第二章 投影X线成像系统C(2011-3-3)
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放射治疗中的医学影像的成像系统
放射治疗中的医学影像的成像系统在放射治疗中，医学影像的成像系统起着至关重要的作用。
它们能够帮助医生准确诊断病情，确定治疗方案，并对治疗过程中的效果进行监测。
本文将介绍放射治疗中常用的医学影像成像系统，包括X射线、计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）和正电子发射断层扫描（PET-CT）。
（正文内容开始）1. X射线成像系统X射线成像系统是放射治疗中最常见的成像工具之一。
通过使用X射线的物理特性，医生可以获取患者内部结构的影像。
在放射治疗中，X射线成像系统主要用于确定治疗区域的准确位置，并帮助医生规划放疗的具体方案。
通过X射线成像系统，医生可以直观地观察肿瘤的大小、位置以及与周围组织的关系，从而制定最佳的放射治疗计划。
2. 计算机断层扫描（CT）成像系统计算机断层扫描（CT）成像系统是一种通过旋转式X射线源和感应器进行扫描的成像系统。
它能够提供更详细的横断面图像，帮助医生更精确地评估肿瘤的形态和大小。
在放射治疗中，CT成像系统可用于定位放疗治疗计划中的激光标记，以确保放疗的定位精度。
此外，CT成像还可以帮助医生评估放疗计划中的剂量分布，以确保给予肿瘤足够的辐射剂量，同时最大限度地减少对正常组织的伤害。
3. 磁共振成像（MRI）系统磁共振成像（MRI）是一种基于磁场和无线电波的成像技术，它可以产生高分辨率的人体内部结构图像。
在放射治疗中，MRI成像系统可以提供更为清晰的肿瘤结构图像，帮助医生确定肿瘤的边界和浸润范围。
此外，MRI成像还可以检测肿瘤的血供情况，辅助医生评估肿瘤的恶性程度。
放射治疗前后的MRI扫描可以用于监测治疗的效果，及时调整治疗计划。
4. 正电子发射断层扫描（PET-CT）系统正电子发射断层扫描（PET）和计算机断层扫描（CT）的结合（PET-CT）成像系统在放射治疗中也被广泛应用。
PET-CT系统通过注射含有放射性示踪剂的药物来检测肿瘤的代谢活性，从而帮助医生评估肿瘤的生物学特性。
X线成像基础理论2教案
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一、X线照片影像密度的概念
2、阻光率 指照片上阻挡光线能力的大小，在数值上等于透光率的倒数，用O表示。
O的定义域为：1≤O≤∝ 。O值大，表示照片吸收光能的黑色银离入射光线的吸收少；当O值为1时，表示入射光线全部通过。
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二、影响照片对比度的因素
影响照片对比度的主要因素有： 胶片γ值 射线因素 被检体本身因素观处灯
第44页/共58页
二、影响照片对比度的因素
（一）胶片因素1、胶片对比度2、屏－胶组合3、胶片后处理技术
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二、影响照片对比度的因素
（一）胶片因素1、胶片对比度（ γ值） X线摄影中应尽量采用高γ值的胶片。
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一、X线照片影像密度的概念
1、透光率T值的定义域为：0≤T≤1，T值大表示照片接受的曝光量小，照片上吸收光的黑色银粒子少；当T值为1时，表明在照片上无吸收光能的银粒子，入射光全部通过照片；当T值小时，表示照片接受的曝光量多，照片吸收光的黑色银粒子多；当T值为零时，表示照片黑色银粒子几乎将入射光全部吸收。
一、对比度的概念
4、照片对比度（K）（1）定义：X线照片上相邻组织影像的密度差称为对比度，亦称光学对比度，用K表示。 K＝D1－D2
对比度示意图
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一、对比度的概念
4、照片对比度（K）（2）照片对比度与X线对比度的关系照片上的光学对比度K是依存于被检体产生的X线对比度的Kx。由图11-3（X线对比度、被检体对比度和胶片对比度关系示意图）可知：
第33页/共58页
适合诊断需要的部分组织脏器的照片影像密度值范围如下：
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第四节 X线照片影像对比度
一、X线照片影像密度的概念
2、阻光率 指照片上阻挡光线能力的大小，在数值上等于透光率的倒数，用O表示。
O的定义域为：1≤O≤∝ 。O值大，表示照片吸收光能的黑色银离入射光线的吸收少；当O值为1时，表示入射光线全部通过。
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二、影响照片对比度的因素
影响照片对比度的主要因素有： 胶片γ值 射线因素 被检体本身因素观处灯
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二、影响照片对比度的因素
（一）胶片因素1、胶片对比度2、屏－胶组合3、胶片后处理技术
