放射醫(yī)學(xué)技術(shù)士全國(guó)衛(wèi)生專業(yè)技術(shù)資格考試課件

——醫(yī)學(xué)影像學(xué)院張益蘭放射醫(yī)學(xué)技術(shù)（士）全國(guó)衛(wèi)生專業(yè)技術(shù)資格考試2025/2/2313:37總論2第三章X線物理與防護(hù)

第一節(jié)X線的產(chǎn)生三、X線物理與防護(hù)1．X線的產(chǎn)生(1)X線的發(fā)現(xiàn)(2)X線的產(chǎn)生(3)連續(xù)X線與特征X線(4)影響X線產(chǎn)生的因素(5)X線強(qiáng)度的空間分布熟練掌握熟練掌握熟練掌握

2．X線的本質(zhì)及與物質(zhì)的相互作用(1)X線的本質(zhì)與特性(2)X線與物質(zhì)的相互作用(3各種效應(yīng)產(chǎn)生的相對(duì)概率熟練掌握熟練掌握熟練掌握

3．X線強(qiáng)度、X線質(zhì)與X線量(1)X線的波長(zhǎng)與管電壓(2)X線強(qiáng)度(3)X線質(zhì)(4)X線量熟練掌握熟練掌握熟練掌握

4．X線的吸收與衰減(1)距離的衰減(2)物質(zhì)吸收的衰減(3)連續(xù)X線在物質(zhì)中的衰減特點(diǎn)(4)衰減系數(shù)、影響衰減因素(5)人體對(duì)X線的衰減熟練掌握熟練掌握熟練掌握放射醫(yī)學(xué)技術(shù)主管技師、技師、技士考試大綱一、X線的發(fā)現(xiàn)

1895年11月8日晚，德國(guó)著名物理學(xué)家倫琴(WihlemConradRontgen)在研究陰極射線管氣體放電時(shí)，發(fā)現(xiàn)放在管子旁邊用黑紙包著未曾曝光的膠片經(jīng)顯影等處理后感光了。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生陰極射線時(shí)，附近涂有鉑氰化鋇的熒光板能發(fā)出肉眼可見的熒光。更奇怪的是將手置于陰極射線管與鉑氰化鋇板之間時(shí)，在熒光板上顯示出手的輪廓及手的骨骼影像。一、X線的發(fā)現(xiàn)1895年12月22日倫琴拍下了全人類第一張X光片。1901年2月10日倫琴因此成為諾貝爾獎(jiǎng)金第一位物理學(xué)獎(jiǎng)金的獲得者。1905年國(guó)際放射學(xué)會(huì)大會(huì)把X線命名為倫琴射線。二、X線的產(chǎn)生陽(yáng)極陰極e-真空狀態(tài)（一）產(chǎn)生X線的必備條件1、電子源。2、高速電子流。3、適當(dāng)?shù)恼系K物（靶面），接受高速運(yùn)動(dòng)電子撞擊，將高速運(yùn)動(dòng)的電子所帶的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閄線能。（二）X線的產(chǎn)生原理X線的產(chǎn)生是高速電子與靶物質(zhì)相互作用的結(jié)果。在真空條件下高千伏的電場(chǎng)產(chǎn)生的高速電子流與靶物質(zhì)的原子核和內(nèi)層軌道電子作用，分別產(chǎn)生了連續(xù)X線和特征X線。高速電子的動(dòng)能變?yōu)檩椛淠?、電離能和熱能。三種能量的比例隨入射電子能量的變化和靶物質(zhì)性質(zhì)的差別而不同。（二）X線的產(chǎn)生原理陽(yáng)極接受高速電子的轟擊，擊入原子內(nèi)部的電子必須具有一定的能量傳遞給軌道電子，使其內(nèi)層軌道電子發(fā)生躍遷產(chǎn)生X線。若擊入原子內(nèi)部的電子所具備的動(dòng)能不夠大，則只能使較外層的軌道電子產(chǎn)生激發(fā)狀態(tài)，放出可見光或紫外線。通過躍遷輻射產(chǎn)生X線。低原子序數(shù)的原子內(nèi)層電子的結(jié)合能小，高速電子撞擊原子內(nèi)層電子所產(chǎn)生的X線波長(zhǎng)長(zhǎng)，即能量小。鎢原子序數(shù)高，高速電子撞擊內(nèi)層電子所產(chǎn)生的X線的波長(zhǎng)短，能量大。所以診斷、治療機(jī)多用鎢靶。74W、42MOV.e(電場(chǎng)能)_1/2mv2（動(dòng)能）

