医学影像设备综述Word文档格式.docx

医学影像设备综述Word文档格式.docx

《医学影像设备综述Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医学影像设备综述Word文档格式.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

2.亮度增益：

影像增强管的主要用途是提高影像亮度，便于摄像机摄影。

用影像增强器实现X线影像与荧光影像的转换；

摄像管进行光电转换，将传输到摄像管输入屏上的荧光影像转换成电信号；

显示器进行电光转换，将电信号转换为荧光影像。

6．试述X线管的最重要的四个参数

管电压、管电流、热容量、曝光时间

7．试述CT检测骨质疏松的原理

CT得到的影像是密度图像，能够区分不同骨骼的密度大小。

8为什么用CR拍片，即使曝光量掌握不好，也能得到质量高的影像？

具体地，读出分两步（１）用一束微弱激光粗扫IP，立即算出读出图像的直方图。

（２）自动调整光电倍增管的灵敏度及放大器的增益，再用高强度激光精细地读出潜像，实现数字化，经过各种图像处理，获得最佳的适于诊断的数字Ｘ线图像。

影响图像质量的因素：

激光束的直径、光电及传动系统的噪声、数字化影响

一般数字化取样间隔为0.1~0.2mm，像素的灰度级为８bit时，就能获得满意的数字图像

9．试述影像板成像原理

射入IP的Ｘ线被PSL荧光物质吸收，释放出电子。

部分电子散布在荧光物质内呈半稳态，形成潜影，完成Ｘ线信息的采集和存储。

当用激光束逐行扫描（二次激发）已有潜影的IP时，半稳态的电子转换成荧光，所产生的荧光强度与第一次激发时Ｘ线的能量精确地成正比，完成光学影像的读出。

10．采用双焦点的X线管，为什么在透视时使用小焦点、在摄影时使用大焦点？

在透视时使用小焦点，在摄影时使用大焦点

透视：

管电流小，＜5mA，时间长（几分钟），图像追求动态特性，观察活动脏器，对图像分辨率要求低

摄影:

管电流30~1000mA，时间短，<

1S

11．为什么CT成像中要采用窗口技术？

人体组织CT值范围比较宽，从-1000到+3000，如果不开窗，直接把4000个CT值映射到256个灰阶，相当于一个灰阶对应于16个CT值范围。

这样密度分辨率就很差，开窗就是提高密度分辨率，每个灰阶对应CT值范围小，密度分辨率就高。

12．试述DSA技术的原理

把人体同一部位两帧影像相减（不含对比剂与对比剂充盈影像），消去两帧图像的相同部分，得到造影剂充盈的血管图像。

血管像的对比度较低，必须对减影像进行对比度增强处理，但影像信号与噪声同时增大，所以要求原始影像有高的信噪比，才能使减影像清晰。

13．在投影X射线成像系统中，影响系统信/噪比的主要因素有：

P163

14．在投影X射线成像系统中，影响空间分辨率的主要因素有：

P164

15．试述X射线的四个基本性质:

P161

16．试述胶片摄影系统的组成及成像原理:

P162

17．试述数字X线摄影系统的主要优点:

18．试述生物电产生的物质基础:

P183

第一章绪论

Ｘ光片的特点：

1.适用于与周围软组织密度差异大的区域，如骨骼、肺部；

2.若使用造影剂，也适用于动静脉血管以及一些内脏的成像；

3.一般不适用于显示肿瘤（除非使用造影剂改变其周围组织的亮度）；

4.X射线胶片的空间分辨率高，能显示出细微结构（如骨骼中的细小裂缝和含有造影剂的血管异常）；

5.胶片显示清晰无噪声，除非过曝光或曝光不足；

6.传统的X射线拍片是医院最常用也是最便宜的诊断手段。

荧光屏X线成像的特点：

1.能清晰显示与软组织密度相差较大的物体；

2.能实时显示人体内部的情况（钡餐、碘造影剂等）；

3.数字血管造影减影（DSA）。

X线CT1.CT密度分辨力高，能分辨出0.1％~0.5％Ｘ线衰减系数的差异，比传统的Ｘ线检查高10~20倍；

2.空间分辨力到0.1mm量级；

3.CT在医学影像诊断中占重要地位，特别是对颅脑、腹部的肝、胆、胰和后腹膜腔、肾和肾上腺等病变影像诊断中占重要地位。

MRI图像

1.MRI图像软组织分辨力高，调整梯度磁场的方向和方式，可直接获得不同体位的体层图像；

2.MRI尤其适用于中枢神经系统、心血管系统和盆腔实质脏器、四肢关节和软组织等的检查

3.功能MRI主要用于研究脑组织的生理解剖，提供各部分脑组织的功能区分布。

医学影像诊断设备

按影像信息载体的不同：

X线设备（X线机和X-CT）、MRI设备、US设备、核医学设备、热成像设备、医用光学设备（医用内镜）

第二章X线发生装置

X射线产生原理

电子源；

高压电场及真空；

适当的阻挡物（金属靶面）来承受高速电子的能量，使高速电子所带的动能转变成X线。

X射线的基本性质

波长很短的不可见电磁波

1.穿透作用：

能量大，能穿透一般光线不能穿透的物质，包括人体

2.荧光作用：

荧光屏、增感屏、影像增强器的输入屏

3.感光作用

4.电离作用：

电离室、正比计数管、盖革弥勒计数管

X射线的质是指X射线能量的大小，可用X线管的管电压来描述X射线的质，单位为kV。

X射线的量X射线的量是指单位时间内通过X射线入射方向的垂直的单位面积内的X射线光子数的多少。

通常用管电流I（mA）和曝光时间t（s）的乘积来描述。

即毫安秒（mAs）。

质和量对胶片曝光的影响

X-Ray质由KV决定，高KV质高，低KV质低，代表X线的穿透力（对比度）。

X-Ray量由mA（X线量）和s（曝光时间）决定，表明曝光总量（黑化度）。

X射线与物质相互作用

1.光电吸收：

物质原子完全吸收光子能量，原子中的电子被高速轰出，原子被电离；

2.康普顿散射：

物质原子部分吸收光子能量，入射X射线以较低的能量射出，同时还有高速电子，原子同样被电离。

X射线与人体相互作用

1.X射线强度随入射深度呈指数衰减；

2.与物质密度有关，密度越大，对X射线衰减越多，如骨骼中的钙和磷等，对X射线吸收较多，而肌肉中含有的氢、碳和氧等对X射线吸收较少。

碘、钡通常用作造影剂。

3.与X射线能量有关，能量越大，被吸收和散射的越少，穿透力越强。

X射线对人体的影响

1.X射线撞击原子，使其电离，被轰电子又有可能撞击其他原子，单个光子可能造成成百上千个生物分子电离；

2.被电离的分子，处于不稳定状态，可能发生化学反应；

3.DNA是细胞增殖、遗传的物质基础，是引起细胞生化、生理改变的关键性物质；

若受损DNA还能自我复制，则可能形成肿瘤或白血病；

若卵细胞或精子受损，则他们的后代可能异常；

若胎儿的DNA受损，则发育畸形。

X线管的阳极靶面

一般用钨制成。

优点：

熔点高—3370度；

高温下，蒸汽压低，蒸发少，可延长X线管的使用寿命。

缺点：

导热率小，热量不能很快传导。

