X射线辐射源培训

1医用诊断X射线辐射源的检定xxx2培训目的1.通过系统学习了解掌握X线机基本构造2.了解X线物理、测量与防护知识3.掌握X线辐射源的检定方法与技术4.掌握常见标准器的使用方法5.通过实验见习了解机器的操作使用6.原始记录处理与证书3第一部分X射线的物理知识与防护4最简单的X线机球管X线的基本物理知识5X线机的进步X线的基本物理知识6X线的基本物理知识7新技术平台上的放射影像全面数字化放射医学影像的发展：传统成像技术X射线平片摄影X射线胃肠点片摄影血管造影快速换片造影电影小片机高速摄影间接数字成像技术数字CCD照像、CR数字照相技术数字胃肠造影DSI血管造影数字图像DSA数字心血管造影直接数字成像技术FPD—DRFPD—R/FFPD—VascularFPD—CardiacX线的基本物理知识8电子与靶物质原子的作用：与核外电子的非弹性碰撞，与原子核的非弹性碰撞，与原子核的弹性碰撞，与原子核的核反应。X射线的产生机制X线的基本物理知识9X射线能谱在阴极电子高速撞击阳极的过程中，X线的产生机制共有两种：1.标识放射（即特征放射）2.轫致辐射（连续辐射）X线的基本物理知识10与核外电子的非弹性碰撞中，轨道电子获得能量有的成为自由电子，有的电子获得能量后从低能级跃迁到高能级（激发态），处于激发态的原子不稳定，跃迁到高能级的电子释放出X线回到基态，这就是标识放射（即特征放射）。在X线的产生中，特征X线只占很小的一部分，在诊断中并不重要。特征辐射的形成机制X线的基本物理知识11特征X射线的能量（波长或频率）只决定于靶物质的原子序数（靶特性），与其他因素无关。在医用诊断中的X线只有K系特征X线有用，其他L、M、N等各系由于波长较长，能量较低，均被X线管壁和滤过板吸收。X线的基本物理知识12在与原子核的非弹性碰撞中，电子的运动方向和速度发生变化，电子的一部分动能就转化为具有连续能谱的X线辐射出来称为轫致辐射（连续辐射）。轫致辐射的形成机制X线的基本物理知识13根据经典电动力学，带电粒子作加速或减速运动时必然伴随电磁辐射。由于在作为靶的原子核电磁场作用下，带电粒子的速度是连续变化的，所以轫致辐射的X射线谱往往是连续谱。轫致辐射—连续谱X线的基本物理知识14影响X线产生的主要因素X线管的靶物质管电压管电流高压波形等X线的基本物理知识15连续辐射的强度连续辐射X线的强度与管电流，管电压平方，阳极靶物质的原子序数成正比。即：I连=K1iZV²（K1为常数约等于1.1×10-19～1.4×10-19）管电流愈大，从灯丝发出的热电子愈多，撞击阳极靶面的电子增多，碰撞的几率就愈大，产生的X射线强度愈大；管电压增加，虽电子数不变，但每个电子获得的能量增大，结果是X线的短波成分增多，碰撞次数增多；靶原子序数愈高，辐射损失率愈大即辐射几率愈大。X线的基本物理知识16阳极效应X线管中产生的X射线，在各个方向上的分布是不均匀的，它与靶物质、靶厚度、管电压、灯丝形状等因素有关。通常靠近X线管阳极端的射线强度最弱，而靠近阴极端的强度最强，这个现象称为阳极效应。X线的基本物理知识17阳极效应的临床应用如在拍摄腰椎正位片时，应把腰椎的上部置于X线管的阳极侧，腰椎的下部置于阴极一边，这样就能拍出密度均匀的照片。X线的基本物理知识18X线的本质X(γ)线与无线电波、红外线、可见光、紫外线一样，都是电磁辐射，具有波粒二象性。在干涉、衍射、偏振这些现象上表现出波动性，波长比紫外线更短。同时，X(γ)线是一种不带电的电离粒子，在与物质的相互作用过程中又表现出粒子性。X线的基本物理知识19X线的特性一.物理效应1.穿透作用—构成各组织影像/防护的基础2.荧光作用—制成器件（增感屏）3.电离作用—X线的治疗和测量（剂量仪）二.化学效应1.感光作用—制成X线胶片2.脱水作用—荧光屏等使用寿命三.生物效应防护与疾病治疗X线的基本物理知识20由于从X线管射出的X线束是由大量能量不同的光子组成，所以在原子核物理学中，常用线束的平均能量表示其质，用光子数表示其量。