医学X线成像及应用原理

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医学X线成像及应用原理

一般X线成像：

一、×线成像基根源理与设备

（一）x线的产生和特色

1．x线的产生X线是真空管内高速行进的电子流轰

击钨靶时产生的。为此，X线发生装置主要包含X线管、变压器

和操作台。

线管为一高真空的二极管，杯状的阴极内装有灯丝，阳极由呈斜面的钨靶和隶属散热装置构成。变压器包含降压变压器，为向X线管灯丝供给电源，一般电压在12V以下；和升压变

压器以向X线管两极供给高压电，需40kV一150kV。操作台主要为调理电压、电流和曝光时间而设置的电压表、电流表、时计和调理旋钮等。在x线管、变压器和操作台之间以电缆相连。

x线的发生过程是向X线管灯丝供电、加热，在阴极周边产生自由电子，当向X线管两极供给高压电时，阴极与阳极间的电势差陡增，电子以高速由阴极旭日极行进，轰击阳极钨靶而发生能量变换，此中1％以下的能量变换为X线，99％以上变换为热能。X线主要由X线管窗口发射，热能由散热设备发散。

2．x线的特色X线属于电磁波。波长范围为o．oo06—50nm。用于X线成像的波长为O．031一o．008nm(相

1当于40一150kV时)。在电磁辐射谱中，居Y射线与紫外线之间，

比可见光的波长短，肉眼看不见。其余，X线还拥有以下几方面

与X线成像和X线检查相关的特色：穿透性：X线波长短，

拥有强穿透力，能穿透可见光不可以穿透的物体，在穿透过程中有必然程度的汲取即衰减。X线的穿透力与X线管电压亲近相关，电压愈高，所产生的X线波长愈短，穿透力也愈强；反之其穿透力也弱。X线穿透物体的程度与物体的密度和厚度相关。密度高，厚度大的物体汲取的多，经过的少。X线穿透性是x线成像的基础。荧光效应：X线能激发荧光物质，如硫化锌镉及钨酸钙等，使波长短的X线变换成波长长的可见荧光，这类变换叫做荧光效应。荧光效应是进行透视检查的基础。感光效应：涂有溴化银的胶片，经X线照耀后，感光而产生潜影，经显、定影办理，感光

的溴化银中的银离子(Ag’)被还原成金属银(Ag)，并齐集于胶片的胶膜内。此金属银的微粒，在胶片上呈黑色。而未感光的溴化银，在定影过程中，从X线胶片上被除掉，所以显出胶片片基的透明本色。依金属银齐集的多少，便产生了从黑至白不一样样样灰度的影像。所以，感光效应是x线拍照的基础。电离效应：X线经过任何物质都可产生电离效应。空气的电离程度与空气所汲取X线的量成正Lb，所以经过丈量空气电离的程度可测X线的量。X线射入人体，也产生电离效应，可惹起生物学方面的改变，即生物

效应，是放射治疗的基础，也是进行X线检查时需要注意防范的原由。2(二)x线成像基根源理

X线之所以能令人体组织结构在荧屏上或胶片上形成影像，一方面是基于X线的穿透性、荧光效应和感光效应；另一方面是基于人体组织结构之间有密度和厚度的差异。当X线透过人体不一样样样组织结构时，被汲取的程度不一样样样，所以到达荧屏或胶片上

的X线量即有差异。这样，在荧屏或X线片上就形成明暗或黑白比较不一样样样的影像。

所以，X线图像的形成，是基于以下三个基本条件：第一，X线拥有必然的穿透力，能穿透人体的组织结构；第二，被穿透的组织结构，存在着密度和厚度的差异，X线在穿透过程中被汲取的量不一样样样。以致节余下来的X线量有差异；第三，这个有差其余节余X线，是不可以见的，经过显像过程，比方用X线片显示、就能获取拥有黑白对LL、层次差其余X线图像。

人体组织结构是由不一样样样元素所构成，依各种组织单位体积内各元素量总和的大小而有不一样样样的密度。人体组织结构依据密度不一样样样可归纳为三类：属于高密度的有骨组织和钙化灶等；中等密度的有软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织以及体液等；

低密度的有脂肪组织以及有气体存在的呼吸道、胃肠道、鼻窦和

乳突气房等。

当强度均匀的X线穿透厚度相等、密度不一样样样的组织结构

时，因为汲取程度不一样样样，而出现图1—2所示的状况。在X线片

上(或荧屏上)显出拥有黑白(或明暗)对Lb、层次差其余X线图3像。比方胸部的肋骨密度高，对X线汲取多，照片上呈白影；肺部含气体，密度低，X线汲取少，照片上呈黑影；纵隔为软组织，密度为中等，对X线汲取也中等，照片上呈灰影。

