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1、放射影像学基础,概论,放射影像学是现代医学科学中的一个重要科目，特别是在临床应用中，对很多疾病的诊断都起着决定性的作用。X线检查方法在放射影像学中的一个极重要的环节。因此，为了做好放射影像学和使它获得更大的发展，必须充分掌握有关X线的基础知识、检查方法和操作技术，才能得到优良的检查效果，使其发挥最大的诊断作用。X线常规检查法包括透视和摄影两种。透视不仅为病变提供了很多诊断资料，而且所费不多，并可以进行动态观察。摄影能发现更多的有诊断意义的征象，并留有长久记录。在某些部位用常规检查法不能达到预期目的时，可运用一些特殊方法检查，或利用某种造影剂作造影检查，而能获得更优良的诊断效果。,X线的基础知识
2、,X线的发现与历史 1895年德国物理学家威康拉德伦琴（）在做阴极射线管实验时，观察到管外几十厘米远的荧光板有荧光现象产生，照相底片也能感光，当伦琴把手放在阴极射线管与荧光屏之间时，在荧光屏上有模糊的手骨影像，手的轮廓也隐约可见。当时对这种射线的性质一无所知，便借用数学上的未知数“X”来代表，给它起名X射线。后来人们为了纪念伦琴的功绩，又称之为伦琴射线。,X线的基础知识,X线的发生及其产生的作用 当高能量电子流突然受到阻碍时，如轰击某些特殊物质（重金属），就会产生X线，它能够对部分物体有穿透性，能够使某些材料发出可见光（荧光材料），使胶片感光，能够使物质原子产生电离和辐射，产生生物效应。而X光
3、机设计思想就是综合运用了这些特点得到人体内部的信息。,X线的基础知识,X线的波长及其应用 X其实同可见光、红外线、紫外线、无线电波本质一样，都是电磁波，只是波长不同，医疗诊断用X线的波长大约在0.010.5（3.110810nm）相当管电压40-150kv时产生的X线，能量很大，穿透性很强。当管电压较高时产生的X线波长较短，能量较高（俗称硬X射线），形成的影像对比度较低，但层次丰富，适合胸腹部摄影。当管电压较低时产生的X线波长较长，能量较低（俗称软X射线），形成的影像对比度较高，适合于较薄的软组织，如乳腺检查。,名称,软,硬,医用X线机基本原理,医用X线机X光发生原理 X线管灯丝加热后，产生自
4、由电子并云集在阴极附近。当升压变压器向X线管两极提供高压电时，阴极与阳极间的电势差陡增，处于活跃状态的自由电子，受强有力的吸引，使成束的电子，以高速由阴极向阳极行进，撞击阳极铼钨合金靶面，此时，发生了能量转换，其中约1%以下的能量形成了X线，其余99%以上则转换为热能。X线的能量（X线的质）由加在灯丝两端的电压所决定，即所谓的“管电压”（kV值），而一段时间内总的X线能量（即放射剂量）由通过灯丝的电流（即管电流，mA值）和X线发生持续的时间二者乘积决定，即所谓mAs值,医用X线机基本原理,医用X线机成像原理 当X光由靶面发出通过有铅叶组成的束光器后投照到人体之上，被人体不均匀吸收后在影像采集系
5、统上形成强弱不一的信号。通过不同的方式形成影像，应用于临床诊断,X线成像原理基础,经过人体后，不均匀分布的X线强度，透过介质转换为二维分布的荧光强度，这一介质最常用的即为增感屏胶片系统。不均匀的X线照射在暗盒内在增感屏上，使之发出强弱不等的荧光，照射胶片乳剂膜形成潜影银颗粒的分布，经过显影、定影等化学处理后成为透亮度不一的胶片。,可见光,增感屏,增感屏,透过胶片的X线致使反面的增感屏产生的荧光效应所发出的可见光,暗盒,X线成像原理基础,在透视的情况下，目前普遍采用影像增强器和CCD系统不均匀的X线照射在影像增强器在输入屏上，使之发出强弱不等的荧光，通过增强器内的电子线圈和光学系统来增强和聚焦，
6、最终在输出屏上形成成比例的较强的可见光图像，再由CCD系统转换为电信号。,影像增强器,CCD,X线成像原理基础,X线穿透低密度组织（如含气体的肺组织）时，被吸收少，剩余X线多，摄影时使X线胶片感光多，经光化学反应还原的金属银也多，故X线胶片呈黑影；而透视时使荧光屏所生荧光多，故荧光屏上也就明亮。高密度组织（如骨骼）则恰相反。,X线成像原理基础,病理变化也可使人体组织密度发生改变。例如，肺结核病变可在原属低密度的肺组织内产生中等密度的纤维性改变和高密度的钙化灶。在胸片上，于肺影的背景上出现代表病变的白影。因此，不同组织密度的病理变化可产生相应的病理X线影像。,X线成像原理基础,人体组织结构和器官
