X线成像技术考点及其解析- CT技师上岗证考试

【考点1】 X线的发现与产生
1．X线的发现：
时间：1895年11月8日；
发现者：德国物理学家威廉·康拉德·伦琴；
背景：用高真空玻璃管做阴极射线放电试验时偶然发现；
获奖：1901年伦琴被授予诺贝尔物理学奖；
世上第一张X线照片：1895年11月22日，伦琴夫人手的照片；
伦琴逝世时间：1023年2月10日。

2．X线的产生：
X线的产生是能量转换的结果：电能转换为阴极电子的动能；在阳极的阻止下，阴极电子的动能99%以上转换为热能，不到1%的动能转换为X线。

X线产生必须具备的3个条件：
（1）电子源：通过X线管灯丝通电加热而获得在灯丝周围形成的空间电荷。

（2）电子高速运动：必须使电子高速运动具有动能。

通过球管两端施以定向直流高压和维持X线管内高真空来满足。

（3）高速电子骤然减速：是阳极阻止的结果；阳极的作用：一是阻止高速电子产生X线，二是形成高压电路的回路。

阳极上接受电子撞击的范围称为靶面；阳极靶一般用高原子序数、高熔点的钨制成。

自测题-1 X线的发现者是（）
A．德国物理学家威廉·康拉德·伦琴
B．英国工程师豪斯菲尔德
C．美国医生达曼迪恩
D．波兰裔法国放射学家居里夫人
E．美国物理学家爱因斯坦
答：A
自测题-2 关于X线的发现，错误的是（）
A．X线是1895年11月8日被发现的
B．第一张X线照片是1895年11月22日拍摄的伦琴夫人手的照片
C．1901年伦琴被授予诺贝尔医学生理学奖
D．伦琴提议将自己发现的射线命名为X线
E．伦琴用一个高真空玻璃管和一台能产生高压的小型机器做实验答：C
自测题-3与在X线产生应具备的条件无关的是（）
A．电子源
B．高真空
C．旋转阳极
D．高速电子的产生
E．电子的骤然减速
答：C
自测题-4 X线产生中，电子从阴极射向阳极所获得的能量，决定于（）
A．X线管灯丝加热电压
B．两极间的管电压
C．靶物质的原子序数
D．管电流
E. 阴极灯丝焦点大小
答：B
【考点2】X线产生的原理
X线的产生是高速电子和阳极靶物质的原子相互作用中能量转换的结果，利用了靶物质的3个特性：核电场、轨道电子结合能、原子存在有处于最低能级的需要。

（自然法则—能量最小法则：一切物质总是趋向于保持能量最低的状态。

）阴极电子从静止到产生高速运动具备强大的动能，需要电场力对电子做功。

带电粒子在电场中产生的电势能等于：eV 。

这个电势能做功全部转变为电子的动能：1/2mv2。

电子的能量大小等于它的电荷量乘以X线管两端的电压。

靶物质的原子结构：处于原子中心的集中了原子绝大部分质量的体积很小的带正电荷原子核；分布在原子核周围很大半径范围里不同轨道上的质量忽略不计的带负电荷的电子。

X线管阳极靶物质是钨，其原子序数为74，就是说，钨的原子结构为：原子核内有74个质子，核外轨道上一共有74个电子。

原子核与轨道电子之间存在结合能，半径小的内层电子结合能大，外层轨道电子的结合能比较小；电子在内层轨道运动时，原子的能量状态低，处于稳定状态；电子在外层轨道运动时，原子的能量状态高，处于不稳定的受激发状态。

当阴极电子高速撞击阳极靶面与靶物质的原子相互作用时，将会以两种方式把动能转变为X线能量。

一种方式是高速电子受到靶物质原子核正电场的作用做急剧的减速运动辐射出能量；另一种方式是靶物质的原子发光机制，即高速电子击脱靶物质的原子核外内层轨道电子而激发原子发光。

