医学培训课件）医学影像成像系-200p全套课件.ppt

1、医学影像成像系统讲义医学影像成像系统讲义 年级：年级：2011级医学信息与计算科学专业级医学信息与计算科学专业讲义编写：冯发文讲义编写：冯发文 2013年年8月月遵义医学院影像学教研室遵义医学院影像学教研室 前言前言 医学影像学学科体系医学影像学学科体系 影像诊断学影像诊断学 分析影像获取人体内组织与病变的解剖、生理、生化等各种信分析影像获取人体内组织与病变的解剖、生理、生化等各种信息。息。医学影像检查技术医学影像检查技术 实际操作影像设备获取优质的影像。实际操作影像设备获取优质的影像。医学影像设备学医学影像设备学 各种影像设备的结构、组成、工作原理、功能及技术参数。各种影像设备的结构、组成、

2、工作原理、功能及技术参数。医学影像成像理论医学影像成像理论 各种成像技术的物理基础、成像原理、图像处理。各种成像技术的物理基础、成像原理、图像处理。二、医学影像成像系统二、医学影像成像系统遵义医学院影像教研室结合多年教学实践，将医学影像成像理论、医学影遵义医学院影像教研室结合多年教学实践，将医学影像成像理论、医学影像设备学整合成医学影像成像系统统一讲授，以设备的发展为主线，系统像设备学整合成医学影像成像系统统一讲授，以设备的发展为主线，系统地介绍成像原理、技术特点参数的同时，切入设备组成结构及工作原理，易于学地介绍成像原理、技术特点参数的同时，切入设备组成结构及工作原理，易于学生理解及知识链接

3、。生理解及知识链接。医学影像成像系统医学影像成像系统学科角色学科角色 影像检查技术理论依据影像检查技术理论依据 影像诊断的重要参考依据影像诊断的重要参考依据影像质量控制影像质量控制维护保养、设备采购维护保养、设备采购科研、技术创新科研、技术创新 医学影像成像系统研究内容？医学影像成像系统研究内容？影像成像技术分类及发展；影像成像技术分类及发展；各种影像成像原理（各种影像成像原理（CR、DR、CT、MRI、USG等）；等）；各种影像设备基本组成结构及工作原理；各种影像设备基本组成结构及工作原理；设备功能和技术参数、图像处理及影像质量控制设备功能和技术参数、图像处理及影像质量控制；图像存储、传输（

4、图像存储、传输（PACS）与远程放射学。）与远程放射学。医学影像学：获取人体内组织与病变的解剖、生理、生化等各种医学影像学：获取人体内组织与病变的解剖、生理、生化等各种信息，以影像形式显示信息，以影像形式显示。第一章第一章 概概 论论本章内容：本章内容：发展历程发展历程医学成像技术分类医学成像技术分类据成像原理及成像技术不同，医学成像技术分为：据成像原理及成像技术不同，医学成像技术分为：一、以研究生物体微观结构为主要对象的生物医学显微图像学一、以研究生物体微观结构为主要对象的生物医学显微图像学 二、以人体宏观解剖结构及功能为研究对象的现代医学影像学二、以人体宏观解剖结构及功能为研究对象的现代医

5、学影像学 一、医学影像学一、医学影像学X线成像线成像磁共振成像磁共振成像超声成像超声成像核医学成像核医学成像光学成像光学成像热成像热成像X线成像技术线成像技术普通普通X线机（荧光屏透视、电视透视、摄片）线机（荧光屏透视、电视透视、摄片）数字胃肠（数字胃肠（DF）计算机计算机X线摄影（线摄影（CR）数字化数字化X线摄影（线摄影（DR）计算机计算机X线体层摄影（线体层摄影（CT）乳腺乳腺X线机、牙科线机、牙科X线机、床旁线机、床旁X线机等专用线机等专用 数字减影血管造影（数字减影血管造影（DSA）1.1常规常规X线设备问世线设备问世放射学的建立放射学的建立 1895年年11月月8日，德国物理学家伦

6、琴发现日，德国物理学家伦琴发现X线线1896年，西门子公司研制出世界上第一支年，西门子公司研制出世界上第一支X线管线管 1901年年12月月10日获得诺贝尔物理学奖日获得诺贝尔物理学奖60年代末体层、增强器、电视、电影等年代末体层、增强器、电视、电影等-学科体系形成学科体系形成1972年年CT发明发明80年代数字年代数字X线设备线设备CR、DR20世纪世纪60年代末体层摄影、连续摄影、影像增强器、电视、电影等技术年代末体层摄影、连续摄影、影像增强器、电视、电影等技术的应用形成了较完整放射诊断学体系（的应用形成了较完整放射诊断学体系（Radiology），并在临床工作中发），并在临床工作中发挥了

