第七节　乳腺X线影像的形成特点

一、乳腺X线成像的物理基础

X线在到达被照体之前不具有任何医学信号，只有X线透过被照体后，产生X线强度的分布差异，才形成了被照体的X线影像信息。这种X线强度的分布差异取决于被照体各种组织的线吸收系数以及被照体厚度。

所谓线吸收系数，是指射线在物质中穿过单位距离时被吸收的概率，又称为线衰减系数，以字母μ表示。

线吸收系数（μ）的大小，取决于被照体构成物质的原子序数（z）、密度（ρ）以及X线波长（λ）。

μ=K×λ3×z3×ρ

其中，K为常数。

乳房是由软组织构成的器官，主要由腺体组织、脂肪组织和皮肤构成，其组织密度、线吸收系数都很接近（表2-1），很难通过乳房组织自身的物体对比度来扩大X线吸收差异。

由线吸收系数计算公式可知，决定线吸收系数的诸多因素中，只有X线波长（λ），即X线管电压可以人为改变，因此，乳腺X线摄影通过选用低管电压发生的软X线来控制X线波长，进而扩大乳房组织对X线的吸收差异，即扩大射线对比度。

图2-6所示为浸润性导管癌与正常腺体、脂肪在不同能量下的X线衰减系数变化。从中可见，乳腺正常腺体组织与脂肪组织在20~30keV时的X线衰减差异较大，而浸润性导管癌组织与正常腺体组织之间在20~25keV时X线衰减差异较大，到35keV时，腺体与浸润性导管癌组织的X线吸收差异几乎为0，这就提示，浸润性导管癌组织与乳腺正常腺体组织以及脂肪组织之间的X线衰减差异，均是随着X线能量的增大而逐渐减小。

图2-7所示为导管癌在不同能量下的X线对比度变化，从中可见，大约在25keV以下能量时，导管癌的X线对比度急剧上升；而在35keV以上时，导管癌呈现出来的X线对比度变得非常小。

尽管近年来也出现了铑靶甚至是钨靶的X线管，用于致密性乳腺X线摄影时，可以缩短曝光时间、降低曝光剂量和避免影像模糊，但X线的线吸收系数随着X线能量增加而逐渐减小这一规律未变。因此，目前，低能量软射线仍是乳腺X线成像的物理基础。

X线透过乳腺时，由于乳腺对X线的吸收、散射而减弱，透射线仍按原方向直进，投射于影像接收器，经一系列影像处理过程后，最终形成密度不等的X线照片影像。其中，腺体组织呈稍高密度影，脂肪组织呈略低密度影（图2-8）。

二、数字与屏片乳腺X线摄影的比较

乳腺钼靶X线摄影是目前诊断乳腺疾病的首选方法，具有简便易行、空间分辨力高、重复性好、能保存图像等特点，特别是在微小钙化的显示方面，能观察到小于0.1mm的微小钙化点及钙化簇，比超声、磁共振检查更具优势。目前，乳腺钼靶X线摄影是对乳腺病变钙化点进行准确判断与鉴别的金标准，也是乳腺癌筛查的首选方法。

数字乳腺X线摄影装置用影像探测器替代屏片系统，具有量子检出效率高的特点，所获影像具有数字影像的共性，是目前乳腺X线摄影的首选装置，并已逐渐取代屏片系统的乳腺X线摄影装置。

（一）屏片乳腺X线摄影

早年曾采用传统的钨靶X线球管进行乳腺X线摄影，所获影像的软组织对比度差。专用的乳腺X线摄影装置，以增感屏-胶片为成像介质，采用钼靶、铑靶作为阳极材料，可以产生比钨靶能量低的X线，以此增加乳腺软组织结构间对X线的吸收差异，获得对比度良好的乳腺影像。

屏片乳腺X线摄影已经有几十年的历史，它以较好的图像质量和较高的敏感性、特异性等特点而被认可。资料显示，用屏片乳腺X线摄影进行乳腺癌筛查可以早期发现病变，降低20%~40%的乳腺癌死亡率。

