最全的医学成像原理课件-第3章-模拟X线成像

第三章模拟X线成像主要内容•第一节模拟X线信息影像•第二节模拟X线成像信息接收器•第三节X线影像信息载体•第四节X线照片密度•第五节X线照片对比度•第六节X线照片的层次•第七节X线照片的锐利度•第八节X线照片影像的失真第一节模拟X线信息影像•模拟X线图像形成的三个基本条件：•第一，X线具有一定的穿透力，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、原子序数和厚度的差异，X线在穿透过程中被吸收的线量不同，透过的线量有差别；•第三，透过的有差别X线是不可见的，经过成像介质的显像，在X线片上（或荧屏上）显出具有黑白（或明暗）对比、层次差异的X线图像。一、X线透视及其特点•X线透视分为荧光屏透视和影像增强器透视等。•早期使用的荧光屏透视，因为荧光强度低，需要在全黑的环境下直接观察由X线激发的荧光屏的亮度所显示的影像，由于荧光屏亮度太低，图像质量差，检查时患者及医生接受的辐射剂量大，防护条件差。•影像增强器透视：此方式影像亮度高，便于观察，可以实现医生的明室操作环境，提高了诊断的正确率和工作效率，监视器可以放在任意位置，方便观察并且为隔室透视提供了技术基础。•透视的优点：可以动态、多角度、适时的观察组织器官的形态，并可以立即得到检查结果。•缺点：其影像细节的显示与屏-片系统摄影相比还不够清晰，非数字化透视装置不能留下动态的永久记录。另外，透视对于患者的辐射剂量比较大，所以选择透视检查手段时要慎重考虑其必要性。二、X线摄影及其特点•X线摄影主要优点是照片影像空间分辨力较高，可长期保存记录，便于复查对比，被检者接受的X线量少，缺点是照片仅是瞬间的固定影像，难以了解脏器的动态变化。•其他还有软X线摄影、眼异物定位以及X线造影等检查方法。第二节模拟X线成像信息接收器•一、医用X线胶片•二、增感屏•三、扁平颗粒技术•四、荧光屏及X线电视系统一、医用X线胶片•（一）种类•1．直接摄影用X线胶片•（1）感绿胶片：这是一种配合发绿色荧光增感屏使用的胶片，吸收光谱的峰值约为550nm。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，被照体X线的接受剂量大幅度减少。•（2）感蓝胶片（色盲片）：是配合发蓝色荧光增感屏使用的胶片，感光乳剂的固有感色是以蓝色为主，不添加色素。其吸收光谱的峰值约为420nm。•2．激光打印及热敏成像胶片•（1）激光胶片：激光胶片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，按后处理形式分为干式和湿式两类。•湿式激光胶片主要特点是具有极微细的乳剂颗粒，片基背底涂有防光晕层；可体现高对比度、高锐利度图像特点；可感受红色激光、红外线激光或记录氦氖激光图像。属超微粒单层乳剂胶片。•（2）热敏胶片：用于干式打印方式，常使用碳黑材料，不对可见光感光，多属非银盐材料。直接热成像方式使用的胶片，在可见光下曝露后仍可使用，不影响成像效果。激光打印及热敏成像一般习惯上称其为〝干式激光打印〞；而采用非激光、直接热成像技术的打印成像，一般称其为〝干式打印〞。•3．多幅相机胶片亦称CRT记录图像。适用于CT、MRI、DSA、ECT、超声等图像的记录。•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。在核医学的动态研究中，能以低剂量而显示出高清晰的图像效果。•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。胶片既有很高的感光度，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。•影像增强器记录胶片随着数字化影像的普及和开发，逐渐被淘汰。•此外，还有一些特殊片种，包括直接复制用反转片、直接反转型幻灯片、手术摄影专用胶片、自动冲洗机辊轮清洁片等。•（二）医用银盐感光胶片的结构及成像原理•1．结构主要由感光乳剂层、片基、附加层构成。