第4章 X射线的摄影与透视

1、第4章X射线的摄影与透视,4.1X射线摄影,一、胶片,胶片的作用：记录，显示，存储。,感光层,1）明胶乳剂2）卤化银（AgX）颗粒氟化银（AgF）、氯化银（AgCl）、溴化银（AgBr）、碘化银（AgI）等,胶片的曝光,曝光潜影显影定影,胶片的几个概念,1）光密度：物体对光的吸收程度2）曝光度：投照光强度对投照时间的积分。用H表示。H=It注意：胶片光密度随曝光度增大而加大3）感光度：感光的速度。影响曝光量。4）黑度：胶片变黑的程度。黑度就是胶片的光密度。用D表示。,胶片的光密度,胶片变黑的程度，也称黑度。,（1）有一个线性部分，最佳工作部分（2）H=0时，D=D00，底片黑雾，D0越小越好,

2、X射线摄影,涂有化学物质的胶片，感光发生化学反应，在胶片上形成普通X射线摄影；化学反应：X线照射胶片，使胶片中卤化银还原为银，残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影像。,X射线摄影的优势,a.分辨率高，X线摄影的空间分辨力，决定于胶片感光颗粒的大小，约0.1-0.2mm，这个分辨力在目前所有的医学影象中是最高的。b.X线剂量比X线透视小的多。c.光越强，银还原越多，照片越黑。骨头在X透视中为黑X摄影中为白（曝光率小）,胶片,直接成像用胶片配合增感屏用胶片（屏片成像）,二、增感屏,X射线增感屏荧光胶片感光,荧光现象,荧光物质跃迁不改变物质的物理化学性质,荧光材料与荧光屏,1）荧光材料的使用是

3、X线照相术的一大进展。2）荧光材料对X线的吸收系数大于胶片的感光乳胶，而且感光乳胶对荧光材料吸收X线后所发出的荧光即可见光的敏感度大于对X线的敏感度，所以，使用荧光材料进行一次光子能量转换后胶片曝光得到的光密度远远大于胶片直接对X线曝光的光密度。3）可显著提高X线照相的灵敏度，缩短曝光时间，降低X线剂量。,荧光材料与荧光屏,X线荧光材料通常制成很细的粉末，与粘结剂混合后均匀涂敷在硬纸板或合成纤维板上，制成X线荧光屏。荧光屏的功能在于：1）吸收X线光子能量2）将吸收的能量转换成荧光（可见光）辐射。,荧光材料与荧光屏,荧光屏的吸收效率：2070%影响因素：荧光材料（密度、等效原子序数）厚度X线能谱

4、,荧光屏的转换效率：520%决定于荧光材料（等效原子序数）当转换效率为5%时，一个50keV的X线光子平均能够产生1000个蓝绿光光子（2.5eV）。,荧光材料与荧光屏,荧光材料与荧光屏,荧光屏对成像的影响大幅降低曝光剂量kVp和mAS造成图像质量一定的退化吸收效率和转换效率,X线荧光屏的分类,增感屏增感屏与胶片配合，用于X线照相，侧重于图像质量的提高。透视屏透视屏用于X线荧光透视，侧重于灵敏度。,X线荧光屏,增感屏X线照相荧光辐射光谱与胶片感光光谱前屏和后屏,图5-1增感屏用于X线胶片成像,散射与滤线器,散射与滤线器,康普顿散射，影像灰雾,4.1.4、X射线造影与造影剂,X射线造影与造影剂,

5、常规X线摄影的特点：1）人体中肺，肠，胃中空气吸收X线最少，密度最低，钙盐密度最高，吸收X线最多。2）脂肪，软组织物质密度差异小，很好的曝光率条件才能显一点差别。3）各种软组织和体液，密度接近，导致影象差别极小，使X线影象诊断受影响。,造影剂的引入,注入待检器官，引入密度差分类：阳性造影剂阴性造影剂阳性：原子序数大，物质密度高，对X线吸收强。钡剂，碘剂阴性：原子序数小，密度小，吸收少。如空气，氧气，二氧化碳，笑气等。,造影剂的要求,1）无毒，无刺激性，副作用小。2）容易吸收，排泄，不久存体内。3）理化性能稳定，便于存储。4）Z大（或小），密度大（或小），用于Z小（或大），密度小（或大）的组织器

6、官中，形成影像差别。,血管造影,钡餐透视,钡餐透视,碘比铅是更好的造影剂,4.2X线透视,1、普通X射线透视原理：人体各组织，器官在密度，厚度方面存在差异，对X线的衰减不同，X线可在荧光屏上形成明暗不同的点形成的影像。应用：1）对这个影象的分析，可判断组织器官的形态功能。2）可观察器官的活动情况，如心脏搏动，膈肌运动，肠胃蠕动，有功能成像的意义。,X线透视的优缺点,优点：方便，简单，便宜缺点：1）辐射剂量大得多，被检者与医生不可避免地受到辐射影响2）普通X透视不能留下客观记录3）荧光屏亮度有限，人视觉灵敏度低，荧光物质颗粒较大，在影像的转换过程中，细微结构变的模糊不清。,2.X线影像增强器,可

