1、會計學1放射物理與防護全套放射物理與防護全套第一章 物質結構一、原子的基本狀況 目前已知的地球元素有107種，其中93種是地球上天然存在的，15種是人造元素。 任何原子都是由小而致密的原子核和核外高速繞行的電子所組成的。一個原子就如同太陽系一樣，它的核如同太陽，核外電子如同行星，沿一定軌道繞原子核旋轉。原子核帶正電荷，核外電子帶負電荷。在正常情況下，原子核所帶正電荷量與核外電子所帶負電荷量相等。因此整個原子對外呈現中性。第1頁/共203頁 原子的質量和體積都極其微小 ， 一 個 氫 原 子 的 質 量 是1.673510-27 kg，較重的鈾原子也只有3.951 10-25 kg。原子的直徑為

2、10-10 m數量級，如果把1億個原子挨個排成一行，它的長度僅有lcm。 第2頁/共203頁第3頁/共203頁 原子核比原子還要小，核半徑僅為原子半徑的萬分之一到十萬分之一，原子核的幾何截面積僅為原子的幾千億分之一。假設原子有一座10層樓那么大，原子核只有櫻挑那么小。由此可見，原子內有一個相對來說很大的空間，核外電子就像幾粒塵埃一樣在這個龐大的空間里繞核旋轉。由于原子的這種“空虛”性， 一個高速電子或X線光子可以很容易地穿過許多原子后，才會與某個原子發生碰撞。第4頁/共203頁二、原子核及核外軌道電子 原子核由質子和中子所組成，通常又把質子和中子統稱為核子。每個質子帶1個單位的正電荷，中子不帶

3、電呈中性。因此，原子核所帶電荷數由質子數決定。核電荷數用Z表示。即 核電荷數(Z)=核內質子數=核外電子數 其中X表示原子，A為質量數；Z為質子數(即原子序數)第5頁/共203頁 質量數(A)=質子數(Z)+中子數(N) 只要知道上述3個數中任意2個，就可推算出另1個的數值來。如鎢原子核內有74個質子，質量數為184，則中子數為： N = A Z = 184 74 =110 碘的原子質量數為131，核內具有53個質子，則中子數為： N = A Z = 131 53 = 78第6頁/共203頁 核外軌道電子 核外電子按一定軌道高速繞核運行。通常每個軌道上只有一個電子，由于其運行受到多個參數的影響

4、，故參數相近的電子近乎在同樣的空間運行，這個容納多個軌道的空間范圍稱為電子層。距原子核由近及遠依次可分為K、L、M、N、O層。各層軌道電子均有特定的能量。 第7頁/共203頁三、原子能級原子能級 (P5) 各層軌道電子均有特定的能量。這是因為核外帶負電的軌道電子處于帶正電的核電場中，具有負電勢能；軌道電子繞核運動具有動能，這兩部份能量的代數和，就是該殼層電子在原子中的總能量。 電子在不連續的軌道上運動,原子所具有的能量也是不連續的,這種不連續的能量狀態稱為原子的能級原子的能級. 第8頁/共203頁 電子在不同軌道上的能量大小與其所在的軌道數有關，內層軌道的能級低，外層軌道能級高。正常情況下，電

5、子先填滿內層軌道，然后依次向外填充，這時原子處于最低能量狀態（能量最低原理）。 當內層軌道電子從外界得到能量時會轉移到能量較高的外層軌道上去,此時的原子處于不穩定狀態(受激態),根據能量最低原理,內層軌道空位立刻有外層電子填充并釋放能量. 第9頁/共203頁 原子核對核外電子有很強的吸引力，離核最近的K層電子所受引力最大。顯然，要從原子中移走K電子所需能量也最多，外層電子受核的引力較小，移走外層電子所需能量也較少。通常把移走原子中某殼層軌道電子所需要的最小能量，稱為該殼層電子在原子中的結合能。第10頁/共203頁第11頁/共203頁第12頁/共203頁第13頁/共203頁基態基態 ：原子處于最

6、低能量狀態，電子運行時如既 不向外界輻射也不向外界吸收能量，處于基態的原子最穩定。受激態：受激態：電子吸收了一定大小的能量后（某兩個能 級差的能量），電子跳躍到一更高的能級軌道上，此時原子不穩定，稱受激態。躍遷躍遷：外層軌道電子或自由電子填充空位，同時放出一個能量為hv的光子。（該光子的能量大小取決于兩軌道之間的能級差）電離電離：電子吸收了足夠大的能量而擺脫原子核的束縛而成為自由電子。第14頁/共203頁 hv 基態基態 受激態受激態 基態基態 躍遷躍遷 激發激發第15頁/共203頁 當原子從基態 到受激態再回到基態時，它將發射（或吸收）具有一定頻率的單色光子，其頻率為 ： E2 E1 = -

7、 h 第16頁/共203頁第17頁/共203頁四、同位素同位素 凡其有相同的質子數（原子序數）和不同的中子數的同一類元素稱為同位素(isotope)。幾乎所有元素都有同位素。 例如氫元素H， H在元素周期表中處于同一位置，因質量數不同它有三種核素，分別為氕、氘、氚。其中，氕是一個不含中子的氫原子，氘含有一個中子，是重氫，氚則含有兩個中子，是超重氫，但它們的原子序數相同，可互稱同位素。重氫和超重氫是制造氫彈的原材料。 已知107種元素有2000余種同位素。 第18頁/共203頁 同位素又有穩定性同位素和不穩定性同位素之分，已知穩定性同位素有270余種，而不穩定性同位素有1700余種。不穩定性同位

8、素又稱為放射性同位素。放射性同位素又分為天然放射性和人工放射性同位素(簡稱人造放射性同位素)。人造放射性同位素主要由反應堆和加速器制備。原子序數很高的那些重元素，如鈾(u)、釷(Tu)、鐳(Ra)等，它們的核很不穩定，自發地放出射線，變為另一種元素的原子核。 第19頁/共203頁 原子核的衰變原子核的衰變：放射性同位素原子核不穩定，能自發地 放出、射線而變成另一種元素 的現象。 射線射線：由粒子組成， 粒子是有2個質子和2個中 子組成的帶2個正電荷的氦核。 射線射線：由粒子組成， 粒子就是從原子核內釋放 出的帶一個負電荷的電子。 射線射線：由光子組成，它是在原子核衰變時從核內釋 放出的不帶電的