7、形态不同，厚度也不一致。其厚与薄的部分，或分界明确，或逐渐移行。厚的部分，吸收X线多，透过的X线少，薄的部分则相反，因此，X线投影可有图所示不同表现。在X线片和荧屏上显示出的黑白对比和明暗差别以及由黑到白和由明到暗，其界线呈比较分明或渐次移行，都是与它们厚度间的差异相关的。图中的几种情况，在正常结构和病理改变中都有这种例子。,X线成像原理基础,X线影像学基础,对比度X线照射物体时，如果透过物体两部分的线量强度不同，就产生了X线对比度影响影像对比度的因素：1.人体组织的原子序数2.人体组织的密度3.人体厚度4.X线的质（kV）另外造影术以及X线的散射效应都有一定影响,X线影像学基础,密度为可见光
8、透过照片阴影的透明度，也即为X线照片的黑化度影响影像密度的因素1.X线的量（mAs）：正比2.X线的质（kV）：平方正比3.焦片距：平方反比4.定显影的条件其他如增感屏、胶片的种类和率线设备的运用等都有一定的影响,X线影像学基础,清晰度（锐利度）清晰度是阴影轮廓的鲜明度和对比度，也就是不同组织边界的清晰程度。影响影像清晰度的因素1.有效焦点的大小2.焦-片距3.被照部位与胶片的距离4.储片夹的应用5.增感屏的接触6.曝光时间其他如被照肢体的运动等因素也有一定影响,X线影像学基础,失真度影像对原物体原来的形态大小有所改变。绝对无失真的影像是不存在的。影响影像失真度的因素1.焦-片距2.肢体与胶片
9、的距离3.焦点的大小4.中心线的角度,X线影像学基础,焦点大小的概念 X线管阳极的焦点并非为一个点，而是一个很小的面积，X线管焦点的实际大小与投射在胶片上的大小有所不同，X线管阳极靶面接受电子撞击的面积称实际焦点，投射在相面上不同方位观察到的焦点的投影面积称有效焦点。一般所指的焦点的尺寸就是指X线管靶面下垂直方向上的有效焦点。,X线影像学基础,有效焦点的大小，也可依照X线方位的不同而有所差异，近阳极端的有效焦点小，近阴极端的有效焦点大，X线量也是阴极端多于阳极端，此即称为X线管阳极端效应。,阳极侧,阴极侧,X线影像学基础,依照光学原理，有效焦点越小，所得的影像越清晰，反之，如果有效焦点越大，投
10、影时所产生的半影（晕影）也越大。因此影像的边缘就越模糊。所以当实际应用时，在不影响X线负荷的原则下，应尽量采用小焦点投照，藉以提高照片的清晰度。,焦点,物体,本影,本影,半影,半影,半影,大焦点,小焦点,X线影像学基础,同大焦点形成半影的原理相似，焦片距及肢片距对影像的清晰度和失真程度也有影响。所以在不影响摄影的前提下，应该尽量加大焦片距，缩小肢片距。,焦点,物体,本影,半影,焦点,物体,本影,半影,X线影像学基础,散射线的产生 由于人体不同组织对X线的吸收方式不同，产生了部分反向前进和侧向前进的散射线，使X线强度减弱，对比度受到损害。散射线的抑制1.运用缩光器的吸收焦点外的X线。2.将照射野
11、缩小到尽可能小的地步，来减少产生X线的被照肢体。3.通过应用滤线栅的方法来进一步排除散射线。,骨,骨,软组织,100,100,10,5,10,10+5,5+5,10+5,X线对比度,胶片R=3,照片对比度,Kx=0.5,Kx=0.67,K=0.9,K=0.52,不考虑散射因素,考虑散射因素,K=RlgKx,X线影像学基础,滤线栅的构造与原理 滤线栅用平行或按一定斜率排列的薄铅条夹持在一定间隔的铝或胶木板之间。根据薄铅条的斜率，聚焦式滤线栅都有各自的焦距，当X线管的焦点位与滤线栅焦距的允许范围之间时，除了碰到铅条上的散射X线被吸收，其余X线因于铅条倾角相平行而通过到达胶片。理想的滤线栅应该能全部
12、吸收掉散射线，而原发X线又能全部通过，既不增加患者的曝光量，又使影像对比度得到改善。,原发射线,散射线,铅条,胶片,X线影像学基础,常规应用的滤线栅一般都为聚焦式，滤线栅的铅条延长线聚焦与一直线这一直线到滤线栅的垂直距离为滤线栅的焦距 fX线球管所在位置不一定要恰好在滤线栅的焦距上，只要在ff范围内原发X线损失在40%以内，就可以在胶片上获得满足诊断所需要的影像,f,f,f,X线影像学基础,AEC（自动曝光控制）通过电离室来探测穿过人体之后到达成像系统的剂量大小来控制摄影的效果。（一点技术）电离室是AEC系统的重要组成部分之一。电离室分为气体和固体两种，通常气体电离室运用于普通摄影，固体探测器
