醫(yī)用物理學(xué)-第十六章

1、醫(yī)學(xué)物理學(xué)Medical Physics侯雪坤侯雪坤關(guān)于物理學(xué)概念和技術(shù)在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的一門學(xué)科第十六章X射線掌握掌握 X射線強(qiáng)度和硬度的概念、 X射線譜及X射線產(chǎn)生的微觀機(jī)制、短波極限公式的應(yīng)用、X射線的衰減規(guī)律及應(yīng)用；理解理解 X射線的基本性質(zhì)、X射線衍射和X-CT成像原理；了解了解 X射線機(jī)的基本組成部分、同步輻射X射線的特點(diǎn)、X射線在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求威廉威廉康拉德康拉德倫琴倫琴（18451923） 1845年3月27日生于德國(guó)萊納普。3歲時(shí)全家遷居荷蘭并入荷蘭籍。1865年遷居瑞士蘇黎世，倫琴進(jìn)入蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程系，1868年畢業(yè)。1869年獲蘇黎世大學(xué)博

2、士學(xué)位，并擔(dān)任了物理學(xué)教授A孔脫的助手；1870年隨同孔脫返回德國(guó)，1871年隨他到維爾茨堡大學(xué)和1872年又隨他到斯特拉斯堡大學(xué)工作。1894年任維爾茨堡大學(xué)校長(zhǎng)，1895年倫琴在維爾茨堡大學(xué)發(fā)現(xiàn)了 X X射線射線。1900年任慕尼黑大學(xué)物理學(xué)教授和物理研究所主任。倫琴與倫琴與X射線射線 1895年11月8日，倫琴在進(jìn)行陰極射線實(shí)驗(yàn)時(shí)第一次注意到，在射線管附近的氰亞鉑酸鋇小屏上發(fā)出微光他確定該發(fā)光是由于射線管中發(fā)出的某種射線所致，并稱它為X射線。同年12月28日，維爾茨堡物理學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊發(fā)表了他關(guān)于這一發(fā)現(xiàn)的第一篇報(bào)告。 1896年1月23日，倫琴作了第一次關(guān)于X射線的報(bào)告，報(bào)告結(jié)束時(shí)，用

3、X射線拍攝了維爾茨堡大學(xué)著名解剖學(xué)教授克利克爾一只手的照片，克利克爾建議將這種射線命名為倫琴射線 。1901年諾貝爾獎(jiǎng)第一次頒發(fā)第一次頒發(fā)，倫琴由于這一發(fā)現(xiàn)而獲得了這一年的諾貝爾獎(jiǎng)物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾獎(jiǎng)物理學(xué)獎(jiǎng)。 普通普通X光機(jī)光機(jī)第一節(jié)第一節(jié) X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生一、一、X X射線的產(chǎn)生裝置射線的產(chǎn)生裝置1. 1. 產(chǎn)生產(chǎn)生X X射線的方法射線的方法高速運(yùn)動(dòng)的電子受阻輻射最最常用的方法常用的方法同步輻射：由加速的高能帶電粒子直接輻射X射線。受激輻射產(chǎn)生激光的方法來(lái)產(chǎn)生X射線。有適當(dāng)?shù)恼系K物有適當(dāng)?shù)恼系K物靶，用來(lái)阻止電子的運(yùn)動(dòng)，把電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榘校脕?lái)阻止電子的運(yùn)動(dòng)，把電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閄 X

4、射射線的能量。線的能量。有高速運(yùn)動(dòng)的電子流；有高速運(yùn)動(dòng)的電子流；- -C CB BX X射線射線X X射線管射線管+ +A A2. X2. X射線產(chǎn)生裝置射線產(chǎn)生裝置4.4.整流整流電路電路1.X1.X射線管射線管2.2.低壓低壓電源電源3.3.高壓高壓電源電源 高度真空的硬質(zhì)玻璃管，管內(nèi)封入陰極(燈絲燈絲) )和陽(yáng)極(靶靶)。 作用于陰極燈絲陰極燈絲，使其熾熱而發(fā)射電子。 作用于陰陽(yáng)兩極之間陰陽(yáng)兩極之間，陰極發(fā)射的熱電子在電場(chǎng)作用下高速奔向陽(yáng)極，突然受阻，就有X射線向四周輻射。獲得直流高壓，即管電壓(陰陽(yáng)兩極之間的電壓)。l 管電壓 陰陽(yáng)兩極間所加的幾十千伏到幾百千伏的直流高壓l 管電流 陰

