璃基層上的探測(cè)元陣列，每個(gè)探測(cè)元包括一個(gè)電容和一個(gè)TFT，對(duì)應(yīng)一個(gè)像素

電容：儲(chǔ)存聚集的電荷TFT：開(kāi)關(guān)，由高速處理單元的地址信號(hào)激活X-rayX線轉(zhuǎn)換單元(非晶硒)數(shù)字影像傳輸單元高速信號(hào)處理單元影像數(shù)據(jù)地址信號(hào)電容器

TFT信號(hào)傳輸單元

高速信號(hào)處理單元

作用：產(chǎn)生地址信號(hào)并激活探測(cè)元陣列中的TFT作用：對(duì)數(shù)字信號(hào)的固有特性進(jìn)行補(bǔ)償，并將數(shù)字信號(hào)傳送到主計(jì)算機(jī)。（二）多絲正比電離室或稱低劑量X線機(jī)（LDRD）主機(jī)部分：高壓發(fā)生器、X線管及控制面板。

掃描結(jié)構(gòu)：使X線嚴(yán)格保持在同一水平面上，整機(jī)可垂直

移動(dòng)。探測(cè)系統(tǒng)：由多絲正比室和數(shù)據(jù)系統(tǒng)組成的一個(gè)整體。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：裝有圖像處理和診斷需要的各種處理軟件。

二、間接轉(zhuǎn)換型探測(cè)器（一）非晶硅平板探測(cè)器（二）CCD探測(cè)器熒光材料層

探測(cè)元陣列層高速信號(hào)處理單元

數(shù)字影像傳輸單元（一）非晶硅平板探測(cè)器熒光材料層

材料：閃爍體——CsI，可將X線轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光CsI晶體呈細(xì)針狀或柱狀排列，提高的分辨率CsI晶體摻入鉈，發(fā)出550nm的光，正是非晶硅接收光的峰值。每個(gè)探測(cè)元包括一個(gè)非晶硅光電二極管和TFT

探測(cè)元陣列層

數(shù)字影像傳輸單元

高速信號(hào)處理單元

作用：產(chǎn)生地址信號(hào)并激活探測(cè)元陣列中的TFT作用：對(duì)數(shù)字信號(hào)的固有特性進(jìn)行補(bǔ)償，并將數(shù)字信號(hào)傳送到主計(jì)算機(jī)。電荷耦合器件（CCD）是一種半導(dǎo)體器件。

（二）CCD探測(cè)器

CCD探測(cè)器的結(jié)構(gòu)是由數(shù)量眾多的光敏像元排列組成，光敏元件排列成一行的稱為線陣CCD，光敏元件排列一個(gè)由若干行和若干列組成的矩陣稱為面陣CCD。光敏像元的數(shù)量決定了CCD的空間分辨率。第二節(jié)DR成像原理與工作流程圖像觀察激光相機(jī)光盤存儲(chǔ)或其它DR的工作過(guò)程：X線被照體接收裝置（探測(cè)器）A/D轉(zhuǎn)換器工作站（后處理）儲(chǔ)存打印探測(cè)器的類型不同，DR的工作流程也有差別。X線被照體非晶硒平板探測(cè)器（a-SeFPD）A/D轉(zhuǎn)換器（一）非晶硒（a-Se）DR工作過(guò)程：工作站（后處理）儲(chǔ)存打印電信號(hào)X線被照體CsI閃爍晶體A/D轉(zhuǎn)換器工作站（后處理）儲(chǔ)存打?。ǘ┓蔷Ч瑁╝-Si）DR的工作過(guò)程：電信號(hào)a-Si光電二極