第二講-X線成像原理

1、第二講X線成像原理本講內(nèi)容2.1 X2.2 X2.3 X2.4 x線的特征射線在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用射線成像原理光機(jī)構(gòu)造及應(yīng)用范圍2.5計算機(jī)X線攝影（CR2.6直接數(shù)字化X線攝影系統(tǒng)（DR2.7數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)（DSA幻燈片81895年11月8日，德國物理學(xué)家倫琴在做真空管、 或稱X線，并用于臨床的骨折和體內(nèi)異物的診斷。1896年，德國西門子公司研制出世界上第一支20世紀(jì)10-20年代，出現(xiàn)了常規(guī) X線機(jī)。20世紀(jì)60年代中、末期形成了較完整的放射診斷或放射學(xué)（高壓、放電實驗時，發(fā)現(xiàn)了X線球管。X射線radiology ）學(xué)科體系。I IIIX線的本質(zhì)：電磁輻射常用X線診斷設(shè)備：X線機(jī)、數(shù)字X線

2、攝影設(shè)備(DSA CR DR)幻燈片92.1 X線的特征液從 Xq (ill)-I II13+頻準(zhǔn)/ (m)+JMHz.JGHzJTHz-JPHz3XlgJ X 101.醫(yī)盡X射縊頻段,JSr外線“ X射線+.可%>JX】gJKlgJKlgV射堀電磁波譜圖幻燈片102.1 X線的特征X射線在電磁輻射中的特點屬于高頻率、波長短的射線X射線的頻率約在 3X 10163X 1020 Hz之間，波長約在 1010-3nm之間X線診斷常用的 X線波長范圍為0.0080.031 nm幻燈片112.1 X線的特征1. X射線的波粒二象性X射線同時具有波動性和微粒性，統(tǒng)稱為波粒二象性X射線在傳播時，它的

3、波動性占主導(dǎo)地位，具有頻率和波長，且有干涉、衍射、偏 振、反射、折射等現(xiàn)象發(fā)生。X射線在與物質(zhì)相互作用時，它的粒子特性占主導(dǎo)地位，具有質(zhì)量、能量和動量。幻燈片122.1 X線的特征.2. X射線與物質(zhì)間的相互作用（6點）（1）X射線的穿透作用。其貫穿本領(lǐng)的強(qiáng)弱與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)易透性組織e中等透射性組織Q不易透射性組織爭氣體卜結(jié)締組織d骨骼十脂肪組織卩肌肉組織卍牙齒“軟骨P體內(nèi)金屬異物Q血液口幻燈片132.1 X 線的特征 3.1.1 X :線的特征2. X射線與物質(zhì)間的相互作用（2）X射線的熒光作用。X射線是肉眼看不見的，但當(dāng)它照射某些物質(zhì)時，如磷、鉑氰化鋇、硫化鋅、鎢酸鈣等，能夠使這些物質(zhì)的

4、原子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們回到基態(tài)時就能夠發(fā)出熒光，這類物質(zhì) 稱熒光物質(zhì)。醫(yī)學(xué)中透視用的熒光屏、X射線攝影用的增感屏、影像增強(qiáng)器中的輸入屏和輸出屏都是利用熒光特性做成的。（3）X射線的電離作用。X射線雖然不帶電，但具有足夠能量的X光子能夠撞擊原子中軌道電子，使之脫離原子產(chǎn)生一次電離。電離作用也是X射線損傷和治療的基礎(chǔ)?；脽羝?42.1 X線的特征X射線的熱作用。射線被物質(zhì)吸收，絕大部分最終都將變?yōu)闊崮?，使物體溫升。X射線的化學(xué)效應(yīng)（感光作用和著色作用）。射線能使多種物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。例如，X射線能使照相底片感光。X射線的生物效應(yīng)。生物組織經(jīng)一定量的 X射線照射，會產(chǎn)生電離和激發(fā)，使細(xì)胞受到損傷、

