X射线基本原理精讲

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,X射线基础知识,万东医疗 2009,大纲1 X射线发现与发展2 X射线的产生和性质3 X射线与物质的作用与成像4 X射线的防护5 X射线基础术语6 讨论,1 X射线发现与发展,X射线的发现 1895年伦琴 1901年诺贝尔物理奖,放射性的发现 1896年贝克勒尔（铀）,1898年居里夫妇（钋、镭）1903年诺贝尔物理奖,电子的发现 1897年汤姆生 1906年诺贝尔物理奖,人类研究微观世界的“三大发现”,e-,射线,X,射线,图,1,三大发现的关系,原子电子,高速电子,X射线发现与发展,1895年11月8日,德国物理学家在其实验室作CRT实验时发现,X射线,也称伦琴射线,1901年,伦琴因此成为第一个诺贝尔物理学奖得主。,发现X射线后三个月,协助首例外科手术,20min拍摄1张头颅片,之后X射线应用迅速发展,广泛用于物质结构分析、工业探伤、科研等领域,在临床上的应用,X射线摄影/透视,X射线CT,剂量控制,与,图象质量,诊断X射线的技术发展一直致力于用尽量低的剂量获得清晰影像：,提高X射线产生的效率,X射线管、高压发生控制,提高X射线的质量,高压发生控制、滤过、限束器、滤线栅,提高X射线影像信息的获取能力,床面板、增感屏、闪烁屏、数字化探测器,提高X射线系统影像,焦点、SID/SOD、准直、参数的组合、后处理,发展,对比,仅以相同,kV,相同,mA,临床胸片摄影条件作对比,可近似认为,DOSE,正比于,kV,2,*mAs,表,1,不同,X,射线摄影系统的胸片曝光条件对比,放射性来自？,X射线来自？,电子/光子？,问题思考,2 X射线的产生和性质,X,射线的本质和特性,X射线本质上是,电磁波,介于紫外线和伽玛射线之间,具备高能量和穿透力,波长短2X10,-9,6X10,-12,m,频率高3X10,16,3X10,20,Hz,波粒二象性,传播时体现波动性,与物质作用时体现粒子性,物理特性,-穿透性(原子序数高密度大不易穿透,例如骨骼),-荧光作用(荧光屏增感屏闪烁屏),-电离作用(可用于测量X射线,导致机体损伤,用于机体治疗),-热作用,化学效应,-感光作用(摄影/工业探伤),-着色作用(物质结晶体脱水变色),生物效应(电离和激发),-对增殖性强的细胞的抑制损伤坏死,-放射治疗,-对正常细胞的损伤,注意放射防护,表,2,人体组织对,X,射线的透过性,X,射线的产生,高速电子撞击物质突然受阻产生X射线,1、电子源(加热的灯丝),2、靶面(电子撞击的物质),3,、高速电子流,高电压产生的强电场,真空度较高的空间,-电子高速运动中不受气体分子阻挡,-保护灯丝不致因氧化而烧毁,X,射线管,图,2,X,射线管,X,射线谱,医用诊断,X,射线主要使用连续,X,线。,物质结构光谱分析时使用特征,X,线。,连续,X,射线最短波长,只与管电压有关。,图,3,X,射线谱,强度,波长,特征,X,线,连续,X,线,连续辐射又称轫致辐射,a)高速电子遇原子核受阻后,能量损失,损失的动能以光子形式放出。,b)电子作用核场区的深度不一样,受阻程度不一样,能量损失不一样，释放出光子的能量不一样，由此形成连续的射线谱。,连续,X,射线的产生原理,图,4,连续,X,线产生原理,特征X线又称标识X线。,高速电子能大于原子内（K-）层电子的结合能时；,a)将K层电子击出，K层形成空穴；,b)外层电子跃迁回K层填补空穴，释放光子。,该跃迁以量子能级释放能量，量子能级仅取决于靶物质的原子序数，而与外加电压无关。,由此形成特征X线。,特征,X,射线的产生原理,图,5,特征,X,线产生原理,I,=K,i,Z,U,n,K=1.1X10,-9,1.4X10,-9,i:,管电流,Z:,靶材料原子序数,U:,管电压,n:2,最大强度约在最短波长的,1.5,倍处。