医学影像物理学第一章学习指南

医学影像物理学

第一章

普通X射线影像

——————————————————————————————————————————————教学大纲要求

掌握X射线产生的物理过程、实际焦点和有效焦点、半影、X射线管的容量、X射线的强度、X射线滤过和硬化、作用概率与截面、X射线与物质相互作用的主要形式、线性衰减系数、吸收衰减规律、混合物和化合物的质量衰减系数、化合物的有效原子系数、X射线透视和X射线摄影的基本原理；熟悉连续能谱X射线在物质中的衰减规律、软X射线摄影、高千伏X射线摄影、体层摄影和X射线造影；了解评价医学影像质量的参数及影响X射线影像质量的因素。

重点和难点

实际焦点和有效焦点、X射线产生的物理过程、X射线滤过和硬化、作用概率与截面、主要作用形式、吸收衰减规律、X射线透视和X射线摄影的基本原理。

教学要点

本章主要介绍X射线产生的物理过程、X射线的辐射场、X射线在介质中的衰减、X射线透视与摄影等。

一、X射线管的特性

1．X射线管(管球)的结构

(1)产生定向实用的X射线的四个条件

1)有电子源(阴极)发射电子；

2)有一个受电子轰击而辐射X射线的物体(阳极靶)；

3)有加速电子使其增加动能的电位差(管电压)；

4)有一个高度真空的环境(玻璃外壳)。

(2)X射线管的阴极

1)类型圆焦点型和线焦点型。

2)阴极体的作用使电子初聚焦、防止二次电子造成的危害。

(3)X射线管的阳极

阳极（anode）也称阳靶。

1)阳极的功能产生X射线。

2)类型按阳极的结构分有固定式和旋转式两种类型。

(4)特殊X射线管～栅控X射线管

在普通X射线管的阴极和阳极之间加上控制栅极。其特点是，当栅极加上负电位时，管电流被截止，无X射线输出，当负电位消失时，管电流导通，输出X射线。作用是，能实现快速断续X线摄影。

1)软X射线管采用钼(Z=42)靶，对乳房等软组织进行X射线摄影。产生软X射线的管电压较低，通常为20～50 kV。软X射线管的出射窗采用极薄的玻璃窗。

2)金属X射线管适用于短时间曝光，承受高负载。金属X射线管是中间易形成钨层的玻璃部分由钢制壳取代，靠近阳极端嵌入玻壳，另一端嵌入陶瓷内，使钢壳处于绝缘状态，接地后能捕获杂散电子。

3)陶瓷绝缘X射线管主要用于连续X射线摄影，体层摄影和电影摄影等。陶瓷绝缘X射线管是将铼钨合金的阳靶装在钼阳极盘上，制成旋转阳极。将阳极用陶瓷绝缘后放入金属外壳中，最后装在钢制的管套中。

(5)X射线管的电特性

X射线的产生装置主要包括四个组成部分，即X射线管、低压电源、高压电源和整流电路。其组成电路如图1-1所示。X射线管是这种装置的核心部分。它是一个高度真空的硬质玻璃管，管内封入阴极和阳极。阴极单独由低压电源供给电流，使其炽热而发射电子。阳极在管的另一端且正对着阴极，通常是铜制的圆柱体，在柱端斜面上嵌一小块钨板，作为接受高速电子冲击的靶，又称阳靶。

图1-1

1)管电流和管电压阴阳两极间所加的几十千伏到几百千伏的直流高压，叫做管电压(tube voltage)，阴极发射的热电子在电场作用下高速奔向阳极，形成管电流(tube current)，这些高速电子突然被钨靶阻止时，就有X射线向四周辐射。

医用X射线产生装置(X光机)，都采用交流供电，图1-1中升压变压器T1用来获得所需的管电压，4个二极管联成全波桥式整流器，把T1输出的交流高压变为直流高压。改变升压变压器T1原、副线圈的匝数比，可以调节管电压的大小。降压变压器T2供给灯丝加热电流，变阻器R用来调节灯丝电流以改变阴极发射的热电子的数量，从而控制管电流。

2)X射线管的电特性是指决定管电流大小的因素，主要有灯丝加热电流或灯丝电压。这里还需掌握两个概念：

①“电压饱和”是指随着管电压的增加，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。

②“温度饱和”是指当管电压一定，且低于某一较低的临界电压值时，管电流并不随灯丝电流的继续增加而升高。

2．X射线的产生

(1)X射线的产生

X线是由高速运动的电子流撞击靶面而突然受阻产生的。不足电子总能量1%的高速电子与原子核的内层电子或原子核相互作用时，通过辐射损失(radiationloss)的能量，大部分以X射线的形式辐射出去，由X 线管窗口发射。电子总能量的99%以上，为高速电子与原子核的外层电子作用而损失，统称为碰撞损失(collisionloss)并转换为热能，由X线管散热设施散发。

(2)X射线谱

通常X射线管发出的X射线不是单色的，它包含各种不同的波长成分。将其强度按照波长的顺序排列开来的图谱，叫做X射线谱(X-ray spectrum)。钨靶X射线管所发射的X射线谱如图1-2所示，上部是相对强度与波长关系的曲线，下部是照在胶片上的射线谱。从该图可以看出，X射线谱包含两个部分：曲线下