醫(yī)療儀器臨床應(yīng)用：第二章放射成像設(shè)備

1、第二章 放射成像設(shè)備,第1節(jié) 電離輻射與放射線(xiàn),原子模型,能量輻射,電離輻射與非電離輻射,放射線(xiàn),第2節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像的像素和灰階,像素(pixel),像素縱橫比(pixe laspect ratio),灰階(grey scale),像素和灰階的調(diào)整,數(shù)字圖像指標(biāo),噪聲(noise) 信噪比(SNR) 對(duì)比度(contrast) 分辨力(resolution) 偽影,第3節(jié) X線(xiàn)機(jī),X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn),1895年，德國(guó)科學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了具有很高能量，肉眼看不見(jiàn)，但能穿透不同物質(zhì)，能使熒光物質(zhì)發(fā)光的射線(xiàn)。因?yàn)楫?dāng)時(shí)對(duì)這個(gè)射線(xiàn)的性質(zhì)還不了解，因此稱(chēng)之為X射線(xiàn)。為紀(jì)念發(fā)現(xiàn)者，后來(lái)也稱(chēng)為倫琴射線(xiàn)，現(xiàn)簡(jiǎn)稱(chēng)X線(xiàn)（X-ra

2、y）,X線(xiàn)的發(fā)生,高速行進(jìn)的電子流被物質(zhì)阻擋即可產(chǎn)生X線(xiàn)。具體說(shuō)，X線(xiàn)是在真空管內(nèi)高速行進(jìn)成束的電子流撞擊鎢（或鉬）靶時(shí)而產(chǎn)生的。,X線(xiàn)發(fā)生器的組成,操作臺(tái)主要為調(diào)節(jié)電壓、電流和曝光時(shí)間，包括電壓表、電流表、時(shí)計(jì)、調(diào)節(jié)旋鈕和開(kāi)關(guān)等。,變壓器為提供X線(xiàn)管燈絲電源和高電壓。一般前者僅需12V以下，為降壓變壓器；后者需40-150kV為升壓變壓器。,X線(xiàn)管為一高真空的二極管，杯狀的陰極內(nèi)裝著燈絲；陽(yáng)極由呈斜面的鎢靶和附屬散熱裝置組成。,X線(xiàn)成像特性,穿透性 熒光效應(yīng) 攝影效應(yīng) 電離效應(yīng),X線(xiàn)成像原理,Lambert定律X線(xiàn)成像的物理基礎(chǔ),理想單能窄束X射線(xiàn)透射各向同性均勻連續(xù)介質(zhì)時(shí)，強(qiáng)度衰減的物理規(guī)

3、律符合朗伯(Lambert)定律,或,不同密度組織(厚度相同)與X線(xiàn)成像的關(guān)系,不同厚度組織(密度相同)與X線(xiàn)成像的關(guān)系,X線(xiàn)穿透性,X線(xiàn)成像三條件,1. X線(xiàn)應(yīng)具有一定的穿透力，這樣才能穿透照射的組織結(jié)構(gòu)； 2. 被穿透的組織結(jié)構(gòu)，必須存在著密度和厚度的差異，這樣，在穿透過(guò)程中被吸收后剩余下來(lái)的X線(xiàn)量，才會(huì)是有差別的； 3. 這個(gè)有差別的剩余X線(xiàn)，仍是不可見(jiàn)的，還必須經(jīng)過(guò)顯像這一過(guò)程，例如經(jīng)X線(xiàn)片、熒屏或電視屏顯示才能獲得具有黑白對(duì)比、層次差異的X線(xiàn)影像。,X線(xiàn)的臨床診斷,透視(fluoroscopy) 攝片(radiography) 造影,第4節(jié) 數(shù)字X線(xiàn)成像,數(shù)字X線(xiàn)成像組成,特點(diǎn),成像

4、速度快(DR幾秒，CR幾十秒，膠片十幾分) 圖象清晰(分辨率、灰階、信息丟失、圖象畸變) 圖象處理功能強(qiáng)(窗寬窗位、放大縮小、旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、測(cè)量標(biāo)記) 獲取信息多(動(dòng)態(tài)范圍) 圖象保存方便 遠(yuǎn)程圖象傳輸 成本低 輻射劑量小,CR(Computed Radiography)：計(jì)算機(jī)放射攝影,CR核心部件：成像板（IP）,是一種含有微量元素銪（Eu2+）的鋇氟溴化合物結(jié)晶的影像載體，可以代替X線(xiàn)膠片并重復(fù)使用2-3萬(wàn)次。 當(dāng)透過(guò)人體的X線(xiàn)照射到IP板上時(shí)可以使IP板感光并形成潛影以記錄X線(xiàn)影像信息。,DR(Digital Radiography)：數(shù)字放射攝影,平板探測(cè)器,影像質(zhì)量與像素尺寸關(guān)系圖,