5、抑制、死亡 或通過遺傳變異影響下一代，這種現(xiàn)象稱為X射線的生物效應(yīng)。這個特性可充分應(yīng)用在腫2. X射線與物質(zhì)間的相互作用（4）X（5）X（6）瘤放射治療中?；脽羝?53. 常用的輻射單位(1 )照射量及單位X射線的微商，即它是衡量X射線或射線對空氣的電離本領(lǐng)的一個量，定義為：或射線在空氣中產(chǎn)生統(tǒng)一符號的離子的總電荷絕對值Q對空氣質(zhì)量m其單位是倫琴(R)。X射線或照射量只能用于 X射線或射線對空氣的效應(yīng)，而我們更關(guān)心射線對人體組織的效應(yīng)，因此，引入吸收劑量來描述被照介質(zhì)吸收輻射能量的大小。X dQdm幻燈片162.1 X線的特征(2)吸收劑量它是描述每單位質(zhì)量的被照介質(zhì)所吸收的平均輻射能量,其定

6、義為：單位是戈(Gy): 另一單位是拉德(rad):D dEdm1Gy 1J/kg1rad 100erg / g 0.01J / kg O.OIGy幻燈片172.1 X線的特征(3)劑量當(dāng)量由于輻射類型不同，即使同一物質(zhì)吸收相同的劑量，弓I起的變化卻不等同。為了比較不同輻射引起的生物效應(yīng)，引入一個能反應(yīng)特定類型輻射所造成的生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度的物理量-劑量當(dāng)量劑量當(dāng)量是吸收劑量與輻射的品質(zhì)因子的乘積： 單位是希沃特：人的正常輻射劑量：年均劑量 <50mSvSv Gy Q幻燈片 182.2 X 線在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用（ 一 ）X 射線診斷X 射線應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷，主要依據(jù) X 射線的穿透作用、 差別

7、吸收、感光作 用和熒光作用。由于X射線穿過人體時，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射線量比肌肉吸收的量要多，那么通過人體后的X射線量就不一樣，這樣便攜帶了人體各部密度分布的信息，在熒光屏上或攝影膠片上引起的熒光作用或感光作用的強(qiáng)弱就有較 大差別，因而在熒光屏上或攝影膠片上 （ 經(jīng)過顯影、定影 ）將顯示出不同密度的陰影。根據(jù)陰影濃淡的對比，結(jié)合臨床表現(xiàn)、化驗結(jié)果和病理診斷，即可判斷人體某一部分是否正常。 于是，X射線診斷技術(shù)便成了世界上最早應(yīng)用的非刨傷性的內(nèi) 臟檢查技術(shù)。幻燈片 192.2 X 線在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用（ 二 ）X 射線治療X 射線應(yīng)用于治療， 主要依據(jù)其生物效應(yīng)， 應(yīng)用不同能量的 X

8、 射線對人體 病灶部分的細(xì)胞組織進(jìn)行照射時，即可使被照射的細(xì)胞組織受到破壞或抑制，從而達(dá) 到對某些疾病，特別是腫瘤的治療目的。（ 三 ）X 射線防護(hù)在利用 X 射線的同時，人們發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致病人脫發(fā)、皮膚燒傷、工作人員 視力障礙，白血病等射線傷害的問題，為防止X 射線對人體的傷害，必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施。以上構(gòu)成了 X 射線應(yīng)用于醫(yī)學(xué)方面的三大環(huán)節(jié)診斷、治療和防護(hù)?；脽羝?202.3 X 射線成像原理當(dāng)高速帶電粒子撞擊物質(zhì)受阻而突然減速時， 能夠產(chǎn)生 X 射線。 醫(yī)學(xué)影像診斷所用 的 X 線產(chǎn)生設(shè)備是 X 線管（ X-ray tube ，球管）。1. X射線的產(chǎn)生X射線的產(chǎn)生需要的基本條件是：(1

9、 )有高速運動的電子流；(2)有阻礙帶電粒子流運動的障礙物(靶)，用來阻止電子的運動，可以將電子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線光子的能量?；脽羝?12.3 X射線成像原理X射線管、高壓電源及低壓電源，如圖所示。X射線的產(chǎn)生裝置主要包括三部分：幻燈片222.3 X射線成像原理2. X射線人體成像使用X射線對人體進(jìn)行照射，并對透過人體的X射線信息進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換，并使之成為可見的影像，即為X射線人體成像。(1) X射線影像的形成當(dāng)一束強(qiáng)度大致均勻的X射線投照到人體上時，X射線一部分被吸收和散射，另一部分透過人體沿原方向傳播。由于人體各種組織、器官在密度、厚度等方面存在差異，對 投照在其上的 X射線的吸收量各不相

