X射線知識課件

X射線知識X射線知識1第五節(jié)X射線在人體內的衰減第一節(jié)X射線的產生第二節(jié)X射線輻射場的空間分布第三節(jié)X射線與物質的相互作用第四節(jié)X射線在物質中的衰減內容第五節(jié)X射線在人體內的衰減2第一節(jié)X射線的產生一、X射線管(X-raytube)二、X射線產生機制第一節(jié)X射線的產生一、X射線管(X-raytube)3產生條件主要組成一、X射線管(X-raytube)陰極陽極電子源高速電子流陽極靶強電場高真空度空間產生條件主要組成一、X射線管(X-raytube)陰極陽4一、X射線管(X-raytube)主要組成陰極陽極電子源高速電子流陽極靶產生條件一、X射線管(X-raytube)主要組成陰極陽極電子源5一、X射線管(X-raytube)X射線管(俗稱球管)照片一、X射線管(X-raytube)X射線管(俗稱球管)6早期的放射治療用X線管一、X射線管(X-raytube)早期的放射治療用X線管一、X射線管(X-raytube)71.陰極(cathode)技術指標一、X射線管(X-raytube)陰極是X射線管的負極組成聚焦杯燈絲空間電荷及其效應燈絲電流管電壓管電流4.6A4.2A4.4A02001601204024080管電壓(kV)管電流(mA)4080120160管電壓和燈絲電流對管電流的影響1.陰極(cathode)技術指標一、X射線管(X-ray8靶是電子轟擊的區(qū)域2.陽極(anode)類型固定旋轉

傳導電子機械支撐熱輻射體功能一、X射線管(X-raytube)陽極是X射線管的正極鎢作為靶材料的原因：①鎢原子序數較高，產生X射線的效率高和產生高能X射線；②鎢能夠有效散熱的金屬；③鎢具有很高的熔點3410℃靶是電子轟擊的區(qū)域2.陽極(anode)類型固定旋轉傳9元素元素符號原子序數K特征X射線熔點鎢鉬銠WMORh74424559.0keV17.4keV19.7keV3410OC2600OC3200OCX射線靶的特征2.陽極(anode)靶一、X射線管(X-raytube)元素元素符號原子序數K特征X射線熔點鎢W7459.0keV3103.X射線管的焦點(focalspot)實際焦點有效焦點實際焦點大小意義測量方法一、X射線管(X-raytube)3.X射線管的焦點(focalspot)實際焦點有效焦點11一、X射線管(X-raytube)實際焦點有效焦點實際焦點大小意義測量方法3.X射線管的焦點(focalspot)一、X射線管(X-raytube)實際焦點有效焦點實際焦12實際焦點有效焦點實際焦點大小意義測量方法一、X射線管(X-raytube)3.X射線管的焦點(focalspot)

靶表面與X射線輸出方向的夾角稱為靶傾角θ。經過投影后，有效焦點的長度a則變成了。雙角度靶面能夠產生兩種尺寸的焦點實際焦點有效焦點實際焦點測量方法一、X射線管(X-rayt13焦點的一般形狀理想有效焦點是圓形實際形狀雙香蕉狀一、X射線管(X-raytube)3.X射線管的焦點(focalspot)焦點的一般形狀理實際形狀雙香蕉狀一、X射線管(X-ray14管電流和管電壓對有效焦點長度的影響一、X射線管(X-raytube)3.13.23.33.53.43.73.63.83.90200400600管電流(mA)焦點大小(mm)50kVp80kVp110kVp3.X射線管的焦點(focalspot)管電流和管電壓對有效焦點長度的影響一、X射線管(X-ray15二、X射線產生機制1.電子與物質的相互作用2)高速電子與靶原子核發(fā)生相互作用，將能量轉化為軔致輻射(bremsstrahlungradiation)

。1)高速電子電離原子的內層電子，將能量轉化為標識輻射(characteristicradiation)

；碰撞損失(collisionloss)輻射損失(radiationloss)二、X射線產生機制1.電子與物質的相互作用2)高速電子與靶16軔致輻射產生二、X射線產生機制2.連續(xù)X射線軔致輻射產生二、X射線產生機制2.連續(xù)X射線172.連續(xù)X射線軔致輻射產生二、X射線產生機制2.連續(xù)X射線軔致輻射產生二、X射線產生機制182.連續(xù)X射線存在最短波長(λ

min)

X射線強度連續(xù)變化每條曲線有一個峰值波長增加方向上無限延展，強度越來越弱二、X射線產生機制30kV20kV40kV50kV0.10123456780.020.040.060.08波長(nm)相對強度I鎢靶較低管電壓連續(xù)X射線發(fā)射譜2.連續(xù)X射線存在最短波長(λmin)X射線強度連續(xù)變192.連續(xù)X射線

光子能量的最大極限(hmax)等于入射電子在X射線管加速電場中所獲得的能量eU，即光子最短波長為：二、X射線產生機制2.連續(xù)X射線光子能量的最大極限(hma203.特征X射線二、X射線產生機制