7、提高透视亮度1000-10000倍X线影像增强器（XIIX-rayImageIntensifier）,图5-9XII结构,输入屏：涂有原子序数较高的碘化铯荧光粉，从人身过来的X射线转化为荧屏影像，产生荧光，与光电阴极偶合，直径1040cm。光电阴极：半透明铯化锑，在光子照射下，发射低能电子，光电子数量与输入屏上亮度是线性关系，形成电子影象。聚焦电极：防止电子发散。阳极：加2530KV电压，加速光电子，使之打在输出屏上，电子影像再次转化为荧光影像。输出屏：涂有硫化锌镉的荧光屏。电子流打击输出屏，会发出荧光。直径1.32.6cm,XII的结构,X线影像增强器优点,1）用增强器后，X线剂量减少为1/

8、10；2）图像亮度大大增加，不要暗室；3）新荧光物质和工艺，使影像分辨率大大增加，分辨细微的病变；4）成像速度快，适合实时成像为X线电视，录像、电影打下基础。5）剂量减小，使X线管负荷也降低，便于减小焦点，提高影像质量。,影像增强器的性能参数,1、增益在同样剂量X射线照射时：增益=影像增强器输出屏亮度/普通透视屏亮度2、图像缩小增益gm=输入屏面积/输出屏面积3、能量放大增益gf=输出屏光子数/输入屏光子数4、影像增强器的图像亮度总增益g=gmgf,X线影像增强器,缺点：视野小，几何畸变；,基于XII的X线成像摄像系统,基于XII的X线成像摄像系统,基于XII的X线成像应用,明室透视血管造影和

9、血管减影介入治疗数字X线成像,4.3数字X射线成像,4.3.1概述,传统屏-片成像优点空间分辨力高、价格低廉，X线设备造价低、维护费用低,传统屏-片成像,缺点动态范围小；需要化学处理，影响图像质量，污染环境；无法进行后处理，废片率较高；图像获取、显示、存储和传递的功能均以胶片为载体，无法复制；消耗白银,数字X线成像系统,基本特征用电子探测器取代胶片；用软拷贝（softcopy）显示取代胶片和灯箱。基本构成X线源图像获取及处理子系统图像处理及显示子系统图像存储、归档子系统,数字X线成像系统,优点动态范围大；不需胶片，直接成像；具有强大的图像后处理技术，曝光条件不够理想的图像经处理后可以满足诊断要

10、求，不必再次曝光；图像获取、显示、存储和传递的功能相互分离，显示、存储、复制和传递非常方便，是远程放射学和远程医疗的基础。,分类,1）XII+摄像机2）接收屏+镜头耦合+CCD3）光纤渐缩管+CCD4）ComputedRadiography（CR）1982年日本富士公司开发，目前应用最广5）平板探测器（FlatPanelDetector,FPD）1997年开始出现,XII+摄像机,摄像机Vidicon（VIDeo+ICONoscope）CCD,接收屏+镜头耦合+CCD,光纤渐缩管+CCD,1、数字透视（DF）,主要部件：X射线发生器、影像增强器、电视摄像机、AD转换器、计算机。用于影像图象要求

11、不高的场合。,2、扫描投影放射摄影,1.点扫描（飞点扫描）摄影点扫描（飞点扫描）摄影就是将X射线管发出的X射线准直为一很细（笔形）的X射线束，这束很细的X射线通过被检者的身体进入探测器，在探测器内由荧光物质转换成可见荧光，被反光材料反射至光电倍增管变换为电信号，输出一个与入射X射线强度成正比的电脉冲。优点：人体受辐射少，图像清晰。缺点：速度慢，有失真。,2.线（扇）扫描法线（扇）扫描法是用一个与一维探测器组（线阵探测器）在同一平面内的狭缝准直器将X射线准直成一扇形X射线束（如图2-16所示），当扇形射线束通过被检物体到达探测器后，由探测器转换成具有被检测物体上某一行信息的电信号，这个电信号经A

12、/D转换后，变为X射线数字影像中的“行”。扫描时间较点扫描短。X射线源的使用效率低。,4.3.2胶片数字化,1）CCD数码照相机,1.动态范围小2.小范围拍摄,胶片数字化,2）线阵CCD扫描仪,1.CCD噪声2.动态范围小,胶片数字化,3）激光逐点透射扫描仪,最为常用,光透射类扫描仪技术分析,1、由于光密度与胶片透射率是对数关系，D=lg(I0/I)信号放大电路采用对数放大器。,光透射类扫描仪技术分析,2、数字化光密度动态范围由计算机及A/D转换器位数决定。如光密度信号04V，12位A/D，每位数0.001个单位光密度。3、空间分辨率：取样光窗大小电子学系统带宽（取样率）胶片传送速度机械传送精

13、度4、扫描速度,4.3.3计算机X射线摄影术（CR）,计算机X射线摄影术,ComputedRadiography（CR）,核心技术是IP板1）IP的构成2）IP信息的数字读取,将胶片用IP板代替,IP板的结构,IP板的技术核心是荧光层,核心是成像板IP,成像板的结构（IP:ImagingPlate）：光可激发磷光体，光激励发光现象（PSP:PhotostimulablePhosphor）氟卤化钡BaFX:Eu+PSP受X线照射后电离形成电子-空穴对，这些带电粒子在PSP晶格中累积并能保持一段时间，在成像板中形成潜像。典型材料：氟卤化钡晶体最常用,核心是成像板IP,成像板的结构（IP:Imagi

