医用X射线机的影像质量控制-徐影

医用X射线诊断影像质量控制合肥市卫生局卫生监督所徐影13856042519▼X射线基础知识▼医用X射线机影像质量控制X射线基础(X射线的发现)•1895年11月8日，德国物理学家伦琴在研究阴极射线管中气体放电现象时，发现一种人眼看不见但能穿透物体、并能使荧光材料发光的射线。由于当时无法解释它的原理，不明它的性质，故借用数学中代表未知数的“X”作代号，称为X射线，一直延用至今。由于伦琴发现了X射线，逐渐形成了一门崭新的学科——医用放射诊断学。他的发现为自然科学的医学开辟了一条崭新的道路。为此，1901年伦琴荣获物理学第一个诺贝尔奖。X射线基础(1895年12月22日诞生了第一张X光照片)1896年X线开始应用于医学。主要是临床的骨折和体内异物的诊断。当时使用的X线机的管电压只有40kV～50kV，管电流强度仅有1mA，当时拍摄一张手的X线照片要用30min～1h。一百多年来，X射线影像设备发展历史，也就是围绕不断提高X射线影像质量、降低患者(受检者)剂量和工作人员受照剂量的发展历史。X射线基础X射线基础(X射线诊断学关键技术发展简史)年代关键技术发展1895年1896年二十世纪：20年代30年代40年代50年代60年代70年代80年代90年代X射线发现开始用于临床诊断钡造影出现增感屏、旋转阳极X线管影像增强器稀土增感屏的早期工作X线TVCT技术出现并用于临床DSA、CR（计算机摄影）DRX射线基础(X射线产生的原理)X射线的产生1：高能电子经过原子核，受到核库仑场作用，损失能量以连续谱X射线形式释放。X射线的产生2：高能电子击飞原子内层电子，外层电子补充空穴时释放特征X射线。+特征X射线+连续X射线X射线基础(医用X射线的产生)在医学诊断用的X线管中，被加热的灯丝发射出电子，在30～120千伏高压的作用下，灯丝射出的电子被吸引到阳极靶子上，这些电子与靶内的原子相互作用产生X射线，X射线穿过管壁发射出来。只有少于1%的入射电子能量转换成了X射线，99%的转化成热能。旋转阳极式X线管左图：X射线基础(医用X射线的产生)X射线基础(医用X射线的产生)X射线基础（X射线与物质的相互作用）+γ射线光电效应光电子ieEEEEe：电子的动能Eγ:γ射线的能量Ei:第i层电子结合能光电效应X射线基础（X射线与物质的相互作用）+入射γ射线Compton效应Compton电子出射γ射线Ee：电子的动能Eγ:γ射线的能量θ:散射角（如图）meC2:电子的静态质量能)cos1()cos1(22ECmEEeeθ康普顿散射降低图象的对比度Compton效应：X射线基础（X线的性质）X线在本质上属电磁波。物理特性：(a)穿透作用:X线波长短，能量大，能穿透一般光线不能穿透的物质。用来检查人体内部器官的结构是很合适的。(b)荧光作用:当X线照射某些物质时可产生荧光，利用这一性质，可以在荧光屏上直接观察X线图像。X射线基础（X线的性质）物理特性：(c)电离作用:具有足够能量的X线光子不仅能击脱物质原子轨道上的电子，使该物质产生一次电离，而且脱离原子的电子又与其它原子相碰，还会产生二次电离。气体分子被电离后，其电离电荷很容易被收集，于是人们可以根据气体分子电离电荷的多少来测定X线的剂量。许多X线检测器就是利用这一原理制成的。X射线基础（X线的性质）物理特性：(d):生物效应:X线是一种电离辐射。生物细胞经一定量的X线照射后会受到损害甚至坏死。利用X线的这个效应，可以用放射治疗的方法来破坏肿瘤组织。当然，人体受到一定剂量X线的照射后，也会导致正常组织的损伤。X射线基础（X线的性质）化学特性：（e）感光作用：能使胶片感光，胶片乳剂中的溴化银受X光照射感光，经过化学显影，还原出黑水的金属银颗粒。（f）脱水作用（着色作用）：某些物质经X光长期照射后，因结晶脱水而逐渐改变颜色。X射线基础(透视成像)第一代的荧光透视接收器是一块平板荧光屏。平板荧光屏透视检查方法的主要缺点是屏的亮度比较低，观察起来比较吃力。放射科医生在进行透视工作前，一般要在黑暗环境中待15分钟左右才能使自己的眼睛适应黑暗环境。只能提供一个重叠的阴影像。