医用放射诊断.pptx

1、医用X射线诊断,目录,1 x光机 2 CR和DR 3 CT 4 乳腺机 5 牙片机 6 电子直线加速器 7 DSA 8 PET CT 9 SPECT,1.X光机,X-ray 是由德国仑琴教授在1895年所发现。这种由真空管发出能穿透物体的辐射线，在电磁光谱上能量较可见光强波长较短，频率较高，相类似之辐射线有宇宙射线等。目前X线诊断常用的X线波长范围为0.0080.031nm（相当于40150kv时）。,X光管：利用高速电子撞击金属靶面产生 X射线的真空电子器件。 又分为充气管和真空管两类。,充气管 真空管,X-ray 产生方式有两种,（制动辐射） 高速电子突然减速后，其动能转变成能量释放出来，

2、此能量即为X-ray，且此能量会随减速之程度而有所不同。 （特性辐射） 高速电子撞击原子和外围轨道上电子，使之游离且释放之能量，即为X-ray。 诊断用X-ray其产生方式所占比例： 30% 特性辐射70% 制动辐射。,X射线的产生,高压变压器：提供高压电产生电势差，使电子以高速由阴极向阳极行进，撞击阳极钨靶原子。,X线管：1%产生X线，99%转换为热能,使X线管灯丝加热产生自由电子云,接通电源,X-Ray特性,1.能穿透物体 ，2.为不可见光 ，3.於电磁波光谱内 ，4.波长范围广 ，5.直线散射 ，6光速进行 ，7.能使萤光物质发光 ，8.能使底片感光 ，9.会造成散射线 。,X光机的构造

3、,1.数字X 光机有三大装置：X射线发生装置、X射线成像装置、X射线辅助装置 2.X射线发生装置包括：控制部分、高压发生器、X射线管 3.X成像装置包括：探测器、计算机系统、应用软件、显示器 4.X射线辅助装置包括：诊视床、滤线器、制动部分、支持部分。,X光机分类,1.按功率分：A.频率低于400Hz的-工频X光机; B.400Hz-20KHz中频X光机；C.大于20KHz高频X光机。 2.按机器性能：工业用的，医用的X光机。C型臂X光机、乳腺（钼靶）X光机、数字化X光机、牙科X光机、普通X光机 3.按机械结构：便携式的、移动式的、固定式的。 4.按输出毫安量：0.2到1000毫安,X光成像原

4、理,1.X射线属于电磁波，介于紫外线与 Y射线之间。 2.X射线三大效应:A.物理效应穿透作用、荧光作用、电离作用、B.化学效应：感光作用.着色作用C.生物效应 3.X射线产生及成像,成像原理图,X线透射成像是基于人体内不同结构的脏器对X线吸收的差别。一束能量均匀的X线投射到人体的不同部位，由于各部位对X线吸收的不同，透过人体各部位的X线强度亦不同，最后投影到一个检测平面上，即形成一幅人体的X线透射图像。 检测器把X线强度转换为光强度，电视摄像机又将光信号转换成电子信号。电子信号与检测到的X线量相匹配，再通过模数转换器将电子信号转换为数字信号。一幅完整的数字X线图像形成必须经过X线球管、X线能

5、谱滤过器、滤线栅、影像增强管、光学系统、电视摄像机及AD转换器等。因此，系统所获得的数字图像是这一系列环节(即成像链)共同贡献的结果。如果其中的任何一个部分出了问题，或者质量低劣，都会对最后形成的数字X线图像产生影响，降低图像质量,X线机成像过程,高压发生器,球管,束光器,照射目标,成像单元,暗盒 胶片,成像板 DR,I.I RF,IP板 CR,2.CR,CR，即“计算机X线摄影”（Computed Radiography）：将携带诊断信息的X线影像记录在影像板（image plate，IP）上，经读取装置读取，通过计算机处理，获得数字化图像。 CR的意义：首次将传统屏片系统X线摄影数字化，所

6、得数字化图像可以进行后处理，并且易于查询、检索、储存、传输和打印等。 CR的组成： 影像板：记录X线形成的潜影。 读取装置：将潜影转变为数字信号。 后处理工作站：将数字信号还原成图像并进行后处理。,CR的工作流程图,影像板（IP）,IP是CR成像的关键器件，是X线影像的记录载体，取代传统X线摄影中的增感屏+胶片，CR影像不是直接记录于胶片，而是先记录在IP上（先记后读），IP可重复使用，但不具备影像显示功能。 基本结构： A、外层保护层：防止荧光层受到损伤。要求透光且薄，常用聚脂树脂类纤维 B、磷光层：把第一次照射光的信号记录下来，当再次受到光刺激时，会释放存储的信号 C、基底层：保护荧光层免

7、受外力的损伤。,环境因素对IP的影响,IP对所有电磁波均显敏感性。 长期闲置的IP在启用前必须先用强光照射以消除环境干扰。,读出装置,1、高精度步进电机带动IP匀速移动。 2、激光束经光学系统（摆动式反光镜和回旋式多面体反光镜）的反射，在与IP垂直的方向上，依次逐行对IP进行精确均匀地扫描。 3、IP上所释放的PSL荧光被集光器收集，经光电倍增管转换为电信号，并被进一步放大，再由A/D转换器转换成数字化信号。,CR系统影像读取原理图,影响CR影像质量的因素,CR影像的空间分辨力： 取决于PSL晶体的颗粒度和读取装置的电、光学特性。 PSL结晶体尺寸越小，发光效率越高，图像空间分辨力越高。激光束

