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1、4.1 X 射线摄影,一、胶片,胶片的作用：记录，显示，存储。,感光层,1）明胶乳剂 2）卤化银（AgX）颗粒 氟化银（AgF）、氯化银（AgCl） 、溴化银（AgBr）、碘化银（AgI）等,胶片的曝光,曝光潜影显影定影,胶片的几个概念,1）光密度：物体对光的吸收程度 2）曝光度：投照光强度对投照时间的积 分。用 H 表示。H=It 注意：胶片光密度随曝光度增大而加大 3）感光度：感光的速度。影响曝光量。 4）黑度：胶片变黑的程度。黑度就是胶片的光密度。用 D 表示。,胶片的光密度,胶片变黑的程度，也称黑度。,（1）有一个线性部分，最佳工作部分（2）H=0时，D=D00 ， 底片黑雾，D0 越
2、小越好,X射线摄影,涂有化学物质的胶片，感光发生化学反应，在胶片上形成普通X射线摄影； 化学反应：X线照射胶片，使胶片中卤化银还原为银，残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影像。,X射线摄影的优势,a. 分辨率高，X线摄影的空间分辨力，决定于胶片感光颗粒的大小，约0.1-0.2mm，这个分辨力在目前所有的医学影象中是最高的。 b. X 线剂量比X线透视小的多。 c. 光越强，银还原越多，照片越黑。 骨头在X透视中为黑 X 摄影中为白（曝光率小）,胶 片,直接成像用胶片配合增感屏用胶片（屏片成像）,二、增 感 屏,X射线增感屏荧光胶片感光,荧光现象,荧光物质跃迁不改变物质的物理化学性质,荧光
3、材料与荧光屏,1）荧光材料的使用是X线照相术的一大进展。2）荧光材料对X线的吸收系数大于胶片的感光乳胶， 而且感光乳胶对荧光材料吸收X线后所发出的荧光 即可见光的敏感度大于对X线的敏感度，所以，使 用荧光材料进行一次光子能量转换后胶片曝光得到 的光密度远远大于胶片直接对X线曝光的光密度。3）可显著提高X线照相的灵敏度，缩短曝光时间，降 低X线剂量。,荧光材料与荧光屏,X线荧光材料通常制成很细的粉末，与粘结剂混合后均匀涂敷在硬纸板或合成纤维板上，制成X线荧光屏。荧光屏的功能在于： 1）吸收X线光子能量 2）将吸收的能量转换成荧光（可见光）辐射。,荧光材料与荧光屏,荧光屏的吸收效率： 2070%
4、影响因素： 荧光材料 （密度、等效原子序数） 厚度 X 线能谱,荧光屏的转换效率： 5 20%决定于荧光材料 （等效原子序数） 当转换效率为5%时，一个50keV的X线光子平均能够产生1000个蓝绿光光子（2.5eV）。,荧光材料与荧光屏,荧光材料与荧光屏,荧光屏对成像的影响大幅降低曝光剂量kVp 和 mAS造成图像质量一定的退化吸收效率和转换效率,X线荧光屏的分类,增感屏 增感屏与胶片配合，用于X线照相，侧重于图像质量的提高。透视屏 透视屏用于X线荧光透视，侧重于灵敏度。,X线荧光屏,增感屏 X线照相 荧光辐射光谱与胶片感光光谱 前屏和后屏,图5-1 增感屏用于X线胶片成像,散射与滤线器,散
5、射与滤线器,康普顿散射，影像灰雾,4.1.4、 X射线造影与造影剂,X射线造影与造影剂,常规X线摄影的特点：1）人体中肺，肠，胃中空气吸收X线最少，密度最低，钙盐密度最高，吸收X线最多。2）脂肪，软组织物质密度差异小，很好的曝光率条件才能显一点差别。3）各种软组织和体液，密度接近，导致影象差别极小，使X线影象诊断受影响。,造影剂的引入,注入待检器官，引入密度差分类：阳性造影剂 阴性造影剂阳性：原子序数大，物质密度高，对X线 吸收强。钡剂，碘剂阴性：原子序数小，密度小，吸收少。 如空气，氧气，二氧化碳，笑气等。,造影剂的要求,1）无毒，无刺激性，副作用小。2）容易吸收，排泄，不久存体内。3）理化
