医学成像技术

医学成像技术医学成像技术第1页X射线强度衰减平方反比定律：均匀介质中射线强弱

I1/I2=r²2/r²1

I1,I2分别表示半径为r1r2球面上x射线强度注：1.此式只是用于点源球面发射

2.只能在真空中成立，但空气中产生减弱极少改进路径：改变射线管焦点到胶片距离从而调整射线强度

返回医学成像技术第2页一、单能X射线衰减二、连续X射线衰减三、X射线滤过四、诊疗X射线衰减医学成像技术第3页一、单能窄束x射线在物质中衰减试验规律

–△I=μ·I·△x（强度减弱=百分比系数·厚度）令△x→0，dI=–μ·IdxI=I0exp(–μx)

穿过厚度为x均匀物质后射线强度

=入射射线强度·exp（–线性衰减系数•厚度）lnIlnI0x可见：1.不论吸收体多厚，辐射强度理论值永不为零2.对数坐标中，射线强度对数与吸收体厚度呈直线关系，直线斜率等于线性衰减系数μ。下一页医学成像技术第4页单能：由能量相同光子组成x射线窄束：射线中不存在散射成份。实际中，将射线经过钻有细长孔厚铅板做成准直器之后射线看作窄束。准直器作用:吸收散射线返回医学成像技术第5页

光子数降低但频率不变！医学成像技术第6页修正宽束（含有散射线成份）射线衰减公式：

I（探测器收到含有散射线射线光子）

=BI0（入射宽束射线光子）exp（-μ´x）

B:积累因子，是描述散射光子影响反应宽束和窄束区分物理量，即某物质元中X光子计数率与未碰撞物质X光子计数率之比

B=1+μ´x（B≧1）

μ´：被检物质有效线性衰减系数，与吸收体厚度、形状、面积、探测体与吸收体之间距离、光子能量相关。

x：被检物质厚度医学成像技术第7页二、连续能谱x射线在物质中衰减规律连续能谱x射线束指能量从最小值到最大值之间各种光子组合成混合射线束。连续x射线有效能量：假如某一单能射线吸收系数与连续Χ射线在特定厚度范围内平均吸收系数相等，便可用此单能射线能量来表示连续Χ射线平均能量，称作有效能量。连续能谱窄束x射线衰减

I=I1+I2++In=I01exp(-μ1x)+I02exp(-μ2x)++I0nexp(-μnx)

医学成像技术第8页连续能谱x射线衰减特点比单能射线衰减更大；强度变小（射线量减小），硬度变大（质提升），且逐步靠近入射射线中最高能量（低能光子易被吸收，射线束经过物质后高能成份所占比率相对增大）医学成像技术第9页光子数水模厚度100kv单能X线100kv连续X线

连续能谱x射线与比单能射线衰减比较如图，可见连续X射线衰减更大。医学成像技术第10页决定X射线衰减程度原因1.射线本身性质（单能或连续，高能或低能）在100kv能量范围内，射线与物质作用系数随射线能量增加而降低，即线性衰减系数降低，射线穿透力越强，2.吸收物质性质（物质密度，原子序数，每千克物质所含电子数）3.物质厚度

总结：作为整体效应，不论哪种作用占优势，X线能量↑，光电效应发生概率↓，衰减量↓，透过量↑。下一页医学成像技术第11页

吸收物质密度越大，原子序数越高，每千克电子数越多，使射线衰减能力越强，射线穿透越差。医学成像技术第12页吸收与组织密度成正比钡原子序数56，碘剂原子序数53，它们与X线作用发生光电效应概率是软组织约367倍。软组织密度是空气密度773倍。返回医学成像技术第13页返回

