X线机CRDRCT的原理专题知识

介绍：

X线机原理，CR、DR机和CT机原理X线机CRDRCT的原理专题知识第1页一、X线机原理X线机CRDRCT的原理专题知识第2页X-ray概论：X-ray是由德国伦琴教授在1895年所发觉。这种由克鲁克斯管发出能穿透物体辐射线，在电磁光谱上能量较可见光强波长较短，频率较高，相类似之辐射线有宇宙射线等。当前X线诊疗惯用X线波长范围为0.008～0.031nm（相当于40～150kv时）。X线机CRDRCT的原理专题知识第3页X线机CRDRCT的原理专题知识第4页

利用高速电子撞击金属靶面产生X射线真空电子器件，称X光管。分为充气管和真空管两类。充气管：

1895年W.K.伦琴在进行克鲁克斯管试验时发觉了X射线。克鲁克斯管就是最早充气X射线管，其功率小、寿命短、控制困难，现已极少应用。真空管：

1913年W.D.库利吉创造了真空X线管。管内真空度不低于10-4帕。阴极为直热式螺旋钨丝，阳极为铜块端面镶嵌金属靶。阴极发射出电子经高压加速后撞击靶面产生X射线。以后经过许多改进，至今仍在应用。X光管：X线机CRDRCT的原理专题知识第5页接通电源使X线管灯丝加热产生自由电子云提供高压电产生电势差，使电子以高速由阴极向阳极行进，撞击阳极钨靶原子。1%产生X线，99%转换为热能X线产生X线机CRDRCT的原理专题知识第6页•

穿透作用X、CT基本原理•

荧光作用能够使荧光物质发出可见光（透视／摄影基础）•

电离作用半导体及惰性气体发生电离（ＤＲ）X线基本特征（一）物理特征•

感光作用使光敏物质感光（胶片）（二）化学特征（三）生物效应使生物体发生变异及破坏（防护及放射治疗）X线机CRDRCT的原理专题知识第7页X线质与量X-ray质：是指X射线穿透能力，它取决射线波长。经过调整电压(kVp)能够改变X射线波长亦即改变射线穿透能力X-ray量：表示单位时间内经过与射线垂直方向上单位面积光子数多少。由球管灯丝电子数决定,调整球管灯丝电流和曝光时间能够改变射线量,通惯用mAs表示。X线机CRDRCT的原理专题知识第8页X线成像原理

X线成像是基于人体内不一样结构脏器对X线吸收差异。一束能量均匀X线投射到人体不一样部位，因为各部位对X线吸收不一样，透过人体各部位X线强度亦不一样，最终投影到一个检测平面上，即形成一幅人体X线透射图像。X线机CRDRCT的原理专题知识第9页X线机基本硬件配置球管X线机CRDRCT的原理专题知识第10页高压发生器提供电力给球管以及控制mAKVsec改变X线机CRDRCT的原理专题知识第11页限束器是一个安装在x线管输出窗前方机电型光学装置，内有可调间隙铅板主要作用是：•控制x线适当照射野降低散射线指示照射野中心X线机CRDRCT的原理专题知识第12页滤线栅是x线摄影中降低散射辐射装置，由薄铅条按一定密度排列组成，铅条间隙与射线平行f0栅焦距（f0)

:铅条汇聚到栅板垂直距离栅格比（

R)

:铅条高度与间距之比，比值越大滤线效果越好。栅密度（

N)

:单位距离内铅条数量

N=1/C越大滤线效果越好。CX线机CRDRCT的原理专题知识第13页影像增强器（imageIntensifier)X-ray输入屏上涂有一层荧光粉（CsI）将X-ray转化为可见光X线机CRDRCT的原理专题知识第14页CCD（电荷藕合器件）一个用于探测光硅片，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱改变，实现存放和传递电荷信息固态电子器件，比传统底片更能敏感探测到光改变。X线机CRDRCT的原理专题知识第15页X线机成像过程IP板CR高压发生器成像单元球管束光器照射目标I.IRF成像板DR暗盒胶片X线机CRDRCT的原理专题知识第16页二、CR系统原理