7、巨大作用，尤其是在挥了巨大作用，尤其是在肺、骨骼、胃肠道和心血管等系统的诊断，即肺、骨骼、胃肠道和心血管等系统的诊断，即使今天仍占有重要和主导的地位使今天仍占有重要和主导的地位。普通普通X线成像设备发展趋势线成像设备发展趋势 平板探测器将日益取代平板探测器将日益取代X线胶片、影像增强器、甚至线胶片、影像增强器、甚至IP板板1.2 CT的诞生的诞生医学影像技术新的里程碑医学影像技术新的里程碑1972年，英国工程师汉斯菲尔德研制出第一台年，英国工程师汉斯菲尔德研制出第一台CT(Computed Tomography)，因此，因此1979年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖1974年全身年全身CT发

8、明应用发明应用1979年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖 80年代超高速年代超高速CT1983年螺旋年螺旋CT90年代多排螺旋年代多排螺旋CT2005年西门子双源年西门子双源CT2008东芝东芝320排排2009年西门子炫速双源年西门子炫速双源128 CT成像特点及应用：成像特点及应用：真正断面成像，无其它层面干扰真正断面成像，无其它层面干扰密度分辨率显著提高，能分辨密度分辨率显著提高，能分辨0.1-0.5%衰减系数差别衰减系数差别能以能以CT值进行定量分析值进行定量分析后处理及三维重建后处理及三维重建CT在颅脑、腹部的肝、胆、胰和后腹膜腔、肾、肾上腺等病变的诊断中占主导地在颅脑、腹部的肝、

9、胆、胰和后腹膜腔、肾、肾上腺等病变的诊断中占主导地位位X线成像设备特点线成像设备特点 X线作为影像信息的载体线作为影像信息的载体反映人体组织密度厚度（对反映人体组织密度厚度（对X线的衰减）差别线的衰减）差别以二维灰阶影像显示脏器形态以二维灰阶影像显示脏器形态常规常规X线空间分辨率极高线空间分辨率极高10PL/mmCT密度分辨率高，能反映密度分辨率高，能反映0.1-5%密度差别密度差别 2、磁共振成像、磁共振成像2.1、磁共振成像设备的研制及发展、磁共振成像设备的研制及发展1946年布洛克年布洛克(斯坦福大学斯坦福大学)与普塞尔与普塞尔(麻省理工学院麻省理工学院)分别同时发现磁共振现象分别同时发

10、现磁共振现象 1952年两人同获诺贝尔物理学奖年两人同获诺贝尔物理学奖80年代年代MRI设备临床使用设备临床使用1985超导超导MRI90年代开放式年代开放式MRI21世纪功能型世纪功能型MRI 2.2、磁共振成像设备分类、磁共振成像设备分类按磁体类型分按磁体类型分 常导型常导型 超导型超导型 永磁型永磁型按场强高低分按场强高低分 超低场超低场 低场低场 中低场中低场 中高场中高场 高场高场2.3、磁共振成像设备特点、磁共振成像设备特点 磁共振成像的信息载体是电磁波，是通过检测人体组织原子核产生的磁共振成像的信息载体是电磁波，是通过检测人体组织原子核产生的磁共振信号。磁共振信号。任意方向层面成

11、像任意方向层面成像软组织分辨率优于软组织分辨率优于CTMR信号携带组织生理、生化特性信息信号携带组织生理、生化特性信息分析组织的物质成分和含量，功能成像分析组织的物质成分和含量，功能成像无电离辐射无电离辐射禁忌症：体内植入起搏器或其它金属禁忌症：体内植入起搏器或其它金属2.4、MRI 医学影像设备的未来医学影像设备的未来MRI在中枢神经系统的应用已成为疾病诊断的金标准；在骨关节、软组织在中枢神经系统的应用已成为疾病诊断的金标准；在骨关节、软组织病变的诊断中具有重要价值。病变的诊断中具有重要价值。总之，总之，MRI可进行任意层面成像，可反映人体分子的生理生化方面的功能可进行任意层面成像，可反映人

12、体分子的生理生化方面的功能特性，特别近几年，超高场磁共振在脑功能成像、频谱成像等领域的应特性，特别近几年，超高场磁共振在脑功能成像、频谱成像等领域的应用构成了新的影像学时代用构成了新的影像学时代分子影像学。分子影像学。3、超声成像设备、超声成像设备3.1、超声成像发展、超声成像发展 1880年法国皮埃尔和雅克发现压电效应年法国皮埃尔和雅克发现压电效应 1917年超声探测年超声探测 1942年年 A超超1954年年B超超70年代多普勒超声年代多普勒超声80年彩色多普勒超声年彩色多普勒超声3.2、超声成像设备分类、超声成像设备分类 A型型 幅度显示幅度显示 B型型 切面显示切面显示 C型型 亮度显

13、示亮度显示 M型型 运动显示运动显示P型型 平面目标显示平面目标显示3.3超声成像特点及应用超声成像特点及应用超声成像利用超声波作为影像信息的载体，通过检测超声波在人体组织中反射的回波成像。超声成像利用超声波作为影像信息的载体，通过检测超声波在人体组织中反射的回波成像。动态观察动态观察非侵入、无损伤非侵入、无损伤任意切面成像任意切面成像费用低廉费用低廉不宜含气和骨骼系统检查不宜含气和骨骼系统检查超声在腹部、胎儿监测等诊断应用中有独到优势。超声在腹部、胎儿监测等诊断应用中有独到优势。4、核医学及发展、核医学及发展4.1、什么是核医学？、什么是核医学？核医学设备是通过有选择地测量摄入人体内的放射性

