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《医学影像成像原理》精品课程 第二章上网习题
一、专业名词解释与翻译 1．感光度：sensitivity
感光材料对光作用的响应程度，也即感光材料达到一定密度值所需曝光量的倒数。医用X线胶片感光度定义为，产生密度1.0所需曝光量的倒数。 2．相对感度：elative speed，RS
对不同增感屏之间的增感率进行比较，一般将CaWO4屏的增感率为40，这个增感率规定为中速增感速度(RS100)以此作为标准，其它增感屏的增感速度与这个标准相比较后获得一个相对数值。
3．T颗粒技术：T-grain technique
将乳剂中的卤化银晶体颗粒切割成扁平状，并在乳剂中加入品红染料，以减低荧光交进效应，并与发绿色荧光的增感屏匹配使用的技术。 4．实际焦点：actual focal spot
阴极灯丝射向阳极的高速电子流，经聚焦后撞击在阳极靶面上的面积称为实际焦点。
5．有效焦点：effective focal spot
实际焦点在X线投射方向上的投影面积称为有效焦点。 6．阳极效应：anode effect 近阳极端的有效焦点小，X线量（强度）少；靠近阴极端的有效焦点大，X线量（强度）大的现象。 7．半影：penumbra
由于X线管焦点是一个面光源，所以在X线成像时，影像上会显示出本影以外的影像逐渐变淡的部分，该部分称半影（模糊直径）。半影是一个不完美的，围绕在投影周围的不锐利的阴影。
8．焦点的极限分辨力：focal point resolution
是在规定的测量条件下不能成像的最小空间频率值，R=1/2d。 9．光学密度：optical density
是胶片乳剂层在感光及显影作用下黑化程度的物理量，数值上等于照片阻光率的对数值，D=lgO=lgI0/I
10．X线对比度：X-ray contrast
透过被照体不同组织形成的X线强度的差异。KX=I/I′ 11．胶片对比度：film contrast
X线胶片对X线对比度的放大能力。胶片特性曲线上直线部分的斜率，或称H-D曲线的最大斜率。反差系数γ用特性曲线的倾角正切表示：γ＝tgα。 12．光学(照片)对比度：optical contrast
X线照片上相邻组织影像的密度差称照片光学对比度。K=D2－D1 13．人工对比度：artificial contrast
在一些器官内，如消化道、泌尿系统、生殖系统、血管等器官内注入原子序数不同、或者密度不同的物质就形成了X线对比度，此方法形成的对比度称为人工对
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比度。
14．锐利度：sharpen
X线照片影像上相邻组织影像界限的清楚程度。 15．栅比：grid radio
栅比(R)是铅条高度(h)与铅条间距(D)之比。 16．栅密度：grid density
表示在滤线栅表面上单位距离（1cm）内，铅条与其间距形成的线对数，用线/厘米表示。
17．对比度改善系数：contranst improvement factor 是使用和不使用滤线栅时的对比度之比： 18．空间频率：spatial frequency
单位空间距离内完成周期性变化的次数为空间周期性变化函数的频率，亦称空间频率。
19．焦点的调制传递函数：modulation transfer function
是描述X线管焦点这个面光源在照片影像上产生半影模糊而使影像质量受损的空间频率的函数。
20．斑点(噪声)：mottle（noise）
在X线照片影像上对比度较低的区域分布有不规律的黑色斑点；照片密度或影像亮度的随机变化称为影像噪声。 21．量子斑点：quantum mottle
从X线管发出的X线量子数到达影像探测器(屏-片系统、IP、FPD)的空间分布是随机的，所产生的X线量子数“统计涨落”形成斑点称量子斑点。 22．均方根粒状度值：root mean square，RMS
描写随机分布的密度函数差异的参量，即统计学上描述 “统计涨落”的物理量是RMS，X线照片上的RMS粒状度用σ(D)表示：
