第三章 医学影像成像原理

3.1. 2 X射线成像原理 射线成像原理
2. X射线人体成像 射线人体成像 （2）X射线的采集与显示 ） 射线的采集与显示 医用X ① 医用 射线胶片与增感屏 医用X射线胶片的主要特性是感光 射线胶片的主要特性是感光， 医用 射线胶片的主要特性是感光， 即接受光照并产生化 学反应，形成潜影（ 学反应，形成潜影（latent image）。 ）
经过对有潜影的胶片处理（暗室处理：显影、定影等） 经过对有潜影的胶片处理（暗室处理：显影、定影等）。使胶片上的 潜影转变为可见的不同灰度（ 潜影转变为可见的不同灰度（gray）分布像。胶片感光层中的卤化银 ）分布像。 还原成金属银残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影像。 还原成金属银残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影像。人 体组织的物质密度高，则吸收X射线多 射线多， 射线照片上呈白影； 体组织的物质密度高 ， 则吸收 射线多 ， 在 X射线照片上呈白影； 反 射线照片上呈白影 如果组织的物质密度低，则吸收X射线少 射线少， 之 ， 如果组织的物质密度低 ， 则吸收 射线少 ， 在 X射线照片上呈黑 射线照片上呈黑 影。
X射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，如磷、铂氰化 射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，如磷、 射线是肉眼看不见的 硫化锌、钨酸钙等，能够使这些物质的原子处于激发态， 钡、硫化锌、钨酸钙等，能够使这些物质的原子处于激发态，当它们 回到基态时就能够发出荧光，这类物质称荧光物质。 回到基态时就能够发出荧光，这类物质称荧光物质。 医学中透视用的荧光屏、 射线摄影用的增感屏 射线摄影用的增感屏、 医学中透视用的荧光屏、X射线摄影用的增感屏、影像增强器中 的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。 的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。
3.1. 2 X射线成像原理 射线成像原理
2. X射线人体成像 射线人体成像 （2）X射线的采集与显示 ） 射线的采集与显示 医用X ① 医用 射线胶片与增感屏
医用X射线增感屏为荧光增感屏， 医用 射线增感屏为荧光增感屏，其增感原理为增感屏上的荧光物质 射线增感屏为荧光增感屏 受到X射线激发后 发出易被胶片所接收的荧光，从而增强对X 射线激发后， 受到 射线激发后，发出易被胶片所接收的荧光，从而增强对 射线 胶片的感光作用。 胶片的感光作用。 主要目的是：在实际X 射线摄影中，仅有不到10%的X射线光子能直 主要目的是：在实际 射线摄影中，仅有不到 的 射线光子能直 接被胶片吸收形成潜影，绝大部分X射线光子穿透胶片 射线光子穿透胶片， 接被胶片吸收形成潜影，绝大部分 射线光子穿透胶片，得不到有效 的利用。因此需要利用一种增感方法来增加X射线对胶片的曝光 射线对胶片的曝光， 的利用。因此需要利用一种增感方法来增加 射线对胶片的曝光，以 缩短摄影时间，降低X射线的辐射剂量 射线的辐射剂量。 缩短摄影时间，降低 射线的辐射剂量。常采用的增感措施是在暗盒 中将胶片夹在两片增感屏（ 中将胶片夹在两片增感屏（intensifying screen）之间，然后进行曝 ）之间， 光。
第3章 医学影像成像原理 章
3.1 X线成像原理 线成像原理 3.2 X-CT成像原理 成像原理 3.3 MRI成像原理 成像原理 3.4 超声波成像原理 3.5 核医学设备成像基本原理
3.1 X线成像原理 线成像原理
X线的本质：电磁辐射 线的本质： 线的本质 常用X线诊断设备 线诊断设备： 线机 数字X线摄影设备 线机、 常用 线诊断设备： X线机、数字 线摄影设备 线计算机体层（ 线 ） （DSA、CR、DR）和X线计算机体层（ X线CT） 、 、 ） 线计算机体层 等。 3.1.1 X线的特征 线的特征 3.1.2 X射线成像原理 射线成像原理 3.1.3 计算机X线摄影（CR） 计算机 线摄影（ ） 线摄影 3.1.4 直接数字化 线摄影系统（DR） 直接数字化X线摄影系统 线摄影系统（ ）
X射线能使多种物质发生光化学反应。例如，X射线能使照相底片 射线能使多种物质发生光化学反应。例如， 射线能使照相底片 射线能使多种物质发生光化学反应 感光。 感光。
射线的生物效应。 （6）X射线的生物效应。 ） 射线的生物效应
生物组织经一定量的X射线照射，会产生电离和激发， 生物组织经一定量的 射线照射，会产生电离和激发，使细胞受到 射线照射 损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为X射线 损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为 射线 的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。 的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。
3.1.1 X线的特征 线的特征
2. X射线与物质间的相互作用 射线与物质间的相互作用 射线的热作用。 （4）X射线的热作用。 ） 射线的热作用