產生條件管電壓U滿足：入射電子動能>靶原子某一殼層電子結合能3.特征X射線二、X射線產生機制產生條件管電壓U滿足：入213.特征X射線二、X射線產生機制

產生條件管電壓U滿足：入射電子動能>靶原子某一殼層電子結合能3.特征X射線二、X射線產生機制產生條件管電壓U滿足：入223.特征X射線二、X射線產生機制3.特征X射線二、X射線產生機制233.特征X射線二、X射線產生機制幾種靶材料產生K、L系特征X射線的激發(fā)電壓(kV)靶材料原子序數K系激發(fā)電壓L系激發(fā)電壓鋁(Al)銅(Cu)鉬(MO)鎢(W)鉛(Pb568.8917.459.088.00.090.952.8712.0915.863.特征X射線二、X射線產生機制幾種靶材料產生K、L系特征244.影響X射線發(fā)射譜的因素主要因素經后的發(fā)射譜靶自吸收固有濾過附加濾過電子動能多次作用二、X射線產生機制低能X射線吸收外部濾過1.00.5

0.010102030405060708090100110光子能量(keV)相對光子數100kV管電壓下鎢靶X射線發(fā)射譜4.影響X射線發(fā)射譜的因素主要因素經后的發(fā)射譜靶自吸收固有254.影響X射線發(fā)射譜的因素二、X射線產生機制因素影響管電流管電壓附加過濾靶材料管電壓波形能譜幅度能譜幅度和位置能譜幅度,在低能時更加有效能譜幅度和特征X射線譜位置能譜幅度,在高能時更加有效影響X射線能譜的大小和相對位置的因素4.影響X射線發(fā)射譜的因素二、X射線產生機制因素影響管電流26第二節(jié)X射線輻射場的空間分布

一、X射線強度二、X射線強度的空間分布第二節(jié)X射線輻射場的空間分布一、X射線強度二、X272.X射線強度(x-rayintensity)一、X射線強度

單能X射線的強度I為

多種光子組成的線狀譜強度為連續(xù)X射線能譜的強度為診斷中連續(xù)X射線總強度K系特征X射線強度2.X射線強度(x-rayintensity)一、X射線282.X射線的量與質由管電流與照射時間間接表示通常以毫安秒(mA·s)為單位。X射線的質(x-rayquality)X射線的量(x-rayquantity)又稱線質，由管電壓和濾過間接表示通常以千伏數（kV）為單位。一、X射線強度

2.X射線的量與質由管電流與照射時間間接表示X射線的質(x293.影響X射線強度的因素構成靶物質的原子序數管電流管電壓

附加濾過

電壓脈動一、X射線強度

3.影響X射線強度的因素構成靶物質管電流管電壓附加濾過303.影響X射線強度的因素各種因素對X射線強度的影響影響的結果增加增加增加降低降低降低不變增加增加增加不變降低毫安秒管電壓靶原子序數濾過距離電壓脈動X射線的量X射線的質影響因素(增加)一、X射線強度

3.影響X射線強度的因素各種因素對X射線強度的影響影響的31二、X射線強度的空間分布管電壓較高時采用穿透式靶管電壓較低時利用反射式靶主要取決于入射電子能量靶物質靶厚度1．薄靶周圍X射線強度的空間分布X射線輻射強度在空間的分布情況很復雜二、X射線強度的空間分布管電壓較高時管電壓較低時主要取決于32二、X射線強度的空間分布管電壓較高時采用穿透式靶管電壓較低時利用反射式靶主要取決于入射電子能量靶物質靶厚度1．薄靶周圍X射線強度的空間分布X射線輻射強度在空間的分布情況很復雜二、X射線強度的空間分布管電壓較高時管電壓較低時主要取決于332．厚靶周圍X射線強度的空間分布“足跟”效應(陽極效應)焦點的大小和形狀

改變二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布“足跟”效應(陽極效應)焦34二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布35二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布36二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布陽極效應對有效焦點大小和形狀的影響

陽極效應的另一個重要的后果就是改變了有效焦點的大小和形狀二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布陽37第三節(jié)X射線與物質的相互作用一、X射線與物質相互作用系數二、光電效應(photoelectriceffect)

三、康普頓效應(Comptoneffect)五、X射線與物質的其它相互作用過程四、電子對效應(electricpaireffect)六、各種相互作用的相對重要性七、X射線基本特性第三節(jié)X射線與物質的相互作用一、X射線與物質相互作用系數38主要過程次要過程光電效應康普頓效應電子對效應相干散射光核反應第三節(jié)X射線與物質的相互作用主要過程次要過程光電效應康普頓效應電子對效應相干散射光核反應39X線光子進入生物組織電子沿徑跡損失能量康普頓效應電子對效應光電效應高速電子光子軔致輻射電離激發(fā)熱物化階段生化階段生物階段

射線與生物組織相互作用的結果X第三節(jié)X射線與物質的相互作用X線光子進入生物組織電子沿徑跡損失能量康普頓40多種相互獨立的作用1.線性衰減系數與截面一、X射線與物質相互作用系數截面單能平行X射線光子束水平入射-dN=

