chayora:【考点1】 X线的发现与产生

1．X线的发现：
时间：1895年11月8日；
发现者：德国物理学家威廉·康拉德·伦琴；
背景：用高真空玻璃管做阴极射线放电试验时偶然发现；
获奖：1901年伦琴被授予诺贝尔物理学奖；
世上第一张X线照片：1895年11月22日，伦琴夫人手的照片；
伦琴逝世时间：1023年2月10日。
2．X线的产生：
X线的产生是能量转换的结果：电能转换为阴极电子的动能；在阳极的阻止下，阴极电子的动能99%以上转换为热能，不到1%的动能转换为X线。
X线产生必须具备的3个条件：
（1）电子源：通过X线管灯丝通电加热而获得在灯丝周围形成的空间电荷。
（2）电子高速运动：必须使电子高速运动具有动能。通过球管两端施以定向直流高压和维持X线管内高真空来满足。
（3）高速电子骤然减速：是阳极阻止的结果；阳极的作用：一是阻止高速电子产生X线，二是形成高压电路的回路。阳极上接受电子撞击的范围称为靶面；阳极靶一般用高原子序数、高熔点的钨制成。
自测题-1 X线的发现者是（    ）
A．德国物理学家威廉·康拉德·伦琴
B．英国工程师豪斯菲尔德
C．美国医生达曼迪恩
D．波兰裔法国放射学家居里夫人
E．美国物理学家爱因斯坦
答：A
自测题-2 关于X线的发现，错误的是（    ）rzg影像园XCTMR.com
A．X线是1895年11月8日被发现的rzg影像园XCTMR.com
B．第一张X线照片是1895年11月22日拍摄的伦琴夫人手的照片rzg影像园XCTMR.com
C．1901年伦琴被授予诺贝尔医学生理学奖rzg影像园XCTMR.com
D．伦琴提议将自己发现的射线命名为X线rzg影像园XCTMR.com
E．伦琴用一个高真空玻璃管和一台能产生高压的小型机器做实验rzg影像园XCTMR.com
答：C
自测题-3与在X线产生应具备的条件无关的是（    ）
A．电子源
B．高真空
C．旋转阳极
D．高速电子的产生
E．电子的骤然减速
答：C
自测题-4 X线产生中，电子从阴极射向阳极所获得的能量，决定于（    ）
A．X线管灯丝加热电压
B．两极间的管电压
C．靶物质的原子序数
D．管电流
E. 阴极灯丝焦点大小
答：B
【考点2】X线产生的原理
X线的产生是高速电子和阳极靶物质的原子相互作用中能量转换的结果，利用了靶物质的3个特性：核电场、轨道电子结合能、原子存在有处于最低能级的需要。（自然法则—能量最小法则：一切物质总是趋向于保持能量最低的状态。）
阴极电子从静止到产生高速运动具备强大的动能，需要电场力对电子做功。带电粒子在电场中产生的电势能等于：eV 。这个电势能做功全部转变为电子的动能：1/2mv2。电子的能量大小等于它的电荷量乘以X线管两端的电压。
靶物质的原子结构：处于原子中心的集中了原子绝大部分质量的体积很小的带正电荷原子核；分布在原子核周围很大半径范围里不同轨道上的质量忽略不计的带负电荷的电子。X线管阳极靶物质是钨，其原子序数为74，就是说，钨的原子结构为：原子核内有74个质子，核外轨道上一共有74个电子。原子核与轨道电子之间存在结合能，半径小的内层电子结合能大，外层轨道电子的结合能比较小；电子在内层轨道运动时，原子的能量状态低，处于稳定状态；电子在外层轨道运动时，原子的能量状态高，处于不稳定的受激发状态。
当阴极电子高速撞击阳极靶面与靶物质的原子相互作用时，将会以两种方式把动能转变为X线能量。一种方式是高速电子受到靶物质原子核正电场的作用做急剧的减速运动辐射出能量；另一种方式是靶物质的原子发光机制，即高速电子击脱靶物质的原子核外内层轨道电子而激发原子发光。前者叫做连续放射，后者叫做特征放射。
1．连续放射
连续放射又称为韧致放射，是高速电子与靶物质原子核相互作用的结果。阴极电子受原子核正电场的影响而失去能量急剧减速，失去的能量直接以光子的形式放射出来；连续放射产生出来的X线是一束波长不等的混合射线，其能量（波长）取决于：电子接近原子核的情况、电子的能量、原子核的电荷。
（1）阴极电子正撞到原子核，速度急剧减为零，电子的全部动能转变为X线能放射出来，这时的X线光子能量最大，波长最短。λmin=hc / kVp=1.24/kVp(nm) 当施与X线管两端管电压为l00kVp时，电子所获得的最大能量就是l00keV，它所产生的X线光子的最短波长就是0.0124nm。
（2）阴极电子没有正撞到原子核而是从原子核旁经过时，离核越近受到的影响就越大，放射出来的光子的波长就越短；离核越远受到的影响就越小，放射出来的光子能量就越小，波长越长。
（3）阴极电子的能量大小因为整流方式不同也不一样。
（4）连续射线的最强波长是最短波长的1.3~1.5倍。
（5）连续射线的波谱随管电压升高而变化：
管电压升高时：最短波长向短波一侧移动；强度曲线向短波一侧移动；最强波长向短波一侧移动；产生的X线总能量将以管电压二次方比例增大。
（6）阳极靶物质的原子序数大时，X线总能量增大。
（7）X线的总能量将随管电流的增大而提高。
2．特征放射
这是高速电子击脱靶物质原子的内层轨道电子，而产生的一种放射方式。一个常态的原子经常处于最低能级状态，它永远保持其内层轨道电子是满员的。当靶物质原子的K层电子被高速电子击脱时，K层电子的空缺将要由外层电子补充，此时外层电子将把多余的能量作为X线光子释放出来，此即K系特征放射；若L层电子的空缺，则由其外层电子补充，即产生L系特征放射。
特征放射是在靶物质原子壳层电子的跃迁中产生的。特征放射的X线光子能量与冲击靶物质的高速电子能量无关。它只服从于靶物质的原子特性。
X线管钨靶的K层电子结合能为69.5keV，具有70keV以上能量的冲击电子都可以击脱K层电子，产生特征X线。
70kVp以下，不产生K特征X线；80~150kVp，K特征X线占10%~28%；150kVp以上，特征X线减少。
总之，从X线管发出的X线是一束由连续X线和特征X线组成的混合射线，特征X线是叠加在连续X线能谱内的。
自测题-5有关连续X线的解释，正确的是（    ）
A．连续X线是高速电子与靶物质的轨道电子相互作用的结果
B．连续X线与高速电子的能量无关
C. 连续X线的质取决于管电流
D．连续X线是高速电子与靶物质的原子核相互作用的结果
E．连续X线的放射中，高速电子的能量没有丢失
答：D
自测题-6关于连续X线的波谱特点，错误的是（    ）
A．管电压升高时，最短波长向短波一侧移动
B．管电压升高时，强度曲线向长波一侧移动
C．管电压升高时，最强波长向短波一侧移动
D．管电压升高时，X线能量以管电压二次方比例增大
E. 阳极靶物质的原子序数大时，X线能量增大
答：B
自测题-7有关特征X线的解释，错误的是（    ）
A．特征X线是高速电子与靶物质原子的轨道电子相互作用的结果
B．特征X线产生的X线的质与高速电子的能量有关
C．特征X线的波长，由跃迁的电子能量差所决定
D．靶物质原子序数较高时，特征X线的能量就大
E．管电压70kVp以下，不产生K系特征X线
答：B
自测题-8 与连续X线波长无关的是（    ）
A．阴极电子是否正撞到靶物质的原子核
B．阴极电子从靶物质原子核旁经过时离原子核的距离
C．阴极电子本身的能量大小
D．原子核的核电场强度大小
E．靶物质原子核外电子的结合能大小
答：E
【考点3】X线的本质与特性
1．X线的本质
X线本质是一种电磁波，与无线电波、可见光、γ射线一样都具有一定的波长和频率。由于X线光子能量大，可使物质产生电离，故又属于电磁波中的电离辐射。X线与其他电磁波一样具有波粒二象性，这就是X线的本质。
电磁波谱：
无线电等      3×105 ～1cm
红外线           0.01～0.0008cm
可见光           750～390nm
紫外线           390～2nm
诊断用X线   0.01～0.008nm
注： 1m ＝ 109 nm
（1）X线的微粒性
把X线看成是一个个的微粒—光子组成的，光子具有一定的能量和一定的动质量，但无静止质量。X线与物质相互作用时表现出微粒性：每个光子具有一定能量，能产生光电效应，能激发荧光物质发出荧光等现象。
（2）X线的波动性
X线具有波动特有的现象—波的干涉和衍射等。它以波动方式传播，是一种横波。X线在传播时表现了它的波动性，具有频率和波长，具有干涉、衍射、反射和折射现象。
2．X线的特性
X线特性指的是X线本身的性能，它具有以下特性：
（1）物理效应
穿透作用： 由于X线波长很短，光子能量大，故具有很强的穿透力。X线的穿透作用除与X线波长（能量）有关外，还与被穿透物质的原子序数、密度和厚度等因素有关。
荧光作用：荧光物质（如钨酸钙、氰化铂钡等）的原子，在X线照射下被激发或电离，当恢复原有基态时，便释放出可见的荧光。
电离作用：具有足够能量的X线光子，不仅能击脱原子轨道的电子，产生一次电离，击脱的电子又与其它原子撞击，产生二次电离。电离作用是X线剂量测量、X线治疗、X线损伤的基础。
干涉、衍射、反射与折射作用：X线与可见光一样具有这些重要的光学特性。它可在X线显微镜、波长测定和物质结构分析中得到应用。
（2）化学效应
感光作用：X线具有光化学作用，可使摄影胶片感光。
着色作用：某些物质经X线长期照射后，其结晶脱水变色。如铅玻璃经X线长期照射后着色。
（3）生物效应
X线是电离辐射，它对生物细胞特别是增殖性强的细胞有抑制、损伤，甚至使其坏死的作用。它是X线治疗的基础；是放射卫生防护的根据。
3．X线产生的效率
在X线管中产生X线能量与加速电子所消耗电能的比值叫X线的产生效率，用符号η表示。
η= 产生的X线总能量 / 阴极高速电子流的总能量= k·（V2ZI / VI）= kVZ（%）
式中，V：管电压，Z：靶物质原子序数，I：管电流，k：系数
在X线诊断范围内：k=1.1×10-9。
例题：管电压为100kV，靶物质为钨（W），原子序数74时，X线的产生效率为：
η= 1.1×10-9 ×74×105 ≈0.0081≈0.81%
从上例可见，加速阴极电子所消耗的电能只有0.81%作为X线能量被利用，其余都转换为热能。X线的产生效率是很低的。
自测题-9关于X线性质的叙述，错误的是（    ）
A．X线与红外线和紫外线一样，均为电磁波
B．X线具有波动和微粒的二象性
C．康普顿效应可证明它的微粒性
D．光电效应可证明它的波动性
E．X线不具有静止质量和电荷
答：D
自测题-10 不属于X线物理效应的作用是（    ）
A．穿透作用
B．电离作用
C．荧光作用
D．着色作用
E．干射与衍射作用
答：D
自测题-11 关于X线的本质，正确的叙述是（    ）
A．X线属于电磁波中的电离辐射，具有波粒二象性
B．X线的微粒性表明X光子具有一定的能量和静止质量
C．X线在传播时表现出微粒性
D．X线的波动性表明X线能激发荧光物质发出荧光
E．X线在与物质相互作用时表现出波动性
答：A
自测题-12对X线产生效率的说法，正确的是（    ）
A．X线管产生X线的效率很高
B．X线管产生X线的效率很低
C．X线管产生X线的效率可能很高也可能很低
D．X线管产生X线的效率一般
E．X线管产生X线的效率为100%
答：B
自测题-13 关于X线的穿透作用，下述说法错误的是（    ）
A．X线具有一定的穿透能力
B．X线的穿透力与X线的频率成反比
C．X线的穿透力与被穿透物质的原子序数成反比
D．X线的穿透力与被穿透物质的密度成反比
E．X线的穿透力与被穿透物质的厚度成反比
答：B
自测题-14 X线的荧光作用不能用于（    ）
A．X线透视荧光屏
B．X线摄影增感屏
C．CT机的晶体探测器
D．X线治疗
E．影像增强管
答：D
自测题-15 X线在医学影像检查技术中被应用的最基本的特性是（    ）
A．穿透作用
B．荧光作用
C．电离作用
D．感光作用
E．生物效应
答：A
自测题-16 X线的哪项特性是X线剂量、X线治疗、X线损伤的基础（    ）
A．穿透作用
B．荧光作用
C．电离作用
D．感光作用
E．生物效应
答：C
【考点4】X线强度
1．X线强度的定义
X线强度是垂直于X线束的单位面积上，在单位时间内通过的X线光子数量与能量之总和，即X线束中的光子数量乘以每个光子的能量。在实际应用中，常以X线量与质的乘积表示X线强度。量是指线束中的光子数，质则是光子的能量（也称穿透力）。连续X线波谱中每条曲线下的面积表示连续X线的总强度。
2．影响X线强度的因素
（1）靶物质
在一定的管电压和管电流下，X线量的多少决定于靶物质：靶物质的原子序数越高，产生的X线效率就越高。对于连续X线而言，靶物质的原子序数决定X线量的产生；而对于特征X线而言，靶物质的原子序数决定所产生的特征X线波长的性质。
（2）管电压
管电压决定产生X线最大能量的性质；另外增加管电压也将增加产生X线的量。所以X线强度与管电压的平方成正比。
（3）管电流
管电流的大小并不决定X线的质。但是在管电压一定的前提下，X线强度决定于管电流。管电流越大，撞击阳极靶面的电子数就越多，产生的X线光子数就越多。
（4）高压波形
X线发生器产生的高压都是脉动式的，由于不同的整流方式，所产生的高压波形的脉动率有很大区别。X线光子能量取决于X线的最短波长，即决定于管电压的峰值，整流后的脉动电压越接近峰值，其X线强度越大。
3．X线质的表示方法
（1）半值层（HVL）：X线强度衰减到初始值的一半时所需的标准吸收物质的厚度。
（2）电子的加速电压（管电压）。
（3）有效能量：在连续X线情况下使用这一概念。
（4）硬度：低能量X线称为软射线，高能量X线称为硬射线。
（5）X线波谱分布：它表示X线的波长分布或能量分布。
4．X线的不均等性
诊断用X线为连续X线与特征X线的混合，主要为连续X线。连续X线的波长由最短波长(λmin)到长波长领域有一个很广的范围。这种X线称为不均等X线。不均等X线由于滤过板的使用，长波长领域的X线被吸收，成为近似均等X线。这种均等度以不均等度h或ω表示。
h=H2／H1 (H1：第1半值层，H2：第2半值层)
或ω=λeff / λ0 (λ0 ：最短波长，λeff ：有效波长)
均等X线场合下，h=1，ω=1，不均等X线h>1，ω>1。
·有效波长：单一能量波长的半值层等于连续x线的半值层时，此波长称作有效波长
(λeff)。
·有效电压：产生有效波长的最短波长的管电压，称作有效电压。
λeff = 1.24／Veff (kV)(nm)
·有效能量：将有效电压用能量单位(keV)表示时，此能量为有效能量（或等效能量）。
自测题-17关于X线强度的叙述，错误的是（    ）
A．X线强度指的是管电压的高低
B．kVp代表X线的质，mAs代表X线的量
C．阳极靶物质的原子序数越高，X线强度越大
D．X线强度与管电压平方成正比
E．整流后的脉动电压越接近峰值，其X线强度越大
答：A
自测题-18关于X线质的表示，正确的是（    ）
A．X线管的滤过
B．X线管电压和半值层
C．X线管电流
D．高速电子的数量
E．阳极靶物质的原子序数
答：B
自测题-19 影响X线强度的因素不包括（    ）
A．X线管电压
B．X线管电流
C．靶物质的原子序数
D．阳极柄的材料
E．高压的脉动率
答：D
自测题-20 不能表示X线质的概念是（    ）
A．半值层
B．X线管电压
C．有效能量
D．X线波长
E．X线的不均等度
答：E
自测题-21 关于X线强度的定义，错误的说法是（    ）
A．是指垂直于X线束的单位面积上在单位时间内通过的光子数和能量的总和
B．也即是X线束中的光子数乘以每个光子的能量
C．在实际应用中常用管电压的高低来表示
D．量是指X线束中的光子数，质则是光子的能量
E．连续X线波谱中每条曲线下的面积表示连续X线的总强度
答：C
自测题-22 下列与X线的质和量有关的叙述中，错误的是（    ）
A．X线强度受管电压、管电流、靶物质及高压波形的影响
B．X线强度与管电压的平方成正比
C．管电流越大，产生的X线光子数就越多
D．对特征X线来说，靶物质的原子序数决定产生特征X线的量
E．整流后的脉动电压越接近峰值，其X线强度越大
【考点5】X线与物质的相互作用
相互作用形式：相干散射、光电效应、康普顿效应、电子对效应和光核反应五种。
1．相干散射tdP影像园XCTMR.com
它是一个低能量的光子冲击到物质的原子上，形成原子的激发状态。原子在恢复其常态时，放出一个与原入射光子同样波长、方向不同的光子，此即相干散射。相干散射在X线与物质相互作用时所占几率很小，不超过5％，实际作用不大。
2．光电效应
（1）光电效应的定义
X线与物质相互作用时，X线光子能量(hυ)全部给予了物质原子的壳层电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚成为自由电子(即光电子)。而X线光子本身则被物质的原子吸收，这一过程称为光电效应。
（2）光电效应的产物
光电效应，在摄影用X线能量范围内是和物质相互作用的主要形式之一。它是以光子击脱原子的内层轨道电子而发生。有如特征放射的发生过程。但又不完全一样，其主要差别是击脱电子的方式不同。光电效应可产生三种东西：特征放射、光电子(也叫负离子)和正离子(即缺少电子的原子)。
在产生光电效应的过程中，当一个光子在击脱电子时，其大部分能量是用于克服电子的结合能，多余能量作为被击脱电子(光电子、负离子)的动能。由于带电粒子穿透力很小，当这个电子进入空间后，很快就被吸收掉。失掉电子的原子轨道上的电子空位，很快就有电子来补充。这个电子经常是来自同原子的L层或M层轨道上的电子，有时也可来自其他原子的自由电子。在电子落入K层时放出能量，产生特性放射。但因其能量很低，在很近的距离内则又被吸收掉。例如，钙是人体内最高原子序数的元素，它的最大能量的特性光子也只有4kev。这样小的光子能量，从它的发生点几个毫米内即可被吸收。但必须注意，常用造影剂碘和钡，所产生的特性放射，会有足够的能量离开人体，而使胶片产生灰雾。
（3）光电效应产生的条件
①光子能量与电子结合能，必须“接近相等”才容易产生光电效应。就是说，光子的能量要稍大于电子的结合能或等于电子的结合能。例如，碘的K层电子结合能为33.2 kev，若光子能量为33.0kev，就不能击脱该层电子。另一方面，一个有34kev能量的光子，又比一个具有100kev能量的光子更容易和碘K层电子发生作用。这就是说，光子能量的增加，反而会使光电作用的几率下降。实际上，光电效应大约和能量的三次方成反比。
在实际摄影中，我们通过调整管电压的数值就可以达到调制影像的目的。
②轨道电子结合得越紧越容易产生光电效应。高原子序数元素比低原子序数元素的轨道电子结合的紧。在低原子序数元素中，光电效应都产生在K层，因为这一类元素只有K层电子结合的比较紧。对高原子序数的元素，光子能量不足以击脱它的K层电子，光电效应常发生在L层、M层，因为这两层轨道电子结合的都比较紧，容易产生光电效应。所以说，光电效应的几率，随原子序数的增高而很快增加。其发生几率和原子序数的三次方成正比。光电效应≈(原子序数)3。它说明摄影中的3个实际问题：不同密度物质的影像，所以能产生明显对比影像的原因；密度的变化可明显影响到摄影条件；要根据不同密度的物质，选择适当的射线能量。
（4）光电效应在X线摄影中的实际意义
①光电效应不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾。
②光电效应可增加射线对比度。X线影像的对比，产生于不同组织的吸收差异，这种吸收差别愈大，则对比度愈高。因为，光电效应的几率和原子序数的三次方成正比。所以，光电效应可扩大不同元素所构成的组织的影像对比。例如，肌肉和脂肪间的对比度很小，如果选用低kVp摄影，就可以利用肌肉和脂肪在光电效应中所产生的较大吸收差别来获得影像。
③光电效应中，因光子的能量全部被吸收，这就使患者接受的照射量比任何其他作用都多。为了减少对患者的照射，在适当的情况下，要采用高能量的射线。
3．康普顿效应
康普顿效应也称散射效应或康普顿散射。它是X线诊断能量范围内，X线与物质相互作用的另一种主要形式。当一个光子在击脱原子外层轨道上的电子时，入射光子就被偏转以新的方向散射出去，成为散射光子。而被击脱的电子从原子中以与入射光子方向呈φ角方向射出，成为反冲电子。其间X线光子的能量一部分作为反跳电子的动能，而绝大部分是作为光子散射。
一个光子被偏转以后，能保留多大能量，由它的原始能量和偏转的角度来决定。偏转的角度愈大，能量的损失就愈多。
散射光子的方向是任意的，光子的能量愈大，它的偏转角度就愈小。但是，低能量的光子，在散射效应中，向后散射的多。在X线摄影所用能量(40~150kVp)范围内，散射光子仍保留大部分能量，而只有很少的能量传给电子。
在摄影中所遇到的散射线，几乎都是来自这种散射。因为，散射吸收是光子和物质相互作用中的主要形式之一。所以，在实际工作中无法避免散射线的产生，而只能想办法消除或减少它的影响。
4．电子对效应与光核反应
电子对效应与光核反应，在诊断X线能量范围内不会产生。因为电子对效应产生所需要的光子能量是1.02MeV，而光核反应所需光子能量要求在7 MeV以上。所以，这两种作用形式对X线摄影无实际意义。
5．相互作用效应产生的几率
在诊断X线能量范围内，相干散射占5％，光电效应占70％，康普顿效应占25％。
①对低能量射线和高原子序数的物质，光电效应是主要的，它不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾，因而可产生高对比度的X线影像。但会增加被检者的X线接收剂量。
②散射效应是X线和人体组织之间最常发生的一种作用，几乎所有散射线都是由此产生的。它可使影像质量下降，严重时可使我们看不到影像的存在。但它与光电效应相比可减少患者的照射量。
③它们之间的相互比率将随能量、物质原子序数等因素的改变而变化。就人体而言，脂肪和肌肉的原子序数要低于骨骼。常用造影剂碘和钡属于高原子序数的元素。脂肪和肌肉除在很低的光子能量而外，散射作用是主要的；造影剂的原子序数高，以光电效应为主；骨骼的作用形式，在低能量的主要是光电作用，而在高能量时则变为散射作用是主要的。
总之，X线和物质的各种相互作用都有它的重要性，就X线摄影而言，各种作用的结果，都造成了X线强度的衰减，这是X线影像形成的基本因素。
自测题-23在X线诊断能量范围内，利用了X线与物质相互作用的形式是（    ）
A．相干散射和光电效应
B．光电效应和康普顿效应
C．康普顿效应和电子对效应
D．电子对效应和光核反应
E．光核反应和相干散射
答：B
自测题-24关于X线与物质相互作用几率的解释，错误的是（    ）
A．X线诊断能量范围内，光电效应占30％
B．对低能量射线和高原子序数物质相互作用时，光电效应为主
C．X线摄影中的散射线，几乎都是康普顿效应产生的
D．康普顿效应与光电效应的相互比率，常随能量而变化
E．脂肪、肌肉，除了在很低的光子能量(20～30kev)之外，康普顿散射作用是主要的。
答：A
自测题-25下列有关光电效应的叙述，错误的是（    ）
A．诊断用X线与铅的相互作用形式，主要是光电效应
B．光电效应的结果是，入射光子能量的一部分以散射光子释放
C．光电效应可产生特征放射、光电子和正离子
D．光电效应中，X线光子能量全部给予了物质原子的壳层电子
E．光电效应以光子击脱原子的内层轨道电子而发生
答：B
自测题-26关于光电效应在X线摄影中的实际意义，错误的是（    ）
A．光电效应不产生散射线
B．光电效应可扩大射线对比度
C．光电效应下患者接受的照射量小
D．光电效应下，不同组织密度能产生明显的影像对比
E．选用低kVp摄影，可以扩大脂肪与肌肉的影像对比。
答：C
【考点6】 X线的吸收与衰减
1．X线的吸收与衰减
X线强度在其传播过程中，将以与距离平方成反比的规律衰减。此即X线强度衰减的反平方法则（反平方法则：X线强度与距离的平方成反比）；反平方法则在X线管点焦点及X线在真空传播的条件下成立。严格地讲，X线在空气中传播会出现衰减，但是，这种因空气衰减的X线强度很微弱，在X线摄影中可以忽略不计。
X线除距离衰减外，还有物质导致的衰减。在诊断X线能量范围内，X线与物质相互作用形式主要是光电效应和康普顿效应。因此，X线强度由于吸收和散射而衰减。在光电效应下，X线光子被吸收；在康普顿效应下，X线光子被散射。X线与物质相互作用中的衰减，反应出来的是物质吸收X线能量的差异，这也正是X线影像形成的基础。
2．连续X线在物质中的衰减特点
（1）连续x线波长范围广，是一束包含各种能量光子的混合射线。连续X线最短波长决定于管电压，即λmin=1.24/kVp(nm)。最强波长等于1.2~1.5λmin。而它的平均能量的波长范围，则是2.5λmin。一般而言，平均光子能量是最高能量的1／3~1／2。如100kev的射线，平均能量约是40 kev。当然，由于过滤不同有所改变。
（2）X线通过物质之后，在质与量上都会有所改变。这是由于低能量光子比高能量光子更多地被吸收，使透过被照体后的射线平均能量提高。如此继续下去，通过物质之后的平均能量，将接近于它的最高能量。连续X线的这一衰减特点，可以用于通过改变X线管窗口过滤来调节X线束的线质。
（3）X线在通过被照体时，绝大部分能量被吸收，较少的能量透过。如何把这种衰减信号利用起来，将取决于有效地使用影像的转换介质。
（4）X线在物质中的衰减规律是进行屏蔽防护设计的依据。
3．X线的滤过
诊断用X线是一束连续能谱的混合射线。当X线透过人体时，绝大部分的低能射线被组织吸收，增加了皮肤照射量。为此，需要预先把X线束中的低能成分吸收掉，此即X线滤过。X线滤过包括固有滤过和附加滤过。
（1）固有滤过
指X线机本身的滤过，包括x线管的管壁、绝缘油层、窗口的滤过板。固有滤过一般用铝当量表示。即一定厚度的铝板和其他物质对X线具有同等量的衰减时，此铝板厚度称为滤过物质的铝当量。
（2）附加滤过
广义上讲，从X线管窗口至检查床之间，所通过材料的滤过总和为附加滤过。
在X线摄影中，附加滤过指X线管窗口到被检体之间，所附加的滤过板。一般对低能量射线采用铝滤过板；高能射线采用铜与铝的复合滤过板。使用时铜面朝向X线管。
4．X线在物质中的指数衰减规律
当X线强度为I，通过厚度为ΔX的吸收物质时，其衰减ΔI遵循下列公式
ΔI= -μIΔX
假设X= 0(厚度)，I=I0 (X线强度)，将上式加以积分后，可得公式
I= I0 e-μX
I0 ：X线到达物体表面的强度，I：X线到达（穿过）厚度为X时的强度，X：吸收物质厚度(m)。此公式即为X线衰减的指数函数法则。此一法则成立的条件有两个，一是X线为单一能量射线；一是X线为窄束X线。所谓窄束X线是指不包括散射线的射线束，通过物质后的X线光子，仅由未经相互作用或者是说未经碰撞的原射线光子所组成的X线。
单能窄束X线与物质相互作用时，其衰减可由以下两种坐标形式描述：
在半对数的坐标中，X线强度的改变与吸收层厚度的关系变为直线，其直线的斜率就是线性衰减系数的μ值。
在普通坐标中，X线强度随吸收体厚度的增加而衰减的规律呈指数曲线。
单能窄束X线在通过物体时，只有X线光子数量的减少，而无能量的变化，其指数衰减规律是X线强度在物质层中都以相同的比率衰减。
然而，在X线诊断能量范围内的X线发生，不是单能窄束，而是宽束的混合射线。宽束与窄束X线的主要区别是，宽束考虑了散射的影响，它把散射光子当作被物质吸收的光子来处理。显然，若用窄束的衰减规律来处理宽束的问题是不恰当的，特别是对屏蔽防护的设计。
宽束的衰减与吸收物质种类和厚度、X线能量、X线源与探测器的几何学的配置等因素有关。
在此情况下，可在窄束的指数衰减规律的基础上，引入积累因子B加以修正。
I= BI0 e-μX
不同的辐射有不同的积累因子(也称积累系数)，如光子数积累因子、能量积累因子、吸收剂量积累因子及照射量积累因子等。
大体上讲，μX≤1时，按B≈1；μX >1时，按B≈μX计算。在射线防护的情况下，为增加其安全度，一般以B≈μX+1计算。
5．衰减系数
衰减系数有吸收系数和散射系数。它是线衰减系数、质量衰减系数、原子衰减系数和电子衰减系数的简称。
（1）线衰减系数
将X线透过物质的量以长度(m)为单位时，X线的衰减系数，称作线衰减系数，也即X线透过单位厚度(m)的物质层时，其强度减少的分数值。单位为m-1。
（2）质量衰减系数
将X线透过物质的量以质量厚度（千克·米-2）为单位时的x线衰减系数，称作质量衰减系数（μ/ ρ)，也即X线在透过质量厚度为1千克·米-2的物质层后，X线强度减少的分数值。单位为（m2／kg）。
质量衰减系数不受吸收物质的密度和物理状态的影响。它与X线的波长和吸收物质的原子序数有如下的近似关系：
μm=Kλ3Z4
它说明了波长愈短，X线的衰减愈少，也即穿透力愈强；同时吸收物质的原子序数愈高，X线的衰减愈大。
（3）总衰减系数
总衰减系数即是光电衰减系数τ、相干散射衰减系数σt、康普顿衰减系数σc和电子对效应衰减系数χ的总和。
μ=τ+σt +σc +χ
若用物质密度ρ去除以上线衰减系数，则得到质量衰减系数。总质量衰减系数等于各相互作用过程的质量衰减系数之和。
μ/ρ =τ/ρ+σt /ρ+σc /ρ+χ/ρ
至于每一项在总衰减系数中所占的比例，则随光子能量和吸收物质的原子序数而变化。
（4）能量转移系数
在X线与物质的三个主要作用过程中，X线光子能量都有一部分转化为电子(光电子、反冲电子和正负电子对)的功能，另一部分则被一些次级光子(特性X线光子、康普顿散射光子及湮灭辐射光子)带走。如此总的衰减系数μ可以表示为上述两部分的总和，即
μ= μtr + μp
μtr ：X线能量的电子转移部分；μp：X线能量的辐射转移部分。
对于辐射剂量学而言，重要的是确定X线光子能量的电子转移部分。因为，最后在物质中被吸收的正是这一部分能量。
6．影响X线衰减的因素
（1）射线能量和原子序数对衰减的影响
在X线诊断能量范围内，当X线能量增加时，光电作用的百分数下降。当原子序数提高时，则光电作用增加。对高原子序数的物质(如碘化钠)在整个X线诊断能量范围内主要是光电作用。作为水和骨骼，则随X线能量增加，康普顿散射占了主要地位。随着X线能量的增加，透过光子的百分数增加。对低原子序数的物质，当X线能量增加时，透过量增加，而衰减减少；对高原子序数物质，当X线能量增加时，透过量有可能下降。因为，当X线能量等于或稍大于吸收物质K层电子结合能时，光电作用的几率发生突变(表1-1-2)。
X线检查中使用的造影剂钡和碘，因为有很理想的K结合能，更多的光电作用发生在K层。所以，可产生更高的影像对比度。
（2）密度对衰减的影响
在一定厚度中，组织密度决定着电子的数量，也就决定了组织阻止射线的能力。组织密度对X线的衰减是直接关系，如果一种物质的密度加倍，则它对X线的衰减也加倍。
（3）每克电子数对衰减的影响
电子数多的物质比电子数少的更容易衰减射线。一定厚度的电子数决定于密度，也就是决定于cm3的电子数。这是临床放射学中影响X线衰减的主要因素。
