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CT技师上岗证考试---X线成像技术考点及其解析-1【考点1】

X线的发现与产生1．X线的发现：时间：1895年11月8日；发现者：德国物理学家威廉·康拉德·伦琴；背景：用高真空玻璃管做阴极射线放电试验时偶然发现；获奖：1901年伦琴被授予诺贝尔物理学奖；世上第一张X线照片：1895年11月22日，伦琴夫人手的照片；伦琴逝世时间：1023年2月10日。2．X线的产生：

X线的产生是能量转换的结果：电能转换为阴极电子的动能；在阳极的阻止下，阴极电子的动能99%以上转换为热能，不到1%的动能转换为X线。

X线产生必须具备的3个条件：

（1）电子源：通过X线管灯丝通电加热而获得在灯丝周围形成的空间电荷。

（2）电子高速运动：必须使电子高速运动具有动能。通过球管两端施以定向直流高压和维持X线管内高真空来满足。

（3）高速电子骤然减速：是阳极阻止的结果；阳极的作用：一是阻止高速电子产生X线，二是形成高压电路的回路。阳极上接受电子撞击的范围称为靶面；阳极靶一般用高原子序数、高熔点的钨制成。自测题-1X线的发现者是（

）A．德国物理学家威廉·康拉德·伦琴B．英国工程师豪斯菲尔德C．美国医生达曼迪恩D．波兰裔法国放射学家居里夫人E．美国物理学家爱因斯坦答：A自测题-2关于X线的发现，错误的是（

）

A．X线是1895年11月8日被发现的

B．第一张X线照片是1895年11月22日拍摄的伦琴夫人手的照片

C．1901年伦琴被授予诺贝尔医学生理学奖

D．伦琴提议将自己发现的射线命名为X线

E．伦琴用一个高真空玻璃管和一台能产生高压的小型机器做实验

答：C自测题-3与在X线产生应具备的条件无关的是（

）A．电子源B．高真空C．旋转阳极D．高速电子的产生E．电子的骤然减速答：C自测题-4X线产生中，电子从阴极射向阳极所获得的能量，决定于（

）A．X线管灯丝加热电压B．两极间的管电压

C．靶物质的原子序数D．管电流E.阴极灯丝焦点大小答：B考点2】X线产生的原理X线的产生是高速电子和阳极靶物质的原子相互作用中能量转换的结果，利用了靶物质的3个特性：核电场、轨道电子结合能、原子存在有处于最低能级的需要。（自然法则—能量最小法则：一切物质总是趋向于保持能量最低的状态。）阴极电子从静止到产生高速运动具备强大的动能，需要电场力对电子做功。带电粒子在电场中产生的电势能等于：eV。这个电势能做功全部转变为电子的动能：1/2mv2。电子的能量大小等于它的电荷量乘以X线管两端的电压。靶物质的原子结构：处于原子中心的集中了原子绝大部分质量的体积很小的带正电荷原子核；分布在原子核周围很大半径范围里不同轨道上的质量忽略不计的带负电荷的电子。X线管阳极靶物质是钨，其原子序数为74，就是说，钨的原子结构为：原子核内有74个质子，核外轨道上一共有74个电子。原子核与轨道电子之间存在结合能，半径小的内层电子结合能大，外层轨道电子的结合能比较小；电子在内层轨道运动时，原子的能量状态低，处于稳定状态；电子在外层轨道运动时，原子的能量状态高，处于不稳定的受激发状态。当阴极电子高速撞击阳极靶面与靶物质的原子相互作用时，将会以两种方式把动能转变为X线能量。一种方式是高速电子受到靶物质原子核正电场的作用做急剧的减速运动辐射出能量；另一种方式是靶物质的原子发光机制，即高速电子击脱靶物质的原子核外内层轨道电子而激发原子发光。前者叫做连续放射，后者叫做特征放射。

1．连续放射连续放射又称为韧致放射，是高速电子与靶物质原子核相互作用的结果。阴极电子受原子核正电场的影响而失去能量急剧减速，失去的能量直接以光子的形式放射出来；连续放射产生出来的X线是一束波长不等的混合射线，其能量（波长）取决于：电子接近原子核的情况、电子的能量、原子核的电荷。（1）阴极电子正撞到原子核，速度急剧减为零，电子的全部动能转变为X线能放射出来，这时的X线光子能量最大，波长最短。λmin=hc/kVp=1.24/kVp(nm)当施与X线管两端管电压为l00kVp时，电子所获得的最大能量就是l00keV，它所产生的X线光子的最短波长就是0.0124nm。（2）阴极电子没有正撞到原子核而是从原子核旁经过时，离核越近受到的影响就越大，放射出来的光子的波长就越短；离核越远受到的影响就越小，放射出来的光子能量就越小，波长越长。（3）阴极电子的能量大小因为整流方式不同也不一样。（4）连续射线的最强波长是最短波长的1.3~1.5倍。（5）连续射线的波谱随管电压升高而变化：管电压升高时：最短波长向短波一侧移动；强度曲线向短波一侧移动；最强波长向短波一侧移动；产生的X线总能量将以管电压二次方比例增大。（6）阳极靶物质的原子序数大时，X线总能量增大。（7）X线的总能量将随管电流的增大而提高。2．特征放射这是高速电子击脱靶物质原子的内层轨道电子，而产生的一种放射方式。一个常态的原子经常处于最低能级状态，它永远保持其内层轨道电子是满员的。当靶物质原子的K层电子被高速电子击脱时，K层电子的空缺将要由外层电子补充，此时外层电子将把多余的能量作为X线光子释放出来，此即K系特征放射；若L层电子的空缺，则由其外层电子补充，即产生L系特征放射。

特征放射是在靶物质原子壳层电子的跃迁中产生的。特征放射的X线光子能量与冲击靶物质的高速电子能量无关。它只服从于靶物质的原子特性。X线管钨靶的K层电子结合能为69.5keV，具有70keV以上能量的冲击电子都可以击脱K层电子，产生特征X线。70kVp以下，不产生K特征X线；80~150kVp，K特征X线占10%~28%；150kVp以上，特征X线减少。总之，从X线管发出的X线是一束由连续X线和特征X线组成的混合射线，特征X线是叠加在连续X线能谱内的。自测题-5有关连续X线的解释，正确的是（

）A．连续X线是高速电子与靶物质的轨道电子相互作用的结果B．连续X线与高速电子的能量无关C.连续X线的质取决于管电流D．连续X线是高速电子与靶物质的原子核相互作用的结果E．连续X线的放射中，高速电子的能量没有丢失答：D自测题-6关于连续X线的波谱特点，错误的是（

）A．管电压升高时，最短波长向短波一侧移动B．管电压升高时，强度曲线向长波一侧移动C．管电压升高时，最强波长向短波一侧移动D．管电压升高时，X线能量以管电压二次方比例增大E.阳极靶物质的原子序数大时，X线能量增大答：B自测题-7有关特征X线的解释，错误的是（

）A．特征X线是高速电子与靶物质原子的轨道电子相互作用的结果B．特征X线产生的X线的质与高速电子的能量有关C．特征X线的波长，由跃迁的电子能量差所决定D．靶物质原子序数较高时，特征X线的能量就大E．管电压70kVp以下，不产生K系特征X线答：B自测题-8与连续X线波长无关的是（

）A．阴极电子是否正撞到靶物质的原子核B．阴极电子从靶物质原子核旁经过时离原子核的距离C．阴极电子本身的能量大小D．原子核的核电场强度大小E．靶物质原子核外电子的结合能大小答：E考点3】X线的本质与特性

1．X线的本质

X线本质是一种电磁波，与无线电波、可见光、γ射线一样都具有一定的波长和频率。由于X线光子能量大，可使物质产生电离，故又属于电磁波中的电离辐射。X线与其他电磁波一样具有波粒二象性，这就是X线的本质。