9、高能量光子。 第20頁/共203頁半衰期半衰期： 放射性核素的數目減少到原來的一半所需要的時間稱之。放射性活度放射性活度 ： 單 位 時 間 內 原 子 核 衰 變 的 數 目 稱 為 放 射 性 活 度(radioactivity)，簡稱活度。 第21頁/共203頁 第二章第二章 X線的產生線的產生 一、一、X線的發現線的發現 X線是德國著名物理學家倫琴于1895年11月8日發現的。X線的發現在科學史上是個極其重大的事件，它給人類歷史和科技發展帶來巨大的影響，并由此開創了物理學和影像醫學的嶄新時代。 X線成像技術與后來發展起來的核醫學成像、超聲成像、X線CT、磁共振成像、熱圖像、介入性放射學

10、和內鏡等技術共同組成現代醫學影像學的嶄新領域。 第22頁/共203頁 二、二、X線的產生條件線的產生條件 電子源 使電子在某個空間高速運動 靶第23頁/共203頁 三、X線產生裝置第24頁/共203頁第25頁/共203頁第26頁/共203頁第27頁/共203頁第28頁/共203頁第29頁/共203頁第30頁/共203頁第31頁/共203頁NoImage第32頁/共203頁四、X線產生原理（一）電子與物質的相互作用 1、電離 電子通過物質時，與其原子核外的軌道電子發生作用，使電子脫離軌道形成自由電子。失去電子的原子帶正電，與前者形成正、負離子對，這一過程稱為電離。它是電離輻射的主要機制，也是某些

11、放射性探測器測量射線的物理基礎。 高速電子與原子的外層電子作用時，可以使原子電離而損失部分能量E。 當入射電子的能量損失大，并且大于外層電子的電離能時，則靶原子被電離，其外層電子脫離靶原子并且具有一定的動能，如果電離出的電子動能大于100eV，則稱此電離出的電子叫電子。電子是電離電子中能量較高的那一部分，它與入射電子一樣可以使原子激發或電離，也可以與原子核和內層電子相互作用而逐漸損失能量。第33頁/共203頁2、激發 高速電子通過物質時，作用于軌道電子，軌道電子獲得 能量從低能態軌道躍遷到高能態軌道，這種現象稱為激發。此時原子處于受激態，不穩定。當該電子退激時（躍遷），獲得的能量將以光能或熱能

12、的形式釋出。外層軌道電子受激退激時產生熱能，內層軌道電子受激退激時產生射線。 第34頁/共203頁3、散射 電子受到物質原子核庫侖電場的作用而發生方向偏折，稱散射。散射對測量及防護都有一定程度的影響。4、韌致輻射 電子在介質中受到阻滯、急劇減速時，將部分能量轉化為電磁輻射(即X射線)，稱為韌致輻射，又稱連續輻射。 第35頁/共203頁 （二）連續X線 對X線管發出的X線進行光譜分析，發現它由兩種成分組成，一種X線譜是連續的，稱為連續X線；另一種則是線狀的，稱為特征X線。可見X線是由這兩種成分組成的混合射線。1、連續X線的產生原理 第36頁/共203頁連續X線產生的物理過程是軔致輻射 高速電子進

13、入到原子核附近的強電場區域，然后飛離強電場區域從而完成一次電子與原子核的相互作用時，電子的速度大小和方向必然發生變化。電子損失的能量將以電磁波（包括X線）形式向外輻射。 電子的這種能量輻射叫軔致輻射。 由于每個高速電子與靶原子作用時的相對位置不同，且每個電子與靶原子作用前具有的能量也不同，所以各次相互作用對應的輻射損失也不同，因而發出的X線光子頻率也互不相同。大量的X線光子組成了具有頻率連續的X線光譜。 下圖是使用鎢靶X線管，管電流保持不變，將管電壓從20KV逐步增加到50KV，同時測量各波段的相對強度而繪制成的X線譜。 第37頁/共203頁下圖是使用鎢靶X線管，管電流保持不變，將管電壓從20

14、KV逐步增加到50KV，同時測量各波段的相對強度而繪制成的X線譜。 第38頁/共203頁2、連續X線的最短波長、最強波長、平均波長及最大光子能量。 第39頁/共203頁最短波長：第40頁/共203頁第41頁/共203頁最強波長： 最強 = 1.5 min 平均波長 平均 = 2.5min 最大光子能量 = hvmaX 第42頁/共203頁第43頁/共203頁 3影響連續X線的因素: 連續X線的總強度(I連)與管電流(i)、管電壓(U)、靶原子序數(Z)的關系可用下面公式近似表示出來: I連 = K1 I Z Un 第44頁/共203頁第45頁/共203頁(三)標識 (特征)X線 1標識X線的產

15、生的原理 X - ray 基態基態 受激態受激態 基態基態 躍遷躍遷 激發激發 第46頁/共203頁第47頁/共203頁第48頁/共203頁2特征X線的激發電壓 靶原子的軌道電子在原子中具有確定的結合能，只有當入射高速電子的動能大于其結合能時，才有可能被擊脫造成電子空位，產生特征X線。第49頁/共203頁第50頁/共203頁3影響特征X線的因素 ： KV MAS4.連續X線和特征X線的比例大小.第51頁/共203頁五、五、X線的量與質線的量與質 習慣上常用X線強度來表示X線的量與質。所謂X線強度是指在垂直于X線傳播方向單位面積上，在單位時間內通過光子數量與能量乘積的總和。可見X線強度(I)是由

