普通X射线成像(ppt文档可编辑修改).ppt

第一章 普通X射线成像（General/traditional X-ray Imaging）第一节、第一节、X X射线管的特性射线管的特性(X射线管的结构、X射线的产生、X射线管的焦点及焦点的性能参量、X射线管的容量）第二节、第二节、X X射线辐射场的空间分布射线辐射场的空间分布（X射线的物理特征、X射线的强度、X射线的滤过和硬化、辐射场的角分布）第三节、第三节、X X射线在介质中的衰减射线在介质中的衰减（作用概率与截面、主要作用形式、扩散衰减、吸收衰减的规律）第四节、第四节、X X射线在人体组织内的衰减射线在人体组织内的衰减（混合物和化合物得质量衰减系数、化合物的有效原子序数、连续能谱X射线在物质中的衰减规律、X射线在人体组织内的衰减）第五节、第五节、X X射线透视与射线透视与 X X射线摄影射线摄影（X射线透视、X射线影像增强器、X射线摄影）第六节、特殊第六节、特殊X X射线摄影射线摄影（软X射线摄影、高千伏X射线摄影、体层摄影、X射线造影及造影剂）第七节、第七节、X X射线影像质量射线影像质量（评价医学影像质量的参数、影像X射线影像质量的因素）5/11/20241第一章普通X射线成像X射线的发现射线的发现德国科学家德国科学家(1845-1923)WilhelmConradRoentgen1895年发现X线X线投照线投照5/11/202421901190119011901伦琴伦琴伦琴伦琴 (Roentgen)(Roentgen)(Roentgen)(Roentgen)发发发发现现现现X X X X射射射射线线线线(1895)(1895)(1895)(1895)1914191419141914劳厄（劳厄（劳厄（劳厄（LaueLaueLaueLaue）晶晶晶晶体体体体的的的的X X X X射线衍射射线衍射射线衍射射线衍射1915191519151915布拉格父子布拉格父子布拉格父子布拉格父子 (Bragg)(Bragg)(Bragg)(Bragg)分分分分析析析析晶晶晶晶体结构体结构体结构体结构1917191719171917 巴克拉巴克拉巴克拉巴克拉 (BarklaBarklaBarklaBarkla)发现元素的标识发现元素的标识发现元素的标识发现元素的标识X X X X射线射线射线射线1924192419241924塞格巴恩塞格巴恩塞格巴恩塞格巴恩 (SiegbahnSiegbahnSiegbahnSiegbahn)X X X X射射射射线线线线光光光光谱学谱学谱学谱学1927192719271927康普顿康普顿康普顿康普顿(Compton(Compton(Compton(Compton等六人等六人等六人等六人)康康康康普普普普顿顿顿顿效应效应效应效应1936193619361936德拜德拜德拜德拜 (DebyeDebyeDebyeDebye)化学化学化学化学1946194619461946马勒马勒马勒马勒 (Muller)(Muller)(Muller)(Muller)医学医学医学医学1964196419641964霍奇金霍奇金霍奇金霍奇金 (Hodgkin)(Hodgkin)(Hodgkin)(Hodgkin)化学化学化学化学1979197919791979柯柯柯柯马马马马克克克克和和和和豪豪豪豪森森森森菲菲菲菲尔尔尔尔德德德德（Cormack/HounsfieldCormack/HounsfieldCormack/HounsfieldCormack/Hounsfield）医学医学医学医学1981198119811981 塞格巴恩塞格巴恩塞格巴恩塞格巴恩(SiegbahnSiegbahnSiegbahnSiegbahn)物理物理物理物理 5/11/20243X-RaysGammaRaysUltravioletRaysXRaysLightInfrared(IR)MicrowaveRadiowaveUsually detected as particles of energy(photons).Discovered in 1895 by Wilhelm Conrad Roentgen.10-9 m(1 nm)10-11 m(0.01 nm)“soft”“hard”5/11/20244第一节、第一节、X X射线管的特性射线管的特性n1、X射线管的结构n2、X射线的产生 n3、X射线管的焦点及焦点的性能参量 n4、X射线管的容量 5/11/202451.1.1 X1.1.1 X射线管的结构射线管的结构X X射线产生的必要条件射线产生的必要条件 I.