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三、 X线强度
所谓X线强度,是指在垂直于X线传播方向上的单位面积、单位时间内通过的X线光子数量与能量乘积的总和。在实际应用中,常用量和质来表示X线强度。
(一) X线的量
X线的量是线束中X线光子的数目。设在单位时间内通过单位横截面积上的X线光子数目为N,若每个光子的能量为hυ,则单色X线的强度可表示为:
对于波长由λ min到λ ∞的连续X线谱,对应X线光子能量由 到零,其强度可表示为:
式中,E表示光子能量,N(E)是相应能量X线光子的数目。
在实际工作中,常用X线管的管电流(mA)和照射时间(s)的乘积,即管电流量(mAs)来间接表示X线的量。管电压一定时,阴极灯丝发射电子的情况决定了管电流的大小。管电流大,表明单位时间撞击阳极靶的电子数多,由此激发出的X线光子数也正比地增加;照射时间长,X线量也正比地增大。所以管电流和照射时间的乘积能反映X线的量。
(二) X线的质
X线的质表示X线的硬度,即穿透物质的能力。X线的质完全由光子能量决定,而与光子数量无关。X线的波长越短、频率越高,X线具有的能量越大、穿透力就越强,即X线的质越硬;反之,X线的质越软。
在实际应用中是以管电压和滤过情况来反映X线的质。这是因为管电压高、激发的X线光子能量大,即线质硬;滤过板厚,连续谱中低能成分被吸收得多,透过滤过板的高能成分增加,使X线束的线质变硬。在滤过情况一定时,常用管电压的千伏值来粗略描述X线的质。
X线为连续能谱,精确描述其线质比较复杂,工作中有时使用半价层(half value layer,HVL)来表示X线的质。所谓半价层是指能使入射X线强度减少1/2时某种均匀物质的厚度。对于同一种物质,半价层大的X线质硬,反之则软。
(三) 影响X线的量和质的因素
1.影响X线的量的因素
X线管的阳极靶物质、管电流、曝光时间、管电压以及高压波形是影响X线的量的主要因素。
(1) 管电流:
在相同管电压和靶物质的情况下,X线的量与管电流成正比。管电压一定时,管电流的大小反映了X线管阴极灯丝发射电子的情况。管电流越大表明阴极发射的电子越多,因而电子撞击阳极靶产生的X线的量也越大。
图2-5是在管电压和其他条件不变的情况下,管电流对X线谱的影响。图中100mA和250mA两条曲线,其X线最短波长和最长波长都完全一样,只是曲线下所包的面积不同。显然管电流大的X线量大,反之就小。
图2-5 管电流对X线谱的影响示意图
(2) 管电压:
在相同管电流和靶物质的情况下,X线的量与管电压的平方成正比。如图2-3所示,图中曲线下所包括的总面积代表X线的总量,当管电流不变时,随着管电压的增加,其辐射的总量增大。
(3) 高压波形的影响:
在上述讨论中,X线管的管电压均假定为恒定电压,而实际上X线管上所加的是经交流电整流后的脉动电压。对于脉动电压,产生的 X线最短波长只与管电压的峰值有关。当峰值电压与恒定电压相同时,脉动电压产生的X线的平均能量显然要低。在相同管电流时,产生的X线量也低。
(4) 靶物质:
由于连续X线的强度与阳极靶物质的原子序数成正比,所以在管电压、管电流、高压波形相同的情况下,阳极靶物质的原子序数愈高,产生X线的量愈大。
总之,X线的量与管电压(U)的平方、管电流(i)、摄影时间(t)及靶物质的原子序数(Z)成正比,即
2.影响X线的质的因素
X线的质仅取决于管电压的千伏值,光子的最大能量完全由管电压决定。连续X线的质随管电压升高而变硬,但特征X线的质只与靶物质有关。脉动管电压产生的X线质比恒定电压下的软。所以管电压波形对X线的质也有影响。三相电源的6脉冲和12脉冲整流,其管电压更接近恒压,由此产生的X线脉动变化减小,其量与质均优于单相电源供电的情况。
此外,滤过对X线的量与质及能谱构成也有很大影响。增加滤过板厚度,可大量衰减连续谱中的低能成分,使能谱变窄,但总的强度降低了。有关具体内容将在第九章中详细讨论。
总之,X线的曝光参数决定了X线源的质和量。在X线摄影工作中应熟练掌握影响X线质与量的诸因素,并能根据临床工作需要,恰当地选择X线的质与量,这对提高影像质量和降低受检者的辐射剂量都有重要意义。