病变可令人体组织密度发生改变。比方，肺结核病变可在低密度的肺组织内产生中等密度的纤维化改变和高密度的钙化灶，在胸片上，于肺的黑影的背景上出现代表病变的灰影和白

影。所以，组织密度不一样样样的病变可产生相应的病理X线影像。人体组织结构和器官形态不一样样样，厚度也不一样样样样。厚的部

分，汲取X线多，透过的X线少，薄的部分则相反，于是在X线

片和荧屏上显示出黑白比较和明暗差其余影像。所以，X线成像与组织结构和器官厚度也相关。

所以可知，组织结构和器官的密度和厚度的差异，是产生影像比较的基础，是X线成像的基本条件。

(三)x线成像设备

X线机包含X线管及支架、变压器、操作台以及检查床等基本零件。影像增强电视系统(IITV)已成为x线机主要零件之一。为了保证X线拍照质量，X线机在拍照技术参数的选择、拍照地点的校订方面，多已经是计算机化、数字化、自动化。为适应影像检查的需要，除通用型X线机外，还有合用于心血管、胃肠道、泌尿系统、乳腺及介入技术、儿科、手术室等专用的x线机。

二、×线图像特色

线图像是由从黑到白不一样样样灰度的影像所构成，是灰阶4图像。这些不一样样样灰度的影像是以光学密度反响人体组织结构的解剖及病理状态。

应当指出，人体组织结构的密度与X线图像上影像的密度是两个不一样样样的看法。前者是指人体组织中单位体积内物质的质量，今后者则指X线图像上所显示影像的黑白。物质的密

度与其自己的比重成正LL，物质的密度高，比重要，汲取

的X线量多，影像在图像上呈白影。反之，物质的密度低，比重小，汲取的X线量少，影像在图像上呈黑影。所以，图像上的白影与黑影，固然也与物体的厚度相关，但主若是反响物质密度的

高低。在工作中，平时用密度的高与低表述影像的白与黑。

比方用高密度、中等密度和低密度分别表述白影、灰影和黑影，

并表示物质密度的高低。人体组织密度发生改变时，则用密度增高或密度减低来表述影像的白影与黑影。

还应指出，X线图像是x线束穿透某一部位的不一样样样密度和厚度组织结构后的投影总和，是该穿透路径上各个结构影像相互叠加在一起的影像。比方，正位X线投影中，既有前部，又有中部和后部的组织结构。X线束是从X线管向人体作锥形投射的，所以，X线影像有必然程度的放大和使被照体本来的形状失真，并产生伴影。伴影使X线影像的清楚度减低。

三、×线检查技术

如前所述，人体组织结构的密度不一样样样，这类组织结构密度上的差异，是产生X线影像比较的基础，称之为自然比较。对

5于缺乏自然比较的组织或器官，可人为地引入必然量的在密度上

高于或低于它的物质，使之产生比较，称之为人工比较。自然对

比和人工比较是X线检查的基础(图l—3)。

(一)一般检查

包含荧光透视和X线拍照。

荧光透视：采纳影像增强电视系统，影像亮度强，见效

好。透视可转动患者体位，改变方向进行观察；可认识器官的动

态变化，如心、大血管搏动、膈运动及胃肠蠕动等；操作方便；

开销低；可马上得出结论。现多用于胃肠道钡剂检查。但透视的

影像比较度及清楚度较差，难以观察密度差异小的病变以及密度

与厚度较大的部位，比方头颅、脊柱、骨盆等。缺乏客观记录也

是一个弊端。

线拍照：比较度及清楚度均较好；不难使密度、厚度较大的部位或密度差异较小的病变显影。常需作相互垂直的两个方向拍照，比方正位及侧位。

(二)特别检查

特别检查有软线拍照、体层拍照、放大拍照和荧光

拍照等。自应用CT等现代成像技术以来，只有软线拍照还在应

用，介绍以下。

软线拍照采纳能发射软x线，即长波长(均匀波长为O．07nm)的钥靶X线管球，常用电压为22—35kV，用以检查软组织，主若是乳腺。为了提升图像分辨力，以便查出渺小癌，软6线拍照装备及技术有好多改进，包含乳腺钼靶体层拍照、数字乳

