Xray基础知识.ppt

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1、第一章,X射线物理与防护,2023/4/4,Slide 2 of 42,X射线的发现与发展,X射线的发现 X-ray 是由德国仑琴教授在1895年所发现。这种由真空管发出能穿透物体的辐射线，在电磁光谱上能量较可见光强，波长较短，频率较高，相类似之辐射线有宇宙射线等。X射线机的发展简史离子X射线管阶段(18951912)电子X射线管阶段(19131928)旋转阳极X射线管阶段(1929)X射线影像增强器和X射线电视,电影阶段(1952)X射线计算机断层扫描装置(X-CT)(1972)数字X射线机阶段,2023/4/4,Slide 3 of 42,X射线的产生条件,产生X射线必须具备三个基本条件:

2、电子源:能根据需要提供足够数量的电子.高速电子流:在强电场作用下,电子作高速定向运动.靶:能够经受高速电子轰击而产生X射线的障碍物.产生X-Ray必须要有X光球管，而X光球管基本构造必须拥有：阴极灯丝（Cathod）阳极靶（Anode）真空玻璃管（Evacuated glass envelope）当然还要有高压电源,2023/4/4,Slide 4 of 42,产生X射线的机理,X-ray 产生方式电离与激发(热辐射):靶原子的外层轨道电子受激跃迁并辐射出红外线.轰击电子时 99%以上能量以此形式消耗.Characteristic（特性辐射）高速电子撞击原子和内层轨道上电子，使之游离且/跃迁释

3、放之能量，即为X-ray。Bremsstrahlung（制动辐射）高速电子突然减速后，其动能转变成能量释放出来，此能量即为X-ray，且此能量谱连续,随减速之程度而有所不同。诊断用X-ray其产生方式所占比例：30%特性辐射70%制动辐射,2023/4/4,Slide 5 of 42,X射线的辐射谱线,X射线能量强度 在垂直于X射线传播方向上,在单位时间内,单位面积上通过的光子能量.单位:焦耳/厘米2秒(J/cm2 s)Iq连=K1 I Z U2K1约为1.1x10-91.4x10-9管电压增加:每个电子所获得的能量加大,因而短波成分的X射线增多.X射线变硬.管电流增加:单位时间撞击阳靶面的电

4、子数增多,辐射的总强度越大.靶原子序数增大:核电场增强,连续辐射的总强度越大.Iq特=K2 I(U-Uk)nK2和n为常数,2023/4/4,Slide 6 of 42,X射线的产生效率,高速电子通过碰撞和辐射产生热和X射线X射线的产生效率=K1 Z U例如,钨靶(Z=74),管电压=100kV时=1.2 10-9 74 105=0.9%X射线管设计要求:1.阳极采用高熔点材料2.X射线管必须具有良好的冷却装置.,2023/4/4,Slide 7 of 42,X射线与物质的相互作用,X-Ray特性於电磁波光谱内 为不可见光 波长范围广光速进行直线散射能穿透物体 会造成散射线能使萤光物质发光 能

5、使底片感光 当X-ray进入物体时，会有五种形式的作用发生不变散射;康普顿效应-产生散射现光电效应(pZ4;p1/(hv)3)-被物体吸收;光蜕变;电子对效应,2023/4/4,Slide 8 of 42,X射线影像的要素,影响Radiographic Quality之三要素：Density（黑化度）-mAsContrast（对比度）-kVpSharpness（清晰度）-motion,GeometricX-Ray波长与Film上contrast之关系 在X-ray穿透过病人，其穿透率主要和病人组织结构及X-Ray波长有关。频率高的X-ray(high kV),能量较高，穿透性好，造成在Film

6、上较低之对比度（low contrast）。频率低的X-ray(low kV),能量较低，较易被人体所吸收，穿透性较差，而在Film上对比度较高（High contrast）。,2023/4/4,Slide 9 of 42,X射线的衰减规律,X射线强度衰减的两种方式 距离引起的衰减:Iq1/r2 物质引起的衰减:单能射线的衰减:Iq=I0e-x;光子能量不变连续射线的衰减:低能光子衰减快(p1/(hv)3)半价层(HVL)使X射线束的强度衰减到其初始值一半时所需要的标准吸收物质的厚度.它反映X射线的穿透能力.表示方式:mmAl,2023/4/4,Slide 10 of 42,影响X射线质和量的

7、因素,影响X射线量的因素毫安秒(mAs):Iq mAs管电压(kV):Iq(kV)2距离(r):Iq 1/r2滤过(mm):铝质滤过板厚度影响X射线质的因素管电压(kV)滤过:医用X射线机要求2.5mmAl,2023/4/4,Slide 11 of 42,X射线的防护,辐射损伤机理X射线能引起构成机体细胞,组织的原子或分子电离.影响辐射损伤的因素:辐射性质;射线剂量;剂量率;照射方式;受照部位;环境因素实际工作中的防护限制曝光时间,曝光剂量做好个人屏蔽与防护,第二章,医用X射线机原理与构造,2023/4/4,Slide 13 of 42,诊断用X射线机组成,X射线机组成要件X射线球管（X-Ra

8、y Tube）限束装置(Collimator)X射线高压发生器（Generator）X射线球管支架装置（Support Device）X射线摄影台（Table）影像增强装置(R&F)平板探测器(Digital Xray),2023/4/4,Slide 14 of 42,X射线管的组成,X光球管基本构造阴极灯丝（Cathode）阳极靶（Anode）真空玻璃容器（Evacuated Glass Envelope）绝缘油 外壳（Housing）阴极构造 焦距杯（Focus Cup）灯丝（Filament）长灯丝（大焦点）短灯丝（小焦点）,2023/4/4,Slide 15 of 42,X射线管的灯丝

