普通X射线成像课件

第一章

普通X射线成像X射线的发现德国科学家(1845-1923)WilhelmConradRoentgen1895年发现X线X线投照8/30/20231第一章普通X射线成像德国科学家(1845-1923)Wil1901

伦琴(Roentgen) 发现X射线(1895)1914

劳厄（Laue） 晶体的X射线衍射1915

布拉格父子(Bragg) 分析晶体结构1917 巴克拉(Barkla) 发现元素的标识X射线1924

塞格巴恩(Siegbahn) X射线光谱学1927

康普顿(Compton等六人) 康普顿效应1936

德拜(Debye) 化学1946

马勒(Muller) 医学1964

霍奇金(Hodgkin) 化学1979

柯马克和豪森菲尔德（Cormack/Hounsfield）医学1981 塞格巴恩(Siegbahn) 物理8/30/202321901

伦琴(Roentgen) 发现XX-RaysGammaRaysUltravioletRaysXRaysLightInfrared(IR)MicrowaveRadiowaveUsuallydetectedasparticlesofenergy(photons).Discoveredin1895byWilhelmConradRoentgen.10-9m(1nm)10-11m(0.01nm)“soft”“hard”8/30/20233X-RaysGammaRaysUltravioletRa第一节、X射线管的特性1、X射线管的结构2、X射线的产生3、X射线管的焦点及焦点的性能参量4、X射线管的容量8/30/20234第一节、X射线管的特性1、X射线管的结构8/1/202341.1.1X射线管的结构X射线产生的必要条件

电子源（阴极）

;

高压电场;必须有适当的阻挡物(金属靶面,阳极)来承受高速电子的能量，使高速电子所带的动能转变成X射线;高度真空(P<10-4Pa)的环境

。

8/30/202351.1.1X射线管的结构8/1/20235阴极。一般由发射电子的灯丝和聚焦电子的凹面阴极体组成。用低压电源对灯丝加热，引起热发射，提供足够数量的电子，且使电子聚焦后去撞击阳极。常用两种类型，圆焦点型和线焦点型。X-射线管的构成8/30/20236阴极。一般由发射电子的灯丝和聚焦电子的凹面阴极体组成。用低压电子聚焦

从灯丝发射出的电子，由于库仑力的作用而相互排斥，使电子流在向阳极运动时发散。因此实际中采用凹面阴极体，置于灯丝后，且将灯丝一端与阴极体相连，接在同一电源上，使阴极体具有比灯丝电位更低的电位，使阴极体排斥电子，可起到使电子初聚焦的作用。阴极体可收集二次电子，防止危害发生。二次电子是由阳极发射(反射)出来的电子，二次电子可撞击灯丝使其发生断裂，撞在玻璃上可造成玻璃破裂。8/30/20237电子聚焦从灯丝发射出的电子，由于库仑力的作用而相互排斥，使阳极。功能是产生X射线,按结构分有固定式和旋转式两种。

固定式阳极一般为镶嵌在铜制圆柱柱端斜面上的小钨块（靶）,仅适用于管电流小，曝光时间较长的便携式牙科和骨科用的X光机中。旋转阳极是将阳极和阳极体做成圆盘状，并用小电机带动旋转，这样阳极时刻都以“新的靶面”接受电子束的轰击，使产生的热量均匀分散到整个靶面上，避免了局部过热。8/30/20238阳极。功能是产生X射线,按结构分有固定式和旋转式两种。固

特殊X射线管：1）栅控X射线管：在阴极和阳极之间加上控制栅极，控制管电流的截至和导通，从而控制X射线的截至和导通。特点：灯丝发射特性比一般X线管差，不适用于大容量的X线机。可获得微焦点，适用用于放大X射线摄影；可使病人和操作者接受的X线辐射剂量减少，X线管负载降低；能实现快速断续X线摄影，提高X线影像清晰度。2）软X射线管：用于对乳房等软组织进行X射线摄影，以提高X射线影像的反差。软X射线的能量较低，管壁对X射线的吸收不容忽视；产生软X射线的管电压较低，20～50KV，造成了灯丝发射电子的困难。软X射线管采用钼靶，发射率虽比钨靶低(0.57倍)，但具有一19.5KeV标识辐射的优点，此辐射经具有特征吸收特性的锆(Zr)的滤过层，可获得近于单色(0.07mm)的软X射线，从而可获得较为理想的摄影效果。

