医学影像技术学

关于医学影像技术学2第一章绪论

内容提要●医学影像学与影像技术学●医学影像学检查方法概述●X线成像系统

一、X线的物理学基础

二、医用诊断X线装置三、X线成像理论第2页,共66页，2024年2月25日，星期天3第一节医学影像学与影像技术学一、医学影像学的发展

德国物理学家伦琴（Wilhelmconradroentgen）1895年11月8日发现X线，拉开了医学影像学发展的序幕。目前，医学影像学已经形成了比较完善的体系，包括常规X线成像、X线CT成像、DSA成像、MR成像、超声成像、核素成像及热成像等。第3页,共66页，2024年2月25日，星期天4

开始时：骨骼的透视和摄片

对比剂(造影剂):提高组织间的对比

影像增强器--X线透视

X线CT、PET/CT

DSA

CR、DR使得X线摄影进入了数字化时代

X线成像系统的发展目标：

专一化和智能化第4页,共66页，2024年2月25日，星期天5

60年代出现的超声成像技术是真正无创、无损的影像学检查手段，它反映人体组织不同密度的界面对于超声波的反射特征。

MR成像是利用核磁共振原理实现影像重建的，它也是一种对人体无创、无损的成像方式，能够反映出分子水平的人体生理、生化特性。

核素成像反映了人体组织的生理生化的变化特征。

PETCT…

放射治疗是将影像学和肿瘤学结合，应用于肿瘤治疗。第5页,共66页，2024年2月25日，星期天6二、医学影像技术学的任务

影像设备的操作、应用、技术开发及影像的质量管理与控制（QA、QC）三、医学影像技术人员的层次结构初级职称：技术员(技士)、技师中级职称：主管技师高级职称：副主任技师、主任技师第6页,共66页，2024年2月25日，星期天7第二节医学影像学检查方法概述一、常规X线检查1．X线透视（X线TV透视取代了荧光屏透视）优点：①可转动体位进行动态观察

②操作简单、费用低缺点：①X线辐射时间较长②适用范围较小

③图像质量相对较差④不能保存图像资料第7页,共66页，2024年2月25日，星期天82．常规X线摄影（X线平片）优点：①成像质量较好

②X线辐射剂量较少③便于复查和会诊。缺点：①缺乏动态信息

②费用比透视稍高。3．特殊X线摄影

软X线、高千伏、CR、DR、体层、放大、荧光、记波、干板、异物定位等。4．造影检查通过在人体中引入对比剂（造影剂），产生对比差异，使一些组织或器官显影，消化、泌尿、循环系统的造影检查…第8页,共66页，2024年2月25日，星期天9二、CT扫描检查1．平扫：2．增强扫描：3．定位穿刺活检：4．CT血管造影（CTA，CTAngiography）：对靶血管内对比剂高峰期进行容积扫描，获得血管影像。5．三维表面重建及多平面重建：6．模拟内窥镜检查：7．心脏成像：利用心电门控技术，分析心脏容量、射血分数、室壁运动参数，对冠状动脉钙化进行定量分析。8．制订放疗计划：9．定量分析：可以测量人体内某一部位的骨矿含量。第9页,共66页，2024年2月25日，星期天10第10页,共66页，2024年2月25日，星期天11第11页,共66页，2024年2月25日，星期天12第12页,共66页，2024年2月25日，星期天13三、MR成像检查

人体各部位轴位、矢状位、冠状位的自旋回波序列的T2和T1加权对比成像；有时需要行对比增强扫描，用顺磁性离子型对比剂进行静脉注射后，行该部位三轴方位的T1加权成像；MR中还有血管成像、水成像、脂肪抑制、水抑制、频谱分析、灌注成像、弥散成像、化学位移成像等多种检查方法。

四、DSA检查

引入对比剂，通过数字减影显示血管影像

1．静脉法DSA(IVDSA)：经静脉途径置入导管或套管针注射对比剂进行DSA检查的方法称为静脉法DSA。

2．动脉法(IADSA)：对比剂直接注入受检动脉或邻近受检动脉处，对比剂稀释轻微，在血管中的浓度高，明显改善了小血管的显示程度。五、SPECT成像检查

借助于注入体内的放射性核素所发射的γ光子构成断层影像。

另外,影像学的检查方法还有超声、热成像检查等。

第13页,共66页，2024年2月25日，星期天14第三节X线成像系统一、X线的物理学基础（一）X线的发现

1895年，伦琴用克鲁克斯管研究高真空下放电现象时…

X射线简称“X线”，又称“伦琴射线”。

伦琴荣获了1901年首届诺贝尔物理学奖。第14页,共66页，2024年2月25日，星期天15（二）X线的本质一种电磁波，具有一定的波长和频率，具有波粒二重性，X线成像利用了它与物质相互作用时发生能量转换，突出了微粒性。

