第三章 模拟X线成像(医学影像成像原理)

第三章

模拟X线成像医学影像成像原理主要内容第一节X线影像的形成第二节X线照片第三节X线照片影像的基本要素第四节X线影像清晰度2023/2/52概述X线成像是医学成像方法的一种，模拟X线成像是传统X线成像，是区别于数字化X线成像的一种成像方式。即采用传统X线摄影、X线造影、X线透视、X线电视等成像技术，将人体的形态学（人体组织器官形态、解剖结构特征等）和功能学（自主、不自主运动状态，生理功能等）等人体信息采集下来，经过模拟方式的X线能量传递、能量转换、影像信息保存等，最终以光学影像的形式将X线影像显示在照片或荧光屏上。这样的一幅影像，称为模拟X线影像。模拟X线成像主要是指X线从能量转换到影像显示的全过程，始终是采用连续信号转换的方法，将不可见的X射线强度分布变换成可见的光强度分布。模拟X线成像的最大特点是模拟的X线信号量是连续变化的。模拟影像密度值的表现与人体组织密度、厚度和有效原子序数成正相关。2023/2/53第一节模拟X线影像的形成模拟X线成像的发展历史上，长期以来采用两种成像模式，即X线摄影和X线透视。这两种基本成像模式作为医学影像学检查的基础，在临床应用中相互补充，从不同成像技术上逐步更新发展。随着时代的进步，科技的发展，尤其是计算机的使用，模拟X线成像逐步被数字X线成像取代。2023/2/54一、X线影像信息的形成1.X线源2.摄影参数的选择X线具有一定的穿透力，能穿透人体的组织结构；被穿透的组织结构，存在着密度、原子序数和厚度的差异，X线在穿透过程中被吸收的线量不同，透过的线量有差别；透过的有差别X线是不可见的，经过成像介质的显像，在X线片上（或荧屏上）显出具有黑白（或明暗）对比、层次差异的X线图像。2023/2/55摄影用X线束示意图（一）X线透视X线透视：利用X线的穿透性和荧光效应，在荧光屏上形成人体组织结构影像的检查方法。优点：可多角度、实时动态观察组织器官的形态和功能。不足：动态的影像不能永久保留，影像的细节不及摄影，且患者接受的辐射剂量较大。2023/2/562023/2/57X线透视2023/2/58特点：肺：白灰色骨骼：黑灰色透视的荧光图像称为正像

2023/2/591.荧光屏透视接收器是荧光屏，根据穿过被照体的透射线不同，在荧光屏上产生亮暗不同的荧光影像。早期使用的荧光屏透视，由于荧光屏亮度太低，图像质量差，检查时患者及医生接受的辐射剂量大，防护条件差。影像增强透视模拟透视荧光透视2023/2/510接收器是X线电视系统。

2.影像增强透视特点：影像亮度提高，可在明室下操作，方便准确。提高了诊断的正确率和工作效率，监视器可以放在任意位置，方便观察并且为隔室透视提供了技术基础。（二）X线摄影X线摄影：应用光或其它能量来表现被照体信息状态，并以可见光学影像加以记录的一种技术。优点：影像的空间分辨力高、患者受照剂量小及影像便于长期保存记录等。不足：照片影像是瞬间固定的，难于动态了解脏器的变化。2023/2/5112023/2/512X线摄影过程：X线被照体（信息源）透射线（信息载体）接收器（屏片系统）冲洗加工照片（影像形成）2023/2/513X线摄影：X线球管2023/2/514摄影的影像称为负像

特点：肺：黑灰色骨骼：白灰色2023/2/515摄影按照X线能量的不同，可分：

（1）普通X线摄影：是指使用管电压在40kV100kV产生的X线进行的摄影技术。（2）软X线摄影：是指使用管电压在25kV40kV产生的软X线进行摄影技术，也称软组织摄影。适用于组织器官较薄，不与骨骼重叠且有效原子序数较低的软组织。（3）高千伏摄影：是指120kV～150kV的高电压产生X线进行的摄影技术。可以获得在较小密度值范围内显示层次丰富的X线照片影像。（三）模拟X线影像的传递2023/2/516（1）X线信息影像的产生