前者叫做连续放射，后者叫做特征放射。

1．连续放射
连续放射又称为韧致放射，是高速电子与靶物质原子核相互作用的结果。

阴极电子受原子核正电场的影响而失去能量急剧减速，失去的能量直接以光子的形式放射出来；连续放射产生出来的X线是一束波长不等的混合射线，其能量（波长）取决于：电子接近原子核的情况、电子的能量、原子核的电荷。

（1）阴极电子正撞到原子核，速度急剧减为零，电子的全部动能转变为X 线能放射出来，这时的X线光子能量最大，波长最短。

λmin=hc /
kVp=1.24/kVp(nm) 当施与X线管两端管电压为l00kVp时，电子所获得的最大能量就是l00keV，它所产生的X线光子的最短波长就是0.0124nm。

（2）阴极电子没有正撞到原子核而是从原子核旁经过时，离核越近受到的影响就越大，放射出来的光子的波长就越短；离核越远受到的影响就越小，放射出来的光子能量就越小，波长越长。

（3）阴极电子的能量大小因为整流方式不同也不一样。

（4）连续射线的最强波长是最短波长的1.3~1.5倍。

（5）连续射线的波谱随管电压升高而变化：
管电压升高时：最短波长向短波一侧移动；强度曲线向短波一侧移动；最强波长向短波一侧移动；产生的X线总能量将以管电压二次方比例增大。

（6）阳极靶物质的原子序数大时，X线总能量增大。

（7）X线的总能量将随管电流的增大而提高。

2．特征放射
这是高速电子击脱靶物质原子的内层轨道电子，而产生的一种放射方式。

一个常态的原子经常处于最低能级状态，它永远保持其内层轨道电子是满员的。

当靶物质原子的K层电子被高速电子击脱时，K层电子的空缺将要由外层电子补充，此时外层电子将把多余的能量作为X线光子释放出来，此即K系特征放射；若L层电子的空缺，则由其外层电子补充，即产生L系特征放射。

特征放射是在靶物质原子壳层电子的跃迁中产生的。

特征放射的X线光子能量与冲击靶物质的高速电子能量无关。

它只服从于靶物质的原子特性。

X线管钨靶的K层电子结合能为69.5keV，具有70keV以上能量的冲击电子都可以击脱K层电子，产生特征X线。

70kVp以下，不产生K特征X线；80~150kVp，K特征X线占10%~28%；150kVp以上，特征X线减少。

总之，从X线管发出的X线是一束由连续X线和特征X线组成的混合射线，特征X线是叠加在连续X线能谱内的。

自测题-5有关连续X线的解释，正确的是（）
A．连续X线是高速电子与靶物质的轨道电子相互作用的结果
B．连续X线与高速电子的能量无关
C. 连续X线的质取决于管电流
D．连续X线是高速电子与靶物质的原子核相互作用的结果
E．连续X线的放射中，高速电子的能量没有丢失
答：D
自测题-6关于连续X线的波谱特点，错误的是（）
A．管电压升高时，最短波长向短波一侧移动
B．管电压升高时，强度曲线向长波一侧移动
C．管电压升高时，最强波长向短波一侧移动
D．管电压升高时，X线能量以管电压二次方比例增大
E. 阳极靶物质的原子序数大时，X线能量增大
答：B
自测题-7有关特征X线的解释，错误的是（）
A．特征X线是高速电子与靶物质原子的轨道电子相互作用的结果
B．特征X线产生的X线的质与高速电子的能量有关
C．特征X线的波长，由跃迁的电子能量差所决定
D．靶物质原子序数较高时，特征X线的能量就大
E．管电压70kVp以下，不产生K系特征X线
答：B
自测题-8 与连续X线波长无关的是（）
A．阴极电子是否正撞到靶物质的原子核
B．阴极电子从靶物质原子核旁经过时离原子核的距离
C．阴极电子本身的能量大小
D．原子核的核电场强度大小
E．靶物质原子核外电子的结合能大小
答：E
考点3】X线的本质与特性
1．X线的本质
X线本质是一种电磁波，与无线电波、可见光、γ射线一样都具有一定的波长和频率。

