醫(yī)用X射線基本知識東營市人民醫(yī)院趙運13176622826）2015年5月第一部分影像學三階段常規(guī)影像學模擬圖像(ConventionalImaging)

現(xiàn)代影像學數(shù)字、斷層圖像(ModernMedicalImaging)

分子影像學解剖、功能融合圖像(MolecularImaging)第一部分：基本知識X射線的產(chǎn)生與特性X射線的醫(yī)學應(yīng)用影響X射線成像質(zhì)量的主要因素1.倫琴的偉大功績：看不見的光----X射線的發(fā)現(xiàn)德國物理學家威廉·康拉德·倫琴出生于1845年。1893年他是德國維爾茨堡大學的教授兼物理研究所的所長，1894年出任該大學校長。十九世紀末，陰極射線研究是物理學的熱門課題。在德國維爾茨堡大學工作的倫琴也對這個問題十分感興趣，一直在從事陰極射線的實驗工作。1895年11月為了研究陰極射線的特性，他把放電管用黑紙包裹得很嚴。當時，房間一片漆黑。在給陰極放電管接上高壓電源進行實驗中，倫琴意外地發(fā)現(xiàn)，在不超過一米遠的小桌上，有一塊亞鉑氰化鋇做成的熒光屏發(fā)出閃光。一切斷電源，熒光就立即消失，這使他感到非常驚奇。經(jīng)過反反復復的研究，倫琴最終確信：這是一種具有穿透性的、新的、還沒有被認識的輻射。由于這種輻射的神秘性質(zhì)還沒有被認識，因此，倫琴按照“數(shù)學中未知量一般確定為X”的習慣稱之為“X射線”。1895年12月22日，他邀請夫人來到實驗室，將夫人的手拍成為第一張人手的X射線照片（圖1）。照片上可以看到倫琴夫人手的骨骼，手指上的結(jié)婚戒指也非常清楚。發(fā)展歷史倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的第一應(yīng)用就是用于醫(yī)學診斷。這是世界第一代X射線診斷機。由德國Philips公司研制生產(chǎn)。世界上第一支X射線管也誕生在該公司。2.X射線產(chǎn)生的必備條件燈絲發(fā)射出熱運動電子群電子群在高壓電場作用下加速高速運動的電子群撞擊靶材料電子群撞擊靶面交換能量，產(chǎn)生X并釋放出大量的熱。X光管總成與限束筒高壓箱部分與燈絲電源控制面板部分X光管部分限束筒⑵X射線機的基本結(jié)構(gòu)與各部作用燈絲與燈絲電流控制：電流流過燈絲時，燈絲發(fā)熱，產(chǎn)生熱運動的自由電子。高壓系統(tǒng)：形成高壓電場，給電子加速。靶：高速運動的電子撞擊靶，交換能量，產(chǎn)生X射線冷卻系統(tǒng)：冷卻電子打靶時產(chǎn)生的熱量。3.X射線的產(chǎn)生示意圖X射線管的結(jié)構(gòu)固定陽極的X射線管旋轉(zhuǎn)陽極的X射線管核物理基本知識(選1)1.物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu):按照唯物主義觀點,物質(zhì)是無限可分的。原子核與軌道電子根據(jù)原子模型:原子是由原子核與核外軌道電子組成。原子核帶正電，軌道電子帶負電，并且根據(jù)核電場和軌道電子的結(jié)合能有規(guī)律地排列在各個殼層。當被外加電場加速的電子轟擊靶材料，高速運動的電子接近靶的原子核時，由于帶負電的電子受到靶材料原子核的正電場吸引而改變運動方向。電子在改變運動方向的同時損失能量而減速。電子損失的能量直接以X射線的形式釋放出。特征X（標識X）產(chǎn)生示意圖⑴X射線的能譜特性有最小波長（與kVp有關(guān)）：

最小波長λmin的計算：單位為：1nm能譜分布特性與過濾條件（固有過濾和附加過濾）有關(guān)；X射線譜由連續(xù)譜和標識譜兩部分組成；⑵X射線的質(zhì)（X射線的穿透力）X射線的能量特性常用半值層HVL表示。a.半值層HVL定義：使某一能量的初始X射線的量減小到一半時，所穿過某種均勻材料的厚度叫做半值層。（也有叫半價層）診斷水平HVL測量常使用mmAl表示。治療水平HVL測量采用mmCu表示。半值層HVL與激發(fā)電壓kV、固有過濾fT和附加過濾fA有關(guān)。b.半值層（HVL）的測量L1L2A0測量條件：1.L1=L2；即半值層片放在焦點與探測器中間；2.L2≥10cm；即半值層片放在距離探測器前大于10cm的位置。焦點S探測器D過濾片f總過濾與半值層對應(yīng)關(guān)系曲線

