第1章 医学影像成像原理与PACS
第1章 医学影像成像原理与PACS
• 1.2 X-CT成像原理
• CT(computed tomography)是1967年英国EMI公司工程师 Godfley.N.Hounsfield 和美国塔夫脱大学物理学教授Cormark共同 发明的。1971年10月第一台头颅CT机首先在英国Atkinson Morley 医院应用于临床并获成功。1979年获诺贝尔医学奖。
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平板探测器（Flat Panel Detector, FPD）
• 依结构和能量转换方式不同分两类： • A、非晶硒平板探测器 • B、非晶硅平板探测器
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A、非晶硒平板及工作原理
电极 绝缘 Xray 非晶硒层 Electrons 阻滞层 电极层 读出电路层 Electrons 数字信号
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2. X射线人体成像
（2）X射线的采集与显示
④直接数字化X射线摄影系统（Digital Radiography，DR） DR是在具有图像处理功能的计算机控制下，采用一维或二维 的X射线探测器直接把X射线信息影像转化为数字图像信息的技术。 当前DR探测器有CCD探测器和平板探测器（flat panel detector，
（2）X射线的采集与显示
③计算机X线摄影（Computed Radiography，CR）
CR 是将透过人体后的 X 线信息记录在成像板（ Image Plate ， IP）上，经读取装置读取后，由计算机以数字化图像信息的形式 储存，再经过数字/模拟（D/A）转换器将数字化信息转换成图像 的组织密度（灰度）信息，最后在荧光屏上显示。 其中，成像板是CR 成像技术的关键。
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2. X射线人体成像
（2）X射线的采集与显示 ③计算机X线摄影（Computed Radiography，CR）
成像板（IP） 成像板（IP）是使用一种含有微量元素铕（Eu2+）的钡氟溴化合物结晶制 作而成能够采集（记录）影像信息的载体，可以代替X线胶片并重复使用2-3万 次。当透过人体的X线照射到IP板上时可以使IP板感光并形成潜影以记录X线影 像信息。 成像板的构造： （1）表面保护层。 （2）辉尽性荧光体层。 （3）基板（支持体）。 （4）背面保护层。
透照X光子
5000伏
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非晶硒平板探测器特性 • ①X 线 电子空穴对 读出电路 • ②不产生可见光，无散射线 • ③空间分辨率较高 成像
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B、碘化铯/非晶硅平板
透照X光子
X-ray 碘化铯层
可见光
无定形硅层 读出电路层 电子信号
数字 信号
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广东省第二人民医院放射科 吴政光
E-mail:1453908985@
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讲课内容： 1.1 X线成像原理 1.2 X-CT成像原理 1.3 MRI成像原理 1.4 DSA成像原理 1.5 核医学设备成像原理 1.6 超声波成像原理 1.7 1.8 辐射安全防护 医学图像存储与传输系统（PACS）
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2. X射线人体成像 （2）X射线的采集与显示
② X射线电视系统 X射线电视系统主要包括 X射线影像增强器、光学图像分配 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。 X射线影像增强管是影像增强器的核心部件。
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2. X射线人体成像
（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。
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（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。
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• 重点：人体影像的形成 • 难点：1、X线与物质间的相互作用 2、MR成像特征
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X射线的发现
•
1895年11月8日，德国物理学家伦琴在维尔茨 堡大学物理研究所从事阴极射线的研究时，发 现X射线。1895年12月28日伦琴向维尔茨堡物 理医学会递交了第一篇X射线的论文“一种新射 线——初步报告” 。他因此于1901年获第一次
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1.1.1 X线的特性
(一)物理效应 1．穿透作用—穿透物质的特性 2．电离作用—电离作用也是X射线损伤和治疗的基础 3．荧光作用 —荧光屏、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。 4．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．干涉、衍射、反射、折射 (二)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。 1．感光作用 2．着色作用 (三)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。
平板解剖
(细节显示 )
ARC模数转换 扫描传动器
Docum ent Title 7 DXR Lucia,Zhu 10/30/2007
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非晶硅平板的特性 • ⑴ X线 可见光 光电转换 薄膜晶体 管阵 列（TFT） 数字信息 • ⑵ 碘化铯晶体的有效原子序数＞非晶硒 • ⑶ 高DQE • ⑷ 高信噪比 • ⑸ 高稳定性 • ⑹ 高对比度
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X-Ray X-Ray Digital Detector
View Station
Tube
Scintillator Amorphus CsI Silicon Read Out Electronics
kV
• Exposure • ON
Advantx
Diagnostic Workstation
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碘化铯/非晶硅平板工作原理
X-Ray 光子
X线光子转变成可见 光，类似于光纤传导
Cesium Iodide (CsI ) (CsI)
碘化铯
可见光
Amorphous Silicon Panel
(Photodiode/Transistor Array)
光电二极管最有效地实 现光电转换
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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，如图所示。
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2. X射线人体成像
通过采集透过人体后的 X射线信息，经显示系统转换成可见的 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。
诺贝尔物理学奖金。这一发现宣布了现代物理
学时代的到来，揭开了医学革命 的序幕。
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1.1 X线成像原理
X线的本质：电磁波=具有波粒二象性。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
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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 X 射线摄影中，仅有不到 10%的X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， 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，以缩短摄影时间，降低X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 （ intensifying screen）之间，然后进行曝光。
薄膜 晶体 管
电子
Read Out Electronics
实现每个像素点对点的读 出，低噪声电子转变为数 字信号
A/D 模数 转换
6 DXR Lucia,Zhu 10/30/2007
Document Title
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平板：构造
石墨/铝覆盖层及封条 外壳 碘化铯闪烁体 薄膜晶体二极管阵列
FPD)，其中平板探测器依结构和能量转换方式不同分两类，包括： A、非晶硒平板探测器 B、非晶硅平板探测器
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• CCD （Charge Coupled Device ）探测器
• CCD由一系列金属氧化物半导体电容组成。 • CCD探测器=闪烁荧光体&，灵敏度高。 缺点：产生几何失真，光散射。 探测器系统厚度难降低。
（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。