醫(yī)學(xué)成像技術(shù)課件-02x射線

1、二、X射線攝影（3學(xué)時(shí)）X射線的發(fā)現(xiàn)X射線的產(chǎn)生X射線的基本特性X射線的強(qiáng)度X射線與物質(zhì)的相互作用X射線在物質(zhì)中和人體內(nèi)的衰減X射線攝影系統(tǒng)X射線攝影圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)字減影血管造影數(shù)字X射線攝影7/30/2022X射線的發(fā)現(xiàn)“看不見(jiàn)的射線真能看見(jiàn)嗎？”“不是眼睛能看見(jiàn)，是其結(jié)果能看見(jiàn)?！薄瓣P(guān)于射線您是怎樣想的呢？”“我不想，而是研究?！薄斑@種射線究竟是什么呢？”“我不知道?！薄皩?lái)會(huì)怎樣呢？”“我不是預(yù)言家，我反對(duì)作任何預(yù)言，我正在進(jìn)行研究，當(dāng)結(jié) 果得到證實(shí)，我將立即公之于眾?！?895年11月8日星期五晚上 倫琴的實(shí)驗(yàn)室第一張X照片輻射致癌 7/30/2022X射線的產(chǎn)生產(chǎn)生原理產(chǎn)生條件產(chǎn)生過(guò)

2、程X 射線管產(chǎn)生機(jī)制7/30/2022X射線的產(chǎn)生原理高速運(yùn)動(dòng)的電子與物體碰撞時(shí)，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)動(dòng)因突然受阻失去動(dòng)能，其中一小部分（1左右）能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線，而絕大部分（99左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。7/30/2022X射線的產(chǎn)生條件電子源電子加速（高速電子流） 強(qiáng)電場(chǎng) 真空靶物質(zhì)（鎢，鉬，銠）7/30/2022X射線的產(chǎn)生過(guò)程接變壓器玻璃金屬聚燈罩鈹窗口金屬靶冷卻水電子X(jué)射線X射線X射線管的橫截面示意7/30/2022X射線管陰極：發(fā)射電子 陽(yáng)極：靶,使電子突然減速和發(fā)射X射線窗口：X射線從陽(yáng)極靶向外射出 焦點(diǎn)：陽(yáng)極靶面被電子束轟擊而發(fā)射出X射線的區(qū)域面積。 從燈絲發(fā)射的電

3、子經(jīng)高壓加速后撞擊在靶上，此時(shí)加在兩極之間的加速電壓稱為管電壓，這種加速后的電子束流稱為管電流。管電流的變化范圍從幾個(gè)到幾百個(gè)毫安培。 對(duì)于任一給定的燈絲電流，X射線管電流將會(huì)隨著管電壓的升高而增大，當(dāng)管電壓升高到某一值（飽和電壓）時(shí)，管電流達(dá)到其最大值。在診斷中為了獲取大的管電流和有用的X射線能量，要選取大的燈絲電流和40140kV間的管電壓。7/30/2022X射線的產(chǎn)生機(jī)制碰撞損失：入射電子與外層電子，熱量，99輻射損失：入射電子與內(nèi)層電子和原子核，輻 射能，1軔致輻射：撞擊原子核，產(chǎn)生連續(xù)X射線，性質(zhì)和靶材料無(wú)關(guān)特征輻射：撞擊內(nèi)層電子，產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X射線（不連續(xù)），性質(zhì)和靶材料有關(guān)，能級(jí)躍

4、遷原子模型h=6.626075510-34Js 7/30/2022X射線的產(chǎn)生機(jī)制連續(xù)譜(軟X射線)高速運(yùn)動(dòng)的粒子能量轉(zhuǎn)換成電磁波譜圖特征:強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化是衍射分析的背底;是醫(yī)學(xué)采用的特征譜(硬X射線)高能級(jí)電子回跳到低能級(jí)多余能量轉(zhuǎn)換成電磁波僅在特定波長(zhǎng)處有特別強(qiáng)的強(qiáng)度峰衍射分析采用7/30/2022X射線的基本特性穿透性：熒光作用電離作用熱作用化學(xué)和生化作用電磁波，10103 nm，波粒二重性7/30/2022X射線的基本特性X射線的穿透作用 X射線波長(zhǎng)短，具有較高的能量，因此，它有很強(qiáng)的貫穿本領(lǐng)。X射線的貫徹本領(lǐng)不僅與X射線的能量有關(guān)，還與被穿透的物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)和原子性質(zhì)有關(guān)。同一X射

