X射线基础知识精讲

康普顿效应
? 康普顿效应(散射效应) ? - X射线光子与原子外层电子作用,改变频率和角度散射出去,外
层电子摆脱原子成为自由电子的过程 ? - 高kV摄影时,康普顿效应居主, 组织吸收X射线少,但散射线多,
既影响影像,又为防护提出了较高要求
X射线的衰减
? 真空状态的衰减规律： 射线强度的衰减与距离的平方成反比
图5 特征X线产生原理
X射线的强度与平均能量
I=K iZ Un
K=1.1X10 -9~1.4X10-9 i:管电流 Z: 靶材料原子序数 U:管电压 n:≈2 最大强度约在最短波长的 1.5倍处。 平均能量为最大能量的 1/3~1/2。
X射线的量与质
1．通常用X射线的强度表示X射线的量，即垂直于X射线传播方向 单位面积上、单位时间内通过的光子数量与能量乘积的总和
放出光子的能量不一样，由此形成连续的射线谱。
图4 连续X线产生原理
特征X射线的产生原理
特征X线又称标识X线。 高速电子能大于原子内（K-）层电 子的结合能时；
a) 将K层电子击出，K层形成空穴； b) 外层电子跃迁回K层填补空穴，释
放光子。 该跃迁以量子能级释放能量，量子 能级仅取决于靶物质的原子序数， 而与外加电压无关。 由此形成特征X线。
2 X射线的产生和性质
X射线的本质和特性
? X射线本质上是电磁波, 介于紫外线和伽玛射线之间,具备高能量和
穿透力 ? 波长短2X10-9~6X10-12m, ? 频率高3X1016~3X1020Hz
? 波粒二象性,传播时体现波动性,与物质作用时体现粒子性
? 物理特性 - 穿透性(原子序数高\密度大不易穿透,例如骨骼) - 荧光作用(荧光屏\增感屏\闪烁屏) - 电离作用(可用于测量X射线,导致机体损伤,用于机体治疗) - 热作用
? 窄束X线的衰减规律：I=I0e-ux 射线强度的衰减与物质的密度、厚度成指数衰减关系
5．管电压对阴极电子加速，使其获得足够能量撞击阳极靶面，管 电压越高，撞击能量越大，激发的 X射线光子强度越高，穿透能 力越大
X射线的产生效率
? η=KZU ? 约99% 都转变成热能 ? 出射X射线不足阳极靶面产生X射线的10%, 利用率很低 ? 高原子序数的材料/高熔点的材料 ? 恒定的高压
问题思考
2．X射线的量即X光子的数目，可以用管电流mA与照射时间s的乘 积即mAs来反应
3．一定管电压下，管电流越大，单位时间撞击阳极靶面的电子数 越多，激发的X线光子正比增加；照射时间长， X线量正比增大
4．X射线的质又称线质，仅与光子能量有关，表示 X射线的硬度， 即穿透物质的能力，通常以管电压（ kV值）近似描述
不透过性组织 骨骼 含钙的组织
X射线的产生
? 高速电子撞击物质突然受阻产生X射线
? 1、电子源(加热的灯丝) ? 2、靶面(电子撞击的物质) ? 3、高速电子流
? 高电压产生的强电场 ? 真空度较高的空间
- 电子高速运动中不受气体分子阻挡 - 保护灯丝不致因氧化而烧毁
X射线管
1
阳极靶盘
2
转子（阳极散热棒）
3
定子线圈
4
灯丝
5
玻壳
图2 X射线管
X射线谱
强度
特征X线 连续X线
图3 X射线谱
波长
医用诊断X射线主要使用连续X线。 物质结构光谱分析时使用特征 X线。 连续X射线最短波长,只与管电压有关。
连续X射线的产生原理
连续辐射又称轫致辐射 a) 高速电子遇原子核受阻后,能量损失, 损失的动能以光子形式放出。 b) 电子作用核场区的深度不一样 ,受阻程度不一样,能量损失不一样，释
? X射线/光子/电磁波？ ? 单色/单能X射线？ ? 连续X线与靶物质/管电压？ ? 特征X线与靶物质/管电压？ ? X射线机/X光机?
3 X射线与物质的作用及成像
光电效应
? 光电效应(吸收效应) - X射线光子与原子内层电子作用,被原子吸收,内层电子摆脱原子
成为自由电子的过程 - 发生几率与光子能量的3次方成反比 - 低kV摄影或采用造影剂时,光电效应居主,产生好的对比度,但组织 吸收X射线多
? 提高X射线系统影像 焦点、SID/SOD 、准直、参数的组合、后处理
发展对比
仅以相同kV相同mA临床胸片摄影条件作对比,可近似认为DOSE 正 比于kV 2*mAs
表1 不同X射线摄影系统的胸片曝光条件对比
工频
高频
DR
kV
68
68
68
mA
100
100
100
ms
1000
200
50
问题思考
? 放射性来自？ ? X射线来自？ ? 电子/光子？
X射线基础知识
万东医疗? 2009
大纲
1 X射线发现与发展 2 X射线的产生和性质 3 X射线与物质的作用与成像 4 X射线的防护 5 X射线基础术语 6 讨论
1 X射线发现与发展
人类研究微观世界的“三大发现
”
? X射线的发现 1895年伦琴
1901年诺贝尔物理奖
? 放射性的发现 1896年贝克勒尔（铀）
1898年居里夫妇 （钋、镭） 1903年诺贝尔物理奖
? 电子的发现 1897年汤姆生
1906年诺贝尔物理奖
X射线
γ射线
高速电子 e -
原子电子
图1 三大发现的关系
Байду номын сангаас
X射线发现与发展
? 1895年11月8日,德国物理学家W.C.Rontgen 在其实验室作CRT 实验时发现
? X射线,也称伦琴射线 ? 1901年,伦琴因此成为第一个诺贝尔物理学奖得主。 ? 发现X射线后三个月,协助首例外科手术,20min拍摄1张头颅片 ? 之后X射线应用迅速发展,广泛用于物质结构分析、工业探伤
? 化学效应 - 感光作用(摄影/工业探伤) - 着色作用(物质结晶体脱水变色)
? 生物效应(电离和激发) - 对增殖性强的细胞的抑制\损伤\坏死 - 放射治疗 - 对正常细胞的损伤,注意放射防护
表2 人体组织对X射线的透过性
可透性组织 气体 脂肪组织
中等透过性组织 结缔组织 肌肉组织 软骨 血液
、科研等领域 ? 在临床上的应用, X射线摄影/透视,X射线CT
剂量控制与图象质量
? 诊断X射线的技术发展一直致力于用尽量低的剂量获得清晰 影像：
? 提高X射线产生的效率 X射线管、高压发生控制
? 提高X射线的质量 高压发生控制、滤过、限束器、滤线栅
? 提高X射线影像信息的获取能力 床面板、增感屏、闪烁屏、数字化探测器