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1、X线设备基础知识线设备基础知识解放军总医院第一附属医院解放军总医院第一附属医院张永敏张永敏X线的起源线的起源1、1895年年11月月8日日，德国物理学家伦琴（德国物理学家伦琴（WithelmConrad Roentgen，18451923）在一只嵌有两个金属在一只嵌有两个金属电极的真空玻璃管两端电极上，加上几万伏的高压电研究阴电极的真空玻璃管两端电极上，加上几万伏的高压电研究阴极射线管气体放电时，发现在距玻璃管两米远的地方，一块极射线管气体放电时，发现在距玻璃管两米远的地方，一块用铂氰化钡溶液浸洗过的纸板发出明亮的荧光。当用手去拿用铂氰化钡溶液浸洗过的纸板发出明亮的荧光。当用手去拿这块纸板时，
2、竟在纸板上看到手骨的影像。这块纸板时，竟在纸板上看到手骨的影像。当时伦琴断定这是一种人眼看不见、但能穿透物体的射当时伦琴断定这是一种人眼看不见、但能穿透物体的射线。因当时无法解释它的原理和性质，故称之为线。因当时无法解释它的原理和性质，故称之为X射线。射线。X线发展回顾右图为1896年伦琴首次拍摄到他妻子手的X线照片，其无名指上戴着一枚戒指）2、1896年，德国西门子公司研制出世界上第一只X线管。开拓了放射诊断和放射治疗两个医学学科。 20世纪1020年代，出现了常规X线机。到20世纪60年代中、末期，已形成了较完整的学科体系，称为影像设备学。1.X线能谱线能谱我们知道物质是由分子组成的，分子
3、是由原子组成的，我们知道物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子是有原子核和核外电子组成的。那么当高速运动的电子原子是有原子核和核外电子组成的。那么当高速运动的电子以一定的速度射入原子核外电子能级时，打破原来的能级平以一定的速度射入原子核外电子能级时，打破原来的能级平衡，为了达到新的平衡，多余的电子向低能级跃迁。在跃迁衡，为了达到新的平衡，多余的电子向低能级跃迁。在跃迁过程中，多余的能量以连续光谱的形式释放，这个光谱就是过程中，多余的能量以连续光谱的形式释放，这个光谱就是X线能谱。线能谱。X线是以一种辐射，这种辐射以波或粒子的形式穿线是以一种辐射，这种辐射以波或粒子的形式穿过空间或介质释放
4、能量。过空间或介质释放能量。X线的产生机理2.电磁辐射电磁辐射电磁辐射以电磁波的辐射形式存在。电磁辐射以电磁波的辐射形式存在。X线辐射、辐射线辐射、辐射都是电磁辐射。都是电磁辐射。X线辐射是带电粒子通过原子核或其他电场时，由于受线辐射是带电粒子通过原子核或其他电场时，由于受到电场作用而发生速度改变，带电粒子的一部分动能转变为到电场作用而发生速度改变，带电粒子的一部分动能转变为具有连续能谱的电磁辐射即轫致辐射，也就是具有连续能谱的电磁辐射即轫致辐射，也就是X线辐射。线辐射。辐射虽属电磁辐射，但与辐射虽属电磁辐射，但与X辐射具有本质的区别。辐射具有本质的区别。辐射是放射性核素衰变发出的辐射，其能量
5、取决于原子核能辐射是放射性核素衰变发出的辐射，其能量取决于原子核能态之间的能量差，不具备连续光谱。态之间的能量差，不具备连续光谱。电离与激发由于激发而产生的热能占总能量的99%。特征辐射：高速运动的电子撞击靶面时，只作用于原子核内层能级上的电子，出现跃迁现象，即高层能级向低能级跃迁时发出的光谱辐射，定义为特征辐射。连续辐射：当高速运动的电子撞击靶面时，一部分电子撞击到原子核或受到原子核内正电场的作用，产生的辐射定义为连续辐射。当高速电子连续轰击阳极靶时与靶原当高速电子连续轰击阳极靶时与靶原子相互作用，损失的能量以子相互作用，损失的能量以X射线的形式辐射射线的形式辐射出来。在单位时间内能量不等的
