1、 1 1 一、 X 线的发现： 时间： 1895 年 11月 8 日 发现者： 德国物理学家 威廉 康拉德 伦琴 ； 背景：用高真空玻璃管做阴极射线放电试验时偶然发现； 获奖： 1901 年伦琴被授予诺贝尔物理学奖 ； 世上第一张 X线照片： 1895年 11 月 22日，伦琴夫人手的照片 ； 伦琴逝世时间： 1923 年 2月 10 日 。 二、 X 线的产生： X线的产生是能量转换的结果 ：电能转换为阴极电子的动能；在阳极的阻止下，阴极电子的动能 99%以上转换为热能， 不到 1%的动能转换为 X线 。 X 线产生必须具备的 3 个条件： （ 1） 电子源 ： X线管灯丝通电加热而获得在灯
2、丝周围形成的空间电荷。 （ 2） 电子高速运动 ：必须使电子高速运动具有动能。通过球管两端施以定向直流 高压 和保持 X线管内 高真空 来满足。 （ 3） 高速电子骤然减速 ：是阳极阻止的结果； 阳极的作用：一是阻止高速电子产生 X 线，二是形成高压电路的回路 。阳极上接受电子撞击的范围称为靶面；阳极靶一般用 高原子序数、高熔点的钨制成。 三、 X线产生的原理 2 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，利用了靶物质的 3个特性： 核电场、轨道电子结合能、原子存在有处于最低能级的需要。 阴极电子 从静止到产生高速运动具备强大的动能，需要电场力对电子做功。带电粒子在电
3、场中产生的电势能等于： eV 。这个电势能做功全部转变为电子的动能： 1/2mv2。电子的能量大小等于它的电荷量乘以 X 线管两端的电压。 靶物质的原子结构：处于原子中心的集中了原子绝大部分质量的体积很小的带正电荷原子核；分布在原子核周围很大半径范围里不同轨道上的质量忽略不计的带负电荷的电子。 X 线管阳极靶物质是钨，其原子序数为 74，就是说，钨的原子结构为：原子核内有 74 个质子，核外轨道上一共有 74 个电子。原子核与轨道电子之间存在结合能，半径小的内 层电子结合能大，外层轨道电子的结合能比较小；电子在内层轨道运动时，原子的能量状态低，处于稳定状态；电子在外层轨道运动时，原子的能量状态
4、高，处于不稳定的受激发状态。 当阴极电子高速撞击阳极靶面与靶物质的原子相互作用时，将会以两种方式把动能转变为 X线能量。 一种方式是高速电子受到靶物质原子核正电场的作用做急剧的减速运动辐射出能量；另一种方式是靶物质的原子发光机制，即高速电子击脱靶物质的原子核外内层轨道电子而激发原子发光 。前者叫做连续放射，后者叫做特征放射 。 1、连续放射 3 连续放射又称为韧致放射 ，是高速电子与靶物质 原子核 相互作用的结果。阴极电子受原子核正电场的影响而失去能量急剧减速， 失去的能量直接以光子的形式放射出来 ；连续放射产生出来的 X线是一束 波长不等的混合射线 ， 其能量（波长）取决于：电子接近原子核的
5、情况、电子的能量、原子核的电荷。 （ 1） 阴极电子正撞到原子核，速度急剧减为零，电子的全部动能转变为 X线能放射出来，这时的 X线光子能量最大，波长最短。 min=hc / kVp=1.24/kVp(nm) （这个公式要记住） 例如， 当施与 X 线管两端管电压为 l00kVp 时，电子所获得的最大能量就是 l00keV，它所产生的 X线光子的最短波长就是 min=1.24/100=0.0124nm。 （ 2）阴极电子没有正撞到原子核而是从原子核旁经过时， 离核越近受到的影响就越大，放射出来的光子的波长就越短；离核越远受到的影响就越小，放射出来的光子能量就越小，波长越长。 （ 3）阴极电子的
6、能量大小因为整流方式不同也不一样。 （ 4） 连续射线的最强波长是最短波长的 1.31.5 倍 。 （ 5）连续射线的波谱随管电压升高而变化： 管电压升高时： 最短波长向 短波 一侧移动； 强 度曲线向 短波 一侧移动；最强波长向 短波 一侧移动；产生的 X线总能量将以 管电压二次方 比例增大。 （ 6）阳极靶物质的原子序数大时， X 线总能量增大。 （ 7） X 线的总能量将随管电流的增大而提高。 2、特征放射 4 特征放射又称标识放射 ，这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
