X射线辐射源培训.ppt

1,医用诊断X射线辐射源的检定,xxx,2,培训目的 1.通过系统学习了解掌握X线机基本构造 2.了解X线物理、测量与防护知识 3.掌握X线辐射源的检定方法与技术 4.掌握常见标准器的使用方法 5.通过实验见习了解机器的操作使用 6.原始记录处理与证书,3,第一部分 X射线的物理知识与防护,4,最简单的X线机球管,X线的基本物理知识,5,X线机的进步,X线的基本物理知识,6,X线的基本物理知识,7,新技术平台上的放射影像全面数字化,放射医学影像的发展：,传统成像技术 X射线平片摄影 X射线胃肠点片摄影 血管造影快速换片造影 电影小片机高速摄影,间接数字成像技术 数字CCD照像、CR数字照相技术 数字胃肠造影DSI 血管造影数字图像DSA 数字心血管造影,直接数字成像技术 FPDDR FPDR/F FPDVascular FPDCardiac,X线的基本物理知识,8,电子与靶物质原子的作用：与核外电子的非弹性碰撞，与原子核的非弹性碰撞，与原子核的弹性碰撞，与原子核的核反应。,X射线的产生机制,X线的基本物理知识,9,X 射 线 能 谱,在阴极电子高速撞击阳极的过程中，X线的产生机制共有两种： 1.标识放射 （即特征放射） 2.轫致辐射 （连续辐射）,X线的基本物理知识,10,与核外电子的非弹性碰撞中，轨道电子获得能量有的成为自由电子，有的电子获得能量后从低能级跃迁到高能级（激发态），处于激发态的原子不稳定，跃迁到高能级的电子释放出X线回到基态，这就是标识放射（即特征放射）。 在X线的产生中，特征X线只占很小的一部分，在诊断中并不重要。,特征辐射的形成机制,X线的基本物理知识,11,特征X射线的能量（波长或频率）只决定于靶物质的原子序数（靶特性），与其他因素无关 。 在医用诊断中的X线只有K系特征X线有用，其他L、M、N等各系由于波长较长，能量较低，均被X线管壁和滤过板吸收。,X线的基本物理知识,12,在与原子核的非弹性碰撞中，电子的运动方向和速度发生变化，电子的一部分动能就转化为具有连续能谱的X线辐射出来称为轫致辐射（连续辐射）。,轫致辐射的形成机制,X线的基本物理知识,13,根据经典电动力学，带电粒子作加速或减速运动时必然伴随电磁辐射。由于在作为靶的原子核电磁场作用下，带电粒子的速度是连续变化的，所以轫致辐射的X射线谱往往是连续谱 。,轫致辐射 连续谱,X线的基本物理知识,14,影响X线产生的主要因素 X线管的靶物质 管电压 管电流 高压波形等,X线的基本物理知识,15,连续辐射的强度,连续辐射X线的强度与管电流，管电压平方，阳极靶物质的原子序数成正比。 即：I连 = K1 i Z V （K1为常数约等于1.110-191.410-19）,管电流愈大，从灯丝发出的热电子愈多，撞击阳极靶面的电子增多，碰撞的几率就愈大，产生的X射线强度愈大；管电压增加，虽电子数不变，但每个电子获得的能量增大，结果是X线的短波成分增多，碰撞次数增多；靶原子序数愈高，辐射损失率愈大即辐射几率愈大。,X线的基本物理知识,16,阳极效应,X线管中产生的X射线，在各个方向上的分布是不均匀的，它与靶物质、靶厚度、管电压、灯丝形状等因素有关。通常靠近X线管阳极端的射线强度最弱，而靠近阴极端的强度最强，这个现象称为阳极效应 。,X线的基本物理知识,17,阳极效应的临床应用 如在拍摄腰椎正位片时，应把腰椎的上部置于X线管的阳极侧，腰椎的下部置于阴极一边，这样就能拍出密度均匀的照片。,X线的基本物理知识,18,X线的本质,X()线与无线电波、红外线、可见光、紫外线一样，都是电磁辐射，具有波粒二象性。 在干涉、衍射、偏振这些现象上表现出波动性，波长比紫外线更短。 同时， X()线是一种不带电的电离粒子，在与物质的相互作用过程中又表现出粒子性。,X线的基本物理知识,19,X线的特性,一.物理效应 1.穿透作用 构成各组织影像/防护的基础 2.荧光作用 制成器件（增感屏） 3.电离作用 X线的治疗和测量 （剂量仪） 二.化学效应 1.感光作用 制成X线胶片 2.脱水作用 荧光屏等使用寿命 三.生物效应 防护与疾病治疗,X线的基本物理知识,20,由于从X线管射出的X线束是由大量能量不同的光子组成，所以在原子核物理学中，常用线束的平均能量表示其质，用光子数表示其量。,X线的量与质,X线的基本物理知识,21,光子的最大能量等于阴极电子的最大动能，等于两级间的电压即管电压峰值（下称管电压V）乘以电子的电量e，即,也就是X线谱中光子的最大能量反映了管电压的峰值大小。在某种程度上，管电压能粗略的反映X线束的平均能量即X线束的质。,X线的基本物理知识,22,在管电压恒定的情况下，灯丝电流愈大，阴极电子愈多，单位时间内撞击阳极的电子愈多，管电流愈大，发射轫致辐射的机会愈多，光子数愈大，即管电流的大小表明了X线量的多少。 所以，在放射医学中为简单、方便地表示X线束，用管电压（峰值）kVp，粗略地表示线束的质，用管电流mA（平均值）表示线束的量。,X线的基本物理知识,23,诊断方面X线的量与质,管电流mA，照射时间sec，管电压kVp 这些物理量在X线发生器中都可以直接或间接测量，这就使物理上X线的量和质具体化了，也便于我们计量检定。