医学成像系统全册配套完整精品课件1.ppt

1、1 1 1 1 1 医学成像系统全册配套完整医学成像系统全册配套完整 精品课件精品课件1 2 2 2 2 2 Medical Imaging System 3 3 3 3 3 课程介绍课程介绍 4 4 4 4 4 作为生物医学工程专业的一门重要作为生物医学工程专业的一门重要专业课程专业课程，医，医 学成像系统将使学生从学成像系统将使学生从医学成像原理医学成像原理、医学成像医学成像 设备设备及及医学成像系统分析医学成像系统分析等方面系统掌握该研究等方面系统掌握该研究 领域的基础知识，了解该领域的最新发展方向。领域的基础知识，了解该领域的最新发展方向。 5 5 5 5 5 掌握掌握X射线成像、超声

2、成像、磁共振成像、射线成像、超声成像、磁共振成像、 核医学成像核医学成像的基本原理，了解各种基本的成像装的基本原理，了解各种基本的成像装 置及系统的性能，培养较强的抽象与逻辑思维能置及系统的性能，培养较强的抽象与逻辑思维能 力以及用理论解决实际问题的能力，从而初步具力以及用理论解决实际问题的能力，从而初步具 备研究医学成像方法、系统以及设备的能力。备研究医学成像方法、系统以及设备的能力。 教学目标教学目标 6 6 6 6 6 教材：教材： 医学成像系统（第医学成像系统（第2版），高上凯，清华大学出版社，版），高上凯，清华大学出版社，2010年年 参考书：参考书： 1 医学成像技术与设备，沈克涵

3、，科学普及出版社，医学成像技术与设备，沈克涵，科学普及出版社，2004年年 2 医学成像系统，王学民，清华大学出版社，医学成像系统，王学民，清华大学出版社，2006年年 3 医学影像物理学，张泽宝，人民卫生出版社，医学影像物理学，张泽宝，人民卫生出版社，2005年年 4 医学影像成像原理，李月卿，人民卫生出版社，医学影像成像原理，李月卿，人民卫生出版社，2001年年 5 医学影像设备学（第医学影像设备学（第2版）徐跃，人民卫生出版社，版）徐跃，人民卫生出版社，2005年年 6 医学成像的基本原理，黄力宇，电子工业出版社，医学成像的基本原理，黄力宇，电子工业出版社，2009年年 7 7 7 7

4、7 课时安排课时安排 总学时：总学时：72学时学时 课堂讲授：课堂讲授：54学时学时 实验：实验：18学时学时 第一章第一章 概论概论 2学时学时 第二章第二章 投影投影X射线成像系统射线成像系统 6学时学时 第三章第三章 数字数字X射线成像系统射线成像系统 4学时学时 第四章第四章 X射线计算机断层成像系统射线计算机断层成像系统 10学时学时 第五章第五章 超声成像系统超声成像系统 10学时学时 第六章第六章 磁共振成像系统磁共振成像系统 12学时学时 第七章第七章 核医学成像核医学成像 8学时学时 第八章第八章 PACS简介简介 2学时学时 8 8 8 8 8 第一章第一章 概论概论 医学

5、图像研究领域包含两大分支：医学图像研究领域包含两大分支： 医学成像系统（医学成像系统（medical imaging system） 是指图像是指图像形成形成的过程，包括成像机理、成像设备、的过程，包括成像机理、成像设备、 成像系统的分析等问题。成像系统的分析等问题。 医学图像处理（医学图像处理（medical image processing） 是指对已获得的图像作进一步处理，包括图像增是指对已获得的图像作进一步处理，包括图像增 强、图像压缩、图像恢复、图像滤波等问题。强、图像压缩、图像恢复、图像滤波等问题。 9 9 9 9 9 1010101010 1.1 医学成像系统、成像设备的发展历程

6、医学成像系统、成像设备的发展历程 医学成像系统医学成像系统 医学成像系统医学成像系统 X线成像线成像 可见光可见光 成像成像 X线线 计算机计算机 体层成像体层成像 磁共振磁共振 成像成像 红外、红外、 微波成像微波成像 放射性放射性 核素成像核素成像 阻抗阻抗 成像成像 超声超声 成像成像 1111111111 医学成像按其信息载体可分为以下类型：医学成像按其信息载体可分为以下类型： （1）X线成像：线成像：测量穿过人体组织、器官后的测量穿过人体组织、器官后的X线强度；线强度； （2）磁共振成像：）磁共振成像：测量人体组织中同类元素原子核的磁共振信号；测量人体组织中同类元素原子核的磁共振信号

