探究焦点到影像板距离同计算机X射线摄影图像质量间的关系

滕芳彤 高铭泽 李莲娣 郭玲 于广浩＊

1 牡丹江医学院医学影像学院影像设备学教研室 （黑龙江 牡丹江 157011）

2 牡丹江医学院附属第二医院 （黑龙江 牡丹江 157009）

内容提要： 目的：旨在通过探究X射线管焦点（F）到影像板间的最佳距离，分析其于计算机X射线摄影（CR）成像效果间的关系情况。方法：根据几何原理和目前X射线管焦点的放大率，计算得出焦点到影像板间的最小距离；并根据设备参数、投照部位及被照体厚度等参数采用不同的摄影距离，分析此种方式下图像质量情况。结果：依据此方法进行投照的CR图像质量明显上升，X射线曝光量明显降低，尤其以四肢检查的曝光量降低最为显著，同时减小了X射线设备的输出功率。结论：选择合适的焦点到影像板间距离提高了图像质量，减少了患者所受辐射剂量，同时延长了设备的寿命，降低了成本。

自伦琴发现X射线以来，这一突破性发现就应用医疗行业中。由于其具有无创性、高穿透性，迅速获得临床医生的青睐，成为临床检查中不可或缺的一种手段。普通X射线成像，其摄影是直接模拟成像，以胶片为介质对图像信息进行采集、显示、存储和传送。因此它对摄影技术条件要求严格，并且曝光宽容度小，照片上影像的灰度固定不可调节，而且图像不可能十分清晰地显示各种密度不同的组织与结构，密度分辨力低，在照片的利用与管理上也有诸多不便。因此，将普通X射线成像改变为数字X射线成像十分必要。随着计算机技术在医学影像中的广泛应用，这一设想得到了实现，计算机X射线摄影（Computed Radio-graphy，CR）逐渐取代了传统的摄影方式[1]。影像板的出现使模拟影像可直接转换为数字影像，并可重复使用，使得X射线摄影上升到了一个新高度。在CR摄影中，有许多重要的参数，包括设备性能、管电压、管电流、X射线管焦点尺寸、影像板性能、摄影距离及被照体厚度等，这些参数均可影响最终CR图像的成像质量，进而影响图像诊断的准确率[2,3]。然而在以上众多参数中，唯一人为可控的就是摄影距离[4,5]。因此，本研究根据摄影距离的变化导致图像成像质量变化的核心来展开研究，探究不同被照体的最佳摄影距离。

1.资料与方法

1.1 临床资料

2022年1 月～6月进行本研究，选择45例CR检查患者进行研究，手部5例、腕关节5例、肘关节5例、肩关节5例、胸、椎体5例、体部5例、膝关节5例、踝关节5例、足部5例，男26例，女19例，年龄16～65岁，平均（21.34±5.64）岁。患者均知情同意签署同意书，观察检查过程中焦点、焦片距等资料，选择最佳参数。选择2名诊断医生对相应影像资料评价，记录最优影像资料时所对应的焦片距。

1.2 方法

设备选用日本柯尼卡公司生产的190型CR设备，沪食药监械（准）字2011第2310117号，YZB/沪4963-31-2010，焦点参数为0.6/1.2。参数运算：将焦点（Focus，F）-影像板距离记为D，将被照体厚度设为d，焦点尺寸记为F，半影记为H。通过成像原理，焦点常数为（1+H/F），依公式计算得出D=（1+H/F）d。根据人眼模糊阈值H=0.2mm，即可得出对应的焦点常数，从而计算得出最小的投照距离，若距离低于最小投照距离，则影像模糊失真。

具体焦点、焦点常数及焦点-影像板距离如表1所示。

2.结果

2.1 小焦点、无滤线器的焦点-影像板距离

小焦点、无滤线器条件下，可用直接测量被照体厚度的方法计算焦点-影像板距离。例如膝关节正位片，假设被照体厚度为13cm，则D=4d=4×13=52（cm）；腕关节侧位片，假设被照体厚度为9cm，则D=4d=4×9=36（cm），以此类推。需要注意的是国际防护委员会规定的最小焦皮距为30cm；在实际工作中，若不便于测量被照体厚度，则可将四肢小部位摄影距离进行统一，即取40cm。

2.2 大焦点、有滤线器的焦点-影像板距离

相对于无滤线器的情况，使用滤线器则需在求取焦点-影像板距离中考虑检查床至滤线器托盘间的距离，因此在d值计算中应考虑此距离。以腰椎侧位为例，测量棘突至检查床距离13cm，检查床至滤线器托盘间的距离4cm，则可计算d=13+4=17（cm），D=7d=7×17=119（cm）。在实际工作中，若不便于测量被照体厚度，则可将躯干部位摄影距离进行统一，即取120cm。

2.3 各部位焦点-影像板距离

根据以上计算，联合实际工作应用，列出以下常见部位摄影时最佳焦点-影像板距离，具体如表2所示。

表2 .常见部位摄影时最佳焦点-影像板距离(cm)

