X射线

总结了X射线的性质和剂量、.X射线的产生、X射线与物质的作用、X射线的投影成像中影像的形成与检测等。

X射线

1.X射线的性质和剂量

X射线的性质

X射线是一种电磁波，具有波粒二象性

粒子性:与物质的相互作用。

波动性:可以在空间中传播并发生反射，干涉，衍射。

X射线粒子性体现

物理效应

穿透作用

荧光作用

电离作用

化学效应

感光作用

着色作用

生物效应

细胞发生电离作用，对生物细胞造成抑制，损害，甚至坏死。

坏处:脱发，白血球减少，组织发红发炎。

好处:用于临床治疗，常见于放射治疗，如x刀。

X射线强度定义

单位时间内通过单位表面的x射线光子的总能量

照射剂量定义

单位质量x射线光子在空气体积圆中逐出的全部电子在空气中完全停下来时所产生的一种符号粒子的总电荷绝对值

吸收剂量定义

导致电离的辐射传给一个质量为dm的体积。圆内的物质的平均能量D=(dε/dm)

生物组织中的电离特性

通过单位质量物质间接电离辐射转移到带电粒子的动能。在单位质量的生物组织里面当x光透过的时候有多少能量能够传递到组织中释放出来的电离特性动能

定义计量当量

H=DQN

D-吸收剂量

N-修正因子

Q-品质因数

3.X射线与物质的作用

定义

宏观上光子射入某种介质时可能发生三种结果

与介质没有发生相互作用而穿透介质

在一个或多个相互作用的过程中被散射

在一个或多个相互作用的过程中被吸收

X射线衰减

丝光穿过厚度为d的板子之后强度为Id

入射x光强度Io

板子厚度d

线性衰减系数μ

取决于x射线束光子的能量,透射物质中元素的原子序数,透射物质的密度

Id/Io=e-μd d无穷大 Id无穷接近零

X射线与物质主要的连锁反应

康普顿散射

产生过程:光子与介质原子外层电子的碰撞

一些能量转移到反冲电子上

剩余能量由散射光子携带

几何关系

入射光子:Eo=hv=h(c/λo)

散射光子:Esc=hv=h(c/λ)