7、； （3）核素成像：）核素成像：测量放射性药物在体内放射出的测量放射性药物在体内放射出的射线；射线； （4）超声成像：）超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波；测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波； （5）光学成像：）光学成像：直接利用光学及电视技术，观察人体器官形态；直接利用光学及电视技术，观察人体器官形态； （6）红外、微波成像：）红外、微波成像：测量体表红外信号和体内的微波辐射信号。测量体表红外信号和体内的微波辐射信号。 1212121212 1.1.1 X线投影成像线投影成像 1895年德国物理学家年德国物理学家 伦琴伦琴（Withelm Conrad Roentgen

8、 1845-1923） 发现发现X射线，并为其夫人射线，并为其夫人 拍摄了手部的拍摄了手部的X线透视照线透视照 片，这是世界上第一幅片，这是世界上第一幅X 射线照片，为医学成像奠射线照片，为医学成像奠 定了基础。为此，伦琴获定了基础。为此，伦琴获 1901年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。 1313131313 1896年德国西门子公司研制出世界上第一支年德国西门子公司研制出世界上第一支X线球线球 管。管。 20世纪世纪10-20年代才出现常规的年代才出现常规的X线机。线机。 体层装置、影像增强器、连续摄影、电视、电影、体层装置、影像增强器、连续摄影、电视、电影、 录像记录系统的应用，录像记

9、录系统的应用，20世纪世纪60年代形成了放射诊年代形成了放射诊 断学（断学（radiology）。）。 X线设备：摄片和透视两大类。线设备：摄片和透视两大类。 1414141414 X线成像是通过测量穿透人体的线成像是通过测量穿透人体的X线来实现。设备主要有线来实现。设备主要有: X线机：分辨率较高，可达到线机：分辨率较高，可达到0.1mm，但得到的是人体不，但得到的是人体不 同深度组织信息叠加到一起的平面像，因此对于病变深度同深度组织信息叠加到一起的平面像，因此对于病变深度 很难区分，对于软组织不够敏感。很难区分，对于软组织不够敏感。 数字数字X线摄影设备（线摄影设备（CR、DR）：提高了影

10、像的分辨率，）：提高了影像的分辨率， 扩大了诊断范围，对肠胃和心脏更容易观察。扩大了诊断范围，对肠胃和心脏更容易观察。 血管数字减影血管数字减影(DSA)等。等。 1515151515 1616161616 通用通用X射线机射线机 1717171717 HITACHI中小型中小型C臂臂X射线机射线机 1818181818 数字数字X线影像设备线影像设备 CR（Computed Radiography)系统系统 1919191919 DR（Digital Radiography ）数字放射摄影系统）数字放射摄影系统 DirectRay X光直接数字成像采集系统光直接数字成像采集系统 202020

11、2020 2121212121 X线投影成像线投影成像 2222222222 西门子西门子AXIOM Artis dTA 数字减影系统数字减影系统 2323232323 数字数字造影系统造影系统DSA 2424242424 1.1.2 X线计算机断层成像设备线计算机断层成像设备 为了克服在投影为了克服在投影X线成像中出现的影像重叠问线成像中出现的影像重叠问 题，后来出现了对接收到的投影数据进行计算，利题，后来出现了对接收到的投影数据进行计算，利 用计算机由投影重建图像的数学原理出发，实现了用计算机由投影重建图像的数学原理出发，实现了 计算机断层成像，即计算机断层成像，即X射线计算机断层成像（射

12、线计算机断层成像（X-ray computed tomography， X-CT）设备）设备。 2525252525 2626262626 2727272727 1917年奥地利的数学家Radon提出了投影重建图像 的理论。 50年代美国物理学家A.Mcormack，不仅证明了在 医学领域中X射线投影重建图像的可能性，而且提 出了实验的方法，并完成了仿真与实验研究。 1972年英国工程师G.N.Hounsfield首先研制出世界 上第一台用于颅脑的CT扫描机。为此他们在1979年 获得了诺贝尔生理和医学奖。 2828282828 2929292929 工作原理是利用计算机对投影数据多角度 采集

13、，并投影重建图像。 现在的X-CT机多采用多个检测器构成扇 形的扫描方式，不但减少了扫描和数据处理 的时间，减少了照射的剂量，改善了图像的 分辨率，由最初的3-5min，到现在的1-5s， 成像的厚度可以小于1mm，空间分辨率可达 到0.1mm量级。 3030303030 First Generation One detector Translation-rotation Parallel-beam 3131313131 Second Generation Multiple detectors Translation-rotation Small fan-beam 3232323232 Thi

