放射诊断设备与超声成像VIP

X线诊断设备,一、X线诊断设备,基础知识X线设备的构成数字X线成像,X线机,移动式X线机（床边机）,便携式X线机,移动式X线机(床边机),口腔全景机,口腔全景X光机可拍摄到口腔全景X线片、颞下颌关节全景X线片、头颅定位正位和侧位X线片，仅一张光片即可包括全部牙齿和颌骨，清晰显示全口牙列、上下颌骨的形态，为牙齿疾病、颌骨骨折及肿瘤等的诊断及治疗提出X线影像学依据，更是高质量完成牙颌面畸形的正畸及正颌外科治疗所必备的检查,牙科X线机,乳腺钼靶机,乳腺钼靶x线机（Mammography）简称为“钼靶”，是一种专用于发现早期乳腺癌的检查设备，是目前诊断乳腺疾病最常用的检测手段，它的特点是可以检测出医生触摸不到的乳腺肿块。迄今为止，钼靶是乳腺癌诊断灵敏度和特异性最高的检查手段，其诊断率可达到8590%。,乳腺钼靶X片,C型臂,数字减影血管成像（DigitalSubtractedAngiography）DSA设备,球管,探测器,C臂,检查床,高压注射器,CT,1、基础知识,1895年12月28日，伦琴在维尔兹堡大学作了一次X射线的学术报告，并公布了世界上第一张X光照片伦琴夫人的手骨照片，引起了世界的轰动。X射线的新闻发布不久，美国人就用它发现了患者足部的子弹。,1845年3月27日生于荷兰；1868年毕业于苏黎世联邦工程学院；1872年伦琴到斯特拉斯堡大学任副教授；1875年成为霍恩海堡农业专科学校的教授；1879年1888年主持吉森大学物理学讲座；1889年1893年任耶拿大学和乌德勒兹两大学的教授；1894年1900年任维尔茨堡大学校长和慕尼黑物理研究所所长。,伦琴生平简介,1.1X线产生条件1.要有一个电子源，能根据需要，随时提供足够数量的电子，这个电子源称为阴极（cathode）；2.要有一个能经受高速电子撞击而产生线的靶，即阳极（anode）；3.要有高速电子流。两个方面，其一是高压电场，使电子获得动能；其二是有高真空环境，使电子在运动中不受气体分子的阻挡和电离放电而降低能量，同时也能保护灯丝不致因氧化而被烧毁。,1、基础知识,高速电子同阳极靶面的相互作用,1、从能量角度看：高速电子的能量转移给辐射X线光子。2、从作用的物理过程来说，分为电离、激发、弹性散射和韧致辐射四个物理过程。,1、基础知识,电离：原子的内层电子在高速电子的作用下完全脱离原子轨道，使原子变为离子。内层电子脱离轨道后，高能的外层电子跃迁到低能的内层轨道上，同时发射出X线光子，称为标识X线。,1、基础知识,激发：高速电子（或二次电子）将原子的外层电子推入高能级的空轨道，使原子处于激发态。原子从激发态跃迁到基态辐射出标识X线。,1、基础知识,弹性散射：高速电子受原子核电场的作用而改变运动方向，但其保持能量不变。,1、基础知识,韧致辐射：高速电子在原子核电场的作用下，速度突然变小时，其一部份能量转变成X线光子发射出来。,韧致辐射所产生的X线是一束波长不等的连续光谱。,1、基础知识,高速电子与靶原子作用方式小结,电离激发弹性散射韧致辐射,内层电子外层电子核电场核电场,标识X线标识X线高速电子改变方向连续X线光谱,X线光谱,1、基础知识,1.2X线的结构分析,由连续X线和标识X线组成。连续X线：高速电子与靶极原子的韧致辐射所产生的波长连续分布的X线。标识X线：当高速电子作用于靶极原子的内层电子上，使其脱离轨道时，外层电子跃迁到内层轨道上所发射的X线光子称为标识X线。标识X线的波长固定不变。,1、基础知识,1.3X线的量和质,1、物理方面：X线的量：单位时间通过与射线方向垂直的单位面积所有光子的能量总和。X线的质：X线的贯穿本领。2、诊断方面：X线的量：X线管电流与照射时间的乘积，即mAs。X线的质：以X线管的峰值管电压kVp表示，因为峰值管电压决定了到达靶面的电子最大动能。,1、基础知识,3、治疗方面：X线的量：X线对空气的照射量x来表示。