成像理论第二章03

• （1）滤过板的选择 • 附加滤过板的使用针对被摄的人体组织对X线 能量的需要，在X线诊断中通常选用Al和Gu作 滤过板 • 对低能X线采用Al滤过，铝Z=13，对低能有很 好滤过作用 • 高能X线采用Gu和Al复合滤过板（ Gu 不能单 独作滤过板），铜Z=29，对高能射线滤过
• 复合滤过板 包括两层或更多层的不同物质 • 复合滤过板使用：从X线窗口由里向外，按原子 序数由高到低排列，铜面向X线管，铝面向被检 测者 • 原因：铜产生8keV的特征辐射，增加被检查者 的皮肤照射量，可用铝层吸收；铝的特征辐射 1.5keV,由空气吸收 • 固有滤过和附加滤过总和称为总滤过
• 在X线屏蔽计算中要有线性衰减系数和质量衰减 系数
• （二）宽束X线的衰减规律 • 1、衰减规律 宽束X线是含有散射线成分的 X线束。 • 实际中,X线大多为宽束，真正窄束情况极少 • 图2-24中除去两个准直器，在吸收体中发生 散射的光子，可能穿过屏蔽层到达探测器， 这便是宽束的情况。
• 宽束与窄束的区别： • 宽束与窄束的主要区别就在于散射的影响。 • （1）窄束把散射光子当作被物体吸收的 光子处理，因为散射光子不能到达探测器
• 同样，可得相应的质能转移系数为： • tr a a ka • (2-44)
• 质能转移系数表示X线在物质中穿行质量厚 度为kg· -2时，因相互作用其能量转移给电 m 子的份额。μtr/ρ的SI单位是m2· -1。 kg
• 质能吸收系数 光子在与物质相互作用过程 中转移给次级电子的能量，有一部分通过 韧致射损失掉了，真正被物质所吸收的能 量应等于光子转移给次级电子的能量减去 因轫致辐射而损失的能量。用g表示能量变 为轫致辐射的份额，则： • μen=μtr(1－g) (2-45) • 表示X线光子能量真正被物质吸收的份额。 式中μen称为线性能量吸收系数，它表示X 线在物质中穿行单位长度时，其能量真正 被物质吸收的份额。
• 个别情况需要使用低滤过X线，因滤 过虽然提高X线的平均能量，但降低 组织的对比度。对软组织摄影则需要 低滤过X线,以增加软组织对比度。把 X线管的玻璃壁换上铍（Z=4），它比 玻璃能透过更多的低能射线，这种X 线具有最小的固有滤过，最适合软组 织摄像，特别是乳腺摄像
• 2、附加滤过 包括可折卸滤 过板、选择滤 过板、遮光器 的滤过等。
• 当X线通过物质时，产生光电效应、康普顿效 应和相干散射等，在此过程中由于散射和吸收 使X线强度衰减，这一衰减称为物质所致衰减。
• • • •
辐射通过物质时的衰减规律： 1、吸收物质的性质 2、物质厚度 3、辐射自身的性质
• X线在物质中的衰减规律是X线摄像、 透视、造影检查、CT检查、放射治疗 及屏蔽防护设计的依据
• 理论上，描述连续能谱窄束X线的衰减
I I1 I 2 I n I 01e
1x
I 02e
2x
I 0 n e
nx
• 连续X线通过物质层时，其量和质都变化 • 变化规律：强度变小，硬度变大（质提高） • 这个规律就是X线透过物体的硬化。物体对低能 X线的线性吸收系数大，对高能X线的线性吸收 系数小些
• 2、衰减规律 • （1）吸收体不存在时，记录辐射强度I0 • （2）强度变化与吸收体厚度、原强度等的关 系: （2-35） I I x • μ线性衰减系数，物理意义X线穿过单位厚度 的物质层时，其强度减少的百分数，单位/m。
• μ的性质 • （1）随辐射束中光子能量的增加而减小 • （2）近似正比于吸收物质的密度ρ， ρ与物质物 理状态有关 • 将（2-35）式积分，即单能窄束X线的指数衰减 规律： I I e x （2-38） 0 • 式中， I0 、I分别是X线入射到物体表面时强度和 透过厚度为x的物体的强度；x为吸收物质的厚度。
I I 0e
m m
