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放射基础知识小结

更新:2007年05月22日 阅读次数: 【字体:
X线物理学基础与防护:
原子组成:原子核、核外电子。
电子壳层:K(2)、L(8)、M(18)……,每层最多2n2,最外层≤8。
原子能级:电子伏特表示,1eV=1.6×10-19J。
发现:1895.11.8,物理学家 威·康·伦琴(德国)研究阴极射线管放电现象时。
产生原理:高速电子和钨原子相互作用的结果。
产生:连续X线(韧致辐射:能谱连续)、特征(标识辐射:能谱分裂,单能或单色)X线。
产生效率:效率很低。能量转换中,大部分转换为热能。
表现形式:微粒辐射、电磁辐射(真空中同光速C=3×108m/s)。
二象性:微粒性(具有能量和动能量)和波动性(横波,具有频率和波长)。(本质)
光子能量计算公式:ε=hυ(h:普朗克常数6.626×10-34J·S,υ:频率s-1)
与物质的作用:诊断X线:相干散射5%、光电效应70%(τ∝Z3/hυ3)、康普顿效应25%(∝e)。
     电子对效应和光核反应(不会产生)。
X线最强波长与最短波长的关系:λmax=1.5λ0
影响强度(光子数×光子能量/个)的因素:kV2、mA、靶物质(Z)、高压波形。
线质(线束穿透力):由波长(或频率)决定。波长↓、(频率↑)、hυ↑、穿透力↑、线质↑。
     波长由kV决定。kV值间接表示线质。摄影用波长0.08~0.6×10-8cm。
     HVL:HVL↑、线质↑;HVL↓、线质↓。诊断X线mmAl。
     影响因素:kV、滤过、发生器类型或kV波形。
线量(光子多少):间接测量表示:①照射量;②管电流量(mAs)。
     影响因素:①∝Z;②∝kVn;③∝mA。
吸收与衰减:距离衰减(真空I∝1/d2)、物质吸收衰减。
     连续X线衰减特点:hυavg↑,线量↓,能谱变窄,线质提高。
     物质中衰减公式:I=I0e-μx(μ:衰减系数;x:厚度)
     质量衰减系数:不受物质ρ和物理状态的影响。
     影响衰减因素:①hυ:hυ↑,光电↓;Z↑,光电↑。短波线的μ小。
            ②Z:Z大,物质μ大。
            ③ρ:ρ大,物质μ大。
            ④e/g。
     人体组织衰减顺序:骨→肌肉→脂肪→空气。
诊断X线:连续能谱的混合射线。
滤过:固有滤过(管壁、绝缘油层、窗口滤过板)mmAl;
     附加滤过:窗口—被检体间附加滤过板。低能(Al)、高能(Cu+Al)。
照射量(X):X、γ 空气中 电离能力大小。SI:C·Kg-1。原单位:R。1R=2.58×10-4 C·Kg-1。
照射量率:SI:C·Kg-1·s-1。专用单位:R·s-1。
吸收剂量(D):单位质量物质 吸收电离辐射能量大小。
     SI:J·Kg-1。专名:Gy。专用单位:rad。
     1rad=10-2 J·Kg-1=10-2 Gy          1Gy=100rad
     万能单位(任何致电离辐射、任何物质、任何被照方式(内、外)、任何情况。)
吸收剂量率:SI:J·Kg-1·s-1。Gy·s-1
空气吸收剂量同照射量换算公式:8.7×10-3·X(Gy)。或8.76。为方便计算,视1Gy≡100R。
当量剂量(或剂量当量)(H):吸收剂量经过修正得到。
     H=DNQ (Q:品/线质因数,N:修正系数。诊断X线范围都为1)
     或H=WD(W:辐射权重因子)
     SI:J·Kg-1。专名:Sv。专用单位:rem。
     1Sv=100rem
     辐射防护单位。(只用于人员防护评价、只适用于正常照射(事故、医疗、应急照射都不能使用)。)
当量剂量率(或剂量当量率):SI:J·Kg-1·s-1。Sv·s-1
比释动能(K):单位物质 间接辐射离子 释放的全部带电离子 初始动能之和。
     SI:Gy。专用单位:rad。
比释动能率:SI:Gy·s-1。
X线机输出额(量)的表示方法:Gy·mA-1·min-1。→μGy/mAs
辐射的生物效应:       ①按个体:躯体、遗传性
     ②按早晚:近期(60d内)、晚期
     ③按剂量:确定性(非随机性)(剂量↑,几率↑)*剂量限值、随机性