由于X线光子能量大，可使物质产生电离，故又属于电磁波中的电离辐射。

X线与其他电磁波一样具有波粒二象性，这就是X线的本质。

电磁波谱：
无线电等3×105～1cm
红外线0.01～0.0008cm
可见光750～390nm
紫外线390～2nm
诊断用X线0.01～0.008nm
注： 1m ＝109 nm
（1）X线的微粒性
把X线看成是一个个的微粒—光子组成的，光子具有一定的能量和一定的动质量，但无静止质量。

X线与物质相互作用时表现出微粒性：每个光子具有一定能量，能产生光电效应，能激发荧光物质发出荧光等现象。

（2）X线的波动性
X线具有波动特有的现象—波的干涉和衍射等。

它以波动方式传播，是一种横波。

X线在传播时表现了它的波动性，具有频率和波长，具有干涉、衍射、反射和折射现象。

2．X线的特性
X线特性指的是X线本身的性能，它具有以下特性：
（1）物理效应
穿透作用：由于X线波长很短，光子能量大，故具有很强的穿透力。

X线的穿透作用除与X线波长（能量）有关外，还与被穿透物质的原子序数、密度和厚度等因素有关。

荧光作用：荧光物质（如钨酸钙、氰化铂钡等）的原子，在X线照射下被激发或电离，当恢复原有基态时，便释放出可见的荧光。

电离作用：具有足够能量的X线光子，不仅能击脱原子轨道的电子，产生一次电离，击脱的电子又与其它原子撞击，产生二次电离。

电离作用是X线剂量测量、X线治疗、X线损伤的基础。

干涉、衍射、反射与折射作用：X线与可见光一样具有这些重要的光学特性。

它可在X线显微镜、波长测定和物质结构分析中得到应用。

（2）化学效应
感光作用：X线具有光化学作用，可使摄影胶片感光。

着色作用：某些物质经X线长期照射后，其结晶脱水变色。

如铅玻璃经X
线长期照射后着色。

（3）生物效应
X线是电离辐射，它对生物细胞特别是增殖性强的细胞有抑制、损伤，甚至使其坏死的作用。

它是X线治疗的基础；是放射卫生防护的根据。

3．X线产生的效率
在X线管中产生X线能量与加速电子所消耗电能的比值叫X线的产生效率，用符号η表示。

η= 产生的X线总能量/ 阴极高速电子流的总能量= k·（V2ZI / VI）= kVZ （%）
式中，V：管电压，Z：靶物质原子序数，I：管电流，k：系数
在X线诊断范围内：k=1.1×10-9。

例题：管电压为100kV，靶物质为钨（W），原子序数74时，X线的产生效率为：
η= 1.1×10-9 ×74×105 ≈0.0081≈0.81%
从上例可见，加速阴极电子所消耗的电能只有0.81%作为X线能量被利用，其余都转换为热能。

X线的产生效率是很低的。

自测题-9关于X线性质的叙述，错误的是（）
A．X线与红外线和紫外线一样，均为电磁波
B．X线具有波动和微粒的二象性
C．康普顿效应可证明它的微粒性
D．光电效应可证明它的波动性
E．X线不具有静止质量和电荷
答：D
自测题-10 不属于X线物理效应的作用是（）
A．穿透作用
B．电离作用
C．荧光作用
D．着色作用
E．干射与衍射作用
答：D
自测题-11 关于X线的本质，正确的叙述是（）
A．X线属于电磁波中的电离辐射，具有波粒二象性
B．X线的微粒性表明X光子具有一定的能量和静止质量
C．X线在传播时表现出微粒性
D．X线的波动性表明X线能激发荧光物质发出荧光
E．X线在与物质相互作用时表现出波动性
答：A
自测题-12对X线产生效率的说法，正确的是（）
A．X线管产生X线的效率很高
B．X线管产生X线的效率很低
C．X线管产生X线的效率可能很高也可能很低
D．X线管产生X线的效率一般
E．X线管产生X线的效率为100%
答：B
自测题-13 关于X线的穿透作用，下述说法错误的是（）
A．X线具有一定的穿透能力
B．X线的穿透力与X线的频率成反比
C．X线的穿透力与被穿透物质的原子序数成反比
D．X线的穿透力与被穿透物质的密度成反比
E．X线的穿透力与被穿透物质的厚度成反比
答：B
自测题-14 X线的荧光作用不能用于（）
A．X线透视荧光屏
B．X线摄影增感屏
C．CT机的晶体探测器
D．X线治疗
E．影像增强管
答：D
自测题-15 X线在医学影像检查技术中被应用的最基本的特性是（）
A．穿透作用
B．荧光作用
C．电离作用
D．感光作用
E．生物效应
答：A
自测题-16 X线的哪项特性是X线剂量、X线治疗、X线损伤的基础（） A．穿透作用
B．荧光作用
C．电离作用
D．感光作用
E．生物效应
答：C
【考点4】X线强度
1．X线强度的定义
X线强度是垂直于X线束的单位面积上，在单位时间内通过的X线光子数量与能量之总和，即X线束中的光子数量乘以每个光子的能量。

