X(或γ)射线在物质中的衰减

放射物理与防护 重庆医科大学影像技术教研室重庆医科大学影像技术教研室重庆医科大学附属第一医院放射科重庆医科大学附属第一医院放射科 陆云峰陆云峰 第五章 X（或）射线在物质中的衰减学习目标学习目标1、掌握连续X射线在物质中的衰减特点、影响X射线衰减吸收的主要因素及X线的滤过。2、熟悉窄束X线及宽束X线的概念及其在介 质中的衰变规律。3、了解X线在人体中的衰减规律，知晓X线 在医疗领域的临床应用。概述 以点源为球心，半径不同的各球面上的以点源为球心，半径不同的各球面上的射线强度，与距离（即半径）的平方成反射线强度，与距离（即半径）的平方成反比比-射线强度衰减的平方反比法则。距射线强度衰减的平方反比法则。距离增加一倍离增加一倍,射线强度将衰减为原来的射线强度将衰减为原来的1/41/4，这一衰减称为距离所致的衰减，这一衰减称为距离所致的衰减 当射线通过物质时，由于射线光子与物当射线通过物质时，由于射线光子与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应等一系列作用，致使出射方向上的对效应等一系列作用，致使出射方向上的射线强度衰减，这一衰减称为物质所致的射线强度衰减，这一衰减称为物质所致的衰减。衰减。衰减：距离、物质问题回顾：什么是光电效应，有何特点？什么是光电效应，有何特点？什么是康普顿效应，有何特点？什么是康普顿效应，有何特点？一、窄束X射线在物质中的衰减规律第一节第一节 单能单能X射线在物质中的衰减规律射线在物质中的衰减规律窄束X线：散射线成分很少的辐射束 X X射线在穿过物质时其强度呈指数关系衰减，其衰减率为射线在穿过物质时其强度呈指数关系衰减，其衰减率为X X线在其传播行程中物质吸收系数的线性分值。线在其传播行程中物质吸收系数的线性分值。N=NN=N。e e-x 组织衰减系数（决定于原子序数和电子密度）组织衰减系数（决定于原子序数和电子密度）指数衰减规律就是射线强度在物质层中都以相同的比率衰指数衰减规律就是射线强度在物质层中都以相同的比率衰减。从理论上讲，按等比率衰减永远也不会为零。减。从理论上讲，按等比率衰减永远也不会为零。二、宽束X射线在物质中的衰减规律宽束宽束X X线线 ：是含有散射线成分的是含有散射线成分的X X射线束射线束二、宽束X射线在物质中的衰减规律积累因子：物质中所考虑的那一点的光子总积累因子：物质中所考虑的那一点的光子总 计数与未经碰撞原射线光子记数率计数与未经碰撞原射线光子记数率 之比之比 B=N/NB=N/N=（N N+N+N）/N/N=1+N=1+N/N/N衰减规律：衰减规律：I=BII=BI。e e-x x理论上，连续能谱窄束X线的衰减可由下式描述：表示各种能量X线的线性衰减数；表示各种能量X线束的入射强度，表示射线通过的厚度。第二第二节 连续X射射线在物在物质中的衰减中的衰减规律律第二节第二节 连续连续X X射线在物质中的衰减规律射线在物质中的衰减规律一、连续一、连续X射线在物质中的衰减特点射线在物质中的衰减特点X线强度变小（量减小），硬度变大（质提高）第二节第二节 连续连续X X射线在物质中的衰减规律射线在物质中的衰减规律一、连续一、连续X射线在物质中的衰减特点射线在物质中的衰减特点连续能谱X线有更大的衰减第二节第二节 连续连续X X射线在物质中的衰减规律射线在物质中的衰减规律一、连续一、连续X射线在物质中的衰减特点射线在物质中的衰减特点厚度增加，X线束强度不断减弱能谱宽度（光子能量范围）逐渐变窄调节X线质与量：X线管电压的峰值决定线束光子最大能量 滤过能使线束平均能量接近最大能量X线管激发电压与滤过条件是决定线束线质的重要条件二、影响X射线衰减的因素射线性质对衰减的影响射线性质对衰减的影响物质原子序数对衰减的影响物质原子序数对衰减的影响物质密度对衰减的影响物质密度对衰减的影响每克电子数对衰减的影响每克电子数对衰减的影响二、影响X射线衰减的因素 射线性质对衰减的影响射线性质对衰减的影响能量（能量（KeV）透透过百分数百分数（%）能量（能量（KeV）透透过百分数（百分数（%）200.046013.0302.58016.0407.010018.05010.015022.0入射光子的能量越大，X线的穿透就越强。