醫(yī)學影像技術(shù)學

1、醫(yī)學影像技術(shù)學,醫(yī)學影像技術(shù)學,2,第一章 緒論,內(nèi)容提要 ● 醫(yī)學影像學與影像技術(shù)學 ● 醫(yī)學影像學檢查方法概述 ● X線成像系統(tǒng) 一、X線的物理學基礎(chǔ) 二、醫(yī)用診斷X線裝置 三、 X線成像理論,3,第一節(jié) 醫(yī)學影像學與影像技術(shù)學一、醫(yī)學影像學的發(fā)展

2、 德國物理學家倫琴（Wilhelm conrad roentgen）1895年11月8日發(fā)現(xiàn)X線，拉開了醫(yī)學影像學發(fā)展的序幕。 目前，醫(yī)學影像學已經(jīng)形成了比較完善的體系，包括常規(guī)X線成像、X線CT成像、DSA成像、MR成像、超聲成像、核素成像及熱成像等。,4,開始時：骨骼的透視和攝片 對比劑(造影劑):提高組織間的對比 影像增強器--X線透視 X線CT、PET/CT

3、 DSA CR、DR使得X線攝影進入了數(shù)字化時代 X線成像系統(tǒng)的發(fā)展目標： 專一化和智能化,5,60年代出現(xiàn)的超聲成像技術(shù)是真正無創(chuàng)、無損的影像學檢查手段，它反映人體組織不同密度的界面對于超聲波的反射特征。 MR成像是利用核磁共振原理實現(xiàn)影像重建的，它也是一種對人體無創(chuàng)、無損的成像方式，能夠反映出分子水平的人體生理、生化特性。

4、 核素成像反映了人體組織的生理生化的變化特征。 PETCT… 放射治療是將影像學和腫瘤學結(jié)合，應(yīng)用于腫瘤治療。,6,二、醫(yī)學影像技術(shù)學的任務(wù) 影像設(shè)備的操作、應(yīng)用、技術(shù)開發(fā)及影像的質(zhì)量管理與控制（QA、QC）三、醫(yī)學影像技術(shù)人員的層次結(jié)構(gòu) 初級職稱：技術(shù)員(技士)、技師 中級職

5、稱：主管技師 高級職稱：副主任技師、主任技師,7,第二節(jié) 醫(yī)學影像學檢查方法概述一、常規(guī)X線檢查1．X線透視 （X線TV透視取代了熒光屏透視） 優(yōu)點：①可轉(zhuǎn)動體位進行動態(tài)觀察 ②操作簡單、費用低 缺點：①X線輻射時間較長 ②適用范圍較小 ③圖像質(zhì)量相對較差 ④不能保存圖像資料,8,2．常規(guī)X線攝影

6、（X線平片） 優(yōu)點：①成像質(zhì)量較好 ②X線輻射劑量較少 ③便于復(fù)查和會診。 缺點：①缺乏動態(tài)信息 ②費用比透視稍高。3．特殊X線攝影 軟X線、高千伏、CR、DR、體層、放大、熒光、記波、干板、異物定位等。4．造影檢查 通過在人體中引入對比劑（造影劑），產(chǎn)生對比差異，使

7、一些組織或器官顯影，消化、泌尿、循環(huán)系統(tǒng)的造影檢查…,9,二、CT掃描檢查1．平掃：2．增強掃描：3．定位穿刺活檢：4．CT血管造影（CTA ，CT Angiography ）：對靶血管內(nèi)對比劑高峰期進行容積掃描，獲得血管影像。5．三維表面重建及多平面重建：6．模擬內(nèi)窺鏡檢查：7．心臟成像：利用心電門控技術(shù)，分析心臟容量、射血分數(shù)、室壁運動參數(shù)，對冠狀動脈鈣化進行定量分析。8．制訂放療計劃：9．定量分析：可以測量人體

8、內(nèi)某一部位的骨礦含量。,10,11,12,13,三、MR成像檢查 人體各部位軸位、矢狀位、冠狀位的自旋回波序列的T2和T1加權(quán)對比成像；有時需要行對比增強掃描，用順磁性離子型對比劑進行靜脈注射后，行該部位三軸方位的T1加權(quán)成像；MR中還有血管成像、水成像、脂肪抑制、水抑制、頻譜分析、灌注成像、彌散成像、化學位移成像等多種檢查方法。 四、DSA檢查 引入對比劑，通過數(shù)字減影顯示血管影像 1．靜脈法