电子源电子源（阴极）（阴极）;II.高压电场高压电场;III.必须有适当的阻挡物必须有适当的阻挡物(金属靶面金属靶面,阳极阳极)来承受高速电子来承受高速电子的能量，使高速电子所带的动能转变成的能量，使高速电子所带的动能转变成X射线射线;IV.高度真空高度真空(PV2V35/11/202419n1 1）连续谱的形状与靶的材料无关。）连续谱的形状与靶的材料无关。n2 2）连续谱存在一最大的能量值，它取决于）连续谱存在一最大的能量值，它取决于管电压。管电压。n3）标识辐射的标识辐射的X射线波长射线波长是由跃迁的电子是由跃迁的电子能量差能量差决定的，与高速电子的能量（管电决定的，与高速电子的能量（管电压）无直接关系，主要决定于靶物质的压）无直接关系，主要决定于靶物质的原原子序数子序数，原子序数越高，产生的标识辐射的波长越短。5/11/2024201.1.3 X1.1.3 X射线管的焦点及射线管的焦点及 焦点的性能参量焦点的性能参量实际焦点实际焦点 灯丝发射的电子，经聚焦加速后，透射在阳极靶上的面积。灯丝发射的电子，经聚焦加速后，透射在阳极靶上的面积。有效焦点有效焦点 X X射线管的实际焦点在垂直于射线管的实际焦点在垂直于X X射线管轴线方向上投射线管轴线方向上投 影的面积，即影的面积，即X X射线照射在胶片上的有效面积。射线照射在胶片上的有效面积。两个焦点都具有面积的量纲，它们之间通过靶角两个焦点都具有面积的量纲，它们之间通过靶角（target angle）建立起一定关系。建立起一定关系。有效焦点面积实际焦点面积有效焦点面积实际焦点面积sinsin 靶角越小，有效焦点的长度越小，靶角越小，有效焦点的长度越小，即有效焦点的面积也越小。即有效焦点的面积也越小。实际焦点的大小直接影响实际焦点的大小直接影响X X射线管的射线管的散热和影像的清晰度。面积越大，散热和影像的清晰度。面积越大，对散热越有利。但有效焦点的面积对散热越有利。但有效焦点的面积也将增大，必然引起在胶片上所成也将增大，必然引起在胶片上所成影像的清晰度影像的清晰度 5/11/202421X X射线管焦点性能参量射线管焦点性能参量 1 1）X X射线管焦点的方位特性射线管焦点的方位特性2 2）焦点的焦点的X X线量分布线量分布 3 3）管球焦点对成像的影响管球焦点对成像的影响 5/11/202422X射线管焦点的方位特性射线管焦点的方位特性在在X X射线管的管轴垂直方向上投影得到有效焦点，投影的方射线管的管轴垂直方向上投影得到有效焦点，投影的方位不同，有效焦点的尺寸也不一样。越靠近位不同，有效焦点的尺寸也不一样。越靠近X X射线管阴极方射线管阴极方向所得到的焦点越大，而越靠向向所得到的焦点越大，而越靠向X X射线管阳极方向所得焦点射线管阳极方向所得焦点越小。越小。Return5/11/202423焦点的焦点的X线量分布线量分布n n1 1 1 1、X X X X光子数目；光子数目；光子数目；光子数目；n n2 2 2 2、每个、每个、每个、每个X X X X光子的平均能量。光子的平均能量。光子的平均能量。光子的平均能量。X X X X射线的量就是射线的量就是射线的量就是射线的量就是X X X X射线能量在某一时间内的积累，单位时间的射线能量在某一时间内的积累，单位时间的射线能量在某一时间内的积累，单位时间的射线能量在某一时间内的积累，单位时间的X X X X射线的量就是射线的量就是射线的量就是射线的量就是X X X X射线的强度。射线的强度。射线的强度。射线的强度。在在X X射线管中，射线管中，X X射线强度的分布是不均匀分布。原因有两个：射线强度的分布是不均匀分布。原因有两个：1 1）抵达靶面各处的电子密度不尽相同）抵达靶面各处的电子密度不尽相同 靶面上各处辐射的靶面上各处辐射的X X光子数密度不尽相同；光子数密度不尽相同；2)2)抵达靶面上各处的电子与靶原子作用的情况千差万别抵达靶面上各处的电子与靶原子作用的情况千差万别 靶面上各处辐射的单个靶面上各处辐射的单个X X光子的能量千差万别。光子的能量千差万别。5/11/202424阶梯直槽的电位分布及电子轨迹阶梯直槽的电位分布及电子轨迹 聚焦槽的形状及深度对电子集射影响很大。可通过选取适当聚焦槽的形状及深度对电子集射影响很大。可通过选取适当的槽深及灯丝的相对深度，使主、副焦点重合，形成双峰分的槽深及灯丝的相对深度，使主、副焦点重合，形成双峰分布的焦点。