射线能量越高，衰减越少。二、影响X射线衰减的因素v原子序数愈高的物质，吸收原子序数愈高的物质，吸收X X线愈多线愈多v低低Z Z物质，透射量随入射物质，透射量随入射 线能量增加而增加；线能量增加而增加；高高Z Z物质则不然（射线物质则不然（射线能量能量透射量突然透射量突然-K边边界吸收界吸收）在在X X线诊断范围内，线诊断范围内，5050号元号元素锡比素锡比8282号元素铅有更好的号元素铅有更好的屏蔽效果屏蔽效果物质原子序数对衰减的影响物质原子序数对衰减的影响二、影响X射线衰减的因素vX X线的衰减与物质密度呈正比。线的衰减与物质密度呈正比。v密度加倍，单位体积内的原子、电子数加倍，密度加倍，单位体积内的原子、电子数加倍，相互作用几率亦加倍相互作用几率亦加倍物质密度对衰减的影响物质密度对衰减的影响二、影响X射线衰减的因素v单位体积内电子数多的物质比电子数少的物质更单位体积内电子数多的物质比电子数少的物质更容易衰减容易衰减X X线。线。v原子序数高的元素每克电子数低于原子序数低的原子序数高的元素每克电子数低于原子序数低的元素。元素。每克电子数对衰减的影响每克电子数对衰减的影响三、X射线的滤过三、X射线的滤过v低能光子对检查者皮肤和表浅组织的低能光子对检查者皮肤和表浅组织的伤害伤害v过滤，在过滤，在X X射线管出口放置一定均匀射线管出口放置一定均匀厚度的金属，预先把厚度的金属，预先把X X射线束中的低射线束中的低能成分吸收掉能成分吸收掉,将将X X射线的平均能量提射线的平均能量提高高,这种过程称为过滤。这种过程称为过滤。所用的金属片称为滤过板。所用的金属片称为滤过板。vX X射线管组装体本身射线管组装体本身的过滤叫固有过滤的过滤叫固有过滤v包括包括X X线管的玻璃管线管的玻璃管壁、绝缘油、管套壁、绝缘油、管套上的窗口和不可拆上的窗口和不可拆卸的滤过板卸的滤过板。v用用铝当量铝当量（mm Almm Al）表示，表示，一般诊断一般诊断X X线线机的固有滤过在机的固有滤过在0.50.52 mm Al2 mm Al（一）固有滤过（二）附加滤过（二）附加滤过v用工具可拆卸的附用工具可拆卸的附 加过滤板加过滤板v可选择的附加过滤可选择的附加过滤 板板v遮光器中的反光镜遮光器中的反光镜v有机玻璃窗的过滤有机玻璃窗的过滤（1）过滤板的选择v铝铝1313对低能射线是很好的过滤物质对低能射线是很好的过滤物质v铜铜2929对高能射线是很好的过滤物质铜对高能射线是很好的过滤物质铜v高原子序数物质不能单独作滤过板使高原子序数物质不能单独作滤过板使用用（2）过滤板的厚度v过滤板的厚度增加，低能射线迅速衰减，但高能过滤板的厚度增加，低能射线迅速衰减，但高能射线衰减缓慢。射线衰减缓慢。光子能量（光子能量（KeV）1mmAL（%）2mmAL（%）3mmAL（%）4mmAL（%）101001001001002058829210030244256934012233273508162257606121848805101439100481235（3）过滤板厚度对受照剂量的影响滤板厚度（mmAl）皮肤照射量（Ckg1）照射量下降百分数（）06.1410-4（2380mR）00.54.7810-4（1850mR）221.03.2810-4（1270mR）473.01.2010-4（465mR）80表5-3 滤过板厚度对照射量的影响（60kV，100mA）厚滤过技术对降低受检者剂量有重要意义（4 4）过滤与投照时间）过滤与投照时间v适当增加照射时间适当增加照射时间v高千伏、厚滤过摄影时间延长了，高千伏、厚滤过摄影时间延长了，但受照射剂量却大幅降低。但受照射剂量却大幅降低。（5 5）楔型或梯形滤过板）楔型或梯形滤过板v投投照照部部位位厚厚度度相相差差太太多多，会会使使照照片片黑黑化化不不均均匀匀，造造成成诊诊断断困困难难，可可用用楔楔型型或或梯梯形形滤滤过过板板来来补补偿偿这这种种差差别别第三节第三节 诊断放射学中诊断放射学中X X射线的衰减射线的衰减vX X射线透过，胶片呈黑色。射线透过，胶片呈黑色。vX X射线被吸收，胶片呈白色。射线被吸收，胶片呈白色。vX X射线影像是人体的不同组织对射线不射线影像是人体的不同组织对射线不同衰减的结果。同衰减的结果。X线束射入体内，一部分被吸收散射，另一部分通过人体沿原方向传播。