影像物理总结重点Word文档格式.docx

1、X射线的质只与光子的能量有关，而光子的能量又由管电压和滤过厚度有关。3.影像X射线强度的因素及影像结果：毫安秒增加：X射线质不变，量增加管电压增加：质增加，量增加靶原子序数增加：质增加，量增加滤过增加：质增加。量降低距离增加：质不变，量降低电压脉动增加：质降低，量降低4.薄靶周围X射线强度的空间分布：管电压较低-用反射式靶，管电压过高-用穿透式靶5.厚靶周围X射线强度的空间分布：愈靠近阳极，X射线强度下降愈多的现象，就是所谓的“足限”效应，也称阳极效应减小阳极效应将厚度大，密度高的部位置于阳极侧增大焦片距第三节 X射线与物质的相互作用1.截面：为一个入射粒子与单位面积上一个靶粒子发生相互作用的

2、概率，用符号表示。2.X射线与物质的相互作用的主要过程有：光电效应，康普顿效应，电子对效应3.线性衰减系数：也表示X射线光子与每单位厚度物质发生相互作用的概率，单位m-1或cm-1。也表示X射线光子束穿过靶物质时在单位厚度上X射线光子数减少的百分数。=n,N=N0e-nx=N0e-x,=。光子数的变化服从指数衰减规律，但必须满足窄束和单能条件。4.质量衰减系数：（单位m2kg-1或cm2g-1）,表示X射线光子与单位质量厚度物质发生相互作用的概率。（避开了与物质的相关性）5.光电效应：能量为hv的X射线光子通过物质时，与物质原子的轨道电子发生相互作用，把全部能量传递给这个电子，光子消失，获得能

3、量的电子挣脱原子束缚成为自由电子（称为光电子）；原子的电子轨道出现一个空位而处于激发态，它将通过发射特征X射线或俄歇电子的形式很快回到基态，这个过程成为光电效应。hv=Ee+Eb光电质量衰减系数与原子序数、光子能量之间的关系可表示为随原子序数的增大，光电效应发生的概率迅速增加，随能量增大，光电效应发生的概率迅速减小。边缘吸收限：当X射线光子能量增加到等于某壳层结合能时，此壳层电子才参与光电效应，使阶跃地上升到较高数值，然后随能量增加而下降。光电子的角分布：当入射X线光子能量增加，角分布逐渐倾向沿光子入射方向。诊断放射学中的光电效应有利方面：能产生质量好的影像，其原因是：不产生散射线，大大减少照

4、片的灰雾。可增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收差别，产生高对比度的X射线照片，对提高诊断准确性有好处有害方面：入射X射线通过光电效应可全部被人体吸收，增加了受检查者的计量6.康普顿效应当入射X射线光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量，并改变运动方向，电子获得的能量而脱离原子，这个过程成为康普顿效应。损失能量后的X射线光子成为散射光子，获得能量的电子称为反冲电子。散射光子与反冲电子称为康普顿效应的次级粒子康普顿质量衰减系数与入射光子能量之间的关系可表示为康普顿效应发生的概率与原子序数Z无关。诊断放射学中的康普顿效应：有利：与光电效应相比受检者的剂量较低不利：三射线比较对称

5、地分布在整个空间，这个事实必须引起医生和技术人员的重视，并采取相应的防护措施。散射线增加了照片的灰雾，降低了影像的对比度。7.电子对效应：当X射线光子从原子核旁经过时，在原子核库仑场的作用下形成一对正负电子，此过程成为电子对效应8.在10KeV-100meV能量范围的低能端部分光电效应占优势，中间部分康普顿效应占优势，高能部分电子对效应占优势。9.X射线的基本特性X射线的穿透作用X射线的荧光作用X射线的热作用X射线的电离作用X射线的化学和生物效应。第四节 X射线在物质中的衰减1.X射线在其传播过程中的强度衰减，包括距离所致的衰减（扩散衰减），物质所致的衰减（吸收衰减）两个方面。2.单能窄束X射

