曲面体层影像的垂直体层域

垂直体层域是指在两维体层影像上，除去与X线中心线成90°垂直点外，在胶片X、Y两个维度轴上各方向，共同组成一幅图像的组织结构区域。二维影像画面上，除去与中心线平行穿过的那个点之外，其他颌面部画面显示的任何位点，绝对意义上都不是垂直的，而是有许许多多绝对意义上不垂直的点组成的影像。是因与垂直面相接近所以作者统称它为垂直体层域。换言之，就是说这个影像画面的范围有多大，垂直体层域就有多大。这与纵向体层域的区别是影像组成的宽阔度，也是画面的高低宽窄，而纵向体层域却是显示这个影像结构的厚度（图1，图2）。

图1　曲面体层纵向体层域、垂直体层域

 图2　垂直体层域

垂直体层域提出的目的，是对描述影像区域范围的大小，与描述影像清晰程度相区别。前者是画面范围大小及界线的总称，而后者则是在很多情况下所提到的纵向体层域厚度。

垂直体层域是与中心线垂直方向的体层域称其为垂直体层域（《中国医学影像学》2000.8.2p141）。在上一节中、对曲面体层纵向体层域做了论述，论述中对曲面体层影像画面长约240mm、宽约120mm的照射野，从一侧旋转经过变轨到另一侧，以约16mm/s的速度组成画面。在成像过程中的每一帧影像都是与中心线平行穿过的信息，称其为纵向体层域。纵向体层域的成像是与中心线平行的X线阻射信息、在时相上连续不断的变化组成完整的曲面体层影像。X线中心线与探测器接触、只是一个点，这个点发自焦点、止于探测器间的直线称其为中心线，与中心线垂直的线叫垂直线，垂直线是来源于自中心线与射向探测器的那个圆点，从这个圆点起向任意方向发散而成的线，除去那个中心圆点外其他都是在相对而然的垂直线。换言之，垂直线也就是胶片盒面、或是在探测器接收侧的探测面积上的构成线。垂直线离开中心线源点，向组成画面的任意向，参与在时相上构成视野影像的区域，称为垂直体层域。说白了垂直体层域就是指画面长与宽组成的区域。

曲面体层垂直体层域是构成照射野影像画面、在长度、宽度两维区域的扩大的原因。多年来随着对曲面体层机器构造认识的不断加深，发现曲面体层机的X线束成像方式，不是线性、不是锥形容积束（图3A、B），它是采用近似半个扇面状X线束成像（图3C）。

图3　曲面体层X 线束与垂直体层域成像关系

注：A. 圆锥容积形X 线束；B. 方锥容积形X 线束；C. 曲面体层采用的半扇形X 线束

使用西门子曲面体层机（ORTHOPANTOMOGRAPH），采用10mm厚的铅板，平置于纵向体层域深度线上，将照射野全部遮挡，铅板平面垂直于中心线，从照射野底边起向上每隔5mm钻一2mm直径的圆孔，此时做曝光投照试验，影像所见2mm圆孔自下而上逐渐消失。经测量发现，在照射野底部约占垂直体层域高度1/4区域保持了圆孔形态，以上区域圆孔形态逐渐变形消失在照射野的上1/5 处（图4）。

图4　曲面体层垂直体层域测试

注：1. 球管；2.X 线限束器；3. 垂直体层域试验每隔5mm 钻2mm 圆孔；4. 探测器上形成的垂直体层域高度；5. 片盒移动方向；6. 片盒；7. 底部相对垂直部分影像；8. 上部有斜角的垂直体层域；9. 上部1/5 斜射区域；120mm、影像宽度（垂直断层域的画面高度）

平片X线机的X线束成圆或方锥形（图3A、B），自投射窗起经一定距离至胶片，照射野中只有中心线与胶片（探测器）平面垂直，这个垂直部位的射线是直射线，见图4（4）也就是线束，图4显示成半个扇形的直角三角形的底边。除此之外其他部位都不再垂直，越向上远离中心斜角约大，这些射线的斜射角度是自下而上、也是有小至大渐变的，虽然在影像投照成像与诊断中没有什么明确的界限，但它却是投照技术的准绳，是操作者离开对（直射点）中心线的掌控，很难提高影像质量。如果没有这些向外围辐射的斜射线，在照射野上就只能是一个点。如果没有这一个点为中心向四周辐射，就不能在平面的片盒或探测器上组成有一定长乘宽的二维影像。在这个意义上我们将由以中心线角度为标准，其他方向放射组成画面的都是相对于垂直方向的，所以将其统称为垂直断层域。掌握其直射线性质，这对影像检查操作者对于曲面体层影像检查操作，其实同平片投照对中心线方向的掌握是一样的重要。它关系到曲面体层影像质量，也关系到曲面体层影像在垂直体层域所包纳的范围。

在这里着重提及的是，当X线中心线与片盒平面垂直前提下，拍摄一张平片时，在这张平片上与X线中心线垂直的、只有画面中心的一个点，且只有这个点与影像画面是垂直的，画面是有这个直射点和在同一平面中任意方向的，组成画面的许许多多的相对斜射点构成画面，这是射线构成一张平片的照射方式（点与线的关系是、点的扩大成为面，点的延长成为线）。这样分析来说明平片的影像画面是点的扩大而构成的。

