X射線基礎(chǔ).ppt

1、X射線基礎(chǔ)物理,1. X線的產(chǎn)生,1.1 X線的產(chǎn)生,X線的產(chǎn)生是能量轉(zhuǎn)換的結(jié)果。當(dāng)X線管兩極間加有高電壓時(shí)，陰極燈絲發(fā)散出的電子就獲得了能量，以高速運(yùn)動(dòng)沖向陽極。由于陽極的阻止，使電子驟然減速，約98%的動(dòng)能產(chǎn)生熱量，2%動(dòng)能轉(zhuǎn)換為X線。,1.2 X線產(chǎn)生的條件,X線產(chǎn)生必須具備以下三個(gè)條件： 電子源：X線管燈絲通過電流加熱后放散出電子，這些電子在燈絲周圍形成空間電荷，即電子云。 高速電子的產(chǎn)生：燈絲發(fā)散出來的電子能以其高速?zèng)_擊陽極，其間必須具備兩個(gè)條件，一是在X線管的陰極和陽極之間施以高電壓，兩極間的電位差使電子向陽極加速；二是為防止電子與空間分子沖擊而減弱，X線管必須是高真空。 電子的驟

2、然減速：高速電子的驟然減速是陽極阻止的結(jié)果。電子撞擊陽極的范圍稱靶面，靶面一般用高原子序數(shù)、高熔點(diǎn)的鎢制成。陽極作用有兩個(gè)，一是阻止高速電子產(chǎn)生X線；二是形成高壓電路的回路。,2X線產(chǎn)生的原理,X線的產(chǎn)生是高速電子和陽極靶物質(zhì)的原子相互作用中能量轉(zhuǎn)換的結(jié)果。X線的產(chǎn)生是利用了靶物質(zhì)的三個(gè)特性：即核電場、軌道電子結(jié)合能和原子存在于最低能級(jí)的需要。 診斷使用的X線有兩種不同的放射方式，即連續(xù)放射和特性放射。,2.1連續(xù)放射,連續(xù)放射又稱韌致放射，是高速電子與靶物質(zhì)原子核作用的結(jié)果。當(dāng)高速電子接近原子核時(shí)，受核電場（正電荷）的吸引，偏離原有方向，失去能量而減速。此時(shí)電子所丟失的能量直接以光子的形式放

3、射出來，這種放射叫連續(xù)放射。 連續(xù)放射產(chǎn)的X線是一束波長不等的混合線，其X線光子的能量取定于：電子接近核的情況；電子的能量和核電荷。 如果一個(gè)電子與原子核相撞，其全部動(dòng)能丟失轉(zhuǎn)換為X線光子，其最短波長（ min）為 min=hc/kVp=1.24/kVp（nm）（1） 可見連續(xù)X線波長僅與管電壓有關(guān)，管電壓越高，產(chǎn)生的X線波長愈短。,2.2特征放射,特征放射又稱標(biāo)識(shí)放射，是高速電子擊脫靶物質(zhì)原子的內(nèi)層軌道電子，而產(chǎn)生的一種放射方式。一個(gè)常態(tài)的原子經(jīng)常處于最低能級(jí)狀態(tài)，它永遠(yuǎn)保持其內(nèi)層軌道電子是滿員的。當(dāng)靶物質(zhì)原子的K層電子被高速電子擊脫時(shí)，K層電子的空缺將由外層電子躍遷補(bǔ)充，外層電子能級(jí)高，內(nèi)

4、層電子能級(jí)低。高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，多余的能量作為X線光子釋放出來，產(chǎn)生K系特性放射。若是L層發(fā)生電子空缺，外層電子躍遷時(shí)釋放的X線，稱L系特性放射。 特征放射的X線光子能量與沖擊靶物質(zhì)的高速電子能量無關(guān)，只服從于靶物質(zhì)的原子特性。同種靶物質(zhì)的K系特性放射波長為一定數(shù)值。管電壓在70kVp以上，鎢靶才能產(chǎn)生特征X線。特征X線是疊加在連續(xù)X線能譜內(nèi)的。,3.1 X線的本質(zhì),X線是一種能，有兩種表現(xiàn)形式：一是微粒輻射，二是電磁輻射。X線屬電磁輻射的一種，具有二象性、微粒性和波動(dòng)性，這是X線的本質(zhì)。 X線的微粒性：把X線看作是一個(gè)個(gè)的微粒光子組成的，光子具有一定的能量和一定的動(dòng)質(zhì)量，但無靜止質(zhì)量。X線