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二、影响照片对比度的因素
（一）胶片因素1、胶片对比度（ γ值） X线摄影中应尽量采用高γ值的胶片。
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一、X线照片影像密度的概念
1、透光率T值的定义域为：0≤T≤1，T值大表示照片接受的曝光量小，照片上吸收光的黑色银粒子少；当T值为1时，表明在照片上无吸收光能的银粒子，入射光全部通过照片；当T值小时，表示照片接受的曝光量多，照片吸收光的黑色银粒子多；当T值为零时，表示照片黑色银粒子几乎将入射光全部吸收。
一、对比度的概念
4、照片对比度（K）（1）定义：X线照片上相邻组织影像的密度差称为对比度，亦称光学对比度，用K表示。 K＝D1－D2
对比度示意图
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一、对比度的概念
4、照片对比度（K）（2）照片对比度与X线对比度的关系照片上的光学对比度K是依存于被检体产生的X线对比度的Kx。由图11-3（X线对比度、被检体对比度和胶片对比度关系示意图）可知：
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适合诊断需要的部分组织脏器的照片影像密度值范围如下：
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第四节 X线照片影像对比度
X线投影
有效焦点面上的线量分布不同，几何模糊度也不同，焦点 长边上的照片影像清晰度好于焦点宽边上的照片影像清晰 度。
X线管焦点的极限分辨率是X线管焦点成像性 能的标准之一。 在X线管焦点小、焦点面上的线量分布为单峰 时，极限分辨率值大，成像性能好。 X线管焦点大，焦点面上的线量分布为多峰时， 极限分辨率值小，成像性能差。
X线管阴极灯丝发生的电子，在高压电场的作用 下，加速飞向阳极时，因相互排斥，易产生扩 散，由于集射罩的作用，使撞击阳极靶面的电 子束聚集而缩小。 球管的灯丝呈螺旋筒状，靶面的焦点为矩形。 X线管阳极靶面接受电子撞击的率
照片影像中的半影可使观片者有影像模糊的 感觉，人眼观查照片影像认为有模糊感时的 半影值为模糊阈值。 经过实验，国际放射学界公认模糊阈值为 0.2mm。即半影在小于0.2mm时，人眼认为影 像是清晰的。 利用模糊阈值，可根据焦点的大小得到焦点 的允许放大率，在允许放大率范围内，被照 体的放大及半影均控制在观片的最佳状态。
在X线摄影中应采取下列措施； (一)加强对X线摄影设备的定期检测发现故障及时维修。
增感屏荧光颗粒越大，荧光发光效率越高，而荧 光扩散现象则越严重，产生的模糊量越大。 荧光颗粒发出的荧光在传递到胶片之前可有各种 程度的反射，反射角越大，荧光层越厚，模糊量 越大。 二、照片斑点
(二)采用短时间曝光法，在动中求静
影像模糊的表现形式是一种组织至相邻另一 种组织之间光学密度逐渐变化的幅度，称光 学密度移行幅。
X线影像上细小的光学密度差为照片斑点。照片 斑点是由胶片斑点及增感屏斑点形成的，斑点较 多时可造成一定程度的影像模糊。 胶片斑点是由卤化银晶体颗粒造成的。其晶体颗 粒大，则影像颗粒粗，即产生模糊。
X线照片影像的模糊是由多种原因引起的综合 效果 运动性模糊 焦点的几何性模糊 屏胶系统产生的模糊 散射线性模糊
第二章 X线成像基础详述
F
a G
在实际应
用中，要提高 影像清晰度， 就必须减少半 影。
H代表半影，
b
F代表焦点的尺寸，
b代
a代表焦—物距， G代表物体。
图 2-4 X线投影
2、焦点的极限分辨力（ω） 焦点的极限分辨力是在规定测量条件下不
能成像的最小空间频率值。极限分辨力的值大时， 成像性能好。
二、影响照片密度值的因素
1、照射量（mAs）（管电流） 照片密度与照射量成正比。照片密度的大小取决于 照射量，还决定于X线胶片对其照射量的反应。 2、管电压（kV） 管电压增高则X线硬度增大，X线穿透力大，到达胶 片的量多，照片的密度值增加。照片密度值增加与管电压 的增加不成线性关系。
3、摄影距离（FFD） X线强度的衰减与距离的平方成反比。同理，作用 在X线胶片上的感光效应也与摄影距离的平方成反比例关 系。减小焦片距可以增加感光效应，但加大了影像模糊和 放大失真。要根据诊断的要求，确定合适的摄影距离
（三）被照体本身因素 1、原子序数：骨骼比肌肉及脂肪能吸收更多的X线，
它们之间就能有更高的对比度。 2、密度：组织密度愈大，X线吸收愈多。肺在具有
生命力时是个充气组织，因此肺有很好的对比度。 3、厚度：在被照体密度、原子序数相同时，厚度
成为影响照片对比度的因素。
第五节 散射线及其消除
一、散射线
（一）、散射线的产生
有密切关系。显影液配方、显影时间、显影液温度、 显影液的老化程度都会对照片密度产生一定影响。
7、胶片的本底灰雾
2-16 人体不同厚度组织与X线成像的关系
2-17 人体不同密度组织与X线成像的关系
三、照片影像密度的标准
人眼对密度的分辨能力是有限的，一般对光学密度 值的观察能力限于0.25~2.0之间。过低或过高的密度值， 人眼不能辨认。
第二章 投影X线成像系统A.
