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1、X射线物理学一、X射线的基本特性1. X射线在均匀的、各向同性的介质中，是直线传播，具有光的一切特性，具有波粒二象性。2. X射线不带电，不受外界磁场和电场影响；3. X射线具有贯穿本领；（不同组织穿透性不同：骨骼 -软组织-脂肪-肺、肠道）4. X射线的荧光作用；（X射线照射荧光物质可发出荧光 ）透视、增感屏5. X射线的电离作用；（X光子撞击电子-一次电离-撞击其它原子-二次电离） X射线损伤和治疗基础 6 . X射线的热作用；7. X射线的化学和生物效应：与物质进行光化学反应，生物体内电离和激发作用二、X射线的产生医学成像用的X射线辐射源都是利用高速运动的电子撞击靶物质而产生的。1. 产
2、生X射线的四个条件：（1）具有电子源（阴极）产生发射电子；（2）有加速电子使其增加动能的电位差（高管电压）（3） 有一个高度真空（P10-4Pa）的环境（玻璃外壳），使电子在运动过程中尽可能减少能量损耗，保 护灯丝不被氧化。（4）有一个受电子轰击而辐射 X射线的物体（阳极靶）三、X射线管的阴极体作用： 使电子初聚焦：达到初聚焦作用，增加X线的产生率。 防止二次电子危害：阴极体可收集二次电子，防止危害。四、阳极的作用：1、是一个导电体，它接收从阴极发射岀的电子并将它们传导至与X射线管相连的电缆，2、使其能返回高压发生器；3、为靶提供机械支撑；良好的热辐射体。五、焦点：1、实际焦点：灯丝发射的电子
3、，经聚焦加速后，撞击在阳极靶上的面积。2、 有效焦点：X射线管的实际焦点在垂直于 X射线管轴线方向上投影的面积，即X射线照射在胶片上的 有效面积。B有关。管电流升咼，焦点3、补充：影响焦点大小的因素有哪些？答：灯丝的形状、大小及在阴极体中的位置、管电流、管电压和阳极的靶角 变大；管电压升高，焦点变小4、实际焦点和有效焦点大小的影响答：实际焦点面积增大，散热好，但有效焦点面积也增大，胶片影像模糊；实际焦点面积减小，阳极靶单 位面积上的电子密度增大，实际焦点温度增大，阳极损坏；15有如Bl常尺寸用黒雜5、焦点对成像的影响： 有效焦点越小，影像越清晰； 有效焦点为点光源时：胶片图象边界清晰； 有效焦
4、点为面光源时：胶片图象边界模糊 有半影；半影大小为：dp =Sf - d为使图象清晰，要减小半影，可减小S和d （小焦点，短距离）管电流增大，焦点增大，影像质量下降；管电压增大，焦点增大，影像质量下降;六、能量损失形式分：1、碰撞损失（collisionloss： （占电子总能量的 99%）高速电子与阳极靶原子核的外层电子相互作用而损失的能量；全部转化为热能。2、辐射损失（radiationloss）：（占电子总能量的 1%）高速电子与阳极靶原子核的内层电子或原子核相互作用而损失的能量；3、特征辐射：高速电子与原子内层电子发生相互作用，将能量转化为标识辐射。4、韧致辐射：高能入射电子通过阳极原
5、子核附近，受到原子核引力场的作用会降低速度并改变方向，入射电子损失的能量以电磁辐射的形式释放。这种形式产生的辐射称为轫致辐射”或制动辐射”。韧致辐射的能谱是连续的5、连续X射线的产生（轫致辐射）原因：a、每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不同b、每个电子与靶原子作用前的能量也不同故各次相互作用对应的辐射损失也不同，因而发出的X光子频率也互不相同，大量的X光子组成了具有频率连续的X光谱。6、 X射线强度：X射线在空间某一点的强度是指单位时间内通过垂直于X射线传播方向上的单位面积上 的光子数量与能量乘积的总和。补充：X射线强度是由光子数量和光子能量两个因素决定。7、X射线的量与质（1） 、X射线