14、rd Generation Multiple detectors Rotation-rotation Large fan-beam 3333333333 Third II.必须有高压电场及真空条件下的电子流必须有高压电场及真空条件下的电子流; III. 必须有适当的阻挡物必须有适当的阻挡物(金属靶面金属靶面)来承受高速电子的来承受高速电子的 能量，使高速电子所带的动能转变成能量，使高速电子所带的动能转变成X射线。射线。 111111111111111 3) X射线的产生射线的产生 I.连续连续X射线：高速运动电子与靶原子核作用。射线：高速运动电子与靶原子核作用。 II.特征特征X射线：原子核外

15、电子的跃迁。射线：原子核外电子的跃迁。 连续辐射连续辐射/韧致辐射：韧致辐射：高速带电粒子在靶物质的原子高速带电粒子在靶物质的原子 核电场作用下，改变运动方向和速度，所损失的动能核电场作用下，改变运动方向和速度，所损失的动能 中，有一部分转化为能量等于中，有一部分转化为能量等于h的光子辐射出去。由的光子辐射出去。由 于各带电粒子与原子核相互作用情况不同，所以辐射于各带电粒子与原子核相互作用情况不同，所以辐射 出来的出来的X射线光子能量也不一样，具有连续的能谱分布射线光子能量也不一样，具有连续的能谱分布 连续连续X射线射线 111 )( )( 4 .12 max min max o A kVVe

16、V hcc eVh h ：普朗克常数：普朗克常数 c ：光速：光速 V ：加速电子的电场电压：加速电子的电场电压 e ：电子电荷量：电子电荷量 max ：X射线的频率射线的频率 min ：X射线的波长射线的波长 连续连续X射线的能量射线的能量： 112112112112112 钨的连续X线谱 113113113113113 3) X射线的产生射线的产生 特征辐射特征辐射/标识辐射：当高速电子与阳极靶标识辐射：当高速电子与阳极靶 面撞击时，也可能与原子的内层电子相互作面撞击时，也可能与原子的内层电子相互作 用而将内层电子轰出，使原子呈不稳定状态。用而将内层电子轰出，使原子呈不稳定状态。 当具有较

17、高势能的外层电子填补内层电子空当具有较高势能的外层电子填补内层电子空 位时，即释放出多余的能量。这种能量的辐位时，即释放出多余的能量。这种能量的辐 射称为特征辐射。射称为特征辐射。 特征特征X射线的能量射线的能量: h ：普朗克常数：普朗克常数 ：X射线的频率射线的频率 ：X射线的波长射线的波长 c ：光速：光速 En1：轨道能级（外）：轨道能级（外） En2：轨道能级（内）：轨道能级（内） 特征特征X射线射线 114114114114114 标识标识X射线谱示意图射线谱示意图 标识辐射的标识辐射的X射线波长是由跃迁的电子射线波长是由跃迁的电子能量差能量差决定的，决定的， 与高速电子的能量（管

18、电压）无直接关系，主要决定于与高速电子的能量（管电压）无直接关系，主要决定于 靶物质的靶物质的原子序数原子序数，原子序数越高，产生的标识辐射的原子序数越高，产生的标识辐射的 波长越短。波长越短。 115115115115115 X射线包括连续放射线和特征放射线。 116116116116116 二、二、X射线的基本特性射线的基本特性 X线的频率:31016- 31020Hz 波长:0.01-100A 医学用波长： 0.01-1A 诊断用： 0.01-1A 治疗用： 0.01-0.1A 117117117117117 118118118118118 X线的性质 1）X射线在均匀、各向同性的介质中

19、直线传播 2） X射线具有穿透作用 3） X射线的电离作用 4） X射线的荧光作用 5） X射线生物效应 119119119119119 1. X射线的射线的物理特性物理特性 本质与普通光线一样，都属电磁波，本质与普通光线一样，都属电磁波， 但波长比可见光更短，介于紫外线与但波长比可见光更短，介于紫外线与射射 线之间。线之间。与普通光线一样具有与普通光线一样具有微粒微粒波波 动二重性，每个动二重性，每个X X射线光子具有一定的能射线光子具有一定的能 量量E=E=h h，并以光的速度直线传播。同时，并以光的速度直线传播。同时 服从光的反射、折射、散射和衍射等一般服从光的反射、折射、散射和衍射等一