10、同，從而使透過人體的X射線強(qiáng)度分布發(fā)生變化并攜帶人體信息，最終形成 X射線信息影像。X射線強(qiáng)X射線信息影像不能為人眼識別，須通過一定的采集、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)將度分布轉(zhuǎn)換成可見光的強(qiáng)度分布，形成人眼可見的X射線影像?；脽羝?32.3 X射線成像原理 人體不同密度組織與 X線成像的關(guān)系9密度組織膏隊牙齒尊組織人體中 密度組織肌肉、襪體、 軟管髯組織1111:X統(tǒng)膠片I III I IIlliy V V y豐人體底艮尹巧氣童-脾s密度組織出仝脂肪季組織liltP P I kV V V y熒光屏幻燈片242.3 X射線成像原理 人體不同厚度組織與X線成像的關(guān)系X枝膠片¥y-IIrIFT TtI

11、11tY V V ¥ VEWfrSTEnoX線成像的基本條件密度和厚度的差別是產(chǎn)生影像對比的基礎(chǔ)，是幻燈片252.3 X射線成像原理2. X射線人體成像（2）X射線的采集與顯示 醫(yī)用X射線膠片形成潛影（latent醫(yī)用X射線膠片的主要特性是感光，即接受光照并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，image）。使膠片上的潛影轉(zhuǎn)變?yōu)榭山?jīng)過對有潛影的膠片處理（暗室處理：顯影、定影等）見的不同灰度（gray ）分布像。膠片感光層中的鹵化銀還原成金屬銀殘留在膠片上，形成由金屬銀顆粒組成的黑 色影像。人體組織的物質(zhì)密度高，則吸收X射線多，在X射線照片上呈白影；反之，如果組織的物質(zhì)密度低，則吸收 X射線少，在X射線照片上

12、呈黑影?；脽羝?62.3 X射線成像原理2. X射線人體成像（2）X射線的采集與顯示 增感屏X射線激醫(yī)用X射線增感屏為熒光增感屏，其增感原理為增感屏上的熒光物質(zhì)受到 發(fā)后，發(fā)出易被膠片所接收的熒光，從而增強(qiáng)對X射線膠片的感光作用。主要目的是：在實際 X射線攝影中，僅有不到10%勺X射線光子能直接被膠片吸收形成潛影，絕大部分 X射線光子穿透膠片，得不到有效的利用。因此需要利用一種增感方 法來增加X射線對膠片的曝光，以縮短攝影時間，降低X射線的輻射劑量。常采用的增感措施是在暗盒中將膠片夾在兩片增感屏（in te nsifyi ng screen）之間，然后進(jìn)行曝光?；脽羝?72.3 X射線成像原理

13、2. X射線人體成像（2） X射線的采集與顯示X射線電視系統(tǒng)X射線電視系統(tǒng)主要包括 X射線影像增強(qiáng)器、光學(xué)圖像分配系統(tǒng)、含有攝像機(jī)與監(jiān)視器的閉路視頻系統(tǒng)與輔助電子設(shè)備。X射線影像增強(qiáng)管是影像增強(qiáng)器的核心部件。 幻燈片282.4 X光機(jī)構(gòu)造及應(yīng)用范圍X射繡管CT目標(biāo)被檢產(chǎn)品傳送帶-線性陳列抿測器諾鼎X光機(jī)原理幻燈片292.4 X光機(jī)構(gòu)造及應(yīng)用范圍 衡量圖像效果之四要素：Den sity （黑化度） Co ntrast （對比度） Sharpness （清晰度） Distorti on-mAs-kVp-moti on.檢S可能范a嚴(yán)進(jìn)處 (XD7203AW)/ ' 叢光面13S卑位nut幾

14、何參數(shù)（失真度）-位置,角度X射線波長與影片上對比度之關(guān)系在X-ray穿透過病人，其穿透率主要和病人組織結(jié)構(gòu)及X射線波長有關(guān)。短波長 X-ray （high kV）low contrast ）。能量較高，穿透性好，造成在影片上較低之對比度（ 長波長 X-ray （low kV）High能量較低，較易被人體所吸收，穿透性較差，而在影片上對比度較高（ contrast ）。幻燈片 302.4 X 光機(jī)構(gòu)造及應(yīng)用范圍 1、便攜式 X 光機(jī) 2、醫(yī)用便攜式 X 光機(jī)3、工業(yè)檢測 X 光機(jī)幻燈片 312.4 X 光機(jī)構(gòu)造及應(yīng)用范圍 醫(yī)療 X 光機(jī)適用范圍X 線胸部透視、介入診斷、拍片、胃腸道鋇餐透視、氣