6、的质（x-ray quality）又称线质，表示X射线的硬度，即穿透物质本领的大小。与光子能量有关。由管电压和滤过间接表示。通常以千伏数（kV ）为单位。（2） 、X射线的量（x-ray quantity）决定于X射线束中的光子数。由管电流与照射时间间接表示通常以毫安秒（mA?s）为单位。8、各种因素对X射线强度的影响r影响因素（增加）X射线的质X射线的量毫安秒不变增加管电压增加增加靶原子序数增加增加附加滤过增加降低距离不变降低电压脉动降低降低管电流不变增加七、X射线与物质的相互作用1. X射线与物质三种作用形式：光电效应，康普顿效应，电子对效应2. 光电效应：能量为hv的X射线光子通过物质时
7、，与物质原子的轨道电子发生相互作用，把全部能量传递给这个电子，光子消失，获得能量的电子挣脱原子束缚成为自由电子（光电子）；原子的电子轨道岀现一个空位而处于激发状态，他将通过发射标识X射线或俄歇电子的形式很快回到基态，这个过程成为光电效应。补充：产生条件：入射光子、轨道电子、相互作用能量守恒hv=Ee+Eb.（ Ee光电子的动能，Eb:原子第i层电子的结合能），光电质量衰减系数与 Z的3次方成正比，随原子序数的增大，光电效应的发生概率迅速增加。3. 诊断放射学中的光电效应：禾能产生质量好的影像，原因是：（1）不产生散射线，减少照片灰雾（2）可增加人体不同组织和造影 剂对射线的吸收差别，产生高对比
8、度的X射线照片，对提高诊断的准确性有好处。弊：入射X射线通过光电效应可全部被人体吸收，增加了受检者的剂量。4. 康普顿效应 :当入射 X 射线光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量，并 改变运动方向，电子获得能量而脱离原子，这个过程成为康普顿效应。5、诊断放射学中的康普顿效应： 散射线增加了照片灰雾，降低了影像的对比度，但与光电效应相比受检 者的剂量较低。散射较强，医生和技术人员应注意防护6、各种相互作用的相对重要性 ：光子能量处于 10keV 100MeV 能量范围的低能端部分，光电效应占 优势；中间部分，康普顿效应占优势；高能端部分电子对效应占优势。八、滤过：1、固有滤
9、过：从 X 射线管阳极发射出的原级 X 射线穿过管壁后，被吸收一部分；2、附加滤过 ：据需要，在 X 射线管射出的 X 射线到达被投照部位前放置一定的物体，会产生滤过； 可 使X射线的总强度减小，分布均匀；硬度提高；附加滤过常用密度均匀的滤波板：管电压低时，用铝滤波板；管电压高时，铜铝滤波板-铜标识X射线-铝标识X射线-空气X 射线的线质（硬度）常用半价层表示：使 X 射线束的强度减弱为原来一半时所需要的吸收层的厚度； 厚度升高 ，硬度升高。诊断时常用 X 射线管的管电压的千伏值表示质。3、产生硬 x 射线的方法 ：（1）高管电压（ 2）大原子序数阳极靶（ 3）厚度较大、原子序数较大的滤过板八
10、、 X 射线影像1、X 射线影像基本原理：X 射线贯穿本领强，当一束强度大致均匀的 x 射线照到人体时，由于人体各种组织、器官在 度、厚度方 面的差异，对投照在其上的 x 射线的衰减各不相同，使透过人体的 x 射线强度分布发生变化，携带人体信息， 形成 x 射线信息影像。再通过一定的采集，转换，显示系统将 x 射线强度分布转换成可见光的分布，形成人眼 可见的 X 射线影像。（1）、X 线影像增强器作用： X 线影像增强器可将普通 X 射线透视的荧光屏亮点的亮度提高 100010000 倍，使 X 射线间接摄影和 X 射线数字成像成为可能。（2）、 X 线影像增强器优点 ：转换系数高，可大幅度降