X射线基础(透视成像)为解决荧光屏亮度低的问题，现代X射线成像系统中都采用了影像增强管。影像增强管的引入是透视X射线成像系统的一项重大改进。影像增强管•影像增强器的组成1.输入窗：X线的入射窗口（玻璃或薄金属板）2.闪烁晶体：将X线图像转换成荧光影像（兰光）3.光电阴极：一层极薄的光电发射膜，受光照射时逸出光电子4.电极：阳极阴极之间加直流高压，对光电子起加速作用；栅极加直流电压，对电子起聚焦作用X射线基础(透视成像)•影像增强器的组成5.输出荧光屏：在玻璃基板上涂一层PtO荧光粉，其上敷铝膜，高速电子可穿透铝膜达到荧光粉层使其发出荧光，铝膜可防止光的反向传播6.输出窗：由玻璃或光纤面板制成，摄像头可摄取此窗口上的荧光影像7.管壳：大型真空器件X射线基础(透视成像)X射线基础(透视成像)影像增强器－电视系统(X-TV)X-TV的优点•影像亮度高改暗室工作环境为明室环境，使一些需在透视监视下的手术得以实施；•由于增强器和电子电路具有放大作用，进行同样的诊断操作，X线剂量可减少7～10倍；•由于X线剂量减少，延长了X线管的工作寿命，并可采用微焦点，使图像更清晰；X射线基础(透视成像)•影像清晰电视图像质量远远优于荧光屏图像，有利于病变的早期发现；•医生和病人受照剂量小可实现隔室遥控操作，医生完全脱离X线的伤害；•影像可远距离传送并可录像保存电视图像信号可以被存储、传输和做后期处理，便于供教学和会诊使用。X射线基础(透视成像)X-TV的优点X射线基础(胶片摄影成像)•X射线胶片摄影与X射线透视的不同在于用摄影胶片代替透视的荧光屏。入射的X射线在胶片上形成潜影，然后经过显影、定影处理，将影像固定在胶片上。•用X射线直接对胶片曝光的效率是比较低的。在临床中使用屏-胶片系统作为投影X射线成像系统的接收器。它是由涂上感光乳胶的胶片和与胶片紧密接触的一个或两个荧光增强屏组成的。荧光增强屏是涂有荧光材料的薄层。X射线基础(胶片摄影成像)X射线的能量由增感屏吸收，并将其能量的一部分（大约5～20%）转变为荧光。此荧光再使胶片曝光。由于增感屏的荧光物质对X射线较敏感，使胶片曝光所需的实际X射线辐射剂量大幅度地降低。但使用增感屏会使图像产生一定程度的模糊。X射线基础(胶片摄影成像)片基感光乳胶片基X射线直接胶片摄影X射线感光乳胶片基增感屏增感屏－胶片摄影X射线基础(胶片摄影成像)•X射线摄影照片的分辨率比较高，用摄影胶片作为X射线图像的永久记录仍然是目前临床上常用的方法。但是，为了得到照片，必须配备一套冲洗设备，操作过程也比较麻烦(在暗室中操作)。X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）对比度分析简单模型1.对比度X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）在X-ray成像系统中，图象的对比度仅仅与被探查物体的厚度L2及被探查物与周围组织间的线性衰减系数之差有关，而与照射对象的总厚度无关（理想情况下）。为了提高图像的对比度,通常采取以下措施:(1):使用造影剂(2):克服散射对图像对比度的影响(滤线栅)X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）使用造影剂使用滤线栅管电压75KV，无滤线栅管电压75KV，有滤线栅X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）2.不锐度衡量图像模糊程度的指标*几何不锐度(被检查的物体静止，也称几何伪影)造成原因:X射线源有一定的尺寸(焦点不是点源)解决:将探查物尽可能接近记录器X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）*移动不锐度(也称运动伪影)问题成因:物体的运动解决方案:加大管电流,缩短成像时间被探查物X线管Ud记录器。。μmX射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）2.