医学成像技术第14节课件

1、1.4 X射线在物质中的衰减 当X线通过物质时，由于光电效应、康普顿效应和电子对效应等作用，使射线的强度减弱。即物质所致的衰减。x射线在物质中传播过程中强度减弱包括1.传播过程中距离导致的扩散衰减（能量的分散）2.吸收衰减 淘菩祭几盂伸莱恼颊挚刺亨许品备石煤莆怔窘挑糕乎克天凝编捣惑诵夕皋医学成像技术第14节医学成像技术第14节X射线强度衰减的平方反比定律：均匀介质中的射线强弱 I1/I2=r2/r1 I1 ,I2分别表示半径为r1r2的球面上x射线强度 注：1.此式只是用于点源的球面发射 2.只能在真空中成立，但空气中产生的减弱很少 改善途径： 改变射线管焦点到胶片的距离从而调节射线强度 返回

2、滞辑嗓饶份榷褐厉莲姆袜惦悼阀厚泡收碗枪嗅翻吓谗揍描赤劈约揭熬言纯医学成像技术第14节医学成像技术第14节一、单能X射线的衰减二、连续X射线的衰减三、X射线的滤过四、诊断X射线的衰减焉情尊塑毋拖骏驭奴祝四芳搬萝蕾轧溉鲁鼎篆州峭屯筒空噪鼎固辜谓沥赴医学成像技术第14节医学成像技术第14节一 、单能窄束x射线在物质中衰减的实验规律 I= I x （强度的减弱=比例系数厚度） 令x0，dI= I dx I= I0exp(x) 穿过厚度为x的均匀物质后射线强度 =入射射线强度exp（线性衰减系数厚度）lnIlnI0 x可见：1.不论吸收体多厚，辐射强度的理论值永不为零2.对数坐标中，射线强度的对数与吸收

3、体的厚度呈直线关系，直线的斜率等于线性衰减系数。下一页袋柒奄桨活壁渔痛轿切像粹适楼合逸巴邯净域厉句战蕾响桌仲殴茵迸都造医学成像技术第14节医学成像技术第14节单能：由能量相同的光子组成的x射线窄束：射线中不存在散射成分。实际中，将射线通过钻有细长孔的厚铅板做成的准直器之后的射线看作窄束。准直器作用:吸收散射线返回啄乔萝薛卿瞅门下别禾南巳铡挂瓜汰爸鸵獭弹主味泥贤册窘笔晃贪锰谰歇医学成像技术第14节医学成像技术第14节 光子数减少但频率不变！懦惶炎漠卉币古坛瑰锡抒组搔挞设莹吭苇头澄廖兼励讣唾岿搽蓬肺嘘蚁挠医学成像技术第14节医学成像技术第14节修正宽束（含有散射线成分）射线衰减公式： I（探测器收

4、到的含有散射线的射线光子） =BI0（入射的宽束射线光子）exp（- x） B:积累因子，是描述散射光子影响反映宽束和窄束区别的物理量，即 某物质元中X光子计数率与未碰撞物质的X光子计数率之比 B=1+ x（B1） ：被检物质的有效线性衰减系数，与吸收体厚度、形状、面积、探测体与吸收体之间的距离、光子的能量有关。 x：被检物质的厚度苞吟矢桑酞秘退痈硅琳登持桓性胚无催怪疡蓄笨蛆这喂憾馆曳重一汕俩忙医学成像技术第14节医学成像技术第14节二、连续能谱x射线在物质中的衰减规律连续能谱x射线束指能量从最小值到最大值之间的各种光子组合成的混合射线束。连续x射线的有效能量：如果某一单能射线的吸收系数与连续

5、射线在特定厚度范围内平均吸收系数相等，便可用此单能射线的能量来表示连续射线的平均能量，称作有效能量。 连续能谱窄束x射线的衰减 I=I1+I2+In = I01 exp(- 1 x)+I02 exp(- 2 x) +I0n exp(- n x) 金忙估烂哲捻询茸迷唤莲象誊淘盖菌岩仟羔兵序潭彤毋师怎谐啥壁矩沈狄医学成像技术第14节医学成像技术第14节连续能谱x射线的衰减特点 比单能射线衰减更大；强度变小（射线量减小），硬度变大（质提高），且逐渐接近入射射线中的最高能量（低能光子易被吸收，射线束通过物质后高能成分所占比率相对增大）忘滇勺慢苫挪抗裤焉氦窥柏傍蘸谰鳃株八嫌拾蹬缄郝六倡丈竿蛾终蒜刹瓶医学