⑷能量、劑量與總過濾的關(guān)系總過濾越厚半值層HVL越大，能譜分布越窄，等效能量越高。但最大能量點（或最小波長λmin）不變。過濾越厚對X射線的吸收、減弱越厲害。測量到的劑量值越小。6.影響X射線產(chǎn)生的主要因素曝光量Px（劑量）與下列因素有關(guān)：式中：

比發(fā)射率燈絲電流激發(fā)電壓與紋波靶材料靶角總過濾，固有過濾+附加過濾距離的反平方關(guān)系曝光時間*重要說明關(guān)于劑量的說明：度量X射線的量是什么？1.能量表述：激發(fā)電壓kV、最小波長λmin、半值層HVL2.劑量表述：（有強度、R量等說法）照射量X、空氣比釋動能Ka倫琴R已經(jīng)淘汰不能再用什么叫劑量劑量是來自醫(yī)學的一個術(shù)語。是從吃一劑藥的數(shù)量來的。劑量這一術(shù)語在目前唯一正確的應(yīng)用是作為吸收劑量的簡稱。這是由于X射線被發(fā)現(xiàn)后，立即被應(yīng)用于醫(yī)學診斷和治療的緣故。二.醫(yī)用診斷X射線機的分類與基本組成1.X射線機最基本的結(jié)構(gòu)最原始的X射線機（一）、醫(yī)用診斷X射線機的分類

1按結(jié)構(gòu)分：攜帶式移動式固定式

2.按照功用分類1223456（二）、醫(yī)用X診斷機的基本結(jié)構(gòu)不論何種醫(yī)用X射線診斷機，不論其功用如何強大，基本結(jié)構(gòu)不外乎下面幾個單元：X射線管及其總成限束筒（限束器、光闌）高壓發(fā)生器及其控制單元燈絲電流控制單元曝光時間控制單元圖像接收與記錄部分1.X射線管總成（球管總成）X射線管總成高壓接頭出射窗3.X射線診斷影像系統(tǒng)的構(gòu)成X射線產(chǎn)生和焦點部分圖像生成系統(tǒng)：熒光屏、膠片、CR成像板（IP板）、DR成像板、圖像增強器（影像增強器）圖像處理系統(tǒng)：洗片機、激光打印機、CR的激光掃描系統(tǒng)、DR成像處理系統(tǒng)、圖像處理軟件圖像顯示系統(tǒng)：顯示器、圖像記錄系統(tǒng)：膠片、激光打印機、焦點附加過濾固有過濾輻射質(zhì)（穿透力）膠片成像熒光屏（或CR、DR探測器）圖象增強器CCD或圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)圖像顯示系統(tǒng)常規(guī)平面成像X射線診斷系統(tǒng)示意圖輻射野激光打印機或硬拷貝系統(tǒng)X射線機幾乎覆蓋所有臨床應(yīng)用拍片床床旁機CR牙科全景照相乳腺機C形臂胃腸機牙科CT線骨密度掃描儀DSADRCT斷層機PET-CT牙科機透視機便攜式透視機X射線的醫(yī)學應(yīng)用X射線的醫(yī)學應(yīng)用主要用于對疾病的影像診斷。還有少量的X射線淺表的治療。如：皮膚美容、疤痕的治療、適用的淺表病變。1.X射線診斷是醫(yī)學影像學的

重要內(nèi)容常規(guī)診斷透視和拍片數(shù)字化診斷技術(shù)推動CR、DR的發(fā)展計算機斷層掃描成像（CT）與高速螺旋CT動態(tài)掃描成像（心臟動態(tài)掃描）數(shù)字減影成像DSA與心導管介入治療目前列入世界十大醫(yī)療科技前沿技術(shù)的分子影像學與圖像引導的精密立體定位治療技術(shù)等成為醫(yī)學診斷、治療的重要手段。2.X射線診斷技術(shù)的核心是

影像質(zhì)量圖像是醫(yī)生判斷疾病發(fā)生的重要根據(jù)。圖像應(yīng)該真實反映受檢者體內(nèi)的器官特征圖像應(yīng)該在臨床醫(yī)學可以接受的限度下表征出疾病的現(xiàn)象設(shè)備的技術(shù)特性應(yīng)滿足臨床醫(yī)學的要求醫(yī)生應(yīng)能正確發(fā)揮設(shè)備應(yīng)有的技術(shù)特性歸結(jié)成一點：使在患者受到X射線最小傷害的前提下，得到最佳的診斷圖像。X射線診斷可提供結(jié)構(gòu)形態(tài)學圖像，核醫(yī)學成像和PET-CT可提供器官功能圖像。三、