Nndx=n為線性衰減系數

單位：m2多種相互獨立的作用1.線性衰減系數與截面一、X射線與物質41一、X射線與物質相互作用系數1.線性衰減系數與截面一、X射線與物質相互作用系數1.線性衰減系數與截面42線性衰減系數μ各種相互作用的總線性衰減系數單位為m-1或cm-1質量衰減系數單位是m2kg-1或cm2g-1一、X射線與物質相互作用系數1.線性衰減系數與截面線性衰減系數μ各種相互作用的總線性衰減系數單位為m-1或cm432.質能轉移系數和質能吸收系數線性能量轉移系數h─光子的能量Etr─轉移給帶電粒子的動能總轉移系數一、X射線與物質相互作用系數單位為m-1或cm-1等于各轉移系數之和光子在物質中穿行單位距離時，其總能量由于各種相互作用而轉移給帶電粒子動能的份額2.質能轉移系數和質能吸收系數線性能量轉移系數h─光子44質能轉移系數(massenergytransfercoefficient)質能吸收系數(massenergyabsorptioncoefficient)g為次級電子的動能因輻射而損失的份額。一、X射線與物質相互作用系數2.質能轉移系數和質能吸收系數，式中ρ為物質密度,是該能量的入射X射線光子穿過“質量厚度”為ρdl的物質層時，其總能量中因相互作用而轉移給帶電粒子動能的份額，E是入射X射線光子的能量，N是入射X射線光子數

質能轉移系數(massenergytransferco45二、光電效應(photoelectriceffect)1.作用過程二、光電效應(photoelectriceffect)146h

:光子能量Ee:光電子的動能EB:原子第i層電子的結合能h=Ee+EB

2.作用系數光電線性衰減系數，符號光電質量衰減系數，符號二、光電效應(photoelectriceffect)1.作用過程光電效應發(fā)生的概率隨光子能量的變化h:光子能量h=Ee+EB2.作用系數光電線性衰47水鉛LK2.作用系數水和鉛的光電質量衰減系數與X射線光子能量的關系二、光電效應(photoelectriceffect)1keV10keV100keV1MeV10MeV光子能量光電質量衰減系數水鉛LK2.作用系數水和鉛的光電質量衰減系數與X射線光子能483.光電子角分布二、光電效應(photoelectriceffect)3.光電子角分布二、光電效應(photoelectric494.診斷放射學中的光電效應影像質量好1)無散射線，減少了照片灰霧射線通過光電效應可全部被人體吸收，增加L了受檢者的輻射劑量。2)增加吸收差別，對比度高利:弊:二、光電效應(photoelectriceffect)4.診斷放射學中的光電效應影像質量好1)無散射線，減50三、康普頓效應(Comptoneffect)1.作用過程三、康普頓效應(Comptoneffect)1.作用過程51三、康普頓效應(Comptoneffect)1.作用過程三、康普頓效應(Comptoneffect)1.作用過程522.作用系數康普頓線性衰減系數，用符號“”表示康普頓質量衰減系數與入射光子能量之間的關系康普頓質量衰減系數，用符號“

”表示三、康普頓效應(Comptoneffect)2.作用系數康普頓線性衰減系數，用符號“”表示康普頓質量533.散射光子和反沖電子的角分布散射光子0°～180°三、康普頓效應(Comptoneffect)0.1MeV1.0MeV10MeV康普頓散射光子的角分布3.散射光子和反沖電子的角分布散射光子0°～180°三543.散射光子和反沖電子的角分布1.0MeV0.1MeV10MeV反沖電子0°～90°三、康普頓效應(Comptoneffect)

康普頓反沖電子的角分布3.散射光子和反沖電子的角分布1.0MeV0.1MeV1554.診斷放射學中的康普頓效應從受檢者身上產生的散射線能量與原射線相差很少，并且散射線比較對稱地分布在整個空間，醫(yī)生和技術人員必須重視，并采取相應的防護措施。(2)散射線增加了照片的灰霧，降低了影像的對比度，但與光電效應相比受檢者的劑量較低。三、康普頓效應(Comptoneffect)4.診斷放射學中的康普頓效應從受檢者身上產生的散射線能量561.作用過程四、電子對效應(electricpaireffect)1.作用過程四、電子對效應(electricpair571.作用過程四、電子對效應(electricpaireffect)1.作用過程四、電子對效應(electricpair582.作用系數

當h

>2mec2時

當h>>2mec2時電子對線性衰減系數，用符號“”表示；電子對質量衰減系數，用符號“”表示。四、電子對效應(electricpaireffect)2.作用系數當h>2mec2時當h>>2me59五、X射線與物質的其它相互作用過程1.相干散射(coherentscattering)光子與原子核作用而發(fā)生的核反應。光核反應在診斷X射線能量范圍內不可能發(fā)生。相干散射質量衰減系數與原子序數和入射X射線光子能量的關系可表示為：2.光核反應不產生電離過程五、X射線與物質的其它相互作用過程1.相干散射(coher60六、各種相互作用的相對重要性1.總的衰減系數高能端部分電子對效應占優(yōu)勢2.各種相互作用的相對重要性10keV100MeV能量范圍的低能端部分光電效應占優(yōu)勢中間部分康普頓效應占優(yōu)勢六、各種相互作用的相對重要性1.總的衰減系數高能端部分電612.各種相互作用的相對重要性六、各種相互作用的相對重要性2.各種相互作用的相對重要性六、各種相互作用的相對重要性62七、X射線的基本特性1.X射線穿透作用2.X射線熒光作用3.X射線電離作用4.X射線熱作用5.X射線的化學和生物效應X射線除具有電磁波的共性外，還具有以下的基本特性。易透性組織中等透射性組織不易透射性組織氣體脂肪組織結蒂組織肌肉組織軟骨血液骨骼

