第二章X射線影像內容梗概X射線攝影特殊X射線攝影X射線攝影圖像質量評價數字圖像基礎數字減影血管造影數字X射線攝影數字X射線影像的主要技術優勢第一節X射線攝影

用膠片代替熒光屏，透過人體的X射線作用在膠片上，由于X射線的光化學作用，使膠片感光，因各組織器官的密度、厚度不同，對X射線的衰減不同，對膠片的感光程度也就不同，于是形成X射線影像。X射線攝影基本原理X射線攝影對膠片的要求

X射線膠片的感光度較高，需要的X射線劑量較X射線透視減少很多。膠片的感光顆粒較小，能顯示更細微的病變。膠片可以長時間保存，并可走出暗室，在日光下讀片。X射線影像與傳統X線透視的區別

主要不同在于X射線影像不能在現場直接觀察，需要在暗室中對已曝光的X射線膠片進行顯影，定影處理后，才可獲得人眼能觀察的影像。膠片主要感光材料：溴化銀分辨率：分辨率的大小主要由溴化銀顆粒的大小所決定。 溴化銀顆粒的大小一般為1～2μm。一般用多少線對每毫米來表示，國產膠片的分辨率 為65～85線對/毫米。膠片規格：5×7，8×10，10×12，11×14，12×15， 14×14，14×17。單位：英寸。膠片特性曲線

曝光量H與對應黑度D的關系曲線D:膠片變黑的程度H:用毫安秒(mAs)表示反差系數（contrastcoefficient）γ:表示兩曝光點的黑度差別x射線攝片過程中的輔助裝置濾線器散射線使得膠片圖像模糊，利用濾線器，可減小散射線的影響。材料：

薄鉛條與可透X射線的物質(樹脂等)相互間隔粘合而成分類：線型柵和格型柵平行柵和聚焦柵靜止柵和活動柵柵比值（N）：

鉛條高度與鉛條間距之比值一般為：4～16。柵密度（R）：

一般為40LP/CM。即每厘米有40條鉛條。束光器用于限制X射線照射野的范圍，減少病人其它部位的受照射劑量。利用鉛對球管的X射線出射處的范圍進行限定。增感屏的作用1.為了增加膠片的感光能力，縮短曝光時間，在膠片前面放置增感屏。2.增感屏相當于移波劑，由于X光對膠片的感光能力差，所以它將X光轉化為熒光，熒光的光譜正好與膠片的感光光譜一致，從而使膠片感光效率提高。增感屏的材質

增感屏的材料是能在X射線照射下發出熒光的物質，如鎢酸鈣、硫酸鋇等。

增感屏的分類根據感應的速度增感屏可分為：低速增感屏、中速增感屏和高速增感屏。根據產生的熒光波長可分為：感綠增感屏和感藍增感屏。分別與感綠膠片與感藍膠片相匹配。第二節特殊X射線攝影1、軟X射線攝影2、高千伏X射線攝影3、體層攝影4、X射線造影及造影劑1.軟X射線攝影軟X射線攝影應用價值

是利用人體各種組織對不同質的軟X射線的吸收有顯著差別的原理，使密度相差不大的脂肪、肌肉和腺體等軟組織在感光膠片上形成對比度高的影像，以利于觀察軟組織特別是乳房的形態變化以及癌腫等疾病。1.軟X射線攝影軟X射線攝影原理：

軟X射線通常是指管電壓在40kV以下的低能量X射線，它在體內主要是通過光電效應的方式被吸收。光電吸收與X射線能量的3次方成反比，與吸收物質的原子序數的4次方成正比，從而使密度相差無幾的肌肉、脂肪等軟組織的對比度大大提高，從而使影像變得更加清晰。肌肉和脂肪對軟X射線吸收能力之間的關系：。

2.高千伏X射線攝影高千伏X射線攝影原理：

指使用高于120kV的管電壓所產生的X射線進行的攝影檢查，此時組織吸收一般則以散射效應(康普頓散射)為主，各部分結構影像密度的高低受其組織原子序數和厚度的影響減少。高千伏X射線攝影的優點1）對于密度差別較大的組織，其影像的對比度突出，層次豐富。2）可以改善因肢體厚薄及組織不同導致的影像密度差別過大的缺點。