但是，屏片系统获取的是模拟影像，在实际应用中也存在一定局限性。例如漏诊、重拍，并且屏片系统对X线曝光量响应的动态范围小、影像质量易受暗室冲洗条件影响、X线照片长期保存受限、影像形成后无法调节密度、对比度等。

（二）数字X线乳腺摄影

数字X线乳腺摄影装置是用影像探测器替代增感屏-胶片，具有量子检出效率高，动态范围宽，重拍率低，影像后处理可调节密度、对比度、锐利度以及降低影像噪声的特点，并且可以利用计算机辅助检出系统（computer aided detection，CAD）协助医师识别病变和减少漏诊。数字X线乳腺摄影克服了屏片乳腺X线摄影的局限性，可提高乳腺癌的筛查质量。

用于数字乳腺X线摄影的影像接收器包括CR系统的成像板、CCD探测器、直接转换型平板探测器，间接转换型平板探测器。从辐射剂量和影像质量两方面考虑，使用平板探测器的数字X线乳腺摄影设备，是目前乳腺X线摄影的首选装置。

（三）数字与屏片乳腺X线摄影的比较

总体而言，屏片乳腺X线摄影具有空间分辨力高的特点，能够获得细微的解剖结构影像以及病变细微特征影像。而数字乳腺X线摄影采用空间信号采样，在一定程度上限制了空间分辨力，但影像探测器对X线照射量响应的动态范围宽，识别X线衰减差别的能力比屏片系统强，因而，对不同组织的分辨能力优于屏片乳腺X线摄影。

在屏片乳腺X线摄影中，乳腺照片的每一步骤，如影像采集、显示、存储和查阅都需借助胶片。而数字乳腺X线摄影的采集、处理、重现、存储、分配是分离的，5个独立环节都可以分别优化，这也正是数字乳腺X线系统的优势之一。

屏片乳腺X线摄影与数字乳腺X线摄影的影像形成过程是基于两种不同的成像原理。屏片乳腺X线摄影在曝光后，直接将X线的衰减变化转换为X线潜影进行存储，在影像记录和显示方面存在不足。即屏片系统对X线照射量的响应具有相对固定的特性曲线，曲线斜率决定影像对比度，照射量过低或过高时，影像对比度均下降。并且，屏片系统对X线照射量响应的动态范围小。曲线斜率大的屏片系统虽然有利于增大影像对比度，但对X线进行探测时的曝光宽容度又会减小。由于对比度和宽容度相互制约，因此，需要权衡利弊、折中选择。

数字乳腺X线摄影的影像采集和影像显示是两个独立过程，其优势在于X线强度与系统所记录的电子信号之间是线性响应关系，影像探测器对X线照射量响应的动态范围宽，打印照片或在显示器阅读影像时，可以通过调节显示曲线来优化影像显示结果。

数字乳腺X线摄影检查有许多优越性，如灰阶的动态调整、强大的图像后处理能力、可利用计算机辅助检出系统（CAD）提高X线征象的检出与分辨能力，同时，可以方便地进行影像存储、调阅等。数字影像是由矩阵组成的，构成乳腺影像矩阵的像素大小为50~100μm。每个像素的读出数字，即像素值，与这个像素面积大小的影像探测器单元采集到的X线信号强度相对应，像素最大值代表的密度水平（灰度级）通常为12、14或16比特，相应的灰度等级分别为4 096、16 384或65 536。

数字X线摄影系统的曝光量越大，影像探测器检测到的信号越强，噪声越小，影像质量越好。从确保影像质量和降低受辐射剂量两方面考虑，乳腺X线摄影必须使用适宜的曝光量。对此，屏片乳腺X线摄影和数字乳腺X线摄影都有一些重要的量化指标，如信噪比（signal noise ratio，SNR）、MTF、量子检出效率（detective quantum efficiency，DQE）等。数字乳腺X线摄影的曝光量是否适宜可借助SNR进行评判，影像的细节分辨力特性可用MTF描述，整个影像探测器的性能可用DQE表达。

（刘建新）