6、线在物质中的衰减规律可表示为I=I0e-x,X射线强度衰减到其初始值一半时所需要某种物质的衰减厚度定义为半价层（HVL），它与线性衰减系数的关系：HLV=3.宽束X射线的衰减规律I=BI0e-x,对宽束而言B总是大于1，在理想窄束条件下，B=14.连续X射线在物质中的衰减规律：X射线管的管电压与滤过是决定X射线束线质的重要条件。5.决定X射线衰减程度的因素：X射线本身的性质：入射光子的能量越大，X射线穿透能力越强吸收物质的性质：吸收物质密度越大，X射线衰减越多；原子序数越高，X射线衰减越多；每克电子数越多，X射线衰减越多。6.X射线的滤过：X射线的滤过分为固有滤过和附加滤过。附加率过可使X射线

7、的强度减小，但提高了X射线的有效能量，线质变硬了。第二章 X射线的影像第一节 模拟X射线影像1.医用X射线胶片包括：一般摄影用的X射线胶片，多幅相机胶片，激光相机胶片，影像增强器胶片和特种胶片。2.胶片变黑的程度成为胶片光密度（D）。D=lg,IO投照在胶片上曝光点的光强，I是曝光点的透射光强。越大，表示该曝光点吸收光的能力越大，胶片经冲洗还原出来的银颗粒沉积越多，照片越黑，光密度越大，反之光学密度小。3.组织的问物质密度高，吸收X射线多，透射过得X射线轻度较低，胶片相应的位置曝光量小，经冲洗还原出来的因颗粒沉积少，光密度小，在X射线照片上呈白影对应的照片影像密度高；反之，对应的光密度大，照片

8、影像密度低。要注意荧光屏上的图像的亮，暗变化与照片上图像的白，黑变化正好相反。4.胶片的一个性能指标是相对曝光量（RE）的对数与对应光密度D的关系曲线，又称胶片特征曲线，投照拍摄时的曝光量应学则在曲线的直线部分。5.胶片宽容度：是胶片的性能指标之一，质感光材料（胶片）按线性关系正确记录被检体反差的范围，即胶片特性曲线直线部分的照射量范围，又称曝光宽容度。宽容度大的胶片可真实记录F反差较大的组织器官，宽容度小的胶片，拍摄时中间层次丢失较多。6.增感屏的作用：增强了对X射线胶片的感光作用，使胶片曝光所需要的实际X射线辐射量大幅度地降低。7.软X射线摄影：采用20-40KV的峰值管电压产生的低能X射

9、线（即软X射线）进行的摄影，成为软X射线摄影。软X射线与物质相互作用时，物质对X射线的吸收衰减以光电子效应为主。光电子效应的发生概率与吸收物质有效原子序数的4次方成正比，对于密度相差不大，但有效原子序数存在微小差别的物质，因光电效应发生概率不同，对X射线和吸收衰减有明显差别，可在感光胶片上形成对比良好的X射线影像。8.高千伏X射线摄影：对于120KV以上管电压产生的较高能量X射线，物质的吸收衰减则以康普顿效应为主，由于康普顿效应发生的概率与有效原子序数无关，此时，骨骼的影像密度与软组织及气体的影像密度相差不大，即使相互重叠也不致为骨骼影所遮盖，从而使与骨骼像重叠的软组织或骨骼本身的细小结构及含

10、气的管腔变得易于观察。9.体层摄影：是将位于身体内任一欲观察层面的病灶突出地显现出来，而使其他层面的组织变得模糊不清。X射线摄影图像质量评价1.对比度（有差异的程度）容积对比度：即物体本身的物理对比度，由构成被检这组织器官的密度，原子序数和厚度的差异形成X射线对比度（主体对比度）：是由于人体各种组织，器官对X射线的衰减不同，使透射出人体的X射线的强度分布发生变化所形成图像对比度：是在可见图像中出现的对比度2.对比度分辨力：一个成像系统的对比度分辨力表征了其将物体的客体对比度转换成图像对比度的能力。3.空间分辨力（率）：是成像系统区分或分开相互靠近的物体的能力，习惯用单位距离内可分辨线对（一个白

