医用X射线机的影像质量控制-徐影

(1895年12月22日诞生了第一张X光照片)

1896年X线开始应用于医学。主要是临床的骨折和体内异物的诊断。当时使用的X线机的管电压只有40kV～50kV，管电流强度仅有1mA，当时拍摄一张手的X线照片要用30min～1h。

一百多年来，X射线影像设备发展历史，也就是围绕不断提高X射线影像质量、降低患者(受检者)剂量和工作人员受照剂量的发展历史。X射线基础X射线基础(X射线诊断学关键技术发展简史)X射线基础(X射线产生的原理)X射线的产生1：高能电子经过原子核，受到核库仑场作用，损失能量以连续谱X射线形式释放。X射线的产生2：高能电子击飞原子内层电子，外层电子补充空穴时释放特征X射线。+特征X射线+连续X射线X射线基础(医用X射线的产生)

在医学诊断用的X线管中，被加热的灯丝发射出电子，在30～120千伏高压的作用下，灯丝射出的电子被吸引到阳极靶子上，这些电子与靶内的原子相互作用产生X射线，X射线穿过管壁发射出来。只有少于1%的入射电子能量转换成了X射线，99%的转化成热能。旋转阳极式X线管左图：X射线基础(医用X射线的产生)X射线基础(医用X射线的产生)X射线基础（X射线与物质的相互作用）+γ射线光电效应光电子Ee：电子的动能Eγ:γ射线的能量Ei:第i层电子结合能光电效应X射线基础（X射线与物质的相互作用）+入射γ射线Compton效应Compton电子出射γ射线Ee：电子的动能Eγ:γ射线的能量θ:散射角（如图）meC2:电子的静态质量能θ康普顿散射降低图象的对比度Compton效应：X射线基础（X线的性质）X线在本质上属电磁波。物理特性：

(a)穿透作用:X线波长短，能量大，能穿透一般光线不能穿透的物质。用来检查人体内部器官的结构是很合适的。(b)荧光作用:当X线照射某些物质时可产生荧光，利用这一性质，可以在荧光屏上直接观察X线图像。X射线基础（X线的性质）物理特性：(c)电离作用:具有足够能量的X线光子不仅能击脱物质原子轨道上的电子，使该物质产生一次电离，而且脱离原子的电子又与其它原子相碰，还会产生二次电离。气体分子被电离后，其电离电荷很容易被收集，于是人们可以根据气体分子电离电荷的多少来测定X线的剂量。许多X线检测器就是利用这一原理制成的。X射线基础（X线的性质）物理特性：(d):生物效应:X线是一种电离辐射。生物细胞经一定量的X线照射后会受到损害甚至坏死。利用X线的这个效应，可以用放射治疗的方法来破坏肿瘤组织。当然，人体受到一定剂量X线的照射后，也会导致正常组织的损伤。X射线基础（X线的性质）化学特性：（e）感光作用：能使胶片感光，胶片乳剂中的溴化银受X光照射感光，经过化学显影，还原出黑水的金属银颗粒。（f）脱水作用（着色作用）：某些物质经X光长期照射后，因结晶脱水而逐渐改变颜色。X射线基础(透视成像)

第一代的荧光透视接收器是一块平板荧光屏。平板荧光屏透视检查方法的主要缺点是屏的亮度比较低，观察起来比较吃力。放射科医生在进行透视工作前，一般要在黑暗环境中待15分钟左右才能使自己的眼睛适应黑暗环境。只能提供一个重叠的阴影像。

X射线基础(透视成像)

为解决荧光屏亮度低的问题，现代X射线成像系统中都采用了影像增强管。影像增强管的引入是透视X射线成像系统的一项重大改进。影像增强管影像增强器的组成1.输入窗：X线的入射窗口（玻璃或薄金属板）2.闪烁晶体：将X线图像转换成荧光影像（兰光）3.光电阴极：一层极薄的光电发射膜，受光照射时逸出光电子4.电极：阳极阴极之间加直流高压，对光电子起加速作用；栅极加直流电压，对电子起聚焦作用X射线基础(透视成像)影像增强器的组成5.输出荧光屏：在玻璃基板上涂一层PtO荧光粉，其上敷铝膜，高速电子可穿透铝膜达到荧光粉层使其发出荧光，铝膜可防止光的反向传播6.输出窗：由玻璃或光纤面板制成，摄像头可摄取此窗口上的荧光影像7.管壳：大型真空器件X射线基础(透视成像)X射线基础(透视成像)影像增强器－电视系统(X-TV)X-TV的优点影像亮度高改暗室工作环境为明室环境，使一些需在透视监视下的手术得以实施；由于增强器和电子电路具有放大作用，进行同样的诊断操作，X线剂量可减少7～10倍；由于X线剂量减少，延长了X线管的工作寿命，并可采用微焦点，使图像更清晰；X射线基础(透视成像)影像清晰电视图像质量远远优于荧光屏图像，有利于病变的早期发现；医生和病人受照剂量小可实现隔室遥控操作，医生完全脱离X线的伤害；影像可远距离传送并可录像保存电视图像信号可以被存储、传输和做后期处理，便于供教学和会诊使用。