,平均能量为最大能量的,1/31/2,。,X,射线的强度与平均能量,X,射线的量与质,1,通常用,X,射线的强度表示,X,射线的量，即垂直于,X,射线传播方向,单位面积上、单位时间内通过的光子数量与能量乘积的总和,2,X,射线的量即,X,光子的数目，可以用管电流,mA,与照射时间,s,的乘,积即,mAs,来反应,3,一定管电压下，管电流越大，单位时间撞击阳极靶面的电子数,越多，激发的,X,线光子正比增加；照射时间长，,X,线量正比增大,4,X,射线的质又称线质，仅与光子能量有关，表示,X,射线的硬度，,即穿透物质的能力，通常以管电压（,kV,值）近似描述,5,管电压对阴极电子加速，使其获得足够能量撞击阳极靶面，管,电压越高，撞击能量越大，激发的,X,射线光子强度越高，穿透能,力越大,=KZU,约99%都转变成热能,出射X射线不足阳极靶面产生X射线的10%,利用率很低,高原子序数的材料/高熔点的材料,恒定的高压,X,射线的产生效率,X射线/光子/电磁波？,单色/单能X射线？,连续X线与靶物质/管电压？,特征X线与靶物质/管电压？,X射线机/X光机?,问题思考,3 X射线与物质的作用及成像,光电效应(吸收效应),-X射线光子与原子内层电子作用,被原子吸收,内层电子摆脱原子成为自由电子的过程,-发生几率与光子能量的3次方成反比,-,低kV摄影或采用造影剂,时,光电效应居主,产生好的对比度,但组织吸收X射线多,光电效应,康普顿效应(散射效应),-X射线光子与原子外层电子作用,改变频率和角度散射出去,外层电子摆脱原子成为自由电子的过程,-高kV摄影时,康普顿效应居主,组织吸收X射线少,但散射线多,既影响影像,又为防护提出了较高要求,康普顿效应,真空状态的衰减规律：,射线强度的衰减与距离的平方成反比,窄束X线的衰减规律：,I,=,I,0,e,-ux,射线强度的衰减与物质的密度、厚度成指数衰减关系,宽束X线的衰减规律：,I,=,BI,0,e,-ux,主要考虑散射线的影响，在窄束衰减规律基础上引入修正因子,连续X线,-随吸收物质厚度的增加,强度衰减,能谱变窄,向高能转移,-采用滤过,改变射线能谱,吸收低能射线,保护患者,X,射线的衰减,X,射线的滤过,X线滤过,-固有滤过,-附加滤过,散射线的抑制和消除,X,线管发射的原发,X,射线进入机体后的两种情况,1,、透射,即,X,射线穿过人体，将其部分能量消耗在体内，使其本身的能量衰减，这种衰减了的原发,X,射线含有人体组织密度信息，是,X,线摄影成像时要充分利用的,2,、散射,即,X,射线和人体组织发生康普顿效应改变方向，任意方向的散射线不能产生与人体解剖形态有关的影响密度，仅增加灰雾度，导致影像的对比度下降,滤线栅板是用于滤除摄影时人体产生的散射线的有效部件,散射线的抑制和消除,图,6,散射线,图,7,滤线栅,影像获取系统,X-ray,可见光,X,射线成像,滤过,荧光,感光,光电转换,反射,滤线栅,图,9 X,射线成像,图,8,可见光成像,X射线成像正是由于人体组织对X射线的透过性(衰减)不同,而形成的对比信息在胶片上,完全透过呈黑色,完全不透过呈白色,图,10 X,射线图象,高对比摄影？低kV，骨骼，对比剂，光电效应，人体吸收,高kV摄影？短时间，矽肺，康普顿效应,乳腺摄影？