3.讨论

医用X射线成像在医学影像领域应用历史悠久，X射线成像设备原理较为特殊，在实际工作中，X射线质量直接影响到成像效果，同时摄影距离对成像质量也有较大的影响[6]。X射线的成像质量与其控制方式和X射线电源具有重要关系，系统控制X射线产生所需要的管电压（千伏级）和灯丝加热电压（伏级），两者共同决定产生的X射线质量。在医用X射线管中，管内具有高真空特性，避免灯丝产生的高速电子在轰击阳极靶面过程中产生损失，以及导致产生散射线等，同时，医用X射线管阳极靶面会产生大量的热量，在工作中如冷却不及时，阳极过热会排出气体，降低球管的真空度，严重时可把靶面融化以至龟裂脱落，使整个球管丧失工作能力，因此对球管需要及时进行冷却处理[7]。目前X射线管常用的冷却有风冷、水冷、油冷几种方式。阳极靶面是斜面，能有效控制产生的X射线传播方向，在X射线管工作过程中，灯丝发射的电子经聚焦加速后撞击在阳极靶面的面积称为实际焦点；X射线管实际焦点在垂直与X射线管轴线方向上的投影面积称为有效焦点。因为靶表面与X射线输出方向夹角（靶倾角）的存在，常常会出现越靠近阳极端一侧辐射强度下降的越多，靶倾角越小，下降的程度越大，称为靶阳极端效应，又称足跟效应。因此在X射线投照过程中，要注意肢体拍摄部位厚度的问题，但是同时摄影距离对成像效果也具有重要影响，由于距离的增加，势必会增加X射线的衰减，进而影响到X射线的质，影响X射线的穿透力，影响成像效果[8]。

CR设备是以影像板代替X射线胶片作为介质进行数字化X射线摄影。其与传统X射线照片相比，不同之处在于其影像记录与显示不是在同一媒介上完成的。影像板上的影像信息要经过读取、图像处理和显示等步骤，才能显示出数字图像。CR成像过程主要由信息采集、信息转化、信息处理、信息的存档与输出四部分构成。详细过程即X射线透过人体后，直接投入影像板形成潜影[9]。随后通过激光阅读仪、光电倍增管和A/D转换器将存储在影像板上的X射线模拟信号转化为数字信息，输入计算机进行处理，最后可得到清晰的数字图像[10]。同时CR具有多种后处理技术和功能，如谐调处理、时间减影、局部放大、对比度转换、影像边缘增强、测量（大小、面积、密度）等，大大满足了临床医生对X射线图像的各种个性化需求。CR是一种较为成熟的数字化X射线摄影技术，与传统暗合的屏-胶系统相比，CR摄影的X射线曝光量比常规X射线摄影有一定程度的降低，同时CR设备利用影像板，成像清晰可供反复使用，并且可将影像信息上传网络进行数字化存储，方便临床医生对过往影像检查结果的及时调阅与案例随访。CR的核心是将模拟影像转换为数字影像，不仅攻破了数字化影像的难题，更将医务人员带出了暗室的工作环境，彻底改善了医务人员的工作环境。同时，CR摄影也使得X射线片更加清晰、明亮，大大提高了影像的质量，以便于临床医生对病变作出更精准的判断[11]。

医学成像的X射线是利用高速运动的电子撞击阳极靶面时，由于电子突然受阻减速而产生。X射线管事产生X射线的关键部件，它包括阳极、阴极和玻璃罩。在阴极和阳极之间的电子加速电压称为管电压，从阴极灯丝发射的电子被管电压加速后撞击到阳极靶面上，这种加速后的电子束流称为管电流。根据医学X射线成像原理，X射线强度是由光子数目和光子能量两个因素决定，X射线管管电流与曝光时间的乘积决定了曝光时X射线光子的数目，也就是常说的X射线的量，管电压在实际工作中，主要表征医用X射线在工作时穿透物质的本领，对应X射线的穿透力，也就是常说的X射线的质，其与光子的能量有关，是由管电压和滤过物质的厚度决定的。在平时临床工作中，管电压越高，产生的X射线质越“硬”，也就是具有较强的穿透物质本领。但是在临床工作中，管电压与X射线投照辐射之间具有一定的相关性，因此目前提倡的低剂量扫描时，往往要采用降低管电压的方式。诊断电离辐射，有研究表明，将检测仪置于摄影床平面后检测辐射场的分布剂量，在其他扫描条件固定时，低管电压具有较低的辐射场[12]。在日常工作中，行胸部摄影时，在满足临床医学影像检查质量的前提下，高管电压具有较高的X射线贯穿能力，也具有较高的穿透能力，同时能够有效降低人体的皮肤辐射剂量。因此，摄影距离能够影响到X射线的辐射，同时也影响到成像效果。目前，业内普遍认为距离X射线管的距离越远，X射线的辐射剂量就会越低，并且通过实际测量可以看出，X射线管前方的辐射剂量高于X射线管后方的辐射剂量，阴极侧的辐射剂量要高于阳极侧的辐射剂量。认为增加焦-片距能够有效降低辐射剂量，并且能够有效提高医学影像成像质量，在临床工作中，已经在膝关节、胸部摄影、腰椎摄影等领域得到了有效验证[13]。

高质量的影像图像也受到很多因素的影响，包括设备性能、X射线管焦点尺寸、管电压、管电流、影像板性能、摄影距离及被照体厚度等[14]。以上影响CR成像质量的因素中，唯有摄影距离是可受操作人员控制的，选择合适的焦点-影像板距离则是影响成像质量的关键因素。本研究通过选择合适的焦点到影像板间距离提高了图像质量，减少了曝光量，降低了患者所受辐射剂量，同时延长了设备的寿命，降低了成本。