X线照片影像的形成及其影响因素.docx

X线照片影像的形成及其影响因素发表者：冯建忠一、X线照片影像的形成1. X线照片影像的特性X线透过被照体时，由于被照体对X线的吸收、散射而减弱，透射线仁按原方向前进（散射线不形成影像），作用于屏-片体系，经显影加工后，则形成了密度不等的X线照片影像。X线照片影像的形成，是利用了X线具有得穿透、荧光、感光等特性，以及被照体对X线吸收差异的存在。2. X线相片的影像构成X线相片影像是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，并能为人肉眼所识别，这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得征象，X线照片影像的质量问题，实质上指的就是微小细节的信息传递问题。概括的讲，影像细节的表现主要取决于构成相片影像得四大要素：密度、对比度、锐利度及失真度。前三者为构成相片影像的物理因素，后者为构成相片的几何因素。二、X线相片影像的密度（一） 定义密度为胶片乳剂膜在光的作用下致黑的程度。已曝光胶片经冲洗后，还原的银颗粒沉积在胶片上，这种银颗粒对光起吸收和阻挡作用。银颗粒越多，阻挡的光线越多，透过的光线就越少，照片越黑。反之，银颗粒越少胶片越透明。因此，密度可以根据透光率和阻光率来测量。密度通常以D表示，入射光强度为I，透射光强度为I。透光率为I / I。，阻光率为透光率的倒数，即 I。/ I。所谓密度（也称黑化度、浓度），就是阻光率以10为底数的对数。D=IgI。/ I如透光率为1/10阻光率为10，密度则为1。透光率为1/100，阻光率为100，密度则为2.。照片密度可以通过光学密度计来测量，一般地说，适合诊断的密度范围在0.252.0之间，借助强光灯可以提高识别最高密度得能力。（二） 密度与感光效应的关系感光效应是X线对胶片得感光作用，而密度是胶片对感光效应的记录。与感光效应有关的因素如下。X射线的因素：管电压（Vp）、管电流（A）、照射时间（t）、焦-片距（D。）照片因素：照片的感光度（S）、增感纸的感光率（V）。被照体本身因素：厚度（T）、密度（a）及其构成物质的原子序数。冲洗因素：显影时间、温度等。以上因素，可归纳为一个公式：感光率E=（Vp）n.A.t.S.V/（D）2.（T）a在正确曝光下，密度随着感光效应的增加而增加，故此影响感光效应的因素，也可以看作是影响照片密度的因素。但是超过一定限度，感光效应与密度之间不成线性关系，这是由于胶片特性所决定的。（三） 影响密度的因素1. 管电压管电压对照片密度有一定效应，这种效应约等于管电压的n次方。N介于2.04.5之间，具体应用数值要看管电压、胶片类型和病人厚度而定。如对于增感屏-胶片体系，在16cm厚度，管电压从40150kV时，n的变化从4降到2.由于n值随管电压的升高而降低，所以使用低电压技术时，管电压对相片密度的影响要大于高电压技术；由于密度与管电压的n次方成正比，所以增加管电压比增加电流影响密度的效率要高，但这是在降低照片对比度的条件上，从总的照片质量上讲是不利的。一般的说，管电压控制照片的对比度，照射量（mAs）控制照片密度。2. 照射量在考虑对密度的影响时，是以管电流与时间的乘积，即总的照射量来说明的。在正确曝光下，照射量与密度是成正比例变化的。在实际应用上，要考虑瞬间电压对密度的影响。使用管电流越大，电压降越大，这样实际输出的管电压就达不到预定数值，照片密度因此而减小。所以应将电压数值预先补偿。这种情况在使用没有补偿线路的移动式X线机时，尤其要注意。3. 焦-片距X线强度的扩散，遵循反比平方定律。所以作用在胶片上的感光效应与焦-片距离平方成反比。从充分利用X线效能来增加密度的角度讲，应尽力缩短焦-片距，但这势必增加影像模糊度及放大变形。因此，在实际工作中，必须从不影响机器负荷，又使胶片保持良好锐利度为原则来确定摄影距离。并根据部位的不同要求，抓住主要矛盾，将相应的距离固定下来。4. 增感屏X线照射到胶片上时，有98%透过，仅2%被吸收。而增感屏的使用。