8、点直径越小，读取信息量相对越多，影像质量越高。 CR影像的空间分辨力尚不如传统胶片。 CR影像的噪声： 1、X线量子噪声： IP吸收过程中产生，与IP吸收的X线量子数（入射X线量）成反比。 2、光量子噪声：光电倍增管光电转换中产生，与光电子数成反比。 3、系统固有噪声： IP结构噪声、光学系统噪声、电子系统噪声、机械传导系统噪声等。 X线剂量较低时，图像噪声决定于量子噪声；X线剂量较高时，图像噪声决定于固有噪声。,CR使用注意事项,由于CR读取时会根据曝光条件、曝光范围、部位、体位等信息自动调节图像至最佳状态，因此: 1）.一块板最好只照一幅图像（正侧位用两块板照），避免因曝光条件不一样或图像

9、重叠、图像有间隔等导致的图像质量下降。 2）.选择与部位大小相适应的IP板，不要用大板照小部位，而且照射野要覆盖整块IP。 3）.扫描前输入的检查部位、体位和投照资料等要尽量准确和完整。 4）.曝光时正确定向片盒，图像扫描出来就是正向的，可以省除旋转图像的麻烦。 5）.由于IP上的图像质量随时间推移而降低，因此最好一个小时内扫描IP,IP长时间不用再次使用时，最好先行强光擦除，以消除可能存在的潜影 6）.图像质量很大程度上决定于曝光剂量，因此不要为了降低病人受照剂量而无限制地降低曝光条件。,CR的优点和不足,优点： 最后获取的是数字化图像：可进行多种图像后处理，易于储存、检索和传输。 只要曝光

10、条件不离谱，都能获得满意的图像，从而有效减少重照。 可与原有的X光机匹配工作，节省资金，少花钱即能实现图像数字化。 X线照射量动态范围大：可显示细微组织差异。 PSL物质敏感度高，所需曝光剂量低，能有效减少患者受照射量。 IP可重复使用几万次。 不足： 时间分辨力较差，难以显示动态图像。 成像过程繁琐，未改变工作流程，工作效率相对传统X线摄影并没有提高，与DR更是没法比。 空间分辨率不如常规的X线照片和DR。,IP成像原理,入射X光子被荧光层内的荧光体吸收，释放出电子，其中部分电子散布在荧光体内呈半稳定态，形成潜影，完成X线影像信息的采集和存储 潜影电荷数量与入射光子能量成正比 当用激光扫描已

11、有潜影的IP时，IP表现出PSL（光激励发光/光致发光）现象，完成X线影像信息的读取 PSL（光激励发光）荧光强度与潜影电荷数量成正比,DR,DR(Digital Radiography)，即直接数字化X射线摄影系统，是由电子暗盒、扫描控制器、系统控制器、影像监示器等组成，是直接将X线光子通过电子暗盒转换为数字化图像，是一种广义上的直接数字化X线摄影。 DR是计算机数字图像处理技术与X射线放射技术相结合而形成的一种先进的X线摄影技术它在原有的诊断X线机直接胶片成像的基础上，通过A/D转换和D/A转换，进行实时图像数字处理，进而使图像实现了数字化。它的出现打破了传统X线机的观念，实现了人们梦寐以

12、求的模拟X线图像向数字化X线图像的转变。,DR的种类,根据X线影像转换为数字图像信号的过程不同，可分为IDR（间接放射成像）和DDR（直接放射成像）。 非晶硅平板探测器（间接放射成像）（IDR）： X线影像先转换为可见光影像，再经光电转换、A/D转换等器件转换成数字图像。主流：非晶硅（a-Si） 。 非晶硒平板探测器（直接放射成像）（DDR）： X线影像直接转换为数字图像，无中间环节 。主流：非晶硒（a-Se） 。,IDR与DDR的优缺点,IDR： 优点： 1、转换效率高； 2、动态范围广； 3、空间分辨率高； 4、在低分辨率区X线吸收率高（原因是其原子序数高于非晶硒） 5、环境适应性强。 缺

13、点： 1、高剂量时DQE不如非晶硒型； 2、因有荧光转换层故存在轻微散射效应； 3、锐利度相对略低于非晶硒型。,DDR： 优点：1、转换效率高； 2、动态范围广； 3、空间分辨率高； 4、锐利度好。 缺点： 1、对X线吸收率低，在低剂量条件下图像质量不能很好的保证，而加大X线剂量，不但加大病人射线吸收，且对X光系统要求过高。 2、硒层对温度敏感，使用条件受限，环境适应性较差。,CR、DR常用后处理技术,窗宽窗位调整、预设 与CT窗宽窗位处理类似，以某一灰度值为中心，在选定的数字信号数值范围内，以黑白灰阶再现某一范围的数字信号，以达到针对某部位的最佳视觉效果。 预设就是针对某个部位或体位，使用者

14、可以根据实际经验自行设置一个合适的窗宽窗位，当打开该部位或体位的图像时自动调用设定值，可以不用后处理就能达到比较好的图像显示效果。,减影处理： A、时间减影：选择血管造影系列图象中的若干帧作为造影像和蒙片进行数字减影处理，可得到CR血管减影图象。 优点：视野大，空间分辨力高，动态范围宽。 缺点：时间分辨力差，无法实现高频采集和实时显示。 B、能量减影（X线吸收率减影） 用两个不同千伏的X线摄影条件分别摄影，选择其中任何一帧作为蒙片进行减影，则可消除某些组织。例如对胸部行能量减影处理可消除肋骨影像，以利于观察低对比度肺野。,多功能测量：可对感兴趣区进行多种统计测量，包括：距离、面积、周长、最大值

