Xray基礎(chǔ)知識

1、整理pptX射線物理與防護(hù)整理pptSlide 2 of 422022-2-26 X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn) X-ray 是由德國侖琴教授在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)展簡史射線機(jī)的發(fā)展簡史離子X射線管階段(18951912)電子X射線管階段(19131928)旋轉(zhuǎn)陽極X射線管階段(1929)X射線影像增強(qiáng)器和X射線電視,電影階段(1952)X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描裝置(X-CT)(1972)1.數(shù)字X射線機(jī)階段整理pptSlide 3 of 422022-2-26產(chǎn)生產(chǎn)生X射線必須具備

2、三個(gè)基本條件射線必須具備三個(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） 陽極靶 （Anode） 真空玻璃管 （Evacuated glass envelope） 當(dāng)然還要有高壓電源整理pptSlide 4 of 422022-2-26 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

3、此形式消耗.Characteristic （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)輻射整理pptSlide 5 of 422022-2-26 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 U2K1約為1.1x

4、10-91.4x10-9管電壓增加: 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: 核電場增強(qiáng), 連續(xù)輻射的總強(qiáng)度越大.Iq特=K2 I (U-Uk)nK2和n為常數(shù)整理pptSlide 6 of 422022-2-26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.整理pptSlide 7 of

5、422022-2-26X-Ray特性特性於電磁波光譜內(nèi) 為不可見光 波長范圍廣光速進(jìn)行直線散射能穿透物體 會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)，會有五種形式的作用發(fā)生進(jìn)入物體時(shí)，會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;電子對效應(yīng)整理pptSlide 8 of 422022-2-26影響影響Radiographic Quality之三要素：之三要素：Density （黑化度）- mAsContrast（對比度）- kVpSharpness（清晰度）- motion, GeometricX

6、-Ray波長與波長與Film上上contrast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上對比度較高（High contrast）。整理pptSlide 9 of 422022-2-26X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

7、線的衰減: 低能光子衰減快 (p1/(hv)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整理pptSlide 10 of 422022-2-26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 整理pptSlide 11 of 422022-2-26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)

8、胞, 組織的原子或分子電離.影響輻射損傷的因素: 輻射性質(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)整理ppt醫(yī)用X射線機(jī)原理與構(gòu)造整理pptSlide 13 of 422022-2-26X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（Table） 影像增強(qiáng)裝置 (R&F)平板探測器 (Digital Xray)整理pptSlide 14 of

9、 422022-2-26X光球管基本構(gòu)造光球管基本構(gòu)造陰極燈絲（Cathode） 陽極靶（Anode） 真空玻璃容器（Evacuated Glass Envelope） 絕緣油 外殼（Housing） 陰極構(gòu)造 焦距杯（Focus Cup） 燈絲（Filament） 長燈絲（大焦點(diǎn)） 短燈絲（小焦點(diǎn)） 整理pptSlide 15 of 422022-2-26陰極燈絲陰極燈絲當(dāng)電源通過陰極燈絲，此時(shí)燈絲會變成紅熱狀態(tài)切會釋放出電子，同時(shí)將會有以下情況產(chǎn)生：Space Charge:在Cathode圈，像云霧般充滿著釋放出的電子。 Thermion Emission:紅熱的燈絲釋放出電子焦點(diǎn)的兩種

10、形式焦點(diǎn)的兩種形式實(shí)際焦點(diǎn):電子在靶面上轟擊的面積. 有效焦點(diǎn):實(shí)際焦點(diǎn)在X射線投照方向上的投影.整理pptSlide 16 of 422022-2-26固定式陽極固定式陽極X-ray Power Output 較低，體積較小 旋轉(zhuǎn)式陽極旋轉(zhuǎn)式陽極陽極是圓盤狀具有傾斜邊緣，其材質(zhì)一般是用鉬合金(Mdybdenum)或是時(shí)墨(Graphite)作為機(jī)體，用鎢(Tungsten)和少量的錸(Rhenium)合金附著於傾斜之邊緣，稱此邊緣為Target Angle，主要是接受陰極電子束撞擊產(chǎn)生X射線。整理pptSlide 17 of 422022-2-26陽極靶的特性陽極靶的特性具有承軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng) (

11、bearing system)，旋轉(zhuǎn)速度一般為3,000rpm - 10,000rpm 可使X-ray Power Output提高 轉(zhuǎn)速 n=120f/p (轉(zhuǎn)/分)f: 電源頻率p: 定子的極數(shù),一般p=2陽極效應(yīng)（陽極效應(yīng)（Heel Effect）Target Angle角度愈小、將會有愈多之X-Ray被Anode本身吸收，造成愈接近陽極靶之X-Ray能量愈低，而愈接近陰極燈絲之X-Ray 能量愈高，此即為陽極效應(yīng)，且會在X-Ray Film上產(chǎn)生不同的濃度。 整理pptSlide 18 of 422022-2-26燈絲發(fā)射特性燈絲發(fā)射特性空間電荷阻礙管電流的形成.燈絲發(fā)射特性曲線描述在

12、不同管電壓下, 管電流與燈絲加熱電流之間的關(guān)系.整理pptSlide 19 of 422022-2-26X射線管的瞬時(shí)負(fù)載特性曲線射線管的瞬時(shí)負(fù)載特性曲線下射線管在某種整流方式下, 對應(yīng)的一定管電壓(峰值)時(shí), 允許的最大管電流(平均值)與曝光時(shí)間之間的關(guān)系.整理pptSlide 20 of 422022-2-26X射線管熱容量射線管熱容量1HU=1.41kV mA sX射線管的生熱和冷卻曲線射線管的生熱和冷卻曲線整理pptSlide 21 of 422022-2-26X-Ray Generator功能功能提供電力給X-Ray Tube和其他系統(tǒng)組件; 控制影響影像品質(zhì)之技術(shù)條件，如mA，kV

13、p，sec.等 種類種類直流（DC）-電池交流(AC)-單相（Single Phase）/ 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整理pptSlide 22 of 422022-2-26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.整理pptSlide 23 of 422022-2-26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

14、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.整理pptSlide 24 of 422022-2-26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%. 整理pptSlide 25 of 422022-2-26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30kH

15、z, 電壓脈動(dòng)為 kV ripple=4%. 整理pptSlide 26 of 422022-2-26高頻逆變發(fā)生器的優(yōu)勢高頻逆變發(fā)生器的優(yōu)勢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

16、/(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匝數(shù)和鐵芯面積的要求. 5. 有利于向智能化發(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. 這意味著可利用儲能器件解決電源條件的難題.整理pptSlide 27 of 422022-2-26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 整理pptSlide 28 of 422022-2-26濾線柵結(jié)構(gòu)濾線柵結(jié)構(gòu)濾線柵

17、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)FHK整理pptSlide 29 of 422022-2-26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.整理pptSlide 30 of 422022-2-26什么是數(shù)字探測板什么是數(shù)字探測板PhotonsDETECTORDigital Image sampling + quantificationCesium Iodine (CsI)LightAmorphous silicon panel( Photodiodes/Transistors array)Electrons

18、Readout electronicsGlass substrateAmorphous siliconarrayContacts fingersAbsorber(Cesium Iodine)Contact leads for readout electronics整理pptSlide 31 of 422022-2-26數(shù)字探測板的優(yōu)勢數(shù)字探測板的優(yōu)勢Noise reductionContrastThe reduction of noise level and improvement in contrast resolution are both necessary to increase the detection capability of