透过的X光子按特定形式分布，便形成了X线影像。一、人体的构成元素和组织密度一、人体的构成元素和组织密度 人体骨骼由胶体蛋白和钙质组成，其中钙质占5060钙质中Ca3(PO4)2占85；CaCO3占10；Mg3(PO4)2占5；软组织内水占75，蛋白质、脂肪及碳水化合物占23，其余2是K、Na、Cl、Fe等元素。v人体吸收人体吸收X X射线最多的是门牙。射线最多的是门牙。v吸收吸收X X射线最少的是充满气体的肺。射线最少的是充满气体的肺。二 X线通过人体的衰减规律单能宽束X线的指数衰减规律 I=BI。e-x人体各组织对X线的衰减顺序：骨骼、肌肉、脂肪、空气管电压（kV）脂肪肌肉骨400.33931020.40121022.4434102500.26531020.29331021.4179102600.21961020.24551020.9677102700.20091020.22131020.7342102800.19051020.20761020.6047102900.18321020.19941020.54081021000.18011020.19421020.48651021100.17741020.19061020.45301021200.17551020.18821020.42981021300.17421020.18641020.41321021400.17321020.18521020.40101021500.17241020.18421020.3918102表5-4 人体不同组织的线衰减系数（m-1）第四节第四节 X X射线的临床应用射线的临床应用一、常规一、常规X线摄影技术线摄影技术X线潜影照射在胶片上，使胶片感光，然后通过显影、定影、水洗、脱水等过程在X线照片上产生X线影像X线胶片比透视分辨率高，辐射剂量低造影检查 造影剂-阳性（钡剂、碘剂等）-阴性（空气、氧气、二氧化碳等）第四节第四节 X X射线的临床应用射线的临床应用二、数字化二、数字化X射线成像技术射线成像技术computed radiography-CR 宽容度大，摄影条件易选折；辐射剂量低；宽容度大，摄影条件易选折；辐射剂量低；清晰度高；影像后期处理；图像存储、传输；清晰度高；影像后期处理；图像存储、传输；IP可重复利用可重复利用digital radiography-DR 成像环节少，减少信息丢失；费用较成像环节少，减少信息丢失；费用较CR贵贵第四节第四节 X X射线的临床应用射线的临床应用三、介入放射技术三、介入放射技术interventional radiology-IVR 是以影像诊断为基础是以影像诊断为基础，在医学影像诊断设备的引在医学影像诊断设备的引导下，利用穿刺针、导管及其他介入器材，通过人体导下，利用穿刺针、导管及其他介入器材，通过人体原有孔道，插至病变部位进行诊断性造影和治疗，或原有孔道，插至病变部位进行诊断性造影和治疗，或采集组织，进行细胞学及生化检查采集组织，进行细胞学及生化检查应用:肿瘤的介入治疗非肿瘤病变的介入治疗心脏及大血管疾病的介入治疗神经系统疾病的介入治疗优势：创伤小定位准精度高疗效好恢复快第四节第四节 X X射线的临床应用射线的临床应用四、计算机断层成像技术四、计算机断层成像技术computed tomography-CT优势：断面图像对病灶定位、定性准确密度分辨力高CT增强增加组织对比s图像后处理功能强大具备一定的定量分析功能不足：空间分辨力不及X线摄影图像病变密度与周围组织密度相近时，较难区分部分容积效应和周围间隙现象，可导致微小病变遗漏增强使用对比剂，可能发生过敏反应电离辐射五、利用五、利用X射线的肿瘤放射治疗技术射线的肿瘤放射治疗技术 肿瘤细胞自身分裂繁殖活跃，它对放射线的敏感性比发育成熟的正常细胞高 皮肤和表浅组织肿瘤，利用低能X线或加速器产生电子线进行近距离照射治疗 深部肿瘤采用电子直线加速器的高能X线治疗 X线能量几个MeV 到数10个MeV，大剂量窄束定向集中照射 高效、精确、无血、无痛的非手术治疗思考题思考题 1、根据宽束连续能量X线衰减的规律，解 释临床X线摄影应用滤过板的意义。2、根据X线的衰减规律，思考不同肢体部 位X线摄影时，为提高影像清晰度及对 比度应如何选择X线摄影条件？