由于测得的σ(D)值很小，将σ(D)×1000作为RMS粒状度值。 23．体素：voxel
代表一定厚度的三维空间的人体体积单元称为体素。体素是一个三维的概念。 24．像素：pixel
又称像元，指组成图像矩阵中的基本单元。像素实际上是体素在成像时的表现。像素的大小可由像素尺寸表示。 25．灰阶：gray level
在影片或显示器上所呈现的黑白图像上的各点表现出不同深度灰色。 26．矩阵：matrix
是一个数学概念。表示一个横成行、纵成列的数字方阵。 27．图像矩阵：imaging matrix
图像矩阵为每幅画面观察视野所含像素的数目。 28．图像重建：imaging reconstruction
用采集的原始数据经计算而得到(二维或三维)显示图像数据的过程称为重建。 29．计算机X线摄影：computed radiography，CR
是使用可记录并由激光读出X线影像信息的IP作为载体，经X线曝光及信息读出处理，形成数字式平片影像。 30．影像板：imaging plate，IP
CR成像中作为采集(记录)影像信息的载体。可以重复使用，但没有显示影像的功能。
31．数字X线摄影：digital radiography，DR
是指计算机控制下，采用一维或二维的X线探测器直接把X线影像信息转化为数字信号的技术。
32．平板探测器：flat panel detector，FPD
FPD分为a-Se直接转换平板探测器和用CsI＋非晶硅的间接转换平板探测器，前者是将X线直接转换为电信号的直接数字X线摄影用的影像接收器件；后者是将X线先转换成荧光，然后再转换为电信号的间接数字X线摄影用的影像接收器件。 33．数字减影血管造影：digital subtraction angiography，DSA
是基于顺序图像的数字减影，其结果是在减影图像中消除了整个骨骼和软组织结构，使浓度很低的对比剂所充盈的血管在减影图中被显示出来，具有很强的对比度。
34．蒙片（掩模）：mask
DSA中未注入造影剂前或造影剂浓度降到接近零时摄取的作减影用的X线片。 35．医学影像存储与通讯系统：picture archiving and communication system，PACS
以高速计算机为基础，以高速网络和通讯方式联接各种影像设备，利用大容量存储技术，以数字的方法存储、管理、传送和显示医学影像与相关信息的系统。 36．计算机辅助诊断：computed aided diognosis，CAD
CAD是利用计算机建立一定的数学模型，对医学影像进行特定的处理以提高诊断准确性的一种方法。
二、问答题
1．简述X线照片光学密度概念，分析影响照片密度的主要因素（10分）。
答：X线照片的密度D是指透明性照片的暗度或不透明程度，也常称黑化度。照片的光学密度即照片阻光率的常用对数值，数值上等于照片阻光率的对数值，D=lgO=lgI0/I
影响照片密度的主要因素：
（1）mAs是影响密度的主要因素。在正常的X线摄影曝光范围内，密度与X线曝光量H成比例。 （2）管电压(kV)：管电压控制了X线光子的平均能量，因此，在其它因素不变时，改变kV就改变了X线强度，也改变了X线照片密度。D与kVn成正比，kV值变化比mAs变化对D的影响要大。
（3）摄影距离：X线强度与距离的平方成反比，随距离的增大，X线的强度下降，
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照片的密度会减低，D与R2成反比。
（4）屏-片组合：增感屏的增感率越大，X线光子转换成荧光的能力越强，所获得的照片密度越大；胶片的感光度越高的X线胶片，获得的照片密度越大。 还有X线发生器、滤过、阳极效应、滤线栅、暗室处理技术(显影液配方、显影液浓度、显影温度、冲洗时间、药液的老化等)、X线束、解剖部位及病理情况等因素影响照片密度。 2．简述X线照片光学对比度概念，分析影响照片光学对比度的主要因素（10分）。 评分标准：1．光学对比度概念 2分； 2．4个主要因素 每个2分。
答：照片上相邻二处的密度之差称作光学对比度，K=Dl－D2。 影响照片光学对比度的主要因素：
