【源版】X线基础知识一

X线基础知识X线物理基础

X线机的组成X线球管高压发生装置影像载体X-ray图像数字化处理系统X线机附属装置X线历史德国科学家(1845-1923)WilhelmConradRoentgen1895年11月8日X线历史

10monthslater(1896) byGenzoShimadzuJr.X线物理基础X射线产生的必要条件电子源。必须有空压电场及真空条件下的电子流。必须有适当的阻挡物(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线物理基础X射线的基本特性物理效应穿透作用、荧光作用、电离作用、光学作用、热作用化学效应感光作用、着色作用生物效应

X线是波长很短的电磁波。

X-Ray是一种不可见光。

X-Ray可以穿透物体。

X-Ray可以使化学物质发生反应;产生荧光。

X-Ray可以产生生物效应,破坏细胞,改变基因。X线物理基础X射线的质和量X射线的三个参量：管电压(kV)管电流(mA)曝光时间(s)X线物理基础X射线的质和量X射线的质是指X射线光子能量的大小

可以用X线管的管电压来描述X射线的质，单位为kV。不同质的X射线的用途名称最短波长管电压(kV)用途滤过板材料极软X射线2.5～0.625～40软组织摄影、表皮治疗胶纸板软X射线0.62～0.1240～150透视和摄影铝硬X射线0.12～0.05150～250较深组织治疗铜超硬X射线0.05以下250以上深部组织治疗锡、铅X线物理基础X射线的质和量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射线光子数的大小。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)。X线物理基础X射线的质和量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线机的组成X-ray发生装置---球管和高压发生器X-ray接收装置---胶片或影像增强器有电视信号处理系统--有透视功能无电视信号处理系统--无透视功能(注：早期的透视功能X线机是利用荧光屏显示图像的)X-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统X-ray附属装置：病床、球管支架、防护设备等X线机的组成X线机胃肠床高压发生器控制台(包括X线控制和床的控制)球管束光器影像增强器摄像机图像一般透视胃肠X线机的工作过程X线球管原理及参量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。金属靶面(主要成分为钨)---球管阳极。X射线阳极阴极灯丝变压器高压变压器管电压高速电子流阳极靶阴极灯丝真空玻璃管焦点X线球管焦点物体图像源相距焦物距物像距

X-Ray焦点---有效焦点尺寸愈小,影像清晰度越高，图像锐利度越好。半影产生图像模糊X线球管小焦点可使影像清晰。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0.5%的电能转化为X射线的能量，99.5%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水或油循环冷却技术在透视时使用小焦点在摄影时使用大焦点高压正KV负KV大焦灯丝小焦灯丝大焦灯丝变压器小焦灯丝变压器CLCCS阳极双焦点技术X线球管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。旋转阳极球管旋转速率有2700rpm、8500rpm(3倍频)，甚至16000rpm(6倍频)。旋转阳极球管的靶面X线球管水或油循环冷却技术真空油X线球管热容量功率热量kW×mA=kJkJ×1.35=kHU热容量kHU散热率kHU/minX线球管热容量功率每次曝光产生的热量热容量散热率高压发生装置

高压发生装置

高压发生器：包括高压变压器、灯丝变压器、高压整流硅堆、高压交换闸参量控制台：KV控制、mA控制、曝光时间(s)控制等摄影的条件范围：60---150KV,30---500,800,1000mA,0.01—6.4S透视的条件范围：40---125KV,0.1---5mA,

长时间连续高压发生装置整流滤波逆变器高压变压器高压整流高压滤波Ut交流电直流点低纹波直流电压高频电压交流高压最高逆变频率：

50,000Hz世界卫生组织早就建议至少使用逆变频率大于50Hz的中频机，最好采用大于30KHz以上的高频机。岛津采用世界一流的50KW逆变式高压发生器，最高逆变频率已达50KHz，因而输出更稳定，软射线更少，X线效率及图像质量大大提高，并使得医生及病人所受放射剂量减小到最低水准。高压发生装置频率的一般划分工频-------≤50Hz