医学诊断用布的焦点。医学诊断用X X射线管的焦点宽度上射线管的焦点宽度上X X射线强度的分射线强度的分布一般是双峰分布。布一般是双峰分布。Return5/11/202425管球焦点对成像的影响管球焦点对成像的影响n n有效焦点大小的影响有效焦点大小的影响有效焦点大小的影响有效焦点大小的影响：有效焦点越小，得到的影像越清晰。：有效焦点越小，得到的影像越清晰。：有效焦点越小，得到的影像越清晰。：有效焦点越小，得到的影像越清晰。当有效焦点为点光源时，胶片上的图像界线分明，图像边当有效焦点为点光源时，胶片上的图像界线分明，图像边当有效焦点为点光源时，胶片上的图像界线分明，图像边当有效焦点为点光源时，胶片上的图像界线分明，图像边界的清晰度高；当有效焦点是面积为界的清晰度高；当有效焦点是面积为界的清晰度高；当有效焦点是面积为界的清晰度高；当有效焦点是面积为S S S S，线度为，线度为，线度为，线度为ABABABAB的面光源的面光源的面光源的面光源时，胶片上图像边缘区域时，胶片上图像边缘区域时，胶片上图像边缘区域时，胶片上图像边缘区域P P P P由于线光源由于线光源由于线光源由于线光源ABABABAB不能完全投照其上不能完全投照其上不能完全投照其上不能完全投照其上而出现而出现而出现而出现半阴影半阴影半阴影半阴影，这种半阴影在，这种半阴影在，这种半阴影在，这种半阴影在X X X X射线影像中称为射线影像中称为射线影像中称为射线影像中称为半影半影半影半影，半影，半影，半影，半影的出现影响着影像的清晰度，使影像的边缘模糊不清，严的出现影响着影像的清晰度，使影像的边缘模糊不清，严的出现影响着影像的清晰度，使影像的边缘模糊不清，严的出现影响着影像的清晰度，使影像的边缘模糊不清，严重时甚至造成影像无从辨认。重时甚至造成影像无从辨认。重时甚至造成影像无从辨认。重时甚至造成影像无从辨认。5/11/202426半影半影缩小半影的方法缩小半影的方法：缩小有效焦点面积缩小有效焦点面积S；缩短被摄部位与胶片缩短被摄部位与胶片间的距离。间的距离。5/11/202427管球焦点对成像的影响管球焦点对成像的影响n n焦点面上焦点面上焦点面上焦点面上X X X X射线强度的分布不均匀产生的射线强度的分布不均匀产生的射线强度的分布不均匀产生的射线强度的分布不均匀产生的影响影响影响影响：若有效焦点的大小相同，但在焦：若有效焦点的大小相同，但在焦：若有效焦点的大小相同，但在焦：若有效焦点的大小相同，但在焦点面上点面上点面上点面上X X X X射线强度的分布不均匀，那么所射线强度的分布不均匀，那么所射线强度的分布不均匀，那么所射线强度的分布不均匀，那么所成影像的分辨率不同，也将使密度分辨成影像的分辨率不同，也将使密度分辨成影像的分辨率不同，也将使密度分辨成影像的分辨率不同，也将使密度分辨率变差。焦点中央率变差。焦点中央率变差。焦点中央率变差。焦点中央X X X X射线强度越强，半影射线强度越强，半影射线强度越强，半影射线强度越强，半影的影响越小，即高斯分布的的影响越小，即高斯分布的的影响越小，即高斯分布的的影响越小，即高斯分布的X X X X射线强度产射线强度产射线强度产射线强度产生的生的生的生的X X X X射线影像具有较高的分辨力。其次射线影像具有较高的分辨力。其次射线影像具有较高的分辨力。其次射线影像具有较高的分辨力。其次是矩形的均匀分布，又称矩形分布。分是矩形的均匀分布，又称矩形分布。分是矩形的均匀分布，又称矩形分布。分是矩形的均匀分布，又称矩形分布。分辨力最差的是双峰分布。辨力最差的是双峰分布。辨力最差的是双峰分布。辨力最差的是双峰分布。Return5/11/2024281.1.4 X射线管的容量射线管的容量 n n大量速度极高的电子打在阳极靶上将产生很多热量，允许产大量速度极高的电子打在阳极靶上将产生很多热量，允许产大量速度极高的电子打在阳极靶上将产生很多热量，允许产大量速度极高的电子打在阳极靶上将产生很多热量，允许产热热热热(或能承受热量或能承受热量或能承受热量或能承受热量)的最大负荷量，称为的最大负荷量，称为的最大负荷量，称为的最大负荷量，称为X X X X射线管的容量。射线管的容量。射线管的容量。射线管的容量。