照射量x的定义：在质量为的空气中，空气电离释放的全部电子的总电量的绝对值单位：伦琴（在1的标准状态空气中测得的电荷量为1静电单位）,1、基础知识,X线的质：用单位半阶层表示。半价层的定义：X线通过一定厚度的材料后，其照射量为原来的一半，则这一厚度称为X线对这种材料的半价层。半价层越厚，说明X线的贯穿本领越强。,1、基础知识,1.4X线衰减的基本关系式,当X线穿过受检体时,由于它与物质间的相互作用，产生吸收和散射,若入射的光子数为No，行经x距离后余下的光子数为N，对于均匀物质，则,可得指数型衰减关系式,1、基础知识,单能窄束X线通过物质后的衰减图,意义：只有光子数目的减少，无能量的变化。,1、基础知识,（一）光电效应（photoelectriceffect）X光子与原子内层电子作用，整个光子被原子吸收，其所有能量交给原子中的一个电子。该电子获得能量后就离开原子而被发射出来，称为光电子。光电子能继续与介质作用。,1.5X线与物质的相互作用,1、基础知识,光电效应对照片质量和被检者的影响,1、光电效应有利于提高照片质量（1）光电效应时X线光子能量被完全吸收，不产生散射线，减少照片的灰度。（2）光电效应发生几率与原子序数四次方成正比，对各种组织差别大，因此各种组织对X线能量吸收差别大。（3）光电效应发生几率与X线波长的立方成正比，采用长波长X线，可增强人体组织间对比度。,1、基础知识,光电效应对照片质量和被检者的影响,2、光电效应光子的能量完全被组织吸收，在体内诱发各种化学效应和生物效应，对人体损害大，可采用高kV的X线摄影，减少光电效应发生几率。,1、基础知识,（二）康普顿效应（Comptoneffect）,光子与原子的外层轨道电子作用时，交给轨道电子部分能量后，频率和方向改变，发生散射，而轨道电子脱离原子轨道射出。产生反冲电子和散射光子。散射光子保持大部分能量，人体组织不能将它全部吸收，到达胶片，产生灰雾。反冲电子获得小部分能量。,1、基础知识,光电效应与康普顿效应的比较,（三）电子对产生（electronpairproduction）能量大于1.02MeV的X光子在物质中通过时，可与原子核碰撞，转变成一个电子和一个正电子，从原子中发射出来。被发射出的电子和正电子还能继续与介质发生相互作用。,电子对效应产生条件：h1.02Mev即X线管电压大于等于1020kV在诊断范围内，一般不可能出现。,1、基础知识,X光子通过上述三种效应，能量逐渐减弱、方向发生不同的改变，最终也可表现为被吸收。,1、基础知识,1.6X线的作用(FunctionsofX-ray)（一）穿透作用X线通过物质不被完全吸收的本领，与光电效应发生几率有关；X线波长越长，光电效应发生几率越大，吸收越多，越难穿透；物质原子序数越大光电效应发生几率越大，吸收越多，越难穿透；穿透不同物质强度发生变化，这就是X线诊断的物理基础。,1、基础知识,（二）电离作用X线光电效应和康普顿效应分别产生光电子和反冲电子，失去电子的原子变成离子，这就是电离作用。在气体中电离电荷可以收集起来测定X线的照射量，这就是X线测量仪的原理。,1、基础知识,（三）荧光作用有些物质如磷、铂氰化锌镉、钨酸钙等受X线照射，可发出可见光或紫外线，这就是X线荧光屏的原理。,1、基础知识,（四）化学效应1、感光效应X光线照射到胶片上的溴化银时，使其发生化学变化，经化学显影药作用变成黑色金属银，未受照射的溴化银则被定影药融化。这就是X线摄影的原理。,1、基础知识,2、着色作用某些物质如氰化钡、水晶等受X线照射后，其结晶脱水而改变颜色。,1、基础知识,（五）生物效应X线光子能量被完全吸收，对生物组织细胞具有破坏、分解作用，称为生物效应。受同样照射时，人体不同组织受破坏的程度不同。凡是生长力强、分裂活动快的组织细胞，易受破坏。对软组织，如皮肤、肌肉、肺和胃的破坏小一些。,1、基础知识,2、X线设备的构成,X线机结构框图,X线机结构示意图,球管,高压发生器,胸片架,检查床,悬吊架,高压电缆,X线球管(X-rayTube),2、X线设备的构成,线球管可谓线机的心脏，它是产生线的关键部件。