影响数字x线成像质量的因素

生物医学 091 班 学号：6103409003 影响数字 X 线成像质量的因素 图像的质量决定于成像方法、设备的特点以及操作者选用的 成像参数。图像质量不是由单个因素（指标）决定的，至少是以 下五个因素的综合，它们是：图像对比度、模糊度、噪声、伪影 和畸变。因此会影响这五个指标的因素都会影响数字 X 线成像 质量。但对医学图像的评价产生影响包括成像质量的客观物理因 素与人的视觉系统等主观因素。 各种成像系统最后供给医生的图像都是经过加工处理的实际 信号。但有一些物理因素可影响成像的质量。包括 X 线的发射 光谱、待测对象的吸收特性和散射特性、增感屏的吸收特性及其 发射光谱。 一、 图像对比度和对比度分辨力 对比度是图像的最基本的特征，图像对比度通常表现为不同 的灰阶或颜色。图像中对比度的高低取决于被成像的客体本身和 成像系统两个方面：身体内一个客体要能在图像上成为可见，首 先它对周围组织来说要有足够的客观对比度，其次成像系统要能 将客观对比度转换成足够的图像对比度。一个成像系统将客观对 比度转换成图像对比度的能力用对比度分辨力或对比灵敏度来表 示。 光电吸收，康普顿吸收。经吸收 X 线成为两种射线从肢体 上射出： 带有肢体信息的有用射线； 一部分康普顿作用的 散射线 ，也叫续发射线或二次射线。这些散射线对照片的对比 度会产生很大的影响。散射线的多少，与原发射线的能量有关。 还与被检肢体的厚度、面积有关。此外，被检肢体的原子序数较 高或密度较大，产生的散射线量也多。因此，人体软组织较金属 物体产生的散射线量多。散射线在作用于胶片上的全部射线量中 所占的比率叫做散射线含有率。影响散射线含有率的因素主要包 括：管电压、被检肢体厚度、照射野等 1、管电压 散射线的能量与原发射线的能量及散射角度 有关。散射线 含有率随管电压的升高而加大。 管电压在 8090KV 以上时，散射线含有率趋向平稳（如图 2） 2、被检肢体厚度 在相同管电压及照射野下，散射线含有率则随被照体的厚度 的增加而增加。被检体的厚度产生的散射线对照片影像效果的影 响，要比管电压产生影响大的多。 3、照射野 照射是产生散射线的主要因素，其大小与 X 线照片影像密 度、对比度有很重要的关系。当照射野增大时，散射线含有率大 幅上升。在摄影时 X 线照射野应与被检部位等大，以减少不必 要的原发射线和散射线。 散射线对照片对比度的影响主要是光电吸收。骨骼对 X 线 吸收约 1/2 是康普顿吸收。 例如：摄肢体骨骼影像时（如图） ，应用 为 3 的医用胶片， X 线照射量为 100mR，透过骨骼部分的 X 线量为 5mR，透过肌 肉部分的 X 线量为 10mR。 若加上散射线的影像，因骨骼和肌肉处增加的散射线量为 5mR。X 线对比度： 散射线导致照片上的光学对比度的损失为： 由上可知：当散射线较多时，不仅照片对比度明显下降，而 且产生一种模糊效果，造成影像边缘明显不锐利，致使细微结构 模糊不清。此外，焦点外也产生一定量的 X 线，有时可达到原 发射线的 25%，其能量、强度与方向以及处理方式与散射线相似。 10.675xIklg3lg0.30.1740.52x 因此，抑制散射线发生和消除散射线，是一项提高影像质量的重 要措施。 二、 模糊度和空间分辨力 任何成像方法在成像过程中都会引入模糊，图像模糊的主要 影响是降低了小客体或细节的对比度和可见度。 三、 噪声和信噪比 各种医学图像的另一特征是图像噪声。图像噪声的主要影响 是降低图像对比度，在大多数医学成像情况中，噪声对低对比度 客体的影响最明显。噪声的物理源密切地同源本身和检测系统有 关，因此测量时应按需选择。医学中的放射摄影，有如下几种类 型的噪声干扰，即感光乳胶的结团、胶片的物理形变、增感屏磷 光物质的无规则漫射、胶片处理中杂斑的形成以及量子杂斑等。 图像增强是数字图像处理的方法之一，可以改善从外界获取 的图像的质量和外观，或者把图像转换成另外某种形式，使其更 适合人眼的观察判断和图像分析仪的自动处理。