Xray基礎(chǔ)知識(shí)[稻谷書苑]

1、Slide 1 of 55知識(shí)書苑 X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn) X-ray 是由德國(guó)侖琴教授在1895年所發(fā)現(xiàn)。這種由真空管發(fā)出 能穿透物體的輻射線，在電磁光譜上能量較可見光強(qiáng)，波長(zhǎng)較 短，頻率較高，相類似之輻射線有宇宙射線等。 X射線機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史射線機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 1.離子X射線管階段(18951912) 2.電子X射線管階段(19131928) 3.旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線管階段(1929) 4.X射線影像增強(qiáng)器和X射線電視,電影階段(1952) 5.X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描裝置(X-CT)(1972) 6.數(shù)字X射線機(jī)階段 Slide 2 of 42知識(shí)書苑 產(chǎn)生產(chǎn)生X射線必須具備三個(gè)基本條件射線必須具備三

2、個(gè)基本條件: 電子源: 能根據(jù)需要提供足夠數(shù)量的電子. 高速電子流: 在強(qiáng)電場(chǎng)作用下,電子作高速定向運(yùn)動(dòng). 靶: 能夠經(jīng)受高速電子轟擊而產(chǎn)生X射線的障礙物. 產(chǎn)生產(chǎn)生X-Ray必須要有必須要有X光球管，而光球管，而X光球管基本構(gòu)造必須光球管基本構(gòu)造必須 擁有：擁有： 陰極燈絲 （Cathod） 陽(yáng)極靶 （Anode） 真空玻璃管 （Evacuated glass envelope） 當(dāng)然還要有高壓電源 Slide 3 of 42知識(shí)書苑 X-ray 產(chǎn)生方式產(chǎn)生方式 電離與激發(fā)(熱輻射): 靶原子的外層軌道電子 受激躍遷并輻射出紅外線.轟擊電子時(shí) 99% 以上能量以此形式消耗. Charact

3、eristic （特性輻射） 高速電子撞擊 原子和內(nèi)層軌道上電子，使之游離且/躍遷 釋放之能量，即為X-ray。 Bremsstrahlung （制動(dòng)輻射） 高速電子突然 減速后，其動(dòng)能轉(zhuǎn)變成能量釋放出來，此能量即為X-ray，且此 能量譜連續(xù), 隨減速之程度而有所不同。 診斷用X-ray其產(chǎn)生方式所占比例： 30% 特性輻射 70% 制動(dòng)輻射 Slide 4 of 42知識(shí)書苑 X射線能量強(qiáng)度射線能量強(qiáng)度 在垂直于X射線傳播方向上, 在單位時(shí)間內(nèi), 單位面積上通過的光 子能量. 單位: 焦耳/厘米2秒(J/cm2 s) Iq連=K1 I Z U2 K1約為1.1x10-91.4x10-9 管

4、電壓增加: 每個(gè)電子所獲得的能量加大 , 因而短波成分的X射線增多. X射線變硬. 管電流增加: 單位時(shí)間撞擊陽(yáng)靶面的電子 數(shù)增多, 輻射的總強(qiáng)度越大. 靶原子序數(shù)增大: 核電場(chǎng)增強(qiáng), 連續(xù)輻射的總強(qiáng)度越大. Iq特=K2 I (U-Uk)n K2和n為常數(shù) Slide 5 of 42知識(shí)書苑 高速電子通過碰撞和輻射產(chǎn)生熱和X射線 X射線的產(chǎn)生效率= K1 Z U 例如, 鎢靶(Z=74), 管電壓=100kV時(shí) =1.2 10-9 74 105=0.9% X射線管設(shè)計(jì)要求: 1. 陽(yáng)極采用高熔點(diǎn)材料 2. X射線管必須具有良好的冷卻裝置. Slide 6 of 42知識(shí)書苑 X-Ray特性特