人體組織對X射線的穿透性七、X射線的基本特性1.X射線穿透作用2.X射線熒光作用63第四節(jié)X射線在物質中的衰減擴散衰減距離所致

X射線強度衰減的平方反比定律X射線攝影、透視及X-CT檢查的基本依據屏蔽防護設計的理論根據吸收衰減物質所致

強度減弱

第四節(jié)X射線在物質中的衰減擴散衰減X射線強度衰減的平方64一、單能X射線在物質中的衰減規(guī)律二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律三、X射線的濾過第四節(jié)X射線在物質中的衰減一、單能X射線在物質中的衰減規(guī)律二、連續(xù)X射線在物質中的衰65一、單能X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律

半價層(half-valuelayer,HVL)寬束X射線:積累因子B寬束B>1；理想窄束B=1近似計算一、單能X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質66二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律連續(xù)能譜窄束X射線衰減特點：X射線強度變小，硬度變大（質提高）1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律連續(xù)能譜窄束X射線衰減特點67二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律連續(xù)能譜窄束X射線衰減二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質68連續(xù)能譜X射線與單能X射線通過物質時衰減的比較二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律光子數水模厚度/cm100kV單能X射線100kV連續(xù)能譜X射線1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律連續(xù)能譜窄束X射線衰減連續(xù)能譜X射線與單能X射線通過物質時衰減的比較二、連續(xù)X射線69二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律連續(xù)能譜X射線隨吸收物質厚度的變化連續(xù)能譜窄束X射線衰減二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質70決定衰減程度的四個因素X射線本身的性質物質密度原子序數每千克物質含有的電子數二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律單能窄束X射線透過10cm水模的百分數能量（keV）透過百分數（%）能量（keV）透過百分數（%）203040500.042.57.010.0608010015013.016.018.022.0連續(xù)能譜窄束X射線衰減決定衰減程度的四個因素X射線本物質密度原子序數每千克物質二、71三、X射線的濾過固有濾過附加濾過總濾過X射線管出口放置一定均勻厚度的金屬，預先把X射線束中的低能成分吸收掉，將X射線的平均能量提高，這種過程就是所謂濾過。鋁當量（mmAl）是指一定厚度的鋁板與其它濾過材料相比，對X射線具有相同的衰減效果，此鋁板厚度就是該濾過材料的鋁當量。三、X射線的濾過固有濾過附加濾過總濾過X射線管出口72三、X射線的濾過實際濾過板可選擇某種物質使它通過光電效應大量吸收低能成分，而高能成分通過時僅有極少量的康普頓散射吸收和光電效應吸收，絕大部分高能射線可通過。

理想濾過板低能成分全部吸收高能成分全部透過銅是很好的濾過物質低能射線高能射線鋁是很好的濾過物質三、X射線的濾過實際濾過板可選擇某種物質使它通過光電效應大73

單能X射線由于具有同樣的穿透本領，無需濾過，其線質可用X射線光子的能量或半價層表示。但對連續(xù)X射線來說，光子能量不同，當通過濾過物質后，能量分布有不同的變化，要描述它的線質比較困難。在不需嚴格的能譜分析情況下，通?？捎冒雰r層、有效能量等表示。三、X射線的濾過單能X射線由于具有同樣的穿透本領，無需濾過，其線質可74三、X射線的濾過單能X射線光子能量與半價層的關系0.008460.01050.0230.0710.1590.2970.4851.011.683.484.94224.274.133.710.94.882.611.600.7680.4620.2230.1570.00830.3260.7602.304.567.029.3012.815.218.721.126.27.903.391.120.5650.3670.2770.2010.1700.1380.1221015203040506080100150200HVL(mm)HVL(mm)

銅鋁光子能量（keV）三、X射線的濾過單能X射線光子能量與半價層的關系0.075第五節(jié)X射線在人體內的衰減一、人體的物質組成二、混合物和化合物的質量衰減系數三、化合物的有效原子序數四、X射線在人體中的衰減第五節(jié)X射線在人體內的衰減一、人體的物質組成二、混合76一、人體的物質組成骨骼、軟組織、肺和消化道以及腔體內的氣體組成人體組織中所含元素質量的百分數（%）元素脂肪組織

肌肉

骨

水HCNONaMgPSKCa11.257.31.130.3

0.06

10.212.33.572.90.080.020.20.50.30.0078.427.62.741.0

7.07.00.2

14.711.2

88.8

一、人體的物質組成骨骼、軟組織、肺和消化道以及腔體內的氣體77二、混合物和化合物的質量衰減系數混合物和化合物的質量衰減系數人體組織的質量衰減系數骨肌肉脂肪光子能量(keV)質量衰減系數(cm2·mg-1)0.01111001000101001000二、混合物和化合物的質量衰減系數混合物和化合物的質量衰減系78有效原子序數Zi：第i種元素原子序數ai：第i種元素電子百分比

