X射线知识课件

X射线知识X射线知识1第五节X射线在人体内的衰减第一节X射线的产生第二节X射线辐射场的空间分布第三节X射线与物质的相互作用第四节X射线在物质中的衰减内容第五节X射线在人体内的衰减2第一节X射线的产生一、X射线管(X-raytube)二、X射线产生机制第一节X射线的产生一、X射线管(X-raytube)3产生条件主要组成一、X射线管(X-raytube)阴极阳极电子源高速电子流阳极靶强电场高真空度空间产生条件主要组成一、X射线管(X-raytube)阴极阳4一、X射线管(X-raytube)主要组成阴极阳极电子源高速电子流阳极靶产生条件一、X射线管(X-raytube)主要组成阴极阳极电子源5一、X射线管(X-raytube)X射线管(俗称球管)照片一、X射线管(X-raytube)X射线管(俗称球管)6早期的放射治疗用X线管一、X射线管(X-raytube)早期的放射治疗用X线管一、X射线管(X-raytube)71.阴极(cathode)技术指标一、X射线管(X-raytube)阴极是X射线管的负极组成聚焦杯灯丝空间电荷及其效应灯丝电流管电压管电流4.6A4.2A4.4A02001601204024080管电压(kV)管电流(mA)4080120160管电压和灯丝电流对管电流的影响1.阴极(cathode)技术指标一、X射线管(X-ray8靶是电子轰击的区域2.阳极(anode)类型固定旋转

传导电子机械支撑热辐射体功能一、X射线管(X-raytube)阳极是X射线管的正极钨作为靶材料的原因：①钨原子序数较高，产生X射线的效率高和产生高能X射线；②钨能够有效散热的金属；③钨具有很高的熔点3410℃靶是电子轰击的区域2.阳极(anode)类型固定旋转传9元素元素符号原子序数K特征X射线熔点钨钼铑WMORh74424559.0keV17.4keV19.7keV3410OC2600OC3200OCX射线靶的特征2.阳极(anode)靶一、X射线管(X-raytube)元素元素符号原子序数K特征X射线熔点钨W7459.0keV3103.X射线管的焦点(focalspot)实际焦点有效焦点实际焦点大小意义测量方法一、X射线管(X-raytube)3.X射线管的焦点(focalspot)实际焦点有效焦点11一、X射线管(X-raytube)实际焦点有效焦点实际焦点大小意义测量方法3.X射线管的焦点(focalspot)一、X射线管(X-raytube)实际焦点有效焦点实际焦12实际焦点有效焦点实际焦点大小意义测量方法一、X射线管(X-raytube)3.X射线管的焦点(focalspot)

靶表面与X射线输出方向的夹角称为靶倾角θ。经过投影后，有效焦点的长度a则变成了。双角度靶面能够产生两种尺寸的焦点实际焦点有效焦点实际焦点测量方法一、X射线管(X-rayt13焦点的一般形状理想有效焦点是圆形实际形状双香蕉状一、X射线管(X-raytube)3.X射线管的焦点(focalspot)焦点的一般形状理实际形状双香蕉状一、X射线管(X-ray14管电流和管电压对有效焦点长度的影响一、X射线管(X-raytube)3.13.23.33.53.43.73.63.83.90200400600管电流(mA)焦点大小(mm)50kVp80kVp110kVp3.X射线管的焦点(focalspot)管电流和管电压对有效焦点长度的影响一、X射线管(X-ray15二、X射线产生机制1.电子与物质的相互作用2)高速电子与靶原子核发生相互作用，将能量转化为轫致辐射(bremsstrahlungradiation)

。1)高速电子电离原子的内层电子，将能量转化为标识辐射(characteristicradiation)

；碰撞损失(collisionloss)辐射损失(radiationloss)二、X射线产生机制1.电子与物质的相互作用2)高速电子与靶16轫致辐射产生二、X射线产生机制2.连续X射线轫致辐射产生二、X射线产生机制2.连续X射线172.连续X射线轫致辐射产生二、X射线产生机制2.连续X射线轫致辐射产生二、X射线产生机制182.连续X射线存在最短波长(λ

min)

X射线强度连续变化每条曲线有一个峰值波长增加方向上无限延展，强度越来越弱二、X射线产生机制30kV20kV40kV50kV0.10123456780.020.040.060.08波长(nm)相对强度I钨靶较低管电压连续X射线发射谱2.连续X射线存在最短波长(λmin)X射线强度连续变192.连续X射线

光子能量的最大极限(hmax)等于入射电子在X射线管加速电场中所获得的能量eU，即光子最短波长为：二、X射线产生机制2.连续X射线光子能量的最大极限(hma203.特征X射线二、X射线产生机制

