第二讲-X线成像原理

1、第二讲 x 线成像原理幻灯片 3 本讲内容2.1 x 线的特征2.2 x 射线在医学中的应用2.3 x 射线成像原理2.4 x光机构造及应用范围2.5 计算机 x线摄影（ cr ）2.6 直接数字化x线摄影系统（dr ）2.7 数字减影血管造影系统（dsa ）幻灯片 8 1895 年 11 月 8 日，德国物理学家伦琴在做真空管、高压、放电实验时，发现了x射线或称 x线，并用于临床的骨折和体内异物的诊断。 1896 年，德国西门子公司研制出世界上第一支x线球管。 20 世纪 10-20 年代，出现了常规x线机。 20 世纪 60 年代中、末期形成了较完整的放射诊断或放射学（radiology）

2、学科体系。其它影像设备：红外 (热)成像医用内窥镜医用显微镜超声设备mri 设备核医学设备x 线 ct 设备x 线机设备影像治疗设备介入治疗设备立体定向治疗计划x线的本质：电磁辐射常用 x线诊断设备： x 线机、数字x线摄影设备（dsa 、cr 、dr ）幻灯片 9 2.1 x 线的特征电磁波谱图幻灯片 10 2.1 x 线的特征x射线在电磁辐射中的特点属于高频率、波长短的射线x射线的频率约在3 101631020 hz 之间，波长约在1010-3nm 之间 x 线诊断常用的x线波长范围为0.008 0.031nm 幻灯片 11 2.1 x 线的特征1. x 射线的波粒二象性x射线同时具有波动

3、性和微粒性，统称为波粒二象性。x射线在传播时，它的波动性占主导地位，具有频率和波长，且有干涉、衍射、偏振、反射、折射等现象发生。x射线在与物质相互作用时，它的粒子特性占主导地位，具有质量、能量和动量。幻灯片 12 2.1 x 线的特征 . 2. x 射线与物质间的相互作用(6 点) （1）x射线的穿透作用。其贯穿本领的强弱与物质的性质有关幻灯片 13 2.1 x 线的特征3.1.1 x线的特征2. x 射线与物质间的相互作用（2）x射线的荧光作用。 x射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，如磷、铂氰化钡、硫化锌、钨酸钙等，能够使这些物质的原子处于激发态，当它们回到基态时就能够发出荧光，这类

4、物质称荧光物质。医学中透视用的荧光屏、x 射线摄影用的增感屏、影像增强器中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。（3）x射线的电离作用。 x射线虽然不带电，但具有足够能量的x光子能够撞击原子中轨道电子，使之脱离原子产生一次电离。电离作用也是x射线损伤和治疗的基础。幻灯片 14 2.1 x 线的特征2. x 射线与物质间的相互作用（4）x射线的热作用。 x射线被物质吸收，绝大部分最终都将变为热能，使物体温升。（5）x射线的化学效应( 感光作用和着色作用) 。 x射线能使多种物质发生光化学反应。例如，x射线能使照相底片感光。（6）x射线的生物效应。生物组织经一定量的x射线照射，会产生电离和激发，

5、使细胞受到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为x 射线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。幻灯片 15 3. 常用的辐射单位（1 ）照射量及单位它是衡量x 射线或射线对空气的电离本领的一个量，定义为：x 射线或射线在空气中产生统一符号的离子的总电荷绝对值q 对空气质量m 的微商，即其单位是伦琴（r) 。照射量只能用于x 射线或射线对空气的效应，而我们更关心x 射线或射线对人体组织的效应，因此，引入吸收剂量来描述被照介质吸收辐射能量的大小。dmdqx幻灯片 16 2.1 x 线的特征（2）吸收剂量它是描述每单位质量的被照介质所吸收的平均辐射能量，其定义为：单位是戈

6、(gy): 另一单位是拉德（rad） : dmdedkgjgy/11gykgjgergrad01.0/01.0/1001幻灯片 17 2.1 x 线的特征（3）剂量当量由于辐射类型不同，即使同一物质吸收相同的剂量，引起的变化却不等同。为了比较不同辐射引起的生物效应，引入一个能反应特定类型辐射所造成的生物效应的严重程度的物理量- 剂量当量剂量当量是吸收剂量与辐射的品质因子的乘积：单位是希沃特：人的正常辐射剂量：年均剂量50msv qdhqgysv幻灯片 18 2.2 x 线在医学中的应用( 一)x 射线诊断 x射线应用于医学诊断，主要依据x射线的穿透作用、差别吸收、感光作用和荧光作用。由于 x射