X线的波长极短、能量极大，它的波长介于紫外线和γ射线之间，为0.0006～50nm，X线诊断常用的波长为0.008～0.031nm。

第15页,共66页，2024年2月25日，星期天16（三）X线的特性1．物理特性（1）穿透作用：穿透能力与X线光子的能量成正比，波长短的X线光子能量大、穿透能力强，另外还与被照物体的密度有关。（2）荧光作用：当X线照射某些荧光物质(如钨酸钙等)时能激发产生荧光，荧光屏、影像增强器、增感屏等都利用了这一特性。（3）电离作用：物体受X线照射时，使核外电子脱离原子轨道，即～。自动曝光控制系统的电离室、X线放射治疗等利用了该特性。（4）热作用（5）干涉、衍射、反射、折射作用第16页,共66页，2024年2月25日，星期天172．化学特性（1）感光作用：是X线摄影的基础（2）着色作用：使某些物质(如铂氰化钡)的结晶体脱水而改变颜色。3．生物效应生物细胞经一定剂量X线的照射会受到抑制、损伤、坏死，生物效应既有利又有弊…

在X线诊断和治疗中主要利用了X线的穿透、荧光、电离、感光、生物等特性。第17页,共66页，2024年2月25日，星期天18（四）X线的产生及能量转换1．X线产生的三个条件:

高速电子流和靶物质相互作用的结果

①电子源②高速电子流③靶物质2．能量转换诊断用X线的产生效率只有0.4％～1.3％。第18页,共66页，2024年2月25日，星期天19（五）X线与物质的相互作用1．五种相互作用形式:

（不变散射、康普顿效应、光电效应、电子对效应、光蜕变）（1）不变散射低能量的X线光子(10keV以下)与物质作用时发生不变散射，约占百分之几。第19页,共66页，2024年2月25日，星期天20（2）康普顿效应

入射光子与原子的外层轨道电子(或自由电子)相互作用时，光子的能量部分交给轨道电子，光子的频率改变后发生偏转以新的方向散射出去即散射光子，获得足够能量的轨道电子形成反跳电子，这个过程称为康普顿效应，又称康普顿-吴有训效应或康普顿散射。在康普顿效应中，散射光子保留了大部分的能量，这些散射光子就是散射线，它使胶片产生灰雾而降低X线照片的质量。第20页,共66页，2024年2月25日，星期天21（3）光电效应

入射光子与原子的内层电子作用时，将全部能量交给电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚而成为自由电子(光电子)，而X光子本身整个被原子吸收的过程称为光电效应。光电效应的利与弊：产生高质量照片－不产生散射线，照片灰雾↓，增加了射线对比度。辐射损伤↑－入射光子的能量全被人体吸收第21页,共66页，2024年2月25日，星期天22（4）电子对效应

当入射光子的能量≥1.02MeV时，在核力场的作用下X线光子变为一个正电子和一个负电子，即为电子对效应。（5）光蜕变

能量在10MeV以上的X线光子发生光蜕变。第22页,共66页，2024年2月25日，星期天232．诊断用X线中各种作用发生的概率

康普顿效应约占25％光电效应约占70％不变散射约占5％教材P5有误！

第23页,共66页，2024年2月25日，星期天24（六）X线的质与量、X线强度1．X线的质

X线穿透物体的能力，即光子能量的大小称为X线的质，又称硬度，光子的能量越大穿透能力越强，越不容易被物体吸收。

X线的质是通过管电压(千伏值)的大小来反映的，管电压越高，质越硬。2．X线的量

垂直于X线束的单位面积上，单位时间内通过的光子数称为X线的量，在X线诊断中，X线的量是由毫安秒(mAs)来表示。第24页,共66页，2024年2月25日，星期天253．X线的强度单位时间内垂直于X线束的单位面积上通过的光子数和能量的总和叫做X线的强度。主要由kV、mA和时间决定。4．影响X线强度的主要因素（1）管电压(kV)：X线强度与kV的平方成正比。（2）毫安秒(mAs)：X线强度与mAs成正比。（3）靶物质：靶的原子序数越高，产生X线的效率越高，X线的强度就越大。（4）距离：X线的强度与距离的平方成反比。第25页,共66页，2024年2月25日，星期天26二、医用诊断X线装置（一）医用X线装置的发展和分类1．X线装置的发展：