7．X线诊断能量中的X线衰减
人体各组织对X线的衰减按骨、肌肉、脂肪、空气的顺序由大变小。这一差别即形成了X线影像的对比度。为了增加组织间的对比度，还可借用造影剂扩大X线的诊断范围。
在X线诊断能量范围内，如果把X线的总衰减作为100，在42kVp下，对肌肉来说光电作用的康普顿散射作用所占比例相同；在90kVp下，散射作用占90％；由于骨的原子序数高，其光电作用是肌肉的2倍，骨对X线的衰减，在73 kVp下光电作用与散射作用相同。对于密度差很小的软组织摄影，必须采用低电压技术，用以扩大光电作用所产生的对比度。
自测题-27下列概念与单位的组合，错误的是（    ）
A．X线能量—kev
B．半值层—mm
C．直线减弱系数—m
D．质量减弱系数—m2/kg
E．波长—nm
答：C
自测题-28与影响X线减弱的因素无关的是（    ）
A．X线能量
B．原子序数
C．密度
D．每克电子数
E．X线管灯丝温度
答：E
自测题-29吸收X射线能力最强的组织结构是
A．肌肉
B．脂肪
C．骨骼
D．肺组织
E．肝脏
答：C
自测题-30对X线在物质中的衰减，下面描述错误的是（    ）
A．当X线穿过物体时，高原子序数的物质对X线有较强的衰减
B．当X线穿过物体时，密度大的物质对X线的衰减能力强
C．当X线穿过物体时，电子数目越多的物质更易使X线衰减
D．当X线穿过物体时，厚度大的物质对X线的衰减能力强
E．当X线穿过物体时，低原子序数的物质对X射线有较强的衰减
答：E
自测题-31 X线衰减的反平方法则是指（    ）
A．X线强度与管电压的平方成反比
B．X线强度与距离的平方成反比
C．X线强度与管电流的平方成反比
D．X线强度与原子序数的平方成反比
E．X线强度与每克电子数的平方成反比
答：B
自测题-32 关于距离所致的X线衰减，错误的说法是（    ）
A．X线在其传播时将按照反平方法则衰减
B．X线强度衰减的反平方法则是指X线强度与距离的平方成反比
C．反平方法则是在X线管点焦点、X线在真空中传播的条件下严格成立
D．X线在空气中传播时会出现因空气吸收所致的衰减
E．考虑到空气吸收所致的衰减，反平方法则在X线摄影中没有应用价值
答：E
自测题-33 下列不属于连续X线衰减特点的是（    ）
A．通过物质以后，在质和量上都会有所改变
B．低能光子比高能光子更多地被吸收
C．透过被照体后的平均能量降低
D．通过物质之后的平均能量将接近于它的最高能量
E．改变X线管窗口的过滤可以调节X线束的线质
答：C
自测题-34 关于X线的滤过，错误的叙述是（    ）
A．X线滤过是指预先把X线束中的低能成分吸收掉
B．X线滤过是为了减少高能射线对皮肤的照射量
C．X线滤过包括固有滤过和附加滤过
D．固有滤过包括X线管壁、绝缘油层、窗口
E．附加滤过是指从窗口到检查床之间X线通过的所有材料的滤过总和
答：B
【考点7】X线信息影像的形成与传递Q6M影像园XCTMR.com
1．摄影的基本概念
摄影：是应用光或其他能量来表现被照体信息状态，并以可见光学影像加以记录的一种技术。
像：是用能量或物性量，把被照体信息表现出来的图案。在此把能量或物性量，称作信息载体。
信息信号：由载体表现出来的单位信息量。
成像系统：将载体表现出来的信息、信号加以配列，就形成了表现信息的影像。此配列称为成像系统。
摄影程序：光或能量→信号→检测→图像形成。
2．X线信息影像的形成与传递
X线在到达被照体之前不具有任何的医学信号，只有当X线透过被照体(三维空间分布)时，受到被照体各组织的吸收和散射而衰减，使透过后的X线强度分布呈现差异，从而形成X线的信息影像。X线随之到达影像接收器(如屏／片系统)的受光面，转换成可见光强度的分布，并传递给胶片，形成银颗粒的空间分布，再经显影处理成为二维光学密度分布，形成光密度X线照片影像。
如果把被照体作为信息源，X线作为信息载体，那么X线诊断的过程就是一个信息传递与转换的过程。此过程分为五个阶段(图1-2-1)。
第一阶段：X线对三维空间的被照体进行照射，取得载有被照体信息成分的强度不均匀分布。此阶段信息形成的质与量，取决于被照体因素(原子序数、密度、厚度)和射线因素(线质、线量、散射线)等。
第二阶段：将不均匀的X线强度分布，通过接受介质(屏／片系统Ⅱ、CR、DR系统等)转换为二维的光强度分布。若以屏／片系统作为接受介质，那么这个荧光强度分布传递给胶片形成银颗粒的分布(潜影形成)，再经显影加工处理成为二维光学密度的分布。此阶段的信息传递转换功能取决于荧光体特性、胶片特性及显影加工条件。此阶段是把不可见的X线信息影像转换成可见密度影像的中心环节。
第三阶段：借助看片灯(或显示器)，将密度分布转换成可见光的空间分布，然后投影到人的视网膜。此阶段信息的质量取决于看片灯(或显示器)亮度、色光、观察环境以及视力。
第四阶段：通过视网膜上明暗相间的图案，形成视觉的影像。
第五阶段：最后通过识别、判断做出评价或诊断。此阶段信息传递取决于医师的学历、知识、经验、记忆和鉴别能力。
我们之所以介绍“X线影像信息的形成与传递”的目的，是要了解X线影像形成中每一个阶段的要素以及建立一个“影像链”的概念。
X线摄影目的，就是掌握和控制X线影像形成的条件，准确大量地从被照体中取得有用的信息。并真实地转换成可见影像。或者说，在允许的辐射剂量内，获得最有效的影像信息，其中有两个关键，一是当X线通过被照体时，究竟以多大程度把客观的信息准确地传递出来；二是从信息接受介质来讲，又以何种程度把信息真实地再现成可见影像。前者取决于X线机的性能、X线的特性及摄影条件的选择；后者取决于接受介质的转换功能及显影加工技术。这些也正是推行影像质量保证(QA)与质量控制(QC)的目的。
3．X线照片影像的形成
作为放射诊断影像的主体——X线照片影像，仍占影像检查总数的70％。1995年美国放射学院(ACR)一项调研表明，120家被调研的临床机构中，有48％认为常规X线摄影是最适宜首选的诊断方法。
所谓X线照片影像，就是以增感屏／胶片体系作为信息的接受介质，而形成的X线影像。X线透过被照体时，由于被照体的吸收、散射而衰减，透射线仍按原方向直地(散射线不形成影像)，作用于屏／片系统，经显影加工后，则形成了密度不等的X线照片影像(图1-2-2)。
X线照片影像的形成，一是利用了X线具有的穿透、荧光、感光等特性，以及被照体对X线吸收差异的存在。所以，X线照片影像可以看作是X线通过被照体内部所产生的吸收现象的记录。
X线照片影像是X线诊断的依据，医生通过对照片的观察，对构成这幅影像的点、线赋予一定的内容，并理解其中的含义，这就是诊断。对此重要的是，什么样的点和线可以在X线照片上显示出来，并能为人眼所识别，这也就是医生最关心的影像细节的微小变化。因为，它是疾病早期诊断的征象。X线照片影像的质量实质上指的就是微小细节的信息传递问题，即影像的清晰度。
概括地讲，影像细节的表现主要取决于构成照片影像的五大要素：密度、对比度、锐利度、颗粒度及失真度。前四者为构成照片影像的物理因素，后者为构成照片影像的几何因素。
自测题-35 X线信息影像形成的阶段是（    ）
A．X线透过被照体之后
B．X线照片冲洗之后
C．X线到达被照体之前
D．视觉影像就是X线信息影像
E．在大脑判断之后
答：A
自测题-36关于X线信息影像的形成与传递过程的叙述，错误的是（    ）
A．自X线管发射出来的X线强度分布是不均匀的
B．X线透过被照体之后就已形成了X线信息影像
C．被照体是信息源，X线是信息载体
D．不均匀分布的X线强度照射到屏／片体系，经显影加工后形成光学密度影像
E．照片密度影像通过看片灯，在视网膜形成视觉影像，再经大脑判断，最后形成诊断
答：A
自测题-37 X线透过被照体之后形成的X线强度的差异称为（    ）
A．人工对比
B．天然对比
C．射线对比度
D．胶片对比度
E．照片对比度
答：C
自测题-38关于X线照片影像形成的叙述，错误的是（    ）
A．X线透过被照体之后的透射线和散射线，照射到胶片上形成照片影像
B．X线照片影像是X线被被照体吸收与散射后形成的
C．X线照片影像是利用了X线透射线的直进性
D．照片接受的散射线不形成影像
E．常规X线照片与CT片的影像均利用了X线的穿透性
答：A
自测题-39 X线照片影像的形成要素，不包括（    ）
A．照片密度
B．照片的感度
C．照片的对比度
D．照片的锐利度
E．照片的放大与变形
答：B
自测题-40 X线照片影像的质量实质上指的是（    ）
A．影像密度
B．影像对比度
C．影像清晰度
D．影像失真度
E．胶片感光度
答：C
自测题-41 X线照片上微小细节的信息传递问题，就是（    ）
A．影像密度
B．天然对比度
C．影像失真度
D．影像清晰度
E．胶片感光度
答：D
自测题-42 下列哪项是构成X线照片影像的几何因素（    ）
A．影像密度
B．影像对比度
C．影像锐利度
D．影像颗粒度
E．影像失真度
答：E
【考点8】X线照片影像质量的分析基础
1．影响影像质量的基本因素
（1）X线影像质量的评价
X线影像质量的评价经历了一个逐渐完善的过程，从主观评价到客观评价，目前又进入了一个新的领域——综合评价阶段。
①主观评价：通过人的视觉在检出识别过程中根据心理学规律，以心理学水平进行的评价，称为主观评价或视觉评价。以往，主观评价方法主要有金属网法、Burger法、并列细线法等。目前，主要应用ROC(receiver operating characteristic，ROC)曲线，它是一种以信号检出概率方式，对成像系统在背景噪声中微小信号的检出能力进行解析与评价的方法，也称观测者操作特性曲线。这一概念是对主观评价的最新发展。
②客观评价：对导致x线照片影像形成的密度、模糊度、对比度、颗粒度以及信息传递功能，以物理量水平进行的评价，称为客观评价。主要通过特性曲线、响应函数等方法予以测定、评价。
③综合评价：它是以诊断学要求为依据，以物理参数为客观手段，再以能满足诊断要求的技术条件为保证，同时充分考虑减少辐射量的评价方法。
无论是主观评价、客观评价还是综合评价，其评价的前提是必须了解影响影像质量的基本因素。
（2）影响X线影像质量的基本因素
从医疗角度讲，评价影像质量的第一要素，是看影像质量是否符合诊断学要求。在这里我们仅从技术角度对影像质量加以分析。
X线照片影像，从X线的发生到在胶片上形成一幅固定的影像，其间要发生许多改变，这是一个复杂的信息形成与传递的过程。因此，一幅照片影像的质量的评价、分析与控制应当是全过程的、全面的、全员的，即全面质量管理(total quality management，TQM)的模式，也就是说，要提高一幅照片影像的质量，必须对所包含的每个步骤、过程加以测试、评估方可得到改善。
在上述影响影像质量的诸多因素中，最重要的影响因素是对比度、清晰度和颗粒度三大因素。这三大因素存在着相关性，相互之间又存在着许多方式的影响。但是，从总体来看也存在着随机的相关性。据此，这些因素也可以认为具有一定的独立性。
（3）X线影像质量的视觉评价
当人们用肉眼对X线照片影像质量进行评价时，很难对上述三大因素做出十分清楚的区分，所看到的影像是三个因素相互作用的结果。因此，人们要对照片影像进行更加科学的分析、评价，这就需要有使用物理参量的对“总体影像质量”或“诊断价值”进行表达的一些方式。
目前对此评价的最新视觉评价方法是借助统计学的ROC曲线。
当所有三大因素完全满意、完全不满意、一种因素相对于另外两种因素具有悬殊很大的影响时，对总体的影像质量评价会十分容易。但是，实际上有些照片显示出高清晰度，而颗粒性差的影像；也可以是低清晰度，而有良好的颗粒性影像。此外，照片影像质量的评价还受其他因素的影响，如医生的“偏爱”和所检查器官、组织的类型等。总之，有一条基本的结论，目前还没有制定出一个具有概括性的结论和方法。结果，对肉眼观察与物理参量之间还没有建立一个完全的统一。这也是为什么“综合评价”观点出现的原因。然而，在当前以数学方式表达影像质量的应用方法，即客观评价方法，毫无疑问地说它可以提供影像质量提高的有价值数据。
2．对比度
（1）对比度的概念
X线摄影学中对比度的概念十分重要，它是形成X线照片影像的基础。这中间涉及了三个基本概念，即射线对比度、胶片对比度、X线照片对比度。
①射线对比度：X线到达被照体之前不具有任何的医学信号，它是强度分布均匀的一束射线。当X线透过被照体时，由于被照体对X线的吸收、散射而衰减，透射线则形成了强度的不均匀分布，这种强度的差异称为射线对比度。此时即形成了X线信息影像。
②胶片对比度：射线对比度所表示的X线信息影像不能为肉眼所识别，只有通过某种介质的转换才能形成可见的影像，如X线照片影像。那么，X线胶片对射线对比度的放大能力，即称为胶片对比度。它取决于胶片的最大斜率(γ值)或平均斜率(C)。
③X线照片对比度：X线照片上相邻组织影像的密度差，称为照片对比度。照片对比度依存于被照体不同组织吸收所产生的射线对比度，以及胶片对射线对比度的放大结果。
（2）影响影像对比度的因素
X线影像形成的实质，是被照体对X线的吸收差异。而X线照片影像形成的物理因素为密度、对比度、锐利度、颗粒度。其几何因素为失真度(影像的放大与变形)。所有这些因素的基础是密度的存在，而对比度是密度影像形成的根本。
图1-2-3表示了在X线照片影像形成过程中，其对比度的影响因素。胶片对比度在更大范围内影响着影像质量的评价，同时胶片对比度也与影像锐利度和宽容度(信息量)有关。当胶片对比度大时，组织影像之间的密度分辨就容易，边缘也就趋向锐利；当胶片对比度小时，密度的区分范围就大，涵盖的信息量也就越大。图1-2-4表明，密度的差别在高对比度胶片A中容易识别到。但是，在可分辨密度范围上与胶片B相比，则比较窄。据此，影像质量的评价会随特性曲线密度范围的选择变化而变化。
3．清晰度
从摄影学意义上讲，清晰度是在不同密度区域内线对的分辨能力，以及胶片重建组织影像细节的能力。
（1）影响影像清晰度的因素
图1-2-5反映出了影像分辨能力的高低，涉及了从X线设备、X线胶片的成像到观片者的心理等诸多因素。在这些因素中，对照片影像清晰度产生较大影响的是增感屏清晰度和胶片对比度。
图1-2-5所涉及的因素中任何一个的变化都会使清晰度受损。例如，当光线进入胶片乳剂层时会受到卤化银晶体颗粒的散射，此称散射(irradiation)，见图1-2-6。当光线穿过片基反射，而又一次进入到乳剂层时，此称光晕(halation)，又如荧光交迭效应等。所有这些因素都会使影像清晰度下降。因此，入射光的信息形态与透射光影像形态有很大的差异。如果X线信息影像(输入信息)与照片影像在形态、大小上完全相同，分辨力没有损失的话，那么信息记录与传递就是100％。然而，这在实际上是不可能的，任何一种成像系统必然在信息的转换、传递中损失一部分，而信息损失的多少就涉及到了影像的清晰度。
（2）分辨力与清晰度的关系
分辨力与清晰度是两个不同的概念。分辨力也称解像力，虽然能表示某一个介质还原被照体细部的能力。但是，它是一个极限值，不能反映全部情况。事实上分辨力主要在高空间频率(高频部分)与清晰度有相应的关系，而在低频部分分辨力与清晰度不一定统一。在正常的观察条件下，肉眼一般能看到对应于2~4 LP／mm之间的结构。因此，对于一般X线摄影来说，要求低频部分有更高的信息传递能力，以此对诊断有更大的价值。当我们需要采用放大摄影把高频信息变为低频来加以记录时，我们希望在高频部分有更高的信息传递能力。
（3）信息量在增感屏传递中的损失
从图1-2-7荧光照射(使用增感屏)与X线直接照射(无屏)下的MTF测定中看到，尽管空间频率在加大，不使用增感屏的胶片的信息传递几乎没有损失。然而，一旦使用了增感屏，MTF曲线有大幅度地跌落。乳腺X线摄影的屏／片组合与常规X线摄影屏／片组合的MTF曲线相比，在同一个空间频率下，乳腺摄影屏／片组合的MTF远远高于常规摄影。且乳腺摄影屏／片组合的极限分辨力可达15～20Lp／mm。
从中我们得到了一个重要的启示，屏／片系统信息传递的损失，在于增感屏的使用对影像清晰度的影响，信息是损失在增感屏的散射与交迭效应上。因此，提高屏／片系统信息传递功能的关键是增感屏MTF的提高，这一结论对生产厂家有指导意义。
直接曝光(direct exposure)，不使用增感屏的胶片信息传递几乎是100％，它的分辨力最高可达35 LP／mm以上。
Min-R乳腺摄影专用中速单面增感屏与乳腺摄影专用胶片Min-R组合下的一组MTF的信息传递功能次之；
Min-RFast乳腺摄影专用高速单面增感屏与乳腺摄影专用胶片Min-RT(T颗粒)一组的信息传递功能在上述四组屏／片系统中最低。
以上三组组合的不同，主要因为使用了不同感度的增感屏。增感屏速度越高，信息传递损失也越大，如此可见增感屏在信息传递中的作用。
Lanex regular稀土标准感度的双面增感屏与T颗粒TMG胶片的一组，在五组中信息传递最低，其原因是使用了前后两张增感屏，与单面增感屏相比又大有逊色，尽管它使用了T颗粒的胶片。
以上最终说明了一个结论，屏／片系统中的MTF高低的决定因素，在于所使用的增感屏。当然，在实际摄影技术中，要根据不同的摄影部位和诊断要求来选择恰当的屏／片系统的感度，以取得最大限度的信息传递，这也是为什么增感屏与胶片的生产要系列化的原因之一。
（4）清晰度的测定
在X线影像清晰度评价的测定方法中，主要应用的是分辨力和响应函数。
①分辨力定义：某种成像介质(如胶片、增感屏、IP、平板探测器等)区分两个相邻组织影像的能力，称为分辨力。分辨力决定于在感光材料上重建的平行线对影像变化的分离程度，以每毫米可以分辨出多少线对表示。确定分辨力的最直接方式是使用特定的屏／片系统来记录被照体，然后对其影像进行观察判断。然而，由于被照体复杂和经常的变化，每次记录时需要改变曝光条件，这样一来就不可能做出有价值的比较。因此，人们是利用测试卡来代替被照体，这样可使测试条件趋向一致，所得结果有较好的重复性和可比性。
图1-2-8为线对测试卡的实例。通常测试卡由许多黑白相间、且分隔宽度相同的线所组成。例如每毫米4个线对时，黑线和白线分隔的总数为8条，每一条宽度为1／8 mm或125 μm。黑白部分的分离程度是建立在所决定的分辨力的极限基础上。也就是说分辨力指的是X线的接收、转换介质(胶片、屏／片系统、影像增强器等)的极限分辨力。从表1-2-1列出的主要转换介质的分辨力看到，胶片的分辨力远远高于增感屏。换句话说，分辨力很高的胶片一旦放到增感屏中使用时，其分辨力迅速下降。由此可见，影像清晰度在很大程度上受增感屏清晰度的影响。X线照片影像总体的分辨力，是由X线管焦点、屏／片系统、被照体等等各单元系统的分辨力的合成。
②调制传递函数(modulation transfer function，MTF)：目前，作为屏／片系统影像质量的评价方法，主要是以调制传递函数为中心。调制传递函数作为一种表达数值的方式，已应用于通讯工程领域和光学领域。总地来讲，特定的能量形式的输入与相同形式能量输出之间的关系，可以由输入和输出响应位置之间的比较而决定。那么，调制传递函数就可以表达获得影像重建的水平。
如果将“调制传递函数”的概念应用到摄影或光学系统中的话，就必须制作出正弦波模板。对光线来说，与通讯工程学中声音频率的等价物是黑与亮的密度的重复，这些重复被指定为空间频率。亮度或光强度(振幅)仅是通过密度的改变来重复。这些变化输入后，此时随着空间频率的增加，输出值的重复响应受到的限制也在增加，尤其是在高频信息下限制更大。因此，以横坐标为空间频率，计算出光线对应于不同频率下的振幅，沿纵坐标绘制出调制传递函数曲线。纵坐标上的调制传递函数的数值表达了输入信号与输出信号的比值。故信息(灰度)从100％完全的重建(记录)到0％的绝对不能重建的范围内存在。取代这种百分数的表示方法是指定100％为1.0。
③相位移动：相位移动是有关响应函数的另一个因素，也必须引起重视。在我们用星型测试卡来测试X线管焦点的成像质量时发现，当X线管焦点面积大于被照体的径线或被照体放大率超过限定数值时，星卡影像就变成了图1-2-9右侧的交错影像。这在血管造影或放大摄影时，会出现引起误诊的伪解像，此即相位移动。当单独测试感光材料的响应函数时，常规的相位移动不会发生，此时的响应函数被指为MTF——调制传递函数。
④正弦波与方波间的关系：由于任何一种被照体均具有利用正弦波分布所测到的光强度的分布特性，所以从理论上讲，用正弦波测试模板测量响应函数是最合适的。然而，用于X线透射成像系统中的正弦波模板制作十分困难。为此，人们改用方波(或矩形波)测试卡来取代正弦波测试卡。
无论是来自普通摄影照片，还是X线照片，由产生影像密度的光亮度(强度)的分布波形十分复杂。然而，这些分布曲线具有多种空间频率、振幅和相位，它可以分割成多个单一的正弦波。从另一角度解释，如果空间频率、振幅和相位组合在一起，它也可以形成任何一种波形。这种数学综合和分析叫做傅里叶变换。如图1-2-10所示，多个正弦波叠加在一起，最后便形成方波。由于它们之间存在着互易的数学关系，利用此法可以进行相互转换。因此，正弦波测试卡可以由方波测试卡取代来获得同样有效的结果。
④分辨力与MTF：当调制传递函数曲线绘制出来以后，分辨力与MTF的测量实际上十分简单。图1-2-11显示，随着空间频率的提高，MTF曲线下降，最终与横坐标相交，则信息输出为0。此时的空间频率即是该成像系统的极限分辨力(如图所示15Lp／mm)。人眼不能识别MTF值0.1以下的密度差异(低于10％)。因此，对于人眼来讲，图1-2-11表示的成像系统的最终分辨力应为MTF值0.1下的空间分辨力(如图所示12Lp／mm)。
分辨力与MTF之间不一定总是统一的。实际上，影像的清晰度决定于适宜人眼辨别能力(即低空间频率)的MTF值。如图1-2-12所示，胶片A可能具有高分辩率，但在低频部分具有增强特性值的胶片B，会产生人眼所能识别的更加清晰的影像。
此外，MTF测定的优点，还在于可以测试X线成像系统中每一个单元对影像质量的影响的比率。如X线管、增感屏、X线胶片、影像增强器等等。同时，也可以简化其MTF的分析过程。假定X线管的MTF值为50％，这就意味着输入到屏／片系统之前信息已损失了50％。假定所用屏／片系统的信息传递功能(MTF)值为0.3，这就意味着相对于原有输入的信息量来说，当通过屏／片系统输出时，其MTF值为0.15(15％)，也即仅有15％的信息被屏／片系统记录和传递(图1-2-13)。
4．颗粒度
当靠近照片观看时，人们会发现整幅图像是由许许多多的小的密度区域(颗粒)组成的。由于它们的组合便形成了影像。这种粗糙或砂砾状效果叫颗粒性。
（1）影响颗粒性的因素
影响影像颗粒性的因素如图1-2-14所示，其中最为重要的有四种因素：X线量子斑点(噪声)；胶片卤化银颗粒的尺寸和分布；胶片对比度；增感屏荧光体尺寸和分布。
（2）斑点(噪声)
当人们用肉眼观察X线照片时，会看到一定量的颗粒，它们不是乳剂中单个银颗粒或增感屏荧光体颗粒组成，而是一些在一定区域内大量集中的不规则的颗粒。这些有颗粒聚集的区域，称做斑点(噪声)。
卤化银颗粒尺寸大约1~2 μm。因此，肉眼是看不到的，除非它们的对比度十分高。人们所看到的X线照片斑点，通常被认为主要是量子斑点形成的(或称量子噪声)，占整个X线照片斑点的92％。所谓量子斑点就是X线量子的统计涨落在照片上记录的反映。X线量子冲击到某种介质的受光面时，会像雨点一样激起一个随机的图案，没有任保力量可以使它们均匀地分布在这个表面上。假若X线量子数无限多，单位面积内的量子数就可以看成处处相等；若X线量子数很少，则单位面积里的量子数就会因位置不同而不同。这种量子密度的波动(涨落)遵循统计学的规律，故称之为X线量子的“统计涨落”。
5．影响影像质量因素间的相互关系
影像质量因素间的相互关系甚为复杂，它涉及着主观视觉评价与物理客观评价之间的不一致因素。
（1）清晰度与颗粒度间的相互关系
在各种照片影像的清晰度与颗粒度或颗粒性之间存在着许多复杂的关系。如果我们暂且忽略其他全部因素，仅把注意力集中在清晰度和颗粒度相互关系的评价的话，影像信息传递功能(MTF)，将随颗粒尺寸的变大而下降。换句话说，影像清晰度会因影像颗粒性的提高(影粒度变小)而提高。例如，在通常情况下，增感屏使用的荧光体颗粒尺寸变小时，产生的影像清晰度会得到提高。这种关系同时也存在于胶片之中，即乳剂颗粒尺寸变小时，影像清晰度提高。然而，当使用高感度增感屏时，即使颗粒度和信息传递功能都变得很差，上述这种关系也不见得在所有情况下都出现。换句话说，当实际颗粒尺寸较大时，自然观察到的颗粒也应较大。但是，由于颗粒感度较高，虽然影像锐利度不好，有时看上去影像质量却有所改善；或者是说在这里微粒尺寸的作用不十分重要。
图1-2-16表示增感屏、胶片感度与清晰度的关系。从此图可以看出，既使胶片(这里指不加增感屏的单纯胶片的情况)感度逐渐提高，其信息传递功能(MTP)几乎无变化。然而，随着增感屏感度的增加，影像清晰度明显下降。
（2）清晰度与对比度的关系
这两个因素间的关系相对较为简单。在同样使用增感屏的情况下比较，如果胶片对比度逐渐提高，其清晰度也会提高。相反亦然，胶片对比度降低，其清晰度也下降。
（3）颗粒度与对比度的关系
当影像对比度提高时，颗粒质量下降。图1-2-17表示以显影温度为参量，给出了胶片对比度和颗粒度(RMS)的关系。如图所示，当单纯胶片状态仅受X线量子斑点的影响下(下方曲线)，由于显影温度升高，影像对比度(γ值最大反差)增高，颗粒度加大，影像的颗粒性下降；图上方曲线为胶片与增感屏组合下，受到X线量子斑点和增感屏斑点的双重影响时，颗粒性下降幅度随显影温度的升高(对比度增大)而加大。
（4）高感度的屏／片系统与影像质量
增感屏荧光体和胶片乳剂都在不断地得到改进，以提高其系统的感度。从理论上讲，要获得系统的高感度，必然会在一定程度上牺牲影像的清晰度和颗粒质量。
当然，最大限度的曝光量的减少都是人们所期望的，但是，如果以牺牲影像质量为代价，那么影像也就失去了自身的价值。有幸的是，稀土增感屏由于采用了X线吸收效率比传统钨酸钙增感屏高得多的荧光体。因此，在很大程度上减少了高感度屏／片系统下影像清晰度、颗粒质量下降的制约。
现在，让我们做一组试验，将具有相同颗粒度和对比度等级的8种胶片设计成不同的感度，并测量其RMS颗粒度。从图1-2-18可以清楚地看到，当屏／片系统的相对感度达到特定值时，颗粒度开始急剧上升。而这种上升部分是由X线量子斑点构成的。因为，这8种胶片特性、增感屏特性和kV值均未变动。此时，影像颗粒性除X线量子斑点之外不受任何因素影响。
在图像工学上，常用以下等式来计算整体颗粒性：
照片影像整体颗粒性=(胶片对比度)×(X线量子斑点)×(增感屏MTF)(1)+(胶片对比度)×(增感屏斑点)(2)+(胶片颗粒性)(3)
由等式可以看出：(1)表达出的X线量子斑点因素的重要作用，以至于(2)和(3)表达出的屏斑点和胶片颗粒性的轻微提高对整体颗粒性都不会产生明显的改善。然而，X线量子斑点的反作用可以通过(1)式中胶片对比度和屏MTF等协同因素的降低而下降。换言之，可通过设计产生稍低对比度照片的胶片结构来达到预期的目的。
自测题-43 关于X线影像质量的评价，错误的说法是（    ）
A．X线影像质量的评价经历了一个逐步完善的过程
B．在检出识别过程中以心理学水平进行的评价称为视觉评价
C．主要通过特性曲线、响应函数等方法予以测定评价的方法叫主观评价
D．客观评价是以物理量水平进行的评价
E．目前X线影像质量进入综合评价阶段
答：C
自测题-44 下列不属于主观评价方法的是（    ）
A．金属网法
B．Burger法
C．并列细线法
D．ROC曲线
E．特性曲线
答：E
自测题-45 下列哪项不是综合评价的内涵（    ）
A．以诊断学要求为依据
B．以物理参数为客观手段
C．以能满足诊断要求的技术条件为保证
D．突出强调特性曲线
E．充分考虑减少辐射量
答：D
自测题-46 下列关于对比度的概念错误的是（    ）
A．穿过被照体后的X线强度差异叫做射线对比度
B．X线达到被照体之前不具有任何的医学信号
C．X线胶片对射线对比度的放大能力叫做影像对比度
D．X线照片上相邻组织影像之间的密度差称为照片对比度
E．X线照片上如果没有对比度就没有影像存在
答：C
自测题-47 X线影像形成的实质是（    ）
A．被照体对X线的吸收差异
B．影像密度
C．影像失真度
D．照片颗粒度
E．影像清晰度
答：A
自测题-48 关于清晰度的叙述下列哪项是错误的（    ）
A．清晰度是在不同密度区域内线对的分辨能力
B．清晰度是胶片重建组织影像细节的能力
C．影像清晰度的影响因素涉及X线设备、胶片成像到观片者心理诸多因素
D．对照片影像清晰度产生较小影响的是增感屏清晰度
E．对照片影像清晰度产生较大影响的是胶片对比度
答：D
自测题-49 分辨力与清晰度的关系正确的是（    ）
A．分辨力与清晰度是两个不同的概念
B．分辨力是一个极限值可以反映全部情况
C．分辨力主要在低频部分与清晰度有相应的关系
D．分辨力在高频部分与清晰度不一定统一
E．对一般X线摄影来说，希望在高频部分有更高的信息传递能力
答：A
自测题-50 关于分辨力的概念错误的是（    ）
A．某种成像介质区分两个相邻组织影像的能力
B．决定于在感光材料上重建的平行线对影像变化的分离程度
C．以每毫米内可以分辨出多少线对表示
D．在测定中常用测试卡代替被照体
E．从测试结果看，增感屏的分辨力远远高于胶片
答：E
自测题-51 MTF是指（    ）
A．胶片特性曲线
B．调制传递函数
C．分辨力测试卡
D．影像对比度
E．傅里叶变换
答：B
自测题-52 调制传递函数表示（    ）
A．输入信号与输出信号的比值
B．输出信号与输入信号的比值
C．某种成像介质区分两个相邻组织影像的能力
D．感光材料上重建的平行线对影像变化的分离程度
E．每毫米内可以分辨出多少线对
答：B
自测题-53 下列哪项不是影响影像颗粒性的因素（    ）
A．X线量子斑点(噪声)
B．胶片卤化银颗粒的尺寸和分布；
C．胶片对比度
D．胶片尺寸
E．增感屏荧光体尺寸和分布
答：D
自测题-54 关于照片斑点（噪声）的说法错误的是（    ）
A．照片肉眼能见到有颗粒聚集的区域，称做斑点(噪声)
B．卤化银颗粒尺寸大约1~2 μm，肉眼是看不到的
C．X线照片斑点主要是量子斑点形成的
D．量子斑点就是X线量子的统计涨落在照片上记录的反映
E．假若X线量子数无限多，单位面积里的量子数就会因位置不同而不同
答：E
【考点9】影像质量的主观评价
1．ROC曲线的概念
通过人的视觉在检出、识别过程中，根据心理学规律以心理学水平进行的评价，称为心理学评价，又称主观评价或视觉评价。以前，主观评价方法主要有金属网法、Bureger法、并列细线法等。
既然是主观评价必然受到心理学因素的影响，且会因人而异。如何在主观视觉评价中建立一个统一的标准，这就可能使主观评价趋向客观化。1970年美国芝加哥大学完成了用ROC