（2）X线信息影像的转换

（3）密度分布转换成可见光的空间分布

（4）视觉影像的形成

（5）意识影像的形成

分为五步：第二节X线照片一、医用X线胶片二、增感屏三、屏一片组合*四、数字成像胶片*2023/2/517一、医用X线胶片（一）种类1.直接摄影用X线胶片：感绿胶片、感蓝胶片（1）感绿胶片：这是一种配合发绿色荧光增感屏使用的胶片，吸收光谱的峰值约为550nm。特点是在与发绿色荧光的稀土增感屏组合下相对感度可高达1200，被照体X线的接受剂量大幅度减少。（2）感蓝胶片：是配合发蓝色荧光增感屏使用的胶片，感光乳剂的固有感色是以蓝色为主，不添加色素。其吸收光谱的峰值约为420nm。2023/2/5182.影像增强器记录胶片（1）荧光电影胶片：用于摄取动态荧光电影图像。胶片既有很高的感光度，又要有颗粒细腻的特点。（2）荧光屏图像及荧光缩影胶片：用于荧光屏下的（点片）摄影或体检荧光缩影。影像增强器记录胶片随着数字化影像的普及和开发，逐渐被淘汰。2023/2/5193.特种胶片*①直接反转片②自动冲洗机辊轮清洁胶片4.数字成像的干式胶片*（后面介绍）2023/2/520（二）结构1.X线胶片结构：双面结构和单面结构，由感光乳剂层、片基、附加层构成。（1）感光乳剂层：主要由卤化银（AgX）和明胶组成。1）卤化银：是一种具有感光性能的物质，起着记录影像的作用。其中氯化银（AgCl）、溴化银（AgBr）、碘化银（AgI）分别为白色、乳白色和淡黄色的固体，都应用于感光材料。2023/2/521卤化银是胶片产生影像的核心，从胶片制作到曝光、冲洗都是围绕着它进行的。它是以微晶体状态存在，其感光作用是以每个晶体为单位进行的，胶片记录下来的影像效果，是千千万万个微小卤化银晶体感光效应的总和。在其它条件相同时：晶体颗粒大，感光度高；晶体颗粒小，分辨力高；晶体颗粒分布均匀，颗粒性好；晶体颗粒大小不一，宽容度大。2023/2/5222023/2/523溴-碘化银晶体的晶格结构（三）性能1.感光特性：感光度S、本底灰雾Dmin、最大密度Dmax、对比度γ、宽容度L（1）胶片特性曲线：是指曝光量与曝光量所产生的密度之间关系的一条曲线，由于这条曲线可以表示出感光材料的感光特性，所以称之为胶片特性曲线。又称为H-D曲线。2023/2/524曝光量：表示光强度与曝光时间的乘积。记作：式中：H

为曝光量，I为光强度，t为曝光时间。但临床上常用管电流（mA）与曝光时间（s）的乘积来表示。因此上式亦记作：在X线胶片感光测定时，屏-片系统无法得到绝对曝光量的大小，而以相对曝光量（RH）来表示。2023/2/5252023/2/526(2)胶片特性曲线组成：（1）足部：也称为曝光不足部分，即特性曲线开始的部分，其走行近似与横坐标平行，达到一定曝光量后，曲线开始沿弧形缓慢上升，足部密度的上升与曝光量不成正比，曝光量增加较多，密度只有较小的增加。（2）直线部：该部密度与曝光量的增加成正比，密度差保持一定，此时曲线沿一定的斜率直线上升。它是整个特性曲线中是曝光正确的部分，也是X线摄影力求利用的部分。（3）肩部：肩部的密度随曝光量的增加而增加，但不成正比，曝光量增加较多而密度上升较少，此部在照片影像上显示为曝光过度。（4）反转部：随曝光量的增加，密度反而下降，影像密度呈现逆转。产生反转现象的原因是潜影溴化的结果。2023/2/527（3）医用X线胶片的感光特性：1）灰雾度2）感光度3）对比度4）宽容度2023/2/5281）灰雾度本底灰雾（最小密度Dmin）：感光材料未经曝光，而在显影加工后部分被还原的银所产生的密度，称为本底灰雾或最小密度。它由片基灰雾和乳剂灰雾组合而成。片基灰雾：指感光材料不经显影，直接在定影中处理，将卤化银全部溶解之后的密度。乳剂灰雾：指乳剂制作中，为谋求一定的感度而产生的感光中心。注意：照片质量进行评价时提及〝灰雾〞与胶片本底灰雾一词不能等同。照片灰雾是泛指，它包括本底灰雾和由散射线等各种原因所致灰雾的总和。2023/2/5292）感光度（S）：是指感光材料对光作用的敏感程度。产生一幅影像所需的曝光量决定于所用胶片的感光度。用高感光度的胶片比用低感光度的胶片所需的曝光量少。医用X线胶片感光度定义为产生密度1.0所需曝光量的倒数S表示感光度，E表示产生密度点为1.0所需的曝光量，Dmin表示灰雾度。X线胶片的感光度一般在30-60。2023/2/5303）对比度：对比度反映了X线强度差异与影像密度差异之间的关系，表示方法有两种：反差系数（γ）和平均斜率（G）。反差系数（γ值）：称对比度（contrast）系数。反差系数是指特性曲线直线部分的斜率，或称曲线的最大斜率。特性曲线直线部与横坐标的斜度越大，则γ也越大。X线胶片的反差系数一般在2.5-3.5.2023/2/531平均斜率（用G表示）：连接特性曲线上指定两点密度（Dmin+0.25，Dmin+2.00）的连线与横坐标夹角的正切值。记作：式中：lgRE2和lgRE1分别表示Dmin+2.00和Dmin+0.25两点密度值所对应的相对曝光量的对数值。具有较大反差性能（γ、G）的X线胶片能获得较大的影像对比效果。2023/2/5324）宽容度（L）：是指特性曲线上直线部分在横坐标上的投影，表示的是正确曝光量的范围。从X线摄影角度讲，有效宽容度是指产生诊断密度（0.25～2.0）所对应的曝光量范围。反差系数γ越大，宽容度L越小，而不同组织间的影像锐利度越高；γ越小，L越大，信息增多，影像层次丰富，摄影条件的通融性也增大。