高千伏X射線攝影的優點

3）如果不改變毫安數，可縮短照射時間，這對活動器官的檢查可減少因運動造成的影像模糊，提高細節的可見程度。

4）如果照射時間不變，可降低毫安數，減小X射線管的負荷，所以可以使用小焦點X射線管攝影，提高影像細節的可見程度。

高千伏X射線攝影的優點5）X射線的硬度提高，透過肢體的X射線量適當，而組織吸收的X射線量卻大為減少，減低了被檢者所受的輻射量。

高千伏X射線攝影的缺點由于X射線能量較大，各組織對X射線的吸收差異減小，散射線增多，這不僅降低了影像的反差，而且增加了照片的灰霧。解決措施用高柵比的濾線器來除去散射線的影響，攝片時還要注意優選投照條件，使照片有較好的清晰度。X射線體層攝影（X－raytomography）體層攝影的目的：

將位于身體內欲觀察層面的病灶突出地顯示出來，而使其他深度平面組織影像模糊不清。體層攝影的基本原理：

在曝光過程中，使X射線管焦點、肢體和膠片作協調勻速運動，將支點定于某一選定層高度，通過連接桿使X射線管與膠片呈反向移動，選定層即可與膠片始終保持平行，并以一定的放大比例固定在投影膠片上。經典斷層成像－X射線體層攝影4.X射線造影及造影劑（contrastmedium）平片檢查的適用性①軟組織密度差別小導致影像密度差別小。②軟組織內腔無法顯影。X射線造影的定義

將某種造影劑引入欲檢查的器官內或其周圍，使其形成物質密度差異，從而改變器官與周圍組織的X射線影像密度，顯示出器官的形態和功能的方法。造影劑的分類陽性造影劑陰性造影劑第三節X射線影像質量1、評價醫學影像質量的參數2、影像X射線影像質量的因素影像X射線影像質量的因素影響X射線影像對比度的因素模糊對X射線影像質量的影像影響X射線影像對比度的因素X射線膠片特性的影響：X射線膠片所產生的影像對比度的大小取決于其感光乳膠的類型、曝光量、處理過程的標準化和灰霧度。被檢者的影響：厚度、密度影響X射線影像對比度的因素光子能量的影響：在X射線診斷中，影像不同區域之間的對比度隨光子能量減少或增加。散射線的影響：散射線穿過身體后方向發生改變，散射線也能到達膠片，造成影像對比度降低。在對較厚的肢體攝影時，這種影響尤為嚴重。減少散射線的影響

可通過使用準直器、增大空氣隙、控制照射野和使用濾線器的辦法，減少散射線，增加影像對比度。模糊對X射線影像質量的影響

降低了影像的對比度，進而減低細節的可見度。這是由于模糊使小物體（細節）的圖像向周圍背影區擴展，致使細節的對比度與可見度減小。模糊分類運動模糊

焦點模糊

檢測器模糊39第四節數字化X射線成像技術1.計算機數字圖像基礎知識

(數字圖像、數字圖像處理技術)2.數字減影血管造影3.數字X射線攝影（掃描投影放射攝影、計算機X射線攝影、直接數字化X射線攝影）4.數字化X射線成像技術與傳統

401.計算機數字圖像基礎知識

數字圖像概念：

將一幅模擬圖像分成有限個被稱為象素的小區域，每個象素中的灰度平均值用一個整數來表示，就是數字圖像。1.計算機數字圖像基礎知識灰度級（Graylevel）：將連續變化的灰度值轉化為一系列離散的整數灰度值，量化后的整數灰度值即為灰度級，又稱為或灰階（grayscale）。目前常用的灰度級數有8位256個灰度級、10位1024個灰度級。1.計算機數字圖像基礎知識灰度精度

量化后灰度級的數量由2N決定，N是二進制的位數，常稱為位（bit），用來表示每個象素的灰度精度。

圖像灰度精度的范圍為圖像的灰度分辨力，也稱為圖像的對比度分辨力或圖像的密度分辨力。441.計算機數字圖像基礎知識數字圖像處理的主要方法圖像增強圖像恢復圖像興趣區的定量估值三維圖像重建增強技術根據不同處理原理的分類

