医学影像物理学复习资料汇总

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f d p -=X 射线物理学

一、X 射线的基本特性

1. X 射线在均匀的、各向同性的介质中，是直线传播，具有光的一切特性，具有波粒二象性。

2. X 射线不带电，不受外界磁场和电场影响；

3. X 射线具有贯穿本领；（不同组织穿透性不同：骨骼--软组织--脂肪--肺、肠道）

4. X 射线的荧光作用；(X 射线照射荧光物质可发出荧光)透视、增感屏

5. X 射线的电离作用；（ X 光子撞击电子--一次电离--撞击其它原子--二次电离） X 射线损伤和治疗基础

6．X 射线的热作用；

7. X 射线的化学和生物效应：与物质进行光化学反应，生物体内电离和激发作用

二、X 射线的产生

医学成像用的X 射线辐射源都是利用高速运动的电子撞击靶物质而产生的。

1. 产生X 射线的四个条件：

（1）具有电子源（阴极）产生发射电子；

（2）有加速电子使其增加动能的电位差（高管电压）

（3）有一个高度真空（P<10-4Pa ）的环境（玻璃外壳） ，使电子在运动过程中尽可能减少能量损耗，保护灯丝不被氧化。

（4）有一个受电子轰击而辐射X 射线的物体（阳极靶）

三、X 射线管的阴极体作用：

① 使电子初聚焦：达到初聚焦作用，增加X 线的产生率。

② 防止二次电子危害：阴极体可收集二次电子，防止危害。

四、阳极的作用：

1,、是一个导电体，它接收从阴极发射出的电子并将它们传导至与X 射线管相连的电缆，

2、使其能返回高压发生器；

3、为靶提供机械支撑；良好的热辐射体。

五、焦点：

1、实际焦点：灯丝发射的电子，经聚焦加速后，撞击在阳极靶上的面积。

2、有效焦点：X 射线管的实际焦点在垂直于X 射线管轴线方向上投影的面积，即X 射线照射在胶片上的有效面积。

3、补充：影响焦点大小的因素有哪些？

答：灯丝的形状、大小及在阴极体中的位置、管电流、管电压和阳极的靶角θ有关。管电流升高，焦点变大；管电压升高，焦点变小。

4、实际焦点和有效焦点大小的影响：

答：实际焦点面积增大，散热好，但有效焦点面积也增大，胶片影像模糊；实际焦点面积减小，阳极靶单位面积上的电子密度增大，实际焦点温度增大，阳极损坏；

5、焦点对成像的影响：

有效焦点越小，影像越清晰；

有效焦点为点光源时：胶片图象边界清晰；

有效焦点为面光源时：胶片图象边界模糊

有半影；半影大小为：

为使图象清晰，要减小半影，可减小S 和d （小焦点，短距离）；

管电流增大，焦点增大，影像质量下降；

管电压增大，焦点增大，影像质量下降；

六、能量损失形式分：

1、碰撞损失（collisionloss）：（占电子总能量的99%）

高速电子与阳极靶原子核的外层电子相互作用而损失的能量；

全部转化为热能。

2、辐射损失(radiationloss)：（占电子总能量的1%）

高速电子与阳极靶原子核的内层电子或原子核相互作用而损

失的能量；

3、特征辐射：高速电子与原子内层电子发生相互作用，将能量转化为标识辐射。

4、韧致辐射：高能入射电子通过阳极原子核附近，受到原子核引力场的作用会降低速度并改变方向，入射电子损失的能量以电磁辐射的形式释放。这种形式产生的辐射称为“轫致辐射”或“制动辐射”。韧致辐射的能谱是连续的

5、连续X射线的产生（轫致辐射）原因：

a、每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不同

b、每个电子与靶原子作用前的能量也不同

故各次相互作用对应的辐射损失也不同，因而发出的X光子频率也互不相同，大量的X光子组成了具有频率连续的X光谱。

6、X射线强度：X射线在空间某一点的强度是指单位时间内通过垂直于X射线传播方向上的单位面积上的光子数量与能量乘积的总和。

补充：X射线强度是由光子数量和光子能量两个因素决定。

7、X射线的量与质

（1）、X射线的质(x-ray quality)又称线质，表示X射线的硬度，即穿透物质本领的大小。与光子能量有关。由管电压和滤过间接表示。通常以千伏数（kV）为单位。

