X线摄影理论基础

X线摄影理论基础 第一节 X线照片的光学密度一 X线照片影像形成原理:感光中心 显影中心 潜影 可见影像.二 照片的光学密度 密度(Density)是指照片的黑化程度,这个黑化程度是照片对可见光光子的吸收和透射的结果.光学密度是指照片阻光率的常用对数值:I0 D=lg-I D=密度 I0=入射光线的强度 I=透过光线的强度 并不是所以密度值都能使人眼辨认,人眼对密度的辨认能力为0.20-2.5.在X线诊断领域,信息传递最丰富的密度范围是0.7 1.5之间.D值与观片灯光强度的关系?三 影响照片光学密度值的因素 (一)照射量 X线照射量是指mAs值 H-D曲线 互易律及互易律失效 一般认为，光化学反应生成物的量与投入的光能量的多少成正比，即在摄影时，参加反应的光亮区的物质量(密度)与曝光量成正比。当曝光量为定量时，不论光强度和曝光时间如何变化，反应生成物的量(密度)是一定的。这一光化学反应遵循本生罗斯柯(Bunsen-Roscoe)法则，此法则也称为互易律(reciprocity law)。由实验得知，当曝光时间过长或光强度过强时，光化学反应生成物的量与光能量的多少不成正比，此谓互易律失效。(二)kV值 D=KVn n值的变化范围在2-6之间（三）摄影焦-片距 感光效应与焦-片距平方成反比，因此照片密度与焦-片距平方成反比。（四）增感屏 X线照片密度95%以上是由增感屏发出的荧光造成的。（五）被照体 被照体的厚度、密度、原子序数与照片密度成反比。（六）胶片感光度 （七）照片冲洗因素 显影液种类、显影条件等 四 X线照片的光学对比度 光学对比度:是指照片两点之间的密度差,又名反差.X线照片光学对比度的形成基础是物质吸收X线的差异。照片层次:指被照体组织结构各种密度在照片上的显示程度称为层次,层次与对比度成反比.(一)影响光学对比度的因素1 胶片的反差系数,即r值 D2 D1 r=tga=-lgE2 lgE1 D2 D1=r(lgE2 lgE1)2、X线质的影响 KV 越高,对比度越低,但是层次越丰富3 X线量的影响 从H-D曲线可见,在一定范围内,增加X线量,对比度会从趾部移向直线部,使对比度增加,但是超过了一定范围,则可能相反.目前已经不再使用改变mAs值来改变对比度.4 灰雾的影响 灰雾大,对比低5、被照体本身的因素 最关键第二节 X线的几何投影 x线对物体的几何投影是X线摄影位置的基础，利用焦点、被照体和胶片之间的相互位置关系进行摄影，可得到符合诊断要求的X线照片影像。一 X线管焦点及焦点的线量分布(一)实际焦点(二)有效焦点(三)照射野的X线量分布,阳极端效应.X线管阳极靶面接受高速运动电子撞击的面线管阳极靶面接受高速运动电子撞击的面积称为实际焦点，简称焦点积称为实际焦点，简称焦点(focus)。焦点的大小是x线机成像性能的重要参数之一。x线管焦点对各方向的投影均称为有效焦点，线管焦点对各方向的投影均称为有效焦点，垂直于窗口方向的投影为垂直于窗口方向的投影为X线管标称有效焦点。线管标称有效焦点。在在x线管的纵轴上，近阴极端的有效焦点大，线管的纵轴上，近阴极端的有效焦点大，X线量分布多线量分布多,成像质量差；近阳极端的有效焦成像质量差；近阳极端的有效焦点小，点小，X线量分布少线量分布少,成像质量好。此为阳极足成像质量好。此为阳极足跟现象跟现象(阳极端效应阳极端效应)。(四)焦点大小与成像性能的关系 焦点大,半影大,几何模糊度增加二 X线束照射野照射野:X线束照射到被照体，其照射面积的大小称照射野。