曲线评价影像质量的方法。
所谓ROC曲线就是以通讯工程学中的信号检出理论(signal detection theory，SDT)为基础，以心理临床评价的观测者操作特性曲线的解析和数理统计处理为手段的评价法，人们称之为ROC曲线。它是一种以信号检出概率方式，对成像系统在背景噪声中微小信号的检出能力进行解析与评价的方法，也就是用数量来表示对影像中微细信号的识别能力。
2．ROC曲线的应用
ROC是一种以信号检出概率方式，对成像系统在背景噪声中微小信号的检出能力进行解析与评价的方法。它可以对主观评价以定量的方式进行表述。因此，ROC解析方法被广泛应用于医学影像中各个系统的成像性能的评价。
自测题-55 关于ROC曲线的叙述，下列哪项是错误的（    ）
A．1970年由美国芝加哥大学完成
B．以通讯工程学中的信号检出理论为基础
C．以心理临床评价的观测者操作特性曲线的解析和数理统计处理为手段
D．可以对主观评价以定性的方式进行表述
E．以信号检出概率方式，对成像系统在背景噪声中微小信号的检出能力进行解析与评价
答：D
自测题-56 关于ROC曲线的应用错误的说法是（    ）
A．ROC曲线属于影像质量的主观评价
B．可以对主观评价以定量的方式进行表述
C．主要应用于对评价者的主观评价能力的评估
D．可能使主观评价趋向客观化
E．用数量来表示对影像中微细信号的识别能力
答：C
考点10】影像质量的客观评价
1．影像质量的客观评价
在评价影像质量时，必须首先考虑以下两个问题：
(1)当X线透过被照体时，不论正常与病变部分，究竟以多大程度把客观的信息准确传递出来。
(2)从信息接受介质来讲，又以何种程序把信息真实地再现成可见影像。前者取决于X线机的特性及摄影条件的选择；后者取决于接受介质的成像能力。
所谓客观评价就是对导致医学影像形成的密度、锐利度(模糊度)、对比度、颗粒度以及整个成像系统的信息传递功能，以物理量水平进行的评价，称为客观评价。主要是通过摄影条件(X线摄影三参量kV·mA·s的输出)、特性曲线、响应函数(MTF)、颗粒度的RMS、维纳频谱(Ws)，以及近年导入的量子检出率(detective quantum efficiency，DQE)和等效噪声量子数(noise-equivalent number of quanta，NEQ)等参数的测量方法作影像客观评价的手段。
从临床影像诊断的角度讲，医生更关心的是影像细节的微小变化，即早期诊断的确定。这些都涉及影像清晰度的评价。最初，清晰度是通过分辨率和锐利度的测定来判断的。但这些方法都各有其缺欠，不能对影像质量做综合评价。而调制传递函数的测定，可以客观地对影像质量做综合评价。
1962年国际放射界“模仿”了通讯工程学信息论的“频率调制”概念，将其以时间频率为自变量的频率响应函数，换成以空间频率(LP／mm)为变量的调制传递函数。
所谓调制传递函数(MTF)即“响应函数”，简单理解就是记录(输出)信息量与有效(输入)信息量之比。这一概念引自电子学，输入称为激励，输出称为响应，它们之间存在着函数关系，频率响应就是对于接受介质在某一频率下响应特性的定量表示，其理论基础是傅立叶变换。它广泛应用于通讯工程和光学领域。同样这一概念也适用于x线成像系统的检测与评价。X线摄影学将其频率定义为空间频率，以每毫米长度上的线对数表示(LP／mm)。调制指的是改变一个信号的幅度或强度或量，传递指的是接受介质(如屏／片系统)将输入信息存储和转换输出的过程，两者之间存在着一个函数关系。信息接受介质在某一频率下响应特性的定量表示，即为频率响应函数。我们把不同空间频率的响应函数统称为调制传递函数。
上面的MTF、RMS、WS等物理评价参数对于成像系统性能的客观评价是十分重要的。但是，它们之间是相互独立的评价，缺少综合的概念。而量子检出率(DQE)和等效噪声量子数(NEQ)却能将这些参数联系起来。因此，在数字成像系统性能的客观评价上更具有其价值。
所谓DQE是指成像系统中输出信号(信噪比平方)与输入信号(信噪比平方)之比。可以解释为成像系统中有效量子的利用率。当然，DQE值越高(最高值为1，即100％利用)，有效量子利用率高，输出信息也就越高。所谓NEQ是指成像系统中输出侧的信噪比的平方，可以解释为该量子数在理想的成像系统(记录100％的输入信号)中产生的噪声与实际输入信号在真实的成像系统中产生的噪声一样。显然，NEQ越大，成像系统的信噪比就越大，提供的影像信息也就越多。
在数字X线摄影发展的今天，DQE和NEQ这两个概念已称为成像系统客观评价中的重
要参数。
2．客观评价在屏／片系统成像质量分析中的价值
（1）分辨率与清晰度的关系
分辨率与清晰度是两个不同的概念。分辨率也称解像力，虽然能表示某一个介质还原被照体细节的能力。但它是一个极限值，不能反映全部情况。事实上分辨率主要在高空间频率(高频部分)与清晰度有相应的关系，而在低频部分分辨率与清晰度不一定统一，如图1-3-4的MTF曲线所示，B屏／片系统的分辨率要大于A屏／片系统。但是，在低频部分(2LP／mm)B系统的MTF小于A。在正常的观察条件下，肉眼一般能看到对应于2~4 LP／mm之间的结构。因此，对于一般X线摄影来讲，A系统信息传递能力比B有更大的诊断价值。当然在需要记录高频信息时，就应采用放大摄影把高频信息变为低频来加以记录，选用B系统为好。
（2）信息量在增感屏传递中的损失
从图1-3-5使用增感屏与不使用增感屏的X线照射下的MTF测定中看到，不使用增感屏的胶片的信息传递几乎没有损失，尽管空间频率在加大。然而，一旦使用了增感屏，MTF曲线有大幅度地跌落。从中我们得到了一个重要的启示，屏／片系统信息传递的损失，在于增感屏的使用对影像清晰度的影响，信息是损失在增感屏的散射与交迭效应上。因此，提高屏／片系统信息传递功能的关键是增感屏MTF的提高，这一结论对生产厂家有指导意义。
不同屏／片组合下的MTF：
①整个体系的信息传递功能将随屏／片系统相对感度的增加而下降。
②信息传递功能随空间频率(相当于解剖结构的细微程度)的增加而下降。
③在低空间频率(如0.5 LP／mm)或高空间频率(如10LP／mm)，几组屏／片系统的传递函数相对接近。而在肉眼识别(诊断时所用的)能力最强的1~2LP／mm空间频率下，几组屏／片系统的传递函数被拉开。这意味着，X线摄影技术应根据临床诊断部位的不同需要，采用不同相对感度的屏／片系统，即应用系列化选用屏／片系统。如四肢远端关节，应取Fine屏／片系统，相对感度较低，但诊断最需要显示的骨纹理特别清晰；血管造影因曝光次数多，拍片量大，而血管造影对比度强。因此，选用高速屏(Fast)屏／片系统为宜。虽然，它的信息传递衰减一些，但是，照射剂量大幅度降低。一般情况下，选用常规或中速的屏／片系统为宜。
人们会说，今天我们已进入医学影像数字化，X线摄影使用的是CR、DR了，这些内容还有什么意义?不错，我们是进入了影像数字化时代。但是，其成像系统质量的评价概念、思路、方法依然有它的实用性。
3．客观评价在焦点成像质量分析中的价值
（1）X线管焦点形状对成像质量的影响
①同一焦点，在照片的不同方位上出现的变形，是由于X线管焦点线量分布的不均匀造成的。
这一情况，我们可以通过一个星卡测试的方法来验证。图1-3-6为标称0.2mm焦点拍摄的星卡放大影像。我们发现沿其影像与X线管长轴平行的方位，自外向内观察时，黑白相间的星条影像出现了模糊，继之就是黑条影移到了原来白条影的位置上，影像呈现了双峰状的反转交错；而在短轴方位上影像虽未出现反转，但也呈现了单峰状的扭曲。这就是说，星卡在一定放大率下的实际成像位置，并不始终在理想的、连续的位置上，而是沿着一定方位移动了一段距离，这种现象叫相位移动。其出现的反转与扭曲影像，在放射线图像工学上称为伪解像(sparious resolution)或对比度逆转。
在同一空间频率(被照体相同径线的组织结构)下，单峰要比双峰分布的信息传递功能要高得多，特别表现在高频部分。例如空间频率为4 LP／mm(即径线为0.125 mm的组织结构)时，单峰分布下可将其信息传递出40％，而双峰分布只能传递出21％，几乎相差一倍。
(2)伪解像产生条件的分析：X线管不规则的线量分布，特别是双峰分布下的伪解像的出现，不仅降低了焦点成像质量，而且会给放大摄影的诊断带来困难。这种伪解像的形成能够在微细结构的成像中，模拟出分叉或血管阻断等假象。因此，了解放大摄影中伪解像出现的具体情况是至关重要的。
伪解像出现的原因，从几何学角度来分析更为直观易懂。图1-3-7表示星卡像面上的线量分布情况。很明显在A、B两个像面上，能够分辨出相邻两铅条的影像。但在C像面上，由于相邻两铅条被放大的影像恰好等于X线管焦点的大小。致使平面C上原成像的区域内，线量分布值处处相等，从而导致了相邻两铅条影像完全消失，呈模糊像面。而在越过C平面的像面D上，由于相邻两铅条的本影与半影的叠加，又出现了可分辨的相邻两铅条的影像，但其影像的位置却发生了改变，恰好在A、B两像面上所显示的原来可分辨的相邻两铅条之间的位置上，即原影像的黑线条变成了白线条，白线条变成了边境线条，这就是我们所说的伪解像。
为此，我们对0.2mm、0.3mm微焦点在不同倍率下伪解像出现的频率进行了测试。伪解像不是在任何情况下都会出现，它需要具备一定条件：
·焦点尺寸大于被照体微细结构的径线。
·被照体放大到一定倍率时，相邻组织半影叠加大于组织径线。
这种情况在被照体紧贴胶片的平片摄影中是不会出现的。但在放大率较大的放大摄影中，伪解像出现的频率大为增加。为避免这一情况，必须选用微焦点或超微焦点X线管，并把被照体的放大控制在该焦点可能产生伪解像的放大率以下，才能获得一张清晰的放大影像。
（2）焦点尺寸对成像质量的影响
在焦点线量分布形状相同的情况下，焦点越小，成像质量越高。实际成像的等效焦点尺寸，并不等于标称焦点面积。实测出的焦点尺寸，表示的是由焦点大小及其线量分布等总体成像量的等效焦点尺寸。
4．客观评价在体位设计的质量分析中的价值
（1）体位设计的意义
以往，一个摄影位置的摆法是从解剖学的角度设计的，这已经是几十年沿用下来的常规。现在，我们认为在新的成像原理指导下，应赋予体位设计更深刻的含义，即根据临床诊断要求，在能够发现、显示病变成目的部位的同时，还必须以最高像质反映在照片上。
体位设计与影像质量之间的关系，受下列因素影响：
①投影学因素：焦点、被照体、胶片三者间位置与距离的关系。
②X线管焦点的成像质量。
③X线中心线投射屏／片系统的状态。
（2）X线中心线投射状态与成像质量关系的分析
①X线中心线垂直射入屏—片系统的影像质量：在中心线垂直射入屏／片系统的体位设计中，最重要的原则之一，是病变部位紧靠胶片，以缩小物——片距，从而获得一个几何模糊度很小的清晰影像。但是，患侧靠片与健侧靠片二者在影像质量上究竟有多大区别，还需要定量分析，对此最有力的手段就是测定该成像系统的调制传递函数。
现在，通过一个横径18 cm的头颅侧位摄影(右侧颅骨骨折)的信息传递功能的测定，看患侧靠片与健侧靠片所呈现的影像质量区别。如图1-3-8所示，在同一空间频率下(2LP／mm)，患侧靠片时的调制传递函数为0.5，而在健侧靠片时的调制传递函数为0.35，可见患侧靠片较健侧靠片时的信息传递功能高出15％，这一差别在高频信息(微细结构)下尤为显著。
②X线中心线倾斜射入屏／片系统的影像质量
·斜射效应的产生：在X线摄影中，为使病变和目的部位显示出来，常常采取中心线倾斜角度的方法，特别是对于结构复杂的头颅部位的摄影。中心线倾斜射入屏／片系统将产生怎样的影像质量，没有引起人们更多注意，只是从解剖学的角度出发，着眼于避免病变或目的部位过多的重叠上。现在，当我们掌握了影像质量评价的物理手段时，就可以对此做出定量分析，了解斜射效应对影像质量的影响，以采取必要措施来获得最佳像质。
一般医用X线胶片涂有两面乳剂层，夹在前后两张增感屏中使用。当X线倾斜射入时，被胶片记录下来的前后屏发光分布难以吻合，则在胶片两面乳剂膜上分别产生了两个错开的影像。这就是使影像出现很大模糊的斜射效应。
已知胶片厚度T，中心线倾斜角度θ即可计算出前后屏发光峰值错开的幅度D：
D=T·tanθ
由此可知，胶片越厚、中心线倾斜角度越大，胶片两面乳剂所记录下来的影像模糊度也就越大。
·斜射效应下伪解像的产生：将线对卡置于暗盒上，中心线分别倾斜0°，10°，20°，30°照射，将其影像用微密度计扫描、测算，并绘制成MTF曲线。如图1-3-9所示，中心线倾斜角度越大，影像质量越差，特别是在高频部分(微细结构)。在中心线倾斜20°时，就开始出现了伪解像。
伪影像的产生是中心线斜射效应的结果，即X线倾斜使前后屏发光峰值的错开幅度增大，X线片两面乳剂合成密度分布出现双峰状的移行，造成影像在原有位置上出现黑白交替的反转现象——伪解像。总之，由于斜射效应，中心线倾斜射入屏／片系统时的影像质量，较垂直射入屏／片系统时有明显恶化。
（3）最高像质的体位设计
对于需要中心线倾斜角度的摄影部位，都会因斜射效应而使影像质量下降，对此情况又将如何设计体位呢?
我们知道，X线影像是被照体在胶片上的平面投影，其形态、大小将依X线管焦点、被照体、胶片三者间的位置关系而变化。对于需要倾斜中心线的摄影部位，均可用被照体倾斜而中心线垂直射入的方法来获得同一影像。但是，这必然带来物-片距加大，而产生放大模糊。究竟哪一种是最佳方案，不能一概而论，
必须具体加以比较。对此最能发挥鉴别能力的就是调制传递函数的测定方法。
一般来说，照片影像的总体MTF，可以从X线管焦点MTF与屏／片系统的MTF乘积求得。
Rω=Tω·Cω
Rω：摄影体系的总体MTF，Tω：X线管焦点的MTF，Cω：屏／片系统的MTF。
在这里，Tω可以通过星卡测试手段、Cω可以通过方波测试卡测试手段获得，将测试数据代入上述公式，即可获得所设计体位下的总体成像质量。
现在，我们具体以某患者内听道Towne氏位摄影为实例，比较一下不同体位设计下的成像质量。
中心线倾斜30°：患者取Towne位，前后向，实测患者蝶鞍距片12.5 cm、焦-片距100cm，放大率M=100／(100－12.5)≈1.15，中心线向足侧倾斜30°(图1-3-10)。
Rω=放大率1.15时的Tω×中心线30°斜射效应下的Cω
被照体倾斜30法：同一患者取前后向，头颅下垫起30°，实测蝶鞍距片20.6 cm，焦—片距100 cm，放大率M=100／(100－20.6)≈1.26，中心线垂直射入屏／片系统。
Rω=放大率1.26时的Tω×中心线垂直下的Cω
两种摄影方法均使用0.3mm焦点的X线管。
测试结果表明(图1-3-11)，以被照体倾斜30°、而中心线垂直射入屏／片系统的方法为佳。但是，还应指出影像的几何模糊随x线管焦点的大小而变化。因此，在下不同体位设计下的成像X线管不同焦点尺寸下，上述两种设计方案也就会有不同结果。我们对0.3 mm、1．0 mm、2.0mm三种焦点在上述条件下做了测试，并在同一空间频率(1.5 LP／mm同一组织径线粗细下)下作了比较，发现：
·使用1.0mm以下焦点尺寸时，取被照体倾斜，中心线垂直射入屏／片系统的设计方案为佳；
·使用2.0mm以上焦点尺寸时，以中心线倾斜30°的原Towne氏位方案为佳；
·中心线倾斜角度时焦点下的MTF比较体位设计方案，几乎不依赖于焦点尺寸，而只依赖于屏／片系统的MTF。这是因为物-片距小，相对来说，焦点尺寸的增加不致带来过分的几何模糊。
在X线摄影的体位设计中，类似上述的体位变换是很多的，如胸骨、乳突摄影等，都存在一个最高像质的体位选择问题，对此必须做具体的测试评价，才能获得一个最佳的体位设计方案。
（4）结语
①对于x线摄影中的摆位，应赋予新的广义概念，即应该以最高像质把病变或欲照部位显示出来为目的进行体位设计。
②在掌握了影像评价手段的今天，应该从上述概念出发，来检验历史沿用下来的体位设
计。
③当前由于高感度屏／片系统的开发，小焦点大功率高速旋转阳极X线管的使用，使我们有可能在一个更优越的几何投影条件下进行X线摄影。在这种形势下，使用被照体倾斜而中心线垂直入射屏／片系统的体位设计方案能显示出更高的影像质量。
因此，上述讨论给我们提出了一个共同的问题，考虑到X线机的进展，传统的体位设计方案的再讨论是必要的。
④由于上述讨论的启发，我们设想使用单层高速(稀土)增感屏与单面高感度X线片的组合，而仍采用中心线倾斜入射的体位设计方案，一定能取得一个像质更高的图像。因为在单层屏／片组合下，中心线的倾斜不再出现斜射效应下的影像模糊，而且此时的被照体放大率又小于被照体倾斜、中心线垂直射入时的体位设计方案。可以预言单层高速屏／片组合的使用，一定会给X线摄影质量的提高带来新的局面。
自测题-57 客观评价的测量方法的参数不包括（    ）
A．X线摄影三参量
B．ROC曲线
C．响应函数
D．特性曲线
E．量子检出率
答：B
自测题-58可以客观地对影像质量做综合评价的是（    ）
A．调制传递函数的测定
B．ROC曲线的测定
C．特性曲线的测定
D．维纳频谱测定
E．X线摄影三参量测定
答：A
自测题-59在数字成像系统性能的客观评价上更具有价值的参量是（    ）
A．MTF
B．RMS
C．WS
D．kV·mA·s
E．DQE
答：E
自测题-60关于量子检出率(DQE)的叙述错误的是（    ）
A．指成像系统中输出信号(信噪比平方)与输入信号(信噪比平方)之比
B．可以解释为成像系统中有效量子的利用率
C．DQE最高值为10
D．DQE值越高，有效量子利用率高
E．DQE值越高，输出信息也就越高
答：C
自测题-61 NEQ是指（    ）
A．等效噪声量子数
B．成像系统中输入侧的信噪比的平方
C．量子检出率
D．成像系统中输出信号(信噪比平方)与输入信号(信噪比平方)之比
E．X线摄影三参数
答：A
自测题-62 关于伪解像的说法错误的是（    ）
A．星卡在一定放大率下的实际成像位置沿一定方位上移动了一段距离
B．伪解像不是在任何情况下都会出现的
C．焦点尺寸大于被照体微细结构的径线时出现
D．被照体放大到一定倍率时，相邻组织半影叠加大于组织径线时出现
E．在被照体紧贴胶片的平片摄影中常常出现
答：E
自测题-63体位设计与影像质量之间的关系，受下列因素中哪项影响最小（    ）
A．焦-片距大小
B．肢-片距大小
C．X线管焦点的成像质量
D．X线中心线投射屏／片系统的状态
E．胶片特性
答：E
考点11】影像质量的综合评价
1．综合评价的概念
影像质量的评价方法，从视觉主观评价，向物理学的客观评价发展，应该说是向前迈进了一大步，更加客观和量化。但是，单纯的物理学评价在日常临床应用上难以实施。同时，缺乏影像评价的目的性，又往往难以与主观评价相统一。因为，最终的影像诊断还是要靠医生的视觉主观判断。
为此，欧共体(CEC)在1995年提出了“放射诊断影像的质量标准”文件。这一文件的重要意义在于给我们提出一个综合评价的概念，即
·以诊断学要求为依据。
·以物理参数为客观评价手段。
·以满足诊断要求所需的摄影技术条件为保证。
·同时，充分考虑减少辐射剂量。
我们认为，这是一个很好的建议，它将主观评价与客观评价尽可能地结合，使观察者对已形成的影像能够加以客观定量地分析和评价。然而，我们也必须看到，欧共体虽然给出了影像细节的可见度的定量标准。但是，它未给出如下几条标准。
·影像物理评价参数，特别是影像密度的定量标准。
·具体的诊断评价区域的定位与标准。
·当然也不可能给出中国人的体表入射剂量标准。
因此，我们认为，应在欧共体影像综合评价概念的基础上结合我国具体情况，建立自己的影像质量综合评价标准。
2．胸部后前位影像质量的综合评价标准
（1）诊断学要求的标准
肺野部的评价重点是对血管(肺纹理)向肺野外带末梢连续追踪的评价。纵隔部的评价重点是对低密度区、低对比影像分辨力的评价。
①肺野末梢侧
·右(或左)肺野末梢血管的追踪：清晰可见直径为2mm程度的血管影像；能明显追踪到直径为1 mm以下的末梢血管影；肺野外带密度标准1.76±0.04。
·右下肺末梢血管分支：重点对右上肋膈角处末梢血管分辨力的评价。清晰可见直径为2mm程度的血管影像；明显可见直径为1 mm以下的末梢血管影；下肺野外带密度标准1.13±0.04。
②肺野纵隔侧：重点对左上肺动脉分辨力进行评估。
·左上肺动脉分支：清晰可见直径为5mm程度的血管影像；明显可见左上肺动脉分支与主动脉弓的边缘；左上肺动脉分支密度处于可分辨程度1.13±0.04。
·右下肺动脉重叠影像：重点对重叠的大血管、支气管透亮阴影的评价。清晰可见直径为5mm程度的血管影像；明显可见右下肺动脉边缘与重叠影像；似可见与肺静脉的交叉、支气管透亮区；密度标准0.98±0.02。
③纵隔部
·主气管：明显可见主气管边界；可见与主气管交叉的奇静脉上区凹陷的边界；主气管密度标准为0.62±0.03。
·左右主支气管追踪：重点对低密度区中略高密度影像(支气管分叉)分辨力的评价。明显可见气管旁线、气管分叉；可见奇静脉弓部；左右主支气管下缘可追踪；密度标准0.44±0.02。
·心脏、横膈部相重叠的血管影：重点对低密度区、低密度影像分辨力的评价。可追踪到与心脏阴影相重叠的血管影；可追踪到与横膈相重叠的血管影；心影密度标准0.37±0.02，膈下密度标准0.33±0.02。
（2）体位显示标准
·肺门阴影结构可辨。
·锁骨下密度易于肺纹理的追踪。
·乳房阴影内可追踪到肺纹理。
·左心影内可分辨出肺纹理。
·肝肺重叠部可追踪到肺纹理。
·可显示纵隔阴影。
·肺尖充分显示。
·肩胛骨投影于肺野之外。
·两侧胸锁关节对称。
·膈肌包括完全，且边缘锐利
·心脏、纵隔边缘清晰锐利。
（3）成像技术标准
·摄影装置：带有静止或活动滤线栅的立位摄影架
·标称焦点值：≤1.3。
·总滤过：≥3.0mmAl当量。
·滤线栅：栅比12:1，栅密度40L／cm。
·屏／片系统：相对感度400。
·FFD：180 cm。
·摄影管电压：125 kV。
·自动曝光控制：选择三野电离室。
·曝光时间：<20ms。
·防护屏蔽：标准防护。
（4）受检者剂量标准
成年人标准体型受检者的体表入射剂量≤0.3mCy。
3．其他部位影像质量的综合评价标准
（1）颅骨后前正位
①诊断学要求标准：颅骨穹隆内、外板结构及额窦、筛窦、颞骨岩部及内听道应清晰可见。影像细节显示指标为0.3~0.5mm。
②体位显示标准：颅骨正中矢状线投影于照片正中；眼眶、上颌窦左右对称显示；两侧无名线或眼眶外缘至颅外板等距；岩骨外缘投影于眶内上1／3处，不与眶上缘重叠；照片包括全部颞骨及下颌骨升支。
③成像技术标准
·摄影设备：带滤线栅的检查床或带滤线栅的立位摄影架。
·标称焦点：≤0.6mm。
·管电压：70~85 kV。
·总滤过：2.5≥mrnAl当量。
·滤线栅：栅比≥10:1，栅密度40L／cm。
·屏／片系统感度：标称感度400。
·摄影距离：100~120cm。
·自动曝光控制(AEC)：选择中心探测野
·曝光时间：<100ms。
·防护屏蔽：标准防护。
④受检者剂量标准：成人标准体型的体表入射剂量：≤5 mCy。
⑤影像密度标准范围：单侧眶上缘中点向上2 cm处0.95~1.15；内听道中点0.55~0.60。
（2）颅骨侧位
①诊断学要求标准：颅骨穹隆内、外板、蝶骨壁、颞骨岩部、颅骨小梁结构及血管沟清晰可见。颅前窝轮廓、蝶骨小翼明显可见。影像细节显示指标为0.3~0.5mm。
②体位显示标准：蝶鞍位于照片正中略偏前；蝶鞍各缘呈单线半月状，无双边影；前颅窝底重叠为单线，双侧外耳孔、岩骨投影重合；照片包括所有颅骨及下颌骨升支，额面缘投影应与片缘近似平行。
③成像技术标准
·摄影设备：带滤线栅的检查床或带滤线栅的立位摄影架。
·标称焦点：≤0.6mm。
·管电压：70~85 kV。
·总滤过：≥2.5mmAl当量。
·滤线栅：栅比≥10:1，栅密度40L／cm。
·屏／片系统感度：标称感度400。
·摄影距离：100~120cm。
·自动曝光控制(AEC)：选择中心探测野。
·曝光时间：<100ms。
·防护屏蔽：标准防护。ejS影像园XCTMR.com
④受检者剂量标准：成人标准体型的体表入射剂量：≤5mCy。
⑤影像密度标准范围：颅内前后径中点0.45~0.50；鞍内0.55~0.65。ejS影像园XCTMR.com
（3）膝关节前后正位
①诊断学要求标准：股骨远端及胫骨近端骨小梁清晰可见；膝关节周围软组织可见，髌骨隐约可见。影像细节显示指标为0.3~0.5 mm。
②体位显示标准：照片包括股骨远端、胫骨近端及周围软组织；关节面位于照片正中显示，关节间隙内外两侧等距；腓骨小头与胫骨仅有小部重叠(约为腓骨小头1／3)。
③成像技术标准
·摄影设备：摄影检查床。
·标称焦点：≤0.6mm。
·管电压：55~65 kV。
·总滤过：≥2.5 mmAl当量。
·滤线栅：(－)。
·屏／片系统感度：标称感度200。
·摄影距离：100~120cm。
·自动曝光控制(AEC)：(－)。
·曝光时间：<200ms。
·防护屏蔽：标准防护。
④受检者剂量标准：成人标准体型的体表入射剂量：<1.0mCy。
⑤影像密度标准范围：软组织(腓骨小头旁)1.7~1.8；关节内外腔0.9~1.1；股骨皮质0.4~0.5；股骨与髌骨重叠区中心点0.4~0.5；胫骨上端中心0.55~0.65。
（4）膝关节侧位
①诊断学要求标准：股骨远端及胫骨近端骨小梁清晰可见；膝关节周围软组织可见。影像细节显示指标为0.3～0.5mm。
②体位显示标准：膝关节间隙位于照片正中，股骨内外髁重合；髌骨呈侧位显示，无双边，股髌关节间隙完全显示；腓骨小头前1／3与胫骨重叠；股骨与胫骨长轴夹角为120°~130°。
③成像技术标准
·摄影设备：摄影检查床。
·标称焦点：≤0.6mm。
·管电压：55~65 kV。
·总滤过：≥2.5 mmAl当量。
·滤线栅：(－)。
·屏／片系统感度：标称感度200。
·摄影距离：100~120cm。
·自动曝光控制(AEC)：(－)。
·曝光时间：<200ms。
·防护屏蔽：标准防护。
④受检者剂量标称：成人标准体型的体表入射剂量：<1.0mGy。
⑤影像密度标准范围：关节腔前缘1.2~1.4；关节腔后缘1.0~1.2；胫骨上端中点0.6~0.7；髌骨中点0.8~0.9。
（4）腰椎前后正位
①诊断学要求标准：椎弓、椎间关节、棘突和横突均清晰可见；骨皮质和骨小梁清晰可见；腰大肌可见。影像细节显示指标为0.3~0.5 mm。
②体位显示标准：照片包括胸11至骶2全部椎骨及两侧腰大肌；椎体序列于照片正中，两侧横突、椎弓根对称显示；第三腰椎椎体各缘呈切线状显示，无双边影；椎间隙清晰可见。
③成像技术标准
·摄影设备：带滤线栅的检查床或带滤线栅的立位摄影架。
·标称焦点：≤1.3 mm。
·管电压：75~90kV。
·总滤过：≥3.0mmAl当量。
·滤线栅：栅比≥10:1，栅密度40L／cm。
·屏／片系统感度：标称感度400。
·摄影距离：100~120cm。
·自动曝光控制(AEC)：选择中心探测野。
·曝光时间：<400ms。
·防护屏蔽：应对男性或可能的情况下对女性患者进行生殖腺屏蔽。
④受检者剂量标准：成人标准体型的体表入射剂量：<10mCy。
⑤影像密度标准范围：第三腰椎横突中点1.1~1.3；第三、四椎间隙不与骨重叠处1.1~1.2；腰大肌(平行于第三、四椎间隙的腰大肌中点)1.4~1.6。
（5）腰椎侧位
①诊断学要求标准：椎体骨皮质和骨小梁清晰可见；椎弓根、椎间孔和临近软组织可见；椎间关节及腰骶关节及棘突可见；影像细节显示指标为0.5 mm。
②体位显示标准：照片包括胸11至骶2椎骨及部分软组织；腰椎体各缘无双边显示；腰骶关节可见。
③成像技术标准
·摄影设备：带滤线栅的检查床或带滤线栅的立位摄影架。
·标称焦点：≤1.3 mm。
·管电压：80~95 kV。
·总滤过：≥3.0mmAl当量。
·滤线栅：栅比≥10:1，栅密度40L／cm。
·屏／片系统感度：标称感度400。
·摄影距离：100~120cm。
·自动曝光控制(AEC)：选择中心探测野。
·曝光时间：<1 000ms。
·防护屏蔽：应对男性患者采取适当的生殖腺屏蔽。
④受检者剂量标准：成人标准体型的体表入射剂量：<30mCy。
⑤影像密度标准范围：第三腰椎正中1.1~1.3；第三腰椎棘突正中2.0～2.2；第三、四椎间隙1~1.4；腰骶关节中点0.5~0.7。
（6）腹部泌尿系平片(KUB)
①诊断学要求标准：骨骼清晰可见；肾脏轮郭、腰大肌影及腹壁脂肪线可见；腹部肠道清洁良好，对诊断无影响；影像细节显示指标为1.0mm钙化点。
②体位显示标准：从肾脏上端至膀胱整个泌尿系统全部包括在照片内；腰椎序列投影于照片正中；两侧腹部影像对称显示。
③成像技术标准
·摄影设备：带滤线栅的检查床。
·标称焦点：≤1.3 mm。
·管电压：75~90kV。
·总滤过：≥3.0mmAl当量。
·滤线栅：栅比≥10:1，栅密度40L／cm。
·屏／片系统感度：标称感度400。
·摄影距离：100~120cm。
·自动曝光控制(AEC)：选择中心或两上探测野
·曝光时间：<200ms。
·防护屏蔽：应对男性生殖腺加以屏蔽。
④受检者剂量标准：成人标准体型的体表入射剂量：<10mCy。
⑤影像密度标准范围：肾区(肾下极向上2cm处，无肠气重叠)0.4~1.1；第二腰椎横突中点0.9~1.25；闭孔中心1.25~1.35。
自测题-64 欧共体1995年提出的综合评价概念不包括（    ）
A．以诊断学要求为依据
B．以物理参数为客观评价手段
C．以满足诊断要求所需的摄影技术条件为保证
D．同时，充分考虑减少辐射剂量
E．影像密度的定量标准
答：E
自测题-65 胸部后前位影像质量的综合评价标准不包括（    ）
A．诊断学要求的标准
B．视觉美学的标准
C．体位显示标准
D．成像技术标准
E．受检者剂量标准
答：B
自测题-66 胸部后前位影像质量诊断学要求的标准中，对肺野部的评价重点是（    ）
A．对血管（肺纹理）向肺野外带末梢连续追踪的评价
B．对低密度区、低对比影像分辨力的评价
C．对左心影内肺纹理的分辨
D．对主气管边界的分辨
E．对支气管分叉部分辨力的评价
答：A
自测题-67 与胸部后前位体位显示标准关系最小的一项是（    ）
A．肺尖充分显示
B．肩胛骨投影于肺野之外
C．两侧胸锁关节对称
D．膈肌包括完全，且边缘锐利
E．乳房阴影内可追踪到肺纹理
答：E
自测题-68 胸部后前位成像技术标准中哪项不正确（    ）
A．摄影装置：带有静止或活动滤线栅的立位摄影架
B．标称焦点值：≤1.3
C．FFD：180 cm
D．摄影管电压：125 kV
E．曝光时间：> 20ms
答：E
自测题-69 下列哪项不是颅骨后前正位体位显示标准（    ）
A．颅骨正中矢状线投影于照片正中
B．眼眶、上颌窦左右对称显示
C．两侧无名线或眼眶外缘至颅外板等距
D．照片包括全部面骨及下颌骨升支
E．岩骨外缘投影于眶内上1／3处，不与眶上缘重叠