5、極發(fā)射的熱電子高速奔向陽(yáng)極形成的電流3. 實(shí)際焦點(diǎn)與有效焦點(diǎn)實(shí)際焦點(diǎn)：電子流在靶面上的撞擊面積，大小和燈絲的形狀有關(guān)。長(zhǎng)燈絲-大焦點(diǎn)，短燈絲-小焦點(diǎn)l 焦點(diǎn)愈小，X射線透視或照相時(shí)所成的像愈清晰。l 一般，診斷用的X射線管采用小焦點(diǎn)，治療用的X射線管采用大焦點(diǎn)。l 雖然電子撞擊在靶上的面積較大，但X射線卻像是從較小的面積上發(fā)射出來(lái)。有效焦點(diǎn)l 一般X射線管的陽(yáng)極靶面均作成斜面，鎢靶為一矩形。實(shí)際焦點(diǎn)的投影面積就叫做有效焦點(diǎn)。bc absin 角是靶面與垂直于電子流方向的夾角。為了降低陽(yáng)極靶面的溫度，大功率的X射線管多采用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，使受撞擊面不斷改變，將熱量分散到較大的面積上。bc ab

6、 實(shí)際焦點(diǎn)的面積：有效焦點(diǎn)的面積：二、二、X X射線的強(qiáng)度和硬度射線的強(qiáng)度和硬度1. X1. X射線的強(qiáng)度射線的強(qiáng)度單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與射線方向垂直的單位面積的輻射能量。單位：Wm -21122n1niiniIN hN hN hN h Nn 能量為hn 的光子數(shù)。（2 2）增加）增加X(jué) X射線強(qiáng)度的方法射線強(qiáng)度的方法增加管電流，使單位時(shí)間內(nèi)轟擊陽(yáng)極靶的高速電子數(shù)目增多，從而增加 所產(chǎn)生的光子數(shù)目N；增加管電壓，可使每個(gè)光子的能量h 增加。（1 1）定義）定義2. X射線的硬度 常用調(diào)節(jié)燈絲電流的方法改變管電流，從而控制X射線強(qiáng)度。 X射線的總輻射能量管電流的毫安數(shù)輻射時(shí)間(mAs)。 X射線的貫穿

7、本領(lǐng)，它由X射線的波長(zhǎng)（即單個(gè)光子的能量）所決定，而與光子數(shù)目無(wú)關(guān)。調(diào)節(jié)管電壓，硬度大小用KV數(shù)表示。 光子數(shù)不易測(cè)管電流的毫安數(shù)(mA)來(lái)間接表示X射線的強(qiáng)度，稱為毫安率。（3）實(shí)際應(yīng)用中：（1）定義（2）增加X(jué)射線硬度的方法 醫(yī)學(xué)上醫(yī)學(xué)上X X射線按硬度分類射線按硬度分類（3）實(shí)際應(yīng)用中：名 稱管電壓(kV)最短波長(zhǎng)(nm)主 要 用 途極軟X射線軟X射線硬X射線極硬X射線52020100100250250以上0.250.0620.0620.0120.0120.0050.005以下軟組織攝影、表皮治療透視和照相較深組織治療深部組織治療第二節(jié)第二節(jié) X X射線譜射線譜 采用X射線管發(fā)出的X射

8、線，包含各種不同的波長(zhǎng)成份，將其強(qiáng)度按照其強(qiáng)度按照波長(zhǎng)的順序排列波長(zhǎng)的順序排列開(kāi)來(lái)的圖譜，稱為X X射線譜射線譜。連續(xù)連續(xù)X X射線譜射線譜標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)X X射線譜射線譜一、連續(xù)一、連續(xù)X X射線譜射線譜1. 1. 產(chǎn)生機(jī)制產(chǎn)生機(jī)制- -軔致輻射 當(dāng)高速電子流撞擊在陽(yáng)極靶上受到制動(dòng)時(shí)，電子在原子核的強(qiáng)電場(chǎng)作用下，速度的量值和方向都發(fā)生急劇變化，使得一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能轉(zhuǎn)化為X X光子的能量光子的能量輻射出去。 由于各個(gè)電子到原子核的距離不同，速度變化情況也各不一樣，所以每個(gè)每個(gè)電子損失的動(dòng)能亦不同電子損失的動(dòng)能亦不同，輻射出來(lái)的X光子能量具有各種各樣的數(shù)值，從而形成具有各種頻率的連續(xù)連續(xù)X X射線