产生条件管电压U满足：入射电子动能>靶原子某一壳层电子结合能3.特征X射线二、X射线产生机制产生条件管电压U满足：入213.特征X射线二、X射线产生机制

产生条件管电压U满足：入射电子动能>靶原子某一壳层电子结合能3.特征X射线二、X射线产生机制产生条件管电压U满足：入223.特征X射线二、X射线产生机制3.特征X射线二、X射线产生机制233.特征X射线二、X射线产生机制几种靶材料产生K、L系特征X射线的激发电压(kV)靶材料原子序数K系激发电压L系激发电压铝(Al)铜(Cu)钼(MO)钨(W)铅(Pb568.8917.459.088.00.090.952.8712.0915.863.特征X射线二、X射线产生机制几种靶材料产生K、L系特征244.影响X射线发射谱的因素主要因素经后的发射谱靶自吸收固有滤过附加滤过电子动能多次作用二、X射线产生机制低能X射线吸收外部滤过1.00.5

0.010102030405060708090100110光子能量(keV)相对光子数100kV管电压下钨靶X射线发射谱4.影响X射线发射谱的因素主要因素经后的发射谱靶自吸收固有254.影响X射线发射谱的因素二、X射线产生机制因素影响管电流管电压附加过滤靶材料管电压波形能谱幅度能谱幅度和位置能谱幅度,在低能时更加有效能谱幅度和特征X射线谱位置能谱幅度,在高能时更加有效影响X射线能谱的大小和相对位置的因素4.影响X射线发射谱的因素二、X射线产生机制因素影响管电流26第二节X射线辐射场的空间分布

一、X射线强度二、X射线强度的空间分布第二节X射线辐射场的空间分布一、X射线强度二、X272.X射线强度(x-rayintensity)一、X射线强度

单能X射线的强度I为

多种光子组成的线状谱强度为连续X射线能谱的强度为诊断中连续X射线总强度K系特征X射线强度2.X射线强度(x-rayintensity)一、X射线282.X射线的量与质由管电流与照射时间间接表示通常以毫安秒(mA·s)为单位。X射线的质(x-rayquality)X射线的量(x-rayquantity)又称线质，由管电压和滤过间接表示通常以千伏数（kV）为单位。一、X射线强度

2.X射线的量与质由管电流与照射时间间接表示X射线的质(x293.影响X射线强度的因素构成靶物质的原子序数管电流管电压

附加滤过

电压脉动一、X射线强度

3.影响X射线强度的因素构成靶物质管电流管电压附加滤过303.影响X射线强度的因素各种因素对X射线强度的影响影响的结果增加增加增加降低降低降低不变增加增加增加不变降低毫安秒管电压靶原子序数滤过距离电压脉动X射线的量X射线的质影响因素(增加)一、X射线强度

3.影响X射线强度的因素各种因素对X射线强度的影响影响的31二、X射线强度的空间分布管电压较高时采用穿透式靶管电压较低时利用反射式靶主要取决于入射电子能量靶物质靶厚度1．薄靶周围X射线强度的空间分布X射线辐射强度在空间的分布情况很复杂二、X射线强度的空间分布管电压较高时管电压较低时主要取决于32二、X射线强度的空间分布管电压较高时采用穿透式靶管电压较低时利用反射式靶主要取决于入射电子能量靶物质靶厚度1．薄靶周围X射线强度的空间分布X射线辐射强度在空间的分布情况很复杂二、X射线强度的空间分布管电压较高时管电压较低时主要取决于332．厚靶周围X射线强度的空间分布“足跟”效应(阳极效应)焦点的大小和形状

改变二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布“足跟”效应(阳极效应)焦34二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布35二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布36二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布阳极效应对有效焦点大小和形状的影响

阳极效应的另一个重要的后果就是改变了有效焦点的大小和形状二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布阳37第三节X射线与物质的相互作用一、X射线与物质相互作用系数二、光电效应(photoelectriceffect)

三、康普顿效应(Comptoneffect)五、X射线与物质的其它相互作用过程四、电子对效应(electricpaireffect)六、各种相互作用的相对重要性七、X射线基本特性第三节X射线与物质的相互作用一、X射线与物质相互作用系数38主要过程次要过程光电效应康普顿效应电子对效应相干散射光核反应第三节X射线与物质的相互作用主要过程次要过程光电效应康普顿效应电子对效应相干散射光核反应39X线光子进入生物组织电子沿径迹损失能量康普顿效应电子对效应光电效应高速电子光子轫致辐射电离激发热物化阶段生化阶段生物阶段

射线与生物组织相互作用的结果X第三节X射线与物质的相互作用X线光子进入生物组织电子沿径迹损失能量康普顿40多种相互独立的作用1.线性衰减系数与截面一、X射线与物质相互作用系数截面单能平行X射线光子束水平入射-dN=