7、K层电子被高速电子击脱时， K层电子的空缺将要由 外层电子补充 ，外层电子能级高，内层电子能级低，高能级向低能级跃迁， 外层电子将把 多余的能量作为 X线光子释放出来， 此即 K系特征放射；若 L层电子的空缺，则由其外层电子补充，即产生 L系特征放射。 （哪层空缺，称为哪系特性放射） 特征放射是在靶物质原子壳层电子的跃迁中产生的。 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。它只服从于靶物质的原子特性 。 X 线管钨靶的 K层电子结合能为 69.5keV， 具有 70keV以上能量的冲击电子都可以击脱 K层电子，产生特征 X线。 70kVp以下，不产生 K特征 X线； 80150k
8、Vp， K 特 征 X线占 10%28%； 150kVp 以上，特征 X线减少 。 总之， 从 X 线管发出的 X线是一束由连续 X线和特征 X线组成的混合射线 ，特征 X线是叠加在连续 X线能谱内的。 第 2 天 一、 X线的本质与特性 1 X 线的本质 X线本质是一种电磁波 ，与无线电波、可见光、 射线一样都具 有一定的波长和频率 。由于 X线光子能量大，可使物质产生电离，故又属于电磁波中的电离辐射。 X线与其他电磁波一样具有 波动和微粒 的二重性， 这是 X线的本质 。 （ 1） X 线的微粒性 5 把 X线看成是一个个的微粒 -光子组成的， 光子 具有一定的 能量 和一定的动质量 ，但
9、 无静止质量 。 X线与物质相互作用 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。 （ 2） 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，是一种 横波 。 X线在传播时表现了它的波动性，具有频率和波长，具有干涉、衍射、反射和折射现象。 2 X 线的特性 X 线特性指的是 X 线本身的性能，它具有以下特性： （ 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
10、发，释放出可见的荧光。 电离作用 ：具有足够能量的 X线光子，不仅能击脱原子轨道的电子，产生一次电离，击脱的电子又与其它原子撞击，产生二次电离。 电离作用是 X线剂量测量、 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。 （ 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，其 结晶脱水变色。如铅玻璃经 X线长期照射后着色。 （ 3） 生物效应 6 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
11、其 坏死 的作用。 它是放射治疗的基础 ； 是放射卫生防护的根据 。 3 X 线产生的效率 产生 X线所消耗的总能量与阴极电子能量之比，称作 X线发生效率 ，用符号 表示。 = X线消耗的总能量 / 阴极 电子能量 = k（ V2ZI / VI） = kVZ（ %） 式中， V：管电压， Z：靶物质原子序数， I：管电流， k：系数 在 X线诊断范围内： k=1.1 10-9。 例题：管电压为 100kV，靶物质为钨（ W），原子序数 74 时， X 线的产生效率为： = 1.1 10-9 74 105 0.0081 0.81% 从上例可见，加速阴极电子所消耗的电能只有 0.81%作为 X 线
12、能量被利用，其余都转换为热能。 X 线的产生效率是很低的 二、 X线强度 1 X 线强度的定义 X线强度是垂直于 X线束的单位面积上，在单位时间内通过的 X线光子数量与能量之总和 ，即 X线束中的 光子数量乘以每个光子的能量 。在实际应用中，常以 X线 量与质的乘积 表示 X线强度。 量是指线束中的光子数，质则是光子的能量（也称穿透力） 。连续 X线波谱中每条 曲线下的面积 表示连续 X线的总强度。 2 影响 X 线强度的因素 X 线强度受 管电压、管电流、靶物质和高压波形 （整流方式） 的影响 （ 1）靶物质 7 在一定的管电压和管电流下， X线量的多少决定于靶物质：靶物质的原子序数越高，产