9、与焦点,阴极灯丝当电源通过阴极灯丝，此时灯丝会变成红热状态切会释放出电子，同时将会有以下情况产生：Space Charge:在Cathode圈，像云雾般充满着释放出的电子。Thermion Emission:红热的灯丝释放出电子焦点的两种形式实际焦点:电子在靶面上轰击的面积.有效焦点:实际焦点在X射线投照方向上的投影.,2023/4/4,Slide 16 of 42,阳极靶的构造,固定式阳极X-ray Power Output 较低，体积较小 旋转式阳极阳极是圆盘状具有倾斜边缘，其材质一般是用钼合金(Mdybdenum)或是时墨(Graphite)作为机体，用钨(Tungsten)和少量的铼(

10、Rhenium)合金附着於倾斜之边缘，称此边缘为Target Angle，主要是接受阴极电子束撞击产生X射线。,2023/4/4,Slide 17 of 42,阳极靶的特性,阳极靶的特性具有承轴回转系统(bearing system)，旋转速度一般为3,000rpm-10,000rpm 可使X-ray Power Output提高 转速 n=120f/p(转/分)f:电源频率p:定子的极数,一般p=2阳极效应（Heel Effect）Target Angle角度愈小、将会有愈多之X-Ray被Anode本身吸收，造成愈接近阳极靶之X-Ray能量愈低，而愈接近阴极灯丝之X-Ray 能量愈高，此即为

11、阳极效应，且会在X-Ray Film上产生不同的浓度。,2023/4/4,Slide 18 of 42,X射线管特性,灯丝发射特性空间电荷阻碍管电流的形成.灯丝发射特性曲线描述在不同管电压下,管电流与灯丝加热电流之间的关系.,2023/4/4,Slide 19 of 42,X射线管特性,X射线管的瞬时负载特性曲线下射线管在某种整流方式下,对应的一定管电压(峰值)时,允许的最大管电流(平均值)与曝光时间之间的关系.,2023/4/4,Slide 20 of 42,X射线管特性,X射线管热容量1HU=1.41kV mA sX射线管的生热和冷却曲线,2023/4/4,Slide 21 of 42,高

12、压发生器简介,X-Ray Generator功能提供电力给X-Ray Tube和其他系统组件;控制影响影像品质之技术条件，如mA，kVp，sec.等 种类直流（DC）-电池交流(AC)-单相（Single Phase）/三相（Three Phase）范围一般X-Ray Generator使用208-408伏特（Volts）频率50 Hz/60 Hz,2023/4/4,Slide 22 of 42,高压发生器的原理,半波自整流电路电路优缺点,优点结构简单;容易制造;成本低;便于携带。广泛应用于组合机头和小型X射线机,缺陷有逆电压危害X射线管安全.整流效率低.,2023/4/4,Slide 23

13、of 42,高压发生器的原理,单相全波桥式整流电路电路优缺点,优点整流效率提高1倍.消除了逆电压的危害.广泛应用中型X射线机,缺陷管电压脉动系数为100%.射出大量有害X射线.单相电路只取三相系统中的一相,负载功率较大时,造成供电系统严重不平衡.,2023/4/4,Slide 24 of 42,高压发生器的原理,双三相六波桥式整流电路管电压脉动系数为13.4%.,2023/4/4,Slide 25 of 42,高频高压发生器的原理,高频逆变的基本原理工频 直流电源高频逆变整流滤波 直流逆变电路逆变频率越高,整流后产生的直流高压脉动系数越小.西门子Polydoros逆变频率为5kHz,电压脉动约

14、为13.4%GE Jedi 逆变频率30kHz,电压脉动为 kV ripple=4%.,2023/4/4,Slide 26 of 42,高频高压发生器的原理,高频逆变发生器的优势1.输出高质量的X射线.X射线频谱单色化.提高了X射线质的平均强度.皮肤接受剂量低;曝光时间短;图像质量高.2.输出剂量大,高频机输出X射线频谱中高能成分大大增加,在获得的胶片黑化度相同的情况下,mAs是工频机的60%.3.实时控制,控制精度高.高频机中,kV和mA都是由微机管理的,采用闭环控制,根据实际检测值进行跟踪调整.而工频机都是采用预调的办法,不可能实现实时控制.4.实现了结构的小型化.根据变压器原理,电压/(

15、频率x匝数x铁芯面积)=常数.电源频率的提高大大减小了对匝数和铁芯面积的要求.5.有利于向智能化发展.高频机已全部电子化,很容易引进微机技术.6.可直接用直流供电.这意味着可利用储能器件解决电源条件的难题.,2023/4/4,Slide 27 of 42,自动曝光限时器的原理,自动曝射控制方式AEC(Automatic Exposure Control)利用电路回馈方法，调整适当之X光曝射时间的装置，依其材质分有两种：Screen/Phototube Ionization Chamber,2023/4/4,Slide 28 of 42,滤线器摄影装置,滤线栅结构滤线栅参数滤线栅半径(F)栅比(

16、N)=H/K栅频:每厘米所含的铅条数,F,H,K,2023/4/4,Slide 29 of 42,影像增强器,功能与原理将X射线影像转换成为可见光图像并将其亮度提高数千倍,再进行摄像.,2023/4/4,Slide 30 of 42,数字探测板(Digital Detector),什么是数字探测板,Photons,DETECTOR,Digital Image,2023/4/4,Slide 31 of 42,数字探测板(Digital Detector),数字探测板的优势,Noise reduction,Contrast,The reduction of noise level and improvement in contrast resolution are both necessary to increase the detection capability of a system,2023/4/4,Slide 32 of 42,数字探测板(Digital Detector),数字探测板性能标准Detective Quantum efficiency describes best the intrinsic quality of the detector,Film,GE detector,