X射线基础(透视成像)X-TV的优点X射线基础(胶片摄影成像)

X射线胶片摄影与X射线透视的不同在于用摄影胶片代替透视的荧光屏。入射的X射线在胶片上形成潜影，然后经过显影、定影处理，将影像固定在胶片上。用X射线直接对胶片曝光的效率是比较低的。在临床中使用屏-胶片系统作为投影X射线成像系统的接收器。它是由涂上感光乳胶的胶片和与胶片紧密接触的一个或两个荧光增强屏组成的。荧光增强屏是涂有荧光材料的薄层。

X射线基础(胶片摄影成像)X射线的能量由增感屏吸收，并将其能量的一部分（大约5～20%）转变为荧光。此荧光再使胶片曝光。由于增感屏的荧光物质对X射线较敏感，使胶片曝光所需的实际X射线辐射剂量大幅度地降低。但使用增感屏会使图像产生一定程度的模糊。X射线基础(胶片摄影成像)片基感光乳胶片基X射线直接胶片摄影X射线感光乳胶片基增感屏增感屏－胶片摄影X射线基础(胶片摄影成像)

X射线摄影照片的分辨率比较高，用摄影胶片作为X射线图像的永久记录仍然是目前临床上常用的方法。但是，为了得到照片，必须配备一套冲洗设备，操作过程也比较麻烦(在暗室中操作)。X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）对比度分析简单模型1.对比度X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）

在X-ray成像系统中，图象的对比度仅仅与被探查物体的厚度L2及被探查物与周围组织间的线性衰减系数之差有关，而与照射对象的总厚度无关（理想情况下）。为了提高图像的对比度,通常采取以下措施:(1):使用造影剂(2):克服散射对图像对比度的影响(滤线栅)X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）使用造影剂使用滤线栅管电压75KV，无滤线栅管电压75KV，有滤线栅X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）2.不锐度

衡量图像模糊程度的指标*几何不锐度(被检查的物体静止，也称几何伪影)造成原因:X射线源有一定的尺寸(焦点不是点源)解决:将探查物尽可能接近记录器X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）*移动不锐度(也称运动伪影)

问题成因:物体的运动解决方案:加大管电流,缩短成像时间被探查物X线管Ud记录器。

。μmX射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）2.不锐度

指影像系统所能分辨的两个相邻物体间的最小距离.用单位距离的线对数（即单位距离中所含的线条条数）来表达.LP/mm.X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）3.分辨力主要表现为：1.数量庞大的胶片使存储、查阅的效率低。2.摄影采用模拟技术，图像灰阶度分辨率低，不便用计算机处理、储存和传输，更不能异地医生同时观察一幅图像（如远程诊断或电话会诊），不便实现多人共享。3.X线摄影需要的曝光剂量相对较大，且X线摄影一旦完成，影像质量再不能改善，当质量达不到要求时往往需要重摄，给投照者和患者带来负担。

X射线基础（传统X线摄影的弊端）

在传统的投影X射线成像设备中，所记录和显示的信号都是模拟信号，在模拟X射线摄影中因为记录器的动态范围很小。要求严格掌握曝光剂量，另外，对所记录的图像也很难做进一步的处理。

现代的数字X射线摄影采用了动态范围大的数据采集系统，克服了胶片摄影系统的局限性。此外，数字图像便于处理、存储、归档与通信，这些特点也是传统的模拟系统所不能比拟的。X射线基础（数字X线成像）数字电视X射线摄影系统X射线基础（数字X线成像）

CR将透过人体的X线影像信息记录在存储荧光板（storagephosphorplate，简称SPP）上，构成潜影。用激光束以2510×2510的像素矩阵（像素约0.1mm大小）对SPP进行扫描读取，经计算机计算处理，通过改善影像的细节、图像降噪、灰阶对比度调整、影像放大、数字减影等，将经处理的影像特征信息在荧屏上显示图像，还可用激光照相机记录其图像。X射线基础（数字X线成像）计算机放射摄影（computedradiography，CR）

