医学影像内部复习资料1

X射线

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：

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） 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。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和阳极的靶角θ有关

实际焦点和有效焦点大小的影响：

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； 须综合考虑：

双角度靶面和不同长度灯丝结合可产生非常灵活的摄影条件

3.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）；

? X射线量分布不均，半影大小不同，影像质量不同；

高斯分布>矩形分布>双峰分布

? 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；

轫致辐射

1. 连续X射线的产生（ 轫致辐射）

电磁理论：当一个带电体在外电场中速度变化时，带电体将向外辐射电磁波。

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”（Bremsstrahlung）。

设辐射损失的能量为△E，则辐射电磁波（光子）的频率由△E=hν确定。 轫致辐射产生连续X射线原因：

? 每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不同

? 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。

? 钨的连续X射线谱强度随波长的变化曲线图。

?

?

?

? 特点： 每条曲线都有一个峰值； 曲线在波长增加的方向上都无限延展，但强度越来越弱； 在波长减小的方向上，曲线都存在一个称为短波极限波长λmin的极限值； ? 随着管压的升高，辐射强度均相应地增强；

? 各曲线所对应的强度峰值和短波极限的位置均向短波方向移动。 ?

短波极限波长λmin对应的X光子能量最大，等于电子的全部动能。故有：

λ min有且只与管电压U有关

X线球管的效率定义为X线能量与入射高能电子能量之比，可以用式（2-4）近似计算： 效率 = KV ? Z ? 10-6 （2-4）

钨（Z=74）阳极当管电压为100kV时效率只有0.74%；

钼（Z=42）阳极当管电压为40kV时效率不到0.17%。

标识辐射

标识辐射（离散X射线）

标识辐射（Characteristic radiation）是高能电子与阳极物质内层电子作用的结果。如果轰击阳极的电子能量大于阳极原子的内层电子结合能，则可能使内层电子脱离原子的束缚成为自由电子。阳极原子电离后留出的空位由较高能级上的电子来填充。较高能级上的壳层电子跃迁至较低的能级时，会以电磁辐射(X射线)的形式释放能量。即高速电子把原子核外内层电子击出的过程中伴随的标识X射线的电磁辐射，称标识辐射。

? 除K层外，当靶原子中的其它层电子被击出时，相似的标识X射线就会产生。 标识辐射也称为特征辐射，能够表征化学元素的性质。

标识辐射发生的前提是入射电子的动能大于阳极原子中壳层电子的结合能，而辐射光子的能量则仅仅取决于阳极原子的电子能级之差。由于原子核外电子壳层的能级取决于元素的原子序数，所以标识辐射能够表征作为阳极材料的化学元素的性质。也即标识X射线波长仅取决于阳极靶物质。

产生标识辐射X射线的最低管电压U必须满足：

eU≥Wi

Wi为第i层电子结合能。

U=Wi/e 为最低激发管电压

不同靶材料，U不同。见P7表1-2

各壳层最低激发电压为：

Uk>UL>UM

但K系标识辐射X射线最多，其他被管壁吸收

? X射线谱的大体形状一样，但射线技师控制下的许多因素会影响能谱的大小和形状。

? 管电流：幅度

? 管电压：幅度和位置

? 附加滤过：幅度（低能）

? 靶材料：幅度和标识位置

管电压波形：幅度（高能）

X射线的强度

X射线的强度：单位时间内通过单位横截面积的辐

射能量（光子数和每个光子能量决定）。

单色X射线强度I为 I?N?h?：

Emax 复色 连续X射线强度I为 ? I?Ni?h?i?I???d??E?N?E?dE? min0诊断用连续X射线总强度：

n

I?K1?i?ZU???

其中：k1=1.1—1.4*10-9,n=2

K系辐射强度Ik计算公式：

I ? K ?i ? ?U ? k ? n

U

其中：K 比例常数； i 管电流；n 常数：1.5-1.7；

U 管电压（kV）； Uk K系辐射的激发电压（KV）

医学常用X射线的量和质表示强度；量：X光子数目N，mA.s

质：X光子的能量hv（平均），可表示X射线的硬

度：穿透物质的能力

X射线按硬度大小分类：极软、软、硬、极硬四类；

用途各异。

nX射线总强度计算公式：I总 ?K?Z?i?U

K取1.1—1.4*10-9 ,n=2 (i :mA; U: Kv)

影响强度因素：

? 阳极靶原子序数Z：I∝Z

? 管电流i :I∝i

? 管电压U : I∝U2

? 实际中，常用mA.s表示强度：在管电压固定时，用X射线管的管电流i与照射时间

t的乘积

X射线的滤过和硬化

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；

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 ，硬度 。

诊断时常用X射线管的管电压的千伏值表示质。

产生硬x射线的方法：

? 高管电压

? 大原子序数阳极靶

? 厚度较大、原子序数较大的滤过板

X射线与物质的相互作用

X射线的能量范围： 10keV---300keV

低能范围， X射线与物质之间的作用方式主要有光电作用（Photoelectric Absorption）、康普敦散射（Compton Scattering）、汤姆森散射（Thompson Scattering）和瑞利散射（Rayleigh Scattering）、电子对效应等。

线性衰减系数

入射x射线粒子通过物质时，将与物质粒子相互作用被散射，使出射束减弱，减弱程度为

η为作用概率，它表示射线通过物质层△X时强度的

与物质密度无关

光电作用

光电作用过程是光致电离的过程，一个辐射光子使原子的一个壳层电子脱离原子，变成光电

子。光子的能量用来克服电子的结合能使原子电离，剩余部分能量变为光电子的动能。 如果光电子来自较低能级的壳层（如K、L层），那么留出的空位在被更高能级的电子填充X线光子的过程类似

作用系数

康普敦散射

能量较高的辐射光子（远高于电子的结合能）在与物质相互作用时，入射光子与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，电子获得能力而脱离原子。这一现象由

A H Compton首先发现，他把这一现象解释为辐射光子与“自由”电子非弹性碰撞的结果。 称为康普敦散射的作用系数 医用X线穿过物质时的非线性衰减程度与四个因素有关：

1. X线本身的性质（量和质）：反比

2. 吸收物质的密度：正比

3. 吸收物质的原子序数：正比

4. 吸收物质的每千克物质含有的电子数 ：正比

软组织------骨骼-------碘化钠 增大

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。如胃肠蠕动。

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