11、线条与一个黑线条组成一个线对）的数目来表示，是评价影像设备性能的重要参数之一，也是决定临床能够观测到的病灶的最小尺寸。4.噪声与信噪比噪声指图像中可观察到的光密度随机出现的变化。噪声主要来源是：电子噪声和粒子噪声若影像中的有用图像信号相同，而噪声水平不痛，则形成图像的对比度不同，所以信噪比（SNR）来描述成像系统的噪声水平。SNR=,S是有用图像信号幅度，N是噪声幅度。信噪比越高，图像质量就越好；图像噪声增大，会减小结构的可见度。5.伪影：图像伪影是指图像中出现的成像物体本身所部存在的虚假信息。6.影像图像对比度的因素：X射线胶片特性的影响被捡者的影响光子能量的影响散射线的影响7.模糊对X射线

12、影像质量的影响：成因：运动模糊，焦点模糊，检测器模糊。迷糊对图像质量最直接的影响是降低了影像的对比度，进而减低了细节可见度。8.噪声对图像质量的影响：所有的生理噪声都降低图像的信噪比，引起图像的模糊。第二节 数字X射线影像1.量化后的整数灰度值又称为灰度级或灰阶。灰度级之间的最小变化称为灰度分辨力。灰度级的数量由ZN决定，位数越高灰度分辨力越高，图像层次感越强，越清晰。2.图像灰度的量化是把原来连续变化的灰度值变成量值上离散的有限个等级的数字量。量化的级数越多，数字化过程带来的误差就越小。3.一幅图像中包含的像素数目等于图像矩阵行与列数目的乘积，数字图像是像素的集合，相邻像素点所对应的实际距离

13、称为图像的空间分辨力。4.数字图像的形成过程：一幅模拟图像可以经过一个A/D转换器，将图像转换为数字图像图像的抽样或采集图像灰度的量化将形成的数字图像存于存储器计算机生成数字图像数字化影像设备可直接获得数字图像。5.数字图像处理的主要方法：数字图像处理主要包括：图像增强，图像恢复，图像兴趣区的定量估值与三位图像重建等。对比度增强：灰度变换法：线性变换，非线性变换，矫正，灰度反转直方图修正法图像平滑技术图像锐化兴趣区定量估值数字减影血管造影1.减影技术：把人体同一部位造影前，后的两帧图像相减，则可获得只反映两帧图像中有差异（造影）部分的图像，这就是减影技术2.减影后的图像信号与对比剂的厚度成正比

14、，与对比剂和软组织的线性吸收系数有关，与骨和软组织的结构无关。3.数字减影血管造影的基本方法：时间减影，能量减影，混合减影。时间减影。过程：在对比剂进入欲显示血管区域之前，利用计算机技术采集一帧图像贮存在存储器内，作为掩模，也称蒙片。它与在时间上顺序出现的充有对比剂的血管图像（成为充盈图像）一点对一点的进行相减。弊端：这种减影方式易受病人移动和动脉搏动等慢运动的影响。能量减影：也称双能减影，K-缘减影。过程：在欲显示血管引入碘对比剂后，分别用略低于和略高于碘K-缘能量（33KeV）的X射线曝光。利用能量能量减影法，还能把不同吸收系数的组织影分开，例如把骨影或软组织影从X射线图像中除去，从而得到

15、仅有软组织或仅有骨的X射线影像。优点：可抑制由于组织慢运动所造成的图像模糊。缺点：在一幅减影像中不可能将软组织和骨骼同时抵消。混合减影：在对比剂到达前或到达后都做高能和低能的图像。原理;光做高能和低能像的减影图像来得到一系列的双能减影图像。在这些双能减影图像中软组织像已经被消除了。再用时间减影法处理这些双能减影图像以消除骨骼等背景。由于软组织像是用能量减影法消除的，因此软组织的运动将不会产生影像。同时消除了软组织和骨骼影，不受软组织运动影像。 4.影像DSA影像质量的因素噪声运动伪影对比剂浓度5.CR（计算机X射线摄影）系统成像的基本过程影像信息的来源影像信息的读取影像信息的处理影像的再现6.

