第三节　X线影像的对比度

一、对比度的概念

X线摄影学中，对比度概念十分重要，它是形成X线影像的基础。常规X线摄影中涉及4个对比度概念，即物体对比度、射线对比度、胶片对比度和X线照片对比度。

（一）物体对比度

在X线成像中，导致对X线的吸收、散射不同的物体之间的差异称为物体对比度。

由于人体不同摄影部位的组织成份和构造不全相同，导致不同摄影部位的物体对比度存在差异。例如，乳房的组织成分主要是脂肪和腺体，两者之间的物体对比度小，因此，需要使用低能量X线来增加光电效应的发生概率，以扩大不同组织对X线的吸收差别，使射线对比度增大。

（二）射线对比度

X线透过被照体时，由于被照体密度、厚度等差异造成对X线的吸收、散射不同，使透射线形成的不均匀分布的强度差异称为射线对比度。

X线到达被照体之前是不具有医学信号的，它是强度分布均匀的一束射线。当X线透过被照体时，由于被照体不同部分对X线的吸收差异，使得透过射线不再是均一射线，此即X线信息信号。

（三）胶片对比度

胶片对射线对比度的放大能力称为胶片对比度，其取决于胶片特性曲线的最大斜率或平均斜率。射线对比度所表达的X线信息信号不能被人眼直接识别，只有通过某种介质转换才能形成可见影像。

对常规X线照片影像而言，将射线对比度转换为照片对比度的介质是胶片或屏片系统。不同屏片系统的特性曲线不全相同，对射线对比度的放大效果也存在差别。

对数字X线成像而言，成像介质是影像接收器，转换过程在影像重建阶段，处理过程在概念上类同于屏片系统中根据特性曲线将X线照射量转换为光学密度。为了使影像重建适配于特定的检查类型所需的对比度要求，数字X线系统中内置了许多类型的特性曲线。与屏片系统特性曲线不同的是，数字X线摄影还可以在影像重建后，重新选择和调整特性曲线，使影像密度和对比度符合诊断要求。

（四）X线照片对比度

X线照片上相邻组织影像的密度差，称为照片对比度。用显示器观察时则是指相邻组织或器官的亮度差异，即影像对比度。

照片（影像）对比度大小依赖于被照体不同组织差别导致的物体对比度、X线吸收和散射差别导致的射线对比度，以及胶片对比度对射线对比度的放大效果。与照片对比度不同的是，影像对比度还可以通过软件自由调整，这也是数字X线影像的优势之一。

二、影响影像对比度的因素

X线影像形成的实质是被照体对X线的吸收差异，而X线影像形成的物理因素为密度、对比度、锐利度、颗粒度，几何因素为失真度（影像的放大与变形）。影响影像对比度的因素包括被照体因素、射线因素、数字影像处理技术、影像显示装置（医用观片灯和显示器）的特性。

（一）被照体因素

照片对比度是射线对比度被胶片放大的结果，射线对比度又是被照体对X线吸收和散射的结果。不同被照体对X线的吸收、散射差异，与被照体的原子序数、组织密度、厚度以及照射的X线波长有关。

1.原子序数

在诊断放射学中，被照体对X线的吸收主要是光电吸收，特别是使用低kVp时，光电吸收效应的发生概率随物质原子序数的增加而增加，人体骨骼由含高原子序数的钙、磷、氧组成，与肌肉、脂肪相比，能吸收更多的X线。因此，骨骼与肌肉、脂肪就能有更高的对比度。例如，要想发现较小的浸润性病灶，对照片质量要求很高，而肺结核的钙化灶，即便比上述浸润病灶小，就是在不太满意的影像上也可以发现，这是因为构成病灶的物质原子序数不同，产生的对比度也不同。

2.组织密度

指单位体积内物质的质量。被照体组织密度越大，X线吸收越多。人体除骨骼外，其他组织的密度大致相同。就构成组织的密度来讲，肺与其他脏器相似，但活体肺是充气组织，其内气体与血液、肌肉的X线吸收比例约为1∶1 000。因此，肺与邻近组织器官之间有很好的对比度。

3.厚度

被照体密度和原子序数相同时，射线对比度主要受厚度影响。例如，胸部X线影像中，前、后肋骨阴影与肺组织之间形成的对比度不一样，其原因与后肋骨的组织密度和厚度大于前肋骨有关。另外，当组织出现气腔时，也能造成组织厚度的差别，这是因为空气对X线几乎没有吸收，在软组织中出现空腔就相当于把厚度减薄。

（二）射线因素

1.X线质

是衡量X线穿透能力的表达方式，由X线的波长（或频率）决定。管电压（kVp）越高，光子能量越大，X线波长越短，X线质越硬，穿透力越强，被照体对X线的吸收衰减越少，反之亦然。

X线光电效应的发生概率大约与X线波长的三次方成正比（与管电压的三次方成反比），与被照体原子序数的四次方成正比，但被照体本身因素并非都能人为改变，因此，调整曝光参数是常用的方法。利用这一特性，乳腺X线摄影时使用低kVp的X线，使光电效应发生概率增加，以此来扩大不同组织对X线的吸收差别，获得适宜的影像对比度。

对数字X线摄影而言，X线质仍然是影响射线对比度的因素，这是因为无论是常规X线摄影、还是数字X线摄影，射线对比度都是被照体对X线的吸收和散射作用的结果。不同的是，数字X线摄影系统的影像处理技术可以在一定范围内调整和改变影像对比度。

2.X线量

是X线束中的光子数量，用X线管的管电流与X线照射时间的乘积表示。常规X线摄影时，增加X线量意味着增加了透过被照体的光子数，使影像密度增高，反之亦然。数字X线摄影时，增加X线量也增加了透过被照体的光子数，使X线量子斑点导致的量子噪声减小，影像质量提高，但受检者的受辐射剂量也增加。因此，无论是常规X线摄影还是数字X线摄影，都应使用适宜的曝光参数。

3.散射线

是指X线与物质作用时，原发射线与物质的原子外层轨道电子或自由电子碰撞后改变方向的射线。散射线可使影像整体上出现灰雾，影响影像对比度，因此，必须尽力减少和消除散射线。

（三）数字影像处理技术

是指综合利用计算机图形学和图像处理技术，对数字成像装置获得的人体信息影像进行的处理。例如，窗口技术可以调节整幅影像的密度、对比度，使正常组织或病变组织更易于观察、分辨；组织均衡技术将整幅影像分解成不同的密度区域并分别处理，用以改善影像中不同密度区域的对比度。

（四）医用观片灯的色温与亮度

医用观片灯的色温（光源的波长）与亮度影响影像密度和对比度的视觉效果，这是因为适宜波长的刺激和视细胞是产生视觉的必要条件。人眼只能感知波长380~780nm之间的电磁波，即电磁波谱中的可见光范围，正常视力的人眼对波长约为555nm的电磁波最为敏感。视网膜中的视锥细胞对明亮光线敏感，能分辨物体的细节，并且这种分辨能力随亮度变化，亮度增加时分辨能力增加。

例如，用医用观片灯观察高密度影像时，提高观片灯亮度或观察低密度影像时降低观片灯亮度，则可以使影像细节更容易被观察清楚。