Nndx=n为线性衰减系数

单位：m2多种相互独立的作用1.线性衰减系数与截面一、X射线与物质41一、X射线与物质相互作用系数1.线性衰减系数与截面一、X射线与物质相互作用系数1.线性衰减系数与截面42线性衰减系数μ各种相互作用的总线性衰减系数单位为m-1或cm-1质量衰减系数单位是m2kg-1或cm2g-1一、X射线与物质相互作用系数1.线性衰减系数与截面线性衰减系数μ各种相互作用的总线性衰减系数单位为m-1或cm432.质能转移系数和质能吸收系数线性能量转移系数h─光子的能量Etr─转移给带电粒子的动能总转移系数一、X射线与物质相互作用系数单位为m-1或cm-1等于各转移系数之和光子在物质中穿行单位距离时，其总能量由于各种相互作用而转移给带电粒子动能的份额2.质能转移系数和质能吸收系数线性能量转移系数h─光子44质能转移系数(massenergytransfercoefficient)质能吸收系数(massenergyabsorptioncoefficient)g为次级电子的动能因辐射而损失的份额。一、X射线与物质相互作用系数2.质能转移系数和质能吸收系数，式中ρ为物质密度,是该能量的入射X射线光子穿过“质量厚度”为ρdl的物质层时，其总能量中因相互作用而转移给带电粒子动能的份额，E是入射X射线光子的能量，N是入射X射线光子数

质能转移系数(massenergytransferco45二、光电效应(photoelectriceffect)1.作用过程二、光电效应(photoelectriceffect)146h

:光子能量Ee:光电子的动能EB:原子第i层电子的结合能h=Ee+EB

2.作用系数光电线性衰减系数，符号光电质量衰减系数，符号二、光电效应(photoelectriceffect)1.作用过程光电效应发生的概率随光子能量的变化h:光子能量h=Ee+EB2.作用系数光电线性衰47水铅LK2.作用系数水和铅的光电质量衰减系数与X射线光子能量的关系二、光电效应(photoelectriceffect)1keV10keV100keV1MeV10MeV光子能量光电质量衰减系数水铅LK2.作用系数水和铅的光电质量衰减系数与X射线光子能483.光电子角分布二、光电效应(photoelectriceffect)3.光电子角分布二、光电效应(photoelectric494.诊断放射学中的光电效应影像质量好1)无散射线，减少了照片灰雾射线通过光电效应可全部被人体吸收，增加L了受检者的辐射剂量。2)增加吸收差别，对比度高利:弊:二、光电效应(photoelectriceffect)4.诊断放射学中的光电效应影像质量好1)无散射线，减50三、康普顿效应(Comptoneffect)1.作用过程三、康普顿效应(Comptoneffect)1.作用过程51三、康普顿效应(Comptoneffect)1.作用过程三、康普顿效应(Comptoneffect)1.作用过程522.作用系数康普顿线性衰减系数，用符号“”表示康普顿质量衰减系数与入射光子能量之间的关系康普顿质量衰减系数，用符号“

”表示三、康普顿效应(Comptoneffect)2.作用系数康普顿线性衰减系数，用符号“”表示康普顿质量533.散射光子和反冲电子的角分布散射光子0°～180°三、康普顿效应(Comptoneffect)0.1MeV1.0MeV10MeV康普顿散射光子的角分布3.散射光子和反冲电子的角分布散射光子0°～180°三543.散射光子和反冲电子的角分布1.0MeV0.1MeV10MeV反冲电子0°～90°三、康普顿效应(Comptoneffect)

康普顿反冲电子的角分布3.散射光子和反冲电子的角分布1.0MeV0.1MeV1554.诊断放射学中的康普顿效应从受检者身上产生的散射线能量与原射线相差很少，并且散射线比较对称地分布在整个空间，医生和技术人员必须重视，并采取相应的防护措施。(2)散射线增加了照片的灰雾，降低了影像的对比度，但与光电效应相比受检者的剂量较低。三、康普顿效应(Comptoneffect)4.诊断放射学中的康普顿效应从受检者身上产生的散射线能量561.作用过程四、电子对效应(electricpaireffect)1.作用过程四、电子对效应(electricpair571.作用过程四、电子对效应(electricpaireffect)1.作用过程四、电子对效应(electricpair582.作用系数

当h

>2mec2时

当h>>2mec2时电子对线性衰减系数，用符号“”表示；电子对质量衰减系数，用符号“”表示。四、电子对效应(electricpaireffect)2.作用系数当h>2mec2时当h>>2me59五、X射线与物质的其它相互作用过程1.相干散射(coherentscattering)光子与原子核作用而发生的核反应。光核反应在诊断X射线能量范围内不可能发生。相干散射质量衰减系数与原子序数和入射X射线光子能量的关系可表示为：2.光核反应不产生电离过程五、X射线与物质的其它相互作用过程1.相干散射(coher60六、各种相互作用的相对重要性1.总的衰减系数高能端部分电子对效应占优势2.各种相互作用的相对重要性10keV100MeV能量范围的低能端部分光电效应占优势中间部分康普顿效应占优势六、各种相互作用的相对重要性1.总的衰减系数高能端部分电612.各种相互作用的相对重要性六、各种相互作用的相对重要性2.各种相互作用的相对重要性六、各种相互作用的相对重要性62七、X射线的基本特性1.X射线穿透作用2.X射线荧光作用3.X射线电离作用4.X射线热作用5.X射线的化学和生物效应X射线除具有电磁波的共性外，还具有以下的基本特性。易透性组织中等透射性组织不易透射性组织气体脂肪组织结蒂组织肌肉组织软骨血液骨骼