5、性 於電磁波光譜內(nèi) 為不可見光 波長(zhǎng)范圍廣 光速進(jìn)行直線散射能穿透物體 會(huì)造成散射線能使螢光物質(zhì)發(fā)光 能使底片感光 當(dāng)當(dāng)X-ray進(jìn)入物體時(shí)，會(huì)有五種形式的作用發(fā)生進(jìn)入物體時(shí)，會(huì)有五種形式的作用發(fā)生 不變散射; 康普頓效應(yīng)-產(chǎn)生散射現(xiàn) 光電效應(yīng)(pZ4; p1/(hv)3)-被物體吸收; 光蛻變;電子對(duì)效應(yīng) Slide 7 of 42知識(shí)書苑 影響影響Radiographic Quality之三要素：之三要素： Density （黑化度）- mAs Contrast（對(duì)比度）- kVp Sharpness（清晰度）- motion, Geometric X-Ray波長(zhǎng)與波長(zhǎng)與Film上上con

6、trast之關(guān)系之關(guān)系 在X-ray穿透過病人，其穿透率主要和病人組織結(jié)構(gòu)及X-Ray波長(zhǎng) 有關(guān)。 頻率高的X-ray (high kV) ,能量較高，穿透性好，造成在Film上較 低之對(duì)比度（low contrast）。 頻率低的X-ray (low kV) ,能量較低， 較易被人體所吸收，穿透性較差， 而在Film上對(duì)比度較高 （High contrast）。 Slide 8 of 42知識(shí)書苑 X射線強(qiáng)度衰減的兩種方式射線強(qiáng)度衰減的兩種方式 距離引起的衰減: Iq1/r2 物質(zhì)引起的衰減: 單能射線的衰減: Iq=I0e-x ;光子能量不變 連續(xù)射線的衰減: 低能光子衰減快 (p1/(h

7、v)3) 半價(jià)層半價(jià)層(HVL) 使X射線束的強(qiáng)度衰減到其初始值一半時(shí)所需要的標(biāo)準(zhǔn)吸收物質(zhì) 的厚度. 它反映X射線的穿透能力. 表示方式: mmAl Slide 9 of 42知識(shí)書苑 影響影響X射線量的因素射線量的因素 毫安秒 (mAs): Iq mAs 管電壓 (kV) : Iq (kV)2 距離 (r) : Iq 1/r2 濾過 (mm): 鋁質(zhì)濾過板厚度 影響影響X射線質(zhì)的因素射線質(zhì)的因素 管電壓 (kV) 濾過: 醫(yī)用X射線機(jī)要求2.5mmAl Slide 10 of 42知識(shí)書苑 輻射損傷機(jī)理輻射損傷機(jī)理 X射線能引起構(gòu)成機(jī)體細(xì)胞, 組織的原子或分子電離. 影響輻射損傷的因素: 輻

8、射性質(zhì); 射線劑量; 劑量率; 照射方式; 受照 部位; 環(huán)境因素 實(shí)際工作中的防護(hù)實(shí)際工作中的防護(hù) 限制曝光時(shí)間, 曝光劑量 做好個(gè)人屏蔽與防護(hù) Slide 11 of 42知識(shí)書苑 Slide 12 of 55知識(shí)書苑 X射線機(jī)組成要件射線機(jī)組成要件 X射線球管（X-Ray Tube） 限束裝置 (Collimator) X射線高壓發(fā)生器（Generator） X射線球管支架裝置（Support Device） X射線攝影臺(tái)（Table） 影像增強(qiáng)裝置 (R 控制影響影像品質(zhì)之技 術(shù)條件，如mA，kVp，sec.等 種類種類 直流（DC）-電池 交流(AC)-單相（Single Phase

9、）/ 三相（Three Phase） 范圍范圍 一般X-Ray Generator使用208 - 408伏特（Volts） 頻率頻率 50 Hz / 60 Hz Slide 21 of 42知識(shí)書苑 半波自整流電路半波自整流電路 電路優(yōu)缺點(diǎn)電路優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單; 容易制造; 成本低; 便于攜帶。廣泛應(yīng)用于組合 機(jī)頭和小型X射線機(jī) 缺陷 有逆電壓危害X射線管安全. 整流效率低. Slide 22 of 42知識(shí)書苑 單相全波橋式整流電路單相全波橋式整流電路 電路優(yōu)缺點(diǎn)電路優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 整流效率提高1倍. 消除了逆電壓的危害. 廣泛應(yīng)用中型X射線機(jī) 缺陷 管電壓脈動(dòng)系數(shù)為100%. 射 出大