13、（电离室）多运用于高精度的特殊摄影（如乳腺摄影），并由此两个技术衍生出线扫描DR和非晶硒DRX线穿过人体和成像系统之后，到达电离室，电离室中的惰性气体发生电离，在探测回路形成电势并被转换成电信号，通过这个信号来控制高压发生器的通断，由此控制整个系统的成像剂量。,电离室分布,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,+,X线影像学基础,ABC（自动亮度控制）通过光电二极管或光电倍增管来探测影像增强器输出光线的强度来控制透视的效果。（零点技术）光电二极管或光电倍增管是ABC系统的重要组成部分之一。X线经过影像增强器之后，到达光电二极管或光电倍增管，光电二极管或光电倍增管将光线强度转换成强弱不
14、同的电信号，通过这个电信号来控制高压发生器的KV和MA，由此控制整个系统的成像剂量。,影像增强器输出窗,CCD,光电二极管或光电倍增管,X线影像学基础,摄影效果与曝光条件的关系 根据实验，照片获得效果有以下相应公式：E=KVQ 其中K为常数，V为管电压（kV），Q为管电流量（mAs），指数a=m+m+m m代表由于被检体的吸收而引起的变化 m 代表由于荧光物质的吸收而引起的变化 m 代表由于荧光物质发光效率引起的变化,X线影像学基础,主要曝光条件1.焦片距（FFD）：一般胸部摄影用180CM以上的FFD，其他部位用100CM左右的FFD。2.管电流（mA）3.曝光时间（s）4.管电压（kV）这
15、三者参数的设定虽有一个科学的计算方法但较为复杂，不同X光机不同时期的参数变化较大，临床常应用随机附的曝光参数表，或者根据技师的经验和习惯设定参数,X线机的分类,医用X光机安其使用目的，可分为诊断和治疗两大类。（本次仅对诊断用X光机进行讨论）按结构形式分类携带式移动式固定式,X线机的分类,按输出功率分类小型：指管电流在50mA以下，最高管电压为90kV的X线机中型：指管电流在100400mA，最高管电压为100或125kV的X线机大型：指管电流在500mA以上，最高管电压为125或150kV的X线机,X线机的分类,按使用范围分类综合性X线机：是指具有透视和摄影等多种功能，适合多种疾患的检查的X光
16、机，常用的X光机多属此类。专用X光机：是指为了适应某些专科疾病的检查而设计的X光机，并配有专科疾患检查的各种辅助装置。如：齿科X线机 乳腺钼靶X线机 胸部透视专用机 骨科专用C型臂 心血管专用C型臂 等,X线机的基本组成结构,诊断用X线设备是把不同的控制装置、高压发生装置、X线管装置及外围设备等，按照临床诊断的要求组合而成的整体设备。虽说各种类型的X光机有很大的差别，但基本组合都是由产生X线的X线球管，供给X线管灯丝电压和管电压的高压发生装置，控制X线的“质”、“量”和曝光时间的控制装置，对影像信息进行采集处理的成像装置，以及为了满足诊断需要而装备的各种机械装置和辅助装置构成。,控制装置,高压
17、发生装置,X线管装置,X线,人体,成像装置,影像,机械装置与辅助装置,电源,X线机的基本组成结构,X线机电路原理简图,X线机的基本组成结构,医用诊断X线管 一般可分为：1.固定阳极X线管 2.旋转阳极X线管 3.特殊X管。其基本作用是将电能转换为X线。主要由阴极（灯丝）、阳极（靶）和支持驱动装置构成。,旋转阳极X线球管,X线机的基本组成结构,基本工作原理为灯丝通电加热后，达到一定的值后开始发射电子，灯丝电压越高，通过灯丝的电流越大，灯丝温度越高电子发射数量就越多，单位时间内产生的X线的量也就越多，同时阴阳两极之间也加了一个高电压（管电压），则发射的电子流因为高压差的电场作用而轰击到靶面上，产生