13、生的 X线效率就越高。对于 连续 X线 而言，靶物质的 原子序数决定 X 线量的产生 ；而对于特 征 X线 而言，靶物质的 原子序数决定所产生的特征X 线波长的性质 。 （ 2）管电压 管电压决定产生 X 线最大能量的性质；另外 增加管电压也将增加产生 X线的量 。所以 X线强度与管电压的平方成正比 。 （ 3）管电流 管电流的大小并不决定 X线的质。但是在管电压一定的前提下， X 线强度决定于管电流。 管电流越大，撞击阳极靶面的电子数就越多，产生的 X线光子数就越多。 （ 4）高压波形 X 线发生器产生的高压都是 脉动式 的，由于不同的整流方式，所产生的高压波形的脉动率有很大区别。 X 线光
14、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。 3 X 线质的表示方法 （ 1） 半值层（ HVL）： X线强度衰减到初始值的一半时所需的标准吸收物质的厚度 。它反映 X 线束的 穿透力 ，表征 X线质的软硬程度 。 （ 2）电子的加速电压（ 管电压 ）。 （ 3） 有效能量 ：在连续 X 线情况下使用这一概念。 （ 4） 硬度 ：低能量 X线称为软射线，高能量 X线称为硬射线。 （ 5） X 线波谱分布：它表示 X 线的波长分布或能量分布。 4 X 线的不均等性 8 诊断用 X 线为连续 X线与特征 X线的混合， 主要为连续 X线
15、。连续 X线的波长由最短波长 ( min)到长波长领域有一个很广的范围。这种 X线称为 不均等 X 线 。不均等 X线由于 滤过板 的使用，长波长领域的 X 线被吸收，成为近似均等 X线。这种均等度以不均等度 h或表示。 h=H2 H1 (H1：第 1半值层， H2：第 2 半值层 ) 或 = eff / 0 ( 0 ：最短波长， eff ：有效波长 ) 均等 X 线场合下， h=1， =1，不均等 X 线 h1， 1。 有效波长：单一能量波长的半值层等于连续 x线的半值层 时，此波长称作有效波长 ( eff)。 有效电压：产生有效波长的最短波长的管电压，称作有效电压 。 eff = 1.24
16、 Veff (kV)(nm) 有效能量 ：将有效电压用能量单位 (keV)表示时，此能量为有效能量（或等效能量） 第 3 天 一、 X线与物质的相互作用 X线与物质的相互作用形式： 相干散射、光电效应、康普顿效应、电子对效应和光核反应 。 诊断用 X线能量范围，主要涉及光电效应和康普顿效应。 1相干散射 它是一个低能量的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同样波长、方向9 不同的光子，此即相干散射。相干散射在 X线与物质相互作用时所占几率很小， 不超过 5 ，实际作用不大。 相干散射不产生电离 过程。 2光电效应 （ 1）光电效应的定义 X线与物
17、质相互作用时， X 线光子能量 (h )全部给予了物质原子的壳层电子，获得能量的电子 摆脱原子核的束缚成为自由电子 (即光电子 )。而 X线光子本身则被物质的原子吸收，这一过程称为光电效应。 （ 2） 光电效应的产物 光电效应，在摄影用 X线能量范围内是和物质相互作用的主要形式之一。它是以光子击脱原子的 内层轨道电子 而发生。有如特征放射的发生过程。但又不完全一样，其主要差别是击脱电子的方式不同。光电效应可产生三种东西： 特征放射、光电子 (也叫负离子 )和 正离子(即缺少电子的原子 )。 在产生光电效应的过程中，当一个光子在击脱电子时，其大部分能量是用于克服电子的结合能，多余能量作为被击脱电
18、子 (光电子、负离子 )的动能。由于带电粒子穿透力很小，当这个电子进入空间后，很快就被吸收掉。失掉电子的原子轨道上的电子空位，很快就有电子来补充。这个电子经常是来自同原子的 L 层或 M 层轨道上的电子，有时也可来自其他原子的自由电子。在电子落入 K 层时放出能量，产生特性放射。但因其能量很低，在很近的距离内则又被吸收掉。例如，钙是人体内最高原子序数的元素，它的最大能量的特性光子也只有 410 kev。这样小的光子能量，从它的发 生点几个毫米内即可被吸收。但必须注意， 常用造影剂碘和钡，所产生的特性放射，会有足够的能量离开人体，而使胶片产生灰雾。 （ 3）光电效应产生的条件 光子能量与电子结合
19、能 ，必须 “ 接近相等 ”才容易产生光电效应。就是说，光子的能量要稍大于电子的结合能或等于电子的结合能。例如，碘的 K 层电子结合能为 33.2 kev，若光子能量为 33.0kev，就不能击脱该层电子。另一方面，一个有 34kev 能量的光子，又比一个具有 100kev 能量的光子更容易和碘 K 层电子发生作用。这就是说， 光子能量的增加，反而会使光电作用的几率下降 。实际上， 光电效应大约和能量的三次方成反比 。 在实际摄影中，我们通过调整管电压的数值就可以达到调制影像的目的。 轨道电子结合得越紧越容易产生光电效应。高原子序数元素比低原子序数元素的轨道电子结合的紧。在低原子序数元素中，光
