1、医学影像： 用形态学的方式显示人体组织属性； 提供解剖学结构以及生理、生化和代谢功能的信息。,医学影像物理学内容： 成像装置的物理原理和关键技术； 物质波与人体组织相互作用的规律； 图象数据的采集与重建方法； 成像系统的性能指标和质量控制。,医学影像物理学,电离辐射型,电磁波, 射线, 射线, 相机,核素断层,透视,X-CT,非电离辐射型,声波,电磁波,电场,超声波,超声成像,可见光,红外线,微波,内镜,显微镜,热成像,微波断层,阻抗成像,射频,磁共振,图像种类 成像方式 成像依据 对人体影响 特长,X射线 直接透射成像 密度和厚度 有损 形态、全貌、精细 X-CT 数据测量重建 吸收系数 有
2、损 高对比分辨率 超声波 同上 界面反射 无损 安全、动态、重复 核素 同上 核素含量或分布 有损 功能 磁共振 同上 氢核物理状态 无损 软组织代谢信息,几种主要成像方式的比较,投影X射线影像的形成,组织、器官的原子序数、密度和厚度等差异 X射线的衰减，透射,强度分布 X射线信息影像,采集、转换,显示X射线影像,第二章 X 射线成像,1、X 射线的产生,产生X射线必须具备基本条件： 1）电子源； 2）高速电子流强电场；高真空度空间 3）靶,21 普通X 射线摄影,一、普通X射线摄影装置,X射线产生装置（三部分）； 控制台； 影像接收。,3、X射线管的阴极产生电子,类型：圆焦点型 线焦点型,1
3、）结构与类型 结构：灯丝、聚焦杯,钨丝直径：0.10.3mm,2）灯丝材料： 钨丝中含微量元素钍（增加电子发射率、延长寿命）,3）钨蒸发：电弧放电故障,4）灯丝电流：温度电子发射率,5）束流斑点的影响因素：聚焦杯、空间电荷效应、灯丝尺寸,4、X 射线管的阳极,1）类型： 固定：牙科、移动式 旋转：常用,固定式,旋转,阳极转速： 普通 2700rpm/min 高速 8100rpm/min,2）阳极功能： 导电体； 为靶提供机械支撑； 热辐射体,3）靶：阳极受电子轰击的区域,4）靶面材料：纯钨：抗热胀性差，易龟裂；铼钨合金(1/9)：加强机械强度，避免龟裂；钼基或石墨靶基的铼钨合金。,选择钨作靶材
4、料的原因： 原子序数高，X射线发生效率高、高能； 熔点高(3410）； 蒸气压低，金属蒸气少； 加工容易。,5、X射线管的焦点,1）焦点的分类,实际焦点：电子束聚焦后在阳极靶上的冲击面积。取决于聚焦槽的形状和深度。,有效焦点：实际焦点在X射线管长轴垂直方向上的投影面。取决于靶倾角。,6、附加滤过滤过板到诊视床之间的滤过,滤过物：可拆卸滤过板（铜或铝）、附加滤过板、遮光器等 铜：滤过低能射线（不能单独作滤过板）； 铝：滤过高能射线（一般诊断用单独铝做滤过板）； 复合滤过板：铜（产生 8kV标识射线）面向X射线管（铝1.5kV）,二、 普通X 射线摄影的原理与技术特点,1、人体的物质组成,骨骼：胶
5、体蛋白、钙 钙约占 50%60%；Ca3(PO4)2 占 85%；CaCO3 占 10%；Mg3(PO4)2 占 5%。,软组织：肌肉、脂肪 水占 75%； 蛋白质 脂肪 占23% 碳水化合物 K, Na, Cl, Fe等元素占 2%,X射线的吸收比150倍,2、X线衰减与普通X 射线摄影,模拟图像： 灰度是空间位置的连续函数,影像结构重叠、图像模糊,人体各组织、器官在密度和厚度等方面存在差异，X射线的衰减不同，透射也不同。人体不同部位透射出的X射线，在荧光屏和胶片上形成的明暗不同的点构成影像 。,22 X射线透视与造影,缺点： 1）荧光屏转换效率低； 2）在暗室观察灵明度低； 3）辐射剂量大
6、、危害大,一、传统X射线荧光屏透视,二、配有影像增强器的X射线透视,X 射线,人 体,图像转换器,影像增强器,光学系统,摄像管,预放器,信息处理,监视器,1、系统原理,2、X射线影像增强器,入射窗：玻璃（铝和钛金属），X射线吸收率小，散射线少； 输入屏：碘化铯(CsI/Na),透明度高，X射线吸收率高，蓝光；,光电阴极：形成电子影像； 聚焦电极（电子透镜）：光电子加速、电子聚焦； 输出屏：电子束撞击荧光体转化为可见光。影像缩小，亮度增加,3、系统结构,点 片,突出观察层面；模糊其他层面 原理：三点共线X线管焦点、指定层面中心、胶片中心在同一直线,23 体层摄影与特殊X线成像,一、X线体层摄影,
