二、X线基本知识_医学影像检查技术学本科课件.ppt
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1、第二章第二章 X X线基本知识线基本知识第一节第一节X X线产生及特性线产生及特性一、一、X X线的发现线的发现 18951895年年1111月月8 8日日,德国物理学家,德国物理学家伦琴伦琴(RontgenRontgen)在研究阴极射线管气体放电时,在研究阴极射线管气体放电时,发现附近涂有铂氰化钡的纸板上能发出肉眼发现附近涂有铂氰化钡的纸板上能发出肉眼可见的荧光可见的荧光,并且将手置于阴极射线管与铂氰并且将手置于阴极射线管与铂氰化钡板之间,在纸板上显示出手的轮廓及骨化钡板之间,在纸板上显示出手的轮廓及骨骼影像。伦琴推断这是一种特殊的射线,由骼影像。伦琴推断这是一种特殊的射线,由于当时对这种射
2、线的性质不清楚,便借用数于当时对这种射线的性质不清楚,便借用数学上代表未知数的符号学上代表未知数的符号“X X”来代替,称之为来代替,称之为X X射线(射线(X-rayX-ray)。)。后人又称之为伦琴射线。后人又称之为伦琴射线。二、二、X X线产生的条件线产生的条件 (1 1)电子源电子源提供足够数量的电子;提供足够数量的电子;(2 2)在真空条件下高电压产生的强电场)在真空条件下高电压产生的强电场和和高速运动的电子流高速运动的电子流;(3 3)适当的障碍物(靶面)适当的障碍物(靶面)来接受高来接受高速运动电子所带的能量,使高速电子所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带的动
3、能部分转变为X X线能。线能。若靶面物质原子序数较低,其内层电若靶面物质原子序数较低,其内层电子结合能小,高速电子撞击原子内层子结合能小,高速电子撞击原子内层电子所产生的电子所产生的X X线能量小、波长较长;线能量小、波长较长;原子序数较高的元素如钨,其原子内原子序数较高的元素如钨,其原子内层电子结合能大,当高速电子撞击时,层电子结合能大,当高速电子撞击时,便产生波长短、能量大的便产生波长短、能量大的X X线线。现用于现用于X线诊断与治疗的线诊断与治疗的X X线管靶面线管靶面绝大绝大多数是由原子序数较高的多数是由原子序数较高的钨钨制成的。制成的。有些具有特殊用途如用于有些具有特殊用途如用于软组
4、织摄影软组织摄影(乳腺摄影),(乳腺摄影),X X线管靶面是由原子序线管靶面是由原子序数较低的金属数较低的金属(如如钼、铑钼、铑等等)制成的,它制成的,它能产生波长较长的能产生波长较长的X射线,称之软射线射线,称之软射线。三、三、X线的本质线的本质 X X线即属于电磁辐射的一种,和其它光线即属于电磁辐射的一种,和其它光线一样,具有二象性:微粒性和波动性。线一样,具有二象性:微粒性和波动性。X X线的波长范围约为线的波长范围约为6 610101111cmcm5 510106 6cmcm,由于医学诊断用由于医学诊断用X X线管管电压线管管电压通常在通常在40kV40kV150kV150kV之间,相
5、应的之间,相应的X X线波长线波长约为约为8 810101010cmcm3.13.110109 9cmcm,该波长范该波长范围即为诊断范围的波长。围即为诊断范围的波长。四、四、X X线的质与量线的质与量一般用于一般用于表示表示X X线的硬度,即穿透物质的能线的硬度,即穿透物质的能力,力,它代表光子的能量,有时也指在某一它代表光子的能量,有时也指在某一波长范围内波长范围内X X线光子的平均能量。线光子的平均能量。X X线的质仅与光子能量有关,能量越线的质仅与光子能量有关,能量越大,大,X X线的波长越短,穿透力越强,则线的波长越短,穿透力越强,则X X线线的质越硬;反之,的质越硬;反之,X X线