15、、最小值等 缩放功能和放大镜 图像旋转（90， 180 ） 图像反转（X线胶片图像和透视图像转换） 图像翻转（图像镜像） 文字、图形标注 图像边缘增强：通过增加对选定的空间频率的响应，使感兴趣结构的边缘部分得到增强，从而突出结构轮廓。 图像自动优化 DICOM存储、打印,DR与CR的比较,CR系统 较低的初始投资 方便旧设备改造 图像质量不如胶片 费时、运行成本较高,DR系统 更高的工作效率 更好的影像质量 更为流畅的工作流 较低的运行成本 较高的初始投资,3.CT,CT（Computed Tomography）计算机体层摄影：根据人体不同组织对X射线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器

16、对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。,CT 基本结构,扫描系统：x线管、 探测器和扫描架； 计算机系统：将扫描收集到的信息数据进行储存和运算； 图像显示和存储系统：经计算机处理，重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光相机将图像摄下。,CT成像原理,X线束对人体某部一定厚度的层面扫描，由探测器接收被该层面部分吸收的剩余X线；探测器将接收到的X线信号由光电转换器转变为电信号，再经模/数转换器转变为数字信号，传送到计算机的数据采集系统；计算机将采集的数字信息经运算处理，得出扫描层

17、面各点的数字，排列成数字矩阵；数字矩阵可存储于硬盘或光盘中，再经数/模转换器将数字矩阵中的每个数字转化为由黑到白不同灰度的小方块，按矩阵排列，即构成CT图像，最后调节窗宽、窗位，经显示器或照相机输出，用于临床诊断。,常规CT的工作流程,CT值,CT值（CT number） ： CT扫描中X线衰减系数的单位， 用于表示CT影像中组织结构的线性衰 减系数(吸收系数)的相对值。 简言之： 物体对水的相对吸收值定义为CT值。 CT值用亨氏单位（Hounsfield unit） 表示，简写为Hu。,窗宽 (window width) ： 就是显示图象上所包括的个灰阶值的范围。在此CT 值范围内的组织和病

18、变均以不同的模拟的灰度显示。 数字成像方式的图像显示中，根据人眼视觉分辨力的需要，对兴趣结构所占据的灰阶范围作选择性显示的技术。 窗位 (window level) ：又称窗中心，是指CT图象上黑白刻度中心点CT值范围。数字成像方式的图像显示中；以某一灰阶为中心点，选择性显示该中心上、下一定范围内的灰阶，该中心点即为窗位。 同样的窗宽，由 于窗位不同，其所包括CT值范围的CT值也有差异。,空间分辨率和密度分辨率： 前者指影像中能够分辨的最小细节，后者指能显示的最小密度差别。 层厚与层距：前者指扫描层的厚度，后者指两层中心之间的距离。 部分容积效应： 由于每层具有一定的厚度，在此厚度内可能包括密

19、度不同的组织，因此，每一像素的CT值，实际所代表的是单位体积内各种组织的CT值的平均数。 薄层扫描：是指层厚为5mm或更薄层厚以下的扫描，用于观察病变的细节。 噪声： 扫描噪声是因为X线穿透人体到达探测器的光子数量有限，致使光子在矩阵内各像素的分布不均，导致密度相等的组织或水在图像上的各点的CT值不相等。,CT检查方法,CT增强对比剂按其理化结构可分为4个类型 1、离子型单体（泛影葡胺，高渗溶液） 2、离子型双聚体（碘卡明，低渗溶液） 3、非离子型单体（优维显、碘海醇，低渗溶液） 4 、非离子型双聚体（伊索显，等渗溶液） CT对比剂增强效果主要与含碘量有关，而毒副反应与渗透性及是否含有电荷等有

20、关。 对比剂约90%以原形由肾小球滤过排除，少量经其它器官排泄，即所谓的 异位排泄。,众所周知，CT平扫的价值比较有限，仅适用于检查天然对比度高的解剖机构、器官、病变，例如骨骼、肺、结石和新鲜出血，而检查几乎所有软组织及其病变均需要CT增强检查，因此含碘对比剂广泛应用于CT检查领域。近些年来，新的CT检查技术CTA（例如冠状动脉CTA检查）和CT灌注成像（例如急性脑出血和各种脑肿瘤的灌注检查）的推广和应用，不但增强了对比剂的应用几率，而且改变了对比剂的应用模式。 基于临床应用的需要，相继推出了一些新型的对比剂。从早期的离子型（高渗），发展和增添了非离子型（次高渗），再由离子单体型增添了离（等渗

21、）子型双聚体型（次高渗），非离子型也从最初的单体增添了双聚体。 这些不同类型的对比剂有不同的浓度，并具有不同的渗透度、粘滞度和其它相应的理化特性。,各种增强对比剂所引起的副作用也是不同的。主要分为三类： 轻度反应、中度反应、中度反应。 1、轻度反应的主要症状：有全身热感与发痒，充血，少数红疹，头痛头晕，喷嚏咳嗽，恶心呕吐等； 2、中度反应的主要临床表现：全身出现寻麻疹样皮疹，眼睑、面颊、耳部水肿。胸闷气急、呼吸困难、发音嘶哑，肢体抖动等； 3、重度反应的主要临床表现：面色苍白，四肢无力，手足厥冷，呼吸困难，手足肌痉挛，血压下降，心搏停止，知觉丧失，小便失禁等。,增强对比剂必须具备的两个特性：吸

22、收X射线和结构稳定。 前者决定了其成像能力，后者保证了其在血管内使用的安全性。 碘原子量大，吸收X射线能力较强。碘与苯环键合，结构非常稳定。苯环结构有多个有效侧链结合点，提供了不断改进分子结构、提高亲水性能和降低毒副作用的可能性。,CT - 优点： 1、密度分辨率高，能更好地显示由软组织构成的器官。 2、是横断面图，可连续扫描若干层，可作冠状、矢状重建。 3、由电子计算机重建的图像，不与邻近体层的影像重叠。 4、CT值可提供诊断参考价值。 CT - 缺点： 1、图像空间分辨力不如X线图像高。 2、观看横断面图要有丰富的断面解剖知识。 3、有一定的局限性，如累及粘膜层及肌层的胃肠道疾病等CT检查