8/30/20239特殊X射线管：8/1/20239X射线管的电特性：1）管电压与管电流之间的关系：与饱和二极管类似，即管电流的大小主要决定于灯丝加热电流或灯丝电压。随着管电压的升高，管电流在一定范围内也增加。但是，随着管电压的增大，管电流升高到某一临界值时，就不再随管电压而变化，且保持一恒定值，即达到“电压饱和”。临界值的大小随灯丝加热电流的增加而增大。2）灯丝电流与管电流之间的关系：当管电压一定，且低于某一较低的临界值时，管电流并不随灯丝电流的继续增加而升高。当加热电流低于某i0值时，灯丝还不能有足够的热电子发射，则管电流为零。当灯丝电流大于i0时，管电流开始缓慢增长，随着灯丝电流的不断升高，管电流的增大才显著起来，曲线也越陡。

8/30/202310X射线管的电特性：8/1/2023101.1.2X射线的产生在X射线管中，从阴极发射的热电子，经阴、阳两极间的电场加速后，电子的速度已非常高。此高速电子与靶物质相互作用，能量损失，速度骤减。这种相互作用十分复杂，一般情况下，电子在失去它的全部能量前要经受很多次同靶原子的碰撞，其能量损失分为碰撞损失

(collisionloss)和辐射损失(raditionloss)两种情况。碰撞损失只涉及高速电子与外层电子的作用，碰撞损失的能量将全部转化为热能。而辐射损失则涉及高速电子与内层电子和原子核的作用。通过辐射损失的能量，大部分是以X射线的形式辐射出去的，它不足电子总能量的1％。8/30/2023111.1.2X射线的产生在X射线管中，从阴极发射的热电子Theelectrons

arefirstemittedfromaheatedfilament,byaprocesscalledthermionicemission.Theyarethenaccelerated

acrosstheevacuatedX-raytube,undertheactionofalargevoltageacrossthetube,thefilamentformingthenegativecathodeandthetargetbeingpositiveanode.Onstrikingthetarget,theelectronslosemost(about99%)oftheirenergyinlow-energycollisionswithtargetatoms,resultinginasubstantialheatingofthetarget.Therestoftheelectronenergy

(usuallylessthan1%)reappearsasX-rayradiation.

8/30/202312TheelectronsarefirstemitteArapidly-rotatinganodeisgenerallyused.Itsbevellededgeformsthe(tungsten)targetsurfaceontowhichtheelectronbeamisfocused.Thetargetareaunderbombardmentisconstantlychanging,thusreducinglocalheatconcentration.(YoucanoftenhearthewhirringoftheanodemotorduringthetakingofanX-ray.Copper,beinganexcellentheatconductor,isusedfortheanodemountings.Oil,circulatingintheouterhousing,,assistswithconvectivecooling(aswellasprovidingelectricalinsulation).8/30/202313Arapidly-rotatinganodeisge

X射线的产生连续X射线：高速运动电子与靶原子核作用。特征X射线：原子核外电子的跃迁。

连续辐射/韧致辐射：高速带电粒子在靶物质的原子核电场作用下，改变运动方向和速度，所损失的动能中，有一部分转化为能量等于hν的光子辐射出去。由于各带电粒子与原子核相互作用情况不同，所以辐射出来的X射线光子能量也不一样，具有连续的能谱分布。

+连续X射线14

8/30/202314+连续X射线148/1/202314连续X射线谱的特征

连续谱的X射线强度是随波长的变化而连续变化的。每条曲线都有一个峰值；曲线在波长增加的方向上都无限延伸，但强度越来越弱；在波长减小的方向上，曲线都存在一个称为短波极限波长的极限值。随着管压的升高，辐射强度均相应地增强。同时，各曲线所对应的强度峰值和短波极限的位置均向短波方向移动。

h：普朗克常数c：光速V：加速电子的电场电压e：电子电荷量νmax

：X射线的频率λmin：X射线的波长连续X射线的能量：8/30/202315连续X射线谱的特征连续谱的X射线强度是随波长的变化而连续变

X射线的产生

特征辐射/标识辐射（characteristicX-radiation）：当高速电子与阳极靶面撞击时，也可能与原子的内层电子相互作用而将内层电子轰出，使原子呈不稳定状态。当具有较高势能的外层电子填补内层电子空位时，即释放出多余的能量。这种能量的辐射称为特征辐射。