辐射生物效应的影响因素:㈠与辐射有关的因素:①射线种类和照射方式;②剂量与剂量率;
     ③分次照射时间和间隔时间;④照射部位与面积。
     ㈡与机体有关的因素:①生物种类的放射敏感性;②个体的放射敏感性;
     ③不同器官、组织和细胞的放射敏感性。
组织对照射的敏感性:       ⑴高:造血组织、淋巴组织、生殖腺、肠上皮、胎儿;
     ⑵中高:口腔粘膜、唾液腺、毛发、汗腺、皮肤、毛细血管、眼晶状体;
     ⑶中:脑、肺、胸膜、肾、肾腺、肝、血管;
     ⑷中低:甲状腺、脾、关节、骨、软骨;
     ⑸低:脂肪组织、神经组织、结缔组织。
胚胎效应可造成:致死、畸形、发育障碍、智力低下、诱发癌症
防护目的:防止发生有害的确定性(非随机性)效应,并将随机性效应的发生率限制到认为可以接受的水平。
防护的基本原则:辐射实践的正当化、防护水平最优化、个人剂量限值。
外照射防护的三原则:缩短时间、增大距离、屏蔽防护。
个人剂量计佩戴位置:左胸前(或左锁骨处)
剂量限值:(按GB18871-2002 电离辐射防护与辐射源安全基本标准 国家质检总局 2002.10.8 2003.4.1)
职业照射:    a.连续5年内的年平均有效剂量不超过20mSv;
     b.任何1年中的有效剂量不超过50mSv;
     c.眼晶体的年当量剂量不超过150mSv;
     d.四肢(手和足)或皮肤的年当量剂量不超过500mSv。
     上述剂量限值中隐含着对最优化的剂量约束值1年中不应超过20mSv。
育龄妇女应严格按职业照射的剂量限值予以控制;
孕妇应限制腹部表面的当量剂量限值不超过2mSv;
16~18岁青少年,需接触放射性物质,其剂量限值为:
     a.年有效剂量不超过6mSv;
     b.眼晶体的年当量剂量不超过50mSv;
     c.四肢(手和足)或皮肤的年当量剂量不超过150mSv。
应急照射:一次可接受50mSv,受照前5年和后5年的10年平均有效剂量不应超过20mSv。
公众照射:    a.年有效剂量不超过1mSv;
b.如果5个连续年的年平均剂量不超过1mSv/a,某一单一年份的有效剂量可提高到5mSv;任何1年中的有效剂量不超过50mSv;
     c.眼晶体的年当量剂量不超过15mSv;
     d.皮肤的年当量剂量不超过50mSv。
铅当量:单位以mmPb表示。
主防护:对原发射线照射的屏蔽防护。(应有2mmPb)
副防护:对散射线或漏射线照射的屏蔽防护。(应有1mmPb)
X线的几何投影:
实际焦点:灯丝是螺管状,靶面上形成焦点是矩形。取决于聚焦槽的形状、宽度和深度。由主焦点和副焦点共同形成。
主焦点:由灯丝正面发射出的电子所形成的焦点。
副焦点:由灯丝侧方发射出的电子所形成的焦点。
有效焦点:在像面不同方位上实际焦点的投影。在X线管长轴垂直方向上的投影称为X线管的有效焦点。
     尺寸:水平投影的大小。
     a×bsinα (a:焦点宽;b:焦点长;α:阳极倾角大小)
     标称值:无量纲数字。是指有效焦点或实际焦点宽的尺寸。
X线量的空间分布:在长轴上,近阳极端有效焦点小,X线量少;近阴极端有效焦点大,X线量多。(方位特性)。
     在短轴上,有效焦点大小对称相等,X线量分布也对称相等。
X线的散射线:
滤线栅的焦距:铅条会聚线到栅板的垂直距离。
可用做滤线栅板填充物的是:铝
X线的摄影条件:
软X线摄影:主要利用钼靶产生的特征X线通过光电效应产生高对比度照片,钼靶管极间距离比钨管小,产生X线的效率低。
医用诊断X线装置:
医用诊断X线装置:功能构成:X线发生装置、X线应用装置。
     部件构成:控制器、高压发生器、专用机械装置、影像装置等。
     用途分类:摄影专用机、体层专用机、胃肠专用机、心血管专用机、泌尿专用机、       床边专用机、手术X线机、乳腺专用机、口腔专用机、放疗模拟定位机。
     主电路工作方式分类:工频直接升压式、逆变式、电容充放电式。
X线发生装置组成:控制器、高压发生器、X线管等。
X线管:
按阳极形式分类:固定阳极、旋转阳极。
按管壳材料分类:玻璃壳、金属X线管、陶瓷绝缘X线管。
特殊X线管:栅控X线管(三极X线管)、软组织摄影用X线管、大容量X线管。
适宜软组织摄影的X线波长:0.6~0.9?
