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)學中的應用射線成像原理光機構(gòu)造及應用范圍2.5計算機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10-20年代，出現(xiàn)了常規(guī) X線機。20世紀60年代中、末期形成了較完整的放射診斷或放射學（高壓、放電實驗時，發(fā)現(xiàn)了X線球管。X射線radiology ）學科體系。I IIIX線的本質(zhì)：電磁輻射常用X線診斷設(shè)備：X線機、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/ (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地位，具有質(zhì)量、能量和動量?；脽羝?22.1 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)學中透視用的熒光屏、X射線攝影用的增感屏、影像增強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射線的化學效應（感光作用和著色作用）。射線能使多種物質(zhì)發(fā)生光化學反應。例如，X射線能使照相底片感光。X射線的生物效應。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。這個特性可充分應用在腫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，而我們更關(guān)心射線對人體組織的效應，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，引入一個能反應特定類型輻射所造成的生物效應的嚴重程度的物理量-劑量當量劑量當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)學中的應用（ 一 ）X 射線診斷X 射線應用于醫(yī)學診斷，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用的非刨傷性的內(nèi) 臟檢查技術(shù)?；脽羝?192.2 X 線在醫(yī)學中的應用（ 二 ）X 射線治療X 射線應用于治療， 主要依據(jù)其生物效應， 應用不同能量的 X

8、 射線對人體 病灶部分的細胞組織進行照射時，即可使被照射的細胞組織受到破壞或抑制，從而達 到對某些疾病，特別是腫瘤的治療目的。（ 三 ）X 射線防護在利用 X 射線的同時，人們發(fā)現(xiàn)了導致病人脫發(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，必須采取相應的防護措施。以上構(gòu)成了 X 射線應用于醫(yī)學方面的三大環(huán)節(jié)診斷、治療和防護?；脽羝?202.3 X 射線成像原理當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射線對人體進行照射，并對透過人體的X射線信息進行采集、轉(zhuǎn)換，并使之成為可見的影像，即為X射線人體成像。(1) X射線影像的形成當一束強度大致均勻的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)生化學反應，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，然后進行曝光。幻燈片272.3 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射線影像增強器、光學圖像分配系統(tǒng)、含有攝像機與監(jiān)視器的閉路視頻系統(tǒng)與輔助電子設(shè)備。X射線影像增強管是影像增強器的核心部件。 幻燈片282.4 X光機構(gòu)造及應用范圍X射繡管CT目標被檢產(chǎn)品傳送帶-線性陳列抿測器諾鼎X光機原理幻燈片292.4 X光機構(gòu)造及應用范圍 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嚴進處 (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 ）?；脽羝?302.4 X 光機構(gòu)造及應用范圍 1、便攜式 X 光機 2、醫(yī)用便攜式 X 光機3、工業(yè)檢測 X 光機幻燈片 312.4 X 光機構(gòu)造及應用范圍 醫(yī)療 X 光機適用范圍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。幻燈片 322.3 計算機 X 線攝影（ CR）計算機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。幻燈片 332.5計算機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線膠片并重復使用2-3萬次。當透過人體的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。表面保護層。 輝盡性熒光體層。 基板（支持體） 。 背面保護層。成像板的構(gòu)造：（1）（2）（3）（4）保護層嚴VSF I熒光體層下涂層“皿皿M保護層幻燈片342.5計算機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。 對影像可進行后處理，對曝光不足或過度的膠片可進行后期補救。 可進行圖像傳輸、存儲。 由于激光掃描儀可以對 IP上的殘留信號進行消影處理，IP板可重復使用2-3萬次?；脽羝?52.5計算機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電機氣計算機圖像處理系統(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使圖像«槿.悔低了 圖像分辨犁時間分新率較g無光學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»