4．2．3．1概述
相位对比乳腺摄影系统（phase contrast mammography system，PCM），是近几年X线摄影诊断技术上的一项新技术。它采用相位对比技术，弥补X线吸收系数相近的组织间对比度的不足，将相位对比技术和传统的吸收对比技术组合起来，获得边缘增强效应，使乳腺肿瘤和周围组织之间、肿瘤组织内部以及周围正常组织之间的边缘都得到强化勾勒，最终图像精度可达25μm，为发现更微小的肿瘤及钙化提供可能。
1895年伦琴发现X线后研究了X线的许多特性，但是，始终没有认识到如何利用X线折射的特性。正是由于X线折射特性的发现，使之成为今天“相位对比技术”的理论基础。虽然在X线被发现后一个多世纪的历程中，X线衍射分析技术已广泛应用，但是，X线作为波动特性之一的相位特性，并未应用于成像技术，直至PCM的诞生才首次将X线的相位对比成功地运用到影像诊断当中。
相位对比成像技术的研发历史，以采用不同的辐射源而划分成两个阶段。
第一阶段：经同步加速器产生X线。1991年，研究发现，X线的折射能够增强原本对X线吸收微弱的物体所形成的影像对比度。由于经同步加速器产生的相位对比技术无法走出实验室，至今仍未应用于临床医学中。
第二阶段：经医用X线机产生X线。自2000年起，相继出现了有关使用医用X线机所产生X线的相位对比成像研究的报道。2004年、2005年分别报道了应用医用X线机进行相位对比技术的临床测试结果。
4．2．3．2相位对比成像原理
X线作为一种波，具有波的两种特性，当其穿透物体时，会发生强度（振幅）衰减和相位移动（图4－6）。
图4－6 X线作为波的两种特性：强度衰减和相位位移
X线穿透物体时，由于光电效应及康普顿散射导致X线强度的衰减变化。当X线穿透不同物质时强度的衰减变化是不同的，这种因衰减而带来的强度变化的对比称为X线的吸收对比，所形成的图像称为“吸收对比成像”。
需要注意的是，X线穿透物体时，除了形成上面所说的强度变化以外，与此同时，X线还发生折射、干扰，形成相位的位移。当X线穿透不同物质时所产生的相位位移是不同的，这种因相位位移的不同所形成的对比称为X线的相位对比，根据相位位移变化所形成的图像称为“相位对比成像”（图4－7）。
PCM系统就是在原有的吸收对比成像基础上，加上相位对比成像，从而在两种不同物质邻界处达到边缘增强的效果。
图4－7 相位对比成像原理示意图
A．吸收对比成像；B．相位对比成像
4．2．3．3相位对比技术在X线诊断中的运用
（1）X线的折射是相位对比技术的基本要素：X线穿透物体时会发生轻微折射。需注意的是，其折射方向与可见光正好相反（图4－8）。
（2）相位对比带来边缘增强效应：当X线穿透相邻的不同物质时，会发生强度衰减的对比，即吸收对比；同时还会发生相位位移的对比，即相位对比。
图4－8 X线发生折射的方向与可见光相反
由于吸收对比凭借物体对X线的吸收差异可获得图像对比度，因此，对于高吸收（高原子序数）的结构（如骨骼）与周围低吸收（低原子序数）物质会形成良好的对比，被视觉所感知。但是，对于具有相似吸收系数的物体图像对比度就很差，甚至低于视觉阈值而无法被感知。
而相位对比，与物体对X线的吸收强度无直接关系，它是利用相位位移的差异，在两种不同物质的邻界处增强对比度，达到边缘增强的效果，从而有利于视觉的感知。
当X线穿过相邻不同组织的边界时发生轻微折射，出现相位移动。如果选择适当尺寸的焦点，使用合适的放大比率以及适当的CR读取精度等，使折射线和正好通过边界的直射线在成像板上得以重合，该边界处的投影就能得到更多的剂量，从而使边界得到强化（图4－9）。
图4－9 相位对比带来的边缘增强效应
需要强调的是，这里说的边缘增强，不仅仅是肿瘤组织和正常组织之间的边缘，还包括肿瘤组织内部细微结构的描述以及正常组织之间边界的勾勒。
（3）相位对比在乳腺X线诊断中的意义：我们知道乳腺结构比较特殊，是由几种不同种类的软组织组成的，包括乳腺腺体组织、脂肪组织和皮肤。这些正常的软组织和肿瘤组织相比，它们的线吸收系数是很接近的（表1－2）。
在线吸收系数如此相近的情况下，如果仅仅利用X线的吸收对比，往往很难描述细微差别，而相位对比恰好能够弥补这个不足。因此，在X线诊断领域中，相位对比技术首先被运用于乳腺。
仅仅依靠X线的吸收对比，很难将整个乳房内部细微之处勾勒清晰。在吸收对比基础上，加上相位对比技术，而后者与物体对X线的吸收系数是无关的，这样就能强化勾勒出原本对X线吸收系数差比较小的组织的边界，从而不仅能够弥补单纯吸收对比的不足，而且还能从成像过程中获得边缘增强效果，大大提高图像的锐利度。
