X 射线诊断设备简介

单旭 张富涛

辽宁省医疗器械检验所 (沈阳 110179)

X 射线诊断设备简介

单旭 张富涛

辽宁省医疗器械检验所 (沈阳 110179)

本文概述了X射线成像技术在医学中的应用，对X射线产品的组成、特点、成像原理以及应用范围做了详细介绍，并重点介绍了数字X射线成像技术。与传统胶片成像相比，数字X射线成像具有很多优点，包括：射线剂量低、图像分辨率高、图像信息量大、便于管理以及可实现图像传输等优点，因此得到广泛应用，发展趋势良好。

数字X射线成像 计算机断层扫描 数字减影血管造影 探测器

X射线在医学上最早和最重要的应用是使医生能观察到人体内部结构，这无疑为医生进行疾病诊断提供了重要的信息。目前，X射线图像占医院中全部图像的80%。产生X射线图像的X光机由于操作简单、费用低，成为临床诊断中的主要成像设备。

100年来，X射线成像技术不断地发展，包括使用影像增强管、增感屏、旋转阳极X射线管及断层摄影等微电子技术的发展和某些器件的改进，使新颖的X射线成像装置不断问世。如X射线数字减影造影技术(DSA),它可以减除其他图像背景，清晰地显示血管的图像。又如数字摄影机(CR)，采用涂有荧光体微结晶平板(影像板)，来替代胶片，X射线照射后会产生潜像，然后用激光激励，经采样后得到数字图像。影像板用均匀光照射后可消除潜像，因而可重复使用达1000次，成为无胶片射线机。

X射线诊断设备这个“大家族”的成员随着科技的发展而不断增多，现在除了常规的X射线摄影系统外，还有很多数字化的新成员，如：CT(Computed Tomography，电子计算机X射线断层扫描技术)、DR(Digital Radiography，直接数字化X射线摄影技术)、DSA(Digital Subtraction Angiography，数字减影血管造影技术)。

1 X射线摄影屏、胶片系统

X射线成像是基于待成像物体各组成部分组织的密度不同，因而对X射线的衰减不同，从而形成透射X射线强度差异，导致在乳胶片上成像的。

入射强度为I0的X射线通过厚度为x的物体，输出X射线强度I1与该物体的衰减系数μ有关，即：

如果X射线通路上有n种组织，其衰减系数与厚度分别是μi和xi，则输出X射线强度I2为：

作为接收器的平板荧光屏，将出射的X射线能量转换为可见光。由于屏的亮度较低，只能在暗室中观察。为了解决荧光屏亮度低的问题，人们研究出了影像增强管。在影像增强管中，碘化铯等材料制成的荧光屏和光电阴极紧密相接。入射的X射线与荧光屏作用后产生可见光，可见光又使光电阴极产生电子，这些电子经过一个透镜系统加速并聚焦在输出荧光屏上。使带有影像增强管的X射线图像质量明显改善，可以在明室内观察，达到临床应用的要求。这就是我们常说的X光透视检查。病人的检查结果需要备案，以便对病人的发病史和治疗过程进行跟踪，使用涂上感光乳剂的胶片与荧光增强屏组成的屏、胶片系统，可以得到高分辨的X射线图像，胶片所记录的X射线图像可以长期保留和备案。

1.1 胸透

胸透全称荧光透视，为常用X线检查方法。它是利用X线具有穿透性、荧光性和摄影效应的特性，使人体在荧屏上形成影像。由于人体组织有密度和厚度的差别，当X线穿透人体不同组织时，X线被吸收的程度不同，所以到达荧屏上的X线量就有差异，形成黑白对比不同的影像，为医生的诊断提供依据。

利用X线对疾病做出诊断在临床应用非常广泛。健康查体最常做的是胸部的X线检查，最基本的就是胸透。

胸透可以看到胸部的软组织、骨骼(包括胸椎)、纵隔(心脏、大血管、气管、食管等)、气管和支气管、胸膜、肺组织等，可以诊断肺和气管的先天性疾病，如发育异常、肺部的各种炎症、急慢性支气管炎、比较明显的支气管扩张症、肺气肿或肺水肿、各型肺结核、肺肿瘤、胸腔积液、气胸、纵隔肿瘤、心脏形态异常等。

胸透的放射线量在X线检查中是最大的，做一次胸透就相当于拍10次X光照片检查。但胸透检查一般也在数十秒，所以对人体的危害十分有限。成年人做一次胸透几乎没有明显危害。