6、的硬度就小。线的硬度就小。在实际工作中,在实际工作中,一般用管电压一般用管电压(kV)(kV)数值间数值间接表示接表示X X线的质。线的质。(一)(一)X X线的质线的质半价层:半价层:有时也用半价层来表示有时也用半价层来表示X X线质线质。半价层。半价层(half value layerhalf value layer,HVLHVL)是指入射的是指入射的X X线强度减弱为原来的一半时某均匀吸收体线强度减弱为原来的一半时某均匀吸收体的厚度。对同样质的的厚度。对同样质的X X线来说,不同物质的线来说,不同物质的半价层不一样。但就同一种物质而言,半半价层不一样。但就同一种物质而言,半价层越厚,表示
7、价层越厚,表示X X线质越硬;反之则软。线质越硬;反之则软。(一)(一)X X线的质线的质 指指X X线束中的光子数目,在实际工作中,线束中的光子数目,在实际工作中,常用常用X X线管的管电流与照射时间的乘积毫安线管的管电流与照射时间的乘积毫安秒秒(mAsmAs)来表示来表示X X线的量。线的量。管电流越大,代表管电流越大,代表X X线管中被加速的电线管中被加速的电子数目越多,电子撞击阳极靶面产生的子数目越多,电子撞击阳极靶面产生的X X线线量越多,则量越多,则X X线强度越大。线强度越大。X X线照射时间,是指球管产生线照射时间,是指球管产生X X线的时间。线的时间。显然,显然,X X线的量
8、与管电流及照射时间成正比。线的量与管电流及照射时间成正比。(二)(二)X X线的量线的量五、五、X 线线 效效 应应X X射线是一种电磁波,除具有电磁波的共同射线是一种电磁波,除具有电磁波的共同属性外,由于其能量大,波长短,还具有属性外,由于其能量大,波长短,还具有以下几方面的性质:以下几方面的性质:物理效应(物理效应(穿透作用穿透作用、荧光作用荧光作用、电离作用电离作用)、化学效应()、化学效应(感光感光作用作用、着色作用着色作用)、生物效应)、生物效应。1 1穿透作用穿透作用是指是指X X线穿过物质时不被吸收的本领。光子能量线穿过物质时不被吸收的本领。光子能量越大,产生越大,产生X X线波
9、长越短,对物质的穿透作用越线波长越短,对物质的穿透作用越强。物质的原子序数高、密度大,吸收强。物质的原子序数高、密度大,吸收X X线量多,线量多,X X线穿透力相对较弱;物质原子序数低、密度小,线穿透力相对较弱;物质原子序数低、密度小,吸收吸收X X线量少,线量少,X X线穿透力相对较强。线穿透力相对较强。X X线对人体各组织穿透性的差异是线对人体各组织穿透性的差异是X X线医学线医学影像学的基础。影像学的基础。(一)物理效应(一)物理效应2 2荧光作用荧光作用 某些荧光物质(如钨酸钙、铂氰化钡、硫某些荧光物质(如钨酸钙、铂氰化钡、硫化锌镉及某些稀土元素等),受到化锌镉及某些稀土元素等),受到
10、X X线照射线照射时,能够产生荧光,具有这种特性的物质时,能够产生荧光,具有这种特性的物质叫荧光物质,使这种物质发生荧光,称荧叫荧光物质,使这种物质发生荧光,称荧光作用。光作用。如:透视用的荧光屏,摄影中用的增感如:透视用的荧光屏,摄影中用的增感屏,影像增强器的输入屏和输出屏都是利屏,影像增强器的输入屏和输出屏都是利用这种特性制成的。用这种特性制成的。(一)物理效应(一)物理效应1 1感光作用感光作用 X X线照射到胶片,使胶片上的卤化银线照射到胶片,使胶片上的卤化银发生光化学反应,出现银颗粒的沉淀,称发生光化学反应,出现银颗粒的沉淀,称为为X X线的感光作用。由于线的感光作用。由于X X线穿
