x线的成像原理课件.pptx

1、x线的成像原理点击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐述观点。一：1895年，X线的发现为放射影像学的形成与发展奠定了基础 放射学由单纯的X线摄影发展到包括（1）计算机X线摄影(computer radiology,CR)（2）数字化X线摄影(digital radiology,DR)（3）计算机断层成像(computedtomography,CT)（4）磁共振成像(magnetic resonanceimaging,MRI)（5）数字减影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)（6）超声成像(ultTasonography,USG)（

2、7）丫闪烁成像(7scintigraphy)（8）发射型计算机断层成像(emission computed tomography,ECT)如单光子发射型计算机断层成像(single photonemission computed tomography,SPECT)（9）正电子发射型计算机断层成像(positron emission tomography,PET）一、放射学的形成 19世纪末，实验物理学的三大成果为放射学的形成奠定了基础:1895 年，伦琴(Wilhelm Conrad Riintgen)发现X 线;1896 年，贝克勒耳(Antoine Henri Becquerel)发现天然

3、放射性元素铀；1897年，汤姆孙(Joseph John Thomson)发现电子。1895年11月8日，伦琴在德国维尔茨堡大学的实验室中发现X线并很快应用于临床医学二：放射学的发展 20世纪，放射学经历了孕育、成长、发展的过程。这一阶段的放射诊断以影像与病理对照为技术手段，主要进行的是人体解剖及病理水平的研究。21世纪，影像学的发展趋向于对功能、代谢及生化的研究，融解剖、功能及分子信息于一体。近年来，MRI结合频谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)可同时研究人体器官的解剖结构及生化情况 20世纪前的放射学以模拟技术为主。20世纪80年代以来，CT、CR

4、、DR、DSA、MR、PET等一系列数字化成像技术相继投入应用，放射学进入数字化阶段。特别是CR、DR等的逐步普及应用，使放射学检查中量大面广的X线摄影进入数字化放射学体系，为无片化放射科提供技术上的可能性 CT的发明给古老的解剖学增添了新的内涵，带来新的生机，衍生出以研究某一器官不同 断面结构的断层解剖学。世界上第一台CT扫描机出现于1972年，其在美国艾奥瓦州立大学投入临床应用。20世纪70年代以来，CT成功应用于临床医学，使放射学取得突破性进展中国的放射学的发展年代年代发展阶段发展阶段 特征特征2020世纪世纪4040年代前年代前一般放射学阶段一般放射学阶段临床、放射不分，医技不分临床、

5、放射不分，医技不分2020世纪世纪40704070年代年代一般放射诊断学发一般放射诊断学发展至专业放射诊断展至专业放射诊断胸部诊断、心血管诊断、腹部诊断、胸部诊断、心血管诊断、腹部诊断、骨关节断、神经诊断、儿科诊断等若骨关节断、神经诊断、儿科诊断等若干专业干专业2020世纪世纪40704070年代初年代初期期 形成形成“现代医学影现代医学影像学像学”并开展介入并开展介入放射学放射学CT,MRICT,MRI、DSADSA相继应用于临床医相继应用于临床医2020世纪世纪9090年代初至今年代初至今基木形成融合诊断、基木形成融合诊断、治疗于一体的现代治疗于一体的现代医学影像学医学影像学医学影像学仍在

6、快速发展中，与信息医学影像学仍在快速发展中，与信息技术形成良好的双向技术形成良好的双向影像技术人员的发展医学影像的产生 统X线摄影中，入射X线经过各种不同组织，由于这些组织对X线的吸收率不同而成像，因此，经过不同程度衰减的X线最终在成像介质上的投影实际上是各层组织的重叠像 CT是一种由投：影重建的图像，假设人射的X线束穿透一个同质物|体单元，经衰减后的透射射线强度为 式中：为入射X线强度；I为透射X线强度；“为i物体对X线吸收率的线性吸收系数；d为同质物体I单元的厚度医学图像的分类 1.按成像源不同分类2按亮度等级不同分类可分为：二值图像（只有黑白两种亮度等级）灰度图像（有多种亮度等级）3按色