hc/λmin（光子能）

三、連續(xù)X線與標(biāo)識(shí)X線（一）連續(xù)X線又稱為連續(xù)放射，也稱為軔致輻射，是高速運(yùn)動(dòng)的電子與所撞擊的靶原子核相互作用時(shí)產(chǎn)生。它是相互作用時(shí)能量丟失與轉(zhuǎn)換的結(jié)果。三、連續(xù)X線與標(biāo)識(shí)X線連續(xù)X線的產(chǎn)生原因有：1、電子數(shù)目多，而受核為庫(kù)侖場(chǎng)作用不同，丟失能量不一樣而造成。如：若管電流1mA時(shí)，其每種奔向陽(yáng)極的電子數(shù)有6.25×1015個(gè)，透視3mA，而攝片則從幾十至一千多mA。這樣每秒將有大量的電子撞擊靶物質(zhì)與其撞擊時(shí)各距離核的遠(yuǎn)近不同，與核電場(chǎng)的作用也不同。因而損失的能量也不同。個(gè)別的一次即消耗盡，而大部分則損失部分能量放出低能X線光子。2、每個(gè)高速電子在耗盡能量之前可能要與靶原子經(jīng)過多次碰撞，每次碰撞能量損失不同，放出的光子能量也不同。3、電子原始能量也不同。這些在X線管中隨管電壓能量周期變化的電子群與核電場(chǎng)相互作用有各種不同的受阻情況，這就造成了連續(xù)放射波長(zhǎng)分布的廣泛性。呈現(xiàn)一束混合線。三、連續(xù)X線與標(biāo)識(shí)X線連續(xù)X線光子的能量取決于：1、電子接近核的情況；2、電子的能量；3、核電荷。三、連續(xù)X線與標(biāo)識(shí)X線連續(xù)X線的波長(zhǎng)三、連續(xù)X線與標(biāo)識(shí)X線（二）標(biāo)識(shí)X線又稱為標(biāo)識(shí)放射，也稱為特征放射，是高速運(yùn)動(dòng)的電子與靶原子的內(nèi)層軌道電子相互作用時(shí)產(chǎn)生的。高速電子擊脫靶原子的軌道電子，造成了內(nèi)層軌道電子的空位。因?yàn)橐３謨?nèi)層軌道電子的滿員，此時(shí)外層電子躍遷補(bǔ)充內(nèi)層的空位時(shí)，將多余能量以光子形式釋放出來(lái)。K層電子被擊脫，產(chǎn)生的是K系特性放射，L層……依次類推。雖然，特征放射的X線能量不同，但其波長(zhǎng)總是屬于該原子的特性，即這種X線的波長(zhǎng)是由躍遷的電子能差所決定的，它與高速電子的能量（管電壓）無(wú)直接關(guān)系，主要決定于靶物質(zhì)的原子序數(shù)，Z愈高，產(chǎn)生的特性放射的波長(zhǎng)愈短。三、連續(xù)X線與標(biāo)識(shí)X線不論產(chǎn)生電子空位的原因如何，也不論造成電子空位的沖擊電子能量大小，只要造成空位，產(chǎn)生特征放射都是一定的，但是此電子能量必須大于或等于該電子的結(jié)合能。只有當(dāng)管電壓大于或等于K系激發(fā)電壓時(shí)，才能產(chǎn)生K系放射，且隨管電壓增高，強(qiáng)度增大，管電流愈大，擊脫內(nèi)層電子的幾率多，產(chǎn)生的K系放射也多。70KV以下——不產(chǎn)生K系放射；80KV-150KV——K系放射占10-25%；150KV以上——K系放射漸減。L、M、N系放射能量小，波長(zhǎng)長(zhǎng)均被管壁等吸收。在X線管內(nèi)，高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊陽(yáng)極靶面時(shí)，所產(chǎn)生的X線譜是由連續(xù)X線和標(biāo)識(shí)X線疊加而成。標(biāo)識(shí)X線僅占很小的部分，因而在實(shí)際工作中并不重要。四、影響X線產(chǎn)生的因素（一）X線產(chǎn)生的效率不足1%（二）影響X線產(chǎn)生的因素1、陽(yáng)極靶物質(zhì)的影響連續(xù)X線的強(qiáng)度與靶物質(zhì)的原子序數(shù)成正比。在管電壓和管電流相同的情況下，靶物質(zhì)的原子序數(shù)越高，則X線強(qiáng)度越大。標(biāo)識(shí)X線完全由靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)特性所決定，X線管陽(yáng)極靶物質(zhì)的原子序數(shù)越高，軌道電子結(jié)合能越大，標(biāo)識(shí)X線的能量也越大。（二）影響X線產(chǎn)生的因素2、管電壓的影響X線束中最大光子能量為陰極奔向陽(yáng)極高速運(yùn)動(dòng)電子的最大能量，而這個(gè)最大能量又決定于管電壓的峰值。所以改變管電壓，即改變了最大光子的能量，整個(gè)X線譜的形式必將隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。（二）影響X線產(chǎn)生的因素3、管電流的影響在一定的管電壓下，X線強(qiáng)度決定于管電流。實(shí)際上，X線強(qiáng)度與管電流成正比。（二）影響X線產(chǎn)生的因素4、高壓波形的影響X線最短波長(zhǎng)只決定于管電壓的峰值，而與其它因素?zé)o關(guān)。但對(duì)于X線的輻射強(qiáng)度極限來(lái)說，脈沖電壓比峰值時(shí)恒定電壓低。在峰值電壓相同的情況下，6脈沖和12脈沖所產(chǎn)生的X線不但比半波和全波整流所產(chǎn)生的X線硬線成分多，而且在管電流相同的情況下，其X線輻射強(qiáng)度也比較高。這是因?yàn)榘氩ê腿ㄕ鞯腦線管工作的大部分時(shí)間的電壓都比峰值時(shí)恒定電壓低，而6脈沖和12脈沖的電壓更接近峰值時(shí)的恒定電壓。五、X線強(qiáng)度的空間分布