影響圖像質(zhì)量的

主要因素1.影響圖像質(zhì)量的主要因素：影響X射線曝光量P的幾個因素：

空氣比釋動能率、燈絲電流、曝光時間影響射線質(zhì)（穿透力）的有：

激發(fā)電壓kV、總過濾f與半值層（HVL）影響焦點特性的有：焦點大小和焦點是否發(fā)散影響圖像探測的因素：探測器的尺寸、動態(tài)范圍、信/噪比圖像處理算法與探測系統(tǒng)失真激光相機與洗相過程A.影響曝光量的因素曝光不足圖像不清晰曝光過量圖像太黑影響因素：mA;mAs;sB.影響穿透力的因素激發(fā)電壓kV、總過濾f與半值層（HVL）射線穿不透人體時，圖像細節(jié)無法辨別。射線能量過高，反差加大，圖像細節(jié)也無法辨別。C.影響焦點特性的有：焦點大小和焦點是否發(fā)散

焦點的形成示意圖焦點對成像質(zhì)量的影響可以得到的結(jié)論：投照條件一定情況下焦點大，模糊區(qū)大，圖像不清晰，圖像輪廓難以確定。焦點小，模糊區(qū)小，圖像清晰，圖像輪廓容易確定。幾何不清晰度的概念焦點尺寸一定時，被觀察點距膠片越遠，放大倍數(shù)越大，由于模糊區(qū)也隨之增大，圖像越不清晰。焦點發(fā)散使得模糊區(qū)變大變多D.影響圖像探測的因素

探測器的尺寸、動態(tài)范圍、信/噪比膠片的顆粒度、膠片的灰霧度、膠片黑度與曝光量的關(guān)系曲線；（正確的曝光范圍應(yīng)該在曲線的直線段內(nèi)）E.探測系統(tǒng)與圖像處理算法失真圖像增強器的特性(圖象畸變、視場不均勻等)壞點與探測器損壞圖像處理算法（數(shù)據(jù)丟失、畸變、散射修正、混疊分析等）63

圖像例證：64圖像例證2002年起用到07年還在用的AGFA軟板65壞點實例F.激光相機與洗相過程激光相機的問題成為圖像質(zhì)量的重要因素。數(shù)據(jù)丟失、畸變等；洗相的過程：溫度、藥液濃度、藥液潔凈度、清洗液、膠輥等；

本部分完小節(jié)：X射線產(chǎn)生的基本要素與X光機的主要組成X射線的主要特性X射線成像系統(tǒng)的基本組成影響圖像質(zhì)量的主要因素一.1X射線產(chǎn)生的必備條件燈絲發(fā)射出熱運動電子群電子群在高壓電場作用下加速高速運動的電子群撞擊靶材料電子群撞擊靶面交換能量，產(chǎn)生X并釋放出大量的熱。1、X射線系統(tǒng)原理圖圖1:X射線產(chǎn)生的原理系統(tǒng)圖圖中：T1----高壓發(fā)生器；T2----燈絲電源；K----燈絲；

A----陽極，靶；高壓發(fā)生器燈絲電源X射線管X射線2、X射線機的基本結(jié)構(gòu)與各部作用燈絲與燈絲電流控制：電流流過燈絲時，燈絲發(fā)熱，產(chǎn)生熱運動的自由電子。高壓系統(tǒng)：提供高壓電場，給電子加速。靶：高速運動的電子撞擊靶，交換能量，產(chǎn)生X射線冷卻系統(tǒng)：冷卻電子打靶時產(chǎn)生的熱量。二.X射線的主要特性連續(xù)譜，可以穿透物質(zhì)；具有光的特性：反射、散射、干涉、衍射等；具有實物粒子的特性(波-粒二相性)；可以引起光化學反應(yīng)；和物質(zhì)相互作用時，使某些物質(zhì)產(chǎn)生熒光；和物質(zhì)相互作用時，交換能量可以使某些物質(zhì)電離、產(chǎn)生熱量等；對人體有害可以引起生物效應(yīng)。半值層定義與表示方法半值層與kV、固有過濾、附加過濾有關(guān)焦點附加過濾固有過濾輻射質(zhì)（穿透力）膠片成像熒光屏（或CR、DR探測器）圖象增強器CCD或圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)圖