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1、医学影像成像原理 X线物理基础2,课时目标 1、说出X线产生的必备条件 2、详述X线的能谱特点 3、简述影响X线辐射谱线产 生的因素,第二节 X线的产生与能谱特点,一、X线产生的条件 （一）X线产生的必备条件 -电子源 -高速运动的电子流； -适当的障碍物-靶,（二）X线产生机制 灯丝发射的自由电子，受电场力的作用高速飞向阳极，撞击阳极靶物质发生能量转换，使高速电子所带的动能转换为X线能。,X线产生的必备条件及机制,1,1,口述,在诊断用X线范围内，只有约1%左右的能量转换成X线，约99.8%左右的能量则转换为热能，使阳极温度迅速上升。,二、X线的能谱特点 X线是一种以电磁波形式表现的能，它具
2、有自己的能谱特点。 （一）X线的辐射能谱 高速电子与阳极靶原子“撞击”的结果，可产生不同波长的两种类型的光辐射。(仅指那1%的X线),1.韧致放射（连续放射） 是高速运动的电子与靶原子核电场作用所产生。 （1）产生过程 如图4-8所示，高速电子进入阳极经过靶物质原子核附近时，受到原子核引力的作用失去能量-动能，并以X线光（h），即X线能的形式放出（发生能量转换），,是高速运动的电子与靶原子核电场作用所产生,这种情况下所释放的X线光子能量分布是连续的,(2)产生连续光谱的原因： -管电压不同：通常是脉动直流电压，每个电子与靶原子作用前具有的动能不同，与靶原子相互作用后损失的能量也各不相同 -离核
3、远近不同：离核越近，阻止作用越强，能量损失越多，辐射的波长越短，若一次作用其能量全部转换成X线能时，X光子的能量为最大。,（2）光谱特点 -波谱的最短波长（min）：连续X线中最短波长min=1.24/V （nm）V为管电压值。光子的能量虽大但数量不多，实际上，电子的最大动能全部转换为X线能是极个别的,例min=1.24/150 =0.008 nm,-波谱的中心波长（m）：约为m= 1.5min。在连续谱中最大强度所对应的波长叫中心波长，每一个管电压，都有一个中心波长，管电压愈高，中心波长愈短（向左移）。在X线诊断中，以中心波长邻近两侧的波段起主要作用。,-波谱的曲线位移：随着管电压升高，各种
4、波长的强度均相应地增加，同时，各曲线所对应的中心波长和最短波长均向短波方向移动，即min和m随kV升高而向短波方向移动，这种现象称为连续X线谱的位移规则,-波谱的X线强度计算：连续谱的X线强度往往采用以下经验公式： I连KIZV2 I为管电流，Z为原子序数，V为管电压，K为常数约等于1.110-91.410-9。 韧致放射或连续放射是X线诊断用射线中最主要的部分,2.标识放射（特征辐射） 标识放射是高速运动电子将靶原子的内层轨道电子击出后发生电子跃迁所产生的。 （1）产生过程 图4-10所示。电子撞击阳极靶面 靶原子内层轨道的电子获得能量克服核的引力并脱离轨道逸出 留下空位 原子呈不稳定状态
5、较高能级电子来填充 多余的能量便以X光子的形式放出（其能量等于能级差）. 该光子的能量完全取决于阳极材料的元素特征，与管电流无关。,E,K,L,M,K辐射（ E ）,E-E1,标识放射产生过程,E1,1/2mv2,P66改错！,在医用诊断X线中，仅K系标识X线有用，其它各 系波长较长，能量较低，均被X线管壁和滤过层 所吸收。,（2）标识X线光谱特点 -某一定靶物质，能产生标识X线是有管电压要求的。高速电子的能量只有大于或等于K电子的结合能时，才能把K电子击脱，而产生K系标识线。 例如，钨的K层电子结合能为69.5keV，若低于该激发电压，则K系标识X线将不会产生。,-标识X线的波长是固定不变的