9、DSA(IV DSA)：經(jīng)靜脈途徑置入導(dǎo)管或套管針注射對比劑進行DSA檢查的方法稱為靜脈法DSA。 2．動脈法(IA DSA)： 對比劑直接注入受檢動脈或鄰近受檢動脈處，對比劑稀釋輕微，在血管中的濃度高，明顯改善了小血管的顯示程度。五、SPECT成像檢查 借助于注入體內(nèi)的放射性核素所發(fā)射的γ光子構(gòu)成斷層影像。 另外,影像學的檢查方法還有超聲、熱成像檢查等。,14,第三節(jié) X線成像

10、系統(tǒng),一、X線的物理學基礎(chǔ)（一）X線的發(fā)現(xiàn) 1895年，倫琴用克魯克斯管研究高真空下放電現(xiàn)象時 … X射線簡稱“X線”，又稱“倫琴射線”。 倫琴榮獲了1901年首屆諾貝爾物理學獎。,15,（二）X線的本質(zhì) 一種電磁波，具有一定的波長和頻率，具有波粒二重性，X線成像利用了它與物質(zhì)相互作用時發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，突出了微粒性。 X線的波長極短、

11、能量極大，它的波長介于紫外線和γ射線之間，為0.0006～50nm，X線診斷常用的波長為0.008～0.031nm。,16,（三）X線的特性1．物理特性（1）穿透作用：穿透能力與X線光子的能量成正比，波長短的X線光子能量大、穿透能力強，另外還與被照物體的密度有關(guān)。（2）熒光作用：當X線照射某些熒光物質(zhì)(如鎢酸鈣等)時能激發(fā)產(chǎn)生熒光，熒光屏、影像增強器、增感屏等都利用了這一特性。（3）電離作用：物體受X線照射時，使核外電子脫離原子

12、軌道，即～。自動曝光控制系統(tǒng)的電離室、X線放射治療等利用了該特性。（4）熱作用 （5）干涉、衍射、反射、折射作用,17,2．化學特性（1）感光作用：是X線攝影的基礎(chǔ)（2）著色作用：使某些物質(zhì)(如鉑氰化鋇)的結(jié)晶體脫水而改變顏色。3．生物效應(yīng) 生物細胞經(jīng)一定劑量X線的照射會受到抑制、損傷、壞死，生物效應(yīng)既有利又有弊… 在X線診斷和治療中主要利用了X線的穿透、熒光、電

13、離、感光、生物等特性。,18,（四）X線的產(chǎn)生及能量轉(zhuǎn)換1．X線產(chǎn)生的三個條件: 高速電子流和靶物質(zhì)相互作用的結(jié)果 ①電子源 ②高速電子流 ③靶物質(zhì)2．能量轉(zhuǎn)換 診斷用X線的產(chǎn)生效率只有0.4％～1.3％。,19,（五）X線與物質(zhì)的相互作用1．五種相互作用形式: （不變散射、康普頓效應(yīng)、光電效應(yīng)、電子對效應(yīng)、光蛻變）（1）不變散射

14、 低能量的X線光子(10keV以下)與物質(zhì)作用時發(fā)生不變散射，約占百分之幾。,20,（2）康普頓效應(yīng) 入射光子與原子的外層軌道電子(或自由電子)相互作用時，光子的能量部分交給軌道電子，光子的頻率改變后發(fā)生偏轉(zhuǎn)以新的方向散射出去即散射光子，獲得足夠能量的軌道電子形成反跳電子，這個過程稱為康普頓效應(yīng)，又稱康普頓-吳有訓效應(yīng)或康普頓散射。 在康普頓效應(yīng)中，散射光子保留了大部分的能量，這些散

15、射光子就是散射線，它使膠片產(chǎn)生灰霧而降低X線照片的質(zhì)量。,21,（3）光電效應(yīng) 入射光子與原子的內(nèi)層電子作用時，將全部能量交給電子，獲得能量的電子擺脫原子核的束縛而成為自由電子(光電子)，而X光子本身整個被原子吸收的過程稱為光電效應(yīng)。 光電效應(yīng)的利與弊： 產(chǎn)生高質(zhì)量照片－不產(chǎn)生散射線，照片灰霧↓，增加了射線對比度。 輻射損傷↑－入射光子的能量全被人體吸收,22,（4）電子對效應(yīng)