软射线，高对比，高分辨，光电效应,问题思考,4 X射线的防护,X,射线的防护,患者,低能射线的滤除：滤过,限束器的使用：防止其它部位受辐射,铅防护用具的使用：保护腺体（晶状体、甲状腺、性腺）,医生,依靠距离的防护,隔室操作,铅防护用具的使用：保护腺体（晶状体、甲状腺、性腺）,孕妇?,14岁以下儿童透视/摄影?,问题思考,5 X射线基础术语,Radiography 摄影,Tomography 断层摄影,Bucky 滤线器摄影,Fluorography 透视,APR 器官程序摄影,AEC 自动曝光,IBS/ABC 自动透视,DSI 数字点片图象,SFC 点片(摄影),PF 脉冲透视,HLF 高剂量透视,CINE 电影摄影,DSA 数字减影血管造影,临床功能基础术语,系统部件基础术语,X-Ray Generator X线高压发生器,X-Ray Tube Assembly X线管组件,Collimator 限束器,HV-Cable 高压电缆,Radiography Table 摄影床,Diagnose Table 诊断床,Standby 立式摄影架,Ceiling 吊架,C-arm C形臂,I.I(Image Intensifier)影像增强器,CCD Camera CCD摄象机,X-Ray TV X线电视系统,数字影像系统基础术语,DR（数字摄影系统）,CR（计算机摄影系统）,IP板,WORKLIST登录工作站,ACQUIRE采集工作站,REPORT诊断工作站,PACS（图象存储与传输系统）,DICOM标准（医学影像数字传输协议）,HIS（医院信息系统）,RIS（放射信息系统）,发生器、,X,射线管组件指标基础术语,kV 管电压 40125/150;/40110/120/125,mA 管电流 101000;0.380,ms/s（摄影）加载时间 0.00110s,mAs（摄影）电流时间积 0.11000,min/s（透视）加载时间,kHz主逆变频率 25/33/40/50/100/200,PPS 脉冲透视速率 1/2.5/6.25/12.5/25/,FPS CINE/DSA速率 1/2.5/6.25/12.5/25/,kW 标称功率20/32/40/50/63/80/100,?阳极靶角,RPM 阳极转速 3000/9000,mm焦点 0.6/1.2,HU阳极热容量 300KHU/1.5MHU,图象系统指标基础术语,?GHz 主频 2.0,?GB 硬盘 80G/160G,?寸监视器 14/17/19/21,?”影像增强器 9/12,?K?K 探测器像素 1K/3K/4K,?LP/mm 极限分辨率 1.2/2.0/3.4/5,PPS 脉冲透视速率 1/2.5/6.25/12.5/25/,FPS CINE/DSA 速率 1/2.5/6.25/12.5/25/,LIH 末帧保持,?s 成像速度（DR/CR）,?uGy 静态成像剂量 5,?uR 动态成像剂量 50,机电系统指标基础术语,?kg 床面承载 135,?N 锁止力/启动力 100N/50N,?mm 床面纵向/横向移动行程,?mm/s（行程）运动速度 100,?/s（角度）运动速度 10,?mm SID 1000/1100/1500/1800,?C形臂/床身/管组件/探测器旋转角度,?L 栅密度（每厘米线条数）40/70/80/,?m 栅焦距 1/1.2/1.5,?:?滤线栅格比 8:1/10:1/12:1,?”?”胶片/分割/平板探测器尺寸 1417,表,3,公司部件型代号,系统构成,表,4,新东方,1000,医用诊断,X,射线机系统构成,大C/悬C/落地C/头端C？,管球/球管？,胸片架？,主床/副床？,遮光器？,拍片机？,胃肠机？,全身/多功能DR？,问题思考,6,讨论,内容总结,X射线基础知识。发现X射线后三个月,协助首例外科手术,20min拍摄1张头颅片。之后X射线应用迅速发展,广泛用于物质结构分析、工业探伤、科研等领域。诊断X射线的技术发展一直致力于用尽量低的剂量获得清晰影像：。X射线本质上是电磁波,介于紫外线和伽玛射线之间,具备高能量和穿透力。-荧光作用(荧光屏增感屏闪烁屏)。-电离作用(可用于测量X射线,导致机体损伤,用于机体治疗)。-对增殖性强的细胞的抑制损伤坏死。高速电子能大于原子内（K-）层电子的结合能时。a)将K层电子击出，K层形成空穴。该跃迁以量子能级释放能量，量子能级仅取决于靶物质的原子序数，而与