Xray基础知识

1、整理pptX射线物理与防护整理pptSlide 2 of 422022-2-26 X射线的发现射线的发现 X-ray 是由德国仑琴教授在1895年所发现。这种由真空管发出能穿透物体的辐射线，在电磁光谱上能量较可见光强，波长较短，频率较高，相类似之辐射线有宇宙射线等。 X射线机的发展简史射线机的发展简史离子X射线管阶段(18951912)电子X射线管阶段(19131928)旋转阳极X射线管阶段(1929)X射线影像增强器和X射线电视,电影阶段(1952)X射线计算机断层扫描装置(X-CT)(1972)1.数字X射线机阶段整理pptSlide 3 of 422022-2-26产生产生X射线必须具备

2、三个基本条件射线必须具备三个基本条件:电子源: 能根据需要提供足够数量的电子.高速电子流: 在强电场作用下,电子作高速定向运动.靶: 能够经受高速电子轰击而产生X射线的障碍物.产生产生X-Ray必须要有必须要有X光球管，而光球管，而X光球管基本构造必须光球管基本构造必须拥有：拥有：阴极灯丝 （Cathod） 阳极靶 （Anode） 真空玻璃管 （Evacuated glass envelope） 当然还要有高压电源整理pptSlide 4 of 422022-2-26 X-ray 产生方式产生方式电离与激发(热辐射): 靶原子的外层轨道电子受激跃迁并辐射出红外线.轰击电子时 99% 以上能量以

3、此形式消耗.Characteristic （特性辐射） 高速电子撞击原子和内层轨道上电子，使之游离且/跃迁释放之能量，即为X-ray。 Bremsstrahlung （制动辐射） 高速电子突然减速后，其动能转变成能量释放出来，此能量即为X-ray，且此能量谱连续, 随减速之程度而有所不同。 诊断用X-ray其产生方式所占比例： 30% 特性辐射70% 制动辐射整理pptSlide 5 of 422022-2-26 X射线能量强度射线能量强度 在垂直于X射线传播方向上, 在单位时间内, 单位面积上通过的光子能量. 单位: 焦耳/厘米2秒(J/cm2 s)Iq连=K1 I Z U2K1约为1.1x

4、10-91.4x10-9管电压增加: 每个电子所获得的能量加大, 因而短波成分的X射线增多. X射线变硬.管电流增加: 单位时间撞击阳靶面的电子数增多, 辐射的总强度越大. 靶原子序数增大: 核电场增强, 连续辐射的总强度越大.Iq特=K2 I (U-Uk)nK2和n为常数整理pptSlide 6 of 422022-2-26高速电子通过碰撞和辐射产生热和X射线X射线的产生效率= K1 Z U例如, 钨靶(Z=74), 管电压=100kV时 =1.2 10-9 74 105=0.9%X射线管设计要求:1. 阳极采用高熔点材料2. X射线管必须具有良好的冷却装置.整理pptSlide 7 of

5、422022-2-26X-Ray特性特性於电磁波光谱内 为不可见光 波长范围广光速进行直线散射能穿透物体 会造成散射线能使萤光物质发光 能使底片感光 当当X-ray进入物体时，会有五种形式的作用发生进入物体时，会有五种形式的作用发生不变散射; 康普顿效应-产生散射现光电效应(pZ4; p1/(hv)3)-被物体吸收; 光蜕变;电子对效应整理pptSlide 8 of 422022-2-26影响影响Radiographic Quality之三要素：之三要素：Density （黑化度）- mAsContrast（对比度）- kVpSharpness（清晰度）- motion, GeometricX

6、-Ray波长与波长与Film上上contrast之关系之关系 在X-ray穿透过病人，其穿透率主要和病人组织结构及X-Ray波长有关。 频率高的X-ray (high kV) ,能量较高，穿透性好，造成在Film上较低之对比度（low contrast）。频率低的X-ray (low kV) ,能量较低，较易被人体所吸收，穿透性较差，而在Film上对比度较高（High contrast）。整理pptSlide 9 of 422022-2-26X射线强度衰减的两种方式射线强度衰减的两种方式 距离引起的衰减: Iq1/r2 物质引起的衰减: 单能射线的衰减: Iq=I0e-x ;光子能量不变连续射