23、容易漏诊。 4、病变的密度与正常组织密度相近的病变，平扫易漏诊，须增强扫描。 5、X射线辐射量较大。,CT机的扫描方式和分代,4.乳腺机,乳腺钼钯检查方法: 一.乳腺摄影的成像原理 利用软X线对乳腺组织进行投照，通过胶片进行感光，经过显影，定影等程序进行成像。 二.乳腺X线机的主要设备： X线球管 乳腺压迫装置 滤线栅 操作台,1.X线球管：是获取乳腺高对比图像的主要决定因素。 一般的X线机，球管的阳极钯面是钨，产生的波长为0.008-0.031nm,波长短，穿透力强，为硬射线。而钼钯产生的波长为0.063-0.071nm,波长长，穿透力弱，为软射线。铑钯产生的波长介于两者间，穿透力较钼钯强。

24、对致密型腺体显示效果优于钼钯。,2.乳腺压迫装置： 1.适当压迫可减少散射线对检测物的对比度； 2.减少乳腺移动，使乳腺内结构离增感屏-胶片距离更近，降低图象的模糊度。 3.滤线栅：降低散射线和改善乳腺对比度。,乳腺机-钼靶 利用软X射线去除高频X射线 钼靶 波长0.063-0.071nm 钨靶 波长0.008-0.031nm 一般的X射线机,5.牙片机,影像增强器,影像接收器,影像接收器,传统,DR,CR,胶片,CCD传感 （直接数字化）,牙片宝 （间接数字化）,根频牙片机50赫兹 高频牙片机20K赫兹,全景机的拍摄原理,体层摄影原理 三轴固定连续转换技术 狭缝摄影原理,放射治疗（Radio

25、therapy）是利用辐射对恶性肿瘤进行照射使其生长受到抑制而致死的一种疗法，简称放疗。放疗的基本原则是破坏恶性肿瘤和保存正常组织。 放射治疗是从发现X射线及放射性物质后才开始的。随着放射物理学、放射生物学、临床肿瘤学及各种放射治疗装置的发展，已和手术治疗、化学治疗一起成为治疗恶性肿瘤的三大主要手段。约有70%的恶性肿瘤患者需要进行放射治疗。,6.电子直线加速器,放射治疗装置的分类 1.外照射治疗机： 同位素远距离治疗机 ，深部X射线治疗机,医用电子加速器，医用质子加速器，医用中子发生器，医用重离子加速器,医用-介子发生器。 2.内照射治疗机：射线后装机和中子后装机。 3.立体定向放射外科治疗

26、装置：-刀 ，X-刀 ，质子刀，中子立体定向放疗装置 。,放射治疗中最常用的是钴60机和医用电子直线加速器。都是利用MV级的X射线、电子线，对肿瘤进行放射治疗。 目前的发展趋势是医用电子加速器将代替钴60机作为放疗肿瘤病人的主要设备,带电粒子加速器是用人工方法借助不同形态的电场，将各种不同种类的带电粒子加速到更高能量的电磁装置，常称为“粒子加速器”，简称“加速器”。 电子直线加速器是利用微波电磁场加速电子并且具有直线运动轨道的加速装置。,按粒子加速轨道形状：直线加速器（主要）和回旋加速器。 按加速粒子的不同：电子加速器、质子加速器、离子加速器和中子加速器等。 按被加速后粒子能量的高低：低能加速

27、器(能量小于100MeV)、中能加速器(1001000MeV)、高能加速器(103106MeV)和超高能加速器(能量1000GeV以上)。 按加速电场所在的频段：静电加速器、高频加速器和微波加速器。 按交变电场的结构：行波和驻波加速器。 按工作时的温度高低：常温和超导加速器。 按应用领域：工业加速器、农业加速器和医用加速器。,加速器分类,直线加速器 基本工作原理：在“高压脉冲调制系统”的统一协调控制下，一方面“微波源”向加速管注入微波功率，建立起动态加速电场；另一方面，“电子枪”向加速管内适时发射电子。只要注入的电子与动态加速电场的相位和前进速度(行波)或交变速度（驻波）都能保持一致，那么，就

28、可以得到所需要的电子能量。如果被加速后的电子直接从辐射系统的“窗口”输出，就是高能电子射线，若为打靶之后输出，就是高能X线。 每一台直线加速器的三大基本要素：加速管，微波源和电子枪。,（1）按所采用的加速电磁场形态的不同分为：行波直线加速器和驻波直线加速器。 (2) 按产生X射线的种类不同分为：单光子、双光子和多光子。 (3) 按使用功率源的不同分为：速调管加速器和磁控管加速器。 (4) 按偏转系统的不同分为：直射式加速器和偏转式加速器。 (5) 还可以按能量的不同进行分类：对于高能物理用电子直线加速器，能量为50MeV的医用电子直线加速器属于低能范围，但对临床使用来讲，医用电子直线加速器按能

29、量不同可以分为低能、中能和高能直线加速器。,不论是行波结构还是驻波结构从整机构成和工作原理来说，基本上是一样的。,行波加速原理,行波(Traveling Wave)是按一定方向传播的电磁波，其强度和方向在时间和空间上都是交变的。行波加速管是在圆形波导中按一定规律放置中心开口的盘片而成的慢波结构。这些盘片将圆形波导分隔成一系列的圆柱形腔，是加速器最基本的结构。在盘荷波导中同时存在微波的传播和电子的运动。微波功率通过中央孔耦合到相邻腔，进而传播到整根加速管，形成轴向电场；电子通过中央孔沿直线轨道运动。如果相位合适，电子就可以一直处于行波电场的加速相位上，不断获得能量，得到加速，这就是行波加速的基本

