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医学影像技术学.ppt
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    医学影像技术学

    孙存杰

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    第一章绪论

    内容提要

    ● 医学影像学与影像技术学

    ● 医学影像学检查方法概述

    ● X线成像系统

    一、X线的物理学基础

    二、医用诊断X线装置

    三、 X线成像理论

    第一节 医学影像学与影像技术学

    一、医学影像学的发展

    德国物理学家伦琴(Wilhelm conrad roentgen)1895年11月8日发现X线,拉开了医学影像学发展的序幕。

    目前,医学影像学已经形成了比较完善的体系,包括常规X线成像、X线CT成像、DSA成像、MR成像、超声成像、核素成像及热成像等。

    开始时:骨骼的透视和摄片

    对比剂(造影剂):提高组织间的对比

    影像增强器--X线透视

    X线CT、PET/CT

    DSA

    CR、DR使得X线摄影进入了数字化时代

    X线成像系统的发展目标:

    专一化和智能化

    60年代出现的超声成像技术是真正无创、无损的影像学检查手段,它反映人体组织不同密度的界面对于超声波的反射特征。

    MR成像是利用核磁共振原理实现影像重建的,它也是一种对人体无创、无损的成像方式,能够反映出分子水平的人体生理、生化特性。

    核素成像反映了人体组织的生理生化的变化特征。

    PETCT?-

    放射治疗是将影像学和肿瘤学结合,应用于肿瘤治疗。

    二、医学影像技术学的任务

    影像设备的操作、应用、技术开发及影像的质量管理与控制(QA、QC)

    三、医学影像技术人员的层次结构

    初级职称:技术员(技士)、技师

    中级职称:主管技师

    高级职称:副主任技师、主任技师

    第二节医学影像学检查方法概述

    一、常规X线检查

    1.X线透视(X线TV透视取代了荧光屏透视)

    优点:①可转动体位进行动态观察

    ②操作简单、费用低

    缺点:①X线辐射时间较长

    ②适用范围较小

    ③图像质量相对较差

    ④不能保存图像资料

    2.常规X线摄影(X线平片)

    优点:①成像质量较好

    ②X线辐射剂量较少

    ③便于复查和会诊。

    缺点:①缺乏动态信息

    ②费用比透视稍高。

    3.特殊X线摄影

    软X线、高千伏、CR、DR、体层、放大、荧光、记波、干板、异物定位等。

    4.造影检查

    通过在人体中引入对比剂(造影剂),产生对比差异,使一些组织或器官显影,消化、泌尿、循环系统的造影检查...

    二、CT扫描检查

    1.平扫:

    2.增强扫描:

    3.定位穿刺活检:

    4.CT血管造影(CTA ,CTAngiography ):对靶血管内对比剂高峰期进行容积扫描,获得血管影像。

    5.三维表面重建及多平面重建:

    6.模拟内窥镜检查:

    7.心脏成像:利用心电门控技术,分析心脏容量、射血分数、室壁运动参数,对冠状动脉钙化进行定量分析。

    8.制订放疗计划:

    9.定量分析:可以测量人体内某一部位的骨矿含量。

    三、MR成像检查

    人体各部位轴位、矢状位、冠状位的自旋回波序列的T2和T1加权对比成像;有时需要行对比增强扫描,用顺磁性离子型对比剂进行静脉注射后,行该部位三轴方位的T1加权成像;MR中还有血管成像、水成像、脂肪抑制、水抑制、频谱分析、灌注成像、弥散成像、化学位移成像等多种检查方法。

