醫(yī)學(xué)成像技術(shù)課件-x射線(xiàn)

二、X射線(xiàn)攝影（3學(xué)時(shí)）X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)的產(chǎn)生X射線(xiàn)的基本特性X射線(xiàn)的強(qiáng)度X射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用X射線(xiàn)在物質(zhì)中和人體內(nèi)的衰減X射線(xiàn)攝影系統(tǒng)X射線(xiàn)攝影圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)字減影血管造影數(shù)字X射線(xiàn)攝影12/11/2022X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)“看不見(jiàn)的射線(xiàn)真能看見(jiàn)嗎？”“不是眼睛能看見(jiàn)，是其結(jié)果能看見(jiàn)?！薄瓣P(guān)于射線(xiàn)您是怎樣想的呢？”“我不想，而是研究。”“這種射線(xiàn)究竟是什么呢？”“我不知道。”“將來(lái)會(huì)怎樣呢？”“我不是預(yù)言家，我反對(duì)作任何預(yù)言，我正在進(jìn)行研究，當(dāng)結(jié)果得到證實(shí)，我將立即公之于眾?！?895年11月8日星期五晚上倫琴的實(shí)驗(yàn)室第一張X照片輻射致癌12/11/2022X射線(xiàn)的產(chǎn)生產(chǎn)生原理產(chǎn)生條件產(chǎn)生過(guò)程X射線(xiàn)管產(chǎn)生機(jī)制12/11/2022X射線(xiàn)的產(chǎn)生原理高速運(yùn)動(dòng)的電子與物體碰撞時(shí)，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)動(dòng)因突然受阻失去動(dòng)能，其中一小部分（1％左右）能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線(xiàn)，而絕大部分（99％左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。12/11/2022X射線(xiàn)的產(chǎn)生條件電子源電子加速（高速電子流）強(qiáng)電場(chǎng)真空靶物質(zhì)（鎢，鉬，銠）12/11/2022X射線(xiàn)的產(chǎn)生過(guò)程接變壓器玻璃金屬聚燈罩鈹窗口金屬靶冷卻水電子X(jué)射線(xiàn)X射線(xiàn)X射線(xiàn)管的橫截面示意12/11/2022X射線(xiàn)管陰極：發(fā)射電子陽(yáng)極：靶,使電子突然減速和發(fā)射X射線(xiàn)窗口：X射線(xiàn)從陽(yáng)極靶向外射出焦點(diǎn)：陽(yáng)極靶面被電子束轟擊而發(fā)射出X射線(xiàn)的區(qū)域面積。從燈絲發(fā)射的電子經(jīng)高壓加速后撞擊在靶上，此時(shí)加在兩極之間的加速電壓稱(chēng)為管電壓，這種加速后的電子束流稱(chēng)為管電流。管電流的變化范圍從幾個(gè)到幾百個(gè)毫安培。對(duì)于任一給定的燈絲電流，X射線(xiàn)管電流將會(huì)隨著管電壓的升高而增大，當(dāng)管電壓升高到某一值（飽和電壓）時(shí)，管電流達(dá)到其最大值。在診斷中為了獲取大的管電流和有用的X射線(xiàn)能量，要選取大的燈絲電流和40~140kV間的管電壓。12/11/2022X射線(xiàn)的產(chǎn)生機(jī)制碰撞損失：入射電子與外層電子，熱量，99％輻射損失：入射電子與內(nèi)層電子和原子核，輻

射能，1％軔致輻射：撞擊原子核，產(chǎn)生連續(xù)X射線(xiàn)，性質(zhì)和靶材料無(wú)關(guān)特征輻射：撞擊內(nèi)層電子，產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)（不連續(xù)），性質(zhì)和靶材料有關(guān)，能級(jí)躍遷原子模型h=6.6260755×10-34J·s12/11/2022X射線(xiàn)的產(chǎn)生機(jī)制連續(xù)譜(軟X射線(xiàn))高速運(yùn)動(dòng)的粒子能量轉(zhuǎn)換成電磁波譜圖特征:強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化是衍射分析的背底;是醫(yī)學(xué)采用的特征譜(硬X射線(xiàn))高能級(jí)電子回跳到低能級(jí)多余能量轉(zhuǎn)換成電磁波僅在特定波長(zhǎng)處有特別強(qiáng)的強(qiáng)度峰衍射分析采用12/11/2022X射線(xiàn)的基本特性穿透性：熒光作用電離作用熱作用化學(xué)和生化作用電磁波，10－10－3nm，波粒二重性12/11/2022X射線(xiàn)線(xiàn)的基基本特特性X射線(xiàn)線(xiàn)的穿穿透作作用X射線(xiàn)線(xiàn)波長(zhǎng)長(zhǎng)短，，具有有較高高的能能量，，因此此，它它有很很強(qiáng)的的貫穿穿本領(lǐng)領(lǐng)。