模拟X线成像

医学影像成像原理医学影像成像原理医学影像成像原理第二章模拟x线成像陈凝江苏建康职业学院曹琰山东医学高等专科学校第一节模拟X线成像的基本条件第二节X线胶片的感光与冲洗原理第三节模拟X线影像的形成与传递第四节X线照片影像形成及其影响因素学习目标1.掌握X线管焦点的概念和特性；医用X线胶片的结构和特性；增感屏的基本结构和特性；X线胶片的感光原理；X线照片影像密度；X线照片影像对比度；X线照片影像锐利度；X线照片影像颗粒度及X线照片影像失真度；消除散射线的方法。2.熟悉X线成像性能的主要参量；X线束的特点；X线胶片的冲洗原理；X线摄影及X线透视的特点；X线影像的传递过程；散射线对照片的影响；滤线栅的主要性能参量。3.了解扁平颗粒技术；照片颗粒度的测量方法。第一节模拟X线成像的基本条件一、模拟X线成像的信息载体（一）X线束1．X线束的形状：X线管发出的X线是以阳极靶面的实际焦点为锥尖的锥形射线束。2．X线束的量与质：X线束的能量是对感光系统产生感光效应的根本因素。它取决于X线光子的数量以及单个光子的能量大小。（1）X线的量：决定X线的量多少的是管电流量。即曝光所用的管电流值与曝光时间的乘积，记做mAs。（2）X线的质：X线的质是用来描述单个X线光子能量大小的。X线质是由管电压kV所决定的。管电压值越大，X线束的总能量也就越大。摄影用X线束示意图3．X线束的能量分布X线束在照射野内的线量分布是不均匀的。（二）X线管焦点1．X线管焦点的概念X线管焦点是X线的发生区域。焦点的大小、形状及线量是X线管焦点成像性能的主要参量之一，与成像系统的成像性能有密切关系。（1）实际焦点：实际焦点是指灯丝发射的电子经聚焦后在X线管阳极靶面上的撞击面积。（2）有效焦点和有效焦点标称值有效焦点是指阳极靶面与X线管长轴的垂直面所构成的夹角。有效焦点标称值表示有效焦点的大小，其值是指有效焦点或实际焦点宽度上的尺寸。实际焦点与有效焦点示意图（3）主焦点与副焦点从灯丝正面发射出的电子先发散后会聚撞击阳极靶面形成主焦点；从灯丝侧方发射的电子先发散后会聚再发散撞击阳极靶面形成副焦点；主焦点与副焦点共同形成实际焦点。主、副焦点形成示意图2．X线管焦点的特性包括焦点的方位特性、焦点的阳极效应以及焦点面上的线量分布。（1）焦点的方位特性：在平行于X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，这一现象被称为焦点的方位特性。焦点的方位特性示意图（2）焦点的阳极效应:当阳极倾角约为20°时，进行X线量的测定，其结果是在平行于X线管的长轴方向上，近阳极侧X线量少，近阴极侧的X线量多，最大值在110°处，分布是非对称性的。这一现象被称为X线管的阳极效应。在X线管的短轴方向上，X线量的分布基本上是对称相等。X线量的空间分布（长轴）X线量的空间分布（短轴）（3）焦点面上的线量分布从焦点像上可以看出焦点面上的密度分布是不均匀的：沿焦点宽方向（X线管短轴方向）用密度计扫描得出两端密度高、中间密度低的双峰分布曲线；沿焦点长方向（X线管长轴方向）用密度计扫描得出两端密度低、中间密度高的单峰分布曲线。X线管短轴方向上焦点像线量分布（双峰）X线管长轴方向上焦点像线量分布（单峰）3．焦点的测试：两种方法（1）针孔照相设备成像法：适用于尺寸在0.3以上的焦点测试。（2）狭缝照相设备成像法：狭缝照相装置的材料可用钨、铼钨合金、铂铱合金或金铂合金等材料制成。4．焦点主要成像性能参量（1）焦点的大小焦点是一个有一定面积的发光源。由于X线影像是由物体吸收X线后产生的本影和几何原因形成的半影共同组成的。焦点尺寸越大则半影越大，影像表现越模糊。（2）焦点的极限分辨力：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，以每毫米中能够分辨出的线对数（LP/mm）来表示。X线管焦点小、焦点面上的线量分布为单峰时，R值大；反之，在X线管焦点大、焦点面上的线量分布为多峰时，R值就小；R值大时成像性能好。