6、电子同时轰出来。在单位时间内能量不等的电子同时轰击靶面，那么，因损失能量不同而所辐射出击靶面，那么，因损失能量不同而所辐射出的的X线的波长也不同。线的波长也不同。不同的不同的X线会造成胶片底灰增大，图像模线会造成胶片底灰增大，图像模糊。所以要保证良好的图像，往往采用铝片糊。所以要保证良好的图像，往往采用铝片吸收的方法将软线滤除，只允许硬线通过。吸收的方法将软线滤除，只允许硬线通过。用多厚的铝片视情况而定，一般情况下，球用多厚的铝片视情况而定，一般情况下，球管距胶片管距胶片1.5米，进行曝光。冲洗后，根据片米，进行曝光。冲洗后，根据片基灰度进行加减。基灰度进行加减。X线的特性线的特性 X线是一种
7、波长很短的电磁波，是一种光线是一种波长很短的电磁波，是一种光子，诊断使用的子，诊断使用的X线波长为线波长为0.080.31埃埃（埃（埃A=10-8cm）。）。穿透性穿透性X线能穿透一般可见光所不能透过的物质，线能穿透一般可见光所不能透过的物质，包括人体在内。包括人体在内。X线波长愈短，穿透力就愈大；特质密度愈线波长愈短，穿透力就愈大；特质密度愈低，厚度愈薄，则低，厚度愈薄，则X线愈易穿透。线愈易穿透。X线的特性线的特性1.穿透作用穿透作用是指是指X射线通过物质时不被吸收的能力。射线通过物质时不被吸收的能力。X线波线波长很短，有很强的穿透力，能穿透一般可见光不长很短，有很强的穿透力，能穿透一般可
8、见光不能穿透的各种不同密度的物质，并在穿透过程中能穿透的各种不同密度的物质，并在穿透过程中受到一定程度的吸收即衰减。受到一定程度的吸收即衰减。X线的穿透力与线的穿透力与X射射线光子能量密切相关，能量愈高，线光子能量密切相关，能量愈高，X线的波长愈线的波长愈短，穿透力也愈强；反之，能量低，短，穿透力也愈强；反之，能量低，X线波长愈线波长愈长，其穿透力也弱另一方面，长，其穿透力也弱另一方面，X线的穿透力还与被线的穿透力还与被照体的密度和厚度相关。照体的密度和厚度相关。X线穿透性是线穿透性是X线成像的线成像的基础。基础。X线的特性线的特性2.感光作用感光作用（1）X线是一种不可见光线，但照射在某些化
9、合物（如钨酸线是一种不可见光线，但照射在某些化合物（如钨酸钙，硫氧化钆等）被其吸收后，就可激发可见荧光。感光钙，硫氧化钆等）被其吸收后，就可激发可见荧光。感光强弱与接受的强弱与接受的X线剂量成正比。与被穿透物体的密度及厚度线剂量成正比。与被穿透物体的密度及厚度成反比。成反比。（2）利用以上特点，制成透视荧光屏，或照相暗合里的增）利用以上特点，制成透视荧光屏，或照相暗合里的增感屏，使透视或照片变得清晰可见。感屏，使透视或照片变得清晰可见。（3）涂有溴化银的胶片，感光后的胶片经显影定影化学处）涂有溴化银的胶片，感光后的胶片经显影定影化学处理后理后, 胶片因感光银离子沉淀而显黑色。未感光的溴化银被胶
10、片因感光银离子沉淀而显黑色。未感光的溴化银被剔除，而显出基片透明本色。由于身体各部位组织密度不剔除，而显出基片透明本色。由于身体各部位组织密度不同，胶片出现不同层次的黑化度，这就是同，胶片出现不同层次的黑化度，这就是X线照相的原理。线照相的原理。X线的特性线的特性3.电离作用电离作用1、X线或其它射线（例如线或其它射线（例如线）通过物质被吸收线）通过物质被吸收时，可使组成物质的分子分解成为正负离子，称时，可使组成物质的分子分解成为正负离子，称为电离作用，为电离作用，2、离子的多少和物质吸收的、离子的多少和物质吸收的X线量成正比。线量成正比。X线穿线穿过空气时空气被电离，利用这一特性制成电离室。
11、过空气时空气被电离，利用这一特性制成电离室。进行进行X线自动曝光控制。线自动曝光控制。气体产生电离时正负离子的多少与气体产生电离时正负离子的多少与X线量成正线量成正比，利用这一原理制程电离室，通过电离室获得比，利用这一原理制程电离室，通过电离室获得X线量信号后进行放大，测量电离的程度就可自动线量信号后进行放大，测量电离的程度就可自动控制曝光量。控制曝光量。X线的特性线的特性4.生物效应生物效应1、X线通过人体时部分线通过人体时部分X线被肌体组织吸收，也线被肌体组织吸收，也产生电离作用。并引起体液和细胞内一系列生物产生电离作用。并引起体液和细胞内一系列生物化学作用，使组织细胞的机能形态受到不同程