（2）、X射线的量(x-ray quantity)决定于X射线束中的光子数。由管电流与照射时间间接表示通常以毫安秒(mA?s)为单位。

8、各种因素对X射线强度的影响

七、X射线与物质的相互作用

1.X射线与物质三种作用形式：光电效应，康普顿效应，电子对效应

2.光电效应：能量为hv的X射线光子通过物质时，与物质原子的轨道电子发生相互作用，把全部能量传递给这个电子，光子消失，获得能量的电子挣脱原子束缚成为自由电子（光电子）；原子的电子轨道出现一个空位而处于激发状态，他将通过发射标识X射线或俄歇电子的形式很快回到基态，这个过程成为光电效应。

补充：产生条件：入射光子、轨道电子、相互作用能量守恒hv=Ee+Eb.（Ee:光电子的动能,Eb:原子第i层电子的结合能），光电质量衰减系数与Z的3次方成正比，随原子序数的增大，光电效应的发生概率迅速增加。

3.诊断放射学中的光电效应：

利：能产生质量好的影像，原因是：（1）不产生散射线，减少照片灰雾（2）可增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收差别，产生高对比度的X射线照片，对提高诊断的准确性有好处。

弊：入射X射线通过光电效应可全部被人体吸收，增加了受检者的剂量。

4.康普顿效应:当入射X 射线光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量，并改变运动方向，电子获得能量而脱离原子，这个过程成为康普顿效应。

5、诊断放射学中的康普顿效应：散射线增加了照片灰雾，降低了影像的对比度，但与光电效应相比受检者的剂量较低。散射较强，医生和技术人员应注意防护

6、各种相互作用的相对重要性：光子能量处于10keV——100MeV能量范围的低能端部分，光电效应占优势；中间部分，康普顿效应占优势；高能端部分电子对效应占优势。

八、滤过：

1、固有滤过：从X射线管阳极发射出的原级X射线穿过管壁后，被吸收一部分；

2、附加滤过：据需要，在X射线管射出的X射线到达被投照部位前放置一定的物体，会产生滤过；可使X射线的总强度减小，分布均匀；硬度提高；

附加滤过常用密度均匀的滤波板：管电压低时，用铝滤波板；

管电压高时，铜铝滤波板----铜标识X射线---铝标识X射线--空气

X射线的线质（硬度）常用半价层表示：使X射线束的强度减弱为原来一半时所需要的吸收层的厚度；厚度升高，硬度升高。

诊断时常用X射线管的管电压的千伏值表示质。

3、产生硬x射线的方法：

（1）高管电压（2）大原子序数阳极靶（3）厚度较大、原子序数较大的滤过板

八、X射线影像

1、X射线影像基本原理：

X射线贯穿本领强，当一束强度大致均匀的x射线照到人体时，由于人体各种组织、器官在度、厚度方面的差异，对投照在其上的x射线的衰减各不相同，使透过人体的x射线强度分布发生变化，携带人体信息，形成x射线信息影像。再通过一定的采集，转换，显示系统将x射线强度分布转换成可见光的分布，形成人眼可见的X射线影像。

（1）、X线影像增强器作用：X线影像增强器可将普通X射线透视的荧光屏亮点的亮度提高1000~10000倍，使X射线间接摄影和X射线数字成像成为可能。

（2）、X线影像增强器

优点：转换系数高，可大幅度降低X线剂量；成像速度快，适合实时成像

缺点：荧光屏的缺点；视野，几何畸变；其它

2、X线透视：

（1）、X线透视：人体不同部位透射的X线与荧光屏相遇时，可在荧光屏上形成明暗不同的点构成的影象。

若投照部位厚度一定，则荧光屏上暗的地方对应人体组织密度高的部位，X线吸收多；荧光屏上亮的地方对应人体组织密度低的部位，X线吸收少；医生根据医学知识，分析影象，判断组织器官的形态和功能，这就是X线透视。透视可观察器官的形态和器官的活动状况

（2）X线透视设备：

X射线管和荧光屏装在一个C形臂的两端，透视时，使其同步动作，被检查者位于C字中心。

X线荧光屏：产生影象部件:（由荧光纸、铅玻璃、薄胶合板组成，他们同装于一个框架中。）

薄胶合板：保护荧光纸；

荧光纸：纸面涂有荧光物质（材料）：氰化钡、硫化锌、硫化镉的混合物；

铅玻璃：防止X射线对工作人员的伤害

(3)X线透视缺点:

a、有辐射且量大

b、不能留下客观记录

c、透视影象是先将X射线影象转为荧光屏的光影象，然后再转为上影象，两次影象转换，丢失信息，同时荧光屏亮度有限，人眼视觉灵敏度低，荧光物质颗粒大，则较细微结构的影像看不清楚，对早期病变和复杂结构组