第二章 X线信息影像的形成及影像质量分析

第一节 X线信息影像的形成与传递

一、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。
二、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、CR、DR系统等等)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。
图1-2-1 X线信息影像的形成与传递
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。
三、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,就是以增感异/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/片体系,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。
图1-2-2 X线照片影像的形成
从摄影部位的曝光开始要经历许多步骤:a.股骨远端的横断切片显示出股骨下端组织的吸收效应;b.股骨远端内部结构引起空间影像形成中的X线强度分布的改变。此影像以潜影的方式记录在X线胶片中。X线穿透股骨时,由于骨骼比周围软组织吸收了更多的X线,故透过骨骼后的X线强度低于透过软组织的强度;c.用来显示透过股骨后,X线强度的分布图。透过软组织后的射线强度超过骨组织的三倍,故两者的透射X线的对比度为3;d.横断切片在前后位照片上的显示
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。