X线的量与质X线的基本物理知识21光子的最大能量等于阴极电子的最大动能，等于两级间的电压即管电压峰值（下称管电压V）乘以电子的电量e，即eVmvh221也就是X线谱中光子的最大能量反映了管电压的峰值大小。在某种程度上，管电压能粗略的反映X线束的平均能量即X线束的质。X线的基本物理知识22在管电压恒定的情况下，灯丝电流愈大，阴极电子愈多，单位时间内撞击阳极的电子愈多，管电流愈大，发射轫致辐射的机会愈多，光子数愈大，即管电流的大小表明了X线量的多少。所以，在放射医学中为简单、方便地表示X线束，用管电压（峰值）kVp，粗略地表示线束的质，用管电流mA（平均值）表示线束的量。X线的基本物理知识23诊断方面X线的量与质管电流mA，照射时间sec，管电压kVp这些物理量在X线发生器中都可以直接或间接测量，这就使物理上X线的量和质具体化了，也便于我们计量检定。X线的基本物理知识24X线与物质相互作用的主要过程：（一）光电效应（二）康普顿效应（三）电子对效应（hγ≥1.02MeV）（四）相干散射（诊断中发生几率占5%）X线与物质的相互作用及衰减规律25X线与物质相互作用的特点X线与物质的相互作用及衰减规律(1)Ⅹ光子不能直接引起物质原子电离或激发，而是首先将能量传递给带点粒子。(2)Ⅹ光子与物质的一次相互作用可以损失全部能量或很大一部分能量，而带电粒子则是通过多次相互作用逐渐损失能量的。(3)Ⅹ光子随穿透物质的厚度近似成指数衰减，而带电粒子有确定的射程，在射程之外就观察不到带电粒子了。26光电效应在此过程中X光子主要与原子的内壳层电子相互作用。将全部能量交给电子，获得能量的电子摆脱了原子核的束缚成为自由电子（即光电子），而光子本身整个的被原子吸收，这样的作用过程称为光电效应。X线与物质的相互作用及衰减规律27光电效应X线与物质的相互作用及衰减规律28光电效应中产生：负离子（光电子）；正离子（丢失电子的原子）；特征辐射。光电效应发生的几率与光子能量的三次方成反比；与原子序数的四次方成正比；与X线波长的三次方成正比。采用长波X线（软射线)，对软组织摄影，造成组织对X线的吸收差异形成更好的照片对比度。X线与物质的相互作用及衰减规律29人体组织在X线照射时产生的光电效应中辐射的特征X线全部被组织吸收。如钙（Z=20）它的K层辐射光子能量为4kev，远小于X线光子能量，均被组织吸收。碘（Z=53）和钡（Z=56）都是X线检查中常用的造影剂，其特征辐射具有较高的能量（碘是33.2千电子伏；钡是37.4千电子伏），能穿过人体组织到达胶片产生影像。X线与物质的相互作用及衰减规律30诊断放射学中应用光电效应能使照片产生很好的对比度，但会增加被检者的X线辐射剂量。为此在实际工作中可采用高千伏（高能量）摄影技术（因为光电效应发生的几率与光子能量的三次方成反比），以减少光电效应的发生几率，从而保护被检者。光电效应的临床应用X线与物质的相互作用及衰减规律31当具有一定能量的光子与原子的外层轨道电子相互作用时，光子交给轨道电子部分能量后，其频率发生改变并与入射方向成θ角散射（康普顿散射光子），获得足够能量的轨道电子与光子入射方向成Φ角的方向射出（康普顿反冲电子），这个过程称为康普顿效应（或康普顿吴有训效应）。康普顿效应X线与物质的相互作用及衰减规律32康普顿效应X线与物质的相互作用及衰减规律33康普顿效应是X射线在人体内最常发生的作用，它是X线诊断中散射线的最主要来源。散射线增加了照片的灰雾度，降低了对比度。康普顿效应的临床应用X线与物质的相互作用及衰减规律34在原子核场或原子的电子场中，一个入射光子突然消失而转化为一对正/负电子，这就是电子对效应。在原子核场中产生电子对效应时要求入射光子的能量hγ≥1.02MeV。在20～100千电子伏的诊断X线能量范围内，只有光电效应和康普顿效应最为重要，（此外还有相干散射不占主要地位）。