（3）焦点的散焦值(B)：是描述X线管焦点的极限分辨力R随着负荷条件的改变而相对变化的量，又称晕值。当管电压一定，随管电流增大，焦点的尺寸变大。当管电流不变时，焦点增涨随管电压的上升而减小。（4）焦点的调制传递函数：描述X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。MTF域值范围：MTF的最大值为1，最小值为0，即0≤MTF≤1。二．模拟X线成像的信息源1.X线成像的信息源为受检的人体。2.人体中有骨骼、肌肉、脂肪、空气等各种组织结构。3.X线在透过人体时，主要发生光电效应和康普顿效应两种作用形式的衰减。三．模拟X线成像的信息接收器透视的信息接收器是荧光屏或影像增强系统。荧光颗粒在X线的激发下产生不同的荧光强度形成透视影像。模拟X线成像的信息接收器是屏-片系统。屏-片系统由增感屏与X线胶片系统组合而成。屏-片系统使胶片感光形成潜影，通过冲洗处理形成照片影像。（一）医用X线胶片1.种类(1)直接摄影用X线胶片1）感绿胶片：是一种配合发绿色荧光的增感屏使用的正色胶片，其吸收光谱的峰值为550nm。感绿胶片的最大特点是，在与发绿色荧光的稀土增感屏组合下感度可高达1200，能使被照体X线的接受剂量大幅度减少。①T颗粒胶片：将卤化银颗粒切割成扁平状，以预期的方式系统地排列，并在乳剂中加入防止交叠效应的染料，从而增加了影像的清晰度。②普通正色胶片：是一种配合发绿色荧光增感屏使用的正色胶片，与T颗粒胶片的不同之处在于卤化银乳剂仍是传统颗粒。此类胶片已被相对应的T颗粒胶片取代。③乳腺摄影用正色胶片：是一种作为乳腺摄影用最佳选择的胶片。以高对比度为主要特点，其产品类型主要有高分辨力、高感度、单层或双层乳剂等。④高清晰度摄影用正色胶片：是一种高分辨力、高对比度胶片，特别适于要求提供高清晰的图像，显示组织微细结构信息的四肢摄影。2）感蓝胶片：是配合发蓝色荧光的增感屏使用的胶片，因感光乳剂的固有感色是以蓝色为主，所以不添加感色剂，故此类胶片也称色盲片。其吸收光谱的峰值为420nm。①标准感度胶片：是标准感度的通用型胶片。适用于大部分的一般摄影，性能适中，低灰雾、高对比，可使骨骼、空气和对比剂之间对比度增强。可以和各种发蓝紫色荧光的增感屏匹配，可同时适用于手工冲洗和自动冲洗。②大宽容度胶片：是一种专为一般摄影中要求具有宽容范围的部位而设计的胶片。其特点是感蓝、中速、对比度相对较低，但可呈现出一个大宽容的密度范围，摄影条件可因此有较大的通融性，适用于胸部及腹部摄影。(2)激光打印及热敏成像胶片1)激光胶片：属于银盐材料，其对可见光敏感；用于记录激光扫描图像。按激光种类分为红外线激光胶片和氦氖激光胶片两种。2)热敏胶片：属于非银盐材料，其对可见光不敏感。常使用碳黑材料，用于干式打印方式。可在明室下操作。（3）多幅相机胶片多幅相机胶片亦称CRT记录图像，适用于CT、MRI、DSA、ECT、超声等图像技术的记录。其特点是能摄取显示器屏幕影像，单面涂布感光乳剂，背面涂有防光晕层以减小荧光物质造成的模糊，成像清晰、细腻。（4）影像增强器记录胶片1)荧光电影胶片：用于摄取动态荧光电影图像。由于心脏血管放射学的发展，对荧光电影成像技术的要求更加广泛和严格。因此相应的胶片既需要有很高的感光度，又要有颗粒细腻的特点。2)荧光屏图像及荧光缩影胶片：用于荧光屏下的（点片）摄影或体检荧光缩影。2.结构(1)医用银盐感光胶片：其结构主要由保护层、感光乳剂层、片基及附加层构成。1)保护层：在乳剂层的表面涂有一层韧性很强的明胶，防止质地柔软的乳剂层受到机械损伤，予以保护。2)感光乳剂层：主要由卤化银和明胶组成。卤化银是胶片产生影像的核心，从胶片制作到曝光、冲洗都是围绕着它进行的。它是以微晶体状态存在，其感光作用是以每个晶体为单位进行的，胶片记录下来的影像效果，是千千万万个微小卤化银晶体感光效应的总和。溴化银晶体结构如下：溴化银晶体结构•明胶是由动物骨皮精选提炼而成。•卤化银均不溶于水，不能直接涂布于片基上。