5、線，對(duì)原子序數(shù)較低的元素所組成的物體，其貫穿本領(lǐng)較強(qiáng)；而對(duì)原子序數(shù)較高的元素組成的物體，貫穿本領(lǐng)相對(duì)較弱。因此，X射線對(duì)人體不同組織的穿透性也就不同，它是X射線醫(yī)學(xué)影像學(xué)的基礎(chǔ)。在人體組織中，鈣質(zhì)的密度最大，原子序數(shù)較高，如骨骼吸收X射線較多，是不易透射組織。各種軟組織以及體液屬于中等透射組織。脂肪密度比較組織小，對(duì)X射線的透射性較好。氣體透射性最好。7/30/2022X射線的基本特性X射線的熒光作用 當(dāng)射線照射某種物質(zhì)時(shí)，能夠發(fā)出熒光，具有這種光特性的物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)。如鎢酸鈣、鉑氰化鋇、銀激活的硫化鋅鎘等。這些熒光物質(zhì)受X射線照射時(shí)，物質(zhì)原子被激發(fā)或電離，當(dāng)被激發(fā)的原子恢復(fù)到基態(tài)時(shí)，便可釋

6、放出熒光。醫(yī)學(xué)中透視用的熒光屏、X射線攝影用的增感屏、影像增強(qiáng)器中的輸入屏和輸出屏都是利用熒光特性做成的。閃爍計(jì)數(shù)器中的閃爍晶體以及熒光玻璃等也是利用X射線的熒光作用制造的。7/30/2022X射線的基本特性X射線的電離作用 具有足夠的能量的X射線光子可以撞擊出物質(zhì)原子中的電子，使電子脫離原子而產(chǎn)生第一次電離。獲得足夠能量脫離原子的電子，又與其他原子作用，產(chǎn)生二次電離。通過(guò)測(cè)定電離電荷的多少就可知道X射線的照射量。多種測(cè)定照射量?jī)x器的探頭如電離室、正比計(jì)數(shù)管、蓋革彌勒計(jì)數(shù)管等都是利用這個(gè)原理制成的。電離作用也是X射線損傷和治療的基礎(chǔ)。7/30/2022X射線的基本特性X射線的熱作用 X射線被物

7、質(zhì)吸收，絕大部分最終都將變?yōu)闊崮埽刮矬w溫升。測(cè)定X射線吸收劑量的量熱法就是依據(jù)這個(gè)原理研究出來(lái)的。X射線的化學(xué)和生物效應(yīng) X射線能使膠片乳劑感光，能使很多物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。另外，某些物質(zhì)經(jīng)X射線長(zhǎng)期照射的，其結(jié)晶體脫水漸漸改變顏色，稱為著色作用或脫水作用。 7/30/2022X射線的強(qiáng)度 X射線在空間某一點(diǎn)的強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于X射線傳播方向上的單位面積上的光子數(shù)量與能量乘積的總和。 X射線強(qiáng)度是由光子數(shù)目和光子能量?jī)蓚€(gè)因素決定的。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，常用X射線的量和質(zhì)來(lái)表示X射線的強(qiáng)度。量是X射線光子的數(shù)目，質(zhì)是X射線光子的能量。 7/30/2022X射線的強(qiáng)度單能X射線多能線狀譜連續(xù)

8、譜強(qiáng)度質(zhì)與量0.5納米 軟X射線0.1納米 硬X射線 7/30/2022X射線與物質(zhì)的相互作用 X射線與物質(zhì)相互作用時(shí)，產(chǎn)生各種不同的和復(fù)雜的過(guò)程。就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，可分為三部分：一部分被吸收，一部分被散射，一部分透過(guò)物質(zhì)繼續(xù)沿原來(lái)的方向傳播。光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)7/30/2022X射線與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng)（吸收）入射X射線光子激發(fā)原子所發(fā)生的激發(fā)和輻射過(guò)程，光子消失，被擊出的電子稱為光電子，輻射出的次級(jí)標(biāo)識(shí)X射線稱為熒光X射線。 7/30/2022X射線與物質(zhì)的相互作用康普頓效應(yīng)（散射）入射X射線光子和原子內(nèi)某一軌道電子發(fā)生相互作用，光子損失部分能量，改變運(yùn)