16、光子數目(N)和光子能量(hv)兩個因素決定的。即： I = N hv1、X線的量線的量 在實際放射工作中，作為一種簡便方法，一般是用管電流(mA)和照射時間(s)的乘積來反映X線的量，以毫安秒(mAs)為單位。 管電壓一定時，X線管的管電流的大小反應了陰極燈絲發射電子的情況。管電流大，表明單位時間撞擊陽極靶的電子數多，由此激發出的X線光子數也正比地增加；照射時間長，X線量也正比地增大。所以管電流和照射時間的乘積能反映X線的量。第52頁/共203頁2、影響、影響X線量的因素線量的因素 1）靶原子序數的影響：在管電壓、管電流、投照時間相同的情況下，陽極靶的原子序數愈高，X線的量愈大。從圖56中可

17、見，曲線的兩個端點都重合。其高能端重合，說明了X線譜的最大光子能量與管電壓有關而與靶物質無關；低能端重合是因為X線管固有濾過的限制，低能成分被管壁吸收的緣故。射線的最大強度都呈現在相同的光子能量處。 第53頁/共203頁第54頁/共203頁2）管電流的影響：）管電流的影響： 在一定管電壓下同種靶物質和相同的照射時間，X線的量與管電流成正比， 管電壓一定時，X線管的管電流的大小反應了陰極燈絲發射電子的情況，管電流越大表明陰極發射的電子越多，因而電子撞擊陽極靶產生的X線的量也越大：發射出的X線的強度也就越大(質不變，量增加)。 圖47及下圖是在管電壓和其他條件不變的情況下，管電流對X線量的影響。圖

18、中看到100mA和250mA的兩條曲線，其X線最短波長和最長波長都完全一樣，只是曲線下所包的面積不同。顯然管電流大的X線量大，反之就小。 圖3-9管電流對X線量的影響第55頁/共203頁第56頁/共203頁3）管電壓的影響：）管電壓的影響： 在相同mAs同種靶物質的條件下， X線的量與管電壓的n次方成正比。 第57頁/共203頁3、X線的質線的質 X線的質又稱線質，它表示X線的硬度，即穿透物質本領的大小。X線質完全由光子能量決定，而與光子個數無關。 在實際應用中是以管電壓和濾過情況來反映X線的質。這是因為管電壓高、激發的X線光子能量大，即線質硬；濾過板厚，連續譜中低能成分被吸收的多，透過濾過板

19、的高能成分增加，使X線束的線質變硬。在濾過情況一定時，常用管電壓的千伏值來粗略描述X線的質。 在工作中描述X線質除千伏值外，還用半價層、半值深度等物理量來表示X線質。第58頁/共203頁4、影響、影響X線質的因素線質的因素 1）管電壓（千伏值）的影響 X線的質僅取決于管電壓的千伏值。無論何種靶物質，在一定管電壓下所產生的連續X線譜的最短波長和最長波長是相同的。光子的最大能量完全由管電壓控制。連續X線的質隨管電壓升高而變硬，但特征X線的質只與靶物質有關。2）整流方式的影響脈動電壓產生的X線質比恒定電壓下的軟。所以管電壓波形對X線的質也有影響。三相電源的6脈沖和12脈沖供電，其管電壓更接近恒壓，由

20、此產生的X線脈動變化減小，其量與質均優于單相電源供電的情況。一般說來，三相全波整流與單相全波整流相比，在相同管電壓和濾過的情況下，X線質約提高10。15。例如，拍頭顱側位片，單相全波整流X線機使用72kV，而改用三相全波整流X線機只需要64kV就可獲得相同的攝影效果。 管電壓的波形除了對X線的質有影響，同時對X的量也有很大的影響。第59頁/共203頁第60頁/共203頁3）、濾過方式的影響 濾過對X線的量與質及能譜構成均有很大影響。增加濾過板厚度，可大量衰減連續譜中的低能成分，使能譜變窄，線質提高，但總的強度降低了。 在放射工作中應熟練掌握影響X線量與質的諸因素，并能根據臨床工作需要，恰當地選

21、擇X線的量與質，這對提高影像質量和降低受檢者的受照劑量都具有重要意義。 第61頁/共203頁 六、六、X線的產生效率線的產生效率 在X線管中產生的X線能與加速電子所消耗電能的比值，叫做X線的產生效率。 在X線管中加速陰極電子所消耗的電功率(IU)全部變成高速電子的動能。這些高速電子在與物質復雜的相互作用過程中產生X線，同時也產生大量的熱。 I連 = K I Z Un P = IU = K I Z U2 = KZU IU X線的產生效率與管電壓和靶物質的原子序數成正比，線的產生效率與管電壓和靶物質的原子序數成正比，高壓波形越接近恒壓，X線的產生效率越高。 研究證明，X線管產生X線的效率極低，一般

22、不足1，而絕大部分的高速電子能都在陽極變為了熱能，使陽極靶面產生很高的溫升。這是X線管不能長時間連續工作的原因所在。因此X線管必須有良好的散熱冷卻裝置。 大量存在的軟X線也是導致效率低的原因。第62頁/共203頁第63頁/共203頁七、七、 X線強度的空間分布線強度的空間分布 從X線管焦點上產生的X線，在空間各個方向上的分布是不均勻的，即在不同的方位角上的輻射強度是不同的。這種不均勻的分布稱為輻射強度空間分布。實驗表明，X線輻射強度在空間的分布情況很復雜，主要取決于入射電子的能量、靶物質及靶厚度等因素。1、 X線強度的角分布2、厚靶周圍X線強度的空間分布3、診斷X線機靶周圍X線強度的空間分布

23、Heel Effect 陽極端效應 第64頁/共203頁第65頁/共203頁第66頁/共203頁第67頁/共203頁第68頁/共203頁八、八、X線的本質線的本質 X線是電磁輻射譜中的一部分，屬于電離輻射，其波長介于紫外線和射線之間，是具有電磁波和光量子雙重特性的一種特殊物質。就其本質而言，X線與可見光、紅外線、紫外線、射線完全相同，都是電磁波，只不過X線的頻率很高， 波長很短。 X線具有波動性，與可見光一樣，具有衍射、偏振、反射、折射等現象。 X線具有微粒性，X線的波動性可以成功地解釋X線的干涉與衍射現象，但卻不能解釋X線的光電效應、熒光作用、電離作用等，這些只能用X線的粒子性做出圓滿的解釋