答：D
自测题-70 颅骨侧位体位显示标准中最重要的一项是（    ）
A．蝶鞍位于照片正中略偏前
B．蝶鞍各缘呈单线半月状，无双边影
C．照片包括所有颅骨
D．照片还要包括下颌骨升支
E．额面缘投影应与片缘近似平行
答：B
自测题-71 关于膝关节前后正位体位显示标准，下列哪项是错误的（    ）
A．照片包括股骨远端、胫骨近端及周围软组织
B．关节面位于照片正中显示
C．髌骨呈正位影像清晰显示
D．关节间隙内外两侧等距
E．腓骨小头与胫骨仅有小部重叠(约为腓骨小头1／3)
答：C
自测题-72 关于膝关节侧位的体位显示标准，下列哪项是错误的（    ）
A．膝关节间隙位于照片正中，股骨内外髁重合；
B．髌骨呈侧位显示，无双边
C．股髌关节间隙完全显示
D．腓骨小头前1／3与胫骨重叠
E．股骨与胫骨长轴夹角为90°~100°
答：E
自测题-72 关于腰椎前后正位体位显示标准，下列哪项是错误的（    ）
A．照片包括腰1至腰5全部椎骨及两侧腰大肌
B．椎体序列清晰显示于照片正中
C．两侧横突、椎弓根对称显示
D．第三腰椎椎体各缘呈切线状显示，无双边影
E．椎间隙清晰可见
答：A
自测题-73 腹部泌尿系平片（KUB）诊断学要求标准，下列哪项是错误的（    ）
A．骨骼清晰可见
B．肾脏轮廓可见
C．腰大肌影及腹壁脂肪线可见
D．腹部肠道清洁良好，对诊断无影响
E．影像细节显示指标为1.0cm钙化点
答：E
【考点12】数字成像技术概述qqq影像园XCTMR.com
1．数字成像技术概述
（1）数字成像技术的兴起
自1895年德国物理学家伦琴发现X线伊始，X线便首先应用于医学领域。通过透视和摄影照相对疾病进行诊断，从而开创了X线摄影技术，开启了医学放射影像学服务于人类健康的伟大篇章。它第一次无创伤的为人类提供人体内部器官组织的解剖形态学图像。
70年代以前，为了适应放射医学临床工作和科研的需要，X线影像设备技术围绕着X线球管、胶片、成像板、影像增强器以及对比剂等，开展了一系列的新技术、新工艺，使得影像设备的性能、功能不断改善和提高，产品品种和生产规模日益扩大，X线的检查方式、检查手段、应用范围得到了进一步的扩大和提高。但是，它们的成像方式并没有本质的改变。
20世纪70年代初期开始，伴随着物理学、电子学、计算机和微电子技术的飞速发展，医学影像学领域先后发明了一系列全新的成像技术和设备，如CT、MRI、DSA、US、NM、CR、DR等。从而冲破了传统的X线检查技术，构成了当代新的医学影像技术领域。
这些新技术不仅极大的丰富了形态诊断信息和图像的层次，提高了形态学的诊断水平，更为重要的是实现了诊断信息的数字化，它是医学诊断影像技术中一次重大的变革。可以说，70年代以前为传统的单一的放射诊断学，70年代以后发展成为现代医学影像学。
与传统X线影像技术相比，现代医学影像技术的最大特点是进入了数字成像领域。它们虽然都是以形成的图像作为诊断依据。但是，各自的成像能源、成像方式、检查方法和诊断原理则有很大差别。如表4-1所示。
4-1  医学影像成像技术的比较
图像种类
成像源
成像依据
成像方式
信息量
对人体影响
优势
常规
X
线
X线
密度和厚度
直接透射
大
有损
形态、全貌、精细
CT
X线
吸收系数
数据重建
中
有损
密度分辨力高
MRI
磁场
氢核物理状态
数据重建
中
无损
软组织、代谢信息
US
超声波
界面反射
数据重建
中
无损
安全、动态、重复
NM
g线
核素含量和分布
数据重建
小
有损
功能
现代各种医学影像的成像源、成像依据虽然各不相同。但是，它们的成像方式均为数据重建，这表明现代医学影像已进入图像信息的数字化时代。
20世纪80年代初期，存储荧光体方式的CR系统率先进入了临床使用，从而解决了常规X线摄影的数字化。1997年以后，以平板探测器为主的数字X线摄影系统亦相继问世，为医学影像学实现图像的全面数字化奠定了基础，也促进了远程放射学的发展。
2．模拟与数字
（1）模拟影像与数字影像的概念
模拟是以某种范畴的表达方式如实地反映另一种范畴。在我们日常生活中有很多这种现象，例如温度与时间、电源的频率、电压和电流的变化等，这些信息量的变化是随着时间和距离的改变连续的变化。我们把这种连续变化的信号称为模拟信号和模拟量。由模拟量构成的图像称为模拟影像。
在X线摄影范围内，影像的记录和显示是从几乎完全透明（白色）到几乎不透明（黑色）的一个连续的灰阶范围。它是X线透过人体内部器官的投影，这种不同的灰度差别即为任何一个局部所接受的辐射强度的模拟；或从另一角度讲，为相应的成像组织结构对射线衰减的模拟。
由此不难理解，传统的X线透视荧光屏影像、传统X线照片以及I.I-TV影像均属于模拟影像。因为，这些影像中的密度（或亮度）是空间位置的连续函数，影像中的点和点之间是连续的，中间没有间隔，感光密度（或亮度）随着坐标点的变化是连续改变的。而将这些形成模拟影像模拟影像的设备，称之为模拟系统。
若在一个正弦（或非正弦）信号周期内取若干个点的值，取点的多少以能恢复原信号为依据，再将每个点的值用若干位二进制数码表示，这就是用数字量表示模拟量的方法。将模拟量转换为数字信号的介质为模/数（A/D）转换器。模/数转换器把模拟量（如电压、电流、频率、相移、脉宽等）通过采样转换成离散的数字量，该过程就称为数字化。转换后的数字信号送入计算机图像处理器进行处理，重建出图像。该幅图像是由数字量组成的，故称之为数字影像。
由此可见，数字影像则是将模拟影像分解成有限个小区域，每个小区域中图像密度的平均值用一个整数表示。就是说，数字图像是由许多不同密度的点组成的。数字在这里不仅意味着数码，数字的概念是以某种人为规定的量级且定量化的反映另一种概念范围。数字成像系统也称为离散系统。
模拟信号可以转换成数字信号。同样，数字信号也可以转换成模拟信号，两者是可逆的。完成这种转换的元件是数/模（D/A）转换器，它把离散的数字量（数字脉冲信号）转换成模拟量，即还原成原来信息。
可见，对于同一幅图像可以有两种表现形式，即模拟方法和数字方法（连续方法和离散方法）。这两种方法各有特色，在解决某一具体问题时，往往两种方法混合使用。
一幅图像显示后，到底是模拟影像还是数字影像，肉眼很难分辨，若用一精密的密度阅读器扫描，其结果两者是有差别的。模拟图像是以一种直观的物理量来连续地、形象的表现另一种物理量的情况，数字图像则完全是以一种规则的数字量的集合来表示物理图像。
（2）数字影像的优势
既然模拟方法和数字方法可以混用，为什么在图像处理中倾向于数字方法呢？总的来说，数字方法在很多方面优于模拟方法：
对器件参数变化不敏感；
可预先决定精度；
较大的动态范围；
更适合于非线性控制；
对环境、温度变换敏感性低；
可靠性高；
系统依据时间划分进行多路传输时，有较大灵活性；
纯数字系统是由大量简单通断开关组成的。它基本上不随时间和温度产生漂移，系统性能始终一致。
总之，数字方法的最大特点是抗干扰能力强。
从应用角度分析，数字图像与传统的模拟图像相比，数字图像的优势是：
数字图像的密度分辨力高
屏/片组合系统的密度分辨力只能达到26灰阶，而数字图像的密度分辨力可达到210-12灰阶。虽然人眼对灰阶的分辨力有一定的限度。但是，因数字图像可通过变化窗宽、窗位、转换曲线等技术，可是全部灰阶分段得到充分显示。从而扩大了密度分辨力的信息量。
数字图像可进行后处理
图像后处理是数字图像的最大特点。只要保留原始数据，就可以根据诊断需要，并通过软件功能，有针对性的对图像进行处理，以提高诊断率。处理内容有窗技术、参数测量、特征提取、图像识别、二维和三维重建、灰度变换、数据压缩等，这些均是高科技在医学影像学领域中应用的重要体现。
数字图像可以存储、调阅、传输或拷贝
数字图像可以存储于磁盘、磁带、光盘及各种记忆体中，并可随时进行调阅、传输。影像数据的存储和传输是PACS系统建立的最重要部分，为联网、远程会诊、实现无胶片化等奠定了良好基础。
3．数字X线摄影的发展与需求
（1）数字X线摄影的发展
全球数字影像(DI)的市场份额，自1997年起平均年度增长率为7.8%，平板探测器系统在所有数字系统中从1998年的1.7％到2004年的68％(取自 Frost 和 Sullivan公司 98年预测)。DR普及率在德国为23％，英国为16％。
我国CR设备的年度增长率在10~15％，而DR设备的年度增长率自2005年以来急剧上升为45~50％。到2006年底CR设备的临床运行量大约在1700~2000台；DR设备的装机量大约在1165台。在我国东部大城市三级甲医院数字X线摄影的普及率在100％。如果我们以全国2万家医院作为基数，数字X线摄影的普及率大约在在30％左右。
由此我们不难体会，数字X线摄影的发展比我们预计的要快得多，X线摄影数字化的普及已成为必然趋势。
（2）X线摄影数字化的需求
影像数字化发展的原动力在哪里?我们分析有三个方面的原因:
①医疗体制改革的需求
患者需要在最短时间、用最少的花费、获取最佳的诊疗效果。这是一个永无休止的需求。数字化可以提高检查效率；数字化可以提高检查质量、阔展更高级的临床应用；数字化可以优化卫生资源配置，降低医疗费用，减少医院开支。以此，数字化的选择是医学发展的必然。
②医疗信息一体化的需求
医院信息一体化的格局将由医院信息系统（HIS）、患者信息系统（PIS）或电子记录系统 （EPR）、放射科信息系统（RIS）以及图像存储传输系统（PACS）构成。在此，医学影像的采集、显示、存储、传输的数字化，将成为实现医院信息一体化的基础。
③数字医疗设备市场的需求
1997年全球数字影像(DI)的市场份额为99亿美金，如果以每年7.8%的增长率粗略计算2005年可达166亿美金。这对厂家来讲是个巨大诱惑。
回顾医学影像学发展的历程，正如中国工程院刘玉清院士指出的：从1895年伦琴发现X线到1972年，77年基本上处于传统X线诊断领域，到90年代中期则形成了现代医学影像学体系，其间以每2-3年出现一个新技术的频率发展，而这些新技术无一不是以数字影像为基础。到了20世纪末期则向占60~70%检查份额的常规X线摄影数字化冲击，相继出现了计算机X线摄影（computed radiography, CR）和数字X线摄影（digital radiography, DR）。
4．X线数字影像的获取方式与比较
（1）数字影像获取的方式
归纳起来，X线数字影像可通过以下五种方式获取或转换：
胶片数字化仪(Film Digitizer)；
计算机X线摄影（Computed Radiography, CR）；
电荷耦合器（charge-coupled device，CCD）技术；
碘化铯/非晶硅平板探测器(a-Si)；
非晶硒平板探测器(a-Se)。
从所获得的图像性质来讲，无论是CR、CCD、碘化铯/非晶硅平板探测器还是非晶硒平板探测器所获得的图像系统均属于数字X线摄影（digital radiography, DR）。然而，由于数字X线摄影发展历程所致，人们已经习惯将计算机X线摄影提出来称之为“CR”，而将CCD、碘化铯/非晶硅和非晶硒平板探测器所获得的图像均称为“DR”。
（2）数字影像信息获取方式的比较
①胶片数字化仪
价格低廉； 适用于原有照片库的数字化；图像质量受原始照片的限制；有信息丢失的危险；网络连接能力低。
②计算机X线摄影(CR)
我们认为，CR的出现首先链接成了一个完整的影像数字链。CR开拓了X线摄影数字化的先河；充分有效地利用了现有X线摄影设备；具备目前DR尚无法替代的床边数字摄影；为X线摄影数字化的普及创造了十分有利的条件和机遇；对中国市场来讲，它既可以完成影像的数字链，又可以获得可观的资本积累。现在CR已普及全国三级甲等院。
CR与屏/片成像系统相比有更好地动态范围及线性；网络连接能力强；可充分利用现有X线设备，不改变工作流程。特别是在急诊、ICU、CCU床边摄影有独特的功能，是DR目前还不能普及的。此外成本相对较低。
但是，CR的最大问题是不能做动态采集；CR静态采集需要手工操作，采集速度较慢（一般在30秒）；成像板易出现划痕和人工伪影。
③电荷藕合器件（CCD）
利用电荷藕合器件（CCD）将模拟影像转换成数字影像有三种技术路线：
光学透镜式（optical lens）、狭缝扫描式(slot scan)及光纤圆锥式（fiber optical taper）. CCD开发容易，技术成熟，成本相对较低。图像质量将随其矩阵大小而改变，且它是由许多小的CCD拼接而成（砖面设计），结构复杂。与DR相比，X线量子检出率（detective quantum efficency,DQE）及噪音等效量子量子数（noise equivalent quanta,NEQ）较低，且采集速度较DR慢（一般在20秒左右）。
④数字X线摄影(DR)
数字X线摄影(DR)的核心技术是平板探测器(FPD), 它分为直接转换式平板探测器和间接转换平板探测器两种。 DR在图像质量、辐射剂量、临床应用等方面均优于屏/片成像系统。当然, 在网络功能上更是后者所不能及。
·数字影像质量的评价要素是信噪比(signal to noise rio,SNR)，它通过调制传递函数（modulation transfer funmction,MTF）、量子检出率(DQE)、噪音等效量子数(NEQ)进行评价。
·DR系统的量子检出率(DQE)性能比屏/片系统高一倍，这就意味着在相同剂量下，影像质量（DQE）可以提高50%；或在相同影像质量下，剂量减少一半。
·DR系统的动态范围大，线性好。根据临床应用采用不同的对比成像，影像层次丰富、信息量大。
·采集速度采集速度快，可进行动态检查（30帧/秒）。从采集到显示可做到5秒，工作效率与屏/片系统相比可提高30-60%。
·与网络产品形成一体化，可立即进行网络传输或远程会诊。
·DR系统的高速成像及低剂量高影像质量特点，为临床高级应用的发展提供了一个平台。
·但是，DR系统也存在发展中的问题，成本比CR、CCD高，平板探测器技术的高级临床应价值还有待进一步考证。
·直接转换式平板探测器的调制传递函数（MTF）及噪声等效量子数(NEQ)高；结构相对简单, 制造费用略低；间接转换式平板探测器易于作成大快整体平板，量子检出率(DQE)高于前者；开发成本及制造费用高。
坦率地讲，目前间接转换式平板探测器（碘化铯－非结晶硅）占全球平板探测器市场的90％以上。全球医疗影像设备三大巨头GE，Siemens，Philips，均不约而同地选择采用间接转换式（碘化铯－非结晶硅）平板探测器。
（3）数字X线摄影临床应用的走势
一种新技术的出现，其临床价值就体现在临床应用的提高上。由于数字平板探测器技术具有的成像速度高和低噪声特点，为未来临床的高级应用提供了一个很好的平台。数字平板探测器技术将会在以下的临床应用中得到扩展：与计算机辅助探测（computer aided detection,CAD）系统结合成一体化、远程放射学、双能量减影、体层合成、时间减影、数字减影血管造影（DSA）、低剂量透视下的体位设计等。
我们认为，在这些未来的临床应用中最具有影响力的应属时间减影、体层合成以及与计算机辅助诊断（CAD）系统的一体化。
5．数字成像基本用语
⑴矩阵（matrix）
矩阵是一个数学概念，它表示一个横成行、纵成列的数字方阵。
⑵采集矩阵（acquisition matrix）
每幅画面观察视野所含像素的数目。
⑶显示矩阵（display matrix）
显示器上显示的图像像素数目。为了保证显示图像的质量，显示矩阵一般等于或大于采集矩阵。通常为512×512或1024×1024。
⑷像素与体素（pixel voxel）
像素又称像元，系指组成图像矩阵中的基本单元。图像实际上包含有人体某一部位的一定厚度，我们将其代表一定厚度的三维空间的体积单元称为体素。可见，体素是一个三维的概念，像素是一个二维概念。像素实际上是体素在成像时的表现。像素的大小可由像素尺寸表征，如129μm×129μm。
⑸原始数据（raw data）
由探测器直接接受到的信号，这些信号经放大后通过模/数转换得到的数据称为原始数据。
⑹采集时间（acquisition time）
又称成像时间或扫描时间，系指获取一幅图像所花费的时间。
⑺重建与重建时间（reconstruction and reconstruction time）
用原始数据经计算而得到显示数据的过程，称之为重建。实际上重建的数学处理过程是一个相当复杂的数学过程。重建能力是计算机功能中一项重要指标，重建一般采用专门的计算机——阵列处理器（array processor，简称AP）来完成，它受主控计算机的指挥。
重建时间系指阵列处理器(AP)用原始数据重建成显示数据矩阵所需要的时间。重建时间与重建矩阵的大小有关，重建矩阵大所需的重建时间要长。同时又取决于AP的运算速度和内存容量的影响。AP的运算速度快重建时间短，内存容量大相对也能缩短重建时间。
⑻滤波函数（filtering function）
又称重建算法（reconstruction algorithm）是指图像重建时所采用的一种数学计算程序。其运算方法有多种，如反投影法、分析法——傅里叶反演法、滤波反投影法、卷积投影法及二维傅里叶变换法等。
不同的数字成像设备采用的计算程序也各不相同。前四种重建算法在CT和MRI中多选用，二维傅里叶变换（ZDFT）图像重建法为MRI所特有。在实际应用中，因采用的算法不同，所得到的图像效果亦有很大差别。
以CT为例，为了适应诊断的需要，在重建算法中大体分为三种，即高分辨算法、标准算法和软组织算法。高分辨算法实际是一种突出轮廓的算法，它在图像重建时扩大对比度，提高空间分辨力。但是，却要付出图像噪声增加为代价。软组织算法则是采用一种使图像边缘平滑、柔和的算法，图像的高对比度下降，而噪声减少，密度分辨力提高，软组织层次清晰。标准算法则不必采取附加平滑和突出轮廓的措施。
⑼噪声（noise）与信噪比（SNR或C/N）
从字面解释系指不同频率和不同强度的声音，无规律的组合在一起即成噪声。后来对噪声的应用扩大化，不同地方的应用对其概念的解释也不相同。在电路中，由于电子的持续杂乱运动或冲击性的杂乱运动，而在电路中形成频率范围相当宽的杂波称作“噪声”。
在X线数字成像中严格规定噪声定义为：影像上观察到的亮度水平中随机出现的波动。从本质上分析，噪声主要是统计学的而不是检测性的概念。
信噪比是信号与噪声之比的简称。在实际的信号中一般都包含有两种成分，即有用信号和噪声，噪声是无处不有的。用来表征有用信号强度同噪声强度之比的一个参数称为“信号噪声比”。这个参数值越大，噪声对信号的影响越小，信息传递质量就越高。所以，信噪比是评价电子设备的一项重要的技术指标。
⑽灰阶（gray scale）
在照片或显示器上，所呈现的黑白图像上的各点表现出不同深度灰色。把白色与黑色之间分成若干级，称为“灰度等级”。表现出的亮度（或灰度）信号的等级差别，称为灰阶。为适应人的视觉的最大等级范围，灰阶一般只有16个刻度。但是，灰阶的每一刻度内又有4级连续变化的灰度，故共有64个连续的不同灰度的过渡等级。
⑾比特（bit）
比特是信息量的单位。在数字通讯中，使用一些基本符号来表示信息，这种符号称“位”或“码元”。在二进制中，一位码元所包含的信息量称为1比特。
⑿伪影（artifact）
系指在成像过程中产生的错误图像的特征。
⒀亮度响应（brightness response）
换能器能把光能转换为电流，这种亮度——电流转换功能称为该换能器的亮度响应。
⒁动态范围（dynamic range）
对光电转换器而言，亮度响应并非从0水平开始，也不会持续至无限大的亮度。其响应的有用的最大与最小亮度值之比即为动态范围。若D表示动态范围，B表示亮度响应，D=Bmax/Bmin。例如，氧化铅光导摄像管的D值大致为1000。
⒂窗口技术（window technology）
系指分析数字化图像的一种重要方法。即选择适当的窗宽和窗位来观察图像，使所需要的组织或病变部位明显的显示出来。窗宽（window width）表示所显示信号强度值的范围。窗位（wndow level）又称窗水平。是图像显示过程中代表图像灰阶的中心位置。
⒃尼奎斯特频率（Nyquist frequency）
尼奎斯特频率是数字化图像的专用术语，等于2倍像素尺寸的倒数。
⒄模/数转换（ADC）与数/模转换器（DAC）
把模拟信号转换为数字形式。即把连续的模拟信号分解为彼此分离的信息，并分别赋予相应的数字量级，这一过程称为模/数转换。完成这种转换的元件称模/数转换器。
数/模转换实际是模/数转换的逆转。它把二进制数字影像转变为模拟影像，即形成视频影像显示在电视屏幕上，这一过程称为模/数转换，完成此转换的元件称数/模转换器。
⒅硬件（hardware）与软件（software）
硬件是指成像设备的机械部件和计算机以及电子部分的元器件。软件是用于控制计算机运算过程的程序。程序由计算机语言写成，它是能被计算机是别的一系列数字。软件包括管理程序、数据获取程序、数据处理程序以及显示程序等。
6．数字图像的形成
以数字方式表示的图像称为数字图像，数字图像的形成需要借助于计算机。因为，计算机接收和输出的信息必须是数字的形式，故模/数转换和数/模转换是计算机对外联系的门户。无论哪种数字成像设备，如CT、MRI、DSA、CR、DR等，虽然它们采集影像的方式各不相同，作为数字图像的形成，大体都要经过以下三个步骤：
（1）图像数据采集
该过程利用各种辐射接收器件，如探测器、CCD摄像管、探头、IP板、硒检测器等，通过曝光或扫描等形式后将收集到的模拟信号转换成数字形式，此称为数字化。与此同时，将图像分割成若干个小单元，这种处理称为空间取样。
为了阐明这一过程，我们以图4-1为例作一分析。这是一幅人物画，扫描或曝光过程中即把这幅图像分割成许多等份的区域，这些区域称之为像素，扫描又是图像行和列格栅化的过程，格栅大小通常决定了像素的数量。本图中格栅的大小为9×11，像素数量则为99个。
采样是图像数字化过程的第二部（图4-2）。对一幅图像采集时，该图像中像素的每一个亮点被采样，光点通过光电倍增管转换成电子信号（模拟信号）。如果是反射图像，则由光电倍增管在图像强接收采样信号；如果是透射图像，光电倍增管则在图像后采样。
数据采集的最后一步是图像的量化。量化过程中，每一个被采样像素的亮度值都取整数，即零、正数或负数，其所取的数值决定了数字图像的灰度值，并且精确地对应于像素的原点，灰度值的总和称为灰阶。一幅图像可以由任何一个灰度值组成。整个量化过程，以整数表示的电子信号完全取决于原始信号的强度，并且与原始信号的强度成正比
（2）快速实时信号处理，进行图像重建
这项工作由计算机完成。计算机接受数据采集系统的数字信号后，立即进行数据处理，重建出一幅图像；再经计算机输出，在显示器（或显示器）屏幕上显示出来。同时，将所接受到的图像数据进行存储，以备随时调用、显示和重建。
（3）图像的处理
根据诊断的需要将重建图像通过不同算法加以处理的过程，称为图像处理。
图像的处理涉及到很多算法问题，其基本的方法是改变像素的强度值。这里只讨论有关图像处理的三种最基本的方法，即点阵处理、局部处理和框架处理。
众多图像处理方法中，点阵处理是最常用和最简单的一种。
在点阵处理方法中，一幅图像矩阵的所有像素是逐个地扫描输入，其相应的输入值完全匹配输出值，这种方法又称为灰度匹配。另外，灰度调节通常需借助于查询表（look-up table，LUT）（图4-3），一幅LUT图中输出的灰度往往对应于输入的灰度。LUT可由计算机硬件和软件实施。灰度改变后，直方图上相应的像素值也改变，直方图实际上是像素与灰度关系的函数图。
根据以上原理，当我们已知一幅图像的灰度值，即可画出该图像的直方图。直方图表示一幅图像的亮度和对比度，改变直方图的形状，则改变了图像的亮度和对比度。根据直方图的形状，我们还可推测图像的亮度和对比度情况，如直方图中曲线较陡直，则图像的对比度较大；如直方图中曲线较平坦，则图像的对比度较小。
局部处理也是点对点的输入和输出，所不同的是输入像素点的像素值，是对应于输出点的像素值及其周围相邻近范围的一个区域。由于是一个区域范围的像素以输出点的像素计算，该方法又称为区域处理法。局部处理常用于图像的空间频率滤过。
在空间频率滤过处理方法中，图像的亮度大小按照空间频率大小的变化而变化，如果一幅图像的亮度在水平和/或垂直方向迅速变化，则称之为具有高空间频率；反之，亮度以一恒定的速率变化和变化较慢，则称为低空间频率。空间频率滤过也能改变图像的其它特性，如图像的锐利度、平滑度、模糊度和噪声等。另外，还有卷积和傅里叶转换两种算法也采用空间频率滤过。
另一种处理方法是框架式处理，它采用一整幅图像来计算输出图像的像素值，与CT有关的这种处理方法是傅里叶转换处理，这属于一种频率滤过而不是空间滤过。傅里叶转换处理可使图像边缘增强、锐利和还原（restoration）。
最后要提及的图像处理方法是几何方法处理。几何方法处理不同于前三种图像处理方法，它的处理结果使图像的空间位置改变和像素的方向改变，CT中常用的图像放大和旋转等都属于这种处理方法。
7．影响数字成像质量的因素
我们认为，应当从数字图像的基础特性来分析、讨论影响数字成像质量的有关因素。
（1）空间分辨力（spatial resolution）
空间分辨力即数字图像的高频响应，又称高对比分辨力，系指对物体空间大小（几何尺寸）的鉴别能力。
一种常见的高频测试图案，由相距一个像素的交替明暗竖直线构成（如线对测试卡），通常用每厘米内的线对数（LP/cm）来表示，或用可辨别最小物体的直径（mm）来表示。一个显示系统再现图案的好坏反映了其显示图像细节的能力。
数字图像的空间分辨力是由像素的大小（尺寸）决定的。如果构成图像矩阵的像素数量多，像素尺寸就小，图像的分辨力高，观察到的原始图像细节就多；反之，像素尺寸太大，图像分辨力就降低。
重建像素大小=重建视野大小/矩阵大小
从公式可知，当视野大小固定时，矩阵越大，像素尺寸越小；反之，矩阵越小，像素尺寸越大；矩阵不变，视野增大，像素尺寸随之增大；一幅图像需要的像素量是由每个像素的大小和整个图像尺寸决定的；像素数量与像素大小的乘积决定视野。
像素尺寸多为正方形，若像素宽度每减少一半，则像素的总数量就要增加4倍。像素数量增加，所占据计算机内存空间加大，致使一幅完整的图像从图像处理到完全显示全过程速度要减慢。所以，像素尺寸的减小不应该是无限制的。
究竟多小的像素应该用于数字化的问题，应该建立在采样理论的基础上。影像中的微细结构通过选择适当的像素尺寸可清晰地看到。实际上，理论上确定适当的尺寸究竟为多少是十分困难的。看起来，如果使得像素尺寸尽可能小的话，任何微细结构都应该能够看到。但是，这会导致像素数量十分巨大，使得信息量不必要的增大。还会使数字化消耗太大，计算机难以运行各种影像处理和电子存储与传递。同样也会涉及对密度分辨力的影响。因此，根据X线影像中诊断信息的适当可见性来确定像素的合理尺寸及合理的位数是十分实际和重要的。空间分辨力和密度分辨力均应以诊断学要求为依据。
在CR推出前的日子里（七十年代后期），人们付出了很大努力来确定CR影像适宜的空间分辨力和密度分辨力。研究表明，5像素/毫米和8位/像素时模拟重复各种普通解剖部位和目标尺寸，CR影像就可采集到必要分辨力的信息。同时表明，除了特殊成像要求外，大部分必要的诊断信息包含在低频范围内，2.5～5线对/毫米范围内的信息大部分为噪声。对于14"×17"CR影像，5像素/毫米的采样率产生2.5线对/毫米，它是影像中的最高空间分辨力。
（2）密度分辨力（density resolution）
即数字图像的低频响应，又称低对比度分辨力，系指在低对比情况下分辨物体密度微小差别或大块等灰度级区域即平坦区域的能力，以百分数表示。如某设备的密度分辨力为0.35%，即表示两物质的密度差大于0.35%时，该设备能将它们分辨出来。决定密度分辨力的主要因素是位深。既然我们的目标是使数字处理对视觉效果的影响最小，就希望平坦区域以均匀一致的亮度显示出来。
数字图像的密度值是由计算机二进制的数字表示的。模/数转换器是将原始连续的密度转换为一系列离散的灰阶水平，此过程称数字化。将所有的数值同这某一密度级相似的灰阶转换为准确的该级的灰阶水平，黑白之间灰阶值有许多级，可用的灰阶等级或灰阶水平由2N决定。N是二进制的位数，常称为位深。该位数值表示着每个像素的密度。
从信息量分析，位深又可称其为比特（bit）。比特是信息量的单位，比特值越大，表示信息量越大，量化的精度越高；比特值越小，量比精度越低。所以说，比特值决定着图像的密度分辨力。同一幅图像用不同的比特值量化，会获得不同的密度分辨力（图4-4）。比如，正式颁布的胶片的密度范围内部最大密度为3.0，最小密度0.2以下。那么胶片的密度范围则为3.0－0.2=2.8。假如用8比特量化，即N=8，则2N=28=256，也就是说从0~255共有256个数。对于256个数而言，其中每一个数所代表的密度值则是2.8÷256=0.01。意味着相邻两灰度级间相差一个数时，其密度相差0.01。现改用4比特量化，即N=4，则2N=24=16，此时，每个数所代表的密度值为2.8÷16=0.18，意味着相邻两灰度级相差一个数的密度差是0.18。
显然，8比特要比4比特量化精度高。所以，比特值越大，量化精度越高，密度分辨力越好。目前，常见成像设备的比特值参量多为8、12、14或16。
CR成像板（IP）的潜影在扫描装置中激发、探测和转换过程中，发出的信号通过模/数转换就实现了图像信息在空间和能量水平上的量化（图4-5）。空间的量化用像素来表达，形成图像的像素矩阵。像素矩阵大小是空间分辨力的一个度量标准。典型CR图像的像素矩阵根据成像板规格的不同，在1536×1870和 2048×2560像素之间变化(建议举几个实际IP尺寸的例子来说明)。能量等级的量化用灰度来表示。像素位深（比特值/像素）是影像对比度或灰阶分辨力的一个度量标准。一幅8比特的图像由256个灰阶组成，一幅12比特/像素的图像由 4096个灰阶组成。一般使用 12比特/像素进行图像的数字化。
（3）噪声（noise）
噪声是影响图像质量的不利因素，且噪声无处不有，不能完全消除。数字成像有许多数值与过程会影响和形成图像的噪声。主要有量子噪声、电子元件形成的噪声以及重建法形成的噪声。每一幅模拟图像均有一个内在的对比分辨力和空间分辨力。噪声限制了这种分辨力。在数字图像中，只想用更多的位深来改变像素内的数字提高密度分辨力，而不调整原始图像的噪声含有量没有实际意义。数字化前的噪声加到图像时比数字化后的噪声所包含的心理量多，出现在图像上一点的噪声越多，则像素上信号加噪声的值将有可能越过灰阶界限，因而同周围结构易区分。
为了调整原始图像的噪声含量，采用增加曝光量的方式，可使影像中亮度（或密度）的随机波动见效，噪声量降低。当曝光量增加4倍时，噪声水平减少2倍。也可通过调整滤过板和提高检测器的灵敏度，达到降噪目的。在图像处理过程中，有时为了提高空间分辨力，采用锐利算法（骨算法）重建图像，此时，损失了一些影像信息，增加了噪声含量，换取了边缘增强的效果。
