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编号:15177
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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    第二章 X线基本知识

    第一节 X线产生及特性

    1895年11月8日,德国物理学家伦琴(Rontgen)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可见的荧光,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骼影像。伦琴推断这是一种特殊的射线,由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"X"来代替,称之为X射线(X-ray)。后人又称之为伦琴射线。

    (1)电子源-提供足够数量的电子;

    (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线能。

    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电子所产生的X线能量小、波长较长;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,便产生波长短、能量大的X线。

    现用于X线诊断与治疗的X线管靶面绝大多数是由原子序数较高的钨制成的。

    有些具有特殊用途如用于软组织摄影(乳腺摄影),X线管靶面是由原子序数较低的金属(如钼、铑等)制成的,它能产生波长较长的X射线,称之软射线。

    三、X线的本质

    X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。

    X线的波长范围约为6×10-11cm~

    5×10-6cm,由于医学诊断用X线管管电压通常在40kV~150kV之间,相应的X线波长约为8×10-10cm~3.1×10-9cm,该波长范围即为诊断范围的波长。

    四、X线的质与量

    一般用于表示X线的硬度,即穿透物质的能力,它代表光子的能量,有时也指在某一波长范围内X线光子的平均能量。

    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,则X线的质越硬;反之,X线的硬度就小。

    在实际工作中,一般用管电压(kV)数值间接表示X线的质。

    半价层:

    有时也用半价层来表示X线质。半价层(half value layer,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。对同样质的X线来说,不同物质的半价层不一样。但就同一种物质而言,半价层越厚,表示X线质越硬;反之则软。

    指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。

    五、X 线 效 应

    X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,还具有以下几方面的性质:物理效应(穿透作用、荧光作用、电离作用)、化学效应(感光作用、着色作用)、生物效应。

    1. 穿透作用

    是指X线穿过物质时不被吸收的本领。光子能量越大,产生X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X线量多,X线穿透力相对较弱;物质原子序数低、密度小,吸收X线量少,X线穿透力相对较强。

    X线对人体各组织穿透性的差异是X线医学影像学的基础。

    2.荧光作用

    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,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,称荧光作用。

    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用这种特性制成的。

    1.感光作用

    X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。

    如人体的X线摄影检查和工业探伤

    2.着色作用

    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)。

    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,即为X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。

    放射治疗就是利用X线的生物效应,对病变组织进行一定量的X线照射,它也是射线工作者及受检者应注意防护的原因。

    六、光学密度与感光效应

    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,又称光学密度或黑化度。

    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,卤化银沉积越少,照片越透明。

    光学密度是形成X线影像的基础,X线影像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,入射光线强度为I,透射光强度为I0,则透光率为I0 / I ,阻光率为透光率的倒数,即

    I / I0 。

    光学密度通常以D表示,其值就是入射光线强度I与透射光强度I0之比的对数:

    D=lg I / I0

    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,但是需依赖人眼的识别能力来判断,由于人眼对光学密度的识别范围在0.25~2.0之间,因此该密度范围即是诊断需要的密度范围。

    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。通常除了胶片本底灰雾外,密度在0.3~1.5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X线影像,其密度值范围不同。

    (三)照片密度的影响因素

    1.照射量(mAs)

    管电流与曝光时间的乘积毫安秒(mAs),是控制照片密度的主要因素。

    2.管电压(kV)

    照片的密度与管电压的n次方成正比。n值在诊断用X线波段范围内通常为2~5。

    3. 摄影距离

    在其它摄影条件不变时,照片的密度随着焦-片距离(FFD)增加而减小。

    4.被照体

    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。

    5.照射野面积

    X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,使照片的密度也相应地增加,但降低了对比度,影响了影像质量。