20、般 规律。规律。 120120120120120 X射线的波粒二象性射线的波粒二象性 X射线同时具有波动性和微粒性，统称为射线同时具有波动性和微粒性，统称为 波粒二象性波粒二象性 。 X射线在传播时，它的波动性占主导地位，射线在传播时，它的波动性占主导地位， 具有频率和波长，且有干涉、衍射、偏振、具有频率和波长，且有干涉、衍射、偏振、 反射、折射等现象发生。反射、折射等现象发生。 X射线在与物质相互作用时，它的粒子特射线在与物质相互作用时，它的粒子特 性占主导地位，具有质量、能量和动量。性占主导地位，具有质量、能量和动量。 121121121121121 X X射线的波长很短，对各种物质都具有

21、程度不同的穿透能力。射线的波长很短，对各种物质都具有程度不同的穿透能力。 影响因素：影响因素：与与X X射线的射线的能量能量、被穿透、被穿透物质结构物质结构和和原子性质原子性质有关。有关。 同一同一X X射线，对原子序数较低元素组成的物体贯穿本领较强，对射线，对原子序数较低元素组成的物体贯穿本领较强，对 原子序数较高元素组成的物体贯穿本领相对较弱。原子序数较高元素组成的物体贯穿本领相对较弱。 X X射线对人体不同组织的穿透性不同射线对人体不同组织的穿透性不同X X射线医学成像的基础射线医学成像的基础 人体组织对人体组织对X X射线的穿透性射线的穿透性 易透射组织易透射组织 中等透射性组织中等透

22、射性组织 不易透射性组织不易透射性组织 气气 体体 结缔组织结缔组织 骨骼骨骼 肌肉组织肌肉组织 脂肪组织脂肪组织 软骨软骨 血液血液 122122122122122 不同质的不同质的X射线的用途射线的用途 名名 称称最短波长最短波长 管电压管电压(kV)(kV)用用 途途滤过板材料滤过板材料 极软极软X X射线射线 2.52.5 0.62 0.62 5 54040 软组织摄影、表皮软组织摄影、表皮 治疗治疗 胶纸板胶纸板 软软X X射线射线 0.620.62 0.120.12 4040150150透视和摄影透视和摄影铝铝 硬硬X X射线射线 0.120.12 0.050.05 1501502

23、50250较深组织治疗较深组织治疗铜铜 超硬超硬X X射线射线 0.050.05以下以下250250以上以上深部组织治疗深部组织治疗锡、铅锡、铅 123123123123123 2）荧光作用）荧光作用 当射线照射某种物质时，能够发出荧光，具有这种光当射线照射某种物质时，能够发出荧光，具有这种光 特性的物质称为特性的物质称为荧光物质荧光物质。 如如钨酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉钨酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉等荧光物质等荧光物质 受受X射线照射时，物质原子被激发或电离，当被激发射线照射时，物质原子被激发或电离，当被激发 的原子恢复到基态时，便可放出荧光。的原子恢复到基态时，便可放出荧光。

24、X射线荧光作用的应用：射线荧光作用的应用： X射线透视荧光屏、增感屏、影像增强器、闪烁计数射线透视荧光屏、增感屏、影像增强器、闪烁计数 器等。器等。 124124124124124 3）电离作用）电离作用 具有足够能量的具有足够能量的X射线光子不仅可从原子中击脱射线光子不仅可从原子中击脱 电子产生电子产生一次电离一次电离，脱离了原子的电子还能与其，脱离了原子的电子还能与其 他原子碰撞产生他原子碰撞产生二次电离。二次电离。 X射线电离作用的应用：射线电离作用的应用： X射线剂量仪器探头原理及射线剂量仪器探头原理及X射线损伤和治疗的基射线损伤和治疗的基 础。础。 125125125125125 2

25、. X射线的化学特性射线的化学特性 1）感光作用）感光作用 X射线与可见光一样，可使射线与可见光一样，可使胶片感光胶片感光。 胶片乳剂中的溴化银受胶片乳剂中的溴化银受X射线照射感光，经化学射线照射感光，经化学 显影，还原出黑色的金属银颗粒，其黑度取决于显影，还原出黑色的金属银颗粒，其黑度取决于 感光程度。感光程度。 X射线摄影即是利用其化学感光作用，使组织影射线摄影即是利用其化学感光作用，使组织影 像出现在胶片上。像出现在胶片上。 126126126126126 2）脱水作用）脱水作用/着色作用着色作用 某些物质经某些物质经X射线长期照射后，因结晶体脱水而射线长期照射后，因结晶体脱水而 逐渐改

