X光的产生——X光管
X射线能量谱
- 平缓的连续谱是由韧致辐射产生的。韧致辐射是高能带电粒子与靶原子或原子核碰撞时突然减速损失能量发生的能量辐射，指高速电子撞击阳极靶目标后辐射X射线的现象。
关于为什么是连续谱：书上28页。
韧致辐射的能量
随着管电压的变化每条曲线都有一个特定波长的峰值，在波长减小的方向（左边）上也有一个确定的最小极限值，波长为1.24/管电压。随着管电压增大，峰值左移，极限值也左移。
此外随着管电压增加轰击阳极靶的能量也会增加，X射线光谱的高能极限会相应提高。
- 尖峰是由标识辐射产生的。简单来说，如果轰击阳极靶的电子能量大于阳极原子壳层的电子结合能，可能使内层电子吸收能量成为自由电子，留下一个空位，高能级的电子向下跃迁填充这个空位，在跃迁的过程中释放的电磁辐射就是标识X射线。
标识辐射的能量：
照射量与吸收剂量
照射量就伦琴，单位是R，1R是1kg空气中产生2.58x10-4库伦电荷需要的X射线的能量，没啥实际意义。
-
吸收剂量（Dose/Kerma）：导致人体组织发生化学或生物效应射线辐射即组织吸收的射线能量，使用格瑞Gray，Gy来表示。1Gy=1J/kg，即1kg物质吸收1焦耳能量的辐射剂量。
吸收剂量的公式为，单位是Gy。
相对生物效能：RBE=Dref/Dtest，其中Dref是引起某种生物效应需要的X射线（250KeV）吸收剂量，Dtest是产生相同生物效应需要的其他辐射的吸收剂量。
RBE剂量=吸收剂量×RBE。单位是Sievert，Sv。 -
有效生物剂量（Effective Dose，ED）：是辐射有多个种类和能量时，在一个组织的当量剂量之和。使用权重因子Wt对ED进行修正。
一个简单的有效剂量计算：
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病人剂量（Patient Dose）：一般不超过10R/min。测的是进入身体之前表面的剂量。
X射线与物质的作用
X光的能量如下：
其中h为普朗克常数，f、c、λ为光子的频率、光速、波长。
X射线与物质作用的效应：
- 光电效应
- 康普顿散射
- 电子对效应
- 光核反应（能量要求有点高了不考虑）
总结：医学成像中使用10~150keV的射线（核医学会使用0.5MeV），在这个能量范围发生的吸收、散射效应基本就是上述三者的组合，作用区间如下：
X射线的衰减
指数衰减模型（理想情况）
一些假设：
Narrow Beam：单能量，平行光束；（实际的X光管出来是点光源扇形的，多能量的）
光子要么被吸收要么穿透（能量和方向不变），不会产生次级辐射。
有：
其中μ为线性衰减系数（m-1/cm-1），d为厚度。
实际的衰减系数要小（存在散射这些） Board Beam
当吸收很小的时候，可以用线性的近似描述（泰勒展开的）
平均自由程：1/μ，代表1个光子被吸收需要走的平均长度。
X光摄影
胶片
胶片上有一些感光的物质（如碘化银之类的）
光学密度（Optical Density, OD）：在曝光过程中，射线强度越大还原的银就越多，图像就越黑，胶片变黑的程度叫做胶片的光密度。，I0是胶片的入射光强度，I为出射光强度。透光率为I/I0，阻光率为I0/I。
胶片的光密度也称为胶片的成像密度，或胶片的密度。
E越大曝光越长，吸收越多，D越大。
对比度：
曝光量一般用H=I*t表示。I为射线强度。
注意到上图有一段近似线性区，这一段的平均斜率被称为胶片的反差系数Contrast Coefficient，用γ表示。
反差系数高的更易产生对比度高的图像。
成像原理；组织吸收之后衰减，衰减之后的X光打到胶片上，如果强度大，胶片就会还原大量银变黑，所以是黑色；反之白色。
增感屏
普通屏幕入射的射线束只有2%的能量会被吸收，十分的菜。这个吸收的光子数占期望吸收的比例叫做吸收效率。
如果只吸收2%，那就需要对病人使用致死量的X光，显然这很8科学。
所以使用增感屏。
X射线的荧光作用
某些物质接受X光后将能量以可见光的形式释放出来，称为荧光现象。
对钨酸钙（CaWO4）屏，X光光子的吸收从20%可变到40%。还有别的啥啥啥，不重要。