14、核素所发出的核医学设备是通过有选择地测量摄入人体内的放射性核素所发出的射线来实现人体成像的射线来实现人体成像的设备。设备。4.2、核医学的发展、核医学的发展1896年年1月月20日法国贝克发现日法国贝克发现 铀铀1898年年7月月18日居里夫人分离出钋日居里夫人分离出钋 12月分离出镭月分离出镭 1923年哈维锡指示剂理论年哈维锡指示剂理论1951年闪烁照相机年闪烁照相机1957年年照相机照相机1979年年SPECT90年代年代PET-CT4.3、核医学成像的特点及应用、核医学成像的特点及应用核医学成像的信息载体是核医学成像的信息载体是r射线，通过检测引入人体的放射性药物产生的射线，通过检测引

15、入人体的放射性药物产生的r射线。射线。PET(Positron Emission Computed Tomography，PET)的全称为正电子发射计算机断层扫描的全称为正电子发射计算机断层扫描代谢显像和定量分析代谢显像和定量分析应用应用组成人体主要元素的短命核素组成人体主要元素的短命核素如如11、13、15等正电子核素为示踪剂等正电子核素为示踪剂多层面断层影象、三维定量结果以及三维全身扫描多层面断层影象、三维定量结果以及三维全身扫描从分子水平动态观察到代谢物或药物在人体内的生理生化变化，用以研究人体生理、生化、从分子水平动态观察到代谢物或药物在人体内的生理生化变化，用以研究人体生理、生化、化

16、学递质、受体乃至基因改变。化学递质、受体乃至基因改变。PET-CT将将CT与与PET融为融为一体一体，是医学影像学的又一次革命，是医学影像学的又一次革命由由CT提供病灶的精确解剖定位提供病灶的精确解剖定位,而而PET提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息,具有具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点灵敏、准确、特异及定位精确等特点,一次显像可获得全身各方位的断层图像一次显像可获得全身各方位的断层图像,可可一目了然的了解全身整体状况一目了然的了解全身整体状况,达到早期发现病灶和诊断疾病的目的。达到早期发现病灶和诊断疾病的目的。二、医学影像治疗二、医学影像治疗分类：介入放

17、射学系统（分类：介入放射学系统（DSA）与）与 立体定向放射治疗系统（立体定向放射治疗系统（r刀、刀、X刀）刀）1、介入放射学系统（、介入放射学系统（DSA）以影像诊断学为基础，在影像设备的导向下，利用经皮穿刺和导管技术等，对疾以影像诊断学为基础，在影像设备的导向下，利用经皮穿刺和导管技术等，对疾病进行非手术性治疗或者用以取得组织学、细菌学等材料，以明确病变性质。病进行非手术性治疗或者用以取得组织学、细菌学等材料，以明确病变性质。医学影像设备的导向是完成介入治疗的关键，主要有：医学影像设备的导向是完成介入治疗的关键，主要有：X线电视透视、超声、线电视透视、超声、CT、MRI、DSA，目前以，目

18、前以DSA为主。为主。2、立体定向放射治疗设备、立体定向放射治疗设备利用利用CT、MRI、DSA等成像设备加上立体定向装置对病变区作高精度定位在专用等成像设备加上立体定向装置对病变区作高精度定位在专用治疗计划系统指导下利用治疗计划系统指导下利用X线、线、线对病变区进行照射，杀死肿瘤细胞完成治疗。线对病变区进行照射，杀死肿瘤细胞完成治疗。伽玛刀伽玛刀利用射线的几何聚焦原理，将经过规划的大剂量伽玛射线集中聚焦照利用射线的几何聚焦原理，将经过规划的大剂量伽玛射线集中聚焦照射在体内病灶，经过一次或多次照射后摧毁病灶组织，以达到外科手术切除或损射在体内病灶，经过一次或多次照射后摧毁病灶组织，以达到外科手

19、术切除或损毁肿瘤病灶的治疗效果。它广泛适用于大多数肿瘤的治疗。并具有治疗时间短，毁肿瘤病灶的治疗效果。它广泛适用于大多数肿瘤的治疗。并具有治疗时间短，不手术，不麻醉，不出血，无感染等优点。不手术，不麻醉，不出血，无感染等优点。三、图像存储传输与远程放射学（见数字化三、图像存储传输与远程放射学（见数字化X线成像章节）线成像章节）小结：各类医学影像设备比较小结：各类医学影像设备比较现代影像学的发展现代影像学的发展 三个主要的阵营：三个主要的阵营：经典医学影像学：以经典医学影像学：以X线、线、CT、MRI、超声成像等为主，显示人体解剖结、超声成像等为主，显示人体解剖结构和生理功能。构和生理功能。以介