9、譜射線譜。+ +hmax=EE E+ +軔致輻射hE EE-hE-h 2. 2. 連續(xù)譜特性連續(xù)譜特性強(qiáng)度強(qiáng)度； 峰值峰值和和 minmin向短波方向移動(dòng)。向短波方向移動(dòng)。minhc11.242nme(kV)UU 每一種靶原子核的核電荷數(shù)等于它的原子序數(shù)，原子序數(shù)大的原每一種靶原子核的核電荷數(shù)等于它的原子序數(shù)，原子序數(shù)大的原子核電場(chǎng)對(duì)電子作用強(qiáng)，電子損失能量多，輻射出來(lái)的光子能量大，子核電場(chǎng)對(duì)電子作用強(qiáng)，電子損失能量多，輻射出來(lái)的光子能量大，因此，因此，X X射線的強(qiáng)度也就愈大。射線的強(qiáng)度也就愈大。（2）管電流越大強(qiáng)度越大（1）短波極限 minmin（3）管電流、管電壓一定時(shí)，靶原子序數(shù)愈高連

10、續(xù)譜強(qiáng)度愈大。管電壓管電壓1. 產(chǎn)生機(jī)制 二、標(biāo)識(shí)X射線譜 標(biāo)識(shí)X射線是由較高各能級(jí)的電子躍遷到內(nèi)殼層的空位產(chǎn)生的。線系的最短波長(zhǎng)邊界：一個(gè)自由電子(或近似地認(rèn)為是最外層價(jià)電子)進(jìn)入這個(gè)空位時(shí)發(fā)出的光子的波長(zhǎng)。殼層間能量差較大，因而發(fā)出的光子頻率較高，波長(zhǎng)較短。 電子由不同能級(jí)達(dá)到同一殼層的空位時(shí)發(fā)生的譜線 線系。 X射線管需要加幾十千伏的電壓才能激發(fā)出某些標(biāo)識(shí)X射線系。當(dāng)X射線管的管電壓較低時(shí)只出現(xiàn)連續(xù)X射線譜。2. 2. 標(biāo)識(shí)譜特性標(biāo)識(shí)譜特性（1）連續(xù)譜上疊加有規(guī)律的尖峰（3）原子序數(shù)愈高的元素，標(biāo)識(shí)X射線系的波長(zhǎng)也愈短。（2）標(biāo)識(shí)譜決定于陽(yáng)極靶材料，可作為靶元素的標(biāo)識(shí)。l 醫(yī)用醫(yī)用X X

11、射線管發(fā)出的主要是連續(xù)射線管發(fā)出的主要是連續(xù)X X射線，標(biāo)識(shí)射線，標(biāo)識(shí)X X射線在全部射線在全部X X射線中所占的射線中所占的分量很少。分量很少。l 標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)X X射線的研究結(jié)果，對(duì)于認(rèn)識(shí)原子的殼層結(jié)構(gòu)和化學(xué)元素分析都是非射線的研究結(jié)果，對(duì)于認(rèn)識(shí)原子的殼層結(jié)構(gòu)和化學(xué)元素分析都是非常有用常有用。不同物質(zhì)不同物質(zhì), ,尖峰位置和分布不同；尖峰位置和分布不同；尖峰不隨管電壓變化。尖峰不隨管電壓變化。第三節(jié) X射線的基本性質(zhì)一、一、X X射線的基本性質(zhì)射線的基本性質(zhì)本質(zhì)：波長(zhǎng)很短的電磁波，能量很大的光子流。X射線除具有電磁波的一系列性質(zhì)外，還有如下特性特性。1.1.電離作用電離作用生物效應(yīng)的基礎(chǔ)、測(cè)量