第一张X片，伦琴夫人的手－用40～50kV，1mA，30～60分钟。

1929年，旋转阳极X线管（Philips）

1952年，影像增强器

70年代，中频X线机

1972年X线CT80年代初DSA

近年来，CR、DR技术逐渐成熟、普及，为PACS的应用提供了基础。2．X线装置的分类：（1）按用途分为诊断用、治疗用X线装置。（2）按输出量分为大、中、小X线装置。（3）按使用范围分为综合、专用X线装置。（4）按结构分为常规放射X线机、DSA机、CT机等。第26页,共66页，2024年2月25日，星期天27（二）X线机的基本操作1．使用原则（1）掌握X线机的基本结构，了解其性能、容量、特点（2）遵守操作规程，保证操作者、患者和机器的安全。（3）操作机器要认真、细致，调节参数时要轻且准确。（4）使用中发现异常，及时汇报，做好记录。（5）工作完毕应及时将按键复位，切断电源。第27页,共66页，2024年2月25日，星期天282．操作程序（1）闭合外电源总开关。（2）接通机器电源，调整电源电压至标准值。（3）选择台次，交换到所用X线管，技术选择开关调到需要档次。（4）选择曝光的千伏、毫安秒。（5）摆好摄影体位，调整好X线管位置、胶片距、中心线方向、照射野等。（6）按下曝光手闸曝光。

第28页,共66页，2024年2月25日，星期天293．X线机使用注意事项（1）不了解机器的性能和操作方法，严禁拨动任何旋钮、开关。（2）严禁在所选参数过载时曝光。（3）曝光过程中严禁调动各调节器（个别机型除外）。（4）透视、摄影时的时间间隔。（5）注意观察，有异常现象，立即断电。（6）定期对机器进行保养。第29页,共66页，2024年2月25日，星期天30三、X线成像理论（一）X线的吸收与衰减物质吸收了X线后，X线强度的减弱，即衰减

在诊断用X线的能量范围内，X线与物质的相互作用形式主要有光电效应和康普顿散射。

第30页,共66页，2024年2月25日，星期天311．物质对X线的吸收(1)吸收与原子序数的关系：①康普顿散射与吸收物质的原子序数无关，骨与软组织发生康普顿效应的概率大体相等，而且随着X线能量的提高，概率有所下降。②不管X线能量的多少，骨的光电效应发生的概率总是软组织的7倍左右，且随着X线能量的增加，光电效应发生的概率急剧下降，透过射线增多。第31页,共66页，2024年2月25日，星期天32低能量时多数X线都产生光电效应较高能量时以康普顿散射为主

第32页,共66页，2024年2月25日，星期天33(2)吸收与密度的关系：

吸收与组织密度成正比钡的原子序数56，碘剂的原子序数53，它们与X线作用发生光电效应的概率是软组织的约367倍。软组织的密度是空气密度的773倍。第33页,共66页，2024年2月25日，星期天342．物质吸收X线的衰减规律（1）X线的强度与距离的平方成反比。（2）单能射线（相同能量的光子组成的射线）的衰减：只有光子个数的减少，而没有光子能量的变化。

Iq＝I0e－μx

（3）连续射线（不同能量的光子组成的射线）的衰减：实际应用的X线就是连续X线，连续射线在通过物质时，剩余射线的质和量都有所变化。第34页,共66页，2024年2月25日，星期天353．影响X线衰减的因素(1)X线的能量：X线能量↑，光电效应发生的概率↓，衰减量↓，透过量↑。(2)吸收物质的密度：密度越大，衰减↑而透过量↓。(3)吸收物质的原子序数：原子序数越大，衰减↑而透过量↓。(4)吸收物质的每克物质的电子数：电子数越大，衰减↑而透过量↓。第35页,共66页，2024年2月25日，星期天364．X线的滤过