20、入放射学为主体的治疗学阵营。以介入放射学为主体的治疗学阵营。分子影像学：分子影像学：(molecular imaging)运用影像学手段显示组织水平、细胞运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化,对其生物学行对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。以为在影像方面进行定性和定量研究的科学。以MRI、PET、光学成像及小、光学成像及小动物成像设备等为主。动物成像设备等为主。第二章第二章 放射物理基础放射物理基础第一节第一节 X线的产生线的产生一、一、X线的发现线的发现1895年年11月月8日伦琴发

21、现日伦琴发现X线。线。二、二、X线的产生线的产生（一）产生（一）产生X线的必备条件线的必备条件1、电子源、电子源 钨丝加热钨丝加热至一定温度至一定温度放出电子放出电子，在灯丝周围，在灯丝周围形成电子云形成电子云。2、高速电子流、高速电子流 电子高速冲击阳极，须具备：在电子高速冲击阳极，须具备：在X线管的线管的阴极和阳极间阴极和阳极间加以高电压，通过在两极间加以高电压，通过在两极间产生的强电场产生的强电场使电子向阳极加速；为防止使电子向阳极加速；为防止电子与空气分子冲击电子与空气分子冲击而减速和而减速和灯丝的氧化灯丝的氧化损坏，必须保持高真空度。损坏，必须保持高真空度。3、阳极靶面、阳极靶面 接

22、受高速电子撞击，使高速电子所带的部分接受高速电子撞击，使高速电子所带的部分动能转变为动能转变为X线线能能。靶物质（焦点面）一般是高原子序数、高熔点的钨制成。作用：。靶物质（焦点面）一般是高原子序数、高熔点的钨制成。作用：接接受电子撞击受电子撞击；完成高压电路的回路完成高压电路的回路。诊断和治疗诊断和治疗用的用的X线管的靶面由钨制成；线管的靶面由钨制成；特殊用途（乳腺特殊用途（乳腺）的）的X线管用钼线管用钼制成。制成。（二）（二）X线的产生原理线的产生原理X线的产生原理是线的产生原理是高速电子和靶物质相互作用的结果高速电子和靶物质相互作用的结果。在。在真空条件下高千真空条件下高千伏的电场产生的高

23、速电子与靶物质的原子核和内层轨道电子作用，分别伏的电场产生的高速电子与靶物质的原子核和内层轨道电子作用，分别产生连续产生连续X线和特征线和特征X线线。三、连续三、连续X线特征（标识）线特征（标识）X线线（一）连续（一）连续X线线1、连续、连续X线的产生线的产生 高速电子高速电子进入原子核附近的强电场区域进入原子核附近的强电场区域，后，后飞离强电飞离强电场区域场区域完成一次电子与原子核的相互作用，完成一次电子与原子核的相互作用，电子向外辐射电磁波损失能电子向外辐射电磁波损失能量量，电子的速度和方向发生变化电子的速度和方向发生变化。电子的这种能量辐射叫。电子的这种能量辐射叫轫致辐射轫致辐射，这这种

24、辐射所产生的能量为种辐射所产生的能量为h的电磁波称为连续的电磁波称为连续X线线。连续连续X线光子能量取决于：电子接近核的情况；电子的能量；核电荷线光子能量取决于：电子接近核的情况；电子的能量；核电荷。2、连续、连续X线的最短波长（线的最短波长（min）min=nm。可见。可见最短波长仅与管电压有最短波长仅与管电压有关关。（二）特征（二）特征X线线1、特征、特征X线的产生线的产生 高速电子与靶原子的内层轨道电子作用高速电子与靶原子的内层轨道电子作用，电子被击脱电子被击脱，外壳层电子跃迁填充空位外壳层电子跃迁填充空位时，时，多余的能量以光子（多余的能量以光子（X线）的形式放出线）的形式放出，即，即

25、特征特征X线线。2、特征、特征X线的激发电压线的激发电压 eU=W（结合能）时，（结合能）时，U=W/e称为称为最低激发电压最低激发电压。故故管电压低于某系最低激发电压时，则此系特征管电压低于某系最低激发电压时，则此系特征X线将不会发生线将不会发生。四、影响四、影响X线产生的因素线产生的因素（一）（一）X线产生的效率线产生的效率X线管中产生的线管中产生的X线能与加速电子所消耗电能的比值线能与加速电子所消耗电能的比值，叫做，叫做X线的产生效率。线的产生效率。忽略极少的特征忽略极少的特征X线，线，=K1ZU。X线产生效率线产生效率不足不足1%，其余在阳极，其余在阳极变成热变成热能，使阳极靶面升温能

