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1、上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容2022/12/281上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容 1895年年伦伦琴琴在在研研究究稀稀薄薄气气体体放放电电时时发发现现了了X射射线线又又名名伦伦琴琴射射线线。劳劳厄厄用用晶晶体体衍衍射射实实验验证证明明了了X射射线是一种波长较短（线是一种波长较短（10-8 10-12m）的电磁波。的电磁波。X X射线在医学诊疗中也有广泛的运用，它与近射线在医学诊疗中也有广泛的运用，它与近代科技相结合更成为现代医学不可缺少的工具。代科技相结合更成为现代医学不可缺少的工具。本章将介绍本章将介绍X X射线的性质，产生，射线的性质，
2、产生，X X射线谱，吸射线谱，吸收规律及收规律及X X射线在医学上的应用和射线在医学上的应用和X-CTX-CT的基本原理。的基本原理。2022/12/282上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容X X射线具有光波的一般性质，同时由于其频率大，能射线具有光波的一般性质，同时由于其频率大，能量大还具有以下基本性质：量大还具有以下基本性质：1 1、电离作用：使分子原子电离。应用：、电离作用：使分子原子电离。应用：X X射线强度仪，射线强度仪，辐射剂量测试。辐射剂量测试。3 3、荧光效应：使分子原子处于激发态，发荧光。如：、荧光效应：使分子原子处于激发态，发荧光。如：P,ZnSP,Z
3、nS,氰化钡，钨酸钙等。应用：氰化钡，钨酸钙等。应用：X X射线透视。射线透视。2 2、贯穿本领：由于其频率大，能量大对物质具有穿、贯穿本领：由于其频率大，能量大对物质具有穿透能力，与原子序数透能力，与原子序数Z Z及及有关，有关，Z Z 贯穿本领贯穿本领,Z Z 贯贯穿本领穿本领 ；贯穿本领贯穿本领 ，贯穿本领贯穿本领 。应用：。应用：X X射线射线诊断理疗的基础。诊断理疗的基础。2022/12/283上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容4 4、光化学作用：使物质产生化学反应，如：胶片感光。、光化学作用：使物质产生化学反应，如：胶片感光。应用：应用：X X射线照相技术。射
4、线照相技术。5 5、生物效应：使生物有机体电离激发从而损坏，死亡。、生物效应：使生物有机体电离激发从而损坏，死亡。应用：治疗癌症杀死癌细胞，应注意防护。应用：治疗癌症杀死癌细胞，应注意防护。2022/12/284上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容高速运动的电子受到物质的阻止时都能产生高速运动的电子受到物质的阻止时都能产生X X射线射线1 1、X X射线产生条件：射线产生条件：（a)a)高速运动的电子流高速运动的电子流 （b)b)有适当的障碍物有适当的障碍物靶（阻止电子运动）靶（阻止电子运动）2 2、X X射线产生装置：射线产生装置：)X X射线管；射线管；）降压变压器；）
5、降压变压器；（提供灯丝电流）（提供灯丝电流）升压变压器；）升压变压器；（提供阴阳两极管电压）（提供阴阳两极管电压）整流部分。）整流部分。（交流变直流）（交流变直流）2022/12/285上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容2022/12/286上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容 高高 压压 电子束电子束 X X 射射 线线 钨靶钨靶 铜铜 棒棒灯灯 丝丝 真真 空空低低 压压 阴极灯丝：阴极灯丝：低压电源供电（低压电源供电（5-105-10V)V)要求：要求：熔点高，电子逸出功小，熔点高，电子逸出功小，不易蒸发不易蒸发作用：作用：发射电子，电流增大，发