人体组织对X射线的穿透性七、X射线的基本特性1.X射线穿透作用2.X射线荧光作用63第四节X射线在物质中的衰减扩散衰减距离所致

X射线强度衰减的平方反比定律X射线摄影、透视及X-CT检查的基本依据屏蔽防护设计的理论根据吸收衰减物质所致

强度减弱

第四节X射线在物质中的衰减扩散衰减X射线强度衰减的平方64一、单能X射线在物质中的衰减规律二、连续X射线在物质中的衰减规律三、X射线的滤过第四节X射线在物质中的衰减一、单能X射线在物质中的衰减规律二、连续X射线在物质中的衰65一、单能X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律

半价层(half-valuelayer,HVL)宽束X射线:积累因子B宽束B>1；理想窄束B=1近似计算一、单能X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质66二、连续X射线在物质中的衰减规律连续能谱窄束X射线衰减特点：X射线强度变小，硬度变大（质提高）1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律二、连续X射线在物质中的衰减规律连续能谱窄束X射线衰减特点67二、连续X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律连续能谱窄束X射线衰减二、连续X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质68连续能谱X射线与单能X射线通过物质时衰减的比较二、连续X射线在物质中的衰减规律光子数水模厚度/cm100kV单能X射线100kV连续能谱X射线1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律连续能谱窄束X射线衰减连续能谱X射线与单能X射线通过物质时衰减的比较二、连续X射线69二、连续X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律连续能谱X射线随吸收物质厚度的变化连续能谱窄束X射线衰减二、连续X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质70决定衰减程度的四个因素X射线本身的性质物质密度原子序数每千克物质含有的电子数二、连续X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律单能窄束X射线透过10cm水模的百分数能量（keV）透过百分数（%）能量（keV）透过百分数（%）203040500.042.57.010.0608010015013.016.018.022.0连续能谱窄束X射线衰减决定衰减程度的四个因素X射线本物质密度原子序数每千克物质二、71三、X射线的滤过固有滤过附加滤过总滤过X射线管出口放置一定均匀厚度的金属，预先把X射线束中的低能成分吸收掉，将X射线的平均能量提高，这种过程就是所谓滤过。铝当量（mmAl）是指一定厚度的铝板与其它滤过材料相比，对X射线具有相同的衰减效果，此铝板厚度就是该滤过材料的铝当量。三、X射线的滤过固有滤过附加滤过总滤过X射线管出口72三、X射线的滤过实际滤过板可选择某种物质使它通过光电效应大量吸收低能成分，而高能成分通过时仅有极少量的康普顿散射吸收和光电效应吸收，绝大部分高能射线可通过。

理想滤过板低能成分全部吸收高能成分全部透过铜是很好的滤过物质低能射线高能射线铝是很好的滤过物质三、X射线的滤过实际滤过板可选择某种物质使它通过光电效应大73

单能X射线由于具有同样的穿透本领，无需滤过，其线质可用X射线光子的能量或半价层表示。但对连续X射线来说，光子能量不同，当通过滤过物质后，能量分布有不同的变化，要描述它的线质比较困难。在不需严格的能谱分析情况下，通常可用半价层、有效能量等表示。三、X射线的滤过单能X射线由于具有同样的穿透本领，无需滤过，其线质可74三、X射线的滤过单能X射线光子能量与半价层的关系0.008460.01050.0230.0710.1590.2970.4851.011.683.484.94224.274.133.710.94.882.611.600.7680.4620.2230.1570.00830.3260.7602.304.567.029.3012.815.218.721.126.27.903.391.120.5650.3670.2770.2010.1700.1380.1221015203040506080100150200HVL(mm)HVL(mm)

铜铝光子能量（keV）三、X射线的滤过单能X射线光子能量与半价层的关系0.075第五节X射线在人体内的衰减一、人体的物质组成二、混合物和化合物的质量衰减系数三、化合物的有效原子序数四、X射线在人体中的衰减第五节X射线在人体内的衰减一、人体的物质组成二、混合76一、人体的物质组成骨骼、软组织、肺和消化道以及腔体内的气体组成人体组织中所含元素质量的百分数（%）元素脂肪组织