26、，使阳极靶面升温。（二）影响（二）影响X线产生的因素线产生的因素1、影响连续、影响连续X线产生的因素线产生的因素 包括靶物质、管电压、管电流和高压波形。包括靶物质、管电压、管电流和高压波形。（1）靶物质）靶物质 连续连续X线强度与靶物质的原子序数成正比线强度与靶物质的原子序数成正比。不同靶物质的。不同靶物质的X线谱高能端重合线谱高能端重合，是，是因为因为X线谱的最大光子能量只与管电压有关，与靶物线谱的最大光子能量只与管电压有关，与靶物质无关质无关；不同靶物质的；不同靶物质的X线谱低能端重合线谱低能端重合，是，是因为因为X线管固有滤过和低能线管固有滤过和低能成分被管壁吸收的缘故成分被管壁吸收的缘

27、故。（2）管电流）管电流 连续连续X线强度与管电流成正比线强度与管电流成正比。管电压一定时，。管电压一定时，管电流愈大，管电流愈大，说明撞击阳极靶面的电子数愈多说明撞击阳极靶面的电子数愈多，X线也愈大线也愈大。（3）管电压）管电压 连连续续X线强度与管电压的线强度与管电压的n次方成正比次方成正比。（4）高压波形）高压波形 供给供给X线管的管电压都是脉动电压，有两种形式：单相电线管的管电压都是脉动电压，有两种形式：单相电源的半波和全波，三相电源的源的半波和全波，三相电源的6脉冲和脉冲和12脉冲。脉动电压产生的连续脉冲。脉动电压产生的连续X线线强度比峰值相当的恒定电压产生的低；三相电源产生的连续强

28、度比峰值相当的恒定电压产生的低；三相电源产生的连续X线强度比单线强度比单相电源产生的硬线多、强度大。相电源产生的硬线多、强度大。2、影响特征、影响特征X线产生的因素线产生的因素特征特征X线强度与管电流成正比线强度与管电流成正比，其，其发生与否受制于管电压是否大于某系的发生与否受制于管电压是否大于某系的最低激发电压最低激发电压，并，并随管电压继续升高强度迅速增大随管电压继续升高强度迅速增大。对钨靶对钨靶X线管而言，管电压在线管而言，管电压在80-150kV，特征，特征X线占线占10-28%。医用医用X线主要线主要使用的是连续辐射；物质结构的光谱分析中使用特征辐射使用的是连续辐射；物质结构的光谱分

29、析中使用特征辐射。五、五、X线强度的空间分布线强度的空间分布阳极倾角影响阳极倾角影响X线分布线分布。阳极倾角阳极倾角指指垂直于垂直于X线管长轴的平面与靶面的夹线管长轴的平面与靶面的夹角角。在在通过通过X线管长轴且垂直于有效焦点平面内线管长轴且垂直于有效焦点平面内，近阳极端近阳极端X线强度弱线强度弱，近阴近阴极端强极端强，最大处约在最大处约在10处处，其，其分布非对称性分布非对称性，这现象称为，这现象称为阳极效应阳极效应。阳极倾角越小，阳极效应越明显阳极倾角越小，阳极效应越明显。在在通过通过X线管短轴且垂直于有效焦点平面内线管短轴且垂直于有效焦点平面内测定，测定，在在90处最大，分布基本处最大，

30、分布基本上对称上对称。第二节第二节 X线的本质及其物质的相互作用线的本质及其物质的相互作用一、一、X线的本质与特性线的本质与特性X线是电磁辐射谱中的一部分，线是电磁辐射谱中的一部分，属于电离辐射属于电离辐射，其，其波长介于紫外线与波长介于紫外线与射线之间射线之间，具有电磁具有电磁波和光量子双重特性波和光量子双重特性。本质而言，。本质而言，X线与可见光、红外线、紫外线、线与可见光、红外线、紫外线、射线完全相同，射线完全相同，都是都是电磁波电磁波，只不过，只不过X线线频率很高，波长很短频率很高，波长很短。1、X线具有波动性线具有波动性 突出表现在其传播时突出表现在其传播时。有反射、折射、衍射、偏振

31、等现象。有反射、折射、衍射、偏振等现象。2、X线具有微粒性线具有微粒性 突出表现在其与物质相互作用时突出表现在其与物质相互作用时。光电效应、荧光作用、电离作用等。光电效应、荧光作用、电离作用等。（二）（二）X线的特性线的特性1、物理特性、物理特性（1）X线在线在均匀的、各向同性的介质中均匀的、各向同性的介质中，是，是直线传播直线传播的的不可见电磁波不可见电磁波；（2）X线不带电线不带电，不受外界磁场或电场的影响不受外界磁场或电场的影响。（3）穿透本领）穿透本领 X线能量高则穿透力强线能量高则穿透力强，反之则弱。，反之则弱。（4）荧光作用）荧光作用 荧光物质原子被激发或电离，当荧光物质原子被激发

