x光机的基本原理

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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 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（Withelm Conrad Roentgen，18451923）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 线。因当时无法解释它的原理和性质，故称之为X射线。 X线发展回顾线发展回顾 右图为右图为1896年年伦琴首次

2、拍摄到他伦琴首次拍摄到他 妻子手的妻子手的X线照片，其无名指上线照片，其无名指上 戴 着一枚戒指）戴 着一枚戒指） 2、1896年年，德国西门子公司研德国西门子公司研 制出世界上第一只制出世界上第一只X线管。开拓线管。开拓 了放射诊断和放射治疗两个医学了放射诊断和放射治疗两个医学 学科。学科。 20世纪世纪1020年代年代，出现了常规出现了常规X 线机。线机。 到到20世纪世纪60年代中、末期年代中、末期，已形 成了较完整的学科体系，称为影 像设备学。 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，分子是由原子组成的， 原子是有原子核和核外电子

3、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 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 X线能谱。X线是以一种辐射，这种辐射以波或粒子的形式穿 过空间或介质释放能量。 X线的产生机理 2.电磁辐射 电磁辐射以电磁波的辐射形式存在。X线辐射、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 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X线辐射。 辐射虽属电磁辐射，但与X辐射具有本质的区别。辐 射是放射性核素衰变发出的辐射，

4、其能量取决于原子核能态 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：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子 相互作用，损失的能量以X射线的形式辐射出 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的X 线的波长也不同。 不同的

5、X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 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 管距胶片1.5米，进行曝光。冲洗后，根据片 基灰度进行加减。 X线的特性线的特性 X线是一种波长很短的电磁波，是一种光 子，诊断使用的X线波长为0.080.31埃 （埃A=10-8cm）。 穿透性 X线能穿透一般可见光所不能透过的物质， 包括人体在内。 X线波长愈短，穿透力就愈大；特质密度愈 低，厚度愈薄，则X线愈易穿透。 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X线管电压Kv，曝光量mAS。 X线硬度-球管的电压KV。 曝光

6、量-管电流与时间的乘积。mAxt 管电压高-穿透力强， 曝光量-多能使胶片充分感光。 X线的特性线的特性 1.穿透作用穿透作用 是指X射线通过物质时不被吸收的能力。X线波 长很短，有很强的穿透力，能穿透一般可见光不 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。X线的穿透力与X射 线光子能量密切相关，能量愈高，X线的波长愈 短，穿透力也愈强；反之，能量低，X线波长愈 长，其穿透力也弱另一方面，X线的穿透力还与 被照体的密度和厚度相关。X线穿透性是X线成像 的基础。 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，但照射在某些化合物（如钨酸 钙，硫氧

7、化钆等）被其吸收后，就可激发可见荧光。感光 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 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 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 理后, 胶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 同，胶片出现不同层次的黑化度，这就是X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）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 为电离作用， 2、离子的多少和物质吸收的X线量成正比。X线

8、穿 过空气时空气被电离，利用这一特性制成电离室。 进行X线自动曝光控制。 气体产生电离时正负离子的多少与 X线量成正 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X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 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 用称为生物效应。 2、利用X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X线作为放射治疗的基 本原理。比如深部X线机、加速器、伽玛刀等。 3、X

9、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。 （1）直接作用 DNA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。 （2）简介作用 细胞是生物体的基本单元，细胞中80%是水，水 分子被电离后，产生自由基OH和H高度活跃，到达 DNA的某个分子时引起DNA单链或双链断裂。 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 流的发射是靠阴极来完成的，阴极就是灯丝。控制 灯丝温度，就控制了管电流，即mA。 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 压，溢

10、出的电子就会高速射向阳极，在轰击阳极表 面时就会有X线发出。 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， 球管报废。 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 真空度，保护球管。 X线产生的效率及其影响线产生的效率及其影响 1.管电压：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

11、线 的效率越高 X线产生的效率及其影响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线产生的效率及其影响 4.电压波形的影响电压波形的影响 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线与物质的五种相互作用 1.不变散射不变散射 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，使受 激原