（一）照射野內(nèi)的線量分布X線產(chǎn)生后在各個(gè)方向上的分布是不均勻的，它的分布與X線管靶物質(zhì)的種類、厚度、靶面傾斜角度等均有一定的關(guān)系。當(dāng)靶面傾斜角為20度時(shí)，在通過X線管長(zhǎng)軸且垂直于有效焦點(diǎn)平面內(nèi)測(cè)定，近陽(yáng)極端的X線強(qiáng)度小，近陰極端的X線強(qiáng)度大，最大值在110度處，分布是非對(duì)稱性的；在通過X線管短軸且垂直有效焦點(diǎn)平面內(nèi)測(cè)定，最大值在90度處，分布基本是對(duì)稱的。五、X線強(qiáng)度的空間分布

（二）焦點(diǎn)面上的線量分布1.矩形分布：實(shí)際焦點(diǎn)與焦點(diǎn)本身尺寸相同。2.雙峰分布：即焦點(diǎn)寬邊X線量分布中間少，兩邊多。3.單峰分布（高斯分布）：沿焦點(diǎn)長(zhǎng)邊用密度計(jì)掃描，得到兩端密度低，中間密度高的單峰分布圖形，由實(shí)驗(yàn)得知，單峰線量分布的焦點(diǎn)面上成像性能好。4.多峰分布：不正常的強(qiáng)度分布，成像質(zhì)量最差。第二節(jié)X線的本質(zhì)及其與物質(zhì)的相互作用

