《医学影像信息学》课件-第2章 模拟X射线摄影成像原理

第2章模拟X射线摄影成像原理

第1节X射线影像信息的形成与传递1掌握：照片密度及其影响因素、X射线对比度、X射线照片光学对比度及其影响因素、照片锐利度及其影响因素、照片颗粒度及其影响因素、照片失真度及其影响因素。熟悉：X射线管焦点及成像性能参量、X射线照射野的线量分布、阳极效应、X射线束焦点和被照体以及胶片摄影之间的关系、散射线的产生、危害及其含有率、散射线的减少与消除、X射线影像信息形成与传递、X射线影像质量的评价。2学习目标模拟X线成像的应用3X线摄影（平片、胶片摄影）X线透视（荧光透视）胸片摄影乳腺摄影手术用X线机接骨复位/取异物等一、X射线的基本概念视频：X射线原理全知道、X线产生原理（一）X射线管焦点（二）X射线束（三）X射线的散射线4一、X射线的基本概念（一）X射线管焦点1.基本概念

2.X射线球管焦点成像性能主要参量3.X射线球管焦点特性

5一、X射线的基本概念（一）X射线管焦点1.基本概念

实际焦点主焦点与副焦点有效焦点及标称值

6一、X射线的基本概念（一）X射线管焦点1.基本概念

实际焦点

阴极灯丝发射的电子经聚焦后在阳极靶面上的瞬间轰击面积7一、X射线的基本概念（一）X射线管焦点1.基本概念

主焦点与副焦点正面电子发散，汇聚→主焦点侧方电子发散，汇聚，发散→副焦点灯丝深度大，主焦点变小，副焦点变大8主、副焦点形成示意图一、X射线的基本概念（一）X射线管焦点1.基本概念

有效焦点及标称值实际焦点在X射线摄影方向上的投影有效焦点与实际焦点之间的关系9一、X射线的基本概念设实际焦点宽度为a，长度为b则摄影后长度为bsinθ，宽度不变

有效焦点=a×bsinθθ表示阳极靶面与X射线摄影方向夹角X射线管特性参数表中标注的焦点为标称焦点为一无量纲的数值（如1.0、0.3、0.1）10实际焦点和有效焦点示意图一、X射线的基本概念（一）X射线管焦点2.X射线球管焦点成像性能主要参量焦点的大小（F）焦点尺寸越大，半影越大，影像越模糊焦点的极限分辨力（R）是在规定测量条件下不能成像的最小空间频率值11一、X射线的基本概念（一）X射线管焦点2.X射线球管焦点成像性能主要参量焦点的调制传递函数（MTF）描述X射线管焦点这个面光源使肢体成像时，肢体组织影像再现率的函数关系。焦点尺寸越小，MTF值越大，成像性能越好12一、X射线的基本概念（一）X射线管焦点2.X射线球管焦点成像性能主要参量焦点的增涨值（B）描述X射线管焦点的极限分辨力随着负荷条件的改变而相对变化的量13一、X射线的基本概念（一）X射线管焦点3.X射线球管焦点特性照射野内的线量分布

通过X射线管窗口的X射线束入射在肢体形成曝光面的大小14一、X射线的基本概念（一）X射线管焦点3.X射线球管焦点特性焦点的方位特性在平行于X射线管的长轴方向的照射野内，近阳极侧有效焦点小，近阴极侧有效焦点大15焦点的方位特性一、X射线的基本概念（一）X射线管焦点3.X射线球管焦点特性焦点的阳极效应平行于X射线管长轴方向上