空域法是針對圖像平面本身，直接處理圖像中的像素，如對比度增強。

頻域法是建立在修改圖像傅立葉變換基礎上，不直接處理像素，以高通、低通濾波為代表。圖象增強根據算法分類對比度增強圖象平滑圖象銳化同態濾波偽彩色與假彩色處理代數運算幾何運算對比度增強灰度變換法線性變換對數變換指數變換直方圖調整法直方圖均衡化直方圖匹配要點：

灰度變換法

(一)線性灰度變換 當圖象成象時曝光不足或過度,或由于成象設備的非線性和圖象記錄設備動態范圍太窄等因素。都會產生對比度不足的弊病，使圖象中的細節分辨不清。這時可將灰度范圍線性擴展。設f(x,y)灰度范圍為[a,b]，g(x,y)灰度范圍為[c,d],線性灰度變換線性灰度變換0f(x,y)g(x,y)abcd灰度變換法

(二)分段線性灰度變換 將感興趣的灰度范圍線性擴展，相對抑制不感興趣的灰度區域。設f(x,y)灰度范圍為[0,Mf]，g(x,y)灰度范圍為[0,Mg],分段線性灰度變換分段線性灰度變換0f(x,y)g(x,y)abcdMfMg灰度變換法

(三)非線性灰度變換 （1）對數變換低灰度區擴展，高灰度區壓縮。（2）指數變換高灰度區擴展，低灰度區壓縮。對數變換a,b,c是按需要可以調整的參數。對數變換對數變換指數變換a,b,c是按需要可以調整的參數。指數變換59直方圖調整法

通過修改直方圖，把灰度級的分布拉開，這相當于增加了圖像的對比度，包括直方圖均衡和直方圖匹配。修改的目的是突出感興趣的灰度范圍，使圖像的質像有所改善。63圖像平滑技術

鄰域平均法低通濾波法低通濾波法低通濾波法：濾除高頻成分，保留低頻成分，在頻域中實現平滑處理。濾波公式：F(u,v)原始圖象頻譜，

G(u,v)平滑圖象頻譜，

H(u,v)轉移函數。

空間域與頻率域70圖像銳化（sharpening）

高通濾波法：是用高通濾波轉移函數來衰減傅立葉變換中的低頻分量，但無損高頻分量。帶通濾波：選擇性增強某些特定的空間頻率，衰減其它成分。適當濾波：只增強某些空間頻率，保持其它成分不變。圖像銳化（sharpening）偽彩色顯示：把黑白圖像的各個灰度級按照線性和非線性函數映射成相應的色彩。提高人眼對圖像的分辨能力。代數運算：指兩幅圖像對應象素之間進行一對一灰度值的加、減、乘、除運算。可用于突出有用信息，抑制或消除無用信息。如DSA。USM查找邊緣USM查找邊緣79反銳化掩模

這是一種邊緣增強技術。升高了高頻成分，低頻成分不受影響。

低通濾波后得到的模糊像原始圖像常數Return80興趣區定量估值常采用的方法有：（1）用不同的灰度級或顏色來顯示圖像的量值。（2）感興趣區域的顯示和測量。（3）感興趣區的距離、角度、幾何尺寸測量。（4）部分圖像區域的擴大和旋轉。（5）特征提取和分類、疾病部位的識別和定量等。偽彩色與假彩色處理偽彩色處理假彩色處理要點：

偽彩色與假彩色處理偽彩色(pseudocolor)處理：

把黑白圖象處理成偽彩色圖象。假彩色(falsecolor)處理：

把真實的自然彩色圖象或遙感多光譜圖象處理成假彩色圖象。偽彩色處理

人眼只能區分40多種不同等級的灰度，卻能區分幾千種不同色度、不同亮度的色彩。偽彩色處理就是把黑白圖象的灰度值映射成相應的彩色。（一）灰度分層法偽彩色處理（二）灰度變換法假彩色處理把真實的自然彩色圖象或遙感多光譜圖象處理成假彩色圖象。用途：（1）景物映射成奇異彩色，比本色更引人注目。假彩色處理用途：（2）適應人眼對顏色的靈敏度，提高鑒別能力。如人眼對綠色亮度響應最靈敏，可把細小物體映射成綠色。人眼對藍光的強弱對比靈敏度最大。可把細節豐富的物體映射成深淺與亮度不一的藍色。假彩色處理例：MotorActivation-RightIndexFingerMovement1Hz 2Hz 3Hz%100755025Schlaug,etal,1995,HarvardMedicalSchoolandBethIsraelHospitalMultispectralTissueClassificationT1T23DHistogramSegmentedImage94第五節