I为穿过某一物质后的 X射线强度；
I0 为 射 入 该 物 质 之 前 的X射线强度；
μ为该物质的吸收系 数（不同物质的μ 值不同，由物质的 物理特性决定）；
X为该物质的厚度；
衰减方程： dII••dx
衰减公式： I Ioex
I0
I
X
32
z 入射强度 I i ，出射强度 I d 厚度为
Id Iiez
1. X射线的物理特性
本质与普通光线一样，都属电磁波， 但波长比可见光更短，介于紫外线与γ射
线之间。与普通光线一样具有微粒—波
动二重性，每个X射线光子具有一定的能
量E=hυ，并以光的速度直线传播。同时
服从光的反射、折射、散射和衍射等一般 规律。
1）穿透作用
X射线的波长很短，对各种物质都具有程度不同的穿透能力。 影响因素：与X射线的能量、被穿透物质结构和原子性质有关。
二次电子（能量约为原来的90％）的危害：
撞击灯丝使其断裂；轰击玻璃壳内壁使其温度升高放出气体，降低管内 真空度，或造成玻璃破裂；轰击靶面辐射散射X线，降低成像质量。
玻璃壳： ➢ 功能：支撑阴、阳两极并保持管内真空度。 ➢ 特点： 结构简单，价格低，真空度高，X线的量
和质可任意调节； ➢ 产生X线的效率低（99.8％以上的能量转变为热，
d. 高真空环境（玻璃外壳）。
高速电子流X射线原理： Nhomakorabea阳极
阴极
电子流以高速撞击金属靶面会产生
X-Ray。 电子流 --- 球管阴极灯丝提供。 高速 --- 高压发生器提供加载至球管。
管电压
高压 变压器
灯丝 变压器
X线的发生程序：
接通电源，经过降压变压器，供 X线管灯丝加热，产生自由电子 并云集在阴极附近。当升压变压 器向X线管两极提供高压电时， 阴极与阳极间的电势差陡增，处 于活跃状态的自由电子，受强有 力的吸引，使成束的电子，以高 速由阴极向阳极行进，撞击阳极 钨靶原子结构。此时发生了能量 转换，其中约1%以下的能量形 成了X线，其余99%以上则转换 为热能。前者主要由X线管窗口 发射，后者由散热设施散发。
第二章 投影X射线成像系统
2.3 X线的产生与特性
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。
2.1 X光影像设备简述
(四)特性与参数
特性 • １.阳极特性曲线:指在一定的灯丝加热电流下，管电压U 与管电流I 的关系 • ２.灯丝发射特性曲线:是指在一定管电压下，管电流与灯丝加热电 流的关系。意义“要调节管电压和管电流得到所需X线的质和量，必 须对空间电荷进行补偿。补偿原则：当管电压高时适当减小灯丝加 热电流，使管电流不随管电压的变化而变化。反之当管电压低时， 适当增加灯丝加热电流。 电参数 • 包括灯丝加热电流，灯丝加热电压，最高管电压，最大管电流，最 长曝光时间，容量，标称功率，热容量等。我们比较关注的是最高 管电压和热容量 • 最高管电压:加在X线管两极间的最高管电压峰值(单位KV) • R球管热容量：X线管处于最大冷却率时，允许承受的最大热量(单位 HU) • 通常所指的热容量是指阳极热容量。
提供产生X线所需的直流高压；
• ２.把X线管灯丝初级电路输入的交流电压降低，为X线管灯丝提供加 热电压；
• ３如配有两只以上的X线管，还要完成管电压和灯丝加热电压的切换。
2.1 X光影像设备简述
３.控制台
主要实现X线管在曝光过程中的管电压（kV）、管电流(mA)和曝光时间三 个基本参数的控制，一般称为三钮控制台。 控制台电路必须满足X线管产生X线的下三个要求：
2.3 X线的产生与特性
(六)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 2．能量转换 诊断用X线的产生效率只有0.4％～1.3％。 ③靶物质