在对图像进行增 强处理时，可以采用灰度变换、图像平滑与锐化等多种技术综合 处理。必须注意的是：图像增强实际上是有选择性地加强图像中 的某些信息，而抑制另一些信息。在医学影像中，CT 图像在显 示时，调整窗宽和窗位即采用这种技术，既有选择性地把人体某 一组织器官的灰阶值范围映射到显示设备中，如选择骨窗（窗位 调整） ，就是选择输入 X 线片中人体骨骼的灰阶范围（窗宽调整） ，此时屏幕中将清晰地增强显示出骨骼的影像，抑制其他灰阶组 织的图像。此外。图像平滑和锐化处理可以实现图像增强的目的。 目前利用平滑和锐化方法实现图像增强处理，根据其处理所进行 的空间不同，可分为基于图像域的方法既空域法和基于变换域的 方法既频域法两类。空域法指在图像所在的空间域中直接进行处 理；而频域法指先把图像作变换，在频率域中处理后，再反变换 回空间域。 （1）平滑 图像平滑是消除或减少图像中各种噪声的处理方法。图像平 滑主要是为了消除噪声。 图像平滑处理包括空域法和频域法两大类 1）空域法中，图像平滑的常用方法是采用多图像平均法、 邻域平均法和中值滤波等方法。 多图像平均法：多图像平均法使是对同一景物的多幅图 像取平均来消除噪声的方法。 邻域平均法：基本思想是用图像上点（X,Y）及其邻域像 素的灰度平均值来代替点(X,Y)的灰度值。 中值滤波法：基本思想是：用像素邻域内的中间灰度值 代替该像素原来的灰度值。 2）频域法中，图像平滑的常用方法是低通滤波法。 通过低通滤波的方法使高频分量通过受到抑制和阻止，而允 许低频分量的图像信息顺利通过，从而实现图像的平滑处理。 （2）锐化 图像锐化的目的是增强图像中目标的细节边缘和轮廓，使图 象看起来比较清晰。锐化的作用是要使灰度反差增强，从增强图 像细节的目的来看，它与图像平滑处理的效果正好相反。 锐化处理也分为空域法和频域法。 4、 伪影 X 射线人体成像是指使用 X 射线对人体进行照射，并对透 过人体的 X 射线信息进行采集、转换，并使之成为可见的影像， 即为 X 射线人体成像。当一束强度大致均匀的 X 射线投照到人 体上时，X 射线一部分被吸收和散射，另一部分透过人体沿原 方向传播。由于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差 异，对投照在其上的 X 射线的吸收量各不相同，从而使透过人 体的 X 射线强度分布发生变化并携带人体信息，最终形成 X 射 线信息影像。X 射线信息影像不能为人眼识别，须通过一定的采 集、转换、显示系统将 X 射线强度分布转换成可见光的强度分 布，形成人眼可见的 X 射线影像。但在在成像过程中的另一问 题是会形成一类图像特征，它并不代表身体的结构或客体，这就 是图像伪影。伪影会使一幅图像部分模糊或者被误认为解剖特征。 因此在成像过程中，应注意伪影的影响。 五、 畸变 一幅医学图像不仅应该使身体内客体成为可见，还应对它 们的大小、形状和相对位置给出确切的印象。然而任何一种成像 方法都会不同程度引起这三个因素的畸变。 除了客观原因外，影响人们对图像的质量评价的因素还有主 观方面的。探讨主观因素对医学图像评价的影响应该从眼睛这个 特殊的光学系统说起。观察物体时，要想看清楚它，首先要使它 在视网膜上形成清晰的像。为了使不同距离的物体都能在网膜上 形成清晰的像，必须随着物距的改变相应的改变眼睛的焦度。晶 状体实际上是一个可变焦距的透镜，这使它具有很强的适应能力。 医学中所遇到的各种图像基本上是由许多分离的亮点（像素）排 列显示出来。因此人的眼睛对于不同亮度之间的分辨能力，在评 价图像处理结果中也是必须考虑的重要方面 人的视觉系统适应光强度的范围很宽。由视觉刺激阈值到强 闪光之间，光强度的级别约为 1010 级。医学成像系统中，常将 各种信息用具有各种灰度级别的像素点构成阵列，以显示“图像” ， 其光强度表示为该点的灰度级。灰度级的最小值认为是黑，最大 值认为是白，而所有中间值都是由黑连续变为白时的灰度渐变级。