X射線的醫(yī)學應用3.1.2X射線成像原理1.X射線人體成像(常規(guī)透視和攝影)

使用X射線對人體進行照射，并對透過人體的X射線信息進行采集、轉換，并使之成為可見的影像，即為X射線人體成像。（1）X射線影像的形成

當一束強度大致均勻的X射線（連續(xù)x射線）投照到人體上時，X射線一部分被吸收和散射，另一部分透過人體沿原方向傳播。由于人體各種組織、器官在密度、厚度等方面存在差異，對投照在其上的X射線的吸收量各不相同，從而使透過人體的X射線強度分布發(fā)生變化并攜帶人體信息，最終形成X射線信息影像。X射線信息影像不能為人眼識別，須通過一定的采集、轉換、顯示系統(tǒng)將X射線強度分布轉換成可見光的強度分布，形成人眼可見的X射線影像。3.1.2X射線成像原理①人體不同密度組織與X線成像的關系

②人體不同厚度組織與X線成像的關系

密度和厚度的差別是產生影像對比的基礎，是X線成像的基本條件3.1.2X射線成像原理（2）X射線的采集與顯示①醫(yī)用X射線膠片與增感屏

醫(yī)用X射線增感屏為熒光增感屏，其增感原理為增感屏上的熒光物質受到X射線激發(fā)后，發(fā)出易被膠片所接收的熒光，從而增強對X射線膠片的感光作用。主要目的是：在實際X射線攝影中，僅有不到10%的X射線光子能直接被膠片吸收形成潛影，絕大部分X射線光子穿透膠片，得不到有效的利用。因此需要利用一種增感方法來增加X射線對膠片的曝光，以縮短攝影時間，降低X射線的輻射劑量。常采用的增感措施是在暗盒中將膠片夾在兩片增感屏（intensifyingscreen）之間，然后進行曝光。CR、DRCR:(計算機X線攝影)是使用可記錄并由激光讀出X線成像信息的成像板（imagingplate；IP）作為載體，以X線曝光及信息讀出處理，形成數(shù)字或平片影像。DR:直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng),透射過人體后的X線信號被探測獲取，直接形成數(shù)字影像，數(shù)字影像數(shù)據(jù)傳到計算機，在顯示器上顯示，也可以進行后期處理。（固定的）X-CT（X-raycomputedtomography,X-CT）成像

在X射線透視和攝影技術中,顯然得到的是多器官重疊的平片圖像顯然得到的X射線圖像是X射線通路上物體對射線吸收的積分效果。一個大小和密度相同的腫瘤或病灶,無論在體內前、中或后部,它在X射線照片上表現(xiàn)的圖像是一樣的。也就是說,X射線圖片不能反映組織或病灶的三維空間位置,這就需要采用計算機斷層掃描技術(computedtomography,即電子計算機體層攝影，簡稱CT)。

X-CT是運用掃描并采集投影的物理技術，以測定X射線在人體內的衰減系數(shù)為基礎，采用一定算法，經計算機運算處理，求解出人體組織的衰減系數(shù)值在某剖面上的二維分布矩陣，再將其轉為圖像上的灰度分布，從而實現(xiàn)建立斷層解剖圖像的現(xiàn)代醫(yī)學成像技術，X-CT成像的本質是衰減系數(shù)成像。X-CT的基本原理1.X-CT的基本原理

設有n個邊長為l的小立方體體素，如圖16-9所示，每個小立方體可視為均勻的，吸收系數(shù)依次為m1、m2、m3、......mn，入射X射線強度I0。圖16-9X射線穿過n個體素設有n個邊長為的小立方體體素，如圖所示，每個小立方體可視為均勻的，吸收系數(shù)依次為、、、……入射X射線強度。圖X射線穿過n個體素對第一個體素：對第二個體素：……對第n個體素：

式中、是已知的，只要測出從第n個體素透射出的X射線強度，則可以算出右式的值。這樣可得到到這n個未知數(shù)的一個線性方程?，F(xiàn)在，假設有n行n列個體素，各個體素的吸收系數(shù)分別是到，如圖所示?，F(xiàn)在，只要設法求出到這個衰減系數(shù)，就可建立一副CT圖像。從數(shù)學上說，只要我們能夠得到關于到的個獨立的線性方程，解方程組就可得到到。那么，如何得到這個方程呢，方法是通過掃描。

圖

層面矩陣掃描示意圖

在每一行上用探頭測得透射出的X射線強度，得到一個線性方程。變換角度再掃描，知道得到個獨立的線性方程。然后，通過計算機解這個方程組，得到到的解。將求得的各體素的到這算成相應像素的灰度，就形成了CT圖像。

重建圖像灰度與X射線衰減系數(shù)的對應關系

CT重建的圖像是衰減系數(shù)μ的分布。人體內部大部分軟組織的衰減系數(shù)與水的衰減系數(shù)相近,因此不能用計算得到的μ值直接成像。在實際應用中,通常將μ值轉換為一個相對值

—CT值。

定義如下:其中

與

分別為組織和水的衰減系數(shù)。CT值用HU表示。例如水的HU值是零,空氣的HU值為-1000,骨骼的HU值為+1000。人體組織的HU值可以跨越從幾百到數(shù)千的范圍。由于常規(guī)顯示圖像灰度范圍是(0—255),所有的X射線圖像裝置都配有窗寬、窗位調節(jié)功能,可以將感興趣的HU值區(qū)間映射到(0—255)全灰度范圍,便于觀察病灶細節(jié)。CT斷層圖的特點(1)與二維X射線透視和攝影技術的直接物理成像不同,CT圖像是通過計算機按照某種數(shù)學模型計算出來的結果并重建的圖像。圖像的質量完全取決所采用的算法。(2)就圖像剖面而言,二維X射線透視和攝影技術得到的圖像是X射線從前