需通过真空熔焊把钨靶焊接在无氧铜体上，以增强靶面的散热。

实际焦点与有效焦点

对X线成像质量影响最大的因素之一就是X线管的焦点。

1.实际焦点---灯丝辐射的热电子在靶面上的轰击面积。

2.有效焦点---实际焦点在X线投照方向上的投影。

有效焦点＝实际焦点*sinθ一般固定阳极Ｘ线管的靶角为15～20度

有效焦点与成像质量

有效焦点尺寸越小，影像清晰度越高。

减小有效焦点，势必减小实际焦点，Ｘ线管的功率随之减小，要达到相同的曝光程度，则曝光时间需增加，这将会引起运动模糊。

可见，对于固定阳极Ｘ线管，减小焦点面积以提高清晰度和增大Ｘ线管功率以缩短曝光时间、减小运动模糊是一对矛盾。

焦点小会产生什么问题

小焦点---影像清晰。

但是焦点越小，在焦点上集聚的能量越高，产生的热量也就越高。

因为只有约１%的电能转化为X射线的能量，99%以上的能量转化为热能。

最终将导致焦点面熔化。

解决办法：

双焦点技术、旋转阳极技术和水或油循环冷却技术

双焦点技术

功率较大的Ｘ线管为了协调不同功率与焦点的关系，阴极装有两根长短和粗细都不同的灯丝，长的灯丝加热电压高，辐射热电子多，形成大焦点；

短的灯丝加热电压低，辐射热电子少，形成小焦点，这种Ｘ线管称为双焦点Ｘ线管。

固定阳极Ｘ线管优缺点

结构简单、价格低；

焦点尺寸大、瞬时负载功率小

在小型Ｘ线发生装置中仍被采用。

旋转阳极技术

通过阳极旋转来扩大焦点面积，提高球管的散热率，从而提高球管的功率。

旋转速率有2700rpm、8500rpm（3倍频），甚至16000rpm（6倍频）。

较好地解决了提高功率和缩小焦点之间的矛盾，其最大优点是瞬时负载功率大、焦点小。

功率多为20~50kW，高者可达150kW，是固定阳极Ｘ线管的5~9倍。

有效焦点为1~2mm，从而大大提高了影像清晰度。

特殊Ｘ线管

金属陶瓷大功率Ｘ线管；

三极Ｘ线管；

软Ｘ线管；

ＣＴ用Ｘ线管

X线管的参数

热容量：

曝光时阳极靶面产生大量的热，同时伴随冷却，如果生热快，散热慢，则阳极将积累热量。

阳极积累的热量越多，冷却速度越大。

X线管处于最大冷却率时，允许承受的最大热量称为热容量。

热容量的单位除了焦耳（J）外，还使用热单位（HU）。

1J=1kV（有效值）*1mA（有效值）*1s1HU=1kV（峰值）*1mA（平均值）*1s

单相全波整流情况下，换算关系：

1HU=0.77J

影响Ｘ线管寿命的因素：

灯丝、阳极

图像质量

受X线管的管电压影响，电压越高，X射线能量越大，对比度越低；

受滤线栅影响，不加滤线栅，则对比度低；

受胶片盒里荧光物质厚度影响，越厚，则分辨率越低；

病人移动，则（分辨率低）图像模糊；

X射线焦点越大，则（分辨率低）图像越模糊。

三大权衡

1.X线管电压低，则对比度好，但病人吃线多；

高，则对比度差，病人吃线少；

2.使用滤线栅，则去除散射，图像对比度高，但病人吃线多；

不使用，则图像对比度差，病人吃线少；

3.胶片盒中荧光物质越厚，则吸收的X射线越多，需要的剂量越少，但对比度越差；

越薄，则吸收的X射线越少，需要的剂量多，但对比度好；

4.在允许的条件下，以降低剂量为优先。

X线管空间电荷补偿

空间电荷效应：

灯丝发射的部分热电子滞留于灯丝表面，称空间电荷。

随管电压增加，由于空间电荷管电流也增加。

X线管空间电荷补偿：

为保证管电流的准确性，随着管电压增加，适当降低灯丝加热电压，使管电流保持不变偿。

自动曝光控时：

在Ｘ线通过被照物体后，以达到胶片上所需的感光剂量来决定曝光时间。

感光剂量满足后，自动切断高压，结束曝光。

分光电和电离室自动曝光控时。

电离室自动曝光控时：

