X射线用于诊断 X射线用于治疗 X射线计算机断层成像术第三节 X射线在医学上的应用X射线用于诊断oX射线在医学中应用最广的是：n常规透视n照片X射线用于诊断o原理n体内不同组织或脏器对X射线的吸收本领不同，强度均 匀的X射线透过身体不同部位后的强度是不相同的。X射线用于诊断oX射线透视或照相可以清楚地观察到n骨折的情况n肺结核的病灶n体内各处的肿瘤位置和大小n脏器形状n断定体内异物的位置X射线用于诊断o增感屏n降低X射线的强度或缩短照相时间，减少患者所 受照射量o影像增强管n提高影像亮度X射线用于诊断o由于软组织对硬X射线的吸收本领很差，对 软组织检查时应采用较软的X射线。n低电压（25kV）的钼靶X射线用于软组织o乳腺摄影 乳腺的良性病变和乳腺癌的早期诊断及 普查X射线用于诊断o人体某些脏器或病灶对X射线的吸收本领与 周围组织相差很少，在荧光屏或照片上就不 能显示出来。o解决方法n给这些脏器或组织注入造影剂（吸收系数较大 或较小的物质）X射线用于治疗o恶性肿瘤n治疗机制ox射线通过人体组织能产生电离作用、康普顿散射 及生成电子对，诱发出一系列生物效应。oX射线对生物组织有破坏作用，尤其是对于分裂活 动旺盛或正在分裂的细胞，其破坏能力更强。X射线用于治疗o用于治疗的X射线设备有n普通X射线治疗机oX射线管采取了大焦点，常用来治疗皮肤肿瘤n“X-刀”o高能X射线，在靶区通过聚焦使照射集中于某中心 点上以获得最大的辐射量o可用于各器官、组织肿瘤的放射治疗XCT (Elscint)诊断图CT工作原理框图X射线（I0） 探测器（I）人 体 求解出图像重建CT图像CT本质上是一种利用X线穿透人体后的衰减特 性作为诊断依据的。在物理学原理方面，CT与普 通X线检查具有一致性，即都遵从X线指数衰减规 律。数学表达式为：式中，I：表示通过物质衰减后的x线强度Io：表示入射X线强度：为物质的吸收系数，它与物质的原子序数及密度有关d：表示物体厚度CT 成像的基本原理n当x线穿过一组厚度相同，值不同的物体时， 其强度与入射X线的强度关系为:即值的总和是射线路径上的线积分。o物质原子序数与值的关系: 成正比o物质密度与值的关系:成正比o值又与下列因素有关：x线波长、物质原子 系数、物质密度。 结论:值可反映出物质的密度，物质的构成等特征 。在CT成像中，可以用值的变化来表 示物质的相对密度及结构。如果能求出每 一个单位体积物质的值，再用不同的灰阶 来表示这个值，那么，通过计算机处理， 则可得到一幅有不同灰阶的图像，这就是 CT成像。 o影响值另一个重要因素波长。n波长与X线能量关系: X线在穿透物体的路径中 ，能量会逐步降低，特别是能量较低的软射线 。这种现象即X线束的硬化效应 。nX线穿过均质物质，在单位体积内值也会不同 ，造成图像的不均匀性。n结论：必须进行仔细校正，以消除值改变，保 证值相同，使图像均匀显示 。 X-CT的组成与功能组成:扫描部分检查床扫描控制系统计算机系统操作控制系统 一、扫描系统o扫描机架o数据采集系统o滤过器o准直器（一）扫描机架X线系统、图像采集、X线过滤器、系统准 直器均装在机架内。oX线系统包括：X线管、水冷系统、高压发 生系统。nX线管：是产生X线的器件，由阴、阳极和真空 玻璃管(或金属管)组成。n冷却系统：一般扫描架内有两个冷却电路： 即X线管冷却电路和电子线路的冷却电路。 n高压系统：包括高压发生器和稳压装置。高 压发生器产生X线的形式主要为连续X线或脉 冲X线发生器。oCT机对高压的稳定性要求很高，电压波动 会影响X线能量，而X线能量与物质的衰减 系数(或称吸收值)密切相关，CT图像是 计算机求解吸收值而重建出来的，电压的 波动会影响到图像质量。 XCT扫描框架图扫描机架内部结构图（二）数据采集系统 数据采集系统(data acquisition system， DAS)包括：探测器、缓冲器、积分器和AD转换器等1、探测器(detector）探测器是一种能量转换装置。 