醫(yī)學(xué)成像技術(shù)課件-02x射線

1、二、X射線攝影（3學(xué)時）X射線的發(fā)現(xiàn)X射線的產(chǎn)生X射線的基本特性X射線的強度X射線與物質(zhì)的相互作用X射線在物質(zhì)中和人體內(nèi)的衰減X射線攝影系統(tǒng)X射線攝影圖像質(zhì)量評價數(shù)字減影血管造影數(shù)字X射線攝影7/30/2022X射線的發(fā)現(xiàn)“看不見的射線真能看見嗎？”“不是眼睛能看見，是其結(jié)果能看見。”“關(guān)于射線您是怎樣想的呢？”“我不想，而是研究?！薄斑@種射線究竟是什么呢？”“我不知道?！薄皩頃鯓幽?？”“我不是預(yù)言家，我反對作任何預(yù)言，我正在進行研究，當(dāng)結(jié) 果得到證實，我將立即公之于眾。”1895年11月8日星期五晚上 倫琴的實驗室第一張X照片輻射致癌 7/30/2022X射線的產(chǎn)生產(chǎn)生原理產(chǎn)生條件產(chǎn)生過

2、程X 射線管產(chǎn)生機制7/30/2022X射線的產(chǎn)生原理高速運動的電子與物體碰撞時，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運動因突然受阻失去動能，其中一小部分（1左右）能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線，而絕大部分（99左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。7/30/2022X射線的產(chǎn)生條件電子源電子加速（高速電子流） 強電場 真空靶物質(zhì)（鎢，鉬，銠）7/30/2022X射線的產(chǎn)生過程接變壓器玻璃金屬聚燈罩鈹窗口金屬靶冷卻水電子X射線X射線X射線管的橫截面示意7/30/2022X射線管陰極：發(fā)射電子 陽極：靶,使電子突然減速和發(fā)射X射線窗口：X射線從陽極靶向外射出 焦點：陽極靶面被電子束轟擊而發(fā)射出X射線的區(qū)域面積。 從燈絲發(fā)射的電

3、子經(jīng)高壓加速后撞擊在靶上，此時加在兩極之間的加速電壓稱為管電壓，這種加速后的電子束流稱為管電流。管電流的變化范圍從幾個到幾百個毫安培。 對于任一給定的燈絲電流，X射線管電流將會隨著管電壓的升高而增大，當(dāng)管電壓升高到某一值（飽和電壓）時，管電流達到其最大值。在診斷中為了獲取大的管電流和有用的X射線能量，要選取大的燈絲電流和40140kV間的管電壓。7/30/2022X射線的產(chǎn)生機制碰撞損失：入射電子與外層電子，熱量，99輻射損失：入射電子與內(nèi)層電子和原子核，輻 射能，1軔致輻射：撞擊原子核，產(chǎn)生連續(xù)X射線，性質(zhì)和靶材料無關(guān)特征輻射：撞擊內(nèi)層電子，產(chǎn)生標(biāo)識X射線（不連續(xù)），性質(zhì)和靶材料有關(guān)，能級躍

4、遷原子模型h=6.626075510-34Js 7/30/2022X射線的產(chǎn)生機制連續(xù)譜(軟X射線)高速運動的粒子能量轉(zhuǎn)換成電磁波譜圖特征:強度隨波長連續(xù)變化是衍射分析的背底;是醫(yī)學(xué)采用的特征譜(硬X射線)高能級電子回跳到低能級多余能量轉(zhuǎn)換成電磁波僅在特定波長處有特別強的強度峰衍射分析采用7/30/2022X射線的基本特性穿透性：熒光作用電離作用熱作用化學(xué)和生化作用電磁波，10103 nm，波粒二重性7/30/2022X射線的基本特性X射線的穿透作用 X射線波長短，具有較高的能量，因此，它有很強的貫穿本領(lǐng)。X射線的貫徹本領(lǐng)不僅與X射線的能量有關(guān)，還與被穿透的物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)和原子性質(zhì)有關(guān)。同一X射

5、線，對原子序數(shù)較低的元素所組成的物體，其貫穿本領(lǐng)較強；而對原子序數(shù)較高的元素組成的物體，貫穿本領(lǐng)相對較弱。因此，X射線對人體不同組織的穿透性也就不同，它是X射線醫(yī)學(xué)影像學(xué)的基礎(chǔ)。在人體組織中，鈣質(zhì)的密度最大，原子序數(shù)較高，如骨骼吸收X射線較多，是不易透射組織。各種軟組織以及體液屬于中等透射組織。脂肪密度比較組織小，對X射線的透射性較好。氣體透射性最好。7/30/2022X射線的基本特性X射線的熒光作用 當(dāng)射線照射某種物質(zhì)時，能夠發(fā)出熒光，具有這種光特性的物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)。如鎢酸鈣、鉑氰化鋇、銀激活的硫化鋅鎘等。這些熒光物質(zhì)受X射線照射時，物質(zhì)原子被激發(fā)或電離，當(dāng)被激發(fā)的原子恢復(fù)到基態(tài)時，便可釋

6、放出熒光。醫(yī)學(xué)中透視用的熒光屏、X射線攝影用的增感屏、影像增強器中的輸入屏和輸出屏都是利用熒光特性做成的。閃爍計數(shù)器中的閃爍晶體以及熒光玻璃等也是利用X射線的熒光作用制造的。7/30/2022X射線的基本特性X射線的電離作用 具有足夠的能量的X射線光子可以撞擊出物質(zhì)原子中的電子，使電子脫離原子而產(chǎn)生第一次電離。獲得足夠能量脫離原子的電子，又與其他原子作用，產(chǎn)生二次電離。通過測定電離電荷的多少就可知道X射線的照射量。多種測定照射量儀器的探頭如電離室、正比計數(shù)管、蓋革彌勒計數(shù)管等都是利用這個原理制成的。電離作用也是X射線損傷和治療的基礎(chǔ)。7/30/2022X射線的基本特性X射線的熱作用 X射線被物