诊断用X线是一束连续能量的混合射线，低能成分被人体组织吸收，增加了皮肤的照射量，因此要增加滤过装置。

第36页,共66页，2024年2月25日，星期天37（二）X线成像原理

X线之所以能成像，一方面是基于X线本身的特性，如穿透性、荧光特性、感光特性，另一方面是因为人体有着密度和厚度的差异，当X线照射人体时，被吸收、衰减的程度不同，透过人体的剩余射线就在胶片或荧光屏上显示黑白对比不同的影像。第37页,共66页，2024年2月25日，星期天38

人体组织密度分三类：◆高密度组织◆中等密度组织◆低密度组织

X线照射人体的某个部位时，由于密度、厚度的差异，X线吸收、衰减各异，剩余射线使胶片感光，经过显影、定影处理后得到一张用于诊断的X线照片，高密度的组织在照片上较白，低密度的组织较黑，而在荧光屏上看到的影像正好与之相反，高密度的组织在荧光屏上显示较黑，低密度的组织较白，所以称荧光屏上的影像为正像，X线照片上的影像为反像或负像。第38页,共66页，2024年2月25日，星期天39（三）散射线及其消除1．散射线的产生

康普顿效应产生散射光子和反跳电子，这些散射光子就是散射线。

散射光子保留了X线光子的大部分能量第39页,共66页，2024年2月25日，星期天40

作用于X线胶片或荧光屏的剩余射线由两部分组成，一部分是减弱的原发射线，另一部分是散射线。第40页,共66页，2024年2月25日，星期天412．影响散射线的因素

散射线占有率η：作用于胶片上的散射线量占全部射线量的百分比。（1）管电压：η值随着管电压的增加而变大，在80kV以下时，η升高明显，在80kV以上时，升高的幅度相对变缓。第41页,共66页，2024年2月25日，星期天42（2）肢体厚度

η值随着肢体厚度的增加而变大，被照肢体厚度引起的散射线影响很大，X线摄影中，当肢体厚度超过15cm时，一般要使用滤线器。（3）照射野

照射野大时散射线明显增多，但到达胶片的散射线增加并不多，因为从照射野边缘产生的散射光子没有足够的能量通过较厚的肢体到达胶片，此时η值增加并不大，但人体接受的辐射量增多，所以要尽量采用小照射野。（4）滤线器：使用滤线器可以大大降低η值。第42页,共66页，2024年2月25日，星期天434．散射线的消除（1）X线束限制器

早期---开孔遮线板

20世纪中叶---圆锥形或直筒形的遮线筒现代---多叶遮线器(缩光器)（2）滤线器滤线器主要由滤线栅构成，它的作用是吸收散射线。第43页,共66页，2024年2月25日，星期天44①结构：一般用宽0.05～0.1mm、高2.5～4mm的铅条，夹持在间隔0.15～0.35mm的纸板或木板中，按一定斜率或平行固定而成。②类型：根据其构造分为聚焦式、平行式和交叉式三种；根据其运动性能分为活动式和固定式，活动式滤线栅一般采用振动式结构。第44页,共66页，2024年2月25日，星期天45

③工作原理：摄影时，将滤线栅置于肢体和胶片之间，X线焦点至滤线栅的距离与滤线栅的焦距相等，且使X线中心线对准滤线栅中心，穿过人体的剩余射线与滤线栅的铅条平行，大部分穿过铅条间隙到达胶片，一小部分被铅条吸收，而散射线的方向是散乱的，大部分被铅条吸收掉。第45页,共66页，2024年2月25日，星期天46

④滤线栅的栅比(R)：

铅条高度h与两铅条之间间隔D的比值，即R=h/D。R值有5:1、6:1、8:1、10:1、12:1、16:1、34:1等多种，R越大吸收散射线的能力越强，摄影管电压较高时应选用R值较大的滤线栅。管电压在90kV以下时一般选用8:1的滤线栅，在90kV以上时选用10:1、12:1的滤线栅。