7、调不同分类可分为：无色调的灰度（黑白）图像 有色调的彩色图像4按活动情况不同分类可分为：静态图像 动态图像。5.按所占维度不同分类可分为：平面的二维图像 立体的三维图像 随时间变化的四维图像（动态图像）。6.按图像基本属性不同分类 可分为 模拟（analog）图像 数字（digital）图像一、x线摄影信息形成与传递的过程 以传统X线摄影为例，X线透过被照体时，因物体的吸收、散射而减弱，透射线带有人体的衰减信息，仍按原方向直进，作用于接收介质，通过一系列信息转换，最终形成可见的图像。（一）信息形成 X线对三维空间的被照体进行照射，从而取得载有被照体信息成分的X线强度分布不均匀的信息像。此阶段信

8、息形成的质与量取决于被照体因素（原子序数、密度、厚度）和射线因素（线质、线量、散射线）等。X线像是在此阶段形成的，能为肉眼所识别，因此可称其为X线信息像（二）信息转换 对于传统X线摄影而言，转换介质为增感屏-胶片系统。增感屏将不可见的X线信息像转换为荧光强度分布，传递给胶片（记录介质），形成银颗粒的分布（潜影形成），再经加工处理就成为二维光学密度分布的照片图像。此阶段的信息传递与转换取决于荧光体特性、胶片特性及化学处理条件。对于数字摄影而言，接收介质为CR成像板（imagingplate,IP）、DR探测器等。接收介质接收带有信息的模拟信息像，通过A/D转换将此影像转化为数字化图像保存于计算机

9、中，经过图像处理软件转化为可视图像在显示器上显示或经过打印机打印在记录介质上（胶片或纸介质）。此阶段是将不可见的X线信息影像转换成可见图像。（三）图像显示 对于传统X线摄影，此阶段是借助观片灯，将密度图像转换成可见的空间分布图像，然后投影到视网膜。此阶段信息传递的质量取决于观片灯亮度、色调、观察环境以及观察者的视力。对于数字化X线摄影而言，此阶段有两种图像显示方式可供选择：一种是软阅读方式，即医师直接观察在专业显示器上显示的图像；另一种则与传统X线摄影显示图像一样，打印于胶片，图像借助观片灯阅读。（四）图像视读 通过视网膜上明暗相间的图案，形成视觉影像传统X线摄影图像的基本要素 传统X线摄影图

10、像作为信息传递的一种形式，其信息量的多少取决于物理、生理及心理学的各种因素，但起决定性作用的首推物理因素。在X线摄影中，图像的基本要素包括：密度；对比度;图像细节；失真度；视觉颗粒传统X线摄影技术与数字化X线摄影技术的比较 传统X线技术(荧屏/胶片成像）数字化技术(DF/DR成像）1.剂量相对较高可降低30%-70%2.空间分辨力 透视影像分辨力1 LP/mm摄片影像略高或相等于数字化技术（分辨率低）像素 1 024x1 024(2 LP/mm),2 048x2 048(3.5 LP/nim)接近或相等3.密度分辨力26灰阶可达2灰阶(n=10-14)4.图像状况观察透视影像需持续曝射 脉冲透

11、视可中止曝射，并有末帧图像冻结(last imagehold,LIH)功能，可选择最佳时机冻结图像，可在无X线曝射的情况下观察、分析图像图像状态不能改变 图像可进行窗宽窗位调整、边缘处理、正反灰度切换、对比度增强、灰阶变换、降噪及锐化等后处理。又可采用搜寻、电影回放、缩放(zoom)、漫游(pan)等多种显示方法。利用各种处理功能,可在一次曝射中得到的图像处理出原先需改变曝射参数、多次曝射得到的结果。在提高效率的同时，减少剂量图像动态范围小,胸部后前位检查不能显示纵隔前和心后肺野的病变 图像动态范围大。胸部检查能在同一图像中清晰显示肺野和纵隔曝射宽容度有限曝射宽容度大，可避免因参数选择失当而致