中频-------≤3万Hz人耳听力约2万多Hz3万Hz以上无噪音

高频----

--＞3万Hz5万Hz

脉动<2%

（1%-2%）曝光时间可控制到1ms5万Hz2%脉动频率高频逆变岛津目前采用5万Hz高频逆变发生器性能稳定！！先进的高压发生器

原始波形中频的波形高频的波形2%先进的高压发生器

先进的高压发生器

中、高频射线量的差别工频高频KV1=KV2mA1=mA2射线量1＜射线量2清晰度1＜清晰度2高压发生装置曝光的时间控制，即曝光时间(t)的控制

曝光的时间控制是通过限时器来实现的，有机械式限时器和电子式限时器。曝光过程控制

X线机有一个曝光手闸，它的按钮有两档，第一档是准备档按钮(Ready)，第二档是曝光档按钮(Radiography)。病人摆好位调节曝光参数KV、mA、S开始按曝光按钮第一档(Ready)灯丝加热电路工作旋转阳极启动电路工作操作面板上Ready灯亮灯丝加热到设定值旋转阳极转速到一定值按曝光按钮第二档(Radiography)球管上加上高压计时电路工作计时器到设定时间值切断高压回路曝光结束松开手闸灯丝加热停止工作旋转阳极减速停止一次曝光完成单钮自动曝光过程控制病人摆好位调节曝光参数KV开始按曝光按钮第一档(Ready)灯丝加热电路工作旋转阳极启动电路工作操作面板上Ready灯亮灯丝加热到设定值旋转阳极转速到一定值按曝光按钮第二档(Radiography)球管上加上高压电离室工作，记录X射线的剂量电离室纪录的剂量到达一定值切断高压回路曝光结束松开手闸灯丝加热停止工作旋转阳极减速停止一次曝光完成根据球管容量计算出最大mA无钮自动曝光过程控制病人摆好位根据透视KV值推算出摄影KV开始按曝光按钮第一档(Ready)灯丝加热电路工作旋转阳极启动电路工作操作面板上Ready灯亮灯丝加热到设定值旋转阳极转速到一定值按曝光按钮第二档(Radiography)球管上加上高压电离室工作，记录X射线的剂量电离室纪录的剂量到达一定值切断高压回路曝光结束松开手闸灯丝加热停止工作旋转阳极减速停止一次曝光完成根据球管容量计算出最大mA其他控制电路X线管容量保护电路球管油温检测电路旋转阳极启动电路相位检测电路(工频机)曝光方式控制电路球管选择电路透视摄影切换电路KV补偿电路空间电荷补偿电路mA补偿电路KV调节电路mA调节电路S选择电路KV测量电路mA测量电路mAS测量电路参数显示电路IBS自动亮度控制电路电源电压检测和调整自动曝光电路影像载体影像载体有下面几种荧光屏胶片影像增强器影像板(IP板)平板数字探测器影像载体荧光屏材料：硫化锌镉，产生黄绿色光特点：发光效率低，仅有十分之一的X 光光子，所以必须在暗室条件 下观察。影像载体胶片主要感光材料：溴化银分辨率：分辨率的大小主要由溴化银颗粒的大小所决定。溴化银颗粒的大小一般为1～2μm。

一般用多少线对每毫米来表示，国产胶片的分辨率 为65～85线对/毫米。胶片规格：5×7，8×10，10×12，11×14，12×15，14×14，14×17。单位英寸。曝光后的胶片质量参数：照片密度对比度及层次明锐度失真度影像增强器影像载体影像增强器原理面积缩小增强，电子倍增增强影像载体影像载体影像增强器视野：一般有5、6、7、9、12、16英寸。有些可以实现可变视野，如9/5英寸。图像分辨率：每厘米多少线对表示，一般为25～50线对

/厘米。影像对比度：全黑和全白的亮度比。一般有1：6、

1：12、1：15或更高。灰度等级：8～12级。从黑到白的层次。影像载体影像板(IP板)材料：氟卤化钡(BariumFluorohalide)原理：IP板经X射线照射后，其内的电子获得能量，跃迁 到高能态，由此形成了模拟影像。 受照射后的IP板，经激光扫描后，受激电子以荧光的形势释放出来，将IP板上的每一点荧光值用光电倍增管转化成电信号，并记录下来，就形成了X光数字图像。这就是CR(ComputedRadiography，计算机摄影)技术。特点：可以在传统的X线机上，利用IP板可实现数字化X线图像。影像载体影像板(IP板)灵敏度高，使曝光剂量降低分辨率高，一般可达3.3LP/CM动态范围宽速度慢分辨率不如常规X线机IP板读片机影像载体平板数字探测器

(FPD,FlatPannelDetector)材料种类：非晶硒探测器非晶硅探测器ThinFilmTransistorarray薄膜晶体管阵列影像载体平板数字探测器的作用原理

(FPD,FlatPannelDetector)X-rayTFTa-SeVTFTX-rayCsI

直接转换FPDX-ray

电信号

间接转换FPDX-ray

光信号

(CsI)

电子

(光电二极管)

电信号光电二极管WhyFPDMTF（SpatialResolution）SpatialFrequency[lp/mm]ModulationTransferFunctionI.I.(6inch)＋1MCCDCameraScreen-film100speedDirectConversionFPD(a-Se)IndirectConversionFPD（CsI)ComparisonofDQE(0)CsI:500μm

