X线摄影原理-X线成像原理

一、模拟X线成像的基本条件模拟X线传递过程

信息载体

信息源（被检体）

与信息接收器

暗室冲洗

显示图像

读取图像模拟X线成像的基本条件有三要素

信息载体、信息源（被检体）与信息接收器。

（一）信息载体1．X线成像

X线是X线成像过程中，人体组织结构信息的载体。X线与可见光、红外线、紫外线、r射线完全相同，都是电磁波，只不过X线的频率很高，约在3×1016Hz

～3×1019Hz之间，波长很短，约在10-2nm～10nm之间。

X线的产生原理：

是由阴极灯丝发射出的高速电子束和阳极靶面相互作用的结果。在真空条件下高千伏的电场产生的高速电子流与靶物质的原子核和内层轨道电子作用，分别产生连续X线和特征X线。从X线管发出的X线束与靶面物质的原子序数（Z）、管电流量（mAs）、管电压（kV）及高压波形有关。医学影像成像的三要素

（二）信息源

1．X线成像信息源

X线成像由于人体各种组织结构的原子序数（Z）、密度（ρ）不同，形成了对X线的衰减系数（μ）不同。衰减差异的大小就形成了X线影像的对比度。然后通过各种影像接收器（探测器）进而形成可见的X线影像。

当X线的衰减以光电吸收为主时，被检体的线衰减系数μ与人体组织的Z、ρ存在着如下关系：

（三）信息接收器

各种不同的成像技术其影像信息的接收器（探测器）是不同的。

医学影像成像中常用的接收器有：模拟X线成像

屏-片系统计算机X线摄影（CR）

成像板（IP）数字X线摄影（DR）

平板探测器（FPD）X线计算机体层成像

探测器磁共振成像

接收线圈超声成像

探头。一、模拟X线影像的形成（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。X线透视过程：X线被照体（信息源）透射线（信息载体）接收器（荧光屏）影像形成X线透视特点：肺：白灰色骨骼：黑灰色透视的荧光图像称为正像

影像增强透视模拟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。荧光透视1.荧光屏透视接收器是X线电视系统。

特点：2.影像增强透视影像亮度提高，可在明室下操作，方便准确。

（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。X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）X线摄影：X线球管肺：黑灰色骨骼：白灰色摄影的影像称为负像

特点：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40kV

100kV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25kV

40kV产生的软X线进行摄影技术，也称软组织摄影。（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，又称概观摄影。二、模拟X线影像的传递学习目标1.掌握

CR的成像过程；IP的结构及特性；CR的后处理方法。

2.熟悉

CR的成像理论；影响CR图像质量的因素。计算机X线摄影（ComputedRadiology，CR），是以成像板（ImagingPlate，IP）作为信息接收器，经X线曝光及信息读出处理形成数字影像的摄影技术。CR的历史：1983年由日本富士公司研制成功。

CR成像基本条件CR系统由X线机、IP、影像阅读器、后处理工作站和存储装置等组成。、成像板IP是CR成像系统的关键部件，

IP只具有记录功能，不具备影像显示功能。IP有正反之分，从外观上看，正面如同增感屏，反面为黑色。IP的外观：1、IP的结构：保护层成像层（PSL物质层）支持层背衬层PSL物质层：具有PSL现象的物质表面保护层：聚酯类纤维，保护PSL物质层PSL物质成分：含有2价铕离子的氟氯化钡结晶体PSL结晶体颗粒直径：4～7μm颗粒增大，发光强，清晰度降低称氟卤化钡铕（BaFXEu2+，X=Cl,Br,I）支持层：又称基板，PSL物质的支持体，厚度在200～350μm避免激光在PSL物质层和基板之间反射，基板制成黑色背面保护层：聚酯类纤维，防止使用过程中与IP之间的摩擦损伤。2、IP的规格与类型IP的常用规格35

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

（810英寸）IP的类型ST（Standard）HR（HighResolution）3、IP的特性：（2）IP可重复使用（5）IP存储的信息易消退（6）IP易受天然辐射的影响（3）IP的发射光谱与激励光谱不同（4）IP的光发射寿命期短（1）IP可发生光激励发光现象某些物质在第一次受到照射光（一次激励光）照射时，能将一次激励光所携带的信息贮存（记录）下来，当再次受到照射光（二次激励光）照射时，能发出与一次激励光所携带信息相关的荧光。