自测题-74 20世纪70年代以前的X线影像设备新技术新工艺不不可能围绕哪项开展（    ）
A．X线球管
B．X线胶片
C．影像增强器
D．平板探测器
E．人工对比剂
答：D
自测题-75 下列医学影像成像技术的比较哪项错误（    ）
图像种类       成像源    成像依据
A．常规X线    X线              密度和厚度
B．CT               X线              吸收系数
C．MRI            磁场       氢核物理状态
D．US              超声波    吸收系数
E．NM              g线        核素含量和分布
答：D
自测题-76 下列哪项不属于对模拟影像的描述（    ）
A．由模拟量构成的图像
B．影像的记录和显示是一个不连续的灰阶范围
C．是相应的成像组织结构对射线衰减的模拟
D．传统的X线照片影像属于模拟影像
E．影像密度随着坐标点的变化是连续改变的
答：B
自测题-77 下列哪项是对数字影像的描述（    ）
A．影像的记录和显示的是一个连续的灰阶范围
B．不同的灰度差别即为任何一个局部所接受的辐射强度的模拟
C．影像中的密度（或亮度）是空间位置的连续函数
D．将影像分解成有限个小区域，每个小区域中的图像密度的平均值用一个整数表示
E．影像中的点与点之间是连续的，中间没有间隔
答：D
自测题-78 将模拟量转换为数字信号的介质是（    ）
A．D/A转换器
B．A/D转换器
C．影像增强器
D．脉冲发射器
E．信号接收器
答：B
自测题-79不属于数字方法优于模拟方法的一项是（    ）
A．对器件参数变化很敏感
B．可预先决定精度
C．有较大的动态范围
D．更适合于非线性控制；
E．可靠性高
答：A
自测题-80 数字方法的最大特点是（    ）
A．可预先决定精度
B．有较大的动态范围
C．更适合于非线性控制
D．对环境、温度变换敏感性低
E．抗干扰能力强
答：E
自测题-81 关于数字图像与传统图像比较的优势，下列说法中错误的一项是（    ）
A．数字图像的密度分辨力可达到26灰阶
B．可通过变化窗宽、窗位等技术使全部灰阶分段得到充分显示
C．扩大了密度分辨力的信息量
D．数字图像可进行后处理以提高诊断率
E．数字图像可以存储、调阅、传输或拷贝
答：A
自测题-82有信息丢失的危险且网络连接能力低的数字影像信息获取方式是（    ）
A．胶片数字化仪（Film Digitizer）
B．计算机X线摄影（Computed Radiography, CR）
C．电荷耦合器（charge-coupled device，CCD）技术
D．碘化铯/非晶硅平板探测器(a-Si)
E．非晶硒平板探测器(a-Se)
答：A
自测题-83 人们习惯将计算机X线摄影提出来称之为（    ）
A．DR
B．CR
C．CT
D．CCD
E．a-Se
答：B
自测题-84 关于计算机X线摄影（CR）的叙述，下列哪项是错误的（    ）
A．CR开拓了X线摄影数字化的先河
B．充分有效地利用了现有X线摄影设备
C．具备目前DR尚无法替代的床边数字摄影
D．最大特点是能做动态采集
E．成本相对较低
答：D
自测题-85 CR的最大问题是（    ）
A．不改变工作流程
B．不能做动态采集
C．成像板易出现划痕
D．成像板易出现人工伪影
E．成本相对较高
答：B
自测题-86 数字X线摄影（DR）的核心技术是（    ）
A．FPD
B．FFD
C．CCD
D．CAD
E．DSA
答：A
自测题-87 关于平板探测器的描述，错误的说法是（    ）
A．DR系统的量子检出率(DQE)性能比屏/片系统高一倍
B．在相同剂量下，DR系统的影像质量（DQE）比屏/片系统可以提高50%
C．在相同影像质量下，DR系统的剂量与屏/片系统相比基本相同
D．DR系统的动态范围大，线性好
E．采集速度快，可进行动态检查（30帧/秒）
答：C
自测题-88 下列数字成像基本用语哪项不正确（    ）
A．矩阵表示一个横成行、纵成列的数字方阵
B．采集矩阵是指每幅画面观察视野所含像素的数目
C．显示矩阵是指显示器上显示的图像像素数目
D．体素是指组成图像矩阵中的基本单元
E．像素是一个二维的概念
答：D
自测题-89有关数字影像矩阵的叙述，错误的是（    ）
A. 像素以二维方式排列的阵列称矩阵
B. 矩阵有采集矩阵和显示矩阵之分
C. 相同采样野中矩阵越大像素也越多
D. 像素越多，重建图像质重越高
E. 应用中要求显示矩阵要小于采集矩阵
答：E
自测题-90 CT中体素与像素区别的叙述，正确的是（    ）
A. 体素是三维的概念，像素是二维的概念
B. 体素属于模拟图像，像素属于数字图像
C. 组成矩阵的基本单元称为体素
D. 体素是图像重建过程的产物
E. 体素与像素的尺寸一致
答：A
自测题-91关于灰阶的论述，错误的是（    ）
A. 在照片或显示器上的黑白图像的各点表现出不同深度灰色
B. 表现出的亮度（或灰度）信号的等级差别，称为灰阶
C. 每一灰阶刻度内有4级连续变化的灰度
D. 把白色与黑色之间分成若干级，称为“灰度等级”
E. 肉眼可分辨的灰阶范围是150级
答：E
自测题-92下列关于重建时间的概念，错误的是（    ）
A. 阵列处理器(AP)用原始数据重建成显示数据矩阵所需要的时间
B. 重建时间与计算机性能有关
C. 重建时间与重建矩阵的大小有关
D. 重建时间与减少运动伪影有关
E. 内存容量大相对也能缩短重建时间
答：D
自测题-93一幅12比特数字图像的灰阶范围总数是（    ）
A. 8192
B. 4096
C. 2048
D. 1024
E. 512
答：B
自测题-94 关于滤波函数的叙述，错误的是（    ）
A．指图像重建时所采用的一种数学计算程序
B．不同的数字成像设备采用的计算程序也各不相同
C．二维傅里叶变换（ZDFT）图像重建法为CT所特有
D．算法不同，所得到的图像效果亦有很大差别
E．高分辨算法实际是一种突出轮廓的算法
答：C
自测题-95在X线数字成像中严格规定噪声的定义为（    ）
A．不同频率和不同强度的声音无规律的组合在一起
B．由于电子的持续杂乱运动等而在电路中形成频率范围相当宽的杂波
C．影像上观察到的亮度水平中随机出现的波动
D．由探测器直接接受到的信号
E．在成像过程中产生的错误图像的特征
自测题-96 数字图像的形成大体都要经过的正确步骤是（    ）
A．图像数据采集→快速实时信号处理→进行图像重建→图像的处理
B．图像数据采集→快速实时信号处理→图像的处理→进行图像重建
C．图像数据采集→图像的处理→快速实时信号处理→进行图像重建
D．快速实时信号处理→图像的处理→图像数据采集→进行图像重建
E．快速实时信号处理→图像数据采集→进行图像重建→图像的处理
答：A
（自测题97~100待续）
【考点13】计算机X线摄影（CR）的概念
1．CR的称谓与简史
（1）CR的称谓
1981年日本富士胶片公司首先推出了成像板（Imaging Plate,IP）技术。成像板的研发为计算机X线摄影（CR）的实现奠定了基础，从而真正完成了医学影像的数字链。
在国内人们习惯将计算机X线摄影称谓为CR。这种称谓简洁、实用。但是，除此之外我们还要知道其它的学名。因为，当我们阅读国外文献时，常常发现CR自身也还有许多不同的称谓，而增加了迷惑性。这些称谓包括，存储荧光体数字X线摄影（digital radiography with storage phosphors）、数字发光X线摄影（digital luminescence radiography）、光激励发光X线摄影（photostimulable luminescence ，PSL radiography）。不管使用何种名称，它们都指得是一种采集和记录高能电磁辐射的投射影像的技术，此技术采用含有特殊存储荧光体材料的可重复使用的探测器。
从国外英语文献看，特别是从物理学角度分析计算机X线摄影（CR）时，较多采用光激励存储荧光体（Photostimulable Storage Phosphor，PSP）成像的称谓。
关于CR成像板也有不同的称谓，如光激励存储荧光体（PSP）屏、SP探测器等。从X线信息影像的形成与传递过程分析，凡是能探测到透过被照体以后X线强度的差异，并转换成可见影像的介质，均可称为探测器。如屏/片系统、影像增强器（I.I）、CR的成像板（IP）、DR的数字平板探测器、CCD探测器等等。但是，为适应我国医学影像界的习惯，我们还是在书中以成像板（IP）称谓。
在这里。我们要特别提出是，有人将计算机X线摄影（CR）称之为CR X线机，这是一个原则错误。因为。CR不具有产生X线源的功能，它只是一种将X线信息影像转换成可见的、数字影像的装置，或者说是一种数字影像采集与显示技术的装置。
尽管人们习惯上把称为计算机X线摄影（CR）的技术与称为数字X线摄影（DR）技术区分开来。但是，国际上有的学者认为，CR是DR的一种形式，而且是最早的形式。
这从数字摄影的宏观角度讲是可以理解的。但是，在国内我们还是不希望将CR与DR混为一谈。我们设想一下，如果把CR也称为DR的话，那就会在使用中造成理解上的混乱。
（2）CR的简史
大多数人都熟悉过去20年左右CR的快速发展。在这20年里，扫描装置的安装数量增加了20000倍，而系统价格和体积却减小了10倍以上，扫描速度增加了2到3倍。
然而，CR的发展是建立于存储荧光体 (storage phosphor，SP) 技术之上。也就是说，存储荧光体 (SP) 技术比CR的历史要长得多。
光激励发光（photostimulable luminescence，PSL）效应，就是把存储的高能射线通过光激励后以可见光的形式释放。它早在19世纪中期就开始使用，通过全野或局域激励的方法，把不可见(如紫外线)空间影像转换为可见状态。
1895年伦琴发现X线后不久，就有了使用光激励发光(PSL) 效应的全野X线成像的实验。二战期间，红外激励存储荧光体被用在夜视照相机上，红外情景（光激励发光源）在相机里成像在预先存储能量的存储荧光体 (SP)探测器上，使其以可见光的形式释放能量，再现了输入的不可见场景。
现代CR系统的先驱是在20世纪70年代发展起来的，当时研究者正在寻找一种新的途径来改善全野激励法的可见光收集效率低下和图像质量不佳的状况。他们试图开发一种存储荧光体扫描系统，聚焦的可见光束逐点地激励成像板，尽可能靠近激励发光点放置一光电探测器来收集尽可能多的局部激发光。
这些努力随着1981年首台商品化CR系统（Fuji Photo Film公司）的推出达到了顶点。此后，许多制造商都研发出使用光激励发光(PSL)效应的商品化CR系统，而且不仅仅局限在医学成像方面。
2．CR系统的构成
CR系统使用IP为探测器，利用现有的X线设备进行X线信息的采集来实现图像的获取。它主要由影像板、影像阅读器、影像处理工作站、影像存储系统组成。
（1）IP的构造
IP是CR成像系统的关键元器件，是采集或记录图像信息的载体，并代替了传统的屏/片系统。它适用于各种类型的X线机，也适用于各种常规X线检查，具有很大的灵活性和广泛的用途，IP可以重复使用。但是，不具备图像显示功能。
IP外观像一块单面增感屏，由表面保护层、光激励发光(PSL)物质层、基板层和背面保护层组成（图4-6）。
①表面保护层
表面保护层的制作材料常采用聚酯树脂类纤维，耐磨损、透光率高，不受外界温、湿度变化的影响。作用是防止光激励发光物质层在使用过程中受到损伤。
②光激励发光(PSL)物质层
由PSL物质与多聚体共同组成。PSL物质为发光材料，结晶体颗粒的平均直径在4~7μm。颗粒直径增加，发光强度增加，但随之图像的清晰度降低。多聚体的材料一般为硝化纤维素、聚酯树脂、丙稀及聚氯酸酯等。多聚体的作用是使PSL物质在涂布层中均匀分布，具有适度的柔软性和机械强度，并免受温度、湿度、辐射和激光等因素的影响而产生理化性质的变化。
③基板
基板的材料是聚乙烯对苯二酸酯（polyethylene terephthalate，PET），厚度在200~350μm。作用是保护PSL物质层，避免激光在PSL物质层产生界面反射，提高图像清晰度。有的IP为了防止光透过基板，还在基板中增加了吸光层。
④背面保护层
制作材料与表面保护层相同。作用是防止使用过程中成像板之间的摩擦损伤。
（2）CR阅读器的构成与功能
当前的CR阅读器都使用逐点读取技术，激光束按照一定的模式扫描整个成像板表面，测量成像板上每一点的发射光并将其转换为数字信号，然后采样和量化成数字图像。在最早的CR系统中，完成此任务的部件体积巨大要装满整个房间。今天，它们只需安装在一张桌面上（图4-7）。
CR阅读器的构成与功能描述如下：
①激光源与强度控制(Laser Source and Intensity Control)
现代的CR系统大多采用红外固态激光二极管（波长670~690nm）作为光源。红外的波长与常规使用的氟卤化钡成像板的激励光谱相匹配，同时又与发射光波长（蓝光）容易区分不会影响它的探测。固态激光源更紧凑、有效、可靠，而且持续时间也比气体激光源更长。现在扫描装置激光束的延迟时间在1~6ms/每像素。
CR阅读器设有特殊的强度控制装置，它可以实时监控激光的功率并校正波动。但是，这种容许范围很小。在激励曲线的直线部分，波动即使小于百分之十也会产生问题。因此，必须把强度波动控制在这个水平以下。激励曲线越高，允许波动并不随之加大。因为，需要更大的曝光量变化以使得输出信号产生相同的变化。
②线束成型光学装置(Beam-shaping Optics)
激光器发出的线束必须经过最优化处理后方可对成像板曝光。这一点对于固态激光器尤为重要，它产生椭圆形线束而不像气体激光器的圆形线束。此外，即使是产生圆形激光束，线束也会在穿过成像板时改变形状和速度。
在CR阅读器中，这种效果导致尺寸不同的成像板由于线束位置的不同，激励过程的线束延迟时间（扫描速度）也就不同。这是我们不愿看到的。因为，即使整个成像板的曝光量一致，在它的边缘与中央部的信号输出和空间分辨力也会不同。CR阅读器含有专用的束形控制装置（包括一种所谓的f-θ透镜），它保证线束的形状，尺寸和速度与光束所处的位置无关。
③线束偏导(偏制)装置(Beam Deflector)
线束偏导装置是使得激光束快速向前、向后，均沿着一条扫描线顺序激励成像板上的每一点。其他方向的移动由传输装置控制。这个方向被称为快速扫描方向或者线扫描方向。根据所需要的扫描速度，可以使用不同规格的偏导(偏制)装置。对于较低的扫描速度，可使用的是旋转的转筒和固定激光束（也就是没有偏转器，所有的移动都由转筒来控制）。对于较高的速度来说，通常的解决办法是在电流计上安装一反光镜。电流计前后摆动，使得线束沿成像板运动。在折回时，激光束会被挡住。而在最高速的装置中，采用旋转的多边形棱镜。每一面反光镜扫过成像板的一条线，然后将下一条线移交给下一面反光镜，依此类推。这里，非常重要的一点是每一面反光镜要具有相同的反射率和相对于多边形转子的相同角度。
④传输环节(Transport Stage)
传输环节能够在与快速扫描方向垂直的方向上传送成像板。这个方向通常被称为慢速扫描方向，页面扫描或者交叉线扫描方向。在整个线束偏导装置和传输环节的作用下，整个成像板表面都能够被激光束“接触”到（也就是采样）。由于使用线束偏导装置，在不同的扫描速度要求下，有不同传输环节的选择。在低速扫描装置中可以使用一个转筒，然而目前所有的CR阅读器都采用直线传输方式，成像板被夹住或放在可移动的平板上，沿着一定轨迹进行移动。
在这里，速度的稳定性是十分重要的，以避免条带状伪影的产生。由于读取过程是破坏性的，也就是说潜影会在读取之后消失。因此，在慢速扫描方向上，激光扫描线必须进行恒定的交叠。传输速率哪怕是百分之几的波动都会导致可见的带状伪影。
⑤集光器(Light Collection Optics)
集光器用以尽可能多的收集成像板的发射光线，并且以最小的损失把它们传送到光电探测器，将光信号转化为电信号。图像的质量主要受这一环节的控制。尽管入射的激光束具有高度定向性，而成像板混杂特性使得发出的光线散射到各个方向。因此，集光器必须非常邻近成像板表面，从而尽量多的截取散射的光子。
⑥光学滤波器(Optical Filter)
如果没有这个看起来没什么用的部件，CR将不能工作。由于成像板的发射光与激励光的波长不同，才有可能从CR成像板中提取有用的信号。这种光谱的分离是极其严格的。然而，仅允许发射光进入光电探测器甚至是更严格的。因为，这个装置通常有相当宽的敏感光谱。滤光器在阻止激励光进入光电探测器方面起着关键作用，从而防止所需要的图像信号被淹没掉。
⑦光电探测器(Photodetector)
光电探测器的作用是将发射光光子转换为电信号，进一步加工成数字图像。由于CR系统的低发光率，现今大多都采用一个或多个光电倍增管 (PMT)。PMT具有高的信号增益、合理的量子转换率(约为25%)，且内部噪音和暗电流低。但是，CCD的低廉价格、小巧的体积，以及灵活性方面的特征，将使它们逐渐融入CR系统的渠道。
⑧模拟电子器件(Analog Electronics)
光电探测器上呈现的信号是模拟信号，它反映了成像板上潜影和X线曝光量的变化。模拟电子器件在光电探测器之后的另一项操作就是为采样过程作准备。光电探测器探测到的信号有很宽的频率范围（包括噪声）。但是，有一些是对诊断无用的或者与数字化设备不兼容的。因此，需将所谓的防混叠滤过器纳入到模拟链中，目的是在ADC前除去这些高频信号。
⑨模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC)
ADC是模拟和数字的分界线，它包括两个步骤：采样和量化。ADC在控制电路的作用下产生与源模拟图像等价的数字化图像。激光束横跨成像板的移动将成像板表面的空间变化转换成光电探测器的时间变化信号。这种时间变化信号必须以足够高的频率采样才能保留下足够的空间分辨力满足临床应用。
同样的，光电探测器信号的强度变化也必须要进行足够精细地采样或量化，在覆盖整个可能曝光动态范围的前提下，保留所需要的信号变更幅度（对比度）满足临床应用。
⑩影像缓冲器(Image Buffer)
扫描装置得到的数字影像在发送到最终目的地(工作站)之前，需要暂存在某处。通常可将硬盘驱动器用作本地存储器。硬盘的容量应当与扫描装置的流通量相匹配，并具有在网络连接发生中断时也能保持扫描装置正常运转的能力。
⑩+①擦抹装置(Erase Station)
擦抹装置用于清除成像板上的所有残留信号，初始化成像板以备下一次曝光使用。这个组件的典型组成是一排高强度的灯管，其发光强度一般比激励光源高出几个数量级，可以驱除成像板上残留信号的强度，使之大大低于曝光所产生的信号，以免影响下次曝光成像。
3．CR的成像原理
（1）CR 图像的采集与显示的过程
当X线照射到成像板的光激励荧光体时，其晶体结构中“陷阱”部位吸收并存储了X线能量。所以，有时也将光激励荧光体称为“存储”荧光体。
在光激励发光（photostimulated luminescence，PSL）过程中，它在附加的适当波长的激光能量的激励下，将这种俘获的能量释放出来。
这一过程就是CR影像的采集和显示，其过程可以归纳为图4-8所示的5个步骤∶X线曝光、图像阅读、图像缩放、图像记录和CR图像显示。
（2）CR图像的生成
成像板上涂有一层“光激励存储荧光体（PSP）”，选用的材料必须具有“光激励发光（PSL）”的特性。许多化合物具有这种特性。但是，适宜X线摄影所需要特性的却为数不多，最接近X线摄影要求的化合物是氟卤化钡家族，BaFX:Eu2+，X代表卤族元素Cl,Br,I或它们的组合，如BaFBr:Eu2+、BaF(BrI):Eu2+、BaSrFBr:Eu2+。化学式中的Eu是赋活剂。微量的Eu2+混杂物加在光激励荧光体中，以改变它的结构和物理特性。
曝光后的成像板，由于吸收X线而发生电离，在光激励荧光体的晶体中产生电子/空穴对（陷阱）。一个电子/空穴对将一个Eu2+跃迁到激发态Eu3+，以俘获电子的形式存储的能量形成潜影。也就是说，光激励荧光体的晶体结构“陷阱”中存储的是吸收的X线能量。所以，有时也称作“存储”荧光体。当Eu3+在适当波长的附加可见光能量的激励下，再返回到基态Eu2+时，会将俘获的能量以可见光的方式被释放出来。
曝光后的成像板在阅读器内，经过用低能量高度聚焦和放大的红色激光扫描，一种较高能量低强度的蓝色光激励发光（PSL）信号被释放出，它的强度与接受器中吸收的X线光子的数量呈正比。蓝色的光激励发光（PSL）信号从红色激光中分离，导入一个或多个光电倍增管。
最常用的激光是HeNe（λ=633nm）激光和“二极管”（λ=680nm）激光，光激励发光的波长为390nm~490nm范围，恰好与光电倍增管（photomultiplier tube，PMT）光电阴极探测敏感度的波长（400nm）相匹配。
光电倍增管将接收到的光信号转换成电压，电压经过增幅，输入模/数转换器转换成数字，通过釆样和量化，以数字影像矩阵的方式存储。
对采集到的原始数据影像分析，确定有用影像的相关区域，按照用户选择的解剖部位程序将物体对比度转换成模仿模拟胶片的灰阶影像。最后，重建出影像在显示器上显示或通过打印机打印出照片影像。
影像读取过程完成后，IP的影像数据可通过施加强光照射来消除，这就使得IP可重复使用（图4-9）。
自测题-101计算机X线摄影的英文表达是（    ）
A．Center x-ray      B．Control recognizer
C．Control reader    D．Center radiation
E．Computed radiography
答：E
自测题-102 下列称谓中与CR不相干的是（    ）
A．计算机X线摄影
B．存储荧光体数字X线摄影
C．数字发光X线摄影
D．光激励发光X线摄影
E．直接数字X线摄影
答：E
自测题-103 CR系统的构成一般不包括（    ）
A．X线发生系统
B．影像板
C．影像阅读器
D．影像处理工作站
E．影像存储系统
答：A
自测题-103 IP是哪项的英文缩写（    ）
A．暗合
B．屏/片体系
C．影像板
D．激光胶片
E．增感屏
答：C
自测题-104 下列关于IP的叙述，错误的说法是（    ）
A．是CR成像系统的关键元器件
B．是采集或记录图像信息的载体
C．代替了传统的屏/片系统
D．可以重复使用
E．具备图像显示功能
答：E
自测题-105 从IP的作用看下列哪项最重要（    ）
A．表面保护层
B．光激励发光物质层
C．防反射层
D．基板层
E．背面保护层
答：B
自测题-106 IP经X线照射后所形成的信号为（    ）
A．数字信号
B．模拟信号
C．可见光
D．紫外线
E．红外线
答：B
自测题-107 IP经X线照射后形成潜影，其中的铕离子的变化是（    ）
A．1＋→2＋
B．2＋ →1＋
C．2＋ →3＋
D．3＋ →2＋
E．2＋ →4＋
答：C
自测题-108 CR阅读器中将发射光光子转换为电信号的部件是（    ）
A．线束成型光学装置
B．激光源
C．光学滤波器
D．光电探测器
E．模数转换器
答：D
自测题-109 CR阅读处理器的功能不包括（    ）
A．使用逐点读取技术分析X线曝光条件
B．激光束按照一定的模式扫描整个成像板表面
C．测量成像板上每一点的发射光
D．将每一点的发射光转换为数字信号
E．然后采样和量化成数字图像
自测题-110 IP的潜影被激光扫描时，以何种光的形式释放出储存的能量（    ）
A．红色激光
B．X线
C．蓝色的光激励发光
D．γ射线
E．α射线
答：C
【考点14】CR图像的处理
1．读出参数
（1）需要和不需要的影像信号
在传统屏/片X线摄影中，放射技师调整曝光条件，以使得想要的影像信号范围位于H&D曲线的直线部。位于被照体范围以
外，而在照射野范围内的X线，形成的影像信号落在曲线的肩部（高曝光区），超出准直边缘的影像信号落入趾部（低曝光区）。
CR系统必须对有用的影像信号进行编码，通过数字值的检查表调整以提供最大对比敏感度。正如特定解剖部位选择特殊摄影技术和影像探测器一样，CR读出算法也根据特定的解剖部位对数字影像进行调整。
（2）分割模体和曝光野识别
有些CR系统的首要任务是，确认已曝光的接受器(成像板)上原始数字数据中图像的数量和方位。然后再分别对每一幅图像进行分析。传统X线摄影在一个暗盒上产生多幅图像比较容易。但是，在CR摄影中可能是很复杂的。在一个曝光野内，CR阅读器识别影像有用区域的重要依据是准直器的边缘定位。一些CR系统通过定义解剖区域的边缘来分割影像。有用影像一旦正确定位，CR系统在执行进一步的影像分析时，就可以忽略超出准直器边缘的影像信息。
（3）直方图分析
对于大多数CR系统来说，确定有用信号范围的方法需要影像灰阶直方图的构建，一种X轴为像素值、Y轴为发生频率的图形（也就是像素值频谱）。图4-10就是一个统计噪声的自由直方图的实例。
直方图的大体形状取决于解剖部位和用于影像采集的摄影技术。所有CR阅读器都利用一种分析算法来识别和分类直方图的各个组成部分，它们对应于骨、软组织、皮肤、对比剂、准直、未衰减X线和其它信号。这有助于影像的有用和不重要区域的辨别，从而可以正确的重建影像的灰阶范围。如图4-10所示的胸部直方图的实例。
它显示出影像中对应于不同解剖结构，有效区域内像素频率分布的各种成分。此实例与屏/片影像一样，像素数值的大小直接对应着衰减程度的高低。它使用反变换表，将数值的大小反比于PSL的大小。
直方图分析的结果使得原始影像数据的标准化成为可能，而感度、对比度和宽容度的标准化条件是由数字化数值分析决定的。对于特定患者的检查，适宜影像灰阶特性的重建是通过尺度改变和对比增强来实现的。
每一生产商都使用一种特殊的方法完成这个影像的重新变换过程。一些系统中，潜影信息在一个较小的数值范围内被识别和预采样，目的是最小化量化误差。这种情况下，曝光范围识别中的任何错误都是不可逆转的，都需要影像的重新采集。而在其它系统中，全动态范围的光激励发光(PSL)信号都被数字化，然后对数字化数据运用重新变换算法。另一种情况是，由于直方图的形状和信息内容影响影像的处理，成像板的相关影像信息必须为后来的灰阶和/或频率处理而确定下来。
2．影像灰阶处理
CR影像是数字化像素值的矩阵，它可以很容易的被处理，而产生可以选择影像外观。三种主要的处理类型包括影像对比度改变、空间频率调整、或特殊影像算法的实施。
CR系统生产商提供处理影像的完善的计算机硬件和软件。一些OEM（origina-equipment manufacturer，原始设备制造商）和第三卖方提供影像数据远程处理的相关功能。生厂商没有特定算法以及对其实施的完整信息源，主要原因是CR市场空间和放射学实践中数字影像处理还不成熟。不管是生产商团体的内部还是外部，存在的最大的误解是影像处理软件的正确使用。
处理参数的选择和最优化是一个非凡的工作，它可能需要花费高级技术人员数以千计的工时。一个通常的问题是处理参数的范围远远超出临床有用值，从而导致总体处理伪影。处理参数不应随意更改。
（1）对比度处理
由于人体衰减的微小差异，CR数据具有很小的固有对比度。为了增加解剖细节的可视性，生产商向用户提供对比度处理软件。对比处理的目的是改变影像数据的设置，使其对比度等同于传统屏/片影像，或者是增强所希望特征的显著性。各销售方将处理的几种类型叫做层次处理（Gradation Processing）、色调谐调（Tone Scaling）、对比增强（Contrast Enhancement）等。
对比度处理有两种不同的方法，最常用的技术是按照用户控制的检查表（look-up table，LUT）重新变换各个像素值。有三个生产商使用这种技术，对比度曲线的整体改变可以在不同的灰阶等级产生不同的局部对比度。Fuji用四种不同的参数（GA、GC、GT、GS）来控制此处理过程，Kodak用两种（平均密度和LUT起始），Agfa用三种（窗左延伸、窗右延伸，感度测量）。Fuji处理提供可选择的模仿屏/片系统的基本曲线形状（GT），还具有增加或减少层次（GC和GA）和整体亮度（GS）的能力。Kodak提供几种预定义的LUT中的一种选择。Agfa提供四种预定义的显示功能（感度测量）。灰阶数据到显示功能的变换通过调整源自灰阶直方图的显示窗来控制（窗左延伸、窗右延伸）。
第二种对比度处理的类型，Fuji和Agfa使用，通过对滤过后原始影像的操作和更改后原始影像的重建来实现对比度的改变。Fuji的动态范围控制（Dynamic range control，DRC）从建立一幅源自原始影像的模糊影像开始。一种可以为正像或负像的权重功能应用于模糊影像。模糊影像的权重像再加回到原始信号，以增强低信号区域（纵隔和膈下）或高信号区域（空气对比，皮肤边缘）的对比度。动态范围控制（DRC）处理是可自由选择的，由每一解剖菜单下的三个用户可选参数来控制：核尺寸、曲线类型和加强因子。Agfa的整体对比增强是多灰阶影像对比放大（Multi Scale Image Contrast Amplification，MUSICA）的整体部分。与十二个特定次频段的影像特性一致，MUSICA将影像分解成一系列的系数。影像是按照拉普拉斯锥变换进行分解的。整体对比增强和标准化不是经过上述的直方图分析，而是在采集过程中，通过拉普拉斯锥体的次频段系数的自动修正来完成的。低信号和高信号区域的对比增强程度受宽容度压缩（Latitude Reduction）的控制，这是一个衰减低频次频段的MUSICA处理参数。
（2）频率处理
数字影像处理的一个目的是增强数据中特性的显著性。影像中这些被增强的特性，可以通过它们特定的空间频率来表征。
有几种技术可以达到此目标，包括傅立叶滤过（Fourier filter）、模糊蒙片减影（blurred-mask subtraction）和小波滤过（wavelet filtering）。CR系统的早期用户，常规在一张胶片上用不同的外观对一幅图像打印两次，一种外观是类似于传统屏/片系统的样子，另一种是具有明显“边缘增强”的样式。
Fuji和Kodak都采用模糊蒙片减影的技术。此技术中，使用所选尺寸的标准核对原始影像卷积处理，产生一幅模糊影像。然后将在原始影像中减去模糊影像，产生一幅包含突出高频信息的影像。
使用用户定义的增强因子乘以每一像素来调制高频信息。将结果影像加到原始影像并标准化数据组，从而建立频率增强影像。用户可选择的参数包括核尺寸（Fuji的RN，Kodak的蒙片尺寸）、增强因子（Fuji的RE，Kodak的加强因子）。此外，两个生产商都提供了基于原始影像灰阶值的空间定位增强的能力。RT参数规定了一个函数，它的输入是像素值，输出范围从0到1。函数的输出与RE值相乘，确定了像素增强的最终量值。同时，Kodak还提供了局限于加强函数的密度的选择。