CR摄影条件低，为传统X线摄影的1／2～2／3；摄影条件的宽容范围宽；数字化图像可存储于光盘中，为医学影像存档与通讯系统的应用创造了条件。CR最显著的优点在于：将传统的X线技术与现代计算机技术相结合，使大小传统X线机免遭淘汰。X射线基础（数字X线成像）计算机放射摄影（computedradiography，CR）优点：

（1）灵敏度高（2）动态范围高（3）影像更清晰缺点：（1）时间分辨力较差（2）不能满足动态器官和结构的显示X射线基础（数字X线成像）计算机放射摄影（computedradiography，CR）

DR直接将X线光子转换为数字化图像。CR和DR由于均采用数字技术，动态范围广，有很宽的曝光宽容度，允许照相中的技术误差，即使在一些曝光条件难以掌握的部位，也能获得很好的图像；CR和DR均可根据临床需要进行各种图像后处理（如滤波，放大、拼接以及距离、面积、密度测量等丰富的功能），为影像诊断中的细节观察、前后对比、定量分析提供技术支持。数字X线摄影(DigitalRadiography,DR)X射线基础（数字X线成像）非晶态硅型平板探测器

X射线基础（数字X线成像DDR探测器）X射线基础（CR与DR比较）

减影技术最早应用于血管系统的研究。在病人的血管中注入造影剂（造影剂对X线的衰减系数大于人体的骨骼和软组织）。摄下同一部位注入造影剂前后的两帧图像。原则上讲，只要将这两帧图像相减，就能消除血管外其余的组织形象，而只保留造影血管的图像。减影后的图像突出了差异部分，更易于判读、处理及分析。X射线基础（数字减影技术DSA）X射线基础（模拟影像与数字影像对比）按高压变压器的工作频率可分为：工频X线机（50Hz）中频X线机（400~20kHz）高频X线机（>20kHz）X射线基础（医用诊断X线机分类）自整流、单相全波整流、三相全波整流。自整流X线机多为10~50mA的小型Ｘ线机。单相全波整流Ｘ线机多为100~500mA的中、大型Ｘ线机(电压波动范围为10％)。三相全波整流Ｘ线机多为500mA以上的大型Ｘ线机(输出kV波形平稳，电压波动范围为3.4%，产生的软Ｘ线少，产生Ｘ线量的效率高，有利于短时间曝光的动态摄影)。X射线基础（医用诊断X线机分类）工频X线机按整流方式可分为：工频Ｘ线机的缺点：（１）体积重量大；（２）输出波形脉动率高、Ｘ线剂量不稳定、软Ｘ射线成分较多；（３）曝光参量的准确性和重复性较差。为解决这些问题，将直流逆变技术引入Ｘ线机中，使高压发生器的工作电源由工频提高到中频，甚至高频。X射线基础（医用诊断X线机分类）中、高频Ｘ线机工频X线机的局限性1.结构笨重、自动化程度低500mAX线机的高压发生器和操作控制台X射线基础（医用诊断X线机分类）工频X线机的局限性

2.图像质量差KVT(s)1000.010.020.030.04040不稳定的X射线软X射线X射线基础（医用诊断X线机分类）工频X线机的局限性

3.曝光参数精度低KV与mA是相互关联的，依靠KV补偿和空间电荷补偿的方法，曝光精度仍然很低曝光时间精度难以控制变压器的剩磁现象、电感性限制了最短的曝光时间以及对电路的冲击X射线基础（医用诊断X线机分类）中、高频Ｘ线机的特点1.病人的皮肤剂量低：高压发生器输出波形近似于恒定直流，脉动率非常低，输出Ｘ线的单色性和能性大大提高，病人皮肤剂量大为降低；2.成像质量高：从Ｘ线成像原理可知，连续线谱的Ｘ线，物质对其吸收不遵守指数规律，射线通过物质后，不仅有光子数量的减少，而且还有光子能量的变化，成像质量较差；而单能窄束Ｘ线，物质对其吸收遵守指数规律，射线透过物体后，只有光子数量的减少，没有光子能量的变化，这对提高成像质量非常有利；X射线基础（医用诊断X线机分类）中、高频Ｘ线机的特点3.输出剂量大：因中、高频机属恒定直流曝光，故在胶片获得同样黑化度的情况下，中、高频机的mAs值是工频机的60%；4.实时控制：曝光过程中可对kV和mA进行实时控制，使每次曝光输出量都保持基本一致，而工频机很难做到；5.可实现超短时曝光(mS级)；6.高压变压器体积小、重量轻（便携式、移动式Ｘ线机）X射线基础（医用诊断X线机分类）中、高频Ｘ线机的特点7.便于智能化计算机控制可实现自动化控制技术智能控制技术操作控制台X射线基础（医用诊断X线机分类）医用X射线诊断利用X线透过人体后强度的差异而形成各种影像（荧光、照片、TV影像等）。通用X线机有：