11、透人体后的线穿透人体后的强度分布不同,使卤化银的感光度发生差强度分布不同,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。人体不同密度的影像。如人体的如人体的X X线摄影检查和工业探伤线摄影检查和工业探伤(二)化学效应(二)化学效应2.着色作用着色作用 某些物质如铂氰化钡、增感屏、铅玻某些物质如铂氰化钡、增感屏、铅玻璃、水晶等,经璃、水晶等,经X X线长时间照射后,其结线长时间照射后,其结晶体脱水渐渐改变颜色,发生脱水、着色,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)。称为着色作用(脱水作用)。(二)化学效应
12、(二)化学效应 生物细胞(增殖性细胞)经一定量的生物细胞(增殖性细胞)经一定量的X线照射后,可以产生抑制、损伤甚至坏死,线照射后,可以产生抑制、损伤甚至坏死,即为即为X线的生物效应。不同的组织细胞对线的生物效应。不同的组织细胞对X线的敏感性不同,会出现不同的反应。线的敏感性不同,会出现不同的反应。放射治疗就是利用放射治疗就是利用X线的生物效应,对线的生物效应,对病变组织进行一定量的病变组织进行一定量的X线照射,它也是射线照射,它也是射线工作者及受检者应注意防护的原因。线工作者及受检者应注意防护的原因。(三)生物效应(三)生物效应六、光学密度与感光效应六、光学密度与感光效应 胶片中的感光乳剂(卤
13、化银)在光(或胶片中的感光乳剂(卤化银)在光(或辐射线)作用下致黑的程度称为照片的密度,辐射线)作用下致黑的程度称为照片的密度,又称又称光学密度光学密度或黑化度。或黑化度。光学密度是由于胶片上乳剂感光后,光光学密度是由于胶片上乳剂感光后,光量子被卤化银吸收,经过化学处理,使卤化量子被卤化银吸收,经过化学处理,使卤化银还原,构成黑色金属银的影像。吸收光线银还原,构成黑色金属银的影像。吸收光线越多,卤化银沉积越多,照片就越黑;反之,越多,卤化银沉积越多,照片就越黑;反之,卤化银沉积越少,照片越透明。卤化银沉积越少,照片越透明。(一)光学密度(一)光学密度光学密度是形成光学密度是形成X线影像的基础,
14、线影像的基础,X线影像线影像都是由黑白不同的密度组成。都是由黑白不同的密度组成。密度可以根据透光率和阻光率来测量,密度可以根据透光率和阻光率来测量,入射光线强度为入射光线强度为I,透射光强度为透射光强度为I0,则透则透光率为光率为I0/I,阻光率为透光率的倒数,即阻光率为透光率的倒数,即I/I0。光学密度通常以光学密度通常以D表示,其值就是入射表示,其值就是入射光线强度光线强度I与透射光强度与透射光强度I0之比的对数:之比的对数:D=lg I/I0(一)光学密度(一)光学密度 照片上的密度(被还原卤化银的多少)可照片上的密度(被还原卤化银的多少)可以直接用光学密度计测量,但是需依赖人以直接用光
15、学密度计测量,但是需依赖人眼的识别能力来判断,由于人眼对光学密眼的识别能力来判断,由于人眼对光学密度的识别范围在度的识别范围在0.250.252.02.0之间,因此该密之间,因此该密度范围即是诊断需要的密度范围。度范围即是诊断需要的密度范围。(二)照片密度(二)照片密度 密度过高或过低均可影响影像质量,借密度过高或过低均可影响影像质量,借助强光灯可适当提高识别高密度的能力。助强光灯可适当提高识别高密度的能力。通常除了胶片本底灰雾外,密度在通常除了胶片本底灰雾外,密度在0.30.31.51.5之间的照片影像,提供的诊断信息较之间的照片影像,提供的诊断信息较丰富。不同摄影部位的标准丰富。不同摄影部