两种基本类型：n收集电离电荷的探测器：气体和固体探测器n闪烁晶体探测器气体探测器结构原理图oCT机上所用的气体探测器多采用化学性 能稳定的惰性气体氙气或氪气等。o气体探测器稳定性好，几何利用率高，但 光子转换率低，因此通常使用高压气体 (1015个大气压)，提高气体分子密度 ，增加电离几率，增强灵敏度。 闪烁晶体探测器：利用某些晶体受射线照射后发光的特性 制成的，组成部分是闪烁晶体，光导及光电倍增管等 o常用的闪烁晶体有碘化钠(NaI)、碘化铂 (CsI)、锗酸铋(BGO)等。nBGO具有残光少，转换效率高，易加工不易 潮解，不易老化，性能稳定等优点，因而被 很多种CT机所采用。从探测器所获得的信号是一个模拟信号，经 缓冲处理后送至对数双坡积分板，进 行积分放大，然后经AD转换器转变为 数字信号后才能被计算机识别处理。2、 A/D转换器CT扫描必须要求X线束为能量均匀的硬射线 ，所以从球管发出X线必须进行过滤。滤过器的功能：n吸收软射线；n使射线束变为能量分布均匀的硬射线。（三）滤过器在X线管保护套里有阳极靶面，X线束仅从窗口射 出，CT扫描仅需要非常小的扇形放射源，它必须 能够调节Z轴方向厚度，以得到不同的扫描层厚 ，并抑制散射线，减少患者辐射，提高图像质量 。o前准直器：在X线管侧，控制放射源；o后准直器：在探测器一侧。n主要起到减少散射线，减少读数误差，与前准 直器配合，完成切层厚度的作用。（四）准直器准直器的位置示意图二、检查床 o可由扫描机架和操作台上相应按钮作上下 升降和进退等动作。n检查床在扫描过程中要求有很高的精度，绝 对误差不允许超过0. 5mm。特别是对1mm 的薄层扫描。n检查床的进退还应有准确的重复性，如扫描 过程中有时要对兴趣区反复扫描，每次扫描 ，检查床必须能准确地到达同一层面。三、扫描控制系统 o扫描控制系统(scan control unit，简称 SCU)设置在扫描机架内。o扫描控制系统自身的中央处理器(CPU)连 接在数据总线和控制总线上，接受来自主 计算机的各种操作指令和向主计算机输送 数据。n I/O接口一般采用串行方式，通过接口，使主 计算机与各功能组之间进行信息分配，实现双 向通讯。 四、计算机系统 CT机的计算机系统由主计算机和阵列计算机两部分 组成。o主计算机是中央处理系统，利用I/O接口，通过 数据系统总线进行双向通讯，从而控制CT整个系 统的正常工作。o主要功能有：n扫描监控，存储扫描所输入的数据；nCT值的校正和输入数据的扩展，即进行插值处理；n图像的重建控制及图像后处理；nCT自身故障诊断。o阵列处理器（array processor，简称 AP）nCT扫描速度快、数据量大、成像质量要求 高，并要求实时重建，普通计算机难以完成 这项工作，因此必须由专用的数据处理设备 阵列处理器来完成。 o它与主计算机相连，在其控制下高速进行数据 运算(每秒可达数十兆次) 。o在AP系统中有多条总线，如数据总线，进行 加法浮点运算的输入输出总线、进行乘法浮点 运算的输入输出总线等。五、操作控制系统 o操作台(operator console，OC)是操作 员与计算机对话的工作平台。o扫描参数的编辑、设定、扫描过程的控制、观察 分析、病人资料的输入及机器故障诊断o图像显示(image display)和记录系统 (record system) CT工作原理 在计算机的控制下，高压发生器产生供X线 管的高压，使X线管产生X线，经准直器准 直(调准、集中、缩小)后透射人体，经后 准直器调整后到达探测器。n当X线穿透人体时，因光电吸收散射等原因会 产生衰减，其衰减程度受密度(原子序数)及厚 度等因素影响。n衰减后的X线照射到探测器，再由探测器转 变为电信号，信号强弱与X线能量成正比。 n再将该信号经A/D转换器转变为数字信号。nCT机必须从人体不同角度，采集大量的数据 ，经阵列计算机(AP)运算，求解出每一点相 对密度值，再将此值经DA转换器转换后， 输至荧光屏用灰阶表示而形成一幅图像。