X线机CRDRCT的原理专题知识第17页

CR定义：ComputedRadiography，即“计算机X线摄影”：将携带诊疗信息X线影像统计在影像板（imageplate，IP）上，经读取装置读取，经过计算机处理，取得数字化图像。CR意义：

首次将传统屏片系统X线摄影数字化，所得数字化图像能够进行后处理，而且易于查询、检索、储存、传输和打印等。CR组成：影像板：统计X线形成潜影。读取装置：将潜影转变为数字信号。后处理工作站：将数字信号还原成图像并进行后处理。X线机CRDRCT的原理专题知识第18页CR工作流程图X线机CRDRCT的原理专题知识第19页

IP是CR成像关键器件，是X线影像统计载体，取代传统X线摄影中增感屏+胶片，CR影像不是直接统计于胶片，而是先统计在IP上（先记后读），IP可重复使用，但不具备影像显示功效。影像板（IP）基本结构：A、外层保护层：预防荧光层受到损伤。要求透光且薄，惯用聚脂树脂类纤维B、磷光层：把第一次照射光信号统计下来，当再次受到光刺激时，会释放存放信号C、基底层：保护荧光层免受外力损伤。IP暗盒剖面示意图磷光层(含磷颗粒)

外层保护层基底层暗盒暗盒X线机CRDRCT的原理专题知识第20页IP成像原理入射X光子被荧光层内荧光体吸收，释放出电子，其中部分电子散布在荧光体内呈半稳定态，形成潜影，完成X线影像信息采集和存放潜影电荷数量与入射光子能量成正比当用激光扫描已经有潜影IP时，IP表现出PSL（光激励发光/光致发光）现象，完成X线影像信息读取PSL（光激励发光）荧光强度与潜影电荷数量成正比X线机CRDRCT的原理专题知识第21页PSL发光

一些物质在第一次受到照射光照射时，能将一次激发光携带信息贮存下来，当再次受到照射光照射时，能发出与一次激发光携带信息相关荧光。一次激发光（X线光子）二次激发光（读取激光）潜影

这就是光激励发光（photostimulatedluminescence，PSL，光致发光），这种物质就称为PSL物质；发光强度与X线光子能量成正比。X线机CRDRCT的原理专题知识第22页IP存贮信息消褪贮存在PSL物质中X线影像信息随存贮时间（读取前时间）延长而衰减，称为消褪（fading）。消褪不可防止，随时间延长、温度升高而加重，CR系统对消褪设置自动赔偿。普通地，要求摄影后8小时内完成信息读取，以免丢失临床信息。X线机CRDRCT的原理专题知识第23页IP信息擦除二次激发过IP需用强光照射（约200W强光灯），擦除IP上残余潜影以供下次使用。IP经强光照射擦除潜影，是PSL发光逆过程，实现IP存贮信息完全擦除。对于暗盒式IP，可见光被屏蔽，必须将IP插入到读取装置中，用强光自动擦除。X线机CRDRCT的原理专题知识第24页环境原因对IP干扰IP对全部电磁波均显敏感性。长久闲置IP在启用前必须先用强光照射以消除环境干扰。X线机CRDRCT的原理专题知识第25页读出装置1、高精度步进电机带动IP匀速移动。2、激光束经光学系统（摆动式反光镜和盘旋式多面体反光镜）反射，在与IP垂直方向上，依次逐行对IP进行准确均匀地扫描。3、IP上所释放PSL荧光被集光器搜集，经光电倍增管转换为电信号，并被深入放大，再由A/D转换器转换成数字化信号。CR系统影像读取原理图X线机CRDRCT的原理专题知识第26页影响CR影像质量原因CR影像空间分辨力：