电磁波谱：无线电等

3×105～1cm红外线

0.01～0.0008cm可见光

750～390nm紫外线

390～2nm诊断用X线

0.01～0.008nm

注：

1m＝109nm

（1）X线的微粒性把X线看成是一个个的微粒—光子组成的，光子具有一定的能量和一定的动质量，但无静止质量。X线与物质相互作用时表现出微粒性：每个光子具有一定能量，能产生光电效应，能激发荧光物质发出荧光等现象。（2）X线的波动性X线具有波动特有的现象—波的干涉和衍射等。它以波动方式传播，是一种横波。X线在传播时表现了它的波动性，具有频率和波长，具有干涉、衍射、反射和折射现象。2．X线的特性X线特性指的是X线本身的性能，它具有以下特性：（1）物理效应穿透作用：由于X线波长很短，光子能量大，故具有很强的穿透力。X线的穿透作用除与X线波长（能量）有关外，还与被穿透物质的原子序数、密度和厚度等因素有关。荧光作用：荧光物质（如钨酸钙、氰化铂钡等）的原子，在X线照射下被激发或电离，当恢复原有基态时，便释放出可见的荧光。电离作用：具有足够能量的X线光子，不仅能击脱原子轨道的电子，产生一次电离，击脱的电子又与其它原子撞击，产生二次电离。电离作用是X线剂量测量、X线治疗、X线损伤的基础。干涉、衍射、反射与折射作用：X线与可见光一样具有这些重要的光学特性。它可在X线显微镜、波长测定和物质结构分析中得到应用。（2）化学效应

感光作用：X线具有光化学作用，可使摄影胶片感光。着色作用：某些物质经X线长期照射后，其结晶脱水变色。如铅玻璃经X线长期照射后着色。

（3）生物效应X线是电离辐射，它对生物细胞特别是增殖性强的细胞有抑制、损伤，甚至使其坏死的作用。它是X线治疗的基础；是放射卫生防护的根据。3．X线产生的效率在X线管中产生X线能量与加速电子所消耗电能的比值叫X线的产生效率，用符号η表示。η=产生的X线总能量/阴极高速电子流的总能量=k·（V2ZI/VI）=kVZ（%）式中，V：管电压，Z：靶物质原子序数，I：管电流，k：系数在X线诊断范围内：k=1.1×10-9。例题：管电压为100kV，靶物质为钨（W），原子序数74时，X线的产生效率为：η=1.1×10-9×74×105≈0.0081≈0.81%从上例可见，加速阴极电子所消耗的电能只有0.81%作为X线能量被利用，其余都转换为热能。X线的产生效率是很低的。自测题-9关于X线性质的叙述，错误的是（

）A．X线与红外线和紫外线一样，均为电磁波B．X线具有波动和微粒的二象性C．康普顿效应可证明它的微粒性D．光电效应可证明它的波动性E．X线不具有静止质量和电荷答：D自测题-10不属于X线物理效应的作用是（

）A．穿透作用B．电离作用C．荧光作用D．着色作用E．干射与衍射作用答：D自测题-11关于X线的本质，正确的叙述是（

）

A．X线属于电磁波中的电离辐射，具有波粒二象性

B．X线的微粒性表明X光子具有一定的能量和静止质量

C．X线在传播时表现出微粒性

D．X线的波动性表明X线能激发荧光物质发出荧光

E．X线在与物质相互作用时表现出波动性

答：A自测题-12对X线产生效率的说法，正确的是（

）A．X线管产生X线的效率很高B．X线管产生X线的效率很低C．X线管产生X线的效率可能很高也可能很低D．X线管产生X线的效率一般E．X线管产生X线的效率为100%答：B自测题-13关于X线的穿透作用，下述说法错误的是（

）

A．X线具有一定的穿透能力

B．X线的穿透力与X线的频率成反比

C．X线的穿透力与被穿透物质的原子序数成反比

D．X线的穿透力与被穿透物质的密度成反比

E．X线的穿透力与被穿透物质的厚度成反比

答：B自测题-14X线的荧光作用不能用于（

）

A．X线透视荧光屏

B．X线摄影增感屏

C．CT机的晶体探测器

D．X线治疗

E．影像增强管

答：D自测题-15X线在医学影像检查技术中被应用的最基本的特性是（

）

A．穿透作用

B．荧光作用

C．电离作用

D．感光作用

E．生物效应

答：A自测题-16X线的哪项特性是X线剂量、X线治疗、X线损伤的基础（

）

A．穿透作用

B．荧光作用

C．电离作用

D．感光作用

E．生物效应

答：C【考点4】X线强度

1．X线强度的定义

X线强度是垂直于X线束的单位面积上，在单位时间内通过的X线光子数量与能量之总和，即X线束中的光子数量乘以每个光子的能量。在实际应用中，常以X线量与质的乘积表示X线强度。量是指线束中的光子数，质则是光子的能量（也称穿透力）。连续X线波谱中每条曲线下的面积表示连续X线的总强度。

2．影响X线强度的因素

（1）靶物质在一定的管电压和管电流下，X线量的多少决定于靶物质：靶物质的原子序数越高，产生的X线效率就越高。对于连续X线而言，靶物质的原子序数决定X线量的产生；而对于特征X线而言，靶物质的原子序数决定所产生的特征X线波长的性质。（2）管电压管电压决定产生X线最大能量的性质；另外增加管电压也将增加产生X线的量。所以X线强度与管电压的平方成正比。（3）管电流管电流的大小并不决定X线的质。但是在管电压一定的前提下，X线强度决定于管电流。管电流越大，撞击阳极靶面的电子数就越多，产生的X线光子数就越多。（4）高压波形X线发生器产生的高压都是脉动式的，由于不同的整流方式，所产生的高压波形的脉动率有很大区别。X线光子能量取决于X线的最短波长，即决定于管电压的峰值，整流后的脉动电压越接近峰值，其X线强度越大。3．X线质的表示方法（1）半值层（HVL）：X线强度衰减到初始值的一半时所需的标准吸收物质的厚度。（2）电子的加速电压（管电压）。（3）有效能量：在连续X线情况下使用这一概念。（4）硬度：低能量X线称为软射线，高能量X线称为硬射线。（5）X线波谱分布：它表示X线的波长分布或能量分布。4．X线的不均等性诊断用X线为连续X线与特征X线的混合，主要为连续X线。连续X线的波长由最短波长(λmin)到长波长领域有一个很广的范围。这种X线称为不均等X线。不均等X线由于滤过板的使用，长波长领域的X线被吸收，成为近似均等X线。这种均等度以不均等度h或ω表示。

h=H2／H1

(H1：第1半值层，H2：第2半值层)

或ω=λeff

/λ0(λ0：最短波长，λeff：有效波长)

均等X线场合下，h=1，ω=1，不均等X线h>1，ω>1。·有效波长：单一能量波长的半值层等于连续x线的半值层时，此波长称作有效波长(λeff)。

·有效电压：产生有效波长的最短波长的管电压，称作有效电压。

λeff=1.24／Veff(kV)(nm)·有效能量：将有效电压用能量单位(keV)表示时，此能量为有效能量（或等效能量）。自测题-17关于X线强度的叙述，错误的是（

）A．X线强度指的是管电压的高低B．kVp代表X线的质，mAs代表X线的量C．阳极靶物质的原子序数越高，X线强度越大D．X线强度与管电压平方成正比E．整流后的脉动电压越接近峰值，其X线强度越大答：A自测题-18关于X线质的表示，正确的是（

）A．X线管的滤过B．X线管电压和半值层C．X线管电流D．高速电子的数量E．阳极靶物质的原子序数答：B

自测题-19影响X线强度的因素不包括（

）

A．X线管电压

B．X线管电流

C．靶物质的原子序数

D．阳极柄的材料

E．高压的脉动率

答：D自测题-20不能表示X线质的概念是（

）

A．半值层

B．X线管电压

C．有效能量

D．X线波长

E．X线的不均等度

答：E自测题-21关于X线强度的定义，错误的说法是（

）

A．是指垂直于X线束的单位面积上在单位时间内通过的光子数和能量的总和

B．也即是X线束中的光子数乘以每个光子的能量

C．在实际应用中常用管电压的高低来表示

D．量是指X线束中的光子数，质则是光子的能量

E．连续X线波谱中每条曲线下的面积表示连续X线的总强度

答：C自测题-22下列与X线的质和量有关的叙述中，错误的是（

）

A．X线强度受管电压、管电流、靶物质及高压波形的影响

B．X线强度与管电压的平方成正比

C．管电流越大，产生的X线光子数就越多

D．对特征X线来说，靶物质的原子序数决定产生特征X线的量

E．整流后的脉动电压越接近峰值，其X线强度越大【考点5】X线与物质的相互作用

相互作用形式：相干散射、光电效应、康普顿效应、电子对效应和光核反应五种。

1．相干散射

它是一个低能量的光子冲击到物质的原子上，形成原子的激发状态。原子在恢复其常态时，放出一个与原入射光子同样波长、方向不同的光子，此即相干散射。相干散射在X线与物质相互作用时所占几率很小，不超过5％，实际作用不大。2．光电效应（1）光电效应的定义