5、CR與DR比較,DSA (Digital Subtraction Angiography)原理,血管注造影劑前,血管注造影劑后,血管注造影劑前后對(duì)數(shù)差,DSA 效果,上肢圖像血管影像分析瘺管,DSA能量減影（Energy subtraction）,信號(hào)加權(quán)相減,碘(對(duì)比劑)總體衰減系數(shù)災(zāi)3KeV出現(xiàn)突然變化,此臨界水平稱(chēng)為碘K掾,而軟骨組織無(wú)此特性.,DSA能量減影效果,圖1 標(biāo)準(zhǔn)影像 圖2 骨骼影像 圖3 軟組織影像,3D數(shù)字減影血管造影技術(shù),大腦前動(dòng)脈的動(dòng)脈瘤及其起始部的分支動(dòng)脈在常規(guī)的DSA采集圖像中無(wú)法顯示，而3D血管成像技術(shù)，如高精度3D放大和動(dòng)脈雕刻可以將動(dòng)脈瘤從被遮擋的部位顯示出

6、來(lái)。 清晰的病變顯示圖像用于評(píng)估血管分支和腫瘤的相關(guān)關(guān)系和輔助治療計(jì)劃制定。,PACS系統(tǒng),第5節(jié) 計(jì)算機(jī)斷層成像(CT),開(kāi)拓者,Godfrey Newbold Hounsfield Allan Cormack (1919 - 2004) (1924 - 1998),X成像的缺點(diǎn),CT(Computed Tomography)成像原理,CT是運(yùn)用掃描并采集投影的物理技術(shù)，以測(cè)定X射線(xiàn)在人體內(nèi)的衰減系數(shù)為基礎(chǔ)，采用一定算法，經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理，求解出人體組織的衰減系數(shù)值在某剖面上的二維分布矩陣后，再轉(zhuǎn)為圖像上的灰度分布，從而實(shí)現(xiàn)建立斷層解剖圖像的成像技術(shù)。,斷層(slice)與解剖斷面,斷層是指

7、在受檢體內(nèi)接受檢查并欲建立圖像的薄層，又稱(chēng)為體層。斷層有一定的厚度，它的兩個(gè)表面可視為是平行的平面。,體素(Voxel)與像素(Pixels),體素是指在受檢體內(nèi)欲成像的斷層表面上，按一定大小和一定坐標(biāo)人為地劃分的很小的體積元。 像素是指在圖像平面上劃分的很小的單元，它是構(gòu)成一幅圖像的最小點(diǎn)，是構(gòu)成圖像的基本單元。,X射線(xiàn)束通過(guò)非均勻介質(zhì),投影函數(shù),在X射線(xiàn)束掃描通過(guò)的路徑l上如果介質(zhì)不均勻，則衰減系數(shù)值連續(xù)變化，即衰減系數(shù)是路徑l的函數(shù):,上兩個(gè)關(guān)系是尋求衰減系數(shù)分布思路的基本出發(fā)點(diǎn)。,圖像重建的反投影法,反投影法的邊緣失銳,濾波反投影法,CT值,CT影像中每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的物質(zhì)對(duì)X射線(xiàn)線(xiàn)性平

8、均衰減量大小的表示，均以水的吸收系數(shù)w作為基準(zhǔn)，若某種物質(zhì)的平均吸收系數(shù)為。,灰度顯示(窗寬和窗位),通過(guò)計(jì)算機(jī)，對(duì)獲取的投影數(shù)值進(jìn)行一定的算法處理，可求解出各個(gè)體素的吸收系數(shù)值，從而獲取吸收系數(shù)值的二維分布(即吸收系數(shù)矩陣)。再按CT值的定義把各個(gè)素（或說(shuō)像素）的CT值轉(zhuǎn)換圖像畫(huà)面上對(duì)應(yīng)像素的灰度，就得到圖像畫(huà)面上的灰度分布。此灰度分布就是X-CT像。,CT機(jī)組成,CT機(jī)組成,CT的掃描方式 單束平移-旋轉(zhuǎn)(T-R),窄扇形束掃描平移-旋轉(zhuǎn)(T-R),旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)(R-R),靜止-旋轉(zhuǎn)(S-R),電子束掃描方式(S-R),螺旋CT,多源CT,應(yīng)用例,肺支氣管成像,思考題,X攝片與X透視的區(qū)別是什么？其臨床適應(yīng)癥有哪些？ 用Lambert定律描述CT成像的基本原理。 放