医学影像成像原理分析.ppt

第3章 医学影像成像原理 3.1 X线成像原理 3.2 X-CT成像原理 3.3 MRI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 X线的本质：电磁辐射 常用X线诊断设备： X线机、数字X线摄影设备（DSA、CR、DR）和X线计算机体层（ X线CT）等。 3.1.1 X线的特征 3.1.2 X射线成像原理 3.1.3 计算机X线摄影（CR） 3.1.4 直接数字化X线摄影系统（DR） 3.1.1 X线的特征 X射线在电磁辐射中的特点属于高频率、波长短的射线 X射线的频率约在3×1016～3×1020 Hz之间，波长约在10～10-3nm之间 X线诊断常用的X线波长范围为0.008～0.031nm 3.1.1 X线的特征 3.1.1 X线的特征 1. X射线的波粒二象性 X射线同时具有波动性和微粒性，统称为波粒二象性 。 X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地位，具有质量、能量和动量。 3.1.1 X线的特征 2. X射线与物质间的相互作用 （1）X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 2. X射线与物质间的相互作用 （2）X射线的荧光作用。 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。 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。 （3）X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。 3.1.1 X线的特征 2. X射线与物质间的相互作用 （4）X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。 （5）X射线的化学效应。 X射线能使多种物质发生光化学反应。例如，X射线能使照相底片感光。 （6）X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，使细胞受到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为X射线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。 3.1. 2 X射线成像原理 当高速带电粒子撞击物质受阻而突然减速时，能够产生X 射线。医学影像诊断所用的X线产生设备是X线管（X-ray tube，球管）。 1．X射线的产生 X射线的产生需要的基本条件是： （1）有高速运动的电子流； （2）有阻碍带电粒子流运动的障碍物（靶），用来阻止电子的运动，可以将电子的动能转变为X射线光子的能量。 3.1. 2 X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、高压电源及低压电源，如图3.2所示。 3.1. 2 X射线成像原理 2. X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射线信息进行采集、转换，并使之成为可见的影像，即为X射线人体成像。 （1）X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，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。由于人体各种组织、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，从而使透过人体的X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。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见光的强度分布，形成人眼可见的X 射线影像。 3.1. 2 X射线成像原理 3.1. 2 X射线成像原理 3.1. 2 X射线成像原理 2. X射线人体成像 （2）X射线的采集与显示 ① 医用X 射线胶片与增感屏 医用X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（latent image）。 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（gray）分布像。胶片感光层中的卤化银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，在X射线照片上呈白影；反之，如果组织的物质密度低，则吸收X射线少，在X射线照片上呈黑影。 3.1. 2 X射线成像原理 2. X射线人体成像 （2）X射线的采集与显示 ① 医用X 射线胶片与增感屏 医用X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 射线胶片的感光作用。 主要目的是：在实际