Wi：第i種元素的重量百分比

Ai：第i種元素的原子量

NA：阿伏加德羅常數有效原子序數近似計算公式ai：第i種元素原子在分子中的原子個數Zi：第i種元素的原子序數三、化合物的有效原子序數有效原子序數Zi：第i種元素原子序數ai：第i種元素電子百79康普頓散射占優(yōu)勢時，電子密度成為衰減的主要因素。三、化合物的有效原子序數人體組織的物理性能0.00303.433.363.175.553.013.343.363.34~3.483.00~3.101.29×10-31.001.000.911.65~1.857.67.47.45.9~6.311.6~13.8

空氣水肌肉脂肪骨每立方米電子數(電子

)電子密度（電子）密度()有效原子序數

物質康普頓散射占優(yōu)勢時，電子密度成為衰減的主要因素。三、化合物80

診斷用的X射線是寬束、連續(xù)的，因此X射線在人體中的衰減規(guī)律應修正為：B：積累因子

μ：被檢體的有效線性衰減系數

d：被檢體的厚度四、X射線在人體中的衰減診斷用的X射線是寬束、連續(xù)的，因此X射線在人81

當X射線穿過人體組織，由于透過量不同，從而形成帶有信息的X射線影像，這種影像是肉眼看不見的，當它到達影光屏或X射線膠片時，將不可見的X射線影像變?yōu)榭梢姽庥跋?。觀察分析這種深淺不同的影像，就能幫助判斷人體各部分組織器官的正?；虿±淼男螒B(tài)，這就是X射線診斷的物理基礎。四、X射線在人體中的衰減當X射線穿過人體組織，由于透過量不同，從而形82X射線知識X射線知識83第五節(jié)X射線在人體內的衰減第一節(jié)X射線的產生第二節(jié)X射線輻射場的空間分布第三節(jié)X射線與物質的相互作用第四節(jié)X射線在物質中的衰減內容第五節(jié)X射線在人體內的衰減84第一節(jié)X射線的產生一、X射線管(X-raytube)二、X射線產生機制第一節(jié)X射線的產生一、X射線管(X-raytube)85產生條件主要組成一、X射線管(X-raytube)陰極陽極電子源高速電子流陽極靶強電場高真空度空間產生條件主要組成一、X射線管(X-raytube)陰極陽86一、X射線管(X-raytube)主要組成陰極陽極電子源高速電子流陽極靶產生條件一、X射線管(X-raytube)主要組成陰極陽極電子源87一、X射線管(X-raytube)X射線管(俗稱球管)照片一、X射線管(X-raytube)X射線管(俗稱球管)88早期的放射治療用X線管一、X射線管(X-raytube)早期的放射治療用X線管一、X射線管(X-raytube)891.陰極(cathode)技術指標一、X射線管(X-raytube)陰極是X射線管的負極組成聚焦杯燈絲空間電荷及其效應燈絲電流管電壓管電流4.6A4.2A4.4A02001601204024080管電壓(kV)管電流(mA)4080120160管電壓和燈絲電流對管電流的影響1.陰極(cathode)技術指標一、X射線管(X-ray90靶是電子轟擊的區(qū)域2.陽極(anode)類型固定旋轉

傳導電子機械支撐熱輻射體功能一、X射線管(X-raytube)陽極是X射線管的正極鎢作為靶材料的原因：①鎢原子序數較高，產生X射線的效率高和產生高能X射線；②鎢能夠有效散熱的金屬；③鎢具有很高的熔點3410℃靶是電子轟擊的區(qū)域2.陽極(anode)類型固定旋轉傳91元素元素符號原子序數K特征X射線熔點鎢鉬銠WMORh74424559.0keV17.4keV19.7keV3410OC2600OC3200OCX射線靶的特征2.陽極(anode)靶一、X射線管(X-raytube)元素元素符號原子序數K特征X射線熔點鎢W7459.0keV3923.X射線管的焦點(focalspot)實際焦點有效焦點實際焦點大小意義測量方法一、X射線管(X-raytube)3.X射線管的焦點(focalspot)實際焦點有效焦點93一、X射線管(X-raytube)實際焦點有效焦點實際焦點大小意義測量方法3.X射線管的焦點(focalspot)一、X射線管(X-raytube)實際焦點有效焦點實際焦94實際焦點有效焦點實際焦點大小意義測量方法一、X射線管(X-raytube)3.X射線管的焦點(focalspot)