    四、DSA检查

    引入对比剂,通过数字减影显示血管影像

    1.静脉法DSA(IV DSA):经静脉途径置入导管或套管针注射对比剂进行DSA检查的方法称为静脉法DSA。

    2.动脉法(IA DSA): 对比剂直接注入受检动脉或邻近受检动脉处,对比剂稀释轻微,在血管中的浓度高,明显改善了小血管的显示程度。

    五、SPECT成像检查

    借助于注入体内的放射性核素所发射的γ光子构成断层影像。

    另外,影像学的检查方法还有超声、热成像检查等。

    第三节 X线成像系统

    一、X线的物理学基础

    (一)X线的发现

    1895年,伦琴用克鲁克斯管研究高真空下放电现象时 ?-

    X射线简称?°X线?±,又称?°伦琴射线?±。

    伦琴荣获了1901年首届诺贝尔物理学奖。

    (二)X线的本质

    一种电磁波,具有一定的波长和频率,具有波粒二重性,X线成像利用了它与物质相互作用时发生能量转换,突出了微粒性。

    X线的波长极短、能量极大,它的波长介于紫外线和γ射线之间,为0.0006~50nm,X线诊断常用的波长为0.008~0.031nm。

    (三)X线的特性

    1.物理特性

    (1)穿透作用:穿透能力与X线光子的能量成正比,波长短的X线光子能量大、穿透能力强,另外还与被照物体的密度有关。

    (2)荧光作用:当X线照射某些荧光物质(如钨酸钙等)时能激发产生荧光,荧光屏、影像增强器、增感屏等都利用了这一特性。

    (3)电离作用:物体受X线照射时,使核外电子脱离原子轨道,即~。自动曝光控制系统的电离室、X线放射治疗等利用了该特性。

    (4)热作用(5)干涉、衍射、反射、折射作用

    2.化学特性

    (1)感光作用:是X线摄影的基础

    (2)着色作用:使某些物质(如铂氰化钡)的结晶体脱水而改变颜色。

    3.生物效应

    生物细胞经一定剂量X线的照射会受到抑制、损伤、坏死,生物效应既有利又有弊...

    在X线诊断和治疗中主要利用了X线的穿透、荧光、电离、感光、生物等特性。

    (四)X线的产生及能量转换

    1.X线产生的三个条件:

    高速电子流和靶物质相互作用的结果

    ①电子源②高速电子流③靶物质

    2.能量转换

    诊断用X线的产生效率只有0.4%~1.3%。

    (五)X线与物质的相互作用

    1.五种相互作用形式:

    (不变散射、康普顿效应、光电效应、电子对效应、光蜕变)

    (1)不变散射

    低能量的X线光子(10keV以下)与物质作用时发生不变散射,约占百分之几。

    (2)康普顿效应

    入射光子与原子的外层轨道电子(或自由电子)相互作用时,光子的能量部分交给轨道电子,光子的频率改变后发生偏转以新的方向散射出去即散射光子,获得足够能量的轨道电子形成反跳电子,这个过程称为康普顿效应,又称康普顿-吴有训效应或康普顿散射。

    在康普顿效应中,散射光子保留了大部分的能量,这些散射光子就是散射线,它使胶片产生灰雾而降低X线照片的质量。

    (3)光电效应

    入射光子与原子的内层电子作用时,将全部能量交给电子,获得能量的电子摆脱原子核的束缚而成为自由电子(光电子),而X光子本身整个被原子吸收的过程称为光电效应。

    光电效应的利与弊:

    产生高质量照片-不产生散射线,照片灰雾↓,增加了射线对比度。

    辐射损伤↑-入射光子的能量全被人体吸收

    (4)电子对效应

    当入射光子的能量≥1.02 MeV时,在核力场的作用下X线光子变为一个正电子和一个负电子,即为电子对效应。

    (5)光蜕变

    能量在10MeV以上的X线光子发生光蜕变。

    2.诊断用X线中各种作用发生的概率

    康普顿效应约占25%

    光电效应约占70%

    不变散射约占5%

    教材P5 有误!

    (六)X线的质与量、X线强度

    1.X线的质

    X线穿透物体的能力,即光子能量的大小称为X线的质,又称硬度,光子的能量越大穿透能力越强,越不容易被物体吸收。

    X线的质是通过管电压(千伏值)的大小来反映的,管电压越高,质越硬。

    2.X线的量

    垂直于X线束的单位面积上,单位时间内通过的光子数称为X线的量,在X线诊断中,X线的量是由毫安秒(mAs)来表示。

    3.X线的强度

    单位时间内垂直于X线束的单位面积上通过的光子数和能量的总和叫做X线的强度。

    主要由kV、mA和时间决定。

    4.影响X线强度的主要因素

    (1)管电压(kV):X线强度与kV的平方成正比。

    (2)毫安秒(mAs):X线强度与mAs 成正比。

    (3)靶物质:靶的原子序数越高,产生X线的效率越高,X线的强度就越大。

    (4)距离:X线的强度与距离的平方成反比。

    二、医用诊断X线装置

    (一)医用X线装置的发展和分类

    1.X线装置的发展:

    第一张X片,伦琴夫人的手-用40~50kV,1mA,30~60分钟。

    1929年,旋转阳极X线管(Philips)

    1952年,影像增强器

    70年代,中频X线机

    1972年X线CT

    80年代初DSA

    近年来,CR、DR技术逐渐成熟、普及,为PACS的应用提供了基础。

    2.X线装置的分类:

