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1、第二章 X线基本知识,第一节 X线产生及特性,一、X线的发现,1895年11月8日，德国物理学家伦琴（Rontgen）在研究阴极射线管气体放电时，发现附近涂有铂氰化钡的纸板上能发出肉眼可见的荧光,并且将手置于阴极射线管与铂氰化钡板之间，在纸板上显示出手的轮廓及骨骼影像。伦琴推断这是一种特殊的射线，由于当时对这种射线的性质不清楚，便借用数学上代表未知数的符号“X”来代替，称之为X射线（X-ray）。后人又称之为伦琴射线。,二、X线产生的条件,（1）电子源提供足够数量的电子； （2）在真空条件下高电压产生的强电场和高速运动的电子流； （3）适当的障碍物（靶面）来接受高速运动电子所带的能量，使高速电
2、子所带的动能部分转变为X线能。,若靶面物质原子序数较低，其内层电子结合能小，高速电子撞击原子内层电子所产生的X线能量小、波长较长；原子序数较高的元素如钨，其原子内层电子结合能大，当高速电子撞击时，便产生波长短、能量大的X线。,现用于X线诊断与治疗的X线管靶面绝大多数是由原子序数较高的钨制成的。 有些具有特殊用途如用于软组织摄影（乳腺摄影），X线管靶面是由原子序数较低的金属(如钼、铑等)制成的，它能产生波长较长的X射线，称之软射线。,三、X线的本质,X线即属于电磁辐射的一种，和其它光线一样，具有二象性：微粒性和波动性。 X线的波长范围约为61011cm 5106cm，由于医学诊断用X线管管电压通
3、常在40kV150kV之间，相应的X线波长约为81010cm3.1109cm，该波长范围即为诊断范围的波长。,四、X线的质与量,一般用于表示X线的硬度，即穿透物质的能力，它代表光子的能量，有时也指在某一波长范围内X线光子的平均能量。 X线的质仅与光子能量有关，能量越大，X线的波长越短，穿透力越强，则X线的质越硬；反之，X线的硬度就小。 在实际工作中，一般用管电压(kV)数值间接表示X线的质。,（一）X线的质,半价层： 有时也用半价层来表示X线质。半价层（half value layer，HVL）是指入射的X线强度减弱为原来的一半时某均匀吸收体的厚度。对同样质的X线来说，不同物质的半价层不一样。
4、但就同一种物质而言，半价层越厚，表示X线质越硬；反之则软。,（一）X线的质,指X线束中的光子数目，在实际工作中，常用X线管的管电流与照射时间的乘积毫安秒(mAs)来表示X线的量。 管电流越大，代表X线管中被加速的电子数目越多，电子撞击阳极靶面产生的X线量越多，则X线强度越大。 X线照射时间，是指球管产生X线的时间。显然，X线的量与管电流及照射时间成正比。,（二）X线的量,五、X 线 效 应,X射线是一种电磁波，除具有电磁波的共同属性外，由于其能量大，波长短，还具有以下几方面的性质：物理效应（穿透作用、荧光作用、电离作用）、化学效应（感光作用）、生物效应。,1 穿透作用 是指X线穿过物质时不被吸
5、收的本领。光子能量越大，产生X线波长越短，对物质的穿透作用越强。物质的原子序数高、密度大，吸收X线量多，X线穿透力相对较弱；物质原子序数低、密度小，吸收X线量少，X线穿透力相对较强。 X线对人体各组织穿透性的差异是X线医学影像学的基础。,（一）物理效应,2荧光作用 某些荧光物质（如钨酸钙、铂氰化钡、硫化锌镉及某些稀土元素等），受到X线照射时，能够产生荧光，具有这种特性的物质叫荧光物质，使这种物质发生荧光，称荧光作用。 如：透视用的荧光屏，摄影中用的增感屏，影像增强器的输入屏和输出屏都是利用这种特性制成的。,（一）物理效应,1感光作用 X线照射到胶片，使胶片上的卤化银发生光化学反应，出现银颗粒的