16、 當入射光子的能量≥1.02 MeV時，在核力場的作用下X線光子變?yōu)橐粋€正電子和一個負電子，即為電子對效應(yīng)。（5）光蛻變 能量在10MeV以上的X線光子發(fā)生光蛻變。,23,2．診斷用X線中各種作用發(fā)生的概率 康普頓效應(yīng)約占25％ 光電效應(yīng)約占70％ 不變散射約占5％ 教材P5 有誤！,24,（六）X線的質(zhì)與量、X線強度1

17、．X線的質(zhì) X線穿透物體的能力，即光子能量的大小稱為X線的質(zhì)，又稱硬度，光子的能量越大穿透能力越強，越不容易被物體吸收。 X線的質(zhì)是通過管電壓(千伏值)的大小來反映的，管電壓越高，質(zhì)越硬。2．X線的量 垂直于X線束的單位面積上，單位時間內(nèi)通過的光子數(shù)稱為X線的量，在X線診斷中，X線的量是由毫安秒(mAs)來表示。,25,3．X線的強度 單位時間

18、內(nèi)垂直于X線束的單位面積上通過的光子數(shù)和能量的總和叫做X線的強度。 主要由kV、mA和時間決定。4．影響X線強度的主要因素（1）管電壓(kV)：X線強度與kV的平方成正比。（2）毫安秒(mAs)：X線強度與mAs 成正比。（3）靶物質(zhì)：靶的原子序數(shù)越高，產(chǎn)生X線的效率越高，X線的強度就越大。（4）距離：X線的強度與距離的平方成反比。,26,二、醫(yī)用診斷X線裝置（一）醫(yī)用X線裝置的發(fā)展和分類1．X線裝置的

19、發(fā)展： 第一張X片，倫琴夫人的手－用40～50kV，1mA，30～60分鐘。 1929年，旋轉(zhuǎn)陽極X線管（Philips） 1952年，影像增強器 70年代，中頻X線機 1972年X線CT 80年代初DSA 近年來，CR、DR技術(shù)逐漸成熟、普及，為PACS的應(yīng)用提供

20、了基礎(chǔ)。2．X線裝置的分類： （1）按用途分為診斷用、治療用X線裝置。 （2）按輸出量分為大、中、小X線裝置。 （3）按使用范圍分為綜合、專用X線裝置。 （4）按結(jié)構(gòu)分為常規(guī)放射X線機、DSA機、CT機等。,27,（二）X線機的基本操作1．使用原則（1）掌握X線機的基本結(jié)構(gòu)，了解其性能、容量、特點（2）遵守操作規(guī)程，保證操作者、患者和機器的安全。（3）

21、操作機器要認真、細致，調(diào)節(jié)參數(shù)時要輕且準確。（4）使用中發(fā)現(xiàn)異常，及時匯報，做好記錄。（5）工作完畢應(yīng)及時將按鍵復(fù)位，切斷電源。,28,2．操作程序（ 1）閉合外電源總開關(guān)。（ 2）接通機器電源，調(diào)整電源電壓至標準值。（3）選擇臺次，交換到所用X線管，技術(shù)選擇開關(guān)調(diào)到需要檔次。（4）選擇曝光的千伏、毫安秒。（5）擺好攝影體位，調(diào)整好X線管位置、膠片距、中心線方向、照射野等。（6）按下曝光手閘曝光。,29,3．X線機使用

22、注意事項（1）不了解機器的性能和操作方法，嚴禁撥動任何旋鈕、開關(guān)。（2）嚴禁在所選參數(shù)過載時曝光。（3）曝光過程中嚴禁調(diào)動各調(diào)節(jié)器（個別機型除外）。（4）透視、攝影時的時間間隔。（5）注意觀察，有異?，F(xiàn)象，立即斷電。（6）定期對機器進行保養(yǎng)。,30,三、X線成像理論（一）X線的吸收與衰減 物質(zhì)吸收了X線后，X線強度的減弱，即衰減 在診斷用X線的能量范圍內(nèi)，X線