X射線(xiàn)線(xiàn)的貫貫徹本本領(lǐng)不不僅與與X射射線(xiàn)的的能量量有關(guān)關(guān)，還還與被被穿透透的物物質(zhì)本本身結(jié)結(jié)構(gòu)和和原子子性質(zhì)質(zhì)有關(guān)關(guān)。同同一X射線(xiàn)線(xiàn)，對(duì)對(duì)原子子序數(shù)數(shù)較低低的元元素所所組成成的物物體，，其貫貫穿本本領(lǐng)較較強(qiáng)；；而對(duì)對(duì)原子子序數(shù)數(shù)較高高的元元素組組成的的物體體，貫貫穿本本領(lǐng)相相對(duì)較較弱。。因此此，X射線(xiàn)線(xiàn)對(duì)人人體不不同組組織的的穿透透性也也就不不同，，它是是X射射線(xiàn)醫(yī)醫(yī)學(xué)影影像學(xué)學(xué)的基基礎(chǔ)。。在人人體組組織中中，鈣鈣質(zhì)的的密度度最大大，原原子序序數(shù)較較高，，如骨骨骼吸吸收X射線(xiàn)線(xiàn)較多多，是是不易易透射射組織織。各各種軟軟組織織以及及體液液屬于于中等等透射射組織織。脂脂肪密密度比比較組組織小小，對(duì)對(duì)X射射線(xiàn)的的透射射性較較好。。氣體體透射射性最最好。。12/6/2022X射線(xiàn)線(xiàn)的基基本特特性X射線(xiàn)線(xiàn)的熒熒光作作用當(dāng)射線(xiàn)線(xiàn)照射射某種種物質(zhì)質(zhì)時(shí)，，能夠夠發(fā)出出熒光光，具具有這這種光光特性性的物物質(zhì)稱(chēng)稱(chēng)為熒熒光物物質(zhì)。。如鎢鎢酸鈣鈣、鉑鉑氰化化鋇、、銀激激活的的硫化化鋅鎘鎘等。。這些些熒光光物質(zhì)質(zhì)受X射線(xiàn)線(xiàn)照射射時(shí)，，物質(zhì)質(zhì)原子子被激激發(fā)或或電離離，當(dāng)當(dāng)被激激發(fā)的的原子子恢復(fù)復(fù)到基基態(tài)時(shí)時(shí)，便便可釋釋放出出熒光光。醫(yī)醫(yī)學(xué)中中透視視用的的熒光光屏、、X射射線(xiàn)攝攝影用用的增增感屏屏、影影像增增強(qiáng)器器中的的輸入入屏和和輸出出屏都都是利利用熒熒光特特性做做成的的。閃閃爍計(jì)計(jì)數(shù)器器中的的閃爍爍晶體體以及及熒光光玻璃璃等也也是利利用X射線(xiàn)線(xiàn)的熒熒光作作用制制造的的。12/6/2022X射射線(xiàn)線(xiàn)的的基基本本特特性性X射射線(xiàn)線(xiàn)的的電電離離作作用用具有有足足夠夠的的能能量量的的X射射線(xiàn)線(xiàn)光光子子可可以以撞撞擊擊出出物物質(zhì)質(zhì)原原子子中中的的電電子子，，使使電電子子脫脫離離原原子子而而產(chǎn)產(chǎn)生生第第一一次次電電離離。。獲獲得得足足夠夠能能量量脫脫離離原原子子的的電電子子，，又又與與其其他他原原子子作作用用，，產(chǎn)產(chǎn)生生二二次次電電離離。。通通過(guò)過(guò)測(cè)測(cè)定定電電離離電電荷荷的的多多少少就就可可知知道道X射射線(xiàn)線(xiàn)的的照照射射量量。。多多種種測(cè)測(cè)定定照照射射量量?jī)x儀器器的的探探頭頭如如電電離離室室、、正正比比計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)管管、、蓋蓋革革彌彌勒勒計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)管管等等都都是是利利用用這這個(gè)個(gè)原原理理制制成成的的。。電電離離作作用用也也是是X射射線(xiàn)線(xiàn)損損傷傷和和治治療療的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)。。12/6/2022X射射線(xiàn)線(xiàn)的的基基本本特特性性X射射線(xiàn)線(xiàn)的的熱熱作作用用X射射線(xiàn)線(xiàn)被被物物質(zhì)質(zhì)吸吸收收，，絕絕大大部部分分最最終終都都將將變變?yōu)闉闊釤崮苣埽?，使使物物體體溫溫升升。。測(cè)測(cè)定定X射射線(xiàn)線(xiàn)吸吸收收劑劑量量的的量量熱熱法法就就是是依依據(jù)據(jù)這這個(gè)個(gè)原原理理研研究究出出來(lái)來(lái)的的。。