(影像设备学)第二章普通X线成像设备与原理
常用于胸部的X线成像，可 诊断肺部病变、胸部损伤 等，并进行肺癌筛查。
消化道成像
通过对消化道的X线成像， 可以观察胃肠道的病变， 如溃疡、息肉等，并协助 制定治疗方案。
技术发展趋势
1 数字化和自动化
2 无创成像技术
普通X线成像设备将趋向数字化，并实 现自动化的操作患 者的创伤和不适感，提高医疗服务体验。
(影像设备学)第二章普通 X线成像设备与原理
普通X线成像设备与原理
设备分类
传统X线机
经典的X线成像设备，使 用传统的成像技术，适 用于各种医学应用。
全数码X线机
采用数字成像技术的X线 设备，能够提供更高的 图像质量和更准确的诊 断结果。
脉冲X线机
采用脉冲技术的X线设备， 能够减少辐射剂量，提 高成像效果。
成像参数与质量
影像质量受到多个参数的 影响，包括曝光时间、对 比度等，通过参数调节可 改善影像质量。
辐射安全性能
普通X线设备辐射剂量较低， 符合放射安全标准，但仍 需注意安全操作以保护患 者和医务人员。
临床应用
骨骼成像
普通X线成像设备可用于检 查骨骼结构，如骨折、骨 肿瘤等疾病的诊断与评估。
胸部成像
成像原理
X射线产生原理
X射线由高能电子与物质 相互作用而产生，进而 形成影像。
衰减与补偿原理
物质对X射线的吸收程度 不同，通过补偿技术使 得图像清晰，细节可见。
探测与成像原理
X射线被探测器捕捉，通 过处理和解析生成X线影 像。
设备特点
设备结构与功能
普通X线成像设备结构简单， 易于操作，具有多项功能， 如快速成像、调节辐射剂 量等。
3 功能性成像技术
4 瞬时成像技术
发展更多功能性成像技术，用于观察器 官和组织的功能状态，如脑部功能性成 像等。
消化道成像
通过对消化道的X线成像， 可以观察胃肠道的病变， 如溃疡、息肉等，并协助 制定治疗方案。
技术发展趋势
1 数字化和自动化
2 无创成像技术
普通X线成像设备将趋向数字化，并实 现自动化的操作患 者的创伤和不适感，提高医疗服务体验。
(影像设备学)第二章普通 X线成像设备与原理
普通X线成像设备与原理
设备分类
传统X线机
经典的X线成像设备，使 用传统的成像技术，适 用于各种医学应用。
全数码X线机
采用数字成像技术的X线 设备，能够提供更高的 图像质量和更准确的诊 断结果。
脉冲X线机
采用脉冲技术的X线设备， 能够减少辐射剂量，提 高成像效果。
成像参数与质量
影像质量受到多个参数的 影响，包括曝光时间、对 比度等，通过参数调节可 改善影像质量。
辐射安全性能
普通X线设备辐射剂量较低， 符合放射安全标准，但仍 需注意安全操作以保护患 者和医务人员。
临床应用
骨骼成像
普通X线成像设备可用于检 查骨骼结构，如骨折、骨 肿瘤等疾病的诊断与评估。
胸部成像
成像原理
X射线产生原理
X射线由高能电子与物质 相互作用而产生，进而 形成影像。
衰减与补偿原理
物质对X射线的吸收程度 不同，通过补偿技术使 得图像清晰，细节可见。
探测与成像原理
X射线被探测器捕捉，通 过处理和解析生成X线影 像。
设备特点
设备结构与功能
普通X线成像设备结构简单， 易于操作，具有多项功能， 如快速成像、调节辐射剂 量等。
3 功能性成像技术
4 瞬时成像技术
发展更多功能性成像技术，用于观察器 官和组织的功能状态，如脑部功能性成 像等。
第二章_普通X线成像
录 像 和 监 视 装 置
胸片架： 用于进行立位摄影，内部包括滤线器。
摄影床： 用于进行卧位摄 影，由床面、床 架组成，床面可 以向左、右、上、 下四个方向运动， 通过电磁铁锁定； 同时，床面线还 安装有滤线器。