照射野的大小对x线照片的密度、对比度有一定的影响，照射野过大，产生的散射线多，胶片的灰雾度增加，导致照片对比度下降。中心线中心线:x线是以焦点为顶点的圆锥形线束。自靶面射出并垂直于窗口中心的射线称为中心线，它代表投照方向。中心线不准确就不能获得正确的几何投影。斜射线斜射线:在x线束中，中心线以外的射线均称为斜射线。斜射线与中心线成角，离中心越远，角度越大。某些特殊摄影位置可利用斜射线进行投照。三 焦点,肢体和胶片之间的投影关系(一)影像放大(二)影像重叠(三)影像失真第三节 X线照片的模糊 一 焦点引起的几何模糊 (一)几何模糊形成的原因:X线管焦点不是理想的点光源,它会在照片上形成半影.导致几何模糊.(二)影响几何模糊大小的因素:焦点大小,肢体到胶片的距离大小(肢-片距),焦点到肢体的距离大小(焦-肢距).焦点到胶片的距离大小(焦-片距).F a b-=-H=F x -H b a(三)模糊度的阈值 因焦点是一个面光源，在照片影象上产生半影，即几何学模糊。半影使观照片者有影象模糊之感。经过实验，国际放射学界公认，当半影模糊值01mm时，人眼观察此影象毫无模糊感，当半影模糊02mm时,人眼已开始有模糊之感，显然02mm的半影就是模糊的阈值。根据人眼视力的不同，此值略有出入。近几年来，国际放射界也有的主张016mm为半影模糊阈值的。(四)减少几何模糊的方法 尽量利用小焦点摄片 缩小肢体到胶片的距离 增加焦点到肢体的距离-增加焦片距二 运动产生的模糊 (一)产生原因 摄影时，X线管、肢体、胶片三者，无论那个发生运动，照片上放大象都产生模糊。在X线摄影中，物体的影象都有程度不同的放大，物体运动会增加放大影象上的这种模糊值。因此,照片上的模糊值比物体运动的幅度还大。X线摄影的对象是人体，由于人体脏器是运动的，所以在X线照片上产生的模糊是不可避免的。(二)减少运动模糊的方法1 固定被摄体.2 选择运动小的时机曝光3 缩短曝光时间.4 肢体尽量靠近胶片 5 需尽量增加焦点至胶片间的距离 6 机器设备的固定 三 屏-胶组合产生的模糊 (一)原因 胶片夹在两张增感屏之间，由X光子激发的荧光粒子发出的荧光(特剐是位于荧光层深处的荧光粒子发出的荧光)到达胶片上时，就成为有一定大小的光束照射面。这是使照片产生模糊的主要原因.-荧光的光扩散.若x线斜射于增感屏上时，增感屏产生的模糊就增加-X线的斜射效应.若胶片和增感屏之间接触不紧密，中间有一段小距离，那么所产生的模糊就更严重-屏-片密着不良.减少屏-胶组合产生的模糊的方法第四节 X线的散射线什么是散射线？一产生原因 Compton 吸收产生二对影像的影响 损害照片的对比度三 应付散射线的方法 抑制和排除抑制散射线的方法 影响Compton吸收的因素 1、物质原子序数的影响 康普顿效应的发生几率与被照体物质的原子序数Z成正比。2、入射光子能量的影响 康普顿效应发生几率与入射X线能量成正比。3、被照体厚度的影响 康普顿效应发生几率与被照体厚度成正比。4、被照体照射面积的影响 康普顿效应发生几率与被照体的受照面积成正比 排除散射线的方法 使用滤线栅：一般认为肢体厚度超过15cm和KV大于60就应该使用滤线栅 1 滤线器的结构:铅条,排列成平行或聚焦式.2 滤线器的工作原理:3 滤线器的特性:1)滤线栅的栅比R:2)聚焦滤线器的焦距f0 3)滤线栅的曝光倍数B 栅条高度与栅条间距之间的比称为栅比R。常见的R值有：6：1、8：1、12：1、16：1等多种。