18、X线。管电压越大，电子流速度越快，产生的X线波长也就越短，即X线的质越硬。,X线机的基本组成结构,高压发生装置 主要由高压变压器、X线管灯丝变压器、高压整流器和高压交换闸等高压元器件构成。它将电源的电压升高、变频、整流，为X线管提供各种所需的高压电能。它的工作原理同普通的变压器和整流稳压器没有区别，但是它所要求的升压能力及绝缘性能都很高。,操作面板,X线机的基本组成结构,X线机控制装置 各种X线机的控制电路有很大的差别，但是它的原理都是通过调节高压发生器加给灯丝、阴阳极的电压来控制X光的“质”和“量”。并且都是通过高压的通和断来控制X线的发生时间。,X线机的基本组成结构,X线机机械与辅助装置
19、X线机的机械与辅助装置的功能直接关系到该X线机所能够完成检查的种类。机械与辅助装置的品质很大程度上决定了整机的质量。,X线机的基本组成结构,影像采集处理装置 根据不同的影像采集模式，一般有增感屏胶片系统、影像增强器电视摄像管系统、CR（IP板）系统、DR系统。这是诊断X光机技术发展最为迅速的部分。除了直接数字化成像系统外工作原理都是将X线转化为可见光，使感光装置发生反应，或直接形成影像，或形成数字信号。,几个相关重要参数,球管1.焦点尺寸：影响成像图像的清晰度，越小成像效果越好，但同时也受到功率制约，因此有大小双焦的运用。2.热容量：影响设备的连续工作时间，特别是针对需要连续工作的胃肠机或其他
20、大型X线设备。同时也对球管寿命也有一定程度的影响。3.转速：影响球管的热容量和球管的使用寿命，在长期使用后低速球管常有线质不均的现象。,几个相关重要参数,高压发生器1.功率：在排除价格成本的影响后功率越大，设备工作的能力越强，往往可以适应更多复杂检查，但对于移动或便携设备来说会带来体积重量过大的问题2.频率：该参数对于高压发生器具有重要意义，频率越高，工作越稳定，纹波系数也就越小，x线质越稳定。它也是一个高压发生器的分类参数，过去50Hz的工频和10KHz以下的中频设备已经淘汰，现在的主流是30KHz、50KHz甚至100KHz以上的高频、超高频设备。3.千伏和毫安：直接受功率的影响，并有相对
21、应关系，不同的千伏和毫安用于不同的检查。,几个相关重要参数,控制系统1.控制模式：分模拟和数字，模拟控制现在已渐淘汰，数字控制成为主流，设备数字化控制程度越高，控制越精确，工作越稳定，使用寿命越长。2.AEC（自动曝光控制）、ABC（自动亮度控制）和APR（器官程序摄影）：含AEC部件，可自动控制曝光剂量，含ABC部件可完全自动控制透视检，含APR部件可通过对应程序控制不同部位曝光条件。3.操作模式：按键、摇杆、触摸键、触摸屏,几个相关重要参数,机械系统1.不同设备对机械系统的要求各不相同，比如对移动设备要求小巧轻便，对于C型臂要求大开口大纵深，对于多功能X线机要求大运动范围和人性化设计，对于
22、数字化设备往往要求更多的体位和高度自动化，不一而足。,几个相关重要参数,成像系统1.普通屏片系统2.影像增强器+CCD：影像质量同像素总和、中心分辨率、对比度、光敏感度等有关。3.CR和DR,X线机的基本组成结构,增感屏胶片系统 增感屏胶片系统是在X线机中最广泛应用的图像采集模式，根据不同X光机的机械性能不同，可以完成不同的X线拍摄任务，并留下载有影像的可靠的胶片作为诊断依据。屏片系统的技术较成熟但发展比较缓慢，作为最常规的图像采集手段，它具有用途广泛，成本低廉等优势，同时因需要烦琐的暗室及冲洗技术势必被数字化摄影所替代。,X线机的基本组成结构,影像增强器电视摄像管系统 影像增强器电视摄像管系
23、统一般适用于透视用X线设备，如胃肠造影X线机和C型臂等。其工作原理为影像增强器将透过人体的X线转换为电子影像，加速、聚焦后转换为可见光影像，由电视摄像管采集可见光信号播放在监视器上配合诊断。该系统因其较低的X线剂量以及所输出的是动态图像对于胃肠造影检查和X光下手术有极大的意义。随着成像技术的不断进步，影像质量有了极大的飞跃，在动态数字影像技术成熟之前，影像增强器电视摄像管系统的应用不可替代。,X线机的基本组成结构,CR技术 CR技术（计算机X线成像），是将X线摄照的影像信息记录在影像板（image plate，IP板）上，经读取装置读取，由计算机计算出一个数字化图像，复经数字/模拟转换器转换，
