課程2-云南省醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校資料課件

醫(yī)學(xué)影像成像原理

X線物理基礎(chǔ)2課時(shí)目標(biāo)★1、說(shuō)出X線產(chǎn)生的必備條件★2、詳述X線的能譜特點(diǎn)3、簡(jiǎn)述影響X線輻射譜線產(chǎn)生的因素第二節(jié)X線的產(chǎn)生與能譜特點(diǎn)

一、X線產(chǎn)生的條件（一）X線產(chǎn)生的必備條件-----電子源-----高速運(yùn)動(dòng)的電子流；-----適當(dāng)?shù)恼系K物---靶（二）X線產(chǎn)生機(jī)制

燈絲發(fā)射的自由電子，受電場(chǎng)力的作用高速飛向陽(yáng)極，撞擊陽(yáng)極靶物質(zhì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，使高速電子所帶的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為X線能。X線產(chǎn)生的必備條件及機(jī)制11132口述在診斷用X線范圍內(nèi)，只有約1%左右的能量轉(zhuǎn)換成X線，約99.8%左右的能量則轉(zhuǎn)換為熱能，使陽(yáng)極溫度迅速上升。

二、X線的能譜特點(diǎn)X線是一種以電磁波形式表現(xiàn)的能，它具有自己的能譜特點(diǎn)。（一）X線的輻射能譜高速電子與陽(yáng)極靶原子“撞擊”的結(jié)果，可產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的兩種類型的光輻射。(僅指那1%的X線)X線的輻射能譜波長(zhǎng)長(zhǎng)，能量低的電磁波（占99%）波長(zhǎng)短，能量大的電磁波---X線（占1%）如可見(jiàn)光、紅外線、紫外線。成為熱源韌致輻射或連續(xù)放射標(biāo)識(shí)X線或特征X線是高速運(yùn)動(dòng)的電子與核電場(chǎng)作用突然減速所產(chǎn)生是高速運(yùn)動(dòng)的電子與原子內(nèi)層（軌道）電子作用所產(chǎn)生1.韌致放射（連續(xù)放射）是高速運(yùn)動(dòng)的電子與靶原子核電場(chǎng)作用所產(chǎn)生。（1）產(chǎn)生過(guò)程

如圖4-8所示，高速電子進(jìn)入陽(yáng)極經(jīng)過(guò)靶物質(zhì)原子核附近時(shí)，受到原子核引力的作用失去能量----動(dòng)能，并以X線光（hυ），即X線能的形式放出（發(fā)生能量轉(zhuǎn)換），

是高速運(yùn)動(dòng)的電子與靶原子核電場(chǎng)作用所產(chǎn)生這種情況下所釋放的X線光子能量分布是連續(xù)的(2)產(chǎn)生連續(xù)光譜的原因：-----管電壓不同：通常是脈動(dòng)直流電壓，每個(gè)電子與靶原子作用前具有的動(dòng)能不同，與靶原子相互作用后損失的能量也各不相同-----離核遠(yuǎn)近不同：離核越近，阻止作用越強(qiáng)，能量損失越多，輻射的波長(zhǎng)越短，若一次作用其能量全部轉(zhuǎn)換成X線能時(shí)，X光子的能量為最大。

（2）光譜特點(diǎn)

----波譜的最短波長(zhǎng)（λmin）：連續(xù)X線中最短波長(zhǎng)λmin=1.24/V（nm）V為管電壓值。光子的能量雖大但數(shù)量不多，實(shí)際上，電子的最大動(dòng)能全部轉(zhuǎn)換為X線能是極個(gè)別的例λmin=1.24/150

=0.008nm----波譜的中心波長(zhǎng)（λm）：約為λm=1.5λmin。在連續(xù)譜中最大強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)叫中心波長(zhǎng)，每一個(gè)管電壓，都有一個(gè)中心波長(zhǎng)，管電壓愈高，中心波長(zhǎng)愈短（向左移）。在X線診斷中，以中心波長(zhǎng)鄰近兩側(cè)的波段起主要作用。