6、。 -标识X线的最短波长与靶材料的原子序数的平方成正比。在医用诊断X线中，仅K系标识X线有用，其它各系波长较长，能量较低，均被X线管壁和滤过层所吸收。 -标识X线的强度 标识X线的强度与管电压V和管电流有如下关系： IKK2 (UUK) n 式中：IK为K系标识X线强度，K2和n为常数，n约等于1.51.7；U为管电压，UK为K系的激发电压，i为管电流。,在医用X线中，标识X线只占很少一部分，并不重要。对于钨靶X线管来说，管电压在69.5kV以下不产生K系辐射，在80kV150kV之间，K系辐射只占整个辐射量的1O%28%，150kV以上特征辐射相对减少。 综上所述，从X线管发射出的X线，不是
7、单一能量的，而是由各种不同强度的X线组成的，其能量是很难用一个数值来表示的一条连续的能量谱，标识射线虽能量一定，但仅占很小部分，因而在实际工作中并不重要,三、影响X线辐射谱线产生的因素 -管电流 -管电压 -电压波形 -阳极靶物质,（一）管电流的影响 管电流只影响X线的强度，而不影响X线的质，即X线的最短波长和中心波长均不发生变化。,（二）管电压的影响 -管电压不仅影响X线的量，也影响X线的质。随管电压的增高，X线束中的高能光子成分增多，连续X线谱的最短波长和最强波长的位置均向短波方向（即高能端）移动，但标识X线谱的位置不变,-经验规则：kV增加15%就相当于mAs增加一倍。例如，管电压为50
8、kV时，大约增加7kV，则相当于mAs增加一倍的效果。主要是因为X线束的高能光子增加，穿透力强，到达胶片上的光子增加约一倍所至。,（三）电压波形的影响 X线管上所加的电压都是脉动高压：有半波整流、单相全波整流与三相六脉冲、十二脉冲辐射谱线对比，同样的电压和毫安秒，管电压波形越平滑，X线束中的硬线成分越多，曲线下的面积也较大，同时谱线向高能量方向偏移。但标识X线的波长不因电压波形的改变而改变。,（四）靶物质的影响 连续X线的强度与靶物质的原子序数成正比（图4-15），标识X线完全是由靶物质的原子结构特性所决定，靶物质的原子序数越高，则轨道电子的结合能越大，所产生的标识X线能量也越大。,2、关于X
9、线检查的叙述，错误的是 A、一种无创伤，无损伤的临床诊断方法 B、直视体内组织器官和病灶；C、 不改变或不破坏机体完整的情况下， 对活体器官的形态进行观察 D、可对活体器官功能进行观察 E、检部位必须具有对比，方可有效,答案(A),5、关于物质结构的叙述,错误的是 A、物质由原子组成 B、核外电子具有不同壳层 C、一般每层上的电子数最多是2n2个 D、核外的带负电荷的电子称为“电子云” E、一般每层上的电子数最多是2n个,答案(E),答案(D),6、关于原子核外结构的叙述，错误的是 A、原子均由核及核外电子组成 B、电子沿一定轨道绕核旋转 C、核外电子具有不同壳层 D、K层最多容纳8个电子 E
10、、K层电子半径最小,答案(A),7、关于原子能级的相关叙述，错误的是 A、电子在各个轨道上具有的能量是连续的 B、原子能级，以电子伏特表示 C、 结合力与原子序数有关 D、移走轨道电子所需的最小能量叫结合能 E、原子处于能量最低状态时叫基态,答案(C),8、关于X线的叙述，错误的是 A、X线是一种电磁波 B、X线波长长，穿透力弱 C、L层比M层产生的X线波长长 D、L层比M层产生的X线波长短 E、X线波长与电子所在壳层有关,答案(E),9、关于X线产生条件的叙述，错误的是 A、电子源 B、高速电子流 C、阻碍电子流的靶面 D、高速电子与靶物质相互作用的结果 E、X线管的靶面均由钼制成,答案(B
11、),10、关于连续X线光子能量的叙述，错误的 A、X线是一束混合能谱 B、能量大X线波长长 C、能量决定于电子的能量 D、能量决定于核电荷 E、能量决定于电子接近核的情况,答案(B),11、关于特征X线的叙述，正确的是 A、X线波长仅与管电压有关 B、内层轨道电子发射出的X线为特征放射 C、X射线谱是连续能量谱 D、电压升高,特征放射能量增加 E、管电压升高特征射线的百分比减少,答案(A),16、X线摄影用最短波长的计算公式为 A、min=1.24/kVp (nm) B、max=1.21.5min (nm) C、mean=2.5min (nm) D、max=2min (nm) E、min=12.4/kVp (nm),