,X线的基本物理知识,24,X线与物质相互作用的主要过程： （一）光电效应 （二）康普顿效应 （三）电子对效应（h1.02MeV ） （四）相干散射（诊断中发生几率占5%）,X线与物质的相互作用及衰减规律,25,X线与物质相互作用的特点,X线与物质的相互作用及衰减规律,(1)光子不能直接引起物质原子电离或激发，而是首先将能量传递给带点粒子。 (2)光子与物质的一次相互作用可以损失全部能量或很大一部分能量，而带电粒子则是通过多次相互作用逐渐损失能量的。 (3)光子随穿透物质的厚度近似成指数衰减，而带电粒子有确定的射程，在射程之外就观察不到带电粒子了。,26,光电效应,在此过程中X光子主要与原子的内壳层电子相互作用。将全部能量交给电子，获得能量的电子摆脱了原子核的束缚成为自由电子（即光电子），而光子本身整个的被原子吸收，这样的作用过程称为光电效应。,X线与物质的相互作用及衰减规律,27,光电效应,X线与物质的相互作用及衰减规律,28,光电效应中产生：负离子（光电子）；正离子（丢失电子的原子）；特征辐射。 光电效应发生的几率与光子能量的三次方成反比；与原子序数的四次方成正比；与X线波长的三次方成正比。 采用长波X线（软射线)，对软组织摄影，造成组织对X线的吸收差异形成更好的照片对比度。,X线与物质的相互作用及衰减规律,29,人体组织在X线照射时产生的光电效应中辐射的特征X线全部被组织吸收。如钙（Z=20）它的K层辐射光子能量为4kev，远小于X线光子能量，均被组织吸收。 碘（Z=53）和钡（Z=56）都是X线检查中常用的造影剂，其特征辐射具有较高的能量（碘是33.2千电子伏；钡是37.4千电子伏），能穿过人体组织到达胶片产生影像。,X线与物质的相互作用及衰减规律,30,诊断放射学中应用光电效应能使照片产生很好的对比度，但会增加被检者的X线辐射剂量。为此在实际工作中可采用高千伏（高能量）摄影技术（因为光电效应发生的几率与光子能量的三次方成反比），以减少光电效应的发生几率，从而保护被检者。,光电效应的临床应用,X线与物质的相互作用及衰减规律,31,当具有一定能量的光子与原子的外层轨道电子相互作用时，光子交给轨道电子部分能量后，其频率发生改变并与入射方向成角散射（康普顿散射光子），获得足够能量的轨道电子与光子入射方向成角的方向射出（康普顿反冲电子），这个过程称为康普顿效应（或康普顿吴有训效应）。,康普顿效应,X线与物质的相互作用及衰减规律,32,康普顿效应,X线与物质的相互作用及衰减规律,33,康普顿效应是X射线在人体内最常发生的作用，它是X线诊断中散射线的最主要来源。散射线增加了照片的灰雾度，降低了对比度。,康普顿效应的临床应用,X线与物质的相互作用及衰减规律,34,在原子核场或原子的电子场中，一个入射光子突然消失而转化为一对正/负电子，这就是电子对效应。在原子核场中产生电子对效应时要求入射光子的能量h1.02MeV。 在20100千电子伏的诊断X线能量范围内，只有光电效应和康普顿效应最为重要，（此外还有相干散射不占主要地位）。电子对效应不可能发生。,X线与物质的相互作用及衰减规律,电子对效应,35,X线与物质的相互作用及衰减规律,电子对效应,36,光电效应与康普顿效应的比较,1、两者作用对象不同（内层/外层电子） 2、两者作用条件不同（光子能量与结合能） 3、两者对光子能量吸收程度不一样（完全吸收/ 部分吸收） 4、两者的能量分配关系不一样（特征线为主和光电子动能；散射线为主和反冲电子动能） 5、两者对照片质量的影响不一样（对比度） 6、两者对被检者的危害程度不一样（身体吸收）,X线与物质的相互作用及衰减规律,37,X线与物质的相互作用的份额,X线与物质的相互作用及衰减规律,38,1.距离所致的减弱 反平方法则 X线强度与距离（即半径）的平方成反比 2.物质所致的减弱 辐射通过物质时的减弱规律不但与吸收物质的性质和厚度有关，而且还取决于辐射自身的性质，X线在物质中减弱规律是进行X线摄影和屏蔽防护的依据。,X线与物质的相互作用及衰减规律,X线在其传播过程中强度的减弱规律,39,单能窄束X线在物质中的减弱规律 单能窄束X线的指数减弱规律： 对宽束X线：,X线与物质的相互作用及衰减规律,40,I、I。 分别为X线射到物体表面时的强度和到达深度为d处的强度。 为线性衰减系数（是辐射能量与物质种类的函数）SI单位是“米-1”（m-1）d为吸收物质的厚度以米（m）为单位。 B累计因子，它是描述散射光子对辐射衰减影响的物理量，与X线波长、吸收物质的原子序数和几何尺寸等有关。,X线与物质的相互作用及衰减规律,41,当连续X线束穿过物体时，随着吸收物体厚度的增加，不仅X线束的强度不断减弱，而且其低能成分减弱的快，愈到后来高能成分愈多，即X线能谱变窄。因此在实际中，常用改变X线管出线口的滤过来调节X线束的质。,连续能谱的X线在物质中的减弱规律,X线与物质的相互作用及衰减规律,42,连续X线通过吸收体后能谱变窄,X线能谱随吸收物质厚度的变化 （物质厚度按A-D的顺序递增）,X线与物质的相互作用及衰减规律,43,物质对连续X线的吸收,X线与物质的相互作用及衰减规律,1000个光子,1cm水,平均能量40keV,650个光子,47keV,1cm水,-35%,474个光子,52keV,1cm水,365个光子,55keV,1cm水,-21%,-23%,288个光子,57keV,探测器,44,诊断用X线是一种连续能谱的混合线。