靶表面與X射線輸出方向的夾角稱為靶傾角θ。經過投影后，有效焦點的長度a則變成了。雙角度靶面能夠產生兩種尺寸的焦點實際焦點有效焦點實際焦點測量方法一、X射線管(X-rayt95焦點的一般形狀理想有效焦點是圓形實際形狀雙香蕉狀一、X射線管(X-raytube)3.X射線管的焦點(focalspot)焦點的一般形狀理實際形狀雙香蕉狀一、X射線管(X-ray96管電流和管電壓對有效焦點長度的影響一、X射線管(X-raytube)3.13.23.33.53.43.73.63.83.90200400600管電流(mA)焦點大小(mm)50kVp80kVp110kVp3.X射線管的焦點(focalspot)管電流和管電壓對有效焦點長度的影響一、X射線管(X-ray97二、X射線產生機制1.電子與物質的相互作用2)高速電子與靶原子核發(fā)生相互作用，將能量轉化為軔致輻射(bremsstrahlungradiation)

。1)高速電子電離原子的內層電子，將能量轉化為標識輻射(characteristicradiation)

；碰撞損失(collisionloss)輻射損失(radiationloss)二、X射線產生機制1.電子與物質的相互作用2)高速電子與靶98軔致輻射產生二、X射線產生機制2.連續(xù)X射線軔致輻射產生二、X射線產生機制2.連續(xù)X射線992.連續(xù)X射線軔致輻射產生二、X射線產生機制2.連續(xù)X射線軔致輻射產生二、X射線產生機制1002.連續(xù)X射線存在最短波長(λ

min)

X射線強度連續(xù)變化每條曲線有一個峰值波長增加方向上無限延展，強度越來越弱二、X射線產生機制30kV20kV40kV50kV0.10123456780.020.040.060.08波長(nm)相對強度I鎢靶較低管電壓連續(xù)X射線發(fā)射譜2.連續(xù)X射線存在最短波長(λmin)X射線強度連續(xù)變1012.連續(xù)X射線

光子能量的最大極限(hmax)等于入射電子在X射線管加速電場中所獲得的能量eU，即光子最短波長為：二、X射線產生機制2.連續(xù)X射線光子能量的最大極限(hma1023.特征X射線二、X射線產生機制

產生條件管電壓U滿足：入射電子動能>靶原子某一殼層電子結合能3.特征X射線二、X射線產生機制產生條件管電壓U滿足：入1033.特征X射線二、X射線產生機制

產生條件管電壓U滿足：入射電子動能>靶原子某一殼層電子結合能3.特征X射線二、X射線產生機制產生條件管電壓U滿足：入1043.特征X射線二、X射線產生機制3.特征X射線二、X射線產生機制1053.特征X射線二、X射線產生機制幾種靶材料產生K、L系特征X射線的激發(fā)電壓(kV)靶材料原子序數K系激發(fā)電壓L系激發(fā)電壓鋁(Al)銅(Cu)鉬(MO)鎢(W)鉛(Pb568.8917.459.088.00.090.952.8712.0915.863.特征X射線二、X射線產生機制幾種靶材料產生K、L系特征1064.影響X射線發(fā)射譜的因素主要因素經后的發(fā)射譜靶自吸收固有濾過附加濾過電子動能多次作用二、X射線產生機制低能X射線吸收外部濾過1.00.5

0.010102030405060708090100110光子能量(keV)相對光子數100kV管電壓下鎢靶X射線發(fā)射譜4.影響X射線發(fā)射譜的因素主要因素經后的發(fā)射譜靶自吸收固有1074.影響X射線發(fā)射譜的因素二、X射線產生機制因素影響管電流管電壓附加過濾靶材料管電壓波形能譜幅度能譜幅度和位置能譜幅度,在低能時更加有效能譜幅度和特征X射線譜位置能譜幅度,在高能時更加有效影響X射線能譜的大小和相對位置的因素4.影響X射線發(fā)射譜的因素二、X射線產生機制因素影響管電流108第二節(jié)X射線輻射場的空間分布

一、X射線強度二、X射線強度的空間分布第二節(jié)X射線輻射場的空間分布一、X射線強度二、X1092.X射線強度(x-rayintensity)一、X射線強度

單能X射線的強度I為

多種光子組成的線狀譜強度為連續(xù)X射線能譜的強度為診斷中連續(xù)X射線總強度K系特征X射線強度2.X射線強度(x-rayintensity)一、X射線1102.X射線的量與質由管電流與照射時間間接表示通常以毫安秒(mA·s)為單位。X射線的質(x-rayquality)X射線的量(x-rayquantity)又稱線質，由管電壓和濾過間接表示通常以千伏數（kV）為單位。一、X射線強度

2.X射線的量與質由管電流與照射時間間接表示X射線的質(x1113.影響X射線強度的因素構成靶物質的原子序數管電流管電壓

附加濾過

電壓脈動一、X射線強度

3.影響X射線強度的因素構成靶物質管電流管電壓附加濾過1123.影響X射線強度的因素各種因素對X射線強度的影響影響的結果增加增加增加降低降低降低不變增加增加增加不變降低毫安秒管電壓靶原子序數濾過距離電壓脈動X射線的量X射線的質影響因素(增加)一、X射線強度