栅比越大，其吸收散射线的能力越强。在x线摄影中，采用的管电压越高，使用滤线栅的栅比就越大。所用滤线栅的栅比与摄影管电压的选择可参照如下关系：60kV时用6：1；70kV时用7：1；80kV时用8：1；100kV时用10：1；高电压摄影时用交叉式滤线栅等。聚焦滤线器的焦距f0使用滤线栅不仅吸收了散射线，而且还吸收掉一部分原X线量。因此，在制定摄影条件时，必须考虑滤线栅的曝光系数B：B=ItIt式中It和It分别代表应用和不应用滤线栅时使照片上获得同一密度值的曝光量。B值大小与KV和R值有关.KV越高,R值越大,则B值越大。同一性能的滤线栅的B值越小越好。B值在26之间。4)滤线器使用注意事项使用聚焦式滤线栅时，不宜将滤线栅反置。因反置后的滤线栅铅条与原发射线成一定角度，滤线栅边缘部分原发x射线被大量吸收，只有中心线周围可通过X线，而两边密度小且不均匀；中心线应对准滤线栅中线，左右不偏移3cm，否则原发射线与铅条成一定角度而被吸收；使用聚焦式滤线栅时，焦点至滤线栅的距离在允许的范围内，否则边缘区的原发射线被吸收，照片上密度不均；在倾斜X线管时，倾斜方向只能与铅条排列方向相平行，否则X线因与铅条成一定角度而被吸收；在使用调速活动式滤线栅时，应调好其运动速度，一般应使运动时间长于曝光时间的l5，以免照片出现铅条影。第五节 X线摄影条件一、感光效应及其影响因素感光效应：感光效应：指x线通过人体被检部位后，使感光系统感应有效x线，并由此产生诊断所需的影像密度。即x线摄影后的影像效果均称之为“感光效应”。所有与感光效应有关的因素均可视为“感光因素”。根据被检体和病变部位的组织类型、结构特点，无论是模拟x线摄影还是数字x线摄影，无论在暗室进行照片处理还是用激光打印机，影响“感光效应”或“x线摄影效果”的“感光因素”有许多，可以说：成像过程中所有的环节都是感光因素。影像感光效应内在基本关系可以下式表示：VnItSfZ E=k (r2BDa)e-ud V 代表管电压，n 代表管电压的指数，I 代表管电 流，t 代表摄影时间，f 代表增感屏的增减率，S 代表线胶片的感光度或代表不同成像探测器的成像因数，Z 代表靶物质的原子序数，r 代表摄影距离，B 代表滤线栅曝光量倍数，D 代表射野的面积，d 代表被检部位的厚度，u 代表被检身体部位组织的x线吸收系数，e 代表自然对数底 K 为常数,代表其余感光因素相对固定不变时的值。影响感光效应的因素:影响因素多又复杂，根据这些因素的变动性，可大致分为两类 相对 固定的因素:增感屏的增减率、滤线栅曝光量倍数、x线胶片的感光 度、及其他成像探测器的性能等.经常变动的因素；管电压、管电流、曝光时间、焦-片距等需要根据被检者的生理和病理情况经常变动。将相对固定的因素都包含在感光效应公式的k内，又将管电压、管电流、曝光时间、焦一片距这四个感光因素称为狭义上的“X线摄影条件”。为此，感光效应公式可简化为：VnIt E=k r2 (一)管电压与管电流量由于X线摄影中管电压代表着X线束对被检体的穿透能力，因此不同的管电压就直接决定了被检体吸收X线或透过X线的多少，也就是说决定了信息量多少或照片的对比度与层次；同时，管电压又是影响照片密度值的重要因素，即重要的感光因素。经实验证实，感光效应与管电压的n次方成正比，这一指数函数关系反映了管电压在摄影中的重要作用。管电压越高，其产生X线穿透力越强，产生照片(影像)的层次越丰富，即照片(影像)上的信息量越多，而照片(影像)对比度较小，产生的散射线越多；反之，管电压低，其影像效果相反。