1、同X射线有关的诺贝尔奖 第一节第一节 普通普通X X线成像线成像 第二节第二节 数字化数字化X X线成像线成像 一、一、X X线的产生和特性线的产生和特性 二、二、x x线成像的基本原理和设备线成像的基本原理和设备 三、三、X X线检查技术线检查技术 四、四、X X线防护线防护（）（）X X线的产生线的产生线发生装置主要包括线发生装置主要包括线管、变压线管、变压器和控制台器和控制台。线管为热阴极真空管，线管为热阴极真空管，由发射电子的阴极和产生由发射电子的阴极和产生线的阳极线的阳极组成；变压器提供阴极灯丝加热电压组成；变压器提供阴极灯丝加热电压和阴、阳两极间高压电；控制台则用和阴、阳两极间高压
2、电；控制台则用于控制和调节于控制和调节X线的发生线的发生 线产生的过程是：接通电源后，由线产生的过程是：接通电源后，由降压变压器提供低压电，为降压变压器提供低压电，为线管阴线管阴极灯丝加热，产生自由电子云；当升极灯丝加热，产生自由电子云；当升压变压器向压变压器向X线管阴、阳两极间提供线管阴、阳两极间提供高电压时，自由电子高速飞向阳极并高电压时，自由电子高速飞向阳极并撞击靶面，从而发生能量转换，其中撞击靶面，从而发生能量转换，其中1以下的能量形成以下的能量形成X线，线，99以上以上则转换为热能。则转换为热能。X X线机主要部件示意图线机主要部件示意图（二）（二）X X线的特性线的特性 X线是一种
3、电磁波。波长范围为线是一种电磁波。波长范围为0.000650nm，用于，用于线成像的波长为线成像的波长为0.0310.008nm（相当于（相当于40150kV时时产生的产生的X线）。线）。线的电磁波谱在线的电磁波谱在射线与紫外线之间，射线与紫外线之间，并具有如下几方面与并具有如下几方面与线成像和线成像和线检查相关的重要特性：线检查相关的重要特性：1 1穿透效应穿透效应 线波长短，能穿透可见光不能穿透的物体，并线波长短，能穿透可见光不能穿透的物体，并在穿透过程中有一定程度的吸收即衰减。在穿透过程中有一定程度的吸收即衰减。线的穿透性与其波长有关，线的穿透性与其波长有关，即即线管电压愈高，产生的波长
4、愈短，穿透力就愈强。另一方面，线管电压愈高，产生的波长愈短，穿透力就愈强。另一方面，X线的穿透效应受所穿透物质的密度和厚度影响，一般物质的原子序数线的穿透效应受所穿透物质的密度和厚度影响，一般物质的原子序数愈高，密度和厚度愈大，愈高，密度和厚度愈大，X线对其穿透力就愈弱；反之亦然。线对其穿透力就愈弱；反之亦然。线穿线穿透性是透性是线成像的基础。线成像的基础。2 2荧光效应荧光效应 线能激发荧光物质如铂氰化钡和钨酸钙，使不线能激发荧光物质如铂氰化钡和钨酸钙，使不可见的可见的线转换为波长较长的可见荧光，这种转换称为荧光效应，是线转换为波长较长的可见荧光，这种转换称为荧光效应，是线透视检查的基础线透
5、视检查的基础。3 3感光效应感光效应 线照射涂有溴化银的胶片时，可使胶片感光而线照射涂有溴化银的胶片时，可使胶片感光而形成潜影，经显影、定影药液处理后，即可获得具有不同灰度的形成潜影，经显影、定影药液处理后，即可获得具有不同灰度的线线照片。所以，感光效应是照片。所以，感光效应是线摄影的基础。线摄影的基础。4 4电离效应电离效应 线照射任何物质时，均可产生电离作用。空气线照射任何物质时，均可产生电离作用。空气的电离程度与其吸收的电离程度与其吸收X线量成正比，因此通过测量空气的电离程度，线量成正比，因此通过测量空气的电离程度，可计算可计算x线的照射量，此为放射计量学的基础。线的照射量，此为放射计量
