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一.X射线的产生产生X射线需具备以下三个条件：①电子源②高速电子流③适当的靶物质二、X射线产生机制1.电子与物质相互作用电子在碰撞过程中的能量损失分为碰撞损失(collisionloss)和辐射损失(radiationloss)。碰撞损失只涉及原子的外层电子，这部分能量将全部变为热。辐射损失涉及内层电子和原子核。2.连续X射线连续放射：又称韧致辐射(bremsstrahlungradiation)是高速电子流撞击阳极靶面时，与靶物质的原子核相互作用而产生的、连续波长的X射线(连续X射线)的过程。连续X射线的最短波长只与管电压有关。•3.标识放射•标识X射线的波长仅取决于阳极靶物质，与X射线产生过程中的其它因素无关。•不同靶材料的辐射光子的能量和波长也不同。每一种元素的标识X射线的波长是固定不变的。••1）连续谱的形状与靶的材料无关。•2）连续谱存在一最大的能量值，它取决于管电压。•3）标识辐射的X射线波长是由跃迁的电子能量差决定的，与高速电子的能量（管电压）无直接关系，主要决定于靶物质的原子序数，原子序数越高，产生的标识辐射的波长越短。一、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），而光子本身整个被原子吸收的过程称为光电效应。在光电效应过程中产生：①负离子（光电子、俄歇电子）②正离子（丢失电子的原子）③标识X射线二、康普顿效应入射当入射光子与原子的外层轨道电子（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冲电子，这个过程称为康普顿效应。三、电子对效应当入射光子的能量≥1.02MeV时，在原子核场或原子的电子场作用下，X光子消失而变为一个正电子和一个负电子，称为电子对效应。【注】发生电子对效应的X光子能量超出了诊断用X射线能量的范围。四、光蜕变能量在10MeV以上的X光子与物质作用时发生光蜕变。四、影响X线衰减的因素1.X线的能量：入射光子的能量越大，穿透力越强，光电效应发生的概率下降，X线衰减越少，透过的X线强度越大。2.吸收物质的密度：吸收物质的密度越大，X线衰减越大。3.吸收物质的原子序数：吸收物质的原子序数越大，X线衰减越大。4.吸收物质的每克物质的电子数越大，X线衰减越大。第二章X射线影像X射线摄影基本原理用胶片代替荧光屏，透过人体的X射线作用在胶片上，由于X射线的光化学作用，使胶片感光，因各组织器官的密度、厚度不同，对X射线的衰减不同，对胶片的感光程度也就不同，于是形成X射线影像。胶片主要感光材料：溴化银1.灰度级（Graylevel）：将连续变化的灰度值转化为一系列离散的整数灰度值，量化后的整数灰度值即为灰度级，又称为或灰阶（grayscale）。目前常用的灰度级数有8位256个灰度级、10位1024个灰度级。2.数字图像处理的主要方法•图像增强空域法是针对图像平面本身，直接处理图像中的像素，如对比度增强。•频域法是建立在修改图像傅立叶变换基础上，不直接处理像素，以高通、低通滤波为代表。••••图像恢复•图像兴趣区的定量估值•三维图像重建一)线性灰度变换当图象成象时曝光不足或过度,或由于成象设备的非线性和图象记录设备动态范围太窄等因素。都会产生对比度不足的弊病，使图象中的细节分辨不清。这时可将灰度范围线性扩展。设f(x,y)灰度范围为[a,b]，g(x,y)灰度范围为[c,d],二)分段线性灰度变换将感兴趣的灰度范围线性扩展，相对抑制不感兴趣的灰度区域。设f(x,y)灰度范围为[0,Mf]，g(x,y)灰度范围为[0,Mg],三)非线性灰度变换（1）对数变换低灰度区扩展，高灰度区压缩。（2）指数变换高灰度区扩展，低灰度区压缩。直方图调整法通过修改直方图，把灰度级的分布拉开，这相当于增加了图像的对比度，包括直方图均衡和直方图匹配。修改的目的是突出感兴趣的灰度范围，使图像的质像有所改善。