X射线的医学成像

X射线的医学应用3.1.2X射线成像原理1.X射线人体成像(常规透视和摄影)

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。（1）X射线影像的形成

当一束强度大致均匀的X射线（连续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。3.1.2X射线成像原理①人体不同密度组织与X线成像的关系

②人体不同厚度组织与X线成像的关系

密度和厚度的差别是产生影像对比的基础，是X线成像的基本条件3.1.2X射线成像原理（2）X射线的采集与显示①医用X射线胶片与增感屏

医用X射线增感屏为荧光增感屏，其增感原理为增感屏上的荧光物质受到X射线激发后，发出易被胶片所接收的荧光，从而增强对X射线胶片的感光作用。主要目的是：在实际X射线摄影中，仅有不到10%的X射线光子能直接被胶片吸收形成潜影，绝大部分X射线光子穿透胶片，得不到有效的利用。因此需要利用一种增感方法来增加X射线对胶片的曝光，以缩短摄影时间，降低X射线的辐射剂量。常采用的增感措施是在暗盒中将胶片夹在两片增感屏（intensifyingscreen）之间，然后进行曝光。CR、DRCR:(计算机X线摄影)是使用可记录并由激光读出X线成像信息的成像板（imagingplate；IP）作为载体，以X线曝光及信息读出处理，形成数字或平片影像。DR:直接数字化X射线摄影系统,透射过人体后的X线信号被探测获取，直接形成数字影像，数字影像数据传到计算机，在显示器上显示，也可以进行后期处理。（固定的）X-CT（X-raycomputedtomography,X-CT）成像

在X射线透视和摄影技术中,显然得到的是多器官重叠的平片图像显然得到的X射线图像是X射线通路上物体对射线吸收的积分效果。一个大小和密度相同的肿瘤或病灶,无论在体内前、中或后部,它在X射线照片上表现的图像是一样的。也就是说,X射线图片不能反映组织或病灶的三维空间位置,这就需要采用计算机断层扫描技术(computedtomography,即电子计算机体层摄影，简称CT)。

X-CT是运用扫描并采集投影的物理技术，以测定X射线在人体内的衰减系数为基础，采用一定算法，经计算机运算处理，求解出人体组织的衰减系数值在某剖面上的二维分布矩阵，再将其转为图像上的灰度分布，从而实现建立断层解剖图像的现代医学成像技术，X-CT成像的本质是衰减系数成像。X-CT的基本原理1.X-CT的基本原理

设有n个边长为l的小立方体体素，如图16-9所示，每个小立方体可视为均匀的，吸收系数依次为m1、m2、m3、......mn，入射X射线强度I0。图16-9X射线穿过n个体素设有n个边长为的小立方体体素，如图所示，每个小立方体可视为均匀的，吸收系数依次为、、、……入射X射线强度。图X射线穿过n个体素对第一个体素：对第二个体素：……对第n个体素：

式中、是已知的，只要测出从第n个体素透射出的X射线强度，则可以算出右式的值。这样可得到到这n个未知数的一个线性方程。现在，假设有n行n列个体素，各个体素的吸收系数分别是到，如图所示。现在，只要设法求出到这个衰减系数，就可建立一副CT图像。从数学上说，只要我们能够得到关于到的个独立的线性方程，解方程组就可得到到。那么，如何得到这个方程呢，方法是通过扫描。

图

层面矩阵扫描示意图

在每一行上用探头测得透射出的X射线强度，得到一个线性方程。变换角度再扫描，知道得到个独立的线性方程。然后，通过计算机解这个方程组，得到到的解。将求得的各体素的到这算成相应像素的灰度，就形成了CT图像。

重建图像灰度与X射线衰减系数的对应关系

CT重建的图像是衰减系数μ的分布。人体内部大部分软组织的衰减系数与水的衰减系数相近,因此不能用计算得到的μ值直接成像。在实际应用中,通常将μ值转换为一个相对值

—CT值。

定义如下:其中

与

分别为组织和水的衰减系数。CT值用HU表示。例如水的HU值是零,空气的HU值为-1000,骨骼的HU值为+1000。人体组织的HU值可以跨越从几百到数千的范围。由于常规显示图像灰度范围是(0—255),所有的X射线图像装置都配有窗宽、窗位调节功能,可以将感兴趣的HU值区间映射到(0—255)全灰度范围,便于观察病灶细节。CT断层图的特点(1)与二维X射线透视和摄影技术的直接物理成像不同,CT图像是通过计算机按照某种数学模型计算出来的结果并重建的图像。图像的质量完全取决所采用的算法。(2)就图像剖面而言,二维X射线透视和摄影技术得到的图像是X射线从前