6、学的基础。5 5生物效应生物效应 线射入生物体，基于电离效应而引起生物学改线射入生物体，基于电离效应而引起生物学改变，即生物效应。变，即生物效应。X线的生物效应是放射治疗学的基础，也是进行线的生物效应是放射治疗学的基础，也是进行X线检查时应注意防护的原因。线检查时应注意防护的原因。（）（）X X线成像的基本原理线成像的基本原理 线检查能使线检查能使人体组织结构人体组织结构成像的基本原理和过成像的基本原理和过程是：程是：当具有一定穿透力的当具有一定穿透力的X X线通过人体时线通过人体时，由于，由于各部组织结构的密度和厚度不同，而发生不等量各部组织结构的密度和厚度不同，而发生不等量的的X线吸收，以
7、致线吸收，以致透过人体的透过人体的X X线量存在差异线量存在差异，这，这种种有差异的有差异的线线即可即可在荧光屏上成像在荧光屏上成像，或在胶片或在胶片上形成潜影上形成潜影，再经显影、定影处理后，再经显影、定影处理后成像成像。由此可见，由此可见，线成像有两个基本要素：线成像有两个基本要素：一是基于一是基于线的特性即穿透效应、荧光效应和感线的特性即穿透效应、荧光效应和感光效应，另一是人体组织结构之间存在着密度和光效应，另一是人体组织结构之间存在着密度和厚度的差别。厚度的差别。决定决定X X线图像中明暗的因素：线图像中明暗的因素：人体组织结构的人体组织结构的密度高、比重大密度高、比重大，吸收的，吸收
8、的线量多，在线量多，在线片上线片上呈呈白影白影，称之为高密度影；反之亦然。，称之为高密度影；反之亦然。与其厚度有关，即与其厚度有关，即厚度大厚度大者，吸收的者，吸收的X线量多，线量多，线片上趋向为线片上趋向为白影白影，而厚度薄者与之相反，趋向为黑影。而厚度薄者与之相反，趋向为黑影。在日常工作中，我们通常以在日常工作中，我们通常以低密度、中等密度和高密度低密度、中等密度和高密度来描来描述述线片上组织结构的黑白灰度。据此，可将人体组织和内线片上组织结构的黑白灰度。据此，可将人体组织和内部结构大致分为三类：部结构大致分为三类：低密度结构，低密度结构，包括脂肪组织以及存在于呼吸道、胃肠道、鼻窦和乳突包
9、括脂肪组织以及存在于呼吸道、胃肠道、鼻窦和乳突内的气体；内的气体；中等密度结构，中等密度结构，包括软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织和体内包括软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织和体内液体；液体；高密度结构，高密度结构，包括骨组织和钙化灶。包括骨组织和钙化灶。当组织结构发生病变时，密度可发生改变，依其黑白灰度变当组织结构发生病变时，密度可发生改变，依其黑白灰度变化，称之为密度减低或密度增高。化，称之为密度减低或密度增高。（二）（二）X X线成像设备线成像设备 目前，临床上应用的目前，临床上应用的线成像设各除了通用型线成像设各除了通用型X线机外，还有适用于心血管、胃肠道、乳腺、牙线机外，还有适
10、用于心血管、胃肠道、乳腺、牙科和床旁检查以及手术室专用的科和床旁检查以及手术室专用的X线机。线机。外围设各包括检查床、外围设各包括检查床、X线管支持装置、影像装线管支持装置、影像装置（影像增强电视系统、置（影像增强电视系统、X线电影机、线电影机、X线录像机、线录像机、点片照相机、荧光屏等）和一些配套装置（激光点片照相机、荧光屏等）和一些配套装置（激光照相机、照相机、线胶片自动洗片机）等，作用是与主线胶片自动洗片机）等，作用是与主机相结合，共同完成机相结合，共同完成线成像检查。线成像检查。（）普通检查（）普通检查 1 1透视透视（fluoroscopy）目前透视检查多采用影目前透视检查多采用影像