一、X線的本質(zhì)與特性（一）X線的本質(zhì)X線的本質(zhì)是電磁波的一種，電磁波系列中頻率由高到低的順序是γ線、X線、紫外線、可見光、紅外線。與其它光線一樣，具有二象性——微粒性和波動(dòng)性。1、X線的微粒性：熒光現(xiàn)象說明X線具有微粒性。2、X線的波動(dòng)性：X線具有波動(dòng)特有的現(xiàn)象——波的干涉和衍射等，X線是以波動(dòng)方式傳播的，是一種橫波。電磁波譜10-1410-1210-1010-810-610-410-21001021041022102010181016101410121010108106104波長(zhǎng)/m頻率/Hz宇宙線Γ射線χ射線紫外可見光紅外微波無(wú)線電（二）X線的特性1.物理特性（1）1.不可見（2）非帶電（3）穿透作用（4）熒光作用（5）電離作用（6）熱作用2.化學(xué)特性（1）感光作用（2）著色作用3.生物效應(yīng)穿透作用指X線穿透物質(zhì)的能力，穿透性與X線能量、被穿透物質(zhì)的原子性質(zhì)、結(jié)構(gòu)有關(guān)。波長(zhǎng)短的X線光子能量大、穿透能力強(qiáng)，另外還與被照物體的密度有關(guān)。人體組織密度最大的是骨骼，其次是皮膚、肌肉、脂肪，肺等含氣體的組織吸收最少穿透作用X線對(duì)物質(zhì)的穿透和物質(zhì)對(duì)X線的吸收是同一過程的兩種說法。人體組織對(duì)X線的吸收不同，是X線檢查的基礎(chǔ)。穿透作用這是X線所具有的最大特點(diǎn)，波長(zhǎng)越短，對(duì)物質(zhì)的穿透力就越強(qiáng)，利用此特點(diǎn)可進(jìn)行透視和攝片，來(lái)觀察肢體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。熒光作用熒光當(dāng)X線照射某些物質(zhì)(如磷、鎢酸鈣、碘化銫等)時(shí)，由于電離或激發(fā)使原子處于激發(fā)狀態(tài)，回到基態(tài)的過程中，由軌道電子的能級(jí)躍遷而輻射出可見光或紫外線光譜，由此產(chǎn)生的光，稱熒光。熒光作用能使物質(zhì)發(fā)生熒光的作用。熒光物質(zhì)能發(fā)出熒光的物質(zhì)。熒光作用熒光作用能使波長(zhǎng)短的X線變?yōu)椴ㄩL(zhǎng)長(zhǎng)的可見光，熒光的強(qiáng)弱取決于X線的強(qiáng)弱。透視用的熒光屏、攝影用的增感屏、影像增強(qiáng)器等都利用了這一特性制成的。電離作用電離作用電離物體受X線照射時(shí)，核外電子脫離原子軌道，使原子變?yōu)殡x子的過程，即～電離作用X線使物質(zhì)的原子變?yōu)殡x子的作用，即～電離作用所產(chǎn)生的離子量與X線量成正比，自動(dòng)曝光控制系統(tǒng)的電離室、正比計(jì)數(shù)管、X線放射治療等利用了該特性，但也可誘發(fā)復(fù)雜的生物效應(yīng)。電離作用X線照射氣體時(shí)，能使氣體產(chǎn)生電離，測(cè)量氣體電離的離子所帶的電量，可測(cè)定出X線的強(qiáng)度（X線量）熱電作用物質(zhì)吸收X線后變熱，對(duì)熱電偶產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，用此作用可測(cè)定X線量。感光作用X線照射到膠片上，使膠片藥膜中的溴化銀發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)銀粒子微粒而產(chǎn)生潛影，即～在一定條件下，感光膠片上的潛影與X線的照射量成比例增加。廣泛應(yīng)用于人體X線攝影，工業(yè)無(wú)損探傷等技術(shù)中。

X線攝影就是利用的這一性質(zhì)。著色作用（脫水作用）經(jīng)X線長(zhǎng)期照射后，使某些物質(zhì)(如鉑氰化鋇、鉛玻璃、水晶等)的結(jié)晶體脫水而改變顏色。生物效應(yīng)指X線對(duì)生物組織細(xì)胞特別是增殖性強(qiáng)的細(xì)胞，經(jīng)一定劑量X線的照射會(huì)產(chǎn)生抑制、損傷甚至殺死，即X線的生物效應(yīng)，生物效應(yīng)既有利又有弊。生物效應(yīng)是放療的基礎(chǔ)。生物效應(yīng)隨機(jī)效應(yīng)指X線損傷的嚴(yán)重程度與劑量的大小無(wú)關(guān)的效應(yīng)，不存在劑量的閾值，只是發(fā)生的幾率極其微小，主要表現(xiàn)形式是致癌和遺傳效應(yīng)。非隨機(jī)效應(yīng)指X線損傷的嚴(yán)重程度與劑量的大小有關(guān)的效應(yīng)，可能存在劑量的閾值，如過量或累積性照射，可使生物組織引起某些抑制、損傷甚至壞死。二、X線與物質(zhì)的相互作用

（一）光電效應(yīng)1、定義：光電效應(yīng)X線光子與原子內(nèi)層軌道電子碰撞時(shí)，將全部能量傳遞給電子，獲得能量的電子擺脫原子核的吸引成為自由電子（光電子），而X線光子本身消失（被原子吸收），這種作用過程稱為光電吸收，也稱為光電效應(yīng)。多發(fā)生于低能量的光子和原子序數(shù)較高的物質(zhì)作用時(shí)。二、X線與物質(zhì)的相互作用