X线与物质相互作用时，X线光子能量(hυ)全部给予了物质原子的壳层电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚成为自由电子(即光电子)。而X线光子本身则被物质的原子吸收，这一过程称为光电效应。（2）光电效应的产物

光电效应，在摄影用X线能量范围内是和物质相互作用的主要形式之一。它是以光子击脱原子的内层轨道电子而发生。有如特征放射的发生过程。但又不完全一样，其主要差别是击脱电子的方式不同。光电效应可产生三种东西：特征放射、光电子(也叫负离子)和正离子(即缺少电子的原子)。

在产生光电效应的过程中，当一个光子在击脱电子时，其大部分能量是用于克服电子的结合能，多余能量作为被击脱电子(光电子、负离子)的动能。由于带电粒子穿透力很小，当这个电子进入空间后，很快就被吸收掉。失掉电子的原子轨道上的电子空位，很快就有电子来补充。这个电子经常是来自同原子的L层或M层轨道上的电子，有时也可来自其他原子的自由电子。在电子落入K层时放出能量，产生特性放射。但因其能量很低，在很近的距离内则又被吸收掉。例如，钙是人体内最高原子序数的元素，它的最大能量的特性光子也只有4kev。这样小的光子能量，从它的发生点几个毫米内即可被吸收。但必须注意，常用造影剂碘和钡，所产生的特性放射，会有足够的能量离开人体，而使胶片产生灰雾。

（3）光电效应产生的条件①光子能量与电子结合能，必须“接近相等”才容易产生光电效应。就是说，光子的能量要稍大于电子的结合能或等于电子的结合能。例如，碘的K层电子结合能为33.2kev，若光子能量为33.0kev，就不能击脱该层电子。另一方面，一个有34kev能量的光子，又比一个具有100kev能量的光子更容易和碘K层电子发生作用。这就是说，光子能量的增加，反而会使光电作用的几率下降。实际上，光电效应大约和能量的三次方成反比。

在实际摄影中，我们通过调整管电压的数值就可以达到调制影像的目的。

②轨道电子结合得越紧越容易产生光电效应。高原子序数元素比低原子序数元素的轨道电子结合的紧。在低原子序数元素中，光电效应都产生在K层，因为这一类元素只有K层电子结合的比较紧。对高原子序数的元素，光子能量不足以击脱它的K层电子，光电效应常发生在L层、M层，因为这两层轨道电子结合的都比较紧，容易产生光电效应。所以说，光电效应的几率，随原子序数的增高而很快增加。其发生几率和原子序数的三次方成正比。光电效应≈(原子序数)3。它说明摄影中的3个实际问题：不同密度物质的影像，所以能产生明显对比影像的原因；密度的变化可明显影响到摄影条件；要根据不同密度的物质，选择适当的射线能量。（4）光电效应在X线摄影中的实际意义①光电效应不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾。

②光电效应可增加射线对比度。X线影像的对比，产生于不同组织的吸收差异，这种吸收差别愈大，则对比度愈高。因为，光电效应的几率和原子序数的三次方成正比。所以，光电效应可扩大不同元素所构成的组织的影像对比。例如，肌肉和脂肪间的对比度很小，如果选用低kVp摄影，就可以利用肌肉和脂肪在光电效应中所产生的较大吸收差别来获得影像。

③光电效应中，因光子的能量全部被吸收，这就使患者接受的照射量比任何其他作用都多。为了减少对患者的照射，在适当的情况下，要采用高能量的射线。3．康普顿效应

康普顿效应也称散射效应或康普顿散射。它是X线诊断能量范围内，X线与物质相互作用的另一种主要形式。当一个光子在击脱原子外层轨道上的电子时，入射光子就被偏转以新的方向散射出去，成为散射光子。而被击脱的电子从原子中以与入射光子方向呈φ角方向射出，成为反冲电子。其间X线光子的能量一部分作为反跳电子的动能，而绝大部分是作为光子散射。

一个光子被偏转以后，能保留多大能量，由它的原始能量和偏转的角度来决定。偏转的角度愈大，能量的损失就愈多。

散射光子的方向是任意的，光子的能量愈大，它的偏转角度就愈小。但是，低能量的光子，在散射效应中，向后散射的多。在X线摄影所用能量(40~150kVp)范围内，散射光子仍保留大部分能量，而只有很少的能量传给电子。

在摄影中所遇到的散射线，几乎都是来自这种散射。因为，散射吸收是光子和物质相互作用中的主要形式之一。所以，在实际工作中无法避免散射线的产生，而只能想办法消除或减少它的影响。4．电子对效应与光核反应

电子对效应与光核反应，在诊断X线能量范围内不会产生。因为电子对效应产生所需要的光子能量是1.02MeV，而光核反应所需光子能量要求在7MeV以上。所以，这两种作用形式对X线摄影无实际意义。5．相互作用效应产生的几率

在诊断X线能量范围内，相干散射占5％，光电效应占70％，康普顿效应占25％。

①对低能量射线和高原子序数的物质，光电效应是主要的，它不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾，因而可产生高对比度的X线影像。但会增加被检者的X线接收剂量。

②散射效应是X线和人体组织之间最常发生的一种作用，几乎所有散射线都是由此产生的。它可使影像质量下降，严重时可使我们看不到影像的存在。但它与光电效应相比可减少患者的照射量。

③它们之间的相互比率将随能量、物质原子序数等因素的改变而变化。就人体而言，脂肪和肌肉的原子序数要低于骨骼。常用造影剂碘和钡属于高原子序数的元素。脂肪和肌肉除在很低的光子能量而外，散射作用是主要的；造影剂的原子序数高，以光电效应为主；骨骼的作用形式，在低能量的主要是光电作用，而在高能量时则变为散射作用是主要的。

总之，X线和物质的各种相互作用都有它的重要性，就X线摄影而言，各种作用的结果，都造成了X线强度的衰减，这是X线影像形成的基本因素。自测题-23在X线诊断能量范围内，利用了X线与物质相互作用的形式是（

）A．相干散射和光电效应B．光电效应和康普顿效应C．康普顿效应和电子对效应D．电子对效应和光核反应E．光核反应和相干散射答：B自测题-24关于X线与物质相互作用几率的解释，错误的是（

）A．X线诊断能量范围内，光电效应占30％B．对低能量射线和高原子序数物质相互作用时，光电效应为主C．X线摄影中的散射线，几乎都是康普顿效应产生的D．康普顿效应与光电效应的相互比率，常随能量而变化E．脂肪、肌肉，除了在很低的光子能量(20～30kev)之外，康普顿散射作用是主要的。

答：A自测题-25下列有关光电效应的叙述，错误的是（

）A．诊断用X线与铅的相互作用形式，主要是光电效应B．光电效应的结果是，入射光子能量的一部分以散射光子释放C．光电效应可产生特征放射、光电子和正离子D．光电效应中，X线光子能量全部给予了物质原子的壳层电子

E．光电效应以光子击脱原子的内层轨道电子而发生

答：B自测题-26关于光电效应在X线摄影中的实际意义，错误的是（

）A．光电效应不产生散射线B．光电效应可扩大射线对比度C．光电效应下患者接受的照射量小D．光电效应下，不同组织密度能产生明显的影像对比E．选用低kVp摄影，可以扩大脂肪与肌肉的影像对比。

答：C【考点6】X线的吸收与衰减1．X线的吸收与衰减

X线强度在其传播过程中，将以与距离平方成反比的规律衰减。此即X线强度衰减的反平方法则（反平方法则：X线强度与距离的平方成反比）；反平方法则在X线管点焦点及X线在真空传播的条件下成立。严格地讲，X线在空气中传播会出现衰减，但是，这种因空气衰减的X线强度很微弱，在X线摄影中可以忽略不计。