平片直射位于中心，而曲面体层的直射点是位于最底点，（图5a）是以直角三角形的底边为直射的，向上斜射构成有120mm、150mm的高度与窄缝合成的半个扇面状。用点与面的关系描述、是点的延长成的线状，这半个扇面窄缝状线束，与斜射线组成的影像，跟平片影像接受射线的位置与方向有所不同，半个扇面窄缝状射线束在做围绕颌面部曲面环周运动时，在时相上展开画面构成一个完整的曲面体层影像。

图5　曲面体层偏心状线束呈半扇形X 线束

这一节段又提到了一个窄缝问题，所谓的窄缝有多窄，可以肯定的说，窄缝的厚度也很重要，他决定着影像的清晰度，缝越窄影像越是清晰，反之就模糊。这是因为曲面体层成像过程中，接收器与X线影像信息呈线性反向运动组合，将影像信息在角速度影响下，分成纵向的数条线，然后一条条排列成像。这些个条线的线宽就是窄逢的宽度。这个宽度的决定性有两个因素条件，一个是X线投射窗限线器的铅窗宽度。另一个是在旋转速度与探测器电子信息脉冲的接受传输的频率，频率越高窄逢线宽约窄，投射窗口越窄一次所包含的解剖结构宽度越窄。所以说窄缝的宽度有两个因素决定，窄缝的宽度影响着曲面体层影像的清晰度。

曲面体层机利用不同的光线限制器（图4，2），将投射窗发射的锥形束容积照射野，将锥形束两侧遮挡，保留中心呈一个扇面形状的光束。再将完整的扇面形下部分（图5a）线以下光线修减。呈半扇形X线束的中心线投射窗口，成为宽不大于1mm、高约30mm的窄缝。此窄逢状射线达到片盒或探测器，构成约110mm、120mm、130mm、160mm不同高的、缝状线束（图5）。这条窄缝状线束在连续曝光运转时约以16mm/s、18mm/s或20mm/s的速度，连续不断地有片盒运动电动机推动胶片盒逆时钟向旋转，与体层机从颌面部的一侧旋转到另一侧的正时钟向，做相反方向的匀速运动（数字化成像是探测器电子脉冲式信号传输运动），在体层域的时相（横向）上、自左向右平扫，在约240mm宽的胶片上组成完整的曲面体层影像。

图6　偏离直射半径值影像模糊程度

图5a底线与b垂直为直射线，（图5e）向上与b逐步变为有一定斜角的相对斜射线构成的照射野，称为垂直体层域。远离直射区以上为相对垂直射线区，而且越远离底部斜射角越大。物像越接近直射区，影像清晰层越是接近纵向体层区域的真实厚度（图6）。反之越是接近斜射线区，（图5e、a、c）影像清晰层越是远离垂直点，因为探测器与中心线成直角，纵向体层区域值也就随斜射角度变化而改变，物像越是变形、失真甚至模糊。这个越是远离，影像越是模糊的原因，是随着向上方距离的延长线而变化的。这个变化的因数，是（图5）中a、b、c三角线d线长度变化而变化，d线越高斜射角度越大，角度越大实际上是纵向体层域在中心线上，发生了向近焦点方向的偏移（图6e）。纵向体层域清晰层位点，应该始终处在球管旋转方向的中心半径点上，偏离旋转方向半径值，将导致纵向体层域清晰层变化（有国外专家报道）。这个问题在切牙区纵向体层域试验的坐标实验影像分析中，笔者没有讨论，因为本实验的坐标刻度不够微观，所以在前述中的分析是力不能及的，但是这种随旋转半径值变化而改变位点的理论是成立的。这也与国外专家报道的理论是一致的，但是这种变化是微观的，在曲面体层机的制造，及临床医学影像阅读诊断上起到的作用并不明显，因此在我们临床诊断上可以忽略（图6e）。

早在2009年笔者曾对多种不同型号的曲面体层机，进行了颌面部体位两侧后部曲面体层域选层测量摆位法的研究中（图7），发现各曲面体层机型影像高度（垂直体层域宽度）不同。图7A是东芝曲面体层机产品的影像高度达160mm，另有不明机型130mm，西门子和普兰梅卡老机型影像高度均为110mm。影像的高度都低于东芝机器，即便是投照摆位时的咬合平面一致，因为影像厚度较窄，也会导致下颌骨髁状小头溢出画面上方界线。

图7　各种不同高度画面的曲面体层影像

注：A. 影像高度160mm ；B. 影像高度130mm ；C. 影像高度110mm ；D. 影像高度110mm

图7B与图7D是同一个患者，因为使用不同画面高度的曲面体层机，B画面高度130mm，髁突没有溢出画面，而D画面高度110mm，髁突溢出画面上缘边界，这是一个典型的例子。以上对垂直体层域的临床意义分析举例，说明一个很重要的问题，就是对于曲面体层影像检查的操作者一定要充分理解和了解其所操作的机器，它的垂直体层域高度和宽度，这关系到临床检查的影像质量，是否一次摆位检查成功的问题。