腺拍照、乳腺数字减影血管造影并张开立体定位和立体定位针刺

活检等。

(三)造影检查

对缺乏自然比较的结构或器官，可将密度高于或低于该

结构或器官的物质引入器官内或其四周缝隙，使之产生比较以显

影，此即造影检查。引入的物质称为比较剂，也称造影剂。造影

检查的应用，扩大了X线检查的范围。

1．比较剂按影像密度高低分为高密度比较剂和低

密度比较剂两类。高密度比较剂为原子序数高、比重要的物质，有钡剂和碘剂。低密度比较剂为气体，已少用。

钡剂为医用硫酸钡粉末，加水和胶配成不一样样样浓度的钡混悬液。主要用于食管及胃肠造影。

碘剂分有机碘和无机碘制剂两类，后者基本不用。将有机水溶性碘比较剂直接注入动脉或静脉可显示血

管，用于血管造影和血管内介入技术，经肾排出，可显示肾盂及尿路，还可作CT增强检查等。

水溶性碘比较剂分两型：①离子型，如泛影葡胺；②非离子型，如碘苯六醇、碘普罗胺和碘必乐等。离子型比较剂拥有高渗性，可惹起毒副反响。非离子型比较剂，拥有相对低渗性、低粘度、低毒性等长处，减少了毒副反响，合用于血管造影及CT增强扫描。

72，造影方法有以下两种方法：①直接引人：包含：

口服，如食管及胃肠钡餐检查；灌输，如钡剂灌肠、逆行尿路造

影及子宫输卵管造影等；穿刺注入或经导管直接注入器官或组织

内，如心血管造影和脊髓造影等；⑦间接引入：经静脉注入后，

比较剂经肾排入泌尿道内，而行尿路造影。

3．检查前准备及造影反响的办理各种造影检查都

有相应的检查前准备和注意事项，必然仔细准备，以保证检查满意和患者的安全。应备好急救药品和器材，以备急需。

在比较剂中，钡剂较安全。造影反响中，以碘比较剂过敏较为常有，有时较严重。用碘比较剂时，要注意：①认识患者有无用碘剂禁忌证，如严重心、肾疾病，甲亢和过敏体质等；②作好解说工作，争取患者合作；③碘剂过敏试验，如阳性，不宜造影检查。但应指出，过敏试验阴性者也可发生反响。所以，应有急救过敏反响的准备与能力；④严重反响包含四周循环衰竭和心脏停搏、惊厥、喉水肿和哮喘发生等，应马上停止造影并进行抗休克、抗过敏和对症治疗。呼吸困难应给氧，四周循环衰竭应注射去甲肾上腺素，心脏停搏则需马上进行体外心脏按摩。

(四).x线检查方法的采纳原则

x线检查方法的采纳，应当在认识各种X线检查方法的

适应证、禁忌证和优弊端的基础人依据临床初步诊断和诊断需要

来决定。应当选择安全、简单而又经济的方法。所以，应第一用

一般检查，再考虑造影检查。但也非绝对，比方胃肠检查第一就8要采纳钡剂造影。有时两三种检查方法都是必然的。对于可能发生反响和有必然危险的检查方法，选择时更应严格掌握适应证，不可以滥用，省得给患者带来损失。

四、X线诊断的临床应用

线诊断用于临床已超出百年。尽管现代影像技术，比方CT和MRI等对疾病诊断显示出很大的优胜性，但其实不可以取代

X线检查。一些部位，如胃肠道，仍主要使用X线检查。骨肌系统和胸部也多是第一应用X线检查。脑与脊髓、肝、胆、胰等的检查则主要靠现代影像学，X线检查作用小。因为X线拥有成像清楚、经济、简单等长处，所以，X线诊断还是影像诊断中使用最多和最基本的方法。

五、×线检查中的防范

X线检查应用很广，所以，应当重视X线检查中患者和

工作人员的防范问题。

x线照耀人体将产生必然的生物效应。若接触的X线量

超出同意辐射量，即可能产生放射反响，甚至放射伤害。但是。

如X线量在同意范围内，则罕有影响。所以，不对付X线检查产生疑虑或惧怕，而应重视防范，如控制X线检查中的辐射量并采纳有效的防范措施，合理使用x线检查，防范不用要的X线辐射，以保护患者和工作人员的健康。

