7、X射线成像技术中的关键原理与伪影成因解析

X射线成像技术中的关键原理与伪影成因解析

1. 基础方程与重建关键量

在X射线成像技术里，有一个基础方程对于理解相关物理过程至关重要：
[I(U) = I(0) \cdot e^{-\int_{0}^{U} \mu(x,y)du}]
这里，(I(0))是初始X射线强度，(I(U))是X射线穿过距离(U)后的强度，(\mu(x, y))是定义样本中衰减系数空间分布的函数。当对人体进行X射线扫描时，了解衰减系数(\mu(x, y))的空间分布，大多时候能让我们清晰看到体内各器官的布局，从而诊断可能受伤的位置。

对上述方程两边取对数，能得到一个对图像重建算法有根本意义的量：
[p = \ln\left(\frac{I(0)}{I(U)}\right) = \int_{0}^{U} \mu(x, y)du]
在由X射线管、人体和摄影胶片组成的投影系统中，(p)可理解为射向人体某点的X射线强度与穿过人体后的辐射强度之比。实际上，辐射穿过不同组织时衰减越多，摄影胶片相应位置的暗化程度就越低，即在X射线胶片上呈现负像。

2. 投影获取与参数确定

为了获取物体内部图像，需对X射线流进行准直，形成合适形状的光束以获得投影。这里的“投影”指X射线穿过人体后落在屏幕上形成的图像。若将辐射准直成非常窄的平行光束，只需用薄条状的屏幕即可。

要获得物体在投影平面的横截面图像，需确定(p)的参数。第一个参数是变量(s)，它描述垂直于入射X射线方向的轴，(s = 0)定义了投影的主轴；第二个参数是投影在任意时刻的角度(\alpha)，它是相对于主投影轴测量的。扫描仪旋转的点位于主投影轴上，且出于实际考虑，该点位于测试物体内部。