23、與物質(zhì)的相互作用形式主要有光電效應(yīng)和康普頓散射。,31,1．物質(zhì)對X線的吸收(1)吸收與原子序數(shù)的關(guān)系：①康普頓散射與吸收物質(zhì)的原子序數(shù)無關(guān)，骨與軟組織發(fā)生康普頓效應(yīng)的概率大體相等，而且隨著X線能量的提高，概率有所下降。②不管X線能量的多少，骨的光電效應(yīng)發(fā)生的概率總是軟組織的7倍左右，且隨著X線能量的增加，光電效應(yīng)發(fā)生的概率急劇下降，透過射線增多。,32,低能量時多數(shù)X線都產(chǎn)生光電效應(yīng)較高能量時以康普頓散射為主,33,(2)吸收

24、與密度的關(guān)系： 吸收與組織密度成正比,鋇的原子序數(shù)56，碘劑的原子序數(shù)53，它們與X線作用發(fā)生光電效應(yīng)的概率是軟組織的約367倍。,軟組織的密度是空氣密度的773倍。,34,2．物質(zhì)吸收X線的衰減規(guī)律（1）X線的強度與距離的平方成反比。（2）單能射線（相同能量的光子組成的射線）的衰減：只有光子個數(shù)的減少，而沒有光子能量的變化。 Iq＝I0e－μx （3）連續(xù)射線（不同能量的光子組成的射

25、線）的衰減：實際應(yīng)用的X線就是連續(xù)X線，連續(xù)射線在通過物質(zhì)時，剩余射線的質(zhì)和量都有所變化。,35,3．影響X線衰減的因素(1)X線的能量：X線能量↑，光電效應(yīng)發(fā)生的概率↓，衰減量↓，透過量↑。(2)吸收物質(zhì)的密度：密度越大，衰減↑而透過量↓。(3)吸收物質(zhì)的原子序數(shù)：原子序數(shù)越大，衰減↑而透過量↓。(4)吸收物質(zhì)的每克物質(zhì)的電子數(shù)：電子數(shù)越大，衰減↑而透過量↓。,36,4．X線的濾過

26、 診斷用X線是一束連續(xù)能量的混合射線，低能成分被人體組織吸收，增加了皮膚的照射量，因此要增加濾過裝置。,37,（二）X線成像原理 X線之所以能成像，一方面是基于X線本身的特性，如穿透性、熒光特性、感光特性，另一方面是因為人體有著密度和厚度的差異，當X線照射人體時，被吸收、衰減的程度不同，透過人體的剩余射線就在膠片或熒光屏上顯示黑白對比不同的影像。,38,人體組織密度分三類：◆高密度組織 ◆中等密度組織 ◆低密

27、度組織 X線照射人體的某個部位時，由于密度、厚度的差異，X線吸收、衰減各異，剩余射線使膠片感光，經(jīng)過顯影、定影處理后得到一張用于診斷的X線照片，高密度的組織在照片上較白，低密度的組織較黑，而在熒光屏上看到的影像正好與之相反，高密度的組織在熒光屏上顯示較黑，低密度的組織較白，所以稱熒光屏上的影像為正像，X線照片上的影像為反像或負像。,39,（三）散射線及其消除1．散射線的產(chǎn)生 康普頓效應(yīng)產(chǎn)生

28、散射光子和反跳電子，這些散射光子就是散射線。 散射光子保留了X線光子的大部分能量,40,作用于X線膠片或熒光屏的剩余射線由兩部分組成，一部分是減弱的原發(fā)射線，另一部分是散射線。,41,2．影響散射線的因素 散射線占有率η：作用于膠片上的散射線量占全部射線量的百分比。（1）管電壓：η值隨著管電壓的增加而變大，在80kV以下時，η升高明顯，在80 kV以上時，升高的幅度相對變緩。,42,（2）肢體

29、厚度 η值隨著肢體厚度的增加而變大，被照肢體厚度引起的散射線影響很大，X線攝影中，當肢體厚度超過15cm時，一般要使用濾線器。（3）照射野 照射野大時散射線明顯增多，但到達膠片的散射線增加并不多，因為從照射野邊緣產(chǎn)生的散射光子沒有足夠的能量通過較厚的肢體到達膠片，此時η值增加并不大，但人體接受的輻射量增多，所以要盡量采用小照射野。（4）濾線器：使用濾線器可以大大降低η值。,43,4．散射線的消除