12、射線強(qiáng)度的原理；2.2.熒光作用熒光作用 X射線透視；3.3.光化學(xué)作用光化學(xué)作用感光，X射線照相；4.4.生物效應(yīng)生物效應(yīng)放射治療的基礎(chǔ)、需要防護(hù)的原因； 5.5.貫穿本領(lǐng)貫穿本領(lǐng)成像、防護(hù)。 能獲得單色X射線，且波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)，從幾微米到幾百皮米；幾乎是線偏振光，可研究生物分子的旋光性；有很好的準(zhǔn)直性，即同步輻射X射線的發(fā)散角較?。挥泻軓?qiáng)的輻射功率，普通X射線管所輸出的功率最大約10瓦，同步輻射X射線功率可達(dá)幾萬(wàn)瓦。同步輻射同步輻射X X射線有如下特性：射線有如下特性：X射線的波長(zhǎng)：約為約為0.001 nm 10nm0.001 nm 10nm2 sindk （1）布喇格定律單色X射線束入射時(shí)

13、，一般不能滿足干涉加強(qiáng)條件；連續(xù)X射線束入射時(shí)，總有一個(gè)波長(zhǎng)可以產(chǎn)生加強(qiáng)反射。晶體中相鄰微粒間距：約約0.1nm0.1nm1.X1.X射線晶體衍射的基本原理射線晶體衍射的基本原理 d dd ds i n s i n 1 12 2晶面晶面A AC CB B 每個(gè)原子都是發(fā)射子波的衍射中心,向各個(gè)方向發(fā)射子波,子波相干疊加,形成衍射圖樣。散射光干涉加強(qiáng)條件散射光干涉加強(qiáng)條件二、二、X X射線的衍射射線的衍射X射線衍射是研究晶體結(jié)構(gòu)研究晶體結(jié)構(gòu)的主要方法之一。 用結(jié)構(gòu)已知的晶體作為光柵，利用布喇格公式可以計(jì)算出入射入射X X射線射線的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)。反之，反之，利用已知波長(zhǎng)的X射線照射晶體，則可測(cè)出晶體

14、點(diǎn)陣上微粒的位置和間隔。生物醫(yī)學(xué)上研究有機(jī)體如細(xì)胞和蛋白質(zhì)等的精細(xì)結(jié)構(gòu)。DNADNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu)就是用X射線衍射發(fā)現(xiàn)的。（2）X射線結(jié)構(gòu)分析 利用X射線晶體衍射的基本原理，布喇格父子設(shè)計(jì)了既能觀察觀察X X射線衍射線衍射射，又可攝取攝取X X射線譜射線譜的實(shí)驗(yàn)裝置。當(dāng)晶體往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反射X射線束就在膠片上從一端到另一端反復(fù)感光，取下膠片沖洗后就可獲得X射線譜。用該攝譜儀還可獲得單色X射線。（3）X射線攝譜儀改變 角，就可以使不同波長(zhǎng)的X射線在不同的方向上得到加強(qiáng)并射向膠片。第四節(jié)第四節(jié) 物質(zhì)對(duì)物質(zhì)對(duì)X X射線的衰減規(guī)律射線的衰減規(guī)律物質(zhì)對(duì)物質(zhì)對(duì)X X射線的吸收射線的吸收X光子與物質(zhì)

15、中的原子的相互作用：光子l 被吸收并轉(zhuǎn)化為被吸收并轉(zhuǎn)化為其他其他形式的形式的能量能量l 被物質(zhì)散射而改變方向被物質(zhì)散射而改變方向散射，電離，能級(jí)躍遷，光電效應(yīng)X射線原來(lái)方向上的強(qiáng)度衰減一、單色一、單色X X射線的衰減規(guī)律射線的衰減規(guī)律1.X1.X射線強(qiáng)度的指數(shù)衰減規(guī)律射線強(qiáng)度的指數(shù)衰減規(guī)律0 xII e I 0：入射X射線的強(qiáng)度， I ：通過(guò)厚度為 x 的物質(zhì)層后的射線強(qiáng)度： 線性衰減系數(shù)（1） 愈大，射線強(qiáng)度在物質(zhì)中衰減愈快。（2） 與物質(zhì)的密度成正比。（- 原子數(shù)目）2.2.關(guān)于關(guān)于衰減系數(shù)衰減系數(shù)的一些討論的一些討論（3）指數(shù)衰減規(guī)律只適用于單色射線束。I I0 0 x xI Imm0e