在实际应用中，常以X线量与质的乘积表示X线强度。

量是指线束中的光子数，质则是光子的能量（也称穿透力）。

连续X线波谱中每条曲线下的面积表示连续X线的总强度。

2．影响X线强度的因素
（1）靶物质
在一定的管电压和管电流下，X线量的多少决定于靶物质：靶物质的原子序数越高，产生的X线效率就越高。

对于连续X线而言，靶物质的原子序数决定X线量的产生；而对于特征X线而言，靶物质的原子序数决定所产生的特征X 线波长的性质。

（2）管电压
管电压决定产生X线最大能量的性质；另外增加管电压也将增加产生X线的量。

所以X线强度与管电压的平方成正比。

（3）管电流
管电流的大小并不决定X线的质。

但是在管电压一定的前提下，X线强度决定于管电流。

管电流越大，撞击阳极靶面的电子数就越多，产生的X线光子数就越多。

（4）高压波形
X线发生器产生的高压都是脉动式的，由于不同的整流方式，所产生的高压波形的脉动率有很大区别。

X线光子能量取决于X线的最短波长，即决定于管电压的峰值，整流后的脉动电压越接近峰值，其X线强度越大。

3．X线质的表示方法
（1）半值层（HVL）：X线强度衰减到初始值的一半时所需的标准吸收物质的厚度。

（2）电子的加速电压（管电压）。

（3）有效能量：在连续X线情况下使用这一概念。

（4）硬度：低能量X线称为软射线，高能量X线称为硬射线。

（5）X线波谱分布：它表示X线的波长分布或能量分布。

4．X线的不均等性
诊断用X线为连续X线与特征X线的混合，主要为连续X线。

连续X线的波长由最短波长(λmin)到长波长领域有一个很广的范围。

这种X线称为不均等X 线。

不均等X线由于滤过板的使用，长波长领域的X线被吸收，成为近似均等X线。

这种均等度以不均等度h或ω表示。

h=H2／H1 (H1：第1半值层，H2：第2半值层)
或ω=λeff / λ0(λ0 ：最短波长，λeff ：有效波长)
均等X线场合下，h=1，ω=1，不均等X线h>1，ω>1。