32、或电离，当被激发的原子恢复到基态时，便放出荧光被激发的原子恢复到基态时，便放出荧光。（5）电离作用）电离作用 X线的电离作用线的电离作用主要是它的次级电子的电离作用主要是它的次级电子的电离作用。（6）热作用）热作用2、化学特性、化学特性（1）感光作用）感光作用 （2）着色作用）着色作用 使结晶体脱水变色使结晶体脱水变色，又称，又称脱水作用脱水作用。3、生物效应特性、生物效应特性 二、二、X线与物质的相互作用线与物质的相互作用（一）光电效应（一）光电效应1、光电效应的定义、光电效应的定义 X线光子与线光子与构成原子的构成原子的内壳层轨道电子碰撞内壳层轨道电子碰撞，将全部将全部能量都传给原子的壳层

33、电子能量都传给原子的壳层电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚，成为获得能量的电子摆脱原子核的束缚，成为自由电子（光电子）自由电子（光电子），而，而X线光子则被物质的原子吸收线光子则被物质的原子吸收，这种现象称为，这种现象称为光光电效应电效应。失去电子的原子成为正离子，处于激发态，外层电子填充空位，。失去电子的原子成为正离子，处于激发态，外层电子填充空位，放出放出特征特征X线线。特征特征X线离开原子前，又击出外层轨道电子，使之成为俄线离开原子前，又击出外层轨道电子，使之成为俄歇电子歇电子，这个现象称为，这个现象称为俄歇效应俄歇效应。光电效应产物：光电效应产物：光电子、正离子、特征光电子、正离子、

34、特征X线和俄歇电子线和俄歇电子。2、光电效应产生条件及发生几率、光电效应产生条件及发生几率和入射光子能量的三次方成反比和入射光子能量的三次方成反比；和原子序数的四次方成正比和原子序数的四次方成正比。3、光电效应在、光电效应在X线摄影中的意义线摄影中的意义 其其不产生有效的散射，对胶片不产生灰不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾雾，可增加可增加X线对比度线对比度。因。因光电效应中，光子的能量全部被吸收，比任何光电效应中，光子的能量全部被吸收，比任何其他效应都多，所以为减少对病人的照射，在适当情况下，要采用高能其他效应都多，所以为减少对病人的照射，在适当情况下，要采用高能量的射线量的射线。（二）康普

35、顿效应（二）康普顿效应1、康普顿效应的定义、康普顿效应的定义 也称也称康普顿散射康普顿散射。光子击脱原子外层轨道上的电子或自由光子击脱原子外层轨道上的电子或自由电子电子，入射光子损失部分能量，并改变原来传播方向，变成散射光子（散射线）入射光子损失部分能量，并改变原来传播方向，变成散射光子（散射线），电子从光子处获得部分能量脱离原子核束缚，按一定方向射出，称为反冲电子电子从光子处获得部分能量脱离原子核束缚，按一定方向射出，称为反冲电子，这过程称为这过程称为康普顿效应康普顿效应。光子入射和散射方向的夹角光子入射和散射方向的夹角称为散射角，即偏转角度。称为散射角，即偏转角度。反冲电子的运动方向和入射

36、光子的传播方向的夹角反冲电子的运动方向和入射光子的传播方向的夹角称为反冲角。偏转角度愈大，称为反冲角。偏转角度愈大，光子能量损失愈多。光子能量损失愈多。X线摄影中的散射线几乎都来自这种散射线摄影中的散射线几乎都来自这种散射。摄影时到达前方的散射线使胶片产生摄影时到达前方的散射线使胶片产生灰雾灰雾。2、康普顿效应的发生几率、康普顿效应的发生几率与入射光子的能量成反比，即与入射光子的波长成正比与入射光子的能量成反比，即与入射光子的波长成正比；与物质原子序数成正比与物质原子序数成正比。（三）电子对效应（三）电子对效应1、电子对效应的定义、电子对效应的定义 具有具有足够能量的光子与靶原子核发生相互作用

37、足够能量的光子与靶原子核发生相互作用，光子突然光子突然消失，同时转化为一对正、负离子消失，同时转化为一对正、负离子，的过程称为，的过程称为电子对效应电子对效应。2、电子对效应的产生条件、电子对效应的产生条件 电子静止质量能电子静止质量能moc2=0.51MeV，所以要产生电子对效，所以要产生电子对效应，应，入射光子的能量必须大于或等于入射光子的能量必须大于或等于1.02 MeV。超过部分转化为电子对的动能。超过部分转化为电子对的动能。3、电子对效应的发生几率、电子对效应的发生几率 与光子能量的对数成正比与光子能量的对数成正比；与单位体积内的原子个数与单位体积内的原子个数成正比成正比；与物质原子

38、序数的平方成正比。故，；与物质原子序数的平方成正比。故，该作用对高能光子和高原子序数物该作用对高能光子和高原子序数物质来说才重要质来说才重要（四）相干散射（四）相干散射 主要是指主要是指瑞利散射瑞利散射。指。指入射光子被原子的内壳层电子吸收并激发到外层入射光子被原子的内壳层电子吸收并激发到外层高能级上高能级上，随即又跃迁回原能级，同时放出一个能量与入射光子相同，随即又跃迁回原能级，同时放出一个能量与入射光子相同，但传播方向发生改变的散射光子但传播方向发生改变的散射光子的过程称为的过程称为瑞利散射瑞利散射。实际上就是实际上就是X线的线的折射折射。唯一不产生电离的过程唯一不产生电离的过程。发生几率