16、位的标准X X线影像,其线影像,其密度值范围不同。密度值范围不同。(二)照片密度(二)照片密度 1 1照射量(照射量(mAsmAs)管电流与曝光时间的乘积毫安秒管电流与曝光时间的乘积毫安秒(mAsmAs),),是控制照片密度的主要因素。是控制照片密度的主要因素。2 2管电压管电压(kV)(kV)照片的密度与管电压的照片的密度与管电压的n n次方成正比。次方成正比。n n值在诊断用值在诊断用X X线波段范围内通常为线波段范围内通常为2 25 5。3.3.摄影距离摄影距离 在其它摄影条件不变时,照片的密在其它摄影条件不变时,照片的密度随着焦度随着焦-片距离(片距离(FFDFFD)增加而减小。增加而
17、减小。(三)照片密度的影响因素(三)照片密度的影响因素4 4被照体被照体 照片影像密度随被照体的厚度、密度增加照片影像密度随被照体的厚度、密度增加和有效原子序数增高而降低。和有效原子序数增高而降低。5 5照射野面积照射野面积 X X线照射被照体的面积越大,产生的散射线线照射被照体的面积越大,产生的散射线越多,胶片的灰雾度增加,使照片的密度越多,胶片的灰雾度增加,使照片的密度也相应地增加,但降低了对比度,影响了也相应地增加,但降低了对比度,影响了影像质量。影像质量。(三)照片密度的影响因素(三)照片密度的影响因素6 6增感屏及增感屏增感屏及增感屏-胶片组合胶片组合增感屏可提高胶片感光效应数十倍,
18、绝大增感屏可提高胶片感光效应数十倍,绝大部分的影像密度是由增感屏的荧光作用形部分的影像密度是由增感屏的荧光作用形成的。增感屏的增感作用,即对照片密度成的。增感屏的增感作用,即对照片密度的提高能力,取决于增感屏的增感率,增的提高能力,取决于增感屏的增感率,增感率高获得的影像密度大。感率高获得的影像密度大。增感屏增感屏-胶片组合,感色性要一致。胶片组合,感色性要一致。(三)照片密度的影响因素(三)照片密度的影响因素7照片冲洗因素照片冲洗因素 对照片密度影响较大,主要因素有显、对照片密度影响较大,主要因素有显、定影液的性能,显影温度及显影时间定影液的性能,显影温度及显影时间等。等。(三)照片密度的影
19、响因素(三)照片密度的影响因素1 1)概念)概念 X X线穿过人体被检组织后,使感线穿过人体被检组织后,使感光系统(屏光系统(屏-片系统)感光的效片系统)感光的效果,称果,称“感光效应感光效应”(四)感光效应(四)感光效应 kVn I t s F Z E E=K e-ud R2 D B Z/kVkV代表管电压,代表管电压,n n是管电压的指数,是管电压的指数,I I代表管电流,代表管电流,t t代表曝光时间,代表曝光时间,s s代表增感屏的增感率,代表增感屏的增感率,F F代表代表胶片感光度,胶片感光度,Z Z代表靶物质原子序数,代表靶物质原子序数,R R代表焦代表焦-片距,片距,D D代表照
20、射野的面积,代表照射野的面积,B B代表滤线栅的曝光代表滤线栅的曝光倍数,倍数,Z Z/代表被照体的原子序数,代表被照体的原子序数,e e代表自然对代表自然对数的底,数的底,u u代表被照体的代表被照体的X X线吸收系数,线吸收系数,d d代表被代表被照体的厚度,照体的厚度,k k是常数。是常数。感光效应感光效应 (E)(E)公式公式主要有相对固定条件和变换因素。主要有相对固定条件和变换因素。(1 1)相对固定相对固定的条件:的条件:电源设备,高压发电源设备,高压发生装置,设备总过滤(包括生装置,设备总过滤(包括X X线管壁、窗口过线管壁、窗口过滤、绝缘油等)滤、绝缘油等),滤线器,胶片特性,