-----波譜的曲線位移：隨著管電壓升高，各種波長(zhǎng)的強(qiáng)度均相應(yīng)地增加，同時(shí)，各曲線所對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)和最短波長(zhǎng)均向短波方向移動(dòng)，即λmin和λm隨kV升高而向短波方向移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為連續(xù)X線譜的位移規(guī)則

-----波譜的X線強(qiáng)度計(jì)算：連續(xù)譜的X線強(qiáng)度往往采用以下經(jīng)驗(yàn)公式：

I連＝KIZV2

I為管電流，Z為原子序數(shù)，V為管電壓，K為常數(shù)約等于1.1×10-9～1.4×10-9。

韌致放射或連續(xù)放射是X線診斷用射線中最主要的部分2.標(biāo)識(shí)放射（特征輻射）標(biāo)識(shí)放射是高速運(yùn)動(dòng)電子將靶原子的內(nèi)層軌道電子擊出后發(fā)生電子躍遷所產(chǎn)生的。（1）產(chǎn)生過(guò)程

圖4-10所示。電子撞擊陽(yáng)極靶面靶原子內(nèi)層軌道的電子獲得能量克服核的引力并脫離軌道逸出留下空位原子呈不穩(wěn)定狀態(tài)較高能級(jí)電子來(lái)填充多余的能量便以X光子的形式放出（其能量等于能級(jí)差）.該光子的能量完全取決于陽(yáng)極材料的元素特征，與管電流無(wú)關(guān)。

EKLMK輻射（△E

）E-E1標(biāo)識(shí)放射產(chǎn)生過(guò)程E11/2mv2P66改錯(cuò)！在醫(yī)用診斷X線中，僅K系標(biāo)識(shí)X線有用，其它各系波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能量較低，均被X線管壁和濾過(guò)層所吸收。（2）標(biāo)識(shí)X線光譜特點(diǎn)-----某一定靶物質(zhì)，能產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X線是有管電壓要求的。高速電子的能量只有大于或等于K電子的結(jié)合能時(shí)，才能把K電子擊脫，而產(chǎn)生K系標(biāo)識(shí)線。例如，鎢的K層電子結(jié)合能為69.5keV，若低于該激發(fā)電壓，則K系標(biāo)識(shí)X線將不會(huì)產(chǎn)生。

-----標(biāo)識(shí)X線的波長(zhǎng)是固定不變的?！?----標(biāo)識(shí)X線的最短波長(zhǎng)與靶材料的原子序數(shù)的平方成正比。在醫(yī)用診斷X線中，僅K系標(biāo)識(shí)X線有用，其它各系波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能量較低，均被X線管壁和濾過(guò)層所吸收。-----標(biāo)識(shí)X線的強(qiáng)度標(biāo)識(shí)X線的強(qiáng)度與管電壓V和管電流有如下關(guān)系：IK＝K2(U－UK)n

式中：IK為K系標(biāo)識(shí)X線強(qiáng)度，K2和n為常數(shù)，n約等于1.5～1.7；U為管電壓，UK為K系的激發(fā)電壓，i為管電流。

在醫(yī)用X線中，標(biāo)識(shí)X線只占很少一部分，并不重要。對(duì)于鎢靶X線管來(lái)說(shuō)，管電壓在69.5kV以下不產(chǎn)生K系輻射，在80kV～150kV之間，K系輻射只占整個(gè)輻射量的1O%～28%，150kV以上特征輻射相對(duì)減少。

★綜上所述，從X線管發(fā)射出的X線，不是單一能量的，而是由各種不同強(qiáng)度的X線組成的，其能量是很難用一個(gè)數(shù)值來(lái)表示的一條連續(xù)的能量譜，標(biāo)識(shí)射線雖能量一定，但僅占很小部分，因而在實(shí)際工作中并不重要

三、影響X線輻射譜線產(chǎn)生的因素

---管電流---管電壓---電壓波形---陽(yáng)極靶物質(zhì)（一）管電流的影響

管電流只影響X線的強(qiáng)度，而不影響X線的質(zhì)，即X線的最短波長(zhǎng)和中心波長(zhǎng)均不發(fā)生變化。

（二）管電壓的影響-----管電壓不僅影響X線的量，也影響X線的質(zhì)。隨管電壓的增高，X線束中的高能光子成分增多，連續(xù)X線譜的最短波長(zhǎng)和最強(qiáng)波長(zhǎng)的位置均向短波方向（即高能端）移動(dòng)，但標(biāo)識(shí)X線譜的位置不變