n n影响容量的因素有：影响容量的因素有：影响容量的因素有：影响容量的因素有：n n实际焦点的大小实际焦点的大小实际焦点的大小实际焦点的大小n n管电压的高低管电压的高低管电压的高低管电压的高低n n管电流的大小管电流的大小管电流的大小管电流的大小n nX X X X射线管连续使用时间射线管连续使用时间射线管连续使用时间射线管连续使用时间n n焦点上电子分布的情况焦点上电子分布的情况焦点上电子分布的情况焦点上电子分布的情况 n n阳极的构造及冷却方式阳极的构造及冷却方式阳极的构造及冷却方式阳极的构造及冷却方式5/11/202429X X射线管容量的计算射线管容量的计算 通常用其最高管电压与管电流的乘积来表示通常用其最高管电压与管电流的乘积来表示 例：例：一给定的一给定的X X射线管，额定管电压为射线管，额定管电压为200kV200kV，额定管电流，额定管电流为为20mA20mA，求其容量。，求其容量。解：解：容量（单位：（单位：kWkW）管电压有效值（单位：管电压有效值（单位：kVkV）管电流（单位：管电流（单位：mAmA)5/11/202430n小焦点可使影像清晰。但是焦点越小，在焦点上集聚的能量越高，产生的热量也就越高。因为只有约0.5%的电能转化为X射线的能量，99.5%以上的能量转化为热能。最终将导致焦点面熔化。解决办法：双焦点技术、旋转阳极技术和水或油循环冷却技术5/11/202431在透视时使用小焦点在透视时使用小焦点在摄影时使用大焦点在摄影时使用大焦点高高压压正正KV负负KV大焦大焦灯丝灯丝小焦小焦灯丝灯丝大焦灯丝大焦灯丝变压器变压器小焦灯丝小焦灯丝变压器变压器CLCCS阳极阳极双焦点技术双焦点技术双焦点技术双焦点技术5/11/202432旋转阳极技术旋转阳极技术旋转阳极技术旋转阳极技术 通过阳极旋转来扩大焦点面积，提高球通过阳极旋转来扩大焦点面积，提高球管的散热率，从而提高球管的功率。管的散热率，从而提高球管的功率。旋转阳极球管旋转阳极球管旋转速率有旋转速率有2700rpm、8500rpm(3倍频倍频)，甚至，甚至16000rpm(6倍频倍频)。旋转阳极球管的靶面旋转阳极球管的靶面5/11/202433水或油循环冷却技术水或油循环冷却技术水或油循环冷却技术水或油循环冷却技术真空真空油油在在CT中使用油循环中使用油循环X线管线管在心血管造影机在心血管造影机X线机中使用水循环线机中使用水循环X线球管线球管5/11/202434第二节、第二节、X X射线辐射场的空间分布射线辐射场的空间分布n1、X射线的物理特征n2、X射线的强度 n3、X射线的滤过和硬化 n4、辐射场的角分布 5/11/202435 本质与普通光线一样，都属电磁波，但波长比可见本质与普通光线一样，都属电磁波，但波长比可见光更短，介于紫外线与光更短，介于紫外线与射线之间。射线之间。与普通光线一样与普通光线一样具有具有微粒微粒波动二重性，每个波动二重性，每个X X射线光子具有一定的能射线光子具有一定的能量量E=E=h h，并以光的速度直线传播。同时服从光的反射、，并以光的速度直线传播。同时服从光的反射、折射、散射和衍射等一般规律。折射、散射和衍射等一般规律。X X射线不带电，它不受外界磁场或电场的影响。射线不带电，它不受外界磁场或电场的影响。1.2.1 X射线的物理特征5/11/2024361 1、贯穿本领、贯穿本领 X X射线的波长很短，对各种物质都具有程度不同的穿透能力。射线的波长很短，对各种物质都具有程度不同的穿透能力。影响因素影响因素：与与X X射线的射线的能量能量、被穿透、被穿透物质结构物质结构和和原子性质原子性质有关。有关。同一同一X X射线，对原子序数较低元素组成的物体贯穿本领较强，对射线，对原子序数较低元素组成的物体贯穿本领较强，对原子序数较高元素组成的物体贯穿本领相对较弱。原子序数较高元素组成的物体贯穿本领相对较弱。X X射线对人体不同组织的穿透性不同射线对人体不同组织的穿透性不同X X射线医学影像学的基础射线医学影像学的基础 人体组织对人体组织对X X射线的穿透性射线的穿透性 易透射组织易透射组织 中等透射性组织中等透射性组织 不易透射性组织不易透射性组织 气气 体体 结缔组织结缔组织 骨骼骨骼 肌肉组织肌肉组织 脂肪组织脂肪组织 软骨软骨 血液血液 5/11/2024372 2、荧光作用、荧光作用 当射线照射某种物质时，能够发出荧光，具有这种光特性的当射线照射某种物质时，能够发出荧光，具有这种光特性的物质称为物质称为荧光物质荧光物质。