    (1)按用途分为诊断用、治疗用X线装置。

    (2)按输出量分为大、中、小X线装置。

    (3)按使用范围分为综合、专用X线装置。

    (4)按结构分为常规放射X线机、DSA机、CT机等。

    (二)X线机的基本操作

    1.使用原则

    (1)掌握X线机的基本结构,了解其性能、容量、特点

    (2)遵守操作规程,保证操作者、患者和机器的安全。

    (3)操作机器要认真、细致,调节参数时要轻且准确。

    (4)使用中发现异常,及时汇报,做好记录。

    (5)工作完毕应及时将按键复位,切断电源。

    2.操作程序

    ( 1)闭合外电源总开关。

    ( 2)接通机器电源,调整电源电压至标准值。

    (3)选择台次,交换到所用X线管,技术选择开关调到需要档次。

    (4)选择曝光的千伏、毫安秒。

    (5)摆好摄影体位,调整好X线管位置、胶片距、中心线方向、照射野等。

    (6)按下曝光手闸曝光。

    3.X线机使用注意事项

    (1)不了解机器的性能和操作方法,严禁拨动任何旋钮、开关。

    (2)严禁在所选参数过载时曝光。

    (3)曝光过程中严禁调动各调节器(个别机型除外)。

    (4)透视、摄影时的时间间隔。

    (5)注意观察,有异常现象,立即断电。

    (6)定期对机器进行保养。

    三、X线成像理论

    (一)X线的吸收与衰减

    物质吸收了X线后,X线强度的减弱,即衰减

    在诊断用X线的能量范围内,X线与物质的相互作用形式主要有光电效应和康普顿散射。

    1.物质对X线的吸收

    (1)吸收与原子序数的关系:

    ①康普顿散射与吸收物质的原子序数无关,骨与软组织发生康普顿效应的概率大体相等,而且随着X线能量的提高,概率有所下降。

    ②不管X线能量的多少,骨的光电效应发生的概率总是软组织的7倍左右,且随着X线能量的增加,光电效应发生的概率急剧下降,透过射线增多。

    (2)吸收与密度的关系:

    吸收与组织密度成正比

    2.物质吸收X线的衰减规律

    (1)X线的强度与距离的平方成反比。

    (2)单能射线(相同能量的光子组成的射线)的衰减:只有光子个数的减少,而没有光子能量的变化。

    Iq=I0e-μx

    (3)连续射线(不同能量的光子组成的射线)的衰减:实际应用的X线就是连续X线,连续射线在通过物质时,剩余射线的质和量都有所变化。

    3.影响X线衰减的因素

    (1)X线的能量:X线能量↑,光电效应发生的概率↓,衰减量↓,透过量↑。

    (2)吸收物质的密度:密度越大,衰减↑而透过量↓。

    (3)吸收物质的原子序数:原子序数越大,衰减↑而透过量↓。

    (4)吸收物质的每克物质的电子数:电子数越大,衰减↑而透过量↓。

    4.X线的滤过

    诊断用X线是一束连续能量的混合射线,低能成分被人体组织吸收,增加了皮肤的照射量,因此要增加滤过装置。

    (二)X线成像原理

    X线之所以能成像,一方面是基于X线本身的特性,如穿透性、荧光特性、感光特性,另一方面是因为人体有着密度和厚度的差异,当X线照射人体时,被吸收、衰减的程度不同,透过人体的剩余射线就在胶片或荧光屏上显示黑白对比不同的影像。

    人体组织密度分三类:◆高密度组织 ◆中等密度组织 ◆低密度组织

    X线照射人体的某个部位时,由于密度、厚度的差异,X线吸收、衰减各异,剩余射线使胶片感光,经过显影、定影处理后得到一张用于诊断的X线照片,高密度的组织在照片上较白,低密度的组织较黑,而在荧光屏上看到的影像正好与之相反,高密度的组织在荧光屏上显示较黑,低密度的组织较白,所以称荧光屏上的影像为正像,X线照片上的影像为反像或负像。

    (三)散射线及其消除

    1.散射线的产生

    康普顿效应产生散射光子和反跳电子,这些散射光子就是散射线。

    散射光子保留了X线光子的大部分能量

    作用于X线胶片或荧光屏的剩余射线由两部分组成,一部分是减弱的原发射线,另一部分是散射线。

    2.影响散射线的因素

    散射线占有率η:作用于胶片上的散射线量占全部射线量的百分比。

    (1)管电压:η值随着管电压的增加而变大,在80kV以下时,η升高明显,在80 kV以上时,升高的幅度相对变缓。

    (2)肢体厚度

    η值随着肢体厚度的增加而变大,被照肢体厚度引起的散射线影响很大,X线摄影中,当肢体厚度超过15cm时,一般要使用滤线器。......(后略) ......