39、与物质原子序数成正比发生几率与物质原子序数成正比，并，并随光子能量增大而急剧地减少随光子能量增大而急剧地减少。不。不足全部作用的足全部作用的5%。（五）光核反应（五）光核反应就是就是光子与原子核作用光子与原子核作用，从原子核内击出数量不等的中子、质子和从原子核内击出数量不等的中子、质子和光子光子的核反应的核反应过程，称为过程，称为光核作用光核作用。综上所述，光电效应、康普顿效应、电子对效应综上所述，光电效应、康普顿效应、电子对效应三个主要过程三个主要过程和相干散和相干散射、光核反应射、光核反应两个次要过程两个次要过程。在。在诊断诊断X线能量范围内，只能发生光电效应、线能量范围内，只能发生光电效

40、应、康普顿效应和相干散射，电子对效应、光核反应不可能发生康普顿效应和相干散射，电子对效应、光核反应不可能发生。三、各种效应发生的相对几率三、各种效应发生的相对几率20-100keV诊断诊断X线能量范围内，只有光电效应和康普顿效应是最重要的，线能量范围内，只有光电效应和康普顿效应是最重要的，相干散射占比例很小。对相干散射占比例很小。对20keV的低能的低能X线，各种物质均以光电效应为主。线，各种物质均以光电效应为主。对造影剂（碘剂和钡剂），在整个诊断对造影剂（碘剂和钡剂），在整个诊断X线能量范围内，光电效应始终占线能量范围内，光电效应始终占绝对优势绝对优势第三节第三节 X线强度、线强度、X线质与

41、线质与X线量线量一、一、X线的波长与管电压线的波长与管电压管电压增高，被加速的电子速度增大管电压增高，被加速的电子速度增大。但。但X线管中高速电子的速度并不是与管电线管中高速电子的速度并不是与管电压成正比，因为电子质量随速度变化而变化的缘故压成正比，因为电子质量随速度变化而变化的缘故。max=1.5min。由于。由于滤过不同滤过不同，连续连续X线的平均能量，一般为最大能量的线的平均能量，一般为最大能量的1/3 1/2。其。其平均波长平均波长mean=2.5min。二、二、X线强度线强度即即X线束中的线束中的光子数与每个光子的能量的乘积光子数与每个光子的能量的乘积。三、三、X线质线质又称又称X线

42、的硬度。由波长（或频率）决定。波长短（频率高），线的硬度。由波长（或频率）决定。波长短（频率高），X线光子具有的能线光子具有的能量越大，量越大，X线的穿透力越强，即线的穿透力越强，即X线质硬。线质硬。（一）半值层（一）半值层X线质的另一种表示方法是半值层（线质的另一种表示方法是半值层（HVL）。指。指使入射使入射X线强度衰减到初始值一半线强度衰减到初始值一半时，所需的标准吸收物质的厚度时，所需的标准吸收物质的厚度。用。用毫米铝（毫米铝（mmAl）表示。诊断用表示。诊断用X线的半值层线的半值层一般一般1.5-4之间。之间。（二）管电压（二）管电压由于由于X线管壁、绝缘油层、放射窗口、附加滤过板等

43、吸收，线管壁、绝缘油层、放射窗口、附加滤过板等吸收，150KV射出射出X线管壁的线管壁的X线波长约为线波长约为0.06nm；应用于应用于X线摄影中的线摄影中的X线波长在线波长在0.008-0.06nm之间之间。实际应用中是以管电压和滤过情况来反映实际应用中是以管电压和滤过情况来反映X线的质。滤过一定时，常用管电压的线的质。滤过一定时，常用管电压的千伏值来粗略描述千伏值来粗略描述X线的质线的质。影响影响X线质的因素有：管电压、滤过及整流方式（即高压波形）线质的因素有：管电压、滤过及整流方式（即高压波形）四、X线量（一）测量方法 X线诊断范围内常用管电流与曝光时间乘积-管电流流量Q（mAs）表示。

44、（二）影响X线量的因素 与靶面物质原子序数成正比；与管电压平方成正比（诊断能量范围）；与管电流及曝光时间成正比。第四节 X线的吸收与衰减一、距离的衰减与距离的平方成反比，这一规律称射线强度衰减的平方反比法则。距离所致的衰减，也称扩散衰减。在真空中才成立。在空气中，一般忽略空气对X线的衰减。二、物质吸收的衰减射线通过物质时，射线光子与物质原子发射光电效应、康普顿效应、电子对效应等一系列作用，致使入射方向上的射线强度衰减称为物质吸收的衰减。其衰减规律是X线透视、摄影、造影及各种特殊检查、CT检查和放射治疗的基本依据。也是屏蔽防护的根据。物理意义的窄束指射线束中不存在散射成分。三、连续X线在物质中的