摄影时，主要是根据临床需要和肢体部位组织成分、厚薄等因素来选用管电压。诊断用X线能量范围内，n值随着管电压升高而下降，n值变化范围约在26之间；40100kV之间的管电压指数n4，100150kV之间的管电压指数n3，在其他因素固定的情况下，管电压和管电流量的变化关系的计算可以通过查表（p7）得出。【例题】原用60kV的管电压，60mAs的曝光量进行摄影，若改用80kV的管电压摄影，在其他条件不变时，求新的mAs值?（二）摄影距离焦点至胶片探测器的距离，简称为焦一片距(focus-filmdistance，FFD)，即摄影距离。照度定律：离光源一定距离某点的光的离光源一定距离某点的光的强强度度(即照度即照度)与光源的与光源的发光光强强度成正比度成正比,与从光源到与从光源到该点距离的平点距离的平方成反比。方成反比。在感光量计算公式中FFD就是r。在摄影的有效范围内，胶片探测器上得到的感光量与FFD平方成反比。【例题】原用FFD为100厘米，50mAs,现改FFD为200厘米，则新的mAs是多少？（三）成像探测器成像探测器种类有模拟的和数字的：模拟的成像探测器主要指屏一片系统；数字的成像探测器主要指CR的IP和DR的FPD（FPD=FlatPanelDisplay平板显示器）。屏-片系统因增感屏与胶片种类不同，对感光效应公式的E值影响较大；IP和FPD因种类和结构不同，对感光效应公式的E值影响也较大。在制定X线摄影曝光条件时，必须充分考虑这一点。（四）滤线栅和照射野的应用使用滤线栅不仅吸收了散射线，而且还吸收掉一部分原X线量。因此，在制定摄影条件时，必须考虑滤线栅的曝光系数B值：B=ItIt式中It和It分别代表应用和不应用滤线栅时使照片上获得同一密度值的曝光量。同一性能的滤线栅的B值越小越好。B值在26之间。通过x线管窗口的x线束入射于被照体的曝光面的大小为照射野，照射野的大小与X线照片的对比度有很重要的关系.。被照体是一个散射体，被照体的厚度越大，照射野越大，则被检体产生的散射线就越多。随着X线管电压的增高，这个现象就更加明显。据研究照射野在100200cm2。以上时，散射线含有率急剧增加。照射野在600700cm2。时，散射线含有率趋于饱和。x线摄影时，应将X线的照射野减少到能容下被照部位的最低程度，以利于对患者和工作人员的辐射防护及提高照片的清晰度。在一般情况下，采用的x线束照射野都比选择使用的X线胶片稍小，以使胶片周围不接受X线，达到提高照片质量的目的。（五）其他屏屏-片体系片体系X线摄影时若应用屏一片组合进行，其组合情况影响获得照片影像的密度、对比度、清晰度及信息量的多少。首先要考虑屏一片匹配性，即：增感屏光谱与胶片感色性的匹配程度。其次，更换屏一片组合时，特别是更换增感屏时，要充分注意增感屏的性能，尤其是增感屏的增感率(S)。显影液性能显影液性能当使用传统暗室冲洗或洗片机处理x线照片时，显影液性能就是一种影响感光效应的重要因素。显影液性能主要取决于溶液的配方、pH值和温度，当然显影时间长短也有关系。一般来说，高浓度配方、高pH值、高液温显影效果好。二、X线摄影条件的制定 制定合适的x线摄影条件表，首先要根据人体被检部位的组织或病理类型，还要被检部位器官运动状况、年龄、胖瘦等生理因素，此外应熟增感屏、胶片、滤线栅、显影液等传统感光因素的性能或IP和FPD、探测器等感光因素的性能。