Agfa使用同样的技术来改变影像的锐利度，完成整体对比增强和标准化，比如，被分解影像的系数的可选择变化。这种增强在影像的重建上变得很明显。用户通过选择MUSICA参数（MUISCA：MULTI_SCALE IMAGE CONTRAST AMPLIFCATION，即多层次影像对比度放大技术。是AGFA公司开发的一种先进实用技术）的大小和组合来控制在次频段中效果的分布。
MUSICA提供三种不同的参数来更改锐利度：MUSI对比度、噪声减少、边缘对比。在衰减突出物体时，MUSI对比度不受物体尺寸的影响，增强微小的物体。MUSI对比度的负面影响是影像颗粒度的增加。噪声减少是MUSICA的一个均衡参数，它衰减出现噪声的高频次频段。边缘对比，对噪声减少的补充，增强高频次频段，产生类似于模糊蒙片技术的效果。图4-11为CR胸部影像的总体影像灰阶增强和频率处理的实例。
自测题-111 关于CR图像处理，下列叙述哪项是错误的（    ）
A．CR系统必须对有用的影像信号进行编码
B．首先确认已曝光的IP上原始数字数据中图像的数量和方位
C．在一个曝光野内识别影像有用区域的重要依据是准直器的边缘定位
D．确定有用信号范围的方法需要影像灰阶直方图的构建
E．影像灰阶直方图是一种X轴为发生频率、Y轴为像素值的图形
答：E
自测题-112 关于CR影像灰阶处理，下列叙述错误的是（    ）
A．CR影像是数字化像素值的矩阵，进行处理比较困难
B．可以改变影像对比度
C．可以调整空间频率
D．可以实施特殊影像算法
E．处理参数不应随意更改
答：A
自测题-113 下列哪项不属于CR影像灰阶处理中的对比度处理（    ）
A．层次处理
B．色调谐调
C．对比增强
D．动态范围控制
E．模糊蒙片减影
答：E
自测题-114 下列哪项不是Fuji的CR系统使用的按LUT改变对比度的技术参数（    ）
A．GA
B．GC
C．GT
D．GS
E．平均密度
答：E
自测题-115 下列概念与CR影像频率处理关系最小的一项是（    ）
A．增强影像数据中特性的显著性
B．傅立叶滤过
C．模糊蒙片减影
D．感度测量
E．小波滤过
答：D
【5】 CR 的新进展
CR从实验室研究到成为主流成像方式已经经历了约20 年。CR的飞点扫描装置与粉状颗粒荧光板的结合已得以证实且是可靠的。但时，在诸如成像质量和扫描速度等因素方面，正接近它的理论物理极限。
对现状的改善必须对CR引入新方法，已经有些方法存在了。其中一些正在或即将进入市场。未来CR系统在成像质量和速度上的提高仍有相当的潜力，基于此，与新进市场的DR平板探测器相比仍保持相当的竞争力。
1．双面阅读(成像板)
从成像板正反两面探测发射光，从而提取更多信号（并提高信噪比）的想法已经有好多年了。但是，使用此阅读技术的商品是在市场上还是相对新兴。这种技术将成像板的基板做成透明的，在屏的反面添加一套采光光学装置、光电探测器和电路(图4-12)。
这样的配置有如下好处。首先，可以在不改变各像素停留时间前提下采集更多的发光信号。其次，相同空间频率采集的两路信号相结合，可以得到比单侧采集更优的信号和噪声特性，来生成总体输出信号。但要注意，当激励线束到达有效层的后面或底部时，其宽度已经明显增加。因此，底部发出的光信号要比顶部采集的光信号模糊。结果是，两路信号组合所得到的图像质量受益于较低空间频率的程度（两路信号均起作用）高于较高空间频率（底部信号的作用相对减弱）。一个意外收获是，人们可以稍增加成像板厚度，在没有明显降低锐利度的同时来提高X线吸收率，这可以通过信号组合参量来加以控制。
2．结构化存贮荧光体（针状成像板）
结构化荧光体，也就是各向异性物理结构，已经存在很久，且已得到广泛应用，比如在影像增强管中吸收X线，并将射线激励的可见光导入成像链的后续步骤中。这种“方向性”荧光体还用于新的间接平板DR 系统中。与涂在基板的常规荧光体和当前粉末状存贮荧光体不同，结构化荧光体是在严格控制的温度、压力和机械条件下，形成的大致垂直于基板的长条晶体棒或针状物(图4-13)。
针结结构有许多优势，最明显的是，针状阵列能够保持自身产生的发光沿针形传播，从而有助于保持影像锐利度。另外，因为针状物是从基板生长出来的，不需要任何黏合剂。这意味着有效层内几乎都是荧光体，因此在同等厚度的荧光层时，针状结构可以显著增加(约两倍)X线吸收。荧光层还可以制作得更厚些，轻微降低影像锐利度，再次换来X线吸收率的显著增加。这种吸收率和分辨力之间的折中给系统设计带来新的灵活性。最后，结构化荧光体的有效层比粉状荧光体具有更好的空间一致性，由此可以降低屏的结构噪声。
尽管结构化荧光体在影像增强器中应用已有数十年。但时，至今仍未发现适当的材料来显示光激励荧光(PSL)效应。RbBr:Tl+在许多年前曾在专用胸部系统中使用。但是，这种材料的一系列特性（比BaFX:Eu低的X线吸收、潜影的迅速衰减、吸湿性）限制了它的临床应用。近来，人们发现CsBr:Eu具有很好的存贮性能，且可以呈针状生长。研究显示，这种材料还有许多其他的有利特性（更高的X线吸收、转换效率、可激励性，以及比BaFX:Eu更佳的擦抹性），在未来的存贮荧光体系统中将非常适合临床应用。
通过对基于CsBr:Eu的针状IP的初步评估显示，可获得的客观图像成像质量远高于传统的存贮荧光体屏。事实上，测得的影像质量可以与现代使用CsI 闪烁体和非晶硅TFT探测器列阵的间接平板DR系统相媲美。针状IP和传统IP的观察者性能比较同样显示出，结构化屏在低对比度物体的探测上具有优势。但就目前而言，CsBr屏的CR仍未达到商业化水平。
3．线扫描
尽管CR阅读器的体积在过去的20年间已经缩小到原来的10倍。但时，现在的点扫描装置仍然由离散的部件组成，从而导致相当低的集成度。此外，点扫描装置还受制于IP发光衰减时间引起的速度极限，据此来设定像素的最小驻留时间，同时又避免图像模糊。
有一种叫做线扫描的新型读取方法(图4-14)，可以弥补这两个缺陷。该方法中，使用一套诸如一排固体激光二极管的激励源使得整条线发光，整条线（或多条线）的输出信号被一个光电探测器阵列（诸如CCD）读取。激励源、线束塑形装置、集光器、滤过器和光电探测器都包含在与屏等宽的扫描头内，整个屏表面通过扫描头和屏之间的相对线性运动完成扫描（比如在静止影像板上移动扫描头或反之）。
多个分离元件在一个紧凑扫描头内的整合，可以得到一个更小的CR 系统。更重要的是，由于没有快速扫描方向的运动，发光衰减时间将不再是个问题。对于线扫描装置，每像素的停留时间可以是毫秒级而不是微秒，并且可以实现更加快速的扫描。例如，典型扫描装置的像素停留时间为2 ms（比当前的点系统高三个数量级），对成像板的2500条线扫描只需要5 s（比当前最快的飞点CR扫描装置都快）。
另一个优点是，光采集光电探测器子系统距离发光区域更近，提高了整体采集效率。最后，所使用的光电探测器（如CCD）比大多数飞点扫描装置的光电倍增管（PMT）效率更高，从而能够增加检测信号。但是，制造线扫描系统是很困难的，包括大块组件的微型化、高强度的机械耐力以及复杂的光学和电子设计。典型线扫描装置的成像质量相当于或稍好于当前使用IP飞点扫描装置。当这种典型线扫描装置与针状IP结合时，其结果可相当于间接平板DR 系统。
4．其他新发展
在临床应用一线还有一些值得注意的新进展，其中之一是双能量成像。双能量成像已经存在许多年了。但是，其曝光和成像板处理程序（也就是，不同能量下两次曝光和对插有金属滤过板的两探测器进行一次曝光）还不是最优的。市场上现有的CR 系统使得图像采集变得更加容易。这些单次激发CR系统具有自动化成像板操作系统，内置金属滤过板，具有合理流通量（大约每小时40次曝光）的图像记录软件，工作流程大为简化。
CR乳腺摄影的话题总是有争议的。当CR 被常规地用于其他所用临床应用中时，几乎所用的用户都在犹豫是否把它用于诊断或筛查性乳腺摄影，缘于人们担心它相对于屏/片系统有限的空间分辨力会降低临床性能。但时，这种情况正在逐步改变。专门用于乳腺摄影的新型高分辨屏，结合新型高分辨力阅读扫描装置（但仍然是飞点），包括双面阅读技术，使得乳腺摄影的临床应用有了长足的进展，与专用的图像处理算法相结合，CR乳腺摄影进入了一个新的时代。
自测题-116 下列哪项不属于CR的新进展（    ）
A．双面阅读(成像板)
B．针状结构成像板
C．线扫描的读取方法
D．飞点扫描装置
E．专门用于乳腺摄影的新型高分辨屏
考点16】相位对比（PCM）乳腺摄影技术
1．概述
相位对比乳腺摄影系统（phase contrast mammography system，PCM），是近几年X线摄影诊断技术上的一项新技术。它采用相位对比技术，弥补X线吸收系数相近的组织间对比度的不足，将相位对比技术和传统的吸收对比技术组合起来，获得边缘增强效应，使乳腺肿瘤和周围组织之间、肿瘤组织内部、以及周围正常组织之间的边缘都得到强化勾勒，最终图像精度可达25μm，为发现更微小的肿瘤及钙化提供可能。
1895年伦琴发现X线后研究了X线的许多特性。但是，始终没有认识到如何利用X线具有折射的特性。正是由于折射特性的发现，使之成为今天“相位对比技术”的理论基础。虽然在X线被发现后一个多世纪的历程中，X线衍射分析技术已广泛应用。但是，X线作为波动特性之一的相位特性，并未应用于成像技术，直至PCM的诞生才首次将X线的相位对比成功地运用到影像诊断当中。
相位对比成像技术的研发历史，以采用不同的辐射源而划分成两个阶段：
第一阶段：经同步加速器产生X线。1991年，研究发现，X线的折射能够增强原本对X线吸收微弱的物体所形成的影像对比度。由于经同步加速器产生的相位对比技术无法走出实验室，仍未应用于临床医学中。
第二阶段：经医用X线机产生X线。自2000年起，相继出现了有关使用医用X线机所产生X线的相位对比成像研究的报道。2004年、2005年分别报道了应用医学X线机进行相位对比技术的临床测试结果。
2．相位对比成像原理
X线作为一种波，具有波的两种特性，当其穿透物体时，会发生强度（振幅）衰减和相位移动。
X线穿透物体时，由于光电效应及康普顿散射导致X线强度的衰减变化。当X线穿透不同物质时强度的衰减变化是不同的，这种因衰减而带来的强度变化的对比称为X线的吸收对比，所形成的图像称为“吸收对比成像”。
需要注意的是，X线穿透物体时，除了形成上面所说的强度变化以外，与此同时，X线还发生折射、干扰，形成相位的位移。当X线穿透不同物质时所产生的相位位移是不同的，这种因相位位移的不同所形成的对比称为X线的相位对比，根据相位位移变化所形成的图像称为“相位对比成像”。
PCM系统就是在原有的吸收对比成像基础上，加上相位对比成像，从而在两种不同物质邻界处达到边缘增强的效果。
3．相位对比技术在X线诊断上的运用
（1）X线的折射是相位对比技术的基本要素
X线穿透物体时会发生轻微折射。需注意的是，其折射方向和可见光正好相反（图4-17）。
（2）相位对比带来边缘增强效应
当X线穿透相邻不同物质时，会发生强度衰减的对比，即吸收对比；同时还会发生相位位移的对比，即相位对比。
由于吸收对比，凭借物体对X线的吸收差异可获得图像对比度。因此，对于高吸收（高原子序数）的结构（如骨骼）与周围低吸收（低原子序数）物质会形成良好的对比，被视觉所感知。但是，对于具有相似吸收系数的物体图像对比度就很差，甚至低于视觉阈值而无法被感知。
而相位对比，与物体对X线的吸收强度无直接关系，它是利用相位位移的差异，在两种不同物质的邻界处增强对比度，达到边缘增强的效果，从而有利于视觉的感知。
当X线穿过相邻不同组织的边界时发生轻微折射，出现相位移动。如果选择适当尺寸的焦点，使用合适的放大比率、以及适当的CR读取精度等，使折射线和正好通过边界的直射线在成像板上得以重合，该边界处的投影就能得到更多的剂量，从而使边界得到强化（图4-18）。
需要强调的是，这里说的边缘增强，不仅仅是肿瘤组织和正常组织之间的边缘，还包括肿瘤组织内部细微结构的描述，以及正常组织之间边界的勾勒。
（3）PCM在乳腺X线诊断的意义
乳腺结构比较特殊，是由几种不同种类的软组织组成的，包括乳腺腺体组织、脂肪组织和皮肤。这些正常的软组织和肿瘤组织相比，它们X线的吸收系数是很接近的。
在吸收系数如此接近的情况下，如果仅仅利用X线的吸收对比，往往很难描述细微差别，而相位对比恰好能够弥补这个不足。因此，在X线诊断领域中，相位对比技术首先被运用于乳腺。
仅仅依靠X线的吸收对比，很难将整个乳房内部细微之处勾勒清晰。在吸收对比基础上，加上相位对比技术，而后者和物体对X线的吸收系数是无关的，这样就能强化勾勒原本对X线吸收系数差比较小的组织的边界，从而不仅能够弥补单纯吸收对比的不足，而且还能从成像过程中获得边缘增强效果，大大提高图像的鲜锐度。
（4）合理运用于乳腺X线诊断的几个重要环节
相位对比技术只有在选择使用适当尺寸的X线焦点、适当比例的放大摄影（调整好源物距和物像距的比例）、适当的放大倍数、适当的读取精度、适当的放大再还原程序以及适当的高精度打印（硬拷贝阅读时）的情况下，才能被合理有效的运用与乳腺X线诊断。
根据目前的研究结果显示，以下几个参数是最合适的：
·X线焦点尺寸= 100μm
·SID(source image distance) = 114cm
·STD(source table distance)：全乳片=65cm；点片=78cm
·放大倍数：1.75
·读取精度：43.75μm
·适当的还原程序
·打印精度：25μm
自测题-117 关于相位对比成像原理下列说法错误的是（    ）
A．X线作为一种波，当其穿透物体时，会发生强度（振幅）衰减
B．X线作为一种波，当其穿透物体时，会发生相位移动
C．X线穿透物体时，由于光电效应及康普顿散射导致X线强度的衰减变化
D．因衰减而带来的强度变化的对比称为相位对比
E．根据相位位移变化所形成的图像称为相位对比成像
答：D
自测题-118 相位对比技术的基本要素是（    ）
A．X线的直线传播
B．X线的光电效应
C．X线的康普顿效应
D．X线的折射
E．X线的反射
答：D
自测题-119 相位对比可产生的效应是（    ）
A．边缘增强效应
B．光电效应
C．散射效应
D．斜射效应
E．感光效应
答：A
自测题-120 PCM在乳腺X线诊断中的意义不包括（    ）
A．肿瘤组织与腺体组织之间的边缘增强
B．肿瘤组织与皮肤之间的边缘增强
C．肿瘤组织与脂肪组织之间的边缘增强
D．肿瘤组织与肌肉组织之间的边缘增强
E．肿瘤组织内部细微结构的边缘增强
答：D
【考点17】数字平板探测器
1．电荷耦合器
从概念上讲，基于电荷耦合器（charge-coupled device，CCD）技术的数字摄影（DR）系统结构比较简单。CCD传感器对覆盖荧光体层所产生的可见光输出进行成像。当前所有应用CCD技术的DR系统都是间接转换形式。
由于临床荧光体成像区域与当前可用的CCD有效区域之间存在物理尺寸的差异，必须使用包括反射镜、透镜或光纤组件的不同技术，使得荧光体输出影像的尺寸缩小到CCD的成像区域。这种缩小效应的一个主要问题是对荧光体可见光采集效率偏低（可能<0.1%），从而引起所谓的成像链中二次量子降低，尤其是对于透镜耦合式的CCD探测器。这种不可避免的局限性导致了影像质量的下降。在临床相关条件下的量化测试显示，这些系统的性能低于传统的屏/片系统和CR系统。此外，影像缩小光学系统需要一定的物理空间，从而增加探测器外壳的厚度。当使用这些探测器对现存系统进行改型时会存在问题。
CCD对X线敏感，故产品要避免辐射损伤。CCD的另一个技术问题是需要冷却以减少噪声。故有可能发生水污染和停机故障。
CCD已经开发了几种数字探测器类型。一般尺寸较小，CCD广泛用于视频图像的采集。由于尺寸小，使得它难以显示较大面积的临床图像。
为了改善CCD小成像区域引起的性能局限，开发了使用多个CCD的系统。一种商品化的产品类型采用四个高性能的CCD与四个高质量的透镜排列相组合，对输入荧光体的四个重叠象限进行信号采集。
2．非晶硅平板探测器
最早的数字乳腺摄影系统使用的是间接转换探测器。非晶硅平板探测器属于间接转换型平板探测器，它主要分为两类：碘化铯+非晶硅、荧光体（硫氧化钆/铽）+非晶硅。由于荧光的散射效应在Gd2O2S荧光体上更为明显，而碘化铯晶体具有的柱状结构可有效降低散射，因此，目前常见的非晶硅平板探测器多为碘化铯+非晶硅型。
（1）非晶硅探测器的工作原理
碘化铯([CsI(Tl)])闪烁晶体受到X线照射后，将入射的X线光子转换为可见光。可见光激发碘化铯层下方的非晶硅光电二极管阵列，使光电二极管产生电流，从而将可见光转换为电信号，在光电二极管自身的电容上形成储存电荷（图4-19）。
每一像素电荷量的变化与入射X线的强弱成正比，同时，读出阵列还将空间上连续的X线图像转换为一定数量的行和列构成的总阵列图像。点阵的密度决定了图像的空间分辨率。在中央时序控制器的统一控制下，居于行方向的行驱动电路与居于列方向的读取电路将电荷信号逐行取出，量化为数字信号。获取的数字信号经通信接口电路传至图像处理器，从而形成X线数字图像。
（2）碘化铯的特点
使用碘化铯层和光电二极管的非晶硅平板探测器中，碘化铯层不同于其它闪烁体，它的晶体直接生长在基板上。这种生长方式使得闪烁体与平板能达到比较理想的结合（图4-20）。碘化铯针状结构的通道，使吸收的X线直接到达探测器表面，比传统的闪烁体明显减少了X线的伪影。因此，在碘化铯探测器上，X线吸收和伪影之间的折衷相比于传统的闪烁体已几乎不是问题。
另外，碘化铯能很好地吸收X线，并且在数字图像产生之前瞬间产生光学图像，这种方式被称为间接转换。
碘化铯/非晶硅平板探测器的X线探测、图像采集和读出都是相互独立的过程。因此，探测器元素可以独立地优化而不影响整个探测器的性能。例如，碘化铯层可以做得很厚，用来保证最大的X线吸收；光电二极管转换可以设计得很薄，使暗电流和图像持留时间减少。
（3）碘化铯/非晶硅平板探测器的分辨率
各种数字平板探测器的图像质量可以通过DQE来衡量。因为，DQE综合了图像MTF、噪声和对比度的诸多因素。人们对数字成像系统中哪一种是最适宜的像素大小，目前的意见还不一致。
如果像素太小，电子噪声会降低图像质量；如果像素太大，分辨率的降低同样造成图像质量下降。这表明乳腺成像必须需要选择一个恰当的像素大小。像素的大小同时还会影响到图像的存储、传输时间、图像显示和存档。
与屏/片系统相似，荧光散射会影响图像质量，而且在空间分辨率和辐射敏感度之间有性能折衷。当闪烁体制作得较厚时，光传播增加，可导致分辨率降低。由于其针状（或称柱状）结构， CsI（Tl）碘化铯不会像其它屏那样产生太多光散射。然而，分辨率和敏感度之间的折衷依然存在。
间接转换数字探测器的闪烁体放置比屏/片系统的问题更多。对于屏/片系统而言，更多的X线是在靠近增感屏荧光体层的入射面被吸收，而不是在射出面被吸收。光电二极管/晶体管阵列不能透射X线。所以，该阵列需放置在闪烁体的射出表面上。与屏/片系统相比，这可会导致空间分辨率的下降。
3．非晶硒平板探测器
直接转换探测器使用了光电导材料，能将所吸收的光子转换成电荷，典型材料为非晶硒（a-Se）。非晶体硒本身具有很好的固有空间分辨力，
透过被照体的X线照射到平板探测器的非晶硒层时，由于非晶硒的导电特性被激发出电子-空穴对，即一对正负电子。该电子-空穴对在外加偏置电压形成的电场作用下被分离并反向运动，负电子跑向偏压的正极，正电子跑向偏压的负极，于是形成电流。电流的大小与入射X线光子的数量成正比，这些电流信号被存储在薄膜晶体管（thin film transistor，TFT）的极间电容上。由于电子和空穴是沿着电场线运动的。所以，它们在运动过程中没有横向电荷散布。这产生了一种异常狭窄的点扩散响应约1μm。
每个薄膜晶体管（TFT）形成一个采集图像的最小单元，即像素。每个像素区内有一个场效应管，在读出该像素单元电信号时起开关作用。在读出控制信号的控制下，开关导通，把存储于电容内的像素信号逐一按顺序读出、放大，送到A／D转换器，从而将对应的像素电荷转化为数字图像信号。信号读出后，扫描电路自动清除硒层中的潜影和电容存储的电荷，为下一次的曝光和转换做准备。
当非晶硒被X线撞击以后，产生的光子和电子空穴对在外加电场的作用下直接到达光电导体的表面，由于强大的电场以及采用了减少电荷运动的措施，几乎没有信号丢失。数字读出设备就和碘化铯/非晶硅系统的相似，只是用电极取代了光电二极管。其填充因子的效果远高于几何学填充因子（像素的电极部分），甚至接近100％。像素尺寸可达100 μm×100 μm以下，却没有减少有效填充因子的麻烦。
非晶硒平板探测器的非晶硒层直接将X线转换成电信号，平板探测器收集电子信号并读出得到图像。这种探测器也被称作“直接”探测器，因为非晶硒层直接将X线转变成数字图像信号而不是可见光图像。探测器两侧添加的2500伏特的电压可减少X线散射带来的模糊。因为在电荷充盈过程中很少有伪影，非晶硒层可变得很厚。但是，太厚的非晶硒会导致其他的伪影产生。
非晶硒层存在的局限性包括：吸收X线后非晶硒层产生的K-edge X线，会偏离原来被吸收的位置而造成伪影。伪影的程度取决于X线被吸收前在非晶硒内前行的距离。图像持留时间，限制了图像的采集速度，这对全自动曝光技术带来了负面效应。
探测器的设计必须在X线捕获和电子信号产生之间折衷。例如，为了增加X线吸收而增加非晶硒的厚度，这样就需要提高探测器两侧的电压来维持信号水平。同样的道理，带来更好X线吸收的厚非晶硒层设计与低持留时间和低暗电流要求的薄层设计相冲突。
4．探测器的主要性能指标
（1）调制传递函数（MTF）
调制传递函数（modulation transfer function ，MTF）和探测量子效率（detective quantum efficiency ，DQE）为成像性能提供了定量测量方法。MTF可测量空间分辨率，而DQE则是信噪比、对比分辨率和剂量效率的测量单位。通过查看相应的MTF和DQE曲线可以最好地反映成像系统的特点。然而，这不能用一个数字以单次空间频率适当地进行描述。可以用这些测量法去确定系统在一个空间频率范围内获取信息的好坏程度。
调制传递函数（MTF）是在一个空间频率范围内信号传递的度量标准，并且可对空间分辨率进行量化。任何系统的分辨率极限都是通过其像素尺寸加以确定的。例如，一个100μm像素的系统不能充分解析5lp/mm以上的空间频率。间接转换法可以使光散射数个像素，这进一步限制了系统的有效分辨率。
直接转换系统不受这一限制。如图4-21所示，直接转换硒探测器的MTF优于屏/片和间接转换探测器的MTF。直接转换硒探测器的内在空间分辨率比那些使用间接转换闪烁体的探测器的内在空间分辨率要高。当间接转换探测器的MTF在较高空间频率上显著降低时，直接转换硒探测器的MTF可在一个更大的空间频率范围内保持高水平。利用硒材料，通过光导元件的电荷不会有横向运动，而且其MTF与硒的厚度无关。因此，硒探测器在采集X线并转换为电信号方面效率颇高。
（2）量子检出效率（DQE）
在高空间频率条件下，即使有较高的MTF，小物体也会消失在系统的噪声中（图4-22）。解决这一问题的方法是通过信号增强和噪声减弱来增强细微结构的可见度。
量子检出效率（DQE）度量的与空间频率成函数关系系统信噪传输，而且可以很好的衡量剂量效率。DQE受几个因素的影响，包括X线吸收量、信号曲线（由MTF测量）的幅度或强度以及噪声。
量子检出效率（DQE）是综合评价数字摄影系统性能的重要指标。图4-23显示数字平板探测器的DQE明显高于屏/片、CR系统。宏观来讲，DQE与影像质量成正比，与辐射剂量成反比。也就是说，当剂量相同时，影像质量优化；在相同的影像质量下，辐射剂量可以减半（图4-24）。
（3）动态范围
屏/片系统的动态范围是有限的，数字摄影技术提高了被照体成像对动态范围改善的需要。数字探测器可提供大为改善的动态性能。对于没有固有探测器噪声的理想探测器而言，在典型的乳腺摄影图像上，3100 灰度水平是可以辨别的。这样，可以提供至少14位动态范围的系统不会使下层的信息降质。数字X线影像在不同的曝光条件和被照体厚度的条件下具有一致的品质。动态范围的扩大就意味着可以检测和记录下更多的影像信息。
现在，我们用一种对比度细节测量模体分别检测胶片系统和平板探测器系统，其结果如图4-25所示。左边的影像由胶片系统形成，右边影像是在相同技术下用碘化铯/非晶硅探测器形成。在模体的每一个方格的中心和一个角上各有一个点，所有的点都具有与背景不同的对比度。正如我们观察到的，平板探测器系统中的点更容易探测到。
自测题-121 关于电荷耦合器（CCD）技术的数字摄影（DR）系统，错误的说法是（    ）
A．当前所有应用CCD技术的DR系统都是间接转换形式
B．临床荧光体成像区域与可用的CCD有效区域之间存在物理尺寸的差异
C．透镜耦合式的CCD探测器不可避免地会导致影像质量的下降
D．CCD对X线敏感，故产品要避免辐射损伤
E．CCD广泛用于显示较大面积的临床图像
答：E
自测题-122数字摄影（DR）表示的英文单词是（    ）
A．data recognizer
B．dynamic range
C．digital radiography
D．data reader
E．degree of radiation
答：C
自测题-123关于非晶硅平板探测器的叙述，下列错误的是（    ）
A．属于间接转换型平板探测器
B．常见的多为碘化铯+非晶硅型
C．碘化铯层的晶体直接生长在基板上
D．碘化铯针状结构明显增加了X线的伪影
E．X线探测、图像采集和读出都是相互独立的过程
答：D
自测题-124 对间接转换型数字平板探测器的分辨率下降关系最小的是（    ）
A．碘化铯的其针状（或称柱状）结构
B．闪烁体层制作得较厚
C．像素太小
D．像素太大
E．光电二极管/晶体管阵列放置在闪烁体的射出表面上
答：A
自测题-125 关于非晶硅探测器的工作原理，下列正确的是（    ）
A．X线光子→闪烁晶体→可见光→非晶硅光电二极管阵列→电信号→逐行取出，量化为数字信号→X线数字图像
B．X线光子→非晶硅光电二极管阵列→闪烁晶体→可见光→电信号→逐行取出，量化为数字信号→X线数字图像
C．X线光子→非晶硅光电二极管阵列→可见光→闪烁晶体→电信号→逐行取出，量化为数字信号→X线数字图像
D．X线光子→可见光→非晶硅光电二极管阵列→闪烁晶体→电信号→逐行取出，量化为数字信号→X线数字图像
E．X线光子→电信号→非晶硅光电二极管阵列→闪烁晶体→可见光→逐行取出，量化为数字信号→X线数字图像
答：A
自测题-126应用非晶硒和薄膜晶体管阵列技术制成的探测器是（    ）
A．CCD检测器
B．IP成像转换器
C. 直接转换平板探测器
D．间接转换平板探测器
E．多丝正比室检测器
答：C
自测题-127直接转换技术的DR，应用的转换介质是（    ）
A．影像板
B．增感屏
C．碘化铯
D．非晶硒
E．非晶硅
答：D
自测题-128 关于非晶硒平板探测器的叙述，下列错误的是（    ）
A．使用了光电导材料，能将所吸收的光子转换成电荷
B．典型材料为非晶硒（a-Se）
C．每个薄膜晶体管（TFT）形成一个采集图像的最小单元
D．非晶硒层直接将X线转换成电信号
E．与非晶硅探测器的工作原理相同
答：E
【考点18】数字平板探测器的高级临床应用
数字平板探测器的DR系统，特别是间接转换型平板探测器的DR系统，它为其后高级临床应用的扩展提供了一个重要的平台。现在已经或正在研发的临床应用项目有：
计算机辅助诊断(Computer-aided detection，CAD)
远程放射学(Tele－Radiology)
体层合成(Tomosynthesis)
双能量减影(Dual－Energy Subtraction)
数字减影血管造影(Digital Subtraction Angiography)
低剂量透视摆位(Low－Dose Fluoroscopic Positioning)
立体 /计算机辅助定位(Stereo/Computer Aided Localization)
多模式立体成像(Multi－modality Imaging)
时间减影(Temporal Subtraction)
图像无缝衔接(Image Pasting)
骨密度测量(Bone Mineral Densitometry,BMD)等。
在此就一些很有前景的高级临床应用加以介绍。
1．双能量减影（Dual－Energy Subtraction）
（1）单曝光能量减影
目前，双能量减影临床应用价值已广为肯定。双能量成像方法有两种：一种是将两张胶片或CR的成像板（IP）叠放在一起，中间放置一块铜板作为能量滤过板。然后，用X线管曝光一次，你就会在第一块IP上得到一幅常规影像，在第二块IP上得到一幅高能影像。我们称之为单曝光能量减影。
在单摄能量减影中，铜滤过板分离的两个成像板（IP）同时曝光。第一块成像板记录整个能谱及常规方法中的标准图像。因此，标准图像的质量不受减影过程的影响。X线束的低能部分被第一块板和铜滤过板选择性滤过，以致第二块板中的图像主要由高能光子形成。因此，第二块板中的图像在几个方面与第一块板中的有所不同。首先，它是一种“高电压X线摄影”，这样就缩减了骨和钙的影像对比度。同样，图像仅由通过了第一块板和铜滤过板的光子成份形成。所以，与标准图像相比，它具有固有噪音，而且第二块板的总体曝光水平明显低于第一块板。
为了产生可用于临床的减影图像，需要放大第二块板的信号，并在已减影的图像上完成噪音缩减。进行加权减影，借此在减影前加强第二个（高能）图像中软组织成份的信号以与第一个（低能）图像中的软组织信号相匹配。产生的减影图像包括残留的骨骼和钙结构。对于软组织减影图像，其过程是相反的，减影前，使两个图像中的骨骼和钙的信号相等，生成的图像中留下了软组织成份。
由于每一个减影图像仅仅由形成标准图像的光子成份形成，虽然应用了噪音缩减技术，但与标准图像相比，减影图像仍具有更多噪音。尽管如此，人们将减影图像设计成与标准图像相结合，并提供补充信息。虽然低峰值能量和高总体曝光水平对最佳图像质量是有利的。但时，在临床应用中，CR的标准曝光参数在110kVp及5mAs范围时，能够对正常体格的成人产生良好效果。
（2）双曝光能量减影
现在我们可以使用数字平板探测器和高频发生器来完成双能量成像。但是，其前提是探测器的刷新速度必须十分迅速，你可以变换发生器的kV值，从而快速得到两幅影像。目前GE数字平板探测器的刷新速度可达?0.2S。
这两方法各有优势，当你运用两张成像板（IP）进行一次曝光时，两幅影像之间不会有任何运动。但同时你不能实现能量水平的较大差异。如果你可以在一次屏息内运用平板探测器快速地获取两幅影像，你就可以得到较好的结果，其原因是平板探测器具有比成像板较高的DQE和较低的噪声，以及能量谁的更大分离。