（1）IP可发生光激励发光现象（PSL现象）第一次对IP激励的光：X线第二次对IP激励的光：激光X线被照体透射线（载着人体信息的X线）IP激光阅读器（IP受到激光的激励）发出可见光（与透射线信息一样）机制：（2）IP可重复使用机制：Eu2+Eu3+IP的第一次激励：IP的第二次激励：Eu3+Eu2+（3）IP的发射光谱与激励光谱不同IP的发射光谱IP的激励光谱（激光发射光谱）IP的发射光谱IP的激励光谱（激光发射光谱）（4）IP的光发射寿命期短以Eu2+为发光中心的氟溴化钡的PSL寿命为0.8μs，不发生信息的重叠。

荧光体经激励后，发射荧光的强度达到初始值的1/e所用的时间。（6）IP易受天然辐射的影响（5）IP存储的信息易消退IP存储的信息8h后可减少25%，摄影后抓紧读出X线紫外线

射线激励IPIP使用前，必须进行擦除信息量时间4.IP使用注意事项（1）IP可以重复使用；（2）IP在8小时以上未使用，则在使用前应使用强光照射，消除可能存在的潜影；（3）在使用中，应注意避免IP出现擦伤；（4）由于IP中的荧光物质对放射线、紫外线敏感度远高于普通X线胶片，因此摄影前、后的IP都要屏蔽。（5）摄影后的IP上的潜影会因光的照射而消退，所以必须避光。在8小时之内将信息读取。（6）避光不良或漏光的IP上的图像会因贮存的影像信息量减少而变得发白，这与普通胶片正好相反。二、影像阅读器CR系统的影像阅读装置：无暗盒型暗盒型第二节CR系统工作流程与成像原理一、CR系统工作流程包括：影像信息采集、影像信息转换、影像信息处理、影像信息存储。CR的具体工作过程：X线被照体

IP（成像板）A/D转换器

工作站（影后处理装置）储存打印

激光阅读器（光激励发光扫描仪）显示光电倍增管影像阅读器光激励发光扫描仪（PSL扫描仪）

二、CR系统成像原理影像信息的采集（第一象限）影像信息的读取（第二象限）影像信息的处理（第三象限）影像信息的再现（第四象限）四象限理论第一象限：影像信息的采集曝光量X线的曝光量与发出的荧光在1：10范围呈线性关系4第二象限：影像信息的读取在影像读出装置（IRD）中完成输出的是数字信号第三象限：影像信息的处理在工作站的影像处理装置（IPC）中完成，是进行图像后处理。第四象限：影像信息的再现通过胶片（影像记录装置IRC）的选取，使影像落在胶片的直线部。第三节CR系统的图像处理CR系统的图像处理环节：第一环节——第二象限：曝光数据识别器（EDR）第二环节——第三象限：图像处理功能第三环节——第四象限：获得优质照片影像第一环节——第二象限：曝光数据识别器（EDR）曝光数据识别器（EDR）包括：分割表示范围的识别处理曝光区域的识别处理直方图分析、修正一、与检测功能有关的处理曝光数据识别处理流程：曝光区域识别用一束微弱激光预读IP，获得预读出影像的直方图与机器根据摄影部位自设的直方图相比较以合适的条件读出第二环节——第三象限：图像处理功能1、动态范围压缩处理2、谐调处理（层次处理）3、空间频率处理4、能量减影处理二、与显示功能有关的处理1、动态范围压缩处理2、谐调处理（层次处理）——调整影像对比度、影像整体密度谐调曲线类型（GT）旋转中心（GC）旋转量（GA）谐调曲线移动量（GS）谐调曲线类型（GT）：16种旋转中心（GC）：0.3~2.6旋转量（GA）：-4~4谐调曲线移动量（GS）：-1.44~1.443、空间频率处理频率增强程度（RE）：频率类型（RT）：12类型频率等级（RN）：

0~9低频等级（0~3）：大结构中频等级（4~5）：普通结构高频等级（6~9）：小结构4、减影处理减影方式能量减影时间减影——DSA能量减影两次曝光法一次曝光法能量减影原理：一次曝光法能量减影：使用两块同样大小的IP，夹着一0.6mm厚金属铜板。

骨组织影像能量减影获得的图像软组织影像普通影像第四节CR影像质量标准与影响因素一、CR影像质量标准（1）CR的影像必须满足诊断需要

（2）CR照片信息全面

（3）IP尺寸选择合理

（4）影像放大比例一致（5）影像整体画面美观，影像无失真变形。（6）CR摄影时，对敏感的组织和器官尽可能屏蔽。二、影响CR影像质量的因素1、决定系统响应性的因素2、CR系统的噪声3、空间分辨力