12、的重拍5.图像复制复制片价格高、操作繁复且质量较差可任意复制质量与原片一致的拷贝6.图像保存大量的照片储藏、保管、查找困难 实现无胶片化保管,用电子数字介质保存资料,体积小，检查方便,不必担心变质7.联网不能与外围设备与PACS联网通过标准接口可与其他图像设备联网，在部门或异地之间实现影像资料共享，快速会诊等8互参性多种影像手段互参困难与其他诊断技术所获得的图像可同时显示，互参互补乃至合并处理9.功能扩展功能不能扩展、局限性大可扩展DSA、峰值停留及对比剂追踪等功能10.报告影像注释需手写可直接显示于屏幕及照片上或打印在病史记录上X线设备组成 数字化多功能X线机由五大部分组成：高压发生器；X线

13、管；控制部分；机械部分；成像链部分 CR系统主要由X线机、成像板、影像阅读器、控制面板、工作站组成，配合显示器、打印机等外围设备构成影像链。CR的应用技术 从探测器角度而言，CR系统中的1P空间分辨力高于目前各类DR探测器，密度分辨力则低于各类DR探测器。根据 IP的能量响应特性，对X线的质（实际应用中的管电压值）不敏感。因此在厚实部位摄影时应增加毫安秒数。由于人眼对分辨细微结构的能力较分辨灰阶能力强，所以观察CR图像比DR图像清晰。扫描仪用固体线型激光器和固体线型紫外线发光二极管，可使扫描仪薄型与小型化，实现无须人工介入的DR功能。IP磁浮技术的应用，可减少IP的二次污染，增加IP的使用寿命

14、，提高影像质量。IP的空间分辨力尚有提高空间，现有固体激光器光束的直径可缩小至12.5 Jim以下，只需改变IP的荧光晶体的大小，即可望再次提高空间分辨力，提供更清晰的图像。X线影像的形成 一、吸收对比成像 根据X线的固有物理特性，X线照射被照体时，由于被照体对X线的吸收和散射而衰减。因衰减而形成的强度变化是X线成像的主要依据。人体各部位对于X线吸收的程度是不同的。如将手后前位的吸收系数定为1.0,衰减后的X线仍按原方向直进，作用于记录材料（如胶片）形成图像,之后可由显示器件（如荧光屏、专业显示器的显示屏）显示图像人体各部位相对吸收系数（以手后前位为1）前臂X线成像过程 前臂受强度均匀一致的原

15、发X线束照射后，由于前臂部位的解剖结构不同，对X线的吸收也不同，如尺骨、挠骨吸收X线最多，软组织中肌肉次之，脂肪最少。穿透后的X线束其强度随之发生变化.因而对X线胶片的感光效应也不同。X线胶片经加工处理后，即显示出前臂内部结构图像，称为X线照片。将X线照片放在观片灯箱前，即可进行观察。照片上透光强的部分，代表受检者密度高或厚度大的部分；透光弱的部分则代表受检者结构较疏松或厚度小的部分。一张优质的X线照片能正确地记录人体组织/器官对X线的吸收差异，即能够模拟受检者的客观实际情况传统X线摄影图像的基本要素 传统X线摄影图像作为信息传递的一种形式信息量的多少取决于物理、生理及心理学的各种因素，但起决

16、定性作用的首推物理因素。在X线摄影中，图像的基本要素包括：密度；对比度;图像细节；失真度；视觉颗粒感关于DR命名的问题 传统的放射摄影中，X线穿过人体后的剩余射线被增感屏-胶片系统（屏-片系统）所接收.在胶片上形成潜影，对其进行化学处理后显影成可见图像，通过读片灯箱读出。在数字化X线摄影中，采口人体的X线投影图像须转换为数字形式，以便用 计算机进行处理、存储和检索。目前实现数字化X线摄影的技术手段有：基于影像增强器-电视系统的传统电视信号数字化技术；基于CR技术的数字化技术；基于新型平板探测器技术的DR技术；基于荧光屏-CCD技术的数字化摄影技术；线性扫描数字化技术 1981年首次提出数字放射