通过双能量减影，我们可以分别获得显示软组织和骨骼的影像。当你去掉骨骼之后，就会更容易地在软组织的影像中发现病灶。在胸部、乳腺摄影中，双能量在发现微细钙化灶上具有重要意义。
总之，双能量减影可以快速获得“高”和“低”能量影像；从骨骼和钙化结构中分离软组织；有助于识别肺结节中的钙化；有助于识别微小的钙化灶；消除由肋骨覆盖产出的模糊；最终应用于CAD算法。
目前，GE/DR双能量减影可以作到在200ms时间内一次性采集高能和低能图像(减少呼吸伪影)；提供3 种图像: 标准影像、软组织、骨组织影像；软组织图像: 去除肋骨，使肺部结节得到更好显现；高密度组织图像: 鉴别钙化的结节 (良性)。其临床效果是：肺癌检测的敏感性提高10％、肺癌检测的特异性提高20％。
（3）双能量减影的诊断价值
胸部双能量减影提高了未钙化肺部结节，包括原发和转移肿瘤的检测（图4-28）。另外，双能胸部X射线摄影能够辅助检测局部钙化性结节和胸膜钙化斑中钙化的存在。因此，某些病例不一定需要使用CT检查。
双能X射线摄影能够用于被选定的患者，例如，检查前已确定的结节中存在钙化。它具有显示未被怀疑的结节和其它临床上重要的不透光区的潜能。然而，如果双能减影不能在临床上得到常规应用，那么它的这些潜能就不会实现。如果双能减影能够作为常规胸部X线摄影被接受地话，那么双次曝光地胸部检查的总吸收剂量一定要在常规范围以内。由于减影图像的质量受噪音限制，那么就要通过使用比400感度屏/片系统稍高的总体照射量来提高能量减影图像的质量。能量减影一般仅用于后前位(PA)位，由于侧位使用的剂量比PA位的两倍还多.因此，不推荐在侧位使用能量减影。
2．组织均衡化(Tissue Equalization)
平板探测器(DR)宽阔的动态范围是组织均衡化与无缝拼接功能的基础。从对X线的最低反应阈值到X线最高饱和阈值在≤60μR与≥13000μR之间。
影像组织均衡化的处理由计算机完成，有两种处理模式。
组织均衡化的功能可以使我们在一次曝光中获取该组织部位的大量的信息。
无需调整窗宽/窗位，组织均衡功能使整个视野内高密度和低密度组织同时得到良好的显示。股骨头置换数字X线摄影下，组织均衡化后与常规影像的比较，显然组织均衡化后的影像为临床提供了更多的可视信息。
3．计算机辅助诊断(Computer-aided detection，CAD)
计算机辅助诊断(CAD)最初(1998年)是以计算机辅助诊断探测仪的形式出现，将模拟的乳腺照片影像通过这种探测仪转换成数字信息，然后由内置的病例分析软件进行分析、处理，最后给出一个诊断的参考意见。1999年北美放射年会（RSNA）就有60多篇CAD的论文发表。
在这里，要特别的提出的是，CAD 扮演的是第二读片者的角色，最终的诊断还是要由医师作出判断。
计算机辅助诊断（CAD）的目的是，改善诊断准确率和重复性的同时，缩短读片时间、提高诊断效率。
CAD已在乳腺、胸片、血管造影像、CT图像的一部分发挥着作用。如CAD对乳腺微小化的检测灵敏度为100%（伪阳性数：0.57/image)；肿瘤检测灵敏度为58%。CAD在肺结节、气胸、肺间质病变、关节炎、骨质疏松症、异物的检测上又很高的灵敏度（图4-32、图4-33）。
CAD与数字影像的结合要比胶片有更好的效果，其原因是平板探测器具有较低的噪声、较高的动态范围和DQE。当你对一幅屏/片影像进行数字化时，你就会受到这幅不能改变的图像的限制。如果这是一幅曝光过度或不足时，计算机就面对较少信息量进行辅助探测。而数字影像具有更多的灰阶等级，即更多的信息。同时，数字影像更加便利，你可以在工作站上观察影像时调用CAD，仅仅是一个按键的操作。
CAD将成为对基因易感个人用任何影像方法进行筛选的主要组成部分。使用神经网络计算机已被输入正常及正常变异的信息，能够识别完全正常的表现。
CAD对乳腺及已认定的人群普查，如重度 吸烟者的胸部定期检查。CT、MR计算机辅助冠状动脉造影筛选将成为可能，可以在高危人群中发现早期粥样硬化。CAD在仿真CT、MR结肠镜的筛选中，消除感观的失误。计算机辅助诊断(CAD)的作用已经越来越来被临床认可。
4．图像无缝拼接(Image Pasting)
图像无缝拼接有两种方法，一是床体自动移行；一是图像通过计算机自动拼接。
图像无缝拼接的临床意义在于精确测量脊柱侧弯的角度和长度；减少对儿科患者的X线辐射、急诊外科对多发性骨折的快速检查(图4-34)。
5．骨密度测量(Bone Mineral Densitometry,BMD)
利用平板探测器的DR已经可以获得骨密度测量的功能。
它在X线摄影室内进行BMD检查，图像质量远胜于目前尚属金标准的DEXA。它可以进行骨质分析、骨折危险性评估、形态学测量，与常规DEXA（双能X线测量仪）骨密度测量相比，患者流通量可增加4-5倍。
6．体层合成(Tomosynthesis)
在介绍体层合成这个新技术之前，我们先讨论一下常规体层摄影。在直线体层摄影中，暗盒与X线球管以选定的层面为中心作相对的匀速运动，以获取中心轴面的锐利影像。常规体层摄影中，当我们需要获取多幅层面的影像时，你必须重新装入暗盒并进行另一次的全剂量的曝光。
如果，我们将数字平板探测器替代暗盒，我们就可以真正的在计算机中变换影像而不用机械装置进行变换，在X线球管的一次运动中就可以得到所有平面影像（图4-36）。因此，我们可以在体层合成中获得一系列低剂量影像。实验表明，8幅乳腺体层合成的影像剂量才与一幅屏/片乳腺摄影的剂量相同。
体层合成成像将走向何方？或者是说，体层合成技术的潜在用途在哪里？首先，它在乳腺体检尤其是乳房致密妇女的筛查中具有优势。在常规乳腺摄影中，重拍片往往是针对致密型乳房的结果。然而，当你同时有几幅乳腺图像时，重拍片自然就会避免。
其次，在体层合成新技术下，多焦乳癌的定性和定位也可以在减少乳房压迫的情况下进行。因为，此时你已经不比利用加压来平铺乳房中的组织结构，体层合成X线管运动的本身就会使组织散开，基本上你只要通过压迫保持乳房静止即可，而无需使用常规乳腺摄影的压迫程度。
美国放射专家对体层合成技术研究成果的评价，发表在1998年美国“Radiology”上的结果。其评价是由3位有经验的乳腺影像诊断专家对乳腺病灶可视性的判断。图的右侧是体层合成，左侧是常规体层摄影的评价结果。每一个样本分别以病灶可视性、边缘可视性和诊断可信度3个指标进行评估。2分意味着意味着影像在这个成像技术中可明确识别。除在脂肪性乳腺中一个大的病灶外，体层合成与常规体层相比，这些影像的显示和辐射剂量方面均具有优势。
目前，体层合成技术不仅可显示分层影像，甚至已经达到容积（三维）显示。
体层三维合成的临床意义是：分离重叠的组织结构；多层面显示；提高肺癌检出的敏感性和特异性10％；提高患者流通量25％；有望替代CT和MR的部分检查；低剂量的三维立体重建显示。
7．时间减影(Temporal Subtraction)
时间减影是将同一个患者不同时间的图像，由计算机通过采集、配准、减影的处理，显示出不同时间段的图像差异或异常病灶。
时间减影的临床意义是追踪病变的进展、增强肺癌结节在解剖背景中的显示、增加气胸、肺炎、间质性肺病和充血性心衰的检出。
8．数字减影血管造影(Digital Subtraction Angiography)
任何1mm癌肿在其生长过程中都会增加一种叫做血管源的血管。如果，我们能够使这些小血管成像就能在较早时段有机会探测到癌肿，发现较小的癌症，在手术前确定癌症范围，以及检测治疗过程和疗效，那将是人们的期盼。现在，所有大的药品公司都在攻关血管源性药物，以切断癌肿的供应血管。
这是一根野兔的腿，把它置于全视野的数字乳腺摄影系统中，它在常规成像方法中几乎未发现异常。而是一幅注射20秒后的血管减影，你可以非常容易的探测出癌肿的存在，这些血管都是源性血管。而且，这是一幅未经刻意处理的图像，你可以看出它存在一些纪录错误。如果，我们调整像素，它看上去会更加锐利。
运用微细血管DSA的临床乳腺影像。这个妇女没患有任何肿瘤，我们是运用此影像来显示血管的尺寸和获得的影像种类，它几乎就是三维的影像。我们可以看到一些十分微细的血管，这是静脉注射后20秒的影像。这一试验结果让人们十分乐观的认为，运用这项技术将能够探测到微小的癌症。因为，它确实能够清楚的看到小血管，而且不存在杂乱的影像。
可以观察到150μm或更细的血管，而最好的常规介入系统只能观察到大于250μm的最细血管。因此，这一项技术可以探测到常规X线系统看不到的病变。
数字平板探测器DR为高级临床应用提供了一个优异的平台。那么，它所以能够做到这一点的关键首先是要具备快速成像的技术前提。大家设想一下，如果你要进行双能量减影并在高和低能量之间转换，你就必须能够快速读出图像；如果你要进行体层合成，你就必须在单次屏息内获得多幅图像；如果你要进行DSA，你就必须快速成像来避免微细血管的移动模糊。
数字平板探测器DR所以开拓高级临床应用的另一个关键是低噪声。无论是观察双能量减影还是DSA，都需要两幅图像相减，噪声就会增加。如何是这两种减影技术实用，低噪声和高DQE（量子检出率）将是十分重要的。
自测题-129 需要将两块IP叠放在并在中间放置一块铜板作为能量滤过板的技术（    ）
A．单曝光能量减影
B．双曝光能量减影
C．体层合成
D．图像无缝衔接
E．多模式立体成像
答：A
自测题-130 关于双曝光能量减影的叙述，下列错误的是（    ）
A．运用两张成像板（IP）进行曝光999影像园XCTMR.com
B．在一次屏息内运用平板探测器快速地获取两幅影像999影像园XCTMR.com
C．可以分别获得显示软组织和骨骼的影像
D．双能量减影可以快速获得“高”和“低”能量影像
E．能提供3 种图像: 标准影像、软组织、骨组织影像
自测题-131 关于双能量减影的临床应用，下列说法错误的是（    ）
A．胸部双能量减影提高了未钙化的肺部结节，包括原发和转移肿瘤的检出率
B．某些病例不一定需要使用CT检查999影像园XCTMR.com
C．双能X射线摄影能够用于被选定的患者999影像园XCTMR.com
D．减影图像的质量受噪音限制
E．胸部双能量减影常规使用于胸部正、侧位
答：E
自测题-132平板探测器(DR)宽阔的动态范围是下列哪项的基础（    ）
A．双能量减影
B．组织均衡化
C．体层合成999影像园XCTMR.com
D．时间减影999影像园XCTMR.com
E．骨密度测量999影像园XCTMR.com
答：B
自测题-133无需调整窗宽/窗位就能使高密度和低密度组织同时得到良好的显示的功能是（    ）999影像园XCTMR.com
A．双能量减影
B．组织均衡化
C．体层合成999影像园XCTMR.com
D．时间减影999影像园XCTMR.com
E．骨密度测量999影像园XCTMR.com
答：B
自测题-134 关于计算机辅助诊断(CAD)的叙述，下列错误的是（    ）
A．最初是以计算机辅助诊断探测仪的形式出现999影像园XCTMR.com
B．CAD 扮演的是最终诊断者的角色999影像园XCTMR.com
C．CAD的目的之一是提高诊断效率
D．CAD已在乳腺、胸片、血管造影像、CT图像的一部分发挥着作用999影像园XCTMR.com
E．在工作站上观察影像时调用CAD，仅仅是一个按键的操作999影像园XCTMR.com
答：B
自测题-135 关于图像无缝拼接技术，下列说法错误的是（    ）
A．无缝拼接功能的基础是平板探测器(DR)宽阔的动态范围
B．用于精确测量脊柱侧弯的角度和长度
C．减少对儿科患者的X线辐射
D．用于急诊外科对多发性骨折的快速检查999影像园XCTMR.com
E．常用于计算机辅助诊断999影像园XCTMR.com
答：E
【考点19】激光打印机的构成与工作原理
1．激光打印的优点
⑴影像打印质量好 由于激光束有良好的聚焦性和方向性，能量高。扫描时间只有几微秒能很好地避免光的散射和失真，图像矩阵尺寸可达4136×5160，灰度深度可达14bit。所以，影像质量明显好于多幅相机及其他输出方式；
⑵多接口性 一台激光打印机可以同时连接数台成像设备，如CT，MR，DSA，CR，DR等。每台设备的图像信息可同时输入打印机，无时间锁定界限，互不干扰。可接受视频信号及数字信号；
⑶连续打印 打印机内装有多个硬磁盘作为输入图像的缓冲存储及打印排队，使图像的输入和打印可同步进行；
⑷高效性 可实现高度自动化，将打印机与自动洗片机及药液补充混合器连成一体，形成了打印、冲洗全自动系统，工作效率提高；
⑸具有质量控制系统 激光打印机内配置了标准测试灰阶图及密度读取仪，可自动监测密度，自动校正自动调节打印机参数，保证打印质量恒定在标准水平。同时也可以根据需要调整密度，对比度，曲线形状等，以获得理想的图像质量；
⑹文字注释 可用选件控制终端将需要的标注文字打印在胶片上；
⑺网络化 激光打印机很容易连机并网，扩展功能，资源共享。
2．激光打印机的构成
激光打印系统主要由激光打印，胶片传送，信息传递与存储，控制系统等部分组成。
（1）激光打印系统
包括激光发生器、调节器、透镜、驱动电机及传输滚筒等组成。主要作用是完成激光对胶片扫描，形成潜影。
（2）胶片传输系统
包括送片盒，收片盒，吸盘，电机及传动部件等。其主要功能是将胶片从片盒中取出，经传动装置送至激光扫描位置，扫描后再把胶片送至收片盒，后送至自动洗片机的输入口。
（3）信息传递与存储系统
包括电子接口、磁盘及光盘、记忆板、电缆或光缆以及A/D转换器、计算机等。其主要功能是将主机的图像信息通过电缆及电子接口，A/D转换器输入到存储器，再进行激光打印。电子接口分视频接口和数字接口。一台激光打印机可连接几台影像捕获主机，根据主机的输出模式选择不同的接口，以接受视频或数字图像的数据。
（4）控制系统
包括键盘、控制板、以及各种控制键。其功能是控制激光打印程序，格式选择，打印张数以及图像质量控制调节等。
3．激光打印机的工作原理
激光打印机的曝光光源是激光束，其特征是高能量单色光，瞬间曝光。当激光束通过发散透镜透射到一个在X轴方向转动的多角光镜或电流计镜时，产生反射，反射后的激光束再通过聚焦透镜系统，按“行式打印”在胶片上。与此同时，胶片在高精度电机带动下精确地在Y轴方向上均匀地移动，从而完成整个画面的扫描(打印)（图5-1）。
激光束的强度是由调节器控制的，调节器接受数字信号的控制。当成像设备把图像的像素单元的数字信号输入到激光打印机的存储器时，像素的数字大小(灰度值)决定了激光曝光的强度。计算机输出的像素的数字信息顺序与激光在胶片上扫描的位置顺序相对应，则在胶片上就获得了一个二维的图像潜影，经常规的冲洗加工后，可以获得一个二维模拟图像。
4．激光打印机的分类
激光打印机没有明确的分类标准，通常可按激光光源的不同进行分类，这包括氦氖激光打印机和半导体激光打印机。
（1）氦氖激光打印机
这是一种以氦氖气体激光器为激光光源的激光打印机。激光技术出现于60年代，真正投入实际应用始于70年代初期。最早的激光发射器是充有氦-氖（He-Ne）气体的电子激光管，体积较大。因此，在实际应用中受到了一些限制。氦氖激光的光谱波长为632.8nm，其特点是激光光源衰减慢、性能稳定。它是最早应用的、最普遍的激光打印机。
目前使用的氦氖激光打印机有:KODAK公司的100、100XLP型号；AGFA公司的LR3300、5200型号；FUJI公司的AC-1型号；KONICA公司的LI-10A、 LI-21型号。
（2）半导体激光打印机
70年代末期，在半导体物理发展的推动下半导体技术趋向成熟。半导体激光器随之诞生，高灵敏度的感光材料也不断发现，加上激光控制技术的发展，半导体激光技术的应用迅速成熟，并进入了实际应用领域。在医疗领域，首先获得应用的是不同波长的半导体红外激光发生器，后来又开发了670nm波长的半导体红外激光发生器。由于半导体激光器具有电注入，调制速率高，寿命长，体积小，使用方便等优点，使其获得了更快的发展。
目前使用的半导体激光打印机有:KODAK公司的MLP190H（激光波长670nm）、2180（激光波长670nm）、969HQ（激光波长790nm）、1120（激光波长820nm）、KE 160（激光波长820nm）；FUJI公司的IM2636Ⅱ（激光波长780nm）、IM3543Ⅱ（激光波长780nm）、IM D（激光波长:780nm）。
自测题-136关于激光打印机的叙述，错误的是（    ）
A. 影像打印质量好
B. 多接口性及高效性
C. 具有质量控制系统
D. 文字注释及网络化
E. 湿式打印方式将是主流
答案：E
自测题-137在激光打印机的构成中，不包含（    ）
A．激光打印系统
B．胶片传输系统
C．信息传递与存储系统
D．透镜曝光快门系统
E．控制系统
答：D
自测题-138 完成激光对胶片扫描，形成潜影的部件是（    ）
A．激光打印系统
B．胶片传输系统
C．信息传递系统
D．信息存储系统
E．控制系统
答：A
自测题-139 关于激光打印机的工作原理，下列错误的说法是（    ）
A．曝光光源是激光束，其特征是高能量混合光，瞬间曝光
B．激光束通过发散透镜透射到在X轴方向转动的多角光镜或电流计镜时，产生反射
C．反射后的激光束再通过聚焦透镜系统，按“行式打印”在胶片上
D．同时胶片在高精度电机带动下精确地在Y轴方向上均匀地移动
E．激光束的强度由调节器控制，而调节器接受数字信号的控制
答：A
自测题-140 关于激光打印机的分类的叙述，下列错误的是（    ）
A．通常可按激光光源的不同进行分类
B．氦氖激光打印机以氦氖气体激光器为激光光源
C．氦氖激光的光谱波长为632.8nm
D．半导体激光打印机以670nm波长的半导体红外激光为光源
E．半导体激光打印机是最早应用的、最普遍的激光打印机
答：E
【考点20】激光打印胶片
1．激光打印胶片的分类
目前还没有激光打印胶片分类的系统报道，一般可按激光波长进行分类：
⑴氦氖激光打印胶片 适用的激光波长为633nm，此类产品可明室装载包装，有KODAK EHN/C-7、KODAK EHG/C-15、AGFA LT 2B/C、FUJI CR633A、KONICA LP633/C、CRONEX HN等。
⑵半导体红激光打印胶片 适用的激光波长为670nm，此类产品可明室装载包装，有KODAK EHN/C-10、KODAK EHN/C-7、AGFA LT670、FUJI LI-HM/C DL2、KONICA LP670/C。
⑶半导体红外激光打印胶片 半导体红外激光打印胶片有三种适用的激光波长。适用激光波长780nm的产品有KODAK EIR/C-11、KODAK EIR/C-14、FUJI CR780-H、FUJI LI-LM/C DL；适用激光波长790nm的产品有HQB/C、KODAK EIR/C-14；适用激光波长820nm的产品有KODAK EIR/C-7、KODAK EIR/C-12、KODAK EIR/C-23、AGFA LT IR B/C、FUJI LI-IM/C DL、KONICA LP820H/C。
2．激光打印胶片的结构与特性
（1）激光打印胶片的结构组成
激光打印胶片的结构组成与普通X线胶片不同,是一种单面卤化银感光胶片（图5-2）。
①保护层 常为1± mm厚的明胶或高分子涂层,主要作用是保护感光层,同时还有防止静电,防止粘连等作用。
②感光乳剂层 胶片的核心物质,由感光主体卤化银微细颗粒均匀地分散在明胶介质中组成,  卤化银晶体的形状、大小、多少及涂层厚度决定了胶片性能的好坏及技术含量的高低。
③片基 目前,大多数医用胶片都采用175±mm厚的聚酯(涤纶)片基作为支持体.物理机械性能好;有些胶片也采用100± mm厚的涤纶片基作为支持体。
④防光晕层 常为带有特定颜色的明胶涂层,而涂层的颜色在冲洗加工过程中是可以去除的。防光晕层的作用是防止曝光时片基背面的光反射作用。防光晕层的颜色应该和乳剂层的感光光谱相匹配,防光晕层还有防止卷曲,防止粘连的作用。
（2）激光打印胶片的特性
①激光打印胶片要求高对比度，高清晰度。所以，激光打印胶片的卤化银采用极细小的立方晶颗粒技术，而不是T－颗粒技术（图5-3）；
②激光打印胶片是对激光感光的，由于激光是一种高能量的单色光,激光扫描的时间非常短,通常为10-5~10-6秒。所以，激光打印胶片必须解决高照度瞬间曝光时的互易率失效的问题。
③激光打印胶片的感光特性是：对比度高、灰雾低、色污染低、密度高、防光晕效果好、影像清晰、能提供丰富的诊断信息，属于高质量影像输出的方法之一。
④目前市场使用的激光打印胶片大多是感红或感红外的。所以，在操作中不能使用红灯作为安全灯，可以使用暗绿灯作为安全灯，或者全黑操作。当然，现在许多激光相机都可采用明室装片系统，冲洗也采用联机或自动冲洗，一般不存在安全灯问题。
3．激光打印机与激光打印胶片的匹配
需要强调的是，因为各种激光器的波长不同，在选择激光打印胶片时一定要注意胶片光谱特性与激光打印机激光光谱的匹配（见表5-1），才能保证影像的质量。
表5-1. 激光打印机与激光打印胶片的匹配
自测题-141 关于激光打印胶片的叙述，下列错误的是（    ）
A．一般可按激光波长进行分类
B．氦氖激光打印胶片适用的激光波长为670nm
C．半导体红外激光打印胶片有三种适用的激光波长
D．激光打印胶片是一种单面卤化银感光胶片
E．目前市场使用的激光打印胶片大多是感红或感红外的
答：B
自测题-142激光打印胶片的结构组成与普通X线胶片最大不同点是（    ）
A．单面卤化银感光
B．保护层防静电
C．感光乳剂层均匀
D．片基厚
E．防光晕层带有特定颜色
答：A
自测题-143 下列哪项不是激光打印胶片的感光特性（    ）
A．密度高、对比度高
B．灰雾低、色污染低
C．防光晕效果好
D．影像清晰、能提供丰富的诊断信息
E．多数以红色或红外为盲色
答：E
自测题-144红外激光胶片的吸收光谱峰值是（    ）
A．633nm
B．550nm
C．420nm
D．820nm
E．380nm
答：D
【考点21】激光热成像
数字影像经不同的打印(硬拷贝)设备，直接在媒介(胶片)上成像，不需冲洗加工的方法都可称为干式打印。由于干式打印输出快速，简便，无环境污染等优点，近10年来，在医疗数字影像领域获得了飞速发展。目前，干式打印的技术种类很多，成像原理也各不相同，打印质量也有差异。
医疗干式成像技术主要分激光与非激光两大类。
1．激光热成像胶片的构成
激光热成像技术( photo thermo graphic，PTG)最早发明于1964年，成功地应用于医疗影像是在1996年，KODAK公司正式推出DryView8700成像系统之后。10年以来PTG技术获得很大的发展，成为当今医疗数字影像输出最优先的选择。
激光热成像技术的成像原理可从PTG胶片的组成及PTG成像过程两方面理解。
PTG胶片(DVB胶片)构成如图5-5。
（1）基层
它是0.18mm厚的蓝色（无色）透明聚酯片基，上面涂有“光敏热成像层”，在成像层上面涂有保护层，在片基的另一面涂有防光晕层。
（2）光敏成像层
它由卤化银(例如溴化银)晶体，银源(例如山嵛酸银)，显影剂(例如对苯二酚)，稳定剂(例如邻苯二甲酸，多溴化物)，调色剂(例如肽嗪+邻苯二甲酸)等化学成份分散在高分子粘结剂(例如聚乙二醇缩丁醛)中的涂层。
卤化银晶体曝光(810nm激光曝光)后生成潜影；热敏性银源(山嵛酸银)在加热及潜影银的催化下，还原成金属银沉积在潜影上，还原银的多少与潜影的大小(曝光多少)成正比；稳定剂保证了影像的稳定性;调色剂使显影银影像能获得黑色的色调；粘结剂(例如聚乙二醇缩丁醛)的作用是将各种化学成份均匀分散并粘结于片基表面形成成像层。
（3）保护层
由高分子粘结剂及毛面剂(matting agent)组成，其作用是保护成像层，防止伪影生成。
（4）背层
是一个很薄的涂层，由防静电剂，防光晕剂及毛面剂分散在高分子聚合物中组成。其作用是防止静电及曝光光晕对影像的不良影响。
2．PTG胶片成像层各组分的功能
（1）卤化银（AgX）
成像层中的光敏成份与传统胶片相似，都是卤化银晶体。卤化银经激光曝光形成潜影（图5-6）。但是，PTG材料中的卤化银的作用及其用量与传统X线胶片有很大差别。
传统胶片中，卤化银既是光敏主体，又是显影时提供银离子还原成银原子的“仓库”；
PTG胶片中，卤化银只是感光主体，但不是热显影时提供银离子的“仓库”。所以，PTG胶片中的卤化银(无机银)含量很少，大约只有常规胶片的10%，这里，卤化银只负责形成潜影。而显影时的 “银源”来自于大量的羧酸银盐(有机银)。
（2）银源
成像层中除了卤化银外，最重要的物质是被称为“银源”的有机羧酸银，使用最广的是无色山嵛酸银[AgO2C22H43]（一种二聚体的羧酸银），这是一种热敏性物质，在热敏成像材料中起作重要作用。形成黑色影像的金属银主要来自这种化合物。
热敏性银源(山嵛酸银)在加热(120°C左右，15秒)及潜影银的催化条件下，还原成金属银沉积在潜影上，还原银的多少与潜影的大小(曝光多少)成正比。从而形成银影像。
（3）显影还原剂
PTG胶片中所使用的显影还原剂需满足下列条件：
·常温下不能还原银盐的弱还原剂；
·常温下为固体，熔点适合特定的显影温度；
·显影时能有效的阻止由羧酸银盐分解产生的自由基，并具有良好的扩散性。
经过大量的试验筛选，符合上述条件最适合的显影还原剂是带有立体位阻基的双酚类化合物。例如，带有叔丁基取代基的双酚衍生物具有较高的反应活性。
（4）调色剂
调色剂对PTG成像体系来说是很重要的化合物，其作用是为了得到适当的金属银的结构，以获得可接受的黑色调影像。羧酸银作为银源的成像系统，生成的是金黄色或棕色的影像色调。但是，在黑白成像系统中，特别是那些有严格影像质量要求的医用X线胶片，只有真正黑色或蓝黑色的影像才能被接受。历来改进色调的主要途径，是在配方中加入能增强色调的化合物。
通过调色剂的修饰作用来改变最终的银影像色调，是控制影像颜色的主要途径。但是，还有另一种改善影像色调的途径，那就是改变羧酸银本身的纯度和结构，也是改善影像色调的重要方面。
在PTG胶片中最好的调色剂就是酞嗪和邻苯二甲酸这一对化合物，这一对调色剂能非常有效地引发适当的金属银结构，并给出良好的黑色。除此之外，调色剂在银离子迁移成像过程中扮演着重要的角色。到目前为止，各类调色剂化合物与银的反应性仍停留在研究范畴。尽管还不十分清楚，但已有几种方式来表述调色剂PHZ和H2PA与有机银离子有很强反应性。已发现，当调色剂肽嗪PHZ与另一个重要的协合调色剂邻苯二甲酸H2PA一起应用时，则与羧酸银生成另一络合物[Ag2（PHZ）2（PA）·H2O]，这种络合物很容易与温和的还原剂反应生成黑色的Ago。但是，要更详细地说明这些络合物在PTG系统整个热显影反应中起什么样的作用，还是当前PTG技术原理研究的重点之一。
（5）防灰雾剂与稳定剂
常规卤化银感光材料在显影加工后，有定影过程以除去多余的卤化银。而PTG胶片在干式热显影加工后，没有定影过程，感光层中的全部组分仍然存留在胶片中，其中的卤化银、有机酸银及还原剂在热显影之后仍保留一定的活性。在一定条件下，这些组分还会相互作用生成金属银，造成非影像背景区灰雾密度的增长。为此，在PTG材料中必需加入相应的稳定剂和防灰雾剂，使PTG胶片在通常应用及贮存条件下有足够的稳定性。
PTG胶片有三类灰雾：
初始灰雾 指材料刚生产出来时的初始灰雾密度；
自身老化灰雾 指成像之前储存过程中增长的灰雾密度；
加工后的灰雾(影像的稳定性)，指加工后存放过程中影像或背景区出现的灰雾密度的变化。
目前主要应用的稳定剂为三溴甲基衍生物，被认为是显影时的关键组分。这类稳定剂的存在通过将光作用释放的Br-转化AgBr(来自羧酸银)从而阻碍了显影。
近年来，发现多卤有机化合物，特别是多溴有机化合物大多能与金属银作用，从而防止Ag0灰雾中心的生成，对防止初始灰雾和自身老化灰雾非常有效。
为了提高显影后影像的稳定性，还可以加入磷酰化合物，如三苯基氧化磷、三（对叔丁基苯基）氧化磷。在热显影加工过程中，其氧化物能与显影还原剂形成氢键络合物，使残留的显影还原剂失去还原活性，从而提高显影后银影像的稳定性。
（6）黏合剂
一种重要的黏合剂聚乙烯醇缩丁醛PVB（分子结构如所示）被首先应用于溶剂性PTG胶片。只是到了近来，采用水性涂层结构，新的一类亲水性黏合剂才变得重要起来。
3．PTG胶片的种类
PTG胶片的种类不象湿式激光打印胶片那样复杂。但是，各公司都有自己专用的胶片（表5-2）。实际上,市场常用的主要就是DVB+, DI-HL, SD-P几种胶片。
表5-2. 激光热成像（PTG）胶片的种类
胶片种类
特点
KODAK  DVB
2006年以前的产品，适用于KODAK各种干式相机
KODAK DVB+
DVB的改进产品，适用于KODAK各种干式相机；DVB+ 胶片拥有更好的冷蓝色影像色调，以及更好的影像视觉对比度
KODAK DVC
透明片基的PTG胶片
KODAK DVM
乳腺专用的PTG胶片，与DV8900，DV6800相机配套，可以打印出39μm，650ppi,3.6Dmax的高质量乳腺影像
FUJI   DI-HL
DRYPIX4000 及 DRYPIX7000干式相机普通专用胶片
FUJI DI-ML
DRYPIX4000 及 DRYPIX7000干式相机乳腺专用胶片,Dmax可达4.0。
KONICA SD-P和SD-PC
为柯尼卡美能达干式激光相机 DRYPRO752、DRYPRO771、 DRYPRO793专用的干式激光打印胶片，可以获得高锐度和清晰度的影像。胶片有蓝色(SD-P)和透明(SD-PC)两种类型，采用明室包装。
4．PTG的成像过程
胶片首先经由810nm激光曝光，成像层的卤化银晶体感光生成潜影，然后热敏性银源(山嵛酸银)在加热(120°C左右，15秒)及潜影银的催化下，分解并还原成金属银沉积在潜影上，还原银的多少与潜影的大小(曝光多少)成正比；稳定剂保证了影像的稳定性；调色剂使显影银影像能获得黑色的色调（图5-7）。
5．PTG干式激光打印机
虽然PTG系统材料已取得了很大的进步。但是，如果没有硬件的配合，要从这些材料得到高质量的影象是不可能的。在PTG系统的硬件方面也得到了许多改进，包括曝光和热显影两个方面。
由于有了可靠和价格便宜的高功率二极管激光器及相应的高质量光学组件，实际上就保证了PTG系统的高分辩力。例如Kodak DryView 8900成像设备的扫描精度就达到了650dpi 相当于39mm的像素尺寸，灰度深度也达12bit以上，保证了输出影像很高的空间分辩力及密度分辩力，已经达到了可以输出乳腺影像的高质量要求。
目前，实际应用的PTG成像材料及设备都不能直接捕获原始影像，数字影像捕获设备（如CT、CR、DR、MR等）捕获原始影像得到数字影像信息，储存于计算机中。打印机接受这些数据后，用以驱动激光或热打印头，再把图像信息输出到胶片上。对高分辩力图像，系统需要大的数据文件，为了形成可接受的打印图像，需要有较大的存储能力及快速处理能力。目前高速图像处理运算已能在短时间内得到所需要高质量的图像，例如DV8900每小时可输出200幅图像。