2023/2/533照片上两个相邻X线吸收不同的组织影像，其影像界限的清楚明了程度叫锐利度。模糊度是锐利度的反义词，也称不锐利度。2.成像性能：X线胶片成像质量与感光材料的感色性、分辨力密切相关。(1)感色性:胶片对不同色光的敏感程度称为感色性。AgX乳剂仅吸收紫外线、紫色光、蓝色光的能量，一般称这种感光材料为色盲片，它们的感光光谱范围在380-540nm。X线胶片接收的光源不是直接来自X线，而是X线经过某一类荧光物质后转换后产生的荧光。一般的说，X线胶片产生的感光光谱在420-550nm,对增感屏、荧光屏所发射的荧光光谱最为敏感，所以X线胶片也称为正色胶片。2023/2/534(2)分辨力:X线胶片记录被照物体细节的最大能力称分辨力，以每毫米线对数表示（LP/mm），一般医用X线胶片的极限分辨力为35LP/mm，乳腺X线胶片的极限分辨力为50LP/mm。3.理化性能：X线胶片的重要理化性能包括乳剂稳定性、防潮防静电特性、保存性、乳剂涂布均匀性、外形尺寸标准化和胶片厚度一致性等参数。这些参数和指标通常由胶片制造工艺确定。2023/2/535(四)保存与管理X线胶片都采用防光、防潮和真空包装，胶片管理的注意事项:①X线胶片的有效期一般为出厂日期后18个月。②标准储存条件为温度10–15℃，湿度在40%-60%。若湿度较低，在快速移动胶片时会产生静电放电现象，形成各种黑化伪影。③储存环境周围应防静电、防尘、避免与有害气体如甲醒、煤气等或其他腐蚀性化学物质接触。④胶片不能放置在摄影室，特别是装人暗盒的胶片和增感屏组合在一起，更容易带来灰雾。⑤胶片应竖直存放，压力效应会产生人工伪影。⑥必须在安全光下使用，安全灯色谱和光强度应保证胶片的感光安全性。2023/2/536二、增感屏进行X线摄影时，对胶片的感光作用主要来自于增感屏发出的荧光，可占到95%以上，而直接依靠X线形成的感光作用不到5%。(一)结构增感屏由片基层、反射层、荧光层及保护层四层组成。一般固定在暗盒内使用。对双面胶片采用前、后两张增感屏，对单层胶片使用单面增感屏。2023/2/537（二）荧光物质1.荧光物质及发光机制

某种物质吸收了以射线形式(紫外线、X线、电子线)的激发能量，并将吸收的能量以可见光的形式(荧光)释放出来，这种现象叫荧光现象。这种能发荧光的物质叫荧光物质。荧光物质的发光机制就是荧光体在X线激发下，通过能量转换的方式，将高能量X线光子转换成低能量可见荧光。这种在物质内部进行的能量转换过程并不伴有物质本身的变化，结果是该荧光物质可以反复使用。2.荧光物质的化学稳定性荧光物质对使用环境敏感，如高温、潮湿可能使荧光物质产生化学变化而改变其性能。2023/2/5383.荧光物质的发光效率发光效率(η)与增感屏的X线吸收效率(ηα)、荧光转换效率(ηc)、荧光传递效率(ηt)直接相关。(1)X线吸收效率(ηα):ηα是指被荧光物质吸收的X线占入射X线的百分数。ηα越高，对X线的有效利用率就越高。ηα与荧光物质种类和X线能量有关。(2)增感屏的荧光转换效率(ηc):X线光子与荧光体相互作用时，部分被吸收的光子(高能态)会以另一种光子(低能态)的形式将能量释放出来，这种以能量转换的方式产生荧光的能力就是ηc。(3)荧光传递效率(ηt):并不是X线激发产生的所有光都能到达胶片，由于增感屏上荧光物质的涂布具有一定的厚度，荧光体发出的荧光在到达胶片之前，必然有一个光路径的传递过程。荧光在增感屏中的散射和吸收会造成一定程度的损失。这种损失越小，ηt越高。2023/2/539(三)分类增感屏发光色谱是指荧光体受X线激发后所产生的荧光的波长范围。不同的荧光材料受X线激发后发出的光线，必然带有该材料的特征性波长，即带有特定的颜色。医用增感屏发光光谱有蓝紫色区域和绿色区域两大类别。2023/2/540(四)性能增感屏性能有增感率、相对增感速度。1．增感率