肌肉

骨

水HCNONaMgPSKCa11.257.31.130.3

0.06

10.212.33.572.90.080.020.20.50.30.0078.427.62.741.0

7.07.00.2

14.711.2

88.8

一、人体的物质组成骨骼、软组织、肺和消化道以及腔体内的气体77二、混合物和化合物的质量衰减系数混合物和化合物的质量衰减系数人体组织的质量衰减系数骨肌肉脂肪光子能量(keV)质量衰减系数(cm2·mg-1)0.01111001000101001000二、混合物和化合物的质量衰减系数混合物和化合物的质量衰减系78有效原子序数Zi：第i种元素原子序数ai：第i种元素电子百分比

Wi：第i种元素的重量百分比

Ai：第i种元素的原子量

NA：阿伏加德罗常数有效原子序数近似计算公式ai：第i种元素原子在分子中的原子个数Zi：第i种元素的原子序数三、化合物的有效原子序数有效原子序数Zi：第i种元素原子序数ai：第i种元素电子百79康普顿散射占优势时，电子密度成为衰减的主要因素。三、化合物的有效原子序数人体组织的物理性能0.00303.433.363.175.553.013.343.363.34~3.483.00~3.101.29×10-31.001.000.911.65~1.857.67.47.45.9~6.311.6~13.8

空气水肌肉脂肪骨每立方米电子数(电子

)电子密度（电子）密度()有效原子序数

物质康普顿散射占优势时，电子密度成为衰减的主要因素。三、化合物80

诊断用的X射线是宽束、连续的，因此X射线在人体中的衰减规律应修正为：B：积累因子

μ：被检体的有效线性衰减系数

d：被检体的厚度四、X射线在人体中的衰减诊断用的X射线是宽束、连续的，因此X射线在人81

当X射线穿过人体组织，由于透过量不同，从而形成带有信息的X射线影像，这种影像是肉眼看不见的，当它到达影光屏或X射线胶片时，将不可见的X射线影像变为可见光影像。观察分析这种深浅不同的影像，就能帮助判断人体各部分组织器官的正常或病理的形态，这就是X射线诊断的物理基础。四、X射线在人体中的衰减当X射线穿过人体组织，由于透过量不同，从而形82X射线知识X射线知识83第五节X射线在人体内的衰减第一节X射线的产生第二节X射线辐射场的空间分布第三节X射线与物质的相互作用第四节X射线在物质中的衰减内容第五节X射线在人体内的衰减84第一节X射线的产生一、X射线管(X-raytube)二、X射线产生机制第一节X射线的产生一、X射线管(X-raytube)85产生条件主要组成一、X射线管(X-raytube)阴极阳极电子源高速电子流阳极靶强电场高真空度空间产生条件主要组成一、X射线管(X-raytube)阴极阳86一、X射线管(X-raytube)主要组成阴极阳极电子源高速电子流阳极靶产生条件一、X射线管(X-raytube)主要组成阴极阳极电子源87一、X射线管(X-raytube)X射线管(俗称球管)照片一、X射线管(X-raytube)X射线管(俗称球管)88早期的放射治疗用X线管一、X射线管(X-raytube)早期的放射治疗用X线管一、X射线管(X-raytube)891.阴极(cathode)技术指标一、X射线管(X-raytube)阴极是X射线管的负极组成聚焦杯灯丝空间电荷及其效应灯丝电流管电压管电流4.6A4.2A4.4A02001601204024080管电压(kV)管电流(mA)4080120160管电压和灯丝电流对管电流的影响1.阴极(cathode)技术指标一、X射线管(X-ray90靶是电子轰击的区域2.阳极(anode)类型固定旋转

传导电子机械支撑热辐射体功能一、X射线管(X-raytube)阳极是X射线管的正极钨作为靶材料的原因：①钨原子序数较高，产生X射线的效率高和产生高能X射线；②钨能够有效散热的金属；③钨具有很高的熔点3410℃靶是电子轰击的区域2.阳极(anode)类型固定旋转传91元素元素符号原子序数K特征X射线熔点钨钼铑WMORh74424559.0keV17.4keV19.7keV3410OC2600OC3200OCX射线靶的特征2.阳极(anode)靶一、X射线管(X-raytube)元素元素符号原子序数K特征X射线熔点钨W7459.0keV3923.X射线管的焦点(focalspot)实际焦点有效焦点实际焦点大小意义测量方法一、X射线管(X-raytube)3.X射线管的焦点(focalspot)实际焦点有效焦点93一、X射线管(X-raytube)实际焦点有效焦点实际焦点大小意义测量方法3.X射线管的焦点(focalspot)一、X射线管(X-raytube)实际焦点有效焦点实际焦94实际焦点有效焦点实际焦点大小意义测量方法一、X射线管(X-raytube)3.X射线管的焦点(focalspot)