取决于PSL晶体颗粒度和读取装置电、光学特征。PSL结晶体尺寸越小，发光效率越高，图像空间分辨力越高。激光束点直径越小，读取信息量相对越多，影像质量越高。

CR影像空间分辨力尚不如传统胶片。CR影像噪声：

1、X线量子噪声：

IP吸收过程中产生，与IP吸收X线量子数（入射X线量）成反比。2、光量子噪声：光电倍增管光电转换中产生，与光电子数成反比。3、系统固有噪声：

IP结构噪声、光学系统噪声、电子系统噪声、机械传导系统噪声等。X线剂量较低时，图像噪声决定于量子噪声；X线剂量较高时，图像噪声决定于固有噪声。X线机CRDRCT的原理专题知识第27页CR使用注意事项因为CR读取时会依据曝光条件、曝光范围、部位、体位等信息自动调整图像至最正确状态，所以:1）.一块板最好只照一幅图像（正侧位用两块板照），防止因曝光条件不一样或图像重合、图像有间隔等造成图像质量下降。

2）.选择与部位大小相适应IP板，不要用大板照小部位，而且照射野要覆盖整块IP。

3）.扫描前输入检验部位、体位和投照资料等要尽可能准确和完整。

4）.曝光时正确定向片盒，图像扫描出来就是正向，能够省除旋转图像麻烦。

5）.因为IP上图像质量随时间推移而降低，所以最好一个小时内扫描IP,IP长时间不用再次使用时，最好先行强光擦除，以消除可能存在潜影

6）.图像质量很大程度上决定于曝光剂量，所以不要为了降低病人受照剂量而无限制地降低曝光条件。X线机CRDRCT的原理专题知识第28页CR优点和不足优点：最终获取是数字化图像：可进行各种图像后处理，易于储存、检索和传输。只要曝光条件不离谱，都能取得满意图像，从而有效降低重照。可与原有X光机匹配工作，节约资金，少花钱即能实现图像数字化。X线照射量动态范围大：可显示细微组织差异。PSL物质敏感度高，所需曝光剂量低，能有效降低患者受照射量。IP可重复使用几万次。不足：时间分辨力较差，难以显示动态图像成像过程繁琐，未改变工作流程，工作效率相对传统X线摄影并没有提升，与DR更是没法比空间分辨率不如常规X线照片和DRX线机CRDRCT的原理专题知识第29页三、DR系统原理X线机CRDRCT的原理专题知识第30页DR种类非晶硅平板探测器（间接放射成像）（IDR）

X线影像先转换为可见光影像，再经光电转换、A/D转换等器件转换成数字图像。主流：非晶硅（a-Si）

依据X线影像转换为数字图像信号过程不一样，可分为IDR（间接放射成像）和DDR（直接放射成像）。非晶硒平板探测器（直接放射成像）（DDR）

X线影像直接转换为数字图像，无中间步骤。主流：非晶硒（a-Se）

X线机CRDRCT的原理专题知识第31页IDR结构和工作原理图像监视器影像接收器数据采集器图像处理器存放器X线机系统控制器X线影像转换为可见光影像区分IDR与DDR类型技术点将可见光影像转换成模拟电信号，

A/D再将把模拟电信号转换为数字信号对数字信号进行各种图像处理对整个系统控制和协调存放、统计数字图像实时观察所采集X线影像产生X线IDR图象质量比CR有较大改进，但这种转换机制因为存在光线散射过程，必定造成图像分辨力降低。X线机CRDRCT的原理专题知识第32页各种类型IDR（1）

I.I-TV（影像增强器－电视）成像方式：I.I光学系统电视摄像机A/D透射X线数字影像（2）胶片数字扫描方式：①、X线胶片数字扫描仪；②、图象工作站；③、高清楚度监视器；④、图象处理系统软件（3）Scintillator+Lens+CCD（闪烁晶体+光学镜头+CCD）（4）闪烁晶体+a-Si（非晶硅薄膜）+TFT（薄膜晶体管）

①、a-Si（非晶硅薄膜）适度扩散，形成高集成薄膜光电二极管（TFD）作为光电转换器件；薄膜晶体管（TFT）作为开关元件。

②、转换效率最高，像素尺寸最小，图像质量最好。X线机CRDRCT的原理专题知识第33页DDR结构和工作原理图像监视器探测器矩阵图像处理器存放器X线机系统控制器平板探测器FPD把X线影像直接转换为模拟电信号，A/D再将模拟电信号转换为数字信号对数字信号进行各种图像处理对整个系统控制和协调存放、统计数字图像实时观察所采集X线影像产生X线数据控制存放调用X线机CRDRCT的原理专题知识第34页（1）气体电离室探测器：