1.2 X射线消化道检查

X线检查时，由于人体各种器官、组织的密度和厚度不同，所以显示出黑白的自然层次对比。但在人体的某些部位，尤其是腹部，因为内部好几种器官、组织的密度大体相似，必须导入对人体无害的造影剂(如医用硫酸钡)，人为地提高显示对比度，才能达到理想的检查效果。这种检查方法临床上叫做X射线造影检查。X射线造影检查使用得较多的是胃肠钡餐造影和钡剂灌肠造影。这项检查安全、无创伤、无副作用。但有些患者，如急性呼吸道感染病人，严重心、肝、肾功能不全病人，以及碘试验阳性的病人，一般不适宜做这项检查。

消化道钡餐和钡灌肠X射线检查有助于了解整个胃肠道动力状态，能够诊断胃、十二指肠溃疡、胃穿孔、胃出血及幽门梗阻等多种疾病。近年来，应用气钡双重造影已提高了阳性率。胆管胆囊造影有助于了解胆囊浓缩功能，判断有无结石；经皮肝胆管造影可区别梗阻性黄疸的原因。选择性腹腔动脉造影对肝脏及其他肿瘤、消化道出血等都有诊断价值。

2 CT(电子计算机X射线断层扫描技术)

CT是一种功能齐全的病情探测仪器，它是Computed Tomography(电子计算机X射线断层扫描技术)的简称。X-CT自1972年由英国电子工程师亨斯费尔德发明后至今已历经四代产品。扫描时间已由几分钟缩短至数秒，图像清晰度也由1万个像素提高到几十万个像素(单片)。据称第五代CT的实验样机也已研制成功，能准确反映内脏和血液的动态情况，但尚未形成成品投放市场。

2.1 X-CT的基本成像原理

CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器(analog/digital converter)转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素(voxel)。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵(digital matrix)，数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器(digital/analog converter)把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素(pixel)，并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图像。每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。

2.2 X-CT的基本组成

CT设备主要由以下三部分组成：扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成；计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行贮存运算；图像显示和存储系统，将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上，或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下来。

探测器从原始的1个发展到现在的多达4800个。扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定，发展到新近开发的螺旋CT扫描(spiral CT scan)。计算机容量大、运算快，可达到立即重建图像。

由于扫描时间短，可避免运动产生的伪影，如呼吸运动的干扰，从而提高图像质量；层面是连续的，所以不致于漏掉病变，而且可行三维重建，注射造影剂作血管造影可得CT血管造影(CT angiography，CTA)。超高速CT扫描所用扫描方式与前者完全不同，扫描时间可短到40ms以下，每秒可获得多帧图像。由于扫描时间很短，可摄得电影图像，能避免运动所造成的伪影，因此，适用于心血管造影检查以及小儿和急性创伤等不能很好配合检查的患者检查。

2.3 X-CT断层图像的特点

(1)与二维X射线透视和摄影技术的直接物理成像不同，CT图像是通过计算机按照某种数学模型计算出来的结果并重建的图像。图像的质量完全取决于所采用的算法。

(2)就图像剖面而言，二维X射线透视和摄影技术得到的图像是X射线从前到后穿透人体得到的人体正面像，而CT断层图像则是从上向下看到的水平剖面。

(3)二维X射线透视和摄影技术得到的图像没有物体形状、大小和彼此间的空间关系，较难理解。CT技术使我们能够看到人体的内部，让传统的平面的医学图像立体化了。

(4) CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的像素按矩阵排列所构成。这些像素反映的是相应体素的X线吸收系数。不同CT装置所得图像的像素大小及数目不同，大小可以是1.0×1.0mm，0.5×0.5mm不等；数目可以是 256×256，即 65536个，或 512×512，即 262144个不等。显然，像素越小，数目越多，构成图像越细致，即空间分辨力(spatial resolution)越高。CT图像的空间分辨力不如X线图像高。

(5) CT图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对X线的吸收程度。因此，与X线图像所示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如含气体多的肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。但是与X线图像相比，CT的密度分辨力高。因此，人体软组织的密度差别虽小，吸收系数虽多接近于水，也能形成对比而成像。这是CT的突出优点。所以，CT可以更好地显示由软组织构成的器官，如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等，并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。

