第2章X射线的产生与辐射剂量

自1895年德国物理学家伦琴发现X射线的这110多年来，X射线成像在医学临床诊断方面取得了巨大成就。据估计，目前在临床医学成像应用中X射线成像占大约70%。

从本质上看，X射线与可见光、红外光、紫外光、无线电波一样，是一个频段处于较高端的电磁波，参见图2.1。所以X射线也常称为X光。X射线作为光的一种，其波长范围是从几皮米到十几纳米。根据波长或频率的大小，可把X射线分为两种：波长在8nm（能量约为150eV）到0.08nm（能量约为15keV）范围内的X射线称为软X射线。波长大约在0.08～0.008nm范围内（对应能量约为15～150keV）的X射线称为硬X射线。软X射线穿透物质的能力相对差些，但对某些密度较小的特殊物质（如乳房组织），软X射线的成像效果更佳。成像时，需根据被成像对象的物质密度确定成像所用X射线波长。一般来说，某种密度的物质对X射线呈半透明状态时最适合成像。

与一般电磁波一样，X射线中每个光子的能量与其频率符合如下关系：

式中，h是普朗克常数，为6.63×10―34Js；ν是光子的频率；c是光速（3×108m/s）；λ是X射线的波长。在医学成像领域，X射线的能量用单位eV表达更为便捷，1eV定义为一个电子经过1V电压加速后具有的能量。eV与J的换算关系是1eV=1.602×10-19J。

图2.1 电磁波谱图

X射线是用高速运动的电子流撞击某种靶材料产生的。高速电子的动能部分转换为电磁辐射，而大多数形成了热。理想情况下，X光子的能量等于撞击靶目标的电子的全部动能。用于产生X射线的器件称为X射线发生器或X射线管，有时也简称X光管。自X射线发现100多年来，尽管X射线发生器的外观和尺寸改变较大，但其工作原理却基本没有变化。