數字減影血管造影

20世紀60年代出現過X線照片減影術(RadiographyImageSubtraction)，主要用于腦血管造影。

80年代的數字減影技術主要應用于血管造影中，所以又叫數字減影血管造影技術(DSA，DigitalSubtractionAngiography)。第五節

數字減影血管造影20世紀60年代，出現過X線照片減影術(RadiographyImageSubtraction)，主要用于腦血管造影。80年代，數字減影技術主要應用于血管造影中，所以又叫數字減影血管造影技術(DSA，DigitalSubtractionAngiography)。第五節

數字減影血管造影97一、DSA技術的物理基礎骨骼血管軟組織X射線吸收規律血管內注入造影劑前：或血管內注入造影劑后：或血管注入造影劑前、后透過的X射線強度的對數差為：I0dBdTdII98二、DSA的基本方法（1）時間減影CC（t）21246810t（秒）圖像順序510152025蒙片減影圖像99時間減影技術將不同時間拍攝的統一部位的影像相減，來判斷病灶。二、DSA的基本方法（2）能量減影－利用碘在33keV附近對X線衰減系數有明顯的差異而進行。能量減影原來主要用于心血管造影檢查。101I0骨骼血管軟組織（2）能量減影－利用碘在33keV附近對X線衰減系數有明顯的差異而進行

分別用低能（管電壓70kV）和高能（120kV）X射線照射如圖所示兩均勻介質時，透射X射線強度IT與入射X射線強度I0之間的關系為：X射線檢測器將接收到的X射線轉換為電信號，并通過對數變換后，得到圖像S為：由低能X射線產生的圖像SL和高能X射線圖像SH分別為：

ITdBdIdT102

對兩幅圖像分別加權KL和KH后相減，得到減影圖像S為：令第二項＝0（消除軟組織圖像信號），得骨組織圖像為：令第一項＝0（消除骨組織圖像信號），得軟組織圖像為：能量減影技術對X射線機的要求：

X射線管的管電壓在高低壓之間（70kV～130kV）高速切換，增加了設備的復雜性。103（3）混合減影

在造影劑到達前或到達后都做高能和低能的影像。先做高能和低能像的減影來得到一系列的雙能減影像。在這種雙能減影中軟組織像已經被消除了。再用時間減影法處理這些雙能減影像以消除骨骼等背景。由于軟組織像是用能量減影法消除的，因此軟組織的運動將不會產生影響。104三、DSA參數成像

在獲取DSA影像序列后，除了提取血管的分布、輪廓、數量、位置、管徑等形態學信息外，還可以把記錄到的視頻信號量化為視頻灰度值，進而得到作為時間函數的視頻灰度曲線。該曲線間接反應了相關興趣區內含碘血液的廓清過程，從曲線的峰值高度、曲線下面積、曲線的出現時間、曲線的最大斜率等以及進一步派生出來的一系列參數之中可以獲得一系列非形態學信息。

105四、影響DSA影像質量的因素（1）噪聲（2）運動偽影（3）造影劑濃度106五、DSA的優缺點優點：（1）圖像疊加精確，對比度大，可用稀釋得很淡的造影劑顯示出被充盈的細小血管。（2）可實時處理。五、DSA的優缺點優點：（3）在屏幕上直接顯示出減影圖像，便于進行圖像分析。（4）數字圖像的存儲有可能對圖像偽影進行快速的校正，如采用新的掩模圖像來改變對比度和消除偽影等。五、DSA的優缺點缺點：（1）當不進行選擇性注射時，圖像中會出現血管重疊。（2）由于被檢者的移動、吞咽、腸胃蠕動和動脈搏動等慢運動，使掩模圖像和充盈圖像發生位移，以致不能充分消除掉與血管重疊的那些結構，而產生圖像偽影。109第六節數字X射線攝影1掃描投影放射攝影2計算機X射線攝影（CR）3直接數字化X射線攝影（DDR）1101.掃描投影放射攝影（SPR）定義：用點狀或線陣檢測器進行X射線數字化成像的方法。特點：與DF相比，SPR系統具有較低的散射幾何條件，對點檢測器而言，幾乎沒有散射線。在檢查過程中允許工作人員在患者身邊，這對嚴重受傷的患者來講，具有重要意義。1.掃描投影放射攝影（SPR）分類：點掃描

