射线与断层成像ppt课件

第十二章第十二章 X X射线与断层成像射线与断层成像 （X-ray and Tomography） X X 射线透射线透视X X 射线射线摄影 X线计算机断层成像（X-CT） X射线的产生及其性质 物质对X射线的吸收 X射线在医学上的应用 X-CT 难点： X-CT 重点： X射线的产生及其性质 第一节 X射线的产生及其性质 Production and Properties of X-ray 德国慕尼黑伍尔茨堡大学（1895年11月8日傍晚） 一种新的射线初步报告（1895年12月28日 ） 获首个诺贝尔物理学奖（1901年） Dec. 22, 1895 1.本质 l高频电磁波 频率：波长： 一、X射线的产生 l具有波粒二相性 临床： l有高速运动的电子流； l有阻止电子运动的合适障碍物（靶）。 基本条件： 2.X射线的产生 高速运动粒子流与原子的内层电子或原子核 相互作用产生。 管电流 管电压 X射线管 X射线管 包括三部分：X射线管、高压电源及低压电源 （1）阴极发射热电子的地方(一般由钨丝制成)。 （2）阳极（靶）使电子突然减速并发出X射线 的地方（一般由钨、钼制成）。 （3）窗口X射线从阳极射出放的通道。 阴极阳极窗口 阳极（靶-钨 W、钼Mo ） l水冷或油冷 l靶旋转 l高熔点的重金属 l间断工作 高速粒子撞击阳极靶时， 仅有1%的动能转换为X射线的动 能，其余部分转化为热能。 1.X射线的强度和硬度 单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的辐射能量。 （1） 强度（Intensity）或 X射线的量（Quantity） 表示频率为 的光子数目。 l光子数N 二、X射线的性质 单位: 增加X射线强度的两个决定因素 常用一定管电压下管电流的mA数间接表示 l光子能量数hv （2）硬度（Hardness） 指X射线的穿透本领，只取决于X射线的波长， 即光子的能量，与光子数目无关。 l常用管电压的kV数来间接表示 lX射线的硬度也称为X射线的质（Quality） 仅与管电压有关，管电压X射线的硬度 X射线按硬度分类 名 称管电压(kV)最短波长(nm)主要用途 极软X射线 5200.250.062软组织摄影等 软X射线 201000.0620.012透视和摄影 硬X射线 1002500.0120.005较深组织治疗 极硬X射线 250以上0.005以下深部组织治疗 2.X射线的的基本性质 l电离作用X射线照射能使分子或原子电离 对有机体可诱发各种生物效应，破坏或改变生 物功能，可用于治疗某些疾病，但也有损坏作用， 要对X射线进行防护。 l荧光作用X射线照射某些物质能使其发出荧光 将ZnSO4、铂氰化钡、钨酸钙、磷等物质涂 在纸板上可构成荧光屏。 l贯穿本领对各种物质都有一定的贯穿作用 物质对X射线的吸收与X射线波长有关，也决定 于物质的原子序数或密度。人体密度不同（或Z）， 呈现强度强弱的空间分布，用于透视照相。 l光化作用X射线照射可使物质发生光化反应 使照相底版感光，记录X射线谱强度。 三、X射线谱 把X射线强度与波长的关系曲线称为X射线谱。 连续X射线谱线状谱 （1）标识谱(特征谱)（Characteristic Spectrum） 特点：强度较大且具有特定波长，反映出靶材料 的原子特征。 内层电子被激发，从高能级跃迁到低能级形成。 （2）连续谱（Continuous Spectrum） 波长连续分布。靶材料的 原子序数愈大，管电压愈高， 连续射线的强度愈强。 l由轫致辐射（Bremsstrahlung）产生 l连续谱的最短波长 电子受原子核强电场作用失去能量转换为光子的过程 。 第二节 物质对X射线的吸收 X-ray Absorption by Materials 一、单能窄束X射线的吸收规律 单色窄束X射线吸收遵从朗伯定律 称为线性吸收系数 二、半价层（Half Value Layer） X射线在某种物质中强度被吸收一半所对应的 物质厚度。 三、吸收系数（Absorption Coefficient） -物质的原子序数 -质量吸收系数 第三节 X射线在医学上的应用 The Application of X-ray in Medicine 一、诊断 X射线透视（X-ray Fluoroscopy） 优点 ： 缺点： 可任意转动体位，易于对某些器官的功能进行 动态、多角度的观察；简单、快捷、费用低。 