Xray基础知识[稻谷书苑]

1、Slide 1 of 55知识书苑 X射线的发现射线的发现 X-ray 是由德国仑琴教授在1895年所发现。这种由真空管发出 能穿透物体的辐射线，在电磁光谱上能量较可见光强，波长较 短，频率较高，相类似之辐射线有宇宙射线等。 X射线机的发展简史射线机的发展简史 1.离子X射线管阶段(18951912) 2.电子X射线管阶段(19131928) 3.旋转阳极X射线管阶段(1929) 4.X射线影像增强器和X射线电视,电影阶段(1952) 5.X射线计算机断层扫描装置(X-CT)(1972) 6.数字X射线机阶段 Slide 2 of 42知识书苑 产生产生X射线必须具备三个基本条件射线必须具备三

2、个基本条件: 电子源: 能根据需要提供足够数量的电子. 高速电子流: 在强电场作用下,电子作高速定向运动. 靶: 能够经受高速电子轰击而产生X射线的障碍物. 产生产生X-Ray必须要有必须要有X光球管，而光球管，而X光球管基本构造必须光球管基本构造必须 拥有：拥有： 阴极灯丝 （Cathod） 阳极靶 （Anode） 真空玻璃管 （Evacuated glass envelope） 当然还要有高压电源 Slide 3 of 42知识书苑 X-ray 产生方式产生方式 电离与激发(热辐射): 靶原子的外层轨道电子 受激跃迁并辐射出红外线.轰击电子时 99% 以上能量以此形式消耗. Charact

3、eristic （特性辐射） 高速电子撞击 原子和内层轨道上电子，使之游离且/跃迁 释放之能量，即为X-ray。 Bremsstrahlung （制动辐射） 高速电子突然 减速后，其动能转变成能量释放出来，此能量即为X-ray，且此 能量谱连续, 随减速之程度而有所不同。 诊断用X-ray其产生方式所占比例： 30% 特性辐射 70% 制动辐射 Slide 4 of 42知识书苑 X射线能量强度射线能量强度 在垂直于X射线传播方向上, 在单位时间内, 单位面积上通过的光 子能量. 单位: 焦耳/厘米2秒(J/cm2 s) Iq连=K1 I Z U2 K1约为1.1x10-91.4x10-9 管

4、电压增加: 每个电子所获得的能量加大 , 因而短波成分的X射线增多. X射线变硬. 管电流增加: 单位时间撞击阳靶面的电子 数增多, 辐射的总强度越大. 靶原子序数增大: 核电场增强, 连续辐射的总强度越大. Iq特=K2 I (U-Uk)n K2和n为常数 Slide 5 of 42知识书苑 高速电子通过碰撞和辐射产生热和X射线 X射线的产生效率= K1 Z U 例如, 钨靶(Z=74), 管电压=100kV时 =1.2 10-9 74 105=0.9% X射线管设计要求: 1. 阳极采用高熔点材料 2. X射线管必须具有良好的冷却装置. Slide 6 of 42知识书苑 X-Ray特性特

5、性 於电磁波光谱内 为不可见光 波长范围广 光速进行直线散射能穿透物体 会造成散射线能使萤光物质发光 能使底片感光 当当X-ray进入物体时，会有五种形式的作用发生进入物体时，会有五种形式的作用发生 不变散射; 康普顿效应-产生散射现 光电效应(pZ4; p1/(hv)3)-被物体吸收; 光蜕变;电子对效应 Slide 7 of 42知识书苑 影响影响Radiographic Quality之三要素：之三要素： Density （黑化度）- mAs Contrast（对比度）- kVp Sharpness（清晰度）- motion, Geometric X-Ray波长与波长与Film上上con

6、trast之关系之关系 在X-ray穿透过病人，其穿透率主要和病人组织结构及X-Ray波长 有关。 频率高的X-ray (high kV) ,能量较高，穿透性好，造成在Film上较 低之对比度（low contrast）。 频率低的X-ray (low kV) ,能量较低， 较易被人体所吸收，穿透性较差， 而在Film上对比度较高 （High contrast）。 Slide 8 of 42知识书苑 X射线强度衰减的两种方式射线强度衰减的两种方式 距离引起的衰减: Iq1/r2 物质引起的衰减: 单能射线的衰减: Iq=I0e-x ;光子能量不变 连续射线的衰减: 低能光子衰减快 (p1/(h