增感率：增感屏的作用用增感率表示。当胶片上产生的OD为1时（十倍衰减），有无增感屏胶片吸收的所需辐射之比为增感率，记作：f=R0/R。其中R0为无增感屏时需要的辐射量。
将接收的胶片设计为可见光敏感的。相当于完成了一次转化。
使用增感屏可以增加图像对比度，但一定程度上会降低图像的清晰度（ghost image），由于荧光物质形成的光扩散/存在余晖。增感屏与胶片的贴近状态和X射线的斜射效应也会影响清晰度。
一般在荧光屏上形成的影像就是普通X射线透视，比如胸透。
影像增强器
类似于光电倍增管，吸收1个X射线光子，发出2000~3000个光子。
荧光屏将X射线转化为可见光，发射的光击中一个光电阴极，产生更多电子，通过聚焦电极聚焦化为光子。
优势：大大提高了亮度，需要的X射线剂量也少了。
缺点：由于相机分辨率的限制会比胶片的分辨率低；由于光->电子->光，噪声会变大；会发生几何失真如枕型失真（pin-cushion distortion）
数字X射线成像（DF）
Computed Radiography，CR
需要成像板（光敏荧光探测板）代替胶片，拍摄之后当做读卡器放到CR Reader读取图像。
类似于一个U盘好吧，了解。
直接数字摄影术 DR
直接通过CCD/CMOS转成数字图像。
可见光+CCD。
读取的时候一排一排下降到队列，然后逐个读取。
DF的一些应用：血管减影造影（DSA）、数字点片（DSI）等。
数字血管减影DSA：
将造影前后的图片还就那个一减，就得到血管图像了。类似于数图全图减背景得到前景区域。
不足：伪影影响很大；血管重叠问题。
双能成像
不同组织对不同能量射线的衰减系数差别较大的时候，可以使用一个较高能量，一个较低能量分别对人体进行数字摄影成像，可以利用两种组织衰减系数的不同将两种组织的影响分开。
某种物质的衰减系数可以写成两种基材料的线性组合。
后面的属实看不怎么懂了。
但双能还可以用来做减影。
常规X射线两种组织如骨骼和软组织同时作用，是综合结果。可以选择适当加权系数的情况下选择性地去除骨头/软组织的信息。
散射
S散射的，P主要的。
SPR类似信噪比。
F是散射占比。
散射由成像的宽度和厚度影响。
可以看到厚度越厚散射越严重。这也是为什么乳腺钼靶成像要压一下乳腺，让他更薄，减少散射。
防散射格栅
由铅片组成。铅板可以阻挡X光。
中间是空的，可以穿透，就类似于一个准直器。由于散射光方向会变所以会撞到铅板上。
平行板型的。
Grid Ratio：厚度/空隙的宽度 H/W。
Grid Frequency：单位距离的格栅数。
Bucky factor：使用格栅过滤接受的X光就较少了，需要做一个补偿，对X射线的剂量加一个比率。一般3~5倍。
类似于百叶窗好吧。
Focus grid 聚焦型格栅
容易整出伪影，如下:
放歪来，光照不足
放斜了，直接模糊求了
放反了，周边会通过的很少，变白。
其他防散射的方法：
- 空气间隙air gap 让扫描的物体远离detector
- slit and slot 不晓得是个啥
图像质量
分辨率
- 焦点的大小
- 病人。越胖的病人越厚，会导致更多散射，降低分辨率。可以使用防散射格栅减少影响。
- 荧光屏的光特性。
- 胶片的分辨率。
- 对带影像增强器的，最后采样的情况也影响分辨率。
对比度
- 光束的光谱对对比度有重要影响。乳腺摄影术中使用的软辐射比硬辐射产生更高的对比度。
- 探测器的吸收效率。
- 对用胶片的，取决于胶片的D。
- 对数字成像，可以使用灰度变换调整对比度。（不过同样会影响噪声）
噪声
- 由于X射线的统计性质，量子噪声通常是主要的噪声因素。光子探测过程本质上是泊松过程（方差等于平均值）。因此，噪声幅度（标准差）与信号幅度的平方根成正比，信噪比也表现为信号幅度的平方根。所以剂量不能太小。
- 像荧光成像中光子-电子-光子会产生更多噪声。
- 通常使用（Detective Quantum Efficiency）DQE来量化图像探测器的性能。采用DQE表示通过检测器的信噪比传递来量化探测器部分对信噪比的贡献
影响DQE的因素有很多，特别是探测器的吸收效率、探测器的点扩展函数和探测器引入的噪声。
伪影
探测器上的划痕、死像素、未读取的扫描线、不均匀的X射线束强度（后跟效应）、余辉等