6、性能稳定，便于存储。4）Z大（或小），密度大（或小），用于Z小（或大），密度小（或大）的组织器官中，形成影像差别。,血管造影,钡餐透视,钡餐透视,碘比铅是更好的造影剂,4.2 X线透视,1、普通X射线透视原理：人体各组织，器官在密度，厚度方面存在差异，对X线的衰减不同，X线可在荧光屏上形成明暗不同的点形成的影像。应用：1）对这个影象的分析，可判断组织器官 的形态功能。2）可观察器官的活动情况，如心脏搏动，膈肌运动，肠胃蠕动，有功能成像的意义。,X 线透视的优缺点,优点：方便，简单，便宜缺点：1）辐射剂量大得多，被检者与医生 不可避免地受到辐射影响 2）普通X透视不能留下客观记录 3）荧光屏亮度
7、有限，人视觉灵敏度低，荧光物质颗粒较大，在影像的转换过程中，细微结构变的模糊不清。,2. X线影像增强器,可提高透视亮度1000-10000倍 X线影像增强器 （XII X-ray Image Intensifier）,图5-9 XII结构,输入屏：涂有原子序数较高的碘化铯荧光粉， 从人身过来的X射线转化为荧屏影像，产生荧光，与光电阴极偶合，直径1040cm。光电阴极：半透明铯化锑，在光子照射下，发射低能电子，光电子数量与输入屏上亮度是线性关系，形成电子影象。聚焦电极：防止电子发散。阳极：加2530KV电压，加速光电子，使之打在输出屏上，电子影像再次转化为荧光影像。输出屏：涂有硫化锌镉的荧光屏
8、。电子流打击输出 屏，会发出荧光。直径1.32.6cm,XII的结构,X 线影像增强器优点,1）用增强器后，X线剂量减少为1/10；2）图像亮度大大增加，不要暗室；3）新荧光物质和工艺，使影像分辨率大大增 加，分辨细微的病变；4）成像速度快，适合实时成像为X线电视，录 像、电影打下基础。5）剂量减小，使X线管负荷也降低，便于减小焦 点，提高影像质量。,影像增强器的性能参数,1、增益在同样剂量X射线照射时：增益=影像增强器输出屏亮度/普通透视屏亮度2、图像缩小增益gm=输入屏面积/输出屏面积3、能量放大增益gf=输出屏光子数/输入屏光子数4、影像增强器的图像亮度总增益g=gm gf,X线影像增强
9、器,缺点： 视野小， 几何畸变；,基于XII的X线成像摄像系统,基于XII的X线成像摄像系统,基于XII的X线成像应用,明室透视血管造影和血管减影介入治疗数字X线成像,4.3 数字X射线成像,4.3.1概述,传统屏-片成像优点空间分辨力高、价格低廉，X线设备造价低、维护费用低,传统屏-片成像,缺点动态范围小；需要化学处理，影响图像质量，污染环境；无法进行后处理，废片率较高；图像获取、显示、存储和传递的功能均以胶片为载体 ，无法复制；消耗白银,数字X线成像系统,基本特征用电子探测器取代胶片；用软拷贝（soft copy）显示取代胶片和灯箱。基本构成X线源图像获取及处理子系统图像处理及显示子系统图
10、像存储、归档子系统,数字X线成像系统,优点动态范围大；不需胶片，直接成像；具有强大的图像后处理技术，曝光条件不够理想的图像经处理后可以满足诊断要求，不必再次曝光 ；图像获取、显示、存储和传递的功能相互分离，显示、存储、复制和传递非常方便，是远程放射学和远程医疗的基础。,分 类,1） XII+摄像机2） 接收屏+镜头耦合+CCD3） 光纤渐缩管+CCD4） Computed Radiography（CR） 1982年日本富士公司开发，目前应用最广5） 平板探测器（Flat Panel Detector, FPD） 1997年开始出现,XII+摄像机,摄像机Vidicon（VIDeo + ICON