7、質(zhì)吸收，絕大部分最終都將變?yōu)闊崮?，使物體溫升。測定X射線吸收劑量的量熱法就是依據(jù)這個原理研究出來的。X射線的化學(xué)和生物效應(yīng) X射線能使膠片乳劑感光，能使很多物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。另外，某些物質(zhì)經(jīng)X射線長期照射的，其結(jié)晶體脫水漸漸改變顏色，稱為著色作用或脫水作用。 7/30/2022X射線的強度 X射線在空間某一點的強度是指單位時間內(nèi)通過垂直于X射線傳播方向上的單位面積上的光子數(shù)量與能量乘積的總和。 X射線強度是由光子數(shù)目和光子能量兩個因素決定的。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，常用X射線的量和質(zhì)來表示X射線的強度。量是X射線光子的數(shù)目，質(zhì)是X射線光子的能量。 7/30/2022X射線的強度單能X射線多能線狀譜連續(xù)

8、譜強度質(zhì)與量0.5納米 軟X射線0.1納米 硬X射線 7/30/2022X射線與物質(zhì)的相互作用 X射線與物質(zhì)相互作用時，產(chǎn)生各種不同的和復(fù)雜的過程。就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線通過物質(zhì)時，可分為三部分：一部分被吸收，一部分被散射，一部分透過物質(zhì)繼續(xù)沿原來的方向傳播。光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對效應(yīng)7/30/2022X射線與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng)（吸收）入射X射線光子激發(fā)原子所發(fā)生的激發(fā)和輻射過程，光子消失，被擊出的電子稱為光電子，輻射出的次級標(biāo)識X射線稱為熒光X射線。 7/30/2022X射線與物質(zhì)的相互作用康普頓效應(yīng)（散射）入射X射線光子和原子內(nèi)某一軌道電子發(fā)生相互作用，光子損失部分能量，改變運

9、動方向后成為散射光子，被擊出的電子稱為反沖電子。 7/30/2022X射線與物質(zhì)的相互作用電子對效應(yīng)入射X射線光子經(jīng)過原子核旁時形成一對正負電子，能量守恒和動量守恒湮滅輻射7/30/2022X射線與物質(zhì)的相互作用 X射線射入人體后，一部分被吸收和散射，另一部分透過人體沿原方向傳播。透過人體的X射線光子按特定形式分布，便形成了X射線影像。X射線影像是人體的不同組織對射線不同衰減的結(jié)果。 診斷X射線與人體組織作用時，除一部分為直接透射外，其余部分主要通過光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)被吸收和散射。光子與物質(zhì)的相互作用除與光子本身的能量有關(guān)外，還與物質(zhì)的原子序數(shù)有關(guān)。7/30/2022X射線在物質(zhì)中和人體內(nèi)的

10、衰減當(dāng)一束X射線通過物質(zhì)時，由于散射和吸收的作用使其透射方向上的強度衰減。衰減的程度與所經(jīng)過物質(zhì)中的距離成正比。窄束、單能窄束、連續(xù)譜人體組成:骨骼軟組織肺和消化道低能X射線 光電效應(yīng)高原子序數(shù)高 衰減能力強7/30/2022X射線在物質(zhì)中和人體內(nèi)的衰減人體組織對X射線的穿透性7/30/2022X射線攝影系統(tǒng)受試體采集、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)X射線電視系統(tǒng)X射線照片系統(tǒng)X光機7/30/2022X射線攝影圖像質(zhì)量評價評價參數(shù)：對比度模糊與細節(jié)可見度噪聲與信噪比偽影畸變（失真）7/30/2022X射線攝影圖像質(zhì)量評價影響因素對比度膠片特性受試者的個體差別光子能量散射線模糊運動模糊焦點模糊檢測器模糊膠片感光

11、顆粒噪聲量子噪聲系統(tǒng)噪聲7/30/2022 十九世紀(jì)末，陰極射線研究是物理學(xué)的熱門課題。許多物理實驗室都致力于這方面的研究，倫琴也對這個問題感興趣。1895年11月8日，正當(dāng)倫琴繼續(xù)在實驗室里從事陰極射線的實驗工作，一個偶然事件引起了他的注意。當(dāng)時，房間一片漆黑，放電管用黑紙包嚴(yán)。他突然發(fā)現(xiàn)在不超過一米遠的小桌上有一塊亞鉑氰化鋇做成的熒光屏發(fā)出閃光。他很奇怪，就移遠熒光屏繼續(xù)試驗。只見熒光屏的閃光，仍隨放電過程的節(jié)拍斷續(xù)出現(xiàn)。他取來各種不同的物品，包括書本、木板、鋁片等等，放在放電管和熒光屏之間，發(fā)現(xiàn)不同的物品效果很不一樣。有的擋不?。挥械钠鸬揭欢ǖ淖钃踝饔?。倫琴意識到這可能是某種特殊的從來沒有觀察到過的射線，它具有特別強的穿透力。于是立刻集中全部精力進行徹底的研究。他一連許多天把自己關(guān)在實驗室里，連自己的助手和家人都不告知。他把密封在木盒中的砝碼放在這一射線的照射下拍照，得到了模糊的砝碼照片；他把指南針拿來拍照，得到金屬邊框的深跡；他把金屬片拿來拍照，拍出了金屬片內(nèi)部不均勻的情況。他深深地沉浸在這一新奇現(xiàn)象的探討中，達到了廢寢忘食的地步。平時一直幫他工作的倫琴夫人感到他舉止反常，以為他有