X线发生效率的公式:X线发生效率η=X线能量/阴极射线能量=KV2IZ÷VI=KVZ
     K:常数(1.1×10-9),V:管电压,I:管电流,Z:靶物质原子序数(钨为74)
软组织摄影用X线管特点:①钼靶面;②铍窗口:Z=4,减少对原发射线的吸收;③钼滤过片;④小焦点能承受大mA。
固定阳极X线管:       ①管壳:管内的真空度保持在133.3×10-6Pa(1×10-6mmHg)。
     ②阴极:作用是发射电子,并使其适当聚焦。由灯丝和集射罩组成。
     ③阳极:由阳极头、阳极帽、阳极柄构成。深埋在阳极头中的靶面是接受电子束撞击    产生X线的部位。
     靶面材料应具备:Z高,发生效率高;熔点高;金属蒸发率低;导电率高;热传导率    高。
     ④靶面热量主要通过热传导散热。
     ⑤阳极帽用来防止反射电子引起的纵向应力。(主要作用是吸收二次电子)
     ⑥固定阳极靶面角度一般为20°。
旋转阳极X线管:       ①阳极结构:靶面、钼杆、转子。
     钼杆很细,为减少靶面热量向轴承传递。靶面的热量主要是通过靶面的热辐射散发出去,被管外的绝缘油吸收。
     ②靶面材料:Ⅰ纯钨,抗热胀性差,易出现龟裂;
            Ⅱ铼钨合金(铼10%,钨90%),可减轻龟裂发生;
            Ⅲ钼基或石墨基的铼钨合金。(可增大阳极热容量)
     ③旋转速度:理论转速为:
            常速旋转阳极50Hz启动,转速3000rpm。
            高速旋转阳极150Hz启动,转速9000rpm。
            实际转速要比理论值低10%左右。
            常速旋转阳极实际转速约2800rpm。
            高速旋转阳极实际转速约8000rpm。
     ④旋转阳极管阳极倾角一般在12°~19°。
     ⑤定子的极数一般是2,定子线圈安装在球管内阳极端。
     ⑥阳极启动延时时间:普通旋转阳极启动时间在1.0s以内(或0.8-1.2s)
            高速旋转阳极启动时间在2.5s以内。
旋转阳极X线管与固定阳极X线管相比,优点是:焦点小,功率大。
X线管的技术参数:容量、热容量、散热率、最高管电压、最大灯丝电流、焦点。
X线管的容量:安全使用条件下的最大负荷量。
     容量(Pa)与管电压的有效值(kVE)、管电流的平均值(Ia)成正比。单位kW。
     Pa=kVE×Ia÷1000(kw)
     ①代表容量:也称功率或额定容量。整流方式、曝光时间一定下的最大负荷。
     固定阳极X线管的代表容量:单相全波整流电路中,t=1s时能承受的最大负荷。
     旋转阳极X线管的代表容量:三相六管全波整流电路中,t=0.1s时能承受的最大负荷。
     ②瞬间负荷:不同kV、mA下,一次曝光所能持续的时间。
     ③连续负荷:限定连续使用的最大负荷。
X线管容量有关的因素:曝光时间、管电压、管电流。
热容量:连续使用下阳极的热量累积的最大允许值。
     以焦耳(J)或热单位(HU)表示。
     1J=1kV(有效值)×1mA(有效值)×1s
     1HU=1kV(峰值)×1mA(有效值)×1s
     1HU=0.71J
     ①单相全波、半波、自整流电路中阳极热容量的计算:HU=kV·mAs
     ②单相全波整流,每条高压电缆6M以上且管电流较低(<10mA)时:HU= kV·mAs·1.35
     ③三相6波:HU=kV·mAs·1.35
     ④三相12波,恒定高压:HU=kV·mAs·1.41
     ⑤电容充放电发生器:HU=0.7·C·(V12-V22)(V1:放电前管电压,V2:放电后管电压)
散热率:即为X线管的最大散热率,即X线管承受连续负荷的能力。
