X線基礎(chǔ)知識X線物理基礎(chǔ)

X線機(jī)的組成X線球管高壓發(fā)生裝置影像載體X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)X線機(jī)附屬裝置X線歷史德國科學(xué)家(1845-1923)WilhelmConradRoentgen1895年11月8日X線歷史

10monthslater(1896) byGenzoShimadzuJr.X線物理基礎(chǔ)X射線產(chǎn)生的必要條件電子源。必須有空壓電場及真空條件下的電子流。必須有適當(dāng)?shù)淖钃跷?金屬靶面)來承受高速電子的能量，使高速電子所帶的動能轉(zhuǎn)變成X線。X線物理基礎(chǔ)X射線的基本特性物理效應(yīng)穿透作用、熒光作用、電離作用、光學(xué)作用、熱作用化學(xué)效應(yīng)感光作用、著色作用生物效應(yīng)

X線是波長很短的電磁波。

X-Ray是一種不可見光。

X-Ray可以穿透物體。

X-Ray可以使化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng);產(chǎn)生熒光。

X-Ray可以產(chǎn)生生物效應(yīng),破壞細(xì)胞,改變基因。X線物理基礎(chǔ)X射線的質(zhì)和量X射線的三個參量：管電壓(kV)管電流(mA)曝光時間(s)X線物理基礎(chǔ)X射線的質(zhì)和量X射線的質(zhì)是指X射線光子能量的大小

可以用X線管的管電壓來描述X射線的質(zhì)，單位為kV。不同質(zhì)的X射線的用途名稱最短波長管電壓(kV)用途濾過板材料極軟X射線2.5～0.625～40軟組織攝影、表皮治療膠紙板軟X射線0.62～0.1240～150透視和攝影鋁硬X射線0.12～0.05150～250較深組織治療銅超硬X射線0.05以下250以上深部組織治療錫、鉛X線物理基礎(chǔ)X射線的質(zhì)和量X射線的量是指單位時間內(nèi)通過X射線入射方向的垂直的單位面積內(nèi)的X射線光子數(shù)的大小。通常用管電流I(mA)和曝光時間t(s)的乘積來描述。即毫安秒(mAs)。X線物理基礎(chǔ)X射線的質(zhì)和量質(zhì)和量對膠片曝光的影響

X-Ray質(zhì)

---由KV決定，高KV質(zhì)高，低KV質(zhì)低，

代表X線的穿透力(對比度)。X-Ray量

---由mA(X線量)和s(曝光時間)決定

表明曝光總量(黑化度)。X線機(jī)的組成X-ray發(fā)生裝置---球管和高壓發(fā)生器X-ray接收裝置---膠片或影像增強(qiáng)器有電視信號處理系統(tǒng)--有透視功能無電視信號處理系統(tǒng)--無透視功能(注：早期的透視功能X線機(jī)是利用熒光屏顯示圖像的)X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)X-ray附屬裝置：病床、球管支架、防護(hù)設(shè)備等X線機(jī)的組成X線機(jī)胃腸床高壓發(fā)生器控制臺(包括X線控制和床的控制)球管束光器影像增強(qiáng)器攝像機(jī)圖像一般透視胃腸X線機(jī)的工作過程X線球管原理及參量電子流以高速撞擊金屬靶面會產(chǎn)生X-Ray。電子流---球管陰極燈絲提供。高速---高壓發(fā)生器提供加載至球管。金屬靶面(主要成分為鎢)---球管陽極。X射線陽極陰極燈絲變壓器高壓變壓器管電壓高速電子流陽極靶陰極燈絲真空玻璃管焦點(diǎn)X線球管焦點(diǎn)物體圖像源相距焦物距物像距