30、原理。,同步加速条件：行波加速是在行波向前传播的过程不断给电子能量。如果加速管没有特殊的安排，电子可能处于加速相位，也可能落入减速相位。要使电子不断受到行波场的加速作用，必须要求行波的相速度vp(z)与电子的前进速度ve(z)保持一致，这就是同步加速条件。 稳相原理：在一个脉冲期间，电子注入加速管是连续的，注入时间有先有后，不可能同时在波峰上注入，而且所注入的电子具有一定的初速度，其初速度很难保证与行波电场的初速度绝对相等，所以严格满足同步条件的电子是很少的。严格来说，由于在波导中射频场的相位是随时间变化的，在一个射频周期中，位于平衡相位的电子只有一个。即使在波峰上的电子，在整个电子加速过程中

31、，也会由于偶然的扰动（例如加速场振幅、相速度的微小变化）而偏离平衡位置，使电子相对于波的相位产生滑动，称为滑相。这种滑相运动称为相运动或相振荡。相运动必须控制在某一加速相位的附近，这是电子得到持续加速的前提。,要使行波电场和电子保持合适的相位必须满足同步加速条件和相位稳定条件。,对于电子直线加速器，在相位图中通常将纵轴的数值取反，当电子注入的相位X相对于平衡相位Xs 的偏移值X在一定范围内时，这些电子可以围绕平衡相位做稳定的相运动，实现准同步加速，这就是自动相位稳定现象，简称稳相原理。相运动的实质是由于在高频电场加速的过程中，非同步电子与同步电子的能量差异引致运动速度的变化。,驻波加速原理,驻

32、波加速管的始端和末端都接短路面，使微波功率能在其中来回反射，如果加速结构的长度合适，入射波和反射波相位相同，叠加形成驻波。驻波加速结构是由一系列相互耦合的谐振腔链组成，谐振腔链中心开孔让电子通过，在加速结构中建立高频的轴向电场。轴向电场的大小和方向随时间振荡，而振荡包络线的最大值和零值则原地不动的。如果安排合适，电子就可以在驻波场的作用下，沿轴线方向不断加速前进，能量不断提高。,电子要在驻波加速结构中得到持续加速，必须满足同步条件：电子渡越长度为D 的腔体的时间等于微波振荡周期T 的一半。 D/c = T/2 驻波加速管对电子的俘获系数只能达到30%左右。,医用电子直线加速器按其能量范围分为低

33、、中、高三类。,X射线能量范围 及能量分档,电子射线能量范围及能量分档,应用范围,大部分深部肿瘤、 部分表浅肿瘤,深部肿瘤,低能机,中能机,高能机,46MeV，1档,810MeV，1档,610MeV，1525MeV，1档,515MeV，35档,525MeV，58档,同上,无,医用电子直线加速器的原理图,系统框图,1）加速系统 2）辐射系统 3）剂量检测系统 4）机架、治疗床及辐射头运动系统 5）控制系统 6）温控及充气系统,主要组成部分,加速系统是医用电子直线加速器的核心。由加速管、微波传输系统、微波功率源、脉冲调制器等组成。,加速系统,加速管由电子枪、加速结构、引出系统、离子泵组成。电子枪产

34、生供加速的电子，其阴极被加热后产生热发射电子，在阴极和阳极间的高压电场作用下，以一定的初始能量从阳极中心孔道穿出注入加速结构。 加速结构有行波和驻波两种加速结构，是对电子进行加速的核心器件。微波功率经耦合波导馈入后，在其中产生行波或驻波电磁场。驻波结构可以在同样长度上比行波获得更高的能量增益。引出系统的作用是将电子束引出，分为直束式和偏转式两种，低能机的加速管较短，大多采用直束式，中、高能机的加速管较长，必须采用带偏转磁铁的偏转式引出系统。离子泵用以吸收气体，使加速管里维持真空状态。,加速管,加速管的工作特性是指输出参数随输入参数变化的关系。电子直线加速器的输出参数包括输出束流能量、输出束流功

35、率和输出辐射强度。输入参数有包括电子束流负载、输入微波功率和输入微波频率。 因此工作特性的分类： 负载特性一输出束流能量、输出束流功率、输出辐射强度与电子束流负载的关系。 功率特性一输出束流能量、输出束流功率、输出辐射强度与输入微波功率的关系。 频率特性一输出束流能量、输出束流功率、输出辐射强度与输入微波频率的关系。,行波加速器 驻波加速器 效率高，容许较短的脉冲宽度， 效率低，较长的脉冲宽度，一般脉宽 一般脉宽2s，重复频率500Hz 。 4s，重复频率250Hz。 聚束效果好，能谱窄（13%）。 聚束差、建场时间长，能谱宽（1020%） 带通器件，负载阻抗不变，反射少， 变阻抗负载，传输系

36、统上场分布容易 传输系统上场分布均匀，对隔离器 不均匀，器件要求承受较高的场强。 件要求低。 电子初始速度较高，注入电压 电子初始速度较低，注入电压 40100kV，枪高度1020cm。 110kV，枪高度3cm。,微波传输系统主要包括： 弯波导及直波导 软波导 定向耦合器 吸收水负载 三端环流器,微波传输系统,行波状态特点： (1) 任何位置的输入阻抗恒等于长线的特性阻抗； (2) 入射波功率完全被负载吸收，没有反射波，传输效率高； (3) 电压波和电流波的相位相同； (4) 线上电压或电流的振幅保持不变； (5) 在相同的状态下，行波状态的承受功率为最大。,驻波状态特点： (1) 全反射（