图像平滑技术•邻域平均法•低通滤波法：滤除高频成分，保留低频成分。•高通滤波法：是用高通滤波转移函数来衰减傅立叶变换中的低频分量，但无损高频分量。•带通滤波：选择性增强某些特定的空间频率，衰减其它成分。•适当滤波：只增强某些空间频率，保持其它成分不变。•伪彩色显示：把黑白图像的各个灰度级按照线性和非线性函数映射成相应的色彩。提高人眼对图像的分辨能力。•代数运算：指两幅图像对应象素之间进行一对一灰度值的加、减、乘、除运算。可用于突出有用信息，抑制或消除无用信息。如DSA。反锐化掩模：这是一种边缘增强技术，升高了高频成分，低频成分不受影响。兴趣区定量估值常采用的方法有：•（1）用不同的灰度级或颜色来显示图像的量值。•（2）感兴趣区域的显示和测量。•（3）感兴趣区的距离、角度、几何尺寸测量。•（4）部分图像区域的扩大和旋转。•（5）特征提取和分类、疾病部位的识别和定量等。伪彩色(pseudocolor)处理：把黑白图象处理成伪彩色图象。假彩色(falsecolor)处理：把真实的自然彩色图象或遥感多光谱图象处理成假彩色图象。2.计算机X射线摄影（CR）系统CR成像的基本原理IP板经X射线照射后，其内的电子获得能量，跃迁到高能态，由此形成了模拟影像。受照射后的IP板，经激光扫描后，受激电子以荧光的形势释放出来，将IP板上的每一点荧光值用光电倍增管转化成电信号，并记录下来，形成了X光数字图像影像板(IP板)表面保护层：防止PSL物质在使用过程中受到损伤。它不能随外界的温度、湿度的变化而发生变化，并在非常薄的条件下能弯曲、耐磨损、透光率高。常用聚酯树脂类纤维制造这种保护层。PSL物质层：将PSL物质混于多聚体溶液中，涂在基板上，干燥而成。背面保护层：防止使用过程中成像板之间的摩擦损伤，其材料与表面保护层相同基板：基板的作用是保护PSL物质层免受外力的损伤。要求具有很好的平面性、适度的柔软性及机械强度，材料是聚酯树脂纤维胶膜，厚度在200～350um。•灵敏度高，使曝光剂量降低•分辨率高•动态范围宽•IP可重复使用•速度慢•分辨率不如常规X线机IP成像的物理基础：光激励发光某些物质在第一次受到照射光（一次激发光）照射时，能将一次激发光所携带的信息储存（记录）下来，当再次收到照射光（二次激发光）照射时，能发出与一次激发光所携带信息相关的荧光，这种现象被称作光激励发光（photostimulatedluminescence，PSL），该物质被称作光激励发光物质（photostimulatedluminescencesubstance）数字减影血管造影技术(DSA，DigitalSubtractionAngiography)1）时间剪影：将不同时间拍摄的统一部位的影像相减，来判断病灶。2）能量减影：利用碘在33keV附近对X线衰减系数有明显的差异而进行。能量减影原来主要用于心血管造影检查。能量减影技术对X射线机的要求：X射线管的管电压在高低压之间（70kV～130kV）高速切换，增加了设备的复杂性。3）混合减影在造影剂到达前或到达后都做高能和低能的影像。先做高能和低能像的减影来得到一系列的双能减影像。在这种双能减影中软组织像已经被消除了。再用时间减影法处理这些双能减影像以消除骨骼等背景。由于软组织像是用能量减影法消除的，因此软组织的运动将不会产生影响。X线CT技术体素：把体层分成很小的体积单位称“voxels(体素)”。通常体素长和宽都为1mm,与体积相对应；体素的大小在CT图像上的表现即为“pixels(像素)”。•CT成像特点：1.具有较高的X射线检测能力。•2能显示人体某一断层平面上的器官或组织的解剖结构。•3能分辨人体内器官或组织密度微小的变化。•传统X-CT的扫描方式单束平移-旋转（T/R）方式窄扇形束扫描平移-旋转（T/R）旋转-旋转（R/R）方式静止-旋转（S/R）方式：普通静止-旋转方式，章动-旋转（N/R）方式层厚对于软组织来讲厚的层厚能提供低噪声、高密度分辨率的图像。对于骨组织来讲薄层厚能提供更好的空间分辨率。