30、（1）X線束限制器 早期---開孔遮線板 20世紀中葉---圓錐形或直筒形的遮線筒 現(xiàn)代---多葉遮線器(縮光器)（2）濾線器 濾線器主要由濾線柵構(gòu)成，它的作用是吸收散射線。,44,①結(jié)構(gòu)： 一般用寬0.05～0.1mm、高2.5～4mm的鉛條，夾持在間隔0.15～0.35mm的紙板或木板中，按一定斜率或平行固定而

31、成。②類型： 根據(jù)其構(gòu)造分為聚焦式、平行式和交叉式三種；根據(jù)其運動性能分為活動式和固定式，活動式濾線柵一般采用振動式結(jié)構(gòu)。,45,③工作原理： 攝影時，將濾線柵置于肢體和膠片之間，X線焦點至濾線柵的距離與濾線柵的焦距相等，且使X線中心線對準濾線柵中心，穿過人體的剩余射線與濾線柵的鉛條平行，大部分穿過鉛條間隙到達膠片，一小部分被鉛條吸收，而散射線的方向是散亂的，大部分被鉛條吸收掉。,46,④濾

32、線柵的柵比(R)： 鉛條高度h與兩鉛條之間間隔D的比值，即R=h/D。R值有5:1、6:1、8:1、10:1、12:1、16:1、34:1等多種，R越大吸收散射線的能力越強，攝影管電壓較高時應(yīng)選用R值較大的濾線柵。管電壓在90kV以下時一般選用8:1的濾線柵，在90kV以上時選用10:1、12:1的濾線柵。,47,⑥使用注意事項： 即使濾線柵使用方法完全正確，原發(fā)射線的透過率也不是100％。

33、（a）不要將濾線柵反置(聚焦式濾線柵) 。（b）X線中心線應(yīng)盡量對準濾線柵的中線，左右偏移不可超過3cm。（c）X線管的焦點到濾線柵的距離要在f0的允許范圍內(nèi)（±20％） 。（d）傾斜X線管時，應(yīng)盡量使傾斜方向與鉛條排列方向平行。（e）使用機械油泵式活動濾線器時，需預(yù)先調(diào)節(jié)其運動時間，應(yīng)比實際曝光時間長1/4左右。,48,49,50,51,（四）X線的中心線與斜射線1．中心線中心線是X線束中心部分的X線，它是攝影

34、方向的代表，決定著X線入射點和入射角度攝影時，縮光器指示燈的十字交叉點表示中心線的入射點，中心線的傾斜角度可以從X線管上的角度指示盤上讀出。一般情況下，中心線應(yīng)通過被攝部位的中心且與膠片垂直，以減小影像的失真變形。但可利用傾斜中心線的方法來避免對側(cè)和相鄰組織的影像重疊，突出顯示特定結(jié)構(gòu)。,52,2．斜射線X線束中，中心線以外的X線稱為斜射線。斜射線與中心線成一定的角度，離開中心線越遠，角度越大。攝影中，經(jīng)常利用斜射線以減小影像重

35、疊，如頸椎正位攝影…，手斜位攝影…,53,（五）影響X線照片質(zhì)量的因素 （密度、對比度、銳利度、失真度）1．X線照片的密度（1）概念：膠片乳劑膜的鹵化銀在X線(穿透人體的剩余射線)的作用下，經(jīng)沖洗還原為銀原子后照片的黑化程度，稱為X線照片的密度(黑化度)。,54,X線照片密度使用了光學密度這一物理量。以光強度I0入射照片，經(jīng)照片吸收后透過的光強度為I，則透光率P＝I/I0，而阻光率是透光率的倒數(shù)，所以

36、阻光率S＝I0 /I， 光學密度D＝lgS＝lg(I0 /I)，如某點的透過率為1/10，阻光率為10，則D＝1。,55,照片的密度值可以通過光學密度儀測得。適合于診斷的照片密度：0.25～2.0 信息比較豐富：0.7～1.5 直接接受X線照射的區(qū)域：3.0 膠片本底灰霧：<0.2,56,（2）影響照片密度的因素 ①毫安秒：毫安秒與密度成正比。 當毫安秒過小、過大時