7、线穿过人体时，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的x射线量比肌肉吸收的量要多，那么通过人体后的x射线量就不一样，这样便携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用的强弱就有较大差别，因而在荧光屏上或摄影胶片上( 经过显影、定影) 将显示出不同密度的阴影。根据阴影浓淡的对比，结合临床表现、化验结果和病理诊断，即可判断人体某一部分是否正常。于是， x射线诊断技术便成了世界上最早应用的非刨伤性的内脏检查技术。幻灯片 19 2.2 x 线在医学中的应用( 二)x 射线治疗 x射线应用于治疗，主要依据其生物效应，应用不同能量的x射线对人体病灶部分的细胞组织进行照射时，即可使被

8、照射的细胞组织受到破坏或抑制，从而达到对某些疾病，特别是肿瘤的治疗目的。( 三)x 射线防护在利用 x射线的同时，人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍，白血病等射线伤害的问题，为防止x射线对人体的伤害，必须采取相应的防护措施。以上构成了x射线应用于医学方面的三大环节诊断、治疗和防护。幻灯片 20 2.3 x射线成像原理当高速带电粒子撞击物质受阻而突然减速时，能够产生x 射线。 医学影像诊断所用的 x线产生设备是x线管（ x-ray tube，球管）。1x射线的产生x射线的产生需要的基本条件是：（1）有高速运动的电子流；（2）有阻碍带电粒子流运动的障碍物（靶），用来阻止电子的运动，

9、可以将电子的动能转变为 x射线光子的能量。幻灯片 21 2.3 x射线成像原理x射线的产生装置主要包括三部分：x射线管、高压电源及低压电源，如图所示。幻灯片 22 2.3 x射线成像原理2. x 射线人体成像使用 x 射线对人体进行照射，并对透过人体的x 射线信息进行采集、转换，并使之成为可见的影像，即为x射线人体成像。（1）x射线影像的形成当一束强度大致均匀的x射线投照到人体上时，x 射线一部分被吸收和散射，另一部分透过人体沿原方向传播。由于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差异，对投照在其上的x 射线的吸收量各不相同，从而使透过人体的x 射线强度分布发生变化并携带人体信息，最终形成x

10、射线信息影像。 x射线信息影像不能为人眼识别，须通过一定的采集、转换、显示系统将x射线强度分布转换成可见光的强度分布，形成人眼可见的x 射线影像。幻灯片 23 2.3 x射线成像原理 人体不同密度组织与x线成像的关系幻灯片 24 2.3 x射线成像原理 人体不同厚度组织与x线成像的关系密度和厚度的差别是产生影像对比的基础，是x线成像的基本条件幻灯片 25 2.3 x射线成像原理2. x 射线人体成像（2）x射线的采集与显示 医用 x 射线胶片医用 x射线胶片的主要特性是感光，即接受光照并产生化学反应，形成潜影（latent image） 。经过对有潜影的胶片处理（暗室处理：显影、定影等）。使胶

11、片上的潜影转变为可见的不同灰度（gray ）分布像。胶片感光层中的卤化银还原成金属银残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影像。人体组织的物质密度高，则吸收x 射线多，在x 射线照片上呈白影；反之，如果组织的物质密度低，则吸收x射线少，在x射线照片上呈黑影。幻灯片 26 2.3 x射线成像原理2. x 射线人体成像（2）x射线的采集与显示增感屏医用 x 射线增感屏为荧光增感屏，其增感原理为增感屏上的荧光物质受到x 射线激发后，发出易被胶片所接收的荧光，从而增强对x 射线胶片的感光作用。主要目的是：在实际x 射线摄影中，仅有不到10% 的 x 射线光子能直接被胶片吸收形成潜影，绝大部分x 射线

12、光子穿透胶片，得不到有效的利用。因此需要利用一种增感方法来增加x 射线对胶片的曝光，以缩短摄影时间，降低x 射线的辐射剂量。常采用的增感措施是在暗盒中将胶片夹在两片增感屏（intensifying screen）之间，然后进行曝光。幻灯片 27 2.3 x射线成像原理2. x 射线人体成像（2）x射线的采集与显示 x 射线电视系统 x射线电视系统主要包括x射线影像增强器、光学图像分配系统、含有摄像机与监视器的闭路视频系统与辅助电子设备。x射线影像增强管是影像增强器的核心部件。幻灯片 28 2.4 x 光机构造及应用范围幻灯片 29 2.4 x 光机构造及应用范围衡量图像效果之四要素：densi