X射线被物质吸收，绝大部分最终都将变为热能，使物体温升。 射线被物质吸收，绝大部分最终都将变为热能，使物体温升。 射线被物质吸收
（5）X射线的化学效应。 射线的化学效应。 ） 射线的化学效应
3.1. 2 X射线成像原理 射线成像原理
X射线的产生装置主要包括三部分 ： X射线管 、 高压电源 射线的产生装置主要包括三部分： 射线管 射线管、 射线的产生装置主要包括三部分 及低压电源，如图3.2所示 所示。 及低压电源，如图 所示。
3.1. 2 X射线成像原理 射线成像原理
2. X射线人体成像 射线人体成像 使用X射线对人体进行照射 并对透过人体的X射线信息 射线对人体进行照射， 使用 射线对人体进行照射 ， 并对透过人体的 射线信息 进行采集、转换，并使之成为可见的影像，即为X射线人 进行采集、转换 ，并使之成为可见的影像，即为 射线人 体成像。 体成像。 （1）X射线影像的形成 ） 射线影像的形成 当一束强度大致均匀的X射线投照到人体上时 射线投照到人体上时， 当一束强度大致均匀的 射线投照到人体上时，X 射线一 部分被吸收和散射，另一部分透过人体沿原方向传播。 部分被吸收和散射，另一部分透过人体沿原方向传播。由 于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差异， 于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差异，对 投照在其上的X射线的吸收量各不相同 射线的吸收量各不相同， 投照在其上的 射线的吸收量各不相同， 从而使透过人体 射线强度分布发生变化并携带人体信息， 的 X射线强度分布发生变化并携带人体信息 ， 最终形成 射线强度分布发生变化并携带人体信息 最终形成X 射线信息影像。 射线信息影像不能为人眼识别 射线信息影像不能为人眼识别， 射线信息影像 。 X射线信息影像不能为人眼识别， 须通过 一定的采集、转换、显示系统将X射线强度分布转换成可 一定的采集 、 转换、显示系统将 射线强度分布转换成可 见光的强度分布，形成人眼可见的X 射线影像。 见光的强度分布，形成人眼可见的 射线影像。
3.1.1 X线的特征 线的特征
X射线在电磁辐射中的特点属于高频率、波长短 射线在电磁辐射中的特点属于高频率、 射线在电磁辐射中的特点属于高频率 的射线 X射线的频率约在 ×1016～3×1020 Hz之间， 射线的频率约在3× 之间， 射线的频率约在 ～ × 之间 波长约在10～ 波长约在 ～10-3nm之间 之间 X线诊断常用的 线波长范围为 线诊断常用的X线波长范围为 线诊断常用的 线波长范围为0.008～ ～ 0.031nm
3.1.3 计算机X线摄影（CR） 计算机 线摄影（ ） 线摄影
计算机X线摄影 （ 计算机 线摄影（ Computed 线摄影 Radiography， CR） ， ） 是将X线透过人体后的信息记录在成像板（ 是将 线透过人体后的信息记录在成像板（Image Plate， 线透过人体后的信息记录在成像板 ， IP）上，经读取装置读取后，由计算机以数字化图像信息 ） 经读取装置读取后， 的形式储存，再经过数字 模拟（D/A）转换器将数字化信 模拟（ 的形式储存，再经过数字/模拟 ） 息转换成图像的组织密度（灰度）信息， 息转换成图像的组织密度（灰度）信息，最后在荧光屏上 显示。其中，成像板是 成像技术的关键。 显示。其中，成像板是CR 成像技术的关键。
3.1. X射线成像原理 射线成像原理
2. X射线人体成像 射线人体成像 （2）X射线的采集与显示 ） 射线的采集与显示 ② X射线电视系统 射线电视系统 X射线电视系统主要包括 射线影像增强器 、 光学图像分 射线电视系统主要包括X射线影像增强器 射线电视系统主要包括 射线影像增强器、 配系统、 配系统、含有摄像机与监视器的闭路视频系统与辅助电子 设备。 设备。 X射线影像增强管是影像增强器的核心部件。 射线影像增强管是影像增强器的核心部件。 射线影像增强管是影像增强器的核心部件
3.1.1 X线的特征 线的特征
3.1.1 X线的特征 线的特征
1. 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，统称为波粒二象 射线同时具有波动性和微粒性， 射线同时具有波动性和微粒性 性。 X射线在传播时，它的波动性占主导地位，具有频 射线在传播时，它的波动性占主导地位， 射线在传播时 率和波长，且有干涉、衍射等现象发生。 率和波长，且有干涉、衍射等现象发生。 X射线在与物质相互作用时，它的粒子特性占主导 射线在与物质相互作用时， 射线在与物质相互作用时 地位，具有质量、能量和动量。 地位，具有质量、能量和动量。
3.1.1 X线的特征 线的特征
2. X射线与物质间的相互作用 射线与物质间的相互作用 射线的穿透作用。 （1）X射线的穿透作用。 ） 射线的穿透作用
其贯穿本领的强弱与物质的性质有关
3.1.1 X线的特征 线的特征
2. X射线与物质间的相互作用 射线与物质间的相互作用 射线的荧光作用。 （2）X射线的荧光作用。 ） 射线的荧光作用
射线的电离作用。 （3）X射线的电离作用。 ） 射线的电离作用
X射线虽然不带电，但具有足够能量的X光子能够撞击原子中轨道 射线虽然不带电，但具有足够能量的 光子能够撞击原子中轨道 射线虽然不带电 电子，使之脱离原子产生一次电离。 电子，使之脱离原子产生一次电离。 电离作用也是X射线损伤和治疗的基础。 电离作用也是 射线损伤和治疗的基础。 射线损伤和治疗的基础