特征X射线的能量:

h：普朗克常数ν

：X射线的频率λ

：X射线的波长c：光速En1：轨道能级（外）En2：轨道能级（内）+特征X射线8/30/202316X射线的产生

特征X射线的能量:h：普朗克常

特征辐射/标识辐射标识X射线的波长同阳极靶原子的结构有着密切的联系，仅取决于阳极靶物质，与X射线产生过程中的其它因素无关。不同靶材料的辐射光子的能量和波长也不同。每一种元素的标识X射线的波长是固定不变的。产生标识X射线的最低激发电压U必须满足

为最低激发电压，不同的激发电压产生的标识X射线量占总的X射线量的比率是不同的。

X射线谱示意图W为脱出能。当时8/30/202317

特征辐射/标识辐射W为脱出能。当时8/1/202317X射线强度X射线波长特征X射线管电压V1>V2>V38/30/202318X射线强度X射线波长特征X射线管电压V1>V2>V38/1/1）连续谱的形状与靶的材料无关。2）连续谱存在一最大的能量值，它取决于管电压。

3）标识辐射的X射线波长是由跃迁的电子能量差决定的，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原子序数，原子序数越高，产生的标识辐射的波长越短。

8/30/2023191）连续谱的形状与靶的材料无关。8/1/2023191.1.3X射线管的焦点及

焦点的性能参量实际焦点

灯丝发射的电子，经聚焦加速后，透射在阳极靶上的面积。有效焦点

X射线管的实际焦点在垂直于X射线管轴线方向上投影的面积，即X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（targetangle）建立起一定关系。有效焦点面积＝实际焦点面积×sinθ

靶角越小，有效焦点的长度越小，即有效焦点的面积也越小。实际焦点的大小直接影响X射线管的散热和影像的清晰度。面积越大，对散热越有利。但有效焦点的面积也将增大，必然引起在胶片上所成影像的清晰度8/30/2023201.1.3X射线管的焦点及

焦点的性能参量实X射线管焦点性能参量

1）X射线管焦点的方位特性2）焦点的X线量分布

3）管球焦点对成像的影响

8/30/202321X射线管焦点性能参量1）X射线管焦点的方位特性8/1/20X射线管焦点的方位特性在X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X射线管阴极方向所得到的焦点越大，而越靠向X射线管阳极方向所得焦点越小。

Return8/30/202322X射线管焦点的方位特性在X射线管的管轴垂直方向上投影得到有效焦点的X线量分布1、X光子数目；2、每个X光子的平均能量。

X射线的量就是X射线能量在某一时间内的积累，单位时间的X射线的量就是X射线的强度。

在X射线管中，X射线强度的分布是不均匀分布。原因有两个：1）抵达靶面各处的电子密度不尽相同－>靶面上各处辐射的X光子数密度不尽相同；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X光子的能量千差万别。

8/30/202323焦点的X线量分布1、X光子数目；在X射线管中，X射线强度的分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X射线管的焦点宽度上X射线强度的分布一般是双峰分布。Return8/30/202324阶梯直槽的电位分布及电子轨迹聚焦槽的形状及深度管球焦点对成像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。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S，线度为AB的面光源时，胶片上图像边缘区域P由于线光源AB不能完全投照其上而出现半阴影，这种半阴影在X射线影像中称为半影，半影的出现影响着影像的清晰度，使影像的边缘模糊不清，严重时甚至造成影像无从辨认。8/30/202325管球焦点对成像的影响有效焦点大小的影响：有效焦点越小，得到的

半影

缩小半影的方法：缩小有效焦点面积S；缩短被摄部位与胶片间的距离。

8/30/2023268/1/202326管球焦点对成像的影响焦点面上X射线强度的分布不均匀产生的影响：若有效焦点的大小相同，但在焦点面上X射线强度的分布不均匀，那么所成影像的分辨率不同，也将使密度分辨率变差。焦点中央X射线强度越强，半影的影响越小，即高斯分布的X射线强度产生的X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。分辨力最差的是双峰分布。Return8/30/202327管球焦点对成像的影响焦点面上X射线强度的分布不均匀产生的影响1.1.4X射线管的容量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(或能承受热量)的最大负荷量，称为X射线管的容量。影响容量的因素有：实际焦点的大小管电压的高低管电流的大小X射线管连续使用时间焦点上电子分布的情况

阳极的构造及冷却方式8/30/2023281.1.4X射线管的容量大量速度极高的电子打在阳极靶上X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

例：一给定的X射线管，额定管电压为200kV，额定管电流为20mA，求其容量。解：容量（单位：kW）管电压有效值（单位：kV）管电流（单位：mA)＝8/30/202329X射线管容量的计算容量（单位：kW）管电压有效值（单位：k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