9、動(dòng)方向后成為散射光子，被擊出的電子稱為反沖電子。 7/30/2022X射線與物質(zhì)的相互作用電子對(duì)效應(yīng)入射X射線光子經(jīng)過(guò)原子核旁時(shí)形成一對(duì)正負(fù)電子，能量守恒和動(dòng)量守恒湮滅輻射7/30/2022X射線與物質(zhì)的相互作用 X射線射入人體后，一部分被吸收和散射，另一部分透過(guò)人體沿原方向傳播。透過(guò)人體的X射線光子按特定形式分布，便形成了X射線影像。X射線影像是人體的不同組織對(duì)射線不同衰減的結(jié)果。 診斷X射線與人體組織作用時(shí)，除一部分為直接透射外，其余部分主要通過(guò)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)被吸收和散射。光子與物質(zhì)的相互作用除與光子本身的能量有關(guān)外，還與物質(zhì)的原子序數(shù)有關(guān)。7/30/2022X射線在物質(zhì)中和人體內(nèi)的

10、衰減當(dāng)一束X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于散射和吸收的作用使其透射方向上的強(qiáng)度衰減。衰減的程度與所經(jīng)過(guò)物質(zhì)中的距離成正比。窄束、單能窄束、連續(xù)譜人體組成:骨骼軟組織肺和消化道低能X射線 光電效應(yīng)高原子序數(shù)高 衰減能力強(qiáng)7/30/2022X射線在物質(zhì)中和人體內(nèi)的衰減人體組織對(duì)X射線的穿透性7/30/2022X射線攝影系統(tǒng)受試體采集、轉(zhuǎn)換、顯示系統(tǒng)X射線電視系統(tǒng)X射線照片系統(tǒng)X光機(jī)7/30/2022X射線攝影圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)參數(shù)：對(duì)比度模糊與細(xì)節(jié)可見(jiàn)度噪聲與信噪比偽影畸變（失真）7/30/2022X射線攝影圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)影響因素對(duì)比度膠片特性受試者的個(gè)體差別光子能量散射線模糊運(yùn)動(dòng)模糊焦點(diǎn)模糊檢測(cè)器模糊膠片感光

11、顆粒噪聲量子噪聲系統(tǒng)噪聲7/30/2022 十九世紀(jì)末，陰極射線研究是物理學(xué)的熱門(mén)課題。許多物理實(shí)驗(yàn)室都致力于這方面的研究，倫琴也對(duì)這個(gè)問(wèn)題感興趣。1895年11月8日，正當(dāng)倫琴繼續(xù)在實(shí)驗(yàn)室里從事陰極射線的實(shí)驗(yàn)工作，一個(gè)偶然事件引起了他的注意。當(dāng)時(shí)，房間一片漆黑，放電管用黑紙包嚴(yán)。他突然發(fā)現(xiàn)在不超過(guò)一米遠(yuǎn)的小桌上有一塊亞鉑氰化鋇做成的熒光屏發(fā)出閃光。他很奇怪，就移遠(yuǎn)熒光屏繼續(xù)試驗(yàn)。只見(jiàn)熒光屏的閃光，仍隨放電過(guò)程的節(jié)拍斷續(xù)出現(xiàn)。他取來(lái)各種不同的物品，包括書(shū)本、木板、鋁片等等，放在放電管和熒光屏之間，發(fā)現(xiàn)不同的物品效果很不一樣。有的擋不住；有的起到一定的阻擋作用。倫琴意識(shí)到這可能是某種特殊的從來(lái)沒(méi)有觀察到過(guò)的射線，它具有特別強(qiáng)的穿透力。于是立刻集中全部精力進(jìn)行徹底的研究。他一連許多天把自己關(guān)在實(shí)驗(yàn)室里，連自己的助手和家人都不告知。他把密封在木盒中的砝碼放在這一射線的照射下拍照，得到了模糊的砝碼照片；他把指南針拿來(lái)拍照，得到金屬邊框的深跡；他把金屬片拿來(lái)拍照，拍出了金屬片內(nèi)部不均勻的情況。他深深地沉浸在這一新奇現(xiàn)象的探討中，達(dá)到了廢寢忘食的地步。平時(shí)一直幫他工作的倫琴夫人感到他舉止反常，以為他有