24、。即X線是由一個個微粒即X光子組成的。 第69頁/共203頁第70頁/共203頁第71頁/共203頁九、九、X線的基本特性線的基本特性 X線是一種電磁波，它具有電磁波的共同屬性。此外，由于X線的能量大、波長短，它還具有以下幾方面的特有性質。(一)物理特性 1X線在均勻的、各向同性的介質中，是直線傳播的不可見電磁波。 2X線不帶電，它不受外界磁場或電場的影響。 3穿透作用 由于X線波長短，具有較高的能量，物質對其吸收較弱，因此它有很強的貫穿本領。其穿透本領的強弱取決于X線能量、物質密度和原子序數等因素。第72頁/共203頁4熒光作用 某些物質被X線照射后，能激發出可見熒光。如磷、鎢酸鈣、鉑氰化鋇

25、、銀激活的硫化鋅鎘等熒光物質受X線照射時，物質原子被激發或電離，當被激發的原子恢復到基態時，便可放出熒光。透視用的熒光屏，攝影用暗盒中的增感屏，影像增強器中的輸入屏和輸出屏，測定輻射量的閃爍晶體、熒光玻璃等都是利用熒光特性制造的。X線的發現也是基于它的熒光作用。第73頁/共203頁5電離作用 X線雖然不帶電，但它具有足夠能量的X線光子能夠撞擊原子中的軌道電子，使之脫離原子產生一次電離。被擊脫的電子仍有足夠能量，去電離更多的原子。X線的電離作用主要是它的次級電子的電離作用。X線在氣體中產生的正、負離子，在電場力的作用下很容易收集起來。通常就是利用空氣中電離電荷(或電流)的多少來測定X線的照射量。

26、多種測定X線劑量儀器的探頭，如電離室、蓋革彌勒計數管等都是根據這個原理制造的。 X線的電離作用是放射治療的基礎，但它也可對人體造成損傷。第74頁/共203頁6熱作用 X線被物質吸收，最終絕大部分都將變為熱能，使物體產生溫升。測定X線吸收劑量的量熱法就是依據這個原理研究出來的 。第75頁/共203頁 (二)化學特性 1感光作用 X線和可見光一樣，同樣具有光化學作用。它可使膠片乳劑感光，能使很多物質發生光化學反應。X線被廣泛應用于人體X線攝影和工業無損探傷檢查，以及照射量(膠片法)測定等技術中。 2著色作用 某些物質，如鉛玻璃、水晶等經X線長期大劑量照射后，其結晶體脫水漸漸改變顏色，稱為著色作用或

27、脫水作用。 第76頁/共203頁(三)生物效應特性 X線在生物體內也能產生電離及激發作用，也就是使生物體產生生物效應。生物細胞特別是增殖性強的細胞，經一定量X線照射后，可產生抑制、損傷甚至壞死。 人體組織吸收一定量X線后，視其敏感程度的不同，而出現種種反應，這個特性可在腫瘤放療中得到充分應用，它是放射治療的基礎。 當然X線對正常人體組織也可能產生損傷作用，故應注意對非受檢部位和非治療部位的屏蔽防護，同時射線工作者也應注意自身的防護。第77頁/共203頁第三章第三章 X線與物質的相互作用線與物質的相互作用 一、光電效應 光電效應又稱光電吸收，它是X線光子被原子全部吸收的作用過程。 。 (一)光電

28、效應的產生 當一個能量為hv的光子通過物質時，它與原子的某殼層中某個軌道上一個電子發生相互作用，把全部能量傳遞給這個電子，而光子本身則整個被原子吸收，獲得能量的電子擺脫原子的束縛以速度v而自由運動，這種電子稱為光電子，這種現象稱為光電效應。第78頁/共203頁第79頁/共203頁 放出光電子的原子變為正離子，原子處于激發態，其電子空位很快被外層電子躍入填充，同時放出特征X線。有時，特征X線離開原子前，又擊出外層的軌道電子，即“俄歇電子”。 可見，光電效應的實質是物質吸收X線使其產生電離的過程。在此過程中將產生的次級粒子有：光電子、正離子(產生光電子的原子)、新的光子(特征輻射光子)、俄歇電子。

29、第80頁/共203頁（二）影響光電效應發生的因素1、物質原子序數的影響 光電效應的發生幾率與物質的原子序數的4次方成正比 。2、入射光子能量的影響 因為光電子的動能Ee = hv - EB (EB為電子結合能） 所以光電效應發生的能量條件是：入射光子的能量加必須等于或大于軌道電子的結合能E。否則就不會發生光電效應。 光電效應的發生幾率與入射線波長的3次方成正比，說明與光子能量的3次方成反比。 第81頁/共203頁3原子邊界限吸收的影響 吸收系數(光電效應發生率)一般隨入射光子能量的增大而降低，即波長較短，頻率較高的射線的貫穿本領強； 當入射光子能量hv增加到某一數值恰好等于原子軌道電子結合能時

30、，吸收系數突然增加，這些吸收突然增加處稱為吸收限。當光子能量等于原子軌道K電子結合能時，發生K邊界限吸收；等于L結合能時，發生L邊界限吸收；等于M結合能時發生M邊界限吸收， 但最重要的是結合能較大的K邊界限吸收，因為光電效應主要發生在結合能較大的K層，而發生在其他殼層上的機會相對較少。第82頁/共203頁（三）光電效應中的特征放射 P55第83頁/共203頁（四）診斷放射學中的光電效應 診斷放射學中的光電效應，可從利弊兩個方面進行評價 有利的方面是，能產生質量好的照片影像。其原因是： 1、不產生散射線，大大減少了照片的灰霧； 2、可增加人體不同組織和造影劑對射線的吸收差別，產生高對比度的X線照

31、片，對提高診斷的準確性很有好處。鋁靶軟組織X線攝影，就是利用低能射線在軟組織中，因光電吸收的明顯差別而產生高對比度照片的。另外，在放療中，光電效應可增加腫瘤組織的劑量，提高其療效。 3、入射X線通過光電效應可全部被人體吸收，增加了受檢者的劑量。 從現代防護觀點講，應盡量減少每次X線檢查的劑量。為此，可根據光電效應發生率與光子能量3次方成反比的關系，采用高千伏攝影技術，從而達到降低劑量的目的。第84頁/共203頁二、Compton 效應 （ 一）產生原理 康普頓效應是入射光子與原子中的一個外層電子相互作用時發生的。在相互作用中，光子只將一部分能量傳遞給外層電子，電子接收一定的能量后脫離原子束縛，

