X线摄影技术篇(1)
大型仪器上岗证考试电子版X线摄影技术篇(1)
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大型仪器上岗证考试电子版X线摄影技术篇(1)
第Ⅰ章 概 述
1895年11月8日，德国物理学家威·康·伦琴（W·C·Rontgen）发现了X射线，当年12月22日伦琴利用X线拍摄了夫人手的照片，这是人类历史上第一张揭示人体内部结构的影像。
1896年X线就开始应用于医学，至今它经历X线的医学应用、X线诊断学的建立以及医学影像学的逐步形成三个阶段。
1．X线的产生
1.1 X线的产生
X线的产生是能量转换的结果。当X线管两极间加有高电压时，阴极灯丝发散出的电子就获得了能量，以高速运动冲向阳极。由于阳极的阻止，使电子骤然减速，约98%的动能产生热量，2%动能转换为X线。
1.2 X线产生的条件
X线产生必须具备以下三个条件：
·电子源：X线管灯丝通过电流加热后放散出电子，这些电子在灯丝周围形成空间电荷，即电子云。
·高速电子的产生：灯丝发散出来的电子能以其高速冲击阳极，其间必须具备两个条件，一是在X线管的阴极和阳极之间施以高电压，两极间的电位差使电子向阳极加速；二是为防止电子与空间分子冲击而减弱，X线管必须是高真空。
·电子的骤然减速：高速电子的骤然减速是阳极阻止的结果。电子撞击阳极的范围称靶面，靶面一般用高原子序数、高熔点的钨制成。阳极作用有两个，一是阻止高速电子产生X线；二是形成高压电路的回路。
2．X线产生的原理
X线的产生是高速电子和阳极靶物质的原子相互作用中能量转换的结果。X线的产生是利用了靶物质的三个特性：即核电场、轨道电子结合能和原子存在于最低能级的需要。
诊断使用的X线有两种不同的放射方式，即连续放射和特性放射。
2.1连续放射
连续放射又称韧致放射，是高速电子与靶物质原子核作用的结果。当高速电子接近原子核时，受核电场（正电荷）的吸引，偏离原有方向，失去能量而减速。此时电子所丢失的能量直接以光子的形式放射出来，这种放射叫连续放射。
连续放射产的X线是一束波长不等的混合线，其X线光子的能量取定于：电子接近核的情况；电子的能量和核电荷。
如果一个电子与原子核相撞，其全部动能丢失转换为X线光子，其最短波长（λ min）为
λ min=hc/kVp=1.24/kVp（nm） （1）
可见连续X线波长仅与管电压有关，管电压越高，产生的X线波长愈短。
2.2特征放射
特征放射又称标识放射，是高速电子击脱靶物质原子的内层轨道电子，而产生的一种放射方式。一
个常态的原子经常处于最低能级状态，它永远保持其内层轨道电子是满员的。当靶物质原子的K层电子被高速电子击脱时，K层电子的空缺将由外层电子跃迁补充，外层电子能级高，内层电子能级低。高能级向低能级跃迁，多余的能量作为X线光子释放出来，产生K系特性放射。若是L层发生电子空缺，外层电子跃迁时释放的X线，称L系特性放射。
特征放射的X线光子能量与冲击靶物质的高速电子能量无关，只服从于靶物质的原子特性。同种靶物质的K系特性放射波长为一定数值。管电压在70kVp以上，钨靶才能产生特征X线。特征X线是叠加在连续X线能谱内的。
3．X线的本质与特性
3.1 X线的本质
X线是一种能，有两种表现形式：一是微粒辐射，二是电磁辐射。X线属电磁辐射的一种，具有二象性、微粒性和波动性，这是X线的本质。
·X线的微粒性：把X线看作是一个个的微粒—光子组成的，光子具有一定的能量和一定的动质量，但无静止质量。X线与物质作用时表现出微粒性，每个光子具有一定能量，能产生光电效应，能激发荧光物质发出荧光等现象。
·X线的波动性：X线具有波动特有的现象—波的干涉和衍射等，它以波动方式传播，是一钟横波。X线在传播时表现了它的波动性，具有频率和波长，并有干涉、衍射、反射和折射现象。
3.2 X线特性
X线特性指的是X线本身的性能，它具有以下特性：
3.2.1物理效应
·穿透作用：X线具有一定的穿透能力。波长越短，穿透作用越强。穿透力与被穿透物质的原子序数、密度和厚度呈反比关系。
·荧光作用：荧光物质，如钨酸钙、氰化铂钡等，在X线照射下被激发，释放出可见的荧光。
·电离作用：物质在足够能量的X线光子照射下，能击脱物质原子轨道的电子，产生电离。电离作用是X线剂量、X线治疗、X线损伤的基础。
·干涉、衍射、反射与折射作用：X线与可见光一样具有这些重要的光学特性。它可在X线显微镜、波长测定和物质结构分析中得到应用。
3.2.2化学效应
·感光作用：X线具有光化学作用，可使摄影胶片感光。
·着色作用：某些物质经X线长期照射后，使其结晶脱水变色。如铅玻璃经X线长期照射后着色。
3.2.3生物效应
X线是电离辐射，它对生物细胞，特别是增殖性强的细胞有抑制、损伤、甚至使其坏死的作用，它是放射治疗的基础。