8/30/202330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，在透视时使用小焦点在摄影时使用大焦点高

压正KV负KV大焦灯丝小焦灯丝大焦灯丝变压器小焦灯丝变压器CLCCS阳极双焦点技术8/30/202331在透视时使用小焦点高压正KV负KV大焦小焦大焦旋转阳极技术

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。旋转阳极球管旋转速率有2700rpm、8500rpm(3倍频)，甚至16000rpm(6倍频)。旋转阳极球管的靶面8/30/202332旋转阳极技术通过阳极旋转来扩大焦点面积，提高球管的水或油循环冷却技术真空

油在CT中使用油循环X线管在心血管造影机X线机中使用水循环X线球管8/30/202333水或油循环冷却技术真空油在CT中使用油循环第二节、X射线辐射场的空间分布1、X射线的物理特征2、X射线的强度3、X射线的滤过和硬化4、辐射场的角分布8/30/202334第二节、X射线辐射场的空间分布8/1/202334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γ射线之间。与普通光线一样具有微粒—波动二重性，每个X射线光子具有一定的能量E=hυ，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。

X射线不带电，它不受外界磁场或电场的影响。

1.2.1X射线的物理特征8/30/2023351.2.1X射线的物理特征8/1/2023351、贯穿本领

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。影响因素：与X射线的能量、被穿透物质结构和原子性质有关。同一X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。

X射线对人体不同组织的穿透性不同——X射线医学影像学的基础

人体组织对X射线的穿透性

易透射组织中等透射性组织不易透射性组织

气体结缔组织骨骼肌肉组织脂肪组织软骨血液

8/30/2023361、贯穿本领8/1/2023362、荧光作用

当射线照射某种物质时，能够发出荧光，具有这种光特性的物质称为荧光物质。如钨酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉等荧光物质受X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，便可放出荧光。X射线荧光作用的应用：X射线透视荧光屏、增感屏、影像增强器、闪烁计数器等。3、电离作用具有足够能量的X射线光子不仅可从原子中击脱电子产生一次电离，脱离了原子的电子还能与其他原子碰撞产生二次电离。X射线电离作用的应用：

X射线剂量仪器探头原理及X射线损伤和治疗的基础。

8/30/2023372、荧光作用8/1/2023374、X射线的化学和生物特性1）、感光作用X射线与可见光一样，可使胶片感光。胶片乳剂中的溴化银受X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。X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。2）、脱水作用/着色作用某些物质经X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X射线长期照射后都会逐渐变色。3）、生物效应

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，它是放射治疗的基础，也是射线工作者应注意防护的原因。

8/30/2023384、X射线的化学和生物特性8/1/202338X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。

在医学应用中，常用X射线的量和质表示X射线的强度。

单色X射线强度：I=N•hυ

复色X射线强度：I总=∑Ni•hυi=N1•hυ1+N2•hυ2+N3•hυ1+…

X射线束内的光子数目X射线光子的能量1.2.2X射线的强度（IntensityofX-rays)

8/30/202339X射线在空间某点的强度：单位时间内通过单位横影响连续X射线强度的因素①靶物质I∝Z

②管电流I∝i

③管电压I∝U28/30/202340影响连续X射线强度的因素①靶物质I∝Z8/1/20234X射线的量与质的表示：

X射线的量：管电流×曝光时间（mA×s）X射线的质：管电压（kV）X射线的质/线质一般用于表示X射线的硬度(hardnessofX-ray)

X射线的三个参量：

管电压(kVp)

管电流(mA)

曝光时间(s)

在X线管加上高压产生X射线的时间穿透物质的能力X射线阳极阴极灯丝变压器高压变压器管电压管电流8/30/202341X射线的量与质的表示：在X线管加上穿透物质的能力X射线阳X射线质的分类及用途

产生硬X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。产生软X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X射线设备，即用铍制成的X射线输出窗口。X射线影像采用的是前两种较软的X射线。

8/30/202342X射线质的分类及用途8/1/202342固有滤过：从X射线管阳极发射出的原级X射线穿过管壁后，被吸收一部分。

附加滤过：在X射线管射出的X射线到达被投照部位前放置一定物质产生的滤过。

附加滤过可使：X射线总强度减小

波长分布均匀

平均硬度提高

半价层：使X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X射线束的穿透能力。

半价层的单位必须包括滤过板材料和厚度两部分。

例如：一束X射线穿过2mm厚的标准铝板后，其强度减弱了一半，则可称这束X射线的半价层为2mm铝。1.2.3X射线的滤过和硬化

8/30/202343固有滤过：从X射线管阳极发射出的原级X射线穿过管壁后，被吸收从阳极靶上发射的X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辐射强度空间分布或辐射场的角分布。它主要取决于入射电子的能量、靶物质及靶厚度等因素。