32、以與光子的初始入射方向成一定角度的方向上射出，此電子稱為反沖電子。與此同時，光子本身能量降低(即頻率降低)并朝著與入射成一定角度的方向射出，此光子稱為散射光子。該光子又稱散射線或二次射線。第85頁/共203頁第86頁/共203頁第87頁/共203頁（二）影響因素 1、物質原子序數的影響 康普頓效應的發生幾率與物質的原子序數Z成正比。 2、入射光子能量的影響 在診斷X線范圍內，康普頓效應發生幾率與入射X線能量成正比。 3、被照體厚度的影響 康普頓效應發生幾率與被照體厚度成正比。 4、被照體照射面積的影響 康普頓效應發生幾率與被照體的受照面積成正比。第88頁/共203頁（三）康普頓效應對X線影像質

33、量的影響 （散射光子的波長和方向） 降低影像對比度 (四）康普頓效應對輻射防護的影響 增加防護難度第89頁/共203頁三、電子對效應 (一)電子對效應的產生 一個具有足夠能量的光子，在與靶原子核發生相互作用時，光子突然消失，同時轉化為一對正、負電子，這個作用過程稱為電子對效應。第90頁/共203頁第91頁/共203頁第92頁/共203頁第四章 X線在物質中的衰減一、 X線在物質中衰減的原因X射線在其傳播過程中強度的衰減，包括距離和物質所致衰減兩個方面。 1、距離衰減 設想X線是由點放射源發出并向空間各個方向輻射。在以點源為球心，半徑不同的各球面上的射線強度，與距離(即半徑)的平方成反比，這一規

34、律稱射線強度衰減的平方反比定律。距離增加l倍，則射線強度將衰減為原來的14。這一衰減稱為距離所致的衰減，也稱為擴散衰減。距離衰減在X線防護中有什么意義？第93頁/共203頁2、物質衰減當射線通過物質時，由于射線光子與物質原子發生光電效應、康普頓效應和電子對效應等一系列作用，致使入射方向上的射線強度減弱，這一衰減稱為物質所致的衰減。X線強度在物質中的衰減規律是X線透視、攝影、造影及各種特殊檢查和放射治療的基本依據，同時也是進行屏蔽防護設計的理論根據。 第94頁/共203頁二、單能窄束X線在物質中的衰減規律 由能量相同的光子組成的X線稱為單能射線，它具有單一的波長或頻率。 I = I0e-X第95

35、頁/共203頁三、連續X線在物質中的衰減特點連續能譜的X線束是能量從最小值到最大值之間的各種光子組合成的混合射線束，當連續X線通過物質層時，其量和質都有變化。特點是：X線強度變小，硬度變大(質提高)。這是由于低能光子容易被吸收，致使X線束通過物質后高能光子在射線束中所占比率相對變大的緣故。第96頁/共203頁第97頁/共203頁 上圖表示不同厚度的吸收體對X線能譜的影響。從A到D，厚度依次增加，X線束相對強度不斷地減弱。能譜組成也不斷地變化，低能成分減弱很快，高能成分的比率不斷增加，X線的能譜寬度(光子能量范圍)逐漸變窄。可以利用X線的這種衰減特點來調節X線的質與量。X線管電壓的峰值決定X線束

36、的光子最大能量，可用濾過的方法，使其線束平均能量接近最大能量。 可見，X線管的激發電壓與濾過條件是決定線管的激發電壓與濾過條件是決定X線束線束線質的重要條件。線質的重要條件。第98頁/共203頁四、影響X線衰減的因素（一）射線性質對衰減的影響 (二)物質原子序數對衰減的影響 (三)物質密度對衰減的影響 (四)每克電子數對衰減的影響 (P57)第99頁/共203頁五、X線的濾過 （一）軟X線的產生及對人體的影響 軟X線是有連續輻射產生的，連續輻射產生的X線既有波長短的硬X線，也包含波長長的軟X線。軟X線通過人體時，絕大部分低能成分都被皮膚和表淺幾厘米的組織吸收。不能透過人體，對X線影像形成不起任

37、何作用，但卻大大增加了被檢者的皮膚照射量。 為了獲得最佳影像質量，同時盡量減少無用的低能光子對人體皮膚和表淺組織的傷害，就需要根據連續X線在物質中的衰減規律，采用恰當的濾過措施，將X線的平均能量提高，這種過程就是所謂濾過，所用的金屬片叫濾過板。 X線的濾過分為固有濾過和附加濾過兩部分。第100頁/共203頁（二） 固有濾過 X線管內部本身的濾過稱固有濾過。它包括X線管的玻璃管壁、絕緣油、管套上的窗口和不可拆卸的濾過板。固有濾過一般都用鋁當量表示，所謂鋁當量(mmAl)是指一定厚度的鋁板與其他濾過材料相比較，對X線具有相同的衰減效果，則此鋁板厚度(mm)就是該濾過材料的鋁當量。一般診斷X線機的固

38、有濾過在0.5 - 2mmAl。第101頁/共203頁 個別特殊情況需要使用低濾過x線，如軟組織特別是女性乳房的X線攝影和表層放射治療，需要小的固有濾過，采用鈹窗口代替玻璃窗口，因為鈹的原子序數(z = 4)低，它比玻璃窗口能透過更多的低能射線。 第102頁/共203頁 (三) 附加濾過 附加濾過包括用工具可拆卸的附加濾過板、可選擇的附加濾過板、遮光器中反光鏡和有機玻璃窗的濾過等。 1濾過板材料的選擇 理想的濾過板應把一切無用的低能成分吸收掉，而讓有用的高能成分全部透過。實際上沒有這樣的物質，但我們可以選擇某種物質使它通過光電作用能大量地吸收低能成分，而高能成分通過時僅有極微量的康普頓散射吸收