1、决定系统响应性的因素：进入IP的散射线激光束在IP荧光层上的散射激光束的扩散取决于激光束的直径激光在荧光层的散射电子系统的响应特征2、噪声CR系统噪声量子噪声（X线量依赖性噪声）：取决于mAs固有噪声（非X线量依赖性噪声）X线量子噪声：低剂量区、高剂量区光量子噪声：重要作用-——IP的结构噪声学习目标1.掌握直接和间接探测器的结构；非晶硒和非晶硅DR的工作流程。2.熟悉非晶硒和非晶硅DR的成像理论；影响DR图像质量的因素。3.了解CCD探测器和多丝正比电离室摄影设备的工作理论。

DR装置数字X线摄影（DigitalRadiography,DR）DR的影像接收器为平板探测器（FlatPanelDetector，FPD）1990年开始认识并研发，1995年硒材料的直接转换静态影像X线平板探测器。1997年出现了静态的间接转换平板探测器。第一节DR成像基本条件DR的接收装置主要有：直接转换FPD间接转换FPD电荷耦合器件（CCD）多丝正比电离室（MWPC）利用闪烁体和光电二极管组合——间接转换只使用X线的光电导特性的——直接转换DR的探测器分类：探测方法X线转换为数字图像的过程直接转换a-Se平板探测器X线

➡

图像MWPCX线

➡

图像间接转换闪烁体+光电二极管X线

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光

➡

图像I.I.+TV摄像机X线

➡

光

➡

图像

闪烁体+CCDX线

➡

光

➡

图像DR常用的数字探测器、直接转换型探测器（一）非晶硒平板探测器（二）多丝正比电离室X线转换单元

探测元阵列单元高速信号处理单元数字影像传输单元

（一）非晶硒平板探测器X线转换单元：

探测器阵列单元：

作用：将X线转换成电子信号光电材料：非晶硒（a-Se）结构：玻璃基层上的探测元阵列，每个探测元包括一个电容和一个TFT，对应一个像素

电容：储存聚集的电荷TFT：开关，由高速处理单元的地址信号激活X-rayX线转换单元(非晶硒)数字影像传输单元高速信号处理单元影像数据地址信号电容器

TFT信号传输单元

高速信号处理单元

作用：产生地址信号并激活探测元阵列中的TFT作用：对数字信号的固有特性进行补偿，并将数字信号传送到主计算机。（二）多丝正比电离室或称低剂量X线机（LDRD）主机部分：高压发生器、X线管及控制面板。

扫描结构：使X线严格保持在同一水平面上，整机可垂直

移动。探测系统：由多丝正比室和数据系统组成的一个整体。计算机系统：装有图像处理和诊断需要的各种处理软件。

二、间接转换型探测器（一）非晶硅平板探测器（二）CCD探测器荧光材料层

探测元阵列层高速信号处理单元

数字影像传输单元（一）非晶硅平板探测器荧光材料层

材料：闪烁体——CsI，可将X线转换为可见光CsI晶体呈细针状或柱状排列，提高的分辨率CsI晶体掺入铊，发出550nm的光，正是非晶硅接收光的峰值。每个探测元包括一个非晶硅光电二极管和TFT

探测元阵列层

数字影像传输单元

高速信号处理单元

作用：产生地址信号并激活探测元阵列中的TFT作用：对数字信号的固有特性进行补偿，并将数字信号传送到主计算机。电荷耦合器件（CCD）是一种半导体器件。

（二）CCD探测器

CCD探测器的结构是由数量众多的光敏像元排列组成，光敏元件排列成一行的称为线阵CCD，光敏元件排列一个由若干行和若干列组成的矩阵称为面阵CCD。光敏像元的数量决定了CCD的空间分辨率。第二节DR成像原理与工作流程图像观察激光相机光盘存储或其它DR的工作过程：X线被照体接收装置（探测器）A/D转换器工作站（后处理）储存打印探测器的类型不同，DR的工作流程也有差别。X线被照体非晶硒平板探测器（a-SeFPD）A/D转换器（一）非晶硒（a-Se）DR工作过程：工作站（后处理）储存打印电信号X线被照体CsI闪烁晶体A/D转换器工作站（后处理）储存打印（二）非晶硅（a-Si）DR的工作过程：电信号a-Si光电二极