X线除距离衰减外，还有物质导致的衰减。在诊断X线能量范围内，X线与物质相互作用形式主要是光电效应和康普顿效应。因此，X线强度由于吸收和散射而衰减。在光电效应下，X线光子被吸收；在康普顿效应下，X线光子被散射。X线与物质相互作用中的衰减，反应出来的是物质吸收X线能量的差异，这也正是X线影像形成的基础。2．连续X线在物质中的衰减特点

（1）连续x线波长范围广，是一束包含各种能量光子的混合射线。连续X线最短波长决定于管电压，即λmin=1.24/kVp(nm)。最强波长等于1.2~1.5λmin。而它的平均能量的波长范围，则是2.5λmin。一般而言，平均光子能量是最高能量的1／3~1／2。如100kev的射线，平均能量约是40kev。当然，由于过滤不同有所改变。

（2）X线通过物质之后，在质与量上都会有所改变。这是由于低能量光子比高能量光子更多地被吸收，使透过被照体后的射线平均能量提高。如此继续下去，通过物质之后的平均能量，将接近于它的最高能量。连续X线的这一衰减特点，可以用于通过改变X线管窗口过滤来调节X线束的线质。

（3）X线在通过被照体时，绝大部分能量被吸收，较少的能量透过。如何把这种衰减信号利用起来，将取决于有效地使用影像的转换介质。

（4）X线在物质中的衰减规律是进行屏蔽防护设计的依据。3．X线的滤过

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，绝大部分的低能射线被组织吸收，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。X线滤过包括固有滤过和附加滤过。（1）固有滤过

指X线机本身的滤过，包括x线管的管壁、绝缘油层、窗口的滤过板。固有滤过一般用铝当量表示。即一定厚度的铝板和其他物质对X线具有同等量的衰减时，此铝板厚度称为滤过物质的铝当量。（2）附加滤过

广义上讲，从X线管窗口至检查床之间，所通过材料的滤过总和为附加滤过。

在X线摄影中，附加滤过指X线管窗口到被检体之间，所附加的滤过板。一般对低能量射线采用铝滤过板；高能射线采用铜与铝的复合滤过板。使用时铜面朝向X线管。4．X线在物质中的指数衰减规律

当X线强度为I，通过厚度为ΔX的吸收物质时，其衰减ΔI遵循下列公式

ΔI=-μIΔX假设X=0(厚度)，I=I0(X线强度)，将上式加以积分后，可得公式

I=I0e-μXI0：X线到达物体表面的强度，I：X线到达（穿过）厚度为X时的强度，X：吸收物质厚度(m)。此公式即为X线衰减的指数函数法则。此一法则成立的条件有两个，一是X线为单一能量射线；一是X线为窄束X线。所谓窄束X线是指不包括散射线的射线束，通过物质后的X线光子，仅由未经相互作用或者是说未经碰撞的原射线光子所组成的X线。

单能窄束X线与物质相互作用时，其衰减可由以下两种坐标形式描述：

在半对数的坐标中，X线强度的改变与吸收层厚度的关系变为直线，其直线的斜率就是线性衰减系数的μ值。

在普通坐标中，X线强度随吸收体厚度的增加而衰减的规律呈指数曲线。

单能窄束X线在通过物体时，只有X线光子数量的减少，而无能量的变化，其指数衰减规律是X线强度在物质层中都以相同的比率衰减。

然而，在X线诊断能量范围内的X线发生，不是单能窄束，而是宽束的混合射线。宽束与窄束X线的主要区别是，宽束考虑了散射的影响，它把散射光子当作被物质吸收的光子来处理。显然，若用窄束的衰减规律来处理宽束的问题是不恰当的，特别是对屏蔽防护的设计。

宽束的衰减与吸收物质种类和厚度、X线能量、X线源与探测器的几何学的配置等因素有关。

在此情况下，可在窄束的指数衰减规律的基础上，引入积累因子B加以修正。

I=BI0e-μX

不同的辐射有不同的积累因子(也称积累系数)，如光子数积累因子、能量积累因子、吸收剂量积累因子及照射量积累因子等。

大体上讲，μX≤1时，按B≈1；μX>1时，按B≈μX计算。在射线防护的情况下，为增加其安全度，一般以B≈μX+1计算。5．衰减系数

衰减系数有吸收系数和散射系数。它是线衰减系数、质量衰减系数、原子衰减系数和电子衰减系数的简称。（1）线衰减系数

将X线透过物质的量以长度(m)为单位时，X线的衰减系数，称作线衰减系数，也即X线透过单位厚度(m)的物质层时，其强度减少的分数值。单位为m-1。（2）质量衰减系数

将X线透过物质的量以质量厚度（千克·米-2）为单位时的x线衰减系数，称作质量衰减系数（μ/ρ)，也即X线在透过质量厚度为1千克·米-2的物质层后，X线强度减少的分数值。单位为（m2／kg）。

质量衰减系数不受吸收物质的密度和物理状态的影响。它与X线的波长和吸收物质的原子序数有如下的近似关系：

μm=Kλ3Z4

它说明了波长愈短，X线的衰减愈少，也即穿透力愈强；同时吸收物质的原子序数愈高，X线的衰减愈大。（3）总衰减系数

总衰减系数即是光电衰减系数τ、相干散射衰减系数σt、康普顿衰减系数σc和电子对效应衰减系数χ的总和。

μ=τ+σt+σc+χ

若用物质密度ρ去除以上线衰减系数，则得到质量衰减系数。总质量衰减系数等于各相互作用过程的质量衰减系数之和。

μ/ρ=τ/ρ+σt/ρ+σc/ρ+χ/ρ

至于每一项在总衰减系数中所占的比例，则随光子能量和吸收物质的原子序数而变化。（4）能量转移系数在X线与物质的三个主要作用过程中，X线光子能量都有一部分转化为电子(光电子、反冲电子和正负电子对)的功能，另一部分则被一些次级光子(特性X线光子、康普顿散射光子及湮灭辐射光子)带走。如此总的衰减系数μ可以表示为上述两部分的总和，即

μ=μtr+μp

μtr：X线能量的电子转移部分；μp：X线能量的辐射转移部分。

对于辐射剂量学而言，重要的是确定X线光子能量的电子转移部分。因为，最后在物质中被吸收的正是这一部分能量。6．影响X线衰减的因素（1）射线能量和原子序数对衰减的影响

在X线诊断能量范围内，当X线能量增加时，光电作用的百分数下降。当原子序数提高时，则光电作用增加。对高原子序数的物质(如碘化钠)在整个X线诊断能量范围内主要是光电作用。作为水和骨骼，则随X线能量增加，康普顿散射占了主要地位。随着X线能量的增加，透过光子的百分数增加。对低原子序数的物质，当X线能量增加时，透过量增加，而衰减减少；对高原子序数物质，当X线能量增加时，透过量有可能下降。因为，当X线能量等于或稍大于吸收物质K层电子结合能时，光电作用的几率发生突变(表1-1-2)。

X线检查中使用的造影剂钡和碘，因为有很理想的K结合能，更多的光电作用发生在K层。所以，可产生更高的影像对比度。（2）密度对衰减的影响在一定厚度中，组织密度决定着电子的数量，也就决定了组织阻止射线的能力。组织密度对X线的衰减是直接关系，如果一种物质的密度加倍，则它对X线的衰减也加倍。（3）每克电子数对衰减的影响

电子数多的物质比电子数少的更容易衰减射线。一定厚度的电子数决定于密度，也就是决定于cm3的电子数。这是临床放射学中影响X线衰减的主要因素。7．X线诊断能量中的X线衰减

人体各组织对X线的衰减按骨、肌肉、脂肪、空气的顺序由大变小。这一差别即形成了X线影像的对比度。为了增加组织间的对比度，还可借用造影剂扩大X线的诊断范围。

在X线诊断能量范围内，如果把X线的总衰减作为100，在42kVp下，对肌肉来说光电作用的康普顿散射作用所占比例相同；在90kVp下，散射作用占90％；由于骨的原子序数高，其光电作用是肌肉的2倍，骨对X线的衰减，在73kVp下光电作用与散射作用相同。对于密度差很小的软组织摄影，必须采用低电压技术，用以扩大光电作用所产生的对比度。自测题-27下列概念与单位的组合，错误的是（