可将吸收到的更多的X线转化成为可见光线，大大提高了胶片密度，这一作用在厚部位摄影中更加明显。增感屏的增感率越高，可获得的照片密度越大。5. 胶片感光度同一曝光量下，感光度高的胶片所获得的密度大。但密度的表现能力与胶片的感光特性有关。6. 被照体厚度、密度照片密度随被照体的厚度、密度增加而降低。人体除肺脏以为，各脏器的密度大体接近于1。肺脏不能单以厚度来决定其吸收程度，这是因为肺脏的吸气程度不同，从而对照片密度的影响也不同。肺的吸气位与呼气位摄影要获得同一密度影像，X线量差30%40%7. 照片冲洗因素X线照片影像密度的变化，除上述因素之外，与照片的显影加工条件密切关系。如显影液特性、显影温度、冲洗机的显影液、定影液的补充量等等。三、X线照片影像的对比度（一） 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3个基本概念，即射线对比度，胶片对比度和照片对比度。1. 射线对比度 X线到达被照体之前不具有任何医学信号，它是强度分布均匀的一束射线。当线透过被照体时，由于被照体对X线的吸收、散射而减弱，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，是不能为肉眼所识别，只有通过某种介质的转换才能形成可见影像，如X线照片影像，这个转换介质可以是胶片或平片体系。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（值）或平均斜率（G）（G上有上划线）。3. X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。（二） 影像影像对比度的因素 1. 被照体本身因素照片对比度是射线对比度被胶片放大的结果，射线对比度又是生物体对X线吸收的结果，而这种差异又取决于物质的吸收能力，即与物质的原子序数Z、密度、厚度X和波长 有关。A=b.z（4）. .X（b为常数）。所以说照片对比度形成的实质，是组成被照体各层组织对X吸收差异的存在，其中3个因素皆为被照体本身因素。（1） 原子序数 在诊断放射学中，被照体对X线的吸收主要是光电吸收，特别是使用低管电压线时，光电吸收随物质的原子序数的增加而增加。X线摄影的对象是人体。除骨骼外其他的构成物质为水、蛋白质、脂肪、含水氮化物等，它们在人体中都是以化合物存在，而组成这些化合物的分子量（由原子序数得到）无大差别，X线的吸收差异也不大。这就是为什么腹部脏器不能在平片上显示的原因，而仅此一点对比，也大都是因其密度和厚度的不同表现出来的。如肾脏的阴影，所以肝脏、消化道、泌尿系，就必须借助于高原子序数的造影剂，如钡、碘等。乳房摄影只有使用低电压技术（30kV以下），充分利用最大的光电效应才能显示其结构，否则将不产生对比度。人体只有骨骼由含高原子序数的钙、磷、氧组成，所以骨骼比肌肉、脂肪能吸收更多的X线，它们之间就能有更高的对比度。例如，要想发现较小的浸润性病灶。对照片质量要求很高，而肺结核的钙化灶，即便比上述浸润灶小，就是在不太满意的照片上也可以发现，这就是因为构成病灶的物质原子序数不同，而产生不同的对比度。（2） 密度 组织密度愈大，X线吸收愈多。人体除骨骼外，其他组织密度大致相同，肺就其构成组织的密度来讲与其他脏器相似，但肺在具有生命力时，是个充气组织。气体与血液、肌肉的吸收比例为1：1000，因此，肺有很好的对比度。（3） 厚度 在被照体密度、原子序数相同时，就其本身的因素来说，照片对比度为厚度所支配，如胸部的前后肋骨阴影与肺部组织形成的对比度不一样，原因是后肋骨厚于前肋，所以后肋骨显示的对比度高。另外，当组织出现气腔时，也能造成组织厚度的差别，因为空气对X线几乎没有吸收，在组织中出现空腔就等于把厚度减薄。2.射线因素（1）线质 照片对比度的形成实质，是被照体对X线的吸收差异。不取决于X线波长，但被照体本身的因素却不能人为的改变，只好有外界因素去调整。其中物质的吸收能力与波长的立方成正比。（2）线量 一般认为X线量对照片没有直接影响。但因为增加了线量就增加了密度，使照片上密度过低的部位对比度好转，也可以反过来，如果照片密度过高，把线量适当减少，也可使对比度增高。