分辨率低；对病变没有记录，不利于讨论、研 究及复查对比。 X射线摄影术（Roentgenography） 二、治疗 X射线对生物组织细胞有破坏作用，尤其是对分 裂活动旺盛或正在分裂的细胞，其破坏力更强。 肿瘤细胞自身分裂活跃，它对X射线的敏感性比 发育成熟的正常细胞更为强烈。 利用X射线可以对肿瘤组织起到抑制、破坏或 杀死作用。 1.X1.X射线治疗机射线治疗机 由由X X射线管发出的射线管发出的X X 射线需经过准直器准直射线需经过准直器准直 再照射肿瘤部位。再照射肿瘤部位。 X X射线治疗机由射线治疗机由X X射射 线管、高压发生器、三线管、高压发生器、三 维移动机架及计算机控维移动机架及计算机控 制系统组成。制系统组成。 分为接触治疗机、浅层治疗机和深部治疗机分为接触治疗机、浅层治疗机和深部治疗机 2.X2.X刀（刀（X X射线立体定向放射治疗系统，射线立体定向放射治疗系统，光子刀光子刀） 治疗癌症：X射线对人体组织的电离作用，直接破坏 细胞，尤其对分裂旺盛的癌细胞。 刀-21世纪治疗肿瘤新技术 l l准确的定位准确的定位 l l较大的较大的“焦皮比焦皮比” 单位体积内病变组织与健康单位体积内病变组织与健康 组织所受的剂量之比组织所受的剂量之比100/1100/1。 使射线的焦点准确地定位与病灶点。使射线的焦点准确地定位与病灶点。 X-X-刀比刀比 - -刀更适用于更大的颅内病灶刀更适用于更大的颅内病灶 功能性疾病功能性疾病（帕金森、癫痫、三叉神经疼等）（帕金森、癫痫、三叉神经疼等） X-X-刀的适应病症：刀的适应病症： 脑血管疾病脑血管疾病（颅内动静脉畸形、动静脉瘤等）（颅内动静脉畸形、动静脉瘤等） 颅内肿瘤颅内肿瘤（垂体瘤、听神经瘤（垂体瘤、听神经瘤、脑膜瘤等脑膜瘤等) ) 在治疗过程中，病人无出血、无感染、无痛苦。在治疗过程中，病人无出血、无感染、无痛苦。 美国美国Varian 23EXVarian 23EX医用电子直线加速器：包括普通放疗、三维适形医用电子直线加速器：包括普通放疗、三维适形 放疗（放疗（3D- CRT3D- CRT）、适形调强放疗（）、适形调强放疗（IMRTIMRT）、）、X-X-刀治疗刀治疗 三、防护 X射线能够引起生物效应，过量的照射可以引 起损伤（机体本身和遗传损伤）。 l时间防护-缩短受照射时间 l距离防护-增加到X射线源的距离 l屏蔽防护-使用铅板、含铅玻璃、含铅胶皮裙 和手套以及混凝土等。 第四节 X-CT（X射线计算机断层成像） X-ray Computed Tomography 亨斯菲尔德和科马克获亨斯菲尔德和科马克获 19791979年诺贝尔医学和生理学奖。年诺贝尔医学和生理学奖。 G. N. Hounsfield A. M. Cormack 英国：亨斯菲尔德（Hounsfield） 1969年发明 1971年9月第一台头颅CT机问世 1972年11月公布于世 1974年美国工程师设计出全身CT机 美国：科马克（Cormack） -1950年提出投影重建算法，并进 行了仿真和实验研究 利用投影数据，采用数学方法重建图像。 l投影是用X射线照射病人，投影于与射线方向垂 直的平面上。 l数据是组织对X射线的吸收值 l重建图像是将吸收值转化为图像 X-rayCT 无前后影像重叠，密度分辨力比传统的X线检查高10-20倍。 一、CT成像的基本原理 1.图像重建的基本思想 小块厚度很小，视为均匀介质，并称为体素(Voxel） 。 在实际应用中各体素常取同样厚度，且为单位长度。 测出多个投影数据，算出每个体素的值。 将各体素的 值转化成对应图像上各像素的灰度 。 2.CT值 单位为亨 以水的吸收系数为基准 3.开窗 CT机荧光屏只能分64个灰度等级进行图像显示 窗宽(Window Width) 最亮的和最黑的CT值之差 窗位(Window Level) 中心CT值 开窗可以提高仪器的灵敏度 4.图像重建的基本方法 第一代CT，断层为160160=25600个像素。 （512512矩阵），空间分辨力也提高到0.1mm。 扫描时间可达到10 二、CT扫描及其特点 第一代CT扫