37、如：终端短路），即反射波幅度Urm 等于入射波幅度Uim； (2) 沿线存在驻波腹和波节点，两者相距（ /4）； (3) 波峰Umax=2Uim，波节Umin=0； (4) 电压波节处对应于电流波峰，相应于短路状态。,微波传输系统,低、中能机常用磁控管作微波功率源。 磁控管是微波自激震荡器，体积小，工作电压低，但其工作频率易漂移，因此需采用自动稳频系统，提高频率稳定度。 高能机需较高的微波功率，常用多腔速调管作为微波功率源。速调管是微波功率放大器，体积大，工作电压高，需要有前置激励来驱动，频率比较稳定，但也需自动调频系统使其与负载变化保持一致。,微波功率源,磁控管(magnetron)本身能够

38、振荡，并通过自动频率控制（AFC）系统，调整磁控管的频率调节杆的位置，使磁控管的工作频率与加速管的固有频率一致。磁控管体积小、重量轻，可以直接安装在旋转机架中，大大地缩短化了微波传输路径，同时不需要微波驱动器和旋转波导，传输系统比较简单。 一般由部分组成：阴极及引线，阳极和谐振腔，磁铁，耦合环及能量输出系统，调谐装置和冷却系统,在磁控管作用空间的电子同时受到3个场的作用：即恒定电场，恒定磁场和高频电磁场。 恒定电场将阴阳极间的电能转化为电子的动能；恒定磁场使电子运动轨迹弯曲，作旋转运动；高频交变场将进一步与电子相互作用，使电子减速，将电子的动能转换为微波能 电子不是直线运动，而是回旋运动；更重

39、要的区别在于加速管中电子处于加速相位，微波能转换为电子的动能；而在磁控管中电子处于减速相位，将从外加电源处获得的动能转换为微波能了。,在使用微波电场加速电子的加速器中，为了得到尽可能高的加速电场，瞬时微波功率很大，达到MW量级，因此微波源都是脉冲工作的。脉冲调制器是向这种微波源提供脉冲功率的电源。 工作原理是利用储能放电的原理形成高压脉冲，经脉冲变压器将该电压进一步放大后供微波功率源使用。,脉冲调制器,医用电子加速器电离辐射是由其核心部件加速管所加速的高能电子束转换产生的，加速管中电子束是由电子枪的电子注产生的，电子枪的电子注则是由阴极发射产生的。 电子枪是一台医用电子加速器的核心部件之一，加

40、速管的使用寿命直接受到电子枪寿命的制约，而电子枪寿命又主要取决于它的阴极。当电子枪阴极损坏时，加速管就停了工作。因此，我们要了解和使用医用电子加速器，就必须要了解电子枪及其阴极。电子枪和由它形成的强流电子注是医用电子加速器的基本组成部分。电子枪在其他超高频器件中同样也是不可缺少的部分。,电子枪,阴极类型 (1)纯金属阴极 如钨阴极，铼阴极。 (2)薄膜阴极 它是在金属的表面覆盖上一种活性物质薄膜的阴极。也称它为原子薄膜阴极，如覆针钨阴极。 (3)氧化物阴极 它是在一种底金属上涂敷一层较厚的电阻较大的发射物碱土金属的氧化物制成的阴极。 (4)储备式阴极 如L阴极、钡钨阴极，它的发射本质是薄膜与厚

41、膜阴极的组合，它是用多孔的金属基底浸渍以活性物质组成，因此多孔金属中的活性物质可以源源不断地补给发射物质的损失，故称储备式阴极。,足够的发射电流密度 较低的工作温度 能抵抗离子的回轰 阴极寿命长 抗中毒性能强，且中毒后易于恢复 阴极在冷状态下暴露大气，能够复用,阴极的必要条件,辐射系统的作用是使从加速系统产生的辐射符合放射治疗的特殊要求（均整度、辐射野面积形状等）。 其主要组成有：靶、均整块、散射箔、准直器、上下光阑等。 靶加速电子打靶后产生X射线。 均整块使辐射野内的X射线剂量分布均匀。 散射靶使从加速系统来的集束的电子射线在一定辐射野内均匀散开。 准直器初步限制辐射的范围。 上下光阑调节辐

42、射野的形状、面积。 限束器限定电子射线辐射野的范围以及改善电子射线的均整度。 楔形过滤器在X射线辐射野内产生非对称的楔形剂量分布。,辐射系统,辐射系统框图,剂量和剂量率是加速器最基本、最重要的参数。剂量监控系统的功能就是利用电离室检测和显示加速器的剂量率和累积剂量，并在达到设定的剂量时终止出束。,剂量检测系统,剂量监测系统由电离室、前置放大器及监测剂量仪组成。 电离室提供了表征辐射线强度的信号，并通过检测电路的处理转换成吸收剂量信号。 电离室位于辐射系统之内，由若干片极片构成，其中有两对用于监测辐射野内相互垂直的两个方向的均整度，有一片用于监测辐射的能量变化，有两片用于检测辐射的吸收剂量。 放

43、射治疗对剂量检测系统的要求：安全性、准确性和长期稳定性。 安全性配备两个独立的剂量检测通道和 一个时间保护通道。 准确性主要用重复性和线性指标来表征。 长期稳定性主要用日稳定性和周稳定性指标来表征。,电离室的工作原理 加速器使用的电离室一般是平板型透射式电离室。电离室主要由收集极和高压电极组成，两极之间充满探测气体，是一种探测电离辐射的气体探测器。 气体探测器的原理是：当探测器受到射线照射时，射线与气体中的分子作用，产生由一个电子和一个正离子组成的离子对。这些离子向周围区域自由扩散。扩散过程中，电子和正离子可以复合重新形成个性分子。但是，若在构成气体探测器的收集极和高压极上加直流的极化电压V，