电子对效应不可能发生。X线与物质的相互作用及衰减规律电子对效应35X线与物质的相互作用及衰减规律电子对效应36光电效应与康普顿效应的比较1、两者作用对象不同（内层/外层电子）2、两者作用条件不同（光子能量与结合能）3、两者对光子能量吸收程度不一样（完全吸收/部分吸收）4、两者的能量分配关系不一样（特征线为主和光电子动能；散射线为主和反冲电子动能）5、两者对照片质量的影响不一样（对比度）6、两者对被检者的危害程度不一样（身体吸收）X线与物质的相互作用及衰减规律37X线与物质的相互作用的份额X线与物质的相互作用及衰减规律381.距离所致的减弱—反平方法则X线强度与距离（即半径）的平方成反比2.物质所致的减弱辐射通过物质时的减弱规律不但与吸收物质的性质和厚度有关，而且还取决于辐射自身的性质，X线在物质中减弱规律是进行X线摄影和屏蔽防护的依据。X线与物质的相互作用及衰减规律X线在其传播过程中强度的减弱规律39单能窄束X线在物质中的减弱规律单能窄束X线的指数减弱规律：对宽束X线：deII0deBII0X线与物质的相互作用及衰减规律40I、I。——分别为X线射到物体表面时的强度和到达深度为d处的强度。μ为线性衰减系数（是辐射能量与物质种类的函数）SI单位是“米-1”（m-1）d为吸收物质的厚度以米（m）为单位。B—累计因子，它是描述散射光子对辐射衰减影响的物理量，与X线波长、吸收物质的原子序数和几何尺寸等有关。X线与物质的相互作用及衰减规律41当连续X线束穿过物体时，随着吸收物体厚度的增加，不仅X线束的强度不断减弱，而且其低能成分减弱的快，愈到后来高能成分愈多，即X线能谱变窄。因此在实际中，常用改变X线管出线口的滤过来调节X线束的质。连续能谱的X线在物质中的减弱规律X线与物质的相互作用及衰减规律42连续X线通过吸收体后能谱变窄X线能谱随吸收物质厚度的变化（物质厚度按A-D的顺序递增）X线与物质的相互作用及衰减规律43物质对连续X线的吸收X线与物质的相互作用及衰减规律1000个光子1cm水平均能量40keV650个光子47keV1cm水-35%474个光子52keV1cm水365个光子55keV1cm水-21%-23%288个光子57keV探测器44诊断用X线是一种连续能谱的混合线。当这种混合线通过人体时，绝大部分低能成分都被皮肤和浅表组织所吸收，对X线诊断不起任何作用，却大大增加了被检者的皮肤照射量，所以要在X线管出线口放置滤过板（用一定均匀厚度的金属片制成）。X线的滤过X线与物质的相互作用及衰减规律45X线的滤过：固有滤过和附加滤过固有滤过是指X线管阳极靶面到不可拆卸的滤过板之间滤过的总和，包括X线管的管壁、绝缘油层、管套上的窗口和不可拆卸的滤过板，固有滤过一般用铝当量表示。X线与物质的相互作用及衰减规律46X线机滤过示意图X线与物质的相互作用及衰减规律47附加滤过附加滤过指从不可拆卸的滤过板（不包括其本身）到诊视床床面之间，包括用工具可拆卸的滤过板、选择滤过板、缩光器和诊视床床面板等滤过的总和称为附加滤过。医用诊断防护规定要求：球管头窗口应装铝过滤，使固有滤过不小于1.5mm铝当量；200mA以上机器应有更换附加滤过板的装置。X线与物质的相互作用及衰减规律48滤过板材料在X线诊断中通常选用铝或铜作滤过板。铝的原子序数是13，对低能射线是很好的滤过物质；铜的原子序数是29，对高能射线是很好的滤过物质。X线与物质的相互作用及衰减规律49诊断X线管组装体的固有滤过减弱物质厚度（mm）铝当量（mm）玻璃壁绝缘油层胶木窗口1.402.361.020.780.070.05总计0.90X线与物质的相互作用及衰减规律50国际上建议诊断X线的总过滤（包括固有过滤和附加过滤）工作电压总过滤（mm铝）50KVp以下50～70KVp70KVp以上0.51.52.5X线与物质的相互作用及衰减规律51滤过板对被检者照射量的影响：铝过滤板（mm）60kVp皮肤照射量(mR)照射量下降无0.5