是一个高真空器件，产生线的实质是能量转换，高速电子所携带的能量在遭到急剧阻挡后，大部分转变为热能（99%)，只有很小的一部分能量转变为线。,线球管从结构上分为固定阳极和旋转阳极两种。,1.固定阳极X线球管（StationaryAnodeX-rayTube）,2、X线设备的构成,固定阳极X线球管,2、X线设备的构成,电子动能99转换为热能，灯丝及靶面采用钨：熔点高（3370）、机械强度高、寿命长、延展性好。二次电子：高速电子轰击靶面，少量电子反射回来形成二次电子。危害：1.降低真空度2.影响成像质量集射罩：1.使电子集中2.防止二次电子造成灯丝损害。,2、X线设备的构成,实际焦点和有效焦点,L,2、X线设备的构成,要提高阳极功率及散热，就要增大实际焦点面积：1.增加阴极灯丝的长度L；2.增大阳极倾角。,2.0焦点,1.0焦点,0.3焦点,面积12周长16最大负载40KW,面积3周长8最大负载20KW,面积0.27周长2.4最大负载2KW,2,6,1,3,0.3,0.9,不同尺寸焦点的额定容量,2、X线设备的构成,增大实际焦点面积又影响了清晰度。因此提高阳极功率与保证图像清晰成为矛盾。,焦点尺寸与影像的关系,2、X线设备的构成,2.旋转阳极X线球管（RotatingAnodeX-rayTube）,旋转阳极X线球管,2、X线设备的构成,旋转阳极靶面示意图,有效焦点,电子束,2、X线设备的构成,从偏离管中心轴线的阴极灯丝发射出来的电子，轰击在转动的阳极靶面上，由于热量被均匀地分布在一个转动着的圆环面上，使单位面积上的热量大幅度降低，因而能有效地提高线球管的功率；,2、X线设备的构成,或者说，在一定的负载功率下，阳极倾角可以大大减小，从而使有效焦点变小而大大提高了影像清晰度。所以旋转阳极线球管的最大优点是：功率大、焦点小。,2、X线设备的构成,旋转阳极X线球管,2、X线设备的构成,旋转阳极X线球管结构,灯丝,靶面,定子,转轴,2、X线设备的构成,旋转阳极靶由感应电动机带动，功率90瓦左右，转速3000至上万。转子用耐高温、高强度、耐磨的轴承支撑。转速n=2f60/pf:电源频率p：定子极数，一般为2f50Hz理论转速3000r/min实际转速2700r/minf150Hz理论转速9000r/min实际转速8500r/min,2、X线设备的构成,X线电视系统（XTVSystem）,2、X线设备的构成,定义：利用影像增强器将不可见的X线转换为亮度很高的可见光影像，再通过摄像机转换为电信号，经放大处理后用电缆输送到显示器，显示出人体各部位的组织结构的系统。,X线电视实物图,2、X线设备的构成,X线电视结构,2、X线设备的构成,各种规格的影像增强器,2、X线设备的构成,影像增强器工作原理X线在输入屏上成荧光影像，输入屏内侧的光电阴极按荧光的强弱产生光电子（光电效应），形成电子影像。光电子束高速飞向阳极，在聚焦电极作用下于输出屏前方形成了缩小的电子倒像，其电子束射到输出荧光屏上，形成了荧光影像，亮度增加100010000倍。,3、数字X线成像,传统X线机,CR,DR,数字X线成像设备的分类,1、数字X线成像设备：是指把X线透射影像数字化并进行图像处理的一种X线设备。2、根据成像原理的不同可分为：（1）CR（computedradiography）：计算X线摄影。CR是用存储屏记录X线影像，通过激光扫描使存储信号转换成光信号，再用光电倍增管转换成电信号，然后经A/D转换后，输入计算机处理，成为高质量的数字图像。,3、数字X线成像,（2）DR（digitalradiography）：数字X线摄影。DR分为直接转换方式(DDR，DirectDigitalRadiography)和间接转换方式(IDR，IndirectDigitalRadiography)。,3、数字X线成像,数字X线摄影的优势1、摄影速度快：DR几秒钟CR几十秒X线胶片十几分钟,3、数字X线成像,2、图像清晰：高分辨率、广灰阶度、获取信息量大、图像信息丢失少、图像无畸变。