因为x线设备的改进，高千伏技术、影像增强技术、高速增感屏和快速X线感光胶片的使用，X线辐射量已显然减少，

9放射伤害的可能性也愈来愈小。但是仍应注意，特别应重视对孕妇、小儿患者和长久接触射线的工作人员，特别是介入放射学工作者的防范。

放射防范的方法和措施有以下几个方面：

技术方面，可以采纳障蔽防范和距离防范原则。前者使用原子序数较高的物质，可用铅或含铅的物质，作为屏障以汲取掉不用要的x线，如平时采纳的X线管壳、遮光筒和光圈、滤过板、荧屏后的铅玻璃、铅屏、铅橡皮围裙、铅橡皮手套以及墙壁

等。后者利用X线量与距离平方成反比这一原理，经过增添X线源与人体间距离以减少辐射量，是最简单有效的防范措施。

患者方面，应选择适合的X线检查方法，每次检查的照耀次数不宜过多，除诊治需要外也不宜在短期内作多次重复检查。在投照时，应当注意照耀范围及照耀条件。比较射野相邻的性腺，应用铅橡皮加以掩盖。

放射线工作者方面，应依据国家相关放射防范卫生标准

的规定制定必需的防范措施，正确进行X线检查的操作，仔细履行保健条例，按期监测放射线工作者所接受的剂量。直接透视时要戴铅橡皮围裙和铅橡皮手套，并利用距离防范原则，增强自我

防范。专家介入放射技术操作中，应防范不用要的x线透视与摄

影，应采纳数字减影血管造影设备、超声和cT等进行监察。

第二节数字X线成像10一般X线成像，其拍照是模拟成像，是以胶片为介质对

图像信息进行收集、显示、存储和传达。X线拍照的弊端是拍照

技术条件要求严格，曝光宽容度小；照片上影像的灰度固定不可以

调理；并且图像不可以能十分清楚显示各种密度不一样样样的组织与结构，

密度分辨力低；在照片的利用与管理上也有诸多不便。为此，将

一般x线成像改变成数字X线成像(DR)特别必需。

一、DR成像基根源理与设备

数字X线成像是将一般x线拍照装置或透视装置同电子

计算机相联合，使X线信息由模拟信息变换为数字信息，而得数

字图像的成像技术。DR依其结构上的差异可分为计算机X线成

像(CR)、数字X线荧光成像(DF)和平板探测器数字x线成像。分别简介以下。

(一)CR

CR是以影像板(IP)取代X线胶片作为介质。IP上的影像信息要经过读取、图像办理和显示等步骤，才能显示出数字图像。

IP是由含有微量元素铕化合物结晶制成，透过人体的X线，使IP感光，在IF上形成潜影。用激光扫描系统读取，IP上由激光激发出的辉尽性荧光，经光电倍增管变换成电信号，再由模拟／数字变换器变换成数字影像信息。数字影像信息经图像办理系统办理，可在必然范围内调理图像。图像办理主要包含：①灰阶办理，使数字信号变换成黑白影像，并在人眼能鉴其余范11围内选择适合的灰阶，以达到最正确的视觉见效，以利于观察不一样样样