37、，密度值變化較復(fù)雜…. ②管電壓：密度與管電壓的n次方成正比，n在2.0～4.5，n的大小由管電壓、膠片的類型、被照部位厚度等因素決定。 mAs→照片密度，kV →照片對比度 ③被照體厚度、密度：越厚、密度越高，密度越小。 ④焦片距：感光效應(yīng)與焦片距的平方成反比，減小焦片距可以增加感光效應(yīng)，但加大了影像模糊和放大失真。,57,⑤增感屏:增感屏的增感率越高照片密度越大⑥膠片感光度:感光度大的膠片，照片密度高⑦照

38、片沖洗因素：顯影液配方、顯影時間、顯影液溫度、顯影液的老化程度都會對照片密度產(chǎn)生一定影響。⑧照片的本底灰霧：本底灰霧是指膠片未經(jīng)曝光直接進行顯影、定影處理所得照片的密度。它包括片基密度(未經(jīng)曝光直接定影后的照片密度，一般小于0.07)和化學灰霧，其和小于0.2。,58,2．X線照片的對比度（1）照片對比度(光學對比度)：X線照片上相鄰組織的密度差異。（2）影響X線照片對比度的因素（射線、被照體、屏片）

39、 ①射線因素 (a)管電壓：低千伏攝影時，骨、肌肉、脂肪等組織的吸收差異較大，X線照片對比度較高，高千伏時對比度較低。 (b)mAs：理論上，mAs對照片對比度沒有直接影響,但是由于增加了毫安秒勢必使照片密度加大，照片上原來密度較低的影像就會顯示在膠片特性曲線的直線部分，從而改變對比度。 (c)散射線：產(chǎn)生灰霧而降低照片對比度,59,②被照體本身因素

40、(a)原子序數(shù)：原子序數(shù)較低的肌肉和脂肪發(fā)生光電效應(yīng)較少，以康普頓效應(yīng)為主，其對比度較差。對比劑的原子序數(shù)較高，以光電效應(yīng)為主，其對比度較高。 (b)密度：相鄰的人體組織密度相差越大，獲得的照片對比度相對較高。 (c)厚度：較厚部位的照片對比度較低，因為散射線增多而降低照片對比度。,60,③屏－片因素 (a)增感屏：增感屏可以提高照片對比度。 (b)膠片γ值：γ值較大的膠片獲得的照片對比度較高，乳腺攝影時要采用高

41、γ值膠片。 (c)膠片對比度：越大，照片對比度越高。 (d)膠片的本底灰霧：會降低照片對比度。 (e)照片沖洗因素：顯影液溫度偏高、老化也會降低照片對比度。 注意：影響照片對比度的因素很多，在實際工作中要特別選擇管電壓及控制散射線。,61,3. X線照片的銳利度（1）銳利度：照片上相鄰組織密度的變化是逐漸的還是明確的程度。 對比度是銳利度的基礎(chǔ)。（2）影響銳利度的因素

42、 （幾何模糊、移動模糊、屏片模糊）,62,①幾何模糊：(a) X線管的焦點：焦點越小，半影越小，銳利度越高。 要盡量選擇小焦點，增加焦－體距，減小體－片距。,63,(b)陽極效應(yīng)：由于陽極靶面是傾斜的，使得有效焦點面積和X線強度的分布不均勻，平行于X線管長軸方向上，靠近陽極端的X線強度和有效焦點面積小于陰極端，這種效應(yīng)稱為陽極效應(yīng)。 在X線攝影中，往往利用陽極效應(yīng)來彌補由于被照體密度和厚度的不同而造成的

43、影像不均，如腰椎正位攝影 … (c)焦－片距、體－片距：焦－片距越大、體－片距越小，半影越小，銳利度越高。,64,②移動模糊：曝光過程中，如果X線管、被照體或暗盒有一個發(fā)生移動，照片將產(chǎn)生模糊。 對于心臟跳動、胃腸蠕動、痙攣、意識不清的患者、小兒的呼吸等，一般采用盡量短的曝光時間來彌補。③屏－片模糊： (a)增感屏的增感率、膠片的感光度越高，銳利度越差。 (b)增感屏和膠片之間接觸不緊密，中間有空隙時照片