在X线摄影学中定义在照片上取得相同的密度值（1.0）时，无屏与有屏所需要的曝光量之比值为增感屏的增感率。式中：F为增感率；Dn为无屏时曝光量；Ds为有屏时曝光量。2.相对增感速度也称相对感度(relativespeed，RS)，CaWO4屏的增感率为40，将这个增感率规定为中速增感速度(RS100)标准，其他增感屏的增感速度与这个标准比较后获得一个相对数值。2023/2/541（五）作用当X线光子与胶片的感光物质相互作用时，由于X线的能量较高，仅有百分之几的X线能直接被胶片吸收形成潜影，绝大部分穿过胶片，不能得到有效的利用。增感屏是利用含有荧光物质的乳剂层大量吸收X线能，并将吸收的能量转换为容易被胶片所吸收的荧光。换句话说，X线胶片对荧光的敏感性比X线要强得多。X线胶片所接受的曝光绝大部分来自增感屏的荧光。临床X线摄影时，利用增感屏来提高X线的有效利用率和减少受检者的照射量。2023/2/542（六）增感屏的影像效果（1）影像对比度增加：使用增感屏所获得的照片对比度，高于无屏的照片影像。（2）影像清晰度降低：增感屏的使用使照片影像的清晰度大为降低，其原因主要是荧光体的光扩散、增感屏与胶片的密着状态、X线斜射效应等原因造成。（3）影像颗粒性变差：X线照片斑点（噪声）增加。2023/2/543三、屏一片组合*（自学）四、数字成像胶片*（自学）2023/2/544第三节X线照片影像的基本要素X线透过被照体时，由于被照体对X线的吸收、散射而减弱。含有人体密度信息的透过射线作用于屏-片系统，经过加工处理形成密度不等的X线照片。通过X线照片将人体信息记录下来，并转变为一幅能为人眼识别的医学影像。这种影像的基本因素有密度、对比度、锐利度、颗粒度及失真度。前两者是形成影像的基本要素，后三者构成了表现影像细节的因素。2023/2/545一、密度照片密度：又称光学密度或黑化度，是指X线胶片经过感光后，通过显影等处理在照片上形成的黑化程度，用D（density）表示。是一个对数值，无量纲。决定于入射光线强度（I0）与透过光线强度（I）的比值。2023/2/546（1）透光率：指照片上某处的透光程度，等于透过光线强度与入射光线强度之比。（2）阻光率：指照片上阻挡光线能力的大小。等于透光率的倒数。（3）光学密度值：照片阻光率的对数值。2023/2/547X线照片影像的密度可以用光密度计在照片上直接测出，并以密度值的形式进行数字式读取或用密度曲线进行表达。以影像诊断的专业术语来表达，照片密度必须处于人眼观察的可视范围。一般来说，适合X线观察的X线照片密度范围在0.25--2.0之间。针对不同组织结构的显示，影像诊断学主要考虑的是在感兴趣区域（

regionofinterest，ROI）中的解剖结构应具有适当的密度。2023/2/548在影像质量标准的讨论中，对照片上不同的摄影部位规定了不同的密度范围。不同的诊断医师对影像密度有不同的评价要求。2023/2/5492023/2/550（二）影响照片密度的因素：影响照片密度的因素很多。主要包括mAs、kV、摄影距离、屏-片组合、滤过和胶片的冲洗处理等。1.感光效应感光效应公式是影响X线强度改变的各种因素的综合表达式，这些因素引起的密度变化有相互平衡的统计学趋势。但总的趋势是，照片密度D随着感光效应E的增加而增加。因此，影响E的各种因素，可以看做是影响照片D的因素。感光效应的表达式：式中kVp为管电压；mAs为管电流与曝光时间的乘积，代表X线曝光量；S为增感屏的增感率；f为胶片的感光度；Z为焦点靶面的原子序数；r为焦-片距；B为滤线器的曝光量因子；μ为线性衰减系数；d为被检体的厚度。2.影响密度的因素(1)毫安秒(mAs):mAs是密度D的主要控制因素。在正常的X线摄影曝光范围内，密度D与mAs成正比。(2)管电压(kV):kV控制了X线光子的平均能量，因此，在其他因素不变时，改变kV就改变了X线强度，也改变了X线照片密度。另外，增加kV比增加mAs影响密度的效率要高，只是kV的改变还会改变图像对比度。(3)摄影距离:X线强度与距离的平方成反比，随距离的增大，x线的强度下降，照片的密度会减低。在临床照片中常有的情况是，既需改变摄影距离，又要求图像密度保持不变。解决这个问题的方法是用平方反比定律，即:2023/2/551(4)屏-片组合:屏-片组合构成的相对感光速度RS是改变照片密度最有效的参数。屏-片组合的相对感度RS每增加100，要保持同样的影像密度，X线曝光量就降低1倍，依此类推。(5)滤过:诊断用X线是一束连续能谱的混合射线。当X线透过人体时，绝大部分低能射线被组织吸收，仅增加了皮肤照射量，为此，需要预先把X线束中的低能成分吸收掉，此即X线滤过。2023/2/552(6)焦点:阳极效应是X线发生的固有特性，在X线管的长轴方向上，如果以中心线的X线强度分布为100%，在X线管阳极端方向的X线强度递减，X线管阴极端方向的X线强度递增，形成X线视场范围内的原发X线强度分布的差异。根据阳极靶面的倾斜角度，阳极效应能造成图像的阳极端和阴极端之间的密度差高达45%的变化。此种物理现象在采用大尺寸胶片摄影时较为明显。X线摄影时常利用阳极效应，受检部位的高密度端或组织厚度较大的一侧朝阴极方向、低密度端或组织厚度较薄的一侧朝阳极方向，利用X线的阳极效应调整整幅照片的密度差。(7)

