医学影像成像原理3.1X线成像原理3.1.1X线的特性3.1.1X线的特性1.X射线的波粒二象性X射线同时具有波动性和微粒性，统称为波粒二象性。（1）X射线的波动性X射线同可见光一样，具有干涉、衍射、偏振、反射、折射等现象，说明X射线具有波的特性。它的波动性主要表现在以一定的波长和频率在空间传播。它是一种横波，其传播速度在真空中与光速相同，可以用波长，频率f等来描述。（2）X射线的微粒性X射线的波动性虽然可以成功地解释X线的干涉与衍射现象，但却不能解释X射线的荧光作用、光电效应、电离作用等。X射线在以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量、能量和动量。说明X射线在与物质相互作用时交换能量。1.X射线的波粒二象性X射线在传播时，它的波动性占主导地位，具有频率和波长，且有干涉、衍射等现象发生。X射线在与物质相互作用时，它的粒子特性占主导地位，具有质量、能量和动量。2.X射线与物质间的相互作用（1）X射线的穿透作用。因X射线波长短，光子能量大，物质对其吸收较弱，所以对物质有很强的穿透能力。其贯穿本领的强弱与物质的性质有关，如X射线的物质密度和原子序数等因素。其贯穿本领的强弱与物质的性质有关2.X射线与物质间的相互作用（2）X射线的荧光作用。X射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，能够使这些物质的原子处于激发态，当它们回到基态时就能够发出荧光。医学中透视用的荧光屏、X射线摄影用的增感屏、影像增强器中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。（3）X射线的电离作用。X射线虽然不带电，但具有足够能量的X光子能够撞击原子中轨道电子，使之脱离原子产生一次电离。电离作用也是X射线损伤和治疗的基础。2.X射线与物质间的相互作用（4）X射线的热作用。X射线被物质吸收，绝大部分都将变为热能，使物体温升。（5）X射线的化学效应。X射线能使多种物质发生光化学反应。例如，X射线能使照相底片感光。（6）X射线的生物效应。生物组织经一定量的X射线照射，会产生电离和激发，使细胞受到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为X射线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。3.1.2X射线成像原理X射线的产生装置主要包括三部分：X射线管、高压电源及低压电源，如图3.2所示。2.X射线人体成像使用X射线对人体进行照射，并对透过人体的X射线信息进行采集、转换，并使之成为可见的影像，即为X射线人体成像。（1）X射线影像的形成当一束强度大致均匀的X射线投照到人体上时，X射线一部分被吸收和散射，另一部分透过人体沿原方向传播。由于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差异，对投照在其上的X射线的吸收量各不相同，从而使透过人体的X射线强度分布发生变化并携带人体信息，最终形成X射线信息影像。X射线信息影像不能为人眼识别，须通过一定的采集、转换、显示系统将X射线强度分布转换成可见光的强度分布，形成人眼可见的X射线影像。①人体不同密度组织与X线成像的关系不同密度组织结构由于吸收程度不同，在X线胶片上或荧屏上显出具有黑白或明暗对比、层次差异的X线影像。病理变化也可使人体组织密度发生改变。例如，肺结核病变是在原属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。使用X射线拍摄的胸片上就可以清晰地显示肺影的背景位置出现代表病变的白影。因此不同组织密度的病理变化可产生相应的病理X线影像。②人体不同厚度组织与X线成像的关系人体组织结构和器官形态不同，厚度也不一致，在组织密度相同的情况下，厚的部分，吸收X线多，透过的X线少，薄的部分则相反。2.X射线人体成像（2）X射线的采集与显示①医用X射线胶片与增感屏医用X射线胶片的主要特性是感光，即接受光照并产生化学反应，形成潜影（latentimage）。经过对有潜影的胶片处理（暗室处理：显影、定影等），使胶片上的潜影转变为可见的不同灰度（gray）分布像。X射线照射的胶片，经过显影、定影后，胶片感光层中的卤化银还原成金属银残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影像。人体组织的物质密度高，则吸收X射线多，透过的X线少,在X射线照片上呈白影；反之，如果组织的物质密度低，则吸收X射线少，在X射线照片上呈黑影。2.X射线人体成像（2）X射线的采集与显示①医用X射线胶片与增感屏医用X射线增感屏为荧光增感屏，其增感原理为增感屏上的荧光物质受到X射线激发后，发出易被胶片所接收的荧光，从而增强对X射线胶片的感光作用。主要目的是：在实际X射线摄影中，仅有不到10%的X射线光子能直接被胶片吸收形成潜影，绝大部分X射线光子穿透胶片，得不到有效的利用。因此需要利用一种增感方法来增加X射线对胶片的曝光，降低X射线的辐射剂量。常采用措施是在暗盒中将胶片夹在两片增感屏之间，然后进行曝光。2