1．X线质：从X线透过的角度讨论，kV决定X线的线质，即穿透能力；又控制着影像对比度。用一定γ值的胶片而应用不同线质的X线摄影时，得到的照片对比度不同。低kV摄影表现出高对比度影像效果；高kV摄影时影像表现出低对比度的影像效果。
2．胶片γ值：应用γ不同的胶片摄影时，所得的照片影像对比度是不同的。用γ值大的胶片比用γ值小的胶片获得的照片对比度大；使用屏-片组合所获得的照片对比度，将明显高于无屏时的照片对比度。
3．X线量mAs：X线量增加，照片密度(D)增高时，照片上低密度部分影像的对比度有明显好转。
4．散射线：导致影像对比度降低。
另外，人体吸收、照片冲洗技术及视觉生理学等因素影响照片光学对比度。
3．简述X线胶片的感光特性及其测试、计算方法（画出示意图）（15分）。 评分标准：1．画出H-D曲线 2分； 2．Dmin(Dmax)、S、γ( )、L、 6分； 3．测试方法 2分。 答：X线胶片的感光特性有：
（1）灰雾度：是胶片未经曝光而直接显影后形成的密度值。包括：片基灰雾(BD)和乳剂灰雾(FD)。片基灰雾是由片基材料构成的密度，即胶片未经曝光就放置于定影液中处理，将AgX全部溶解之后的密度Dmin；乳剂灰雾是乳剂制作中，为谋求一定的感光度而不可避免产生的副作用。乳剂灰雾不能直接测量，可通过本底灰雾减去片基灰雾得到，即FD=Dmin－BD。 （2）感光度（S）：是胶片的感光材料对光的敏感程度。医用X线胶片感光度定义为，在X线照片上产生密度1.0加上Dmin所需要的曝光量(H)的倒数：
（3）对比度：表示方法有：反差系数(γ)和平均斜率( )。
1)反差系数(γ)：反差系数反映的是直线部分的斜率，或称曲线的最大斜率。反差系数γ可用特性曲线的倾角正切表示，
2)平均斜率( )：连接特性曲线上指定两点密度D1（Dmin＋0.25）和D2（Dmin＋2.0）的直线与横坐标夹角的正切值。它所反映的是该胶片对X线对比度的平均放大能力：
（4）宽容度(L)：指连接特性曲线上指定两点密度所对应的曝光量范围，被指定的两点分别是胶片特性曲线上密度(Dmin＋0.25)所对应的曝光量lgH1和密度(Dmin＋2.00)所对应的曝光量lgH2。即：L=lgH2–lgH1
（5）最大密度(Dmax)：对某种感光材料来说，密度上升到一定程度时，不再因曝光量的增加而上升，此时的密度值称为最大密度Dmax。
测试方法：铝梯定量测试法(双倍曝光量法)。是在使用铝梯厚度改变X线强度的基础上，根据1g2＝0.3的数学关系加以定量测定的方法。在铝梯下方加一层0.5mm厚的铜片。测试过程是：①曝光。利用铝梯做为光楔模板，对同种的两张X线胶片进行X线曝光，其中一张接受的曝光量是张的2倍(两次重复曝光)。单纯X线胶片则在纸板内进行。铝梯级数要有21级或11级。②显影加工。将这两张胶片在标准显影加工条件下冲洗。③测量密度。用光学密度计测量各级密度值。④绘制特性曲。绘制出铝梯级数(厚度差)与密度关系的曲线Ⅰ和Ⅱ。在此坐标图的右方(或另外取坐标纸)画出两条坐标轴，纵轴为照片密度，横轴为相对曝光量对数，把(a)图中的a点密度作为(b)图曝光轴上“H0”点相对应的密度a′，而(a)图的b点由于接受的是a点的二倍曝光量，所以把b点密度作为(b)图曝光轴0.3点相对应的密度b′(1g2=0.3)；然后，把(a)图b点水平移动(即通过b点作横坐标平行线)与曲线Ⅰ相交于c点，再作c点的垂线与曲线Ⅱ相交于d点。由于d点是b点的二倍曝光量，所以把d点密度作为(b)图曝光轴上“0.6”点相对应的密度d′。依次类推，即可得一条该胶片的特性曲线。
4．试述X线照片光学对比度的临床意义及改变照片对比度的方法（10分）。 答：X线照片光学对比度是相邻组织影像的密度差。若无对比度，人眼所观察的照片将是一片白或一片黑。X线照片对比度将受四个方面的影响，可以根据这四个方面来改变照片对比度：
1）X线胶片对比度： 值越大照片对比度越大，若想提高对比度，可采用 值大的胶片；
2）管电压：管电压低时，照片对比度高，适合软组织摄影；管电压过高时，对比度降低，但层次好；
3）管电流：管电流增加时，对低密度组织可获得交好的照片对比度；
4）本底灰雾：本底灰雾增加，照片对比度下降，因此要获得交好的对比度，应尽量减少本底灰雾。