层厚选择选择适当层厚是边缘锐利度(空间分辨率)和噪声的平衡，因为他们相互制约。层厚厚，意味：低噪声更好的密度分辨率边缘锐利度(空间分辨率)较差部分容积效应层厚薄，意味：高噪声密度分辨率差更好的边缘锐利度(空间分辨率)无部分容积效应X线-CT的组成：机架床高压发生器控制台计算机一，常规扫描方式的缺点：1、需要较长的扫描时间2、成像中会产生遗漏人体某些组织的情况3、不能准确地重建三维图像和多方位图像4、使用造影剂扫描时，在造影剂的有效时间里，只扫描了有限的几个层面。螺旋CT的优势...一次屏息完成扫描。减少部分容积效应。无间隙。叠加影像任意重建无需额外投照。为3D重建提供高质量的数据。CT值CT影像中每个像素所对应的物质X射线线性平均衰减量大小的表示。实际中，均以水的衰减系数μ水作为标准，若某种物质的衰减系数为μ，则与其对应的CT值由下式给出.CT值的单位为“Hu(Hounsfieldunit)或H”，规定μ水为能量为73keV的X射线在水中的线性衰减系数,μ水=19m-1。定义式中的k称为分度因数，实际中取k=1000。按此定义：水的CT值为0；空气的CT值为－1000；致密骨的CT值约为1000磁共振成像NuclearMagneticResonanceImaging磁共振成像（MRI）MRI成像基本原理外来射频脉冲停止后，由M0产生的横向磁化矢量在晶格磁场作用下由XY平面逐渐回复到Z轴。同时以射频信号的形式放出能量。发出的射频信号被体外线圈接受。经计算机处理后重建成图像。MRI应用于医学的优势利用人体氢质子的MR信号成像，从分子水平提供诊断信息；任意截面成像；软组织图象更出色；不受骨伪影的影响；无电离辐射,一定条件下可进行介入MRI治疗MRI的局限性成像速度慢（相对于X-CT而言）对钙化灶和骨皮质灶不敏感图像易受多种伪影影响禁忌症：心脏起搏器及铁磁性植入者等定量诊断困难。旋进(也称进动，描述的是具有角动量的物体或体系在外力矩作用下，其角动量发生改变的现象。角动量的改变包括两方面，一是大小改变，二是方向改变。旋进是角动量方向发生连续改变的现象。磁场强度和磁感应强度磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场强弱和方向）的两个物理量。在充满均匀磁介质的情况下，若包括介质因磁化而产生的磁场在内时，用磁感应强度B表示，其单位为特斯拉T，是一个基本物理量。单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁场时）则用磁场强度H表示，其单位为A/m2，是一个辅助物理量。2.弛豫过程及其特征量T1、T2•驰豫：指磁化矢量恢复到平衡态的过程.磁化矢量越大，MRI探测到的信号越强.•T1时间：测量纵向驰豫的时间。•定义：纵向磁化矢量从最小恢复至平衡态的63%所经历的驰豫时间。•不同的组织T1时间不同，产生MR信号强度上的差别，图像上为灰阶的差别。•T2时间：测量横向驰豫的时间。•定义：横向磁化矢量从由最大衰减至37%所经历的驰豫时间。•不同的组织T2时间不同，产生MR信号强度上的差别，图像上为灰阶的差别。•如果去掉RF脉冲，质子将会恢复到原来状态，当然恢复有一个时间过程，这个时间就叫弛豫时间T。这一过程中将发生相对独立的两种弛像：纵向弛豫、横向弛豫。Tl、T2的物理学意义及生物学意义在此弛豫过程中，样品中的自旋核与晶格以热辐射的形式相互作用。晶格一般指自旋核以外的部分，即自旋核的外环境。纵向弛豫过程是处于高能态的自旋核向低能态过渡，高能态的自旋核向外释放热能，故也称由Tl表示的弛豫过程为热弛豫，或自旋—晶格弛豫。三个维度的梯度场：•在Z方向叠加的强度随Z变化的磁场，叫Z方向梯度场（选层梯度Gs）••在X方向叠加的强度随X变化的磁场，叫X方向梯度场（频率编码梯度Gf）•••在Y方向叠加的强度随X变化的磁场，叫Y方向梯度场（相位编码梯度Gp）•空间的三维：水平磁场，垂直磁场，选层梯度Gs预饱和技术