第五节　X线影像的锐利度

一、锐利度的概念

（一）锐利度

锐利度是指影像上两条相邻的X线吸收不同的组织影像，其影像界限的清晰明了程度，也是相邻影像密度的转换中逐渐变化或快速变化的程度。

若相邻组织密度差（亦即影像对比度）为D2-D1，D1到D2的移行距离为H，锐利度为S，则：S=（D2-D1）/H

从公式可知，当D2-D1=0时，锐利度不存在，这说明影像锐利度是以影像对比度为基础的。

当密度移行距离（H）一定，影像对比度（D2-D1）越大，影像锐利度越高；

当影像对比度（D2-D1）一定，密度移行距离（H）越小，影像锐利度越高。

然而，这是从物理学的角度来分析的，与人眼的感觉并不始终一致。例如，当密度的移行角度相同，而影像对比度（D2-D1）和密度移行距离（H）不同时，即使用公式计算出的锐利度相同，但人眼却感觉锐利度有变化。

需要指出的是，锐利度与清晰度不是一个概念，清晰度是影像能够反映被照体细微结构的综合能力，受分辨力、模糊度、颗粒度以及再现性等影响。

（二）模糊度

经X线衰减而形成的被照体影像，是由被照体本影和本影以外的半影构成的，半影可导致影像模糊。分析影像锐利度时，常使用模糊度这一概念。

模糊度是锐利度的反义词，也称不锐利度，表示从一个组织的影像密度过渡到相邻的另一组织影像密度的幅度。模糊度即锐利度计算公式中H值，单位是mm。当两个相邻影像的密度移行幅度（模糊度）H≥0.2mm时，视觉就会感到影像的模糊。移行幅度越大，模糊度越大，影像边缘越模糊。

（三）数字X线影像的锐利度

数字X线影像是由像素组成的矩阵构成的，矩阵中各点的灰度值用像素值表示。相邻像素的灰度值变化幅度类似于模拟影像中的密度移行幅度，变化幅度越大，模糊度也越大。空域中像素值变化快的，在频域中对应于高频成分，在影像上与高对比物体边缘或微小结构相对应。

所谓空域和频域，是从不同视角对影像进行的描述方法。以矩形波测试卡中的信号为例，2.0LP/mm是指在空域中每毫米长度内可以观察到2个线对（4条等宽线）、即0.25mm大小的影像细节。频域是正弦波或矩形波在单位时间或单位距离内的重复次数。对于医学影像来说，空域中的2.0LP/mm在频域中对应于单位距离内（mm）有2.0个重复周期。空域和频域可以互相转换，有些影像处理方法适合在空域中进行，有些影像处理方法适合在频域中进行。

数字影像处理技术中的锐化处理，可以选择性地增强不同频率成分的影像边缘信息，改善影像锐利度，使影像中感兴趣区的轮廓易于辨认，影像信息更易于观察识别。但是，由于影像中的边缘信息与噪声都属于高频成分，因此，锐化处理的同时也会使影像颗粒度变差、噪声加大。

二、影响影像锐利度的因素

导致影像不锐利的原因包括几何学模糊、移动模糊、影像接收器的结构模糊等，其中最主要的是移动模糊，其次是几何学模糊。

（一）几何学模糊

由几何投影关系产生的半影导致的影像模糊，称为几何学模糊。

几何学模糊中的半影大小，取决于X线管焦点尺寸、被照体-影像接收器距离以及焦点-影像接收器距离。

1.X线管焦点尺寸与半影

X线管焦点尺寸越大，半影越大，影像锐利度越差。

另外，X线管阳极靶面有一定倾斜角度，使X线管阳极端的X线强度以及有效焦点尺寸均小于阴极端，阳极端影像锐利度也因此大于阴极端。这种效应即阳极效应，或称焦点的方位特性。

2.被照体-影像接收器距离

当X线管焦点尺寸、焦点-影像接收器距离固定时，半影随被照体-影像接收器距离的增加而增大。反之，若被照体越靠近影像接收器，则半影越小，影像越锐利。

3.焦点-影像接收器距离

焦点-影像接收器距离越大，X线束越趋向平行，半影越小。在X线摄影中不可能无限制增大焦点-影像接收器距离，因为X线强度依照反平方定律减弱。实际工作中，应根据不同摄影部位的诊断学要求，在保证半影导致的模糊度低于人眼所能识别的前提下，合理设置摄影距离。

几何学模糊不能消除，但可控制。例如，被照体（或病变侧）尽可能贴近影像接收器、尽可能使用小焦点、尽可能使用较大的焦点-影像接收器距离等。其中，选择小焦点是最为重要的。