15、鋇雙重造影、檢 查胃腸道疾病、檢查大腸疾病、檢查泌尿系疾病、膽道“ T”型管造影、檢查肝膽系情 況、關(guān)節(jié)和骨骼檢查等?；脽羝?322.3 計算機(jī) X 線攝影（ CR）計算機(jī)X線攝影（Computed Radiography , CR是將X線透過人體后的信息記錄在 成像板（ Image Plate ， IP ）上，經(jīng)讀取裝置讀取后，由計算機(jī)以數(shù)字化圖像信息的形式儲 存，再經(jīng)過數(shù)字/模擬（D/A）轉(zhuǎn)換器將數(shù)字化信息轉(zhuǎn)換成圖像的組織密度（灰度）信息， 最后在熒光屏上顯示。其中，成像板是 CR 成像技術(shù)的關(guān)鍵?；脽羝?332.5計算機(jī)X線攝影（CR1. 成像板（ IP ）成像板（IP ）是使用一種含有

16、微量素銪（Eu2+）的鋇氟溴化合物結(jié)晶制作而成能夠采集（記錄）影像信息的載體，可以代替X線膠片并重復(fù)使用2-3萬次。當(dāng)透過人體的X線照射到IP板上時可以使IP板感光并形成潛影以記錄X線影像信息。表面保護(hù)層。 輝盡性熒光體層。 基板（支持體） 。 背面保護(hù)層。成像板的構(gòu)造：（1）（2）（3）（4）保護(hù)層嚴(yán)VSF I熒光體層下涂層“皿皿M保護(hù)層幻燈片342.5計算機(jī)X線攝影(CR2. CR系統(tǒng)成像的基本過程(1 )影像信息的采集(2 )影像信息的讀取 與普通X攝影相比較，CR的優(yōu)點是： 寬容度大，攝影條件易選擇。 可降低投照輻射量：CR可在IP獲取信息的基礎(chǔ)上自動調(diào)節(jié)放大增益，最大幅度地減少 X線

17、曝光量，降低病人的輻射損傷。 影像清晰度較普通片高。 對影像可進(jìn)行后處理，對曝光不足或過度的膠片可進(jìn)行后期補(bǔ)救。 可進(jìn)行圖像傳輸、存儲。 由于激光掃描儀可以對 IP上的殘留信號進(jìn)行消影處理，IP板可重復(fù)使用2-3萬次。幻燈片352.5計算機(jī)X線攝影(CR集光器dt電倍増管激光器反光鏡A/D轉(zhuǎn)換器光掃描PSL成像板信號放大器高精度步進(jìn)電機(jī)氣計算機(jī)圖像處理系統(tǒng),DR是在具有圖像處理功能的計 X射線信息影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信息2.6直接數(shù)字化X線攝影系統(tǒng)（DR直接數(shù)字化 X射線攝影（Digital Radiography算機(jī)控制下，采用一維或二維的X射線探測器直接把的技術(shù)。當(dāng)前DR設(shè)備主要采用二維平板

18、X射線探測器（flat panel detector ，F(xiàn)PD）,包括:（1）非晶態(tài)硅平板探測器先經(jīng)閃爍發(fā)光晶體轉(zhuǎn)換成可見光，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（2）非晶態(tài)硒平板探測器將X線直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號幻燈片38幻燈片392.6 直接數(shù)字化X線攝影系統(tǒng)（DR（3）DR與CR成像技術(shù)的比較比«項目DR咸郵理X射線間接轉(zhuǎn)札 利用IPO為X 射茲檢測器，成像環(huán)節(jié)較冬光射錢直®轉(zhuǎn)換，直接創(chuàng)亞有數(shù)宇格式師圖像，（S像環(huán)節(jié)少工作效率與相比換作真雜，工作效率任比時間可比怎更短，工作效率更高圖慷分彌率存在光學(xué)使圖像«槿.悔低了 圖像分辨犁時間分新率較g無光學(xué)歆射而引起的圖像模犧其淸度主要由 1歆S尺寸大小決便，比eSK有更好的空間分 辨罩和對比a,圖像層汝豐影像邊竦娩利淸 W.紐»