16、xII 質(zhì)量厚度 x xm m= =x x：?jiǎn)挝幻娣e、厚度為x 的吸收層的質(zhì)量。（4）引入質(zhì)量衰減系數(shù)質(zhì)量衰減系數(shù) m ml 物質(zhì)由液、固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)，密度變化很大，但m m 值值不變不變。 m X射線在物質(zhì)中強(qiáng)度被衰減一半時(shí)的厚度(或質(zhì)量厚度)1 2ln20.693xm1 2mmln20.693x （5）半價(jià)層l m m 值值可以用來(lái)在可以用來(lái)在物質(zhì)物質(zhì)之間比較之間比較對(duì)對(duì)X X射線的吸收本領(lǐng)射線的吸收本領(lǐng)。（2）醫(yī)用X射線主要是連續(xù)譜，所以射線的總強(qiáng)度并不是嚴(yán)格地按照指數(shù)規(guī)律衰減的。（3）宏觀總效果，即物質(zhì)對(duì)X射線的衰減規(guī)律。3. 3. 連續(xù)譜連續(xù)譜的衰減規(guī)律的衰減規(guī)律（1）在實(shí)際問(wèn)題中

17、，近似地運(yùn)用指數(shù)衰減規(guī)律。此時(shí)指數(shù)衰減規(guī)律中的線性衰減系數(shù) ，應(yīng)當(dāng)用各種波長(zhǎng)的衰減系數(shù)的一個(gè)適當(dāng)平均值來(lái)代替。二、衰減系數(shù)與波長(zhǎng)、原子序數(shù)的關(guān)系二、衰減系數(shù)與波長(zhǎng)、原子序數(shù)的關(guān)系3mkz Z：吸收物質(zhì)的原子序數(shù)；：是射線的波長(zhǎng)； 各元素的m m按照所含質(zhì)量比例計(jì)算的平均值。1.1.單單元素的質(zhì)量衰減系數(shù)元素的質(zhì)量衰減系數(shù)吸收物質(zhì)為水、空氣和人體組織時(shí)，對(duì)于醫(yī)學(xué)上常用的X射線，指數(shù)指數(shù) 可取3.5。指數(shù)指數(shù) 3 - 43 - 4，與吸收物質(zhì)和射線波長(zhǎng)有關(guān)。，與吸收物質(zhì)和射線波長(zhǎng)有關(guān)。2.2.多種多種元素元素混合物質(zhì)混合物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)的質(zhì)量衰減系數(shù)（1）原子序數(shù)愈大的物質(zhì)，吸收本領(lǐng)愈大。（2）

18、波長(zhǎng)愈長(zhǎng)的X射線，愈容易被吸收。連續(xù)譜X射線進(jìn)入吸收體后，長(zhǎng)波成分比短波成分衰減得快。讓X射線通過(guò)銅板或鋁板，使軟線成份被強(qiáng)烈吸收，這樣得到的X射線不僅硬度較高，而且射線譜的范圍也較窄，這種裝置稱為濾線板濾線板。3. 3. 影響影響質(zhì)量衰減系數(shù)質(zhì)量衰減系數(shù)的因素的因素4. X4. X射線的硬化射線的硬化短波成分所占的比例愈來(lái)愈大，平均衰減系數(shù)則愈來(lái)愈小。于是，X射線進(jìn)入物體后愈來(lái)愈硬了。第五節(jié)第五節(jié) X X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用一、治一、治 療療X射線通過(guò)人體組織能產(chǎn)生電離作用、康普頓散射及生成正負(fù)電子對(duì)等過(guò)程，誘發(fā)一系列生物效應(yīng)。組織細(xì)胞分裂旺盛是癌細(xì)胞的特征，因此用X射線照射可以抑制