12、度化学作用，使组织细胞的机能形态受到不同程度的影响，对细胞组织具有一定破坏作用，这种作的影响，对细胞组织具有一定破坏作用，这种作用称为生物效应。用称为生物效应。2、利用、利用X线对人体产生的生物效应这一因素，开线对人体产生的生物效应这一因素，开创了放射治疗方法，也是创了放射治疗方法，也是X线作为放射治疗的基本线作为放射治疗的基本原理。比如深部原理。比如深部X线机、加速器、伽玛刀等。线机、加速器、伽玛刀等。3、X线检查时要有良好的防护，对操作者与受检线检查时要有良好的防护，对操作者与受检者之间都要进行必要的防护者之间都要进行必要的防护。直接作用直接作用DNA的单链或双链中的某一个或多个原子被辐射
13、电离后直接发生电的单链或双链中的某一个或多个原子被辐射电离后直接发生电离或激发，导致单链或双链断裂。离或激发，导致单链或双链断裂。简介作用简介作用细胞是生物体的基本单元，细胞中细胞是生物体的基本单元，细胞中80%是水，水分子是水，水分子被电离后，产生自由基被电离后，产生自由基OH和和H高度活跃，到达高度活跃，到达DNA的某的某个分子时引起个分子时引起DNA单链或双链断裂。单链或双链断裂。X线产生原理X线经过上述讨论，我们知道了曝光量与管电流有经过上述讨论，我们知道了曝光量与管电流有直接关系。所以管电流的注入显得尤为重要，管电直接关系。所以管电流的注入显得尤为重要，管电流的发射是靠阴极来完成的，
14、阴极就是灯丝。流的发射是靠阴极来完成的，阴极就是灯丝。控制控制灯丝温度，就控制了管电流，灯丝温度，就控制了管电流，即即mA。灯丝加热到一定温度时，固体中的电子溢出聚灯丝加热到一定温度时，固体中的电子溢出聚集在阴极固体表面，如果在阳极加上足够高的正电集在阴极固体表面，如果在阳极加上足够高的正电压，溢出的电子就会高速射向阳极，在轰击阳极表压，溢出的电子就会高速射向阳极，在轰击阳极表面时就会有面时就会有X线发出。线发出。如果灯丝温度不够，或处于冷阴极时，冒然加如果灯丝温度不够，或处于冷阴极时，冒然加上高压，往往会是灯丝变形，严重时使灯丝断裂，上高压，往往会是灯丝变形，严重时使灯丝断裂，球管报废。球管
15、报废。这就是为什么在球管刚刚启用时，要进行训管。这就是为什么在球管刚刚启用时，要进行训管。逐步增加管电压、管电流排除管内气体达到足够的逐步增加管电压、管电流排除管内气体达到足够的真空度，保护球管。真空度，保护球管。在临床拍出良好的影像片在临床拍出良好的影像片：要正确选择要正确选择X线管电压线管电压Kv，曝光量，曝光量mAS。X线硬度线硬度-球管的电压球管的电压KV。曝光量曝光量-管电流与时间的乘积。管电流与时间的乘积。mAxt管电压高管电压高-穿透力强，穿透力强，曝光量曝光量-多能使胶片充分感光。多能使胶片充分感光。X线产生的效率及其影响1.管电压：高速电子撞击阳极靶物质的最大能量取决于管电压
16、的峰值，管电压决定光子的最大能量。在管电流不变时，随着管电压的升高，X线强度相应的增强，产生X线的效率也相应的增高。X线产生的效率及其影响2.阳极靶面物质：原子序数越高，产生X线的效率越高X线产生的效率及其影响3.管电流：当管电压固定时，管电流越大，产生的X线强度越大，产生的X线的效率越高X线产生的效率及其影响4.电压波形的影响电压的波纹系数越好，占空比越低，产生的X线多。这就是我们现在使用中频和高频机的原因。线与物质的五种相互作用1.不变散射低能量X射线光子(10KeV以下)能够与物质发生不变散射,也称汤普森散射.低能量光子在轰击到结合较紧密的轨道电子时,没有足够的能量将电子击脱,只能使原子处于激发状态,原子要保持最低能态，使