3.影響X射線強度的因素各種因素對X射線強度的影響影響的113二、X射線強度的空間分布管電壓較高時采用穿透式靶管電壓較低時利用反射式靶主要取決于入射電子能量靶物質靶厚度1．薄靶周圍X射線強度的空間分布X射線輻射強度在空間的分布情況很復雜二、X射線強度的空間分布管電壓較高時管電壓較低時主要取決于114二、X射線強度的空間分布管電壓較高時采用穿透式靶管電壓較低時利用反射式靶主要取決于入射電子能量靶物質靶厚度1．薄靶周圍X射線強度的空間分布X射線輻射強度在空間的分布情況很復雜二、X射線強度的空間分布管電壓較高時管電壓較低時主要取決于1152．厚靶周圍X射線強度的空間分布“足跟”效應(陽極效應)焦點的大小和形狀

改變二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布“足跟”效應(陽極效應)焦116二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布117二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布118二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布陽極效應對有效焦點大小和形狀的影響

陽極效應的另一個重要的后果就是改變了有效焦點的大小和形狀二、X射線強度的空間分布2．厚靶周圍X射線強度的空間分布陽119第三節(jié)X射線與物質的相互作用一、X射線與物質相互作用系數二、光電效應(photoelectriceffect)

三、康普頓效應(Comptoneffect)五、X射線與物質的其它相互作用過程四、電子對效應(electricpaireffect)六、各種相互作用的相對重要性七、X射線基本特性第三節(jié)X射線與物質的相互作用一、X射線與物質相互作用系數120主要過程次要過程光電效應康普頓效應電子對效應相干散射光核反應第三節(jié)X射線與物質的相互作用主要過程次要過程光電效應康普頓效應電子對效應相干散射光核反應121X線光子進入生物組織電子沿徑跡損失能量康普頓效應電子對效應光電效應高速電子光子軔致輻射電離激發(fā)熱物化階段生化階段生物階段

射線與生物組織相互作用的結果X第三節(jié)X射線與物質的相互作用X線光子進入生物組織電子沿徑跡損失能量康普頓122多種相互獨立的作用1.線性衰減系數與截面一、X射線與物質相互作用系數截面單能平行X射線光子束水平入射-dN=

Nndx=n為線性衰減系數

單位：m2多種相互獨立的作用1.線性衰減系數與截面一、X射線與物質123一、X射線與物質相互作用系數1.線性衰減系數與截面一、X射線與物質相互作用系數1.線性衰減系數與截面124線性衰減系數μ各種相互作用的總線性衰減系數單位為m-1或cm-1質量衰減系數單位是m2kg-1或cm2g-1一、X射線與物質相互作用系數1.線性衰減系數與截面線性衰減系數μ各種相互作用的總線性衰減系數單位為m-1或cm1252.質能轉移系數和質能吸收系數線性能量轉移系數h─光子的能量Etr─轉移給帶電粒子的動能總轉移系數一、X射線與物質相互作用系數單位為m-1或cm-1等于各轉移系數之和光子在物質中穿行單位距離時，其總能量由于各種相互作用而轉移給帶電粒子動能的份額2.質能轉移系數和質能吸收系數線性能量轉移系數h─光子126質能轉移系數(massenergytransfercoefficient)質能吸收系數(massenergyabsorptioncoefficient)g為次級電子的動能因輻射而損失的份額。一、X射線與物質相互作用系數2.質能轉移系數和質能吸收系數，式中ρ為物質密度,是該能量的入射X射線光子穿過“質量厚度”為ρdl的物質層時，其總能量中因相互作用而轉移給帶電粒子動能的份額，E是入射X射線光子的能量，N是入射X射線光子數

質能轉移系數(massenergytransferco127二、光電效應(photoelectriceffect)1.作用過程二、光電效應(photoelectriceffect)1128h

:光子能量Ee:光電子的動能EB:原子第i層電子的結合能h=Ee+EB

2.作用系數光電線性衰減系數，符號光電質量衰減系數，符號二、光電效應(photoelectriceffect)1.作用過程光電效應發(fā)生的概率隨光子能量的變化h:光子能量h=Ee+EB2.作用系數光電線性衰129水鉛LK2.作用系數水和鉛的光電質量衰減系數與X射線光子能量的關系二、光電效應(photoelectriceffect)1keV10keV100keV1MeV10MeV光子能量光電質量衰減系數水鉛LK2.作用系數水和鉛的光電質量衰減系數與X射線光子能1303.光電子角分布二、光電效應(photoelectriceffect)3.光電子角分布二、光電效應(photoelectric1314.診斷放射學中的光電效應影像質量好1)無散射線，減少了照片灰霧射線通過光電效應可全部被人體吸收，增加L了受檢者的輻射劑量。2)增加吸收差別，對比度高利:弊:二、光電效應(photoelectriceffect)4.診斷放射學中的光電效應影像質量好1)無散射線，減132三、康普頓效應(Comptoneffect)1.作用過程三、康普頓效應(Comptoneffect)1.作用過程133三、康普頓效應(Comptoneffect)1.作用過程三、康普頓效應(Comptoneffect)1.作用過程1342.作用系數康普頓線性衰減系數，用符號“”表示康普頓質量衰減系數與入射光子能量之間的關系康普頓質量衰減系數，用符號“

