X射线成像原理报告.ppt

第八章 8.1 引言 8.1 引言 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线管的工作原理 8.2 X射线的产生与传播 8.3 X射线与物体的相互作用 8.3 X射线与物体的相互作用 8.3 X射线与物体的相互作用 8.3 X射线与物体的相互作用 8.3 X射线与物体的相互作用 8.3 X射线与物体的相互作用 8.3 X射线与物体的相互作用 8.4 X射线透视 8.4 X射线透视 8.4 X射线透视 8.5 X射线摄影 8.5 X射线摄影 8.5 X射线摄影 8.5 X射线摄影 X射线与物体相互作用时表现的衰减、穿透和滤过作用是X射线影像技术中需要考虑的因素。 8.3.1 微观作用机制 目前，在X射线诊断技术中，其能量范围是10KeV～300KeV，属于低能范畴。在低能范围时，X射线与物质相互作用的主要形式为光电效应和康普顿散射。 通常光子能量在0.01~10MeV范围内，光子与物质作用的三种形式都存在。当能量在0.8~4.0MeV时，康普顿散射占主导地位；光子能量在0.01～0.8MeV时，光电效应占主导地位；在4.0～10MeV时，电子对效应占优势。 指入射光子的能量完全被原子吸收：一部分用来克服电子的结合能；一部分转化为电子的动能。新的光电子的动能等于入射光电子的能量减去该出射光电子在原来原子壳层中的结合能。入射光子能量若低于该结合能时，不会发生（内）光电效应。 光电效应（光电子吸收） 生物组织中，多数原子K层电子的结合能为0.5KeV，而X射线影像技术中X射线的能量为10~100keV之间，完全可以发生光电效应。 入射光子 原子 电子 电 子 光电子吸收示意图 强结合能 指入射光子在自由电子上的非弹性碰撞，一般发生于入射光子的能量比电子在原子核中的结合能大得多情况。入射光子与电子碰撞后，将产生散射。康普顿散射的发生概率与单位面积内的电子总数成正比。康普顿散射在原子序数高的物质中发生的可能性大。 康普顿散射 康普顿散射示意图 入射光子 原子核 电子 弱结合能 散射光子 动能 理想情况下（在均匀介质中），单能窄束X射线在物质中的衰减可以表示为： （8-7） X射线的衰减 I0是入射X射线强度，I是穿透厚度为x的均匀物质后X射线的强度，μ为线性衰减系数，与物质的密度成正比。X射线在物质内传播过程中的强度减弱，由扩散衰减（能量的分散）和吸收衰减（与物质的相互作用）引起。 如果用质量衰减系数表示，也可以表示为： （8-8） 式中，μm= μ/ ρ为质量衰减系数，Xm=X· ρ是质量厚度。 各部分的元素组成也不尽相同，比如：软组织中的水占75％，蛋白质和脂肪、碳水化合物占23％，K、Na、Cl、Fe等元素占2％，所以，人体中物质与X射线的相互作用比较复杂。 实际情况中，医用X射线不是单能窄束，人体也不是单一物质。 骨骼 软组织 肺 消化道 腔体内气体 这样，混合物的衰减系数为： （8-9） 式中，μmi是组成混合物各元素的质量衰减系数，Pi表示第i种元素在混合物中的质量比例。高原子序数的物质对X射线有较强的衰减，对于混合物，常用有效原子序数来描述对X射线的衰减。 混合物的有效原子序数为： （8-10） 式中，ai为第i种元素在单位体积中电子数的占有比率，Zi为第i种元素的原子序数。 一般常用水来代表人体中的低原子序数物质（如肌肉、脂肪、体液等）；用钙代表中等原子序数物质（如骨骼）；阳性造影剂（碘化钠）为高原子序数物质。 光电效应作用的百分数 88 9 2 100 95 31 7 60 94 89 6.5 20 碘化纳（ Z＝49.8 ） 骨（ Z＝13.8 ） 水（Z＝7.4） X射线能量（KeV） 这样，X射线通过人体的衰减公式，可以修正为： （8-11） 此式又称为单能宽束X射线衰减公式。式中，B为积累因子，μ’为被检物质的有效线性衰减系数，d为被检物质的厚度。 X射线衰减需要考虑的因素： ① X射线的软、硬 ② 物质的原子序数 ③ 物质的密度 ④ 每千克物质所含电子数 一般而言，入射光子能量越小，吸收物质的密度越大，原子序数越高，每千克电子数越多时，衰减越大。 应用荧光屏来观察X射线穿透人体影