当这种混合线通过人体时，绝大部分低能成分都被皮肤和浅表组织所吸收，对X线诊断不起任何作用，却大大增加了被检者的皮肤照射量，所以要在X线管出线口放置滤过板（用一定均匀厚度的金属片制成）。,X线的滤过,X线与物质的相互作用及衰减规律,45,X线的滤过：固有滤过和附加滤过,固有滤过是指X线管阳极靶面到不可拆卸的滤过板之间滤过的总和，包括X线管的管壁、绝缘油层、管套上的窗口和不可拆卸的滤过板，固有滤过一般用铝当量表示。,X线与物质的相互作用及衰减规律,46,X 线机滤过示意图,X线与物质的相互作用及衰减规律,47,附加滤过,附加滤过指从不可拆卸的滤过板（不包括其本身）到诊视床床面之间，包括用工具可拆卸的滤过板、选择滤过板、缩光器和诊视床床面板等滤过的总和称为附加滤过。 医用诊断防护规定要求：球管头窗口应装铝过滤，使固有滤过不小于1.5mm铝当量；200mA以上机器应有更换附加滤过板的装置。,X线与物质的相互作用及衰减规律,48,滤过板材料,在X线诊断中通常选用铝或铜作滤过板。铝的原子序数是13，对低能射线是很好的滤过物质；铜的原子序数是29，对高能射线是很好的滤过物质。,X线与物质的相互作用及衰减规律,49,诊断X线管组装体的固有滤过,X线与物质的相互作用及衰减规律,50,国际上建议诊断X线的总过滤 （包括固有过滤和附加过滤）,X线与物质的相互作用及衰减规律,51,滤过板对被检者照射量的影响：,X线与物质的相互作用及衰减规律,用骨盆模型（18cm厚）照相，使用不同铝过滤得皮肤照射量,52,诊断放射学影像中X线的减弱,人体各组织对X线的衰减按骨、肌肉、脂肪、空气的顺序由大到小。这种差别就形成了X线影像的对比度。为了增加组织间的对比度还常采用各种造影检查，以扩大X线的诊断范围。,X线与物质的相互作用及衰减规律,53,诊断放射学影像中的散射线,影响散射线产生的因素有三个即：照射面积、被照射体的厚度和管电压。 为减小散射线对影像的影响，在X线摄影中常采用滤线器摄影。,X线与物质的相互作用及衰减规律,54,数字影像学的一些基本概念,55,一些名词术语,DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine ) 医学数字图像存储与传输协议，只要设备和软体符合此协议，彼此之间就能以相同的语言沟通，构建一个无国界无障碍的数字化医学影像环境。 PACS（Picture Archiving and Communication System ） 医学影像存档与通信系统 RIS系统(Radiology Information System)放射科信息管理系统，是放射科的登记、分诊、影像诊断报告以及放射科的各项信息查询、统计等工作的管理系统 。 HIS系统(Hospital Information System) ，医院信息系统，利用电子计算机和通讯设备，为医院所属各部门提供病人诊疗信息和行政管理信息的收集、存储、处理、提取和数据交换的能力 。,数字影像学的一些基本概念,56,CR（Computed Radiography ）,不以X线胶片为记录和显示信息的载体，而使用可记录并由激光读出X线影像信息的成像板（IP板）作为载体。在CR系统中，信息采集的主要部件是IP板，成像层中含有微量二价铕离子的氟卤化钡晶体。 经X线照射，该晶体层的化合物将接受的模拟影像以潜影的形式存储于晶体内，当随后用激光束扫描成像板时，可激发存储在晶体内的能量，使之转换为荧光。该荧光再导入光电倍增管，转化为相应强弱的电信号，经A/D转换变为数字信号，经计算机数字图象系统运算存储显示打印传输，便得到数字X线影像或胶片。,数字影像学的一些基本概念,57,“慢”扫描,“快”扫描,电动镜,探测器 (PMT),扫描透镜,滤光镜,激光,光线 采集器,影像板,模拟 电路,时钟/同步,中央控制 计算机,影像缓冲,模拟-数字转换,C R 原理概况,影像板传送,数字影像学的一些基本概念,58,C R 系统,所有CR系统的工作原理是相同的: 储存荧光的影像板 用激光扫描影像板 读出被激发的荧光 擦除影像板,数字影像学的一些基本概念,59,直接数字式X线摄影，简称DR技术，是指在专用计算机控制下，直接读取感应介质记录到的X线影像信息，经计算机图像系统处理并以数字化图像方式存储和显示。 成像感应介质主要有：平板探测器（Flat Panel Detector简称FPD），电荷耦合器件（Charge Coupled Device 简称CCD）。平板探测器主要有：非晶硅（a-Si和非晶硒（a-Se）X线数字摄影系统。,数字影像学的一些基本概念,DR（Direct Digital Radiography）,60,非晶硒（a-Se）探测器,当X线作用于探测器的硒层上，硒层中产生相应的正负电荷对。在外加偏压电场作用下正电荷移向直至储存于薄膜晶体管（TFT）内的电容器，阵列电容器所储存的电荷与X线光子能量与数量成正比，所以每一个薄膜晶体管就形成了一个采集影像的最小单元即像素 。,数字影像学的一些基本概念,61,在扫描控制器的触发控制下，按顺序读取每一个像素的储存电荷，像素信号经读出放大器放大后被同步地转换成14位二进制数字信号（14bit A/D转换），形成数字化图像。