10、量有害X射線. 單相電路只取三相系統(tǒng)中的 一相,負(fù)載功率較大時(shí), 造成 供電系統(tǒng)嚴(yán)重不平衡. Slide 23 of 42知識(shí)書苑 雙三相六波橋式整流電路雙三相六波橋式整流電路 管電壓脈動(dòng)系數(shù)為13.4%. Slide 24 of 42知識(shí)書苑 高頻逆變的基本原理高頻逆變的基本原理 工頻 直流電源高頻逆變整流濾波 直流逆變電路直流逆變電路 逆變頻率越高, 整流后產(chǎn)生的直流高壓脈動(dòng)系數(shù)越小. 西門子Polydoros逆變頻率為5kHz, 電壓脈動(dòng)約為13.4% GE Jedi 逆變頻率30kHz, 電壓脈動(dòng)為 kV ripple=4%. Slide 25 of 42知識(shí)書苑 高頻逆變發(fā)生器的優(yōu)勢(shì)

11、高頻逆變發(fā)生器的優(yōu)勢(shì) 1. 輸出高質(zhì)量的X射線. X射線頻譜單色化. 提高了X射線質(zhì)的平均強(qiáng)度.皮膚接受 劑量低; 曝光時(shí)間短; 圖像質(zhì)量高. 2. 輸出劑量大, 高頻機(jī)輸出X射線頻譜中高能成分大大增加, 在獲得的膠片黑化度 相同的情況下, mAs是工頻機(jī)的60%. 3. 實(shí)時(shí)控制, 控制精度高. 高頻機(jī)中, kV和mA都是由微機(jī)管理的, 采用閉環(huán)控制, 根據(jù)實(shí)際檢測(cè)值進(jìn)行跟蹤調(diào)整. 而工頻機(jī)都是采用預(yù)調(diào)的辦法, 不可能實(shí)現(xiàn)實(shí) 時(shí)控制. 4. 實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的小型化. 根據(jù)變壓器原理, 電壓/(頻率x匝數(shù)x鐵芯面積)=常數(shù). 電 源頻率的提高大大減小了對(duì)匝數(shù)和鐵芯面積的要求. 5. 有利于向智能化

12、發(fā)展. 高頻機(jī)已全部電子化, 很容易引進(jìn)微機(jī)技術(shù). 6. 可直接用直流供電. 這意味著可利用儲(chǔ)能器件解決電源條件的難題. Slide 26 of 42知識(shí)書苑 自動(dòng)曝射控制方式自動(dòng)曝射控制方式AEC (Automatic Exposure Control) 利用電路回饋方法，調(diào)整適當(dāng)之X光曝射時(shí)間的裝置，依其材質(zhì) 分有兩種： Screen/ Phototube Ionization Chamber Slide 27 of 42知識(shí)書苑 濾線柵結(jié)構(gòu)濾線柵結(jié)構(gòu) 濾線柵參數(shù)濾線柵參數(shù) 濾線柵半徑 (F) 柵比 (N) =H/K 柵頻: 每厘米所含的鉛條數(shù) F H K Slide 28 of 42知識(shí)

13、書苑 功能與原理功能與原理 將X射線影像轉(zhuǎn)換成為可見光圖像并將其亮度提高數(shù)千倍,再進(jìn)行攝 像. Slide 29 of 42知識(shí)書苑 什么是數(shù)字探測(cè)板什么是數(shù)字探測(cè)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知識(shí)書苑 數(shù)字探測(cè)板的優(yōu)勢(shì)數(shù)字探測(cè)板的優(yōu)勢(shì) Noise reduction Contrast The reduction of noise level and improvement in contrast resolution are both necessary to increase the detection capability of a syste