26、变颜色。如荧光屏、增感纸、铅玻璃等经逐渐改变颜色。如荧光屏、增感纸、铅玻璃等经 X射线长期照射后都会逐渐变色。射线长期照射后都会逐渐变色。 X-Ray是波长很短的电磁波。是波长很短的电磁波。 X-Ray 是一种不可见光。是一种不可见光。 X-Ray 可以穿透物体。可以穿透物体。 X-Ray 可以使化学物质发生反应可以使化学物质发生反应;产生荧光。产生荧光。 X-Ray 可以产生生物效应可以产生生物效应,破坏细胞破坏细胞,改变基因。改变基因。 127127127127127 不同密度组织不同密度组织 (厚度相同厚度相同)与与 X线成像的关系线成像的关系 在人体结构中，胸部的肋骨密度高，对在人体结

27、构中，胸部的肋骨密度高，对X线吸收多，照片上呈白影；肺部线吸收多，照片上呈白影；肺部 含气体密度低，含气体密度低，X线吸收少，照片上呈黑影。线吸收少，照片上呈黑影。X线穿透低密度组织时，被吸收线穿透低密度组织时，被吸收 少，剩余少，剩余X线多，使线多，使X线胶片感光多，经光化学反应还原的金属银也多，故线胶片感光多，经光化学反应还原的金属银也多，故X线线 胶片呈黑影；使荧光屏所生荧光多，故荧光屏上也就明亮。高密度组织则恰相胶片呈黑影；使荧光屏所生荧光多，故荧光屏上也就明亮。高密度组织则恰相 反。反。 128128128128128 不同厚度组织不同厚度组织(密度相同密度相同)与与X线成像的关系线

28、成像的关系 A.X线透过梯形体时，厚的部分，线透过梯形体时，厚的部分， X线吸收多，透过的少，照片上线吸收多，透过的少，照片上 呈白影，薄的部分相反，呈黑呈白影，薄的部分相反，呈黑 影。白影与黑影间界限分明。影。白影与黑影间界限分明。 荧光屏上，则恰好相反荧光屏上，则恰好相反 B.X线透过三角形体时，其吸线透过三角形体时，其吸 收及成影与梯形体情况相似，收及成影与梯形体情况相似， 但黑白影是逐步过渡的，无清但黑白影是逐步过渡的，无清 楚界限。荧光屏所见相反楚界限。荧光屏所见相反 。 C.X线透过管状体时，其外周部线透过管状体时，其外周部 分，分，X线吸收多，透过的少，呈线吸收多，透过的少，呈

29、白影，其中间部分呈黑影，白白影，其中间部分呈黑影，白 影与黑影间分界较为清楚。荧影与黑影间分界较为清楚。荧 光屏所见相反光屏所见相反 129129129129129 二、二、X线的衰减线的衰减 1、主要作用形式 1) 相干散射 2）光电吸收 3）康普顿散射 130130130130130130 I. 相干散射相干散射 相干散射（只改变方向，无能量损失） 131131131131131 II. II. 光电效应光电效应(photo electric effect) X射线光子的能量全部给予壳层电子，射线光子的能量全部给予壳层电子， 一部分使其克服核的结合能脱离轨道，一部分使其克服核的结合能脱离轨

30、道， 成为光子，而另一部分则作为光电子成为光子，而另一部分则作为光电子 动能被带走。动能被带走。 131 X X射线射线 光电效应光电效应 光电子光电子 132132132132132 光电效应光电效应的产物：光电子、正离子、荧光放射的产物：光电子、正离子、荧光放射 X X射线射线 光电效应光电效应 光电子光电子 光电效应的能量供受关系：光电效应的能量供受关系： ie EExE Ee ：电子的动能：电子的动能 Ex: X: X射线的能量射线的能量 Ei:Ei:第第i i层电子结合能层电子结合能 产生几率与产生几率与X射线光子能量的三射线光子能量的三 次方成反比，与物质原子序数的次方成反比，与物

31、质原子序数的 四次方成正比。四次方成正比。 133133133133133 III.III.Compton效应效应(Compton scattering) 入射入射X射线与物质原子束缚较弱的电子相碰撞，光射线与物质原子束缚较弱的电子相碰撞，光 子的一部分能量传给电子，并将它从原子中击出子的一部分能量传给电子，并将它从原子中击出 （反冲电子），能量减小了的光子，波长增大并（反冲电子），能量减小了的光子，波长增大并 且改变运动方向，成为散射光子。这种改变波长且改变运动方向，成为散射光子。这种改变波长 和方向的散射称为康普顿散射。和方向的散射称为康普顿散射。 入射入射X X射线射线 Compton效