11、增强电视系统（像增强电视系统（Image intensify television，IITY），影像亮度强，效果好。），影像亮度强，效果好。优点优点：可转动患者体位，从不同方位进行观察；：可转动患者体位，从不同方位进行观察；能了解器官的动态变化，如心脏和大血管搏动、能了解器官的动态变化，如心脏和大血管搏动、膈肌运动和胃肠蠕动等；操作简单、方便；费用膈肌运动和胃肠蠕动等；操作简单、方便；费用较低；可迅速获得结果。较低；可迅速获得结果。缺点缺点：影像的清晰度较：影像的清晰度较线摄影差；难以分辨密线摄影差；难以分辨密度差别小的病变，亦不宜观察密度高和厚度大的度差别小的病变，亦不宜观察密度高和厚度大的
12、部位；同时缺乏客观记录。目前，透视主要用于部位；同时缺乏客观记录。目前，透视主要用于胃肠道钡剂造影检查。胃肠道钡剂造影检查。2 2线摄影线摄影（radiography）是目前广泛应用的是目前广泛应用的X线检查方法。线检查方法。优点优点：图像的分辨力高，清晰且对比度好；可留：图像的分辨力高，清晰且对比度好；可留下客观记录，便于复查对照和会诊。下客观记录，便于复查对照和会诊。不足之处不足之处：由于组织结构影像重叠，常需多体位：由于组织结构影像重叠，常需多体位投照；不能观察器官的运动功能；检查费用相对投照；不能观察器官的运动功能；检查费用相对较高。较高。（二）特殊检查（二）特殊检查 特殊检查有软特殊
13、检查有软X线摄影（线摄影（soft ray radiography）、）、体层摄影（体层摄影（tomography）和放大摄影）和放大摄影（magnification radiography）等。）等。自自CT检查广泛应用于临床后，这些特殊检查中，检查广泛应用于临床后，这些特殊检查中，只有软只有软线摄影还在应用。其采用能产生软线摄影还在应用。其采用能产生软X线线的小焦点钼靶的小焦点钼靶X线管，常用电压为线管，常用电压为2235kV。软。软X线摄影可获得对比度良好的软组织图像，主要线摄影可获得对比度良好的软组织图像，主要用于乳腺检查。用于乳腺检查。（三）造影检查（三）造影检查X线检查时，对于缺乏
14、自然对比的组织结构或器官，可将密度高于或线检查时，对于缺乏自然对比的组织结构或器官，可将密度高于或低于该组织结构或器官的低于该组织结构或器官的物质物质通过不同路径通过不同路径引入引入该组织结构、器官内该组织结构、器官内或周围间隙内，使之产生或周围间隙内，使之产生对比图像对比图像，此即造影检查。引入的物质称为，此即造影检查。引入的物质称为对比剂（对比剂（contrast medium）或造影剂。造影检查的应用扩大了）或造影剂。造影检查的应用扩大了线线检查的范围。检查的范围。1 1造影方法造影方法 分为以下两类：分为以下两类：直接引入法：包括：口服法，如食管和胃肠道钡餐检查；灌注直接引入法：包括：
15、口服法，如食管和胃肠道钡餐检查；灌注法，如钡剂灌肠、逆行性尿路造影和子宫输卵管造影等；穿刺注法，如钡剂灌肠、逆行性尿路造影和子宫输卵管造影等；穿刺注入法，直接穿刺或经导管注入对比剂，如心血管造影、脊髓造影入法，直接穿刺或经导管注入对比剂，如心血管造影、脊髓造影和关节腔造影等；和关节腔造影等；间接引入法：经静脉注入对比剂后，经生理排泄进入某一器官，间接引入法：经静脉注入对比剂后，经生理排泄进入某一器官，间接使之显像，如静脉尿路造影和静脉胆系造影。间接使之显像，如静脉尿路造影和静脉胆系造影。2 2造影前准备造影前准备 不同的造影检查均有相应的检查前准备和注意事项，不同的造影检查均有相应的检查前准备