滤线器： 1、作用：用于滤除散射 X线，提高影像清晰度。 2、结构：一般用宽 0.05～0.1mm、高2.5～ 4mm的铅条，夹持在间 隔0.15～0.35mm的纸板 或木板中，按一定斜率 或平行固定而成。
1）立柱式支持装置： 多用于中小型X线机的X线管头支持。
天地轨立柱式 双地轨立柱式 摄影床轨附着式
天 地 轨 立 柱 式 支 持 装 置
双 地 轨 立 柱 式 支 持 装 置
摄 影 床 轨 道 附 着 式 支 持 装 置
摄 影 床 轨 道 附 着 式 支 持 装 置
2）、悬吊式支持装置： 主要用于大型固定时Ｘ线设备，由固 定天轨、移动横轨、伸缩吊架、横臂、 控制盒和管头组成。
4、体层摄影： 一种机械体层摄影方式，目的是使病灶 周围的组织影像模糊，从而突出显示病 症影像。目前这种检查方式已基本淘汰， 被计算机体层（CT）取代。
2.3 诊断用X线机
2.3.1 概述
主要包括： 摄影X线机
透视X线机
1、发展历程
气体X线管、感应线圈时期(1895-1913):
管电压：40~50Kv 管电流：1mA
控制技术现代化时期（1960年以后）：
逆变高压技术的出现； X线电视（X-TV）； 程控X线机；
2、X线机的结构和分类：
控制 装置
高压发 生装置
X线管 装 置
机械装置与辅助装置
图2-1 X线机构成方框图
表2-1 诊断用X线设备的组成
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SNR的影响因素
（1）曝光时间和X射线管的电流
（2）X射线管的峰值电压
（3）X射线过滤的程度
（4）受试者的尺寸
（5）检测器中闪烁屏的厚度
（6）屏/胶片系统空间响应的不均匀性
对比度(contrast)
提高对比度措施
• 克服散射
• 造影剂 • 选取合适X射线能量
数字血管造影成像
几何不锐度(unsharpness)
1）点X射线源强度Ii（xd yd)的分析
以上说明了点X射线源对成像的影响
2. 平面X射线源成像系统的分析 面源对成像的放大 m(z)
三、记录器对成像系统分辨率的影响
三、记录器对成像系统分辨率的影响 归一化响应
1.0
0.5
0
0.1
1.0
10
空间频率
四、投影X射线成像系统的总响应
2.4 投影X射线成像的系统分析
一、图像质量的客观标准
1. 信噪比 2. 对比度
3. 不锐度
4. 分辨率 5. 调制传递函数MTF
6. 量子检测效率
信噪比(SNR)
量子噪声：由X射线源分布的统计方差造成的噪声。 图像信噪比SNR：单位面积上入射的X射线光子数N
与标准偏差的比值。
通常检测器上测得的入射光子数越大，图像的信噪 比越高。
调制传递函数(MTF)
量子检测效率（DQE）
如何以较低的入射X射线剂量获得较高 信噪比的图像是衡量检测板性能的重要技术 指标。 量子检测效率(DQE)：输入X射线影像的 信噪比和检测板输出图像的信噪比比值的平 方值。
Hale Waihona Puke 二、 X线源对成像系统的影响
1. 点X射线源的分析
点X射线源投影示意图
xd y d rd 1 I d ( xd , d d ) kt( , ) * * 2 S ( ) * *h(rd ) M M m m
I d (u, v) kM T (Mu.Mv)H 0 (u, v)
2
H d (u, v) H 0 () S (m) H ()
移动不锐度
屏不锐度
除了放射源尺寸和物体运动引起的 不锐度外，记录器引起的图像模糊被称 为屏不锐度。屏不锐度可近似地认为是
各向同性的。
分辨力
分辨力是指成像系统区分互相靠近的物
体的能力，它实际上是指系统所能分辨的两
个相邻组织影像最小距离的能力，即识别图
像细节的能力。
当成像系统所生成的图像发生模糊时， 系统的分辨力就下降了。因此分辨力取决于 图像的不锐度。