近阳极侧X射线量少

近阴极侧X射线量多平行于X射线管短轴方向上

X射线量分布基本对称16阴极侧-肢体厚度大组织阳极侧-重点观察、厚度小部位一、X射线的基本概念（二）X射线束1.X射线束的形状2.X射线的中心线3.X射线的强度

17一、X射线的基本概念（二）X射线束1.X射线束的形状X射线管发射的X射线

是以阳极靶面实际焦点为锥顶的锥形射线束

18一、X射线的基本概念（二）X射线束2.X射线的中心线X射线束中心部分的射线称为中心线，摄影方向的代表

X射线的中心线应通过被检部位的中心与胶片的中心在一条直线上，并与胶片垂直

19一、X射线的基本概念（二）X射线束3.X射线的强度在垂直于X射线束的单位面积上，单位时间内通过的X射线束中的光子数量与每个光子能量乘积的总和

X射线量越大，X射线强度越大，与人体发生作用的X射线数量越多

X射线质则是光子的能量，代表X射线的穿透能力

20一、X射线的基本概念（三）X射线的散射线1.散射线的产生、危害及其含有率散射线的产生康普顿效应二次射线21散射线的产生一、X射线的基本概念（三）X射线的散射线1.散射线的产生、危害及其含有率散射线的危害照片产生灰雾，照片对比度下降对工作人员和受检者防护不利22一、X射线的基本概念（三）X射线的散射线1.散射线的产生、危害及其含有率散射线的含有率表示散射线量多少，指散射线在作用于胶片上的全部射线量中所占比例影响散射线含有率的因素：管电压；被检体厚度；照射野23一、X射线的基本概念（三）X射线的散射线2.散射线的减少与消除散射线的减少遮线器主要通过控制照射野的大小来减少散射线的产生滤过板吸收原发射线中能量较低的无用射线24一、X射线的基本概念（三）X射线的散射线2.散射线的减少与消除散射线的消除

方法：空气间隙法25空气间隙法示意图一、X射线的基本概念（三）X射线的散射线2.散射线的减少与消除散射线的消除

方法：滤线栅法26滤线栅的构造滤线栅分类根据构造特点：聚焦式、平行式及交叉式根据运动性能：静止式（固定式）和活动式滤线栅工作原理27一、X射线的基本概念28二、X射线影像信息的形成

三、X射线影像信息的传递四、X射线照片影像的形成X射线管产生的X射线，穿过被检体后，X射线强度分布出现了差异，形成了不可见的X射线信息影像，经过信息转换形成可见光强度的影像分布，或经过化学处理后转换成有一定黑化度的可见光胶片影像X射线照片影像的五大要素：

密度、对比度、锐利度、颗粒度、失真度29第2章模拟X射线摄影成像原理

30第2节X射线照片影像质量的评价及影响因素一、X射线影像质量的评价（一）主观评价（二）客观评价（三）综合评价无论是主观评价、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31一、X射线影像质量的评价（一）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

32一、X射线影像质量的评价（二）客观评价是指对形成X射线照片影像的密度、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、相应函数等方法予以测定、评价

33一、X射线影像质量的评价（三）综合评价以诊断学要求为依据

以物理参数为客观手段

以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34二、X射线照片密度（一）概念指X射线胶片经过曝光后，通过显影等处理在照片上形成的黑化程度组织密度高的部位，X射线胶片感光少，经冲洗后银原子堆积少，照片显示白色；反之显示黑色照片密度是观察X射线照片影像的先决条件，构成照片的密度必须适当，才能符合影像诊断的要求35二、X射线照片密度（二）光学密度值用照片阻光率的对数值表示，无量纲

大小取决于入射光线强度（I0）与透过光线强度（I）的比值正常值：0.25～2.0

良好X射线诊断照片密度范围：0.3～1.536二、X射线照片密度（三）影响照片密度的因素1.曝光量2.管电压3.摄影距离4.增感屏

375.胶片的感光度6.被检体的密度及厚度7.照片冲洗因素

二、X射线照片密度（三）影响照片密度的因素1.曝光量（单位：mAs）当管电压一定时，决定X射线照片密度的因素是曝光量即管电流和曝光时间的乘积38二、X射线照片密度（三）影响照片密度的因素2.管电压（单位：kV）决定X射线硬度

X射线胶片感光效应与管电压n次方成正比

管电压增加，X射线穿透物体到达胶片的量增多，即照片密度增加39二、X射线照片密度（三）影响照片密度的因素3.摄影距离

X射线强度与摄影距离的平方成反比4.增感屏

主要是提高胶片的感光效率，增加照片的密度，为摄取组织密度高、厚度大的部位提供条件40二、X射线照片密度（三）影响照片密度的因素5.胶片的感光度照片的密度随着胶片感光度的增大而增高

在曝光量一定时，胶片的感光度越大，形成的照片密度越大6.被检体的密度及厚度

照片密度随着被检体的厚度和密度的增加而降低41二、X射线照片密度（三）影响照片密度的因素7.照片冲洗因素

照片冲洗加工不是导致胶片产生照片密度的决定因素

但胶片曝光后，只有通过冲洗加工才能显示出照片的密度42三、X射线照片的对比度（一）X射线对比度1.概念定义

X射线照射物体时，如果透过物体两部分的X射线强度不同，就产生了X射线对比度KX，也称射线对比度43三、X射线照片的对比度（一）X射线对比度1.概念定义

I0为入射线量；I1、I2为不同部位透过的X射线强度；μ1、μ2为物体不同部位的吸收系数；d1、d2为物体不同部位的厚度

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三、X射线照片的对比度（一）X射线对比度1.概念影响X射线对比度的因素