由许多单元组成阵列，每个单元组成一个像素，大小约为0.5mm×0.5mm。探测器极板间充以惰性气体，X线照射下，气体电离，电离电荷在极间电场作用下定向漂移。在外电路取得正比于X线强度输出信号。X线强度∝电离电荷∝输出电信号成正比。（2）非晶态硒（a-Se）型平板探测器：

由集电矩阵、硒层、电介质、顶层电极和保护层等组成。特点：①、依赖型平板；②、X线吸收率较低；③、硒层厚度与有效光电子成正比，

与成像时间成反比。DDR使用X线探测器X线机CRDRCT的原理专题知识第35页DDR特点采取a-Se（非晶态硒）和TFT（薄膜晶体管）技术将入射X射线直接转换为电信号非常高转换效率（DQE）：对入射到探测器表面X线光子吸收能力，DR平板X线探测器量化转换效率极为宽广动态范围（104~105）：是用来实现比普通数字图像技术更大曝光动态范围（即更大明暗差异）。很高空间分辨率（2560×3072）彻底消除散射效应，极佳MTF（调制传输函数）特征。

MTF：是空间频率在一范围期间信号转换一个判定，并以量化表现影像鲜明程度。调制传输函数(MTF)标志了成像系统维持物体原有对比度能力。MTF值越高，意味着系统对原始信息还原能力越强，所得到图像越靠近于原始图像。X线机CRDRCT的原理专题知识第36页IDR与DDR优缺点IDR：优点：1、转换效率高；

2、动态范围广；

3、空间分辨率高；

4、在低分辨率区X线吸收率高（原因是其原子序数高于非晶硒）

5、环境适应性强。缺点：1、高剂量时DQE不如非晶硒型；2、因有荧光转换层故存在轻微散射效应；

3、锐利度相对略低于非晶硒型。

DDR：优点：

1、转换效率高；

2、动态范围广；

3、空间分辨率高；

4、锐利度好。

缺点：

1、对X线吸收率低，在低剂量条件下列图像质量不能很好确保，而加大X线剂量，不但加大病人射线吸收，且对X光系统要求过高。

2、硒层对温度敏感，使用条件受限，环境适应性较差。X线机CRDRCT的原理专题知识第37页CR、DR惯用后处理技术窗宽窗位调整、预设

与CT窗宽窗位处理类似，以某一灰度值为中心，在选定数字信号数值范围内，以黑白灰阶再现某一范围数字信号，以到达针对某部位最正确视觉效果。

预设就是针对某个部位或体位，使用者能够依据实际经验自行设置一个适当窗宽窗位，当打开该部位或体位图像时自动调用设定值，能够不用后处理就能到达比很好图像显示效果。X线机CRDRCT的原理专题知识第38页减影处理：

A、时间减影：选择血管造影系列图象中若干帧作为造影像和蒙片进行数字减影处理，可得到CR血管减影图象。优点：视野大，空间分辨力高，动态范围宽。缺点：时间分辨力差，无法实现高频采集和实时显示。

B、能量减影（X线吸收率减影）用两个不一样千伏X线摄影条件分别摄影，选择其中任何一帧作为蒙片进行减影，则可消除一些组织。比如对胸部行能量减影处理可消除肋骨影像，以利于观察低对比度肺野。

X线机CRDRCT的原理专题知识第39页多功效测量：可对感兴趣区进行各种统计测量，包含：距离、面积、周长、最大值、最小值等缩放功效和放大镜图像旋转（±90°，±180°）图像反转（X线胶片图像和透视图像转换）图像翻转（图像镜像）文字、图形标注图像边缘增强：经过增加对选定空间频率响应，使感兴趣结构边缘部分得到增强，从而突出结构轮廓。图像自动优化DICOM存放、打印X线机CRDRCT的原理专题知识第40页DR系统更高工作效率更加好影像质量更为流畅工作流较低运行成本较高初始投资CR系统较低初始投资方便旧设备改造图像质量不如胶片费时、运行成本较高DR与CR比较X线机CRDRCT的原理专题知识第41页四、计算机体层摄影（CT）ComputedTomographyX线机CRDRCT的原理专题知识第42页概念：