靶表面与X射线输出方向的夹角称为靶倾角θ。经过投影后，有效焦点的长度a则变成了。双角度靶面能够产生两种尺寸的焦点实际焦点有效焦点实际焦点测量方法一、X射线管(X-rayt95焦点的一般形状理想有效焦点是圆形实际形状双香蕉状一、X射线管(X-raytube)3.X射线管的焦点(focalspot)焦点的一般形状理实际形状双香蕉状一、X射线管(X-ray96管电流和管电压对有效焦点长度的影响一、X射线管(X-raytube)3.13.23.33.53.43.73.63.83.90200400600管电流(mA)焦点大小(mm)50kVp80kVp110kVp3.X射线管的焦点(focalspot)管电流和管电压对有效焦点长度的影响一、X射线管(X-ray97二、X射线产生机制1.电子与物质的相互作用2)高速电子与靶原子核发生相互作用，将能量转化为轫致辐射(bremsstrahlungradiation)

。1)高速电子电离原子的内层电子，将能量转化为标识辐射(characteristicradiation)

；碰撞损失(collisionloss)辐射损失(radiationloss)二、X射线产生机制1.电子与物质的相互作用2)高速电子与靶98轫致辐射产生二、X射线产生机制2.连续X射线轫致辐射产生二、X射线产生机制2.连续X射线992.连续X射线轫致辐射产生二、X射线产生机制2.连续X射线轫致辐射产生二、X射线产生机制1002.连续X射线存在最短波长(λ

min)

X射线强度连续变化每条曲线有一个峰值波长增加方向上无限延展，强度越来越弱二、X射线产生机制30kV20kV40kV50kV0.10123456780.020.040.060.08波长(nm)相对强度I钨靶较低管电压连续X射线发射谱2.连续X射线存在最短波长(λmin)X射线强度连续变1012.连续X射线

光子能量的最大极限(hmax)等于入射电子在X射线管加速电场中所获得的能量eU，即光子最短波长为：二、X射线产生机制2.连续X射线光子能量的最大极限(hma1023.特征X射线二、X射线产生机制

产生条件管电压U满足：入射电子动能>靶原子某一壳层电子结合能3.特征X射线二、X射线产生机制产生条件管电压U满足：入1033.特征X射线二、X射线产生机制

产生条件管电压U满足：入射电子动能>靶原子某一壳层电子结合能3.特征X射线二、X射线产生机制产生条件管电压U满足：入1043.特征X射线二、X射线产生机制3.特征X射线二、X射线产生机制1053.特征X射线二、X射线产生机制几种靶材料产生K、L系特征X射线的激发电压(kV)靶材料原子序数K系激发电压L系激发电压铝(Al)铜(Cu)钼(MO)钨(W)铅(Pb568.8917.459.088.00.090.952.8712.0915.863.特征X射线二、X射线产生机制几种靶材料产生K、L系特征1064.影响X射线发射谱的因素主要因素经后的发射谱靶自吸收固有滤过附加滤过电子动能多次作用二、X射线产生机制低能X射线吸收外部滤过1.00.5

0.010102030405060708090100110光子能量(keV)相对光子数100kV管电压下钨靶X射线发射谱4.影响X射线发射谱的因素主要因素经后的发射谱靶自吸收固有1074.影响X射线发射谱的因素二、X射线产生机制因素影响管电流管电压附加过滤靶材料管电压波形能谱幅度能谱幅度和位置能谱幅度,在低能时更加有效能谱幅度和特征X射线谱位置能谱幅度,在高能时更加有效影响X射线能谱的大小和相对位置的因素4.影响X射线发射谱的因素二、X射线产生机制因素影响管电流108第二节X射线辐射场的空间分布

一、X射线强度二、X射线强度的空间分布第二节X射线辐射场的空间分布一、X射线强度二、X1092.X射线强度(x-rayintensity)一、X射线强度

单能X射线的强度I为

多种光子组成的线状谱强度为连续X射线能谱的强度为诊断中连续X射线总强度K系特征X射线强度2.X射线强度(x-rayintensity)一、X射线1102.X射线的量与质由管电流与照射时间间接表示通常以毫安秒(mA·s)为单位。X射线的质(x-rayquality)X射线的量(x-rayquantity)又称线质，由管电压和滤过间接表示通常以千伏数（kV）为单位。一、X射线强度

2.X射线的量与质由管电流与照射时间间接表示X射线的质(x1113.影响X射线强度的因素构成靶物质的原子序数管电流管电压

附加滤过

电压脉动一、X射线强度

3.影响X射线强度的因素构成靶物质管电流管电压附加滤过1123.影响X射线强度的因素各种因素对X射线强度的影响影响的结果增加增加增加降低降低降低不变增加增加增加不变降低毫安秒管电压靶原子序数滤过距离电压脉动X射线的量X射线的质影响因素(增加)一、X射线强度

3.影响X射线强度的因素各种因素对X射线强度的影响影响的113二、X射线强度的空间分布管电压较高时采用穿透式靶管电压较低时利用反射式靶主要取决于入射电子能量靶物质靶厚度1．薄靶周围X射线强度的空间分布X射线辐射强度在空间的分布情况很复杂二、X射线强度的空间分布管电压较高时管电压较低时主要取决于114二、X射线强度的空间分布管电压较高时采用穿透式靶管电压较低时利用反射式靶主要取决于入射电子能量靶物质靶厚度1．薄靶周围X射线强度的空间分布X射线辐射强度在空间的分布情况很复杂二、X射线强度的空间分布管电压较高时管电压较低时主要取决于1152．厚靶周围X射线强度的空间分布“足跟”效应(阳极效应)焦点的大小和形状

