Xray基礎(chǔ)知識[稻谷書苑]

1、Slide 1 of 55知識書苑 X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn) X-ray 是由德國侖琴教授在1895年所發(fā)現(xiàn)。這種由真空管發(fā)出 能穿透物體的輻射線，在電磁光譜上能量較可見光強，波長較 短，頻率較高，相類似之輻射線有宇宙射線等。 X射線機的發(fā)展簡史射線機的發(fā)展簡史 1.離子X射線管階段(18951912) 2.電子X射線管階段(19131928) 3.旋轉(zhuǎn)陽極X射線管階段(1929) 4.X射線影像增強器和X射線電視,電影階段(1952) 5.X射線計算機斷層掃描裝置(X-CT)(1972) 6.數(shù)字X射線機階段 Slide 2 of 42知識書苑 產(chǎn)生產(chǎn)生X射線必須具備三個基本條件射線必須具備三

2、個基本條件: 電子源: 能根據(jù)需要提供足夠數(shù)量的電子. 高速電子流: 在強電場作用下,電子作高速定向運動. 靶: 能夠經(jīng)受高速電子轟擊而產(chǎn)生X射線的障礙物. 產(chǎn)生產(chǎn)生X-Ray必須要有必須要有X光球管，而光球管，而X光球管基本構(gòu)造必須光球管基本構(gòu)造必須 擁有：擁有： 陰極燈絲 （Cathod） 陽極靶 （Anode） 真空玻璃管 （Evacuated glass envelope） 當然還要有高壓電源 Slide 3 of 42知識書苑 X-ray 產(chǎn)生方式產(chǎn)生方式 電離與激發(fā)(熱輻射): 靶原子的外層軌道電子 受激躍遷并輻射出紅外線.轟擊電子時 99% 以上能量以此形式消耗. Charact

3、eristic （特性輻射） 高速電子撞擊 原子和內(nèi)層軌道上電子，使之游離且/躍遷 釋放之能量，即為X-ray。 Bremsstrahlung （制動輻射） 高速電子突然 減速后，其動能轉(zhuǎn)變成能量釋放出來，此能量即為X-ray，且此 能量譜連續(xù), 隨減速之程度而有所不同。 診斷用X-ray其產(chǎn)生方式所占比例： 30% 特性輻射 70% 制動輻射 Slide 4 of 42知識書苑 X射線能量強度射線能量強度 在垂直于X射線傳播方向上, 在單位時間內(nèi), 單位面積上通過的光 子能量. 單位: 焦耳/厘米2秒(J/cm2 s) Iq連=K1 I Z U2 K1約為1.1x10-91.4x10-9 管

4、電壓增加: 每個電子所獲得的能量加大 , 因而短波成分的X射線增多. X射線變硬. 管電流增加: 單位時間撞擊陽靶面的電子 數(shù)增多, 輻射的總強度越大. 靶原子序數(shù)增大: 核電場增強, 連續(xù)輻射的總強度越大. Iq特=K2 I (U-Uk)n K2和n為常數(shù) Slide 5 of 42知識書苑 高速電子通過碰撞和輻射產(chǎn)生熱和X射線 X射線的產(chǎn)生效率= K1 Z U 例如, 鎢靶(Z=74), 管電壓=100kV時 =1.2 10-9 74 105=0.9% X射線管設(shè)計要求: 1. 陽極采用高熔點材料 2. X射線管必須具有良好的冷卻裝置. Slide 6 of 42知識書苑 X-Ray特性特

5、性 於電磁波光譜內(nèi) 為不可見光 波長范圍廣 光速進行直線散射能穿透物體 會造成散射線能使螢光物質(zhì)發(fā)光 能使底片感光 當當X-ray進入物體時，會有五種形式的作用發(fā)生進入物體時，會有五種形式的作用發(fā)生 不變散射; 康普頓效應(yīng)-產(chǎn)生散射現(xiàn) 光電效應(yīng)(pZ4; p1/(hv)3)-被物體吸收; 光蛻變;電子對效應(yīng) Slide 7 of 42知識書苑 影響影響Radiographic Quality之三要素：之三要素： Density （黑化度）- mAs Contrast（對比度）- kVp Sharpness（清晰度）- motion, Geometric X-Ray波長與波長與Film上上con

6、trast之關(guān)系之關(guān)系 在X-ray穿透過病人，其穿透率主要和病人組織結(jié)構(gòu)及X-Ray波長 有關(guān)。 頻率高的X-ray (high kV) ,能量較高，穿透性好，造成在Film上較 低之對比度（low contrast）。 頻率低的X-ray (low kV) ,能量較低， 較易被人體所吸收，穿透性較差， 而在Film上對比度較高 （High contrast）。 Slide 8 of 42知識書苑 X射線強度衰減的兩種方式射線強度衰減的兩種方式 距離引起的衰減: Iq1/r2 物質(zhì)引起的衰減: 單能射線的衰減: Iq=I0e-x ;光子能量不變 連續(xù)射線的衰減: 低能光子衰減快 (p1/(h

7、v)3) 半價層半價層(HVL) 使X射線束的強度衰減到其初始值一半時所需要的標準吸收物質(zhì) 的厚度. 它反映X射線的穿透能力. 表示方式: mmAl Slide 9 of 42知識書苑 影響影響X射線量的因素射線量的因素 毫安秒 (mAs): Iq mAs 管電壓 (kV) : Iq (kV)2 距離 (r) : Iq 1/r2 濾過 (mm): 鋁質(zhì)濾過板厚度 影響影響X射線質(zhì)的因素射線質(zhì)的因素 管電壓 (kV) 濾過: 醫(yī)用X射線機要求2.5mmAl Slide 10 of 42知識書苑 輻射損傷機理輻射損傷機理 X射線能引起構(gòu)成機體細胞, 組織的原子或分子電離. 影響輻射損傷的因素: 輻