吸收体厚度越厚，射线束相对强度越弱，能谱组成中，高能成份比率增加，能谱宽度逐步变窄。医学成像技术第14页

意义：低能X线不能透过人体(吸收)，对形成X线影像不起作用，但却大大增加被检者皮肤照射量。为降低无用低能光子对皮肤和浅表组织伤害，需采取适当滤过办法，在管口放置一定均匀厚度金属，吸掉低能个别，使平均能量增高。三、X射线滤过医学成像技术第15页

a、固有滤过包含X线管玻璃管壁、绝缘油、管套上窗口和不可拆卸滤过板。用铝当量表示。

铝当量：指一定厚度滤过材料用相同衰减效果铝板厚度表示。普通诊疗X光机固有滤过在0.5~2mmAl。对软组织摄影则需要低滤过X线,以增加软组织对比度.医学成像技术第16页

b、附加滤过包含附加滤过板、遮光器滤过等。依据衰减厚度能量分布不一样,依详细情况选择管电压和材料形状厚度医学成像技术第17页滤过板厚度及对照射剂量影响

使用低滤过高千伏摄影,对受检者十分有害。而厚度滤过技术对受检者降低剂量有主要意义.铝板厚度(mmAl)皮肤照射量(C/kg)照射量下降百分数(%)00.51.03.06.14×10-44.78×10-43.28×10-41.20×10-40224780医学成像技术第18页

普通用铝（滤除低能射线）和铜（滤除较高能射线）做滤过板。或者二者做复合滤过板，即铜面向射线管，铝面向被检者，能够滤出铜板产生8kev标识射线，铝板产生1.5kev标识射线被空气吸收。医学成像技术第19页楔形或梯形滤过板获取射线影像过程中，假如投照部位厚度相差太大，要得到均匀密度影像，能够使用楔形或梯形滤过板。医学成像技术第20页四、诊疗放射学中X线衰减人体组成元素和组织密度

人体主要由以下物质组成：骨骼，软组织（肌肉，脂肪），肺、消化道及腔内气体除少许钙、磷等中等原子序数物质外，其余全由低原子序数物质组成化合物。吸收X线最多是由Ca3(PO4)2组成门牙，吸收X线最少是充满气体肺。医学成像技术第21页

化合物有效原子序数：在相同照射条件下，1kg复杂物质与1kg单元素物质吸收辐射能相同时，该单元素原子序数即为化合物有效原子序数。

ai为第i种元素在单位体积中电子数占有比率,Zi为第i种元素原子序数。如水中:氧电子数比率2.68:3.34，氢电子数比率0.66:3.34。氧、氢原子序数分别为8和1，所以医学成像技术第22页

有效原子序数近似公式为ai为第i种元素原子在分子中原子个数，Zi为第i种元素原子序数。如水中：氧原子个数为1，氢原子个数为2，所以占有些人体大个别成份水有效原子序数为医学成像技术第23页化合物线性衰减系数影响原因1.线性衰减系数化合物原子序数：物质原子序数↑光子与物质作用截面↑射线束线性衰减系数↑，对于化合物普通用有效原子序数来描述其衰减特征。2.线性衰减系数吸收物质密度所以实际屏蔽中多用密度大物质（铅）3.线性衰减系数每单位体积电子数（而非电子密度、各种物质电子密度几乎相等）

射线在物质中衰减，主要是x线光子与物质中电子相互作用，所以物质电子数目越多，越易使射线衰减。当康普顿散射占优势时（稍高能摄影时），单位体积电子数成为衰减主要原因。如骨与肌肉。医学成像技术第24页•诊疗用射线（100kev以下）经过人体组织透射光电效应康普顿效应

所以在人体内x射线衰减与光子本身能量和物质原子序数相关医学成像技术第25页低原子序数物质：肌肉、脂肪、体液中原子序数物质：骨骼（钙）高原子序数物质:碘化钠等阳性造影剂穿透力比较图医学成像技术第26页人体不一样组织线衰减系数μ(m-1)管电压(kV)脂肪(×102)肌肉(×102)骨骼(×102)4050607080901001101201301401500.33930.26530.21960.0.19050.18320.18010.17740.17550.17420.17320.17240.40120.29330.24550.22130.20760.19940.19420.19060.18820.18640.18520.18422.44341.41790.96770.73420.60470.54080.48650.45300.42980.41320.40100.3918医学成像技术第27页掌握为何手部拍片用低管电压？