14、ngPlate）：带有潜像的IP板在一定波长的激光进行二次激发会发出可见荧光，这就是光激励发光现象。氟卤化钡存在光激励发光现象的机理尚不明了。,IP的读出,CR的特点,数字化成像动态范围比传统摄影大几个数量级需要的射线剂量比传统摄影小可重复使用缺点：时间分辨力差，空间分辨力比X摄影稍差,4.3.4直接数字摄影术-DR,直接数字摄影术,DirectDigitizedRadiography（DDR）,核心技术是平板探测器1）直接转换平板探测器2）间接转换平板探测器,直接转换平板探测器,X射线强度直接转换为电信号,间接转换平板探测器,间接平板探测器的多层结构,细针状或柱状的碘化铯CsI:Tl铊晶体,

15、X射线强度先转换为荧光，再转为电信号,间接转换平板探测器,X射线强度先转换为荧光，再转为电信号。读取电路,DR胸片的一个例子,DR的特点,射线利用率高，DR：65，CR：35X摄影：25，进一步降低剂量有潜力空间分辨力高，非常接近X摄影缺点：时间分辨力稍差，读取数据57秒，恢复过程需13s技术研发焦点：提高动态显示能力。,4.3.5多丝正比法,多丝正比电离室,由两块作负电极的平行金属网中间夹有作正电极的平行金属丝平面构成一个单元，室中充以氩和甲烷或二氧化碳等混合气体。电极间加直流高压，电压处在正比区。当高能带电粒子穿过多丝正比室，使路径上的气体原子电离，电离产生的电子在附近某一金属丝的电场中形

16、成雪崩式的电离增殖，其放电的总电量正比于初始电离中的电子数目。利用专门的电子线路可确定入射粒子形成的电压，进一步由多个单元定出一行。,多丝正比电离室,多丝正比室获得广泛应用的原因是:定位精度高(几百微米)、时间分辨好(约20纳秒)、直流高压下自触发工作、连续灵敏、能同时计数和定位、易加工成各种形状和尺寸、能在高磁场中工作、有较好的能量分辨本领，并可从一个室单元中同时读出x、y两维坐标。因为正比室灵敏度高，可以减少辐射剂量。,4.3.6数字减影血管造影（DSA）(DigitalSubtractionAngiography),起源：1）X线透视和造影包含图像重叠的问题。2）1934年开始用胶片做光

17、学减影，特别适合做血管系统的检查。3）缺点：浪费大量胶片，易于丢失信息，不能实时显示，方法复杂。4）因计算机技术发展，DSA从80年代开始得到发展。,DSA的分类,1）时间减影（最常见）一般DSA均指时间减影2）能量减影,时间减影的DSA原理示意,（时间减影的）DSA原理示意,普通数字造影图像（a）和数字减影血管造影图像（b）的对比,DSA的原理,1.入射I0与透射IT间符合指数衰减规律2.在未注入造影剂时血管也看成软组织,DSA的原理,在未注入造影剂时有：即：在注入造影剂后：有：即：,DSA的原理,造影前后透过X线强度的对数差为：使血管分辨清晰,时间DSA的几点结论,1）减影后的图像信号与造

18、影剂的厚度成正比；2）图像也与造影剂与背景软组织衰减系数的差成正比，差越大越好；3）减影后的图像与骨和软组织的结构（厚度）无关。减影后，可消除骨、软组织对图像的影响。,与胶片减影相比DSA的优点,1）图像叠加精确，动态范围大2）屏幕显示，便于分析。3）几乎实时处理，耗时很少。4）数字图像存储方便，可随时校正图像伪影。,DSA的缺点,1）成像质量受病人移动、心搏、吞咽、肠蠕动等影响；2）不进行选择性注射时，血管重叠。3）影响程度还可忍受，临床应用广泛。,影响DSA图像质量的因素,1）噪声：X线散射噪声、电子电路噪声等，主要是散射噪声，被检体厚度越大，散射越多。2）运动伪影，无法配准。3）造影剂浓

19、度要求的浓度与血管直径成反比，血管粗，可以浓度低，反之，要求浓度高4）被试的器官状态与精神状态。,2、能量减影,成像基础：机理1：碘、钨等的边缘吸收现象中衰减系数的大幅波动（光子能量小幅变化，其他组织的衰减吸收变化不大）机理2：介质衰减系数不是一个恒定值，在X线能量增大时，会明显下降。骨与软组织的下降速度不同。,“吸收边缘”（Absorption-edge）现象）（回顾）,吸收边缘也称吸收限以钨靶为例子说明钨原子电子结合能(keV)K：69.525KeV，（碘约为33keV）L：10.20712.100KeV，M：1.8092.820KeV,图3-2质量衰减系数与光子能量的关系（回顾）,吸收边缘（吸收限