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三、 X線強度
所謂X線強度,是指在垂直于X線傳播方向上的單位面積、單位時間內通過的X線光子數量與能量乘積的總和。在實際應用中,常用量和質來表示X線強度。
(一) X線的量
X線的量是線束中X線光子的數目。設在單位時間內通過單位橫截面積上的X線光子數目為N,若每個光子的能量為hυ,則單色X線的強度可表示為:

對于波長由λ min到λ 的連續X線譜,對應X線光子能量由 到零,其強度可表示為:

式中,E表示光子能量,N(E)是相應能量X線光子的數目。
在實際工作中,常用X線管的管電流(mA)和照射時間(s)的乘積,即管電流量(mAs)來間接表示X線的量。管電壓一定時,陰極燈絲發射電子的情況決定了管電流的大小。管電流大,表明單位時間撞擊陽極靶的電子數多,由此激發出的X線光子數也正比地增加;照射時間長,X線量也正比地增大。所以管電流和照射時間的乘積能反映X線的量。
(二) X線的質
X線的質表示X線的硬度,即穿透物質的能力。X線的質完全由光子能量決定,而與光子數量無關。X線的波長越短、頻率越高,X線具有的能量越大、穿透力就越強,即X線的質越硬;反之,X線的質越軟。
在實際應用中是以管電壓和濾過情況來反映X線的質。這是因為管電壓高、激發的X線光子能量大,即線質硬;濾過板厚,連續譜中低能成分被吸收得多,透過濾過板的高能成分增加,使X線束的線質變硬。在濾過情況一定時,常用管電壓的千伏值來粗略描述X線的質。
X線為連續能譜,精確描述其線質比較復雜,工作中有時使用半價層(half value layer,HVL)來表示X線的質。所謂半價層是指能使入射X線強度減少1/2時某種均勻物質的厚度。對于同一種物質,半價層大的X線質硬,反之則軟。
(三) 影響X線的量和質的因素
1.影響X線的量的因素
X線管的陽極靶物質、管電流、曝光時間、管電壓以及高壓波形是影響X線的量的主要因素。
(1) 管電流:
在相同管電壓和靶物質的情況下,X線的量與管電流成正比。管電壓一定時,管電流的大小反映了X線管陰極燈絲發射電子的情況。管電流越大表明陰極發射的電子越多,因而電子撞擊陽極靶產生的X線的量也越大。
圖2-5是在管電壓和其他條件不變的情況下,管電流對X線譜的影響。圖中100mA和250mA兩條曲線,其X線最短波長和最長波長都完全一樣,只是曲線下所包的面積不同。顯然管電流大的X線量大,反之就小。
圖2-5 管電流對X線譜的影響示意圖
(2) 管電壓:
在相同管電流和靶物質的情況下,X線的量與管電壓的平方成正比。如圖2-3所示,圖中曲線下所包括的總面積代表X線的總量,當管電流不變時,隨著管電壓的增加,其輻射的總量增大。
(3) 高壓波形的影響:
在上述討論中,X線管的管電壓均假定為恒定電壓,而實際上X線管上所加的是經交流電整流后的脈動電壓。對于脈動電壓,產生的 X線最短波長只與管電壓的峰值有關。當峰值電壓與恒定電壓相同時,脈動電壓產生的X線的平均能量顯然要低。在相同管電流時,產生的X線量也低。
(4) 靶物質:
由于連續X線的強度與陽極靶物質的原子序數成正比,所以在管電壓、管電流、高壓波形相同的情況下,陽極靶物質的原子序數愈高,產生X線的量愈大。
總之,X線的量與管電壓(U)的平方、管電流(i)、攝影時間(t)及靶物質的原子序數(Z)成正比,即

2.影響X線的質的因素
X線的質僅取決于管電壓的千伏值,光子的最大能量完全由管電壓決定。連續X線的質隨管電壓升高而變硬,但特征X線的質只與靶物質有關。脈動管電壓產生的X線質比恒定電壓下的軟。所以管電壓波形對X線的質也有影響。三相電源的6脈沖和12脈沖整流,其管電壓更接近恒壓,由此產生的X線脈動變化減小,其量與質均優于單相電源供電的情況。
此外,濾過對X線的量與質及能譜構成也有很大影響。增加濾過板厚度,可大量衰減連續譜中的低能成分,使能譜變窄,但總的強度降低了。有關具體內容將在第九章中詳細討論。
總之,X線的曝光參數決定了X線源的質和量。在X線攝影工作中應熟練掌握影響X線質與量的諸因素,并能根據臨床工作需要,恰當地選擇X線的質與量,這對提高影像質量和降低受檢者的輻射劑量都有重要意義。
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