·有效波长：单一能量波长的半值层等于连续x线的半值层时，此波长称作有效波长
(λeff)。

·有效电压：产生有效波长的最短波长的管电压，称作有效电压。

λeff = 1.24／V eff (kV)(nm)
·有效能量：将有效电压用能量单位(keV)表示时，此能量为有效能量（或等效能量）。

自测题-17关于X线强度的叙述，错误的是（）
A．X线强度指的是管电压的高低
B．kVp代表X线的质，mAs代表X线的量
C．阳极靶物质的原子序数越高，X线强度越大
D．X线强度与管电压平方成正比
E．整流后的脉动电压越接近峰值，其X线强度越大
答：A
自测题-18关于X线质的表示，正确的是（）
A．X线管的滤过
B．X线管电压和半值层
C．X线管电流
D．高速电子的数量
E．阳极靶物质的原子序数
答：B
自测题-19 影响X线强度的因素不包括（）
A．X线管电压
B．X线管电流
C．靶物质的原子序数
D．阳极柄的材料
E．高压的脉动率
答：D
自测题-20 不能表示X线质的概念是（）
A．半值层
B．X线管电压
C．有效能量
D．X线波长
E．X线的不均等度
答：E
自测题-21 关于X线强度的定义，错误的说法是（）
A．是指垂直于X线束的单位面积上在单位时间内通过的光子数和能量的总和B．也即是X线束中的光子数乘以每个光子的能量
C．在实际应用中常用管电压的高低来表示
D．量是指X线束中的光子数，质则是光子的能量
E．连续X线波谱中每条曲线下的面积表示连续X线的总强度
答：C
自测题-22 下列与X线的质和量有关的叙述中，错误的是（）
A．X线强度受管电压、管电流、靶物质及高压波形的影响
B．X线强度与管电压的平方成正比
C．管电流越大，产生的X线光子数就越多
D．对特征X线来说，靶物质的原子序数决定产生特征X线的量
E．整流后的脉动电压越接近峰值，其X线强度越大
【考点5】X线与物质的相互作用
相互作用形式：相干散射、光电效应、康普顿效应、电子对效应和光核反应五种。

1．相干散射
它是一个低能量的光子冲击到物质的原子上，形成原子的激发状态。

原子在恢复其常态时，放出一个与原入射光子同样波长、方向不同的光子，此即相干散射。

相干散射在X线与物质相互作用时所占几率很小，不超过5％，实际作用不大。

2．光电效应
（1）光电效应的定义
X线与物质相互作用时，X线光子能量(hυ)全部给予了物质原子的壳层电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚成为自由电子(即光电子)。