24、于荧屏上显示出灰阶图像。CR优于X线照片之处在于，X线照片上的影像特性是不能改变的。而CR技术可以在一定范围内任意改变图像的特性。图像处理主要功能有：灰阶处理、窗位处理、数字减影血管造影处理和X线吸收率减影处理等。,CR成像技术工作模式,CR技术,CR图象采集系统作为数字摄影系统，CR的图像质量与所含的影像信息量可与传统的X线成像相媲美。图像处理系统可调节对比。故能达到较好的视觉效果；摄照条件的宽容范围较大；患者接受的X线量减少。图像信息可由磁盘或光盘储存，并进行传输,CR技术,但是它仍然没有改变X光摄影的传统工作流程，IP板的价格不绯、易损坏，寿命不长（万次以内），长期使用会出现潜影，影像质
25、量往往不能尽如人意，数字图像处理功能较弱等缺点。作为一类数字成像技术，它有着投资小，改装灵活等优点，在传统X线摄影向数字化迈进的时候，它作为过渡产品将被功能更加强大的DR所替代。,DR技术,DR(Digital Radiography)即直接数字化X射线摄影系统，是由电子暗盒、扫描控制器、系统控制器、影像监示器等组成，是直接将X线光子通过电子暗盒转换为数字化图像，是一种广义上的直接数字化X线摄影。而狭义上的直接数字化摄影即DDR（DirectDigit Radiography），通常指采用平板探测器的影像直接转换技术的数字放射摄影，是真正意义上的直接数字化X射线摄影系统。,DR技术,DR直接将
26、X线影像信息通过平板转化为数字影像信息，其曝光宽容度相对于普通的增感屏-胶片系统体现出极大的优势，动态范围广，都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；影像的质量程度远优于CR和胶片，可以根据临床需要进行各种丰富的图像后处理，如调谐、空间频率的处理、图像滤波、窗宽窗位调节、放大漫游、图像拼接以及距离、面积、密度测量等的，并提供功能强大的成套后处理软件，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。虽然其一次性投资较大，但整个系统的使用寿命长达十年以上，在技术突破的推动下，成本不断下降，从而性价比达到了很高的程度。,DR技术,DR
27、技术的核心在于用于图像采集的平板系统（非平板技术与此不作讨论）。因平板系统的技术原理不同分为:DDR（Direct DR）直接数字X线摄影 IDR(Indirect DR)非直接数字线摄影,直接数字平板,间接数字平板,DR技术,DDR（Direct DR）直接数字X线摄影直接平板探测器主要由非晶硒层加薄膜半导体列阵构成的平板探测器。由于非晶硒是一种光导材料，因此经X射线曝光后由于电导率的改变就形成图像电信号。,DR技术,IDR(Indirect DR)非直接数字线摄影间接平板探测器主要由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非晶硅层再加薄膜半导体阵列构成平板探测器。此类平板的碘化铯层面经X线曝
28、光后，可将X线光子转换为可见光，而后经非晶硅层变为图像电信号。,DR技术,两种DR技术各有优势，可以通过MTF和DQE两个参数的比较来说明问题。MTF调制传递函数(Modulation Transfer Function)是成像系统保持信号对比度的能力作为空间频率的函数的一种度量，简单的理解就是记录（输出）信息量与有效（输入）信息量之比。DQE检测量子效率(Detective Quantum Efficiency)是噪声性能的一种度量标准，通过将某种检测器的影像噪声与具有相同信号响应特性的“理想”检测器进行比较而获得。将X线成像比做一个人向挂在墙上的箭靶射箭，那DQE就表示他有多少支箭射在墙上
29、；而MTF就表示他有多少支箭射中靶心。,DR技术,通过MTF的比较可知，在直接方式下像素的物理尺寸和有效尺寸完全相同，但由于直接转换在应用中需使用较高电压，从而引起较大的噪声，影像质量受一定影响，DQE逊于间接方式。而间接方式由其良好的DQE特性从而能够使较少的剂量而获得极为丰富的影像信息，但是经过X光可见光影像的转换，MTF值较低于直接方式。,高电压,负责放大,硒,E,X-线,直接转换,间接转换,信号存储电容,DR技术,DR技术现在由于其优秀的影像表现，强大的后处理功能，以及逐步降低的成本，已经被越来越多的用户所认可和接受，在临床运用中它的出色表现也受到广大医师的称道。作为数字成像技术的主流产品，DR已经逐步成为大中型医院强大技术力量的标志。,