定性说明：管电压较低时，射线在骨和软组织内衰减都以光电效应为主（正比于物质原子序数三次方），所以骨衰减系数是软组织6倍，在X照片上显示出强烈对比，如使用高于100kv射线摄影，此时衰减以康普顿散射为主（与单位体积电子数相关，肌肉3.36每单位，骨5.55每单位），此时骨与软组织衰减差异仅为0.6，影像对比显著下降。医学成像技术第28页定量计算：以手部拍片为例，说明X线在人体不一样组织中衰减差异及与管电压关系。用40kV拍片骨肌肉而用150kV拍片骨肌肉

衰减差异大，形成高对比度医学成像技术第29页为何胸部成像采取高千伏摄影？胸部包含肺、心脏、肋骨、胸骨。对胸部成像普通采取120kv以上高压摄影。这是因为高管电压时，物质吸收衰减以康普顿散射为主，发生概率与原子序数无关，此时，骨骼与软组织和肺部（气体）影像密度相差不大，即使相互重合也不会被骨影覆盖，从而使与骨骼相重合软组织和骨骼本身细小结构及含气管腔变得易于观察，即取得较高影像对比度；而且管电压越高，相对于光电效应来说，被检者剂量降低了。医学成像技术第30页了解：其它射线与物质作用

β射线即电子流，带有负电，其质量很小，所以在运行中轻易被其它电子所偏转，所以其径迹波折，其实际穿透深度小于其径迹长度。在β射线径迹末端,电离密度最大，这是因为此时电子能量已显著降低，速度减慢,与靶物质原子作用几率加大,单位距离内形成离子对增多。在临床上使用直线加速器发生高能电子流照射组织时，主要电离作用产生在深部，而90Sr放射源放出β射线则在浅层（1-2mm）引发最大电离作用。射程长短取决于电子能量大小。1.β

射线与物质作用医学成像技术第31页其它射线与物质作用

α射线即氦核组成粒子流，由2个质子和2个中子组成，故带有2个正电荷，质量数为4，比电子质量大约8000倍。α粒子在组织中经过较慢，穿透距离甚短，最多只几百微米。故α射线由外照射对机体不会产生严重危害。但发射α粒子放射性核素进入体内时，因为其物理特征，其电离密度较大，造成损伤则更为严重。另外，放射性治疗中用快中子或负π介子照射组织时，在组织中将产生α粒子，对杀伤癌细胞将起主要作用。2.α射线与物质作用医学成像技术第32页其它射线与物质作用

中子不带电,经过组织时不干扰带电物质,只有在与原子核直接碰撞时发生相互作用.但慢中子或热中子(能量在0.5eV以下)进入原子核易被俘获,而快中子(能量大于20keV)与原子核主要发生弹性碰撞.在中子与质子(氢核)一次碰撞中,中子个别能量传给质子,产生反冲质子,这种带正电重粒子在组织中速度很快下降,引发高密度电离作用。中子与氧、碳、氮等原子核也发生弹性散射，其反冲核引发高密度电离。快中子与组织中更重原子核相互作用可引发非弹性散射产生γ射线。另外,中子与物质原子核作用还会产生核反应,在反应过程中释放带电重粒子、γ光子或产生放射性核素。

3.中子与物质作用医学成像技术第33页其它射线与物质作用

快中子作用于组织时可产生带电重粒子。另外，高能加速器还可将重粒子加速，使其含有穿透深部组织能力。比如，质子、氦核、负π介子等可在数厘米深处产生高密度电离，到达集中杀死癌细胞作用。关于负π介子研究多年来尤其受到放射治疗领域关注.负π介子属于亚原子粒子,其质量为电子276倍,电荷同于电子,由同时盘旋加速器将质子加速到极高能量(500~700MeV)而作用于石墨或铅靶时产生.当其穿入组织被碳、氧、氢等原子核捕捉,释放α粒子、中子和质子,产生高密度电离作用。4.带电重粒子与物质作用医学成像技术第34页辐射与物质作用类型及能量损失传能线密度与相对生物效应一.传能线密度（LET）定义带电粒