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X线成像技术考点及其解析-5 - CT技师上岗证考试

时间:2010-01-23  来源:影像园  作者:医学影像技术 【复制分享】【讨论-纠错】【举报

【考点5】X线与物质的相互作用
       相互作用形式:相干散射、光电效应、康普顿效应、电子对效应和光核反应五种。
       1.相干散射uHX影像园centralcablevision.com
    它是一个低能量的光子冲击到物质的原子上,形成原子的激发状态。原子在恢复其常态时,放出一个与原入射光子同样波长、方向不同的光子,此即相干散射。相干散射在X线与物质相互作用时所占几率很小,不超过5%,实际作用不大。
2.光电效应
(1)光电效应的定义
    X线与物质相互作用时,X线光子能量(hυ)全部给予了物质原子的壳层电子,获得能量的电子摆脱原子核的束缚成为自由电子(即光电子)。而X线光子本身则被物质的原子吸收,这一过程称为光电效应。
(2)光电效应的产物
    光电效应,在摄影用X线能量范围内是和物质相互作用的主要形式之一。它是以光子击脱原子的内层轨道电子而发生。有如特征放射的发生过程。但又不完全一样,其主要差别是击脱电子的方式不同。光电效应可产生三种东西:特征放射、光电子(也叫负离子)和正离子(即缺少电子的原子)。
    在产生光电效应的过程中,当一个光子在击脱电子时,其大部分能量是用于克服电子的结合能,多余能量作为被击脱电子(光电子、负离子)的动能。由于带电粒子穿透力很小,当这个电子进入空间后,很快就被吸收掉。失掉电子的原子轨道上的电子空位,很快就有电子来补充。这个电子经常是来自同原子的L层或M层轨道上的电子,有时也可来自其他原子的自由电子。在电子落入K层时放出能量,产生特性放射。但因其能量很低,在很近的距离内则又被吸收掉。例如,钙是人体内最高原子序数的元素,它的最大能量的特性光子也只有4kev。这样小的光子能量,从它的发生点几个毫米内即可被吸收。但必须注意,常用造影剂碘和钡,所产生的特性放射,会有足够的能量离开人体,而使胶片产生灰雾。   
(3)光电效应产生的条件
①光子能量与电子结合能,必须“接近相等”才容易产生光电效应。就是说,光子的能量要稍大于电子的结合能或等于电子的结合能。例如,碘的K层电子结合能为33.2 kev,若光子能量为33.0kev,就不能击脱该层电子。另一方面,一个有34kev能量的光子,又比一个具有100kev能量的光子更容易和碘K层电子发生作用。这就是说,光子能量的增加,反而会使光电作用的几率下降。实际上,光电效应大约和能量的三次方成反比。
    在实际摄影中,我们通过调整管电压的数值就可以达到调制影像的目的。
       ②轨道电子结合得越紧越容易产生光电效应。高原子序数元素比低原子序数元素的轨道电子结合的紧。在低原子序数元素中,光电效应都产生在K层,因为这一类元素只有K层电子结合的比较紧。对高原子序数的元素,光子能量不足以击脱它的K层电子,光电效应常发生在L层、M层,因为这两层轨道电子结合的都比较紧,容易产生光电效应。所以说,光电效应的几率,随原子序数的增高而很快增加。其发生几率和原子序数的三次方成正比。光电效应≈(原子序数)3。它说明摄影中的3个实际问题:不同密度物质的影像,所以能产生明显对比影像的原因;密度的变化可明显影响到摄影条件;要根据不同密度的物质,选择适当的射线能量。
(4)光电效应在X线摄影中的实际意义
①光电效应不产生有效的散射,对胶片不产生灰雾。
       ②光电效应可增加射线对比度。X线影像的对比,产生于不同组织的吸收差异,这种吸收差别愈大,则对比度愈高。因为,光电效应的几率和原子序数的三次方成正比。所以,光电效应可扩大不同元素所构成的组织的影像对比。例如,肌肉和脂肪间的对比度很小,如果选用低kVp摄影,就可以利用肌肉和脂肪在光电效应中所产生的较大吸收差别来获得影像
