放射诊断设备与超声成像.

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Ｘ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85～90%。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CT1、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Ｘ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⑴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。入射电子二次电子出射电子入射电子二次电子出射电子hγ(a)外层电离(b)内层电离1、基础知识⑵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。入射电子出射电子光学轨道1、基础知识⑶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。入射电子出射电子1、基础知识⑷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。入射电子出射电子hγ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）Qmxdd3cmmdQd1、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00NxNdNdxN可得指数型衰减关系式0xNNe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。1cm1cm1cm1cm1cm1cm1cm1cm1000个光子1000个光子800640512410个光子探测器410个光子探测器水模型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特征X线hγ光电子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。散射光子hγ入射光子外层电子反冲电子1、基础知识光电效应与康普顿效应的比较光电效应康普顿效应作用对象原子内层电子原子外层电子作用条件X线光子能量大于等于电子轨道结合能X线光子能量远大于电子轨道结合能能量吸收程度X线光子能量完全被吸收X线光子能量小部分被吸收能量转换X线光子能量大部分转换为特征X线光子能量和电子动能X线光子能量大部分转换成散射X线光子能量对照片影响不同组织光电效应发生几率有差别，增强照片中组织对比度散射X线穿过人体，到达胶片、产生灰雾。对人体危害X线光子能量完全被吸收，造成人体损害X线光子能量小部分被人体吸收，对人体损害小（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。hγ≥1.02MeV正电子负电子电子对效应产生条件：hυ≥1.02Mev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Ｘ线球管可谓Ｘ线机的心脏，它是产生Ｘ线的关键部件。是一个高真空器件，产生Ｘ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Ｘ线。Ｘ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θ实际焦点和有效焦点L2、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θ。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2KW26130.30.9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Ｘ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Ｘ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=2f×60/pf:电源频率p：定子极数，一般为2f＝50Hz理论转速3000r/min实际转速2700r/minf＝150Hz理论转速9000r/min实际转速8500r/min2、X线设备的构成X线电视系统（X－TVSystem）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1000～10000倍。3、数字X线成像传统X线机CRDR数字X线成像设备的分类1、数字X线成像