第三章X线物理与防护
第三章X线物理与防护
第一节 X线的产生
考点1 X线的发现
1895年11月8日，德国物理学家威·康·伦琴在实验室内研究阴极射线管放电现象时，发现一种新射线，起名为X线。1901年伦琴因发现X线而获诺贝尔物理奖。1905年第一届国际放射学会大会把X线命名为伦琴射线。
考点2 X线的产生
1. 产生X线的基本条件是电子源、加速电场、撞击阳极靶面。
2. 灯丝放出的电子，要高速冲击阳极，还必须具备两个条件：①在X线管的阴极和阳极间加以高电压，通过在两极间产生的强电场使电子向阳极加速；②为防止电子与空气分子冲击而减速和灯丝的氧化损坏，必须保持高真空度。
3. 阳极需要承受高速电子的冲击，所以靶物质一般都是用高原子序数、高熔点的金属制成。
考点3 X线的产生原理
1. X线的产生是高速电子和靶物质相互作用的结果，在真空条件下高千伏的电场产生的高速电子流与靶物质的原子核和内层轨道电子作用，分别产生了连续X线和特征X线。
2. 高速电子和靶物质相互作用过程中，将会发生碰撞损失和辐射损失，最终高速电子的动能变为辐射能、电离能和热能。
考点4 连续X线
1. 连续X线是指电子向外辐射所产生的能量为hu的电磁波，其能量取决于：①电子接近核的情况；②电子的能量；③核电荷。
2. 连续X线的波长：平均波长（λmean）=2.5λmin，最强波长（λmax）=1.5λmin。
考点5 特征X线
1. 特征X线是指高速电子与靶原子的内层轨道电子作用后，内层电子被击脱，外壳层电子跃迁填充空位时，多余的能量以光子（X线）的形式放出所形成的。
2. 靶原子的轨道电子在原子中具有确定的结合能，只有当入射高速电子的动能大于其结合能时，才有可能被击脱造成电子空位，产生特征X线。壳层越接近原子核，最低激发电压越大；若管电压低于某激发电压，则此系特征X线将不会发生。
考点6 影响X线产生的因素
1. X线的产生效率是指X线管中产生的X线能与加速电子所消耗电能的比值；一般不足1%，而绝大部分的高速电子能都在阳极变为了热能，使阳极靶面产生很高的温升。
2. 影响连续X线产生的因素
考点7 X线强度的空间分布
1. 高速电子碰撞阳极靶面所产生的X线分布与阳极倾角（指垂直于X线管长轴的平面与靶面的夹角）有关。在通过X线管长轴且垂直于有效焦点平面内，近阳极端X线强度弱，近阴极端强。在通过X线管短轴且垂直于有效焦点平面内测定，在90°处最大，分布基本上是对称的。
2. 利用小孔成像原理，从焦点像上可以看出焦点面上的密度分布是不均匀的：两端密度高、中间密度低。线量呈单峰分布的焦点成像质量比较好。
第二节 X线的本质及其与物质的相互作用
考点1 X线的本质
1. X线是电磁辐射谱中的一部分，属于电离辐射，其波长介于紫外线和γ射线之间，是具有电磁波和光量子双重特性的一种特殊物质。
2. X线在传播时，突出地表现了它的波动性，并有干涉、衍射等现象；X线与物质相互作用时，则突出表现了它的微粒性，具有能量、质量和动量；X线光子只有运动质量，没有静止质量。
考点2 X线的特性
X线是一种电磁波，它具有电磁波的共同属性。还具有以下几方面的特有性质：
考点3 X线与物质的相互作用
考点4 各种效应发生的相对概率
1. X线与物质的相互作用有光电效应、康普顿效应、电子对效应三个主要过程和相干散射、光核反应两个次要过程。在诊断X线能量范围内，只能发生光电效应、康普顿效应和相干散射，电子对效应、光核反应不可能发生。
2. 在20～100keV诊断X线能量范围内，只有光电效应和康普顿效应是重要的。
第三节 X线强度、X线质与X线量
考点1 X线的波长与管电压
不同管电压对应不同的连续X线谱，每条谱线都有一个强度最大值，最大强度对应的波长值称为最强波长（λmax），λmax=1.5λmin；其平均波长（λmean）=2.5λmin。
考点2 X线强度
X线强度是垂直于X线束传播方向的单位面积上，在单位时间内通过的光子数和能量乘积的总和，即X线束中的光子数乘以每个光子的能量，在实际应用中，常以量与质的乘积表示X线强度。
考点3 X线质
1. X线质又称X线的硬度，它是由X线的波长（或频率）来决定的。X线的波长越短（频率越高），X线的光子所具有的能量就越大，X线的穿透力就越强，即X线质硬；反之，X线的波长变长，穿透力变弱，X线的硬度就小。
2. X线质的另一种表示方法是半值层（HVL），是指使入射X线强度衰减到初始值的1/2时，所需的标准吸收物质的厚度，诊断用X线的半值层一般用毫米铝（mmAI）表示。它反映了X线束的穿透能力，表征X线质的软硬程度。