• Xm表示质量厚度
只适用于窄束单能辐射
• 例如水、冰和水蒸汽，虽然它们的密度和物理状 态不同，但它们的质量衰减系数都一样，质量厚 度为lkg· -2”的水、冰和水汽对X线都有同等量的 m 衰减。
• 图2-25a表示单能窄束X线强度随吸收体厚度增 加按指数衰减；图2-25b半对数坐标，射线强度 与吸收厚度关系为直线，直线斜率就是μ
• 将（2-35）式变换
I I x
• Δxρ表示面积为1平方米，厚度为Δx m的体积 所包含物质层的质量，称为质量厚度，单位 2 • kg m 面密度
• m / 称为质量衰减系数，表示X线在穿过 2 m 质量厚度为 1 kg 的物质层后X线强度减少 2 1 kg 的分数值，单位 m • m / 与物质的密度和物理状态无关，与波 长、吸收物质原子序数关系：m K 3 Z 4 • 式（2-38）可表示为： x
en tr 1 g
• μen/ρ叫做质能吸收系数，它的SI单位同样是 m2．kg-1。
• 线性衰减系数μ 表示X线在穿过单位厚度的 物质层时，其强度减少的百分数值。线性衰减 系数μ的SI单位是m-1 • 质量衰减系数μm μ/ρ，表示X线在穿过质量 厚度为1kg.m-2的物质层后X线强度减少的分数 值。SI单位是“m2.kg-1” • 线性能量转移系数μtr 表示X线光子在物质中 穿行单位长度距离时，由于各种相互作用，其 能量转移给电子的份额。μtr的SI单位是m-1
• （4）滤过对照射条件的影响
• 滤过板大量吸收低能光子，少量吸收高能光子。 为补偿对高能射线的衰减，一般采用适当增加照 射时间的办法 • 实验表明：采用高千伏、厚滤过、适当增加照射 时间，被检查者的所受照射剂量大幅减少，起保 护作用
• （5）楔形或梯形滤过 板：在摄影部位的厚度 相差太大的情况下，会 使照片的黑化度差异太 大，造成诊断困难，为 此使用楔形或梯形滤过 板
I BI0e
x
• 2、积累因子B • 积累因子是描述散射光子影响的物理量，反应了 宽束与窄束的差别。 • B表示物质中一点的光子总计数率与未经碰撞的 原射线光子计数率之比 Ns N Ns Nn • （2-43） B 1
Nn Nn Nn
• N n 为物质中所考虑的未经碰撞的原射线光子的 计数率， s 为在物质中散射光子的计数率， N N
• 讨论：随 吸收厚度 增加，强 度变化规 律？能谱 变化规律？
• 随着吸收物体厚 度的增加，X线 强度不断衰减， 而能谱不断变化。 低能成份衰减的 快；越到后来高 能成份越多，能 谱变窄——X线 平均能量越来越 高
• 管电压的峰值决定了X线束的最大光子能量， 因此重复滤过X线束，其平均能量只能越加 趋近于管电压对应的最大值。 • 可见，X线管的激发电压和窗口处的滤过条 件，决定X线管所发射X线束线质的重要条 件
三、X线通过人体的衰减规律
• （一）单能窄束X线的衰减规律 • 1、单能窄束X线 • 由相同能量光子组成的X线称为单能线，它 具有单一的波长或频率。 • 窄束X线：指不包括散射成分的X射线束，通过 物质层后的X线光子，仅由未经相互作用或未 经碰撞的原射线光子所组成。 • 窄束不指几何上细小，没有散射光子就是窄束
• 图2-24 窄束X线的装置
• （3）滤过板厚度对被检者照射剂量的影响
铝板厚度 (mmAl) 0 0.5 1.0 3.0 皮肤照射量 (C/kg) 6.14×10-4 4.78 ×10-4 3.28 ×10-4 1.20 ×10-4 照射量下降百 分数(%) 0 22 47 80
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重要意义。
• （2）滤过板的厚度 • 2-5 不同厚度的铝滤过板对不同能量的单能射线 衰减的百分数