16、CR的优点与不足CR优点CR产生的是数字影像，便于处理，储存，传输PSL发光强度度X射线照射能量的变化呈5位数直线相关，使得组织结构或病灶的X射线吸收系数只要存在微弱差异，就有可能在图像上显示出来临床应用范围广IP能量重复使用CR的不足时间分辨力较差，不能满足动态器官和结构的显示在细微结构的显示上，与X射线检查的增感屏/胶片系统比较，CR系统空间分辨力有时稍显不足。第三节 X射线计算机断层成像（X-CT）1、X-CT的基础知识1.C-CT像的本质是衰减系数成像。2.体素：是指在受检体内欲成像的断层表面上，按一定大小和一定坐标人为地划分的很小的体积元。3.像素：是指在图像平面上划分的很小的单元，

17、它是构成一幅图像的最小点，是构成图像的基本单元。4投影值：投照受检体后出射X线束的强度I称为投影，投影的数值称为投影值。5.扫描是为获得投影值而采用的物理技术，扫描的方式有平移扫描，旋转扫描，平移加旋转扫描等。6.。使X线束成为窄束的办法是配准直器7.CT扫描所使用的是具有一定能谱宽度的连续X射线。对每个体素的衰减系数而言，是一个平均衰减系数。此平均衰减系数也可粗略理解为是一个与扫描用连续X射线谱的有效能量相对应的衰减系数。8.反投影法：又称总和法。原理：沿扫描路径的反方向，把所得投影的数值反投回各体素中去，并用计算机进行运算，求出各体素值而实现图像的重建缺点：会出现图像的边缘失锐现象（即一种

18、伪像）解决方法：来用滤波反投影法优点：重建速度快9.国际对CT值的定义为：CT影像中每个像素所对应的物质对X射线线性平均衰减量大小的表示。实际中，均以水德衰减系数w作为基准，若某物质的平均衰减系数为，则其对应的CT值由下式给出：CT=K，CT值的标尺按空气的CT值=1000HU和水的CT值=0HU作为两个固定值标定CT值的单位为亨氏单位HU，规定w为能量是73KeV的X射线在水中的衰减系数，w=19.5m-1，。式中k成为分度因子，按CT值标尺，取k=1000，故实用定义式应表示为CT=1000HU.10.部分容积现象：如果划分的体素内包含有几种不同的组织成分，则该体素的衰减系数应取所含各种组

19、织成分的加权平均值。于是该体素的CT值应是衰减系数加权平均值所对应的CT值。在这种情况下，此平均值不能准确地与各种组织成分的密度相对应，于是将可能产生部分容积现象或部分容积伪像。11.灰度显示：通过计算机，对获取的投影数值进行一定的算法处置，可求解出各个体素的衰减系数值从而获取衰减系数值的二维分布（即衰减系数矩阵）再按CT值的定义把各个体素的衰减系数值转换为对应的CT值，于是就得到了CT值的二维分布（即CT值矩阵）此后，再把各体素（或说像素）的CT值转换图像画面上对应像素的灰度，就得到图像画面上的灰度分布。此灰度分布就是X-CT像。12.窗口技术（CT像是灰度像，一个CT值应对应图像平面上某一

20、级灰度。）所谓窗口技术指CT机放大或增强某段范围内灰度的技术。这个被确定为放大或增强的灰度范围叫做窗口，放大的灰度范围上下限之差叫窗宽（WW）,放大灰度范围的中心灰度值叫窗位（WL）.窄窗宽显示的CT值范围小，每级灰阶代表的CT值跨度小，对组织或结构在密度差异之间显示的黑白对比度大，有利于对低密度组织或结构（如脑组织）的显示；反之，宽窗宽的每级灰阶代数的CT值跨度大，对组织或结构在密度差异之间显示的黑白对比度小，适用于密度差别大的组织或结构（如肺，骨质等）的显示13.图像的放大和缩小图像放大,缺点：数据缺少，图像粗糙；处理：插值法图像缩小，缺点：数据增多,图像失真；数据压缩。二、传统X-CT的