X线限束:X线束采用限束器来控制原发X线照射野，这种方法减少了散射线的影响，但与此同时，射线限束也减少了可用光子的总量，因而减少了影像的总密度。2023/2/553(8)解剖部位及病理情况1)衰减:X线束穿透人体时就会发生衰减，即当组织厚度、组织的原子序数Z和密度ρ增加时，照片密度会随之下降。2)人体基本组织结构:人体组织是摄影过程中所面对的最大变数。3)病理因素:X线摄影的可变因素中，被检者是最大变数。X线摄影时必须首先注意人体的差异，再分析由于某疾病过程可能出现的病理学方面的差异。仔细阅读X线会诊单，充分了解被检者病史及观察被检者是选择X线摄影曝光条件的重要依据。(9)滤线栅:能吸收散射线，但与此同时，也吸收部分原发X线。滤线栅的使用将明显减少照片的密度。(10)暗室处理:X线照片的暗室处理技术能明显改变影像密度。主要因素有显影液配方、显影液浓度、显影温度、药液的老化等。当上述因数变化时，影像密度将发生改变。2023/2/554二、对比度照片对比度是指照片上相邻组织影像的密度差。(一)对比度概念X线照片影像的形成包含着五种对比度的基本概念即物体对比度、X线对比度、胶片对比度、照片对比度和人工对比度。1.物体对比度人体的组织结构在X线影像中可见，这个组织与它相邻的组织在物理特性(密度ρ、厚度)或化学特性(原子序数Z)等方面必须存在一定差异，这种源于物体固有的差异称为物体对比度。

2023/2/5552023/2/5562.X线对比度X线透过人体时，X线被部分吸收和散射，高吸收区域透过的X线与低吸收区域透过的X线形成强度分布的差别，这种透过人体组织后形成的X线强度分布上的差异称为X线对比度Kx。Kx表示人体的不同组织结构对X线的透过能力，代表着此时的X线束已载有人体影像信息。Kx的形成是由构成人体的组织结构特性(Z、ρ和厚度)和X线束的穿透特性来决定的。组织结构特性是Kx产生的根本原因，X线穿透特性则决定所形成的Kx的大小；由于X线穿透特性是由控制台上人工调节的kV值来控制的，所以，Kx的形成有人为的主观因素。2023/2/557根据朗伯定律，X线的吸收按照指数规律变化:KX是人体组织对X线的不同吸收所产生的强度差异，即原发X线I0通过一种组织后的剩余X线I1和通过另一种组织后的剩余X线I2的比值:2023/2/5582023/2/5593.胶片对比度γ：X线胶片对KX的放大能力。由于Kx所代表X线强度差异较小，这种差异如果按原始比例(1:1)通过照片转换为光密度，远不能满足人眼分辨人体组织间差异的要求。屏-片系统作为X线接收器，将采集到的不同强度的X线转换为荧光形式，再通过胶片特性曲线，在X线照片能容纳的密度范围内进行对比度放大。屏-片系统的重要特点之一是大幅度的提升X线对比度。普通X线胶片的平均斜率为：1.9-3.5，也就是说γ将KX放大了1.9-3.5倍2023/2/5604.照片对比度K(光学对比度):X线照片上相邻组织间的影像密度差。