）A．X线能量—kevB．半值层—mmC．直线减弱系数—mD．质量减弱系数—m2/kgE．波长—nm

答：C自测题-28与影响X线减弱的因素无关的是（

）A．X线能量B．原子序数C．密度D．每克电子数E．X线管灯丝温度

答：E自测题-29吸收X射线能力最强的组织结构是A．肌肉

B．脂肪

C．骨骼

D．肺组织

E．肝脏

答：C自测题-30对X线在物质中的衰减，下面描述错误的是（

）A．当X线穿过物体时，高原子序数的物质对X线有较强的衰减

B．当X线穿过物体时，密度大的物质对X线的衰减能力强

C．当X线穿过物体时，电子数目越多的物质更易使X线衰减D．当X线穿过物体时，厚度大的物质对X线的衰减能力强

E．当X线穿过物体时，低原子序数的物质对X射线有较强的衰减

答：E自测题-31X线衰减的反平方法则是指（

）

A．X线强度与管电压的平方成反比

B．X线强度与距离的平方成反比

C．X线强度与管电流的平方成反比

D．X线强度与原子序数的平方成反比

E．X线强度与每克电子数的平方成反比

答：B自测题-32关于距离所致的X线衰减，错误的说法是（

）

A．X线在其传播时将按照反平方法则衰减

B．X线强度衰减的反平方法则是指X线强度与距离的平方成反比

C．反平方法则是在X线管点焦点、X线在真空中传播的条件下严格成立

D．X线在空气中传播时会出现因空气吸收所致的衰减

E．考虑到空气吸收所致的衰减，反平方法则在X线摄影中没有应用价值

答：E自测题-33下列不属于连续X线衰减特点的是（

）

A．通过物质以后，在质和量上都会有所改变

B．低能光子比高能光子更多地被吸收

C．透过被照体后的平均能量降低

D．通过物质之后的平均能量将接近于它的最高能量

E．改变X线管窗口的过滤可以调节X线束的线质

答：C自测题-34关于X线的滤过，错误的叙述是（

）

A．X线滤过是指预先把X线束中的低能成分吸收掉

B．X线滤过是为了减少高能射线对皮肤的照射量

C．X线滤过包括固有滤过和附加滤过

D．固有滤过包括X线管壁、绝缘油层、窗口

E．附加滤过是指从窗口到检查床之间X线通过的所有材料的滤过总和

答：B【考点7】X线信息影像的形成与传递

1．摄影的基本概念

摄影：是应用光或其他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。

像：是用能量或物性量，把被照体信息表现出来的图案。在此把能量或物性量，称作信息载体。

信息信号：由载体表现出来的单位信息量。

成像系统：将载体表现出来的信息、信号加以配列，就形成了表现信息的影像。此配列称为成像系统。

摄影程序：光或能量→信号→检测→图像形成。2．X线信息影像的形成与传递

X线在到达被照体之前不具有任何的医学信号，只有当X线透过被照体(三维空间分布)时，受到被照体各组织的吸收和散射而衰减，使透过后的X线强度分布呈现差异，从而形成X线的信息影像。X线随之到达影像接收器(如屏／片系统)的受光面，转换成可见光强度的分布，并传递给胶片，形成银颗粒的空间分布，再经显影处理成为二维光学密度分布，形成光密度X线照片影像。

如果把被照体作为信息源，X线作为信息载体，那么X线诊断的过程就是一个信息传递与转换的过程。此过程分为五个阶段(图1-2-1)。

第一阶段：X线对三维空间的被照体进行照射，取得载有被照体信息成分的强度不均匀分布。此阶段信息形成的质与量，取决于被照体因素(原子序数、密度、厚度)和射线因素(线质、线量、散射线)等。

第二阶段：将不均匀的X线强度分布，通过接受介质(屏／片系统Ⅱ、CR、DR系统等)转换为二维的光强度分布。若以屏／片系统作为接受介质，那么这个荧光强度分布传递给胶片形成银颗粒的分布(潜影形成)，再经显影加工处理成为二维光学密度的分布。此阶段的信息传递转换功能取决于荧光体特性、胶片特性及显影加工条件。此阶段是把不可见的X线信息影像转换成可见密度影像的中心环节。

第三阶段：借助看片灯(或显示器)，将密度分布转换成可见光的空间分布，然后投影到人的视网膜。此阶段信息的质量取决于看片灯(或显示器)亮度、色光、观察环境以及视力。

第四阶段：通过视网膜上明暗相间的图案，形成视觉的影像。

第五阶段：最后通过识别、判断做出评价或诊断。此阶段信息传递取决于医师的学历、知识、经验、记忆和鉴别能力。

我们之所以介绍“X线影像信息的形成与传递”的目的，是要了解X线影像形成中每一个阶段的要素以及建立一个“影像链”的概念。

X线摄影目的，就是掌握和控制X线影像形成的条件，准确大量地从被照体中取得有用的信息。并真实地转换成可见影像。或者说，在允许的辐射剂量内，获得最有效的影像信息，其中有两个关键，一是当X线通过被照体时，究竟以多大程度把客观的信息准确地传递出来；二是从信息接受介质来讲，又以何种程度把信息真实地再现成可见影像。前者取决于X线机的性能、X线的特性及摄影条件的选择；后者取决于接受介质的转换功能及显影加工技术。这些也正是推行影像质量保证(QA)与质量控制(QC)的目的。3．X线照片影像的形成

作为放射诊断影像的主体——X线照片影像，仍占影像检查总数的70％。1995年美国放射学院(ACR)一项调研表明，120家被调研的临床机构中，有48％认为常规X线摄影是最适宜首选的诊断方法。

所谓X线照片影像，就是以增感屏／胶片体系作为信息的接受介质，而形成的X线影像。X线透过被照体时，由于被照体的吸收、散射而衰减，透射线仍按原方向直地(散射线不形成影像)，作用于屏／片系统，经显影加工后，则形成了密度不等的X线照片影像(图1-2-2)。X线照片影像的形成，一是利用了X线具有的穿透、荧光、感光等特性，以及被照体对X线吸收差异的存在。所以，X线照片影像可以看作是X线通过被照体内部所产生的吸收现象的记录。

X线照片影像是X线诊断的依据，医生通过对照片的观察，对构成这幅影像的点、线赋予一定的内容，并理解其中的含义，这就是诊断。对此重要的是，什么样的点和线可以在X线照片上显示出来，并能为人眼所识别，这也就是医生最关心的影像细节的微小变化。因为，它是疾病早期诊断的征象。X线照片影像的质量实质上指的就是微小细节的信息传递问题，即影像的清晰度。

概括地讲，影像细节的表现主要取决于构成照片影像的五大要素：密度、对比度、锐利度、颗粒度及失真度。前四者为构成照片影像的物理因素，后者为构成照片影像的几何因素。自测题-35X线信息影像形成的阶段是（

）A．X线透过被照体之后B．X线照片冲洗之后C．X线到达被照体之前D．视觉影像就是X线信息影像E．在大脑判断之后

答：A自测题-36关于X线信息影像的形成与传递过程的叙述，错误的是（

）A．自X线管发射出来的X线强度分布是不均匀的B．X线透过被照体之后就已形成了X线信息影像C．被照体是信息源，X线是信息载体D．不均匀分布的X线强度照射到屏／片体系，经显影加工后形成光学密度影像E．照片密度影像通过看片灯，在视网膜形成视觉影像，再经大脑判断，最后形成诊断

答：A自测题-37X线透过被照体之后形成的X线强度的差异称为（

）A．人工对比B．天然对比C．射线对比度D．胶片对比度E．照片对比度

答：C自测题-38关于X线照片影像形成的叙述，错误的是（

）A．X线透过被照体之后的透射线和散射线，照射到胶片上形成照片影像B．X线照片影像是X线被被照体吸收与散射后形成的C．X线照片影像是利用了X线透射线的直进性D．照片接受的散射线不形成影像E．常规X线照片与CT片的影像均利用了X线的穿透性

