医学成像技术课件--02x射线

MedicalImaging2019/8/17二、X射线摄影（3学时）X射线的发现X射线的产生X射线的基本特性X射线的强度X射线与物质的相互作用X射线在物质中和人体内的衰减X射线摄影系统X射线摄影图像质量评价数字减影血管造影数字X射线摄影MedicalImaging2019/8/17X射线的发现“看不见的射线真能看见吗？”“不是眼睛能看见，是其结果能看见。”“关于射线您是怎样想的呢？”“我不想，而是研究。”“这种射线究竟是什么呢？”“我不知道。”“将来会怎样呢？”“我不是预言家，我反对作任何预言，我正在进行研究，当结果得到证实，我将立即公之于众。”1895年11月8日星期五晚上伦琴的实验室第一张X照片辐射致癌MedicalImaging2019/8/17X射线的产生产生原理产生条件产生过程X射线管产生机制MedicalImaging2019/8/17X射线的产生原理高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动因突然受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高。MedicalImaging2019/8/17X射线的产生条件电子源电子加速（高速电子流）强电场真空靶物质（钨，钼，铑）MedicalImaging2019/8/17X射线的产生过程接变压器玻璃金属聚灯罩铍窗口金属靶冷却水电子X射线X射线X射线管的横截面示意MedicalImaging2019/8/17X射线管阴极：发射电子阳极：靶,使电子突然减速和发射X射线窗口：X射线从阳极靶向外射出焦点：阳极靶面被电子束轰击而发射出X射线的区域面积。从灯丝发射的电子经高压加速后撞击在靶上，此时加在两极之间的加速电压称为管电压，这种加速后的电子束流称为管电流。管电流的变化范围从几个到几百个毫安培。对于任一给定的灯丝电流，X射线管电流将会随着管电压的升高而增大，当管电压升高到某一值（饱和电压）时，管电流达到其最大值。在诊断中为了获取大的管电流和有用的X射线能量，要选取大的灯丝电流和40~140kV间的管电压。MedicalImaging2019/8/17X射线的产生机制碰撞损失：入射电子与外层电子，热量，99％辐射损失：入射电子与内层电子和原子核，辐射能，1％轫致辐射：撞击原子核，产生连续X射线，性质和靶材料无关特征辐射：撞击内层电子，产生标识X射线（不连续），性质和靶材料有关，能级跃迁原子模型Ehvh=6.6260755×10-34J·sMedicalImaging2019/8/17X射线的产生机制连续谱(软X射线)高速运动的粒子能量转换成电磁波谱图特征:强度随波长连续变化是衍射分析的背底;是医学采用的特征谱(硬X射线)高能级电子回跳到低能级多余能量转换成电磁波仅在特定波长处有特别强的强度峰衍射分析采用MedicalImaging2019/8/17X射线的基本特性穿透性：荧光作用电离作用热作用化学和生化作用电磁波，10－10－3nm，波粒二重性MedicalImaging2019/8/17X射线的基本特性X射线的穿透作用X射线波长短，具有较高的能量，因此，它有很强的贯穿本领。X射线的贯彻本领不仅与X射线的能量有关，还与被穿透的物质本身结构和原子性质有关。同一X射线，对原子序数较低的元素所组成的物体，其贯穿本领较强；而对原子序数较高的元素组成的物体，贯穿本领相对较弱。因此，X射线对人体不同组织的穿透性也就不同，它是X射线医学影像学的基础。在人体组织中，钙质的密度最大，原子序数较高，如骨骼吸收X射线较多，是不易透射组织。各种软组织以及体液属于中等透射组织。脂肪密度比较组织小，对X射线的透射性较好。气体透射性最好。MedicalImaging2019/8/17X射线的基本特性X射线的荧光作用当射线照射某种物质时，能够发出荧光，具有这种光特性的物质称为荧光物质。如钨酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉等。这些荧光物质受X射线照射时，物质原子被激发或电离，当被激发的原子恢复到基态时，便可释放出荧光。医学中透视用的荧光屏、X射线摄影用的增感屏、影像增强器中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。闪烁计数器中的闪烁晶体以及荧光玻璃等也是利用X射线的荧光作用制造的。MedicalImaging2019/8/17X射线的基本特性X射线的电离作用具有足够的能量的X射线光子可以撞击出物质原子中的电子，使电子脱离原子而产生第一次电离。获得足够能量脱离原子的电子，又与其他原子作用，产生二次电离。通过测定电离电荷的多少就可知道X射线的照射量。多种测定照射量仪器的探头如电离室、正比计数管、盖革弥勒计数管等都是利用这个原理制成的。电离作用也是X射线损伤和治疗的基础。MedicalImaging2019/8/17X射线的基本特性X射线的热作用X射线被物质吸收，绝大部分最终都将变为热能，使物体温升。