X射射線(xiàn)線(xiàn)的的化化學(xué)學(xué)和和生生物物效效應(yīng)應(yīng)X射射線(xiàn)線(xiàn)能能使使膠膠片片乳乳劑劑感感光光，，能能使使很很多多物物質(zhì)質(zhì)發(fā)發(fā)生生光光化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)。。另另外外，，某某些些物物質(zhì)質(zhì)經(jīng)經(jīng)X射射線(xiàn)線(xiàn)長(zhǎng)長(zhǎng)期期照照射射的的，，其其結(jié)結(jié)晶晶體體脫脫水水漸漸漸漸改改變變顏顏色色，，稱(chēng)稱(chēng)為為著著色色作作用用或或脫脫水水作作用用。。12/6/2022X射射線(xiàn)線(xiàn)的的強(qiáng)強(qiáng)度度X射射線(xiàn)線(xiàn)在在空空間間某某一一點(diǎn)點(diǎn)的的強(qiáng)強(qiáng)度度是是指指單單位位時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)通通過(guò)過(guò)垂垂直直于于X射射線(xiàn)線(xiàn)傳傳播播方方向向上上的的單單位位面面積積上上的的光光子子數(shù)數(shù)量量與與能能量量乘乘積積的的總總和和。。X射射線(xiàn)線(xiàn)強(qiáng)度度是由由光子子數(shù)數(shù)目目和光子子能能量量?jī)蓚€(gè)個(gè)因因素素決決定定的的。。在在醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)應(yīng)應(yīng)用用中中，，常常用用X射射線(xiàn)線(xiàn)的的量和質(zhì)來(lái)表表示示X射射線(xiàn)線(xiàn)的的強(qiáng)強(qiáng)度度。。量量是是X射射線(xiàn)線(xiàn)光光子子的的數(shù)數(shù)目目，，質(zhì)質(zhì)是是X射射線(xiàn)線(xiàn)光光子子的的能能量量。。12/6/2022X射射線(xiàn)線(xiàn)的的強(qiáng)強(qiáng)度度單能能X射射線(xiàn)線(xiàn)多能能線(xiàn)線(xiàn)狀狀譜譜連續(xù)續(xù)譜譜強(qiáng)度度質(zhì)與與量量λ>0.5納納米米軟軟X射射線(xiàn)線(xiàn)λ<0.1納納米米硬硬X射射線(xiàn)線(xiàn)12/6/2022X射射線(xiàn)線(xiàn)與與物物質(zhì)質(zhì)的的相相互互作作用用X射射線(xiàn)線(xiàn)與與物物質(zhì)質(zhì)相相互互作作用用時(shí)時(shí)，，產(chǎn)產(chǎn)生生各各種種不不同同的的和和復(fù)復(fù)雜雜的的過(guò)過(guò)程程。。就就其其能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換而而言言，，一一束束X射射線(xiàn)線(xiàn)通通過(guò)過(guò)物物質(zhì)質(zhì)時(shí)時(shí)，，可可分分為為三三部部分分：：一一部部分分被被吸吸收收，，一一部部分分被被散散射射，，一一部部分分透透過(guò)過(guò)物物質(zhì)質(zhì)繼繼續(xù)續(xù)沿沿原原來(lái)來(lái)的的方方向向傳傳播播。。光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)應(yīng)12/6/2022X射線(xiàn)與物物質(zhì)的相互互作用光電效應(yīng)（（吸收）入射X射線(xiàn)線(xiàn)光子激發(fā)發(fā)原子所發(fā)發(fā)生的激發(fā)發(fā)和輻射過(guò)過(guò)程，光子子消失，被被擊出的電電子稱(chēng)為光光電子，輻輻射出的次次級(jí)標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)稱(chēng)為為熒光X射射線(xiàn)。12/6/2022X射線(xiàn)與物物質(zhì)的相互互作用康普頓效應(yīng)應(yīng)（散射））入射X射線(xiàn)線(xiàn)光子和原原子內(nèi)某一一軌道電子子發(fā)生相互互作用，光光子損失部部分能量，，改變運(yùn)動(dòng)動(dòng)方向后成成為散射光光子，被擊擊出的電子子稱(chēng)為反沖沖電子。12/6/2022X射線(xiàn)與物物質(zhì)的相互互作用電子對(duì)效應(yīng)應(yīng)入射X射線(xiàn)線(xiàn)光子經(jīng)過(guò)過(guò)原子核旁旁時(shí)形成一一對(duì)正負(fù)電電子，能量量守恒和動(dòng)動(dòng)量守恒湮滅輻射12/6/2022X射線(xiàn)與物物質(zhì)的相互互作用X射線(xiàn)射入入人體后，，一部分被被吸收和散散射，另一一部分透過(guò)過(guò)人體沿原原方向傳播播。