20、电效应都产生在 K 层，因为这一类元素只有K 层电子结合的比较紧。对高原子序数的元素，光子能量不足以击脱它的 K 层电子，光电效应常发生在 L 层、 M 层，因为这两层轨道电子结合的都比较紧，容易产生光电效应。所以说，光电效应的几率， 随原子序数的增高而很快增加 。其 发生几率和原子序数的三次方成正比 。光电效应 (原子序数 )3。它说明摄影中的 3个实际问题：不同密度物质的影像，所以能产生明显对比影像的原因；密度的变化可明显影响到摄影条件；要根据不同密度的物质，选择适当的射线能量。 （ 4） 光电效应在 X线摄影中的实际意义 光电效应不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾 。 11 光电效应可增
21、加射线对比度 。 X线影像的对比，产生于不同组织的吸收差异，这种吸收差别愈大，则对比度愈高。因为，光电效应的几率和原子序数的三次方成正比。所以，光电效应可扩大不同元素所构成的组织的影像对比。例如，肌肉和脂肪间的对比度很小，如果选用低 kVp摄影，就可以利用肌肉和脂肪在光电效应中所产生的较大吸收差别来获得影像 。 光电效应中， 因光子的能量全部被吸收 ， 这就使患者接受的照射量比任何其他作用都多。为了减少对患者的照射，在适当的情况下，要采用高能量的射线。 3康普顿效应 康普顿效应也称散射效应或康普顿散射 。它是 X线诊断能量范围内 ， X 线与物质相互作用的另一种主要形式。当一个光子在击脱原子
22、外层轨道 上的电子时，入射光子就被偏转以新的方向散射出去，成为散射光子。而被击脱的电子从原子中以与入射光子方向呈 角方向射出，成为反冲电子。其间 X 线光子的能量一部分作为反跳电子的动能，而绝大部分是作为光子散射。 一个光子被偏转以后，能保留多大能量，由它的原始能量和偏转的角度来决定。偏转的角度愈大，能量的损失就愈多。 散射光子的方向是任意的， 光子的能量愈大，它的偏转角度就愈小 。但是，低能量的光子，在散射效应中，向后散射的多。在 X线摄影所用能量 (40150kVp)范围内，散射光子仍保留大部分能量，而只有很少的能量传给电子。 12 在摄影中所遇到的散射线，几乎都是来自这种散射 。因为，散
23、射吸收是光子和物质相互作用中的主要形式之一。所以，在实际工作中 无法避免散射线的产生 ，而 只能 想办法 消除或减少 它的影响。 4电子对效应与光核反应 电子对效应与光核反应，在诊断 X线能量范围内不会产生 。因为 电子对效应 产生所需要的光子能量是 1.02MeV，而 光核反应 所需光子能量要求在 7 MeV以上。所以，这两种作用形式对 X线摄影无实际意义。 5相互作用效应产生的几率 在诊断 X线能量范围内， 相干散射占 5，光电效应占 70，康普顿效应占 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，因而可产生高对比度的 X线影像
24、。 但会增加被检者的 X线接收剂量 。 散射效应 是 X线和人体组织之间最常发生的一种作用，几乎所有散射线都是由此产生的。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 减少患者的照射量。 它们之间的相互比率将随能量、物质原子序数等因素的改变而变化。就人体而言，脂肪和肌肉的原子序数要低于骨骼。常用造影剂碘和钡属于高原子序数的元素。脂肪和肌肉除在很低的光子能量而外，散射作用是主要的； 造影剂的原子序数高，以光电效应为主 ； 骨骼的作用形式，在低能量的主要是光电作用，而在高能量时则变为散射作用是主要的。 13 总之， X线和物质的各种相互作用都有它的重要性，就 X 线
25、摄影而言，各种作用的结果，都造成了 X线强度的衰减，这是 X 线影像形成的基本因素 。 第 4 天 一、 X线的吸收与衰减 1 X 线的吸收与衰减 X线强度在其传播过程中，将以与 距离平方成反比 的规律衰减。此即 X线强度衰减的反平方法则（反平方法则： X 线强度与距离的平方成反比）；反平方法则在 X线管点焦点及 X 线在真空传播 的条件下成立。严格地讲， X线在空气中传播会出现衰减，但是，这种因空气衰减的 X 线强度很微弱，在 X 线摄影中可以忽略不计。 X线除距离衰减外，还有物质导致的衰减。在诊断 X 线能量范围内， X线与物质相互作用形式主要是光电效应和康普顿效应。因此，X线强度由于吸收