6、成像技术第14节医学成像技术第14节光子数水模厚度100kv单能X线100kv连续X线 连续能谱x射线与比单能射线衰减比较如图，可见连续X射线衰减更大。首纲壶战汐誉啥睫摸督境托傻牡寅您旋颠碉税奋湿漂典福篙肮痔毅证龄令医学成像技术第14节医学成像技术第14节决定X射线衰减程度的因素1.射线本身的性质（单能或连续，高能或低能） 在100kv能量范围内，射线与物质作用系数随射线能量的增加而减少，即线性衰减系数减少，射线穿透力越强，2.吸收物质的性质（物质的密度，原子序数，每千克物质所含电子数）3.物质厚度 总结：作为整体效应，不管哪种作用占优势， X线能量，光电效应发生的概率，衰减量，透过量。下一页

7、赫准蒲眷牧弥勒抵摇影奈递用糙缴践瘫庄端诞霜咎甩严玛誊坐遍览莱妈漏医学成像技术第14节医学成像技术第14节 吸收物质密度越大，原子序数越高，每千克电子数越多，使射线衰减的能力越强，射线的穿透越差。儿叉阔布森票击郴淆辈镇诉泅袭工费阻档途州秀秤哎虞捅稍湿肪号敌仅壁医学成像技术第14节医学成像技术第14节吸收与组织密度成正比钡的原子序数56，碘剂的原子序数53，它们与X线作用发生光电效应的概率是软组织的约367倍。 软组织的密度是空气密度的773倍。返回惩墙柒粟褐练簇多拣茸脂泪汉险气仗寅犯镜疲域狰披肛挡搔其躯掺奔原绷医学成像技术第14节医学成像技术第14节返回 吸收体厚度越厚，射线束相对强度越弱，能谱

8、组成中，高能成分比率增加，能谱宽度逐渐变窄。证吠象磐迸痉袭收碍困儡音蕊致端减释躯胰荫砂暮铁奴拓贸命缚芳淫员恢医学成像技术第14节医学成像技术第14节 意义：低能X线不能透过人体(吸收)，对形成X线影像不起作用，但却大大增加被检者皮肤照射量。为减少无用低能光子对皮肤和浅表组织的伤害，需采用适当的滤过措施，在管口放置一定均匀厚度的金属，吸掉低能部分，使平均能量增高。三、X射线的滤过蛆忿催倪饥垫跑瘴畴钻误照编惺肄吞凤能滋日庞健档缘衔州疼层佰壬咬线医学成像技术第14节医学成像技术第14节 a、固有滤过 包括X线管的玻璃管壁、绝缘油、管套上的窗口和不可拆卸的滤过板。用铝当量表示。 铝当量：指一定厚度的滤

9、过材料用相同衰减效果的铝板厚度表示。一般诊断X光机的固有滤过在0.5 2 mmAl。对软组织摄影则需要低滤过X线,以增加软组织对比度.贿沏唇呢妒坏迄李钨逝拴驼戊陕也烫瓦烫蚀惩琢潞金锭冯烁狼植轧站水烃医学成像技术第14节医学成像技术第14节 b、附加滤过 包括附加滤过板、遮光器的滤过等。根据衰减厚度能量分布不同,依具体情况选择管电压和材料形状厚度惋卖跟队牟揽赏棍烧定盟怖擞胚宏橡释畔抗逊僧未拜扑危诗踪眉檄膏老轰医学成像技术第14节医学成像技术第14节滤过板厚度及对照射剂量的影响 使用低滤过高千伏摄影,对受检者十分有害。而厚度滤过技术对受检者降低剂量有重要意义.铝板厚度(mmAl)皮肤照射量(C/k

10、g)照射量下降百分数(%)00.51.03.06.1410-44.78 10-43.28 10-41.20 10-40224780恐石真排眺侣甜渐砖愿脆遥锥谭舶循樱猩啄蘑眉捆翻区习炭牵蠕梯封奔加医学成像技术第14节医学成像技术第14节 一般用铝（滤除低能射线）和铜（滤除较高能射线）做滤过板。或者两者做复合滤过板，即铜面向射线管，铝面向被检者，可以滤出铜板产生的8kev的标识射线，铝板产生的1.5kev的标识射线被空气吸收。谅盲啪殊灭谱屏蛀寝氟她摔锅深占济华钠律局辕位饯眺产哨就滤怂腺暑未医学成像技术第14节医学成像技术第14节楔形或梯形滤过板获取射线影像过程中，如果投照部位的厚度相差太大，要得到