       ③光电效应中,因光子的能量全部被吸收,这就使患者接受的照射量比任何其他作用都多。为了减少对患者的照射,在适当的情况下,要采用高能量的射线。
3.康普顿效应
    康普顿效应也称散射效应或康普顿散射。它是X线诊断能量范围内,X线与物质相互作用的另一种主要形式。当一个光子在击脱原子外层轨道上的电子时,入射光子就被偏转以新的方向散射出去,成为散射光子。而被击脱的电子从原子中以与入射光子方向呈φ角方向射出,成为反冲电子。其间X线光子的能量一部分作为反跳电子的动能,而绝大部分是作为光子散射。
    一个光子被偏转以后,能保留多大能量,由它的原始能量和偏转的角度来决定。偏转的角度愈大,能量的损失就愈多。
    散射光子的方向是任意的,光子的能量愈大,它的偏转角度就愈小。但是,低能量的光子,在散射效应中,向后散射的多。在X线摄影所用能量(40~150kVp)范围内,散射光子仍保留大部分能量,而只有很少的能量传给电子。
    在摄影中所遇到的散射线,几乎都是来自这种散射。因为,散射吸收是光子和物质相互作用中的主要形式之一。所以,在实际工作中无法避免散射线的产生,而只能想办法消除或减少它的影响。
4.电子对效应与光核反应   
    电子对效应与光核反应,在诊断X线能量范围内不会产生。因为电子对效应产生所需要的光子能量是1.02MeV,而光核反应所需光子能量要求在7 MeV以上。所以,这两种作用形式对X线摄影无实际意义。
5.相互作用效应产生的几率
    在诊断X线能量范围内,相干散射占5%,光电效应占70%,康普顿效应占25%。
    ①对低能量射线和高原子序数的物质,光电效应是主要的,它不产生有效的散射,对胶片不产生灰雾,因而可产生高对比度的X线影像。但会增加被检者的X线接收剂量。
    ②散射效应是X线和人体组织之间最常发生的一种作用,几乎所有散射线都是由此产生的。它可使影像质量下降,严重时可使我们看不到影像的存在。但它与光电效应相比可减少患者的照射量。
    ③它们之间的相互比率将随能量、物质原子序数等因素的改变而变化。就人体而言,脂肪和肌肉的原子序数要低于骨骼。常用造影剂碘和钡属于高原子序数的元素。脂肪和肌肉除在很低的光子能量而外,散射作用是主要的;造影剂的原子序数高,以光电效应为主;骨骼的作用形式,在低能量的主要是光电作用,而在高能量时则变为散射作用是主要的。
    总之,X线和物质的各种相互作用都有它的重要性,就X线摄影而言,各种作用的结果,都造成了X线强度的衰减,这是X线影像形成的基本因素。
自测题-23在X线诊断能量范围内,利用了X线与物质相互作用的形式是(    )
A.相干散射和光电效应
B.光电效应和康普顿效应
C.康普顿效应和电子对效应
D.电子对效应和光核反应
E.光核反应和相干散射
答:B
自测题-24关于X线与物质相互作用几率的解释,错误的是(    )
A.X线诊断能量范围内,光电效应占30%
B.对低能量射线和高原子序数物质相互作用时,光电效应为主
C.X线摄影中的散射线,几乎都是康普顿效应产生的
D.康普顿效应与光电效应的相互比率,常随能量而变化
E.脂肪、肌肉,除了在很低的光子能量(20~30kev)之外,康普顿散射作用是主要的。
   答:A
自测题-25下列有关光电效应的叙述,错误的是(    )
A.诊断用X线与铅的相互作用形式,主要是光电效应
B.光电效应的结果是,入射光子能量的一部分以散射光子释放
C.光电效应可产生特征放射、光电子和正离子
D.光电效应中,X线光子能量全部给予了物质原子的壳层电子
    E.光电效应以光子击脱原子的内层轨道电子而发生
 答:B
自测题-26关于光电效应在X线摄影中的实际意义,错误的是(    )
A.光电效应不产生散射线
B.光电效应可扩大射线对比度
C.光电效应下患者接受的照射量小
D.光电效应下,不同组织密度能产生明显的影像对比
E.选用低kVp摄影,可以扩大脂肪与肌肉的影像对比。
   答:C

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