改变二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布“足跟”效应(阳极效应)焦116二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布117二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布118二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布阳极效应对有效焦点大小和形状的影响

阳极效应的另一个重要的后果就是改变了有效焦点的大小和形状二、X射线强度的空间分布2．厚靶周围X射线强度的空间分布阳119第三节X射线与物质的相互作用一、X射线与物质相互作用系数二、光电效应(photoelectriceffect)

三、康普顿效应(Comptoneffect)五、X射线与物质的其它相互作用过程四、电子对效应(electricpaireffect)六、各种相互作用的相对重要性七、X射线基本特性第三节X射线与物质的相互作用一、X射线与物质相互作用系数120主要过程次要过程光电效应康普顿效应电子对效应相干散射光核反应第三节X射线与物质的相互作用主要过程次要过程光电效应康普顿效应电子对效应相干散射光核反应121X线光子进入生物组织电子沿径迹损失能量康普顿效应电子对效应光电效应高速电子光子轫致辐射电离激发热物化阶段生化阶段生物阶段

射线与生物组织相互作用的结果X第三节X射线与物质的相互作用X线光子进入生物组织电子沿径迹损失能量康普顿122多种相互独立的作用1.线性衰减系数与截面一、X射线与物质相互作用系数截面单能平行X射线光子束水平入射-dN=

Nndx=n为线性衰减系数

单位：m2多种相互独立的作用1.线性衰减系数与截面一、X射线与物质123一、X射线与物质相互作用系数1.线性衰减系数与截面一、X射线与物质相互作用系数1.线性衰减系数与截面124线性衰减系数μ各种相互作用的总线性衰减系数单位为m-1或cm-1质量衰减系数单位是m2kg-1或cm2g-1一、X射线与物质相互作用系数1.线性衰减系数与截面线性衰减系数μ各种相互作用的总线性衰减系数单位为m-1或cm1252.质能转移系数和质能吸收系数线性能量转移系数h─光子的能量Etr─转移给带电粒子的动能总转移系数一、X射线与物质相互作用系数单位为m-1或cm-1等于各转移系数之和光子在物质中穿行单位距离时，其总能量由于各种相互作用而转移给带电粒子动能的份额2.质能转移系数和质能吸收系数线性能量转移系数h─光子126质能转移系数(massenergytransfercoefficient)质能吸收系数(massenergyabsorptioncoefficient)g为次级电子的动能因辐射而损失的份额。一、X射线与物质相互作用系数2.质能转移系数和质能吸收系数，式中ρ为物质密度,是该能量的入射X射线光子穿过“质量厚度”为ρdl的物质层时，其总能量中因相互作用而转移给带电粒子动能的份额，E是入射X射线光子的能量，N是入射X射线光子数

质能转移系数(massenergytransferco127二、光电效应(photoelectriceffect)1.作用过程二、光电效应(photoelectriceffect)1128h

:光子能量Ee:光电子的动能EB:原子第i层电子的结合能h=Ee+EB

2.作用系数光电线性衰减系数，符号光电质量衰减系数，符号二、光电效应(photoelectriceffect)1.作用过程光电效应发生的概率随光子能量的变化h:光子能量h=Ee+EB2.作用系数光电线性衰129水铅LK2.作用系数水和铅的光电质量衰减系数与X射线光子能量的关系二、光电效应(photoelectriceffect)1keV10keV100keV1MeV10MeV光子能量光电质量衰减系数水铅LK2.作用系数水和铅的光电质量衰减系数与X射线光子能1303.光电子角分布二、光电效应(photoelectriceffect)3.光电子角分布二、光电效应(photoelectric1314.诊断放射学中的光电效应影像质量好1)无散射线，减少了照片灰雾射线通过光电效应可全部被人体吸收，增加L了受检者的辐射剂量。2)增加吸收差别，对比度高利:弊:二、光电效应(photoelectriceffect)4.诊断放射学中的光电效应影像质量好1)无散射线，减132三、康普顿效应(Comptoneffect)1.作用过程三、康普顿效应(Comptoneffect)1.作用过程133三、康普顿效应(Comptoneffect)1.作用过程三、康普顿效应(Comptoneffect)1.作用过程1342.作用系数康普顿线性衰减系数，用符号“”表示康普顿质量衰减系数与入射光子能量之间的关系康普顿质量衰减系数，用符号“