胃肠X线机、普通摄影X线机。专用X线机有：

血管造影X线机、乳腺摄影X线机、床边X线机、牙科X线机等。X射线基础（医用诊断X线机）诊断用X线机的组成X射线基础（医用诊断X线机）荧光屏透视多采用隔室（暗室）。隔室透视装置是在荧光屏平面上建一具有X线防护功能的隔壁，荧光屏的观察面朝向暗室，供医生观察，X线管和病人都在明室。X射线基础（医用诊断X线机）荧光屏结构图隔室透视示意图X射线基础（医用诊断X线机）诊视床结构X射线基础（医用诊断X线机）荧光屏透视X射线基础（医用诊断X线机）荧光屏透视X-TV式透视

由X-TV取代荧光屏，使影像亮度得到明显提高，透视由暗室转为明室，方便了病人和医生。X射线基础（医用诊断X线机）遥控立式透视X线机影像增强器电视系统原理胃肠X线机主要用于胃肠等消化道疾病的检查、胸部呼吸系统的检查等。在胃肠疾病检查中，如果找到了病灶，就会要求立即拍片摄影，这一过程叫点片摄影。X射线基础（医用诊断X线机）将X-TV和诊视床合理组合，具有普通诊视床的各项功能，并全部实现遥控。床身起落、转动、床面伸缩、点片架的三维运动和锁止，都采用电动控制。多配有无暗盒点片架，一次可装入50张或更多胶片，在为多名病人检查过程中，医生不需要频繁进入检查室，从而完全脱离了X线现场，改善了工作条件，提高了工作效率。分床上X线管式和床下X线管式两种。X射线基础（医用诊断X线机）胃肠X线机下球管上点片X线机X射线基础（医用诊断X线机）胃肠X线机上球管下点片X线机X射线基础（医用诊断X线机）胃肠X线机摇篮床X线机X射线基础（医用诊断X线机）胃肠X线机摄影X线机是用X线胶片代替荧光屏或电视图像，使穿过人体的Ｘ线在胶片上永久留下被检部位影像的设备。Ｘ线胶片比荧光影像清楚，一般比透视更能发现病灶。摄影用X线机

X射线基础（医用诊断X线机）1.普通摄影普通摄影包括一般摄影和滤线器摄影。一般摄影是Ｘ线透过病人后直接到达胶片，多用于较薄部位或诊断要求不高的摄影检查。滤线器摄影是Ｘ线透过病人后先经过滤线器将散射线“过滤”，然后再照射胶片而获得影像的方法，多用于较厚部位的摄影。X射线基础（医用诊断X线机）滤线器Ｘ线透过人体时，因撞击人体组织而产生向四周散射的波长较长的软射线，称为散射线或二次射线。这些射线作用于胶片上，将使胶片背景灰雾，导致照片影像质量下降。组织越厚、密度越高，则产生的散射线越多，对影像质量的影响越大。滤线器能吸收散射线，使达到胶片的散射线尽可能少，从而提高照片的影像质量。X射线基础（医用诊断X线机）滤线器滤线器立柱式支持装置X射线基础（医用诊断X线机）天轨悬吊式支持装置

主要用于大型固定式Ｘ线机。能充分利用空间、不占地面位置，有利于诊视床、X-TV的组合，方便工作人员的操作。悬吊式Ｃ型臂支持装置落地式Ｃ型臂支持装置Ｃ型臂结构紧凑、占用空间少，能沿Ｃ弧转动和绕水平轴转动，活动范围大且灵活，特别适用于心血管系统的Ｘ线检查。最大优点是检查时无需移动病人。当肢体处于C形臂转动中心时，在C形臂活动过程中，被检部位一直处于照射野中心。近年来，小型移动式Ｘ线机装配Ｃ型臂后，进行床边Ｘ线检查非常方便。牙科X线机乳腺摄影X线机床边X线机手术用X线机荧光缩影机其它专用X线机X射线基础（医用诊断X线机）牙科X线机乳腺摄影X线机X射线基础（医用诊断X线机）床边X线机手术用X线机荧光缩影机医用X射线机影像质量控制放射防护与影像质量保证的关系

据报道，我国同类型X射线诊断检查，在不同医院和不同受检者之间，受检者受照剂量相差很大，可达几百倍。另外，由于X线装置的运行质量和人员操作不当等原因，造成废片和重拍片，给受检者增加不必要的照射。我国每年有近