44、形成电场，那么电子和正离子就会分别被拉向正负两极，并被收集。随着极化电压V逐渐增加，气体探测器的工作状态就会从复合区、饱和区、正比区、有限正比区、盖革区(Geiger-Muller，G-M)一直变化到连续放电区。,电离室的结构特征 (1)电离室是透射式的，所谓透射式是指电离室的材料质量对射线的吸收可以忽略。 (2)监测电离室不考虑电子平衡问题，因为电子平衡需要一定质量厚度，满足电子平衡的电离室一定满足不了前一条要求。 (3)电离室的极间距很近，以便满足收集效率的要求。 (4)电离室多为平板型。 (5)为了测量和校正射束的吸收剂量分布，至少有一个电离室的收集极是分区的。,剂量检测系统框图,现代医

45、用电子直线加速器采用等中心原则的运动系统，即机架、辐射头及治疗床三者的旋转轴线交于一点，该点称为等中心，要求中心误差在2mm以内。,机架、治疗床及辐射头运动系统,控制系统,控制系统由以下几部分组成：(1) 各种电源。 (2) 连锁保护：包括水流、水温、水压、高压过载、微波功率源打火等各种保护。 (3) 自动控制：包括自动频率控制、自动剂量率控制、自动均整度控制、自动楔形过滤器控制、弧形旋转控制等。 (4) 正常治疗的程序控制：包括待机、预制、准备、出束等几种状态的程序控制。,温控系统用来带走加速管、靶、聚焦线圈、偏转磁铁线圈、微波功率源、隔离器（或环流器）及吸收负载等在工作中产生的热量。 充气

46、系统用于对微波传输系统抽真空后再充绝缘气体，如氮气、氟里昂等，以防止发生电场击穿。,温控及充气系统,7.DSA,数字减影血管造影简称DSA（Digital Subtraction Angiography ）。DSA技术是20世纪80年代继CT之后兴起的一项新的医学影像技术，是影像增强技术、电视技术和计算机技术相结合的产物。 在数字减影血管造影开发之前，减影的精确性还不能分辨影像内1以下的影像对比。 DSA的问世，解决了医学影像学领域中血管造影的数字化成像问题，是医学影像学领域中的一个重要发展。,DSA成像原理,影像增强器,X线球管,成像方式,静脉DSA(IV-DSA) 外周静脉法 中心静脉法

47、动脉DSA(IA-DSA) 选择性动脉法 超选择性动脉法,目前的DSA是基于顺序图像的数字减影，减影技术的基本内容是把人体同一部位的两帧影像相减，从而得出它们的差值部分，其结果是在减影图像中消除了整个骨骼和软组织结构，使浓度很低的对比剂所充盈的血管在减影图中被显示出来，具有很强的对比剂。,对比剂,分类：阴性对比剂和阳性对比剂 引入方法：直接引入和间接引入 药敏试验、药敏反应及处理方法,DSA图像的形成,是将不含对比剂的图像和含对比剂的图像，分别经影像增强器增强，摄像机扫描而矩阵化，经模/数转换成数字化，两者相减而获得数字化减影图像，其结果是消除了造影血管以外的结构，突出了被造影器官的血管影像，

48、最后经数/模转换成模拟图像。,减影步骤,摄制普通片 制备mask片（蒙片） 摄制血管造影片 把mask片与血管造影片重叠一起处理成 减影片,胶片减影法,1.在注射造影剂前先摄取一张平片，也是一张负片。 2.将这张负片拷贝正片。 3.将这张正片置于注入造影剂后所摄得的同一部位的X线造影片上，在其下方再放置一张胶片，然后又曝光一次使这张胶片感光。,DSA系统结构,影像增强器-摄像机 对数放大-模数变换 存储器 图像处理机,影像增强-射线机,功能是把透过人体的X线经影像增强管变为可见荧光，使亮度增强500010000倍，再由视频摄像机变为电信号供数字化处理用。,对数放大,实施减影处理前，常需对X线影

49、像作对数变换处理。 对数变换利用对数放大器使数字图像的灰度与人体组织对X线的衰减系数成比例。 对数放大器的目的是形成线性灰阶。,模/数转换,为了将模拟信号转换成数字形式，要使用一种叫做模拟数字转换器（ADC）的装置。 作用是把电视摄像机的输出视频信号数字化转换为数字图像矩阵。 摄像机扫描就是将图像矩阵化。常见的矩阵有512512(心脏血管) 、10241024(外周血管) 。 矩阵中被分割的小单元称为像素,像素是构成图像的最小元素。,存储器,没有注入对比剂的数字图像矩阵存于存储器1内作为mask，注入对比剂后的数字图像矩阵存于存储器2中。然后经运算逻辑电路使两图像对应部分进行数字相减，则得出减

50、影图像矩阵，并存于显示存储器中。 运算的程序均由施行二进制运算的电子逻辑元件来完成。,图像处理机,所有的DSA系统中都有一快速图像处理机，用来实时处理图像系列和摄像曝光控制。 在对图像系列进行处理时，全部原始数据数字化后储存于磁盘中。,DSA系统对X线源的要求,DSA是采用脉冲图像采样方式，它要求发射X线的球管能够承受连续多次脉冲曝光的负荷量。 DSA要求X线能量必须稳定。,减影方法,1.时间减影 2.能量减影 3.时间减影与能量减影的改良方式（混合减影）,时间减影,时间减影是DSA的常用方式，是在注入对比剂前后摄取一系列影像，从中取一幅显影前（蒙片）与一幅显影后作减影。 由于整个影像序列是在