K依存于被照体不同组织吸收所产生的KX，以及γ对KX的放大结果。2023/2/561典型的X线照片对比度特征表现为两种形式:(1)高对比度影像:当影像上相邻组织的密度差大时称为高对比度影像。例如肋骨照片，在肺野与肋骨之间形成的高反差就是一种高对比度影像，对观察胁骨骨折很有利。高对比度影像存在的问题是，在可视密度范围内可分辨的灰阶数较少，不易显示出人体组织密度的细微改变。如果假定高对比度影像所表现的密度差为0.5，在照片的最佳可视密度区(0.25-2.0)仅能显示出四个密度级。(2)低对比度影像:当影像密度差异较小时称为低对比度影像。低对比度影像在照片上能显示出更多的密度。例如高kV胸部照片，低对比度的影像表现的密度差为0.15，在照片的最佳可视密度区(0.25-2.0)能显示出13个密度级。虽然组织密度差很小，但更能有效地反映出人体组织结构的细微变化。低对比度影像存在的问题是，影像组织密度间差异较小，兴趣区的密度异常现象表现不如高对比度影像显著，且常带来观片时的视力疲劳。2023/2/5622023/2/5635.人工对比度心、肝、脾、肾、肌肉等软组织器官的Z几乎相等，X线摄影时，X线吸收能力也几乎相等，利用其他高Z的物质(碘、钡等)或低Z的物质(空气)作为对比剂，作用于被检体外(膝关节空气造影、肾周空气造影等)或被检体腔内(胃肠道检查、T形管胆道造影、静脉肾孟造影等)，人为地制造出一种支差，以获得照片对比度，这种对比度称为人工对比度。2023/2/5641.管电压

kV决定X线的穿透能力，又控制着影像对比度。其原因是，X线与人体组织作用时，主要发生两种物理现象，即光电吸收和康普顿效应。这两种作用对影像对比度的形成都产生影响。2023/2/565（二）影响照片对比度的因素低kV摄影时，X线光子能量较低，人体对X线的吸收主要是以光电吸收为主。因为构成人体的骨骼、肌肉、脂肪等组织的有效原子序数差异很大，光电吸收随组织的Z的增加而增加，所以低kV摄影表现出高对比度影像效果。高kV摄影时，X线光子能量较高，人体对X线的吸收主要是以康普顿效应为主，影像对比度将主要由组织密度差产生。再加上康普顿效应致使散射线增多，降低了影像对比度。所以，高kV摄影时影像表现出低对比度的影像效果。临床上，一般通过调节kV值的方法来控制影像对比度。2023/2/566（二）影响照片对比度的因素2.散射线X线在通过人体时，受到康普顿散射的作用会产生大量的方向不同的散射线。散射线在影像上叠加一层没有任何诊断信息的灰雾使照片的整体发灰，处于影像低密度区的结构相互之间不能区别，某些低密度的信号不能被检出。3.人体吸收X线吸收差形成X线影像对比度，这种差异的大小取决于人体组织对X线的吸收能力。4.屏-片组合不同类型的屏-片组合特性能产生不同对比度影像。2023/2/567（二）影响照片对比度的因素（二）影响照片对比度的因素5.X线量mAs的变化既改变了影像密度也影响着影像的对比度。6.照片冲洗技术

X线胶片经过化学处理过程才能显示出密度影像。暗室处理技术直接影响照片对比度K。7.观片灯(1)观片灯亮度、(2)环境照度、(3)亮度均匀性、(4)视觉函数在上述诸多影响照片对比度的因素中，对照片对比度影响最大的是X线质和散射线。2023/2/568第四节X线影像清晰度X线照片影像显示人体解剖结构细节的能力取决于影像清晰度和影像失真度。清晰度指图像能显示更多细节和具有清晰边缘的能力。影像清晰度在很大程度上决定于分辨力、模糊度和影像噪声。然而，影像的分辨力主要取决于X线管焦点的成像性能。影像分辨力是指成像系统区分或分辨互相靠近的组织结构的能力。2023/2/569一、X线管焦点的成像性能(一)焦点的极限分辨力1.定义:极限分辨力R是指在规定测量条件下不能成像的最小空间频率值。式中ω为空间周期，d为空间频率半周的宽度。分辨力的单位用单位距离(mm)内的线对数(