答：A自测题-39X线照片影像的形成要素，不包括（

）A．照片密度B．照片的感度C．照片的对比度D．照片的锐利度E．照片的放大与变形

答：B自测题-40X线照片影像的质量实质上指的是（

）

A．影像密度

B．影像对比度

C．影像清晰度

D．影像失真度

E．胶片感光度

答：C自测题-41X线照片上微小细节的信息传递问题，就是（

）

A．影像密度

B．天然对比度

C．影像失真度

D．影像清晰度

E．胶片感光度

答：D自测题-42下列哪项是构成X线照片影像的几何因素（

）

A．影像密度B．影像对比度C．影像锐利度D．影像颗粒度E．影像失真度

答：E【考点8】X线照片影像质量的分析基础1．影响影像质量的基本因素（1）X线影像质量的评价

X线影像质量的评价经历了一个逐渐完善的过程，从主观评价到客观评价，目前又进入了一个新的领域——综合评价阶段。

①主观评价：通过人的视觉在检出识别过程中根据心理学规律，以心理学水平进行的评价，称为主观评价或视觉评价。以往，主观评价方法主要有金属网法、Burger法、并列细线法等。目前，主要应用ROC(receiveroperatingcharacteristic，ROC)曲线，它是一种以信号检出概率方式，对成像系统在背景噪声中微小信号的检出能力进行解析与评价的方法，也称观测者操作特性曲线。这一概念是对主观评价的最新发展。

②客观评价：对导致x线照片影像形成的密度、模糊度、对比度、颗粒度以及信息传递功能，以物理量水平进行的评价，称为客观评价。主要通过特性曲线、响应函数等方法予以测定、评价。

③综合评价：它是以诊断学要求为依据，以物理参数为客观手段，再以能满足诊断要求的技术条件为保证，同时充分考虑减少辐射量的评价方法。

无论是主观评价、客观评价还是综合评价，其评价的前提是必须了解影响影像质量的基本因素。（2）影响X线影像质量的基本因素

从医疗角度讲，评价影像质量的第一要素，是看影像质量是否符合诊断学要求。在这里我们仅从技术角度对影像质量加以分析。

X线照片影像，从X线的发生到在胶片上形成一幅固定的影像，其间要发生许多改变，这是一个复杂的信息形成与传递的过程。因此，一幅照片影像的质量的评价、分析与控制应当是全过程的、全面的、全员的，即全面质量管理(totalqualitymanagement，TQM)的模式，也就是说，要提高一幅照片影像的质量，必须对所包含的每个步骤、过程加以测试、评估方可得到改善。

在上述影响影像质量的诸多因素中，最重要的影响因素是对比度、清晰度和颗粒度三大因素。这三大因素存在着相关性，相互之间又存在着许多方式的影响。但是，从总体来看也存在着随机的相关性。据此，这些因素也可以认为具有一定的独立性。（3）X线影像质量的视觉评价

当人们用肉眼对X线照片影像质量进行评价时，很难对上述三大因素做出十分清楚的区分，所看到的影像是三个因素相互作用的结果。因此，人们要对照片影像进行更加科学的分析、评价，这就需要有使用物理参量的对“总体影像质量”或“诊断价值”进行表达的一些方式。目前对此评价的最新视觉评价方法是借助统计学的ROC曲线。

当所有三大因素完全满意、完全不满意、一种因素相对于另外两种因素具有悬殊很大的影响时，对总体的影像质量评价会十分容易。但是，实际上有些照片显示出高清晰度，而颗粒性差的影像；也可以是低清晰度，而有良好的颗粒性影像。此外，照片影像质量的评价还受其他因素的影响，如医生的“偏爱”和所检查器官、组织的类型等。总之，有一条基本的结论，目前还没有制定出一个具有概括性的结论和方法。结果，对肉眼观察与物理参量之间还没有建立一个完全的统一。这也是为什么“综合评价”观点出现的原因。然而，在当前以数学方式表达影像质量的应用方法，即客观评价方法，毫无疑问地说它可以提供影像质量提高的有价值数据。2．对比度（1）对比度的概念

X线摄影学中对比度的概念十分重要，它是形成X线照片影像的基础。这中间涉及了三个基本概念，即射线对比度、胶片对比度、X线照片对比度。

①射线对比度：X线到达被照体之前不具有任何的医学信号，它是强度分布均匀的一束射线。当X线透过被照体时，由于被照体对X线的吸收、散射而衰减，透射线则形成了强度的不均匀分布，这种强度的差异称为射线对比度。此时即形成了X线信息影像。

②胶片对比度：射线对比度所表示的X线信息影像不能为肉眼所识别，只有通过某种介质的转换才能形成可见的影像，如X线照片影像。那么，X线胶片对射线对比度的放大能力，即称为胶片对比度。它取决于胶片的最大斜率(γ值)或平均斜率(C)。

③X线照片对比度：X线照片上相邻组织影像的密度差，称为照片对比度。照片对比度依存于被照体不同组织吸收所产生的射线对比度，以及胶片对射线对比度的放大结果。（2）影响影像对比度的因素X线影像形成的实质，是被照体对X线的吸收差异。而X线照片影像形成的物理因素为密度、对比度、锐利度、颗粒度。其几何因素为失真度(影像的放大与变形)。所有这些因素的基础是密度的存在，而对比度是密度影像形成的根本。

图1-2-3表示了在X线照片影像形成过程中，其对比度的影响因素。胶片对比度在更大范围内影响着影像质量的评价，同时胶片对比度也与影像锐利度和宽容度(信息量)有关。当胶片对比度大时，组织影像之间的密度分辨就容易，边缘也就趋向锐利；当胶片对比度小时，密度的区分范围就大，涵盖的信息量也就越大。图1-2-4表明，密度的差别在高对比度胶片A中容易识别到。但是，在可分辨密度范围上与胶片B相比，则比较窄。据此，影像质量的评价会随特性曲线密度范围的选择变化而变化。3．清晰度

从摄影学意义上讲，清晰度是在不同密度区域内线对的分辨能力，以及胶片重建组织影像细节的能力。（1）影响影像清晰度的因素

图1-2-5反映出了影像分辨能力的高低，涉及了从X线设备、X线胶片的成像到观片者的心理等诸多因素。在这些因素中，对照片影像清晰度产生较大影响的是增感屏清晰度和胶片对比度。

图1-2-5所涉及的因素中任何一个的变化都会使清晰度受损。例如，当光线进入胶片乳剂层时会受到卤化银晶体颗粒的散射，此称散射(irradiation)，见图1-2-6。当光线穿过片基反射，而又一次进入到乳剂层时，此称光晕(halation)，又如荧光交迭效应等。所有这些因素都会使影像清晰度下降。因此，入射光的信息形态与透射光影像形态有很大的差异。如果X线信息影像(输入信息)与照片影像在形态、大小上完全相同，分辨力没有损失的话，那么信息记录与传递就是100％。然而，这在实际上是不可能的，任何一种成像系统必然在信息的转换、传递中损失一部分，而信息损失的多少就涉及到了影像的清晰度。（2）分辨力与清晰度的关系

分辨力与清晰度是两个不同的概念。分辨力也称解像力，虽然能表示某一个介质还原被照体细部的能力。但是，它是一个极限值，不能反映全部情况。事实上分辨力主要在高空间频率(高频部分)与清晰度有相应的关系，而在低频部分分辨力与清晰度不一定统一。在正常的观察条件下，肉眼一般能看到对应于2~4LP／mm之间的结构。因此，对于一般X线摄影来说，要求低频部分有更高的信息传递能力，以此对诊断有更大的价值。当我们需要采用放大摄影把高频信息变为低频来加以记录时，我们希望在高频部分有更高的信息传递能力。（3）信息量在增感屏传递中的损失

从图1-2-7荧光照射(使用增感屏)与X线直接照射(无屏)下的MTF测定中看到，尽管空间频率在加大，不使用增感屏的胶片的信息传递几乎没有损失。然而，一旦使用了增感屏，MTF曲线有大幅度地跌落。乳腺X线摄影的屏／片组合与常规X线摄影屏／片组合的MTF曲线相比，在同一个空间频率下，乳腺摄影屏／片组合的MTF远远高于常规摄影。且乳腺摄影屏／片组合的极限分辨力可达15～20Lp／mm。

从中我们得到了一个重要的启示，屏／片系统信息传递的损失，在于增感屏的使用对影像清晰度的影响，信息是损失在增感屏的散射与交迭效应上。因此，提高屏／片系统信息传递功能的关键是增感屏MTF的提高，这一结论对生产厂家有指导意义。