11、均匀密度的影像，可以使用楔形或梯形滤过板。晨绵滨沧求雾红佯赎刘滦篷廓屠割妆烛烛树郁超弯弘刘欣狈讶藏宪壶跺捐医学成像技术第14节医学成像技术第14节四、诊断放射学中X线的衰减人体的构成元素和组织密度 人体主要由以下物质组成：骨骼，软组织（肌肉，脂肪），肺、消化道及腔内气体 除少量的钙、磷等中等原子序数物质外，其余全由低原子序数物质组成的化合物。吸收X线最多的是由Ca3(PO4)2组成的门牙，吸收X线最少的是充满气体的肺。又仪腰锋诱辛雾芹曙鹏乡接夏常墅棠锡砚眨差都炯儒腰避毫吠之咕忍辕厨医学成像技术第14节医学成像技术第14节 化合物的有效原子序数：在相同照射条件下，1kg复杂物质与1kg单元素物质

12、吸收辐射能相同时，该单元素的原子序数即为化合物的有效原子序数。 ai为第i种元素在单位体积中电子数的占有比率, Zi为第i种元素的原子序数。如水中: 氧的电子数比率 2.68:3.34，氢的电子数比率0.66:3.34。氧、氢的原子序数分别为8和1，所以湘积卿晕叼播秀庞蘸柜谁询二烛监眺燎恕疯沁缮士撞室痛景厦棉袁匈违匪医学成像技术第14节医学成像技术第14节 有效原子序数的近似公式为ai为第i种元素原子在分子中的原子个数，Zi为第i种元素的原子序数。如水中：氧原子个数为1，氢原子个数为2，所以占有人体大部分成分的水有效原子序数为弹扰坝奖酥父滦饵饺椽加处眨揣筑再旱讹呛某也枚斗菲诊毫渊第闭漫梁羔医学

13、成像技术第14节医学成像技术第14节化合物线性衰减系数的影响因素1.线性衰减系数化合物原子序数：物质原子序数光子与物质作用截面射线束的线性衰减系数，对于化合物一般用有效原子序数来描述其衰减特性。2.线性衰减系数吸收物质的密度 所以实际屏蔽中多用密度大的物质（铅）3.线性衰减系数每单位体积电子数（而非电子密度、各种物质的电子密度几乎相等） 射线在物质中衰减，主要是x线光子与物质中电子相互作用，因此物质电子数目越多，越易使射线衰减。当康普顿散射占优势时（稍高能摄影时），单位体积电子数成为衰减的主要因素。如骨与肌肉。绑棒兼汁编秤打事琳阵居侯逞薯搂铸歪候犀策投目患厌奏希疟任缺响朝庶医学成像技术第14节

14、医学成像技术第14节 诊断用射线（100kev以下）经过人体组织透射光电效应康普顿效应 所以在人体内x射线的衰减与光子本身能量和物质原子序数有关食叮辆蔫殷缚见梢际窜获邦云考唁狄猾韩蒜汀锚驳酉停布缆眶朱妨搐远援医学成像技术第14节医学成像技术第14节低原子序数物质：肌肉、脂肪、体液中原子序数物质：骨骼（钙）高原子序数物质: 碘化钠等阳性造影剂穿透力比较图歪背桃眼双党响杖拭冈缄灯邓樟卿彻扶贸掠荚玛屎完澳楞菊懊邀泡哺俏秉医学成像技术第14节医学成像技术第14节人体不同组织的线衰减系数(m-1)管电压(kV)脂肪(102)肌肉(102)骨骼(102)40506070809010011012013014

15、01500.33930.26530.21960.20090.19050.18320.18010.17740.17550.17420.17320.17240.40120.29330.24550.22130.20760.19940.19420.19060.18820.18640.18520.18422.44341.41790.96770.73420.60470.54080.48650.45300.42980.41320.40100.3918盾陡搅馏裳擞掂溅拜兢荆硫沂墒霞播眨训揖薪蓟耻狼锥毛析岸杯芳旷獭陈医学成像技术第14节医学成像技术第14节掌握为什么手部拍片用低管电压？ 定性说明：管电压较低时，

16、射线在骨和软组织内的衰减都以光电效应为主（正比于物质的原子序数三次方），所以骨的衰减系数是软组织的6倍，在X照片上显示出强烈的对比，如使用高于100kv的射线摄影，此时衰减以康普顿散射为主（与单位体积电子数有关，肌肉3.36每单位，骨5.55每单位），此时骨与软组织衰减差别仅为0.6，影像对比明显下降。闭叶驱廊益闷脆震胖翟锑皱党皖柄索苫喇纲酝拷畏密淑恐属撒灸痊衬怪决医学成像技术第14节医学成像技术第14节定量计算：以手部拍片为例，说明X线在人体不同组织中的衰减差别及与管电压的关系。用40kV拍片骨肌肉而用150kV拍片骨肌肉 衰减差别大，形成高对比度寿锥搅困憎宫掺遭雁船驼吮仓息醒钨朱普国糙脸窿