6、射电子，电流增大，灯丝温度升高，单位时灯丝温度升高，单位时间内发射电子数增加间内发射电子数增加X X射线管中：射线管中：2022/12/287上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容阳极靶：阳极靶：与阴极之间有高压直流电（几万与阴极之间有高压直流电（几万-几十万伏几十万伏)要求：要求：熔点高，原子序数大（钨，钼），熔点高，原子序数大（钨，钼），X X射线光子射线光子 总数与总数与Z Z2 2成正比成正比,靶座散热性能好（铜）靶座散热性能好（铜）作用：作用：接受电子冲击，产生接受电子冲击，产生X X射线。射线。管电压：管电压：阴阳两极所加的几万到几十万伏的直流高压。阴阳两极所加的
7、几万到几十万伏的直流高压。管电流：管电流：热热电子在电场作用下高速奔向阳极形成。电子在电场作用下高速奔向阳极形成。2022/12/288上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容一、一、X X射线的强度：射线的强度：定义：单位时间通过与射线方向垂直的单位面积定义：单位时间通过与射线方向垂直的单位面积的辐射能量叫做的辐射能量叫做X X射线的强度。单位：射线的强度。单位：W/m2改变改变X X射线强度有如下方法：射线强度有如下方法：其中其中Ni表示单位时间通过与垂直于射线方向的单位面表示单位时间通过与垂直于射线方向的单位面积的辐射能量为积的辐射能量为hi的光子数。的光子数。1 1、表
8、达式：、表达式：1 1）增大管电流，即增大）增大管电流，即增大Ni，一般调节灯丝电流来调一般调节灯丝电流来调节管电流：节管电流：2022/12/289上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容hi难以测定，难以测定，X X射线的强度一般用管电流表示。射线的强度一般用管电流表示。2 2）增大管电压，即增大）增大管电压，即增大hi。二、二、X X射线的硬度：射线的硬度：定义：硬度即贯穿本领，只决定于波长而与强度无定义：硬度即贯穿本领，只决定于波长而与强度无关，关，硬度硬度 ，硬度硬度 。硬度决定于管电压的大小，可以用调节管电压硬度决定于管电压的大小，可以用调节管电压的方法来调节硬度。
9、用管电压来表征（的方法来调节硬度。用管电压来表征（KV）硬度。硬度。2022/12/2810上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容 但但增大管电压增大管电压的同时不但的同时不但增加了硬度增加了硬度同时也增加同时也增加了单位时间到达阳极的电子数，即了单位时间到达阳极的电子数，即增大了增大了X X射线的强射线的强度度，可适当降低阴极电流以减少电子发射数量从而保，可适当降低阴极电流以减少电子发射数量从而保证强度不变。证强度不变。对应于不同硬度的对应于不同硬度的X X射线有不同的用途，射线有不同的用途，见见P271P271表表14-114-12022/12/2811上一内容上一内容回
10、主目录回主目录返回返回下一内容下一内容12.4 X 射线谱X X射线谱：射线谱：X X射线管发出的射线管发出的X X射线强度按波长顺射线强度按波长顺序排列开的图谱。序排列开的图谱。X X射线谱包括两个部分：连续谱和标射线谱包括两个部分：连续谱和标识谱。识谱。2022/12/2812上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容X 射线谱L2022/12/2813上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容）当管电压较低（钨靶）当管电压较低（钨靶5050KVKV以下）时只有连续谱，无以下）时只有连续谱，无标识谱，管电压不同，连续谱标识谱，管电压不同，连续谱位置不一样。位置不
11、一样。产生过程：产生过程：韧致辐射过程，即高速电子在原子核电场作用下急韧致辐射过程，即高速电子在原子核电场作用下急剧减速，电子的部分能量化为剧减速，电子的部分能量化为X X射线光子的能量射线光子的能量hv。连续谱特征：连续谱特征：）谱线强度从长波逐渐上升，）谱线强度从长波逐渐上升，达到最大值后迅速下降为达到最大值后迅速下降为0 0。强。强度为度为0 0的波长对应的波长对应短波极限短波极限。相相对对强强度度5050KV4040KV3030KV2020KV2022/12/2814上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容连续连续X X射线短波极限与管电压成反比。射线短波极限与管电压成