19、它的生長(zhǎng)或使它壞死。各種細(xì)胞對(duì)X射線的敏感性是不一樣的，因此放射治療方案的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，不僅要根據(jù)腫瘤位置及細(xì)胞種類計(jì)算出給予病人腫瘤的照射量，還要及時(shí)測(cè)定和調(diào)節(jié)治療設(shè)備輸出的射線量。1. X1. X射線射線治療癌癥的機(jī)制治療癌癥的機(jī)制（3）X X射線刀射線刀 是電子直線加速器與旋轉(zhuǎn)、平移控制系統(tǒng)及靶點(diǎn)定位系統(tǒng)相結(jié)合的裝置。2. 2. 用于治療的用于治療的X X射線設(shè)備射線設(shè)備（1）普通治療機(jī)普通治療機(jī) 與常規(guī)攝影X射線機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，只是X射線管采用了大焦點(diǎn)。由于產(chǎn)生的X光子能量較低，所以常用來(lái)治療皮膚腫瘤。（2）電子直線加速器電子直線加速器 利用微波電場(chǎng)加速電子，電子獲得較高能量后

20、打在靶上，從而得到高能X射線。電子直線加速器可用于全身各個(gè)組織、器官的腫瘤治療。高能高能X X射線圍繞腫瘤靶點(diǎn)作射線圍繞腫瘤靶點(diǎn)作270270 360360 的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)，在在靶區(qū)形成多個(gè)非靶區(qū)形成多個(gè)非共面的聚焦照射弧共面的聚焦照射弧，使使X X射線從各個(gè)不同方向聚集于靶點(diǎn)射線從各個(gè)不同方向聚集于靶點(diǎn)，以獲得最大的以獲得最大的輻射量。輻射量?！癤 X射線刀射線刀”可用于全身各器官、組織腫瘤的放射治療可用于全身各器官、組織腫瘤的放射治療。二、診二、診 斷斷1. 1. 常規(guī)透視和攝影常規(guī)透視和攝影 X射線常規(guī)透視、攝影、X-CT以及數(shù)字減影血管造影技術(shù)是醫(yī)學(xué)影像診斷中應(yīng)用最普遍的檢查手段。（1）

21、原理 由于由于體內(nèi)不同組織或臟器對(duì)體內(nèi)不同組織或臟器對(duì)X X射線的吸收本領(lǐng)不同射線的吸收本領(lǐng)不同，因此強(qiáng)度均勻強(qiáng)度均勻的X射線透過(guò)人體不同部位后的強(qiáng)度呈不均勻分布，將透過(guò)人體后的X射線投射到熒光屏上，就可以顯示出明暗不同的熒光像。 人體某些臟器或病灶對(duì)X射線的吸收本領(lǐng)吸收本領(lǐng)與周圍組織相差很少相差很少，在熒光屏或照片上不能顯示出來(lái)。一種解決的辦法一種解決的辦法就是給這些臟器或組織注入衰減系數(shù)較大或較小的物質(zhì)來(lái)增加它和周圍組織的對(duì)比。 在作關(guān)節(jié)檢查時(shí)，可以在關(guān)節(jié)腔內(nèi)注入密度很小的空氣，然后用X射線透視或攝影，從而顯示出關(guān)節(jié)周圍的結(jié)構(gòu)。（3）數(shù)字化X射線成像技術(shù)被普遍使用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像的儲(chǔ)存、處理

22、、顯示和傳輸。（2）造影劑 檢查消化道時(shí)，讓受檢者吞服吸收系數(shù)很高的“鋇鹽鋇鹽”(即硫酸鋇)，使它陸續(xù)通過(guò)食管和胃腸，并同時(shí)進(jìn)行X射線透視或攝影，就可以把這些臟器顯示出來(lái)。2. 2. 數(shù)字減影血管造影數(shù)字減影血管造影（DSADSA）DSADSA是一種理想的非損傷性血管造影檢查技術(shù)，它取代了危險(xiǎn)性較大的是一種理想的非損傷性血管造影檢查技術(shù)，它取代了危險(xiǎn)性較大的動(dòng)脈造影檢查動(dòng)脈造影檢查。X X射線影像射線影像光學(xué)圖像光學(xué)圖像影像增強(qiáng)器影像增強(qiáng)器視頻信號(hào)視頻信號(hào)攝像管攝像管圖像的數(shù)字信號(hào)圖像的數(shù)字信號(hào)模數(shù)模數(shù)(A/D)(A/D)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換圖像存儲(chǔ)器圖像存儲(chǔ)器本底圖像本底圖像數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)未注入造影劑