32、应效应 Compton电子电子 出射出射X X射线射线 134134134134134 康普顿散射是康普顿散射是X射线在生物组织内衰减的主要原因。射线在生物组织内衰减的主要原因。 入射入射X X射线射线 Compton效应效应 Compton电子电子 出射出射X X射线射线 Compton效应的能量供受关系：效应的能量供受关系： Ee ：电子的动能：电子的动能 E x: X: X射线的能量射线的能量 : :散射角（如图）散射角（如图） m me eC C2 2 : :电子的静态质量能电子的静态质量能 )cos1 ( )cos1 ( 2 2 xe x e ECm E E 康普顿散射引起的副作用：

33、 （1）降低图象的对比度 （2）增加检测人员的X线的 吸收剂量 135135135135135 康普顿散射原理图康普顿散射原理图 136136136136136 2. X射线在人体组织中的衰减射线在人体组织中的衰减 总的衰减系数： 人体的组织结构：骨、肌肉、脂肪 不同组织的衰减系数不同 PRC 137137137137137 3. X射线在介质中的衰减规律射线在介质中的衰减规律 （1）线性衰减系数 138138138138138 为穿过某一物质后的为穿过某一物质后的 X射线强度；射线强度； 为射入该物质之前为射入该物质之前 的的X射线强度；射线强度； 为该物质的吸收系为该物质的吸收系 数（不同

34、物质的数（不同物质的 值不同，由物质的值不同，由物质的 物理特性决定）；物理特性决定）； 为该物质的厚度为该物质的厚度； I I0 X dxIdI x o eII 138 139139139139139 ddzzyxIyxI id ),(exp)(),( z id eII 入射强度 ，出射强度 厚度为 i I d I z 当 为位置和能量的函数时 140140140140140 三、三、X X线管的结构线管的结构 1. X线球管线球管X线机的心脏器件线机的心脏器件 产生定向、实用的产生定向、实用的X射线应具备的四个条件：射线应具备的四个条件： a. 电子源（阴极）发射电子；电子源（阴极）发射电

35、子； b. 受电子轰击而辐射受电子轰击而辐射X射线的物体（阳极靶）；射线的物体（阳极靶）； c. 加速电子使其增加动能的电位差（管电压）；加速电子使其增加动能的电位差（管电压）； d. 高真空环境（玻璃外壳）。高真空环境（玻璃外壳）。 原理：原理： 电子流电子流以以高速高速撞击撞击金属靶面金属靶面会产生会产生 X-Ray。 电子流电子流 - 球管阴极灯丝提供。球管阴极灯丝提供。 高速高速 - 高压发生器提供加载至球管。高压发生器提供加载至球管。 X射线射线 阳极阳极 阴极阴极 灯丝灯丝 变压器变压器 高压高压 变压器变压器 管电压管电压 高速电子流高速电子流 141141141141141 X

36、线机主要部件示意图线机主要部件示意图 X线的发生程序：线的发生程序： 接通电源，经过降压变压器，供接通电源，经过降压变压器，供 X线管灯丝加热，产生自由电子线管灯丝加热，产生自由电子 并云集在阴极附近。当升压变压并云集在阴极附近。当升压变压 器向器向X线管两极提供高压电时，线管两极提供高压电时， 阴极与阳极间的电势差陡增，处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，撞击阳极速由阴极向阳极行进，撞击阳极 钨靶原子结构。此时发生了能量钨靶原子结构。此时发生了能量 转换，其中约

37、转换，其中约1%以下的能量形以下的能量形 成了成了X线，其余线，其余99%以上则转换以上则转换 为热能。前者主要由为热能。前者主要由X线管窗口线管窗口 发射，后者由散热设施散发。发射，后者由散热设施散发。 142142142142142 143143143143143 1）固定阳极）固定阳极X线管线管 阳极（阳极（anode） 功能：产生功能：产生X射线射线 靶面材料：钨、钼等靶面材料：钨、钼等 阳极罩：吸收二次电子阳极罩：吸收二次电子 阴极（阴极（cathode） 功能：功能：发射电子，对轰击靶面的电子聚焦，使其具有一定的形状和大小，发射电子，对轰击靶面的电子聚焦，使其具有一定的形状和大小，

38、 形成形成X线管的焦点。线管的焦点。 类型：类型：圆焦点型，线焦点型（线焦点型散热优于圆焦点型）圆焦点型，线焦点型（线焦点型散热优于圆焦点型） 二次电子（能量约为原来的二次电子（能量约为原来的90）的危害：）的危害： 撞击灯丝使其断裂；轰击玻璃壳内壁使其温度升高放出气体，降低管内撞击灯丝使其断裂；轰击玻璃壳内壁使其温度升高放出气体，降低管内 真空度，或造成玻璃破裂；轰击靶面辐射散射真空度，或造成玻璃破裂；轰击靶面辐射散射X线，降低成像质量。线，降低成像质量。 阳极靶阳极靶 阴极灯丝阴极灯丝真空玻璃管真空玻璃管 焦点焦点 固定阳极固定阳极X线管的基本构造线管的基本构造 1441441441441