11、低 X 线剂量；成像速度快，适合实时成像缺点 ：荧光屏的缺点；视野，几何畸变；其它2、X 线透视：（1 ）、X线透视：人体不同部位透射的 X线与荧光屏相遇时，可在荧光屏上形成明暗不同的点构成的影象。 若投照部位厚度一定， 则荧光屏上暗的地方对应人体组织密度高的部位， X 线吸收多； 荧光屏上亮的地方对应人 体组织密度低的部位， X 线吸收少；医生根据医学知识，分析影象，判断组织器官的形态和功能，这就是X 线透视。透视可观察器官的形态和器官的活动状况（ 2） X 线透视设备：X射线管和荧光屏装在一个 C形臂的两端，透视时，使其同步动作，被检查者位于C字中心。X 线荧光屏：产生影象部件 :（由荧光
12、纸、铅玻璃、薄胶合板组成，他们同装于一个框架中。 ） 薄胶合板：保护荧光纸；荧光纸：纸面涂有荧光物质（材料） ：氰化钡、硫化锌、硫化镉的混合物； 铅玻璃：防止 X 射线对工作人员的伤害（3）X 线透视缺点 :a、有辐射且量大b、不能留下客观记录c、透视影象是先将 X射线影象转为荧光屏的光影象，然后再转为上影象，两次影象转换，丢失信息，同时荧光 屏亮度有限，人眼视觉灵敏度低，荧光物质颗粒大，则较细微结构的影像看不清楚，对早期病变和复杂结构组织器官看不情。3, 、X射线摄影（胶片成像）：（1） X线摄影：人体不同部位透射的 X线与胶片相遇时，可在胶片上形成明暗不同的点构成的影象。若投照部 位厚度一
13、定，则胶片上暗的地方对应人体组织密度低的部位，X线吸收多；荧光屏上亮的地方对应人体组织密度高的部位，X线吸收少；医生根据医学知识，分析影象，判断组织器官的形态和功能，这就是X线摄影。（2）摄影设备：医用胶片（胶片增感屏系统）和胶片处理系统。a、医用胶片：影像的记录、显示和储存 b、增感屏：增强X射线对胶片的感光。（3）胶片：X射线照射的胶片，经显影、定影后，胶片感光层的硵化银银，组成黑色影像。胶片光密度：胶片变黑的程度。, I 0D = lg D越大，照片越黑，被照物质密度越大，影像为白影（4） 胶片成像原理：利用X射线的感光特性，医用胶片接收 X射线照射时会产生某种化学反应，医用胶片上形 成
14、与X射线信息影像相对应的不可见的潜影，再将带有潜影的胶片经过显影、定影等处理，最终获得可见的描 述组织、器官分布情况的灰度图像。4、传统屏-片成像优缺点：（1）优点：空间分辨力高、价格低廉；X线设备造价低、维护费用低（2）缺点：动态范围小；需要化学处理，影响图像质量，污染环境；法进行后处理，废片率较高；图像获取、显示、存储和传递的功能均以胶片为载体，无法复制；消耗白银5、数字减影血管造影（DSA）减影技术：人体同一部位造影前后的两帧图象相减，获得两图象中有差异（造影）部分的图象。DSA:将造影前、后获得的数字图象进行数字减影，消除骨骼和软组织结构，使造影剂所充盈的血管在减影图 中显示岀来，图像
15、对比度提高。对比剂:造影剂是为增强影响观察效果而注入（或服用）到人体组织或器官的化学制品选择条件：良好的显影效果。无毒性，无刺激性，副作用小。容易吸收和排泄，不久存于体内。理化性能稳定， 便于储存。DSA的物理基础：It = I o exp | ： BdB hdT J或 In It =ln I。j；=BdB hdTIti =Iexp| :；BdB t dT - di丄i d i或 In Iti = In Io -BdBt dT -di ?； -idiS=（ 口 i- 口 T） d i减影后图像与造影剂厚度成正比，与造影剂和软组织的线衰减系数有关，与骨和软组织的结构无关。去掉了骨和软组织的影响，突岀造影的血管 。DSA的三种基本方法：1时间减影（用作减影的两帧图像是在不同的显影时期获得，易受病人移动和动脉搏动影响）优点：减影图像突岀了对比剂影像的对比度。缺点：病人移到