散射角:θ

反冲电子:结合能T,动能Et

反冲角:Φ

能量守恒:Eo=Esc+TEt

动量守恒

散射概率

康普顿散射主要发生于最外层电子原子数越多，核外电子数越多，散射概率增加

入射光子能量越高大散射脚下的散射概率越小

光电吸收

产生过程

光子与原子碰撞，导致轨道电子射出

光子能量被完全吸收

一部分能量用于电子克服原子的结合能

剩余的能量转化为射出电子的动能

原子处于电离状态

电子重新排列以填补空缺

可能导致发射荧光光子和俄歇电子

损耗一些吸收的结合能

几何关系

入射光子:动能:Eo=hv 动量:Po

射出电子:动能:Et 结合能:T 动量:P 射出角度:Θ

原子:动能:Ta 动量:Pa

能量守恒:Eo=T+Ta+Et

动量守恒:Po=P+Pa

雪康普顿散射对比

光电吸收

光子被完全吸收

与紧密结合的电子相互作用

原子作为一个整体参加反应光子不需要保持动量来满足守恒定律

康普顿散射

光子无法完全被吸收

与松散结合的自由电子相互作用

光子必须保持一定的能量才能满足守恒定律

电子对效应

产生过程

因此到达原子内部与原子碰撞

光子能量被吸收，产生电子对:一个正电子，一个负电子

通常发生在原子核附近

光子能量至少需要两个静止电子能量和:p+p-=(2mo)²=1.022MeV

几何关系

入射光子:动能:Eohv 动量:Po

电子对:正电子动能:T+ 负电子动能:T-

能量守恒:Eo=T++T-+1.022MeV

动量守恒:Po=P++P-+Pa

相干散射

光核反应

4.X射线的投影成像中影像的形成与检测

成像三要素

待成像目标

目标发出的能量

检测装置

医院放射部门的组成

扫描医生

医学物理师

放射科医生

X射线摄影

患者位于x射线管和探测器之间

不像上像素点的灰度值，反映了x射线衰减的程度不同组织呈现出不同的亮度

常规x射线的特点

人体肺肠胃中空气多，密度最低，吸收x射线最小;骨骼中钙盐含量最高，密度最高，吸收x射线最多。

脂肪等软组织物质密度差异小，很好的曝光条件。在图像中仅有细微差别

各种软组织和体液密度接近，导致影像差别极小

四射线造影剂，注入造影剂，引入密度差

阳性造影剂:原子序数大，物质密度大，对x射线吸收强

阴性造影剂:原子序数小，物质密度小，对x射线吸收少

X射线影像转换器

模拟x射线成像

胶片

增感屏-胶片系统

优点

单独拍摄胶片，仅吸收10%的入射x光浪费了90%

提高x光吸收率

吸收的每个x光子，可以产生数百个可见光光子，以使胶片曝光，提高效率

减少辐射时间，减少x射线辐射量，减少患者运动引起的图像模糊

X射线影像增强器-电视系统

步骤

X射线光子在光电阴极转化为荧光电子

荧光电子加速获得动能

输出瓶将电子能量还原为光能

优点

辐射剂量可以减少为1/10

图像亮度大大增加，不需要在暗室

新荧光物质和工艺提高了影像分辨率，可以分辨细微的病变

成像速度快，适合实时成像

与传统数字x射线成像对比

传统x射线成像

优点

空间分辨率高，价格低廉

设备造价低，维护费用低

缺点

动态范围小

需要化学处理，影响图像质量，污染环境

很难进行后处理碎片率较高

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

需要消耗赢Ag

数字x射线成像

优点

动态范围大

不需要胶片直接成像

具有强大的图像后处理技术不必再次成像

图像获取显示存储和传递的功能相互分离，显示存储，复制和传递非常方便远程医疗

缺点

分辨率和图像质量相对较差

设备和维护费用高

DR和CR

CR

与真感屏胶片系统类似IP版中的潜影人为模板图像

图像质量:空间分辨率和密度分辨率CR都较低

成像时间:常规7.5分钟每人Cr6分钟每人。

软件功能:针对不同部位采用不同的曝光指数

辐射剂量:曝光量为传统的1/2~2/3。

DR

X射线曝光后，迅速将吸收的能量直接转换成数字信号

DR 25min/人

自动曝光控制技术可以进行后续数字图像处理

降低至少2/3以上的剂量

数字减影成像

定义

在不同的情况下获取两幅以上的图像，然后再进行某种处理后相减所得图像可以突出感兴趣的部分，消除不感兴趣的部分的遮挡从而取得较好的诊断信息。

不同能量减影

定义

对两幅不同能量曝光的同一部位的影像实施减影

不同时间减影

特点

减影后的图像信号与造影剂的厚度成正比

图像也与造影剂与背景软组织衰减系数的差成正比差越大越好

减影后的图像与骨和软组织的结构无关

缺点

成像质量受病人移动，心搏，吞咽，肠蠕动等影响

不进行选择性注射，血管重叠

2.X射线的产生

X射线成像系统结构

控制平台

高压产生系统

X射线管

检测器

管电压的产生

X射线管的结构

阴极:钨丝

阳极:铜

钨靶

电子束

真空管

高压电源

能量守恒:高速电子的能量Qe=碰撞热能损失Qt+辐射x射线能量Qx

辐射x射线能量占电子总能量不到1% 99%以上为热损耗

实际焦距取决于灯丝长度，灯丝长度越长，实际焦距越大，散热越好，有效焦距取决于靶倾角,靶倾角越小，有效焦距越小，清晰度越好。

阳极固定x射线管:X射线能量较低

应用

乳腺钼靶成像

牙科成像

阳极旋转一个射线管:黑射线能量较高

应用

胸透

CT

荧光成像

小动物成像

X射线管的发展

X射线管又称球管或管球，其作用是产生x线，是x线发生装置的核心部件球管技术壁垒较高

生产厂家

国内

瑞能医疗

昆山医源医疗技术有限公司

麦默真空技术无锡有限公司

国外

西门子

飞利浦

IAE

特征辐射

定义

由粒子在电磁场中的射击发射所产生

特征

是断断续续的

轫致辐射

定义

电子在电磁场中进行非加速运动而产生的辐射

特征

是连续的

L射线的放射总能量-管电压管电流与灯丝电流

影响一个射线产生的因素

比例系数

靶材料的原子序数

管电流

管电压

灯丝电流