医学影像系统原理2-x射线

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1、医学影像系统原理:X射线成像技术丁明跃华中科技大学生物医学工程系“图像信息处理与智能控制”教育部重点实验室2021/9/92一、X射线成像的基本原理二、X射线机基本构成三、常用X射线影像设备四、CR与DR五、X射线影像技术的临床应用目录3什么是X射线？X射线是由于在真空条件下，高速运动的电子撞击到金属原子内部，使原子核外层轨道电子发生跃迁而放射的一种能。X射线的产生，必须具备以下条件：①电子源；②在真空条件下，高电压产生的强电场和高速运动的电子流；③适当的障碍物（靶面）来接受高速运动电子所带的能量，使高速电子所带的动能部分转变为X射线能。硬X射线(8-80pm,15

2、-150Kev)、软X射线(80pm-8nm,150ev-15Kev)4电子束的产生与阴极射线管阴极射线管（CathodeRayTube，简称CRT）气体放电5X射线的连续放射大量能量不等的电子同时撞击靶面，在与靶原子相互作用中损失的能量各不相同，而产生的一束波长不等、连续的混合射线称之为连续放射（韧致辐射）。管电压越高，波长越短。6X射线的标识放射标识放射又称标识X线或特征辐射(characteristicradiation)，是由高速运动的电子与靶原子的内层轨道电子相互作用所产生的。X线管阴极发出的电子，以很大的动能撞击靶面时，原子内层轨道电子被击出而留下一个空位

3、。按能量分布最低的原则，处于高能态的外壳层电子必然要向内壳层填补，产生电子跃迁现象。在跃迁过程中将其多余的能量以光子的形式放射出来，便产生X线，跃迁的电子能量差决定了这种X线的波长。不同的靶物质，其原子结构不同，发出X线的波长也不尽相同。这种由靶物质所决定的X线称为标识放射，它与X线管的管电流无关。7X射线产生效率X线产生的效率是指发生的X线能量占全部电子撞击阳极靶面总能量的百分率。电子撞击阳极靶面的全部能量中，碰撞损失的能量最后将全部转化为热能，仅有辐射损失能量的极小部分（约0.2％）转变为X线能。产生X线的效率（η）通常可用公式计算：η＝K•Z•kV式中K为常数1

4、0-9，Z为阳极靶面物质的原子序数，kV为管电压。产生X线的效率与靶面物质的原子序数及管电压成正比。8影响X射线产生效率的因素管电压:当管电流不变的情况下,管电压越大,X射线的强度增强,效率也提高.阳极靶面材料的影响:在其它条件相同的情况下,原子序数越高,产生的X射线的效率也就越高.管电流的影响:当管电压不变的情况下,管电流越大,X射线的强度越大,效率也越高.X射线的质X线强度（X-rayintensity）是指单位时间内垂直于X射线传播方向的单位面积上所通过的光子数目和能量的总和。在实际应用中，常用质和量来表示X射线强度。X线的质（线质），一般用于表示X线的硬度，即

5、穿透物质的能力，它代表光子的能量。X线的质仅与光子能量有关，能量越大，X线的波长越短，穿透力越强，X线的质越硬；反之，X线的硬度就小。X线管发出的是波长不等的连续X线谱，其质很难用一个数值来表示，由于X线的光子能量是由管电压决定的，所以在实际工作中，一般用管电压(kV)数值间接表示X线的质。9X射线的量也可用半价层来表示X线质。半价层（halfvaluelayer，HVL）是指入射的X线强度减弱为原来的一半时某均匀吸收体的厚度。半价层越厚，表示X线质越硬。X线的量是X线束中的光子数目，在实际工作中，常用X线管的管电流与照射时间的乘积毫安秒(mAs)来表示X线的量。管电

6、流越大，代表X线管中被加速的电子数目越多，电子撞击阳极靶面产生的X线量越多，则X线强度越大。X线照射时间，是指球管产生X线的时间。显然，X线的量与管电流及照射时间成正比。1011X射线物理效应1．穿透作用（penetrationaction）　穿透作用是指X线穿过物质时不被吸收的本领，其穿透性不仅与X线的能量有关，还与被穿透物质的本身结构和原子性质有关。2．荧光作用（fluorescenceaction）某些荧光物质，如钨酸钙、铂氰化钡、硫化锌镉及某些稀土元素等，受到X线照射时，物质原子发生电离或被激发处于受激状态。3．电离作用（ionizationaction）物质

7、受到X线照射，原子核外电子脱离原子轨道，这种作用称电离作用。12X射线化学效应1．感光作用（sensitizationaction）X线照射到胶片，由于电离作用，使胶片上的卤化银发生光化学反应，出现银颗粒的沉淀，称为X线的感光作用。由于X线穿透人体后的强度分布不同，使卤化银的感光度发生差异，经显影后产生一定的黑化度，显示出人体不同密度的影像。如X线摄影和工业探伤。2．着色作用（pigmentationaction）某些物质，如铂氰化钡、增感屏、铅玻璃、水晶等，经X线长时间照射后，其结晶体脱水渐渐改变颜色，发生脱水、着色，称为着色作用（脱水作用）。13