17、摄影是指影像增强器式的数字化摄影系统，即由影像增强器、光电摄像管、电视和A/D转换器件组成。显然这种成像方式是间接的数字化方式。近年来，已约定俗成地将DR专指包括CCD及各种平板探测器为核心部件的数字化X线摄影方式。但是随着数字化技术的快速发展，沿用DR这一名称显然已无法表达设备的技术方法及性能，所以建议用技术方式冠名，以明确表述DR的种类。如果以影像探测器/获取方法来分类图像属性/获取方图像转换过图像转换1.模拟像/影像增强器+电影胶片（或录像带）X线荧光图像非成像板类，间接转换2：数字像/利用成像板方式 CRX线潜影荧光电信号图像间接 DR 直接转换平板探测器(非晶硒)X线电信号图像 直接

18、间接转换平板探测器X线荧光体(CsI、GOS)+非晶硅二极管X线荧光潜影电信号图像间接CCD/CMOS转换探测器(X线闪烁体+CCD/CMOS二极管阵列)X线荧光电信号 图像 间接多丝正比线阵探测器X线电信号图像 直接 CR利用氟氯化锁、氟漠化總钗等荧光体的光致发光特性形成数字化图像。这种方式命名为CR已是约定俗成的，不致与其他形式相混淆。平板探测器采用半导体技术，将X线投影图像转换为电信号，再通过A/D变换将模拟信号转换成数字信号，输入计算机处理或显示，由计算机将该电信号重建为二维图像 目前用于平板探测器的技术分为两类：将X线直接转换成电信号，称为直接式DR；将X线先转换为光信号.再将光信号

19、转换成电信号，称为间接式DR。属于直接式的有非晶硒(amorphousselenium,a-Se)平板，以a-Se作为光导体，X线射于非晶硒a-Se ,引起非晶硒表面电荷的改变电信号)并由薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)开关选通.呈数字信号输出。属于间接式的成像板是荧光体，通常以碘化锂(CsI)及硫氧化轧(GOS)为材料覆盖于非晶硅，把X线转换为可见光信号，再通过发光二极管，将光信号转换为电信号，并由TFT将电信号读出，得到数字图像；也可将闪烁体产生的光信号通过CCD呈数字图像输出；其他还有以互补型金属氧化物半导体(com_x0002_plementary met

20、al oxide semiconductor,CMOS)取代CCD的平板探测器者，但由于目前实用的CMOS平板探测器的面积较小，因此仅限于耳鼻喉/头颈颌面部位的应用 根据上述四种平板探测器构成的X线摄影系统均称为DR,实际上由于成像元器件及成像方式不同，其性能也有很大差别。由于DR的概念过于笼统，由CCD构成的DR系统与由非晶硒(a-Se)、非晶硅(amorphous silicon,a-Si)构成的DR系统成像性能相差甚远。所以在了解数字化成像系统的性能时，必须进一步明确其构成。同理，在具体表达成像系统的性能时，也应当注明具体为哪一种成像板。例如由CCD构成的DR,在QDE及图像动态范围方面

21、均不及其他形式平板探测器构成的DR。因此，应按图像转换成电信号的技术方式分类，主要表述方式为在DR前冠以主要转换器件名称，然后以斜杠(/)与DR分开，即转换器材名/DR,例如，以非晶硒(a-Se)为转换器材的DR则名为a-Se/DR,以非晶硅(a-Si)为转换器材的DR则名为a-Si/DR,以CCD为转换器材的DR则名为CCD/DR。又如根据荧光物质的不同，又有碘化艳(CsI)与硫氧化轧(GOS)之分，因此完整的表述应为碘化锂/非晶硅/DR(CsI/a-Si/DR)及硫氧化牡/非晶硅/DR(GOS/a-Si/DR)等数字化透视/摄影系统（胃肠造影检查作）1：设备组成、数字化多功能X线机由五大部

22、分组成：高压发生器；X线管；控制部分；机械部分；成像链部分。一、高压发生器 高压发生器作为X线机的动力核心，提供X线发生所需的高电压 二、X线管 X线管是数字化多功能X线机中寿命最短的部件。数字化多功能X线机的X线管寿命不像CTX；线管有一个可供参考的指标曝射次数.其寿命与使用的情况有密切关系 三、控制部分 控制系统掌握整台设备的协调运作，其数字化程度越高，操作越方便，工作越稳定。目前的控制系统基本上都已采用中央处理器(central process_x0002_ing unit,CPU)进行总控，体积也相应缩小，并具有很多的附加控制功能，比如X线管兼容控制端口、数字自动曝射控制(D-AEC)