    6.增感屏及增感屏-胶片组合

    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,增感率高获得的影像密度大。

    增感屏-胶片组合,感色性要一致。

    7.照片冲洗因素

    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等。

    1)概念

    X线穿过人体被检组织后,使感光系统(屏-片系统)感光的效果,称"感光效应"

    kVn · I · t · s · F · Z

    E = K· --------- · e-ud

    R2 · D · B · Z /

    kV代表管电压,n是管电压的指数,I代表管电流,t代表曝光时间,s代表增感屏的增感率,F代表胶片感光度,Z代表靶物质原子序数,R代表焦-片距,D代表照射野的面积,B代表滤线栅的曝光倍数, Z/代表被照体的原子序数,e代表自然对数的底,u代表被照体的X线吸收系数,d代表被照体的厚度,k是常数。

    主要有相对固定条件和变换因素。

    (1)相对固定的条件: 电源设备,高压发生装置,设备总过滤(包括X线管壁、窗口过滤、绝缘油等),滤线器,胶片特性,增感屏及增感屏-胶片组合等。

    (2)变换因素:指在具体选择摄影条件时,主要对管电压、管电流、时间和摄影距离四大因素的调节。

    除了相对固定因素外,感光效应公式通常写成(变换因素):

    kVn · I ·t

    E = K · ------

    R2

    式中K是常数,kV代表管电压,I代表管电流,T代表曝光时间,R代表焦-片距。感光效应与管电压(kV)的n次方成正比,与照射量(mAs)成正比,与焦-片距(R)的平方成反比。

    七、增感屏

    增感屏是由以下四层组成:

    1.基层:基层为荧光物质的支持体。

    2.荧光体层:是增感屏的核心物质。

    3.保护层:保护荧光体不受损害。

    4.反射层:使荧光反射回胶片,提高了发光效率。

    5.吸收层:防止荧光反射到胶片,提高影像清晰度

    (二)增感屏的种类

    增感屏可分为钨酸钙和稀土两大类。

    1.钨酸钙屏:这类增感屏使用已久,以增感速度的不同又分为:①低速增感屏②中速增感屏③高速增感屏④超高速增感屏、高电压增感屏、一次多层摄影增感屏等。

    钨酸钙屏是在X线激发下,转换成蓝色谱段可见光,对感蓝胶片敏感,亦称蓝敏胶片用增感屏。

    2.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,可较钨酸钙屏增加4~7倍,使X线曝光量显著降低,为鎢酸钙屏的1/4~1/7。可分为蓝光和绿光系列。

    稀土增感屏根据荧光体的不同,可分为:

    (1)硫氧化物类:如硫氧化钆、硫氧化镧、硫氧化钇等增感屏,受X线激发下转换成绿色谱段可见光,对感绿胶片敏感。此类屏亦称绿敏胶片增感屏。

    (2)溴氧化物类:如溴氧化镧、溴氧化钇等增感屏,受X线激发以后转换成蓝色谱段可见光,对感蓝胶片敏感。

    稀土增感屏具有以下优点:①增感效应增强、曝光量显著降低;②显著地减少X线幅射剂量,有利于对工作人员和X线检查患者的防护;③小容量的X线机在应用稀土增感屏后,能扩大其使用范围,减轻了X线机的负荷量和延长机器的使用寿命。

    1、增感率

    在产生同样摄影密度值1.0的条件下,不用增感屏与用增感屏所需X线照射量的比值称该屏的增感率。 f= t0/t

    式中f为增感率,t0为不用增感屏的照射量,t为使用增感屏的照射量。

    增感率一般在40~95之间。

    2、增感速度

    增感速度是各种增感屏之间增感率的比较。影响增感速度的因素: ①荧光颗粒的大小;②荧光体层厚度;③不同类型的荧光物质;④温度对增感速度的影响。

    3、荧光体的光扩散

    增感屏的结晶体颗粒在受到X线照射后,每个晶体均成为一个发光光源向外散射荧光,使影像清晰度降低,称为"荧光的光扩散"。此现象与荧光结晶体颗粒大小及涂布厚度有关,结晶颗粒越大,涂布厚度越厚,则荧光的光扩散现象也越显著。