26、和散射而衰减 。在光电效应下， X线光子被吸收；在康普顿效应下， X 线光子被散射。 X 线与物质相互作用中的衰减，反应出来的是物质吸收 X 线能量的差异，这也正是 X 线影像形成的基础。 2连续 X 线在物质中的衰减特点 （ 1）连续 x 线波长范围广，是一束包含各种能量光子的混合射线。连续 X 线最短波长决定于管电压，即 min=1.24/kVp(nm)。最强波长等于 1.21.5 min。而它的 平均 能量的 波长 范围，则是 2.5 mi14 n。一般而言， 平均光子能量是最高能量的 1 31 2。如 100kev的射线，平均能量约是 40 kev。当然，由于过滤不同有所改变。 （ 2
27、） X 线通过物质之后，在 质与量上都会有所改变 。这是由于低能量光子比高能量光子更多地被吸收，使透过被照体后的射线平均能量提高。如此继续下去，通过物质之后的平均能量，将接近于它的最高能量。连续 X线的这一衰减特点，可以用于通过改变 X 线管窗口过滤来调节 X 线束的线质。 （ 3） X 线在通过被照体时，绝大部分能量被吸收，较少的能量透过。如何把这种衰减信号利用起来，将取决于有效地使用影像的转换介质。 （ 4） X线在物质中的衰减规律是进行屏蔽防护设计的依据 。 3 X 线的滤过 诊断用 X线是一束连续能谱的混合射线。当 X 线透过人体时，绝大部分的低能射线被组织吸收，增加了皮肤照射量。为此
28、，需要预先 把 X线束中的低能成分吸收掉 ，此即 X线滤过 。 X线滤过包括 固有滤过和附加滤过 。 （ 1）固有滤过 指 X线机本身的滤过 ，包括 x线管的管壁、绝缘油层、窗口的滤过板 。固有滤过一般用 铝当量 表示。即 一定厚度的铝板和其他物质对 X线具有同等量的衰减时，此铝板厚度 称为滤过物质的铝当量。 （ 2）附加滤过 15 广义上讲，从 X线管窗口至检查床之间，所通过材料的滤过总和 为附加滤过。 在 X线摄影中 ，附加滤过指 X线管窗口到被检体之间，所附加的滤过板 。一般对 低能量 射线采用 铝滤过板 ； 高能射线 采用 铜与铝的复合滤过板 。使用时 铜面朝向 X线管 。 4 X线在
29、物质中的指数衰减规律 当 X 线强度为 I，通过厚度为 X 的吸收物质时，其衰减 I遵循下列公式 I= - I X 假设 X= 0(厚度 )， I=I0 (X 线强度 )，将上式加以积分后，可得公式 I= I0 e- X I0 ： X 线到达物体表面的强度， I： X 线到达（穿过）厚度为 X 时的强度， X：吸收物质厚度 (m)。此公式即为 X 线衰减的指数函数法则。此一法则 成立的条件 有两个，一是 X线为 单一能量射线 ；一是 X线为窄束 X线 。所谓 窄束 X线是指不包括散射线的射线束 ，通过物质后的X线光子，仅由未经相互作用或者是说未经碰撞的 原射线光子所组成的 X线 。 单能窄束
30、X 线与物质相互作用时，其衰减可由以下两种坐标形式描述： 在半对数的坐标中， X线强度的改变与吸收层厚度的关系变为直线，其 直线的斜率 就是线性衰减系数的 值 。 16 在普通坐标中， X 线强度随吸收体厚度的增加而衰减的规律呈指数曲线。 单能窄束 X线在通过物体时，只有 X 线光子数量的减少，而无能量的变化 ，其指数衰减规律是 X线强度在物质层中都 以相同的比率衰减 。 然而，在 X 线诊断能量范围内的 X 线发生，不是单能窄束，而是宽束的混合射线。宽束与窄束 X 线的主要区别是，宽束考虑了散射的影响，它把散射光子当作被物质吸收的光子来处理。显然，若用窄束的衰减规律来处理宽束的问题是不恰当的
31、，特别是对屏蔽防护的设计。 宽束的衰减与吸收物质种类和厚度、 X 线能量、 X 线源与探测器的几何学的配置等因素有关。 在此情况下，可在窄束的指数衰减规律的基础上，引入 积累因子 B加以修正。 I= BI0 e- X 不同的辐射有不同的积累因子 (也称积累系数 )，如光子数积累因子、能量积累因子、吸收剂量积累因子及照射量积累因子等。 大体上讲， X 1 时，按 B 1； X 1 时，按 B X 计算。在射线防护的情况下，为增加其安全度，一般以 B X+1 计算。 5衰减系数 衰减系数有 吸收系数和散射系数 。它是线衰减系数、质量衰减系数、原子衰减系数和电子衰减系数的简称。 17 （ 1） 线衰