在非晶硒中，每个薄膜晶体管单元的尺寸为139m139m。在1417范围内，像素值为25603072 。,数字影像学的一些基本概念,非晶硒（a-Se）探测器,62,非晶硅（a-Si）探测器,非晶硅探测器由薄膜非晶态氢化硅光电二极管构成基本的像素单元，在光电二极管矩阵上覆盖一层碘化铯闪烁晶体。当X线入射到闪烁晶体层时，X射线光子能量转化为可见光光子发射，使光电二极管产生电流，并在自身的电容器上积分形成储存电荷。,数字影像学的一些基本概念,63,每个像素的储存电荷量与入射X线光子能量与数量成正比。在专门的控制电路作用下，按一定规律把各个像素的储存电荷读出，并形成14位（14bit）数字信号输出传送给计算机处理建立图像。FPD像素尺寸为143m143m。在1717范围内像素值为31203120。,数字影像学的一些基本概念,非晶硅（a-Si）探测器,64,a-Si CsI FPD 成像原理,a-Se FPD 成像原理,两种基本FPD成像原理,数字影像学的一些基本概念,65,关于CR和DR,从CR和DR（包括非晶硒和非晶硅）的成像过程我们知道，它们与常规的屏-胶成像方式有本质上的不同。因此无论是X线曝光量曝光宽容度对比分辨率，还是所摄影像的后处理功能存储显示网络功能，都明显优于常规屏-胶摄影。后者正是数字化X线摄影的核心之一。,数字影像学的一些基本概念,66,CR和DR成像原理的不同： DR是一种直接转换技术而CR是一种X线间接转换技术，因此CR动态范围密度分辨率图像锐利度等方面，略逊于DR。 CR当前最大的不足是时间分辨率差。在细微结构的显示上，CR系统的空间分辨率有时稍嫌不足。,数字影像学的一些基本概念,关于CR和DR,67,数字减影血管造影（DSA）,Digital subtraction angiography 造影技术：将某种造影剂引入欲检查的器官内或其周围（心脏，血管，肾，胆囊，胃肠道等软组织包裹的含腔器官）使其形成物质密度差异，从而改变器官与周围组织的x射线影像密度差，显示出器官的形态和功能的方法。 减影技术：把人体同一部位造影前后的两帧图像相减，则可获得反映两帧图像中有差异部分的图像。 数字减影血管造影：将造影前后获得的数字图像进行数字减影，在减影图像中消除骨骼和软组织结构，使浓度很低的造影剂所充盈的血管在减影图像中显示出来，有较高的图像对比度。,数字影像学的一些基本概念,68,DSA的优缺点,优点： 1.图像叠加准确，对比度大，可用低浓度造影剂显示出细小血管 2.可实时处理 3.屏幕上直接显示减影图像，进行图像分析 4.可对图像伪影进行快速较正，如采用新的掩膜图像来改变对比度和消除伪影 缺点： 1.不进行选择性注射时，图像中会出现血管重叠 2.由于被减者移动、吞咽、肠蠕动、动脉搏动等慢运动，使掩膜图像和充盈图像发生位移，不能充分消掉于血管重叠的那些结构，产生图像伪影,数字影像学的一些基本概念,69,基本的计量学概念,照射量 吸收剂量 比释动能 当量剂量 剂量仪的结构及实际测量,电离辐射计量学,70,照 射 量,X光子不论是发生光电效应还是康普顿散射，总能使物质发生电离，产生次级电子（光电子、康普顿反冲电子）。于是利用X线对空气产生电离作用能力的大小来量度某点的X线量。由此形成照射量的概念 辐射场的一种度量。 照射量不能用于其它类型的辐射（如中子或电子束）和其它物质（如人体组织等）。,电离辐射计量学,71,照射量的定义,照射量X是dQ除以dm所得的商，即X（）辐射在质量dm的空气中释放的全部次级电子（正、负电子）完全被空气阻止时，在空气中产生的同一种符号的离子总电荷的绝对值。单位：Ckg-1 。,照射量的专用单位伦琴（非法定单位） 1R=2.5810-4 Ckg-1,电离辐射计量学,72,1.照射量定义中的dQ不包括光子在空气中释放出来的次级电子产生的轫致辐射被吸收后产生的电离。诊断X线中，此种方式产生的电离对dQ的贡献很小，仅当光子能量很高（大于3MeV）时才显得重要。 2.在实践中，往往使用照射量率这一物理量，照射量率X是dx除以dt所得到的商。 单位：Ckg-1S-1（库仑每千克秒）,关于照射量,电离辐射计量学,73,吸收剂量,电离辐射与物质的相互作用，实际就是一种能量的传递过程，结果是电离辐射的能量被吸收，引起受照物质的性质发生各种变化，其中有物理的、化学的、生物学的等。物质吸收的辐射能量愈多，则由辐射引起的效应就愈明显。为衡量物质吸收辐射的多少，用以研究能量吸收与辐射效应的，引进了吸收剂量。,电离辐射计量学,74,吸收剂量的定义,吸收剂量是用来表示单位质量的物质吸收电离辐射能量大小的物理量。其定义为：任何电离辐射给予质量为dm的物质的平均能量d除以dm所得的商。,单位是Jkg-1，专用名称是Gy（戈瑞） 并有1Gy=1Jkg-1,电离辐射计量学,75,关于吸收剂量,吸收剂量是表示物体内一点上吸收能量的多少，它不仅与X线强度有关，而且与受照物质的性质有关。在提到吸收剂量时，应指明是什么物质内的吸收剂量。比如，是空气中的，还是肌肉中的等等 。 单位时间内吸收剂量的增量，称为吸收剂量率。