4.2 X射线透视

1.普通X射线透视

4.1节讨论的X射线摄影是将人体组织结构的射线影像通过胶片转化为可见的平面灰度影像。如果用涂上荧光物质的荧光屏来接收从人体出射的X射线，荧光屏上的荧光物质在射线的激发下会发出可见光。如果被投照部位的厚度一定，则荧光屏上较暗的地方表明射线穿越人体的组织器官密度较高，X射线被吸收得较多；屏上较亮的地方则表示射线穿越过的组织器官密度较低，X射线被吸收得较少。荧光屏上形成与人体组织密度相关的一幅明暗不同的影像，医生根据解剖学、病理学等医学知识，分析这个影像，判断该组织器官的形态和功能，这就是普通的X射线透视。

荧光屏是透视过程中将射线影像转换为可见影像的核心部件，它由荧光纸、铅玻璃和薄胶板组成。薄胶板装在荧光纸之前，其作用是保护荧光纸。铅玻璃是一种含铅的玻璃，用以防止X射线对工作人员的伤害。荧光纸装在胶合板与玻璃之间，纸面涂有荧光物质。现代荧光屏的荧光物质常用氰化钡、硫化锌、硫化镉的混合物，并要求其有较高的亮度和清晰度，残光较少。

X射线透视可以对器官的形态进行快速成像，其最常见的应用是胸透。胸部两肺由于包含空气，透过的X射线较多，而肋骨由于密度较高透过的X射线相对较少，荧光屏上会形成清晰的肺部影像。如果肺内有炎症，则会在炎症的部位呈现片状影像；若肺内有肿瘤，则会在肺内呈包块状影像；若肺内有空洞，则会看到透明的环状影迹。

普通X射线透视具有方便、简单、费用低廉等优点，而且可以对器官动态成像，如心脏冠状动脉的搏动、膈肌的运动，以及肠胃的蠕动等，都可以在透视中实时观察。

然而，普通X射线透视也有相当重要的局限和不足之处。由于荧光屏上的荧光亮度较低，必须通过加大射线剂量的方法提高荧光屏上图像的亮度，这使得被透视者和现场医师接收了过多的辐射剂量。距离荧屏只有25～40cm才能基本看清图像的医师日复一日地工作，接收的剂量更是不可低估。

另外，由于荧光屏发出的荧光亮度有限，必须在暗室中观察，加之荧光物质颗粒较大，组织的某些细节变得模糊不清，对人体结构复杂的部位，影像细节可能模糊到难以分辨。不能留下客观影像记录也是普通X射线透视的一个重要缺陷。

基于上述分析，提高成像亮度，降低射线剂量成为X射线透视技术发展的主要目标。在这种背景下，影像增强器应运而生了。

2.影像增强器

（1）影像增强器的构成与工作原理

以提高透视成像亮度为主要目的的影像增强器（imageintensifier）由影像增强管、高压电路、光学系统等部件组成，影像增强管是其中的关键部件。普通影像增强管的结构如图4.9所示。图4.10给出了一个实际影像增强管的外观图像。

普通影像增强管包括输入屏、光电阴极、聚焦电极、阳极、聚焦电极（电子透镜）、输出屏等部分组成，这些部件都安装在一个抽真空的圆柱体玻璃壳中。输入屏直径在10～40cm之间，涂有原子序数较高的碘化铯（CsI）荧光粉，CsI最主要的优点在于对X射线的吸收能力强，这一方面是由于CsI磷光体中存在大原子序数的元素，另外磷微粒中CsI分子排列也较为紧密。输入屏接收从人体出射的X射线，产生荧光，将射线影像转化为荧光影像，输入屏与光电阴极紧密耦合。