8、射性質(zhì); 射線劑量; 劑量率; 照射方式; 受照 部位; 環(huán)境因素 實際工作中的防護實際工作中的防護 限制曝光時間, 曝光劑量 做好個人屏蔽與防護 Slide 11 of 42知識書苑 Slide 12 of 55知識書苑 X射線機組成要件射線機組成要件 X射線球管（X-Ray Tube） 限束裝置 (Collimator) X射線高壓發(fā)生器（Generator） X射線球管支架裝置（Support Device） X射線攝影臺（Table） 影像增強裝置 (R 控制影響影像品質(zhì)之技 術(shù)條件，如mA，kVp，sec.等 種類種類 直流（DC）-電池 交流(AC)-單相（Single Phase

9、）/ 三相（Three Phase） 范圍范圍 一般X-Ray Generator使用208 - 408伏特（Volts） 頻率頻率 50 Hz / 60 Hz Slide 21 of 42知識書苑 半波自整流電路半波自整流電路 電路優(yōu)缺點電路優(yōu)缺點 優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單; 容易制造; 成本低; 便于攜帶。廣泛應(yīng)用于組合 機頭和小型X射線機 缺陷 有逆電壓危害X射線管安全. 整流效率低. Slide 22 of 42知識書苑 單相全波橋式整流電路單相全波橋式整流電路 電路優(yōu)缺點電路優(yōu)缺點 優(yōu)點 整流效率提高1倍. 消除了逆電壓的危害. 廣泛應(yīng)用中型X射線機 缺陷 管電壓脈動系數(shù)為100%. 射 出大

10、量有害X射線. 單相電路只取三相系統(tǒng)中的 一相,負載功率較大時, 造成 供電系統(tǒng)嚴重不平衡. Slide 23 of 42知識書苑 雙三相六波橋式整流電路雙三相六波橋式整流電路 管電壓脈動系數(shù)為13.4%. Slide 24 of 42知識書苑 高頻逆變的基本原理高頻逆變的基本原理 工頻 直流電源高頻逆變整流濾波 直流逆變電路直流逆變電路 逆變頻率越高, 整流后產(chǎn)生的直流高壓脈動系數(shù)越小. 西門子Polydoros逆變頻率為5kHz, 電壓脈動約為13.4% GE Jedi 逆變頻率30kHz, 電壓脈動為 kV ripple=4%. Slide 25 of 42知識書苑 高頻逆變發(fā)生器的優(yōu)勢

11、高頻逆變發(fā)生器的優(yōu)勢 1. 輸出高質(zhì)量的X射線. X射線頻譜單色化. 提高了X射線質(zhì)的平均強度.皮膚接受 劑量低; 曝光時間短; 圖像質(zhì)量高. 2. 輸出劑量大, 高頻機輸出X射線頻譜中高能成分大大增加, 在獲得的膠片黑化度 相同的情況下, mAs是工頻機的60%. 3. 實時控制, 控制精度高. 高頻機中, kV和mA都是由微機管理的, 采用閉環(huán)控制, 根據(jù)實際檢測值進行跟蹤調(diào)整. 而工頻機都是采用預調(diào)的辦法, 不可能實現(xiàn)實 時控制. 4. 實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的小型化. 根據(jù)變壓器原理, 電壓/(頻率x匝數(shù)x鐵芯面積)=常數(shù). 電 源頻率的提高大大減小了對匝數(shù)和鐵芯面積的要求. 5. 有利于向智能化

12、發(fā)展. 高頻機已全部電子化, 很容易引進微機技術(shù). 6. 可直接用直流供電. 這意味著可利用儲能器件解決電源條件的難題. Slide 26 of 42知識書苑 自動曝射控制方式自動曝射控制方式AEC (Automatic Exposure Control) 利用電路回饋方法，調(diào)整適當之X光曝射時間的裝置，依其材質(zhì) 分有兩種： Screen/ Phototube Ionization Chamber Slide 27 of 42知識書苑 濾線柵結(jié)構(gòu)濾線柵結(jié)構(gòu) 濾線柵參數(shù)濾線柵參數(shù) 濾線柵半徑 (F) 柵比 (N) =H/K 柵頻: 每厘米所含的鉛條數(shù) F H K Slide 28 of 42知識

13、書苑 功能與原理功能與原理 將X射線影像轉(zhuǎn)換成為可見光圖像并將其亮度提高數(shù)千倍,再進行攝 像. Slide 29 of 42知識書苑 什么是數(shù)字探測板什么是數(shù)字探測板 Photons DETECTOR Digital Image sampling + quantification Cesium Iodine (CsI) Light Amorphous silicon panel ( Photodiodes/Transistors array) Electrons Readout electronics Glass substrate Amorphous silicon array Contacts fingers Absorber (Cesium Iodine) Contact leads for readout electronics Slide 30 of 42知識書苑 數(shù)字探測板的優(yōu)勢數(shù)字探測板的優(yōu)勢 Noise reduction Contrast The reduction of noise level and improvement in contrast resolution are both necessary to increase the detection capability of a syste