3、图像处理功能强：窗宽窗位、放大缩小、图像旋转、黑白翻转、标记测量等多种处理。4、获取信息更多：动态范围广，一次摄影图像中看到多种组织结构。5、图像保存方便。6、远程图像传输。,3、数字X线成像,7、节省开支，创造经济效益。8、辐射剂量小：比常规方式降低30%-70%，这是因为数字成像系统对X线的利用率高，其量子检出效率可达60%以上。,3、数字X线成像,一、ComputedRadiographyCR传统X线摄影流程(TraditionalRadiographyWorkflow),贴号,投照,洗片,读片,3、数字X线成像,CRWorkflow,X-RayExposure,IdentifyPatientInfo.,Printing,ScanImage,PACS,CRcassette,ProcessingStation,3、数字X线成像,CR成像的基本原理使用IP板(ImagingPlate)记录下X射线穿透人体衰减后的潜影(HiddenImage),此为第一次激发。激发的IP板，再经过激光扫描仪（激光束扫描）依据光致发光原理（PSLPhotoStimulatedLumines）读取影像数据,此过程为第二次激发。将读取的影像数据转换成图像信号，并传输到图像工作站（ImageWorkstation）进行各种图像处理和显示、照相等。,3、数字X线成像,IP板,影像板的结构图（StructureofImagePlate）,保护层,支持层,背衬层,荧光物质,荧光(成像)层,3、数字X线成像,CR影像不是直接记录于胶片，而是先记录在IP上；IP可以重复使用，但没有影像显示功能。,影像板扫描仪工作原理,3、数字X线成像,激光,光扫描仪,光电倍增管,暗盒/影像板（Cassette/ImagePlate）,记忆卡记忆病人及技术资料包括:姓名、年龄、摄影体位等IP板/暗盒规格:1417in1414in1012in810in牙科暗盒乳腺暗盒,Memorychip,3、数字X线成像,激光扫描器（Scanister）,3、数字X线成像,激光扫描器性能,输入输出各10个暗盒每小时50-200张读取病人及影像资料以12bit获取影像以12bit讯息输出,输出缓冲区10个暗盒,输入缓冲区10个暗盒,3、数字X线成像,履带式,抽屉式,其它结构的激光扫描器,3、数字X线成像,二、DigitalRadiographyDR,3、数字X线成像,GE,3、数字X线成像,平板探测器,3、数字X线成像,3、数字X线成像,FlatPanelX-RayImageReceptors,3、数字X线成像,FlatPanelX-RayImageReceptors,3、数字X线成像,FlatPanelX-RayImageReceptors,3、数字X线成像,1.间接转换平板探测器荧光材料层：应用CsI闪烁体将X线转换为光信号。探测器阵列单元：在玻璃基层上安装上百万探测元，每个单元包括一个非晶硅（a-Si）光电二极管和一个薄膜晶体管（TFT），对应图像的一个像素。,3、数字X线成像,闪烁体法(scintillatormethod):,3、数字X线成像,X射线穿过反射层到达闪烁体(CsI)后，激发出可见光子，可见光传递到下面的光电二极管，将光信号转化为电信号。,间接转换平板探测器结构图,3、数字X线成像,碘化铯(CsI)+a-Si+TFT：当有X射线入射到CsI闪烁发光晶体层时，X射线光子能量转化为可见光光子发射,可见光激发光电二极管产生电流,这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷.每个象素的储存电荷量和与之对应范围内的入射X射线光子能量与数量成正比。发展此类技术的有法国Trixell公司(SIEMENS、Philips、汤姆逊合资、万东等)-成本约9.5万美金；美国GE(收购EG&G公司)等。