39、和光電效應吸收，絕大部分高能射線可通過。第103頁/共203頁 在x線診斷中通常都用鋁和銅作濾過板。鋁的原子序數是13，對低能射線是很好的濾過物質；銅的原子序數是29，對高能射線是很好的濾過物質。 銅不能單獨作濾過板，它經常和鋁結合為復合濾過板。一個復合濾過板可以包括兩層或更多層的不同物質，在使用時高原子序數的銅要面向x線管，低原子序數的一層鋁面向被檢者。這是因為光電作用在銅內能產生8keV的特征輻射，這種射線能增加被檢的皮膚照射量，可用鋁層把它吸收掉，至于鋁的特征輻射只有1.5keV，空氣即把它全部吸收。第104頁/共203頁第105頁/共203頁NoImage第106頁/共203頁 2濾過

40、板的厚度 的選擇及意義 濾過板厚度的增加，低能射線迅速衰減，但高能射線衰減緩慢。 在實際工作中采用多厚的濾過板，應根據具體檢查類型考慮管電壓和濾過板厚度的適當組合。一般X線機的復合濾過相當于2-3毫米的鋁。 高千伏攝影時，一定要采用厚濾過，使用低濾過而進行高千伏攝影，對受檢者是十分有害的。 只要能達到診斷目的，就應采用高電壓、厚濾過技術。 濾過板厚度選擇的意義：使用3mm的鋁濾過，就可使受檢者皮膚照射量下降80。第107頁/共203頁3、濾過板性質與曝光量的關系 濾過板可有選擇地大量吸收低能量光子，但對高能成分也有一定衰減。尤其是采用了較厚和較高原子序數的濾過板。為此，在x線攝影中一般采用適當

41、增加mAs的辦法來解決。實驗表明采用高千伏、厚濾過攝影雖然mAs增加了，但受照劑量卻大幅度降低了。第108頁/共203頁六、診斷放射學中x線的衰減 x線影像是人體的不同組織對射線不同衰減的結果。 人體內除少量的鈣、磷等中等原子序數的物質外，其余全由低原子序數物質組成。 人體吸收X線最多的是由Ca3(P04)2組成的門牙，吸收x線最少的是充滿氣體的肺。 人體骨骼由膠體蛋白和鈣質組成，其中鈣質占5060 軟組織內水占75，蛋白質、脂肪及糖類占23，其余2是K、Na、Cl、Fe等元素。 第109頁/共203頁實驗證明，當光電吸收為主時，被檢體的線衰減系數與x線光子的波長成正比，與有效原子序數Z4成正

42、比，還與組織密度成正比。即： = K 3 Z4 式中K是一個比例系數。有效原子序數： 指在相同照射條件下，lkg復雜物質與lkg單質所吸收的輻射能相同時，則此單質的原子序數就稱為復雜物質的有效原子序數。 人體各組織器官的密度、有效原子序數和厚度不同，對x線的衰減程度各異，一般按骨骼、肌肉、骨骼、肌肉、脂肪和空氣的順序由大變小。脂肪和空氣的順序由大變小。第110頁/共203頁第111頁/共203頁第112頁/共203頁第五章 X線劑量與測量第一節 X線常用的輻射量和單位一、照射量、照射量率和單位（一）照射量照射量定義 x射線的光子在單位質量空氣中產生出來的所有次級電子，當它們完全被空氣所阻止時，

43、在空氣中所形成的任何一種符號離子的總電荷量的絕對值。照射量的SI單位為庫侖千克-1(ckg-1)，沒有專用名稱。仍在沿用的照射量的專用單位為倫琴，用符號R表示。 1R = 2.5810-4 CKg -1 第113頁/共203頁（二）照射量率 單位時間內照射量的增量稱為照射量率， 照射量率的SI單位為庫侖千克-1秒-1(CKg -1 S-1) 例 第114頁/共203頁第115頁/共203頁二、比釋動能、比釋動能率及單位 （一）比釋動能 比釋動能是指間接致輻射（X線光子）與物質相互作用時，在單位質量物質中由間接致輻射（X線光子）所產生的全部帶電粒子的初始動能之總和。 單位：比釋動能的SI單位是焦

44、耳千克-1(JKg-1)，又名“戈瑞”，簡稱“戈”，以“Gy記之。以此紀念為測量吸收劑量而奠定空腔電離理論基礎的科學家HGray。 lGy = 1J Kg-1毫戈端(mGy)、微戈瑞(Gy)等，其間關系為： 1Gy =1000mGy=1000000 Gy第116頁/共203頁（二) 比釋動能率 間接致電離輻射在單位時間內，在介質中產生的比釋動能稱為比釋動能率。 比釋動能率的SI單位是戈瑞或其倍數、分倍數除以適當的時間單位而得的商，如戈秒-1(GyS-1)、毫戈時-1(mGyh-1)等。第117頁/共203頁三、吸收劑量、吸收劑量率及單位（一）吸收劑量 輻射所授予單位質量介質中的平均能量定義為吸

45、收劑量。 它表示進入介質的全部帶電粒子和不帶電粒子能量的總和，與離開該體積的全部帶電粒子和不帶電粒子能量總和之差，再減去在該體積內發生任何核反應所增加的靜止質量的等效能量。 對于醫用對于醫用X線，吸收劑量表示進入介質的全部線，吸收劑量表示進入介質的全部帶電粒子和不帶電粒子能量的總和，與離開該體積帶電粒子和不帶電粒子能量的總和，與離開該體積的全部帶電粒子和不帶電粒子能量總和之差的全部帶電粒子和不帶電粒子能量總和之差。 授予某一體積內物質的平均能量愈多，則吸收劑量愈大。不同物質吸收輻射能的本領是不同的。因此討論吸收劑量，必須說明是什么物質的吸收劑量。單位：Gy第118頁/共203頁（二）吸收劑量率