23、、远程设备诊断端口、自动初始化系统等，操作界面也采用屏幕控制，通过键盘、鼠标操作甚至直接通过触摸屏控制。器官程序摄影更加实用化，图形化的界面使操作更加简便。通过设备的远程维修功能还可实施异地维修。四、机械部分（放射科中最牛逼的检查床，但不是最贵的检查床）X线机的多功能，一般通过以下几方面实现。(1)面板的四向移动，可以实现无盲区射线覆盖。(2)床体大负角倾倒，以实施椎管造影。(3)150 cm或以上焦-像距，可进行胸部透视或摄影检查。(4)遥控倾斜照射，方便进行锁骨后区及胃部各轴向的透视检查。(5)DSA处理模块，可开展各种血管和非血管性的介入手术。(6)立柱可以移动到床体边沿，可以直接为取膀

24、胱截石位的患者开展泌尿外科或妇产科介入手术。(7)无级变速的运动控制，可明显提高诊断的效率。(8)同步采集模块，可开展全下肢动静脉造影和介入手术。(9)床体升降，除方便患者上下床外，更便于入医师调节手术平面的高低。(10)电动遥控脚转盘，可方便控制消化道造影时的投射角度。(11)X线管旋转功能，配合移动床或胸片架可以将设备的用途扩展到应急担架摄片或标准胸部摄片。五、成像链部分 20世纪70年代起，影像增强器(image inten_x0002_sifier,II)+CCD摄像头+A/D转换技术”的成像链成为主流技术。20世纪90年代末岀现的平板探测器(FPD)技术从根本上改变了 X线诊断的成像

25、方式。随着动态平板探测器的普及与性能的不断提高，其高灵敏度、宽动态范围及低畸变等优越性能得到充分体现。因此动态平板探测器近年来已取代影像增强器应用于数字化X线机中。两者相比，前者具有图像质量高、动态范围大、低畸变、体积小、方便集成等优势，特别是采用平板探测器后，更可以在较低剂量下仍保持良好的信噪比，获得高质量图像，从而克服进行心脏、脊椎血管检查时的剂量阈值，此外还可减少长时间介入手术对患者和医师的辐射损害计算机X线摄影 计算机X线摄影（CR）是最早解决X线摄影数字化的技术方法。其发展历史可追溯到1975年专利注册的成像板（IP）;但直到1980年，IP阅渎器到实用阶段后才正式推出CR产品。CR

26、系统主要由X线机、成像板、影像阅读器、控制面板、工作站组成，配合显示器、打印机等外围设备构成影像链、X线机 X线机主要部件包括X线管、高压发生器、摄影床（架）、控制面板。CR系统所用的X线机与CR影像阅读器类型有关。暗盒型CR系统能直接与传统X线机匹配，不需单独配置或改装X线装置，只是以内置IP的暗盒取代了增感屏和胶片暗盒。无暗盒型CR系统则是IP与影像阅读器融合为一体，IP图像读取、图像传输自动完成，无暗盒型CR系统需单独配置X线装置。目前临床使用的多数为暗盒型CR系统 二、成像板 成像板是CR系统的关键元件，其核心是能够记录X线吸收差别的荧光层，IP的作用是作为X线的感受器和储存影像（潜影

27、）的载体。CR系统以IP为探测器，替代屏-片系统进行X线摄影，并可反复使用。临床广泛采用的暗盒型IP,可与任何原有的X线机匹配，有很大的灵活性和多用性。每个暗盒表面有不同的条形码可供识别，暗盒内部背面衬有铅箔。三、影像阅读器 影像阅读器的作用是读取IP的潜影信息，实现模拟信号向数字信号的转换。它除具有将IP从暗盒中取出的机械结构外，还有激光扫描仪、光电倍增管、A/D转换器等部件。在图像阅读器中，数字图像被送到内部图像处理器做调谐和空间频率处理，然后将图像传输至工作站或PACSo四、控制面板由控制面板录入受检者资料，选择摄影部位和体位，这些信息传入图像阅读器。并配有条形码扫描器识别不同的IP暗盒