32、减系数 将 X线透过物质的量以 长度 (m)为单位时， X线的衰减系数，称作线衰减系数，也即 X线透过单位厚度 (m)的物质层时，其强度减少的分数值。单位为 m-1。 （ 2） 质量衰减系数 将 X线透过物质的量以 质量厚度（千克 米 -2） 为单位时的 x线衰减系数，称作质量衰减系数（ / )， 也即 X线在透过质量厚度为1 千克米 -2 的物质层后， X 线强度减少的分数值。单位为（ m2 kg） 。 质量衰减系数不受吸收物质的密度和物理状态的影响 。它与 X线的波长和吸收物质的原子序数有如下的近似关系： m=K 3Z4 它说明了波长愈短， X线的衰减愈少，也即穿透力愈强；同时吸收物质的原
33、子序数愈高， X 线的衰减愈大 。 （ 3）总衰减系数 总衰减系数即是光电衰减系数 、相干散射衰减系数 t、康普顿衰减系数 c 和电子对效应衰减系数的总和 。 = + t + c + 若用物质密度去除以上线衰减系数，则得到质量衰减系数。总质量衰减系数等于各相互作用过程的质量衰减系数之和。 / = / + t / + c / + / 18 至于每一项在总衰减系数中所占的比例，则随光子能量和吸收物质的原子序数而变化。 （ 4）能量转移系数 在 X 线与物质的三个主要作用过程中， X 线光子能量都有一部分转化为电子 (光电子、反冲电子和正负电子对 )的功能，另一部分则被一些次级光子 (特性 X 线光
34、子、康普顿散射光子及湮灭辐射光子 )带走。如此总的衰减系数可以表示为上述两部分的总和，即 = tr + p tr ： X 线能量的电子转移部分； p： X 线能量的辐射转移部分。 对于辐射剂量学而言，重要的是确定 X 线光子能量的电子转移部分。因为，最后在物质中被吸收的正是这一部分能量。 6影响 X 线衰减的因素 （ 1） 射线能量和原子序数对衰减的影响 在 X线诊断能量范围内， 当 X线能量增加时，光电作用的百分数下降 。当 原子序数提高时，则光电作用增加 。对高原子序数的物质(如碘化钠 )在整个 X 线诊断能量范围内主要是光电作用。作为水和骨骼，则随 X 线能量增加，康普顿散射占了主要地位
35、。随着 X 线能量的增加，透过光子的百分数增加。对低原子序数的物质，当 X 线能量增加时，透过量增加，而衰减减少；对高原子序数物质，当 X 线能量增加时，透过量有可能下降。因为， 当 X线能量等于或稍大于吸收物质K 层电子结合能时，光电作用的几率发生突变 。 19 X线检查中使用的造影剂钡和碘，因为有很理想的 K 结合能，更多的光电作用发生在 K 层。所以，可产生更高的影像对比度。 （ 2） 密度对衰减的影响 在一定厚度中，组织密度决定着电子的数量，也就决定了组织阻止射线的能力。组织密度对 X 线的衰减是直接关系，如果一种物质的密度加倍，则它对 X 线的衰减也加倍。 （ 3） 每克电子数对衰减
36、的影响 电子数多的物质比电子数少的更容易衰减射线。一定厚度的电子数决定于密度，也就是决定于 cm3的电子数。 这是临床放射学中影响 X线衰减的主要因素 。 7 X 线诊断能量中的 X 线衰减 人体各组织对 X线的衰减按 骨、肌肉、脂肪、空气的顺序由大变小 。这一差别即形成了 X线影像的对比度。为了增加组织间的对比度，还可借用 造影剂扩大 X 线的诊断范围。 在 X线诊断能量范围内，如果把 X 线的总衰减作为 100，在 42kVp 下，对肌肉来说光电作用的康普顿散射作用所占比例相同；在 90kVp 下，散射作用占 90；由于骨的原子序数高，其光电作用是肌肉的 2 倍，骨对 X 线的衰减，在 7
37、3 kVp 下光电作用与散射作用相同。对于密度差很小的软组织摄影，必须采用低电压技术，用以扩大光电作用所产生的对比度。 第 5 天 一、 X线信息影像的形成与传递 20 1摄影的基本概念 摄影 ：是应用光或其他能量来表现被照体信息状态，并以可见光学影像加以记录的一种 技术 。 像 ：是用能量或物性量，把被照体信息表现出来的 图案 。在此把能量或物性量，称作信息载体。 信息信号：由载体表现出来的单位信息量 。 成像系统 ：将载体表现出来的信息、信号加以配列，就形成了表现信息的影像。此配列称为成像系统。 摄影程序：光或能量 信号检测图像形成 。 2 X 线信息影像的形成与传递 X线在到达被照体之前