    4、余辉现象

    当X线照射停止时,增感屏上仍然继续

    有荧光作用存在,这种荧光的继续滞留

    称为"余辉"。

    5、分辨率

    是表示增感屏能清晰反映影像细节的最大能力的指标。由于增感屏的材料和荧光性能的制约,增感屏分辨率远低于胶片分辨率,故对X线照片影像质量影响较大。其次,采用不同荧光颗粒的增感屏,其分辨率也有差异,选用时应加以注意。

    (四)增感屏对影像效果的影像

    八、胶片

    包括:一般摄影用X线胶片、多幅相机和激光相机成像胶片、影像增强记录胶片、特种胶片。

    1、一般摄影用X线胶片,包括:①普通X线胶片:是X线摄影中应用最广泛的一种双面涂布乳剂型的感光材料。由于自动洗片机的普及,X线胶片又分为高温快显(GK)型、普通型和通用型。GK型适用于在高温下洗片冲洗用,普通型适用于手工显影用。

    ②口腔X线胶片:这是一种双面涂布型的小尺寸x线胶片,主要规格为3cm×4cm,也有2cm×3cm适用于儿童的,还有5.6cm×7.5cm适用于咬合的。

    ③乳腺X线胶片:属单面涂布乳剂型胶片,该胶片具有良好的清晰度和丰富的层次,近年来已有乳腺专用配套增感屏投入临床使用,既可减少辐射剂量,又能使影像细节得到改善。

    2、激光相机成像胶片:属单面涂布乳剂型胶片,分氦氖激光型(HN型)和红外激光型(IR型)两种,共同特点是通过激光相机记录激光扫描的数字成像,成像质量高。

    3、影像增强记录胶片:主要包括荧光电影胶片,属单面涂布乳剂型胶片,可有不同的规格;荧光屏图像及荧光缩影胶片,属单药膜胶片。适用于荧光屏下的瞄准摄影(点片)或体检荧光缩影,有卷片和页片之分。

    4、特种胶片主要包括:①直接反转胶片,也称复制片,其胶片特性曲线与原版胶片相反。直接反转胶片的出现为放射学的发展、教学和科研工作提供了方便; ②辐射剂量测定用胶片,这是一种防护监测用的测量X线或γ射线辐射剂量的胶片,特点是使用方便,便于随身携带,除用于个人防护外,还可用于检测防护设施的外漏射线; ③清洁用胶片,这是一种自动洗片机辊轮清洁用胶片,避免因洗片机本身的污物对照片产生人工伪影和污染。

    (三)胶片的成像性能

    直接决定和间接影响X线胶片成像质量的因素,均称胶片的成像性能参量。包括:①感光特性:

    感光材料的感光度、灰雾度、反差系数、平均斜

    率、最大密度、宽容度,这些参数通过感光测定

    获得;②物理性能:用感光材料的熔点、厚度、保存性、感色性、色温等参数表示;②影像质量

    参数:用感光材料的粒度、分辨率、清晰度、调制传递函数等参数表示,这些参数可通过像质

    测定获得。

    胶片感光乳剂对不同颜色光波敏感性有差异。

    若卤化银乳剂对蓝色光敏感,它最大吸收峰值

    为420nm,这类乳剂制成的胶片称为蓝敏胶

    片。若卤化银乳剂对黄色、绿色光敏感,称这

    类胶片为绿敏片。感绿胶片吸收光谱的峰值

    在550nm。

    (四)胶片特性曲线

    所谓胶片特性曲线是描绘曝光量与所产生的密度值之间关系的曲线。该曲线不仅清楚地定量地表示出了不同曝光量与所产生的不同密度值之间的对应关系,而且还能表达出感光材料的感光特性,所以称这条曲线为胶片特性曲线。......(后略) ......