28、，使之与录入和选择的信息相对应。图像阅读器除本身带有控制面板外，另可配多个远程控制面板，后者安装于各个摄影控制室。操作者通过远程控制面板不仅能录入各种信息，而且可以查看图像阅读器读取处理后的图像，从而及时、方便地了解摄影质量五、工作站工作站主要包括图像服务器、显示器、存储器及键盘、鼠标等，能进行图像查询、显示和各种后处理(窗位窗宽调节、锐化、放大、旋转、反转、测量、注释等)，处理完毕可传输至打印机获取照片，也可采用CD或DVD刻录机，备份图像阅读器传送至服务器硬盘的图像数据。六、打印机和PACSCR系统可连接专业显示器直接阅读图像，也可连接DIC0M打印机，输出照片。DR系统有两种基本分类方法

29、：按X线曝射方式分类；按能量转换方式分类 DR系统按曝射方式分为面曝射成像技术和线扫描成像技术.这两种技术的主要差别是探测器采 集方式的不同。1.面曝射成像方式面曝射成像技术的主要特点是探测器的设计采用大面积的面阵探测器.也称平板探测器。探测器对X线的有效采集面积沿用了屏-片系统，使用的最大成像面积为14 inX 17 in(35 cmx43 cm)或 17 inX 17 in(43 cmX43 cm),能在检查时包全人体被检查的区域；面曝射成像技术的另一个特点是在X线曝射的瞬间，一次性地采集到被检测人体成像区域的基本信息。目前，使用面曝射成像方式的探测器包括非晶硒、非晶硅和CCD等平板探测器

30、。2.线扫描成像方式线扫描成像技术沿用线阵的成像方法。X线曝射时，X线照射野呈扇面方式垂直于人体，并沿人体长轴方向，匀速扫描人体的检查区域。线阵探测器与X线管同步移动，透过人体的X线按照时间顺序连续不断地被线阵探测器采集，然后经过数字转换和处理，传送到计算机进行数据重建，形成数字化X线图像。虚拟滤线栅效果对比A.用物理栅的胸部X线摄影:HOkV-5 mAs；B.用虚拟栅的数字化胸部X线摄影：110kV-2.5mA数字减影血管造影（介入科）在医学影像学中，为了获取清晰的血管影像以有利于疾病的诊断及介入治疗操作，要求去除与血管重叠的干扰影像。在影像学中的专业名称为数字减影血管造影(DSA)O减影技

31、术的基本内容是将人体同一部位的两帧图像相减，从而得出两者的差值部分，不含对比剂的图像称为掩模像(mask im_x0002_age)或蒙片，注入对比剂后得到的图像称为造影像或充盈像。实施减影的技术途径，在数字化成像以前的年代采用操作繁复的光学减影法及电子/光学减影法。在影像增强器时代，数字减影血管造影是应用影像增强器将穿透受检者的未造影图像经A/D转换后进行存储，再将注入对比剂后的A/D转换像在计算机中进行相减，所得的差值信号再经D/A转换，而形成不同灰度等级的模拟图像。至此，图像中骨骼、软组织形成的干扰影像被消除，而突出显示充盈对比剂的血管图像。其特点是图像清晰、分辨力高，对观察血管病变，血

32、管狭窄的定位测量、诊断及介入治疗提供了真实的立体图像，从而为种介入治疗提供必备条件。此外，从血流动力学角度而言，DSA可显示病变的供血动脉及引流静脉，如进行介入治疗则可中断病变的血流供应，或术前栓塞使肿瘤缩小，减少出血等DSA是20世纪80年代出现的一项医学影像技术，是电子计算机与传统血管造影相结合的一种新技术。最早的DSA是计算机系统与影像增强器的结合，随着2000年平板探测器的问世，DSA进入平板探测器时代。随着介入放射学的迅猛发展，DSA作为首要的技术手段，其性能也在不断改进。从新型血管造影系统的性能可以充分体现出医学影像技术中介入放射学发展的需求。就影像技术而言，先后出现了三维血管造影、类CT成像技术等功能，进一步促进了介入医学的发展。而微创、精准的手术治疗又对血管造影设备提出了更高的要求。于是，新型DSA系统应运而生，天道酬勤