考点4 X线量
X线量是指X线光子的多少。测量方法是利用X线在空气中产生电离电荷的多少来测定X线的照射量；X线诊断范围内常用管电流与曝光时间乘积（mAs）即管电流量Q来表示；与靶面物质的原子序数（Z）成正比；与管电压的n次方成正比（诊断能量范围）；与管电流及曝光时间成正比。
第四节 X线的吸收与衰减
考点1 X线距离的衰减
在以点源为球心，半径不同的各球面上的射线强度，与距离（即半径）的平方成反比，这一规律称射线强度衰减的平方反比法则；距离增加1倍，则射线强度将衰减为原来的1/4。这一衰减称为距离所致的衰减，也称为扩散衰减。
考点2 物质吸收的衰减
1. 物质所致的衰减是指当射线通过物质时，由于射线光子与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应等一系列作用，致使入射方向上的射线强度衰减。
2. 单能窄束X线通过均匀物质层时，X线质不变，其强度的衰减符合指数规律（等比衰减）。
考点3 连续X线在物质中的衰减特点
连续X线是指能量从某一最小值到最大值之间的各种光子组合成的混合射线，其衰减特点概括为：强度变小，硬度提高，能谱变窄。
考点4 影响衰减的因素
考点5 人体对X线的衰减
人体各组织对X线的衰减按骨、肌肉、脂肪、空气的顺序由大变小，这一差别即形成了X线影像的对比度；主要通过光电效应和康普顿效应两种作用形式使其衰减。
第五节 辐射量及其单位
考点1 辐射量及其单位
考点2 辐射效应的危险度
危险度（或称危险度系数）即器官或组织接受单位当量剂量照射引起随机性损害效应的概率；辐射致癌的危险度用死亡率来表示；辐射致遗传损害的危险度用严重遗传疾患的发生率表示。
第六节 电离辐射对人体的危害
考点1 确定性效应
1. 射线照射人体全部或局部组织，若能杀死相当数量的细胞而这些细胞又不能由活细胞的增殖来补充，则这种照射可引起人类的确定性效应，其严重程度与剂量有关，而且存在一个阈剂量。超过阈剂量后，损害的严重程度随剂量的增加而增加。
2. 引起男性暂时不育的一次照射的阈剂量约为睾丸吸收0.15Gy的剂量，绝育的阈剂量3.5～6Gy。女性绝育的阈剂量为急性吸收剂量2.5~6Gy（年长妇女更敏感）。对于有临床意义的造血功能抑制，全部骨髓的吸收剂量的阈剂量约为0.5Gy。
考点2 随机性效应
1. 电离辐射随机性效应被认为无剂量阈值，其有害效应的严重程度与受照剂量的大小无关。2. 当电离辐射使细胞发生了改变而未被杀死，改变了存活着的体细胞繁殖出来的细胞克隆，经过长短不一的潜伏期后，可能呈现一种恶变的情况，即发生癌。此种随机性效应称为致癌效应。
3. 如果这种损伤发生在具有传递遗传信息功能的细胞上，发生的效应的种类与严重程度可以多种多样，将显现在受照射者的后代身上。这种随机性效应称为遗传效应。
考点3 影响辐射损伤的因素
2. 照射方式可分为外照射、内照射和混合照射；外照射可以是单向照射或多向照射，多向照射引起的效应大于单向照射。
3. 人体对辐射的高度敏感组织有：淋巴组织，胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺和胚胎组织等；中度敏感组织有：感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、唾液腺和肾、肝、肺的上皮细胞等；轻度敏感组织有：中枢神经系统、内分泌腺、心脏等；不敏感组织有：肌肉组织、软骨、骨组织和结缔组织等。
考点4 胎儿出生前受照效应
胚胎或胎儿在不同发育时期受照后出现的效应有所不同，主要包括：胚胎死亡、畸形、智力迟钝、诱发癌症；这其中既有确定性效应，也有随机性效应。
考点5 皮肤效应
1. 电离辐射既可引起确定性效应，也可诱发癌症，而在皮肤的辐射防护中，两者均需考虑。
2. 急性放射性皮肤损伤是指身体局部受到一次或短时间（数日）内多次受到大剂量（X、γ及β等）外照射所引起的急性放射性皮炎及放射性皮肤溃疡。处理原则是立即脱离辐射源或防止被照区皮肤再次受到照射或刺激。疑有放射性核素沾染皮肤时应及时洗脱、去污处理。
3. 慢性放射性皮肤损伤是指由急性放射性皮肤损伤迁延而来或由小剂量射线长期照射（职业性或医源性）后引起慢性放射性皮炎及慢性放射性皮肤溃疡，年累积剂量一般大于15Gy。
4. 放射性皮肤癌是指在电离辐射所致皮肤放射性损害的基础上发生的皮肤癌。