X射线吸收系数μ、物体厚度d、人体组织的原子序数Z

人体组织的密度ρ、X射线波长λ45三、X射线照片的对比度（一）X射线对比度1.概念人体对X射线的吸收按照骨、肌肉、脂肪、空气的顺序变小

所以在这些组织之间产生了X射线对比度46三、X射线照片的对比度（一）X射线对比度2.X射线对比度指数特点管电压上升，对比度指数下降，软组织间对比度指数更小；若管电压下降，指数上很快

47三、X射线照片的对比度（一）X射线对比度2.X射线对比度指数特点肺对比度指数在管电压上升时下降很快，但60～80kV，对比度指数几乎不变；

骨因含钙元素（Ca），到高压时才影响到光电吸收，所以骨的对比度保持较高48三、X射线照片的对比度（一）X射线对比度3.X射线对比度观察法透视法通过荧光倍增管，将波长为0.1×10-8～0.6×10-8cm的X射线转换成波长为5×10-5～6×10-5cm的可见影像49三、X射线照片的对比度（一）X射线对比度3.X射线对比度观察法摄影法直接摄影法：是胶片接收X射线对比度形成潜影后，通过显影处理而成为可见影像的方法间接摄影法：是用荧光倍增管将荧光板像增强为荧光像50三、X射线照片的对比度（二）X射线照片光学对比度1.概念定义X射线照片上相邻组织影像的密度差称为光学对比度

照片对比度依存于被照体不同组织吸收所产生的X射线对比度，以及胶片对X射线对比度的放大结果51三、X射线照片的对比度

52三、X射线照片的对比度（二）X射线照片光学对比度2.影响照片对比度的因素胶片因素射线因素被检体本身因素53三、X射线照片的对比度（二）X射线照片光学对比度2.影响照片对比度的因素胶片因素胶片的反差系数(γ值）直接影响着照片对比度，因γ值决定着对X射线对比度的放大能力，故称其为胶片对比度用γ值大的胶片比用γ值小的胶片获得的照片对比度大54三、X射线照片的对比度（二）X射线照片光学对比度2.影响照片对比度的因素射线因素

（1）X射线质：照片对比度的形成，实质上是被照体对X射线的吸收差异，而物质的吸收能力与波长（受管电压影响）的立方成正比

55三、X射线照片的对比度（二）X射线照片光学对比度2.影响照片对比度的因素射线因素

（2）X射线量：毫安·秒（mA·s）对X射线照片的对比度没有直接影响，随着线量的增加，照片上低密度部分影像的对比度有明显好转

56三、X射线照片的对比度（二）X射线照片光学对比度2.影响照片对比度的因素射线因素

（3）灰雾：原发射线产生许多方向不同的散射线，使照片的整体发生灰雾，造成对比度下降

57三、X射线照片的对比度（二）X射线照片光学对比度2.影响照片对比度的因素被检体本身的因素（1）原子序数：在X射线诊断中，被检体对X射线的吸收主要是光电吸收。特别是使用低千伏时，光电吸收随物质原子序数的增加而增加

58三、X射线照片的对比度（二）X射线照片光学对比度2.影响照片对比度的因素被检体本身的因素（2）密度：组织密度愈大，X射线吸收愈多（3）厚度：被检体密度、原子序数相同时，照片对比度为厚度所支配59四、X射线照片的锐利度（一）概念1.锐利度（S）指在照片上所形成的影像边缘的清晰程度

若以X射线照片相邻点的密度差D2-D1为照片对比度（K）

从D1到D2移行距离H为照片影像的模糊度，则锐利度S为60

四、X射线照片的锐利度（一）概念2.模糊度（H）指X射线照片影像轮廓边缘不锐利从一个组织的影像密度过渡到相邻另一组织影像密度的幅度

H值越大，表示两密度移行幅度越大，其边缘越模糊61四、X射线照片的锐利度（一）概念2.模糊度（H）62a、b为密度相同的一种组织结构c、d为另一种密度相同的组织结构Da、Db为组织a、b在照片上的光学密度分布Dc、Dd为组织c、d在照片上的光学密度分布D为光学密度H为从一种密度值（Db）到另一种密度值（Dc）

移行距离X射线照片模糊度示意图四、X射线照片的锐利度（二）照片锐利度与对比度、模糊度之间的关系1.照片对比度照片模糊度（H）一定时，照片锐利度与照片的对比度（K）成正比2.模糊度照片对比度（K）一定时，照片锐利度与模糊度（H）成反比理论计算与人眼感觉并不完全一致63四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素1.几何模糊X射线焦点不是理想的点光源，而是具有一定面积的点光源。因此，在X射线摄影时，由于几何学原因可形成半影（H）（1）半影大小的计算64