0.7～0.8Indirect

0.15～0.2

Film/Screen

0.2～0.25

CR

0.6～0.7I.I.+T.V.a-Se:1000μm

0.7～0.8DirectFPDNotesDQE(0)Detector影像载体10mAs

5mAs

2mAs

1mAs

0.5mAs

0.15mAs影像载体X-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统图像数字化的四种方式及处理过程图像数字化产生的数字减影技术数字图像的后处理软件计算机辅助诊断(CAD，Computer-AssistedDiagnosis)X-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统图像数字化方式之一：胶片扫描系统扫描仪计算机X线胶片X-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统图像数字化方式之二：影像增强器+CCD+图像板X线X线影像增强器计算机处理系统电视摄像管CCD或真空摄像管电视信号处理A/D转换(图像板)数字信号球管人体X-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统图像数字化方式之三：计算机摄影(CR,ComputedRadiography)X-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统图像数字化方式之四：直接数字化摄影(DR,DigitalRadiography)X线X线计算机处理系统数字信号球管人体FPDX-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统图像数字化产生的数字减影技术20世纪60年代出现过X线照片减影术(RadiographyImageSubtraction)，主要用于脑血管造影。80年代的数字减影技术主要应用于血管造影中，所以又叫数字减影血管造影技术(DSA，DigitalSubtractionAngiography)。这项技术是在通常的血管造影过程中，运用数字计算机工具，取人体同一部位两帧不同的数字图像，进行相减处理，消去两帧图像的相同部分，得到造影剂充盈的血管图像。X-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统能量减影技术CR技术通过两块IP板，中间插入铜过滤板来实现。DR技术通过两次短时间，不同能量值的曝光来实现。能量减影：左图为标准胸片，右侧为高能肋骨片，中间为去骨后的肺组织片。CR能量减影装置，在两片IP之间加了一片滤过板前IP板后IP板0.3mmCu滤过板X-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统时间减影技术将不同时间拍摄的统一部位的影像相减，来判断病灶。时间减影：上图为病人不同时期的标准胸片。下图是通过时间减影后显示了在标准胸片上显示不清的左肺病灶。X-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统数字图像后处理软件窗宽窗位边缘增强图像平滑对比度增强图像放大缩小图像裁减感兴趣区分析图像压缩连续图像回放X-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统计算机辅助诊断(CAD，Computer-AssistedDiagnosis)每年RSNA开幕式的大会上都会安排一个主题的学术报告，2001年开幕式的主题学术报告为计算机辅助诊断(CAD)。共有两个报告分别是美国芝加哥HeberMacMahon的胸部成像的计算机辅助诊断(Computer-assistedDiagnosisinChestImaging)和纽约RobertA.Schmidt的乳腺成像的计算机辅助诊断(Computer-assistedDiagnosisinMammography)。MacMahon介绍了CAD的理论、人工神经网络(ArtificialNeuralNetwork，ANN)和在胸部病变的应用，特别是能量减影和时间减影的应用，目前在胸部除了结节病灶外还用于肺的间质病变、气胸以及心脏扩大等方面。Schmidt介绍了乳腺计算机辅助诊断，采用了计算机对乳腺癌诊断无论是敏感性或特异性均有提高。并且谈到目前广泛采用的基于胶片数字化仪的信息采集方式可以提高检测的敏感性，对特异性也不会有明显的降低，但是假如采用了数字化乳腺摄影则将有助于诊断结果的更进一步提高。这些论点是一个重要的信号，它提示我们CAD将是人们应该关注的一个热点。X-ray图像数字化处理系统

----硬件及软件处理系统计算机辅助诊断(CAD，Computer-AssistedDiagnosis)

用数字化仪来采集诊断信息，比起医生肉眼观察图像已有了很大的进步，但是也还存在一定的缺点，就是其结果会受照片质量的影响，特别是胶片处理过程中的影响。因此要达到人们的初衷，即达到诊断的目的还是有一定的距离，因此更多的是把CAD中的D-Diagnosis诊断改写为Detection——检测，ComputerAidedDetection(计算机辅助检测)。也就是代替人眼发现某些由于人眼的疲劳、疏忽等原因而遗漏的诊断信息。X线机分类不同功能X线机的机械装置胃肠专用机多功能机胸片机（普通拍片机）心血管造影机断层摄影机牙科专用机儿科专用机乳腺摄影机手术用X线机床旁X线摄片机X线机分类X线机附属装置摄片过程中的辅助装置防护装置X线机附属装置摄片过程中的辅助装置滤线器散射线使得胶片图像模，利用滤线器，可减小散射线的影响。X线机附属装置摄片过程中的辅助装置束光器用于限制X射线照射野的范围，减少病人其它部位的