12、反比。）当管电压增大时各波长强度都增大，曲线最大）当管电压增大时各波长强度都增大，曲线最大值和短波极限都向短波方向移动。值和短波极限都向短波方向移动。）X X射线强度同时与管电流和管电压及靶的原子序射线强度同时与管电流和管电压及靶的原子序数有关数有关Z I 。2022/12/2815上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容）当管电压较高时（如钨靶）当管电压较高时（如钨靶X X射线管射线管7070KVKV以上以上）连续连续谱上会出现尖峰，且位置不随管电压变化。谱上会出现尖峰，且位置不随管电压变化。产生过程：产生过程：当高速电子把靶原子中的当高速电子把靶原子中的K K层（或者层（或
13、者L L、M M、N N层）电子撞击出，使之成为自由电子，便会在原处形成层）电子撞击出，使之成为自由电子，便会在原处形成一个空位，而外层电子就会立即向内层跃迁前来填补空一个空位，而外层电子就会立即向内层跃迁前来填补空位，相应释放多余的能量。位，相应释放多余的能量。标识谱特征：标识谱特征：）各元素标识谱有相似的结构）各元素标识谱有相似的结构,只是波长不同，原子只是波长不同，原子 序数序数Z Z 波长波长 。连续谱一般作为医用，标识谱用于分析物质元素连续谱一般作为医用，标识谱用于分析物质元素构成（微区分析技术）。构成（微区分析技术）。2022/12/2816上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回
14、下一内容下一内容 X X射线通过物质时，与物质发生吸收，散射而使射线通过物质时，与物质发生吸收，散射而使X X射线在原方向强度衰减称为射线在原方向强度衰减称为X X射线的吸收。射线的吸收。一、单色一、单色X X射线的吸收规律：射线的吸收规律：d为为X射线穿透的物质厚度（射线穿透的物质厚度（cm）为物质线性衰减系数（为物质线性衰减系数（cm-1）I为为X射线穿透的物质后的强度射线穿透的物质后的强度I0为为X射线原来的强度射线原来的强度对于同一物质对于同一物质线性衰减系数线性衰减系数与与有关（正比），有关（正比），越大，路径上遇到的原子数越多，能量损失越大。越大，路径上遇到的原子数越多，能量损失越
15、大。2022/12/2817上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容由此定义质量衰减系数：由此定义质量衰减系数：而且定义质量厚度而且定义质量厚度 dm=d(gcm-2)则则X X射线的吸收规律可写为：射线的吸收规律可写为：对应于同种物质的固、液、气三态对应于同种物质的固、液、气三态m值都相同值都相同(cm2 g-1)2022/12/2818上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容半价层：半价层：强度衰减到一半时对应的物质厚度或质量厚度强度衰减到一半时对应的物质厚度或质量厚度 以上规律只适用于单色以上规律只适用于单色X X射线，对于连续射线，对于连续X X射线只是
16、近似射线只是近似2022/12/2819上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容 二、质量衰减系数的决定因素：二、质量衰减系数的决定因素：K 为常数为常数 约为约为 3 4.1 1：a)a)Z越大越大m越大。越大。如：做胃镜时使用钡餐，如：做胃镜时使用钡餐，防辐射时用铅防护，防辐射时用铅防护，X X照相时运用了照相时运用了骨骼（骨骼（Ca)Ca)肌肉肌肉(C C、H H、O)O)b)b)越大越大,m越大，衰减越快；越大，衰减越快；越小越小,m越小越小衰减越慢。衰减越慢。2022/12/2820上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容一、治疗：一、治疗：1 1、机
17、制：、机制：X X射线的电离作用，康普顿散射，电子对效应射线的电离作用，康普顿散射，电子对效应等，可诱发一系列生物效应，作用与分裂旺盛的肿瘤细等，可诱发一系列生物效应，作用与分裂旺盛的肿瘤细胞使其坏死。胞使其坏死。2 2、方案设计：严格控制照射量。、方案设计：严格控制照射量。3 3、用于治疗的、用于治疗的X X射线设备有：射线设备有：大焦点大焦点治疗皮肤肿瘤，治疗皮肤肿瘤，X X刀：将刀：将X X射线聚焦后作用于病灶。射线聚焦后作用于病灶。X X射线对于正常细胞也有损害，应注意防护：减少射线对于正常细胞也有损害，应注意防护：减少不必要的照射，对于放射工作人员用铅版，含铅不必要的照射，对于放射工