X线摄影时需要经常调控的感光因素是：管电压、管电管电压、管电流、曝光时间和摄影距离流、曝光时间和摄影距离，即狭义上的“摄影条件”。合适X线摄影条件表的制定方法大体可归为四类。(一一)变动管电压法变动管电压法 所谓“变动管电压法”，是把摄影或感光因素中除被检肢体厚度、管电压之外所有各种因素相对固定，即作为常数，再根据被检肢体厚度选用相对应管电压的一种x线摄影方法。美国X线摄影技师Jermen在19261947年介绍了这种摄影方法，之后应用广泛，因而也称之为“美国法”。在我国放射界，数字影像设备出现之前也普遍应用该法。其X线摄影条件的相互关系以下式表示：V=2d+c 式中V为管电压，d为被照体厚度(cm)，c为常数。此方法简单易行，被检肢体厚度每增加1cm，管电压就增加2kV。c虽是常数，但不同肢体部位有较大变化，四肢骨的c值为30左右，腰椎c值为26左右，头部的c值为24左右。(二)固定管电压法 在X线摄影中，在保证对被检部位有足够穿透力的前提下，将所选的管电压值固定，通过管电流量或曝光时间的变化来实现合适的感光效应，称之为“固定管电压法”。固定管电压法并非对人体所有部位摄影位置都用一个管电压值，而是在保证对该部位有足够穿透力的基础上，实行管电压值的固定。固定管电压法操作简便而且减少了较厚部位的曝光量，不仅有利于提高工作效率、降低被检者的x线剂量，而且也能保证x线照片质量。现代x线机常采用的电离室或 光电计自控曝光摄影技术，均属于“固定管电压法”。(三)对数率法 对数率法是指通过对数变换恰当地选择、处理X线摄影时各感光因素的平衡关系,从而使x线照片能获得恰到好处的光学密度值和最大信息量的方法。(四)自动曝光仪的应用自动曝光控制(automatic exposure control，AEC)是指在X线摄影时，将探测器置于被检部位及屏一片系统之间，通过监测透过被检部位到达屏一片系统的X线量，控制仪通过反馈机制控制X线的曝光时间，从实现对各部位合适X线曝光量的控制。从本质上讲，自动曝光技术属于“固定管电压法”。目前有两种自动曝光控制，即以荧光效应控制的光电管自动曝光控制和以x线对空气的电离效应为基础的电离室自动曝光控制。它们的共同特点是：采用对X线敏感的检测器，把x线剂量转换成电流或电压，当把产生的电压与一个正比于图像密度的设定电压进行比较后，由一个门限检测器给出剂量到达设定值的曝光终止信号，以切断高压，就形成了自动曝光控制。一)光电管自动曝光系统 由影像增强器输出屏发出的可见光经分光采样送至光电倍增管，它的输出信号经放大后变为控制信号。这种控制信号正比于光电倍增管所接受的光强度，因而信号也正比于影像增强器所接收的x线剂量率。当它达到某一定值时，便由门限检测器给出曝光结束信号，切断高压，就形成了自动剂量控制。二)电离室自动曝光系统 电离室(ionization chamber)自动曝光系统利用的是电离室内气体电离的物理效应。电离室的结构包括两个金属平行极，中间为气体。在两极间加上直流高压，空气作为绝缘介质不导电。当X线照射时，气体被x线电离成正负离子，在强电场作用下形成电离电流。利用这一物理特性，将电离室置于人体与检测器之间。在x线照射时，穿过人体的那部分x线将使电离室产生电离电流，此电流作为信号输入到控制系统。电离室输出的电流正比于所接受的x线剂量率,当X线剂量达到设定值，输出信号触动触发器，送出曝光结束信号，立即切断高压。(五)、数字化x线摄影条件数字化x线摄影的临床应用现已日趋普及。