光电阴极是半透明的铯化锑（SbCs）或Sb-CsO层，在可见光（输入屏发出的荧光）照射激发下，能发射出低能光电子。从光阴极不同区域释放的电子数，取决于此区域入射的光子数，由此形成电子影像。如果光电阴极的灵敏度与输入屏光子的波长匹配良好时，其每接收100个光子，就有15～20个电子从光阴极逸出。这些低能电子从光电阴极逸出后，被阴极与阳极间25～30kV的高压加速，加速后的高能电子撞击输出屏。输出屏上涂的荧光物质与输入屏类似，包括碘化铯或硫化锌镉，但颗粒要小得多。电子流撞击输出屏，会发出荧光，由此将电子影像转换为可见光影像。在光电子从光电阴极逸出后到高压加速过程中，为了防止电子发散，大多数管子中安装了三套聚集电极。

大部分影像增强管输出屏的直径在1.3～2.6cm之间。这样小的输出屏通常用于视频透视检查，因为一个视频摄像机的镜头也很小。

X射线影像增强管每吸收一个来自人体的X射线光子，在输出屏上就有2000～3000个光子发射出来，由此可以将普通X射线透视图像的亮度增加数千倍。亮度增加的机制主要有两个：① 图像缩小。一定量的光子从更小的区域中发射出来，会在一定程度上增加图像的亮度。②光子流量增加。光电阴极与输入荧光成正比地输出大量电子，这些光电子被高电压聚集加速，能量大大提升，撞击输出屏后会产生更强的光。输出屏发出的光子数比输入屏发出的光子数要多数十倍。

（2）影像增强器的性能参数

为了评价影像增强器对图像亮度的增强作用，特提出增益（gain）这个概念。将影像增强管输出屏的图像亮度与一个普通的X射线透视屏输出的图像亮度进行比较，当两者接受同样的X射线照射时，两者输出的亮度信号的比值叫做影像增强器的增益，即

一般影像增强器的增益从1000～6000不等。

前已述及，影像增强器对图像亮度数千倍的增强来源于两个因素，包括图像缩小和光子流量增加。首先分析第一种情况。从人体出射的X射线，被增强管输入屏吸收后再缩小成像于输出屏。由于输出屏远小于输入屏，输出屏单位面积发出光子的数量就远大于输入屏。定义图像缩小增益gm来描述这种由缩小影像造成的亮度增强，gm等于输入屏与输出屏的面积之比

比如，一输入屏直径为9英寸，输出屏直径1英寸的影像增强管，其图像缩小增益gm就为81。

其次，由于光电阴极逸出的电子向输出屏运动过程中会被加速，电子能量大大增加，导致输出屏上发出的可见光子数会比输入屏发出的可见光子数多，这种光子流量的增加也会导致输出屏上影像的亮度增加。当高能电子撞击输出屏并释放全部动能时，输出屏发出的可见光子数与电子释放的能量密切相关。定义能量放大增益gf来衡量由光子流量增加形成的亮度增强，即

一般影像增强管的gf至少为50。

影像增强器的图像亮度总增益是gm和gf之积，即

例如，某影像增强器的图像缩小增益gm为81，能量放大增益gf为50时，总增益为

（3）影像增强器的优势

影像增强器的使用大大提高了透视成像的图像亮度，使X射线电视、X射线电影得以实现，摆脱了传统透视必需的暗室观察和操作，为隔室控制、会诊、教学提供了条件，也使X射线透视影像的存储方式发生了变革。使用X射线电视进行隔室遥控操作，从根本上消除了X射线对操作人员的辐射危害。

由于采用高荧光灵敏度的物质及新的工艺技术，新的影像增强管输出影像的分辨率比普通X射线透视的影像分辨率高得多，大大提高了对细微病变检查的效果。

用X射线影像增强器电视系统进行透视时，仅用相当于普通荧光屏透视剂量的十分之一，便可获得清晰的X射线透视影像，大大降低了被检者的受照剂量。由于射线剂量的减少，射线管的负荷也降低了，使用更小焦点成像也变为可能，为进一步提高图像质量提供了新路径。