5、與物質(zhì)作用時(shí)表現(xiàn)出微粒性，每個(gè)光子具有一定能量，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，能激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)出熒光等現(xiàn)象。 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，它以波動(dòng)方式傳播，是一鐘橫波。X線在傳播時(shí)表現(xiàn)了它的波動(dòng)性，具有頻率和波長，并有干涉、衍射、反射和折射現(xiàn)象。,3X線的本質(zhì)與特性,3.2 X線特性,X線特性指的是X線本身的性能，它具有以下特性： 1物理效應(yīng) 2化學(xué)效應(yīng) 3生物效應(yīng),3.2.1物理效應(yīng),穿透作用：X線具有一定的穿透能力。波長越短，穿透作用越強(qiáng)。穿透力與被穿透物質(zhì)的原子序數(shù)、密度和厚度呈反比關(guān)系。 熒光作用：熒光物質(zhì)，如鎢酸鈣、氰化鉑鋇等，在X線照射下被激發(fā)，釋放出可見的熒光。 電離

6、作用：物質(zhì)在足夠能量的X線光子照射下，能擊脫物質(zhì)原子軌道的電子，產(chǎn)生電離。電離作用是X線劑量、X線治療、X線損傷的基礎(chǔ)。 干涉、衍射、反射與折射作用：X線與可見光一樣具有這些重要的光學(xué)特性。它可在X線顯微鏡、波長測定和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析中得到應(yīng)用。,3.2.2化學(xué)效應(yīng),感光作用：X線具有光化學(xué)作用，可使攝影膠片感光。 著色作用：某些物質(zhì)經(jīng)X線長期照射后，使其結(jié)晶脫水變色。如鉛玻璃經(jīng)X線長期照射后著色。,3.2.3生物效應(yīng),X線是電離輻射，它對生物細(xì)胞，特別是增殖性強(qiáng)的細(xì)胞有抑制、損傷、甚至使其壞死的作用，它是放射治療的基礎(chǔ)。,4X線與物質(zhì)的相互作用,X線與物質(zhì)的相互作用有5種基本形式： 1相干散射（

7、或稱不變散射） 2光電效應(yīng) 3康普頓效應(yīng)（或稱散射效應(yīng)） 4電子對效應(yīng)和光核反應(yīng) 5相互作用效應(yīng)產(chǎn)生的幾率,4.1相干散射（或稱不變散射）,一個(gè)低能量X線光子沖擊到物質(zhì)的原子上，形成原子的激發(fā)狀態(tài)。原子在恢復(fù)其常態(tài)時(shí)，放出一個(gè)與原入射光子波長同樣、方向不同的光子，此即相干散射。在X線診斷范圍內(nèi)，相干散射產(chǎn)生的幾率最多只占5%。,4.2光電效應(yīng),在X線診斷范圍內(nèi)，它是X線與物貭相互作用的主要形式之一，它以光子擊脫原子的內(nèi)層軌道電子而產(chǎn)生。 光電效應(yīng)產(chǎn)生的幾率受三個(gè)因素影響：光子必須有克服電子結(jié)合能的足夠能量；光子能量與電子結(jié)合能接近相等或稍大于；軌道電子結(jié)合的越緊，越容易產(chǎn)生光電效應(yīng)。光電效應(yīng)產(chǎn)

8、生的幾率約占70%。 光電效應(yīng)在X線攝影中的意義：不產(chǎn)生有效散射，對膠片不產(chǎn)生灰霧；可增加X線對比度；光子能量全部被吸收，病人接受的劑量相對較多。,4.3康普頓效應(yīng)（或稱散射效應(yīng)）,在X線診斷范圍內(nèi)，它是X線與物貭相互作用的另一個(gè)主要形式。當(dāng)一個(gè)光子擊脫原子外層軌道電子時(shí)，入射光子就會(huì)偏轉(zhuǎn)，以新的方向散射出去，光子能量的一部分作為反跳電子的動(dòng)能，而絕大部分能量作為光子散射。在診斷X線能量范圍內(nèi)，康普頓散射的幾率占25%。,4.4電子對效應(yīng)和光核反應(yīng),此兩種X線與物質(zhì)的相互作用形式，在診斷X線能量范圍內(nèi)不發(fā)生。,4.5相互作用效應(yīng)產(chǎn)生的幾率,在診斷X線能量范圍內(nèi)，相干散射約占5%，光電效應(yīng)約占7