,电离辐射计量学,76,照射量与吸收剂量的区别,照射量与吸收剂量不但单位不同，而且描述的对象也不同，前者是描述辐射场，反映射线强度的；后者是描述受照物体，反映物体吸收多少射线能量的。,电离辐射计量学,77,照射量与吸收剂量的关系,当受照物体为空气时，若某点X线的照射量为1伦琴，则该点的空气吸收剂量为：,在空气中形成一对 离子所消耗的电离能,当满足电子平衡条件时，空气中照射量和吸收剂量的系数为0.00876。,电离辐射计量学,78,电子平衡示意图,电离辐射计量学,79,何为电子平衡？,体积V的介质受到X线的作用，X光子在其中释放出次级电子。由于次级电子具有一定的射程，在V内交给次级电子的能量不能全部被V吸收；同时在V之外的次级电子产生的部分能量也带入到V中。如果所有离开V的次级电子带走的能量等于进入V的次级电子带入的能量，则称在O点处存在“电子平衡”状态。 实际上，诊断X线的能量较小，一般都满足。,电离辐射计量学,80,式中： dEtr是光子在质量为dm的空气内，释放出来的所有带电粒子的初始动能总和（包括这些带电粒子在轫致辐射过程中放出的能量，以及这一体积之内发生的次级过程产生的任何带电粒子的能量。 单位是Jkg-1，专用名称是Gy（戈瑞） 。,比释动能,比释动能K等于dEtr除以dm所得的商：,电离辐射计量学,81,比释动能用以衡量不带电电离粒子与物质相互作用时，在单位质量物质中转移给次级带电粒子的初始动能总和多少的一个量，因此与吸收剂量不同，比释动能只适用于间接致电离辐射，但适用于任何介质。 当带电粒子损失于韧致辐射的能量可以忽略时，介质中一点的比释动能与吸收剂量相等。 同照射量率、吸收剂量率一样，也有比释动能率。,关于比释动能,电离辐射计量学,82,X()光子在物质中发生能量转移示意图,电离辐射计量学,83,如果光子的能量较小，在a点完全被阻止，则产生的离子电荷量用照射量来表示。 比释动能表示入射光子在a点释放给次级电子的总动能。 如果次级电子的能量较小，射程很短，次级电子一产生就将能量完全转移给物质，转移的能量就叫吸收剂量。及吸收剂量在数值上等于比释动能。,照射量、吸收剂量与比释动能的关系,电离辐射计量学,84,X线的测量,X线的测量主要是通过剂量仪(照射量计)来实现，其原理是用X线照射探测器的探头空腔电离室或半导体来获取信号，再通过静电计进行显示。 除了电离室型剂量仪、半导体型剂量仪外，常用的测量方法还有量热法、化学计量法、热释光法、胶片法。,电离辐射计量学,85,空腔（气）电离室的工作原理,X线辐射与电离室灵敏体积中的空气作用，产生次级电子。这些电子在运动轨迹上使空气中的原子电离。产生正负离子对，分别向两极漂移，引起相应极板的感应电荷量发生改变，从而在外接电路中形成电离电流。,电离辐射计量学,链接,86,电离室与静电计回路原理图,实际使用中，电离室的输出信号电流在10-10 A量级，必须使用弱电流放大器静电计进行放大。,电离辐射计量学,87,关于空腔（气）电离室,对于几kV到300 kV的X射线，在所有国家基准实验室都用自由空气电离室作为照射量的标准。这种方法比化学法、量热法等其它方法的准确度要高得多。 同时，照射量向吸收剂量的换算相对简单，只需引入可忽略或者很小的对非平衡条件的校准。 目前国际上普遍使用石墨空腔电离室。,电离辐射计量学,88,半导体型电离室的工作原理,通过特殊的工艺，将P型晶体和N型晶体结合起来。受辐射时，N型晶体一侧由于电子向P型晶体扩散显正电，P型晶体一侧由于空穴向N型晶体一侧扩散而显负电，这样就在P-N结两侧形成电位差。,电离辐射计量学,89,半导体剂量仪的优缺点,优点： 灵敏度高：在硅材料中产生一个离子对（电子-空穴对）只需辐射能量3.5ev，而在空气中需33.85ev。 体积小：硅的电子密度高于空气，要产生相同的电荷数硅的体积远远小于空气。 无需KPT修正：空气由于温度压力的原因使得电子密度不稳定，而半导体不受影响。,电离辐射计量学,90,半导体剂量仪的优缺点,缺点： 高能辐射使硅晶格畸变探头受损，灵敏度下降，这种损伤随辐射的能量加大而增加。 由于热效应的原因，半导体探测器即使工作在无偏压状态，也会产生“暗”电流的影响，这一现象在低剂量率辐射场中较为明显。 半导体剂量仪的灵敏度还随温度、照射野大小及剂量率有关。因此要定期校验。,电离辐射计量学,91,照射量计的正确使用,1）连接使用电缆和电离室，接通电源后，按照说明书的要求，检验仪器的性能。 2）将电离室安置在辐射场中，照射方向按说明书要求进行，照射距离取源至探测中心处的距离；辐射束野的照射面积放到最大。,电离辐射计量学,92,3）测量值应加上校正因子的修正。当电离室为非密封电离室（对密封电离室不需此项修正），还应进行温度气压修正，常用的计算公式是：,K是相应射线能量下的校正因子；KTP是温度气压修正因子。,照射量计的正确使用,电离辐射计量学,93,4）检定用的X线支架，为避免电离室吸收更多散乱射线，应用空气等效材料做成，比如铝、聚乙烯、有机玻璃等。为保证修正因子的正确修正，检定时，必须等待一适当的时间，使电离室内的气温、压力与外界一致。 5）因电离室的材料、工艺限制，照射量计只能检测20keV30MeV能量间的X（）射线。,照射量计的正确使用,电离辐射计量学,94,照射量计的维护保管,1）电离室壁薄而脆，勿碰压，尤其是检定前后连接拆除电离室时，更应小心。 