电离室在两个金属板平行电极上加直流高压，中间为气体。

Ｘ线照射时，气体被电离，离子在强电场作用下形成电流，电流大小与Ｘ线辐射强度成正比。

当Ｘ线辐射强度大时，电离电流大，曝光时间短；

Ｘ线辐射强度小时，电离电流小，曝光时间自动延长。

Ｘ线管安全保护电路

容量保护电路、过电压保护电路、过电流保护电路

第三章诊断用X线机

按高压变压器的工作频率可将诊断用X线机分为工频X线机（50Hz）、中频X线机、（400~20kHz）、高频X线机（>

20kHz）

工频X线机分为常规X线机和程控X线机

常规X线机的整流方式可分为自整流、单相全波整流、三相全波整流和倍压整流。

自整流X线机多为10~50mA的小型Ｘ线机，多见于乡镇医院。

单相全波整流Ｘ线机多为100~500mA的中、大型Ｘ线机。

三相全波整流Ｘ线机多为500mA以上的大型Ｘ线机。

倍压整流Ｘ线机多用于电容冲放电Ｘ线机。

工频Ｘ线机的缺点：

（１）体积重量大；

（２）输出波形脉动率高、Ｘ线剂量不稳定、软Ｘ射线成分较多；

（３）曝光参量的准确性和重复性较差。

单相全波整流Ｘ线机

结构简单、成本低，能满足一般医学临床需求。

具有透视、普通摄影、滤线器摄影、点片摄影和直线体层摄影等功能，并可根据需要配置Ｘ线电视系统以及立式滤线器摄影架。

电压波动范围为10％

主要特点

1.kV、mA、曝光时间三参数自由调节；

2.数容量保护电路，以保证Ｘ线管一次摄影不超过该管的最大允许容量；

3.准备时间1.2s；

4.功能：

Ｘ线管旋转阳极的启动、运转及灯丝加热回路都有保护电路，当出现旋转阳极不能启动运转、灯丝加热不正常等故障时，曝光不能进行，以保护Ｘ线管。

三相全波整流Ｘ线机

特点是：

输出kV波形平稳，产生的软Ｘ线少，产生Ｘ线量的效率高，有利于短时间曝光的动态摄影。

1.kV波形脉动率小-3.4%；

2.最短曝光时间3ms；

3.自动曝光装置，以获得最佳曝光条件；

4.电源电压自动调整；

5.自动图像亮度控制装置，以使透视图像亮度不随被检部位厚度、密度的变化而变化。

程控Ｘ线机

由单片机控制的工频Ｘ线机。

采用了计算机控制技术，机器的自动化程度高；

kV、mA、曝光时间三参量控制更精确；

透视、摄影条件设定全自动化，液晶数字显示；

用户操作简单、方便；

可方便进行人体各部位的检查。

1.双重监测：

旋转阳极启动和运转，灯丝加热受保护电路和单片机双重监测；

2.选择mA的同时可以确定焦点，随着mA的选择，同时进行大、小焦点的切换；

3.容量保护：

用kV、mA、s/100三参量自由选配的工作方式，根据Ｘ线管的容量，当所用摄影条件高于规定值时，蜂鸣器响，曝光无法进行；

4.连续透视时间不超过５分钟。

中、高频Ｘ线机的特点

病人的皮肤剂量低、成像质量高、输出剂量大、实时控制、可实现超短时曝光、体积大大缩小、重量减轻、便于智能化

医用Ｘ线电视系统X-TV

X-TV是将TV技术应用于医学领域的结果，是20世纪50年代X线影像增强器诞生后的产物。

X-TV将X线透视影像通过影像增强、TV摄像和放大处理后，在X-TV监视器上显示。

X-TV由影像增强器和X线闭路TV系统构成

优点:

1.影像亮度高:

改暗室工作环境为明室环境，使需在透视监视下的手术得以实施；

2.由于增强器和电子电路具有放大作用，进行同样的诊断操作，X线剂量可减少7～10倍；

3.由于X线剂量减少，延长了X线管的工作寿命，并可采用微焦点，使图像更清晰；

4.影像清晰:

电视图像质量远远优于荧光屏图像，有利于病变的早期发现；

5.医生和病人受照剂量小:

可实现隔室遥控操作，医生完全脱离X线的伤害；

6.影像可远距离传送并可录像保存:

电视图像信号可以被存储、传输和做后期处理，便于供教学和会诊使用。

X-TV工作原理

穿过病人的透射X线（X线影像）照射到影像增强器的输入屏上，获得亮度较弱的荧光影像，再经影像增强器后在输出屏上获得一个尺寸缩小的、亮度比输入屏上亮数千乃至数万倍的荧光影像，被摄像系统摄取，合成全电视信号并显示

X-TV工作中，几个转换过程

1.用影像增强器实现X线影像与荧光影像的转换；

2.摄像管进行光电转换，将传输到摄像管输入屏上的荧光影像转换成电信号；

其应用

看到人体内部的实时情况：

血管造影成像；

消化道钡餐造影；

手术室里的实时监控；

放疗监控；

气囊血管成形术。

诊断用Ｘ线机

诊断用X线机利用X线透过人体后强度的差异而形成各种影像（荧光、照片、TV影像等）。

通用X线机有：

胃肠X线机、普通摄影X线机。

专用X线机有：

血管造影X线机、乳腺摄影X线机、床边X线机、牙科X线机。

诊断用X线机的组成

电源→控制装置→高压发生装置→X线管装置→X线

↘机械装置与辅助装置

点片架的结构

点片架是透视和点片摄影两种功能的结合体。

由主框架、X线探测器安装框、摄影用储片区、送片系统、滤线器、压迫器、防咳板和防护裙等组成。

摄影用X线机

（一）普通摄影

普通摄影包括一般摄影和滤线器摄影。

一般摄影是Ｘ线透过病人后直接到达胶片，多用于较薄部位或诊断要求不高的摄影检查。

滤线器摄影是Ｘ线透过病人后先经过滤线器将散射线“过滤”，然后再照射胶片而获得影像的方法，多用于较厚部位的摄影。

（二）特殊摄影装置

胸部摄影用X线机、直线体层摄影装置、心血管造影Ｘ线机

胸部摄影用X线机：

拍摄病人胸部组织病变，主要用于呼吸系统的诊断

直线体层摄影装置：

在普通滤线器摄影床上加配体层摄影附件，附件主要由驱动机构、摆杆和定位器三部分组成。

心血管造影Ｘ线机：

包括：

大容量X线机、X-TV、X线录像机、点片照相机、专用X线

管支架、导管床、高压注射器、快速换片机等。

要求：

容量大；

管电压波形平稳；

短时间内可多次曝光

题目

X线与物质相互作用被衰减是由于光电吸收和康普顿散射效应，入射X线方向发生偏转是由于康普顿散射效应.

