医学影像物理学课件1.ppt

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1、医 学 影 像 物 理 学选用教材：张泽宝主编医学影像物理学课程类型：选修课（1学分）学时安排：15学时（每周3学时）授课教师：杨 栋（抗癌研究中心）医学影像学物理学电子学设备学检查学诊断学电离辐射非电离辐射基本技术路线探测对象成像信息数字化处理数字图像第一章普通X 射 线 影 像第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性玻壳阴极阳极X光X射 线 管 的 特 性灯丝电子束靶第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性产生X射线的条件电子源受电子轰击能发出X射线的靶加速电子的强电场高度真空的环境第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性+内层电子外层电子原子核高速电子碰撞损失colli

2、sionloss热能辐射损失radiationlossX射线第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性轫致辐射（bremsstrahlung）+高速电子从原子核附近强电场飞过引发的辐射E=hv轫致辐射产生连续X光谱第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性0.20.40.60.81.0相对强度50KV40KV30KV钨在较低管电压下的连续X射线谱最短波长的X光子能量最大对应电子与原子核一次作用损失全部能量第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性连续X射线谱最短波长 min=12.4/U（nm）min 的数值仅与管电压U 有关 不受其他任何因素的影响第一章 普通X射线影像X射 线

3、管 的 特 性标识辐射（characteristic X-radiation）+高速电子击出原子内层电子所引发标识辐射产生固定波长的X射线谱标识辐射第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性0.20.40.60.81.0相对强度钼靶 X射线管的光谱标识X射线的波长仅取决于阳极靶物质每一种元素的标识X射线波长固定不变第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性实际焦点和有效焦点焦点具面积量纲越大 实际焦点越大 对散热越有利 对成像质量不利aabsinb实际焦点有效焦点靶角第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性焦点的方位特性 焦点面上靠向阴极方向的焦点较大焦点的X线量分布 焦点面上X

4、射线强度分布是不均匀的第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性半影对影像清晰度的影响点光源 （有效焦点）df物体胶片半影半影造成影像边缘模糊不清线光源 第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性半影 P 的大小P=d S/(f d)式中 d 为物体和胶片的距离 S 为有效焦点的面积 f 为光源与胶片的距离 第一章 普通X射线影像X射 线 管 的 特 性X射线管的容量 管球由热承受力决定的最大负荷量影响容量的因素 实际焦点/管电压电流/开机时间/冷却 第一章 普通X射线影像X射线辐射场的空间分布X射线的物理性质 波长极短不可见波长极短不可见 不受电磁场影响不受电磁场影响 具很强贯穿本领

5、 照射物体发荧光 使原子产生电离 引发光化学反应第一章 普通X射线影像X射线辐射场的空间分布单色X射线的强度I N hv连续X射线的强度 I min I（）d光子密度光子能量第一章 普通X射线影像X射线辐射场的空间分布连续X射线最强处波长 m 2 min 2.48/U(nm)X射线诊断中（U固定时）常用管电流的毫安数 X射线强度 量第一章 普通X射线影像X射线辐射场的空间分布X射线的硬度（hardnees）穿透物质的能力 质硬度 管电压(kV)最短波长(nm)主要用途极软 5 20 0.25 0.062 软组织摄影 软 20 100 0.062 0.012 透视和摄影 硬 100 250 0.

6、012 0.005 浅层组织治疗 极硬 250 第一章 普通X射线影像X射线在介质中的衰减低能X射线与物质作用的主要形式光电效应（photoelectric effect）康普顿散射（Compton scattering）电子对效应（electric pair effect）第一章 普通X射线影像光电效应+产生条件：入射光子的能量大于原子内层电子的结合能X射线在介质中的衰减光电子X光子标识 辐射第一章 普通X射线影像康普顿散射入射光子与材料中自由电子作用损失部分能量成为波长变长的散射光X射线在介质中的衰减入射X光光栏准直系统散射X光石墨 散射体（散射角）第一章 普通X射线影像电子对效应入射光子

7、与原子核周围电场相互作用将全部能量转化为一对正负电子在医学影像使用的X射线能量较小光电效应为主而电子对效应不发生X射线在介质中的衰减第一章 普通X射线影像作用概率与作用截面X射线在介质中的衰减 -I/I0（I/I）/（N x）式中 I0-入射强度 I-出射强度 N-靶粒子密度 x-靶厚度 入射光子通过靶时与靶粒子相互作用的发生概率每一靶粒子对入射光子的有效的能量转移面积第一章 普通X射线影像单能窄束X射线的衰减规律X射线在介质中的衰减I吸收体厚度I Io e-x称为线性衰减系数 N 其中 第一章 普通X射线影像半价层（half value layer）X射线在介质中的衰减使X射线束的强度衰减为