16、和注意事项，必须认真执行，以确保患者的安全及获得满意的造影效果。必须认真执行，以确保患者的安全及获得满意的造影效果。线具有生物效应，可引起线具有生物效应，可引起辐射性损伤辐射性损伤，而，而线检查应用又线检查应用又很广泛，故应重视很广泛，故应重视线检查中患者和工作人员的防护问题。线检查中患者和工作人员的防护问题。在在X线检查中，要遵循线检查中，要遵循时间防护、距离防护和屏蔽防护时间防护、距离防护和屏蔽防护三项基本原则。三项基本原则。时间防护时间防护就是患者和工作人员，尤其是介入医师，应在保证诊疗效果就是患者和工作人员，尤其是介入医师，应在保证诊疗效果的同时，尽量减少接触的同时，尽量减少接触线的时
17、间，以降低辐射量。线的时间，以降低辐射量。距离防护距离防护是利用是利用线量与距离平方呈反比这一原理，增加线量与距离平方呈反比这一原理，增加线源与人线源与人体间的距离，可减少辐射量，而适当扩大体间的距离，可减少辐射量，而适当扩大线检查室空间，能增加散线检查室空间，能增加散射线与人体间的距离，同样可减少辐射量，距离防护是最简单而有效射线与人体间的距离，同样可减少辐射量，距离防护是最简单而有效的防护措施。的防护措施。屏蔽防护屏蔽防护是使用原子序数较高的物质，通常为铅或含铅材料，作为屏是使用原子序数较高的物质，通常为铅或含铅材料，作为屏蔽以吸收不必要的蔽以吸收不必要的线，如通常在线，如通常在X线管外壳
18、、遮光筒和光圈、滤过线管外壳、遮光筒和光圈、滤过板等部位采用铅板屏蔽，其他屏蔽和防护用品有铅玻璃、铅屏风、铅板等部位采用铅板屏蔽，其他屏蔽和防护用品有铅玻璃、铅屏风、铅衣和铅橡皮手套等。衣和铅橡皮手套等。应当指出，要特别重视孕妇、小儿和长期接触射线的工作人应当指出，要特别重视孕妇、小儿和长期接触射线的工作人员，尤其是介入医师的防护工作。对于放射工作人员，要定员，尤其是介入医师的防护工作。对于放射工作人员，要定期监测接受的剂量并行外周血白细胞检查。期监测接受的剂量并行外周血白细胞检查。普通普通线摄影有诸多线摄影有诸多缺陷缺陷：摄片技术条件要求严格，曝光宽容度有限；摄片技术条件要求严格，曝光宽容度
19、有限；胶片上图像灰度固定，不能调节；胶片上图像灰度固定，不能调节；密度分辨率较低，常难以同时清晰显示各密度分辨率较低，常难以同时清晰显示各种密度的组织结构；种密度的组织结构；在胶片的利用和管理上也有许多不便。在胶片的利用和管理上也有许多不便。数字化数字化线成像技术根据成像原理和应用不同，可分为计算线成像技术根据成像原理和应用不同，可分为计算机机线成像（线成像（computer radiography，CR）、数字）、数字线成线成像（像（digital radiography，DR）和数字减影血管造影（）和数字减影血管造影（digital substraction angiography，DSA
20、），其中），其中DR又可分成间又可分成间接数字接数字X线成像（线成像（indirect digital radiography，IDR）和直）和直接数字接数字线成像（线成像（direct digital radiography（）（）CRCR成像的基本原理和设备成像的基本原理和设备CR成像的基本原理：是将成像的基本原理：是将线的影像信息记录在影像板（线的影像信息记录在影像板（image plate，IP）上，经读取装置读取，数字化后由计算机处理，再经数模转换后）上，经读取装置读取，数字化后由计算机处理，再经数模转换后获得模拟图像并显示在显示屏上。获得模拟图像并显示在显示屏上。CRCR成像设备示
21、意图成像设备示意图 （二）（二）CRCR临床应用临床应用 临床上，临床上，CR应用应用领域同于普通领域同于普通线摄影线摄影，但其所具有的，但其所具有的优势是优势是线摄影所无法媲美的。线摄影所无法媲美的。CR成像技术的成像技术的优势优势是：是：能够利用原有的能够利用原有的线机；线机；投照条件的宽容度大；投照条件的宽容度大；可最大限度降低可最大限度降低线辐射量；线辐射量；通过图像处理系统，能使欲观察的组织结构达到最佳的显示效果，通过图像处理系统，能使欲观察的组织结构达到最佳的显示效果，并具有面积、径线测量、局部放大、边缘增强、多幅显示和图像并具有面积、径线测量、局部放大、边缘增强、多幅显示和图像减