18、作人员用铅版，含铅玻璃，含铅皮裙和手套保护。玻璃，含铅皮裙和手套保护。2022/12/2821上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容二、诊断：二、诊断：1 1、常规透视和摄影：、常规透视和摄影：机制：机制：X X射线对身体不同组织穿透力不同，均匀射线对身体不同组织穿透力不同，均匀X X射线射线穿过人体后强度不同，可在荧光屏上或胶片上形成明穿过人体后强度不同，可在荧光屏上或胶片上形成明暗不同的像。暗不同的像。摄影比透视的分辨率高。摄影比透视的分辨率高。用途：用途：a)a)可分辨肿瘤位置和大小，肺结核病灶，骨折可分辨肿瘤位置和大小，肺结核病灶，骨折程度，脏器形状等。程度，脏器形状
19、等。b)b)对软组织摄影用软对软组织摄影用软X X射线。射线。c)c)人体某些脏器衰减与周围组织相差很小可注入相差人体某些脏器衰减与周围组织相差很小可注入相差大的介质显影，如：消化道钡餐，骨关节空气等。大的介质显影，如：消化道钡餐，骨关节空气等。2022/12/2822上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容2 2、数字减影血管造影：、数字减影血管造影：原理：原理：X X射线普通影像射线普通影像光学图像光学图像视频信号视频信号数字信号数字信号存储存储转变转变注入造影剂的造影像注入造影剂的造影像未注入造影剂的原像未注入造影剂的原像充盈造影剂的血管造影的像充盈造影剂的血管造影的像视
20、频信号视频信号监视系统监视系统实时血管图像实时血管图像减减 这是理想的非损伤性血管造影检查术，可以观察这是理想的非损伤性血管造影检查术，可以观察血管梗阻、狭窄、畸形和血管瘤等。血管梗阻、狭窄、畸形和血管瘤等。2022/12/2823上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容三、三、X-CTX-CT（X X射线计算机断层扫描）射线计算机断层扫描）X X射线管环绕人体某一层面扫描，利用探测器测得射线管环绕人体某一层面扫描，利用探测器测得从各方面透过该层面的射线强度，利用计算机图像重建从各方面透过该层面的射线强度，利用计算机图像重建技术获得该层面的图像，为断层扫描。技术获得该层面的图像
21、，为断层扫描。1 1、X-CTX-CT基本原理：基本原理：根据：根据：xI0I 将介质分成一个个方将介质分成一个个方形小单元，称为体素，其形小单元，称为体素，其表面称为像素，设其线度表面称为像素，设其线度为为 x 。则：则：2022/12/2824上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容对第一个体素有：对第一个体素有：对第二个体素有：对第二个体素有：对第对第n n个体素有：个体素有：所以：所以：说明：说明：1 1）设体素为）设体素为n nn n矩阵阵列，矩阵阵列，值反映机体组织的特性，值反映机体组织的特性，求出各求出各值可反映机体组织的特性，进行图像重建。值可反映机体组织的特性
22、，进行图像重建。2022/12/2825上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容2 2）射线束从各个方向扫描，）射线束从各个方向扫描，横扫，纵扫，斜扫或转动角横扫，纵扫，斜扫或转动角度度角，直至可解出所有角，直至可解出所有值值为止。为止。2 2、图像重建的基本方法：、图像重建的基本方法：联立方程法，反投影法，联立方程法，反投影法，滤波反投影法，二维傅立滤波反投影法，二维傅立叶变换法，卷积反投影及叶变换法，卷积反投影及迭代法。迭代法。11111212212122223 35 57 72 2设有体素如图：设有体素如图：2022/12/2826上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回
