X射线成像综述一西电智能传感大作业x射线成像综述一西电智能传感大作业西安电子科技大学电子工程学院智能科学与技 术专业摘要：本文根据近年来X射线成像技术的发展及公开文献，对X射线成像技术做简要综 述从总体角度对X射线成像的发展、原理;CT成像的原理、特点进行描述最后对X射 线成像技术进行展望关键词：X射线；CT成像；投影重建算法；I .引言早在1895年德国物理学家威廉伦琴发现了 X射线最初，X射线被用在医学检测上，例 如，检查骨折、确定枪伤中子弹的位置随后,X射线很快应用于无损检测领域，例如，早 期用X射线监控锌板的焊接质量；上个世纪初期又将X射线用于锅炉的检查X射线检测 技术自从它产生之日起就显示出强大的生命力，并不断地向前发展和进步而CT成像是 计算机断层扫描的过程，它是基于X射线束对人体检测部位的断层扫描，再分析由探测器 接受透过该层面的X射线，从而得出图像CT成像将影像学技术推广到一个新的发展阶 段II. X射线成像及CT成像1） X射线成像技术的发展及原理1985年德国物理学家伦琴发现X射线（又称伦琴射线）o X射线是一种电磁波，具有波 粒二象性，在空气中传播速度近似光速，而旦能发生反射、折射、干涉、衍射等。
根据波 长及对应的能量范围可以将其分为软X射线和硬X射线X射线因为不带电，所以在电场 和磁场中不发生偏转，因此X射线可以通过同步加速器产生，产生的方法是用加速后的电 子撞击金属靶另外，X射线可使某些化合物产生荧光或使照相底片感光；它具有穿透物 质的本领，但对不同物质它的穿透本领不同；它能使分子或原子电一离；人体不同组织对于 X射线的敏感度不同，受损害程度也不同因此，X射线能使人体在荧屏上或胶片上形成 影像，这是基于人体组织右密度和厚度的差别X射线成像技术在医疗、安检、工业探 伤、无损检测等领域中具有举足轻重的地位概括的说，X射线具有以下特点：①穿透 性X射线波长短、能力大，能穿透一般光线不能穿透的物质利用它来探测人体内部器 官很适合1 荧光效应X射线在照射某些物质时可以产生荧光利用这一效应，可以设计荧光 屏，用以观察X射线图像1 电离效应具有足够能量的X射线光子能击脱物质院子轨道上的电子使之电高人们 可以根据气体分子电离电荷的多少来测定X射线的剂量1 感光效应涂油氯化银的胶片，经X射线照射后，感光而产生潜影，是银离子被还原 而沉淀于胶片上感光效应是X射线摄影的基础根据这些特点，X射线能使人体在荧屏上或胶片上形成影像。
一方面是基于X线的特 性，即其穿透性、荧光效应和感光效应；另一-方面是基于人体组织有密度和厚度的差别 由于存在这种差别，当X线透过人体各种不同组织结构时，它被吸收的程度不同，所以到 达荧屏或胶片上的X线量有差异，产生了对比，在荧屏就形成明暗或黑白对比不同的影 像当X射线穿透密度不同的组织时，吸收程度不同，透射效果也不同例如高密度的有 骨部分对X射线吸收多，照片上呈现向影；低密度如含大量气体的肺部，对X射线吸收 少，在照片上呈现黑色；中密度的部位会形成灰色传统的X射线成像技术采用的是模拟 技术，X射线影像一旦产生，其图像质量会被改变，且其信息为模拟量，不便于图像的储 存、管理和传输，限制了它的发展而X射线图像数字化的引入可利用各种图像处理技术 对图像进行处理改进，提高图像清晰度，并能将各种诊断技术所获得的图像同时显示，进 行互参互补，增加诊断信息X射线成像的设备是X光机，它是一种高真空的二极管X 射线机的成像方法叫做照相底板法，它是将一-片照相底片放置在人体下，当X射线穿过人 体组织后照射到底片上，根据不同的吸收程度，照片上呈现不同的明暗黑灰白效果但是 X射线具有分辨率较低、影响略有重叠、透视所需剂量大的缺点。