7、二、特殊 x射线摄影,条件：管电压：20kV40 kV；钼靶 组织对射线吸收方式：光电效应；基本原理： 密度相近（0.91.0）的各种软组织，吸收软X射线（PE）具有几何级数的变化（Z3)关系, 影像对比度提高。,部位：乳腺,1、软X射线摄影 molybdenum target radiography,左乳外象限大片密度增高影，皮肤增厚，乳头缩陷,同一病人右乳钼靶片,高千伏X射线摄影 high KV radiography,管电压： 120 kV150kV； 组织对射线吸收方式：康普顿效应,基本原理：各组织影像密度的高低受组织原子序数和厚度的影响减小，各组织的重叠不会被骨影遮盖，细小结构变得易
8、于观察。,大叶性干酪性肺炎。高千伏胸片示右上致密影内可见虫蚀样空洞,优点： 穿透力强，层次清晰，毫安小，曝光时间短。,缺点： 能量大，吸收差异小，散射线多，降低反差，增大灰雾。部位：胸片,2、X 射线造影, X 射线造影 软组织间密度差异小。如心脏、血管、脑、肾和胆囊等，腔道内充有的液体与软组织密度差别不大，X射线诊断受到限制。 将对比剂（contrast medium)引入欲检查的器官内或其周围，改变器官与周围组织的X射线影像密度，显示出器官的形态功能。, 对比剂 阳性对比剂：有效原子序数大，物质密度高。如钡剂和碘剂等； 阴性对比剂：有效原子序数低，物质密度小。 如空气、氧气和二氧化碳等。
9、对比剂的选择：无毒、易排泄、理化性能稳定。,在荧光屏上的椎间盘造影前后位像。骨骼显示为暗灰色阴影，而针头和注射到椎间盘内的造影剂是黑色的。,24 数字X射线透视与血管造影,数字X射线透视,数字减影血管造影 (Digital Subtraction Angiography, DSA),A/D,存储器1,存储器2,D/A,1,2,DSA的物理基础,造影前,造影后,造影前后透过X射线强度的对数差,1、DSA成像方法, 时间减影： 将不同时间得到的两副数字图像相减得到的影像。,缺点：易受病人位置移动和动脉博动的影响。,掩模,将同一时间在不同能量X光透视下获得的数字图象相减。, 能量减影： K-缘减影：
10、分别用高、低于33keV两种能量曝光影像，碘与其他物质的衰减特性有较大差别。,碘对于33KeV的X射线有显著吸收, 混合减影： 在造影剂到达前后都做高能和低能的影像 先做能量减影，消除软组织影像； 再用时间减影消除骨骼影像； 最终只得到血管的影像。,在减影过程中，应尽可能克服运动带来的影响, DSA参数性成像,非形态学信息,形态学信息： 血换分布、轮廓、数量、位置、管径,非形态学信息： 廓清过程、深度、容量等,25 数字X射线摄影,一、数字X射线探测器,储能荧光体,激光扫描器,光电倍增管,电信号输出,闪烁晶体,光电二极管,薄膜晶体管阵列,电信号输出,闪烁晶体,电荷耦合器阵列,电信号输出,1、间
11、接转换探测器,荧光储能探测器,光电二极管探测器,电荷耦合探测器,光电导体（硒）,薄膜晶体管阵列,电信号输出,2、直接转换探测器,1、光激励发光,光激励发光,互不影响 S/N高,二、计算机X射线摄影（computed radiography， CR),Photostimulated luminescence（PSL),氟溴化钡晶体 （掺二价铕离子）,影像信息的采集 成像板（imaging plate, IP)：基板上覆盖氟溴化钡晶体 （掺二价铕离子）,成像板（imaging plan),二次激发光,光激励发光,2、CR系统成像基本过程,3、CR的优缺点,优点： （1）数字影像，易于处理，保存，传
12、输和使用 （2）线性度好，动态范围（宽容度）大，对比度大 （3）临床应用范围广 （4） IP可重复使用,不足：时间分辨力较差，细节分辨力稍弱。,储能荧光体,激光扫描器,光电倍增管,电信号输出,间接转换探测器,荧光储能探测器,三、直接数字化x射线摄影 Direct digitized radiography, DDR,1、非晶态硒型平板探测器,在X光子照射下，产生可移动的电子空穴对，在偏压下产生电流给电容器充电。充电量或电容器上电压与入射的X光子数量成正比。记录了象素点信息。 场效应管起开关作用，读取信号时，加控制信号使其导通读出信号并放大转换为二进制数。,0.1390.139mm,光电导体（硒）,薄膜晶体管阵列,电信号输出,2、非晶态硅型平板探测器,X射线激发上层闪烁发光晶体发光，再激发薄膜非晶态氢化硅光电二极管产生电流给电容器充电，充电量正比于X射线照射量，记录了X射线影像 通过自带的控制电路可把各象素的带电量读出，形成二进制数字信号传送给计算机处理,直接数字化X射线摄影减少了中间环节，影像失真小。,行驱动 读出,探测器矩阵,闪烁发光晶体,数字影像数据,到操作控制台,闪烁晶体,光电二极管,薄膜晶体管阵列,电信号输出,光电二极管探测器,影像增强器,摄像管,成像板IP,激光扫描仪,计算机,直接数字化,CR,计算机,DR,DDR,