23、未注入造影劑注入造影劑注入造影劑造影像造影像數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)圖像處理器圖像處理器相減相減充盈造影劑的血管圖像充盈造影劑的血管圖像數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)放大處理放大處理，提高對(duì)，提高對(duì)比度比度數(shù)模（數(shù)模（D/AD/A）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換視頻信號(hào)視頻信號(hào)監(jiān)視器監(jiān)視器中中實(shí)時(shí)血管圖像實(shí)時(shí)血管圖像沒(méi)加造影劑的圖像沒(méi)加造影劑的圖像蒙片蒙片數(shù)字減影像數(shù)字減影像3. 3. 同步輻射雙色數(shù)字減影術(shù)同步輻射雙色數(shù)字減影術(shù) 造影劑碘對(duì)X光的吸收有一個(gè)K吸收邊吸收邊（33.16keV33.16keV），在此能量處碘對(duì)X光子發(fā)生共振吸收，即衰減系數(shù)急劇增加，而骨骼和肌肉沒(méi)有這種現(xiàn)象。在很短時(shí)間內(nèi)用兩種能量（波長(zhǎng)）的同步輻射X射線進(jìn)

24、行兩次造影兩次造影：一次的光子能量略低于K吸收邊，此時(shí)碘的衰減系數(shù)較?。涣硪淮蔚墓庾幽芰柯愿哂贙吸收邊，則衰減系數(shù)比前面大很多。兩次探測(cè)到的圖像信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，數(shù)字相減數(shù)字相減后，可將肌肉和骨骼的影響幾乎全部除去，剩下的基本是碘吸收的貢獻(xiàn)，從而獲得清晰的血管影像。不同能量的X光可看成有著不同的“顏色”，因此得名“同步輻射雙色數(shù)字減影” 通過(guò)X射線管環(huán)繞人體某一層面的掃描，利用探測(cè)器測(cè)得從各個(gè)方向透過(guò)該層面后的射線強(qiáng)度值，采用一定的數(shù)學(xué)方法經(jīng)計(jì)算機(jī)求出該層面的衰減系數(shù)分布，再應(yīng)用電子技術(shù)獲得該層面的圖像。三、三、X-CTX-CT X射線計(jì)算機(jī)輔助斷層掃描成像裝置。G. N. Houn

25、sfieldG. N. HounsfieldA. M. CormackA. M. Cormack1963年美國(guó)物理學(xué)家科馬克(A. M. A. M. Cormack,1924-1998 Cormack,1924-1998 )發(fā)現(xiàn)人體不同的組織對(duì)線的透過(guò)率有所不同,提出了用投影數(shù)據(jù)重建圖像的數(shù)學(xué)方法。1972年英國(guó)工程師亨斯菲爾德(G. N. G. N. Hounsfield, 1919Hounsfield, 1919)研制成第一臺(tái)頭部X-CT,在臨床上使用并獲得清晰的診斷影像。 1. X-CT 1. X-CT的基本原理的基本原理01lnIxI 介質(zhì)等分成若干個(gè)很小的體積元（體素）1e10 lI

26、I 221 lII e e12()0lI 通過(guò)第n個(gè)體素的強(qiáng)度：123n()0elnI I01231lnnIlI（1）不均勻介質(zhì)的吸收規(guī)律（2）成像參數(shù)欲觀測(cè)的層面分解為 nn 個(gè)體素的矩陣陣列；一幅X-CT圖像，反映了該層面體素關(guān)于的空間分布。求各體素的值，是獲得X-CT圖像的關(guān)鍵。,( , )( , )drp rx ys （3） 在待測(cè)介質(zhì)中的空間分布X射線源和探測(cè)器繞坐標(biāo)原點(diǎn)(一般取層面的幾何中心)，以很小的角度步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。每改變一個(gè)角度就記錄一組該方向的投影值分布，直到記錄足夠多的投影值分布圖（或數(shù)據(jù)），使各體素值所組成的方程式的個(gè)數(shù)，符合重建圖像的需要為止。l 快速多方向測(cè)量投影值 l