薄靶周围X射线强度的角分布

厚靶产生的X射线空间分布1.2.4

辐射场的角分布

8/30/202344从阳极靶上发射的X射线在不同的方位角上，辐射强度不同。这种不薄靶周围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。Return8/30/202345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射线强度厚靶产生的X射线空间分布用于医疗诊断方面的X射线管，其阳极靶较厚。当高能电子轰击靶面时，不仅与靶面原子相互作用辐射X射线，而且还穿透到靶物质内部的一定深度，因此，除了靶表面辐射X射线外，在靶的深层，也能向外辐射X射线。如图1-21，越靠近OC方向，穿过靶的厚度越厚，靶本身对它的吸收也越多；越靠近OA方向，靶对它吸收越少。

8/30/202346厚靶产生的X射线空间分布用于医疗诊断方面的X射线管，其阳极靶第三节、X射线在介质中的衰减1、作用概率与截面2、主要作用形式3、扩散衰减4、吸收衰减的规律8/30/202347第三节、X射线在介质中的衰减8/1/2023471.3.1作用概率与截面作用概率η：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。

I0为入射强度，I为出射强度，ΔI=I-I0，-ΔI/I0表示束流减弱的程度。作用截面σ：一个入射粒子与一个靶粒子发生相互作用的概率。N为靶物质的靶粒子密度（单位体积内的靶粒子数），ΔX为靶物质的厚度。

8/30/2023481.3.1作用概率与截面作用概率η：表示射线通过物质层时射线强度与作用截面之间的关系显然σN就是线性衰减系数μ，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。

8/30/202349射线强度与作用截面之间的关系显然σN就是线性衰减系数μ，可见Ⅰ.光电效应(photoelectriceffect)X射线光子的能量全部给予壳层电子，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，外壳层的电子将填补空穴，随之辐射出标识X射线。

光电效应的产物：光电子、正离子(产生光电子的原子)、新的光子（标识辐射光子）

+X射线光电效应光电子光电效应的能量供受关系：Ee：电子的动能Ex:X射线的能量Ei:第i层电子结合能50

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

8/30/202350Ⅰ.光电效应(photoelectriceffect)光电效应在光电子出射方向上，光电子的数量与入射X射线的能量有关。8/30/202351光电效应8/1/202351Ⅱ.Compton效应(Comptonscattering)

入射X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。

康普顿散射的产物：

散射光子、反冲电子、正离子

康普顿散射是X射线在生物组织内衰减

的主要原因。

+入射X射线Compton效应Compton电子出射X射线Compton效应的能量供受关系：Ee：电子的动能Ex:X射线的能量θ:散射角（如图）meC2:电子的静态质量能θ8/30/202352Ⅱ.Compton效应(Comptonscattering

康普顿散射原理图

8/30/202353康普顿散射原理图8/1/202353+X射线正电子电子对效应负电子电子对效应的能量供受关系：Ee：电子的动能Ex:X射线的能量meC2:电子的静态质量能Ⅲ.电子对效应(electricpaireffect)

入射X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个负电子，这一现象称为电子对效应。

一个电子的静止能量为0.511MeV,故电子对效应中的电子总动能为：

E2e=hυ-1.022MeV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对的动能。8/30/202354+X射线正电子电子对效应负电子电子对效应的能量供受关系：Ee各种作用发生的相对几率8/30/202355各种作用发生的相对几率8/1/202355引起X射线在物质内传播过程中的强度减弱，包括扩散衰减（能量分散）和吸收衰减（与物质相互作用）两方面。扩散衰减：若不考虑介质的吸收，在半径不同的球面上，X射线强度的减弱遵守反平方规律：

式中I1、I2分别表示半径为r1和r2的球面上X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X射线影像中，改变X射线管焦点到胶片的距离来调节X射线的强度。1.3.3扩散衰减

8/30/202356引起X射线在物质内传播过程中的强度减弱，包括扩散衰减（能量分Ⅰ.吸收衰减的规律由能量相同的光子组成的X射线称为单能X射线。X射线中不存在散射成分时，称为窄束X射线。单能窄束X射线在物质中的衰减：