如如钨酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉钨酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉等荧光物质受等荧光物质受X X射射线照射时，物质原子被激发或电离，当被激发的原子恢复到基态时，线照射时，物质原子被激发或电离，当被激发的原子恢复到基态时，便可放出荧光。便可放出荧光。X X射线荧光作用的应用：射线荧光作用的应用：X X射线透视荧光屏、增感屏、影像增强器、闪烁计数器等。射线透视荧光屏、增感屏、影像增强器、闪烁计数器等。3 3、电离作用、电离作用 具有足够能量的具有足够能量的X X射线光子不仅可从原子中击脱电子产生射线光子不仅可从原子中击脱电子产生一次一次电离电离，脱离了原子的电子还能与其他原子碰撞产生，脱离了原子的电子还能与其他原子碰撞产生二次电离。二次电离。X X射线电离作用的应用：射线电离作用的应用：X X射线剂量仪器探头原理及射线剂量仪器探头原理及X X射线损伤和治疗的基础。射线损伤和治疗的基础。5/11/2024384 4、X X射线的化学和生物特性射线的化学和生物特性 1 1）、感光作用）、感光作用 X X射线与可见光一样，可使射线与可见光一样，可使胶片感光胶片感光。胶片乳剂中的溴化银受胶片乳剂中的溴化银受X X射线照射感光，经化学显影，还射线照射感光，经化学显影，还原出黑色的金属银颗粒，其黑度取决于感光程度。原出黑色的金属银颗粒，其黑度取决于感光程度。X X射线摄影即射线摄影即是利用其化学感光作用，使组织影像出现在胶片上。是利用其化学感光作用，使组织影像出现在胶片上。2 2）、）、脱水作用脱水作用/着色作用着色作用 某些物质经某些物质经X X射线长期照射后，因结晶体脱水而逐渐改变射线长期照射后，因结晶体脱水而逐渐改变颜色。如荧光屏、增感纸、铅玻璃等经颜色。如荧光屏、增感纸、铅玻璃等经X X射线长期照射后都会逐射线长期照射后都会逐渐变色。渐变色。3 3）、生物效应）、生物效应 X X射线在生物体内能产生电离及激发作用，也就是使生物产生生物效应，它是射线在生物体内能产生电离及激发作用，也就是使生物产生生物效应，它是放射治疗的基础，也是射线工作者应注意防护的原因。放射治疗的基础，也是射线工作者应注意防护的原因。5/11/202439X射线在空间某点的强度：单位时间内通过单位横截面积的辐射线在空间某点的强度：单位时间内通过单位横截面积的辐射能量。射能量。在医学应用中，常用在医学应用中，常用X射线的射线的量量和和质质表示表示X射线的强度。射线的强度。单色单色X射线强度：射线强度：I I=N N h h 复色复色X射线强度：射线强度：I I总总=NNi i h hi i=N=N1 1 h h1 1+N+N2 2 h h2 2+N+N3 3 h h1 1+X射线束内射线束内的光子数目的光子数目X射线光射线光子的能量子的能量1.2.2 X射线的强度（Intensity of X-rays)5/11/202440影响连续影响连续X射线强度的因素射线强度的因素靶物质靶物质 IZIZ 管电流管电流 IiIi 管电压管电压 IIU U2 25/11/202441X射线的量与质的表示射线的量与质的表示：X射线的量：管电流射线的量：管电流曝光时间（曝光时间（mAs）X射线的质：管电压（射线的质：管电压（kV）X射线的质射线的质/线质一般用于表示线质一般用于表示X射线的硬度射线的硬度(hardnessofX-ray)X射线的三个参量：射线的三个参量：管电压管电压(kVp)管电流管电流(mA)曝光时间曝光时间(s)在在X线管加上线管加上高压产生高压产生X射射线的时间线的时间穿透物质穿透物质的能力的能力X射线射线阳极阳极阴极阴极灯丝灯丝变压器变压器高压高压变压器变压器管电压管电压管电流管电流5/11/202442X射线质的分类及用途射线质的分类及用途产生硬产生硬X X射线，除了选用高的管电压和选用原子序数较大的材射线，除了选用高的管电压和选用原子序数较大的材料做阳极靶外，还应选择原子序数较大和厚度较大的滤过板。料做阳极靶外，还应选择原子序数较大和厚度较大的滤过板。产生软产生软X X射线则相反，除选用低的管电压和用原子序数较小的射线则相反，除选用低的管电压和用原子序数较小的材料做阳极靶外，还需要采用特殊结构的软材料做阳极靶外，还需要采用特殊结构的软X X射线设备，即用射线设备，即用铍制成的铍制成的X X射线输出窗口。射线输出窗口。X X射线影像采用的是前两种较软的射线影像采用的是前两种较软的X X射线。射线。