6、沉淀，称为X线的感光作用。由于X线穿透人体后的强度分布不同，使卤化银的感光度发生差异，经显影后产生一定的黑化度，显示出人体不同密度的影像。 如人体的X线摄影检查和工业探伤,（二）化学效应,2.着色作用 某些物质如铂氰化钡、增感屏、铅玻璃、水晶等，经X线长时间照射后，其结晶体脱水渐渐改变颜色，发生脱水、着色，称为着色作用（脱水作用）。,（二）化学效应,生物细胞（增殖性细胞）经一定量的X线照射后，可以产生抑制、损伤甚至坏死，即为X线的生物效应。不同的组织细胞对X线的敏感性不同，会出现不同的反应。 放射治疗就是利用X线的生物效应，对病变组织进行一定量的X线照射，它也是射线工作者及受检者应注意防护的原
7、因。,（三）生物效应,六、光学密度与感光效应,胶片中的感光乳剂（卤化银）在光（或辐射线）作用下致黑的程度称为照片的密度，又称光学密度或黑化度。 光学密度是由于胶片上乳剂感光后，光量子被卤化银吸收，经过化学处理，使卤化银还原，构成黑色金属银的影像。吸收光线越多，卤化银沉积越多，照片就越黑；反之，卤化银沉积越少，照片越透明。,（一）光学密度,光学密度是形成X线影像的基础，X线影像都是由黑白不同的密度组成。 密度可以根据透光率和阻光率来测量，入射光线强度为I，透射光强度为I0，则透光率为I0 / I ，阻光率为透光率的倒数，即 I / I0 。 光学密度通常以D表示，其值就是入射光线强度I与透射光强
8、度I0之比的对数： D=lg I / I0,（一）光学密度,照片上的密度（被还原卤化银的多少）可以直接用光学密度计测量，但是需依赖人眼的识别能力来判断，由于人眼对光学密度的识别范围在0.252.0之间，因此该密度范围即是诊断需要的密度范围。,（二）照片密度,密度过高或过低均可影响影像质量，借助强光灯可适当提高识别高密度的能力。通常除了胶片本底灰雾外，密度在0.31.5之间的照片影像，提供的诊断信息较丰富。不同摄影部位的标准X线影像，其密度值范围不同。,（二）照片密度,1照射量（mAs） 管电流与曝光时间的乘积毫安秒（mAs），是控制照片密度的主要因素。 2管电压(kV) 照片的密度与管电压的n
9、次方成正比。n值在诊断用X线波段范围内通常为25。 3. 摄影距离 在其它摄影条件不变时，照片的密度随着焦-片距离（FFD）增加而减小。,（三）照片密度的影响因素,4被照体 照片影像密度随被照体的厚度、密度增加和有效原子序数增高而降低。 5照射野面积 X线照射被照体的面积越大，产生的散射线越多，胶片的灰雾度增加，使照片的密度也相应地增加，但降低了对比度，影响了影像质量。,（三）照片密度的影响因素,6增感屏及增感屏-胶片组合 增感屏可提高胶片感光效应数十倍，绝大部分的影像密度是由增感屏的荧光作用形成的。增感屏的增感作用，即对照片密度的提高能力，取决于增感屏的增感率，增感率高获得的影像密度大。 增
10、感屏-胶片组合，感色性要一致。,（三）照片密度的影响因素,7照片冲洗因素 对照片密度影响较大，主要因素有显、定影液的性能，显影温度及显影时间等。,（三）照片密度的影响因素,1）概念 X线穿过人体被检组织后，使感光系统（屏-片系统）感光的效果，称“感光效应”,（四）感光效应,kVn I t s F Z E = K e-ud R2 D B Z / kV代表管电压，n是管电压的指数，I代表管电流，t代表曝光时间，s代表增感屏的增感率，F代表胶片感光度，Z代表靶物质原子序数，R代表焦-片距，D代表照射野的面积，B代表滤线栅的曝光倍数， Z/代表被照体的原子序数，e代表自然对数的底，u代表被照体的X线吸
11、收系数，d代表被照体的厚度，k是常数。,感光效应 (E) 公式,主要有相对固定条件和变换因素。 （1）相对固定的条件： 电源设备，高压发生装置，设备总过滤（包括X线管壁、窗口过滤、绝缘油等）,滤线器，胶片特性，增感屏及增感屏-胶片组合等。 （2）变换因素：指在具体选择摄影条件时，主要对管电压、管电流、时间和摄影距离四大因素的调节。,（五）影响感光效应的因素,除了相对固定因素外，感光效应公式通常写成（变换因素）： kVn I t E = K R2 式中K是常数，kV代表管电压，I代表管电流，T代表曝光时间，R代表焦片距。感光效应与管电压（kV）的n次方成正比，与照射量(mAs)成正比，与焦片距（