23、下一内容下一内容a)a)联立方程法联立方程法举例：举例：11111212212122223 35 57 72 2横扫：横扫：纵扫：纵扫：斜扫：斜扫：联立联立求得求得各各值值缺点：缺点：运算量大，对于大矩阵运算量大，对于大矩阵256256256256需要高速计需要高速计算机完成。算机完成。2022/12/2827上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容b)b)反投影法：反投影法：将各方向的投影值沿投影反方向投影将各方向的投影值沿投影反方向投影c)c)回矩阵里，然后将其值累加，经数学方法处理后得回矩阵里，然后将其值累加，经数学方法处理后得到重建一幅图像的到重建一幅图像的值。值。3
24、35 57 72 23 35 57 72 28 88 89 99 9131313131616141423232020262621212626323238382323减底数减底数1717并除以并除以3 32022/12/2828上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容3 3、CTCT值：值：1 1）CTCT图像是一定数量不同黑白灰度的小方块组成，图像是一定数量不同黑白灰度的小方块组成，这些小方块叫像素。这些小方块叫像素。2 2）灰度与）灰度与值有关，将值有关，将值与密度联系起来的值为像值与密度联系起来的值为像素的素的CTCT值。值。水水=1=1，骨骨=2=2，空气空气=0 =0
25、CTCT值值=1000 =1000 待待-水水水水（Hu)则：则：CTCT空气空气=1000 =1000 =-1000 =-10000 0-1 11 1（Hu)2022/12/2829上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容CTCT水水=1000 =1000 =0 =01 1-1 11 1（Hu)CTCT骨骨=1000 =1000 =1000 =10002 2-1 11 1（Hu)CTCT值不同，灰度不同，图像黑白反映组织密度及性质，值不同，灰度不同，图像黑白反映组织密度及性质，从而进行诊断。从而进行诊断。4 4、CTCT设备的系统结构：设备的系统结构：包括：扫描装置、电子学系
26、统和电脑系统包括：扫描装置、电子学系统和电脑系统3 3部分。部分。2022/12/2830上一内容上一内容回主目录回主目录返回返回下一内容下一内容5 5、窗口技术：、窗口技术：人体组织的人体组织的CTCT值分为值分为20002000个等级，人眼分辨不出如个等级，人眼分辨不出如此微小的差别，一般黑白电视机显象管（此微小的差别，一般黑白电视机显象管（CRT)CRT)由黑到白由黑到白分为分为1010到到3030个灰度等级或灰阶已能满足人眼对灰阶的分个灰度等级或灰阶已能满足人眼对灰阶的分辨能力。设荧光屏上的图象是由辨能力。设荧光屏上的图象是由1010个灰度来反映个灰度来反映20002000个个分度，则
27、图象能分辨的分度，则图象能分辨的CTCT值是值是200200HuHu，即两组织的即两组织的CTCT值值相差相差200200HuHu以下时，人眼不能加以分辨。以下时，人眼不能加以分辨。为了提高分辨率，在为了提高分辨率，在CTCT成象时常将感兴趣部位的对成象时常将感兴趣部位的对比度增强而将无关紧要的部位对比度压缩，使比度增强而将无关紧要的部位对比度压缩，使CTCT值差别值差别较小的组织能得到分辨，这一工作称为较小的组织能得到分辨，这一工作称为窗口技术窗口技术。即将。即将某一段某一段CTCT值扩大到整个值扩大到整个CRTCRT的灰度等级。的灰度等级。2022/12/2831上一内容上一内容回主目录回
28、主目录返回返回下一内容下一内容用用窗宽窗宽表示表示CRTCRT所显示的所显示的CTCT值范围大小。值范围大小。用用窗位窗位表示表示CRTCRT所显示的中心所显示的中心CTCT值位置。值位置。窗宽的上下限所包含的范围值叫窗宽的上下限所包含的范围值叫窗口窗口。如：所检查部位组织的如：所检查部位组织的CTCT值在值在-200-200到到300300HuHu之间，窗口之间，窗口的上限值为的上限值为300300HuHu，下限为下限为-200-200HuHu，则则-200-200300300HuHu叫窗叫窗口，此时窗宽为口，此时窗宽为500500HuHu，窗位为窗位为5050HuHu，这样被检查部位每这样被检查部位每5050个个CTCT值表示一个灰度等级，若还不能判断病变细节，值表示一个灰度等级，若还不能判断病变细节，可进一步压缩窗宽。可进一步压缩窗宽。2022/12/2832