测定X射线吸收剂量的量热法就是依据这个原理研究出来的。X射线的化学和生物效应X射线能使胶片乳剂感光，能使很多物质发生光化学反应。另外，某些物质经X射线长期照射的，其结晶体脱水渐渐改变颜色，称为着色作用或脱水作用。MedicalImaging2019/8/17X射线的强度X射线在空间某一点的强度是指单位时间内通过垂直于X射线传播方向上的单位面积上的光子数量与能量乘积的总和。X射线强度是由光子数目和光子能量两个因素决定的。在医学应用中，常用X射线的量和质来表示X射线的强度。量是X射线光子的数目，质是X射线光子的能量。MedicalImaging2019/8/17X射线的强度INhviiiINhvmax0()EIENEdE单能X射线多能线状谱连续谱强度质与量λ0.5纳米软X射线λ0.1纳米硬X射线MedicalImaging2019/8/17X射线与物质的相互作用X射线与物质相互作用时，产生各种不同的和复杂的过程。就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，可分为三部分：一部分被吸收，一部分被散射，一部分透过物质继续沿原来的方向传播。光电效应康普顿效应电子对效应MedicalImaging2019/8/17X射线与物质的相互作用光电效应（吸收）入射X射线光子激发原子所发生的激发和辐射过程，光子消失，被击出的电子称为光电子，辐射出的次级标识X射线称为荧光X射线。MedicalImaging2019/8/17X射线与物质的相互作用康普顿效应（散射）入射X射线光子和原子内某一轨道电子发生相互作用，光子损失部分能量，改变运动方向后成为散射光子，被击出的电子称为反冲电子。MedicalImaging2019/8/17X射线与物质的相互作用电子对效应入射X射线光子经过原子核旁时形成一对正负电子，能量守恒和动量守恒湮灭辐射MedicalImaging2019/8/17X射线与物质的相互作用X射线射入人体后，一部分被吸收和散射，另一部分透过人体沿原方向传播。透过人体的X射线光子按特定形式分布，便形成了X射线影像。X射线影像是人体的不同组织对射线不同衰减的结果。诊断X射线与人体组织作用时，除一部分为直接透射外，其余部分主要通过光电效应和康普顿效应被吸收和散射。光子与物质的相互作用除与光子本身的能量有关外，还与物质的原子序数有关。MedicalImaging2019/8/17X射线在物质中和人体内的衰减当一束X射线通过物质时，由于散射和吸收的作用使其透射方向上的强度衰减。衰减的程度与所经过物质中的距离成正比。0xIIe1inxiiIIe窄束、单能窄束、连续谱人体组成:骨骼软组织肺和消化道低能X射线光电效应高原子序数高衰减能力强MedicalImaging2019/8/17X射线在物质中和人体内的衰减人体组织对X射线的穿透性易透性组织中等透射性组织不易透射性组织易透性组织中等透射性组织不易透射性组织气体结缔组织骨骼脂肪组织软骨肌肉组织血液MedicalImaging2019/8/17X射线摄影系统受试体采集、转换、显示系统X射线电视系统X射线照片系统X光机MedicalImaging2019/8/17X射线摄影图像质量评价评价参数：对比度模糊与细节可见度噪声与信噪比伪影畸变（失真）MedicalImaging2019/8/17X射线摄影图像质量评价影响因素对比度胶片特性受试者的个体差别光子能量散射线模糊运动模糊焦点模糊检测器模糊胶片感光颗粒噪声量子噪声系统噪声十九世纪末，阴极射线研究是物理学的热门课题。许多物理实验室都致力于这方面的研究，伦琴也对这个问题感兴趣。1895年11月8日，正当伦琴继续在实验室里从事阴极射线的实验工作，一个偶然事件引起了他的注意。当时，房间一片漆黑，放电管用黑纸包严。他突然发现在不超过一米远的小桌上有一块亚铂氰化钡做成的荧光屏发出闪光。他很奇怪，就移远荧光屏继续试验。只见荧光屏的闪光，仍随放电过程的节拍断续出现。他取来各种不同的物品，包括书本、木板、铝片等等，放在放电管和荧光屏之间，发现不同的物品效果很不一样。有的挡不住；有的起到一定的阻挡作用。伦琴意识到这可能是某种特殊的从来没有观察到过的射线，它具有特别强的穿透力。于是立刻集中全部精力进行彻底的研究。他一连许多天把自己关在实验室里，连自己的助手和家人都不告知。他把密封在木盒中的砝码放在这一射线的照射下拍照，得到了模糊的砝码照片；他把指南针拿来拍照，得到金属边框的深迹；他把金属片拿来拍照，拍出了金属片内部不均匀的情况。他深深地沉浸在这一新奇现象的探讨中，达到了废寝忘食的地步。平时一直帮他工作的伦琴夫人感到他举止反常，以为他有什么事情瞒着自己，甚至产生了怀疑。六个星期过去了，伦琴已经确认这是一种新的射线。才告诉自己的亲人。1895年12月22日，他邀请夫人来到实验室，用他夫人的手拍下了第一张人手X射线照片。1895年年底，他以通信方式将这一发现公之于众。题为《一种新射线(初步通信)》。伦琴在他的通信中把这一新射线称为X射线，因为他当时确实无法确定这一新射线的本质。back