• 国际上，建议诊断X线的总滤过(包括固有滤过和 附加滤过)如下： • 工作电压50kVp以下，总滤过0.5mmAl； • 工作电压50～70kVp，总滤过1.5mmAl； • 工作电压70kVp以上，总滤过2.5mmAl。
• 物理意义：其大小反应了散射光子数对总光子 数的贡献 • 宽束B>1; • N s 0 ，窄束B=1
• (三)连续X线的衰减 • 1、衰减特点 • 窄束和宽束的衰减规律只是对单能X线而言；连 续能谱X线束是波长从某一最小值到某一最大值 的各种能量光子组成的混合射线
• 连续X线穿过一定厚度的物质层时，各能谱成分 的衰减速率并不一样，它不遵守单一的指数衰减 规律
• （2）宽束情况下，吸收体中产生的散射 光子经一次或多次散射仍可到达探测器而 被记录
• 窄束衰减规律处理宽束问题 • 窄束的质量衰减系数将高估吸收体的衰 减能力，对屏蔽是不安全的。
• 质能吸收系数是计算光子能量被吸收体 真正吸收的概率，用它代替质量衰减系 数计算宽束的衰减，对防护是安全的
• 质能转移系数 在X线与物质的三个主要作用过 程中，X线光子能量都有一部分转化为电子(光 电子、反冲电子及正负电子对)的动能，而另一 部分则被一些次级光子(特征X线光子、康普顿 散射光子及湮灭辐射光子)所带走，这就是说， 总的衰减系数μ可以表示为两部分的和，即： • μ=μtr+μp • 式中，μtr为X线光子能量的电子转移部分；μp为 X线光子能量的辐射转移部分。
第三节 X线的衰减规律
一、距离引起的衰减
从X线管焦点发出的X线向空间的各个方向辐射 时，X线强度的衰减遵循平方反比法则，即在 焦点为中心而半径不同的各球面上的X线强度 与距离的平方成反比的规律
PW PW I1 I2 2 2 4r1 4r2
I1 r I2 r
2 2 2 1
二、物质引起的衰减规律
• （1）固有滤过：指X线管组件本身的滤过 • 从X线管阳极靶面到不可拆卸的滤过板之间滤过 的总和，它包括X线管的管壁、绝缘油、套管上 的窗口和不可拆卸的滤过板
• 铝当量（mmAl）:是指一定厚度的铝和 一定厚度的其他物质对X线具有同等量 的衰减效果时，铝板厚度称为滤过物质 的铝当量。 • 一般X线机的固有滤过：0.5～2mmAl
• 2、X线滤过 • 诊断用X线：连续能谱的混合射线，低能X线 被皮肤和浅表组织吸收，透不过人体，对诊 断不起作用，却大大增加被检查者的皮肤照 射量。 • 目的：获得最佳的图像质量、保护被检查者 • 方法：在X线管窗口处放置均匀厚度的金属片， 预先将X线低能成分吸收掉，将X线平均能量 提高 单能窄束X线 通过物质时只 有光子数减少， 无光子能量变 化
• 线性衰减系数μ就是入射光子在物质中穿行单位 距离时，平均发生总的相互作用的概率，μ是各 种线性衰减系数总和
c coh k
• 总质量衰减系数:
c coh k m
• 对于辐射剂量学而言，重要的是确定X线能量的 电子转移部分，最后在物质中被吸收的就是来 自这一部分能量。 • X线能量的电子转移部分，等于： • μtr=τa+σa+ka (2-43) • 其中，μtr称为线性能量转移系数，表示X线光子 在物质中穿行单位长度距离时，由于各种相互 作用，其能量转移给电子的份额。μtr的SI单位 是m-1。τa、σa、ka分别为光电效应、康普顿效 应和电子对效应过程中光子能量转移为电子能 量的线能量转移系数。
• 质能转移系数 表示X线在物质中穿行质量 厚度为kg· -2时，因相互作用其能量转移给 m 电子的份额。μtr/ρ的SI单位是m2· -1 kg • 质能吸收系数 μen/ρ叫做质能吸收系数，它的 SI单位同样是m2．kg-1，表示X线在物质中穿 行单位长度时，其能量真正被物质吸收的份 额。
• 宽束的衰减规律比较复杂，在图2-25b并不是直 线，而出现弯曲。可在窄束的指数衰减规律上加 积累因子B