X-Ray焦點(diǎn)---有效焦點(diǎn)尺寸愈小,影像清晰度越高，圖像銳利度越好。半影產(chǎn)生圖像模糊X線球管小焦點(diǎn)可使影像清晰。但是焦點(diǎn)越小，在焦點(diǎn)上集聚的能量越高，產(chǎn)生的熱量也就越高。因?yàn)橹挥屑s0.5%的電能轉(zhuǎn)化為X射線的能量，99.5%以上的能量轉(zhuǎn)化為熱能。最終將導(dǎo)致焦點(diǎn)面熔化。解決辦法：

雙焦點(diǎn)技術(shù)旋轉(zhuǎn)陽極技術(shù)水或油循環(huán)冷卻技術(shù)在透視時使用小焦點(diǎn)在攝影時使用大焦點(diǎn)高壓正KV負(fù)KV大焦燈絲小焦燈絲大焦燈絲變壓器小焦燈絲變壓器CLCCS陽極雙焦點(diǎn)技術(shù)X線球管旋轉(zhuǎn)陽極技術(shù)通過陽極旋轉(zhuǎn)來擴(kuò)大焦點(diǎn)面積，提高球管的散熱率，從而提高球管的功率。旋轉(zhuǎn)陽極球管旋轉(zhuǎn)速率有2700rpm、8500rpm(3倍頻)，甚至16000rpm(6倍頻)。旋轉(zhuǎn)陽極球管的靶面X線球管水或油循環(huán)冷卻技術(shù)真空油X線球管熱容量功率熱量kW×mA=kJkJ×1.35=kHU熱容量kHU散熱率kHU/minX線球管熱容量功率每次曝光產(chǎn)生的熱量熱容量散熱率高壓發(fā)生裝置

高壓發(fā)生裝置

高壓發(fā)生器：包括高壓變壓器、燈絲變壓器、高壓整流硅堆、高壓交換閘參量控制臺：KV控制、mA控制、曝光時間(s)控制等攝影的條件范圍：60---150KV,30---500,800,1000mA,0.01—6.4S透視的條件范圍：40---125KV,0.1---5mA,

長時間連續(xù)高壓發(fā)生裝置整流濾波逆變器高壓變壓器高壓整流高壓濾波Ut交流電直流點(diǎn)低紋波直流電壓高頻電壓交流高壓最高逆變頻率：

50,000Hz世界衛(wèi)生組織早就建議至少使用逆變頻率大于50Hz的中頻機(jī)，最好采用大于30KHz以上的高頻機(jī)。島津采用世界一流的50KW逆變式高壓發(fā)生器，最高逆變頻率已達(dá)50KHz，因而輸出更穩(wěn)定，軟射線更少，X線效率及圖像質(zhì)量大大提高，并使得醫(yī)生及病人所受放射劑量減小到最低水準(zhǔn)。高壓發(fā)生裝置頻率的一般劃分工頻-------≤50Hz

中頻-------≤3萬Hz人耳聽力約2萬多Hz3萬Hz以上無噪音

高頻----

--＞3萬Hz5萬Hz

脈動<2%

（1%-2%）曝光時間可控制到1ms5萬Hz2%脈動頻率高頻逆變島津目前采用5萬Hz高頻逆變發(fā)生器性能穩(wěn)定！！先進(jìn)的高壓發(fā)生器