,3、数字X线成像,各大公司的间接平板探测器，根据使用的荧光材料的不同而不同,硫氧化钆(Gd2O2S)+a-Si+TFT：利用增感屏材料硫氧化钆(Gd2O2S)来完成X射线光子至可见光的转换过程。发展此类技术的公司有美国瓦里安公司、Canon公司等。,3、数字X线成像,此类材料制造的TFT平板探测器成像快速、成本较低,碘化铯(CsI)/硫氧化钆(Gd2O2S)+透镜/光导纤维+CCD/CMOS：X射线先通过闪烁体或荧光体构成的可见光转换屏，将X射线光子变为可见光图像，而后通过透镜或光导纤维将可见光图像送至光学系统，由CCD采集转换为图像电信号。发展此技术的ssRay、Wuestec、新医科技等公司。,3、数字X线成像,CsI(Gd2O2S)+CMOS：此类技术受制于间接能量转换空间分辨率较差的缺点，虽利用大量低解像度CMOS探头组成大面积矩阵，尚无法有效与TFT平板优势竞争。发展此类技术的公司有CaresBuilt、Tradix公司等。,3、数字X线成像,2.直接转换平板探测器X线转换单元：应用光电导材料-非晶硒（a-Se）将X线转换为电信号。当X线照射非晶硒层时，由于光电导性，按照X线曝光量水平产生一定比例的正负电荷聚集在电容中。探测器阵列单元：在玻璃基层上安装上百万探测元，每个单元包括一个电容和一个薄膜晶体管（TFTThin-FilmTransistor），对应图像的一个像素。,3、数字X线成像,光电导体法(photoconductormethod):,由非晶硒（a-Se）和薄膜晶体管(TFT)构成。非晶硒是一种光电导材料，当X射线照射时，由于光电导效应，它的电阻值发生改变，使得下面的薄膜晶体管(TFT)层的电容充电，产生相应电荷的变化。,偏压,电容,TFT,读出控制电路,信号输出,直接转换平板探测器,非晶硒,X线,顶层电极,集电矩阵,3、数字X线成像,1-5v电压,先给阵列板一个1-5kV的电压，使非晶硒带上一层电荷,由于非晶硒的光电导作用，产生正负电子对，正电子移向集电矩阵,电容充电，相应产生电荷的变化，由控制电路控制TFT读出信号大小。,直接转换X线半导体直接转换为电信号读出与处理,直接转换vs非直接转换,非直接转换X线荧光体转换为光能光电管转换成电信号读出与处理,3、数字X线成像,闪烁体法(CsI)-IDR，IndirectDigitalRadiography光电导体法（非晶硒a-Se）-DDR，DirectDigitalRadiography,几种平板探测器,TrixellSAS,3、数字X线成像,Trixell公司的间接FPD提供给西门子，飞利浦以及我国的东软公司等。,GE(EG&G),GE公司的DR机则采用其自行生产的间接FPD。(生产间接FPD的EG&G公司也已为GE公司所兼并),Varian,瓦里安公司的FPD提供给瓦里安，皮克，及我国的东软、万东等公司。,Canon,Canon公司的间接FPD提供给Canon，Trex等公司。,DRC,DRC公司的直接FPD除了提供给Hologic，Lorad，柯达公司外，我国的东健公司、友通公司也采用DRC的FPD配套生产数字化X射线整机。,品牌：在DR领域，目前主流品牌依然是西门子、飞利浦、GE，其余均为二类品牌。,零部件来源：西门子、飞利浦的DR零部件基本来源与自己的工厂设计制造，零部件相互适配性较高，故障率较低，但价格相对较高。GE和柯达DR零部件来自全球采购，GE和柯达仅仅是品牌拥有者，尤其是柯达，实际只能生产胶片和相机，从来就不是X线影像产品制造者，所以零部件相互适配性较差，故障率较高，但价格相对低廉。岛津、日立的DR平板探测器来自佳能，X线系统基本由自己制造。,由于各企业经营理念的差异，目前主要有三种生产方式一种是从DR的设计到生产走的是一条系统整体设计的一体化道路，这种模式是：为获取优质图像，X线球管、X线高压发生器、滤线器、平板探测器等各零部件之间是预先经过统一规划和设计考虑的，从X线机到X线平板探测器系统到数字图像系统都由同一品牌公司提供，且所有这些决定了数字化X线摄影