11、oscope）CCD,接收屏+镜头耦合+CCD,光纤渐缩管+CCD,1、数字透视（DF）,主要部件：X射线发生器、影像增强器、电视摄像机、AD转换器、计算机。用于影像图象要求不高的场合。,2、扫描投影放射摄影,1. 点扫描（飞点扫描）摄影 点扫描（飞点扫描）摄影就是将X射线管发出的X射线准直为一很细（笔形）的X射线束，这束很细的X射线通过被检者的身体进入探测器，在探测器内由荧光物质转换成可见荧光，被反光材料反射至光电倍增管变换为电信号，输出一个与入射X射线强度成正比的电脉冲。优点：人体受辐射少，图像清晰。缺点：速度慢，有失真。,2. 线（扇）扫描法 线（扇）扫描法是用一个与一维探测器组（线阵探
12、测器）在同一平面内的狭缝准直器将X射线准直成一扇形X射线束（如图2-16所示），当扇形射线束通过被检物体到达探测器后，由探测器转换成具有被检测物体上某一行信息的电信号，这个电信号经A/D转换后，变为X射线数字影像中的“行”。扫描时间较点扫描短。X射线源的使用效率低。,4.3.2 胶片数字化,1）CCD数码照相机,1.动态范围小2.小范围拍摄,胶片数字化,2）线阵CCD扫描仪,1.CCD噪声2.动态范围小,胶片数字化,3）激光逐点透射扫描仪,最为常用,光透射类扫描仪技术分析,1、由于光密度与胶片透射率是对数关系，D=lg(I0/I)信号放大电路采用对数放大器。,光透射类扫描仪技术分析,2、数字化
13、光密度动态范围由计算机及A/D转换器位数决定。如光密度信号04V，12位A/D，每位数0.001个单位光密度。3、空间分辨率：取样光窗大小电子学系统带宽（取样率）胶片传送速度机械传送精度4、扫描速度,4.3.3 计算机X射线摄影术（CR）,计算机X射线摄影术,Computed Radiography（CR）,核心技术是IP板1）IP的构成2）IP信息的数字读取,将胶片用IP板代替,IP板的结构,IP板的技术核心是荧光层,核心是成像板IP,成像板的结构（IP: Imaging Plate）： 光可激发磷光体，光激励发光现象（PSP: Photostimulable Phosphor） 氟卤化钡B
14、aFX:Eu+ PSP受X线照射后电离形成电子-空穴对，这些带电粒子在PSP晶格中累积并能保持一段时间，在成像板中形成潜像。典型材料：氟卤化钡晶体最常用,核心是成像板IP,成像板的结构（IP: Imaging Plate）： 带有潜像的IP板在一定波长的激光进行二次激发会发出可见荧光，这就是光激励发光现象。氟卤化钡存在光激励发光现象的机理尚不明了。,IP的读出,CR的特点,数字化成像动态范围比传统摄影大几个数量级 需要的射线剂量比传统摄影小可重复使用缺点：时间分辨力差，空间分辨力比X摄影稍差,4.3.4 直接数字摄影术-DR,直接数字摄影术,Direct Digitized Radiograp
15、hy（DDR）,核心技术是平板探测器1）直接转换平板探测器2）间接转换平板探测器,直接转换平板探测器,X射线强度直接转换为电信号,间接转换平板探测器,间接平板探测器的多层结构,细针状或柱状的碘化铯CsI:Tl铊晶体,X射线强度先转换为荧光，再转为电信号,间接转换平板探测器,X射线强度先转换为荧光，再转为电信号。读取电路,DR胸片的一个例子,DR的特点,射线利用率高，DR：65，CR：35 X摄影：25，进一步降低剂量有潜力空间分辨力高，非常接近X摄影 缺点：时间分辨力稍差，读取数据57秒，恢复过程需13s技术研发焦点：提高动态显示能力。,4.3.5多丝正比法,多丝正比电离室,由两块作负电极的平
16、行金属网中间夹有作正电极的平行金属丝平面构成一个单元，室中充以氩和甲烷或二氧化碳等混合气体。电极间加直流高压，电压处在正比区。当高能带电粒子穿过多丝正比室，使路径上的气体原子电离，电离产生的电子在附近某一金属丝的电场中形成雪崩式的电离增殖，其放电的总电量正比于初始电离中的电子数目。利用专门的电子线路可确定入射粒子形成的电压，进一步由多个单元定出一行。,多丝正比电离室,多丝正比室获得广泛应用的原因是:定位精度高(几百微米)、时间分辨好 (约20纳秒)、直流高压下自触发工作、连续灵敏、能同时计数和定位、易加工成各种形状和尺寸、能在高磁场中工作、有较好的能量分辨本领，并可从一个室单元中同时读出x、y