13、ty （黑化度） - mas contrast （对比度） - kvp sharpness （清晰度） - motion, 几何参数distortion（失真度） - 位置 , 角度x射线波长与影片上对比度之关系在 x-ray 穿透过病人，其穿透率主要和病人组织结构及x射线波长有关。短波长 x-ray (high kv) 能量较高，穿透性好，造成在影片上较低之对比度（low contrast） 。长波长 x-ray (low kv) 能量较低，较易被人体所吸收，穿透性较差，而在影片上对比度较高（high contrast） 。幻灯片 30 2.4 x 光机构造及应用范围1、便携式x光机2、医用

14、便携式x光机3、工业检测x光机幻灯片 31 2.4 x 光机构造及应用范围医疗 x光机适用范围 x线胸部透视、介入诊断、拍片、胃肠道钡餐透视、气钡双重造影、检查胃肠道疾病、检查大肠疾病、检查泌尿系疾病、胆道“t”型管造影、检查肝胆系情况、关节和骨骼检查等。幻灯片 32 2.3 计算机 x线摄影（ cr ）计算机 x线摄影（ computed radiography，cr ）是将 x线透过人体后的信息记录在成像板（ image plate ，ip）上，经读取装置读取后，由计算机以数字化图像信息的形式储存，再经过数字/ 模拟（ d/a）转换器将数字化信息转换成图像的组织密度（灰度）信息，最后在荧光

15、屏上显示。其中，成像板是cr 成像技术的关键。幻灯片 33 2.5 计算机 x线摄影（ cr ）1. 成像板（ ip）成像板（ ip ）是使用一种含有微量素铕（eu2+）的钡氟溴化合物结晶制作而成能够采集（记录）影像信息的载体，可以代替x线胶片并重复使用2-3 万次。当透过人体的x线照射到ip 板上时可以使ip 板感光并形成潜影以记录x线影像信息。成像板的构造：（1）表面保护层。（2）辉尽性荧光体层。（3）基板（支持体） 。（4）背面保护层。幻灯片 34 2.5 计算机 x线摄影（ cr ）2. cr 系统成像的基本过程（1）影像信息的采集（2）影像信息的读取与普通 x摄影相比较，cr的优点是

16、： 宽容度大，摄影条件易选择。 可降低投照辐射量：cr可在 ip 获取信息的基础上自动调节放大增益，最大幅度地减少x线曝光量，降低病人的辐射损伤。 影像清晰度较普通片高。 对影像可进行后处理，对曝光不足或过度的胶片可进行后期补救。 可进行图像传输、存储。由于激光扫描仪可以对ip 上的残留信号进行消影处理，ip 板可重复使用2-3 万次。幻灯片 35 2.5 计算机 x线摄影（ cr ）2.6 直接数字化x线摄影系统（dr ）直接数字化x 射线摄影（ digital radiography， dr ）是在具有图像处理功能的计算机控制下，采用一维或二维的x 射线探测器直接把x 射线信息影像转化为数

17、字图像信息的技术。当前 dr设备主要采用二维平板x射线探测器（ flat panel detector，fpd)，包括：（1）非晶态硅平板探测器先经闪烁发光晶体转换成可见光，再转换为数字信号（2）非晶态硒平板探测器将 x线直接转换成数字信号幻灯片 38 幻灯片 39 2.6 直接数字化x线摄影系统（dr ）（3）dr与 cr成像技术的比较幻灯片 40 2.7 数字减影血管造影系统（dsa ） dsa即数字减影血管造影系统，为放射科各类血管造影及介入治疗的专用设备，是与计算机相结合的血管造影技术，该技术可得到除去骨骼、软组织影像的纯血管影像，从而更精确诊断血管疾病和介入治疗。dsa数字减影血管造影系统具有以下特点：实时成像：即每个曝光序列终止，立即得到减影图像，可实时指导诊断与治疗。提高了密度分辨率：dsa可使 1mm 直径小血管和3mm 直径肿瘤染色。减少造影剂用量。新型造影剂的靶向性更好，动态示综性清晰，且安全无毒副作用。各种管处理功能。为介入手术导航提供了可靠的保证。突出微小密度差。可高清晰显示微小血管循环状态图像。减少胶