-----經(jīng)驗(yàn)規(guī)則：kV增加15%就相當(dāng)于mAs增加一倍。例如，管電壓為50kV時(shí)，大約增加7kV，則相當(dāng)于mAs增加一倍的效果。主要是因?yàn)閄線束的高能光子增加，穿透力強(qiáng)，到達(dá)膠片上的光子增加約一倍所至。

（三）電壓波形的影響X線管上所加的電壓都是脈動(dòng)高壓：有半波整流、單相全波整流與三相六脈沖、十二脈沖輻射譜線對(duì)比，同樣的電壓和毫安秒，管電壓波形越平滑，X線束中的硬線成分越多，曲線下的面積也較大，同時(shí)譜線向高能量方向偏移。但標(biāo)識(shí)X線的波長(zhǎng)不因電壓波形的改變而改變。

（四）靶物質(zhì)的影響連續(xù)X線的強(qiáng)度與靶物質(zhì)的原子序數(shù)成正比（圖4-15），標(biāo)識(shí)X線完全是由靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)特性所決定，靶物質(zhì)的原子序數(shù)越高，則軌道電子的結(jié)合能越大，所產(chǎn)生的標(biāo)識(shí)X線能量也越大。

2、關(guān)于X線檢查的敘述，錯(cuò)誤的是

A、一種無(wú)創(chuàng)傷，無(wú)損傷的臨床診斷方法

B、直視體內(nèi)組織器官和病灶；

C、不改變或不破壞機(jī)體完整的情況下，

對(duì)活體器官的形態(tài)進(jìn)行觀察

D、可對(duì)活體器官功能進(jìn)行觀察

E、檢部位必須具有對(duì)比，方可有效

［答案］(A)5、關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的敘述,錯(cuò)誤的是

A、物質(zhì)由原子組成

B、核外電子具有不同殼層

C、一般每層上的電子數(shù)最多是2n2個(gè)

D、核外的帶負(fù)電荷的電子稱為“電子云”E、一般每層上的電子數(shù)最多是2n個(gè)

［答案］(E)［答案］(D)6、關(guān)于原子核外結(jié)構(gòu)的敘述，錯(cuò)誤的是A、原子均由核及核外電子組成B、電子沿一定軌道繞核旋轉(zhuǎn)C、核外電子具有不同殼層D、K層最多容納8個(gè)電子E、K層電子半徑最小

［答案］(A)

7、關(guān)于原子能級(jí)的相關(guān)敘述，錯(cuò)誤的是

A、電子在各個(gè)軌道上具有的能量是連續(xù)的

B、原子能級(jí)，以電子伏特表示

C、

結(jié)合力與原子序數(shù)有關(guān)

D、移走軌道電子所需的最小能量叫結(jié)合能

E、原子處于能量最低狀態(tài)時(shí)叫基態(tài)

［答案］(C)8、關(guān)于X線的敘述，錯(cuò)誤的是A、X線是一種電磁波B、X線波長(zhǎng)長(zhǎng)，穿透力弱C、L層比M層產(chǎn)生的X線波長(zhǎng)長(zhǎng)D、L層比M層產(chǎn)生的X線波長(zhǎng)短E、X線波長(zhǎng)與電子所在殼層有關(guān)［答案］(E)9、關(guān)于X線產(chǎn)生條件的敘述，錯(cuò)誤的是A、電子源B、高速電子流C、阻礙電子流的靶面D、高速電子與靶物質(zhì)相互作用的結(jié)果E、X線管的靶面均由鉬制成

［答案］(B)10、關(guān)于連續(xù)X線光子能量的敘述，錯(cuò)誤的A、X線是一束混合能譜B、能量大X線波長(zhǎng)長(zhǎng)C、能量決定于電子的能量D、能量決定于核電荷E、能量決定于電子接近核的情況

［答案］(B)11、關(guān)于特征X線的敘述，正確的是A、X線波長(zhǎng)僅與管電壓有關(guān)B、內(nèi)層軌