名称名称最短波最短波长长()管管电压电压(kV)用途用途滤过滤过板材料板材料极极软软X射射线线2.50.62520软组织摄软组织摄影、表皮治影、表皮治疗疗胶胶纸纸板板软软X射射线线0.620.1220100透透视视与与摄摄影影铝铝片片硬硬X射射线线0.120.05100250较较深深组织组织治治疗疗铜铜片片超硬超硬X射射线线0.05以下以下250以上以上深部深部组织组织治治疗疗锡锡、铅铅5/11/202443固有滤过：固有滤过：从从X射线管阳极发射出的原级射线管阳极发射出的原级X射线穿过管壁后，射线穿过管壁后，被吸收一部分。被吸收一部分。附加滤过：附加滤过：在在X射线管射出的射线管射出的X射线到达被投照部位前放置射线到达被投照部位前放置一定物质产生的滤过。一定物质产生的滤过。附加滤过可使：附加滤过可使：X射线总强度减小射线总强度减小波长分布均匀波长分布均匀平均硬度提高平均硬度提高半价层：半价层：使使X射线的强度减弱到其初始值一半时所需的滤射线的强度减弱到其初始值一半时所需的滤过板厚度。反映过板厚度。反映X射线束的穿透能力。射线束的穿透能力。半价层的单位必须包括半价层的单位必须包括滤过板材料滤过板材料和和厚度厚度两部分。两部分。例如：一束例如：一束X射线穿过射线穿过2mm厚的标准铝板后，其强度减弱厚的标准铝板后，其强度减弱了一半，则可称这束了一半，则可称这束X射线的半价层为射线的半价层为2mm铝。铝。1.2.3 X射线的滤过和硬化5/11/202444n n从阳极靶上发射的从阳极靶上发射的X X射线在不同的方位角上，辐射线在不同的方位角上，辐射强度不同。这种不均匀分布称为射强度不同。这种不均匀分布称为辐射强度空辐射强度空辐射强度空辐射强度空间分布或辐射场的角分布间分布或辐射场的角分布间分布或辐射场的角分布间分布或辐射场的角分布。它主要取决于入射。它主要取决于入射电子的能量、靶物质及靶厚度等因素。电子的能量、靶物质及靶厚度等因素。n n薄靶周围薄靶周围X X射线强度的角分布射线强度的角分布 n n厚靶产生的厚靶产生的X X射线空间分布射线空间分布1.2.4 辐射场的角分布辐射场的角分布 5/11/202445薄靶周围X射线强度的角分布低能电子束冲击薄靶产生的 X射线强度分布，主要集中在与电子束成垂直的方向上；沿着电子束方向上 X射线强度相对较小；与电子束相反方向上 X射 线强度近似为零。靶越薄，上述结论越正确。根据薄靶产生 X射线的空间分布的特点，在管电压较低时，利用反射式靶在技术上很有好处；但对使用超高压 X射线管时，管电压过高，考虑能量分布因素，则需采用穿透式靶，电子从靶的一面射入，X射线从另一面射出。加速器产生的 高 能 X射 线 用 的 就 是 穿 透 式 靶。Return5/11/202446厚靶产生的厚靶产生的X射线空间分布射线空间分布n n用用于于医医疗疗诊诊断断方方面面的的用用于于医医疗疗诊诊断断方方面面的的 X X X X射射线线管管，射射线线管管，其其阳阳极极靶靶较较厚厚。当当高高能能电电子子轰轰其其阳阳极极靶靶较较厚厚。当当高高能能电电子子轰轰击击靶靶面面时时，不不仅仅与与靶靶面面原原子子相相击击靶靶面面时时，不不仅仅与与靶靶面面原原子子相相互互作作用用辐辐射射互互作作用用辐辐射射 X X X X射射线线，而而且且还还穿穿透透射射线线，而而且且还还穿穿透透到到靶靶物物质质内内部部的的一一定定深深度度，因因到到靶靶物物质质内内部部的的一一定定深深度度，因因此此，除除了了靶靶表表面面辐辐射射此此，除除了了靶靶表表面面辐辐射射 X X X X射射线线外外，射射线线外外，在在靶靶的的深深层层，也也能能向向外外辐辐射射在在靶靶的的深深层层，也也能能向向外外辐辐射射 X X X X射射射射线线。如如图图线线。如如图图 1 1-2 21 11 1-2 21 1，越越靠靠近近，越越靠靠近近 O O C C O O C C 方方向向，方方向向，穿穿过过靶靶的的厚厚度度越越厚厚，靶靶本本身身对对穿穿过过靶靶的的厚厚度度越越厚厚，靶靶本本身身对对它它的的吸吸收收也也越越多多；越越靠靠近近它它的的吸吸收收也也越越多多；越越靠靠近近 O OA AO OA A 方方方方向向，靶靶 对对 它它 吸吸 收收 越越 少少。向向，靶靶 对对 它它 吸吸 收收 越越 少少。5/11/202447第三节、第三节、X X射线在介质中的衰减射线在介质中的衰减n1、作用概率与截面n2、主要作用形式 n3、扩散衰减 n4、吸收衰减的规律5/11/2024481.3.1 1.3.1 作用概率与截面作用概率与截面n n作用概率作用概率作用概率作用概率：表示射线通过物质层时强度的相对减弱，也表示射线通过物质层时强度的相对减弱，也表示一个粒子与物质相互作用的概率。