51、对比剂通过兴趣区血管期间摄取的，故每一幅均具有时间依赖性特征。 用作减影的2幅影像是在不同显影时期获得的，故称为时间减影。,能量减影,能量减影也称双能减影、K-缘减影，是利用对比剂与周围组织间能量衰减的差别进行减影。即进行兴趣区（ROI）血管造影时，几乎同时用两个不同的管电压，如70kV和130kV取得两帧图像，作为减影对进行减影，可以突出减影图像中碘的对比度，消除其它无关组织结构对图像的影响，由于两帧图像是利用两种不同的能量摄制的，所以称为能量减影。,DSA与胶片减影比较,优点： 图像叠加精确，对比度大； 实时处理 直接显示减影图像 图像可以校正后数字储存 缺点： 不进行选择性注射时可出现血

52、管重叠 因被检者的移动和生理运动，可产生图像伪差。,Emission Computed tomography，同位素发射计算机辅助断层显像 利用仪器探测人体内同位素动态分布而成像 可作功能、代谢方面的影像观察 是由电子计算机断层(CT)与核医学示踪原理相结合的高科技技术,ECT,质量控制（ quality control），简称QC：就是为了使ECT扫描的图像达到临床使用的质量要求，而对成像各个环节进行监测和控制。包括药品质量、标记、打针、等候时间、临床规约、ECT运行状况、采集数据的处理、胶片打印。,ECT质量控制,测试test: 是为了知道设备目前的状况。就好比用体温表测体温， 发烧了就不

53、应该工作了。 校正calibration: 消除性能变差的影响，使设备状况变好。就好比用药 物给发烧患者降温，达到正常体温。,两个概念test和calibration,1. 均匀性uniformity 2. 能量分辨率energy resolution 3. 空间分辨率spatial resolution 4. 空间线性spatial linearity 5. 灵敏度efficiency：探测效率 6. 旋转中心COR :center of rotation,ECT常用性能指标,【能量分辨率定义】 能量分辨率=AB / OM x 100% 能量分辨率是一个百分数，表示为半高宽FWHM。 多数E

54、CT一般在9%-11%的范围。能量分辨率直接影响空间分辨率，因而也是一项基本性能参数。此参数的下降趋势预示着探测器的老化。 【能量分辨率的测试】 该测试还可以知道能峰的具体位置。每天做病人检查前，一项很重要的工作，应观察一下能峰的位置，Tc99m能峰是不是在140Kev，如果偏离+3Kev以上，即小于137Kev或大于143Kev，需要做PMT能量校正，甚至PMT调整。 能量分辨率不好，空间分辨率也不会好,线性和空间分辨率通常采集一个四象限铅栅模型，四个象限的铅条的宽度及间距分别为2.0mm、2.5mm、3.0mm和3.5mm。也可大致凭肉眼判定一下线性（X向和Y向），得到的结果是一个大概的数

55、值。更精确的测量方法是使用NEMA模型，会得到具体的分辨率和线性数值。线性校正需要一套线性校正模型，一般X方向和Y方向各一套,灵敏度sensitivity单位时间单位剂量的计数。原来做首次通过first pass和现在做符合电路coincidence采敏度较高。选用准直器时，灵敏度和分辨率是相对立的。高灵敏准直器厚度薄、过孔大，可以让更多的射线通过，但同时降低了空间分辨率；高分辨准直器，厚度大过孔小，自然就降低了灵敏度,2020/8/4,126,8 PET/CT,PET（Positron Emission Tomography）：正电子发射断层显像，是一种射线断层显像技术，可以实现功能代谢显像

56、的分子影像学设备。 CT（ Computed Tomography）：利用X射线对人体进行体层检查。 PET/CT:将PET和CT有机的结合在一起，使用同一个检查床合用一个图像工作站，PET/CT同时具有PET，CT及将PET图像与CT图像融合等功能。,PET/CT工作原理,每个探测器接收到光子后产生一个定时脉冲，这些定时脉冲分别输入符线路进行符合甄别，挑选真符合事件。 符合线路设置了一个时间常数很小的时间窗（通常15ns），同时落入时间窗的定时脉冲被认为是同一个正电子湮灭事件中产生的光子对，从而被符合电路记录。 时间窗排除了很多散射光子的进入。,工作原理图,2020/8/4,130,PET/

57、CT的优势：,PET采用正电子核素作为示踪剂，通过病灶部位对示踪剂的摄取了解病灶功能代谢状态，可以宏观的显示全身各脏器功能，代谢等病理生理特征，更容易发现病灶； CT可以精确定位病灶及显示病灶细微结构变化； PET/CT融合图像可以全面发现病灶，精确定位及判断病灶良恶性，故能早期，快速，准确，全面发现病灶。 PET犹如大海中的航标，CT犹如航行图，从而能准确，迅速找到目标。,2020/8/4,131,PET/CT检查安全么？,在接受PET/CT检查过程中，受检人除需要接受静脉注射外，没有其他的痛苦需要承受。所注射的检查药物中含有少量的正电子核素（ 18FDG ），但这种放射性是及其微量的，为人体正常的同位素，而且衰变的极快，通常在几个小时内就完全从体内消失，有些甚至半小时内即可消失，做一次PET/CT检查对人体的照射剂量小，仅相当于拍一次X光片的剂量，对人体不产生明显危害。,2020/8/4,132,正电子核素（18FDG ）,18FDG（18氟代脱氧葡萄糖）在人体中的代谢过程： 18FDG就是去氧后接上了一个18F原子的同样的葡萄糖分子，是一种容易被人体吸收的葡萄糖衍生物，但是不会象葡萄糖一样被代谢掉或排泄掉。因此它会积累在高度利用葡萄糖的组织里（