8、原来一半时所需要的吸收层的厚度半价层与X射线硬度及原子序数有关第一章 普通X射线影像X射线在介质中的衰减当入射X射线能量和吸收介质确定时 线性衰减系数 与介质密度呈正比 为消除影响而引入质量衰减系数mm=/质量衰减系数反映介质本身的吸收特性而与其状态无关质量衰减系数与线性衰减系数的关系第一章 普通X射线影像X射线在人体组织内的衰减在相同光子能量条件下通常 钙 碘 钠 氧 碳 氢 骨骼 肌肉 水 空气不同介质的质量衰减系数第一章 普通X射线影像X射线在人体组织内的衰减高原子系数元素对X射线有较强的衰减对于化合物常用有效原子系数 Z 表示化合物的有效原子系数Z（ai Zi 2.94）1/2.94式

9、中 ai 第 i 种元素在单位体积中电子数占有率 Zi-第 i 种元素的原子系数第一章 普通X射线影像连续能谱X射线的衰减规律I=I1+I2+-+In =I01e-1 x+I02 e-2 x+-+I0n e-n x 连续能谱X射线可看成多个单能窄束X射线之和X射线在人体组织内的衰减第一章 普通X射线影像当连续能谱X射线通过物质层时强度变小（量减少）硬度变大（质提高）X射线在人体组织内的衰减100040650474365288 光子57 keV 47 52 55平均能量水水水水(厚1cm)第一章 普通X射线影像X射线在人体组织内的衰减光子数1000800600400水厚度（mm）12340200

10、100kV单能X射线100kV连续能谱X射线第一章 普通X射线影像X射线在人体组织内的衰减决定衰减程度的因素X射线的性质 吸收物质的性质光子数密度能量原子序数每克电子数第一章 普通X射线影像X射线在人体组织内的衰减人体的物质组成骨骼 /软组织 /管腔内气体除直接透射部分外 主要为光电效应和康普顿散射 X射线与人体的相互作用第一章 普通X射线影像X射线透视与X射 线 摄 影X射线透视（X-ray fluoroscopy）人体各器官组织密度和厚度存在差异对投照其上的X射线衰减各不相同因而各处的X射线透射情况也不相同透射X射线打在荧屏上便获得荧光影像 第一章 普通X射线影像X射线透视与X射 线 摄

11、影X射线摄影（roentgengram）用胶片代替荧光屏由于X射线的光化学作用使胶片感光因各器官组织对X射线的衰减不同胶片感光以后便形成黑白影像 第一章 普通X射线影像X射线透视与X射 线 摄 影X射线影像增强管可见光X射线输入屏光电阴极聚焦电极阳极管压2530kV输出屏 X射线透过人体投照在输入屏转换为荧光图像光电子荧光光子作用到光电阴极再转换为光电子影像光电子经电场加速并聚焦后在输出屏上又转换成荧光图像第一章 普通X射线影像X射线透视与X射 线 摄 影普通 X线影像影像亮度提高 增强 X线影像数千倍 意义 间接摄影/电视观察/数字成像第一章 普通X射线影像特 殊X射 线 摄 影软X射线摄影

12、软X射线在组织中的衰减 受组织密度影响较大 因此采用软X射线摄影 利于提高软组织影像对比度软组织成像基本原理适用范围第一章 普通X射线影像特 殊X射 线 摄 影高千伏X射线摄影管电压高于120kV 组织吸收以康普顿散射为主 不同组织的影像密度差减少 利于观察细小及含气结构胸部摄影基本原理适用范围第一章 普通X射线影像特 殊X射 线 摄 影体层摄影（tomography）普 通X射线摄影所得影像是不同体层影像的重叠体层摄影突出地显现欲观察层面而模糊其他层面AB第一章 普通X射线影像特 殊X射 线 摄 影X射线造影及造影剂病灶病灶未使用造影剂 病灶影像模糊使用造影剂后 病灶影像清晰作用是提高关注物与周边环境的影像密度差异第一章 普通X射线影像X射 线 影 像 质 量评价医学影像质量的参数对比度与对比度分辨力模糊与细节可见度噪声 伪影 畸变图像内不同点的光密度差异能分辨细节的最小对比度值图像点线度的扩展图像可分辨细节的最小极限图像与观测物尺度的不对应图像光密度随机出现的变化不表示真实解剖结构的图像第一章 普通X射线影像课 堂 作 业1.简述造影剂的主要分类及造影特点2.简述影响X射线影像对比度的因素