F为焦点的尺寸；b为肢-片距;a为焦-肢距四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素1.几何模糊X射线焦点不是理想的点光源，而是具有一定面积的点光源。因此，在X射线摄影时，由于几何学原因可形成半影（H）（2）影响半影大小因素：①焦点的大小

②放大率③焦点允许放大率65四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素（2）影响半影大小因素：①焦点的大小半影的大小与焦点的大小成正比，焦点越大则半影就越大66四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素（2）影响半影大小因素：②放大率67

G为肢体；S为影像a为焦-肢距；a+b为焦-片距X射线影像的放大率四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素（2）影响半影大小因素：③焦点允许放大率68国际放射学界公认的人眼的模糊值为0.2mm

四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素1.几何模糊X射线焦点不是理想的点光源，而是具有一定面积的点光源。因此，在X射线摄影时，由于几何学原因可形成半影（H）（3）减少半影方法：①尽量采用小焦点

②缩短肢-片距③尽量增加摄影距离69四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素2.运动模糊X射线摄影过程中，X射线管、被照体及胶片三者之间任何一个发生移动，所得摄影必然出现模糊，称为运动模糊（Hm）（1）运动模糊的计算70Hm=m（1+b/a）=m×Mm为物体运动幅度，a为焦-肢距，b为肢-片距，M为照片影像放大率四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素2.运动模糊X射线摄影过程中，X射线管、被照体及胶片三者之间任何一个发生移动，所得摄影必然出现模糊，称为运动模糊（Hm）（2）影像运动模糊的因素：①球管固定不牢固或发生机械故障②胶片移动③被检体运动71四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素2.运动模糊X射线摄影过程中，X射线管、被照体及胶片三者之间任何一个发生移动，所得摄影必然出现模糊，称为运动模糊（Hm）（3）减少运动模糊的方法：①保证X射线管、诊视床及滤线器托盘的机械稳定，发现故障及时维修②固定受检者肢体、屏气、缩短曝光时间或选择活动度较小的时机曝光72四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素2.运动模糊X射线摄影过程中，X射线管、被照体及胶片三者之间任何一个发生移动，所得摄影必然出现模糊，称为运动模糊（Hm）（3）减少运动模糊的方法：③尽量缩小肢-片距，使被检体紧贴胶片④配高灵敏度探测器、高感光度胶片、高增感率增感屏、强力显影液，减少曝光时间73四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素3.屏-片系统产生的模糊（1）定义：屏-片组合系统对照片影像产生一定程度的模糊（2）影响屏-片系统模糊的因素：①增感屏性模糊②屏-片接触性模糊③中心线斜射效应74四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素3.屏-片系统产生的模糊（2）影响屏-片系统模糊的因素：①增感屏性模糊：光扩散现象造成②屏-片接触性模糊：接触不良③中心线斜射效应75四、X射线照片的锐利度（三）影响照片锐利度的因素3.屏-片系统产生的模糊（3）减少屏-片系统产生模糊的方法①使用银盐颗粒小的低感光度胶片，荧光颗粒小的低增感率增感屏②使用密着较好的屏-片系统③尽量使中心线垂直于屏-片系统摄影76五、X射线照片的颗粒度（一）概念均匀的X射线束照射探测器（成像板）或屏-片系统之后，在照片上观察光学密度约为1.0时，照片出现不规则斑点，这种由小密度差形成的不均匀结构，呈现粗糙或沙粒状的效果称照片斑点，或称照片颗粒性。77五、X射线照片的颗粒度（二）影响颗粒度的因素1.增感屏结构

增感屏结构斑点—产生的因素包括荧光物质性能方面和工艺方面2.X射线的量子

量子斑点—单位面积吸收量子的数据统计学波动造成，量子数越少，量子斑点越大78五、X射线照片的颗粒度（二）影响颗粒度的因素

3.胶片胶片斑点—胶片内卤化银感光颗粒造成79六、X射线照片失真度（一）概念照片影像较原物体大小及形状的改变称失真，其变化的程度称为照片影像的失真度（二）种类

放大失真、歪斜失真、重叠失真80六、X射线照片失真度（二）照片影像失真度的种类1.放大失真（1）定义：X射线摄影的照片影像均有放大，由于被照体各部与胶片的距离不同，所以被检体各部位的放大率不一致，称为影像的放