21、增感屏滤线器,胶片特性,增感屏及增感屏及增感屏-胶片组合等。胶片组合等。(2 2)变换因素变换因素:指在具体选择摄影条件时,指在具体选择摄影条件时,主要对管电压、管电流、时间和摄影距离四主要对管电压、管电流、时间和摄影距离四大因素的调节。大因素的调节。(五)影响感光效应的因素(五)影响感光效应的因素除了相对固定因素外,除了相对固定因素外,感光效应感光效应公式通公式通常写成(变换因素):常写成(变换因素):kVn I t E=K R2式中式中K K是常数,是常数,kVkV代表管电压代表管电压,I I代表管代表管电流,电流,T T代表曝光时间,代表曝光时间,R R代表焦片距。代表焦片距。感光效应与
22、管电压(感光效应与管电压(kVkV)的)的n n次方成正比,次方成正比,与照射量与照射量(mAsmAs)成正比,与焦片距成正比,与焦片距(R R)的平方成反比。的平方成反比。(五)影响感光效应的因素(五)影响感光效应的因素七、增感屏七、增感屏 一张一张X X线照片影像的形成,线照片影像的形成,X X线的摄线的摄影作用仅仅是影作用仅仅是5%5%以下,而以下,而95%95%以上的效应以上的效应是由增感屏的荧光激发所致。是由增感屏的荧光激发所致。增感屏是利用增感屏是利用X X线激发荧光的特性,线激发荧光的特性,使屏上的化学物质受使屏上的化学物质受X X线的照射而发出荧线的照射而发出荧光。光。增感屏增
23、感屏增感屏是由以下四层组成:增感屏是由以下四层组成:1.1.基层:基层为荧光物质的支持体。基层:基层为荧光物质的支持体。2.2.荧光体层:是增感屏的核心物质。荧光体层:是增感屏的核心物质。3.3.保护层:保护荧光体不受损害。保护层:保护荧光体不受损害。4.4.反射层:使荧光反射回胶片,提高了发反射层:使荧光反射回胶片,提高了发光效率。光效率。5.5.吸收层:防止荧光反射到胶片,提高影吸收层:防止荧光反射到胶片,提高影像清晰度像清晰度(一)增感屏的结构(一)增感屏的结构(二)增感屏的种类(二)增感屏的种类 增感屏可分为钨酸钙和稀土两大类。增感屏可分为钨酸钙和稀土两大类。1.1.钨酸钙屏:这类增感
24、屏使用已久,以增钨酸钙屏:这类增感屏使用已久,以增感速度的不同又分为:感速度的不同又分为:低速增感屏低速增感屏中中速增感屏速增感屏高速增感屏高速增感屏超高速增感屏、超高速增感屏、高电压增感屏、一次多层摄影增感屏等。高电压增感屏、一次多层摄影增感屏等。钨酸钙屏是在钨酸钙屏是在X X线激发下,转换成蓝色线激发下,转换成蓝色谱段可见光,对感蓝胶片敏感,亦称蓝敏谱段可见光,对感蓝胶片敏感,亦称蓝敏胶片用增感屏。胶片用增感屏。2.2.稀土增感屏:用稀土材料制成的增感稀土增感屏:用稀土材料制成的增感屏,能大大地提高增感效率,可较钨酸屏,能大大地提高增感效率,可较钨酸钙屏增加钙屏增加4 47 7倍,使倍,使
25、X X线曝光量显著降低,线曝光量显著降低,为鎢酸钙屏的为鎢酸钙屏的1/41/41/71/7。可分为蓝光和。可分为蓝光和绿光系列。绿光系列。(二)增感屏的种类(二)增感屏的种类 稀土增感屏根据荧光体的不同,可分为:稀土增感屏根据荧光体的不同,可分为:(1 1)硫氧化物类:如硫氧化钆、硫氧化镧、)硫氧化物类:如硫氧化钆、硫氧化镧、硫氧化钇等增感屏,受硫氧化钇等增感屏,受X X线激发下转换成绿线激发下转换成绿色谱段可见光,对感绿胶片敏感。此类屏亦色谱段可见光,对感绿胶片敏感。此类屏亦称绿敏胶片增感屏。称绿敏胶片增感屏。(2 2)溴氧化物类:如溴氧化镧、溴氧化钇等)溴氧化物类:如溴氧化镧、溴氧化钇等增
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