*5．简述X线照片斑点概念，并分析其组成成分及表示照片颗粒度的两个参量的物理意义（10分）。
评分标准：1．照片斑点概念 2分； 2．3个组成成分 2分；
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3．RMS 3分； 4．WS 3分。
答：X线照片影像上的噪声，称X线照片斑点。X线照片斑点，是指同样的照射线量所形成的照片密度值应是均匀一致的，而实际上却在照片上形成了随机的密度差。阅片时人眼有一种“粗糙”的感觉，这种眼晴感觉到的“粗糙”称心理粒状性。用测孔是μm级的显微密度计测其数值。这种用精密仪器测出的有关X线照片斑点的物理量称作物理照片粒状性。斑点的实质是指X线量子统计涨落在照片上的记录反应。
斑点组成主要有3个：
①从X线管发出的X线量子数到达屏-片系统的“统计涨落”就形成量子斑点； ②增感屏的结构斑点；
③X线胶片感光颗粒大小不等、分布不均匀形成X线胶片的粒状性。
第1个参量：描写随机分布的密度函数D(x)差异的参量，即统计学上描述“统计涨落”的物理量是RMS，X线照片上的RMS粒状度σ(D)计算式：
由于测得的σ(D)值很小，将σ(D)×1000作为RMS粒状度值。
RMS是描述不同屏-片组合系统斑点大小的重要物理参量。RMS值大，此屏-片组合噪声就多，相反RMS小，就表示该组合系统的噪声少。 第2个参量：随机函数ΔD(x)的WS： 或
L必须充分长。屏-片系统的威纳频谱：①对X线胶片，WS值与空间频率值变化无关；②任何屏-片组合系统，WS都是随着空间频率ω的增大而迅速减小的；③用稀土增感屏的WS值大，而用低感度、产生模糊值小的增感屏的WS小。
6．简述X线管焦点极限分辨力的概念、测试及计算方法（15分）。 答：（1）焦点的极限分辨力R（LP/mm）是在规定测量条件下不能成像的最小空间频率值。记作：
其中2d为X线管焦点的线扩散函数（LSF）的半值宽度，用星形测试卡（简称星卡）测试时，2d是星卡像面上第一个模糊带的一对楔条对应的弧长；Z为模糊带直径；θ为楔条顶角的角度。 （2）测试方法：
设备：主要是星卡。星卡是由相间放置的一组具有对X线吸收率高低不同的楔条构成的测试卡，高吸收率楔条用铅条或与其等效材料制造，厚度约为0.03～0.05mm，楔条的顶角等于或小于2°角，星形测试卡的直径至少为45mm。测试用胶片须用微粒胶片，不用增感屏。
方法：拍摄星卡照片须做好准直，要求X线中心线垂直于星卡平面。调节星卡至焦点和胶片的距离，使测得的星卡照片上两个方向上的最外模糊区尺寸ZW、ZL大于或尽量接近星卡像直径的三分之一，但不小于25mm（放大倍率按规定）。选择适当的曝光条件使胶片充分显影后的最大密度值在1.0～1.4之间，Dmin≤0.2。
（3）计算方法：测量星卡照片上垂直于X线管长轴方向和平行于X线管长轴方向上的模糊区直径ZW、ZL及星卡照片的放大率M，并根据已知楔条顶角的角度，计算出焦点面上二个方向的极限分辨力。 焦点面上的极限分辨力为：
其中 、 分别为焦点像面上及焦点面上的极限分辨力； 、 分别为焦点面上，垂直于X线管长轴方向与平行于X线管长轴方向的极限分辨力；ZW、ZL分别为星卡照片上二个方向上的模糊区直径； 为星形测试卡照片放大率。
（4）结果分析：X线管焦点小其极限分辨力就大，反之X线管焦点大其极限分辨力就小；焦点上的线量分布为单峰时其极限分辨力大，焦点上的线量分布为多峰时其极限分辨力小；R值大的焦点成像性能比R值小的好。 7．分析CR成像基本原理（10分）。
评分标准：1．信息采集 2分； 2．信息读出 2分； 3．信息处理 2分； 4．显示、记录 2分； 5．CR系统的四象限理论图 2分。 答：透过被检体入射到CR系统中IP的X线量子被IP的成像层内的荧光颗粒吸收，释放出电子，其中一部分电子散布在成像层内呈半稳定状态，形成潜影（信息采集）；
当用激光照射已形成的潜影时，半稳定状态的电子释放出光量子，发生PSL现象，光量子随即由光电倍增管检测到，并被转化为电信号，这些代表模拟信息的电信号再经ADC转换为数字信号（信息读出）；