而X线光子本身则被物质的原子吸收，这一过程称为光电效应。

（2）光电效应的产物
光电效应，在摄影用X线能量范围内是和物质相互作用的主要形式之一。

它是以光子击脱原子的内层轨道电子而发生。

有如特征放射的发生过程。

但又不完全一样，其主要差别是击脱电子的方式不同。

光电效应可产生三种东西：特征放射、光电子(也叫负离子)和正离子(即缺少电子的原子)。

在产生光电效应的过程中，当一个光子在击脱电子时，其大部分能量是用于克服电子的结合能，多余能量作为被击脱电子(光电子、负离子)的动能。

由于带电粒子穿透力很小，当这个电子进入空间后，很快就被吸收掉。

失掉电子的原子轨道上的电子空位，很快就有电子来补充。

这个电子经常是来自同原子的L层或M层轨道上的电子，有时也可来自其他原子的自由电子。

在电子落入K层时放出能量，产生特性放射。

但因其能量很低，在很近的距离内则又被吸收掉。

例如，钙是人体内最高原子序数的元素，它的最大能量的特性光子也只有4kev。

这样小的光子能量，从它的发生点几个毫米内即可被吸收。

但必须注意，常用造影剂碘和钡，所产生的特性放射，会有足够的能量离开人体，而使胶片产生灰雾。

（3）光电效应产生的条件
①光子能量与电子结合能，必须“接近相等”才容易产生光电效应。

就是说，光子的能量要稍大于电子的结合能或等于电子的结合能。

例如，碘的K层电子结合能为33.2 kev，若光子能量为33.0kev，就不能击脱该层电子。

另一方面，一个有34kev能量的光子，又比一个具有100kev能量的光子更容易和碘K层电子发生作用。

这就是说，光子能量的增加，反而会使光电作用的几率下降。

实际上，光电效应大约和能量的三次方成反比。

在实际摄影中，我们通过调整管电压的数值就可以达到调制影像的目的。

②轨道电子结合得越紧越容易产生光电效应。

高原子序数元素比低原子序数元素的轨道电子结合的紧。

在低原子序数元素中，光电效应都产生在K层，因为这一类元素只有K层电子结合的比较紧。

对高原子序数的元素，光子能量不足以击脱它的K层电子，光电效应常发生在L层、M层，因为这两层轨道电子结合的都比较紧，容易产生光电效应。

所以说，光电效应的几率，随原子序数的增高而很快增加。

其发生几率和原子序数的三次方成正比。

光电效应≈(原子序数)3。

它说明摄影中的3个实际问题：不同密度物质的影像，所以能产生明显对比影像的原因；密度的变化可明显影响到摄影条件；要根据不同密度的物质，选择适当的射线能量。

（4）光电效应在X线摄影中的实际意义
①光电效应不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾。

②光电效应可增加射线对比度。

X线影像的对比，产生于不同组织的吸收差异，这种吸收差别愈大，则对比度愈高。

因为，光电效应的几率和原子序数的三次方成正比。

所以，光电效应可扩大不同元素所构成的组织的影像对比。

例如，肌肉和脂肪间的对比度很小，如果选用低kVp摄影，就可以利用肌肉和脂肪在光电效应中所产生的较大吸收差别来获得影像。

③光电效应中，因光子的能量全部被吸收，这就使患者接受的照射量比任何其他作用都多。

为了减少对患者的照射，在适当的情况下，要采用高能量的射线。

3．康普顿效应
康普顿效应也称散射效应或康普顿散射。

它是X线诊断能量范围内，X线与物质相互作用的另一种主要形式。

当一个光子在击脱原子外层轨道上的电子时，入射光子就被偏转以新的方向散射出去，成为散射光子。

而被击脱的电子从原子
中以与入射光子方向呈υ角方向射出，成为反冲电子。

其间X线光子的能量一部分作为反跳电子的动能，而绝大部分是作为光子散射。

一个光子被偏转以后，能保留多大能量，由它的原始能量和偏转的角度来决定。

偏转的角度愈大，能量的损失就愈多。

散射光子的方向是任意的，光子的能量愈大，它的偏转角度就愈小。

但是，低能量的光子，在散射效应中，向后散射的多。

在X线摄影所用能量
(40~150kVp)范围内，散射光子仍保留大部分能量，而只有很少的能量传给电子。

在摄影中所遇到的散射线，几乎都是来自这种散射。

因为，散射吸收是光子和物质相互作用中的主要形式之一。

所以，在实际工作中无法避免散射线的产生，而只能想办法消除或减少它的影响。

4．电子对效应与光核反应
电子对效应与光核反应，在诊断X线能量范围内不会产生。

因为电子对效应产生所需要的光子能量是1.02MeV，而光核反应所需光子能量要求在7 MeV 以上。

所以，这两种作用形式对X线摄影无实际意义。

5．相互作用效应产生的几率
在诊断X线能量范围内，相干散射占5％，光电效应占70％，康普顿效应占25％。

①对低能量射线和高原子序数的物质，光电效应是主要的，它不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾，因而可产生高对比度的X线影像。

但会增加被检者的X线接收剂量。

②散射效应是X线和人体组织之间最常发生的一种作用，几乎所有散射线都是由此产生的。

它可使影像质量下降，严重时可使我们看不到影像的存在。

但它与光电效应相比可减少患者的照射量。

③它们之间的相互比率将随能量、物质原子序数等因素的改变而变化。

就人体而言，脂肪和肌肉的原子序数要低于骨骼。

常用造影剂碘和钡属于高原子序数的元素。

脂肪和肌肉除在很低的光子能量而外，散射作用是主要的；造影剂的原子序数高，以光电效应为主；骨骼的作用形式，在低能量的主要是光电作用，而在高能量时则变为散射作用是主要的。

总之，X线和物质的各种相互作用都有它的重要性，就X线摄影而言，各种作用的结果，都造成了X线强度的衰减，这是X线影像形成的基本因素。

自测题-23在X线诊断能量范围内，利用了X线与物质相互作用的形式是（）A．相干散射和光电效应
B．光电效应和康普顿效应
C．康普顿效应和电子对效应
D．电子对效应和光核反应
E．光核反应和相干散射
答：B
自测题-24关于X线与物质相互作用几率的解释，错误的是（）
A．X线诊断能量范围内，光电效应占30％
B．对低能量射线和高原子序数物质相互作用时，光电效应为主
C．X线摄影中的散射线，几乎都是康普顿效应产生的
D．康普顿效应与光电效应的相互比率，常随能量而变化。