27、 快速求解( (x x，y y) )重建圖像的關(guān)鍵問(wèn)題重建圖像的關(guān)鍵問(wèn)題( , )p r 2. 2. 圖像重建的基本方法圖像重建的基本方法 圖像重建的數(shù)學(xué)方法主要有：聯(lián)立方程法、反投影法、濾波反投影法、二維傅里葉變換法、卷積反投影法及迭代法等。(1) 聯(lián)立方程法p p 1 1= =1111+ +1212=8=8p p 2 2= =2121+ +2222=9=9p p 3 3= =1111+ +2121=10 =10 p p 4 4= =1212+ +2222=7=7僅有僅有3 3個(gè)方程是獨(dú)立個(gè)方程是獨(dú)立？需再取一個(gè)左對(duì)角線方向的投影值需再取一個(gè)左對(duì)角線方向的投影值p p 5 5 = =1111

28、+ +22 22 =5=5得到得到： 1111 =3 =3、1212=5=5、2121=7 =7 和和 2222=2=2。X-CT機(jī)常采用的有256256、512512等矩陣。水平方向水平方向垂直方向垂直方向(2) 反投影法： 把各向投影值沿投影的反方向投影回矩陣?yán)?，然后把它們累加起?lái)，經(jīng)數(shù)學(xué)方法處理后，得到重建一幅圖像的值矩陣。X-CTX-CT 成像原理 X X射射線管線管 探測(cè)器直線掃描直線掃描1 1直線掃描直線掃描2 2直線掃描直線掃描3 3直線掃描直線掃描240240次次旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1 1直線掃描直線掃描旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)180180共得數(shù)據(jù)共得數(shù)據(jù)240240180=43200180=43200個(gè)

29、個(gè)從從4320043200個(gè)方程個(gè)方程2560025600個(gè)個(gè) 3. X-CT3. X-CT掃描機(jī)掃描機(jī)主要由X射線管與探測(cè)器組成的掃描系統(tǒng)。（1） 單束掃描(稱第一代CT機(jī))（2 2） 窄角扇束掃描窄角扇束掃描( (稱第二代稱第二代CTCT機(jī)機(jī)) )（3 3） 廣角扇束掃描廣角扇束掃描( (稱第三代稱第三代CTCT機(jī)機(jī)) )（4 4）固定）固定- -旋轉(zhuǎn)廣角扇束旋轉(zhuǎn)廣角扇束掃描掃描( (稱為第四代稱為第四代CTCT機(jī)機(jī)) )（5 5）動(dòng)態(tài)空間掃描（稱第五代）動(dòng)態(tài)空間掃描（稱第五代CTCT機(jī)）機(jī)）（6 6）電子束掃描（稱第六代）電子束掃描（稱第六代CTCT機(jī)）機(jī)）（7 7）錐形束多排螺旋掃描）

30、錐形束多排螺旋掃描 CT 掃描技術(shù)的發(fā)展歷史19851985198919891991199119931993大量數(shù)據(jù)取樣高質(zhì)量的快速掃描（1 1）像素的）像素的CTCT值值（2 2）窗口技術(shù)）窗口技術(shù)X-CT圖像是由不同灰度的小方塊，按矩陣排列組成，這些小方塊稱為像素像素，其灰度取決于相對(duì)應(yīng)體素的衰減系數(shù)相對(duì)應(yīng)體素的衰減系數(shù)。在圖像重建過(guò)程中，不直接運(yùn)用衰減系數(shù)來(lái)建立圖像，而是用像素的像素的CTCT值值。 CTK 待待水水水水值值（） 人體組織的CT值大致可分成2000個(gè)等級(jí)。 把感興趣部位的對(duì)比度增強(qiáng)，無(wú)關(guān)緊要部位的對(duì)比度壓縮，從而使CT值差別小的組織能得到分辨。窗口窗口：窗寬的上限和下限所包含的范圍窗寬的上限和下限所包含的范圍。 窗位窗位 是指是指觀察某一組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)時(shí)，以該組織的觀察某一組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)時(shí)，以該組織的CTCT值為中心進(jìn)行值為中心進(jìn)行觀察觀察。如腦組織的。如腦組織