原始波形中頻的波形高頻的波形2%先進(jìn)的高壓發(fā)生器

先進(jìn)的高壓發(fā)生器

中、高頻射線量的差別工頻高頻KV1=KV2mA1=mA2射線量1＜射線量2清晰度1＜清晰度2高壓發(fā)生裝置曝光的時間控制，即曝光時間(t)的控制

曝光的時間控制是通過限時器來實(shí)現(xiàn)的，有機(jī)械式限時器和電子式限時器。曝光過程控制

X線機(jī)有一個曝光手閘，它的按鈕有兩檔，第一檔是準(zhǔn)備檔按鈕(Ready)，第二檔是曝光檔按鈕(Radiography)。病人擺好位調(diào)節(jié)曝光參數(shù)KV、mA、S開始按曝光按鈕第一檔(Ready)燈絲加熱電路工作旋轉(zhuǎn)陽極啟動電路工作操作面板上Ready燈亮燈絲加熱到設(shè)定值旋轉(zhuǎn)陽極轉(zhuǎn)速到一定值按曝光按鈕第二檔(Radiography)球管上加上高壓計(jì)時電路工作計(jì)時器到設(shè)定時間值切斷高壓回路曝光結(jié)束松開手閘燈絲加熱停止工作旋轉(zhuǎn)陽極減速停止一次曝光完成單鈕自動曝光過程控制病人擺好位調(diào)節(jié)曝光參數(shù)KV開始按曝光按鈕第一檔(Ready)燈絲加熱電路工作旋轉(zhuǎn)陽極啟動電路工作操作面板上Ready燈亮燈絲加熱到設(shè)定值旋轉(zhuǎn)陽極轉(zhuǎn)速到一定值按曝光按鈕第二檔(Radiography)球管上加上高壓電離室工作，記錄X射線的劑量電離室紀(jì)錄的劑量到達(dá)一定值切斷高壓回路曝光結(jié)束松開手閘燈絲加熱停止工作旋轉(zhuǎn)陽極減速停止一次曝光完成根據(jù)球管容量計(jì)算出最大mA無鈕自動曝光過程控制病人擺好位根據(jù)透視KV值推算出攝影KV開始按曝光按鈕第一檔(Ready)燈絲加熱電路工作旋轉(zhuǎn)陽極啟動電路工作操作面板上Ready燈亮燈絲加熱到設(shè)定值旋轉(zhuǎn)陽極轉(zhuǎn)速到一定值按曝光按鈕第二檔(Radiography)球管上加上高壓電離室工作，記錄X射線的劑量電離室紀(jì)錄的劑量到達(dá)一定值切斷高壓回路曝光結(jié)束松開手閘燈絲加熱停止工作旋轉(zhuǎn)陽極減速停止一次曝光完成根據(jù)球管容量計(jì)算出最大mA其他控制電路X線管容量保護(hù)電路球管油溫檢測電路旋轉(zhuǎn)陽極啟動電路相位檢測電路(工頻機(jī))曝光方式控制電路球管選擇電路透視攝影切換電路KV補(bǔ)償電路空間電荷補(bǔ)償電路mA補(bǔ)償電路KV調(diào)節(jié)電路mA調(diào)節(jié)電路S選擇電路KV測量電路mA測量電路mAS測量電路參數(shù)顯示電路IBS自動亮度控制電路電源電壓檢測和調(diào)整自動曝光電路影像載體影像載體有下面幾種熒光屏膠片影像增強(qiáng)器影像板(IP板)平板數(shù)字探測器影像載體熒光屏材料：硫化鋅鎘，產(chǎn)生黃綠色光特點(diǎn)：發(fā)光效率低，僅有十分之一的X 光光子，所以必須在暗室條件 下觀察。影像載體膠片主要感光材料：溴化銀分辨率：分辨率的大小主要由溴化銀顆粒的大小所決定。溴化銀顆粒的大小一般為1～2μm。

一般用多少線對每毫米來表示，國產(chǎn)膠片的分辨率 為65～85線對/毫米。膠片規(guī)格：5×7，8×10，10×12，11×14，12×15，14×14，14×17。單位英寸。曝光后的膠片質(zhì)量參數(shù)：照片密度對比度及層次明銳度失真度影像增強(qiáng)器影像載體影像增強(qiáng)器原理面積縮小增強(qiáng)，電子倍增增強(qiáng)影像載體影像載體影像增強(qiáng)器視野：一般有5、6、7、9、12、16英寸。有些可以實(shí)現(xiàn)可變視野，如9/5英寸。圖像分辨率：每厘米多少線對表示，一般為25～50線對