考点6 外照射慢性放射病
1. 外照射慢性放射病是指放射工作人员在较长时间内，连续或间断受到超当量剂量限值外照射，达到一定累积剂量后引起的以造血组织损伤为主，并伴有其他系统改变的全身性疾病。
2. 放射工作人员受到超过当量剂量限值的照射，一般累积剂量在1.5Sv以上。
3. 分度诊断标准及处理原则
第七节 X线的测量
考点1 照射量的测量
照射量的测量利用的是X线对空气的电离作用，通过测量电离电荷实现的。
考点2 吸收剂量的测量
1. 任何一种物质，当受到辐射照射后，其吸收的射线能量将以热的形式表现出来，吸收的能量越大，产生的热量越高。通过测量此热量，就可以定量给出吸收剂量的大小。
2. 吸收剂量的现场测量大多通过测量照射量，然后换算成介质的吸收剂量，其换算方法是：将照射量换算成空气的吸收剂量，计算任意介质的吸收剂量。只要测出照射量，就能换算出任意物质的吸收剂量。
3. 吸收剂量的其他测量方法有：热释光剂量计测量法、胶片剂量测量法、半导体剂量仪测量法等。
第八节 X线的防护
考点1 放射防护的基本原则
1. 实践的正当化、放射防护最优化、个人剂量的限制；在实施正当化与最优化两项原则时，要同时保证个人所受照射的剂量不超过规定的限值。
2. X线防护的目的在于防止发生有害的确定性效应，并将随机性效应的发生率限制到认为可以接受的水平。
考点2 外照射防护的一般措施
外照射防护的一般措施有时间防护、距离防护和屏蔽防护。
考点3 外照射的屏蔽防护
1. 任何物质或多或少都能使射线受到衰减，但并不都适合作屏蔽防护材料。在选择屏蔽防护材料时，必须从材料的防护性能、结构性能、稳定性能和经济成本等方面综合考虑。
2. 铅当量是指把达到与一定厚度的某屏蔽材料相同屏蔽效果的铅层厚度，单位是毫米铅（mmPb）。材料的屏蔽性能还可以用比铅当量表示。比铅当量是指单位厚度（mm）防护材料的铅当量。
3. X线诊断机房的主防护应有3mm铅当量的厚度，副防护应有2mm铅当量的厚度（2018版修改了主防护和副防护数字）。一般24cm厚的实心砖墙，只要灰浆饱满，不留缝隙，可达到2mm铅当量。
考点4 放射工作人员的剂量限值
放射工作人员的剂量限值为防止发生确定性效应放射工作人员的当量剂量限值；眼晶状体150mSv/年（15rem/年），其他组织500mSv/年（50rem／年）；为限制随机性效应的发生概率，而达到可接受水平，放射工作人员（全身照射）的当量剂量限值是20mSv/年（2rem/年）。放射防护标准的剂量限值分为：基本限值、导出限值、管理限值和参考水平。
考点5 放射工作条件的分类
考点6 放射防护的控制原则
1. 未满18岁者不得在甲种工作条件下工作，未满16岁者不得参与放射工作。
2. 从事放射的育龄妇女，应严格按均匀的月剂量率加以控制。
3. 在一般情况下，连续3个月内一次或多次接受的总剂量当量不得超过年当量剂量限一半（25mSv）。
4. 对事先计划的特殊照射，其有效剂量在一次事件中不得大于100mSv，一生中不得超过250mSv。
5. 放射专业学生教学期间，其剂量限值遵循放射工作人员的防护条款；非放射专业学生期间，有效剂量不大于0.5mSv/年，单个组织或器官当量剂量不大于5mSv/年。
考点7 对公众的个人剂量限值
公众个人所受的辐射照射的年当量剂量：全身不超过1mSv（0.1rem），单个组织或器官不超过50mSv（5rem）。
考点8 对被检者的防护
提高国民对放射防护的知识水平；正确选用X线检查的适应证；采用恰当的X线质与量；
严格控制照射野；非摄影部位的屏蔽防护；提高影像转换介质的射线灵敏度；避免操作失误，减少废片率和重拍片率；严格执行防护安全操作规则。
考点9 CT的防护
1. CT检查为窄束X线，窄束X线比宽束X线散射线少；CT产生的X线波长短，线质硬，穿透性大，吸收量少
2.常用辐射剂量
考点10 CT检查的防护措施与原则
除CT机房固有防护外，还需注意个人防护。
1. CT检查要做到实践的正当化，尽可能避免一些不必要的CT检查。
2. 在不影响诊断的情况下，扫描中尽量缩小扫描野，能少扫的不要多扫，能厚扫的不要薄扫，能不增强的就不增强，做到最优化检查。
3. 做好扫描前与受检者的沟通及训练工作，取得其合作，减少不必要的重复扫描。
4. 扫描时尽可能让陪伴人员离开，必要时应让陪伴人员穿上铅防护衣，并尽可能远离球管。
5. 对被检查的病人，应做好扫描区以外部位的遮盖防护。
6. 定期检测扫描机房的X线防护和泄漏等情况。