令ΔX→01.3.4吸收衰减的规律8/30/202357令ΔX→01.3.4吸收衰减的规律8/1I为穿过某一物质后的X射线强度；I0为射入该物质之前的X射线强度；μ为该物质的吸收系数（不同物质的μ值不同，由物质的物理特性决定）；X为该物质的厚度；

II0

X衰减公式：衰减方程：58

8/30/202358I为穿过某一物质后的X射线强度；II0X衰减公式：衰两个概念：

线性衰减系数μ

、

质量衰减系数μm

线性衰减系数：或(单位：m-1)

线性衰减系数μ的物理意义：X射线穿过单位厚度的物质薄层时，强度减弱的百分数。

线性衰减系数＝作用截面×靶粒子密度质量衰减系数：

当入射X射线能量一定，吸收物质一定（单位：)时，线性衰减系数与物质密度成正比。

为消除ρ的相关性，引入质量衰减系数：

——质量厚度

8/30/202359两个概念：线性衰减系数μ、质量衰减系数μm8/1

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

氢

碳

氧

氮

钠

镁

碘

氩

钾

钙MeV0.0109.92×10－40.1490.5600.3421.452.094.016.207.709.98

0.0151.10×10－30.05170.1490.09160.4430.6091.191.942.462.89

0.0201.33×10－30.02030.05890.03600.1770.2470.500.8311.051.25

衰减公式：

质量厚度质量衰减系数8/30/202360

几种常见物质在不同光子能量时的质量衰减系数:(AttenuationCoefficientAttenuationcoefficientstellyouthe“x-rayblockingpower”ofamaterial.5105010015010.1AttenuationCoefficientPhotonEnergy(keV)500BoneMuscleFat8/30/202361AttenuationCoefficientAttenuaAttenuationCoefficientCoefficientdependsonthepropertyofthematerial.Density(Bonehasahighdensitycomparedtosofttissues)ChemicalMake-up(Leadblocksx-rays;leadscreeningusedtoprotectpatient&technicians)8/30/202362AttenuationCoefficientCoeffic第四节、X射线在人体组织内的衰减1、混合物和化合物得质量衰减系数2、化合物的有效原子序数3、连续能谱X射线在物质中的衰减规律4、X射线在人体组织内的衰减8/30/202363第四节、X射线在人体组织内的衰减8/1/2023631.4.1混合物和化合物的质量衰减系数

组成人体的物质非单一物质，医用X射线也非单能窄束。

例题：

若空气中各组分的质量百分比为氮75％，氧23.7％，二氧化碳1.3％，试计算在能量为10keV光子作用下，空气的质量衰减系数是多少？已知氮、氧、二氧化碳的质量衰减系数分别为0.36、0.587、和8.31()

解：空气的质量衰减系数为

＝0.36×0.75＋0.587×0.237＋8.31×0.013

＝0.27＋0.139＋0.108

＝0.515（

）第i种元素的质量衰减系数第i种元素在化合物或混合物中所占质量的百分比8/30/2023641.4.1混合物和化合物的质量衰减系数第i种元

X射线束的线性衰减系数随原子序数的增大而增大。对于混合物或化合物常采用有效原子序数/平均原子序数来描述其对X射线的衰减性质。

例：求水分子H2O的有效原子序数

解：1.4.2化合物的有效原子序数8/30/202365X射线束的线性衰减系数随原子序数的增大而增大。1.4.2

线性衰减系数与吸收物质的密度成正比，故当射线穿过相同物体时，密度大的物质对X射线的衰减能力强。故实际中多采用密度大的物质做屏蔽材料。但对复合材料而言，由于各成分元素的吸收很不相同，可与较大能量范围的光子共振吸收，所以即使密度较小，对X射线也有较强的吸收。

例如：XF型防护材料是由石墨、氧化钡、三氧化钨、氧化铝以及微量的锌、钙、钛、银、镁等按一定比例配合而成的复合材料。其密度

虽小于铁的密度

，但XF型防护材料对X射线的衰减能力，在100kV时为铁的1.2倍，在150kV时为铁的1.5倍。8/30/202366线性衰减系数与吸收物质的密度成正比，故当射线穿过8/1/X射线在物质中衰减，主要是X射线光子与物质中的电子相互作用，因此，电子数目越多的物质，更易使X射线衰减。某些常见物质的密度和电子数物质

密度

每千克电子数

每立方米电子数

有效原子序数

氢0.0899