读出的影像信息被馈送到第三象限的影像处理装置(第三象限)中，可根据诊断要求施行谐调处理、频率处理和减影处理。然后数字信号被传送到存储元件中作进一步处理（信息的处理）；
馈入影像再现(第四象限)，影像记录装置IRC的影像信号重新被转换为光学信号以获得X线照片。IRC对CR系统使用的胶片特性曲线自动实施补偿，以使相对于曝光曲线的影像密度是线性的。
8．简述CR的四象限理论（10分）。 答：影像信息采集（第一象限）：CR系统的影像是通过一种涂在IP上的特殊物质—光激励发光物质来完成影像信息的采集。第一象限表示IP的X线辐射剂量与激光束激发的光激发发光（PSL）强度之间的关系。二者的关系在大于1:104范围是线性的，使CR系统具有高的敏感性和宽的动态范围。 影像信息读取（第二象限）：储存在PSL物质中的影像信息是以模拟信号的形式记录下来的，需使用激光扫描仪将其读出并转换成数字信号。随着激光束的扫描，IP上释放出的PSL被自动跟踪的集光器收集，经光电倍增管转换成相应强度的电信号，并被进一步放大，再由ADC转换成数字化的影像信号。扫描完一张IP，便可得到一幅完整的数字图像。第二象限表示输入到影像读出装置（IRD）的信号和输出信号之间的关系。
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影像信息处理（第三象限）：影像处理装置（IPC）。经IPC处理，显示出适用于诊断的影像，可根据诊断要求施行谐调处理、频率处理和减影处理。 影像再现（第四象限）：影像记录装置（IRC）。馈入IRC的影像信号重新被转换为光学信号以获得X线照片。IRC对CR系统使用的胶片特性曲线自动实施补偿，以使相对于曝光曲线的影像密度是线性的。第四象限决定了CR系统中输出的X线胶片的特性曲线。其特性曲线是依据X线剂量和成像范围自动改变的。
9．简述谐调处理（层次处理）的作用，谐调处理四个参数的作用、方法（10分）。 答：谐调处理的作用主要用来改变影像的对比度、调节影像的整体密度。 四个参数的作用、方法： （1）谐调曲线类型（GT）：谐调曲线是一组非线性的转换曲线，其作用是显示灰阶范围内各段被压缩和放大程度，A线：产生大宽容度的线性层次；B～J线：属系统性变化的非线性层次曲线，类似于屏-片系统，肩部是高密度区，足部是低密度区；K～L线：为血管数字减影所设置的特别高对比度的非线性曲线；M线：线性黑白反转；N线：为胃肠造影(G．I)专门设定的非线性曲线；O线：主要用于优化骨骼的非线性曲线；P线：主要用于优化胸部肺野区域产生的微小密度变化的影像。 （2）旋转中心（GC）：为谐调曲线的中心密度，改变GC即改变了曲线的密度中心，甚至可由正像变成负像，或相反。 （3）旋转量（GA）：主要用来改变影像的对比度。旋转量有一定的数值范围是－4～4（不包括0）。当GA＝l时，表示所选择的谐调曲线上无对比度的变化，相当于屏-片系统中H-D曲线的γ=1时，输入与输出影像的对比度无变化；GA大，对比度大。 （4）谐调曲线移动量（GS）：GS=－1.44～1.44，利用微细调节来获得最优化密度。GS用于改变整幅影像的密度。降低GS值，曲线向右移，减小影像密度。
10．简述直接型FPD数字X线摄影原理，并画图说明（10分）。
答：直接型FPD主要由导电层、电介层、Se层、顶层电极、集电矩阵层、玻璃衬底、保护层，以及高压电源和输入输出电路组成。 集电矩阵由按阵元方式排列的TFT组成，a-Se涂覆在集电矩阵上。当X线照射a-Se层时，由于光电导性产生一定比例的电子-空穴对，在顶层电极和集电矩阵间外加高压电场的作用下，电子和空穴以电流形式沿电场移动，导致TFT的极间电容将电荷无丢失或散落地聚集起来，电荷量与入射X线光子成正比。每个TFT成为一个采集图像的最小单元(像素)。每个像素区域内形成一个场效应管，它起开关作用。读出时，某一行被给予电压，这一行的开关就被打开，电荷从被选中行的所有电容中按顺序逐一送到外电路。由于正负电荷主要沿电场线运动，只有在X线直接吸收的像素上才发生像素对电荷的收集，每个X线光子产生的电荷不会扩散到相邻像素中去。
在大型电路中将产生几个信号同时被读出，TFT被来自高速处理单元的地址信号激活时，聚集的电荷就会被以电信号的形式读取到高速信号处理单元中，经读出