2）电缆线最大曲率在技术上有一定的要求，不用时应盘好。但曲率不可过大，一般以圆周半径大于15cm宜；使用时勿压，勿摔接头，避免连接不顺。,电离辐射计量学,95,3）由于照射量计测量电流很小（10-910-12 A），要求比较严格，特别是仪器本身漏电要求要小。最好漏电给测量带来的误差要在1%以下。要求清洗、防潮、防震。保存时最好放在密封箱里，仪器如长期不用应一周通电一次（最少为一小时）。 4）仪器的灵敏度不得任意调整，一经调整检定值作废。,照射量计和维护保管,电离辐射计量学,96,X线的防护,电离辐射的防护,97,不同职业照射类型的人群大小分布,电离辐射的防护,98,医用辐射类型人群分布,电离辐射的防护,99,各种电离辐射照射的全球人均年有效剂量,电离辐射的防护,100,X线防护的意义,X线作用于人体，可能造成器官或组织的损伤，表现出各种生物效应。通常所说的辐射效应就是指辐射所引起的各种生物效应的总和。辐射效应出现在受照这本人身上的叫躯体效应；出现在受照者后代身上的称为遗传效应。按躯体效应发生的早晚，又分为急性效应和晚期效应。,电离辐射的防护,101,放射防护体系框架,实践的正当性； 防护的最优化； 个人剂量限值。,电离辐射的防护,102,实践的正当性,凡涉及照射的实践，除非对受照射个人或社会带来的利益足以弥补其可能带来的辐射危害（包括健康与非健康），否则就不得采取此实践。,电离辐射的防护,103,防护的最优化,经正当性判断后确定要进行涉及照射的实践，在考虑了经济和社会的因素之后，要采取有效的防护措施，保证将辐射照射保持在可以合理达到的尽量低的水平。,电离辐射的防护,104,个人剂量限值,对所有相关实践联合产生的照射，所确定的个人剂量限值（推荐值）。 规定个人剂量限值旨在保证有关个人不会受到不可接受的辐射危险。 个人剂量限值不适用与医疗照射。,电离辐射的防护,105,正常情况下职业照射个人剂量限值,电离辐射的防护,106,X线放射损伤是一个复杂的过程，它与许多因素如剂量、剂量率、照射方式、机体的生理状态等有关。 辐射防护中专用的物理量是剂量当量。 剂量当量，SI单位为焦耳每千克（J/kg；与剂量相同），其专用名称为希（沃特），用符号Sv表示。 1Sv=1J/kg（焦耳每千克）。,辐射防护的计量单位,电离辐射的防护,107,剂量当量,剂量当量，其定义为在人体组织内所关心的一点上的D、Q和N 的乘积，用公式表示如下： H=DQN D吸收剂量（Gy）； Q品质因数，与辐射类型（X、电子、中子、等）、照射方式（内照射、外照射）有关。对于X、，电子，Q=1； N除品质因数所含因素之外的所有其他修正因子，如照射面积等的乘积，国际放射防护委员会（ICRP）指定N=1。,电离辐射的防护,108,说 明,在X、电子照射情况下H=D，似乎定义剂量当量没有多大必要，其实有两方面的需要： 一.在相同剂量的照射下，辐射损伤因辐射类型和照射条件的不同而不同，比如在核工业中，人体组织受到0.1MeV的中子辐射（Q=8），比受相同剂量、相同照射条件的辐射损伤大得多。因此引入品质因子来重新定义一个剂量当量作为辐射危害的量度是很有必要的。 二.只有用剂量当量统一辐射的危害程度，才能制定防护标准，借此确定在特定的条件下，照射水平是否在可接受的范围之内。,电离辐射的防护,109,X线防护的一般方法,X线防护的三要素： 时间防护：尽量缩短照射时间； 距离防护：尽量增大与辐射源的距离； 屏蔽防护：在人和辐射源间加合适的屏障。,电离辐射的防护,110,距离防护中的反平方关系,诊断X线机的衰减规律遵从反平方关系：,X0距靶为R0处的空气比释动能率； X距靶为R处的空气比释动能率。,电离辐射的防护,111,第二部分 医用诊断X射线辐射源 的检定方法,112,强制检定X线机的意义： （1）保证成像质量 （2）强化X线的防护 成像质量与X线机性能： （1）适当影像密度； （2）良好的对比度 ； （3）高清晰度；,计量检定的准备,113,六项主要计量性能,1）透视空气比释动能率 2）重复性 3）线性 4）半值层 5）焦点 6）分辨力,计量检定的准备,114,1）透视空气比释动能率：体现防护性能。在规程规定的条件以及保证影像诊断质量条件下，其值越小越好。 2）重复性、线性：二项体现成像性能的可靠性和稳定性，避免出现由于机器性能不稳定而产生的不符合诊断要求的照片甚至废片。,六项主要计量性能,计量检定的准备,115,3）半值层： 反映X线的线质，影响成像性能（对比度）。 半值层表示X线束的穿透力，是X线束辐射质的一种表示。其值在影像质量的要求下越大越好。越大影像的对比度越好；皮肤吸收的低能X线（对诊断无用）越少。但不要为了使半值层增大，而无限制地增加管电压和过滤片的厚度，否则适得其反。,六项主要计量性能,计量检定的准备,116,4）焦点：影响成像性能的清晰度。球管的焦点单独从诊断要求来看，是越小越好。 注意：焦点只是成像链的一部分 5）空间分辨力：表示分辨影像细微结构的能力。分辨力越高越有利于保障影像诊断质量。 注意：空间分辨力的测试条件（0.1/0.05 /0.01mmPb、光野、剂量等）,六项主要计量性能,计量检定的准备,117,投照技术参数与计量检定,投照技术五个参数是管电压、管电流、 曝光时间、毫安秒和焦片距 1. 