第12期刘成林等:衍射增强成像的若干基础问题研究——1.衍射增强成像的衬度与Ⅹ射线能量的关系 范围内,图像的衬度基本不随能量而变化。在18- 27keV范围内,正常组织的图像的衬度上升最慢, 其次是良性肿瘤组织,而恶性肿瘤组织的图像的衬 度上升最快。 10121416182022242628 E/kev 图2表观吸收图像衬度与X射线能量之间的关系 Fig. 2 Dependence of the contrast of apparent absorption images on energy of X-rays 10121416182022242628 E/kev 弹,但不是很明显,然后一直是下降。而恶性组织 图1峰位图像衬度与X射线能量之间的关系 的折射图像的衬度反弹的范围在15-18keV之间, Fig. 1 Dependence of the contrast of peak- position images on随后也是处于下降趋势。可以这样认为:X射线的 energy of X-rays 能量越低,越接近轻元素的K吸收边,折射成像更 表观吸收图像衬度随X射线能量的变化关系如适合轻元素的成像。肿瘤组织主要由大量的轻元素 图2所示。可以看出:随着Ⅹ射线能量的增加,正组成,因此折射图像在肿瘤的诊断中可以发挥很好 常组织和良性肿瘤组织的表观吸收图像的衬度先是的作用。同时也说明,在北京同步辐射装置上用低 下降,然后又上升,但变化规律是有差异的。在9能量来进行DE实验是合理的。 10keV范围内,正常组织图像的衬度下降最快, Benign 良性组织图像的衬度下降较慢。在10-15keV范围 ▲ Normal 内,正常和良性肿瘤组织的图像的衬度上升。在1 -8keV范围内,它们的图像的衬度随能量的变化 而缓慢上升,到18keV时基本一致。在18-27keV 范围内,良性肿瘤组织的图像的衬度快速增加,正 常组织的增加速度要稍慢一点。对于恶性肿瘤组织 的图像衬度来说,在实验的能量范围内,总体趋势 是随X射线能量增加而平缓地上升,仅在15keV 处有 的波动。 从图1和图2可以看出,峰位图像和表观吸收 810121416182022242628 E/kev 图像与Ⅹ射线能量的关系是基本相似的,这是因为 图3折射图像的衬度与X射线能量之间的关系 峰位图像和表观吸收图像中衬度机制都有吸收和消Fg3 Dependence of the contrast of refraction images on 光的贡献。同时可以知道,乳腺组织在15keV以上 energy of X-rays 的衬度比较好,说明高能量的X射线有利于吸收衬3结论 度和消光衬度成像,这说明目前医学成像中广泛采 用高能量成像对获得较高衬度是合理的。峰位图像 根据峰位图像、表观吸收图像和折射图像的衬 和表观吸收图像在18keV以上,衬度会显著增加,度随X射线能量的变化关系,可以确定:峰位图像 与乳房X射线照相采用钼靶(钼的K吸收边在和表观吸收图像的成像机制基本类似,它们的衬度 20keV附近)是一致的。 随X射线能量的变化关系也是相似的,反映了高能 折射图像的衬度随ⅹ射线能量的变化关系如图量的X射线有利于吸收成像:而折射图像的衬度随 3所示。可以看出:随着ⅹ射线能量的增加,图像X射线能量的增加总体上呈现降低趋势。因此,对 的衬度基本是呈下降趋势。在10-15keV范围内,于主要由轻元素组成的物体的成像,衍射增强的效 正常组织和良性组织的折射图像的衬度有一定的反果更加明显第 12 期 刘成林等：衍射增强成像的若干基础问题研究——I. 衍射增强成像的衬度与 X 射线能量的关系 883 范围内，图像的衬度基本不随能量而变化。在 18— 27 keV 范围内，正常组织的图像的衬度上升最慢， 其次是良性肿瘤组织，而恶性肿瘤组织的图像的衬 度上升最快。 图 1 峰位图像衬度与 X 射线能量之间的关系 Fig. 1 Dependence of the contrast of peak-position images on energy of X-rays 表观吸收图像衬度随X射线能量的变化关系如 图 2 所示。可以看出：随着 X 射线能量的增加，正 常组织和良性肿瘤组织的表观吸收图像的衬度先是 下降，然后又上升，但变化规律是有差异的。在 9 —10 keV 范围内，正常组织图像的衬度下降最快， 良性组织图像的衬度下降较慢。在 10—15 keV 范围 内，正常和良性肿瘤组织的图像的衬度上升。在 15 —18 keV 范围内，它们的图像的衬度随能量的变化 而缓慢上升，到 18 keV 时基本一致。在 18—27 keV 范围内，良性肿瘤组织的图像的衬度快速增加，正 常组织的增加速度要稍慢一点。对于恶性肿瘤组织 的图像衬度来说，在实验的能量范围内，总体趋势 是随 X 射线能量增加而平缓地上升，仅在 15 keV 处有一个小的波动。 从图 1 和图 2 可以看出，峰位图像和表观吸收 图像与 X 射线能量的关系是基本相似的，这是因为 峰位图像和表观吸收图像中衬度机制都有吸收和消 光的贡献。同时可以知道，乳腺组织在 15 keV 以上 的衬度比较好，说明高能量的 X 射线有利于吸收衬 度和消光衬度成像，这说明目前医学成像中广泛采 用高能量成像对获得较高衬度是合理的。峰位图像 和表观吸收图像在 18 keV 以上，衬度会显著增加， 与乳房 X 射线照相采用钼靶（钼的 K 吸收边在 20keV 附近）是一致的。 折射图像的衬度随X射线能量的变化关系如图 3 所示。可以看出：随着 X 射线能量的增加，图像 的衬度基本是呈下降趋势。在 10—15 keV 范围内， 正常组织和良性组织的折射图像的衬度有一定的反 图 2 表观吸收图像衬度与 X 射线能量之间的关系 Fig. 2 Dependence of the contrast of apparent absorption images on energy of X-rays 弹，但不是很明显，然后一直是下降。而恶性组织 的折射图像的衬度反弹的范围在 15—18 keV 之间， 随后也是处于下降趋势。可以这样认为：X 射线的 能量越低，越接近轻元素的 K 吸收边，折射成像更 适合轻元素的成像。肿瘤组织主要由大量的轻元素 组成，因此折射图像在肿瘤的诊断中可以发挥很好 的作用。同时也说明，在北京同步辐射装置上用低 能量来进行 DEI 实验是合理的。 图 3 折射图像的衬度与 X 射线能量之间的关系 Fig. 3 Dependence of the contrast of refraction images on energy of X-rays 3 结论 根据峰位图像、表观吸收图像和折射图像的衬 度随 X 射线能量的变化关系，可以确定：峰位图像 和表观吸收图像的成像机制基本类似，它们的衬度 随 X 射线能量的变化关系也是相似的，反映了高能 量的 X 射线有利于吸收成像；而折射图像的衬度随 X 射线能量的增加总体上呈现降低趋势。因此，对 于主要由轻元素组成的物体的成像，衍射增强的效 果更加明显