46、 吸收劑量率表示單位時間內吸收劑量的增量。 其SI單位用焦耳千克-1秒-1(Jkg -1 S -1)表示，其專名為戈秒-1(GyS-1)。 吸收劑量率的單位亦可用戈或其倍數其分倍數除以適當的時間而得的商表示，如毫戈時-1(mGyh -1)、戈時-1(Gyh -1)、戈分-1(Gymin -1)等。第119頁/共203頁第120頁/共203頁四、當量劑量、當量劑量率及單位（一）當量劑量 盡管吸收劑量可以用來說明生物體所受照射時吸收的射線能量，但被吸收的輻射劑量與引起某些已知的生物效應的危險性往往不能等效。這是因為當輻射輻射類型類型與其他條件發生變化時，某一生物輻射效應與吸收劑量之間的關系也隨之改

47、變。因此，必須對吸收劑量進行加權，使修正后的吸收劑量比單純的吸收劑量能更好地與輻射所致有害效應的幾率或嚴重程度相聯系。 在輻射防護中，將個人或集體實際接受的或可能在輻射防護中，將個人或集體實際接受的或可能接受的吸收劑量根據組織生物效應加權修正，經修正接受的吸收劑量根據組織生物效應加權修正，經修正后的吸收劑量在放射防護中稱為當量劑量。后的吸收劑量在放射防護中稱為當量劑量。當量劑量 = 平均吸收劑量 輻射權重因子(P87)單位：即焦爾千克-1（Jkg-1)，其專名是希沃特(Sv)。 1Sv = l Jkg-1例: P87第121頁/共203頁五、有效劑量 有效劑量是以輻射誘發的隨機性效應的發生率為

48、基礎，表示當身體各部分受到不同程度照射時，對人體造成的總的隨機性輻射損傷。 輻射對人體的損害采用國際放射防護委員會（ICRP)的劃分標準：受小劑量、低劑量率輻射的人群，引起的輻射損害主要是隨機性效應(嚴重遺傳性疾患和輻射誘發的各種致死癌癥)。而且假定隨機性效應發生的幾率與劑量存在著線性無閾的關系，并用危險度因子來評價輻射引起的隨機性效應的危險程度。 第122頁/共203頁危險度及危險度權重因子危險度及危險度權重因子 危險度或稱危險度系數，是指器官或組織接受單位當量劑量(1Sv)照射引起隨機性損害效應的幾率。 從P88表可見均為lSv當量劑量，對于不同的器官和組織，輻射效應的危險度是不同的。為了

49、表征不同器官和組織在受到相同當量劑量情況下，對人體導致有害效應的嚴重程度的差異，引進了一個表示相對危險度的權重因子，即： 組織T接受1Sv時的危險度危險度權重因子 = - 全身均勻受照lSv時的總危險度不同組織或器官，其危險度權重因子不同，P88表第123頁/共203頁第124頁/共203頁第125頁/共203頁第二節 放射線的測量一、照射量的測量（一）標準電離室（自由空氣電離室）第126頁/共203頁第127頁/共203頁（二）實用電離室第128頁/共203頁第129頁/共203頁二、 吸收劑量的測量 對醫學和輻射防護學有意義的量是物質中某點的吸收劑量。根據其定義，若需測定物質中某點的吸收劑

50、量，則需測量射線在介質中該點沉積的能量的大小。但直接測量射線在該點沉積的能量非常困難，所以通常情況下利用探頭取代該點為中心的一小塊物質，用該探頭測量物質中該點吸收射線能量后產生的理化變化，間接反映該點吸收的射線能量，并經過適當校準、刻度后再給出該點吸收劑量大小。因此選用的探頭應該足夠小，使它的引入盡量減弱對原輻射場分布的干擾。吸收劑量的基本測量法有量熱法、電離室測量法、熱釋光測量法、膠片劑量測定法、半導體劑量儀測定法等。第130頁/共203頁（一）電離室測量法 1、空氣中吸收劑量 對于X線，在空氣中最容易測得的是照射量，如在空氣中已測知某點的照射量為X，那么，根據計算，這一點的空氣吸收劑量為：

51、 某點的空氣吸收劑量 = 33.73 x 某點的照射量 （Gy） 2、任意介質中的吸收劑量 P98的 f值為照射量-吸收劑量轉換系數，或稱照射量-吸收劑量轉換因子。它是把照射量轉換成吸收劑量的一個系數。P97、98 例一、二第131頁/共203頁第132頁/共203頁第133頁/共203頁第134頁/共203頁第135頁/共203頁（二）熱釋光測量元件及劑量讀出裝置 熱釋光劑量儀一般由熱釋光測量單元熱釋光劑量片及其讀出裝置構成。熱釋光劑量片以氟化鋰(LiF)材料最為常見，它是具有晶格結構的固體粉末，根據測量要求可制成各種形狀。原理：原理：帶電中心吸引自由電子 劑量片吸收的輻射能量越多，束縛于帶

52、電中心的電子數目則愈多。 當對熱釋光劑量片加熱時，會使帶電中心束縛的價電子脫離吸引重新變為自由電子，同時釋放出能量。該能量以可見光形式釋放出來。發光強度與束縛中心釋放的電子數成正比，而電子數又與物質吸收輻射能量有關。經過適當標定，則可以測量劑量片所在位置吸收劑量。 第136頁/共203頁 熱釋光劑量片測量裝置：熱釋光劑量片測量裝置： 是用來讀出劑量片所存貯的輻射能量的裝置，被照射過的熱釋光元件，放入熱釋光測讀儀的加熱單元中加熱，元件受熱發光，經濾光后照射到光電倍增管上。并將其轉化為電流信號，經電流頻率轉換后，以脈沖頻率形式輸送給計數系統，用以打印記錄。 第137頁/共203頁第138頁/共20

53、3頁第139頁/共203頁第140頁/共203頁第141頁/共203頁（三) 膠片劑量測定法 第142頁/共203頁第143頁/共203頁第144頁/共203頁第三節 射線質的測定 一、400kV以下x線質的測定 對低能x線其穿透能力的大小一般用半價層來表示。所謂半價層是使原射線強度衰減一半所需要的某種勻所謂半價層是使原射線強度衰減一半所需要的某種勻質吸收材料的厚度質吸收材料的厚度。半價層也稱半值層、半值厚度。半價層的值越大，射線的穿透本領越強。 根據半價層的定義，可以用實驗方法來測定x線的半價層。 測定半價層時應注意：測定的半價層必須針對直接用于治療的x線，也就是說要明確所使用的管電壓、濾過