38、不具有任何的医学信号，只有当 X 线透过被照体 (三维空间分布 )时，受到被照体各组织的吸收和散射而衰减，使透过后的 X 线强度分布呈现差异，从而形成 X 线的信息影像。 X 线随之到达影像接收器 (如屏片系统 )的受光面，转换成可见光强度的分布，并传递给胶片，形成银颗粒的空间分布，再经显影处理成为二维光学密度分布，形成光密度 X 线照片影像。 如果把 被照体 作为 信息源 ， X线作为 信息载体 ，那么 X线诊断的过程就是一个信息传递与转换的过程。此过程分为 五个阶段 。 第一阶段： X 线对三维空间的被照体进行照射，取得载有被照体信息成分的强度不均匀分布。此阶段信息形成的质与量，取决于被照
39、体因素 (原子序数、密度、厚度 )和射线因素 (线质、线量、散射线 )等。 21 第二阶段：将不均匀的 X线强度分布，通过接受介质 (屏片系统、 CR、 DR 系统等 )转换为二维的光强度分布。若以屏片系统作为接受介质，那么这个荧光强度分布传递给胶片形成银颗粒的分布(潜影形成 )，再经显影加工处理成为二维光学密度的分布。此阶段的信息传递转换功能取决于 荧光体特性、胶片特性及显影加工条件 。此阶段是把不可见的 X线信息影像转换成可见密度影像的 中心环节 。 第三阶段：借助看片灯 (或显示器 )，将密度分布转换成可见光的空间分布，然后投影到人的视网膜。此阶段 信息的质量 取决于 看片灯 (或显示器
40、 )亮度、色光、观察环境以及视力 。 第四阶段：通过视网膜上明暗相间的图案，形成视觉的影像。 第五阶段：最后通过识别、判断做出评价或诊断。此阶段信息传递 取决于医师的学历、知识、经验、记忆和鉴别能力。 我们之所以介绍“ X 线影像信息的形成与传递”的目的，是要了解 X 线影像形成中每一个阶段的要素以及建立一个“影像链”的概念。 X线摄影目的，就是掌握和控制 X 线影像形成的条件，准确大量地从被照体中取得有用的信息。并真实地转换成可见影像。或者说，在允许的辐射剂量内，获得最有效的影像信息，其中有 两个关键，一是当 X线通过被照体时，究竟以多大程度把客观的信息准确地传递出来；二是从信息接受介质来讲
41、，又以何 种程度把信息真实地再现成可见影像。前者取决于 X 线机的性能、 X 线的特性及摄影条件的选择；22 后者取决于接受介质的转换功能及显影加工技术。这些也正是推行影像质量保证 (QA)与质量控制 (QC)的目的 。 3 X 线照片影像的形成 作为放射诊断影像的主体 X 线照片影像，仍占影像检查总数的 70。 1995 年美国放射学院 (ACR)一项调研表明， 120 家被调研的临床机构中，有 48认为常规 X 线摄影是最适宜首选的诊断方法。 所谓 X 线照片影像，就是以增感屏胶片体系作为信息的接受介质，而形成的 X 线影像。 X 线透过被照体时，由于被照体的吸收、散射而衰减，透射线仍按原
42、方向直地 (散射线不形成影像 )，作用于屏片系统，经显影加工后，则形成了密度不等的 X 线照片影像。 X线照片影像的形成，一是利用了 X 线具有的 穿透、荧光、感光等特性，以及被照体对 X线吸收差异的存在。所以， X 线照片影像可以看作是 X 线通过被照体内部所产生的吸收现象的记录。 X线照片影像是 X 线诊断的依据，医生通过对照片的观察，对构成这幅影像的点、线赋予一定的内容，并理 解其中的含义，这就是诊断 。对此重要的是，什么样的点和线可以在 X线照片上显示出来，并能为人眼所识别，这也就是医生最关心的影像细节的微小变化。因为，它是疾病早期诊断的征象。 X 线照片影像的质量实质上指的就是微小细
43、节的信息传递问题 ，即 影像的清晰度 。 23 概括地讲，影像细节的表现主要取决于构成照片影像的 五大要素：密度、对比度、锐利度、颗粒度及失真度 。 前四者 为构成照片影像的 物理因素 ， 后者 为构成照片影像的几 何因素。 第 6 天 X 线照片影像质量的分析基础 1影响影像质量的基本因素 （ 1） X 线影像质量的评价 X 线影像质量的评价经历了一个逐渐完善的过程，从主观评价到客观评价，目前又进入了一个新的领域 综合评价阶段。 主观评价 ：通过人的视觉在检出识别过程中根据心理学规律，以心理学水平进行的评价，称为 主观评价或视觉评价 。 以往 ， 主观评价方法主要有金属网法、 Burger法