表示一个粒子与物质相互作用的概率。I I0 0为入射强度，为入射强度，I I为出射强度，为出射强度，I=I-II=I-I0 0，-I/II/I0 0表示表示束流减弱的程度。束流减弱的程度。n n作用截面作用截面作用截面作用截面：一个入射粒子与一个靶粒子发生相互作用的一个入射粒子与一个靶粒子发生相互作用的概率。概率。N N为靶物质的靶粒子密度（单位体积内的靶粒子数），为靶物质的靶粒子密度（单位体积内的靶粒子数），X X为靶物质的厚度。为靶物质的厚度。5/11/202449射线强度与作用截面之间的关系射线强度与作用截面之间的关系显 然 N就是线性衰减系数，可见作用截面与衰减系数，只是 同 一 物 理 性 质 的 不 同表示方式。5/11/202450.光电效应光电效应(photoelectriceffect)X X射线光子的能量射线光子的能量全部给予全部给予壳层电子，一部分使其克服核的壳层电子，一部分使其克服核的结合能脱离轨道，成为光电子，另一部分则作为光电子动能结合能脱离轨道，成为光电子，另一部分则作为光电子动能被带走。被带走。发生光电效应时，光电子从原子内壳层出射后，外壳层的电发生光电效应时，光电子从原子内壳层出射后，外壳层的电子将填补空穴，随之辐射出标识子将填补空穴，随之辐射出标识X X射线。射线。光电效应光电效应的产物：光电子、正离子的产物：光电子、正离子(产生光电子的原子产生光电子的原子 )、新的光子（标识辐射光子）新的光子（标识辐射光子）+X X射射线光电效应光电效应光电子光电子光电效应的能量供受关系：光电效应的能量供受关系：Ee：电子的动能：电子的动能Ex:X:X射射线的能量的能量 EiEi:第第i i层电子子结合能合能51内光电效应内光电效应产生几率与X射线光子能量的三次方成反比，与物质原子序数的四次方成正比。1.3.2 主要作用形式 5/11/202451n光电效应光电效应 在光电子出射方向上，光在光电子出射方向上，光在光电子出射方向上，光在光电子出射方向上，光电子的数量与入射电子的数量与入射电子的数量与入射电子的数量与入射X X X X射线的射线的射线的射线的能量有关。能量有关。能量有关。能量有关。5/11/202452.Compton效应效应(Comptonscattering)入射入射X射线与物质原子束缚较弱的电子相碰撞，光子的一射线与物质原子束缚较弱的电子相碰撞，光子的一部分能量传给电子，并将它从原子中击出（反冲电子），能部分能量传给电子，并将它从原子中击出（反冲电子），能量减小了的光子，波长增大并且改变运动方向，成为散射光量减小了的光子，波长增大并且改变运动方向，成为散射光子。这种改变波长和方向的散射称为康普顿散射。子。这种改变波长和方向的散射称为康普顿散射。康普顿散射的产物：康普顿散射的产物：散射光子、反冲电子、正离子散射光子、反冲电子、正离子康普顿散射是康普顿散射是X射线在生物组织内衰减射线在生物组织内衰减的主要原因。的主要原因。+入射入射X X射线射线Compton效应效应Compton电子电子出射出射X X射线射线Compton效应的能量供受关系：效应的能量供受关系：Ee：电子的动能：电子的动能Ex:X:X射射线的能量的能量 :散射角（如散射角（如图）m me eC C2 2:电子的静子的静态质量能量能 5/11/202453康普顿散射原理图5/11/202454+X X射射线正电子正电子电子对效应电子对效应负电子负电子电子对效应的能量供受关系：电子对效应的能量供受关系：Ee：电子的动能：电子的动能Ex:X:X射射线的能量的能量 m me eC C2 2:电子的静子的静态质量量能能.电子对效应电子对效应(electricpaireffect)入射入射X射线光子进入吸收物质行近原子核时，受到原射线光子进入吸收物质行近原子核时，受到原子核电场的作用，会突然消失而转换成一个正电子和一子核电场的作用，会突然消失而转换成一个正电子和一个负电子，这一现象称为个负电子，这一现象称为电子对效应。电子对效应。一个电子的静止能量为一个电子的静止能量为0.511MeV,故电子对效应中的故电子对效应中的电子总动能为：电子总动能为：E2e=h-1.022MeV 如果入射光子能量超过如果入射光子能量超过1.022MeV，则超过部分就将成为所产生的电子则超过部分就将成为所产生的电子对的动能。