（二）移动模糊

X线成像过程中，由于X线管、被照体或影像接收器运动而导致的影像边界不清晰的现象称为移动模糊。

X线曝光时，X线管、被照体和影像接收器均应保持不动状态。若其中有一个移动，则影像必然出现模糊。

产生移动的原因有两种：设备移动和被照体移动。

被照体移动又分两类：生理性移动和意外性移动。

生理性移动是指诸如呼吸、心脏搏动、胃肠蠕动、痉挛等，其中只有呼吸移动可以通过屏息暂时加以控制。意外性移动是指患者的体位移动，应通过必要的准备工作进行控制。例如，检查前做好解释工作，消除患者的紧张心理状态，取得患者的合作；对不合作的患者可以人为干预控制。又如，尽量缩短曝光时间、选择运动小的时机曝光、使用约束带固定被检部位、给予适当的镇静剂等。

移动使影像产生更大模糊，因为除了无法消除的几何模糊外，还要叠加上因移动产生的模糊。

（三）影像探测器材料和结构导致的影像模糊

间接转换方式的数字X线系统，入射X线投射到影像探测器上时，先照射到闪烁体层的发光晶体，该晶体吸收X线能量后，以可见光的形式将能量释放出来，经光电转换、模数处理等过程重建出数字X线影像。闪烁晶体的大小、形状、厚度、涂布方式对影像锐利度都有影响。以碘化铯为例，该闪烁晶体被加工成针状结构并与探测器表面垂直排列，针状结构的通道可以减少闪烁体对光的扩散，进而减小影像模糊。

直接转换方式的数字X线系统，入射X线使硒层产生电子-空穴对，在外加偏置电压作用下，电子和空穴向相反方向移动形成电流，电流电荷储存在薄膜晶体管的极间电容中，经模数转换等过程形成数字X线影像。由于电子和空穴是沿着电场运动，在运动过程中没有横向电荷散布，因此，点扩散非常小。并且，非晶硒不产生可见光，影像探测器中没有光电转换过程，也就不存在光扩散导致的影像模糊。这也是目前数字乳腺X线摄影装置中多选用非晶硒平板探测器作为影像接收器的原因之一。

（四）分辨力与锐利度的关系

锐利度本身无具体表征单位，它或是以模糊度或分辨力进行评价。所谓分辨力，是指某种成像介质区分两个相邻组织影像的能力，以每毫米能分辨出的线对数表示。一般来说，当视力1.0时，在明视距离30cm处，人眼最高分辨力为5.5LP/mm。视觉对影像分辨力的判断与密度有很大关系，影像密度在1.0~1.5时分辨力最高，在0.5以下或2.5以上时分辨力约下降50%。

分辨力表示的是识别影像细节的能力，因此，它是影像评价的重要指标之一。但分辨力所能表征的影像特征有很大局限性，因为它是个极限值，特别是对整个成像系统进行评价时。

锐利度、模糊度及分辨力的定义各不相同，应用也各有侧重，但所表达的内容是一致的，都受同样因素的影响，如几何关系、颗粒度和被照体运动状态等。因此，在谈及X线影像质量时，这3个词经常会交叉使用。

（五）分辨力与MTF

当调制传递函数（modulation transfer function，MTF）曲线绘制出来以后，分辨力与MTF的测量实际上十分简单。以图2-3为例，随着空间频率的加快，MTF曲线下降，最终与横坐标相交，相交点所处频率的信息输出为0，此处的空间频率即是该成像系统的极限分辨力（15LP/mm）。人眼不能识别MTF值0.1以下的密度差异（低于10%），因此，　对于人眼来讲，图2-3表示的成像系统，最终分辨力应为MTF值0.1下的空间分辨力（12LP/mm）。

分辨力与MTF之间不一定总是统一的。影像清晰度取决于适宜人眼辨别能力的低空间频率的MTF值，如图2-4所示，尽管胶片A具有高分辨力，但低频部分有增强特性的胶片B能使人眼识别的影像显得更加清晰。

MTF还可以测试X线成像系统中每个成像单元对影像质量的影响比率，如X线管、增感屏、X线胶片、影像增强器等，同时，也可以简化其分析过程。假定X线管的MTF值为0.5，这就意味着输入到屏片体系之前，信息已损失了50%。假定所用增感屏的MTF值为0.3，胶片的MTF值为0.2，这就意味着相对于原有输入的信息量来说，当通过屏片体系输出时，其MTF值为0.5×0.3×0.2=0.03，即仅有3%的信息被屏片体系记录和传递（图2-5）。

三、影像密度、对比度、锐利度的关系

影像的密度、对比度、锐利度三者，或分别或相互关联地对影像质量产生影响，三者不能截然分开。密度是影像对比度及锐利度存在的基础，影像对比度可以因密度的改变而改变，密度过高或过低的影像，其对比度都低。而锐利度又建立在对比度基础上，密度过高或过低时的影像对比度低，锐利度也差。

使用滤线栅摄影虽然能达到减少或滤除散射线的目的，但在提高影像对比度的同时，也因增加了被照体-影像接收器距离而使几何学模糊增大。在实际工作中，这些因素是既相互关联、又相互制约的。因此，要遵循这样一个原则，即排除最大的有害因素，而采取最适当的操作技术，以获得符合诊断要求的影像。