4．X线与物质的相互作用
X线与物质的相互作用有5种基本形式：
4.1相干散射（或称不变散射）
一个低能量X线光子冲击到物质的原子上，形成原子的激发状态。原子
在恢复其常态时，放出一个与原入射光子波长同样、方向不同的光子，此即相干散射。在X线诊断范围内，相干散射产生的几率最多只占5%。
4.2光电效应
在X线诊断范围内，它是X线与物貭相互作用的主要形式之一，它以光子击脱原子的内层轨道电子而产生。
光电效应产生的几率受三个因素影响：·光子必须有克服电子结合能的足够能量；·光子能量与电子结合能接近相等或稍大于；·轨道电子结合的越紧，越容易产生光电效应。光电效应产生的几率约占70%。
光电效应在X线摄影中的意义：·不产生有效散射，对胶片不产生灰雾；·可增加X线对比度；·光子能量全部被吸收，病人接受的剂量相对较多。
4.3康普顿效应（或称散射效应）
在X线诊断范围内，它是X线与物貭相互作用的另一个主要形式。当一个光子击脱原子外层轨道电子时，入射光子就会偏转，以新的方向散射出去，光子能量的一部分作为反跳电子的动能，而绝大部分能量作为光子散射。在诊断X线能量范围内，康普顿散射的几率占25%。
4.4电子对效应和光核反应
此两种X线与物质的相互作用形式，在诊断X线能量范围内不发生。
4.5相互作用效应产生的几率
在诊断X线能量范围内，相干散射约占5%，光电效应约占70%，康普顿效应约占25%。
·对低能量射线和高原子序数的物质，光电效应是主要的，它不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾，可产生高对比度的X线影像，但会增加被检者的X线吸收剂量。
·散射效应是X线和人体组织之间最常发生的一种作用，几乎所有散射线都由此产生，它可使影像质量下降，严重时可使我们看不到影像的存在，但它与光电效应相比可减少病人的吸收剂量。
·它们之间的相互比率随能量、物质原子序数等因素改变而变化。对于人体，脂肪和肌肉除在很低的光子能量而外，散射作用是主要的；对比剂的原子序数高，以光电效应为主；骨骼在低能量时主要是光电作用，在高能量时主要是散射作用。
5．X线质、X线量与X线强度
5.1 X线质（或称X线硬度）
X线质由X线的波长（或频率）决定。波长又取决于管电压的峰值。管电压越高，波长越短，穿透力越强。X线摄影中的X线质在0.008nm~0.06nm。
5.2 X线量
X线量是指X线光子的多少，常以mAs表示。
5.3 X线强度
5.3.1定义
X线强度是指垂直于X线束的单位面积上，在单位时间内通过的光子数和能量乘积的总和，即X线束中的光子数乘以每个光子的能量。在实际应用中，常以量与质的乘积表示X线强度。
5.3.2影响X线强度的因素
·管电压（kVp）：X线强度与管电压的平方成正比；
·管电流（mA）：X线强度与管电流成正比；
·靶面物质：在一定的管电压和管电流下，靶物质的原子序数越高，产生X线的效率就越高；
·高压波形：X线光子能量取决于X线的最短波长，即决定于管电压的峰值，整流后的脉动电压越接近峰值，其X线强度越大。
6．X线的吸收与衰减
6.1距离的衰减
X线强度在真空传播过程中与距离的平方成反比。一般在X线摄影时，可将空气对X线的衰减可忽略不计，故此法则成立。
6.2物质吸收的衰减
X线穿过物质时，由于与构成物质的原子、电子或原子核相互作用而被衰减。透过的X线在质与量上都会有所改变。由于低能量光子比高能量光子更多的被吸收，透过后的射线平均能量提高，将接近它的最高能量。
7．X线检查方法
X线检查方法分三大类：普通X线检查（透视与摄影）、X线造影检查和X线特殊检查。
7.1 X线透视检查
优点：可转动病人体位，改变方向观察；了解器官的动态变化；设备简单，操作方便，费用低；可立即得出结论。
缺点：影像对比度、清晰度差，难以分辨密度或厚度差异较小的器官，以及密度或厚度较大的部位；缺乏客观记录也是重要缺点。同时，透视检查的辐射剂量远大于同一部位的摄影检查。
7.2 X线摄影检查
优点：成像清晰，对比度良好；密度、厚度差异较大或密度、厚度差异较小的部位能得到显示；有客观记录。
缺点：每一幅照片只是一幅相对的影像，要建立立体概念需要相互垂直的两个方法摄影；对功能观察不及透视；费用高。
7.3 X线造影检查
人体组织有相当部分只依靠自身的密度、厚度、原子序数的差异不能在普通摄影检查中显示。此时，可将原子序数高于或低于该组织结构的物质引入器官或周围间隙，使之产生对比影像，此即造影检查。引入的物质称为对比剂。
7.4 X线特殊检查
在普通检查的基础上，利用特殊的检查装置，使受检部位显示出普通检查不能获得的影像，此称特殊检查。如体层摄影、乳腺摄影、放大摄影等。