的组织结构；②窗位办理，使必然灰阶范围内的组织结构，依其

对X线汲取率的差异，获取最正确的显示，可提升影像对Lb；③X

线汲取率减影办理，以除掉某些组织的影像，达到减影目的；④

数字减影血管造影办理，得DSA图像。

数字信息经数字／模拟变换器变换，于荧屏上显示出人

眼可见的灰阶图像，还可摄照在胶片上或用磁带、磁盘和光盘保

存。

CR的设备，除X线机外，主要由IP、图像读取、图像

办理、图像记录、存储和显示装置及控制用的计算机等构成(图

1—5)。

CR与一般X线成像比较，重要的改进是实现了数字X

线成像。长处是提升了图像密度分辨力与显示能力；行图像办理，

增添了信息的显示功能；降低了x线曝光量；曝光宽容度加大；

既可摄成照片，还可用磁盘或光盘存储；并可将数字信息转入

PACS中。但是CR成像速度慢，整个过程所需时间以分计；无透

视功能；图像质量仍不够满意。发展远景差，将由平板探测器数

字X线成像所取代。

(二)DF

DF是用IITV取代X线胶片或CR的IP作为介质。影像增强

电视系统荧屏上的图像用高分辨力摄像管行序列扫描，把所得连

续视频信号转为中止的各自独立的信息，形成像素，复经模拟／12数字变换器将每个像素转成数字，并挨次列排成数字矩阵。这样

IITV上的图像就被像素化和数字化了。当前已经用电荷锅台器

取代摄像管收集IITV的光信号。数字矩阵为512×512或

1024×1024。像素越小、越多。图像越清楚。DF光电变换较快，

成像时间短，图像较好。有透视功能，最早应用于DSA和DR胃

肠机。DF与CR都是将模拟的X线信息变换成数字信息，但收集

方式不一样样样，CR用IP，DF用IITV在图像显示、存储及后办理方

面基真相同。DF与CR都是先将X线变换成可见光，再转成电信

号，因为有经摄像管或激光扫描变换成可见光再行光电变换的过

程，信号损失好多。所以图像不如平板探测器数字X线成像那样

清楚。为了差异，将CR及DF称之为间接数字X线成像，而将平

板探测器数字X线成像称之为直接数字X线成像。

(三)平板探测器数字x线成像

用平板探测器将X线信息变换成电信号，再行数字化，整个

变换过程都在平板探测器内完成。不像DF或CR，没有经摄像管

或激光扫描的过程，所以X线信息损失少，噪声小，图像质量好。

更因成像时间短，可用于透视和推行时间减影的DSA，扩大了X

线检查的范围。

可用于实质的平板探侧器为无定型硅碘化钝平板探测器。是

在玻璃板底基上固定有低噪声的半导体资料制成的无定型硅阵

列零件，其表面覆有针状碘化铯闪耀晶体。在平板探测器内，X

线信号变换成的光信号经硅阵列及光电电路变换成电信号，再转13换成数字信号。

另一种平板探测器是在无定型硅表面覆以光电导体的硒层，

使X线信号直接变换为电信号。但其变换率不高，硅资料不够坚固，不可以行快速收集。其余，还有直线阵列氙微电离室构成探测器作为介质的。平板探测器数字x线成像图像质量好、成像快，是今后发展的方向。

二.DR的临床应用

CR、DF与DDR都是数字X线成像，都有数字成像的共同长处，

同一般X线成像比较，有显然的优势。数字图像质量与所含的影

像信息量可与一般X线成像媲美：图像办理系统可调理对LL故

能获取最正确的视觉见效；摄照条件的宽容范围较大；患者接受的

线量较少；图像信息可摄成照片或由磁盘或光盘储藏；可输入

PACS中。其余，还可行体层成像和减影办理。

数字图像与一般X线图像都是所摄部位整体的叠加影像，

一般X线能摄照的部位也都可行数字成像，对图像的解读与诊断

也与传统的X线图像相同。只但是数字图像是由必然多天(比方

l024×l024)的像素所构成，而一般X线图像是由银颗粒所构成。

数字成像对骨结构及软组织的显示优于一般X线成像，还可行矿

物盐含量的定量分析。对肺结节性病变的检出率也高于一般X线

成像。数字胃肠双比较造影在显示胃小区、渺小病变及肠粘膜皱

襞方面也优于一般的X线造影。

从图像质量、成像速度、摄照条件的宽容度和照耀剂量14等方面对CR、DF及DDR进行比较，CR图像质量差，成像时间长，

工作效率低，不可以作透视；DF成像时间短，可行透视，多用于

血管造影、DSA和胃肠造影，其弊端是DF设备不可以与一般的X

线装置兼容；而DDR则有显然的优势，但是当前其价钱较为昂贵。

第三节数字减影血管造影

血管造影是将水溶性碘比较剂注入血管内，使血管显影

的X线检查方法，因为存在血管与骨骼及软组织重叠而影响血管的显示。数字减影血管造影(DSA)是利用计算机办理数字影像信息，除掉骨骼和软组织影像，使血管显影清楚的成像技术。在血管造影中应用已很广泛。

一、DSA成像基根源理与设备

数字成像是DSA的基础。数字减影的方法有几种，常用的是时间减影法，介绍以下。

经导管向血管内团灌水溶性碘比较剂，在对LL剂到达

感兴趣血管以前和血管内出现比较剂、比较剂浓度处于巅峰和比较剂被廓清这段州司内，使检查部位连续成像。在这系列图像中，取一帧血管内不含比较剂的图像作为蒙片和一帧含有比较剂的

图像(这两帧图像称为减影对)，用这两帧图像的数字矩阵，经计算机行数字减影办理，使骨路及软组织的数字相互抵消。这样，

经计算机行减影办理的数字矩阵再经数字／模