/厘米。影像對比度：全黑和全白的亮度比。一般有1：6、

1：12、1：15或更高。灰度等級：8～12級。從黑到白的層次。影像載體影像板(IP板)材料：氟鹵化鋇(BariumFluorohalide)原理：IP板經(jīng)X射線照射后，其內(nèi)的電子獲得能量，躍遷 到高能態(tài)，由此形成了模擬影像。 受照射后的IP板，經(jīng)激光掃描后，受激電子以熒光的形勢釋放出來，將IP板上的每一點(diǎn)熒光值用光電倍增管轉(zhuǎn)化成電信號，并記錄下來，就形成了X光數(shù)字圖像。這就是CR(ComputedRadiography，計(jì)算機(jī)攝影)技術(shù)。特點(diǎn)：可以在傳統(tǒng)的X線機(jī)上，利用IP板可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化X線圖像。影像載體影像板(IP板)靈敏度高，使曝光劑量降低分辨率高，一般可達(dá)3.3LP/CM動態(tài)范圍寬速度慢分辨率不如常規(guī)X線機(jī)IP板讀片機(jī)影像載體平板數(shù)字探測器

(FPD,FlatPannelDetector)材料種類：非晶硒探測器非晶硅探測器ThinFilmTransistorarray薄膜晶體管陣列影像載體平板數(shù)字探測器的作用原理

(FPD,FlatPannelDetector)X-rayTFTa-SeVTFTX-rayCsI

直接轉(zhuǎn)換FPDX-ray

電信號

間接轉(zhuǎn)換FPDX-ray

光信號

(CsI)

電子

(光電二極管)

電信號光電二極管WhyFPDMTF（SpatialResolution）SpatialFrequency[lp/mm]ModulationTransferFunctionI.I.(6inch)＋1MCCDCameraScreen-film100speedDirectConversionFPD(a-Se)IndirectConversionFPD（CsI)ComparisonofDQE(0)CsI:500μm