線（扇）掃描法112點掃描113線（扇）掃描法

1142.計算機X射線攝影（CR）系統CR的基本組成控制計算機影像板影像讀取裝置（X射線影像

數字）圖像處理裝置圖像記錄裝置（數

字信號

光信號）圖像存儲裝置（光盤、磁帶等）熒光屏膠片激光照相機CR相片自動洗相機透射X射線2.計算機X射線攝影（CR）系統CR成像的基本原理

IP板經X射線照射后，其內的電子獲得能量，躍遷到高能態，由此形成了模擬影像。受照射后的IP板，經激光掃描后，受激電子以熒光的形勢釋放出來，將IP板上的每一點熒光值用光電倍增管轉化成電信號，并記錄下來，形成了X光數字圖像。2.計算機X射線攝影（CR）系統CR的成像過程影像信息的采集（模擬信息）。用激光束掃描帶有潛影的IP，PSL物質被激勵，釋放其儲存的能量，熒光經光電倍增管將其放大并轉換成電信號。經A/D轉換器轉換成數字圖像。顯示與儲存CR數字影像。影像板(IP板)材料：氟鹵化鋇(BariumFluorohalide)結構：保護層熒光層基板背面保護層119影像板(IP板)背面保護層：防止使用過程中成像板之間的摩擦損傷，其材料與表面保護層相同。基板：基板的作用是保護PSL物質層免受外力的損傷。要求具有很好的平面性、適度的柔軟性及機械強度，材料是聚酯樹脂纖維膠膜，厚度在200～350um。PSL物質層：將PSL物質混于多聚體溶液中，涂在基板上，干燥而成。表面保護層：防止PSL物質在使用過程中受到損傷。它不能隨外界的溫度、濕度的變化而發生變化，并在非常薄的條件下能彎曲、耐磨損、透光率高。常用聚酯樹脂類纖維制造這種保護層。120靈敏度高，使曝光劑量降低分辨率高動態范圍寬IP可重復使用

速度慢分辨率不如常規X線機IP成像的物理基礎：光激勵發光

某些物質在第一次受到照射光（一次激發光）照射時，能將一次激發光所攜帶的信息儲存（記錄）下來，當再次收到照射光（二次激發光）照射時，能發出與一次激發光所攜帶信息相關的熒光，這種現象被稱作光激勵發光（photostimulatedluminescence，PSL），該物質被稱作光激勵發光物質（photostimulatedluminescencesubstance）122PSL的強度與二次激發光的波長有關，PSL的最大發射波長在390～400nm，二次激發光的最大激發波長在600nm附近。由于二次激發光的和攜帶X射線影像信息的PSL的不同（600nm和390～400nm），易于區分，因而在讀取影像信號時，會有良好的信噪比（S/N）。波長（nm）PSL相對強度400500600二次激發光譜PSL發射光譜123IP板讀片機124影響CR影像質量的因素空間分辨力：主要決定于PSL物質結晶體的顆粒度和影像讀出系統的電、光學特性。CR影像空間分辨力尚不如傳統膠片。噪聲：X射線量子噪聲、光量子噪聲和固有噪聲。影響CR影像質量的因素X射線量子噪聲：在X射線被IP吸收過程中產生的噪聲。噪聲量與入射X射線量成反比。光量子噪聲：PSL物質被二次激發，產生PSL轉換為電信號過程中產生的噪聲。固有噪聲：與X射線無關的噪聲。包括IP結構噪聲、激光噪聲、模擬電路噪聲、A/D轉換中的量子噪聲等。1263.直接數字化X射線攝影

（directdigitizedradiography,DDR）

基本原理

在具有圖像處理功能的計算機控制下，采用一維或二維的直接X射線攝影探測器（DRD）直接把X射線信息影像轉化為數字圖像信息的技術。

127平板數字探測器