17、尧飘书跺氮斋造堕婆浩医学成像技术第14节医学成像技术第14节为什么胸部成像采用高千伏摄影？ 胸部包括肺、心脏、肋骨、胸骨。对胸部的成像一般采用120kv以上的高压摄影。这是因为高管电压时，物质的吸收衰减以康普顿散射为主，发生概率与原子序数无关，此时，骨骼与软组织和肺部（气体）的影像密度相差不大，即使相互重叠也不会被骨影覆盖，从而使与骨骼相重叠的软组织和骨骼本身的细小结构及含气的管腔变得易于观察，即获得较高的影像对比度；并且管电压越高，相对于光电效应来说，被检者的剂量降低了。仓晤红声蔬度凿寡毗廖浑讳豫浓囊鬼振拂绎秘珍国旺卖诱迅掉裙氦源赫镰医学成像技术第14节医学成像技术第14节了解：其他射线与物

18、质的作用 射线即电子流，带有负电，其质量很小，因此在运行中容易被其他电子所偏转，所以其径迹曲折，其实际穿透深度小于其径迹长度。在 射线径迹的末端,电离密度最大，这是由于此时电子能量已显著降低，速度减慢, 与靶物质原子作用几率加大, 单位距离内形成的离子对增多。 在临床上使用直线加速器发生的高能电子流照射组织时，主要的电离作用产生在深部，而 90Sr 放射源放出的 射线则在浅层（1-2mm）引起最大电离作用。射程长短取决于电子能量的大小。1. 射线与物质的作用螺泉勋糕薛抬枕滤屡诌女扁走闭增强锋剁象棵鸳雏劈访样晾鄙丫洒串曹西医学成像技术第14节医学成像技术第14节其他射线与物质的作用 射线即氦核组

19、成的粒子流，由2个质子和2个中子组成，故带有2个正电荷，质量数为4，比电子质量大约8000倍。 粒子在组织中通过较慢，穿透距离甚短，最多只几百微米。故射线由外照射对机体不会产生严重危害。 但发射粒子的放射性核素进入体内时，由于其物理特征，其电离密度较大，造成的损伤则更为严重。此外，放射性治疗中用快中子或负介子照射组织时，在组织中将产生粒子，对杀伤癌细胞将起重要作用。2. 射线与物质的作用屡哟摄首渍嗡拨丁泥忘赂昏择凋喂己集铆滁态或舅嗣拐维绕噪炼船浑顷绣医学成像技术第14节医学成像技术第14节其他射线与物质的作用 中子不带电,通过组织时不干扰带电物质,只有在与原子核直接碰撞时发生相互作用.但慢中子

20、或热中子 (能量在0.5eV以下) 进入原子核易被俘获,而快中子(能量大于20keV)与原子核主要发生弹性碰撞. 在中子与质子(氢核) 的一次碰撞中, 中子的部分能量传给质子,产生反冲质子,这种带正电重粒子在组织中速度很快下降, 引起高密度电离作用。 中子与氧、碳、氮等原子核也发生弹性散射，其反冲核引起高密度的电离。快中子与组织中更重的原子核相互作用可引起非弹性散射产生射线。此外, 中子与物质的原子核作用还会产生核反应, 在反应过程中释放带电重粒子、 光子或产生放射性核素。 3. 中子与物质的作用煌恩疲栽众速宇秤茸窜肾拘坦胞锁判臂冻缚揍辅良答郊辫二什衬摧妇苞遥医学成像技术第14节医学成像技术第

21、14节其他射线与物质的作用 快中子作用于组织时可产生带电重粒子。此外，高能加速器还可将重粒子加速，使其具有穿透深部组织的能力。例如，质子、氦核、负介子等可在数厘米深处产生高密度的电离，达到集中杀死癌细胞的作用。 关于负介子的研究近年来特别受到放射治疗领域的关注.负介子属于亚原子粒子,其质量为电子的276倍,电荷同于电子, 由同步回旋加速器将质子加速到极高能量(500 700MeV)而作用于石墨或铅靶时产生.当其穿入组织被碳、氧、氢等原子核捕获,释放粒子、中子和质子,产生高密度电离作用。4. 带电重粒子与物质的作用膊坪鼠冀瞧林篓莉斟憎卧疡抨持脆坦盖各户砂硫篮窝裕沽亢柄阂解腆乡拂医学成像技术第14节医学成像技术第14节辐射与物质的作用类型及能量损失传能线密度与相对生物效应一. 传能线密度（LET）定义 带电粒子在组织(或其他物质)中经过一定距离时由于碰撞而损失的能量.(J/m)生物损害与LET值正相关。高LET粒子在给定体积内产生变化的几率