     用功率单位表示:W,或HU/s。1W=1.41HU/s
最高管电压:允许加于X线管两极间的最高管电压峰值,单位kVp。
X线管的特性:
阳极特性曲线(Ia-Ua曲线):灯丝加热电压在某恒定值下,管电压与管电流的关系曲线。
     饱和管电压:使管电流达到饱和的管电压。
空间电荷:灯丝后面的e由于e之间相互排斥以及电场作用力较弱,在较低kV时不易形成管电流。随着kV的升高,才逐渐飞向阳极。空间电荷的存在使管电流随着管电压变化,在高mA明显。为克服影响,在灯丝电路中加入了空间电荷补偿电路。随着kV升高适当降低灯丝加热水平,使管电流稳定。
空间电荷的多少与灯丝加热电流有关、影响管电流大小、与管电压无关。
实际阳极特性曲线严重偏离理论曲线的另一个重要原因就是空间电荷的影响。
空间电荷抵偿原理:kV↑→灯丝电压↓。抵偿目的kV变使管电流不变,为此kV升高时灯丝电压必须下降。
灯丝发射特性:指在不同管电压下,管电流与灯丝加热的关系。
     特征曲线的基本特征:管电流不变,kV↗时,灯丝加热电流↘;
     kV↘时,灯丝加热电流↗。
     灯丝加热电流不变,kV↗时,管电流↗;
     kV↘时,管电流↘。
绝缘油作用:①增加管套内有限空间的绝缘能力;②提高X线管的散热效率。
X线球管组件的散热方式:①密封管套,自然散热;(摄影机)
     ②密封管套,风扇散热;(透视机)
     ③闭路油循环风冷散热;(CT、心血管数字减影机)
     ④管套内冷水循环散热。(高档DSA)
医用X线高压装置:用于发生X线,也称主机。由控制器、高压变压器、X线管等组成。
电路功能上分为:主电路、控制电路。
主电路:电源→kV调整→高压控制→高压变压器→高压整流→X线管。主要有功率器件构成。
以电源相数:单相装置、三相装置。
以工作方式:直接升压式、逆变升压方式和电容充放电式。
以整流方式:单相全波整流、单相半波整流、单相自整流、三相6波整流、三相12波整流、高频整流及恒定高压。
逆变式高压发生器:工频电源(整流滤波)→平稳直流(振荡方法)→kHz直至上百kHz交流电(提升、整流、倍压)→直流高压。
变压器的感应电动势E与工作频率f、线圈匝数n、铁芯截面积A之间的关系是:E=K·f·n·A
逆变式高频X线机特点:高压波形平稳、高压变压器体积小、有利于实现计算机控制、不使用自耦变压器,硬件电路简单。
交-直-交电压型逆变器电源:不能用交流电,所用直流电必须使用大电容滤波,必须稳定,脉动性小。
控制电路:是指控制X线发生的各种技术参数的控制、实时检测控制、X线发生时刻及持续时间控制,X线管阳极启动、保护,及容量、热容量保护,与周围应用装置的工作关系协调控制等。
主要由逻辑器件构成。按类别:分离元件式、集成电路式、计算机控制式。
管电压的调节范围:中、大型机40kV~150kV,小型机40~(90)125kV。
管电流的调节范围:30kW在10~400mA,50kW在10~630mA,80kW在10~1000mA。
mA表:>0.5s时,测量管电流。<0.5s 指针不能稳定指示。
mAs表:<0.5s时,可以指示管电流。
曝光限时器分为:机械式(0.04~8s)最简单不精确、电容充放电式(0.01~5s)、数字式(0.001~5s)最精确。
AEC探测器种类:荧光体、电离室(根据射线的电离作用)。
曝光条件控制方式:①三钮控制:kV、mA、s;②两钮控制:kV、mAs;
③一钮控制:kV手调,AEC;④零钮:自动kV+AEC。
控制装置类型:①旋钮式:旋钮、转换开关、碳轮;②按键式:琴键开关;③触摸开关;④触摸屏。
高压部分:高压变压器、高压整流、(倍压、滤波、)灯丝变压器、高压交换闸、高压电缆、X线管组件等功率部件。(高压接触器不是高压部件)
低压部件:自耦变压器、延时器、空间电荷抵偿变压器、透视高压接触器、稳压器。
高压变压器特点:①变压比大,单项全波为300~500;初级低U大I,次级高U小I;