54、板條件、測量裝置的幾何安置。盡管管電壓相同，若濾過板不同，半價層也不一樣。第145頁/共203頁二、高能x線能量的測定 醫用直線加速器加速電子到同一額定能量產生的醫用高能x線，由于實際電子能量及濾過情況不同，會存在很大差異。從加速器射出的高能x線也是一個連續譜，通常采用水體模中12最大劑量深度(也稱半值深度，用HVD表示)法，即用水體模中射線中心軸上50劑量深度來確定x線的質。 半值深度與高能射線的平均能量的關系如表7-4(P102)。 第146頁/共203頁 放射線對人體的影響放射線對人體的影響 人類受到照射的輻射源主要有兩類：天然輻射源和人工輻射源，地球上的人類，每時每刻都受到天然存在的各

55、種電離輻射的照射，這種照射統稱為天然本底照射。天然本底照射是人類受到電離輻射的最主要的來源。人工輻射主要包括醫療照射、核爆炸和核動力生產。核爆炸在大氣層中形成人工放射性物質，使環境受到廣泛的污染。核能發電等核動力生產中產生的放射性核素，絕大部分存留于受照過的核燃料中，核燃料循環運行的每個環節都會有放射性物質被釋放于環境中。醫療照射來源于x線診斷檢查、核醫學診斷以及放射治療。第147頁/共203頁第一節 放射線在醫學上的應用 第148頁/共203頁第二節第二節 放射線產生的生物效應放射線產生的生物效應 放射線引起的生物效應是一個非常復雜的過程。射線作用于機體后，以直接作用和間接作用兩種方式使細胞

56、分子發生反應，造成其損傷。直接作用直接作用: 當人體組織受到射線照射時，處在射線經跡中的重要生物分子，如脫氧核糖核酸(DNA)或具有生物功能的其他分子吸收射線的能量，直接被電離、激發，引起這些大分子損傷，這種效應稱為直接作用。間接作用間接作用: 而當射線能量通過擴散的離子以及射線作用于機體水分子產生的多種自由基自由基與生物分子作用，引起生物分子的損傷，稱為間接作用。由于機體細胞的含水量很高，一般達到70以上，細胞內生物大分子存在于含大量水的環境中，故間接作用在引起生物大分子損傷中具有實際意義。 第149頁/共203頁第150頁/共203頁 按照現代放射生物學觀點，DNA(或基因組)和膜(特別是

57、核膜)是受照細胞中的主要靶子，是引起細胞一系列生化變化的關鍵，染色體畸變是DNA損傷結果，蛋白質和酶的輻射效應以及一些重要代謝的紊亂，均為引起機體生理和病理變化的重要因素。在射線引起上述一系列損傷的同時，機體在一定范圍內也進行著反饋調節、修補和修復，試圖減輕和改變這些損傷，這兩種相反過程的消長和變化，決定著細胞的存活、死亡、老化和癌變。 ICRPl990年建議書(60號出版物)將輻射生物效應分為確定性效應和隨機性效應兩類。 第151頁/共203頁一、確定性效應 射線照射人體全部或局部組織，若能殺死相當數射線照射人體全部或局部組織，若能殺死相當數量的細胞而這些細胞又不能由活細胞的增殖來補充，量的

58、細胞而這些細胞又不能由活細胞的增殖來補充，則這種照射可引起人類的確定性效應。則這種照射可引起人類的確定性效應。 由此引起的細胞丟失可在組織或器官中產生臨床上可檢查出的嚴重功能性損傷，由此可以預計，確定性效應的嚴重程度與劑量有關，而且存在一個閾劑量。低于閾劑量時，因被殺死的細胞較少，不會引起組織或器官的可檢查到的功能性損傷，在健康人中引起的損害概率為零。隨著劑量的增大，被殺死的細胞增加，當劑量增加到一定水平時，其概率陡然上升到100，這個劑量稱為閾劑量。超過閾劑量后，損害的嚴重程度隨劑量的增加而增加，即受影響的細胞愈多，功能喪失愈嚴重。第152頁/共203頁二、隨機性效應 指電離輻射造成機體的損

59、傷是隨機發生的而不指電離輻射造成機體的損傷是隨機發生的而不是確定發生的。隨機性效應無劑量閾值，其有害是確定發生的。隨機性效應無劑量閾值，其有害效應的嚴重程度與受照劑量的大小沒有十分明確效應的嚴重程度與受照劑量的大小沒有十分明確的無關。隨機性效應又分成兩種的無關。隨機性效應又分成兩種,即致癌效應和即致癌效應和遺傳效應。遺傳效應。 第153頁/共203頁致癌效應：致癌效應： 當電離輻射使細胞發生了改變而未被殺死，改變了但存活著的體細胞繁殖出來的細胞克隆，經過長短不一的潛伏期后，可能呈現一種惡變的情況，即發生癌變稱為致癌效應。 由輻射引起癌的概率通常隨劑量的增加而增大，很可能不存在閾劑量，而且這種概

60、率大致正比于劑量，癌的嚴重程度不受劑量的影響。遺傳效應：遺傳效應： 如果輻射損傷發生在其功能是傳遞遺傳信息給后代遺傳細胞，那么，結果發生的效應，在種類與嚴重程度上可以多種多樣，將顯現在受照射者的后代身上。 稱為遺傳效應。第154頁/共203頁三、胎兒出生前受照效應 （既有確定性效應，也有隨機性效應）1、胚胎死亡 2、畸 形 3、智力低下 4、誘發癌癥第155頁/共203頁四、皮膚效應（既有確定性效應，也有隨機性效應） 在受照的皮膚上，電離輻射即可引起確定性效應(如：急、慢性放射性皮膚損傷)，也可誘發癌癥，而在皮膚的輻射防護中，兩者均需考慮。1、急性放射性皮膚損傷2、慢性放射性皮膚損傷3、放射性