（3）散射线 由X线管放射出的原发射线，照射到人体及其他物体时，则产生许多方向不同的散射线，它使照片的整体发生灰雾，影响照片对比度。一张好的照片必须对所产生的灰雾尽力预防及消除。3. 照片因素（1）增感屏 使用增感屏可以减少散射线，提高照片对比度。（2）胶片对比度 胶片本身具有的特性也影响照片对比度。胶片对射线对比度的放大能力，称为胶片对比度。胶片对比度大，照片影像对比度高。（3）冲洗技术 经X线照射的胶片，只有经过冲洗才能显示出黑白影像来。因此暗室冲洗技术直接影响照片的对比度。4. 看片灯看片灯的亮度、颜色以及照射野，也影响对比度。我们可以把上述影响对比度的因素归纳为3大因素：射线对比度、胶片对比度和散射线造成的灰雾。射线对比度与胶片对比度均高，则照片对比度高。前两者任何一方或两方对比度低，照片对比度也低。了解和有效控制这些因素，对获得一张优秀照片是很必要的。我们体会到在许多因素中，除不能人为改变的因素以外，对照片对比度影响最大的是线质和散射线。因此在实际应用中，应根据临床诊断的不同需求，采用相应的线质，设法最大限度消除散射线对照片对比度的危害。四、X照片影像的锐利度（一） 锐利度1. 定义日常我们对影像的观察，附加着对比度的因素。确切地讲，锐利度就是在照片上相邻的两个部分，其密度的转变程度是逐渐的还是明确的程度。锐利度是建立在对比度的基础上。如果相邻两部分密度转变过程越明确，即密度移行距离越短，锐利度越高。2. 分辨率影像转换介质（在这里指胶片、增感屏）分辨被照体细微结构，并把它记录下来的能力叫分辨率，它是以每毫米宽度内能分析出若干平行线来表示。一张胶片可以有记录锐利边缘的能力，但不一定能分辨物体的细微结构；另一张胶片虽然记录边缘可能不锐利，但任可能有很好的清晰度。分辨率是胶片（或增感屏）本身具有的性能，分辨率与锐利度两者概念不同，但在主观反映中，它们又有着密切关系，有时难以区分。（二） 影响锐利度的因素1. 几何模糊（1） 焦点面积 X线管的焦点不是几何学上的一个点，而是随着球管容量的改变而不同的一个面积。由此产生的X线照片影像必定含有一个半影。半影的出现使影像轮廓模糊，影响照片锐利度。焦点面积越大，半影越大，锐利度越差。半影大小随焦点、被照体、胶片三者间的距离而定，即：H=b.a.F。根据公式，要想获得半影小、锐利度高的影像，则要求焦点面积（F）小，被照体与焦片距离（b）小，焦点与胶片距离（a+b）大。由于X线球管阳极面角度的倾斜，摄影中应用的焦点面积与电子撞击阳极的面积不同，前者有效焦点面积，后者为实际焦点面积，有效焦点面积均比实际焦点面积小。（2） 阳极效应 由于阳极面角度的倾斜，从球管窗口射出来的X线强度和有效焦点面积的分布是不均匀的，靠阳极端的X线强度以及有效焦点面积小于阴极端，这种效应称为阳极效应。（3） 焦-片距 焦-片距大，半影小，锐利度高。由于X线是呈锥形放射的，不是平行线束。因此照射到胶片上的影像，必然有一个模糊的半影。如果焦-片距越远，射线就趋向平行，半影自然也就越小。但在实际应用中，不可能无限制地提高焦-片距。因X线强度依反平方定律而减弱。要获得同一密度，就将大大增加摄影条件，这就受到了机器容量的限制。因此在实际摄影技术中，是根据不同部位的摄影要求和所使用的机器容量，规定了几种焦-片距。如胸部摄影距离150200cm，一般部位焦-片距为75100cm。（4） 物-片距 当焦点面积、胶片距固定不变时，半影随被照体与胶片的距离增加而增加。反之被照体越贴近胶片，半影就越小，放大失真度越小，锐利度高。然而，我们也可以利用被照体远离胶片而产生的影像放大，开展放大摄影技术。综上所述，我们的结论是在摄影技术中要求：被照体尽可能靠近胶片；尽可能使用大的焦-片距；使用最小的焦点。2. 移动模糊在线照射过程中，线管、被照体及胶片三者均应保持静止，若其中有一个因素发生移动，影像必然产生模糊，产生移动的因素不外乎两个因素：线管、台面、暗盒的移动；被照体移动。被照体移动分为两类，一种是生理性的，如呼吸、心跳、胃肠蠕动、痉挛等，一般不受控制，只有呼吸移动可以通过屏息加以解决；一种是意外性的，如体位移动。