以DV8900为例，说明PTG干式激光系统工作流程:
PTG胶片首先经由810nm激光二极管扫描形成潜影；
再经热辊显影(120°C左右，15秒，所需能量0.1J/cm2 以下)，可获得Dmax＞3.0及Dmin<0.25的黑白影像。影像质量与传统湿法激光打印胶片影像质量相当。
系统还有自动影像质量检测(AIQC)功能，通过灰阶密度检测，自动调整设备参数，以保证影像质量的一致性。
6．PTG的优势
激光热成像技术(PTG)之所以发展很快，就是因为该技术显示了操作简单、速度快、影像质量好、无环境污染、网络接驳性好等显著优点，迅速被医疗界的认可，并得到了迅速发展。
（1）顺应环保趋势
这是环保型激光相机发展的必然趋势。干式卤化银激光成像技术：无需废弃药液的处理， 减少对环境的污染；节约水电资源；符合环保法规的要求；改善医务人员的工作环境。
（2）降低医院运营成本
免除了外围工程设施，如水管，银盐回收设备，污水处理系统的需要，无需额外费用在暗房，洗片机及洗片机维护，无需额外费用购买及更换化学药液，免除药液浓度不稳定和洗片机所带来的干扰，消除废片。
（3）提高医院工作效率
无需药液和洗片机，更可靠更少的日常维护实现远程诊断体积小巧，节省空间；根据需要,放置灵活;设计简单，操作方便，彻底去除药液补充；无需上下水及排风。
（4）强大的接驳能力
具有强大的接驳能力，可以和各种医疗数字成像系统配用，例如CT、MRI、DSA、PET、CR、DR等， 还可满足影像网络DICOM接口的要求和网络升级的需要。
（5）稳定的影像质量
由于保留了传统卤化银胶片捕获影像信息（感光）的基本原理。所以，也保留了卤化银胶片高品质影像质量。密度分辩力>4096级灰阶，空间分辩力320/650dpi。高一致性的影像质量，具有一致性优于湿式激光打印胶片；杜绝冲洗设备及化学药液的不稳定因素。
（6）自动影像质量控制体系(AIQC)
用户按事先设定的成像密度及对比度设定成像参数。在成像时系统会根据用户设定的参数自动调节经由数据转换表而来的影像数据直至参数完全一致，最后经系统确认后在激光头高温作用下成像。
自测题-145  PTG技术是下列哪项的简称（    ）
A．激光热成像技术
B．扁平颗粒技术
C．平板探测器技术
D．自动冲洗技术
E．边缘增强技术
答：A
自测题-146 PTG胶片(DVB胶片)构成中，最重要的是（    ）
A．基层
B．光敏成像层
C．粘结剂
D．保护层
E．背层
答：B
自测题-147 关于PTG胶片的叙述，下列哪项是错误的（    ）
A．成像层中的光敏成份与传统胶片相似，都是卤化银晶体
B．卤化银既是光敏主体，又是显影时提供银离子还原成银原子的“仓库”
C．调色剂对PTG成像体系来说是很重要的化合物
D．在PTG材料中必需加入相应的稳定剂和防灰雾剂
E．调色剂在银离子迁移成像过程中扮演着重要的角色
答：B
自测题-148  关于PTG的成像过程，下列叙述错误的是（    ）
A．胶片首先经由810nm激光曝光，成像层的卤化银晶体感光生成潜影
B．热敏性银源在加热及潜影银的催化下，分解并还原成金属银沉积在潜影上
C．加热是指120°C左右，15秒
D．还原银的多少与潜影的大小(曝光多少)成正比
E．稳定剂保证了影像的稳定性并使显影银影像能获得黑色的色调
答：E
自测题-149 PTG的优势不包括（    ）
A．顺应环保趋势，降低医院运营成本
B．提高医院工作效率
C．强大的接驳能力
D．方便远程会诊和网络传输
E．自动影像质量控制体系(AIQC)
答：D
【考点22】直热式热敏成像
1．微胶囊式直热热敏成像
热敏干式胶片结构。
热敏层中含有许多微胶囊，胶囊壁是热敏性高分子材料，胶囊内含有无色的可发色材料(成色剂)，胶囊周围含有无色的显色剂。
微细的加热头对胶片表面加热，微胶囊壁软化，渗透性增加，胶囊外的显色剂渗到胶囊内，与成色剂结合生成黑色染料，加热停止胶囊壁硬化，发色反应停止（图5-10）。热敏头直接接触胶片加热、热敏头温度变化由电脑数据控制。同时，可以使用胶囊壁的软化温度(Tg)不同的胶囊组合，并优化各种胶囊的比例，可获得预期的灰阶特性。
材料的开始发色的温度称为发色起始温度，医疗干式胶片的发色起始温度大约为100℃。
热力头由放热部分，控制电路部分和散热片组成。放热部分，在11.8 l/mm的直线上配置了3072个放热电阻和电极，通过放热电阻进行放热，以获得图像（图5-11）。在控制电路部分有控制数字图像数据转换成放热图像灰阶的IC元件。放热部分整体由一片散热片负责冷却，以防止温度过高。
直热式热敏打印的胶片及设备主要由AGFA和FUJI公司采用（表5-3）。
表5-3. 直热式热敏打印的胶片及设备
胶片
所用设备
AGFA DRYSTAR（TM）DT1
DRYSTAR 2000、DRYSTAR 3000和DRYSTAR4500相机
AGFA DRYSTAR（TM）MAMMO
DRYSTAR4500乳腺摄影成像（Dmax>3.5）
FUJI DI HT
DRY PIX 2000相机
FUJI DI AT
DRY PIX 1000相机；DRY PIX 3000相机
2．有机羧酸银式直热热敏成像—TG成像
（1）直热式成像(TG)胶片
这种直热式成像技术(thermo graphic，TG)实际与光热成像技术 ( Photo Thermo Graphic, PTG)的成像原理很相似,都是基于有机羧酸银的热敏作用。 TG和PTG材料的组分清单也大致相同。
构成实用性的TG和PTG的基本组分是：热敏性银源(山嵛酸银)、还原剂、稳定剂、以及将所有组分涂缚于片基上的黏合剂等。不同的是，PTG材料中含有光敏性卤化银，它首先是一个光敏材料（对激光感光），也是一个热敏材料（热显影成像）；而TG材料则不含有光敏性卤化银，它完全是靠有机羧酸银的热敏作用成像。也就是通过微细的加热头直接对胶片表面加热，热敏性有机羧酸银分解并还原成黑色银影像（图5-12）。
这种技术的代表相机是AGFA公司的DRYSTAR5300、5302、5500、5503。代表胶片是AGFA公司的DRYSTAR(TM)DT2胶片。
（2）直热式数字打印机工作原理
①直热式数字打印机结构
主要由开关电源系统、控制系统、打印引擎系统三部分组成：
开关电源系统   为数字胶片打印机各工作单元提供相匹配的电源供应。
控制系统 通过以太网络接收数字图像数据，并将图像数据存储到计算机硬盘；由计算机控制的影像控制系统负责把主机的图像数据进行整理，调整图像的尺寸、大小、版面，同时可对图像的对比度、密度进行调节等；控制系统产生程控信号控制打印引擎工作。
打印引擎系统   负责控制胶片经过各个工作单元的胶片机械传送过程及数字热敏成像控制。
②直热式数字胶片打印机系统流程
通过以太网络接收数字图像数据，并将图像数据存储到计算机硬盘；由计算机控制的影像控制系统负责把主机的图像数据进行整理，调整图像的尺寸、大小、版面，同时可对图像的对比度、密度进行调节等；控制系统产生程控信号控制打印引擎从胶片输入盘选择合适尺寸的胶片，传送到14英寸宽的打印头电阻器线，一行连一行的直接完成数控热敏成像过程。成像完毕后的胶片由分拣器输出到指定的输出盘。干式数字胶片打印机内置密度检测调节装置，密度检测调节装置将得到的图像密度检测信息送回图像信息处理单元的计算机，这样就形成了一个闭环的图像质量调控体系，使干式数字胶片打印机的图像质量始终保持如一，保证了每张胶片的一致性，确保了影像的诊断质量。
自测题-150 关于直热式热敏成像技术，下列说法错误的是（    ）
A．分微胶囊式和有机羧酸银式直热热敏成像两种
B．微胶囊式的胶片中，胶囊壁是热敏性高分子材料
C．胶囊内含有无色的可发色材料(成色剂)，胶囊周围含有无色的显色剂
D．微细的加热头对胶片表面加热，微胶囊壁软化，渗透性增加
E．微胶囊式和有机羧酸银式两种直热热敏成像技术的成像原理相同
答：E
自测题-151直热式成像（TG）胶片与激光热成像（PTG）胶片相比，不含有（    ）
A．热敏性银源
B．光敏性卤化银
C．还原剂
D．稳定剂
E．黏合剂
答：B
【考点23】电离辐射的生物效应
1．电离辐射生物效应的基本概念
电离辐射产生多种类型的生物效应，如辐射致癌反应、辐射遗传效应、组织反应、非癌症疾病、出生前照射的效应等。
组织反应过去称之为非随机效应和确定性效应，它是由大剂量照射引起，并且对它们来说存在阈值量。
随机效应，包括癌症以及遗传疾患没有阈值剂量，其发生率与剂量成正比。所有组织反应都是躯体效应（发生在受照个体身上的效应），而随机效应可以是躯体效应（辐射在受照者体内诱发的癌症），也可以是发生在受照者后代身上的遗传效应。
近年来小剂量辐射生物效应的研究取得了一些新的进展，如旁效应、基因组不稳定性和适应性反应等。人们认识到小剂量辐射效应的多样性和复杂性，机体对辐射的反应是群体现象，而不仅仅是单个细胞对辐射损伤的累积反应。
2．随机性效应——致癌效应
（1）概念
随机性效应指癌症和遗传效应，一般来说术语随机性效应与癌症、遗传效应是同义词。
电离辐射能量的沉积是一个随机过程，甚至在非常小剂量的情况下也可以在细胞内的关键体积内沉积足够的能量，而引起细胞的变化或细胞死亡。一个或少数细胞被杀死，在一般情况下对组织不会产生后果。但是，单个细胞的变化，如遗传变化，或最后导致恶性肿瘤的变化则具有严重后果。由一个细胞的变化导致的这些效应则是随机性效应。致癌效应是随机性效应，其发生率随剂量的增加而增加，不存在剂量阈值。
（2）癌症发生的4阶段模型
联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）2000年报告将辐射致癌过程分为4个阶段，即肿瘤形成的始动、肿瘤形成的促进、肿瘤转化和肿瘤形成的进展（图6-1）。
①始动
肿瘤形成的始动概括地定义为对肿瘤发生具有潜在作用地基因突变导致相应靶细胞产生地那些基本不可逆性变化。
②促进
肿瘤的发生受细胞内外环境地极大影响。因为，该始动突变地表达不仅取决于与其它内源性突变地相互作用，而且还取决于那些暂时能改变特定基因模式地因素。结果是产生细胞生长潜能地提高或细胞间通讯过程地脱钩。这将使肿瘤始动细胞接受超常生长刺激，开始以半自主方式增殖，使组织中癌前损伤得以克隆化发展。
③转化
肿瘤细胞恶性转化到其恶性程度更加严重地发展状态。
④进展
肿瘤性疾病地进展可能需要一些转移性变化，它们会促进侵害局部正常组织。促进肿瘤细胞进入血液和淋巴系统，导致远部位继发肿瘤地发生。
3．随机性效应——遗传效应
（1）概念
辐射遗传效应是通过对生殖细胞遗传物质的损害使受照者后代发生的遗传性异常，它是一种表现于受照者后代的随机性效应。传统上将遗传疾病分为三类：单基因遗传病、染色体畸变病和多因素病。
（2）辐射遗传危险的估算方法
辐射遗传危险的估计有两种方法，一为直接法，二为间接法（加倍剂量法）。它们大致分别相当于辐射致癌估计中使用的绝对和相对方法，或相加和相乘危险预测模型。由于直接法包含更多的不确定因素，因此当前对辐射遗传危险的估算方法主要使用间接法。
加倍剂量法（间接法）是指为使在一个世代中产生的突变数等于其自然情况下发生的突变数时所需的辐射剂量。加倍剂量法假定突变率与遗传疾病发生率成正比。照射剂量与遗传效应之间成线性关系。由于在小剂量、低剂量率下才有可能保持线性剂量响应关系。所以，加倍剂量法只适用于小剂量、低剂量率引起的辐射遗传危险。
ICRP2006年建议书草案推荐的遗传效应的危害调整标称危险系数，对整个人群和成年工作人员分别为0.2×10-2Sv-1（20例每万人每Sv）和0.1×10-2Sv-1（10例每万人每Sv）。
4．确定性效应（组织反应）
（1）概念
在较大剂量照射全部组织或局部组织的情况下，大量的细胞被杀死，而这些细胞又不能由活细胞的增殖来补偿，由此引起的细胞丢失可在组织或器官中产生临床上可检查出的严重功能损伤，所观察到的效应的严重程度与剂量有关，因而存在剂量阈值。这种照射引起的效应即为确定性效应。
因为辐射杀死细胞本身是一个随机过程。所以，新的观点认为过去把因大量细胞死亡造成的损伤称为非随机性效应并不合适。ICRP第60号出版物中用术语“确定性效应”取而代之，意思是“由已发生的事件所确定的结果”。2006年ICRP在其建议书草案中，将确定性效应也称为“组织反应”，确定性效应与组织反应”作为同义词在该建议书草案中使用。
（2）组织反应或确定性效应的剂量阈值
不同器官或组织对电离辐射的反应各不相同。卵巢、睾丸及眼晶体均属最敏感的组织之列，皮肤辐射损伤受到重视主要起因于穿透力较低的β射线和X线的外照射。因为，当受到穿透力较高的X线和γ射线照射时，更重要的损伤发生在深部器官而不是体表。
性腺、骨髓、眼晶体及皮肤的确定性效应的阈剂量见表6-1。不论是大剂量急性全身照射还是大剂量的局部放射治疗，都可引起体内其它功能系统损伤，出现相应的功能障碍。
表6-1.成人确定性效应的阈剂量估算值
组织和效应
阈值
在单次短时照射中受到的总剂量当量
（/Sv）
在分次多照射或迁延照射中受到的总剂量（/Sv）
多年中每年在分次多照射或迁延照射的剂量率（/Sv/a）
睾丸：暂时不育
永久不育
0.15
3.5～6.0
不适用
不适用
0.4
2.0
卵巢：永久不育
2.5～6.0
6.0
>0.2
晶体：可查出浑浊
视力障碍
0.5～2.0
5.0
5.0
>8.0
>0.1
>0.15
骨髓：造血机能低下
致命性再障
0.5
1.5
不适用
不适用
>0.4
>0.1
皮肤损伤
6.0～8.0
30.0
>0.1
5．影响辐射损伤的因素
影响电离辐射生物效应的因素主要来自两个方面：一个是与电离辐射有关的因素，另一个是与受照机体有关的因素。
（1）与电离辐射有关的因素
①辐射种类 在受照剂量相同时，因辐射的种类不同，机体产生的生物效应不同。
②吸收剂量 辐射的损伤主要与吸收剂量有关。在一定范围内，吸收剂量愈大，生物效应愈显著。
③剂量率 剂量率愈大，生物效应愈显著。这是因为高剂量率的照射使机体对损伤的修复作用不能充分体现出来所致。
④分次照射 当总剂量相同时，分次愈多，各次照射时间间隔愈长，生物效应愈小。
⑤照射部位 当吸收剂量和剂量率相同时，机体受照的部位不同，引起的生物效应也不同。
⑥照射面积 其他条件相同时，受照面积愈大损伤愈严重。以同样的剂量照射全身，可能引起急性放射病，而照射局部一般不会出现全身症状。
⑦照射方式 照射方式可分为外照射、内照射和混合照射。外照射可以是单向照射或多向照射，多向照射引起的效应大于单向照射。
（2）与机体有关的因素
在相同的照射条件下，机体不同，对辐射的反应也不同，即敏感性不同。
①种系 不同种系的生物对辐射的敏感性差异很大。总的趋势是种系演化愈高，组织结构愈复杂，辐射敏感性愈高。
②个体及个体发育过程 即使是同一种系，由于个体的原因，辐射敏感性也不相同。而同一个体，不同的发展阶段，辐射敏感性也不相同。总的趋势是随着个体的发育过程，辐射敏感性降低，但老年的机体又比成年敏感。
③不同组织和细胞的辐射敏感性 同一个体的不同组织、细胞的辐射敏感性有很大差异。
·人体对辐射的高度敏感组织有：淋巴组织、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺和胚胎组织等；
·中度敏感组织有：感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、唾液腺和肾、肝、肺的上皮细胞等；
·轻度敏感组织有：中枢神经系统、内分泌腺、心脏等；
·不敏感组织有：肌肉组织、软骨、骨组织和结缔组织等。
自测题-152下述有关辐射随机效应的叙述，错误的是（    ）
A. 损害的严重程度与个体有关
B. 遗传效应属于随机效应
C. 存在剂量的阈值
D. 微小辐射剂量可引起随机效应
E. 致癌效应属于随机效应
答：C
自测题-153 人体最易受辐射损害的组织或器官是（    ）
A．生殖腺，造血组织
B．眼晶体，毛发、汗腺
C．脑、肺、肝
D．甲状腺、骨关节
E．脂肪、结缔组织
答：A
自测题-154经放射线照射一年后，出现下列疾患的可能性最大的是（    ）
A．白细胞数减少
B．皮肤烧伤
C．肺纤维化
D．癌发生
E．口内炎
答：C
自测题-155与影响辐射损伤无关的因素是（    ）
A．辐射线的性质
B．X线剂量
C．照射部位和范围
D．血型
E．照射方式
答：D
自测题-156 下列属于人体对辐射高度敏感的组织是（    ）
A．性腺、骨髓
B．皮肤上皮、感觉器官
C．内皮细胞、唾液腺
D．中枢神经系统、内分泌腺
E．肌肉组织、骨组织
答：A
自测题-157 下列属于人体对辐射不敏感的组织是（    ）
A．性腺、骨髓
B．皮肤上皮、感觉器官
C．内皮细胞、唾液腺
D．中枢神经系统、内分泌腺
E．肌肉组织、骨组织
答：E
【考点24】辐射防护常用的量和单位
电离辐射与物质的相互作用实质上是一种能量的传递过程，其结果是电离辐射的能量被物质吸收，使受照物质发生各种变化，其中有物理的和化学的变化。当生物体受照时还会发生生物学的变化。
辐射计量学的研究包括：电离辐射能量在物质中转移、吸收的规律；受照物质内的剂量分布及其与辐射场的关系；辐射剂量与效应之间的关系以及辐射剂量的测量、计算方法等。
1．照射量与照射量率
照射量是描述X射线辐射场的量。X线光子不带电，其所引起的电离来自X线光子与物质的相互作用时产生的次级电子。
照射量的定义是，X线光子在单位质量（dm）空气中释放出的所有正负电子被阻止在空气中时，所产生的同一种符号的离子的总电荷量（dQ）的绝对值（X），即：
X=dQ/dm
照射量是从电离本领的角度来说明X线在空气中的辐射场性质的，是X线在空气中产生电离能力大小的量度。
照射量的SI单位为C·kg-1（库仑每千克），原有单位为R（伦琴）。
1R=2·58×10-4C·kg-1
照射量率是单位时间内照射量的增量，即时间间隔dt内照射量的增量（dX）除以间隔时间（dt）的商。SI单位为C·kg-1·s-1（库仑每千克秒）。专用单位为R·s-1（伦琴每秒）。
X=dX/dt
2．吸收剂量与吸收剂量率
（1）吸收剂量（D）
吸收剂量是辐射防护中最基本的剂量学概念。其定义为授予单位质量物质（dm）（或被单位质量物质吸收）的任何电离辐射的平均能量（dE），称为吸收剂量。即：
D=dE/dm
按上述定义，吸收剂量就是电离辐射给予单位质量物质的平均授予能，通常指一个组织或器官的平均剂量。
吸收剂量的SI单位为J·kg-1（焦耳每千克），专用单位为戈瑞（Gy），即
1 Gy=1 J·kg-1
SI单位与原有单位拉德（rad）换算如下：
1rad=10-2J·kg-1=10-2Gy
1Gy=102rad
吸收剂量是剂量学中和辐射防护领域内一个非常重要的量。它适用于任何类型的电离辐射、任何被辐射照射的物质，适用与内、外照射。
（2）吸收剂量率（D）
吸收剂量率表示单位时间内吸收剂量的增量。为时间间隔（dt）内吸收剂量的增量（dD）除以该间隔时间所得之商，即
D=dD/dt
其SI单位为J·kg-1·s-1（焦耳每千克秒）。
吸收剂量是一个物理量，它考虑了辐射场和物质相互作用的各个方面，然而不考虑物质的原子结构和相互作用的随机性质。吸收剂量是在一个体积中随机分布的沉积能量的平均值。
人体组织吸收剂量的测量，一般多不是直接测量能量的吸收，而是首先测量到体表或某一位置的入射剂量，再乘以各种修正因数得出组织的吸收剂量。
（3）吸收剂量与照射量的关系
吸收剂量与照射量是两个概念完全不同的辐射量，在相同条件下又存在一定的关系。1R=2.58×10-4C· kg-1，1R的照射是能使每千克标准空气吸收射线的能量，
为D空气=8.7×10-3（Gy）。
对于X线在空气中最容易测得的是照射量（X），则空气吸收剂量应是8.7×10-3·X（Gy）。
3．比释动能与比释动能率
不带电的间接电离辐射与物质相互作用时，其能量辐射分为有两个阶段，第一阶段是不带电粒子（X线光子）与物质相互作用，把能量转移给释放出的次级带电粒子；第二阶段是所产生的次级带电粒子通过电离、激发把不带电粒子（X线光子）那里得到的能量转移给物质。第一阶段的结果用比释动能表示，第二阶段的结果用吸收剂量表示。
比释动能的原意是在物质中释放出的动能。间接电离粒子与物质相互作用时，在单位质量（dm）的物质中，由不带电的间接辐射粒子释放出来的全部带电粒子的初始动能之和（dEtr），其定义为比释动能（K）是dEtr除以dm之商，即
K=dEtr/dm
其SI单位为Gy（戈瑞），曾用单位为rad（拉德），与吸收剂量单位相同。
比释动能的概念常用来计算辐射场量，推断生物组织中某点的吸收剂量，描述辐射场的输出额等。国际放射防护委员会（ICRP）规定X线机输出额的表示，采用光子在空气中的比释动能率Gy·mA-1·min-1（戈瑞·毫安-1·分-1）。
比释动能率：时间间隔（dt）内的比释动能的增量（dk）称为比释动能率（K）。
K=dk/dt
SI单位为Gy·s-1（戈瑞每秒），专用单位同吸收剂量率。
物质中比释动能的大小反映着不带电的致电离粒子交给带电致电离粒子能量的多少。比释动能适用于任何物质，由于它是与一无限小体积相关联的辐射量。因此，受照射物质的每一点上都有其特定的比释动能值。所以，给出比释动能时，必须同时给出该值相关的物质和所在位置。
4．当量剂量与当量剂量率
吸收剂量可以用来说明各种介质的物质受到辐射照射时吸收能量的多少。但是，它还不能反映所导致的生物效应的不同。而在辐射防护中最关心的是受照后的生物效应。因此，需要对吸收剂量进行修正，从而产生了当量剂量（equivalent dose，HT,R）的概念。
在ICRP1990年出版物中将吸收剂量HT,R定义为：
HT,R=DT,RWR
式中DT,R是辐射R在组织或器官T内产生的平均吸收剂量；WR为辐射R的辐射权重因子，无量纲。
当量剂量用来描述人体受辐射照射时的危害程度，可以反映不同种类、不同能量以及不同照射条件所导致的生物效应的差异。
当量剂量的SI单位是J?kg－1，称为希沃特（Sievert，Sv）以前曾用过雷姆（rem）作为当量剂量的单位。
1 Sv= 1J?kg－1
1 Sv=1000m Sv
1 Sv=100 rem
当量剂量率为单位时间内组织或器官T所接受的当量剂量。当量剂量率的SI单位是Sv/s（希沃特/秒）。
5．辐射权重因子与组织权重因子
(1)辐射权重因子
在辐射防护中关注的不是某一点的剂量，而是某一组织或器官的吸收剂量的平均值，并按辐射的品质加权。为此目的的权重因子称为辐射权重因子（radiation weighting factor，WR）。对于特定种类与能量的辐射，其权重因子的数值是根据生物学资料，由ICRP选定的，代表这种辐射在小剂量时诱发随机效应的相对生物效应（relative biological effectiveness，RBE）的数值。
在X线摄影的能量范围内，其辐射权重因子（WR）为1。
（2）组织权重因子
随机效应的概率与当量剂量的关系还与受到辐射照射的组织或器官有关。因此，从辐射防护的目的出发，需要再规定一个由当量剂量导出的量，以表示整个机体所受到的危害的大小。
对组织或器官T的当量剂量加权的因子称为组织权重因子（tissue weighing factor，WT），它反映了全身受到均匀照射下，各组织或器官对总危害的相对贡献。换句话说，它反映了不同组织或器官对发生辐射随机效应的敏感性。
应当指出，辐射权重因子与辐射种类和能量有关，与组织或器官无关；而组织权重因子的数值决定于被关注的组织或器官，与辐射种类和能量无关。
具体的组织权重因子在ICRP2007年第103号出版物作出新的规定（见表6-2）。其中特别需要特出的是乳腺组织的组织权重因子从0.05提升到0.12（一级），而性腺从0.20降至0.08。对此，我们要提高对乳腺摄影受检者的辐射剂量的重视。
表6-2. ICRP第103号出版物推荐的组织权重因子
组织
WT
ΣWT
骨髓、结肠、肺、乳腺、
其余组织
0.12
0.72
性腺
0.08
0.08
膀胱、食道、肝、甲状腺
0.04
0.16
骨表面、脑、唾腺、皮肤
0.01
0.04
（3）有效剂量
有效剂量（effective dose，E）的定义是人体各组织或器官的当量剂量乘以相应的组织权重因子后的和。
有效剂量的SI单位为焦耳每千克（J?kg－1），专门名称为希沃特（Sievert，Sv）。
应强调的是，有效剂量是应用于辐射防护管理的一个基本概念，可以用来对不同照射情况进行定量的比较。但是，不能用来对辐射照射所导致的生物效应或辐射危险度进行直接评价。
在辐射防护量中，最基本的是有效剂量和吸收剂量。有效剂量是用于定量描述各种辐射对人体产生的随机效应的唯一的量。有效剂量的计算都是基于人体和其组织、器官的参考值，而不是具体个人的数据。有效剂量数值不是针对具体人的剂量，而是参考人的。所谓参考人广义上讲包括辐射从业人员也包括公众人员。权重因子的选取也是对工作人员和居民以及男女的平均值。所有参考值和权重因子是基于测量、流行病和实验数据基础上确定的。
自测题-158 吸收剂量的SI单位是（    ）
A．伦琴（R）
B．戈瑞（Gy）
C．拉德（rad）
D．希沃特（Sv）
E．雷姆（rem）
答：B
考点25】辐射防护原则与标准
辐射防护原则包括正当性、最优化和剂量限值与约束。
1．辐射防护原则
（1）辐射防护三原则
包括辐射实践的正当性、防护水平最优化、剂量限值与约束等三条基本原则。
正当化是前提，剂量限值与约束是上限，最优化则是辐射防护的目标，也是辐射防护中研究的主要问题。
实践的正当性是指医学影像学的放射检查必须确实具有适应证，避免不能给患者带来诊断和治疗效益的辐射照射。
对医疗照射正当性的判断可分为两个层次。一个层次是指对某一诊断或治疗方法，患者所受照射大小的正当性的判断，通常称为确定放射方法总的正当性。其目的在于判断放射方法是否合理，并给患者提供必要的知识。第二个层次是指对某个患者实施放射方法时的正当性的判断，即对具体的患者判断是否好处多于危害。应当定期对放射方法进行审评，使其在达到医学要求下尽可能减少患者所受剂量。在诊断的情况下，这意味减小不必要的照射；在治疗情况下，要求对治疗的部位达到所需实施的剂量，并避免健康组织受到不必要的照射。
正当性判断的一般原则是：“在考虑可供采用的不涉及医疗照射的替代方法的利益和危险之后，仅当通过权衡利弊，证明医疗照射给受照个人或社会所带来的利益大于可能引起的辐射危害时，该照射才是正当的。对于复杂的诊断与治疗，应注意逐例进行正当性判断。还应注意根据医疗技术与水平的发展，对过去认为正当的医疗照射重新进行正当性判断”。
放射防护最优化是指在保证患者诊断和治疗效益的前提下，所实施的辐射照射应保持在合理、尽可能低的水平。
（2）建立防护外照射的基本方法
缩短受照时间、增大与射线源的距离、屏蔽防护。
屏蔽防护：屏蔽是在射线源与人员之间设置一种能有效吸收X线的屏蔽物，从而减弱或消除X线对人体的危害。
①为便于比较各种防护材料的屏蔽性能，通常以铅为参照物，把达到与一定厚度的某屏蔽材料相同的屏蔽效果的铅层厚度，称为该屏蔽材料的铅当量，单位以mmPb表示。
②屏蔽防护分主防护与副防护两种：主防护指对原发射线照射的屏蔽防护。副防护指对散射线或漏射线照射的屏蔽防护。X线诊断机房的主防护应有2mm铅当量的厚度，副防护应有1mm铅当量的厚度。）
③固有防护为主与个人防护为辅的原则。
④X线工作者与被检者防护兼顾。
⑤合理降低个人受照剂量与全民检查频率。
2．我国放射卫生防护标准
我国放射卫生防护标准（GB4792－84）的制定，是采用ICRP1977年26号出版物中综合防护原则及剂量限值。将辐射实践正当化、放射防护水平最优化、个人剂量限值作为放射防护的综合原则。辐射照射做到在可以合理达到的尽可能低的水平之下。
（1）放射工作人员的剂量限值
①防止确定性效应的剂量限值
眼晶体150mSv/年（15rem/年），其他组织500mSv（50rem/年）。
②防止随机性效应的剂量限值
全身均匀照射时为50mSv/年（5rem/年）； 在一般情况下，连续3个月内一次或多次接受的总当量剂量不得超过年当量剂量限值的一半（25mSv）。
（2）放射工作条件分类
·年照射的有效剂量当量很少可能超过15mSv/年的为甲种工作条件，要建立个人剂量监测、对场所经常性的监测，建立个人受照剂量和场所监测档案。
·年照射的有效剂量当量很少有可能超过15mSv/年，但可能超过5mSv/年的为乙种工作条件，要建立场所的定期监测，个人剂量监测档案。
·年照射的有效剂量当量很少超过5mSv/年的为丙种工作条件，可根据需要进行监测，并加以记录。
·从业放射的育龄妇女，应严格按均匀的月剂量率加以控制。
·未满16岁者不得参与放射工作。
·特殊照射：在特殊意外情况下，需要少数工作人员接受超过年剂量当量限值的照射，必须事先周密计划，由本单位领导批准，有效剂量是在一次事件中不得大于100mSv，一生中不得超过250mSv，进行剂量监测、医学观察，并记录存档。
·放射专业学生教学期间，其剂量当量限值遵循放射工作人员的防护条款，非放射专业学生教学期间，有效剂量当量不大于0.5mSv/年，单个组织或器官剂量当量不大于5mSv/年。
3．对被检者的防护
（1）对被检者的防护
对被检者的防护包括以下内容：
·提高国民对放射防护的知识水平；
·正确选用X线检查的适应证；
·采用恰当的X线质与量；
·严格控制照射野；
·非摄影部位的屏蔽防护；
·提高影像转换介质的射线灵敏度；
·避免操作失误，减少废片率和重拍片率；
·严格执行防护安全操作规则。
（2）对公众的个人当量剂量限值
对于公众个人所受的辐射照射的年当量剂量应低于下列限值：
全身：5mSv（0.5rem）；
单个组织或器官：50mSv（5rem）。
自测题-159关于X线防护原则，错误的是（    ）
A．建立剂量限制体系
B．缩短受照时间
C．建立屏蔽防护
D．缩短照射距离
E．合理降低个人受照剂量与全民X线检查频率
答：D
自测题-160放射线工作者年照射有效剂量当量限值的组合，错误的是（    ）
A．防止非随机效应的影响—眼晶体150mSv／年
B．防止随机效应的影响—均匀照射50mSv／年
C．放射从业孕妇、哺乳者—只能在甲种条件下工作
D．16～18岁放射专业实习生—不应在甲种条件下工作
E. 乙种工作条件—>75mSv／年<15mSv／年
答：C
自测题-161对公众个人(全身)剂量当量限值，正确的是（    ）
A．5mSv／年
B．15mSv／年
C．20mSv／年
D．30mSv／年
E. 50mSv／年
答：A
自测题-162甲种放射工作条件的有效剂量当量，应小于：
A．15msv/年
B．5msv/年
C．10msv/年
D．20msv/年
E．25msv/年
答：A