22、影等多种功能；减影等多种功能；图像数字化信息既可转换打印成胶片，也可存储在硬盘和光盘中，图像数字化信息既可转换打印成胶片，也可存储在硬盘和光盘中，还能通过网络进行传输。还能通过网络进行传输。CR成像的成像的不足之处不足之处在于：成像速度仍较慢，无透视功能，在于：成像速度仍较慢，无透视功能，图像质量还不十分满意因此进一步发展受到限制。图像质量还不十分满意因此进一步发展受到限制。（）间接数字）间接数字X X线成像（线成像（IDRIDR）IDR成像的基本原理和过程是：首先由成像的基本原理和过程是：首先由X线影像增强电视系统线影像增强电视系统将将透过人体的透过人体的线转变为可见光线转变为可见光；然后用
23、高分辨力摄像管或；然后用高分辨力摄像管或经电荷耦合器（经电荷耦合器（charge coupled device，CCD）转变为模转变为模拟信号拟信号；再经；再经模数模数转换转换形成数字化图像信号形成数字化图像信号，并根据需要，并根据需要可对其进行各种处理；处理后的数字化图像可对其进行各种处理；处理后的数字化图像经数模转换经数模转换后，后，即可在显示器上即可在显示器上显示为灰阶图像显示为灰阶图像。IDRIDR成像设备示意图成像设备示意图 IDR临床应用临床应用 IDR的成像时间短，除摄片外，的成像时间短，除摄片外，还具有透视功能，因此可用于心血管造影还具有透视功能，因此可用于心血管造影和胃肠道造
24、影检查。和胃肠道造影检查。和和CR技术相比，技术相比，IDR的的优势优势在于成像速度在于成像速度快，提高了工作效率，并可进行透视检查。快，提高了工作效率，并可进行透视检查。其其不足之处不足之处是在成像过程中，要进行光电是在成像过程中，要进行光电转换，原影像信息有一定程度的丢失，且转换，原影像信息有一定程度的丢失，且不能与普通不能与普通X线机兼容。线机兼容。（二）直接数字（二）直接数字线成像（线成像（DDRDDR）DDR成像的基本原理是成像的基本原理是采用平板探测器采用平板探测器（flat panel detector，FPD），直接），直接把把透过人体的透过人体的线信息转换为电信号线信息转换为
25、电信号而进行数字化的成而进行数字化的成像方法。像方法。临床上，临床上，DDR除用于除用于线摄影外，还能用于透视，可进行胃肠造影检线摄影外，还能用于透视，可进行胃肠造影检查和心血管造影检查。查和心血管造影检查。由于由于DDR成像过程中，成像过程中，线的接受至数字信号的输出均在平板探测器线的接受至数字信号的输出均在平板探测器内完成，从而减少了信息的丢失和噪声的干扰，提高了图像的信噪比。内完成，从而减少了信息的丢失和噪声的干扰，提高了图像的信噪比。与与CR和和IDR相比，相比，DDR的的优点优点为：兼有摄片和透视功能；图像的分为：兼有摄片和透视功能；图像的分辨力更高；且曝光的宽容度亦更大，从而减少了
26、辐射量。辨力更高；且曝光的宽容度亦更大，从而减少了辐射量。DDR的的缺陷缺陷是：不能与普通是：不能与普通线机兼容；目前设备昂贵而难以普及。线机兼容；目前设备昂贵而难以普及。然而，基于然而，基于DDR的诸多优势，其必将成为今后发展的主流方向。的诸多优势，其必将成为今后发展的主流方向。数字减影血管造影（数字减影血管造影（DSADSA）是）是2020世纪世纪8080年代兴起的一种将计算机与常规年代兴起的一种将计算机与常规线心血管造影相结合的检查技术。线心血管造影相结合的检查技术。（）DSADSA成像的基本原理成像的基本原理 DSA的数字减影有几种方法，常用的是的数字减影有几种方法，常用的是时间减影法