12、R）的平方成反比。,（五）影响感光效应的因素,七、增感屏,一张X线照片影像的形成，X线的摄影作用仅仅是5%以下，而95%以上的效应是由增感屏的荧光激发所致。 增感屏是利用X线激发荧光的特性，使屏上的化学物质受X线的照射而发出荧光。,增感屏,增感屏是由以下四层组成： 1.基层：基层为荧光物质的支持体。 2.荧光体层：是增感屏的核心物质。 3.保护层：保护荧光体不受损害。 4.反射层：使荧光反射回胶片，提高了发光效率。 5.吸收层：防止荧光反射到胶片，提高影像清晰度,（一）增感屏的结构,（二）增感屏的种类,增感屏可分为钨酸钙和稀土两大类。 1.钨酸钙屏：这类增感屏使用已久，以增感速度的不同又分为：
13、低速增感屏中速增感屏高速增感屏超高速增感屏、高电压增感屏、一次多层摄影增感屏等。 钨酸钙屏是在X线激发下，转换成蓝色谱段可见光，对感蓝胶片敏感，亦称蓝敏胶片用增感屏。,2.稀土增感屏：用稀土材料制成的增感屏，能大大地提高增感效率，可较钨酸钙屏增加47倍，使X线曝光量显著降低，为鎢酸钙屏的1/41/7。可分为蓝光和绿光系列。,（二）增感屏的种类,稀土增感屏根据荧光体的不同，可分为： （1）硫氧化物类：如硫氧化钆、硫氧化镧、硫氧化钇等增感屏，受X线激发下转换成绿色谱段可见光，对感绿胶片敏感。此类屏亦称绿敏胶片增感屏。 （2）溴氧化物类：如溴氧化镧、溴氧化钇等增感屏，受X线激发以后转换成蓝色谱段可见
14、光，对感蓝胶片敏感。,（二）增感屏的种类,稀土增感屏具有以下优点：增感效应增强、曝光量显著降低；显著地减少X线幅射剂量，有利于对工作人员和X线检查患者的防护；小容量的X线机在应用稀土增感屏后，能扩大其使用范围，减轻了X线机的负荷量和延长机器的使用寿命。,（二）增感屏的种类,1、增感率 在产生同样摄影密度值1.0的条件下，不用增感屏与用增感屏所需X线照射量的比值称该屏的增感率。 f= t0/t 式中f为增感率，t0为不用增感屏的照射量，t为使用增感屏的照射量。 增感率一般在4095之间。,（三）增感屏特性,2、增感速度 增感速度是各种增感屏之间增感率的比较。影响增感速度的因素： 荧光颗粒的大小；
15、荧光体层厚度；不同类型的荧光物质；温度对增感速度的影响。,3、荧光体的光扩散 增感屏的结晶体颗粒在受到X线照射后，每个晶体均成为一个发光光源向外散射荧光，使影像清晰度降低，称为“荧光的光扩散”。此现象与荧光结晶体颗粒大小及涂布厚度有关，结晶颗粒越大，涂布厚度越厚，则荧光的光扩散现象也越显著。,4、余辉现象 当X线照射停止时，增感屏上仍然继续 有荧光作用存在，这种荧光的继续滞留 称为“余辉”。,5、分辨率 是表示增感屏能清晰反映影像细节的最大能力的指标。由于增感屏的材料和荧光性能的制约，增感屏分辨率远低于胶片分辨率，故对X线照片影像质量影响较大。其次，采用不同荧光颗粒的增感屏，其分辨率也有差异，选用时应加以注意。,分辨率,（四）增感屏对影像效果的影像,1、影像对比度增加；2、影像清晰度下降。原因：荧光体是多面晶体，吸收X线而发的荧光有扩散现象，双面增感屏的交叠效应，即双面增感屏（前屏和后屏）发光扩散的荧光都能穿过胶片片基，使双面乳剂感光；增感屏与胶片密着状态不好；X线的斜射效应。3、照片粒状性变差，即照片上斑点增多。主要原因是增感屏的增感作用，使得X线量减少，X线光子“统计涨落”在照片上有了记录的反应，另外增感屏的结构也有影响。,八、胶 片,X线胶片是获得永久影像记录的载体。 医用X线胶片是一种感光材料。 其结构由保护层、乳剂层、底层和片基组成