数字化x线摄影条件中，有关管电压、管电流量、摄影距离、滤线栅、照射野等参数的计算方法，与模拟X线摄影技术的是一样的。要使数字影像符合临床诊断的需要，正确把握数字x线摄影条件同样需要重视和认真对待。现在，CR、DR等数字化X线摄影的相关条件及后处理参数均处于自动模式或半自动模式下，若鼠标点击“addexaminations(增加检查)”后，工作界面出现各肢体部位的名称，当鼠标再点击某一肢体部位时，此设备根据探测器的性能及肢体部位的要求即可显示摄影条件的具体数值。曝光后进行相应参数下的图像后处理，即可获得符合要求的影像。三、优质X线照片的标准（一）符合诊断学的要求从x线几何投影角度上来看是正确的；能清晰显示需观察的病灶和其他组织的细微结构。（二）适当的影像密度照片的光学密度，是观察x线照片影像的基础。无光学密度的照片不能反映任何信息，光学密度过高或光学密度过低的照片将使信息量严重受损。光学密度过低的常见原因是照片感光不足或显影不足，表现为直接曝光区黑而其他组织影像多呈灰色，无法辨认细微结构。因此，密度过小或过大都不能显示出满意的影像，只有在密度值适当时，才能充分反映影像细节，符合X线诊断要求。人眼对光学密度的分辨能力是有限的，对低于02或高于25的光学密度值，几乎无法辨认。如将光学密度过高的照片置于强光灯下，有助于人眼的分辨能力。（三）恰当的影像对比度为了在一张X线照片上尽量全面地显示组织结构或病变特点，即尽可能多地反映诊断信息，必须使影像具有良好的对比与层次，并妥善处理好两者之间的关系。虽然从本质上讲，两者均是光学密度的差异，但在有限的密度范围内，两者是相互制约的，影像对比大时，层次就不丰富；反之，层次丰富，则对比减弱。因此根据X线诊断需要，同时兼顾影像对比与层次是十分重要的。一一般般均均通通过过管管电电压压的的高高低低来调控对比与层次，即厚部位致密组织选用高kV摄影术，软组织等则选用软X线摄影技术。总之，照片上尽可能多地显示出人眼能识别的正常组织和异常变化的情况，使影像具有良好的对比与层次，是临床X线诊断对X线影像最基本的要求。（四）良好的锐利度独立的两种组织或器官毗邻存在时，其x线影像界限必须很清楚地显示出来，若因器官运动或摄影设备器材不佳等原因，会使两个毗邻组织影像的边界不够清楚。两个毗邻组织影像边界的清楚程度叫“锐利度(sharpness)”，与此相反的概念就称之为“模糊度(blur)，影像锐利度除了可用相反的概念模糊度表达外，其表达方式还有分辨率(解像力)、清晰度等。（五）较少的影像噪声X线照片斑点(mottle)，又称噪声(noise)，是由美国芝加哥大学Rossmann教授首先提出来的，在其1963年研究的报道中，将照片斑点定义为“光学密度上的随机涨落”。在物理学声学中，把干扰声信号的无规则的、紊乱的、断续的一种无调声称为噪声；在无线电通讯中把无线电信道中出现的所传输信号以外的干扰也称噪声；在数字信号处理中把所不需要的、无确定性、不可预测的干扰信号称为随机信号；而Rossmann则把在x线照片上由于X线量子分布形成的淹没微小病灶的无规则微小密度差称为照片斑点。由此可见，照片斑点与声学、无线电中的噪声及数字信号处理中的随机信号，从物理本性上讲是一样的，即都是无规则的、随机的、无用的信号。由于噪声能够淹没影像中的微小病灶信息，影响影像质量，故其是像质评价中的一个重要内容。除了上述五点要求以外，一张优质的X线照片 还应符合其他一些要求。如：不能有各种污染、药膜折痕、划痕及各类伪影等技术操作性缺陷等。