21、扫描方式1.单束平移-旋转扫描方式（第一代CT扫描）组成：由一个X射线管和一个检测器组成特点：先直线平移，再旋转缺点：射线利用率极低，扫描速度很慢，对一个断层扫描约需5min。2.窄扇形束平移-旋转扫描方式（又称为第二代CT扫描）组成：一个X线管，6-30个监测器特点：窄扇形射线束，同时采样，平移-旋转扫描方式，10S左右扫完一层缺点：运动伪影。3.旋转-旋转扫描方式（第三代CT扫描）组成：由一个X射线管和由250-700个检测器（或用检测器阵列）排成特点：X射线利用率有所提高，可靠性比平移-旋转方式高，1S左右扫描一层。缺点：要对每个相邻检测器的接受灵敏度差异进行矫正，否则由于同步旋转扫描运

22、动会产生环形伪像。4.静止-旋转方式：称为第四代CT扫描方式组成：由一个X射线管和600-2000个检测器组成优点：能较好地克服扇形束的旋转-旋转扫描方式中由于检测器之间差异所带来的环形伪影，其扫描速度同宽扇束相比也有所提高或接近。5.电子束扫描方式：又称为第五代CT组成：由一个特殊制造的大型X射线管和静止排列的检测器环组成。特点：这种X射线束的旋转扫描，是有可控的电子束高速旋转，偏转，撞击靶环而产生，是非机械运动。X射线管设置在检测器环外，控制电子束进行旋转扫描的运动类似于章动-旋转扫描方式。这种机构在50-100ms的能完成2160的局部扫描，一般用于心肺等动态器官的CT检查。取消了X射线

23、管和检测器之间的同步扫描机械运动，所以大大提高了扫描速度。三、 螺旋CT1.供电：滑环技术 扫描：连续旋转扫描2.螺距：相邻螺线圈沿螺线圈轴线方向（床移方向）的距离称为螺距，螺距也等于X射线管旋转一圈受检体随扫描床移动的距离。第二种定义方式：扫描架旋转一周（3600）进床距离与透过检测器的X射线束厚度的比值，是一个无量纲的量。计算式pitch=式中d为扫描架旋转一周进床距离。S为透过检测器的X射线厚度。3.层厚：是指断层的厚度。对于单层螺旋CT来说，层厚主要由准直器通道限定的X射线束宽度决定，也可理解为检测器的宽度（或有效变照宽度）。4.螺距越小，扫描对受检体覆盖的越完全。螺距，层厚薄可提高纵

24、向分辨力，对检出小病灶有利。5.螺旋插值：对于任一层面，螺旋扫描轨迹仅有一点与该平面相交，其余各点均落在该平面之外，这就需要对原始螺旋投影数据进行插值处理。常用的插值方法为线性内插法（LI），包括全扫描内插法（FI）和半扫描内插法（HI），FI和HI法又分别称为3600线性内插和1800线性内插。6.层厚灵敏度曲线（SSP）：是指在断层内，沿人体长轴方向对扫描X线束敏感度的分布曲线，不同的内插算法对应不同的层厚灵敏度曲线。7.螺旋CT的主要优点：提高了扫描速度，不会遗漏病灶，并减少运动伪影。由于是容积扫描，在体层与体层之间没有采集数据上的遗漏，提高了图像质量。根据需要任意回顾性重建图像，无层间