2) CT成像技术发展及原理1971年英国科学家Ilounsfield发明了第一台头颅CT, 1972年应用于临庆工作并于 1979年和美国物理学家共同获得了诺贝尔医学生理学奖美国科学家解决了重建图像的数 学问题，让CT得以在临床应用1974年美国工程师Ledley设计出了第一台全身CT设 备1989年单层螺旋CT的发明并在临床应用，是CT影像学的一场真正技术革命，是CT 发展史上的一个里程碑1998年在北美放射学会(RSNA)上推出的多层螺旋CT (MSCT) 或多排探测器CT (MDCT),带来了 CT的又次技术革命2009年能谱CT的出现，使得CT 从功能水平诊断疾病成为可能，井旦它拥右更高得分辨率和更广泛的应用及仅为常规剂量 60%的超低辐射量，将CT成像技术带入了全新时代CT的全称是电子计算机断层扫描CT成像是用X射线束对人体检查部位进行切片扫 描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再 经模拟/数字转换器转为数字信号，输入计算机处理图像形成的处理有如将选定层面分 成若干个小长方体，在让X射线透过小长方体，再在小长方体的另一侧用装备进行测量， 得到被吸收后的X射线剩余量，将得到的入射量与剩余量进行比值运算，即衰减系数。
用 微分的方法理解法理解小长方体，所以得到衰减系数在整个切片上的线积分扫描所得信息 经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵经数字 /模拟转换器把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素，并按矩 阵排列，构成CT成像强度为10的X射线垂直的入射到厚度为t的均匀片状板上测得板后方的X射线透射 强度为I则存在公式I I0e- t--(1)其中为线性吸收衰减系数；为样板密度；in为质量吸收系数质量吸收系数是通过截面积为lcn)2每克的样板后，X射线强度的相对衰减量同一物质的气态、 液态、固态样板可以具有不同的 值，但是m相同质量吸收系数和物质的物理状态无关这就说明了样板吸收X射线是由物质木身的属性决定的透射能力 也就是样板吸收X射线的程度般地，若物体在直角坐标系中不均匀，意味着衰减系数 是x, y的函数 (x, y),则在某一方向1沿着某一路径L的线积分为总的衰减量， 即：dlL lnI(O/I) ---(3)这是一种加权投影重建的思想，也可以从方向倒数的定义去理解投影是一组射线投影 的集合我们可以根据dl,推算出被积函数，从而得到其密度分L布的图像。
这就是断层重建图像的大致过程CT成像的基本原理概括的讲就是采用X射 线对人体的某一层面切片从不同的角度进行照射，在射线穿过的另一端利用探测器接受多 组原始数据，经过计算机重建后得到二维数据矩阵，通过显示设备成像传统X线影像是 把具有三维的立体解剖结构摄成二维的平面图像，影像互相重叠，密度分辨率不高而CT 克服了这些缺点，它具有以下优点：①CT图像能显示真正的断面图像；无组织结构重叠，解剖关系明确②CT图象清晰， 密度分辨率高；照射范围局限，X射线散射小，可显示X射线无法显示的器官和病变③检查方便、迅速而安全，无创伤，无痛苦CT常用的扫描方法有：1、 常规平扫：是指不注射对比剂的情况下进行的CT扫描2、 放大扫描：通过缩小扫描视野来获得高清晰度的放大图像，其空间分辨率明显提 高，又称原始放大3、 增强扫描：是指通过静脉注射对比剂后再进行扫描，分为团注法、滴注法4、 动态增强扫描：增强后为获得对比剂在血管或组织内的浓度变化而进行的连续不间 断扫描，包括单层动态扫描和多层动态扫描3)投影重建图像算法投影重建算法的本质是把取自有限物体空间的射线投影均匀的反投影到射线所及的无限 空间的各点上，包含原先像素值为零的点。
投影重建算法分为反投影重建算法，扇束投影 重建算法，滤波反投影重建算法，迭代重建算法等Ill.意义与展望X射线成像技术是一门古老而新兴的无损检测技术，经过一■代又一代的技术革新，X射 线成像技术相对成熟但是，X射线显微成像的空间分辨率主要受限于波带片的最外环宽 度和厚度,三维成像也受限于景深和有限的旋转角度尽管如此，由于相应的光学和纳米 制造技术也更加成熟，同时基础设计的不断改进和实用化，高效率的白动显微镜将保高分辨 率X射线显微术在材料、环境和生物科学中有着光明的应用前景当前，细胞显微是研究 细胞及其内部各组成部分的结构、行为和功能的最重要的方法之一近年来很多技术的出 现，如4D技术、量子点技术和荧光能量共振技术使人们可以原位、实时、动态地从细胞 或亚细胞层次研究细胞内生物大分子间的相互作用，相互作用点的定位，信号转导通路，以 及大分子在细胞内及细胞表面的分布迁移从事高分辨率X射线成像的研究者则是希望把 这些技术结合起来，发展一种独特的方法来研究美妙的细胞分子世界。