不锐度指影像系统所能分辨的两个相邻物体间的最小距离.用单位距离的线对数（即单位距离中所含的线条条数）来表达.LP/mm.X射线基础（评价成像系统与图象质量的客观标准）3.分辨力主要表现为：1.数量庞大的胶片使存储、查阅的效率低。2.摄影采用模拟技术，图像灰阶度分辨率低，不便用计算机处理、储存和传输，更不能异地医生同时观察一幅图像（如远程诊断或电话会诊），不便实现多人共享。3.X线摄影需要的曝光剂量相对较大，且X线摄影一旦完成，影像质量再不能改善，当质量达不到要求时往往需要重摄，给投照者和患者带来负担。X射线基础（传统X线摄影的弊端）在传统的投影X射线成像设备中，所记录和显示的信号都是模拟信号，在模拟X射线摄影中因为记录器的动态范围很小。要求严格掌握曝光剂量，另外，对所记录的图像也很难做进一步的处理。现代的数字X射线摄影采用了动态范围大的数据采集系统，克服了胶片摄影系统的局限性。此外，数字图像便于处理、存储、归档与通信，这些特点也是传统的模拟系统所不能比拟的。X射线基础（数字X线成像）数字电视X射线摄影系统X射线基础（数字X线成像）CR将透过人体的X线影像信息记录在存储荧光板（storagephosphorplate，简称SPP）上，构成潜影。用激光束以2510×2510的像素矩阵（像素约0.1mm大小）对SPP进行扫描读取，经计算机计算处理，通过改善影像的细节、图像降噪、灰阶对比度调整、影像放大、数字减影等，将经处理的影像特征信息在荧屏上显示图像，还可用激光照相机记录其图像。X射线基础（数字X线成像）计算机放射摄影（computedradiography，CR）CR摄影条件低，为传统X线摄影的1／2～2／3；摄影条件的宽容范围宽；数字化图像可存储于光盘中，为医学影像存档与通讯系统的应用创造了条件。CR最显著的优点在于：将传统的X线技术与现代计算机技术相结合，使大小传统X线机免遭淘汰。X射线基础（数字X线成像）计算机放射摄影（computedradiography，CR）优点：（1）灵敏度高（2）动态范围高（3）影像更清晰缺点：（1）时间分辨力较差（2）不能满足动态器官和结构的显示X射线基础（数字X线成像）计算机放射摄影（computedradiography，CR）DR直接将X线光子转换为数字化图像。CR和DR由于均采用数字技术，动态范围广，有很宽的曝光宽容度，允许照相中的技术误差，即使在一些曝光条件难以掌握的部位，也能获得很好的图像；CR和DR均可根据临床需要进行各种图像后处理（如滤波，放大、拼接以及距离、面积、密度测量等丰富的功能），为影像诊断中的细节观察、前后对比、定量分析提供技术支持。数字X线摄影(DigitalRadiography,DR)X射线基础（数字X线成像）非晶态硅型平板探测器X射线基础（数字X线成像DDR探测器）技术指标CRDR动态范围噪声（源）量子探测效率（DQE）影像清晰度病人剂量拍片速度探测器寿命与现有X射线机匹配实时动态影像高多（信噪比低）与片-屏相当（20-30%）差较高慢（1min）低（1年左右）可以不能更高少（信噪比高）高于片-屏系统（60%以上）优低快（几秒）高（可达10年）不能有的可以X射线基础（CR与DR比较）减影技术最早应用于血管系统的研究。在病人的血管中注入造影剂（造影剂对X线的衰减系数大于人体的骨骼和软组织）。摄下同一部位注入造影剂前后的两帧图像。原则上讲，只要将这两帧图像相减，就能消除血管外其余的组织形象，而只保留造影血管的图像。减影后的图像突出了差异部分，更易于判读、处理及分析。X射线基础（数字减影技术DSA）项目胶片-增感屏数字X射线摄影图像动态范围图像处理功能图像保存联网剂量窄不能麻烦，长期会变质不能降低剂量潜在性不大宽能够（多种）容易，不变质可进入网络系统明显具有可降低剂量潜在性X射线基础（模拟影像与数字影像对比）•按高压变压器的工作频率可分为：•工频X线机（50Hz）•中频X线机（400~20kHz）•高频X线机（20kHz）X射线基础（医用诊断X线机分类）自整流、单相全波整流、三相全波整流。自整流X线机多为10~50mA的小型Ｘ线机。单相全波整流Ｘ线机多为100