25、隔大小的约束和重建次数的限制。单位时间内的扫描速度提高，提高了增强CT检查时对比剂的利用率。8.多层面螺旋CT（MSCT）：特点：多排检测器，多个数据采集系统，旋转一周同时可获得2幅以上图像等宽型和非等宽型检测器各有其特点：等宽型检测器组由于检测器宽度均等，检测器的组合比较灵活，层厚改变方便。而非等宽型检测器组则由于检测器数量少，相对应的检测器间隔少，对X射线的吸收就少些，提高了X射线利用率，可降低X射线的曝光剂量。单层螺旋CT中，通过准直器后的X射线束为薄扇形，X线束厚度等于层厚。在MSCT中，X射线的厚度等于多个层厚之和，为厚扇形X射线束（或锥形X射线束）多层面CT的螺距为pitch=,式

26、中d为扫描架旋转3600进床距离，s表示层厚，m表示扫描一周获得图像的层数，m*s为透过检测器的X射线厚度，当m,=1时，实际上就是单层螺旋CTMSCT与单层螺旋CT相比有以下优点：提高了X射线利用率扫描速度更快提高了时间分辨力提高了Z轴空间分辨力。四、X-CT图像的质量控制1.对比度：是CT图像表示不同物质密度差异，或对X射线透射度微小差异的量表现在图像上像素间的对比度，是它们灰度间的黑白程度的对比也叫密度分辨力，它是CT像表现不同物质密度差异，或对X射线投射度微小差异的能力，对比度分辨力通常用能分辨最小对比度的数值表示。3.检测CT机的对比度分辨力方法通常给低密度体模做CT，然后对试模的C

27、T像进行主观的视觉评价。4.影响对比度分辨力的因素：X射线能量探测器噪声窗宽窗位5.空间分辨力：空间分辨力系指CT像分辨两个距离很近的微小组织结构的能力，抽象的说就是CT图像分辨断层上两临近点得能力。6.CT图像的空间分辨力主要取决于检测器有效变照宽度（传统CT与线束宽度相对应）和有效变照高度（传统CT与线束高度相对应）的大小，或者说取决于在检测器前方准直器的准直孔径。7.检测CT的空间分辨力的方法通常用高密度体模做CT，然后对体模的CT像进行主观的视觉评价8.图像噪声：CT噪声的定义：在均匀物质的影像中，表示给定区域的各CT值对其平均值变化的量，其量值用给定区域CT值的标准偏差表示。X-CT

28、噪声的来源：量子噪声热噪声9.X射线剂量：系指在用X射线的扫描中，投照受检体所使用的X射线的量。它决定于X射线的强度和硬度。增大X射线剂量可以减小图像噪声。10.均匀性：是描述在断面不同位置上的同一种组织成像时，是否具有同一个平均CT值的量，它除受图像噪声影响外，还受X线束硬化影响。11.空间分辨力、对比度分辨力、噪声、均匀度以及X射线剂量之间的相互制约关系。空间分辨里和对比度分辨力是最重要的两个评价质量的指标参数。在X射线剂量一定的条件下，不可嫩那个同时改变空间分辨里和对比度分辨力。原因：要提高空间分辨力就要减小探测器的几何尺寸，即减小体素增加体素数目，这势必造成进入探测器的光子数目减少，于

29、是将导致量子噪声相对增大，信噪比下降和均匀性变差，从而将导致对比度分辨力下降，所以，只有在增大X射线剂量的前提下才能改善图像的质量。图像上的对比度也影响图像的空间分辨力。12.伪像：又称伪影，它是指在重建图像过程中，所有不同类型的图像干扰和各种其他非随机干扰在图像上的表现，它对应的是受检体中根本不存在的组织或病灶的影像。13.产生伪影的原因：成像系统的测量误差受检体的原因X射线的原因成像装置原因。14.渐晕伪像（渐晕现象）：若受检体某一部分超出了测量断层区域，则会在图像中出现渐晕伪像，且越靠近测量区边缘所对应的图像部分表现的越严重，于是将出现均匀度误差增大。15.周围间隙现象：如果在一个断层面内有密度不同，且与断层表面垂直的两个相邻物体存在，则有可能不能准确测得物体边缘部分CT值。这种情况在CT图像上的表现，使两个物体分解的影响不能被清除分辨出来。此现象成为周围间隙