依据人体不一样组织对X射线吸收与透过率不一样，应用灵敏度极高仪器对人体进行测量，然后将测量所获取数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就可摄下人体被检验部位断面或立体图像，发觉体内任何部位细小病变。X线机CRDRCT的原理专题知识第43页1963年，美国物理学家Cormack（科马克）发觉人体不一样组织对X射线透过率有所不一样，在研究中还得出了一些相关计算公式，这些公式为以后CT应用奠定了理论基础。1969年，英国工程师Hounsfield（亨斯菲尔德）设计了计算机横断体层成像装置。经神经放射诊疗学家Ambrose（安布罗斯）

应用于临床，取得极为满意诊疗效果。它使脑组织和脑室及病变本身显影，取得颅脑横断面图像。此种检验方法称之为计算机体层成像。这种图质好、诊疗价值高而无创伤、无痛苦、无危险诊疗方法是放射诊疗领域重大突破，促进医学影象诊疗学发展。CT创造X线机CRDRCT的原理专题知识第44页各代CT机特点第一代CTX线球管为固定阳极，发射X线为直线笔形束，一个探测器，采取直线和旋转扫描相结合，即直线扫描后，旋转1度，再行直线扫描，旋转180°完成一层面扫描，扫描时间3~6分钟。矩阵象素256×256或320×320。仅用于颅脑检验。X线机CRDRCT的原理专题知识第45页第二代CT

与第一代无质区分，仅由小角度（3°~30°）扇形X线束替换了直线笔形束，探测器增至几十个，扫描时间缩至10秒到1.5分钟，矩阵象素与第一代CT机相同，可用于颅脑和腹部。X线机CRDRCT的原理专题知识第46页第三代CTX三线球管为旋转阳极。发射X线为扇形束，角度较大达30°~45°度，探测器多达几百个，只做旋转扫描，扫描时间为2.4~10秒，矩阵象素除256×256和320×320外，还有512×512。适用全身各部位。X线机CRDRCT的原理专题知识第47页第四代CT

与第三代无质区分，探测器多达1000余个，固定安装在扫描机架四面，仅X线球管绕患者旋转，扫描时间深入缩短至1~5秒。X线机CRDRCT的原理专题知识第48页第五代CT

为最新发展电影扫描CT(cineCTscanner)，在扫描速度上有飞跃发展，采取电子枪结构，使每次扫描时间缩短至50毫秒，大大有利于心脏CT扫描。X线机CRDRCT的原理专题知识第49页是一个经过两套X射线球管系统和两套探测器系统同时采集人体图像CT装置。两套X射线发生装置和两套探测器系统呈一定角度安装在同一平面，进行同时扫描。两套X射线球管既可发射一样电压射线也能够发射不一样电压射线，从而实现数据整合或分离。不一样两组数据对同一器官组织分辨能力是不一样，经过两组不一样能量数据从而能够分离普通CT所不能分离或显示组织结构。即能量成像。假如是两组数据以一样电压电流值扫描则能够将两组数据进行整合，快速取得同一部位组织结构形态，突破普通CT速度极限。双源CT：DualSourceCT（DSCT）因为双源CT将扫描速度和扫描效率大大提升，所以显著缩短了检验时间，受检者接收X射线量大大降低。与常规多层螺旋CT相比（以64层螺旋CT为例）能够降低70%到90%X射线剂量。X线机CRDRCT的原理专题知识第50页普通CT与螺旋CT比较常规CT，间隔式扫描螺旋CT：连续容积扫描，轨迹呈螺旋形螺旋CT优点：1、没有扫描间隔时间，大大缩短扫描时间；2、快速容积扫描，提升小病灶检出，预防遗漏小病灶；3、能进行容积扫描后处理：CT血管造影，CT三维重建，CT仿真内窥镜等。X线机CRDRCT的原理专题知识第51页CT基本结构扫描系统：x线管、探测器和扫描架；计算机系统：将扫描搜集到信息数据进行储存和运算；图像显示和存放系统：经计算机处理，重建图像显示在电视屏上或用多幅摄影机或激光相机将图像摄下。X线机CRDRCT的原理专题知识第52页