12、子立即以光子形式放出多 余能量。所放出的波长和能量 与入射光子一样,但二次光子的 方向与入射光子的方向不同。 康普顿效应康普顿效应 当能量为hv的X光子 与原子的外层轨道电子 相互作用时,X光子交给 轨道电子部分能量后,其 频率会发生改变并与入 射方向成角散射(康普 顿散射光子)。 获得足够能量的轨道 电子沿与光子入射方向 成角的方向射出称反 冲电子。 光电效应光电效应 当具有足够能量的hv X线 入射光子与原子内核层电子 相互作用时，将全部能量传 递给电子。 一部分能量使核内层轨 道电子克服核电场束缚力而 脱出轨道，释放出光电子。 另一部分剩余的能量则成为 光电子高速运动的动能，此 种现象称

13、为光电效应。 电子对效应 如果hv入射X 线有足够的能量, 去接近原子核,在核 力场的影响下,X射 线光子与核力的相 互作用使光子消失。 同时出现两个电子, 一个正电子和一个 负电子 一个正电子和一个 负电子,称为电子对 效应。 .光蜕变光蜕变 具有10MeV以上高能量的X射线光子, 能够避开与电子和核力场的相互作用,直接被 核吸收,此时原子核处于受激发态,并立即放出 核子或其他何裂片,称为光蜕变 X线的质和量线的质和量 1、X线穿过物质的本领称为X线的质即硬度。 在X线设备中通常以X线管的峰值管电压 （KVp）来表示X线的质。 2、以X线管的管电流与X线照射时间的乘积 即mAS来表示X线的量

14、。 在实际工作中在实际工作中 1.KV值是根据被照物体对X 线衰减程度（密度）来 选择的。 2.KV过高或 过低都得不到一个好的X线图像。 KV 过低，绝大部分的X线光子都不能穿透被摄 物 体被物体吸收，即使mAs再大，胶片上也得不到好 的对比度。 当KV过高时，绝大多数的X线光子都穿过被摄物 体，同样也不能在胶片 上获得好的对比度。 3.要想得到好的影像要想得到好的影像应根据被摄物体的密度厚度 情况，正确正确选择合适的KV 、mAs值，显得尤为重 要。 另外，X线强度与管电压的平方成正比。管 电压的变化不仅影响X线的量，也明显影响 X线的质。这一点在X线摄影技术上要特别 注意。由于这种平方关

15、系，管电压增加 40%，则X线强度增加一倍。在实际工作 中，凭经验，KVp每增加15%就相当于mAs 增加一倍。所以，在摄影工作中应尽量采 用较高的管电压，以减少病人的吸收剂 量。 常用词汇语常用词汇语 1、空间分辨率 在胶片或荧屏上能分辨出两点间的最小距 离。 2、密度分辨率 在胶片或荧屏上能分辨出能分辩不同密度 的结构，亦即密度差异。能分辨最小的密度 差异，称为密度分辨率。 3、胶片、暗合增感屏、胶片、暗合增感屏 胶片是一种涂有溴化银的感光材料，是由片基，底层，乳胶层片基，底层，乳胶层，保护 层组成。 胶片分高速、中速高速、中速和低速低速三种，常规使用中速胶片。不同胶片对相同 拍摄条件下的

16、质量影响很大 不同胶片对相同 拍摄条件下的质量影响很大。 暗合是一个密不透光夹胶片的夹子。暗合两边贴有两张涂有钨酸钙钨酸钙的 感光屏（纸），在X线的作用下发出荧光。 当有射线穿过时，感光屏发出的荧光增强了X线对胶片的感光作用， 使图像更加清晰，同时也减少了受照者的射线量。射线消失时，增感 屏也停止发光。 增感屏分三种，高速、中速高速、中速和低速低速增感屏。 高速增感屏高速增感屏是有稀土元素中的化合物制成，感光物质晶粒大，发光特 别强。相同条件下曝光时间最短，但影像清晰度较差。 中速增感屏中速增感屏是由钨酸钙制成，发光晶粒中等，相同条件下曝光时间比 高速屏长，但影响清晰。 低速增感屏低速增感屏也是有钨酸钙制成，发光晶粒较小，发出的荧光也最弱， 相同条件下的曝光时间也最长，但影像清晰度也最好。 4、光影重合、光影重合 从缩光器发出的可见光与X线完 全重合。 谢谢谢谢