LP/mm)来描述。2023/2/570一、X线管焦点的成像性能2.测试焦点分辨力测量的工具为：矩形波(线对)测试卡和星形测试卡。2023/2/5712023/2/572(1)矩形波测试卡:矩形波测试卡的一个线对包括等宽的一根铅条和与其相邻的一个间隙。LP/mm实际上是空间频率(ω)的一种表达方法，随着铅条变细并靠近，空间频率增加。一个典型的测试卡包含有不同空间频率。通过对测试卡的X线影像的观察，可确定成像过程能显示出的极限分辨力。2023/2/573矩形波测试卡是一种实用的测量工具，通过辨别测试卡所显示的LP/mm影像，就可以知道该成像系统能显示出最大细节的分辨限度。例如，线对测试卡所显示的极限分辨力约5LP/mm，代表0.1mm大小的人体组织结构可被该成像系统再现出来。一、X线管焦点的成像性能(2)星形测试卡:用星形测试卡(简称星卡)可进行记录细节的评价。星卡既可用于测试X线管焦点成像性能，又可说明模糊对影像分辨力的影响，甚至可观察到影像到达极限分辨力时出现图像扭曲、消失和黑白影像反转等伪影。2023/2/574一、X线管焦点的成像性能(二)焦点的散焦值焦点的散焦值B是描述X线管焦点的极限分辨力随着负荷条件而相对变化的量，B值随着管电流的增大而变化。实验证明，有效焦点的尺寸是随着负荷条件变化的，特别是在X线管管电压较低时，它的大小随着选用的管电流大小不同而有较大的变化。mA增大，焦点的尺寸变大，焦点的极限分辨力下降。焦点散焦值的测试方法是:分别用X线管规定的负载因数及X线管规定负载因数一半管电流值(其他摄影因素、条件不变)摄取星卡照片，得出两者的焦点极限分辨力，分别记作R100和R50。将R100和R50代人下式，计算出焦点的散焦值:2023/2/575一、X线管焦点的成像性能(三)焦点的调制传递函数*MTF描述成像系统的成像性能的原理与方法将在第五章中作详细分析。实际工作中，通常依据极限分辨力(LP/mm)来确定该成像系统;同时，还必须讨论在某一空间频率条件下，MTF值位于什么水平。例如，将不同的成像系统置于同样分辨力的情况，MTF较高的成像系统影像可见度较高;另一种常用的方法是在同样的MTF值条件下，比较不同成像系统的分辨力，分辨力较高，得到的影像细节显示较优。两种评价方法对影像质量的取向不同，以哪一种评价为主应根据影像的具体要求来定。考虑X线成像系统的模糊源主要来自焦点和屏-片系统，它们之中任一个的模糊特征可用MTF曲线来描述，而整个成像系统的MTF则等于两个MTF值的乘积。例如，如果在2LP/mm的频率上，焦点的MTF为0.6，接收器的MTF为0.72，系统总的MTF将为0.43。这个结论表示X线成像系统的成像性能不能高于焦点或屏-片系统。这就是说，整个成像系统的模糊度必然大于两个模糊源中任何一个的模糊度。2023/2/576二、模糊度所有的医学影像都存在着不同程度的模糊。理想情况下，物体内的任一个小点成像，在图像上均显示为一边缘清楚的小点。但是，实际上并不是这样，物体中每个点经过空间传递成像后，一定会被扩展增大变得模糊一些，不可能在影像内真实地还原。这种经空间传递后物像变化的物理现象称为模糊。模糊在X线影像上有两种具体表现形式，即背景模糊和影像失锐。2023/2/577二、模糊度(一)背景模糊作为物理学的一般规律，在X线成像过程中必然存在着模糊现象，物体的影像向其周围的背景区扩展。影像显示的原物体几何尺寸为本影，本影以外的影像逐渐变淡的部分，称为半影(penumbra)。半影可用于表示模糊度，模糊度在背景区显示的结果构成背景模糊。背景模糊造成影像对比度减小，减低细节的可见度，特别是较小的物体，当对比度降低到与背景模糊度相等时，影像消失。影像学对在背景模糊的影响下所能显示出来的细节(最小物体)，确定了一个限度，这个限度称为模糊阈值。x线照片的模糊阈值为0.2mm。2023/2/578二、模糊度2023/2/579二、模糊度(二)影像失锐模糊对影像的另一个影响是失锐。两邻组织的影像界限的清楚程度称为锐利度(sapness)。若有密度值为D1和D2的两个影像相邻时，它们的密度差为K，从D1的密度移行到D2的密度通过的距离为H，那么，锐利度(S)为:2023/2/580二、模糊度影像失锐是模糊现象造成的影像边缘的不锐利，在两物体影像分界线上或组织边缘部分特别容易观察到这一现象。由一种密度过渡到另一密度时，其密度变化的转变程度越慢，密度变化的距离H就越长，失锐程度越大；相邻两部分密度转变过程越明确，即H越短，失锐程度越小。造成X线影像模糊和细节损失的三个基本因素是X线源(焦点)，接收系统以及组织运动(曝光时间组织器官在运动)。2023/2/581二、模糊度1.焦点几何模糊HfX线管有效焦点是有一定面积的面光源。面光源的发射特性决定了X线束通过物体后，必然会按几何学成像的特点发散，并在成像平面上形成模糊阴影。有效焦点的面积越大，形成的影像模糊半影H亦越大。式中F为焦点尺寸，a为焦-肢距，b为肢-片距。

2023/2/582二、模糊度根据影像诊断学要求半影模糊阈值不大于0.2mm，则X线管焦点允许的最大放大率为:

