X线成像的基本原理-X线成像基础

放射中级考试指南   2010-02-26

 (一)X线的产生
    1895年,德国科学家伦琴发现了这种具有很高能量,肉眼看不见,但能穿透不同物质,能使荧光物质发光的射线。X线是真空管内高速行进的电子流轰击钨靶时产生的。X线发生装置主要包括X线管、变压器和操作台。X线管为一高真空的二极管,杯状的阴极内装着灯丝,阳极由呈斜面的钨靶和附属散热装置组成。降压变压器为向X线管灯丝提供电源。操作台主要为调节电压、电流和曝光时间而设置的电压表、电流表、时计及其调节旋钮等。

    X线的发生过程是向X线管灯丝供电、加热,在阴极附近产生自由电子,当向X线管两极提供高压电时,阴极与阳极问的电势差陡增,电子以高速由阴极向阳极行进,轰击阳极钨靶而发生能量转换,其中1%以下的能量转换为X线,99%以上转换为热能。X线主要由X线管窗口发射,热能由散热装置散发。

(二)x线的特性
    X线属于电磁波。波长范围为0.0006~50nm。用于X线成像的波长为0.008~0.031nm(相当于40~150kV时)。在电磁辐射谱中,居7射线与紫外线之间,比可见光的波长短,肉眼看不见。此外,X线还具有以下几方面与X线成像和X线检查相关的特性:

穿透性:X线波长短,具有强穿透力,能穿透可见光不能穿透的物体,在穿透过程中有一定程度的吸收即衰减。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线波长愈短,穿透力也愈强;反之其穿透力也弱。X线穿透物体的程度与物体的密度和厚度相关。密度高,厚度大的物体吸收的多,通过的少。X线穿透性是X线成像的基础。

荧光效应:X线激发荧光物质,如硫化锌镉及钨酸钙等,使波长短的X线转换成波长长的可见荧光,这种转换叫做荧光效应。荧光效应是透视检查的基础。

感光效应:涂有溴化银的胶片,经X线照射后,感光而产生潜影,经显影、定影处理,感光的溴化银中的银离子(A矿)被还原成金属银(Ag),并沉积于胶片的胶膜内。此金属银的微粒,在胶片上呈黑色。而未感光的溴化银,在定影及冲洗过程中,从X线胶片上被洗掉,因而显出胶片片基的透明本色。依金属银沉积的多少,便产生了黑至白的影像。所以,感光效应是X线摄影的基础。

电离效应:X线通过任何物质都可产生电离效应。空气的电离程度与空气所吸收X线的量成正比,因而通过测量空气电离的程度可测x线的量。x线射人人体,也产生电离效应,可引起生物学方面的改变,即生物效应,是放射治疗的基础,也是进行X线检查时需要注意防护的原因。

(三)x线成像基本原理

    X线之所以能使人体组织在荧屏上或胶片上形成影像,一方面是基于X线的穿透性、荧光效应和感光效应;另一方面是基于人体组织之间有密度和厚度的差别。当X线透过人体不同组织结构时,被吸收的程度不同,所以到达荧屏或胶片上的X线量即有差异。这样,在荧屏或X线片上就形成明暗或黑白对比不同的影像。

1.X线成像的基本条件     X线影像的形成,基于以下三个基本条件:首先,X线具有一定的穿透力,能穿透人体的组织结构;第二,由于被穿透的组织结构,存在着密度和厚度的差异,x线在穿透过程中被吸收的量不同,以致剩余下来的x线量有差别;第三,这个有差别的剩余X线,是不可见的,由于X线的荧光效应和感光效应,经过显像过程,就能在荧光板或胶片上获得具有黑白对比、层次差异的X线影像。

2.不同组织结构的特点  人体组织结构是由不同元素所组成,依各种组织单位体积内各元素量总和的大小而有不同的密度。这样不同的组织器官天然形成了不同的X线衰减的差别,这也是人体x线成像的基础。

3.不同密度组织与x线成像的关系  人体组织结构在X线影像上的密度根据X线的吸收程度可归纳为三类:属于高密度的有骨组织和钙化灶等;中等密度的有软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织以及体液等;低密度的有脂肪组织以及存在于呼吸道、胃肠道、鼻窦和乳突内的气体等。当厚度差别不大时,不同组织间密度的差别在X线影像中构成了亮度的差别,可以被我们识别。当强度均匀的X线穿透厚度相等、密度不同的组织结构时,由于吸收程度不同,在X线胶片上(或荧屏上)显出具有不同层次灰度(黑白)差异的X线影像。胸部的肋骨密度高,对X线吸收多,照片上呈高亮度;肺组织主要为气体,密度低,X线吸收少,照片上呈低亮度。
    密度不同的病变组织也可产生相应的病理X线影像。例如,肺结核病变可在低密度的肺组织内产生中等密度的纤维性改变和高密度的钙化灶,在胸片上,于肺的低亮度的背景上出现代表病变的中等和高亮度改变。

4.不同厚度组织与x线成像的关系   即使是同一种密度的组织结构,如果厚度有差别,吸收X线量也会产生差别。较厚的部分,吸收X线总量多,透过的X线量少,较薄的部分则相反,于是在X线片和荧屏上也显示出灰度的差别。所以,X线影像中密度的差别不仅取决于组织器官密度的差别,也与组织器官厚度有密切的关系。较厚的组织亮度增加,较薄的组织则亮度减低。在分析X线影像时要同时考虑到密度和厚度的影响。

(四)x线图像特点

1.灰阶图像  X线图像是由从黑到白不同灰度的影像所组成。这些不同灰度的影像是以密度来反映人体组织结构的解剖及病理状态。
人体组织结构的密度与X线图像上影像的密度是两个不同的概念。前者是指人体组织中单位体积内物质的质量,而后者则指X线图像上所示影像的灰度。但是物质密度与其本身的比重成正比,物质的密度高,比重大,吸收的X线量多,在影像上呈高亮度。反之,物质的密度低,比重小,吸收的X线量少,在影像上呈低亮度。因此,图像上的亮度差别,虽然也与物体的厚度有关,但主要是反映物质密度的高低。在工作中,通常用密度的高与低表达影像的灰度。例如用高密度、中等密度和低密度分别表达高亮度、中等亮度和低亮度。当组织密度发生改变时,则用密度增高或密度减低来表达影像的灰度改变。

2.重叠图像  X线图像是X线束穿透某一部位的不同密度和厚度组织结构后的投影总和,是该穿透路径上各个结构影像相互叠加在一起的影像。例如,正位X线投影中,既有前部,又有中部和后部的组织结构。

3.锥形x线束对图像的影响  x线束是从x线管向人体作锥形投射的,因此,x线影像有一定程度的放大和使被照体原来的形状失真,并产生伴影。伴影使x线影像的清晰度减低。

(参考来源:,放射中级考试指南,作者:本站整理)
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