千伏，曝光时间的检测 2. 毫安检测的注意事项： 1）球管阳极侧, 50cm(防启动干扰） 2）钳形表垂直高压电缆 3）观察机器控制台的电流、电压显示,计量检定的准备,118,X线机的操作要领,1、电源电压调整 2、技术选择（透视/普摄/滤摄/立摄等） 3、mA、s或mAs调整（焦点选择） 4、kV选择 5、曝光（准备/曝光） 注：曝光前，确认SID和照射野已设置。,计量检定的准备,119,计量检定的准备,120,计量检定的准备,121,计量检定的准备,122,原始记录的计量器具名称应在“医用诊断X射线辐射源”的后面加上类型，如： 医用诊断X射线辐射源（透视机） 医用诊断X射线辐射源（摄片机） 医用诊断X射线辐射源（床边机） 医用诊断X射线辐射源（C臂机） 医用诊断X射线辐射源（牙科机）,原始记录的计量器具名称,计量检定的实施,123,对于每台X线机来说，控制台、球管、高压发生器、床架部分都有型号、出厂编号，而且一个控制台可载12支球管。 原始记录上的机器型号应取控制台或高压发生器或主控制柜上的型号。 编号应是球管编号，这样的记录才比较科学、实用。,原始记录的型号、编号,计量检定的实施,124,检定点的设置,原则 ： 尽量设置少的检定点是检定工作中的一个原则。尤其是X线机的检定，由于X线对人体有害，所以应减少曝光次数、减少射线量。此外，适量的曝光既可以减少球管的损耗，又可减少对医院工作的影响。,计量检定的实施,125,较合适的检定顺序,1）首项检定为焦点的检定。检定结束后，便于核查焦点胶片是否合乎要求，同时相片也已晾干，便于携带。 2）空气比释动能率、半价层、管电压、曝光时间、重复性 。,计量检定的实施,126,较合适的检定顺序,3）改变电流值和（或）曝光时间，再将测量值与上次的数据对比可给出线性值。 注意：上述测量中电离室与焦点相对位置始终不做任何变动，照射野也不得作任何变动。任何操作不得移动检定支架，还必须保证在测量期间不得断电以及电源电压的稳定。 4）自动控制系统的有效性和分辨力的检定。,计量检定的实施,127,（1）检定中尽可能有用户人员在场（即使检定员可以熟练操作机器），以避免由于设备突发的故障，给工作带来不便和麻烦。 （2）检定中，尽可能选择投照技术常用的曝光条件，每次曝光要注意观察电源电压波动的影响（如控制台的电源电压或千伏表的指示甚至照明灯光）。,检定注意事项,计量检定的实施,128,检定注意事项,（3）周期检定时要使用相同的曝光参数包括SID，这对分析机器性能变化（包括器件衰老甚至机器故障），判断不合格形成的原因，为医院提供尽可能详尽的调试、更换器件等整改建议和要求很重要，是我们今后技术工作的努力方向，也是本次计量培训的目的之一。,计量检定的实施,129,1.透视空气比释动能率的检定,1.检定意义 减少X线对受检者和操作者的危害实质是防护指标 2.探测器的位置：,计量检定的实施,130,探测器的位置,计量检定的实施,131,（1）使用最大照射野技术。因为每台机器的最大照射野是固定的，它为周期检定同一台机器提供了客观依据；此外最大照射野上各点的空气比释动能（照射量）率基本上是一致的（半影区除外，球管安装不合格的除外），电离室稍微偏离X线束中心轴，不会引入不可忽略的误差。 （2）其次为保证检定数据的可靠，建议检定空气比释动能率应在透视开关闭合2s以后读取数据。,空气比释动能率检定注意点,计量检定的实施,132,（3）机器有手动功能，可在手动状态下调整照射参数，使之符合检定规程要求； （4）无手动功能，但管电压是手动而管电流是自动的，则可将管电压调整到70kV，管电流为任意值，将测出的空气比释动能率校正到规定管电流下的值。,空气比释动能率检定注意点,计量检定的实施,133,例如测得70kV，0.2mA下，空气比释动能率为5mGy/min，则70kV，1mA的值应如下校正得到：,空气比释动能率检定注意点,（5）如管电压、管电流均为自动设置，则可利用暗盒、测量模体、铅围裙等遮挡，使管电压尽可能的接近70kV，重复上面的校正方法即可。,计量检定的实施,134,空气比释动能率的不确定度评定,计量检定的实施,数学模型：,135,2.重复性的检定,检定意义保证摄片质量 重复性是指在相同条件（相同的mA，kVp，s，SID，相同的电源）下，同一台X线机产生X线剂量间的差别即胶片的黑化度。如重复性不好，则投照技术人员很难正常应用摄片条件，直接后果是影响影像诊断 。 重复性检定一般针对间歇曝光即摄片方式。,计量检定的实施,136,重复性的检定技术,（1）重复性的检定结果用空气比释动能（率）表示； （2）检定条件的设置：管电压调至100kV或常用的摄片千伏值，曝光时间设置为100ms，管电流一般设为最大允许电流的一半或按检定规程要求设置。 （3）推荐条件：70kV、10mAs,计量检定的实施,137,3.线性的检定,检定意义保证影像质量 在相同的毫安秒下，使用高毫安短时间能提高影像质量，这也是X线机发展的趋势。如果毫安表或限时器有误，即使毫安秒相同，X射线量相差也会很大，即线性很差。那么很难用上述手段来提高影像质量。,计量检定的实施,138,线性的检定技术,（1）检定条件设置：管电压调至100kV或常用的摄片千伏值，选取常用的二档mAs. 