7、线的衰减: 低能光子衰减快 (p1/(hv)3)半价层半价层(HVL)使X射线束的强度衰减到其初始值一半时所需要的标准吸收物质的厚度. 它反映X射线的穿透能力. 表示方式: mmAl整理pptSlide 10 of 422022-2-26影响影响X射线量的因素射线量的因素毫安秒 (mAs): Iq mAs管电压 (kV) : Iq (kV)2距离 (r) : Iq 1/r2滤过 (mm): 铝质滤过板厚度影响影响X射线质的因素射线质的因素管电压 (kV)滤过: 医用X射线机要求2.5mmAl 整理pptSlide 11 of 422022-2-26辐射损伤机理辐射损伤机理X射线能引起构成机体细

8、胞, 组织的原子或分子电离.影响辐射损伤的因素: 辐射性质; 射线剂量; 剂量率; 照射方式; 受照部位; 环境因素实际工作中的防护实际工作中的防护限制曝光时间, 曝光剂量做好个人屏蔽与防护整理ppt医用X射线机原理与构造整理pptSlide 13 of 422022-2-26X射线机组成要件射线机组成要件X射线球管（X-Ray Tube）限束装置 (Collimator)X射线高压发生器（Generator） X射线球管支架装置（Support Device） X射线摄影台（Table） 影像增强装置 (R&F)平板探测器 (Digital Xray)整理pptSlide 14 of

9、 422022-2-26X光球管基本构造光球管基本构造阴极灯丝（Cathode） 阳极靶（Anode） 真空玻璃容器（Evacuated Glass Envelope） 绝缘油 外壳（Housing） 阴极构造 焦距杯（Focus Cup） 灯丝（Filament） 长灯丝（大焦点） 短灯丝（小焦点） 整理pptSlide 15 of 422022-2-26阴极灯丝阴极灯丝当电源通过阴极灯丝，此时灯丝会变成红热状态切会释放出电子，同时将会有以下情况产生：Space Charge:在Cathode圈，像云雾般充满着释放出的电子。 Thermion Emission:红热的灯丝释放出电子焦点的两种

10、形式焦点的两种形式实际焦点:电子在靶面上轰击的面积. 有效焦点:实际焦点在X射线投照方向上的投影.整理pptSlide 16 of 422022-2-26固定式阳极固定式阳极X-ray Power Output 较低，体积较小 旋转式阳极旋转式阳极阳极是圆盘状具有倾斜边缘，其材质一般是用钼合金(Mdybdenum)或是时墨(Graphite)作为机体，用钨(Tungsten)和少量的铼(Rhenium)合金附着於倾斜之边缘，称此边缘为Target Angle，主要是接受阴极电子束撞击产生X射线。整理pptSlide 17 of 422022-2-26阳极靶的特性阳极靶的特性具有承轴回转系统 (

11、bearing system)，旋转速度一般为3,000rpm - 10,000rpm 可使X-ray Power Output提高 转速 n=120f/p (转/分)f: 电源频率p: 定子的极数,一般p=2阳极效应（阳极效应（Heel Effect）Target Angle角度愈小、将会有愈多之X-Ray被Anode本身吸收，造成愈接近阳极靶之X-Ray能量愈低，而愈接近阴极灯丝之X-Ray 能量愈高，此即为阳极效应，且会在X-Ray Film上产生不同的浓度。 整理pptSlide 18 of 422022-2-26灯丝发射特性灯丝发射特性空间电荷阻碍管电流的形成.灯丝发射特性曲线描述在