X线束对人体某部一定厚度层面扫描，由探测器接收被该层面部分吸收剩下X线；探测器将接收到X线信号由光电转换器转变为电信号，再经模/数转换器转变为数字信号，传送到计算机数据采集系统；计算机将采集数字信息经运算处理，得出扫描层面各点数字，排列成数字矩阵；数字矩阵可存放于硬盘或光盘中，再经数/模转换器将数字矩阵中每个数字转化为由黑到白不一样灰度小方块，按矩阵排列，即组成CT图像，最终调整窗宽、窗位，经显示器或摄影机输出，用于临床诊疗。CT成像原理X线机CRDRCT的原理专题知识第53页Ct-相关术语CT值窗宽窗位空间分辨率和密度分辨率层厚与层距部分容积效应薄层扫描X线机CRDRCT的原理专题知识第54页CT值

CT值（CTnumber）：

CT扫描中X线衰减系数单位，用于表示CT影像中组织结构线性衰减系数(吸收系数)相对值。简言之：物体对水相对吸收值定义为CT值。CT值用亨氏单位（Hounsfieldunit）表示，简写为Hu。X线机CRDRCT的原理专题知识第55页窗宽和窗位

人体内不一样密度组织CT值均介于个分度之间，假如CT图像用个灰阶来表示，其图像层次将非常丰富。但人眼普通仅能分辨出16个灰阶，若将个分度划分为16个灰阶，则每个灰阶CT值为125（/16）Hu，即相邻两个组织间CT值相差125Hu时，人眼才能分辨。为了能观察到CT机所含有较高密度分辨力，引进了窗宽和窗位。X线机CRDRCT的原理专题知识第56页

窗宽(windowwidth)：就是显示图象上所包含１６个灰阶Ｃ值范围。在此CT值范围内组织和病变均以不一样模拟灰度显示。数字成像方式图像显示中，依据人眼视觉分辨力需要，对兴趣结构所占据灰阶范围作选择性显示技术。

窗位(windowlevel)：又称窗中心，是指CT图象上黑白刻度中心点CT值范围。数字成像方式图像显示中；以某一灰阶为中心点，选择性显示该中心上、下一定范围内灰阶，该中心点即为窗位。一样窗宽，由于窗位不一样，其所包含CT值范围CT值也有差异。X线机CRDRCT的原理专题知识第57页举例：要观察脑实质，窗宽常为100Hu，窗位为＋40Hu，实际观察CT值范围为-10Hu～＋90Hu，即密度在-10Hu～＋90Hu范围内各种结构如脑实质和脑室系统等均以不一样灰度显示出来；而高于＋90Hu组织结构如骨组织及颅内钙化等均以白影显示，无灰度差异；而低于-10Hu组织结构如皮下脂肪、乳突气房及颅内积气等均以黑影显示，其间也无灰度差异。若窗宽保持100Hu不变时，若窗位为0Hu时，其CT值范围则为-50Hu～＋50Hu；若窗位改为50Hu，则其CT值范围为0Hu～＋100Hu。加大窗宽，图像层次增多，组织对比降低，细节显示差；缩小窗宽，图像层次降低，组织对比增加。所以，必须选择适当窗宽和窗位，相互协调，才能取得现有一定层次，又有良好对比图像。

X线机CRDRCT的原理专题知识第58页X线机CRDRCT的原理专题知识第59页空间分辨率和密度分辨率

前者指影像中能够分辨最小细节，后者指能显示最小密度差异。层厚与层距

前者指扫描层厚度，后者指两层中心之间距离。部分容积效应

因为每层含有一定厚度，在此厚度内可能包含密度不一样组织，所以，每一像素CT值，实际所代表是单位体积内各种组织CT值平均数。薄层扫描

是指层厚为5mm或更薄层厚以下扫描，用于观察病变细节。噪声：

扫描噪声是因为X线穿透人体抵达探测器光子数量有限，致使光子在矩阵内各像素分布不均，造成密度相等组织或水在图像上各点CT值不相等。X线机CRDRCT的原理专