”表示三、康普顿效应(Comptoneffect)2.作用系数康普顿线性衰减系数，用符号“”表示康普顿质量1353.散射光子和反冲电子的角分布散射光子0°～180°三、康普顿效应(Comptoneffect)0.1MeV1.0MeV10MeV康普顿散射光子的角分布3.散射光子和反冲电子的角分布散射光子0°～180°三1363.散射光子和反冲电子的角分布1.0MeV0.1MeV10MeV反冲电子0°～90°三、康普顿效应(Comptoneffect)

康普顿反冲电子的角分布3.散射光子和反冲电子的角分布1.0MeV0.1MeV11374.诊断放射学中的康普顿效应从受检者身上产生的散射线能量与原射线相差很少，并且散射线比较对称地分布在整个空间，医生和技术人员必须重视，并采取相应的防护措施。(2)散射线增加了照片的灰雾，降低了影像的对比度，但与光电效应相比受检者的剂量较低。三、康普顿效应(Comptoneffect)4.诊断放射学中的康普顿效应从受检者身上产生的散射线能量1381.作用过程四、电子对效应(electricpaireffect)1.作用过程四、电子对效应(electricpair1391.作用过程四、电子对效应(electricpaireffect)1.作用过程四、电子对效应(electricpair1402.作用系数

当h

>2mec2时

当h>>2mec2时电子对线性衰减系数，用符号“”表示；电子对质量衰减系数，用符号“”表示。四、电子对效应(electricpaireffect)2.作用系数当h>2mec2时当h>>2me141五、X射线与物质的其它相互作用过程1.相干散射(coherentscattering)光子与原子核作用而发生的核反应。光核反应在诊断X射线能量范围内不可能发生。相干散射质量衰减系数与原子序数和入射X射线光子能量的关系可表示为：2.光核反应不产生电离过程五、X射线与物质的其它相互作用过程1.相干散射(coher142六、各种相互作用的相对重要性1.总的衰减系数高能端部分电子对效应占优势2.各种相互作用的相对重要性10keV100MeV能量范围的低能端部分光电效应占优势中间部分康普顿效应占优势六、各种相互作用的相对重要性1.总的衰减系数高能端部分电1432.各种相互作用的相对重要性六、各种相互作用的相对重要性2.各种相互作用的相对重要性六、各种相互作用的相对重要性144七、X射线的基本特性1.X射线穿透作用2.X射线荧光作用3.X射线电离作用4.X射线热作用5.X射线的化学和生物效应X射线除具有电磁波的共性外，还具有以下的基本特性。易透性组织中等透射性组织不易透射性组织气体脂肪组织结蒂组织肌肉组织软骨血液骨骼

人体组织对X射线的穿透性七、X射线的基本特性1.X射线穿透作用2.X射线荧光作用145第四节X射线在物质中的衰减扩散衰减距离所致

X射线强度衰减的平方反比定律X射线摄影、透视及X-CT检查的基本依据屏蔽防护设计的理论根据吸收衰减物质所致

强度减弱

第四节X射线在物质中的衰减扩散衰减X射线强度衰减的平方146一、单能X射线在物质中的衰减规律二、连续X射线在物质中的衰减规律三、X射线的滤过第四节X射线在物质中的衰减一、单能X射线在物质中的衰减规律二、连续X射线在物质中的衰147一、单能X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律

半价层(half-valuelayer,HVL)宽束X射线:积累因子B宽束B>1；理想窄束B=1近似计算一、单能X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质148二、连续X射线在物质中的衰减规律连续能谱窄束X射线衰减特点：X射线强度变小，硬度变大（质提高）1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律二、连续X射线在物质中的衰减规律连续能谱窄束X射线衰减特点149二、连续X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律连续能谱窄束X射线衰减二、连续X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质150连续能谱X射线与单能X射线通过物质时衰减的比较二、连续X射线在物质中的衰减规律光子数水模厚度/cm100kV单能X射线100kV连续能谱X射线1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律连续能谱窄束X射线衰减连续能谱X射线与单能X射线通过物质时衰减的比较二、连续X射线151二、连续X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律连续能谱X射线随吸收物质厚度的变化连续能谱窄束X射线衰减二、连续X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质152决定衰减程度的四个因素X射线本身的性质物质密度原子序数每千克物质含有的电子数二、连续X射线在物质中的衰减规律1.单能窄束X射线在物质中的衰减规律单能窄束X射线透过10cm水模的百分数能量（keV）透过百分数（%）能量（keV）透过百分数（%）203040500.042.57.010.0608010015013.016.018.022.0连续能谱窄束X射线衰减决定衰减程度的四个因素X射线本物质密度原子序数每千克物质二、153三、X射线的滤过固有滤过附加滤过总滤过X射线管出口放置一定均匀厚度的金属，预先把X射线束中的低能成分吸收掉，将X射线的平均能量提高，这种过程就是所谓滤过。铝当量（mmAl）是指一定厚度的铝板与其它滤过材料相比，对X射线具有相同的衰减效果，此铝板厚度就是该滤过材料的铝当量。三、X射线的