44、、并列细线法 等。 目前 ，主要应用ROC(receiver operating characteristic， ROC)曲线 ，它是一种以信号检出概率方式，对成像系统在背景噪声中微小信号的检出能力进行解析与评价的方法， 也称观测者操作特性曲线 。这一概念是对主观评价的最新发展。 客观评价 ：对导致 x线照片影像形成的密度、模糊度、对比度、颗粒度以及信息传递功能，以物理量水平进行的评价，称为客观评价。主要通过 特性曲线、响应函数 等方法予以测定、评价。 综合评价 ： 它是以诊断学要求为依据，以物理参数为客观手段，再以能满足诊断要求的技术条件为保证，同时充分考虑减少辐射量的评价方法 。 24 无
45、论是主观评价、客观评价还是综合 评价，其评价的前提是必须了解影响影像质量的基本因素。 （ 2）影响 X 线影像质量的基本因素 从医疗角度讲，评价影像质量的第一要素，是看影像质量是否符合诊断学要求。在这里我们仅从技术角度对影像质量加以分析。 X线照片影像，从 X 线的发生到在胶片上形成一幅固定的影像，其间要发生许多改变，这是一个复杂的信息形成与传递的过程。因此，一幅照片影像的质量的评价、分析与控制应当是 全过程的、全面的、全员的 ，即 全面质量管理 (total quality management， TQM)的模式，也就是说，要提高一幅照片影像的质量，必须对所包含的 每个步骤、过程加以测试、评
46、估方可得到改善 。 在上述影响影像质量的诸多因素中，最重要的影响因素是 对比度、清晰度和颗粒度 三大因素。这三大因素存在着相关性，相互之间又存在着许多方式的影响。但是，从总体来看也存在 着随机的相关性。据此，这些因素也可以认为具有一定的独立性。 （ 3） X 线影像质量的视觉评价 当人们用肉眼对 X 线照片影像质量进行评价时，很难对上述三大因素做出十分清楚的区分，所看到的影像是三个因素相互作用的结果。因此，人们要对照片影像进行更加科学的分析、评价，这就需要有使用物理参量的对“总体影像质量”或“诊断价值”进行表达的一些方式。 目前对此评价的 最新视觉评价方法是借助统计学的 ROC曲线 。 25
47、当所有三大因素完全满意、完全不满意、一种因素相对于另外两种因素具有悬殊很大的影响时，对总体的影像质量评价 会十分容易。但是，实际上有些照片显示出高清晰度，而颗粒性差的影像；也可以是低清晰度，而有良好的颗粒性影像。此外，照片影像质量的评价还受其他因素的影响，如医生的“偏爱”和所检查器官、组织的类型等。总之，有一条基本的结论，目前还没有制定出一个具有概括性的结论和方法。结果，对肉眼观察与物理参量之间还没有建立一个完全的统一。这也是为什么“综合评价”观点出现的原因。然而，在当前以数学方式表达影像质量的应用方法，即客观评价方法，毫无疑问地说它可以提供影像质量提高的有价值数据。 2对比度 （ 1）对比度
48、的概念 X线摄影学中 对比度 的概念十分重要，它是 形成 X线照片影像的基础 。这中间涉及了三个基本概念，即 射线对比度、胶片对比度、X线照片对比度 。 射线对比度： X线到达被照体之前不具有任何的医学信号 ，它是强度分布均匀 的一束射线。当 X线 透过被照体 时，由于被照体对 X线的吸收、散射而衰减，透射线则形成了强度的 不均匀分布 ，这种强度的差异称为射线对比度。此时即 形成了 X线信息影像 。 胶片对比度： 射线对比度 所表示的 X线信息影像 不能为肉眼所识别 ，只有通过某种介质的转换才能形成可见的影像，如 X线照片影像。26 那么， X线胶片对射线对比度的放大能力 ，即称为胶片对比度。
49、 它取决于胶片的最大斜率 (值 )或平均斜率 (G)。 X 线照片对比度： X线照片上相邻组织影像的密度差 ，称为照片对比度。照片对比度依存于被照体不同组织吸收所产生的射线对比度，以及胶片对射线对比度的放大结果。 （ 2）影响影像对比度的因素 X线影像形成的实质，是 被照体对 X线的吸收差异 。而 X线照片影像形成的 物理因素 为 密度、对比度、锐利度、颗粒度 。其 几何因素为失真度 (影像的放大与变形 )。所有这些因素的基础是密度的存在，而 对比度是密度影像形成的根本 。 图 1-2-3表示了在 X 线照片影像形成过程中，其对比度的影响因素。胶片对比度在更大范围内影响着影像质量的评价，同时胶片对比度也与影像锐利度和宽容度 (信息量 )有关。当胶片对比度大时，组织影像之间的密度分辨就容易，边缘也就趋向锐利；当胶片对比度小时，密度的区分范围就大，涵盖的信息量也就越大 。图 1-2