2023/2/583二、模糊度2023/2/584(1)焦点的方位特性:焦点的方位特性改变了照射野内焦点有效尺寸。由于X线管阳极靶面的倾角，使实际投影在照射野内的有效焦点尺寸在X线管长轴方向上产生变化:阳极端方向有效焦点尺寸变小，阴极端方向有效焦点尺寸变大。并且，有效焦点的形状在照射野范围内随着照射位置不同而不一样，在照射野范围的X线视场范围边缘甚至出现焦点扭曲现象。二、模糊度这一现象表明，在X线摄影照射野范围内，与X线管平行方向上的有效焦点尺寸是变化的。因此，对X线照片边缘的影像形态会造成X线投影不真实性。2023/2/585二、模糊度(2)焦点的测量:测量方法有针孔照相机、狭缝照相机和星卡，这几种测量工具的原理和测量方法完全不同，针孔或狭缝照相机用以测量焦点的实际尺寸，而星形测试卡用来测量等效模糊尺寸。狭缝照相机测量方法:①根据狭缝照相的技术要求，在X线管窗口放置好狭缝照相机;②基准轴线垂直通过狭缝光阑人射面中心，与狭缝光阑对称轴夹角小于10-3rad，狭缝光阑入射面与焦点中心距离大于250mm。2023/2/586二、模糊度2023/2/587短轴方向长轴方向二、模糊度2.感光材料模糊Hr

增感屏和影像增强器输入端的荧光层中的荧光晶体颗粒受到X线照射后，每个颗粒都成为一个独立发光光源向外散射荧光，这一现象称为荧光涣散。荧光涣散的面积越大，X线影像清晰度越差。荧光涣散形成的模糊主要与乳剂层厚度、荧光晶体类型、大小、发光效率有关。2023/2/588二、模糊度3.运动模糊Hm

X线曝光的瞬间，X线管、被照体及胶片三者均应保持静止，即三者的相互几何投影关系保持不变。如果其中一个因素在摄影过程中发生移动，影像必然出现模糊，称为运动模糊。由于运动模糊像被散布在一段距离中，运动的模糊值等于在曝光期间物体运动的距离。影像的运动模糊值(Hm)为运动幅度(m)与放大率(M)的乘积:2023/2/5892023/2/590三、影像噪声几乎所有医学影像的形成过程都会产生某些伪影，例如，在X线照片影像上仔细观察对比度较低的区域，可能看到照片上分布有不规律的黑白斑点；在X线电视显示屏上，如果大幅度提高增益就会产生雪花或网纹等。这些伪影造成影像密度的改变，结果是掩盖或降低了影像细节的可见度。医学影像学上将照片密度或影像亮度的随机变化称为影像噪声。噪声由不同的原因引起，它的表现形式各不相同。X线照片影像噪声，通常是由量子噪声、增感屏噪声和X线胶片噪声引起。2023/2/591三、影像噪声1.量子噪声X线物理学原理证明，量子噪声与X线曝光量直接相关。从减少X线对人体放射剂量的角度考虑，最有效的方法是减少mAs，但对影像质量而言，代价却是增加量子噪声，甚至降低影像的可见度;而优质的图像要求是低噪声，为了降低影像噪声必须使用大曝光量。影像噪声与所需曝光量之间的关系，在X线成像过程中必须合理地统筹兼顾。当对影像质量要求不高但对放射剂量的控制十分严格时，例如，婴幼儿髋关节摄影可采用高kV、低mAs技术，而忽略量子噪声对影像细节的影响;当对影像质量要求很高但对放射剂量的控制不十分严格时，例如乳腺摄影应采用低kV、高mAs技术，重点放在影像细节显示。2023/2/592三、影像噪声2.增感屏噪声影像噪声产生的另一个重要来源是增感屏，即产生这种噪声的重要因素是屏的吸收效率和转换效率。(1)屏的吸收效率:提高增感屏对X线接收的灵敏度是减少量子噪声的较好方法。有几种因素决定了增感屏对X线光子的吸收效率，它们是增感屏荧光物质的类型、增感屏的厚度和X线光子的能谱。(2)增感屏的转换效率:增感屏转换效率取决于荧光物质类型和生产工艺，原则上讲，转换效率高会增加增感屏的晶体颗粒发光能力，并减少对被检者的照射量。但缺点是荧光颗粒增大，加大了增感屏的结构噪声。3.X线胶片噪声近代X线胶片的生产工艺已达到较高的水平，特别是扁平颗粒技术的使用，胶片的颗粒噪声一般不作为重要考虑因素。需要注意的是，当胶片和增感屏二者的光谱特性非常靠近时，会产生最大的量子噪声。因此，量子噪声常常是限制在X线摄影中使用高感度胶片的理由。2023/2/593四、影像失真X线检查是将存在于三维空间的人体组织结构，用X线投影的方法显示在两维的影像平面上。根据几何光学的投影原理，影像上显示的人体结构会或多或少地丧失了正常的形态。这种因成像原理而造成的大小和形状上的变化称为影像失真。影像失真是成像过程必然的改变。失真是影响X线照片质量的几何特征，一般可分为放大失真和形状失真两类。2023/2/594四、影像失真(一)放大失真放大失真受X线成像系统的三个基本距离控制，即焦点(S)、物体(O)和影像接收器(I)这三者之间的距离和诸距离之间的比值决定了影像的放大率。2023/2/595四、影像失真(二)形