•（1）感光乳剂层：感光乳剂层主要由卤化银（AgX）和明胶组成。•1）卤化银：是一种具有感光性能的物质，起着记录影像的作用。其中氯化银（AgCl）、溴化银（AgBr）、碘化银（AgI）分别为白色、乳白色和淡黄色的固体，都应用于感光材料。只有氟化银因极易溶于水，不能应用。•晶体颗粒大，感光度高；晶体颗粒小，分辨力高；晶体颗粒分布均匀，颗粒性好；晶体颗粒大小不一，宽容度大。•2）明胶：用于感光材料的各种卤化银均不溶于水，不能直接涂布于片基上。因此，需要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。•明胶的作用：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；⑥参与坚膜作用，加入坚膜剂后明胶熔点可从30oC提高到70oC。•明胶的性能不稳定，随动物生长条件的不同而变化，这常常给胶片的感光特性带来不稳定的因素。•3）色素：色素为一种有机染料，用以调节胶片的吸收光谱范围（感色性）。不含有色素的胶片，其吸收光谱范围大都限制在500nm以下的蓝、紫色光区域，此称为卤化银〝固有感色波长域〞。•（2）片基：片基是乳剂层的支持体，承载感光乳剂的涂布。•片基应具备条件：①光学性能，片基本身无色透明；②物理性能，片基的平面性、均一性良好，无晕残影。坚韧而不脆，具有一定机械强度和几何尺寸稳定性，导电性好。有耐热性，热变形尺寸很小，软化温度高，不易燃烧；③化学性能稳定，同乳剂及冲洗药液不起任何化学反应；④制造适宜性。•（3）附加层：附加层包括保护层、底层及防光晕层（防反射层）。•1）保护层：为防止质地柔软的乳剂层的机械损伤，在其表面涂有一层韧性很强的胶体，予以保护。•2）底层（结合层）：为使乳剂层牢固地粘附在片基上，在片基表面涂有一层粘性很强的胶体，以防止乳剂层在加工时脱落。•3）防光晕层（防反射层）：作用是防止光线从片基反射回去，再次使乳剂层感光，造成影像的灰雾。防光晕层中的光吸收物质，主要有胶体银、防光晕染料和炭黑。•此外，在X线胶片中还涂有防静电层，防腐层或在保护层、乳剂层中加入防静电剂、防腐剂、坚膜剂、防灰剂等成分。•2．感光原理•（1）光化学反应：是指物质见光后能引起化学变化的现象。反应的过程是光量子进入反应物（AgX）后，光子所具有的能量（E＝hυ），恰好能使反应质点（活化分子、原子、离子）的某些电子从低能级达到使质点活化所需的高能级。•（2）潜影的形成：潜影是感光胶片被曝光后，在胶片内部产生的微量的新生银原子团。•当AgX接受光的照射（曝光）后，AgX吸收光量子能量，光量子激发了溴离子，使溴离子的电子能量加大，而脱离了溴离子，即：•此电子又去还原AgX中的银离子而成为银原子。•这种反应的结果，使得胶片上以感光中心为基点的周围产生了更多的银原子，当银原子的数量增加到一定程度，就会催化显影剂对感光银盐的化学反应，这种数量增加的银原子集团称为显影中心。无数的显影中心在胶片上的分布就形成了潜影。•（3）感光现象：银盐感光材料的感光在一定条件下可能出现几种感光现象。•1）互易律失效•2）间歇曝光效应•3）反转现象•4）静电效应•5）压力效应•3．感光效应使感光系统（屏-片系统）产生的感光效果称为感光效应（E）。感光效应受诸多摄影因素的影响，可近似地表示为：•式中：V代表管电压（kV）；I代表管电流（mA）；t表示摄影时间（s）；f代表增感屏的增感率；S表示胶片的感光度；Z表示焦点物质的原子序数；r表示焦-片距（cm）；B代表滤线栅曝光倍数；Da代表照射野面积（cm2）；K表示除上述因素以外所有能影响感光效应的因素，如电源质量，整流方式、X线机性能、显影液性能等。•4．显影的原理•显影是氧化还原反应。是将已感光的卤化银用还原剂（显影剂）还原成金属银，进而形成影像。•曝光胶片的总反应为：•显影剂+卤化银→显影剂氧化物+金属银+卤化氢•随着银原子还原数量不断、快速、大量的增加，照片的光学密度值（黑化度）越来越大，直至达到诊断所需密度值为止。•（三）医用激光胶片结构及成像原理•1．