胶片上越亮的地方代表入射X线越少（填多或少）

X射线强度随入射深度呈指数衰减（错）

X射线能量越大，频率越高，被吸收和散射的越少，穿透力越强（对）

旋转阳极Ｘ线管较好地解决了提高功率和缩小焦点之间的矛盾（对）

第四章数字X线设备

空间分辨率：

在高对比情况下区分相邻最小物体的能力

密度分辨率：

在低对比度情况下分辨物体密度微小差别的能力

数字图像

1.将二维图像以二维数字点阵的方式表示的图像叫数字图像。

2.二维数字图像中每一点称为像素。

一般医学图像大小有256×

256，512×

512，1024×

1024等。

3.像素的黑白程度称为灰度，用一个数值表示，这个数值的最大值称为灰阶，灰阶一般有256级、1024级，对应地可表示为8bit、10bit。

灰阶决定了图像的对比度，即内容层次。

图像的大小

1.2000×

2000像素的数字图像所显示内容与X射线胶片相当

2.对于CT和MRI图像，通常512×

512就够了

3.图像小，则重建速度快，所需存储空间小，传输速度快

几种X线图像数字化的方式

胶片扫描系统；

影像增强器+CCD+图像板；

计算机X线摄影；

数字X线摄影

CR系统的基本结构

CR系统由IP板、激光阅读器、图像处理工作站、图像存储系统和打印机组成，根椐CR系统工作流程主要有四部分组成：

信息采集，信息转换，信息处理，信息记录和存储。

影像板结构

保护层：

聚酯树脂类纤维制成，非常薄，能弯曲、耐磨损、透光性好。

保护荧光层不受外界温度、湿度和辐射的影响。

荧光层：

由光激励发光（PSL）荧光物质混于多聚体溶液中，涂在基板上制成。

基板：

聚酯树脂类纤维制成。

保护荧光物质层免受外力损伤，延长IP的使用寿命。

两万次以上重复使用。

背面保护层：

材料与表面层相同，防止IP摩擦损伤。

CR特点（总结）

1.实现了传统X线图像的数字化；

2.提高了图像的密度分辨率；

3.能实现图像后处理，增加了显示信息的功能；

4.降低了X线曝光量（为常规X线摄影剂量的1/5~1/10）；

5.可以不用胶片，而是以数字形式用磁盘或光盘存储，还能把信息传输给PACS。

Ｘ线数字摄影装置

DR分为直接数字X线摄影（DDR）和间接数字X线摄影（IDR）

1.IDR是指由I.I-TV或胶片先获得模拟X线影像，再转换成数字图像的方法

2.DDR是指采用X线探测器直接将X线转换为数字信号的方法

IDR的主要缺陷

1.由于I.I和摄像管中的光散射和电子散射，引入了附加的对比度损失；

2.电视摄像管的动态范围小，不能发现微小的组织差异；

3.I.I的视野小，边缘和中心分辨力不一致。

DDR采用一维或二维X线探测器直接把X线转换为模拟电信号，然后进行数字化的方法，不同于IDR的先获得模拟图像，再对模拟图像进行数字化的方法。

分为扫描投影DDR和平板探测器DDR。

非晶态硒FPD：

将X线直接转换成数字信号；

非晶态硅FPD：

先经闪烁发光晶体转换成可见光，再转换为数字信号。

DDR与CR的比较

1.DDR的图像清晰度优于CR，主要由像素尺寸决定，CR在读出潜影过程中，激光穿到IP深部时产生散射使图像模糊，降低了图像的分辨力；

2.DDR的噪声源比CR少，没有二次激励引入的噪声，Ｓ/Ｎ高；

3.DDR的拍片速度快于CR，拍片间隔为5s，CR拍片间隔1min以上；

4.DDR的X线转换效率高，而CR利用潜影成像，信号随时间而衰减；

5.DDR探测器寿命长，可用10年，CR图像板可用1年；

6.DDR有升级为透视的能力，但不能应用于常规X线机，CR不能透视，但可与原有的X线摄影设备配套工作，取消胶片暗盒。

数字减影血管造影装置

80年代的数字减影技术主要应用于血管造影，所以又叫数字减影血管造影技术（DSA）

DSA技术原理

DSA的工作方式

一、时间减影：

脉冲影像（PI）方式、脉冲影像（PI）方式、续影像（CI）方式、续影像（CI）方式

二、能量减影

几乎同时用两种不同的管电压（如70kV和130kV）取得两帧影像，进行减影处理。

要求管电压能在两种能量之间进行高速切换，增加了X线机的复杂性，一般X线机不能采用这种方法。

不易消除骨骼的残影。

三、混合减影

在造影剂未注入前，先做一次双能量减影，获得含部分骨组织信号的影像，将此影像同血管注入造影剂后的双能量减影像作减影处理，就得到单纯的血管影像。

对设备和X线管负载的要求都较高

第五章CT

CT是英文“ComputedTomography”的缩写。

从名字不难看出CT的技术基础是计算机技

术和X线断层摄影技术。

中文为计算机断层摄影成像，它代表一种图像重建技术。

CT的优点

（1）真正的断面图像

（2）密度分辨率高（3）可作定量分析（4）数字图像

CT的局限性和不足

1.空间分辨率仍未超过常规的X线检查

2.不是所有脏器都以CT检查作为首选

3.CT的定位、定性诊断只能相对比较而言

4.以X射线作为信息载体,对人体有害

CT、X线机设备的成像比较

CT的图像重建方法

直接矩阵求解法、迭代法、反投影法、滤波反投影法、傅立叶变换法

图像伪影-为什么会产生？

运动伪影