•明胶使卤化银晶体处于永久性的悬浮状态，互不接触，并能均匀涂布在片基上。•卤化银加入明胶后呈淡黄色的乳状物，所以称之为“乳剂”。•明胶使用的作用如下：①提高感光乳剂的感光度②起保护性胶体作用③吸水膨胀后具有多孔性④具有热熔冷凝性⑤具有很强的粘性⑥明胶参与坚膜作用色素：有机染料，调节胶片的吸收光谱范围。感蓝胶片：不含有色素，又称色盲片。感绿胶片：对荧光体发出的绿色光最敏感，需要在胶片乳剂中加色素（如碳菁），使乳剂的吸收峰值移向绿色波长（550nm）范围来提高感光度。色素对胶片吸收光谱的调节3）片基：是一种具有透明、柔软特性和一定机械强度的塑料薄膜，是乳剂层的支持体。选择片基材料要考虑其相关性能：①光学性能②物理性能③化学性能④制造适宜性。片基根据所采用的材料不同，可分为硝酸纤维素片基、醋酸纤维素片基和聚酯片基三类。其中聚酯片基（又称涤纶片基）是目前最常用的。4）附加层：包括底层和防光晕层。底层又称结合层。片基表面有憎水性，不易与亲水的乳剂层粘连，防光晕层又称防反射层。3．医用X线胶片的感光特性及测定（1）感光材料的照相性能：①感光性能②物理性能③成像性能（2）胶片特性曲线：描绘曝光量与所产生的密度之间关系的一条曲线，可以表示出感光材料的感光特性。胶片特性曲线由足部、直线部、肩部和反转部组成。X线胶片特性曲线①足部：特性曲线开始的部分，走行近似与横坐标平行，密度的上升与曝光量不成正比。感光材料对曝光量开始产生反应的这一点称为初感点。②直线部：光学密度与曝光量的增加成正比，曲线沿一定的斜率直线上升。它在整个特性曲线中是曝光正确的部分，也是X线摄影力求利用的部分。③肩部：肩部的光学密度随曝光量的增加而增加，但不成正比，照片影像上显示为曝光过度。④反转部：随曝光量的增加，光学密度反而下降，影像密度呈现逆转。本底灰雾（最小密度）：感光材料未经曝光，而在显影加工后部分被还原的银所产生的密度，称为本底灰雾或最小密度。它由片基灰雾和乳剂灰雾组合而成。片基灰雾是指感光材料不经显影，直接在定影中处理，将卤化银全部溶解之后的密度。乳剂灰雾是指乳剂制作中，为谋求一定的感度而产生的接近于显影中心程度的感光中心。这种较大的感光中心称为灰雾中心，灰雾度的大小取决于乳剂中灰雾中心的量。乳剂灰雾可由本底灰雾减去片基灰雾得到。感光度（S）：是指感光材料对光作用的响应程度，也即感光材料达到一定密度值所需曝光量的倒数。医用X线胶片感光度定义为，产生密度1.0所需曝光量的倒数。胶片的相对感度反差系数（γ值）：亦称对比度系数。是指特性曲线直线部分的斜率。最大密度（Dmax）：对感光材料来说，密度上升到一定程度时，不再因曝光量的增加而上升，此时的密度值称为最大密度。宽容度（L）：是指特性曲线上直线部分在横坐标上的投影，表示正确曝光量的范围。X线胶片的宽容度（3）感光测定1）定义：是一种表示感光材料所接受的曝光量，同由此产生的密度之间关系的定量测定方法。2）应用：胶片特性进行测定、显影液性能的测定、冲洗机因素的测定、增感屏感度的测定、X线物理特性对影像影响的测定等。3）感光测定的方法：时间阶段曝光法铝梯定量测定法（自举法）距离法铝梯法特性曲线的制作距离法感光测定示意图（二）增感屏1．种类（1）钨酸钙屏：其荧光体为钨酸钙（CaWO4），发射光谱主要在350nm～560nm之间，峰值在420nm左右，与感蓝片组合使用。（2）稀土增感屏：其荧光体是一种由稀土元素组成的“赋活型”荧光体。稀土增感屏又分两类氟氯化钡/铕屏：发光光谱在蓝紫色光区（峰值420nm），需匹配感蓝胶片组合使用。硫氧化钆/铽屏：发光光谱在黄绿色光区（峰值550nm），需匹配感绿胶片组合使用。（3）特殊增感屏1）超清晰型增感屏：适用于远端四肢关节摄影，观察微细的骨纹理影像。2）高感度增感屏：尺寸长，由不同感度的荧光体组合而成。用于全身脊柱摄影、上下肢全长摄影、血管造影等。3）乳腺摄影专用增感屏：以单层乳剂胶片与单张软X线增感屏组合使用，可将照射剂量减少到1/15～1/30。2．增感屏的结构（1）保护层