②瞬间负荷功率大(几十kW),t短,设计容量可为最高输出容量的1/3~1/5;
③高压绝缘油提高绝缘、散热;
④次级中心接地,绝缘要求↓最高输出电压的1/2。
构造:铁芯→线圈(初级线径大,次级线径小)→绝缘油。
变压器绝缘油要求:矿物油。①绝缘性能好,35kV/2.5mm以上;②不含水分、杂质;
③比热高、热传导率高;④黏度低、不凝固;⑤发火点高(130℃↑)
半导体高压硅整流器:优点:体积小、寿命长、内阻小、不需灯丝加热系统,正向电压降小。
缺点:有少量反向电流。
自整流电路:多用于移动式、牙科等小型机。
单相全波整流:使用4个高压整流器。
灯丝变压器:次级与高压变压器连接,带有高压,初次级线圈间要有适合的绝缘强度。
高压交换闸:是电磁继电器的变形。用来切换正负高压、灯丝电压。高压发生器内。结构要求牢固,稳定性好;要求有很高的绝缘性能和机械强度,能承受最高电压;接点压力强,接触面积大。
高压电缆:结构:内→外
导电芯线→高压绝缘层→半导体层→金属屏蔽层→保护层
供电电源的基本参量:电源容量、电源电压、电源频率、电源电阻。
电源容量:专用变压器的容量。单位:kVA。取值:按计算容量的1/2选定专用变压器容量。合用变压器时,可按实际所需容量之和的1/3确定。
电容电流:电容电流随KV的升高而增加。电容电流只在透视时抵偿,摄影时不需低偿。(透视mA小,干扰大;摄影mA大,可忽略)
电源电阻:变压器的内阻和电源线电阻之和。
X线机接地的意义:工作接地和保护性接地。
接地装置:接地极、连接导线。
接地电阻的要求是:小于4Ω。
X线机应用装置:
X线管支架的形式:立柱式、悬吊架式、C形臂。
立柱式支持装置:立柱、移动轨道、滑架/车、横臂/杆。
X线管支持装置能使X线管完成3个方向的移动:前后、左右、上下。
X线管支持装置能使X线管完成3个方向的转动:能完成绕立柱、绕横臂、绕X线管自身长轴三个方向转动。
准直器:将照射野限制在所需最小范围;使病人尽量减少受照剂量;X线摄影时能间接指示照射野中心线。
结构:简易(小C)、多层、圆形。
类型:手动、电动、全自动(人为、自动)。
立位滤线器:用途:主要用于胸部和部分腹部摄影。
多功能检查床:主要用于钡餐透视检查。
影像增强器:组成:影像增强管、管壳、电源。
影像增强管:密封 高真空玻璃器件。
结构:输入屏(铝基板、荧光体层、隔离层、光电面)、电子透镜、输出屏。
输入屏可见光像的光亮度:0.003cd/m2。
缩小增益:较大面积上的亮度聚焦在较小面积上,使亮度得到提高。
缩小增益=输入屏有效面积/输出屏有效面积=(输入屏有效直径)2/(输出屏有效直径)2
流量增益(能量增益):一般在50倍左右。
总增益=缩小增益+流量增益。一般在103~104之间。
影像增强管的形式:单视野、两视野、三视野、连续可变视野。
全电视信号包括:消隐信号、行同步信号、场同步信号、图像信号。
我国电视标准规定:将一幅图像垂直分成625行,长宽比4:3,隔行扫描,每秒传送25帧(50场),负极性调制。
CT机的构成:
CT:时间:1972年4月。地点:英国EMI公司实验研究中心。人物:Houndsfield(豪斯菲尔德教授)。
CT的硬件构成:扫描架、X线发生部分、数据采集系统、数据处理、扫描床、控制台。
D/A是数字量转换为模拟量的符号。
螺旋CT的特点:使用滑环技术,扫描时X线连续发生,扫描时床面带动病人连续匀速移动,探测器连续采集数据。扫描时病人一次屏气可完成一个区段扫描。
多层螺旋CT的最薄层厚:0.5mm。
影像板(IP板或PSP板):构成:基板、荧光材料层(主成分是氟卤化银晶体,含有微量二价铕离子)、保护层。
工作过程:影像板→激光束扫描→荧光→光电倍增管→电信号→A/D转换→计算机→数字图像
bit:计算机的单位比特数。例8bit,即为28。
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