39、44 玻璃壳：玻璃壳： 功能：功能：支撑阴、阳两极并保持管内真空度。支撑阴、阳两极并保持管内真空度。 特点：特点： 结构简单，价格低，真空度高，结构简单，价格低，真空度高，X线的量线的量 和质可任意调节；和质可任意调节； 产生产生X线的效率低（线的效率低（99.8以上的能量转变为热，以上的能量转变为热， 焦点尺寸大，瞬时负载功率小；焦点尺寸大，瞬时负载功率小； 适宜于连续负载，管电流小、曝光时间长的便携适宜于连续负载，管电流小、曝光时间长的便携 式牙科和骨科用式牙科和骨科用X光机中。光机中。 145145145145145 2) 旋转阳极旋转阳极X线管线管 工作原理：负载时，圆盘状靶面高速转动

40、，从工作原理：负载时，圆盘状靶面高速转动，从 偏离管轴中心线的阴极头发射出电子，轰击在偏离管轴中心线的阴极头发射出电子，轰击在 转动靶面的转动环形面积上。转动靶面的转动环形面积上。 146146146146146 147147147147147 X射线管的内部结构射线管的内部结构 148148148148148 通过阳极旋转来扩大焦点面积，提高球管的散热通过阳极旋转来扩大焦点面积，提高球管的散热 率，从而提高球管的功率。率，从而提高球管的功率。 旋转阳极球管旋转阳极球管 旋转速率有旋转速率有2700rpm、8500rpm(3倍频倍频)，甚至，甚至16000rpm(6倍频倍频)。 N=120f

41、/ P(rpm) N为转子转速；为转子转速； f为电源频率；为电源频率； （转（转/分）分） P为定子极数，一般为为定子极数，一般为2极极 旋转阳极球管的靶面旋转阳极球管的靶面 149149149149149 150150150150150 3）大功率）大功率X线管线管 特点：特点： 大直径阳极靶（大直径阳极靶（120mm），增大阳极靶面的实际面），增大阳极靶面的实际面 积；积； 阳极高速旋转，缩短曝光时间；阳极高速旋转，缩短曝光时间； 阳极角度由普通管的阳极角度由普通管的1721减小到减小到914。 适用于：适用于：短曝光时间并承受高压（短曝光时间并承受高压（X线电影摄影和连续线电影摄影和连

42、续 X线摄影）线摄影） 151151151151151 4）特殊）特殊X线管线管 栅控栅控X X线管线管/ /三极三极X X线管线管 基本原理：基本原理：在普通在普通X X线管的阴极和阳极之间加上一个控制栅线管的阴极和阳极之间加上一个控制栅 极，当栅极加上负电位时，管电流被截至，无极，当栅极加上负电位时，管电流被截至，无X X射线输出；射线输出； 当负电位消失时，管电流导通，输出当负电位消失时，管电流导通，输出X X射线。射线。 特点：特点：灯丝发射特性比一般灯丝发射特性比一般X X线管差，不适用于大容量的线管差，不适用于大容量的X X 线机。线机。 可获得微焦点，适用用于放大可获得微焦点，适

43、用用于放大X X射线摄影射线摄影 ； 可使病人和操作者接受的可使病人和操作者接受的X X线辐射剂量减少，线辐射剂量减少，X X线管线管 负载降低；负载降低； 能实现快速断续能实现快速断续X X线摄影，提高线摄影，提高X X线影像清晰度。线影像清晰度。 152152152152152 软软X射线管射线管 用于软组织摄影；用于软组织摄影； 采用极薄的玻璃窗作出射窗；采用极薄的玻璃窗作出射窗； 采用钼靶；采用钼靶； 金属金属X X线管线管 能提高灯丝温度，增加能提高灯丝温度，增加X X线管的负荷；线管的负荷； 适用于短时间曝光，承受高负载，如适用于短时间曝光，承受高负载，如X X射线电影、体层射线电

44、影、体层 摄影、摄影、CTCT装置等。装置等。 陶瓷绝缘陶瓷绝缘X X线管线管 将陶瓷绝缘后放入金属外壳内，主要用于连续将陶瓷绝缘后放入金属外壳内，主要用于连续X X射线摄影，射线摄影， 体层摄影和电影摄影等。体层摄影和电影摄影等。 153153153153153 3. X线管的规格 （1）构造参数 （2）电参数：最高管电压 最大管电流 最长曝光时间 X线管的能量 （3） X线管的阳极特性、灯丝发射特性 （4） X线管的瞬间负荷特性 （5） X线管的连续负载特性 154154154154154 第二章第二章 投影投影X射线成像系统射线成像系统 155155155155155 156156156