第46页,共66页，2024年2月25日，星期天47⑥使用注意事项：即使滤线栅使用方法完全正确，原发射线的透过率也不是100％。（a）不要将滤线栅反置(聚焦式滤线栅)。（b）X线中心线应尽量对准滤线栅的中线，左右偏移不可超过3cm。（c）X线管的焦点到滤线栅的距离要在f0的允许范围内（±20％）。（d）倾斜X线管时，应尽量使倾斜方向与铅条排列方向平行。（e）使用机械油泵式活动滤线器时，需预先调节其运动时间，应比实际曝光时间长1/4左右。第47页,共66页，2024年2月25日，星期天48第48页,共66页，2024年2月25日，星期天49第49页,共66页，2024年2月25日，星期天50第50页,共66页，2024年2月25日，星期天51（四）X线的中心线与斜射线1．中心线中心线是X线束中心部分的X线，它是摄影方向的代表，决定着X线入射点和入射角度摄影时，缩光器指示灯的十字交叉点表示中心线的入射点，中心线的倾斜角度可以从X线管上的角度指示盘上读出。一般情况下，中心线应通过被摄部位的中心且与胶片垂直，以减小影像的失真变形。但可利用倾斜中心线的方法来避免对侧和相邻组织的影像重叠，突出显示特定结构。第51页,共66页，2024年2月25日，星期天522．斜射线X线束中，中心线以外的X线称为斜射线。斜射线与中心线成一定的角度，离开中心线越远，角度越大。摄影中，经常利用斜射线以减小影像重叠，如颈椎正位摄影…，手斜位摄影…第52页,共66页，2024年2月25日，星期天53（五）影响X线照片质量的因素

（密度、对比度、锐利度、失真度）1．X线照片的密度（1）概念：胶片乳剂膜的卤化银在X线(穿透人体的剩余射线)的作用下，经冲洗还原为银原子后照片的黑化程度，称为X线照片的密度(黑化度)。

第53页,共66页，2024年2月25日，星期天54X线照片密度使用了光学密度这一物理量。以光强度I0入射照片，经照片吸收后透过的光强度为I，则透光率P＝I/I0，而阻光率是透光率的倒数，所以阻光率S＝I0/I，

光学密度D＝lgS＝lg(I0/I)，如某点的透过率为1/10，阻光率为10，则D＝1。第54页,共66页，2024年2月25日，星期天55照片的密度值可以通过光学密度仪测得。适合于诊断的照片密度：0.25～2.0

信息比较丰富：0.7～1.5

直接接受X线照射的区域：3.0

胶片本底灰雾：<0.2第55页,共66页，2024年2月25日，星期天56（2）影响照片密度的因素①毫安秒：毫安秒与密度成正比。当毫安秒过小、过大时，密度值变化较复杂….②管电压：密度与管电压的n次方成正比，n在2.0～4.5，n的大小由管电压、胶片的类型、被照部位厚度等因素决定。

mAs→照片密度，kV→照片对比度③被照体厚度、密度：越厚、密度越高，密度越小。

④焦片距：感光效应与焦片距的平方成反比，减小焦片距可以增加感光效应，但加大了影像模糊和放大失真。第56页,共66页，2024年2月25日，星期天57⑤增感屏:增感屏的增感率越高照片密度越大⑥胶片感光度:感光度大的胶片，照片密度高⑦照片冲洗因素：显影液配方、显影时间、显影液温度、显影液的老化程度都会对照片密度产生一定影响。⑧照片的本底灰雾：本底灰雾是指胶片未经曝光直接进行显影、定影处理所得照片的密度。它包括片基密度(未经曝光直接定影后的照片密度，一般小于0.07)和化学灰雾，其和小于0.2。第57页,共66页，2024年2月25日，星期天582．X线照片的对比度（1）照片对比度(光学对比度)：X线照片上相邻组织的密度差异。（2）影响X线照片对比度的因素（射线、被照体、屏片）

①射线因素

(a)管电压：低千伏摄影时，骨、肌肉、脂肪等组织的吸收差异较大，X线照片对比度较高，高千伏时对比度较低。

(b)mAs：理论上，mAs对照片对比度没有直接影响,但是由于增加了毫安秒势必使照片密度加大，照片上原来密度较低的影像就会显示在胶片特性曲线的直线部分，从而改变对比度。

(c)散射线：产生灰雾而降低照片对比度第58页,共66页，2024年2月25日，星期天59②被照体本身因素

(a)原子序数：原子序数较低的肌肉和脂肪发生光电效应较少，以康普顿效应为主，其对比度较差。对比剂的原子序数较高，以光电效应为主，其对比度较高。

(b)密度：相邻的人体组织密度相差越大，获得的照片对比度相对较高。

(c)厚度：较厚部位的照片对比度较低，