7、v)3) 半价层半价层(HVL) 使X射线束的强度衰减到其初始值一半时所需要的标准吸收物质 的厚度. 它反映X射线的穿透能力. 表示方式: mmAl Slide 9 of 42知识书苑 影响影响X射线量的因素射线量的因素 毫安秒 (mAs): Iq mAs 管电压 (kV) : Iq (kV)2 距离 (r) : Iq 1/r2 滤过 (mm): 铝质滤过板厚度 影响影响X射线质的因素射线质的因素 管电压 (kV) 滤过: 医用X射线机要求2.5mmAl Slide 10 of 42知识书苑 辐射损伤机理辐射损伤机理 X射线能引起构成机体细胞, 组织的原子或分子电离. 影响辐射损伤的因素: 辐

8、射性质; 射线剂量; 剂量率; 照射方式; 受照 部位; 环境因素 实际工作中的防护实际工作中的防护 限制曝光时间, 曝光剂量 做好个人屏蔽与防护 Slide 11 of 42知识书苑 Slide 12 of 55知识书苑 X射线机组成要件射线机组成要件 X射线球管（X-Ray Tube） 限束装置 (Collimator) X射线高压发生器（Generator） X射线球管支架装置（Support Device） X射线摄影台（Table） 影像增强装置 (R 控制影响影像品质之技 术条件，如mA，kVp，sec.等 种类种类 直流（DC）-电池 交流(AC)-单相（Single Phase

9、）/ 三相（Three Phase） 范围范围 一般X-Ray Generator使用208 - 408伏特（Volts） 频率频率 50 Hz / 60 Hz Slide 21 of 42知识书苑 半波自整流电路半波自整流电路 电路优缺点电路优缺点 优点 结构简单; 容易制造; 成本低; 便于携带。广泛应用于组合 机头和小型X射线机 缺陷 有逆电压危害X射线管安全. 整流效率低. Slide 22 of 42知识书苑 单相全波桥式整流电路单相全波桥式整流电路 电路优缺点电路优缺点 优点 整流效率提高1倍. 消除了逆电压的危害. 广泛应用中型X射线机 缺陷 管电压脉动系数为100%. 射 出大

10、量有害X射线. 单相电路只取三相系统中的 一相,负载功率较大时, 造成 供电系统严重不平衡. Slide 23 of 42知识书苑 双三相六波桥式整流电路双三相六波桥式整流电路 管电压脉动系数为13.4%. Slide 24 of 42知识书苑 高频逆变的基本原理高频逆变的基本原理 工频 直流电源高频逆变整流滤波 直流逆变电路直流逆变电路 逆变频率越高, 整流后产生的直流高压脉动系数越小. 西门子Polydoros逆变频率为5kHz, 电压脉动约为13.4% GE Jedi 逆变频率30kHz, 电压脉动为 kV ripple=4%. Slide 25 of 42知识书苑 高频逆变发生器的优势

11、高频逆变发生器的优势 1. 输出高质量的X射线. X射线频谱单色化. 提高了X射线质的平均强度.皮肤接受 剂量低; 曝光时间短; 图像质量高. 2. 输出剂量大, 高频机输出X射线频谱中高能成分大大增加, 在获得的胶片黑化度 相同的情况下, mAs是工频机的60%. 3. 实时控制, 控制精度高. 高频机中, kV和mA都是由微机管理的, 采用闭环控制, 根据实际检测值进行跟踪调整. 而工频机都是采用预调的办法, 不可能实现实 时控制. 4. 实现了结构的小型化. 根据变压器原理, 电压/(频率x匝数x铁芯面积)=常数. 电 源频率的提高大大减小了对匝数和铁芯面积的要求. 5. 有利于向智能化

12、发展. 高频机已全部电子化, 很容易引进微机技术. 6. 可直接用直流供电. 这意味着可利用储能器件解决电源条件的难题. Slide 26 of 42知识书苑 自动曝射控制方式自动曝射控制方式AEC (Automatic Exposure Control) 利用电路回馈方法，调整适当之X光曝射时间的装置，依其材质 分有两种： Screen/ Phototube Ionization Chamber Slide 27 of 42知识书苑 滤线栅结构滤线栅结构 滤线栅参数滤线栅参数 滤线栅半径 (F) 栅比 (N) =H/K 栅频: 每厘米所含的铅条数 F H K Slide 28 of 42知识

13、书苑 功能与原理功能与原理 将X射线影像转换成为可见光图像并将其亮度提高数千倍,再进行摄 像. Slide 29 of 42知识书苑 什么是数字探测板什么是数字探测板 Photons DETECTOR Digital Image sampling + quantification Cesium Iodine (CsI) Light Amorphous silicon panel ( Photodiodes/Transistors array) Electrons Readout electronics Glass substrate Amorphous silicon array Contacts fingers Absorber (Cesium Iodine) Contact leads for readout electronics Slide 30 of 42知识书苑 数字探测板的优势数字探测板的优势 Noise reduction Contrast The reduction of noise level and improvement in contrast resolution are both necessary to increase the detection capability of a syste