45、衰减特点衰减特点：强度变小，硬度提高，能谱变窄强度变小，硬度提高，能谱变窄。实际应用中，可通过改变改变X线管窗口滤过厚度来调节线管窗口滤过厚度来调节X线束的线质线束的线质。四、衰减系数、影响衰减的因素（一）衰减系数1、线衰减系数I=I0e-x。I为穿透厚度为x的物质层后的射线强度。线衰减系衰减系数数的国际单位是的国际单位是m-1。在诊断能量范围内，诊断能量范围内，值主要是光电线值主要是光电线衰减系数衰减系数和康普顿线衰减系数和康普顿线衰减系数之和，即之和，即=+。2、质量衰减系数质量衰减系数质量衰减系数m=/。dx=1，称为单位质量厚度，称为单位质量厚度，物理意义是：在在1m2面积上均匀分布面

46、积上均匀分布1kg质量吸收物质层的厚度值质量吸收物质层的厚度值。质量衰减系数的单位是质量衰减系数的单位是m2kg-1。在诊断能量范围内，m+m。m=K3Z4。（二）能量转移系数1、线能量转移系数=tr+s。重要的是确定X线能量的电子转移部分tr。tr=tr+tr+tr。tr称为线能量转移系数，其单位是单位是m-1。2、质量能量转移系数简称质能转移系数，=tr/。其单位是m2kg-1。（三）能量吸收系数1、线能量吸收系数如果次级电子的能量相当高，那么由于轫致辐射而消耗次级如果次级电子的能量相当高，那么由于轫致辐射而消耗次级电子的能量份额则不可忽略。故真正被物质吸收的能量应等电子的能量份额则不可忽

47、略。故真正被物质吸收的能量应等于光子转移给次级电子的能量减去因轫致辐射损失的能量，于光子转移给次级电子的能量减去因轫致辐射损失的能量，用用g表示表示。en=tr（1-g）。）。其单位是m2、质量能量吸收系数简称质能吸收系数，其单位是其单位是m2kg-1。（四）影响衰减的因素1、射线性质对衰减的影响 射线能量愈高，衰减愈小。射线能量愈高，衰减愈小。2、物质原子序数对衰减的影响 原子序数愈高的物质，吸收原子序数愈高的物质，吸收X线也愈多。线也愈多。透射量随入射线能量的增加而增加的规律，对透射量随入射线能量的增加而增加的规律，对Z物质是正确物质是正确的，对的，对Z物质则不然，当射线能量增加时，透过量

48、还可能突物质则不然，当射线能量增加时，透过量还可能突然下降，这种矛盾现象的产生，是由于原子的然下降，这种矛盾现象的产生，是由于原子的K边界吸收边界吸收造成。铅铅K边界吸收界限为边界吸收界限为88keV，锡的为，锡的为29keV。显然，在在29-88keV之间，锡比铅对之间，锡比铅对X线具有更强的衰减本领线具有更强的衰减本领。在诊断。在诊断X线能量范围内，锡比铅具有更好的屏蔽防护性能。线能量范围内，锡比铅具有更好的屏蔽防护性能。3、物质密度对衰减的影响 与物质密度成正比关系。与物质密度成正比关系。4、每克电子数对衰减的影响 电子数多的物质更容易衰减电子数多的物质更容易衰减X线。线。五、人体对X线

49、的衰减（一）人体的构成元素和组织密度有效原子序数有效原子序数 Z 是指在相同照射条件下，相同照射条件下，1kg复杂物质与复杂物质与1kg单质所吸收的辐射能相同时，则此单质的原子序数就称为复杂单质所吸收的辐射能相同时，则此单质的原子序数就称为复杂物质的有效原子序数物质的有效原子序数Z。组织的有效原子序数为7.43；骨的是14；空气的是7.64。（二）人体对X线的衰减主要通过光电效应和康普顿效应两种作用使其衰减。肌组织主要通过光电效应和康普顿效应两种作用使其衰减。肌组织在在42kV，两种效应各占50%，在90kV时，康普顿效应占90%。骨的有效原子序数较高，其发生光电效应几率是肌肉的2倍。在73k

50、V时，骨骼中两种效应几率相等。六、X线滤过因绝大部分低能射线被组织吸收，增加了皮肤剂量，为此需要预先把把X线束中的低能成分吸收掉，线束中的低能成分吸收掉，即X线滤过线滤过。（一）固有滤过指X线机本身的滤过，包括X线管的管壁、绝缘油层和窗口线管的管壁、绝缘油层和窗口的滤过板。的滤过板。一般用铝当量表示用铝当量表示，即一定厚度的铝板和其他物质对X线具有同等量的衰减时，此铝板厚度称为滤过物质的铝当量，单位是mmAl。（二）附加滤过在X线摄影中，附加滤过指X线管窗口到被检体之间所附加线管窗口到被检体之间所附加的滤过板的滤过板。如附加滤过板、可选择的附加滤过版、遮光器中反光镜和有机玻璃窗的滤过等。低能射