9、0%，康普頓效應(yīng)約占25%。 對低能量射線和高原子序數(shù)的物質(zhì)，光電效應(yīng)是主要的，它不產(chǎn)生有效的散射，對膠片不產(chǎn)生灰霧，可產(chǎn)生高對比度的X線影像，但會(huì)增加被檢者的X線吸收劑量。 散射效應(yīng)是X線和人體組織之間最常發(fā)生的一種作用，幾乎所有散射線都由此產(chǎn)生，它可使影像質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)可使我們看不到影像的存在，但它與光電效應(yīng)相比可減少病人的吸收劑量。 它們之間的相互比率隨能量、物質(zhì)原子序數(shù)等因素改變而變化。對于人體，脂肪和肌肉除在很低的光子能量而外，散射作用是主要的；對比劑的原子序數(shù)高，以光電效應(yīng)為主；骨骼在低能量時(shí)主要是光電作用，在高能量時(shí)主要是散射作用。,5X線質(zhì)、X線量與X線強(qiáng)度,5.1 X線質(zhì)（

10、或稱X線硬度）,X線質(zhì)由X線的波長（或頻率）決定。波長又取決于管電壓的峰值。管電壓越高，波長越短，穿透力越強(qiáng)。X線攝影中的X線質(zhì)在0.008nm0.06nm。,5.2 X線量,X線量是指X線光子的多少，常以mAs表示。,5.3 X線強(qiáng)度,5.3.1定義 X線強(qiáng)度是指垂直于X線束的單位面積上，在單位時(shí)間內(nèi)通過的光子數(shù)和能量乘積的總和，即X線束中的光子數(shù)乘以每個(gè)光子的能量。在實(shí)際應(yīng)用中，常以量與質(zhì)的乘積表示X線強(qiáng)度。,5.3.2影響X線強(qiáng)度的因素 管電壓（kVp）：X線強(qiáng)度與管電壓的平方成正比； 管電流（mA）：X線強(qiáng)度與管電流成正比； 靶面物質(zhì)：在一定的管電壓和管電流下，靶物質(zhì)的原子序數(shù)越高，產(chǎn)

11、生X線的效率就越高； 高壓波形：X線光子能量取決于X線的最短波長，即決定于管電壓的峰值，整流后的脈動(dòng)電壓越接近峰值，其X線強(qiáng)度越大。,6X線的吸收與衰減,6.1距離的衰減,X線強(qiáng)度在真空傳播過程中與距離的平方成反比。一般在X線攝影時(shí)，可將空氣對X線的衰減可忽略不計(jì)，故此法則成立。,6.2物質(zhì)吸收的衰減,X線穿過物質(zhì)時(shí)，由于與構(gòu)成物質(zhì)的原子、電子或原子核相互作用而被衰減。透過的X線在質(zhì)與量上都會(huì)有所改變。由于低能量光子比高能量光子更多的被吸收，透過后的射線平均能量提高，將接近它的最高能量。,7X線檢查方法,X線檢查方法分三大類： 普通X線檢查（透視與攝影） X線造影檢查 X線特殊檢查,7.1 X線透視檢查,優(yōu)點(diǎn)：可轉(zhuǎn)動(dòng)病人體位，改變方向觀察；了解器官的動(dòng)態(tài)變化；設(shè)備簡單，操作方便，費(fèi)用低；可立即得出結(jié)論。 缺點(diǎn)：影像對比度、清晰度差，難以分辨密度或厚度差異較小的器官，以及密度或厚度較大的部位；缺乏客觀記錄也是重要缺點(diǎn)。同時(shí)，透視檢查的輻射劑量遠(yuǎn)大于同一部位的攝影檢查。,7.2 X線攝影檢查,優(yōu)點(diǎn)：成像清晰，對比度良好；密度、厚度差異較大或密度、厚度差異較小的部位能得到顯示；有客觀記錄。 缺點(diǎn)：每一幅照片只是一幅相對的影像，要建立立體概念需要相互垂直的兩個(gè)方法攝影；對功能觀察不及透視；費(fèi)用高。,7