12、不同管电压下, 管电流与灯丝加热电流之间的关系.整理pptSlide 19 of 422022-2-26X射线管的瞬时负载特性曲线射线管的瞬时负载特性曲线下射线管在某种整流方式下, 对应的一定管电压(峰值)时, 允许的最大管电流(平均值)与曝光时间之间的关系.整理pptSlide 20 of 422022-2-26X射线管热容量射线管热容量1HU=1.41kV mA sX射线管的生热和冷却曲线射线管的生热和冷却曲线整理pptSlide 21 of 422022-2-26X-Ray Generator功能功能提供电力给X-Ray Tube和其他系统组件; 控制影响影像品质之技术条件，如mA，kV

13、p，sec.等 种类种类直流（DC）-电池交流(AC)-单相（Single Phase）/ 三相（Three Phase） 范围范围一般X-Ray Generator使用208 - 408伏特（Volts） 频率频率50 Hz / 60 Hz整理pptSlide 22 of 422022-2-26半波自整流电路半波自整流电路电路优缺点电路优缺点优点结构简单; 容易制造; 成本低; 便于携带。广泛应用于组合机头和小型X射线机缺陷有逆电压危害X射线管安全.整流效率低.整理pptSlide 23 of 422022-2-26单相全波桥式整流电路单相全波桥式整流电路电路优缺点电路优缺点优点整流效率提高

14、1倍. 消除了逆电压的危害.广泛应用中型X射线机缺陷管电压脉动系数为100%. 射出大量有害X射线.单相电路只取三相系统中的一相,负载功率较大时, 造成供电系统严重不平衡.整理pptSlide 24 of 422022-2-26双三相六波桥式整流电路双三相六波桥式整流电路管电压脉动系数为13.4%. 整理pptSlide 25 of 422022-2-26高频逆变的基本原理高频逆变的基本原理工频 直流电源高频逆变整流滤波 直流逆变电路直流逆变电路逆变频率越高, 整流后产生的直流高压脉动系数越小.西门子Polydoros逆变频率为5kHz, 电压脉动约为13.4%GE Jedi 逆变频率30kH

15、z, 电压脉动为 kV ripple=4%. 整理pptSlide 26 of 422022-2-26高频逆变发生器的优势高频逆变发生器的优势1. 输出高质量的X射线. X射线频谱单色化. 提高了X射线质的平均强度.皮肤接受剂量低; 曝光时间短; 图像质量高.2. 输出剂量大, 高频机输出X射线频谱中高能成分大大增加, 在获得的胶片黑化度相同的情况下, mAs是工频机的60%.3. 实时控制, 控制精度高. 高频机中, kV和mA都是由微机管理的, 采用闭环控制, 根据实际检测值进行跟踪调整. 而工频机都是采用预调的办法, 不可能实现实时控制.4. 实现了结构的小型化. 根据变压器原理, 电压

16、/(频率x匝数x铁芯面积)=常数. 电源频率的提高大大减小了对匝数和铁芯面积的要求. 5. 有利于向智能化发展. 高频机已全部电子化, 很容易引进微机技术.6. 可直接用直流供电. 这意味着可利用储能器件解决电源条件的难题.整理pptSlide 27 of 422022-2-26自动曝射控制方式自动曝射控制方式AEC (Automatic Exposure Control)利用电路回馈方法，调整适当之X光曝射时间的装置，依其材质分有两种： Screen/ Phototube Ionization Chamber 整理pptSlide 28 of 422022-2-26滤线栅结构滤线栅结构滤线栅

17、参数滤线栅参数滤线栅半径 (F) 栅比 (N) =H/K栅频: 每厘米所含的铅条数FHK整理pptSlide 29 of 422022-2-26功能与原理功能与原理将X射线影像转换成为可见光图像并将其亮度提高数千倍,再进行摄像.整理pptSlide 30 of 422022-2-26什么是数字探测板什么是数字探测板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数字探测板的优势数字探测板的优势Noise reductionContrastThe reduction of noise level and improvement in contrast resolution are both necessary to increase the detection capability of