0.7～0.8Indirect

0.15～0.2

Film/Screen

0.2～0.25

CR

0.6～0.7I.I.+T.V.a-Se:1000μm

0.7～0.8DirectFPDNotesDQE(0)Detector影像載體10mAs

5mAs

2mAs

1mAs

0.5mAs

0.15mAs影像載體X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)圖像數(shù)字化的四種方式及處理過程圖像數(shù)字化產(chǎn)生的數(shù)字減影技術(shù)數(shù)字圖像的后處理軟件計(jì)算機(jī)輔助診斷(CAD，Computer-AssistedDiagnosis)X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)圖像數(shù)字化方式之一：膠片掃描系統(tǒng)掃描儀計(jì)算機(jī)X線膠片X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)圖像數(shù)字化方式之二：影像增強(qiáng)器+CCD+圖像板X線X線影像增強(qiáng)器計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)電視攝像管CCD或真空攝像管電視信號處理A/D轉(zhuǎn)換(圖像板)數(shù)字信號球管人體X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)圖像數(shù)字化方式之三：計(jì)算機(jī)攝影(CR,ComputedRadiography)X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)圖像數(shù)字化方式之四：直接數(shù)字化攝影(DR,DigitalRadiography)X線X線計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)數(shù)字信號球管人體FPDX-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)圖像數(shù)字化產(chǎn)生的數(shù)字減影技術(shù)20世紀(jì)60年代出現(xiàn)過X線照片減影術(shù)(RadiographyImageSubtraction)，主要用于腦血管造影。80年代的數(shù)字減影技術(shù)主要應(yīng)用于血管造影中，所以又叫數(shù)字減影血管造影技術(shù)(DSA，DigitalSubtractionAngiography)。這項(xiàng)技術(shù)是在通常的血管造影過程中，運(yùn)用數(shù)字計(jì)算機(jī)工具，取人體同一部位兩幀不同的數(shù)字圖像，進(jìn)行相減處理，消去兩幀圖像的相同部分，得到造影劑充盈的血管圖像。X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)能量減影技術(shù)CR技術(shù)通過兩塊IP板，中間插入銅過濾板來實(shí)現(xiàn)。DR技術(shù)通過兩次短時間，不同能量值的曝光來實(shí)現(xiàn)。能量減影：左圖為標(biāo)準(zhǔn)胸片，右側(cè)為高能肋骨片，中間為去骨后的肺組織片。CR能量減影裝置，在兩片IP之間加了一片濾過板前IP板后IP板0.3mmCu濾過板X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)時間減影技術(shù)將不同時間拍攝的統(tǒng)一部位的影像相減，來判斷病灶。時間減影：上圖為病人不同時期的標(biāo)準(zhǔn)胸片。下圖是通過時間減影后顯示了在標(biāo)準(zhǔn)胸片上顯示不清的左肺病灶。X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)數(shù)字圖像后處理軟件窗寬窗位邊緣增強(qiáng)圖像平滑對比度增強(qiáng)圖像放大縮小圖像裁減感興趣區(qū)分析圖像壓縮連續(xù)圖像回放X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助診斷(CAD，Computer-AssistedDiagnosis)每年RSNA開幕式的大會上都會安排一個主題的學(xué)術(shù)報(bào)告，2001年開幕式的主題學(xué)術(shù)報(bào)告為計(jì)算機(jī)輔助診斷(CAD)。共有兩個報(bào)告分別是美國芝加哥HeberMacMahon的胸部成像的計(jì)算機(jī)輔助診斷(Computer-assistedDiagnosisinChestImaging)和紐約RobertA.Schmidt的乳腺成像的計(jì)算機(jī)輔助診斷(Computer-assistedDiagnosisinMammography)。MacMahon介紹了CAD的理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ArtificialNeuralNetwork，ANN)和在胸部病變的應(yīng)用，特別是能量減影和時間減影的應(yīng)用，目前在胸部除了結(jié)節(jié)病灶外還用于肺的間質(zhì)病變、氣胸以及心臟擴(kuò)大等方面。Schmidt介紹了乳腺計(jì)算機(jī)輔助診斷，采用了計(jì)算機(jī)對乳腺癌診斷無論是敏感性或特異性均有提高。并且談到目前廣泛采用的基于膠片數(shù)字化儀的信息采集方式可以提高檢測的敏感性，對特異性也不會有明顯的降低，但是假如采用了數(shù)字化乳腺攝影則將有助于診斷結(jié)果的更進(jìn)一步提高。這些論點(diǎn)是一個重要的信號，它提示我們CAD將是人們應(yīng)該關(guān)注的一個熱點(diǎn)。X-ray圖像數(shù)字化處理系統(tǒng)

----硬件及軟件處理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助診斷(CAD，Computer-AssistedDiagnosis)

用數(shù)字化儀來采集診斷信息，比起醫(yī)生肉眼觀察圖像已有了很大的進(jìn)步，但是也還存在一定的缺點(diǎn)，就是其結(jié)果會受照片質(zhì)量的影響，特別是膠片處理過程中的影響。因此要達(dá)到人們的初衷，即達(dá)到診斷的目的還是有一定的距離，因此更多的是把CAD中的D-Diagnosis診斷改寫為Detection——檢測，ComputerAidedDetection(計(jì)算機(jī)輔助檢測)。也就是代替人眼發(fā)現(xiàn)某些由于人眼的疲勞、疏忽等原因而遺漏的診斷信息。X線機(jī)分類不同功能X線機(jī)的機(jī)械裝置胃腸專用機(jī)多功能機(jī)胸片機(jī)（普通拍片機(jī)）心血管造影機(jī)斷層攝影機(jī)牙科專用機(jī)兒科專用機(jī)乳腺攝影機(jī)手術(shù)用X線機(jī)床旁X線攝片機(jī)X線機(jī)分類X線機(jī)附屬裝置攝片過程中的輔助裝置防護(hù)裝置X線機(jī)附屬裝置攝片過程中的輔助裝置濾線器散射線使得膠片圖像模，利用濾線器，可減小散射線的影響。X線機(jī)附屬裝置攝片過程中的輔助裝置束光器用于限制X射線照射野的范圍，減少病人其它部位的