（4）合理运用于乳腺X线诊断的几个重要环节：相位对比技术只有在选择使用适当尺寸的X线焦点、适当比例的放大摄影（调整好源物距和物像距的比例）、适当的放大倍数、适当的读取精度、适当的放大再还原程序以及适当的高精度打印（硬拷贝阅读时）的情况下，才能被合理有效地运用于乳腺X线诊断。
根据目前的研究结果显示，以下几个参数是最合适的：
·X线焦点尺寸＝100μm
·SID（source image distance）＝114cm
·STD（source table distance）：全乳片＝65cm；点片＝78cm
·放大倍数：1．75
·读取精度：43．75μm
·适当的还原程序
·打印精度：25μm
4．2．3．4相位对比（PCM）乳腺摄影系统的组成
PCM乳腺摄影系统共由4部分组成：相位对比乳腺机（REGIUS PUREVIEW M）；高精度CR（REGIUS Vstage MODEL 190）；处理系统（CONSOLE CS－3）；高精度干式激光打印机（DRYPRO Vstage MODEL 793）。
（1）PCM的乳腺机：相位对比成像需利用X线的轻微折射，PCM乳腺机的乳房支撑台和成像板之间必须拉开一定的距离才能合理地利用到X线的折射。由于这个距离的存在，PCM乳腺系统使用放大摄影。但是，与传统的放大摄影有区别，PCM有一个放大再还原的过程。
整个过程简单描述如下：①使用36cm×43cm（14in×17in）的特制PCM乳腺成像板，以放大1．75倍的比例拍摄；②CR190以读取精度为43．75μm像素进行读取，获得近7 000万的超大像素矩阵；③通过还原程序，在保持近7 000万像素矩阵（既不丢失像素点，也不人为增加像素点）的前提下，将43．75μm的像素尺寸还原1．75倍，得到25μm；④图像通过DryPro793高精度激光打印机，以25μm的打印精度进行打印，与原始物体保持1∶1的比例，可打印在特制的PCM乳腺胶片上，该胶片的最大打印光密度（Dmax）达到4．0。
PCM乳腺机的乳腺台和成像板之间存在一定的距离，X线穿透物体时产生的低能散射线在未到达影像板之前能量已大量消耗。因此，PCM完全可以通过空隙法去除散射线，无需加用滤线栅，既避免了有效信息的丢失，同时又能适度降低被检者的辐射量。
拍摄全乳片时放大1．75倍，拍摄点片时放大2．63倍；100μm小焦点球管；SID为114cm； STD拍摄全乳片时为65cm，拍摄点片时为78cm；X线球管的阳极热容量是300kHu；管电压范围在20～35kV±2kV；C形臂垂直升降范围为38cm；C形臂旋转范围是＋180°～－135°。
PCM技术获得放大1．75倍的图像，其目的在于：①使穿透物体的X折射线有一定“行程”，在到达影像板时正好和从物体边缘擦边而过的X直射线重合，从而达到强化边缘的效果；②加大物体－影像板之间的距离，能够避免X线的散射线落到影像板上造成图像质量劣化；③PCM系统将放大摄影得到的图像还原成原始尺寸进行输出，再次提高图像的清晰度。在这个还原过程中，近7 000万的超高像素矩阵保持不变，将像素尺寸从43．75μm还原到25μm。
（2）PCM的高精度CR：由于乳腺摄影高精度的技术要求，用于PCM的CR装置必须提高图像读取精度。目前用于PCM系统的CR读取精度为43．75μm，从而最终可获得近似7 000万像素的超高密度图像数据。
采集到的图像实施优化处理，对乳房图像中所有重要诊断区域均能充分显示，例如从低密度的脂肪组织到高密度的钙化组织。
此外，CR系统还设有与乳腺摄影机形成闭环控制的曝光参数设定功能，使原始图像采集时，即能选用最合适的后处理参数。为了图像判读的方便，CR系统还具有两侧乳房位置自动吻合等功能。
（3）PCM的控制台：专用的PCM乳腺软件，完美保持7 000万像素的超大像素矩阵，将放大了1．75倍的图像在这里还原，像素尺寸由43．75μm缩小到25μm。拍摄全乳片时，最终图像与原始物体的比例为1∶1，拍摄点片时，最终图像与原始物体的比例为1∶1．5。
（4）高精度干式激光打印机：打印精度高达25μm；输出灰阶可达14bit；最高打印光学密度达4．0。整个流程简单描述包括以下步骤（图4－10）。
图4－10 PCM系统工作流程
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