直接曝光(directexposure)，不使用增感屏的胶片信息传递几乎是100％，它的分辨力最高可达35LP／mm以上。

Min-R乳腺摄影专用中速单面增感屏与乳腺摄影专用胶片Min-R组合下的一组MTF的信息传递功能次之；

Min-RFast乳腺摄影专用高速单面增感屏与乳腺摄影专用胶片Min-RT(T颗粒)一组的信息传递功能在上述四组屏／片系统中最低。

以上三组组合的不同，主要因为使用了不同感度的增感屏。增感屏速度越高，信息传递损失也越大，如此可见增感屏在信息传递中的作用。

Lanexregular稀土标准感度的双面增感屏与T颗粒TMG胶片的一组，在五组中信息传递最低，其原因是使用了前后两张增感屏，与单面增感屏相比又大有逊色，尽管它使用了T颗粒的胶片。

以上最终说明了一个结论，屏／片系统中的MTF高低的决定因素，在于所使用的增感屏。当然，在实际摄影技术中，要根据不同的摄影部位和诊断要求来选择恰当的屏／片系统的感度，以取得最大限度的信息传递，这也是为什么增感屏与胶片的生产要系列化的原因之一。（4）清晰度的测定

在X线影像清晰度评价的测定方法中，主要应用的是分辨力和响应函数。①分辨力定义：某种成像介质(如胶片、增感屏、IP、平板探测器等)区分两个相邻组织影像的能力，称为分辨力。分辨力决定于在感光材料上重建的平行线对影像变化的分离程度，以每毫米可以分辨出多少线对表示。确定分辨力的最直接方式是使用特定的屏／片系统来记录被照体，然后对其影像进行观察判断。然而，由于被照体复杂和经常的变化，每次记录时需要改变曝光条件，这样一来就不可能做出有价值的比较。因此，人们是利用测试卡来代替被照体，这样可使测试条件趋向一致，所得结果有较好的重复性和可比性。

图1-2-8为线对测试卡的实例。通常测试卡由许多黑白相间、且分隔宽度相同的线所组成。例如每毫米4个线对时，黑线和白线分隔的总数为8条，每一条宽度为1／8mm或125μm。黑白部分的分离程度是建立在所决定的分辨力的极限基础上。也就是说分辨力指的是X线的接收、转换介质(胶片、屏／片系统、影像增强器等)的极限分辨力。从表1-2-1列出的主要转换介质的分辨力看到，胶片的分辨力远远高于增感屏。换句话说，分辨力很高的胶片一旦放到增感屏中使用时，其分辨力迅速下降。由此可见，影像清晰度在很大程度上受增感屏清晰度的影响。X线照片影像总体的分辨力，是由X线管焦点、屏／片系统、被照体等等各单元系统的分辨力的合成。

②调制传递函数(modulationtransferfunction，MTF)：目前，作为屏／片系统影像质量的评价方法，主要是以调制传递函数为中心。调制传递函数作为一种表达数值的方式，已应用于通讯工程领域和光学领域。总地来讲，特定的能量形式的输入与相同形式能量输出之间的关系，可以由输入和输出响应位置之间的比较而决定。那么，调制传递函数就可以表达获得影像重建的水平。

如果将“调制传递函数”的概念应用到摄影或光学系统中的话，就必须制作出正弦波模板。对光线来说，与通讯工程学中声音频率的等价物是黑与亮的密度的重复，这些重复被指定为空间频率。亮度或光强度(振幅)仅是通过密度的改变来重复。这些变化输入后，此时随着空间频率的增加，输出值的重复响应受到的限制也在增加，尤其是在高频信息下限制更大。因此，以横坐标为空间频率，计算出光线对应于不同频率下的振幅，沿纵坐标绘制出调制传递函数曲线。纵坐标上的调制传递函数的数值表达了输入信号与输出信号的比值。故信息(灰度)从100％完全的重建(记录)到0％的绝对不能重建的范围内存在。取代这种百分数的表示方法是指定100％为1.0。

③相位移动：相位移动是有关响应函数的另一个因素，也必须引起重视。在我们用星型测试卡来测试X线管焦点的成像质量时发现，当X线管焦点面积大于被照体的径线或被照体放大率超过限定数值时，星卡影像就变成了图1-2-9右侧的交错影像。这在血管造影或放大摄影时，会出现引起误诊的伪解像，此即相位移动。当单独测试感光材料的响应函数时，常规的相位移动不会发生，此时的响应函数被指为MTF——调制传递函数。

④正弦波与方波间的关系：由于任何一种被照体均具有利用正弦波分布所测到的光强度的分布特性，所以从理论上讲，用正弦波测试模板测量响应函数是最合适的。然而，用于X线透射成像系统中的正弦波模板制作十分困难。为此，人们改用方波(或矩形波)测试卡来取代正弦波测试卡。

无论是来自普通摄影照片，还是X线照片，由产生影像密度的光亮度(强度)的分布波形十分复杂。然而，这些分布曲线具有多种空间频率、振幅和相位，它可以分割成多个单一的正弦波。从另一角度解释，如果空间频率、振幅和相位组合在一起，它也可以形成任何一种波形。这种数学综合和分析叫做傅里叶变换。如图1-2-10所示，多个正弦波叠加在一起，最后便形成方波。由于它们之间存在着互易的数学关系，利用此法可以进行相互转换。因此，正弦波测试卡可以由方波测试卡取代来获得同样有效的结果。

④分辨力与MTF：当调制传递函数曲线绘制出来以后，分辨力与MTF的测量实际上十分简单。图1-2-11显示，随着空间频率的提高，MTF曲线下降，最终与横坐标相交，则信息输出为0。此时的空间频率即是该成像系统的极限分辨力(如图所示15Lp／mm)。人眼不能识别MTF值0.1以下的密度差异(低于10％)。因此，对于人眼来讲，图1-2-11表示的成像系统的最终分辨力应为MTF值0.1下的空间分辨力(如图所示12Lp／mm)。

分辨力与MTF之间不一定总是统一的。实际上，影像的清晰度决定于适宜人眼辨别能力(即低空间频率)的MTF值。如图1-2-12所示，胶片A可能具有高分辩率，但在低频部分具有增强特性值的胶片B，会产生人眼所能识别的更加清晰的影像。

此外，MTF测定的优点，还在于可以测试X线成像系统中每一个单元对影像质量的影响的比率。如X线管、增感屏、X线胶片、影像增强器等等。同时，也可以简化其MTF的分析过程。假定X线管的MTF值为50％，这就意味着输入到屏／片系统之前信息已损失了50％。假定所用屏／片系统的信息传递功能(MTF)值为0.3，这就意味着相对于原有输入的信息量来说，当通过屏／片系统输出时，其MTF值为0.15(15％)，也即仅有15％的信息被屏／片系统记录和传递(图1-2-13)。4．颗粒度

当靠近照片观看时，人们会发现整幅图像是由许许多多的小的密度区域(颗粒)组成的。由于它们的组合便形成了影像。这种粗糙或砂砾状效果叫颗粒性。（1）影响颗粒性的因素

影响影像颗粒性的因素如图1-2-14所示，其中最为重要的有四种因素：X线量子斑点(噪声)；胶片卤化银颗粒的尺寸和分布；胶片对比度；增感屏荧光体尺寸和分布。（2）斑点(噪声)

当人们用肉眼观察X线照片时，会看到一定量的颗粒，它们不是乳剂中单个银颗粒或增感屏荧光体颗粒组成，而是一些在一定区域内大量集中的不规则的颗粒。这些有颗粒聚集的区域，称做斑点(噪声)。

卤化银颗粒尺寸大约1~2μm。因此，肉眼是看不到的，除非它们的对比度十分高。人们所看到的X线照片斑点，通常被认为主要是量子斑点形成的(或称量子噪声)，占整个X线照片斑点的92％。所谓量子斑点就是X线量子的统计涨落在照片上记录的反映。X线量子冲击到某种介质的受光面时，会像雨点一样激起一个随机的图案，没有任保力量可以使它们均匀地分布在这个表面上。假若X线量子数无限多，单位面积内的量子数就可以看成处处相等；若X线量子数很少，则单位面积里的量子数就会因位置不同而不同。这种量子密度的波动(涨落)遵循统计学的规律，故称之为X线量子的“统计涨落”。5．影响影像质量因素间的相互关系