27、时间减影法（temporal subtraction method）。其基本原理如下：在血管内注入对比剂前）。其基本原理如下：在血管内注入对比剂前和注入对剂后的不同时间点，进行靶血管部位连续成像，其中注入对和注入对剂后的不同时间点，进行靶血管部位连续成像，其中注入对比剂前的图像称为比剂前的图像称为蒙片蒙片（mask）；对得到的一系列图像进行像素化）；对得到的一系列图像进行像素化和数字化转换；将注入对比剂后任意时间点图像的数字矩阵与蒙片的和数字化转换；将注入对比剂后任意时间点图像的数字矩阵与蒙片的数字矩阵数字矩阵相减相减，即可抵消骨骼和软组织的数字，而仅保留血管内对比，即可抵消骨骼和软组织的数字
28、，而仅保留血管内对比剂的数字；其后，经剂的数字；其后，经数模数模转换，就可得到不同期相仅显示含对比剂转换，就可得到不同期相仅显示含对比剂血管的血管的DSA图像。由于此种减影法的蒙片和一系列图像系在不同时间图像。由于此种减影法的蒙片和一系列图像系在不同时间点获得，故称之为时间减影法。常用的方式有脉冲方式、超脉冲方式、点获得，故称之为时间减影法。常用的方式有脉冲方式、超脉冲方式、心电触发脉冲方式、间间隔差方式等。心电触发脉冲方式、间间隔差方式等。除时间减影法外，还有能量减影、混合减影、光学减影和电子减影法除时间减影法外，还有能量减影、混合减影、光学减影和电子减影法等，均较少应用。等，均较少应用。数
29、字减影血管造影的基本原理和过程数字减影血管造影的基本原理和过程 a蒙片；蒙片；b血管造影片；血管造影片；c，蒙片和血管造影片像，蒙片和血管造影片像素化和数字化转换后，行数字矩阵相减，抵消骨素化和数字化转换后，行数字矩阵相减，抵消骨和软组织数字，仅保留血管内对比剂数字，经数和软组织数字，仅保留血管内对比剂数字，经数模转换后，即可获得仅有血管显示的模转换后，即可获得仅有血管显示的DSA图像图像（二）（二）DSADSA检查技术检查技术 DSA检查依对比剂注入动脉或静脉不同而分为动检查依对比剂注入动脉或静脉不同而分为动脉脉DSA（intraarterial DSA，IADSA）和静脉）和静脉DSA（i
30、ntravenous DSA，IVDSA）。）。IADSA的的血管成像清楚，且对比剂用量少，因此目前大都血管成像清楚，且对比剂用量少，因此目前大都使用使用IADSA。IADSA的操作是先将导管插入动脉，使导管尖部的操作是先将导管插入动脉，使导管尖部进入靶血管开口处，之后团注对比剂。在造影前进入靶血管开口处，之后团注对比剂。在造影前和造影整个过程中，通过监视系统的显示屏选取和造影整个过程中，通过监视系统的显示屏选取靶血管部位并连续摄片，速度为每秒靶血管部位并连续摄片，速度为每秒l帧或更多，帧或更多，投照后经系统处理即可得到投照后经系统处理即可得到IADSA图像。图像。（三）（三）DSA DSA 临床应用临床应用 DSA检查由于消除了骨骼和软组织影像重检查由于消除了骨骼和软组织影像重叠的干扰，使心血管及其病变显示更为清叠的干扰，使心血管及其病变显示更为清楚，且所用对比剂浓度低、剂量少，辐射楚，且所用对比剂浓度低、剂量少，辐射量亦可减低，故已替代了一般心血管造影量亦可减低，故已替代了一般心血管造影检查。检查。目前，目前，DSA已广泛用于心脏和全身各部位已广泛用于心脏和全身各部位血管性病变的检查、诊断和介入治疗，还血管性病变的检查、诊断和介入治疗，还为肿瘤经血管进行化疗和栓塞提供了帮助。为肿瘤经血管进行化疗和栓塞提供了帮助。