（一）光電效應(yīng)

2、光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件及發(fā)生概率

入射光子的能量與軌道電子結(jié)合能稍大于或相等時(shí)才容易發(fā)生。發(fā)生概率與光子能量三次方成反比。發(fā)生概率與原子序數(shù)的四次方成正比。即多發(fā)生于低能量的光子和原子序數(shù)較高的物質(zhì)作用時(shí)。二、X線與物質(zhì)的相互作用

（一）光電效應(yīng)

3.光電吸收臨床應(yīng)用

因?yàn)楣怆娢瞻l(fā)生的幾率與光子能量的三次方成反比，利用這一特性，在實(shí)際工作中，常采用高kV攝影技術(shù)，以減小光電吸收的發(fā)生幾率，從而保護(hù)被檢者。1.定義：X線光子擊脫原子外層軌道上的電子，傳遞部分能量給自由電子，自身改變運(yùn)動(dòng)方向和頻率，變成散射光子。這個(gè)過程稱為康普頓效應(yīng)。2.康普頓效應(yīng)的發(fā)生概率與物質(zhì)的原子序數(shù)成正比，與入射光子的能量成反比。（能量傳遞為兩：自由電子，自身散射）。多發(fā)生于X線能量較高時(shí)。

（二）康普頓效應(yīng)2、康普頓-吳有訓(xùn)吸收危害：康-吳吸收產(chǎn)生的散射線，向四周傳播，攝影中向正前方到達(dá)膠片的量偏多，兩側(cè)方向偏少。到達(dá)前方散射線使膠片產(chǎn)生灰霧，到達(dá)側(cè)面的散射線，對(duì)工作人員身體造成損害。X線光子經(jīng)過物質(zhì)原子核外電場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生正負(fù)電子的作用方式。（能量傳遞為兩：正負(fù)電子靜止質(zhì)量，正負(fù)電子動(dòng)能）。具有很高能量的X線與物質(zhì)作用時(shí)方可發(fā)生，一般醫(yī)用X線不足以引起。

（三）電子對(duì)效應(yīng)X線光子與物質(zhì)相互作用而發(fā)生干涉的散射過程。包括瑞利散射、核的彈性散射和德布羅克散射。瑞利散射為主，僅傳播方向發(fā)生改變。唯一不產(chǎn)生電離的過程。相干散射的發(fā)生概率與物質(zhì)原子序數(shù)成正比，并隨光子能量的增大而急劇地減少。發(fā)生的概率不足全部作用的5%。（四）相干散射X線光子與物質(zhì)原子核作用而發(fā)生的核反應(yīng)。（五）光核反應(yīng)第三節(jié)X線強(qiáng)度、X線質(zhì)與X線量

所謂X線強(qiáng)度是指垂直于X線傳播方向的單位面積上單位時(shí)間所通過的光子數(shù)目和能量的總和。在實(shí)際應(yīng)用中，常用X線的質(zhì)和量來(lái)表示X線強(qiáng)度。（一）X線的質(zhì)X線的光譜（波長(zhǎng)）范圍大約在10-9-10-14m之間，醫(yī)用X線管通常用25KV-150KV條件下產(chǎn)生的波長(zhǎng)約10-9-10-11m。設(shè)定的管電壓越高，陰極發(fā)射出來(lái)的電子流速度越快，從而產(chǎn)生的X線頻率越高，波長(zhǎng)越短。這時(shí)X線光子能量就大，穿透力就強(qiáng)。反之，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，穿透力變?nèi)酢＿@一穿透力大小稱作X線的質(zhì)，即X線的硬度。因?yàn)閄線的波長(zhǎng)是由KV來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)定的，所以KV間接地體現(xiàn)X線質(zhì)的軟和硬。人為調(diào)整管電壓可改變X線的質(zhì)，而在X線管輸出的路徑上應(yīng)用恰當(dāng)?shù)臑V過板，將長(zhǎng)波濾去，使輸出總強(qiáng)度中較短的高能X線占有更多的比例。（一）X線的質(zhì)X線的質(zhì)另一種表示方法是用半價(jià)層（mm單位）

，半價(jià)層—使入射X線強(qiáng)度減少一半時(shí)某種均勻物質(zhì)的厚度。對(duì)同樣質(zhì)的X線即波長(zhǎng)一樣，不同物質(zhì)的半價(jià)層不一樣。對(duì)同一物質(zhì)而言，半價(jià)