影像质量因素间的相互关系甚为复杂，它涉及着主观视觉评价与物理客观评价之间的不一致因素。

（1）清晰度与颗粒度间的相互关系

在各种照片影像的清晰度与颗粒度或颗粒性之间存在着许多复杂的关系。如果我们暂且忽略其他全部因素，仅把注意力集中在清晰度和颗粒度相互关系的评价的话，影像信息传递功能(MTF)，将随颗粒尺寸的变大而下降。换句话说，影像清晰度会因影像颗粒性的提高(影粒度变小)而提高。例如，在通常情况下，增感屏使用的荧光体颗粒尺寸变小时，产生的影像清晰度会得到提高。这种关系同时也存在于胶片之中，即乳剂颗粒尺寸变小时，影像清晰度提高。然而，当使用高感度增感屏时，即使颗粒度和信息传递功能都变得很差，上述这种关系也不见得在所有情况下都出现。换句话说，当实际颗粒尺寸较大时，自然观察到的颗粒也应较大。但是，由于颗粒感度较高，虽然影像锐利度不好，有时看上去影像质量却有所改善；或者是说在这里微粒尺寸的作用不十分重要。

图1-2-16表示增感屏、胶片感度与清晰度的关系。从此图可以看出，既使胶片(这里指不加增感屏的单纯胶片的情况)感度逐渐提高，其信息传递功能(MTP)几乎无变化。然而，随着增感屏感度的增加，影像清晰度明显下降。（2）清晰度与对比度的关系

这两个因素间的关系相对较为简单。在同样使用增感屏的情况下比较，如果胶片对比度逐渐提高，其清晰度也会提高。相反亦然，胶片对比度降低，其清晰度也下降。（3）颗粒度与对比度的关系

当影像对比度提高时，颗粒质量下降。图1-2-17表示以显影温度为参量，给出了胶片对比度和颗粒度(RMS)的关系。如图所示，当单纯胶片状态仅受X线量子斑点的影响下(下方曲线)，由于显影温度升高，影像对比度(γ值最大反差)增高，颗粒度加大，影像的颗粒性下降；图上方曲线为胶片与增感屏组合下，受到X线量子斑点和增感屏斑点的双重影响时，颗粒性下降幅度随显影温度的升高(对比度增大)而加大。（4）高感度的屏／片系统与影像质量

增感屏荧光体和胶片乳剂都在不断地得到改进，以提高其系统的感度。从理论上讲，要获得系统的高感度，必然会在一定程度上牺牲影像的清晰度和颗粒质量。

当然，最大限度的曝光量的减少都是人们所期望的，但是，如果以牺牲影像质量为代价，那么影像也就失去了自身的价值。有幸的是，稀土增感屏由于采用了X线吸收效率比传统钨酸钙增感屏高得多的荧光体。因此，在很大程度上减少了高感度屏／片系统下影像清晰度、颗粒质量下降的制约。

现在，让我们做一组试验，将具有相同颗粒度和对比度等级的8种胶片设计成不同的感度，并测量其RMS颗粒度。从图1-2-18可以清楚地看到，当屏／片系统的相对感度达到特定值时，颗粒度开始急剧上升。而这种上升部分是由X线量子斑点构成的。因为，这8种胶片特性、增感屏特性和kV值均未变动。此时，影像颗粒性除X线量子斑点之外不受任何因素影响。

在图像工学上，常用以下等式来计算整体颗粒性：

照片影像整体颗粒性=(胶片对比度)×(X线量子斑点)×(增感屏MTF)(1)+(胶片对比度)×(增感屏斑点)(2)+(胶片颗粒性)(3)

由等式可以看出：(1)表达出的X线量子斑点因素的重要作用，以至于(2)和(3)表达出的屏斑点和胶片颗粒性的轻微提高对整体颗粒性都不会产生明显的改善。然而，X线量子斑点的反作用可以通过(1)式中胶片对比度和屏MTF等协同因素的降低而下降。换言之，可通过设计产生稍低对比度照片的胶片结构来达到预期的目的。自测题-43关于X线影像质量的评价，错误的说法是（

）

A．X线影像质量的评价经历了一个逐步完善的过程

B．在检出识别过程中以心理学水平进行的评价称为视觉评价

C．主要通过特性曲线、响应函数等方法予以测定评价的方法叫主观评价

D．客观评价是以物理量水平进行的评价

E．目前X线影像质量进入综合评价阶段

答：C自测题-44下列不属于主观评价方法的是（

）

A．金属网法B．Burger法C．并列细线法D．ROC曲线

E．特性曲线

答：E自测题-45下列哪项不是综合评价的内涵（

）

A．以诊断学要求为依据B．以物理参数为客观手段C．以能满足诊断要求的技术条件为保证D．突出强调特性曲线E．充分考虑减少辐射量答：D自测题-46下列关于对比度的概念错误的是（

）

A．穿过被照体后的X线强度差异叫做射线对比度

B．X线达到被照体之前不具有任何的医学信号

C．X线胶片对射线对比度的放大能力叫做影像对比度

D．X线照片上相邻组织影像之间的密度差称为照片对比度

E．X线照片上如果没有对比度就没有影像存在

答：C自测题-47X线影像形成的实质是（

）

A．被照体对X线的吸收差异

B．影像密度

C．影像失真度

D．照片颗粒度

E．影像清晰度

答：A自测题-48关于清晰度的叙述下列哪项是错误的（

）

A．清晰度是在不同密度区域内线对的分辨能力

B．清晰度是胶片重建组织影像细节的能力

C．影像清晰度的影响因素涉及X线设备、胶片成像到观片者心理诸多因素

D．对照片影像清晰度产生较小影响的是增感屏清晰度

E．对照片影像清晰度产生较大影响的是胶片对比度

答：D自测题-49分辨力与清晰度的关系正确的是（

）

A．分辨力与清晰度是两个不同的概念

B．分辨力是一个极限值可以反映全部情况

C．分辨力主要在低频部分与清晰度有相应的关系

D．分辨力在高频部分与清晰度不一定统一

E．对一般X线摄影来说，希望在高频部分有更高的信息传递能力

答：A自测题-50关于分辨力的概念错误的是（

）

A．某种成像介质区分两个相邻组织影像的能力

B．决定于在感光材料上重建的平行线对影像变化的分离程度

C．以每毫米内可以分辨出多少线对表示

D．在测定中常用测试卡代替被照体

E．从测试结果看，增感屏的分辨力远远高于胶片

答：E自测题-51MTF是指（

）

A．胶片特性曲线

B．调制传递函数

C．分辨力测试卡

D．影像对比度

E．傅里叶变换

答：B自测题-52调制传递函数表示（

）

A．输入信号与输出信号的比值

B．输出信号与输入信号的比值

C．某种成像介质区分两个相邻组织影像的能力

D．感光材料上重建的平行线对影像变化的分离程度

E．每毫米内可以分辨出多少线对

答：B自测题-53下列哪项不是影响影像颗粒性的因素（

）A．X线量子斑点(噪声)B．胶片卤化银颗粒的尺寸和分布；C．胶片对比度D．胶片尺寸E．增感屏荧光体尺寸和分布答：D自测题-54关于照片斑点（噪声）的说法错误的是（

）

A．照片肉眼能见到有颗粒聚集的区域，称做斑点(噪声)

B．卤化银颗粒尺寸大约1~2μm，肉眼是看不到的

C．X线照片斑点主要是量子斑点形成的

D．量子斑点就是X线量子的统计涨落在照片上记录的反映

E．假若X线量子数无限多，单位面积里的量子数就会因位置不同而不同

答：E【考点9】影像质量的主观评价1．ROC曲线的概念

通过人的视觉在检出、识别过程中，根据心理学规律以心理学水平进行的评价，称为心理学评价，又称主观评价或视觉评价。以前，主观评价方法主要有金属网法、Bureger法、并列细线法等。

既然是主观评价必然受到心理学因素的影响，且会因人而异。如何在主观视觉评价中建立一个统一的标准，这就可能使主观评价趋向客观化。1970年美国芝加哥大学完成了用ROC曲线评价影像质量的方法。

所谓ROC曲线就是以通讯工程学中的信号检出理论(signaldetectiontheory，SDT)为基础，以心理临床评价的观测者操作特性曲线的解析和数理统计处