对的动能。5/11/202455各种作用发生的相对几率各种作用发生的相对几率5/11/202456n n引起引起引起引起X X X X射线在物质内传播过程中的强度减弱，包括射线在物质内传播过程中的强度减弱，包括射线在物质内传播过程中的强度减弱，包括射线在物质内传播过程中的强度减弱，包括扩散衰扩散衰扩散衰扩散衰减（能量分散）和吸收衰减（与物质相互作用）减（能量分散）和吸收衰减（与物质相互作用）减（能量分散）和吸收衰减（与物质相互作用）减（能量分散）和吸收衰减（与物质相互作用）两方面。两方面。两方面。两方面。n n扩散衰减：扩散衰减：扩散衰减：扩散衰减：若不考虑介质的吸收，在半径不同的球面上，若不考虑介质的吸收，在半径不同的球面上，若不考虑介质的吸收，在半径不同的球面上，若不考虑介质的吸收，在半径不同的球面上，X X X X射线强度的减弱遵守反平方规律：射线强度的减弱遵守反平方规律：射线强度的减弱遵守反平方规律：射线强度的减弱遵守反平方规律：式中式中式中式中I I I I1 1 1 1、I I I I2 2 2 2分别表示半径为分别表示半径为分别表示半径为分别表示半径为r r r r1 1 1 1和和和和r r r r2 2 2 2的球面上的球面上的球面上的球面上X X X X射线的强度。射线的强度。射线的强度。射线的强度。应注意此式只适用于点源的球面发射；故在一般的应注意此式只适用于点源的球面发射；故在一般的应注意此式只适用于点源的球面发射；故在一般的应注意此式只适用于点源的球面发射；故在一般的X X X X射线射线射线射线影像中，改变影像中，改变影像中，改变影像中，改变X X X X射线管焦点到胶片的距离来调节射线管焦点到胶片的距离来调节射线管焦点到胶片的距离来调节射线管焦点到胶片的距离来调节X X X X射线的强射线的强射线的强射线的强度。度。度。度。1.3.3 扩散衰减扩散衰减 5/11/202457.吸收衰减的规律吸收衰减的规律 由能量相同的光子组成的由能量相同的光子组成的X X射线称为单能射线称为单能X X射线。射线。X X射线中不存在射线中不存在散射成分时，称为窄束散射成分时，称为窄束X X射线射线。单能窄束单能窄束X X射线在物质中的衰减：射线在物质中的衰减：令令X0X01.3.4吸收衰减的规律5/11/202458I I为为穿穿过过某某一一物物质质后后的的X射线强度；射线强度；I I0 0为为射射入入该该物物质质之之前前的的X射线强度；射线强度；为为该该物物质质的的吸吸收收系系数数（不不同同物物质质的的值值不不同同，由由物物质质的的物理特性决定）；物理特性决定）；X X X X为该物质的厚度为该物质的厚度；I I0 X衰减公式：衰减公式：衰减公式：衰减公式：衰减方程：衰减方程：衰减方程：衰减方程：595/11/202459两个概念：两个概念：线性衰减系数线性衰减系数、质量衰减系数质量衰减系数m m 线性衰减系数：线性衰减系数：或或 (单单位：位：m m-1)-1)线性衰减系数线性衰减系数的的物理意义：物理意义：X X射射线线穿穿过单过单位厚度的物位厚度的物质质薄薄层时层时，强强 度减弱的百分数。度减弱的百分数。线性衰减系数作用截面线性衰减系数作用截面靶粒子密度靶粒子密度 质量衰减系数：质量衰减系数：当入射当入射X X射线能量一定，吸收物质一定射线能量一定，吸收物质一定 （单位：（单位：)时时，线线性衰减系数与物性衰减系数与物质质密度成正比。密度成正比。为消除为消除的相关性，引入质量衰减系数：的相关性，引入质量衰减系数：质质量厚度量厚度 5/11/202460几种常见物质在不同光子能量时的质量衰减系数:()光子能量光子能量氢氢碳碳氧氧氮氮钠钠镁镁碘碘氩氩钾钾钙钙MeV0.0109.921040.1490.5600.3421.452.094.016.207.709.980.0151.101030.05170.1490.09160.4430.6091.191.942.462.890.0201.331030.02030.05890.03600.1770.2470.500.8311.051.25衰减公式：衰减公式：质量厚度质量厚度质量衰减系数质量衰减系数5/11/202461Attenuation CoefficientAttenuation coefficients tell you the“x-ray blocking power”of a mat