2.4 X-CT的检查范围

(1)头部：脑出血，脑梗塞，动脉瘤，血管畸形，各种肿瘤，外伤，出血，骨折，先天畸形等。

(2)胸部：肺、胸膜及纵隔各种肿瘤，肺结核，肺炎，支气管扩张，肺脓肿，囊肿，肺不张，气胸，骨折等。

(3)腹、盆腔：各种实质器官的肿瘤、外伤、出血，肝硬化，胆结石，泌尿系统结石、积水，膀胱、前列腺病变，某些炎症、畸形等。

(4)脊柱、四肢：骨折，外伤，骨质增生，椎间盘病变，椎管狭窄，肿瘤，结核等。

(5)骨骼、血管三维重建成像。

(6)CTA(CT血管成像)：大动脉炎，动脉硬化闭塞症，主动脉瘤及夹层等。

(7)甲状腺疾病：甲状腺腺瘤、甲状腺腺癌等。

(8)其他：眼科及眼眶肿瘤，外伤；副鼻窦炎、鼻息肉、肿瘤、囊肿、外伤等。

由于CT的高分辨力，可使器官和结构清楚显影，能清楚显示出病变。在临床上，神经系统与头颈部CT诊断应用早，对脑瘤、脑外伤、脑血管意外、脑的炎症与寄生虫病、脑先天畸形和脑实质性病变等诊断价值大。

在五官科诊断中，对于框内肿瘤、鼻窦、咽喉部肿瘤，特别是内耳发育异常有诊断价值。

在呼吸系统诊断中，对肺癌的诊断、纵隔肿瘤的检查和瘤体内部结构以及肺门及纵隔有无淋巴结转移诊断都是比较可靠的。

在心脏大血管和骨骼肌肉系统的检查中也是有诊断价值的。

在骨关节疾病方面，多数情况可通过简便、经济的常规X射线检查确诊，因此使用CT检查相对较少。

3 DR(直接数字化X射线摄影系统)

DR(Digital Radiography)，即直接数字化X射线摄影系统，由电子暗盒、扫描控制器、系统控制器、影像监示器等组成，是直接将X线光子通过电子暗盒转换为数字化图像。

3.1 DR基本工作原理

DR是一种X射线直接转换技术，它利用硒作为X线检测器，将X射线影像信息转化为数字影像信息。DR系统无光学散射而引起的图像模糊，其清晰度主要由像素尺寸大小决定。其曝光宽容度相对于普通的增感屏-胶片系统体现出某些优势：DR由于采用数字技术，动态范围广，有很宽的曝光宽容度，因而允许照相中的技术误差，即使在一些曝光条件难以掌握的部位，也能获得很好的图像；DR可以根据临床需要进行各种图像后处理，如各种图像滤波、窗宽窗位调节、放大漫游、图像拼接以及距离、面积、密度测量等，为影像诊断中的细节观察、前后对比、定量分析提供技术支持。

就目前而言，DR电子暗盒的结构14 in×17 in(1 in=2.54 cm)由4块7.5 in ×8 in 所组成，每块的接缝处由于工艺的限制不能做得没缝，且一旦其中一块损坏必将导致4块全部更换，不但费用昂贵，还需改装已有的X线机设备。

DR系统较适用于透视与点片摄影及各种造影检查，由于单机工作时的通量限制，不易取代大型医院中多机同时工作的常规X线摄影设备，但较适用于小医疗单位和诊所的一机多用目的。

3.2 数字化X射线影像技术的特点

(1)它最突出的优点是分辩率高，图像清晰、细腻，医生可根据需要进行诸如数字减影等多种图像后处理，以期获得理想的诊断效果。

(2)该设备在透视状态下，可实时显示数字图像，医生再根据患者病症的状况进行数字摄影，然后通过一系列影像后处理如边缘增强、放大、黑白翻转、图像平滑等功能，从中提取出丰富可靠的临床诊断信息，尤其对早期病灶的发现可提供良好的诊断条件。

(3)数字化X射线机形成的数字化图像比传统胶片成像所需的X射线剂量要少，因而它能用较低的X射线剂量得到高清晰的图像，同时也使病人减少受X射线辐射的危害。

(4)由于它改变了已往传统的胶片摄影方法，可使医院放射科取消原来的图像管理方式和省去片库房，而以计算机无片化档案管理方法取而代之，从而节省大量的资金和场地，极大地提高工作效率。此外，由于数字化X射线图像的出现，结束了X射线图像不能进入医院PACS系统的历史，为医院进行远程专家会诊和网上交流提供了极大的便利。另外，该设备还可进行多幅图像显示，进行图像比较，以利于医生准确判别、诊断。通过图像滚动回放功能，还可为医生回忆整个透视检查过程。