透過(guò)人人體的X射射線(xiàn)光子按按特定形式式分布，便便形成了X射線(xiàn)影像像。X射線(xiàn)線(xiàn)影像是人人體的不同同組織對(duì)射射線(xiàn)不同衰衰減的結(jié)果果。診斷X射線(xiàn)線(xiàn)與人體組組織作用時(shí)時(shí)，除一部部分為直接接透射外，，其余部分分主要通過(guò)過(guò)光電效應(yīng)應(yīng)和康普頓頓效應(yīng)被吸吸收和散射射。光子與與物質(zhì)的相相互作用除除與光子本本身的能量量有關(guān)外，，還與物質(zhì)質(zhì)的原子序序數(shù)有關(guān)。12/6/2022X射線(xiàn)在物物質(zhì)中和人人體內(nèi)的衰衰減當(dāng)一束X射射線(xiàn)通過(guò)物物質(zhì)時(shí)，由由于散射和和吸收的作作用使其透透射方向上上的強(qiáng)度衰衰減。衰減減的程度與與所經(jīng)過(guò)物物質(zhì)中的距距離成正比比。窄束、單能能窄束、連續(xù)續(xù)譜人體組成:骨骼軟組織肺和消化道道低能X射線(xiàn)線(xiàn)光光電效應(yīng)應(yīng)高原子序數(shù)高高衰衰減能力強(qiáng)強(qiáng)12/6/2022X射線(xiàn)在物物質(zhì)中和人人體內(nèi)的衰衰減人體組織對(duì)對(duì)X射線(xiàn)的的穿透性易透性組織中等透射性組織不易透射性組織易透性組織中等透射性組織不易透射性組織氣體結(jié)締組織骨骼脂肪組織軟骨

肌肉組織

血液

12/6/2022X射線(xiàn)攝影影系統(tǒng)受試體采集、轉(zhuǎn)換換、顯示系系統(tǒng)X射線(xiàn)電視視系統(tǒng)X射線(xiàn)照片系系統(tǒng)X光機(jī)12/6/2022X射線(xiàn)攝攝影圖像像質(zhì)量評(píng)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)參數(shù)數(shù)：對(duì)比度模糊與細(xì)細(xì)節(jié)可見(jiàn)見(jiàn)度噪聲與信信噪比偽影畸變（失失真）12/6/2022X射線(xiàn)攝攝影圖像像質(zhì)量評(píng)評(píng)價(jià)影響因素素對(duì)比度膠片特性性受試者的的個(gè)體差差別光子能量量散射線(xiàn)模糊運(yùn)動(dòng)模糊糊焦點(diǎn)模糊糊檢測(cè)器模模糊膠片感光光顆粒噪聲量子噪聲聲系統(tǒng)噪聲聲12/6/2022十九世紀(jì)紀(jì)末，陰陰極射線(xiàn)線(xiàn)研究是是物理學(xué)學(xué)的熱門(mén)門(mén)課題。。許多物物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室都致致力于這這方面的的研究，，倫琴也也對(duì)這個(gè)個(gè)問(wèn)題感感興趣。。1895年11月8日，正正當(dāng)倫琴琴繼續(xù)在在實(shí)驗(yàn)室室里從事事陰極射射線(xiàn)的實(shí)實(shí)驗(yàn)工作作，一個(gè)個(gè)偶然事事件引起起了他的的注意。。當(dāng)時(shí)，，房間一一片漆黑黑，放電電管用黑黑紙包嚴(yán)嚴(yán)。他突突然發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在不超超過(guò)一米米遠(yuǎn)的小小桌上有有一塊亞亞鉑氰化化鋇做成成的熒光光屏發(fā)出出閃光。。他很奇奇怪，就就移遠(yuǎn)熒熒光屏繼繼續(xù)試驗(yàn)驗(yàn)。只見(jiàn)見(jiàn)熒光屏屏的閃光光，仍隨隨放電過(guò)過(guò)程的節(jié)節(jié)拍斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)。。他取來(lái)來(lái)各種不不同的物物品，包包括書(shū)本本、木板板、鋁片片等等，，放在放放電管和和熒光屏屏之間，，發(fā)現(xiàn)不不同的物物品效果果很不一一樣。有有的擋不不??；有有的起到到一定的的阻擋作作用。倫倫琴意識(shí)識(shí)到這可可能是某某種特殊殊的從來(lái)來(lái)沒(méi)有觀觀察到過(guò)過(guò)的射線(xiàn)線(xiàn)，它具具有特別別強(qiáng)的穿穿透力。。于是立立刻集中中全部精精力進(jìn)行行徹底的的研究。。他一連連許多天天把自己己關(guān)在實(shí)實(shí)驗(yàn)室里里，連自自己的助助手和家家人都不不告知。。他把密密封在木木