结构激光胶片分干式和湿式两种，其基本结构是一种单面乳剂层胶片。主要由保护层、乳剂层、结合层、片基及防光晕层组成。•2．湿式激光胶片的成像原理是把各图像的像素灰阶值输入到存储器中，在计算机直接控制下使用激光束对专用激光成像胶片上各像素单元曝光，如下图所示。•2．湿式激光胶片的成像原理是把各图像的像素灰阶值输入到存储器中，在计算机直接控制下使用激光束对专用激光成像胶片上各像素单元曝光，如下图所示。•2．湿式激光胶片的成像原理是把各图像的像素灰阶值输入到存储器中，在计算机直接控制下使用激光束对专用激光成像胶片上各像素单元曝光，如下图所示。•3．干式激光胶片成像原理成像过程为：①利用红外激光光源对干式卤化银胶片进行激光扫描，银盐吸收光后，在胶片内形成潜影；②曝光后的胶片，通过热敏鼓加热使热能作用于潜影。•3．干式激光胶片成像原理成像过程为：①利用红外激光光源对干式卤化银胶片进行激光扫描，银盐吸收光后，在胶片内形成潜影；②曝光后的胶片，通过热敏鼓加热使热能作用于潜影。•（四）热敏干式胶片结构及成像原理•热敏干式胶片不含卤化银，其记录层由碳黑替代。不需要暗室及化学处理，一切操作过程可在明室进行。•1．结构由热敏记录层、保护层、背层和基层组成。背层又由UV吸收层和无光层组成。•2．直接热敏成像原理是利用热力头对热敏胶片打印成像。热力头能把电力转变成热力，在热敏胶片上进行打印。•感热记录方式有：①助熔热复制方式；②升华热复制式；③直热记录式。•（五）医用X线胶片的感光特性及测定•1．感光材料的照相性能感光材料的照相性能包括：①感光性能。感光材料的感光度、灰雾度、反差系数（平均斜率）、最大密度、宽容度等参数，可通过感光测定获得；②物理性能。感光材料的熔点、厚度、保存性、感色性、色温性等，可通过物理性测定方法获得；③成像性能。感光材料的清晰度、分辨力、颗粒度、调制传递函数等参数，可通过成像质量测定方法获得。•2．胶片特性曲线•（1）胶片特性曲线：•1）光学密度与曝光量：•光学密度：是指胶片乳剂层在感光及显影作用下黑化程度的物理量。数值上等于阻光率的常用对数值，记作：•式中：D为光学密度；I0为入射光强度；I为透过光强度。•曝光量：表示光强度与曝光时间的乘积。记作：•式中：E为曝光量，I为光强度，t为曝光时间。•2）胶片特性曲线定义：是指曝光量与曝光量所产生的密度之间关系的一条曲线，由于这条曲线可以表示出感光材料的感光特性，所以称之为特性曲线。•3）胶片特性曲线组成：由足部、直线部、肩部和反转部组成。•4）感光特性值：本底灰雾（Dmin）、感光度（S）、反差系数（γ值或G值）、最大密度（maxD）、宽容度（L）等感光材料的感光性能参数。•本底灰雾（最小密度Dmin）：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。•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。•最大密度（Dmax）：对某种感光材料来说，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（Dmax）。•宽容度（L）：是指特性曲线上直线部分在横坐标上的投影，表示的是正确曝光量的范围。从X线摄影角度讲，有效宽容度是指产生诊断密度（0.25～2.0）所对应的曝光量范围。反差系数γ越大，宽容度L越小，而不同组织间的影像锐利度越高；γ越小，L越大，信息增多，影像层次丰富，摄影条件的通融性也增大。•3．感光测定简介•（1）定义：感光测定是一种表示感光材料所接受的曝光量，同由此而产生的密度之间关系的定量测定方法。•（2）应用：感光测定除对感光材料的相关胶片特性进行测定外，还可以利用其进行显影液性能的测定、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以及其它一些有关测定。•遵循原则：一是必须使测试条件具有充分代表性，确实符合摄影的实际情况；二是必须遵循测试条件固定不变的原则。•（3）方法：因曝光源不同而分为可见光源和X线