4 DSA(数字减影血管造影技术)

数字减影血管造影技术(Digital Subtraction Angiography，DSA)是一种新的X线成像系统，是常规血管造影术和电子计算机图像处理技术相结合的产物。普通血管造影图像具有很多的解剖结构信息，例如骨骼、肌肉、血管及含气腔隙等等，彼此相互重叠影响，若要想单纯对某一结构或组织进行细微观察就较为困难。

DSA的成像基本原理是将受检部位没有注入造影剂和注入造影剂后的血管造影X线荧光图像，分别经影像增强器增益后，再用高分辨率的电视摄像管扫描，将图像分割成许多的小方格，做成矩阵化，形成由小方格中的像素所组成的视频图像，经对数增幅和模/数转换为不同数值的数字，形成数字图像并分别存储起来，然后输入电子计算机处理并将两幅图像的数字信息相减，获得的不同数值的差值信号，再经对比度增强和数/模转换成普通的模拟信号，获得了去除骨骼、肌肉和其他软组织，只留下单纯血管影像的减影图像，通过显示器显示出来。通过DSA处理，使血管的影像更为清晰，在进行介入手术时更为安全。

4.1 DSA的主要组成部分

(1) 带有影像增强器电视系统的X线诊断机；

(2) 高压注射器；

(3) 电子计算机图像处理系统；

(4) 操作台：用来输入数据，控制采像，贮存及显示图像；

(5) 磁盘或磁带机：用来存储图像信息；

(6) 多幅照相机：把显示的图像用胶片拍摄下来以便诊断和存档之用。

4.2 DSA的主要优点

(1) 对比度分辨率高。DSA血液中造影剂浓度达5%即可显影，而常规胶片－增感屏血管造影则需30%～40%的浓度才能显影。

(2) 减去了血管以外的背景，尤其使与骨骼重叠的血管能清楚显示。

(3) 由于造影剂用量少、浓度低，可选用较细的导管，损伤小，比较安全，对肝、肾功能的要求较常规造影放宽。

(4) 节省胶片使造影价格低于常规造影。

(5) DSA具有多种图像后处理功能，特别是能够进行三维血管重建。

4.3 DSA的临床应用

DSA现已被广泛应用于呼吸、消化、神经、泌尿生殖及骨骼系统等的肿瘤和其他疾病的诊断以及左心、冠状动脉的病变诊断，如可以清晰显示各种动脉瘤、动脉狭窄、闭塞、动静脉畸形。

4.4 在介入治疗中的应用价值

经皮血管内导管治疗是介入放射治疗的主要部分，现已广泛用于各种疾病的治疗，如动脉内灌注化疗栓塞术治疗肿瘤、动脉栓塞治疗大出血和血管畸形、血管溶栓术、血管成形术、血管内支撑器、经颈静脉肝内门体分流术等。在常规血管造影设备下进行介入治疗远不如在DSA系统下操作方便。由于DSA能实时观察到造影结果、动态观察导管、导丝和造影剂等的行程，可反复重放，另外还有路图技术(road mapping),大大方便选择性和超选择性插管，可以节省常规造影需要的洗胶片时间，减少导管在动脉内停留时间，从而缩短了造影和介入治疗的时间，减少可能发生的并发症。同时DSA造影剂用量小、浓度低，减少了造影副反应。

X-ray Equipment Brief Introduction

SHAN Xu ZHANG Fu-tao
Liaoning Medical Device Test Institute (Shenyang 110129)

This paper summarizes the X-ray imaging technology in medical applications, the X-ray product composition, characteristics and imaging principle and application scope is introduced, and emphatically introduces digital X-ray imaging technology. Compared with traditional film-produced imaging, digital X-ray imaging has many advantages, including: low-dose radiation, high image resolution,image information, easy to manage and can realize image transmission etc, and therefore has beenextensively applied,the development trend was good.

digitai X-ray imaging,computed tomography,digital subtraction angiography,detector

1006-6586(2011)03-0046-05

：R814.4

：B

2011-01-20

单旭，工程师