第一章　普通X线成像设备结构与原理

第一节　基 础 知 识

一、X线的发现与产生

（一）X线的发现

1895年11月8日，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴在研究阴极射线管气体放电现象时，发现了一种人眼看不见，但能穿透物体的射线，即X线，后人为纪念伦琴的这一发现，把X线称为伦琴射线。

（二）X线的产生

X线产生的必备条件有三个，即：电子源、高速电子的产生和电子的骤然减速（图1-1）。

电子源：X线管阴极的灯丝通过电流加热，释放电子，这些电子在灯丝周围形成空间电荷，即为电子源。

高速电子的产生：在X线管的阴、阳极间加以高电压，X线管保持高度真空，使灯丝发射的电子以高速冲击阳极。

电子的骤然减速：是X线管阳极靶面阻止的结果。阳极的作用：阻止高速电子，形成高压电路的回路。

二、X 线 能 谱

X线的产生是高速电子和阳极靶物质的原子相互作用的过程中能量转换的结果。X线的产生是利用了靶物质的三个特性：即核电场、轨道电子结合能和原子存在于最低能级的需要。诊断用X线的能谱有连续放射和特性放射。

（一）连续放射

连续放射又称韧致放射，是高速电子与靶物质原子核相互作用的结果（图1-2）。连续放射产生的X线是一束波长不等的混合能谱射线，其X线光子的能量取决于电子接近核的情况、电子的能量和核电荷。

如果一个电子与原子核相撞，其全部动能丢失转换为X线光子，其最短波长（λ min）为：

λ min=hc/kVp=1.24/kVp（nm）

可见，管电压愈高，产生的X线波长愈短。

（二）特征放射

特征放射又称标识放射，是高速电子击脱靶物质原子的内层轨道电子而产生的一种放射方式（图1-3）。

当K层电子被击脱时，K层电子的空缺将由外层电子跃迁补充，外层电子能级高，内层能级低。高能级向低能级跃迁，多余的能量作为X线光子释放出来，产生K系特性放射。若是发生在L层，称L系特性放射。

特征放射的X线光子能量与冲击靶物质的电子能量无关，只服从于靶物质的原子特性。同种靶物质的K系特性放射波长为一定数值。管电压在70kVp以上，钨靶才能产生特征X线。特征X线是叠加在连续X线谱内的。

三、X线的基本特征

（一）穿透性

X线具有很强的穿透力，能穿透一般可见光不能穿透的各种不同密度的物质。X线的穿透力与X线管电压密切相关，电压愈高，所产生的X线的波长愈短，穿透力也愈强；反之，电压低，所产生的X线波长愈长，其穿透力也弱。X线的穿透力还与被照体的密度和厚度相关。X线穿透性是X线成像的基础。

（二）荧光效应

X线作用于荧光物质，使波长短的X线转换成波长较长、肉眼可见的荧光，即荧光效应。荧光效应是进行透视检查的基础。

（三）感光效应

X线能使涂有溴化银等感光物质的胶片感光，形成潜影，经显、定影处理，产生了影像，即感光效应。感光效应是X线胶片成像的基础。

（四）电离效应

X线进入人体，产生细胞的电离作用，即电离效应。电离效应引起生物学方面的改变，即生物效应。电离效应和生物效应是放射防护学和放射治疗学的基础。

四、X线的主要效应

X线与物质相互作用的过程中，产生光电效应、康普顿效应、相干散射、电子对效应、光核反应等。

（一）光电效应

光电效应是X线与物质相互作用的主要形式之一，是以光子击脱原子的内层轨道电子而产生（图1-4）。光电效应产生的概率受3个因素影响：①光子必须有克服电子结合能的足够能量；②光子能量与电子结合能接近相等或稍大于；③轨道电子结合的越紧，越容易产生光电效应。

在诊断X线范围内，光电效应产生的概率为70%。

光电效应在X线摄影中的意义：①不产生有效散射，对胶片不产生灰雾；②可增加X线对比度；③光子能量全部被吸收，患者接受的剂量相对较多。

（二）康普顿效应（或称散射效应）

康普顿效应是X线与物质相互作用的另一个主要形式。当一个光子击脱原子外层轨道电子时，入射光子就会偏转，以新的方向散射出去，光子能量的一部分作为反跳电子的动能，而绝大部分能量作为光子散射（图1-5）。在诊断X线范围内，康普顿效应产生的概率为25%。

（三）相干散射（或称不变散射）

在诊断X线范围内，产生的概率最多为5%。

（四）电子对效应

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（图1-6）。要求入射光子能量要大于1.02MeV。在诊断X线范围内不发生。

（五）光核反应

光核反应是X线光能量在17.5MeV以上时发生，它使原子核分裂，释放出能量。在诊断X线范围内不发生。