3. 物体吸收模糊物体吸收模糊，是人体组织没有很好的锐利边造成的。也就是说，X线通过物体边缘时，其吸收是逐渐变化的，为了说明这一现象，我们可以假设X线是点光源，有3个物体形态分别为圆锥形、正方形和球体。它们是同一厚度的同一物质，接受摄影距离相等的X线照射。椎体的边缘与X线平行。它的吸收模糊很小，影像边缘的密度变化是突然的，因此它的锐利度最高。显然一个立方体对X线的吸收沿外边而改变，在边上X线吸收的很少，到下角部吸收的较多，圆形体的影像边界模糊不清，因为沿着影像边界，所反应出来的密度变化是逐渐的。前面提到，锐利度是指密度的转变是明确还是逐渐的程度，明确就是锐利度高，逐渐就是锐利度低，当需要测量一个小圆或椭圆组织时，如测量血管造影中的血管宽度。吸收模糊的影响就显得更为突出了。4. 照相模糊包括胶片颗粒的影响和增感屏性能的影响。一般地说，胶片颗粒越大，乳剂膜越厚，影像锐利度越差，这在不使用增感屏时，影响不显著。实际工作中大多数的摄影都使用增感屏，这就更严重的影响着影像的锐利度。（三）密度、对比度、锐利度的关系密度、对比度、锐利度三者，或单独或互相关联对照片质量产生着影响，三者之间不能决然分开。密度是对比度、锐利度存在的基础，照片对比度可以随着密度的改变而改变，感光不足或感光过度的照片，对比度低下。而锐利度又必须建立在对比度的基础上。五、X线照片影像的放大与变形（失真度）（一） 定义X线影像形成的物理条件，构成了一幅有层次的黑白影像，而影像的形态则取决于X线投影过程中的几何条件。在X线投影中，如果物体影像与实际物体具有同样的几何形态，只有几何尺寸改变是，称为影像的放大。若同时又有形态上的改变，则称为变形。（二） 影响放大于变形的因素影像的放大与变形，受线投影过程中几何条件的影响，也就是取决于中心线、被照体、胶片三者间位置的关系。. 影像的放大焦片距与物片距，是影响影像放大的两个主要因素，当焦片距一定时，物体影像放大就决定于物片距。物片距越远，影像放大就越大；如果物片距保持不变，焦片距越近，影像放大也越大。所以在一般线摄影中，为使物体影像保持最小的放大率，应遵循两个原则：物体尽可能接近胶片；焦点与胶片保持足够远的距离。前面提到了影像放大的照片质量的影响不如变形严重。但对于需要测量的部位，如心脏测量、眼球异物定位等，影像的放大就成了主要矛盾，这时焦点胶片距离的确定很重要。. 影像的改变影像的变形，是同一物体的不同的部分产生不等量放大的结果。一般地说，对影像大小的判断是比较容易的，可以通过放大率的计算来得到物体的实际数值，而形态的判断比较困难。因为人体组织的本身形态就是各种各样，而且在不断变化，即便是统一组织也可以因中心线、该组织及胶片三者位置的变化，而显示不同的形态。一般可将变形归纳为种形式：放大变形、位置变形和形态变形。为防止影像的严重变形，应遵照以下几个原则：被照体平行胶片时，放大变形最小；接近中心线，并尽量靠近胶片时，影像的位置变形最小；一般地说，中心线射入点应通过被检查部位，并垂直于胶片，此时影像的形状变形最小。六、散射线及其消除（一） 散射线及其产生线影像的形成是利用了X线的直进性，而X线对人体照射时，所产生的散射线只能是一个使X线影像细节模糊不清的因素。散射线对照片对比度的损害，在于使相片出现灰雾。在X线摄影能量范围内，从X线管发射出的原发射线对人体进行照射，一部分能量穿透人体而去，一部分能量产生光电效应和康普顿散射，从而减弱了原发射线的强度，经过被照体吸收后的X线由两部分组成，一部分为带有被照体信息的减弱的原射线；另一部分为在散射吸收中产生的散射线，这些散射线几乎全部来自康普顿散射。总之，透过被照体作用在胶片上的线量，是自线管发出的被人体组织减弱的直进原射线与散射线之和。散射线在作用于胶片上的全部射线量中所占比率。称为散射线含有率。（二） 影响散射线含有率的因素. 管电压散射线含有率随管电压的升高而加大。但是，在8090kV以上时，散射线含有率趋向平稳。例如在照射野20cm*20cm下，模体10cm厚，管电压从50kV升到80kV，散射线含有率从60%升到72%，增加12%；而从80kV升到120kV，散射线含有率只增加20%。