45、156156 射线硬化效应射线硬化效应 157157157157157 射线硬化效应射线硬化效应 158158158158158 2.3 投影投影X射线成像系统射线成像系统 常规诊断X线机是医院临床诊断疾病的主 要手段。在20世纪50年代以前X线机的基本结 构简单，图像的分辨率也很低。在使用了影 像增强管电视系统以后，成像的分辨率和清 晰度都有了很大的改进，病人的受照剂量却 减少了。 159159159159159 固定式固定式 移动式移动式 160160160160160 1）X射线透视机射线透视机 2）X射线摄影机射线摄影机 X射线透视机射线透视机 X射线摄影机射线摄影机 16116116

46、1161161 透视检查的示意图透视检查的示意图拍片检查的示意图拍片检查的示意图 162162162162162 163163163163163 荧光屏荧光屏 材料：硫化锌镉，产生黄绿色光材料：硫化锌镉，产生黄绿色光 特点：发光效率低，仅有十分之一的特点：发光效率低，仅有十分之一的X 光光子，所以必须在暗室条件光光子，所以必须在暗室条件 下观察。下观察。 常规常规X射线影像载体有下面几种：射线影像载体有下面几种：荧光屏、胶片荧光屏、胶片 164164164164164 165165165165165 166166166166166 胶片胶片 167167167167167 1. 历史悠久，检查

47、费用较低，应用广泛。历史悠久，检查费用较低，应用广泛。 2. 照射剂量大，分辨率受限。照射剂量大，分辨率受限。 3. 影像不能后处理，不利于存储和传输。影像不能后处理，不利于存储和传输。 医生看胶片诊断医生看胶片诊断 模拟图像模拟图像 胶片的存储胶片的存储 168168168168168 一、荧光透视成像系统一、荧光透视成像系统 1.基本原理和结构基本原理和结构 基本原理：利用人体组织各部分对X线有不 同的透过与吸收作用而实现的一种临床诊断方 法。 过程：射入人体的X线部分能量因被吸收、 散射而消失，其余能量经人体组织衰减后射出， 并携带人体内部结构信息即X线影像，在经过 转换器转换为可见光影

48、像，供医生诊断。 按其结构可分为两大类; 169169169169169 (1)荧光屏直接摄影式 直接摄影型X线机结构框图 170170170170170 透过人体的X射线投影到荧光屏上形 成影像，在经过一组透镜照射到超正析摄 像管的靶面上，形成电视信号，最后在监 视屏上还原为图像进行观察，关键器件是 高灵敏度的超正析摄像管。 171171171171171 （2）影像增强式）影像增强式 影像增强器式透视用x射线机 172172172172172 173173173173173 影像增强器影像增强器：将不可见的X线图像转换为可见光图像， 将图像亮度提高近万倍。 摄像机摄像机：由摄像管、光学镜头

49、、偏转系统、扫描电 路、补偿电路等组成，将可见光信号转换 为点信号。 控制器控制器：对视频信号加以处理，变为全电视信号， 完成摄像给予监视器的同步。 监视器监视器：将电视信号还原为图像。 174174174174174 传统影像增强管结构原理传统影像增强管结构原理 面积缩小增强，电子倍增增强面积缩小增强，电子倍增增强 2. 影像增强器 （1）基本结构 175175175175175 影像增强器结构框图 176176176176176 影像增强管工作原理：影像增强管工作原理： 1、增强过程、增强过程 输入屏将接收的输入屏将接收的X X射线影像转换为可见光影像，并由输入屏的光电阴射线影像转换为可见

50、光影像，并由输入屏的光电阴 极转换成电子影像。极转换成电子影像。 光电子在聚焦电极形成的静电透镜作用下聚焦，在阳极加速电场作用光电子在聚焦电极形成的静电透镜作用下聚焦，在阳极加速电场作用 下加速，在输出屏前形成缩小并增强了的电子影像。下加速，在输出屏前形成缩小并增强了的电子影像。 加速电子打在输出屏上，电子影像转换为荧光影像。加速电子打在输出屏上，电子影像转换为荧光影像。 X X射线图像射线图像 荧光图像荧光图像 电子图像电子图像 可见光图像（亮度增大、可见光图像（亮度增大、 尺寸缩小、倒置）尺寸缩小、倒置） 2 2、增强原理、增强原理 面积缩小增益面积缩小增益 缩小增益输入屏有效面积缩小增益