第一章　普通X線成像設備結構與原理

第一節　基 礎 知 識

一、X線的發現與產生

（一）X線的發現

1895年11月8日，德國物理學家威廉·康拉德·倫琴在研究陰極射線管氣體放電現象時，發現了一種人眼看不見，但能穿透物體的射線，即X線，后人為紀念倫琴的這一發現，把X線稱為倫琴射線。

（二）X線的產生

X線產生的必備條件有三個，即：電子源、高速電子的產生和電子的驟然減速（圖1-1）。

電子源：X線管陰極的燈絲通過電流加熱，釋放電子，這些電子在燈絲周圍形成空間電荷，即為電子源。

高速電子的產生：在X線管的陰、陽極間加以高電壓，X線管保持高度真空，使燈絲發射的電子以高速沖擊陽極。

電子的驟然減速：是X線管陽極靶面阻止的結果。陽極的作用：阻止高速電子，形成高壓電路的回路。

二、X 線 能 譜

X線的產生是高速電子和陽極靶物質的原子相互作用的過程中能量轉換的結果。X線的產生是利用了靶物質的三個特性：即核電場、軌道電子結合能和原子存在于最低能級的需要。診斷用X線的能譜有連續放射和特性放射。

（一）連續放射

連續放射又稱韌致放射，是高速電子與靶物質原子核相互作用的結果（圖1-2）。連續放射產生的X線是一束波長不等的混合能譜射線，其X線光子的能量取決于電子接近核的情況、電子的能量和核電荷。

如果一個電子與原子核相撞，其全部動能丟失轉換為X線光子，其最短波長（λ min）為：

λ min=hc/kVp=1.24/kVp（nm）

可見，管電壓愈高，產生的X線波長愈短。

（二）特征放射

特征放射又稱標識放射，是高速電子擊脫靶物質原子的內層軌道電子而產生的一種放射方式（圖1-3）。

當K層電子被擊脫時，K層電子的空缺將由外層電子躍遷補充，外層電子能級高，內層能級低。高能級向低能級躍遷，多余的能量作為X線光子釋放出來，產生K系特性放射。若是發生在L層，稱L系特性放射。

特征放射的X線光子能量與沖擊靶物質的電子能量無關，只服從于靶物質的原子特性。同種靶物質的K系特性放射波長為一定數值。管電壓在70kVp以上，鎢靶才能產生特征X線。特征X線是疊加在連續X線譜內的。

三、X線的基本特征

（一）穿透性

X線具有很強的穿透力，能穿透一般可見光不能穿透的各種不同密度的物質。X線的穿透力與X線管電壓密切相關，電壓愈高，所產生的X線的波長愈短，穿透力也愈強；反之，電壓低，所產生的X線波長愈長，其穿透力也弱。X線的穿透力還與被照體的密度和厚度相關。X線穿透性是X線成像的基礎。

（二）熒光效應

X線作用于熒光物質，使波長短的X線轉換成波長較長、肉眼可見的熒光，即熒光效應。熒光效應是進行透視檢查的基礎。

（三）感光效應

X線能使涂有溴化銀等感光物質的膠片感光，形成潛影，經顯、定影處理，產生了影像，即感光效應。感光效應是X線膠片成像的基礎。

（四）電離效應

X線進入人體，產生細胞的電離作用，即電離效應。電離效應引起生物學方面的改變，即生物效應。電離效應和生物效應是放射防護學和放射治療學的基礎。

四、X線的主要效應

X線與物質相互作用的過程中，產生光電效應、康普頓效應、相干散射、電子對效應、光核反應等。

（一）光電效應

光電效應是X線與物質相互作用的主要形式之一，是以光子擊脫原子的內層軌道電子而產生（圖1-4）。光電效應產生的概率受3個因素影響：①光子必須有克服電子結合能的足夠能量；②光子能量與電子結合能接近相等或稍大于；③軌道電子結合的越緊，越容易產生光電效應。

在診斷X線范圍內，光電效應產生的概率為70%。

光電效應在X線攝影中的意義：①不產生有效散射，對膠片不產生灰霧；②可增加X線對比度；③光子能量全部被吸收，患者接受的劑量相對較多。

（二）康普頓效應（或稱散射效應）

康普頓效應是X線與物質相互作用的另一個主要形式。當一個光子擊脫原子外層軌道電子時，入射光子就會偏轉，以新的方向散射出去，光子能量的一部分作為反跳電子的動能，而絕大部分能量作為光子散射（圖1-5）。在診斷X線范圍內，康普頓效應產生的概率為25%。

（三）相干散射（或稱不變散射）

在診斷X線范圍內，產生的概率最多為5%。

（四）電子對效應

在原子核場或原子的電子場中，一個入射光子突然消失而轉化為一對正、負電子，這就是電子對效應（圖1-6）。要求入射光子能量要大于1.02MeV。在診斷X線范圍內不發生。

（五）光核反應

光核反應是X線光能量在17.5MeV以上時發生，它使原子核分裂，釋放出能量。在診斷X線范圍內不發生。