既可以时间不变，调整电流来改变毫安秒，测得电流的线性；也可以毫安不变，调整时间来改变毫安秒，测得毫安秒的线性。 (2) 所选二档毫安秒的变化要覆盖X线机常用范围。 （3）推荐条件：70kV、10mAs； 70kV、20mAs,计量检定的实施,139,4.半值层的检定,检定的意义 提高X线的质，限定软射线的含量，保证成像质量和人体皮肤剂量。 X线束的半值层是表示其穿透能力的。由于人体各组织部位的密度、厚度差别很大，就要求X线又足够大的穿透能力和变化范围，即X线束的半值层要有限定范围。半值层是由kV和固有过滤共同决定的。,计量检定的实施,140,检定的意义 当固有过滤不变时，半值层的变化意味着kV的变化。kV的变化一是影响X线摄影影像的对比度；二是影响影像的密度（黑化度）。通过实验可知：如X线管管电压较正常高于或低于10%，则X线胶片的感光量将增加6070%或减弱4050%；三是反映了供电电源或机器零部件（包括功能）的变化。,4.半值层的检定,计量检定的实施,141,检定的意义 限定软射线的含量，提高防护水平。过滤片越厚，软射线被滤去的越多，穿过的X线中软射线越少。所以检定半值层的大小包含了软射线占总射线的份量多少的意义。也包含了对防护水平的测试。 但滤过片并非愈厚愈好。,4.半值层的检定,计量检定的实施,142,半值层的检定技术,规程中对半值层的测量方法及数据处理是这样要求的：测量未加吸收片和通过不同厚度的吸收片时，有用线束的空气比释动能率，用作图法或计算法求出空气比释动能率降到初始值（无吸收片）一半的厚度，即为有用射线束的半值层。,计量检定的实施,球管,铝片,(4060)cm,(2030)cm,143,求半值层的计算方法,（1）利用指数减弱公式法计算半值层： d1/2 = 其中X和X0是有、无吸收片在相同检定条件下的空气比释动能率；d是吸收片的厚度；d1/2为半值层。,计量检定的实施,144,（2）用内插公式计算半值层： d1/2=d1+（d2-d1）ln(2X1/X0)/ln(X1/X2) d1和d2为内插法吸收片厚度，且d1d1/2d2，X1，X0，X2是空气比释动能率。,求半值层的计算方法,计量检定的实施,145,（3）平均值法：根据指数衰减公式可得下式 d1/2=2/平均=0.693/平均 其中i= (X0-Xi)/di (i=1,2,3,); 平均=/n,求半值层的计算方法,计量检定的实施,146,半值层的计算方法,例：某X线机在70kV，20mAs,SID=100cm情形下，使用不同铝过滤，测得的比释动能。如下表：,计量检定的实施,147,用平均值法计算： 2= (X0-X2)/2 =0.259； 同理：3=0.244 ；4=0.242 因此：平均 =（2+3+4）/3 =0.248 d1/2=0.693/0.248 =2.79 即该X线机的半值层为2.79mmAl。 建议将平均值法和内插法作为医用诊断X辐射源半值层的检测方法。,计量检定的实施,148,半值层的测量注意点,检定半值层前，要撤去全部附加过滤。 如何判断附加过滤？（观察、咨询） 平均值法和内插法是建议推广的方法，但检定人员也可以采用作图法等方法。,计量检定的实施,149,5.焦点的检定,检定意义 保证成像质量 X线机成像质量的一个关键性的参数是清晰度。如果清晰度极差的话，就起不到诊断的作用了。尽管X线机成像链中影响清晰度的因素很多 ，但其中焦点大小是影响清晰度的一个重要参数。,计量检定的实施,150,焦点的测试方法,1.针孔成像法金-铂合金孔，直径0.001-0.1mm,深度 0.02-0.5mm 2.狭缝成像法宽10m，长10mm，厚1.5mm。 3.星卡成像法圆形面上镶嵌金属线条（2、1 ）,计量检定的实施,151,星卡测焦点方法,1、星卡摆位（对中心、光野调整、平面与星卡垂直、放大率确定：如0.8mm1.0mm焦点，放大率取2；1.6mm2.0mm取1.5。 2、摄影技术（使用无增感屏的暗盒、摄影条件一般用（5075）KV，（2050）mAs。 3、分别测量两个方向最外层失真区的平均直径尺寸ZW和ZL。用下面公式计算Feq 单位是mm。,计量检定的实施,a,b,球管,星卡,星卡影像,152,焦点的检定技术,（1）放大倍率的确定。放大倍率应等于或稍大于规程中建议使用的值（如对0.8mm1.0mm焦点放大率取2。胶片至焦点的距离应以1000mm为宜，但对30kV的乳腺机，星卡要位于X射线束筒口，放大倍数最小为3。数据处理的放大倍数要用星卡影像的直径与其直径实际值之比精确得到。,计量检定的实施,153,（2）摄影条件。应使用无增感屏暗盒，但当条件不允许时，也可使用增感屏暗盒。对无增感屏暗盒的条件可参阅规程中规定。增感屏暗盒可用50kV、100mA、0.060.1s。摄影时不要使用滤线器，只用普通摄影。,焦点的检定技术,计量检定的实施,154,星卡测等效焦点,星卡的等效焦点，用Feq表示，单位是mm 式中：Z两个方向上失真区的直径Zw、ZL ， M星卡上照片张的放大倍数 星卡吸收楔条顶角，rad。对应2星卡为0.0349rad。 用ZW和ZL计算出的焦点尺寸分别为等效焦点的宽度和长度。,计量检定的实施,155,（3）星卡摆放位置。必须保证星卡中心轴向与X线束束轴重合。具体做