17、两维坐标。因为正比室灵敏度高，可以减少辐射剂量。,4.3.6 数字减影血管造影（DSA） (Digital Subtraction Angiography),起源： 1）X线透视和造影包含图像重叠的问题。 2）1934年开始用胶片做光学减影，特别适合 做血管系统的检查。 3）缺点：浪费大量胶片，易于丢失信息，不 能实时显示，方法复杂。 4）因计算机技术发展， DSA从80年代开始 得到发展。,DSA的分类,1）时间减影（最常见） 一般DSA均指时间减影2）能量减影,时间减影的DSA原理示意,（时间减影的）DSA原理示意,普通数字造影图像（a）和数字减影血管造影图像（b）的对比,DSA的原理,1
18、. 入射 I0 与透射 IT 间符合指数衰减规律2. 在未注入造影剂时血管也看成软组织,DSA的原理,在未注入造影剂时 有： 即：在注入造影剂后： 有： 即：,DSA的原理,造影前后透过X线强度的对数差为：使血管分辨清晰,时间DSA的几点结论,1）减影后的图像信号与造影剂的厚度成正比；2）图像也与造影剂与背景软组织衰减系数的差 成正比，差越大越好；3）减影后的图像与骨和软组织的结构（厚度） 无关。 减影后，可消除骨、软组织对图像的影响。,与胶片减影相比DSA的优点,1）图像叠加精确，动态范围大2）屏幕显示，便于分析。3）几乎实时处理，耗时很少。4）数字图像存储方便， 可随时校正图像伪影。,DS
19、A的缺点,1） 成像质量受病人移动、心搏、吞咽、 肠蠕动等影响； 2）不进行选择性注射时，血管重叠。 3） 影响程度还可忍受，临床应用广泛。,影响DSA图像质量的因素,1）噪声：X线散射噪声、电子电路噪声等，主 要是散射噪声，被检体厚度越大，散射越多。2）运动伪影，无法配准。3）造影剂浓度 要求的浓度与血管直径成反比，血管粗， 可以浓度低，反之，要求浓度高4）被试的器官状态与精神状态。,2、能量减影,成像基础：机理 1：碘、钨等的边缘吸收现象中衰减系数 的大幅波动（光子能量小幅变化，其 他组织的衰减吸收变化不大）机理 2：介质衰减系数不是一个恒定值，在 X线能量增大时，会明显下降。骨与软 组织
20、的下降速度不同。,“吸收边缘”（Absorption-edge）现象）（回顾）,吸收边缘也称吸收限以钨靶为例子说明钨原子电子结合能(keV) K：69.525KeV，（碘约为33 keV ） L：10.207 12.100KeV， M：1.8092.820 KeV,图3-2 质量衰减系数与光子能量的关系（回顾）,吸收边缘（吸收限）（回顾）, 随 E 的增加而下降，因E增大则光电截面减小 三大突变分别称为 K、L、M 吸收限L 吸收限中又有三个小的起伏， M 中有五个小的起伏K 的一个吸收限表示光子的能量足以使1s层的一个电子脱离原子，引起原子共振吸收， 有一个明显增加。L、M层的吸收限也一样,
21、不同材料的衰减系数随X线能量的变化情况,双能量 DSA（机理1）,1）在血管中注入造影剂： 碘2）利用碘在33KeV时的K缘吸收的吸收效应利用比33KeV稍高和稍低的两种能量的X线对组织照射，记录I0L、I0H和ITL、ITH。3）假定在两种照射能量下其他组织的吸收系数不变，减影后可以突出碘在图像中的对比度。,双能量减影（机理2）,1* 设减影对象只由骨和软组织组成，其吸 收系数差异较大2* 由于骨和软组织的吸收系数对不同 KeV 的光子改变呈非线性，故可用这个性质 来实现减影，以剔除骨或软组织,能量减影推导,对低能量，有： 或：对高能量，有： 或：,能量减影推导,分别加权系数KL和KH后，相减：,