”表示三、康普頓效應(Comptoneffect)2.作用系數康普頓線性衰減系數，用符號“”表示康普頓質量1353.散射光子和反沖電子的角分布散射光子0°～180°三、康普頓效應(Comptoneffect)0.1MeV1.0MeV10MeV康普頓散射光子的角分布3.散射光子和反沖電子的角分布散射光子0°～180°三1363.散射光子和反沖電子的角分布1.0MeV0.1MeV10MeV反沖電子0°～90°三、康普頓效應(Comptoneffect)

康普頓反沖電子的角分布3.散射光子和反沖電子的角分布1.0MeV0.1MeV11374.診斷放射學中的康普頓效應從受檢者身上產生的散射線能量與原射線相差很少，并且散射線比較對稱地分布在整個空間，醫(yī)生和技術人員必須重視，并采取相應的防護措施。(2)散射線增加了照片的灰霧，降低了影像的對比度，但與光電效應相比受檢者的劑量較低。三、康普頓效應(Comptoneffect)4.診斷放射學中的康普頓效應從受檢者身上產生的散射線能量1381.作用過程四、電子對效應(electricpaireffect)1.作用過程四、電子對效應(electricpair1391.作用過程四、電子對效應(electricpaireffect)1.作用過程四、電子對效應(electricpair1402.作用系數

當h

>2mec2時

當h>>2mec2時電子對線性衰減系數，用符號“”表示；電子對質量衰減系數，用符號“”表示。四、電子對效應(electricpaireffect)2.作用系數當h>2mec2時當h>>2me141五、X射線與物質的其它相互作用過程1.相干散射(coherentscattering)光子與原子核作用而發(fā)生的核反應。光核反應在診斷X射線能量范圍內不可能發(fā)生。相干散射質量衰減系數與原子序數和入射X射線光子能量的關系可表示為：2.光核反應不產生電離過程五、X射線與物質的其它相互作用過程1.相干散射(coher142六、各種相互作用的相對重要性1.總的衰減系數高能端部分電子對效應占優(yōu)勢2.各種相互作用的相對重要性10keV100MeV能量范圍的低能端部分光電效應占優(yōu)勢中間部分康普頓效應占優(yōu)勢六、各種相互作用的相對重要性1.總的衰減系數高能端部分電1432.各種相互作用的相對重要性六、各種相互作用的相對重要性2.各種相互作用的相對重要性六、各種相互作用的相對重要性144七、X射線的基本特性1.X射線穿透作用2.X射線熒光作用3.X射線電離作用4.X射線熱作用5.X射線的化學和生物效應X射線除具有電磁波的共性外，還具有以下的基本特性。易透性組織中等透射性組織不易透射性組織氣體脂肪組織結蒂組織肌肉組織軟骨血液骨骼

人體組織對X射線的穿透性七、X射線的基本特性1.X射線穿透作用2.X射線熒光作用145第四節(jié)X射線在物質中的衰減擴散衰減距離所致

X射線強度衰減的平方反比定律X射線攝影、透視及X-CT檢查的基本依據屏蔽防護設計的理論根據吸收衰減物質所致

強度減弱

第四節(jié)X射線在物質中的衰減擴散衰減X射線強度衰減的平方146一、單能X射線在物質中的衰減規(guī)律二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律三、X射線的濾過第四節(jié)X射線在物質中的衰減一、單能X射線在物質中的衰減規(guī)律二、連續(xù)X射線在物質中的衰147一、單能X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律

半價層(half-valuelayer,HVL)寬束X射線:積累因子B寬束B>1；理想窄束B=1近似計算一、單能X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質148二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律連續(xù)能譜窄束X射線衰減特點：X射線強度變小，硬度變大（質提高）1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律連續(xù)能譜窄束X射線衰減特點149二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律連續(xù)能譜窄束X射線衰減二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質150連續(xù)能譜X射線與單能X射線通過物質時衰減的比較二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律光子數水模厚度/cm100kV單能X射線100kV連續(xù)能譜X射線1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律連續(xù)能譜窄束X射線衰減連續(xù)能譜X射線與單能X射線通過物質時衰減的比較二、連續(xù)X射線151二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律連續(xù)能譜X射線隨吸收物質厚度的變化連續(xù)能譜窄束X射線衰減二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質152決定衰減程度的四個因素X射線本身的性質物質密度原子序數每千克物質含有的電子數二、連續(xù)X射線在物質中的衰減規(guī)律1.單能窄束X射線在物質中的衰減規(guī)律單能窄束X射線透過10cm水模的百分數能量（keV）透過百分數（%）能量（keV）透過百分數（%）203040500.042.57.010.0608010015013.016.018.022.0連續(xù)能譜窄束X射線衰減決定衰減程度的四個因素X射線本物質密度原子序數每千克物質二、153三、X射線的濾過固有濾過附加濾過總濾過X射線管出口放置一定均勻厚度的金屬，預先把X射線束中的低能成分吸收掉，將X射線的平均能量提高，這種過程就是所謂濾過。鋁當量（mmAl）是指一定厚度的鋁板與其它濾過材料相比，對X射線具有相同的衰減效果，此鋁板厚度就是該濾過材料的鋁當量。三、X射線的