此外，散射线光子能量也因原发射线能量（管电压）增加而增加，而且，原发射线能越大，所产生的散射线光子的散射线角越小，与直进形成影像的原发散射线越靠近，如此散射线对照片对比度产生灰雾的机会也越大。. 被照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厚度的增加而增加。如60kV，20cm*20cm照射野下，模体5cm厚度时，散射线含有率为39%，模体15cm厚度时，为82%，增加了近一倍。被照体厚度产生的散射线对照片影像效果的影响，要比管电压产生的影响大的多。当被照体厚度超过15cm时，虽然散射线含有率任在增加，但因其前层组织中产生的散射光子受其能量限制，背后层组织所吸收不能达到胶片。因此对胶片来说，此时散射线的影响已不再增加。. 照射野照射野是产生散射线的最主要因素，当照射野增大时，散射线含有率大幅度上升。但达到胶片上的散射线量不大。原因是从照射野边缘产生的散射光子，没有足够的能量通过15cm的组织对胶片产生的影响（普通电压下，散射线含有率大体在40%60%）。（三） 散射线的消除方法散射线对胶片的照射，是导致照片对比度下降的主要原因。因此，在X线摄影中必须时刻注意消除或减少散射线的影响。其方法有三种。. 减少散射线的发生 利用线束限制器，再能穿透照射部位的前提下，选择较低管电压的方法，可减小散射线的发生。. 减少到达胶片的散射线量 利用加大被照体与胶片距离、使用金属后背盖的暗盒和使用滤线栅等方法，可减少到达胶片的散射线量。. 相对抵消作用在胶片上的散射线效果屏-胶片体系下的照片对比度大大高于单纯胶片的照片对比度。因此，使用增感屏可以相对抵消作用在胶片上的散射线效果。（四）X线束限制器类型与作用1. 类型开孔遮线板 这是一块中间开孔的铅板，安装在X线管窗口处，其开孔大小和形状也就决定了X线束的大小和形状。遮线筒 40年代50年代，X线机均采用直径大小不等的直筒形或圆锥形遮线筒。它比开孔遮线板散射线的效果好一些，特别是直筒形可以缩小半影。多叶遮线器 在3种线束限制器中，以多叶遮线器（或称准直器）减少散射线发生效率最高。现代X线机普遍应用这种装置来控制照射野大小，以减少散射线。它的特点是：可以根据摄影部位的需要，调整成各种适合胶片大小的照射野；带有照射野和中心指示灯；由两组遮线铅片组成，以控制X线束的大小，而且可利用第二遮线片消除第一组的半影。2. 作用X线限制器的作用，是减少散射线和防护被检查者。人们对X线束限制器作用的理解，更多的是减少散射线提高照片质量，并不注意小剂量X线的损害作用。现代X线装置已具备了各种提高影像质量和防护条件。所以，多叶遮线器的作用更重要的是对被检查者的防护。（1）被检查者的防护 在X线摄影中，被检查者接受的辐射剂量与照射野成正比。例如照射野从20cm*20cm缩小到10cm*10cm时，被检查者受照面积从400cm减小到100cm，相差四倍之多。（2）减少散射线 由于到达胶片的散射线量与照射野越大，散射线含有率越高，所以，使用多叶遮线器最大限度地控制照射野，可大大提高照片对比度。而且，由于多叶遮线器装置有两组遮线板，可消除半影提高影像锐利度。（五）滤线栅的结构与作用滤线栅是由许多薄的铅条和易透过X线的低密度物质（木、铝或有机化合物等）作为充填物，交替排列组成的一块栅板。在线照射中，原射线投射方向与滤线栅的铅条排列间隙是在同一轴线上，它能通过铅条间隙而直达胶片产生影像。由于被照体产生的散射线是多中心、多方向的，其中大部分（特别向前方散射的）散射线被铅条所吸收，只有一小部分通过。滤线栅铅条间隙的充填物，是为了把非常薄而又软的铅条排列加以固定造型。目前多采用铝做充填物的滤线栅，它比有机化合物做充填物的滤线栅更精确坚固，而且本身也能吸收一部分散射线。由于滤线栅铅条在吸收散射线的同时，也吸收一部分原发射线。因此，使用滤线栅摄影时，应相应的增加一定的照射量。（六）有关滤线栅的几个概念1. 栅比（）滤线栅铅条高度与充填物幅度的壁纸，称为栅比。栅比表示一个滤线栅清除散射线的能力，比