Xray基础知识

1、.,第一章,X射线物理与防护,.,Slide 2 of 42,2020/7/7,X射线的发现与发展,X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 离子X射线管阶段(18951912) 电子X射线管阶段(19131928) 旋转阳极X射线管阶段(1929) X射线影像增强器和X射线电视,电影阶段(1952) X射线计算机断层扫描装置(X-CT)(1972) 数字X射线机阶段,.,Slide 3 of 42,2020/7/7,X射线的产生条件,产生X

2、射线必须具备三个基本条件: 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X-Ray必须要有X光球管，而X光球管基本构造必须拥有： 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 4 of 42,2020/7/7,产生X射线的机理,X-ray 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. Characteristi

3、c （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 5 of 42,2020/7/7,X射线的辐射谱线,X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 管电压

4、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 6 of 42,2020/7/7,X射线的产生效率,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 7 of 4

5、2,2020/7/7,X射线与物质的相互作用,X-Ray特性 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X-ray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 8 of 42,2020/7/7,X射线影像的要素,影响Radiographic Quality之三要素：Density （黑化度）- mAsContrast（对比度）- kVpSharpness（清晰度）- motion, Geometric X-Ray

6、波长与Film上contrast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 9 of 42,2020/7/7,X射线的衰减规律,X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

7、(p1/(hv)3) 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 10 of 42,2020/7/7,影响X射线质和量的因素,影响X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X射线质的因素 管电压 (kV) 滤过: 医用X射线机要求2.5mmAl,.,Slide 11 of 42,2020/7/7,X射线的防护,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.

8、 影响辐射损伤的因素: 辐射性质; 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 限制曝光时间, 曝光剂量 做好个人屏蔽与防护,.,第二章,医用X射线机 原理与构造,.,Slide 13 of 42,2020/7/7,诊断用X射线机组成,X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 种类直流（DC）-电池交流(AC)-单相（Sin

9、gle Phase）/ 三相（Three Phase） 范围一般X-Ray Generator使用208 - 408伏特（Volts） 频率50 Hz / 60 Hz,.,Slide 22 of 42,2020/7/7,高压发生器的原理,半波自整流电路 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 23 of 42,2020/7/7,高压发生器的原理,单相全波桥式整流电路 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

10、%. 射出大量有害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 24 of 42,2020/7/7,高压发生器的原理,双三相六波桥式整流电路管电压脉动系数为13.4%.,.,Slide 25 of 42,2020/7/7,高频高压发生器的原理,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 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 26 of 42,2020

11、/7/7,高频高压发生器的原理,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

12、. 5. 有利于向智能化发展. 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 27 of 42,2020/7/7,自动曝光限时器的原理,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 28 of 42,2020/7/7,滤线器摄影装置,滤线栅结构 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

13、条数,F,H,K,.,Slide 29 of 42,2020/7/7,影像增强器,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 30 of 42,2020/7/7,数字探测板(Digital Detector),什么是数字探测板,Photons,DETECTOR,Digital Image,.,Slide 31 of 42,2020/7/7,数字探测板(Digital Detector),数字探测板的优势,Noise reduction,Contrast,The reduction of noise level and improvement in contrast resolution are both necessary